JP2018146612A - 帯電装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄層帯電ローラーによって発生する画像品質の低下の抑制を図ることが可能な、帯電装置および画像形成装置を提供することにある。【解決手段】この薄層帯電ローラー２は、芯金部材２ａと、芯金部材２ａの表面に設けられる導電性樹脂層２ｃ、２ｄと、を含み、導電性樹脂層２ｃ、２ｄの膜厚は、２００μｍ以下であり、芯金部材２ａの軸方向における、ろ波最大うねりが、基準長さ６０ｍｍの範囲において、８μｍ以下である。【選択図】図２

Description

本発明は、帯電装置および画像形成装置に関する。画像形成装置は、カラー、モノクロを問わず、デジタル複写機、ＦＡＸ、プリンタなどの電子写真装置、記録機器、表示装置などを含む。

画像形成装置においては、被帯電部材である感光体ドラムを予め帯電させておき、その帯電面を露光することにより、露光部分の電荷を放電させて静電潜像を形成させ、現像，転写紙への転写，定着等の工程を経て転写紙上に画像を形成させている。

感光体ドラムの帯電に当っては、感光体ドラムにブレード、ブラシ、帯電ローラー等からなる帯電装置を用い、帯電ローラーを感光体ドラムに接触させることにより、感光体ドラムに帯電させる方法が用いられる。

帯電ローラーには、薄層帯電ローラーが用いられるようになってきている。この薄層帯電ローラーは、芯金に薄層導電そうを直接塗布した帯電ローラーである。この薄層帯電ローラーは、従来の弾性層を持つ厚肉帯電ローラーに対して低コスト化が可能である。構成としては、芯金部材上に薄膜の保護層を設けるのみの簡易な構成となる。このような薄層帯電ローラーが、特開平８−４４１４１号公報（特許文献１）に開示されている。

特開平８−４４１４１号公報

薄層帯電ローラーを採用した帯電装置を備える画像形成装置において、画像品質の低下が確認された。具体的には、画像品質の低下として、画像印刷方向に対して傾斜する斜め方向に周期的な濃度ムラ（斜め濃度ムラ）が発生した。発生要因に関して調査した結果、芯金部材の表面に存在するうねりが要因であることが判明した。

薄層帯電ローラーでは芯金部材の表面のうねりが大きい場合に、被帯電体である感光体ドラムとの間のギャップが周期的に不均一になり、それに伴う帯電不良が発生することが濃度ムラを引き起こすと考えられる。

この発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、薄層帯電ローラーによって発生する画像品質の低下の抑制を図ることが可能な、帯電装置および画像形成装置を提供することにある。

この帯電装置は、外部に設けられた像担持体へ電荷を付与する帯電装置であって、上記帯電装置は、芯金部材と、上記芯金部材の表面に設けられる導電性樹脂層とを含み、上記導電性樹脂層の膜厚は、２００μｍ以下であり、上記芯金部材の軸方向における、ろ波最大うねりが、基準長さ６０ｍｍの範囲において、８μｍ以下である。

他の形態においては、上記芯金部材の軸方向における、うねり曲線要素平均長さが、基準長さ６０ｍｍの範囲において６０ｍｍ以上である。

他の形態においては、上記芯金部材の軸方向における、ろ波最大うねりが、基準長さ６０ｍｍの範囲において、６．５μｍ以下である。

他の形態においては、上記芯金部材の軸方向における、ろ波最大うねりが、基準長さ６０ｍｍの範囲において、４μｍ以下である。

他の形態においては、上記導電性樹脂層は、上記芯金部材の表面に設けられる抵抗層と、上記抵抗層の表面に設けられる保護層とを含む。

他の形態においては、上記帯電部材はロール形状であり、上記像担持体と接触する。
この画像形成装置は、像担持体と、上記像担持体へ電荷を付与する帯電装置と、を備える画像形成装置であって、上記帯電装置は、上述のいずれかに記載の帯電装置である。

