JP4420784B2 - 画像形成装置、及びプロセスカートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ等の画像形成装置、およびこの画像形成装置で使用される帯電装置、その製造方法およびプロセスカートリッジに関するものである。

従来では、帯電ローラの汚れを低減するために帯電ローラの端部にフィルムを取り付けて、感光体と帯電ローラの間に微少なギャップを形成する方法が知られている。また、フィルム以外によるギャップ保持方法としては、帯電ローラの端部に段差もしくは溝を設け、スペーサ部材を取り付ける方法も知られている。また、帯電ローラと感光体間にギャップを設ける場合のギャップの範囲に関しては、３０〜２４０μｍ等の記載がある（例えば特許文献１ないし４参照）。
また、帯電ローラの材質としてはゴムやスポンジ等の弾性部材を用いるのが一般的であるが、樹脂材料を用いる方法（特許文献５および６）、帯電部材の端部にコロを取り付け、帯電部材と像担持体間にギャップを形成する方式（特許文献７および８）、さらに、有機感光体の耐摩耗性や機械的強度を向上させるために無機物の微粒子を分散させる（特許文献９）、あるいは潤滑性を向上させるためにフッ素樹脂の微粒子を分散させる（特許文献１０）等、表面に保護層を形成する方法も知られている。
非接触の弾性部材としての帯電ローラであって、ギャップが円周方向／軸方向に１０〜４０μｍ変動し、帯電ローラにはＤＣバイアス、ＡＣバイアスを重畳して、ＡＣバイアスを低電圧制御することも特許文献１１に開示されている。
また、帯電ローラの両端非画像領域にスペーサ部材を用いて像担持体を非接触帯電し、帯電部材がフッ素樹脂主成分の抵抗層であること、像担持体保護層に金属酸化物粒子を分散し、像担持体保護層にフッ素系樹脂粒子を含有すること、各色個別に帯電制御可能であることも従来技術に開示されている（例えば、特許文献１２ないし１４参照）。
従来、画像形成装置の帯電手段としてはスコロトロン等のチャージャ方式帯電装置が主流であったが、オゾン等の放電生成物が大量に発生するという問題があり、近年ではローラやブラシ等の接触帯電装置が広く使用されるようになった。このような接触帯電装置では経時でのトナー等の汚れによる帯電ムラの発生が帯電装置の寿命を決定する大きな要因であった。
特開２００１−１９４８６８公報 特開２００２−５５５０８公報 特開平７−３０１９７３号公報 特開平８−２０２１２５号公報 特開２００１−３３７５１５公報 特開２００３−６６６９３公報 特開２００１−３１２１２１公報 特開２０００−２０６８０５公報 特開平８−３３９０９２号公報 特開平１１−２１８９４５号公報 特開２００２−２２９３０７公報 特開２００２−２５１０５５公報 特開平８−１８４９８０号公報 特開２００３−０７６１０１公報

帯電ローラを感光体に非接触に配置することで、接触して配置した場合に対して、帯電ローラの汚れを低減することができる。しかし、感光体と帯電ローラ間のギャップ（以下では、帯電ギャップと称する）には帯電ローラの材料に起因した上限が存在し、帯電ギャップが許容値より大きくなると異常放電が発生し、画像上に濃度ムラが発生する。
また、帯電ギャップの大きさにより適正な帯電バイアスの値が異なるため、帯電ギャップが許容範囲内であっても帯電ギャップに偏差が大きいと、帯電ギャップが広い場所で帯電バイアス不足になり帯電電位が低下したり、帯電ギャップが狭い場所での放電エネルギが過剰となることで感光体にトナーやトナー外添剤のフィルミングが発生したり、感光体の摩耗が増大したりする場合があった。
このため、感光体と帯電ローラ間の帯電ギャップの平均値を適正化するだけでなく、帯電ギャップの偏差や変動幅も適正な範囲に収める必要がある。それに対して、従来例では帯電ギャップの許容範囲（均一帯電が可能な帯電ギャップの範囲）や帯電ギャップの平均値については記載されているものの、帯電ローラや感光体が回転したさいの帯電ギャップの変動幅や長手方向の帯電ギャップの偏差等に関してはほとんど触れられていない。
帯電部材がゴムの場合、切削加工で高精度に加工することが難しく、また硬度の温度変動が大きいため環境によりギャップが変動しやすいという課題があった。

