JP2007187716A - 帯電装置、プロセスカートリッジ、および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電装置の磨耗を抑えながら、帯電装置に付着したトナーやトナーの外添剤を除去する機構を備えた帯電装置、プロセスカートリッジ、および画像形成装置を提供する。
【解決手段】所定方向に移動しながら帯電を受ける被帯電体に対して当接することにより該被帯電体に電荷を付与する帯電装置において、上記被帯電体と当接し、該被帯電体の移動に対して従動回転しながら該被帯電体に電荷を付与する帯電部材と、上記帯電部材と当接し、該帯電部材の回転に対して従動回転して該帯電部材に付着した付着物を取り除くクリーニング部材と、上記クリーニング部材の従動回転を一時的に抑制する制動部とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、被帯電体に電荷を付与する帯電装置、記録媒体上に画像を形成するためのプロセスカートリッジおよび画像形成装置に関する。

近年、プリンタやコピー機を中心とする画像形成装置が広く普及しており、このような画像形成装置を構成する様々な要素に関する技術も広く普及している。画像形成装置の中でも電子写真方式を採用している画像形成装置では、感光体ドラムをはじめとする感光体
を帯電装置を用いて帯電させ、帯電した感光体上に周囲の電位とは電位が異なる静電潜像を形成することによって印刷したいパターンの形成が行われることが多く、このようにして形成された静電潜像は、トナーで現像された後、最終的に記録媒体上に転写される。

帯電装置は、感光体を帯電させるという重要な働きをする装置であり、感光体に直接接触して感光体を帯電させる接触帯電方式の帯電装置と、感光体とは接触せずに感光体近傍でコロナ放電などにより感光体を帯電させる非接触帯電方式の帯電装置との２種類の帯電装置に大別される。非接触帯電方式の帯電装置では、放電によって副次的に、オゾンや窒素酸化物といった、環境に好ましくない影響を与える物質が生成されることがあるため、最近では、接触帯電方式を採用する帯電装置が増えている。

接触帯電方式の帯電装置には、帯電ロールをはじめとする、感光体と直接接触して感光体を帯電させる帯電部材が備えられている。感光体の帯電が行われる際には、感光体上のトナーやトナーの外添剤がこの帯電部材に付着することが多く、こうした付着物により帯電部材の表面の抵抗（表面抵抗）にばらつきが生じて帯電性能が不安定化することがある。このため、接触帯電方式の帯電装置においては、帯電部材表面をクリーニングする機構を備えることが必要となる。クリーニング方式としては、ゴム製のブレードやパッドを帯電部材表面に圧接して付着物を掻き落とす方式が考えられるが、常時圧接したままだと帯電部材が磨耗する恐れがあるため、間欠的に圧接を行うことで帯電部材への影響を抑えながら帯電部材表面をクリーニングする方式を採用した帯電装置が知られている。しかし、このような間欠的なクリーニング方式では、クリーニングが行われてから次のクリーニングが行われるまでの間に汚れが急増して帯電性能が不安定化することがある。そこで、回転する帯電ロールに対し当接した状態で従動回転するロールによって、常時帯電部材表面をクリーニングする方式が提案されている（例えば、特許分文献１，特許分文献２参照）。
特開平２−２７２５９４号公報 特開平８−６２９４８号公報

しかし、帯電部材表面に付着したトナーやトナーの外添剤の粒子は、高温度・高湿度になるにつれて帯電部材表面に固着したまま離れにくくなるため、上記の特許文献に記載されたクリーニング方式では、高温度・高湿度の状況下で、固着したトナーやトナーの外添剤の粒子を掻き落とすことなくロールが回転するようになり、クリーニング性が不充分となる。この結果、付着物により帯電装置の帯電性能が不安定化し、形成画像において画質の低下が発生する。

本発明は、上記事情に鑑み、帯電装置の磨耗を抑えながら、帯電装置に固着したトナーやトナーの外添剤を除去する機構を備えた帯電装置、プロセスカートリッジ、および画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の帯電装置は、
所定方向に移動しながら帯電を受ける被帯電体に対して当接することにより該被帯電体に電荷を付与する帯電装置において、
上記被帯電体と当接し、該被帯電体の移動に対して従動回転しながら該被帯電体に電荷を付与する帯電部材と、
上記帯電部材と当接し、該帯電部材の回転に対して従動回転して該帯電部材に付着した付着物を取り除くクリーニング部材と、
上記クリーニング部材の従動回転を一時的に抑制する制動部とを備えたことを特徴とする。

帯電部材と被帯電体とが当接することにより被帯電体から帯電部材に異物が移行し、異物がそのまま帯電部材の表面に固着して帯電部材表面から離れにくくなることがある。このような状況では、クリーニング部材が帯電部材の回転に対して従動回転しているだけではクリーニング性が不充分となる。一方、クリーニング部材が常時停止した状態のまま帯電部材と当接し続けると帯電部材に対する摺擦力が大きすぎ、帯電部材の磨耗が発生する。

本発明の帯電装置では、クリーニング部材の回転を抑制することにより帯電部材に対する摺擦力が生じてクリーニング性が向上され、この回転の抑制は一時的であるため、帯電部材の磨耗が回避される。