この帯電装置および画像形成装置によれば、薄層帯電ローラーによって発生する画像品質の低下の抑制を図ることを可能とする。

実施の形態の画像形成装置の内部構成を示す概略図である。 実施の形態の薄層帯電ローラーの長手方向断面図である。 従来の厚肉帯電ローラーの長手方向断面図である。 芯金部材にセンターレス通過研磨（実線）と停止研磨（破線）とを施した場合の、それぞれのうねり曲線を示す図である。 斜め濃度ムラの一例を示す図である。 実施例１から実施例１０および比較例１から比較例３の画像品質の評価を示す図である。

本実施の形態における帯電装置および画像形成装置について、以下、図を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。図面においては、実際の寸法の比率に従って図示しておらず、構造の理解を容易にするために、構造が明確となるように比率を変更して図示している箇所がある。

画像形成装置は、スキャナー機能、複写機能、プリンタとしての機能、ファクシミリ機能、データ通信機能、およびサーバ機能を備えたＭＦＰ（Ｍｕｌｔｉ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ）を含む。

（画像形成装置１００）
図１を参照して、本実施の形態の画像形成装置１００について説明する。図１は、画像形成装置１００の内部構成を示す概略図である。より具体的には、ブレードクリーニング装置を含むフルカラータンデム型の電子写真方式の画像形成装置１００の電子写真プロセス主要部の概略構成を示す図である。

この画像形成装置１００は、電子写真方式の画像形成プロセスにより感光体ドラム１上に形成したトナー画像を用紙等の記録媒体Ｔに転写し、定着して画像形成を行なうものである。

この画像形成装置１００は静電潜像をその表層に形成、担持するための感光体ドラム１を有する。感光体ドラム１の周辺には、像担持体としての感光体ドラム１の表面を一様に帯電するため、感光体ドラム１の表面に接触するロール形状の薄層帯電ローラー２を備える帯電装置、感光体ドラム１の表面の画像対応部を露光して静電潜像を形成するための露光装置３、電界力の作用で感光体ドラム１上の静電潜像を帯電したトナーにより現像する現像装置４、感光体ドラム１上に形成されたトナー画像を電界力の作用で中間転写ベルト５上に転写するための１次転写ローラー６、および、感光体ドラム１上の転写残トナーを除去する清掃装置７が、感光体ドラム１の回転方向に沿って順に配置されている。

中間転写ベルト５は平行に配置された支持ローラー１２により一定のベルトテンションを与えられた状態で支持され中間転写ユニットを構成する。支持ローラー１２の内の１本に対して機械本体より駆動連結が行なわれる。各色の１次転写ローラー６より移動方向下流位置には、中間転写ベルト５上に転写された重ねられた複数色のトナー画像を電界力の作用により記録媒体Ｔへと転写するための２次転写ローラー８が配置されている。

記録媒体Ｔ上に転写されたトナー画像は、定着装置１１によって加熱および加圧され、記録媒体Ｔへと定着される。中間転写ベルト５上の転写残トナーは中間転写ベルト清掃装置９により中間転写ベルト５上より清掃および除去される。

この画像形成装置１００に用いられる感光体ドラム１、露光装置３、現像装置４、清掃装置７、２次転写ローラー８、および、定着装置１１等は、周知の電子写真方式の技術を任意に選択可能である。

図２を参照して、帯電装置としての薄層帯電ローラー２について説明する。図２は、薄層帯電ローラー２の長手方向断面図である。なお、比較のため、図３に、厚肉帯電ローラー２Ｘの長手方向断面図を示す。

この薄層帯電ローラー２は、芯金部材２ａの外周面上に一様の厚さで形成された抵抗層２ｃと、この抵抗層２ｃの表面を被覆する保護層２ｄを含む。芯金部材２ａは、丸棒素材の表面を機械研磨し形成される軸心部２ａ１と軸端部２ａ２とを有する。軸端部２ａ２は、薄層帯電ローラー２を支持固定し感光体ドラム１へ押圧する際の支点として用いられる。