一方、樹脂製の帯電部材は高硬度で切削加工が容易であるため高精度に加工し易いが、高硬度であるが故に、ギャップ保持部材としてフィルム状の薄い部材を使用した場合には経時でフィルム状部材が摩耗したり、フィルムの接着剤が端部からはみ出してそこにトナーが固着してしまう等の不具合があった。
また感光体として有機感光体を使用した場合にはフィルム状部材の当接部で感光体が損傷することもあった。
そこで、特許文献２のように帯電ローラの端部に段差を設け、ギャップ保持部材を肉厚の弾性体で構成することで、ギャップ保持部材や、感光体のギャップ保持部材が当接する部分が劣化することを防止できる。
このように帯電ローラの端部に段差を設け、ギャップ保持部材を取り付けることで、ギャップ保持部材や感光体のギャップ保持部材の当接する部分が劣化することを防止することができ、また、凹形状に取り付けることでギャップ保持部材がはずれたりすることも防止できる。
ただし、肉厚のギャップ保持部材を使用することで耐久性は向上するが、ギャップ保持部材の厚みの偏差がギャップの変動につながるため、ギャップ変動が大きくなってしまうという問題があった。
特許文献７および８ではギャップ保持部材を画像領域外の非塗工部に当接させている。このように感光体の非塗工部に当接する構成としているので感光層が劣化することはない。
しかしながら、帯電部材端部から感光体の非塗工部への帯電バイアスのリークを防止するために、帯電部材とギャップ保持部材との間にリークが発生しないだけの十分な距離を確保する必要がある。そのため、感光体素管を長くする必要が生じ、装置全体が大型化することにつながってしまう。
本発明は、上述した実情を考慮して、帯電ギャップを高精度に維持しつつ、帯電ギャップの変動や偏差を低減し、帯電ローラの汚れを低減し、また異常画像の発生を防止する、低コストで高耐久の帯電装置、およびこれを用いた画像形成装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、帯電ローラからなる帯電装置を像担持体に対して非接触に配置する画像形成装置において、前記帯電ローラは、芯金と、芯金の外周に一体化された導電性樹脂からなる帯電部材と、この帯電部材の両端に取り付けられた絶縁性樹脂からなるギャップ保持部材と、から構成されるものであって、画像形成領域内の任意の位置における前記帯電ローラと前記像担持体間のギャップをＧとしたとき２０［μｍ］≦Ｇ≦８０［μｍ］であり、像担持体軸方向の画像形成領域中央位置をＣ、両端をそれぞれＥ１、Ｅ２とし、各位置における像担持体の回転にともなう帯電ローラと像担持体間のギャップの最大値をそれぞれＧｍａｘ（Ｃ）、Ｇｍａｘ（Ｅ１）、Ｇｍａｘ（Ｅ２）とし、最小値をそれぞれＧｍｉｎ（Ｃ）、Ｇｍｉｎ（Ｅ１）、Ｇｍｉｎ（Ｅ２）とし、Ｇｍａｘ（Ｃ）、Ｇｍａｘ（Ｅ１）、Ｇｍａｘ（Ｅ２）の中の最大値をＧｍａｘとし、Ｇｍｉｎ（Ｃ）、Ｇｍｉｎ（Ｅ１）、Ｇｍｉｎ（Ｅ２）の中の最小値をＧｍｉｎとしたとき、Ｇｍａｘ−Ｇｍｉｎ≦４０［μｍ］であり、さらに、前記帯電ローラは、その端部に設けたギヤが前記像担持体端部のギヤと噛み合い、前記像担持体と同期して連れまわり方向に駆動されるとともに、前記帯電ローラのギヤ歯数をＮｃ、前記帯電ローラを駆動する前記像担持体のギヤ歯数をＮｐとしたとき、ＮｃとＮｐの最小公倍数がＮｃ×Ｎｐであることを特徴とする。
また、請求項２に記載の発明は、画像形成領域内の軸方向の特定位置における前記像担持体の回転に伴う、前記帯電ローラと前記像担持体との間のギャップＧの最大値をＧｍａｘ、最小値をＧｍｉｎとしたとき、Ｇｍａｘ−Ｇｍｉｎ≦４０［μｍ］
の関係が像担持体軸方向の任意の位置において成り立つ請求項１記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、画像形成領域内の周方向の特定位置における前記像担持体の軸方向の前記帯電ローラと前記像担持体間のギャップの最大値をＧｍａｘ、最小値をＧｍｉｎとしたとき、Ｇｍａｘ−Ｇｍｉｎ≦４０［μｍ］