また、本発明の帯電装置において、「上記クリーニング部材は、発泡ウレタンの弾性層を表面に有するものである」という形態は好ましい形態である。

発泡ウレタンは多孔質の発泡体であり、このような発泡ウレタンを含有する弾性層を備えることにより、クリーニングの際には、発泡ウレタン表面の空隙（セル）を画定する縁（エッジ）によって帯電部材表面の粒子状の異物は機械的に掻き取られ、掻き取られた粒子状の異物は、空隙内に入り込んでその空隙内で凝集し凝固体状の異物となってクリーニング部材から放出される。こうした凝固体状の異物は、粒子状の異物よりも帯電部材表面への吸着力が小さく除去しやすいため、このように粒子状の異物を凝固体化することでクリーニング性が向上する。また、ウレタンは、帯電部材との間で滑りを起こしにくく効率的なクリーニングが可能となる材料であり、また帯電部材と当接する際の反発力も小さいので、帯電部材表面に擦れによるキズをつけにくい材料であり、クリーニング部材の弾性層の材料として好ましい性質を備えている。

また、本発明の帯電装置において、「上記クリーニング部材は、弾性層を表面に有する、上記帯電部材に対して該弾性層の厚みの５分の１以上半分以下のくいこみ量で当接するものである」という形態も好ましい形態である。

くいこみ量が小さすぎると、帯電部材に対してクリーニング部材が従動回転せずに空すべりを起こすようになり、このような状態では充分なクリーニング性が発揮されない。一方、くいこみ量が大きすぎると、帯電部材に対してクリーニング部材が当接する力が強すぎ、帯電部材の磨耗が生じて帯電部材の帯電性能が低下する。従って、適当な大きさのくいこみ量が望ましいことになる。上記の、弾性層の厚みの５分の１以上かつ弾性層の厚みの半分以下という範囲に属するくいこみ量であれば、帯電部材が磨耗することなく高いクリーニング性が発揮される。

また、本発明の帯電装置において、「上記帯電部材を、直接的あるいは間接的に押圧することで上記帯電部材を上記被帯電体に所定当接力で当接させる押圧部を備え、
上記クリーニング部材は、上記所定当接力以下の力で厚みが半分に縮む弾性層を表面に有する、上記帯電部材に対して該弾性層の厚みの半分以下のくいこみ量で当接するものである」という形態も好ましい形態である。

一般に、帯電部材に対するクリーニング部材のくいこみ量が同じ帯電器でも、クリーニング部材の弾性層の材質が異なれば、帯電部材とクリーニング部材とが当接しているときの荷重は異なる。帯電部材とクリーニング部材とが当接しているときの当接力が、帯電部材と感光体とが当接しているときの当接力を越えると、帯電部材にとって、クリーニング部材との当接力が感光体との当接力をしのぎ、帯電部材が感光体に対して従動回転しなくなる。この結果、帯電部材が充分な帯電性能を発揮しないという問題が生じる。このため、帯電部材とクリーニング部材との間の当接力を調整して、帯電部材と感光体との間の当接力を下回るようにする必要がある。経時変化や外部環境の変化などにより、帯電部材とクリーニング部材との間の当接力は変化することがあり、帯電部材とクリーニング部材との間の当接力が、確実に帯電部材と感光体との間の当接力を下回るようにすることが望ましい。

上記の形態によれば、帯電部材に対するクリーニング部材のくいこみ量が、帯電部材の磨耗の回避が可能なくいこみ量のうち最大値である、弾性層の厚みの半分となるときであっても、そのときの帯電部材とクリーニング部材との間の当接力が、帯電部材と感光体との間の当接力を下回るため、帯電部材の磨耗が抑制されるとともに、帯電部材が充分な帯電性能を発揮することが確実なものとなる。

上記目的を達成するための本発明のプロセスカートリッジは、
回転する像担持体；
上記像担持体と当接し、該像担持体の回転に対して従動回転しながら該像担持体に電荷を付与する帯電部材と、上記帯電部材と当接したまま該帯電部材の回転に対して従動回転して該帯電部材に付着した付着物を取り除くクリーニング部材と、上記クリーニング部材の従動回転を一時的に抑制する制動部とを有する帯電装置；
電荷が付与された上記像担持体に対し、露光により該像担持体に静電潜像を形成してトナーで現像してトナー像を形成するトナー像形成部；および
上記像担持体上に残留したトナーを、上記像担持体から除去するクリーニング部；
とを備えたことを特徴とする。

本発明のプロセスカートリッジは、上述した帯電装置を備えているため、帯電部材の磨耗を回避しながら、像担持体表面に固着した、トナーやトナーの外添剤が除去される。

上記目的を達成するための本発明の画像形成装置は、
回転する像担持体を帯電し露光により該像担持体に静電潜像を形成してトナーで現像し最終的に記録媒体上にトナー像を転写および定着することにより該記録媒体上に定着トナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
上記像担持体と当接し、該像担持体の移動に対して従動回転しながら該像担持体に電荷を付与する帯電部材と、
上記帯電部材と当接し、該帯電部材の回転に対して従動回転して該帯電部材に付着した付着物を取り除くクリーニング部材と、
上記クリーニング部材の従動回転を一時的に抑制する制動部とを備えたことを特徴とする。

本発明の画像形成装置は、上述した帯電装置を備えているため、帯電部材の磨耗を回避しながら、像担持体表面に固着した、トナーやトナーの外添剤が除去される。

本発明によれば、帯電装置の磨耗を抑えながら、帯電装置に固着したトナーやトナーの外添剤を除去することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の画像形成装置の一実施形態を示す全体構成図である。