芯金部材２ａの材料としては、良導性でかつ強度のある金属であれば特に限定されるものでは無い。たとえば、耐腐食性が高く、疲労の少ないステンレス鋼が好ましい。

芯金部材２ａの表面研磨手段としては、高精度であるセンターレス研磨、円筒研磨が挙げられ、特にセンターレス研磨は、円筒研磨と比べ芯出しやチャッキングが不要で連続加工性に優れる為によく用いられている。

センターレス研磨は、固定された支持刃と、回転する調整車、研削砥石の三点支持で工作物の回転と送りを調整しながら表面を研磨する方法で、通過研磨法と停止研磨法との二つに大別される。

通過研磨法は、調整車の軸心を、加工物の軸心に対して僅かに傾けることで工作物が軸方向に移動しながら連続的に研磨される方法である。移動と同時に研磨を行うため、条件によっては芯金部材２ａの表面にらせん状の研磨ムラが発生することがある。

図３に示した厚肉帯電ローラー２Ｘにおいては、芯金部材２ａと抵抗層２ｃとの間に弾性層２ｂが設けられていることから、芯金部材２ａの表面に生じる研磨ムラは問題にならない。しかしながら、本実施の形態における薄層帯電ローラー２では研磨ムラに応じた濃度ムラが発生してしまうことが考えられる。

他方、停止研磨法は調整車、研削砥石が芯金よりも長く、芯金が移動すること無く研磨を行う方法である。研磨時に移動が伴わない為、通過研磨法の様ならせん状の研磨ムラは発生しない。

図４に、芯金部材２ａにセンターレス通過研磨（実線）と停止研磨（破線）とを施した場合の、それぞれのうねり曲線を示す。うねりの測定には、芯金部材２ａの軸心部２ａ１の軸方向（長手方向）に対し、東京精密製、サーフコム４８０Ａを使用し、ろ波うねり測定モードにてカットオフ波長０．８ｍｍ、測定速度０．３ｍｍ／ｓの条件で確認した。基準長さは、６０ｍｍに設定した。基準長さは、短すぎるとうねりを検知することができない。また、長すぎると芯金部材２ａにクラウン形状を持たせている場合にそれがノイズとなり濃度ムラへ影響するうねりを検知できなくなる。

図４の実線で示すように、通過研磨を施した芯金部材２ａは、長手方向に周期的で振幅の大きいうねりを持っており、芯金部材２ａの軸方向におけるろ波最大うねり（ＷＣＭ）は１３．０７５μｍ、うねり周期ＷＳｍは４０．７１５ｍｍであった。この通過研磨を施した芯金部材２ａを用いて形成された薄層帯電ローラー２を、画像形成装置（コニカミノルタ製ｂｉｚｈｕｂＣ２８７）に帯電装置として搭載し、実際にハーフトーン画像を出力した。その結果を図５に示す。

図５に示すように、通紙方向に対して傾斜する斜め方向の濃度ムラが発生した。この濃度ムラの周期が、通過研磨を施した芯金のろ波最大うねり（ＷＣＭ）と略一致する。芯金部材２ａのろ波最大うねり（ＷＣＭ）が大きいことで、長手方向における感光体ドラム１との接触ムラが周期的に生じ、周期的な帯電性の違いに伴い、最終的に斜め濃度ムラとして検知されてしまう。

他方、図４の破線で示すように、停止研磨を施した芯金部材２ａは、基準長さ６０ｍｍにおいて周期的なうねりが存在せず、ろ波最大うねり（ＷＣＭ）も３．８３８ｍｍと小さい。この停止研磨を施した芯金部材２ａを用いて形成された薄層帯電ローラー２を、同様に画像確認したところ、図５に示すような斜め濃度ムラは検知されなかった。