の関係が像担持体周方向の任意の位置において成り立つ請求項１または２記載の画像形成装置を特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３いずれか一項記載の画像形成装置において、前記帯電部材の両端に位置する絶縁性樹脂からなるギャップ保持部材を前記像坦持体である感光体の画像領域外の感光層に当接させることで、前記像担持体と前記帯電部材間のギャップを保持する画像形成装置を特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、前記帯電部材の両端部に段差を設け、その段差部に熱収縮性を有した絶縁性樹脂材料からなる前記ギャップ保持部材を取り付け、このギャップ保持部材を前記画像領域外の感光層に当接させることで、前記像担持体と前記帯電部材間のギャップを保持する請求項４記載の画像形成装置を特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１ないし３いずれか一項記載の画像形成装置において、前記帯電部材の両端に前記帯電部材より僅かに外径の大きい絶縁性樹脂材料からなるギャップ保持部材を取り付け、このギャップ保持部材を前記像坦持体である感光体の画像領域外の感光層に当接させることで、前記像担持体と前記帯電部材間のギャップを保持する画像形成装置を特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項４ないし６いずれか一項記載の画像形成装置において、前記像担持体が少なくとも最外層に金属酸化物粒子を含む有機感光体である画像形成装置を特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項４ないし６いずれか一項記載の画像形成装置において、前記像担持体が少なくとも最外層に潤滑剤粒子を含む有機感光体である画像形成装置を特徴とする。
また、請求項９に記載の発明は、前記帯電ローラに、ＤＣバイアスにＡＣバイアスを重畳した帯電バイアスを印加し、少なくとも画像形成中はＡＣバイアスを定電圧制御する請求項１ないし３、７又は８いずれか一項記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、前記帯電ローラに印加するＡＣバイアスの周波数ｆ［Ｈｚ］と像坦持体線速Ｖ［ｍｍ／ｓ］とが、７×Ｖ＜ｆ＜１２×Ｖの関係を満たす請求項８または９記載の画像形成装置を特徴とする。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１ないし１０いずれか一項記載の画像形成装置で使用されるプロセスカートリッジにおいて、少なくとも像坦持体と帯電装置が、画像形成装置本体から一体で着脱可能に構成されているプロセスカートリッジを特徴とする。

本発明によれば、帯電部材を樹脂製のローラ形状とし、熱収縮性樹脂のギャップ保持部材を感光体に当接させて帯電ギャップを形成する構成とすることで高精度の帯電ギャップが得られ、ギャップ保持部材の耐久性にも優れる帯電装置を提供できる。
また、本発明によれば、帯電ギャップの変動を所定の範囲に収めることで、帯電ローラの汚れが低減し、感光体フィルミングの発生や感光体の摩耗の増大をより起こりにくくすることができ、また、帯電ギャップの偏差をこの範囲に収めることで、帯電ローラの汚れが低減し、感光体フィルミングの発生や感光体の摩耗の増大をより起こりにくくする画像形成装置を提供できる。
有機感光体の最外層に金属酸化物粒子を分散させることで、感光体の機械的強度が向上し、ギャップ保持部材を画像領域外の感光層に当接させても感光体の摩耗や損傷が起こりにくく、また、画像領域内の感光体の耐摩耗性も向上するので、感光体の寿命も長くなる画像形成装置を提供できる。
感光体や帯電ローラの回転に伴い帯電ギャップが変動する場合でも、感光体を均一に帯電させることができ、感光体毎に帯電ギャップが異なっても、過不足なく適正な帯電バイアスに設定することができる。
像担持体と帯電装置を一体で容易に交換可能なプロセスカートリッジ形態とすることにより、高いギャップ精度を必要とする帯電方式であっても交換が容易であり、ギャップの調整が不要となるのでユーザでも容易に交換が可能となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明をタンデム方式のフルカラープリンタに適用した実施の形態を示す全体構成図である。
装置本体１内には、像担持体である感光体５を含む４個の感光体ユニット２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄを、装置本体１に対してそれぞれ着脱可能に装着している。