この画像形成装置１０００は、電子写真方式を採用したモノクロの片面出力プリンタである。この画像形成装置１０００には、電子写真方式用の積層型の感光体であって、図の矢印Ｂ_１方向に回転する感光体３、感光体３に接触しながら感光体を帯電する接触型の帯電器２０、感光体３に向けてレーザ光を発し、感光体３上に、周囲より電位の高くなった静電潜像を形成する露光部７、静電潜像にモノクロ（ブラック）のトナーを付着させて現像することでトナー像を形成する現像器８、形成されたトナー像に対して、搬送されてくる用紙を押圧し、バイアス電圧の印加を受けて感光体３から用紙上にトナー像の転写を行う転写ロール９、用紙上のトナー像に対し熱および圧力を加えることでトナー像の用紙への定着を行う定着器１０、上記の各部の制御を行うＣＰＵ４、感光体３に接触し、トナー像の転写後に感光体３に付着したまま残留したトナーやトナーの外添剤をクリーニングするクリーニングブレード３１が備えられている。ここで、帯電器２０が、本発明にいう帯電装置の一例に相当する。また、上記の現像器８、帯電器２０、感光体３、クリーニングブレード３１は、一体化されてプロセスカートリッジを形成しており、画像形成装置１０００にこのプロセスカートリッジが組み込まれることにより、このプロセスカートリッジの構成要素である各部が画像形成装置１０００に備えられることとなる。このプロセスカートリッジが、本発明にいうプロセスカートリッジの一例に相当する。

現像器８には、現像剤を表面に担持して図の矢印Ａ_１方向に回転する現像スリーブ８１、現像スリーブ８１上に担持された現像剤を削り落として現像スリーブ８１上の現像剤の層厚を調整する、２枚の層厚調整板８２ａ，８２ｂ、現像剤が溜められた容器８３、容器８３内の現像剤を攪拌する２つの攪拌部８４ａ，８４ｂが設けられている。

また、帯電器２０には、感光体３と接触しながら従動回転して感光体３を帯電させる帯電部材２２と、帯電部材２２の表面上に付着した、トナーやトナーの外添剤などの付着物を除去するクリーニング部材２１が備えられている。帯電部材２２とクリーニング部材２１とは、高圧電圧を発生する電源２５と接続されて等電位となっており、この電源２５で発生した高圧電圧によって感光体の帯電が行われる。また、クリーニング部材２１の近傍には、図の両矢印Ｃ_１方向に移動してクリーニング部材２１と当接・離間するストッパ２４が設けられている。ストッパ２４がクリーニング部材２１から離間している状態では、クリーニング部材２１は帯電部材２２の回転に合わせて従動回転し、ストッパ２４がクリーニング部材２１と当接している状態では、クリーニング部材２１は従動回転を停止しその状態で、回転する帯電部材２２と接触する。このようなストッパ２４の両矢印Ｃ_１方向の移動は、ＣＰＵ４の制御を受けた駆動部５の駆動によって行われる。ここで、ストッパ２４と駆動部５を合わせたものが、本発明にいう制動部の一例に相当する。

図１に戻り、図１に示す画像形成装置１０００における画像形成の動作について説明する。

この画像形成装置１０００には、ブラックのトナーが蓄えられた不図示のトナーカートリッジが備えられており、このトナーカートリッジにより現像器８にトナーの補給が行われる。また、トナー像が転写されるために用いられる用紙は、トレイ１の中に蓄えられ、ユーザから画像形成が指示されると、トレイ１から搬送されて、転写ロール９においてトナー像の転写が行われ、図の上方向に向かって搬送されていく。図１においては、この時の用紙搬送路が、上向きの矢印で示す経路として示されており、用紙はこの用紙搬送路を通って定着器１０においてトナー像の定着が行われた後、図の右方向の矢印で示すように、右方向に排出される。

次に、図１に示す帯電器２０について図２、図３を用いて説明する。

図２は、図１に示す帯電器２０の一部を表した図である。

図１の帯電器２０に備えられた帯電部材２２は、細長い円柱状をしており、図２では、この円柱の一方の端の部分が、帯電器２０の他の構成要素とともに表されている。

帯電器２０は、上述の帯電部材２２およびクリーニング部材２１、これら帯電部材２２とクリーニング部材２１を支持するベアリング２３、ベアリング２３に端が固定され、ベアリング２３を図の下方向に押すスプリング２３ａ、上述のストッパ２０および駆動部５（図２では不図示）から構成されている。

ベアリング２３は、導電性の材料で構成されており、帯電部材２２とクリーニング部材２１を支持する役割に加えて、電源２５から高圧電圧の印加を受けて帯電部材２２とクリーニング部材２１とを同極性に帯電させる役割も担っている。

スプリング２３ａは、ベアリング２３を図の下方向に押すことによって帯電器２０全体を感光体３に押し付ける役割を担っている。このようなスプリング２３ａの働きにより、帯電部材２２と感光体３とが圧接することになる。図１に示す画像形成装置１０００では、帯電部材２２と感光体３とが圧接する際の荷重は８００ｇとなるようにスプリング２３ａの弾性力が調節されている。

帯電部材２２は、帯電部材２２のコアとなり、ベアリング２３と接続されている円筒状の導電性シャフト２２ａと、導電性シャフト２２ａの円筒の両端付近を除いて導電性シャフト２２ａの周面を覆っている帯電層２２ｂとで構成されている。導電性シャフト２２ａは、ステンレス鋼の一種であるＳＵＳ３０３を主成分とする導電性の部材であり、ベアリング２３に支持されながら、図１の感光体３の回転とともに従動回転することができる。