抵抗層２ｃは、抵抗ムラを抑制するために形成される。抵抗層２ｃには、高分子型イオン導電剤が分散する熱可塑性樹脂組成物により形成されている。熱可塑性樹脂組成物としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、および、その共重合体等の汎用樹脂等が挙げられる。

高分子型イオン導電材料としては、ポリエーテルエステルアミド成分を含有する高分子化合物が好ましい。ポリエーテルエステルアミドは、イオン導電性の高分子材料であり、マトリックスポリマー中に分子レベルで均一に分散、固定化される。これにより、金属酸化物、カーボンブラック等の電子伝導系導電剤を分散した組成物に見られるような分散不良に伴う抵抗値のばらつきが生じない。また高分子材料であるため、ブリードアウトが生じにくい。

抵抗層２ｃの芯金部材２ａ上への形成は、上記材料を有機溶媒に溶解し溶液を作製し、ディッピング、スプレーコート、または、ロールコート等の塗布方法にて行なわれる。抵抗層２ｃの厚さは、１７０μｍ以下に形成されており、好ましくは１２０μｍ以下、さらに好ましくは７０μｍ以下であるとよい。厚い程、抵抗層２ｃの塗布ムラが発生し易くなり、それに伴う濃度ムラが引き起こされるからである。

保護層２ｄは、現像剤および紙粉による汚染を防止するために設けられる。保護層２ｄを形成する材料としては、製膜性が良好であるという点で樹脂材料が好適である。樹脂材料としては、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、または、ポリビニルアセタール樹脂が非粘着性に優れ、トナーの付着を防止する観点から好ましい。

樹脂材料は一般に電気的な絶縁性を有するため、樹脂材料単体で保護層２ｄを形成すると帯電ローラーの特性が満たされない。そこで、上記の樹脂材料に対して金属酸化物やカーボンブラック等の導電剤を分散させることによって、保護層２ｄの抵抗値を調整する。

保護層２ｄと抵抗層２ｃとの接着性を向上させるため、樹脂材料にイソシアネート等の反応性硬化剤を分散させてもよい。

保護層２ｄの形成は、抵抗層２ｃと同様にディッピング等の塗布方法が用いられる。膜厚は５μｍ〜３０μｍ程度が好ましく、１０μｍ〜２０μｍであると膜厚均一性の観点から更に好ましい。

薄層帯電ローラー２としての導電層膜厚は、抵抗層２ｃの厚みと保護層２ｄの厚みとの合計が２００μｍ以下であることが好ましい。好ましくは１５０μｍ以下、更に好ましくは１００μｍ以下であるとよい。導電層の膜厚が厚い程、膜厚ムラが発生し易くなり、これが濃度ムラに繋がるからである。表面粗さは帯電均一性の観点から、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１に規定される十点平均粗さＲｚｊｉｓにおいて１０μｍ以下であることが好ましい。

（実施例）
実験機の画像形成装置を用いて、ハーフトーン画像での画像品質の確認を行なった。画像品質としては、斜めムラ、および、スジノイズの発生有無を確認した。実験機としては、コニカミノルタ社製ｂｉｚｈｕｂ Ｃ２８７の帯電ユニットを改造し、図２に示す薄層帯電ローラー２を設置した。

実験方法としては、感光体ドラム１の電位（Ｖｏ）が−５００Ｖとなる様、帯電入力電圧Ｖｃを設定し、実験機既定の濃度となるように現像装置４への印加電圧および露光装置３の出力を調整した。その後、ハーフトーン画像を出力した。

この評価条件と画像品質の結果を、図６に示す。図６では、実施例１から実施例１０と、比較例１から比較例３を設定した。図６に記載していない条件は以下のとおりである。

芯金部材２ａの軸方向における、ろ波最大うねり（ＷＣＭ）の基準長さは６０ｍｍである。評価環境は、ＮＮ環境であり、２０度、５０％ＲＨである。芯金部材２ａには、ＳＵＳ３０４を用い、軸心部２ａ１の直径は、１２ｍｍ、軸端部２ａ２の直径は、８ｍｍである。