感光体ユニット２Ａ〜２Ｄは、同一の構成をしたユニットであり、感光体ユニット２Ａはマゼンタ（Ｍ）色に対応する画像を形成し、感光体ユニット２Ｂはシアン（Ｃ）色に対応する画像を形成し、感光体ユニット２Ｃはイエロー（Ｙ）色に対応する画像を形成し、感光体ユニット２Ｄはブラック（Ｂｋ）色に対応する画像を形成する。
装置本体１の略中央に転写ベルト３を複数のローラ間に矢示Ａ方向に回転可能に装着した転写ユニットを配置している。転写ベルト３の内側には４つの転写ブラシ５７が４個の感光体に対応してそれぞれ設けられている。その転写ベルト３の上側の面は各感光体ユニット２Ａ〜２Ｄの感光体５に接触可能に配置している。
感光体ユニット２Ａ〜２Ｄに対応させて、それぞれ使用するトナーの色が異なる現像装置１０Ａ〜１０Ｄを配置している。現像装置１０Ａ〜１０Ｄは、構成が同一のものであり、それらは使用するトナーの色のみが異なる二成分現像方式の現像装置である。
そして、現像装置１０ＡはＭ色（マゼンタ）のトナーを使用し、現像装置１０ＢはＣ色（シアン）のトナーを使用し、現像装置１０ＣはＹ色（イエロー）のトナーを使用し、現像装置１０ＤはＢｋ色（ブラック）のトナーをそれぞれ使用する。そして、その各色の現像装置１０Ａ〜１０Ｄ内には、トナーとキャリアからなる現像剤が収容されている。
現像装置１０Ａ〜１０Ｄは感光体５に対向した現像ローラ、現像剤を搬送・撹拌するスクリュ、トナー濃度センサ等によって構成される。現像ローラは外側の回転自在のスリーブと内側に固定された磁石から構成されている。トナー濃度センサの出力に応じて、図示しないトナー補給装置より必要量のトナーが補給される。
また、感光体ユニット２Ａ〜２Ｄの上方には書き込みユニット６を、転写ベルト３の下方には両面ユニット７をそれぞれ配置している。このプリンタは、装置本体１の左方に、画像形成後の転写紙Ｐを反転させて排出したり、両面ユニット７へ搬送したりする反転ユニット８を装着している。

書き込みユニット６は、各色毎に用意されたレーザダイオード（ＬＤ）方式の４つの光源と、６面のポリゴンミラーとポリゴンモータから構成される１組のポリゴンスキャナと、各光源の光路に配置されたｆθレンズ、長尺ＷＴＬ等のレンズやミラーから構成されている。レーザダイオードから射出されたレーザ光はポリゴンスキャナにより偏向走査され感光体５上に照射される。
両面ユニット７は、対をなす搬送ガイド板４５ａ、４５ｂと、対をなす複数（この例では４組）の搬送ローラ４６とからなり、転写紙Ｐの両面に画像を形成する両面画像形成モード時には、片面に画像が形成された後に反転ユニット８の反転搬送路５４に搬送されてスイッチバック搬送された転写紙Ｐを受入れて、それを給紙部に向けて搬送する。
反転ユニット８は、それぞれ対をなす複数の搬送ローラと、対をなす複数の搬送ガイド板とからなり、上述したように両面画像形成するさいの転写紙Ｐを表裏反転させて両面ユニットへ搬出したり、画像形成後の転写紙Ｐをそのままの向きで機外に排出したり、表裏を反転させて機外に排出したりする働きをする。
装置本体１の下方部において、給紙カセット１１、１２が設けられている給紙部には、転写紙Ｐを１枚ずつ分離して給紙する分離給紙部５５、５６が、それぞれ設けられている。
転写ベルト３と反転ユニット８との間には、転写紙Ｐに転写された画像を定着する定着装置９が設けられている。その定着装置９の転写紙搬送方向下流側には、反転排紙路２０を分岐させて形成し、そこに搬送した転写紙Ｐを排紙ローラ対２５により排紙トレイ２６上に排出可能にしている。
また、装置本体１の下部には、上述のごとく、上下２段にサイズの異なる転写紙Ｐを収納可能な給紙カセット１１と１２を、それぞれ配設している。さらに、装置本体１の右側面には、手差しトレイ１３を矢示Ｂ方向に開閉可能に設け、その手差しトレイ１３を開放することにより、そこから手差し給紙ができるようにしている。

まず、このフルカラープリンタのフルカラー画像形成時の動作を説明する。このフルカラープリンタがフルカラーの画像データを受け取ると、各感光体５が図１で時計回り方向にそれぞれ回転する。そして、その各感光体５の表面が帯電ローラにより一様に帯電される。