帯電層２２ｂは、導電性発泡弾性層、抵抗層、表面層の３つの層から構成されており、
これら３つの層は、導電性発泡弾性層、抵抗層、表面層の順に導電性シャフト２２ａの外面に重なっている。導電性発泡弾性層は、硬化剤・可塑剤・加硫促進剤といったゴム生成のための添加剤と、多孔質化させるための発泡剤と、導電剤であるカーボンブラックとが添加された、ウレタンゴムを主成分とする塗布液が、導電性シャフト２ａ表面に塗布されて、さらに発泡処理が施されることによって形成される層である。抵抗層は、帯電層２２ｂの抵抗値を調整するための層であって、導電性高分子材料の一種であるポリアセチレンと、エラストマー材料の一種であるシリコンゴムと、抵抗値を調整するための導電剤であるカーボンブラック（デグサ社製「スペシャルブラック３５０」）とを組成分として有する層である。表面層は、トナーやトナーの外添剤により帯電部材２２が汚れることを抑制するために設けられた層である。この表面層は、ウレタン樹脂を主成分としており、ウレタン樹脂の他にも、導電剤である酸化錫の粒子と、帯電部材２２の表面を疎水性にして表面への異物の付着を抑制するためのフッ素系樹脂の粒子と、帯電部材２２の表面に凹凸を付与し感光体３の回転に従動しやすくするシリカの粒子とを含有している。

クリーニング部材２１は、クリーニング部材２１のコアとなりベアリング２３と接続されている円筒状の導電性シャフト２１ａと、導電性シャフト２１ａがベアリング２３と接続されている付近を除いて導電性シャフト２２ａの外面を覆っている弾性層２１ｂとを有している。この弾性層２１ｂが、帯電部材２２の有する帯電層２２ｂと圧接することで、帯電部材２２の表面のクリーニングが行われる。

導電性シャフト２１ａは、帯電部材２２のコアとなっている前述の導電性シャフト２２ａと同じ材質で構成されており、外径６ｍｍの円柱状のシャフトの一部を四角柱状に加工することによって得られる。図２では、この四角柱状に加工された部分が、切り欠き部２１ｃとして示されており、この切り欠き部２１ｃを除けば、導電性シャフト２１ａは、外径６ｍｍの円筒状となっている。この切り欠き部２１ｃは、図１に示すストッパ２４がクリーニング部材２１と当接する際にストッパ２４の先端部分が接触する箇所である。ストッパ２４がクリーニング部材２１から離間してストッパ２４の先端部分が切り欠き部２１ｃと接触していない状態では、導電性シャフト２１ａは帯電部材２２の回転とともに従動回転するが、ストッパ２４の先端部分が切り欠き部２１ｃと接触している状態では、導電性シャフト２１ａはストッパ２４の存在により従動回転できずに静止する。このように導電性シャフト２１ａが静止するとクリーニング部材２１そのものの回転が停止し、クリーニング部材２１が静止した状態で、回転する帯電部材２２と擦り合うことになる。

次に、クリーニング部材２１の有する弾性層２１ｂについて詳しく説明する。

弾性層２１ｂは、エーテル系発泡ウレタン（ＩＮＯＡＣ社製「ＥＲＧ−Ｍ」）を主成分としており、導電性シャフト２１ａを取り囲む、厚さ３ｍｍの層である。この弾性層２１ｂは、上記のエーテル系発泡ウレタンの塊から導電性シャフト２１ａの大きさに相当する部分を切り抜き、その切り抜いた部分に導電性シャフト２１ａをホットメルト接着剤（日進化学製「ＢＲ４３０１」）によって９０℃の高温下で接着嵌合させて、勘合後、発泡ウレタンを円筒研磨機で上記の円筒状に加工することによって作成される。

発泡ウレタンは多孔質の発泡体であり、帯電部材２２に対してクリーニング部材２１がクリーニングを行う際には、発泡ウレタン表面の空隙（セル）を画定する縁（エッジ）によって、帯電部材表面に付着したトナーやトナーの外添剤粒子の掻き取りが行なわれる。特にトナーの外添剤粒子は帯電部材表面への吸着力が大きく除去しにくいことが知られている。多孔質の発泡体である発泡ウレタンを採用することにより、掻き取られた外添剤粒子は、発泡ウレタン表面の空隙内に入り込んでその空隙内で凝集し外添剤の凝固体となってクリーニング部材から放出される。こうした外添剤の凝固体は、外添剤粒子よりも帯電部材表面への吸着力が小さく除去しやすいため、このように外添剤粒子を凝固体化することでクリーニング性が向上する。また、ウレタンは、帯電部材との間で滑りを起こしにくく効率的なクリーニングが可能となる材料であり、また帯電部材と当接する際の反発力も小さいので、帯電部材表面に擦れによるキズをつけにくい材料であり、クリーニング部材の弾性層の材料として好ましい性質を備えている。

低温・低湿度下では、帯電部材２２に対してクリーニング部材２１が従動回転することにより、従動回転の際のクリーニング部材２１の掻き取りで、帯電部材２２に付着したトナーやトナーの外添剤の粒子が掻き取られて帯電部材２２から除去される。

しかし、高温・高湿下では、帯電部材２２に付着したトナーやトナーの外添剤の粒子が帯電部材表面に固着し、帯電部材表面から離れにくくなる。このように固着したトナーやトナーの外添剤に対しては、クリーニング部材２１の従動回転では、充分な外添剤粒子の掻き取りとならず、クリーニング性が不充分となる。そこで、図１に示す画像形成装置１０００では、用紙２００枚の出力を行うと、一旦画像形成を中断し、上述したように図１のストッパ２０が図２の切り欠き部２１ｃと接触してクリーニング部材２１の回転を抑制するという制御が行われる。この結果、クリーニング部材２１が回転を停止した状態で帯電部材２２と擦り合うことになり大きな摺擦力が発生する。このときの大きな摺擦力により、帯電部材２２に固着したトナーやトナーの外添剤の粒子が掻き取られて帯電部材２２から除去される。クリーニング部材２１が回転を停止した状態で常時帯電部材２２と擦り合っていると帯電部材２２の磨耗を引き起こすことがあるため、この画像形成装置１０００では、このようにクリーニング部材２１が帯電部材２２と擦り合っている時間を１分間に制限している。このような制御により、帯電部材２２に対する大きな摺擦力でクリーニング性が向上されるとともに、帯電部材２２の磨耗が回避される。