図６中において、導電性樹脂層の膜厚［μｍ］は、保護層２ｄと抵抗層２ｃとの合計膜厚を意味し、各実施例および各比較例において、保護層２ｄの膜厚［μｍ］は、１０［μｍ］、残りの膜厚が抵抗層２ｃの膜厚［μｍ］となる。

画質品質の評価については、以下のように行なった。画質品質としては、「斜めムラ」の有無の評価と、「縦スジノイズ」の有無の評価を行なった。

「斜めムラ」については、目視にて高濃度部と低濃度部を判断し、両者の色差δＥにて判断した。測定にはコニカミノルタ社製の色彩色差計ＣＲ−４００を使用した。評価基準は下記の通りで、ＣがＮＧレベルである。

評価ランク「Ａ」は、色差δＥが、δＥ＜０．５であり、目視におけるレベルは、全く視認できない状態である。評価ランク「Ａ’」は、色差δＥが、０．５≦δＥ＜１であり、目視におけるレベルは、略視認できないが、注視すると部分的に視認可能な状態である。評価ランク「Ｂ」は、色差δＥが、１≦δＥ＜２であり、目視におけるレベルは、略視認できないが、注視すると境界線が視認可能な状態である。評価ランク「Ｃ」は、色差δＥが、２≦δＥであり、目視で視認可能な、不合格の状態である。

「縦スジノイズ」については、目視にて発生の有無を確認および判断した。評価ランク「Ａ」は、目視におけるレベルは、全く視認できない状態である。評価ランク「Ｂ」は、目視におけるレベルは、略視認できないが、注視すると部分的に視認可能な状態である（長さ０．５ｍｍ未満）。評価ランク「Ｃ」は、目視で視認可能な、不合格の状態である。

（芯金部材２ａの製造方法）
実施例１の芯金部材２ａは、センターレス停止研磨装置にて研磨した。具体的には、芯金部材２ａは、連続引き抜きにて加工された、直径１２ｍｍの丸棒素材を用いた。研削砥石に直径６１０ｍｍ，長さ４０５ｍｍを用い、回転速度は２０ｒｐｍである。調整車は、直径３２０ｍｍ、長さ４０５ｍｍである。

実施例２，５は、実施例１の条件に対し、研削砥石の回転速度を２５ｒｐｍとした。３，６は、実施例１の条件に対し、研削砥石の回転速度を３０ｒｐｍとした。実施例４，７，８および、比較例３は、実施例１と同じ製造条件とした。

実施例９の芯金部材２ａは、センターレス通過研磨装置にて研磨した。具体的には、直径１２ｍｍの引き抜き芯金部材用いた。研削砥石に直径６１０ｍｍ，長さ１５０ｍｍを用い、回転速度は２０ｒｐｍである。調整車は、直径３２０ｍｍ、長さ１５０ｍｍで、角度を１度に設定した。

実施例１０は、実施例９の条件に対し、研削砥石の回転速度を４０ｒｐｍとした。比較例１は、実施例９の条件に対し、研削砥石の回転速度を６０ｒｐｍとした。比較例２は、実施例９の条件に対し、研削砥石の回転速度を８０ｒｐｍとした。

ここで、芯金部材２ａの条件において、「ろ波最大うねり（ＷＣＭ）」だけでなく、「うねり曲線要素平均長さ（ＷＳｍ）」を規定する技術的な意味合いについて説明する。測定長６０ｍｍ内における「うねり曲線要素平均長さ（ＷＳｍ）」が小さいと、芯金部材２ａは潜在的にうねりを持つこととなり、芯金部材２ａに形成される表面層の膜厚が厚い際には、うねりに沿う形で当該表面層が形成され易くなる。