そして、感光体ユニット２Ａの感光体５には、書き込みユニットによりＭの画像に対応するレーザ光が、感光体ユニット２Ｂの感光体５にはＣの画像に対応するレーザ光が、感光体ユニット２Ｃの感光体５にはＹの画像に対応するレーザ光が、さらに感光体ユニット２Ｄの感光体５にはＢｋの画像に対応するレーザ光がそれぞれ照射され、各色の画像データに対応した潜像がそれぞれ形成される。
各潜像は、感光体５が回転することにより現像装置１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄの位置に達すると、そこで、Ｍ、Ｃ、Ｙ及びＢｋ色トナーにより現像されて、４色のトナー像となる。
一方、給紙カセット１１または１２から転写紙Ｐが分離給紙部５５または５６により給紙され、それが転写ベルト３の直前に設けられているレジストローラ対５９により、各感光体５上に形成されているトナー像と一致するタイミングで搬送される。
転写紙Ｐは、転写ベルト３の入口付近に配設している紙吸着ローラ５８によりプラスの極性に帯電され、それにより転写ベルト３の表面に静電的に吸着される。そして、転写紙Ｐは、転写ベルト３に吸着した状態で搬送されながら、Ｍ、Ｃ、Ｙ及びＢｋ色の各トナー像が順次転写されていき、４色重ね合わせのフルカラーのトナー画像が形成される。
その転写紙Ｐは、定着装置９で熱と圧力が加えられることによりトナー像が溶融定着され、その後は指定されたモードに応じた排紙系を通って、装置本体１上部の排紙トレイ２６に反転排紙されたり、定着装置９から直進して反転ユニット８内を通ってストレート排紙されたりする。
あるいは、両面画像形成モードが選択されているときには、前述した反転ユニット８内の反転搬送路に送り込まれた後にスイッチバックされて両面ユニット７に搬送され、そこから再給紙されて感光体ユニット２Ａ〜２Ｄが設けられている作像部で、裏面に画像が形成された後に排出される。以降、２枚以上の画像形成が指示されているときには、上述した作像プロセスが繰り返される。

次に、このフルカラープリンタの白黒画像形成時の動作を説明する。このフルカラープリンタが白黒の画像データを受け取ると、吸着ローラ５８に対向して転写ベルト３を支持している従動ローラが下方に移動し、転写ベルト３がＭ、Ｃ、Ｙの感光体５から離間する。Ｂｋの感光体５が図１の時計回り方向に回転し、Ｂｋ感光体５の表面が帯電ローラにより一様に帯電される。
そして、さらに感光体ユニット２Ｄの感光体５にはＢｋの画像に対応するレーザ光が照射され、潜像が形成される。潜像は、現像装置１０Ｄの位置に達すると、Ｂｋのトナーにより現像されてトナー像となる。このさい、Ｂｋ以外の３色の感光体ユニット２Ａ〜２Ｃ、現像装置１０Ａ〜１０Ｃは停止しており、感光体５や現像剤の不要な消耗を防止する。
一方、給紙カセット１１、１２から転写紙Ｐが分離給紙部５５、５６により給紙され、それが転写ベルト３の直前に設けられているレジストローラ対５９により、Ｂｋ感光体５上に形成されているトナー像と一致するタイミングで搬送される。
転写紙Ｐは、転写ベルト３の入口付近に配設している紙吸着ローラ５８により帯電され、それにより転写ベルト３の表面に静電的に吸着される。そして、転写紙Ｐは、転写ベルト３に静電吸着した状態で搬送される。
このため、転写ベルト３がＭ、Ｃ、Ｙの感光体５から離間していても転写紙ＰはＢｋの感光体５まで搬送され、Ｂｋのトナー像が転写される。転写紙Ｐを安定して静電吸着搬送するために転写ベルト３は少なくとも表層が高抵抗の材料で構成されている必要がある。
その転写紙Ｐは、フルカラー画像の場合と同様に定着装置９で定着され、指定されたモードに応じた排紙系を通って処理される。以降、２枚以上の画像形成が指示されているときには、上述した作像プロセスが繰り返される。
転写ベルト３の材質としてはポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料をシームレスベルトに成型し使用することができる。
これらの材料はそのまま用いたり、カーボンブラック等の導電材により抵抗調整したりすることが可能である。また、これらの樹脂を基層として、スプレーやディッピング等の方法により表層を形成し、積層構造にしても良い。