以下では、クリーニング部材２１に対して帯電部材２２が当接する際のクリーニング部材２１のくいこみ量について説明する。

弾性層２１ｂは、本来は、上述したように円筒状となっているが、クリーニング部材２１が帯電器２０に組み込まれる際には、帯電部材２２と圧接するよう組み込まれるため、帯電部材２２と圧接する部分がつぶれた形状となる。

図３は、図２に示す帯電器において、帯電部材に圧接するクリーニング部材の形状を表した断面図である。

図３に示すように、クリーニング部材２１に備えられた弾性層２１ｂは、帯電部材２２と圧接する部分がつぶれている。ここで、仮想的に、クリーニング部材２１が、点線で示すようにつぶれることなくそのまま帯電部材２２にめり込んだと考えたときに、そのめり込みの程度は、クリーニング部材２１の断面である円の中心Ｏと、帯電部材２２の断面である円の中心Ｏ’とを結ぶ線分（図の一点鎖線）上で評価した、図のめり込みの深さＮによって表される。このめり込みの深さＮによって、弾性層２１ｂのつぶれの程度、すなわちクリーニング部材２１が帯電部材２２にどの程度押し付けられているかを表すことができる。以下では、この仮想的なめり込みの深さＮを、帯電部材２２に対するクリーニング部材２１のくいこみ量と呼ぶ。

図２に外観図を示す帯電器２０では、くいこみ量が１．２ｍｍである。

くいこみ量が小さすぎると、帯電部材に対してクリーニング部材が従動回転せずに空すべりを起こすようになり、このような状態では充分なクリーニング性が発揮されない。一方、くいこみ量が大きすぎると、帯電部材に対してクリーニング部材が当接する力が強すぎ、帯電部材の磨耗が生じて帯電部材の帯電性能が低下する。従って、適当な大きさのくいこみ量が望ましいことになる。後述するように、くいこみ量Ｎと弾性層の（つぶれる前の）厚みＴとの間に、
Ｔ／５≦Ｎ≦Ｔ／２・・・（１）
で記述される関係式が成立するときに、帯電部材表面が磨耗することなく高いクリーニング性が発揮される。図２に外観図を示す帯電器２０では、上述したように、くいこみ量がＮ＝１．２ｍであり、弾性層の（つぶれる前の）厚みはＴ＝３．０ｍｍであるから、上記の（１）式を満たした状態となっている。

一般に、帯電部材に対するクリーニング部材のくいこみ量が同じ帯電器でも、クリーニング部材の弾性層の材質が異なれば、帯電部材とクリーニング部材とが当接しているときの荷重は異なる。帯電部材とクリーニング部材とが当接しているときの当接力が、帯電部材と感光体とが当接しているときの当接力を越えると、帯電部材にとって、クリーニング部材との当接力が感光体との当接力をしのぎ、帯電部材が感光体に対して従動回転しなくなる。この結果、帯電部材が充分な帯電性能を発揮しないという問題が生じる。このため、帯電部材とクリーニング部材との間の当接力を調整して、帯電部材と感光体との間の当接力を下回るようにする必要がある。経時変化や外部環境の変化などにより、帯電部材とクリーニング部材との間の当接力は変化することがあり、帯電部材とクリーニング部材との間の当接力が、確実に帯電部材と感光体との間の当接力を下回るようにすることが望ましい。そこで、図２に示す帯電器２０では、帯電部材２２に対するクリーニング部材２１のくいこみ量が、帯電部材２２の磨耗の回避が可能なくいこみ量のうち最大値である、弾性層２１ｂの厚みの半分となるとき（すなわちＮ＝Ｔ／２のとき）であっても、そのときの帯電部材２２とクリーニング部材２１との間の当接力が、帯電部材２２と感光体３との間の当接力を下回るような硬度の材質で弾性層２１ｂが構成されている。このため、帯電部材２２の磨耗が抑制されるとともに、帯電部材２２が充分な帯電性能を発揮することが確実なものとなる。具体的には、図２に外観図を示す帯電器２０では、帯電部材２２と感光体３との間の荷重は８００ｇであり、クリーニング部材２１の弾性層２１ｂにおいて用いられている上述のエーテル系発泡ウレタン（ＩＮＯＡＣ社製「ＥＲＧ−Ｍ」）は、Ｎ＝Ｔ／２＝１．５ｍｍとなるときの荷重が６００ｇである。従って、この帯電器２０では、Ｎ＝Ｔ／２となるときの荷重が、帯電部材２２と感光体３との間の荷重より小さいという状態が実現されている。