したがって、芯金部材の「うねり曲線要素平均長さ（ＷＳｍ）」が大きい場合には、表面層の形成により表面うねりをより増長させてしまうことがあり、「斜めムラ」が悪化すると考えられる。

評価結果を図６に示す。結果から、芯金部材２ａの表面に形成される導電性樹脂層の膜厚が、２００μｍ以下においては、「センターレス停止研磨」および「センターレス通過研磨」に関係なく、「ろ波最大うねり（ＷＣＭ）」が、基準長さ６０ｍｍの範囲において、８μｍ以下の場合には、画像品質として「斜めムラ」および「スジノイズ」のいずれにおいても、良好な画質評価が得られた（実施例１−１０）。

さらに、結果から、「ろ波最大うねり（ＷＣＭ）」が、基準長さ６０ｍｍの範囲において、６．５μｍ以下の場合には、より良好な画質評価が得られた（実施例１−８）。さらに、結果から、「ろ波最大うねり（ＷＣＭ）」が、基準長さ６０ｍｍの範囲において、６４．６μｍ以下の場合には、より良好な画質評価が得られた（実施例１−６）。

結果から、芯金部材２ａが「センターレス停止研磨」により製造された場合には、「斜めムラ」の評価が、「センターレス通過研磨」の評価よりも良いことが確認できた（実施例１−８）。

結果から、芯金部材２ａの「うねり曲線要素平均長さ（ＷＳｍ）」が、基準長さ６０ｍｍの範囲において、６０ｍｍ以上の評価が６０ｍｍ未満の評価よりも良いことが確認できた（実施例１−８）。

以上、本実施の形態における薄層帯電ローラー２、および、この薄層帯電ローラー２を用いた画像形成装置によれば、芯金部材２ａの表面のろ波最大うねり（ＷＣＭ）を規定することで、良好な画像品質を有する画像を得ることを可能とする。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 感光体ドラム、２ 薄層帯電ローラー、２Ｘ 厚肉帯電ローラー、２ａ 芯金部材、２ａ１ 軸心部、２ａ２ 軸端部、２ｂ 弾性層、２ｃ 抵抗層、２ｄ 保護層、３ 露光装置、４ 現像装置、５ 中間転写ベルト、６ １次転写ローラー、７ 清掃装置、８ ２次転写ローラー、９ 中間転写ベルト清掃装置、１１ 定着装置、１２ 支持ローラー、１００ 画像形成装置。

Claims (7)

1. 外部に設けられた像担持体へ電荷を付与する帯電装置であって、
   前記帯電装置は、
   芯金部材と、
   前記芯金部材の表面に設けられる導電性樹脂層と、を含み、
   前記導電性樹脂層の膜厚は、２００μｍ以下であり、
   前記芯金部材の軸方向における、ろ波最大うねりが、基準長さ６０ｍｍの範囲において、８μｍ以下である、帯電装置。
2. 前記芯金部材の軸方向における、うねり曲線要素平均長さが、基準長さ６０ｍｍの範囲において６０ｍｍ以上である、請求項１に記載の帯電装置。
3. 前記芯金部材の軸方向における、ろ波最大うねりが、基準長さ６０ｍｍの範囲において、６．５μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の帯電装置。
4. 前記芯金部材の軸方向における、ろ波最大うねりが、基準長さ６０ｍｍの範囲において、４μｍ以下である、請求項３に記載の帯電装置。
5. 前記導電性樹脂層は、
   前記芯金部材の表面に設けられる抵抗層と、
   前記抵抗層の表面に設けられる保護層と、
   を含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の帯電装置。
6. 前記帯電部材はロール形状であり、前記像担持体と接触する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の帯電装置。
7. 像担持体と、
   前記像担持体へ電荷を付与する帯電装置と、を備える画像形成装置であって、
   前記帯電装置は、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の帯電装置である、画像形成装置。