以下では、上記のような構成を備えることにより、画像形成を行った際に高いクリーニング性が発揮されることを、実際の出力テストによって検証する。この出力テストでは、温度２８℃、湿度８５％という高温・高湿下で出力枚数１万枚の出力を行い、さらに温度１０℃、湿度１５％という低温・低湿下で出力枚数１０枚の出力を行って形成画像の画質評価を行う。このような出力テストを、以下の実施例１〜実施例８および比較例１、比較例２の構成の画像形成装置によって行う。
（実施例１）上述した画像形成装置１０００（くいこみ量；Ｎ＝１．２ｍｍ，Ｎ＝Ｔ／２となるときの荷重；６００ｇ，弾性層の材質；エーテル系発泡ウレタン（ＩＮＯＡＣ社製「ＥＲＧ−Ｍ」））を用いて行う。
（実施例２）くいこみ量がＮ＝１．５ｍｍである点を除けば、画像形成装置１０００と同様の構成を持つ画像形成装置を用いて行う。
（実施例３）くいこみ量がＮ＝０．６ｍｍである点を除けば、画像形成装置１０００と同様の構成を持つ画像形成装置を用いて行う。
（実施例４）くいこみ量がＮ＝０．３ｍｍである点を除けば、画像形成装置１０００と同様の構成を持つ画像形成装置を用いて行う。
（実施例５）くいこみ量がＮ＝１．８ｍｍである点を除けば、画像形成装置１０００と同様の構成を持つ画像形成装置を用いて行う。
（実施例６）弾性層の材質として、画像形成装置１０００で用いられたエーテル系発泡ウレタンよりも硬度の高いエーテル系発泡ウレタン（ＩＮＯＡＣ社製「ＥＲＧ−Ｈ」）が用いられ、Ｎ＝Ｔ／２となるときの荷重が７５０ｇとなっている点を除けば、画像形成装置１０００と同様の構成を持つ画像形成装置を用いて行う。
（実施例７）弾性層の材質として、実施例６の画像形成装置で用いられたエーテル系発泡ウレタンよりもさらに硬度の高いエーテル系発泡ウレタン（ＩＮＯＡＣ社製「ＨＲ−９０」）が用いられ、Ｎ＝Ｔ／２となるときの荷重が８５０ｇとなっている点を除けば、画像形成装置１０００と同様の構成を持つ画像形成装置を用いて行う。
（実施例８）弾性層の材質として、画像形成装置１０００で用いられたエーテル系発泡ウレタンの代わりにメラニン（ＩＮＯＡＣ社製「バソテクト」）が用いられ、Ｎ＝Ｔ／２となるときの荷重が９５０ｇとなっている点を除けば、画像形成装置１０００と同様の構成を持つ画像形成装置を用いて行う。
（比較例１）クリーニング部材が、２００枚の出力毎に回転停止する代わりに、帯電器に対して常時従動回転する点を除けば、画像形成装置１０００と同様の構成を持つ画像形成装置を用いて行う。
（比較例２）クリーニング部材が、２００枚の出力毎に回転停止する代わりに、全く回転しない点を除けば、画像形成装置１０００と同様の構成を持つ画像形成装置を用いて行う。

図４は、上述した実施例１〜実施例８および比較例１、比較例２の画像形成装置の特性と、出力テストにおける画質の評価結果とを表した図である。

まず、クリーニング部材が２００枚の出力毎に回転停止する実施例１と、このような回転状態の変化を伴わない比較例１および比較例２とを比較する。実施例１では画像においてスジの発生が見られなかった（画質評価○）のに対し、クリーニング部材が帯電器に対して常時従動回転する比較例１、およびクリーニング部材が全く回転しない比較例２では濃いスジ状のムラが発生しており（画質評価×）、画質の劣化が生じている。このようなスジの発生は、帯電器の帯電性能が低下したために画像形成に障害が出るときの特徴的な現象であり、帯電器の表面上にトナーやトナーの外添剤が固着していることや、帯電器に磨耗が生じていることを表している。比較例１の画質評価の結果から、クリーニング部材が帯電器に対して常時従動回転する制御では帯電器に対して充分なクリーニングが行われないということがわかり、一方、比較例２の画質評価の結果から、クリーニング部材が帯電器に対して常時静止する制御では帯電器に磨耗が生じて画像形成に障害が出ることがわかる。そして、実施例１の画質評価の結果から、クリーニング部材の回転を一時的に抑制することにより帯電部材に対する大きな摺擦力でクリーニング性が向上されるとともに、帯電部材の磨耗が回避されるということが結論できる。

次にクリーニング部材のくいこみ量（Ｎ）が互いに異なる実施例１〜実施例５の間で比較を行ってみると、実施例１〜実施例３では、形成画像にスジの発生が見られないが、くいこみ量が最小となっている実施例４、くいこみ量が最大となっている実施例５では、合格レベルと言える画質水準に達してはいるが、形成画像に軽度のスジが見られる（画質評価△）。この結果は、くいこみ量が小さすぎるとクリーニング性が低下し、逆にくいこみ量が大きすぎると帯電器に磨耗が生じやすくなるということを表している。従って、実施例２のくいこみ量Ｎ＝０．６ｍｍ以上かつ実施例３のくいこみ量Ｎ＝１．５ｍｍ以下の範囲、すなわち
０．６≦Ｎ≦１．５・・・（２）
と表される範囲に属するくいこみ量が、画像形成の上では望ましいことになる。実施例１〜実施例８および比較例１、比較例２の間では弾性層の（つぶれる前の）厚みＴはいずれも共通の値であるＴ＝３ｍｍであり、弾性層のつぶれの程度を表すくいこみ量Ｎと弾性層の（つぶれる前の）厚みＴとの比（Ｎ／Ｔ）、（すなわち弾性層のつぶれの割合）で、式（２）のくいこみ量の範囲を考えると、
１／５≦Ｎ／Ｔ≦１／２・・・（３）
というくいこみ量の範囲が得られる。この式（３）は、上述した式（１）と等価であり、弾性層のつぶれの程度を表すくいこみ量Ｎと弾性層の（つぶれる前の）厚みＴとの比（Ｎ／Ｔ）がこの範囲内にあるときに、帯電器の磨耗を抑制しながら充分なクリーニングが行われるということがわかる。

次に、Ｎ＝Ｔ／２となるときの荷重（ウレタンの硬度）が互いに異なる実施例１，実施例６，および実施例７の間で比較を行ってみると、実施例１および実施例６では、形成画像にスジの発生が見られないが、Ｎ＝Ｔ／２となるときの荷重が実施例１および実施例６における荷重よりも大きい（ウレタンの硬度が高い）実施例７では、形成画像に軽度のスジが見られる。これら実施例１、実施例６および実施例７では、いずれもくいこみ量はＮ＝１．２ｍｍで共通であり、上記の（３）式（あるいは（２）式）を満たしている。しかし、帯電部材とクリーニング部材とがこのくいこみ量で当接しているときの荷重は、Ｎ＝Ｔ／２となるのに必要な荷重が大きいほど（ウレタンの硬度が高いほど）大きくなる。上述したように、帯電部材とクリーニング部材との間の荷重が、帯電部材と感光体との間の荷重である８００ｇを越えると帯電部材が感光体に対して従動回転しなくなり、この結果、帯電部材が充分な帯電性能を発揮せず形成画像にスジが発生する。図で表された実施例７の画質評価の結果は、この事実を反映しており、Ｎ＝Ｔ／２となるのに必要な荷重が８５０ｇである実施例７では、Ｎ＝１．２ｍｍで当接しているときの荷重が８００ｇを上回っていることが推察される。実施例１および実施例６のようにＮ＝Ｔ／２となるときの帯電部材とクリーニング部材との間の荷重が、帯電部材と感光体との間の荷重以下となっていれば、上記の（３）式を満たすことで帯電器の磨耗を抑制しながら充分なクリーニングが行われるとともに、帯電部材が充分な帯電性能を発揮するということがわかる。

次に、クリーニング部材の弾性層の材質が互いに異なる実施例１と実施例８との間で比較を行ってみると、ウレタンが用いられている実施例１では、形成画像にスジの発生が見られないが、ウレタンの代わりにメラニンが用いられている実施例８では、形成画像に軽度のスジが見られる。このことは、メラニンに比べてウレタンの方が帯電部材との間で滑りを起こしにくく、効率的なクリーニングが行われることと、帯電部材と圧接する際の反発力も小さいので帯電部材表面に擦れによるキズをつけにくいということとを反映している。また、ウレタンに比べてメラニンの方が硬度が大きく、このため、前述の実施例７と同様に、実施例８では、帯電部材とクリーニング部材との間の荷重が、帯電部材と感光体との間の荷重を上回っている可能性が高く、このことも上記の画質評価の結果に反映されているものと予想される。

以上の図４に示す出力テストの画質評価の解析結果をまとめると、クリーニング部材の制御方式として、従動回転と回転停止とを交互に繰り返す制御を採用することにより、帯電器の磨耗を抑制しながら充分なクリーニングが行われるということが結論できるとともに、このようなクリーニング部材の制御において、帯電部材に対するクリーニング部材のくいこみ量が弾性層の（つぶれる前の）厚みの半分となるときの帯電部材とクリーニング部材との間の荷重が、帯電部材と感光体との間の荷重以下となるような硬度の発泡ウレタンを用いてクリーニング部材の弾性層を構成し、帯電部材に対するクリーニング部材のくいこみ量が（３）式を満たす状態で画像形成を行うことが、画質向上の観点から好ましいということが結論できる。

以上の説明において、帯電部材２２の導電性シャフト２２ａ，およびクリーニング部材２１の導電性シャフト２１ａは、いずれもステンレス鋼を主成分とする部材であったが、ステンレス鋼以外にも、こうした導電性シャフトの材質としては、各種の快削鋼等が使用可能であり、摺動性などの用途に応じて材質を選択すればよい。また、導電性を有さない材料を主成分として採用する場合は、メッキ処理などの表面処理により加工することで導電化が可能となる。

また、帯電部材の帯電層を構成する導電性発泡弾性層については、導電性発泡弾性層形成に用いられる塗布液は、弾性材の原材料となるゴム、導電性発泡弾性層の抵抗を調整するカーボンブラック等の導電材、及び発泡剤に、必要に応じて硬化剤、可塑剤、加硫促進剤といった、ゴム生成の際に用いられる添加物が加わった混合物であればよく、また、混合物の発泡処理は導電性支持体２ａ表面に塗布される前でも、塗布された後であってもよい。また、導電性シャフト表面に、こうした導電性発泡弾性層を設けずに、抵抗層を直接形成する形態も可能である。また、このような導電性発泡弾性層に用いられるゴムの種類としては、ウレタンゴム、ニトリルゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合ゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、シリコンゴム等が挙げられ、これらのうちの１種類または２種類以上を混合して用いることができる。ここで、導電性発泡弾性層に用いられるゴムは、その抵抗値がカーボンブラック等の導電材により調整されている。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、充填剤（シリカや炭酸カルシウム等）といった、ゴム生成の際に用いられる添加物が加えられていてもよい。

また、帯電部材の帯電層を構成する抵抗層の材料としては、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性高分子材料と、ポリウレタンゴム、シリコーンゴム、エピクロロヒドリンゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、フッソゴム、スチレンーブタジエンゴム、ブタジエンゴム等のエラストマー材料と、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といった導電剤とが混合されて構成された材料であれば、採用可能である。ここで用いられる導電剤のカーボンブラックとしては、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。これらの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、導電効果が高いため、上記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。また、導電性金属酸化物粒子としては、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で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、単独で用いられてもよく、また２種類以上が併用されてもよい。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、抵抗値調整およびゴムの強度の点より、好ましくは酸化錫、アンチモンがドープされた酸化錫、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。

また、帯電部材の帯電層を構成する表面層の材料としては、樹脂、ゴム等が採用可能であり、何れを用いてもよい。こうした樹脂としては、ウレタン樹脂、ポリエステル、フェノール、アクリル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、セルロース、共重合ナイロン等が挙げられる。このうちの共重合ナイロンは、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、また同時に吸湿性が低く、環境による特性の変化も少なくなる。また、表面層に含有させる導電剤としては、粒径が３μｍ以下で体積抵抗率が１０^９Ωｃｍ以下であるものが望ましい。例えば、酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、ＣｅＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３等の金属酸化物あるいはそれらの合金からなる粒子、あるいはＢａＳＯ_４やＴｉＯ_２のような粒子の表面にこれらの金属酸化物を被覆したもの、あるいはカーボンブラック等を用いることができる。このような導電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。また、表面を疎水性にする材料としては、フッ素系あるいはシリコン系の樹脂或いは粒子が挙げられ、帯電部材２２の表面に凹凸を付与する材料としては、アルミナやシリカのような絶縁性の粒子を用いることが可能である。以上の、導電剤、表面を疎水性にする材料、表面に凹凸を付与する材料は、表面層に含有させることが好ましいが、必要不可欠なわけではない。また、表面層と抵抗層との間には、接着性を高めるためにカップリング剤が塗布されることで構成された接着層を設ける形態も可能である。また、以上説明してきたような組成の表面層は設けず、抵抗調節層の表面に対しカップリング剤等による化学処理、ＵＶ照射、熱処理等を施して、抵抗調節層内部とは性質の異なるようになった抵抗調節層の表面を表面層として採用する形態も可能である。

また、クリーニング部材の弾性層の材料としては、上述したポリウレタン以外にも、ポリエチレン、ポリアミドまたはポリプロピレン等の樹脂が採用されてもよい。また、弾性層はソリッド状の形態を有していてもよいが、帯電部材に対するクリーニング効果を向上させるためには、多孔質の３次元構造を有する発泡体であることが好ましい。発泡体としてはセル数２０〜８０の発泡体が採用可能であり、この範囲内のセル数であれば、セルの中に外添剤などの不純物を取り込みやすい。セル数が多すぎるとセル径が小さい為に外添剤の取り込み性が低下し、逆にセル数が低すぎるとセル径が大きくなりすぎ取り込んだ外添剤を帯電部材へ移行させる適度な大きさまで固めることが困難となる。

本発明の画像形成装置の一実施形態を示す全体構成図である。 図１に示す帯電器２０の一部を表した図である。 図２に示す帯電器において、帯電部材に圧接するクリーニング部材の形状を表した断面図である。 上述した実施例１〜実施例８および比較例１、比較例２の画像形成装置の特性と、出力テストにおける画質の評価結果とを表した図である。

符号の説明

１０００ 画像形成装置
１ トレイ
２０ 帯電器
２１ クリーニング部材
２１ａ 導電性シャフト
２１ｂ 弾性層
２１ｃ 切り欠き部
２２ 帯電部材
２２ａ 導電性シャフト
２２ｂ 帯電層
２３ ベアリング
２３ａ スプリング
２４ ストッパ
２５ 電源
３ 感光体
３１ クリーニングブレード
４ ＣＰＵ
５ 駆動部
７ 露光部
８ 現像器
８１ 現像スリーブ
８２ａ，８２ｂ 層厚調整板
８３ 容器
８４ａ，８４ｂ 攪拌部
９ 転写ロール
１０ 定着器

Claims (3)

1. 所定方向に移動しながら帯電を受ける被帯電体に対して当接することにより該被帯電体に電荷を付与する帯電装置において、
   前記被帯電体と当接し、該被帯電体の移動に対して従動回転しながら該被帯電体に電荷を付与する帯電部材と、
   前記帯電部材と当接し、該帯電部材の回転に対して従動回転して該帯電部材に付着した付着物を取り除くクリーニング部材と、
   前記クリーニング部材の従動回転を一時的に抑制する制動部とを備えたことを特徴とする帯電装置。
2. 回転する像担持体；
   前記像担持体と当接し、該像担持体の回転に対して従動回転しながら該像担持体に電荷を付与する帯電部材と、前記帯電部材と当接したまま該帯電部材の回転に対して従動回転して該帯電部材に付着した付着物を取り除くクリーニング部材と、前記クリーニング部材の従動回転を一時的に抑制する制動部とを有する帯電装置；
   電荷が付与された前記像担持体に対し、露光により該像担持体に静電潜像を形成してトナーで現像してトナー像を形成するトナー像形成部；および
   前記像担持体上に残留したトナーを、前記像担持体から除去するクリーニング部；
   とを備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
3. 回転する像担持体を帯電し露光により該像担持体に静電潜像を形成してトナーで現像し最終的に記録媒体上にトナー像を転写および定着することにより該記録媒体上に定着トナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
   前記像担持体と当接し、該像担持体の移動に対して従動回転しながら該像担持体に電荷を付与する帯電部材と、
   前記帯電部材と当接し、該帯電部材の回転に対して従動回転して該帯電部材に付着した付着物を取り除くクリーニング部材と、
   前記クリーニング部材の従動回転を一時的に抑制する制動部とを備えたことを特徴とする画像形成装置。

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