図２は感光体ユニットの構成を示す概略断面図である。静電潜像が形成される感光体５と、この感光体５を均一に帯電する帯電ローラ１４と、感光体５の表面をクリーニングするブラシローラ１５とクリーニングブレード４７から構成されている。
帯電ローラ１４は軸方向両端に設けられたギャップ保持部材が画像領域外の感光体５表面に当接しており、画像形成領域では感光体５との間に微少なギャップを形成している。また、帯電ローラ１４にはローラ表面をクリーニングするためのクリーニングローラ４９が当接している。
このクリーニングローラ４９は金属製の芯金上に導電性繊維を静電植毛したブラシローラであり、帯電ローラ１４に自重で当接しており、この帯電ローラ１４の回転に伴い連れ回り回転しながら帯電ローラ１４表面に付着したトナー等を除去する。
ポリウレタンゴムからなるクリーニングブレード４７により感光体５から掻き取られたトナーは、ブラシローラ１５でトナー搬送オーガ４８側に移動させ、そのトナー搬送オーガ４８を回転させることにより回収した廃トナーを、図１に示した廃トナー収納部１８に搬送するように構成されている。
この実施の形態では、感光体径はφ３０ｍｍであり、各感光体５はそれぞれ矢示Ｃ方向に線速１２５ｍｍ／ｓｅｃで回転する。ブラシローラ１５は感光体５の回転に同期して時計方向に回転する。
なお、この感光体ユニット２Ａ〜２Ｄには、それを装置本体１に対して着脱するさいの基準として、位置決め主基準部５１を設けると共に、手前側位置決め従基準部５２と奥側位置決め従基準部５３とをブラケット５０にそれぞれ一体に設けている。
その感光体ユニット２Ａ〜２Ｄを装置本体１に装着するさいに、それらの基準部５１〜５３により、感光体ユニット２Ａ〜２Ｄを所定の装着位置に確実に位置決めできるようにしている。

感光体ユニット２Ａ〜２Ｄをユーザでも交換が容易なプロセスカートリッジ形態とし、感光体５と帯電ローラ１４を１つのプロセスカートリッジとすることもできる。
プロセスカートリッジ内で感光体５と帯電ローラ１４の位置が決まる構成にすることで、本発明のように感光体と帯電ローラ間に微少な帯電ギャップを精度良く形成する必要がある場合でも、感光体５と同時に交換することで帯電ギャップの調整を行う必要はないのでユーザでも交換が可能である。
ここでは感光体５、帯電ローラ１４およびクリーニングが一体となった実施の形態でプロセスカートリッジを説明したが、さらに、現像装置も一体のプロセスカートリッジとすることもできる。
帯電ローラ１４はその端部に一体的に設けたギヤ（図示せず）が感光体５端部のギヤと噛み合い、感光体５と同期して連れまわり方向に概ね等速に駆動される。帯電ローラ１４のギヤ（図示せず）の歯数をＮｃ、この帯電ローラ１４を駆動する感光体５のギヤ歯数をＮｐとしたとき、ＮｃとＮｐの最小公倍数がＮｃ×Ｎｐであるように構成される。ＮｃとＮｐの最小公倍数がＮｃ×Ｎｐになるように設定することで、感光体と帯電ローラの特定位置同士が対向する周期を長くすることができ、局所的な感光体フィルミングや摩耗の発生を起こりにくくすることができる。
画像形成領域内の任意の位置における帯電ローラ１４と感光体５間のギャップをＧ、画像形成領域内の軸方向の特定位置における感光体５の回転に伴う、帯電ローラ１４と感光体５との間のギャップＧの最大値をＧｍａｘ、最小値をＧｍｉｎとしたとき、
２０［μｍ］≦Ｇ≦８０［μｍ］
かつ、Ｇｍａｘ−Ｇｍｉｎ≦４０［μｍ］
の関係が像担持体軸方向の任意の位置において成り立つ。
また、画像形成領域内の任意の位置における帯電ローラ１４と感光体５間のギャップをＧ、画像形成領域内の周方向の特定位置における感光体５の軸方向における帯電ローラ１４と感光体５間のギャップの最大値をＧｍａｘ、最小値をＧｍｉｎとしたとき、
２０［μｍ］≦Ｇ≦８０［μｍ］
かつ、Ｇｍａｘ−Ｇｍｉｎ≦４０［μｍ］
の関係が像担持体周方向の任意の位置において成り立つ。

図３は本発明による帯電ローラの第１の実施の形態を示す概略断面図である。帯電ローラ１４は導電性支持体である芯金１４ａと、導電性樹脂材料で構成される帯電部材１４ｂと、ギャップ保持部材１４ｃから構成される。
芯金１４ａはステンレス等の金属が用いられる。芯金１４ａが細すぎると帯電部材１４ｂの切削加工時や、感光体５に加圧されたときの撓みの影響が無視できなくなり、必要なギャップ精度が得られにくい。また、芯金１４ａが太すぎる場合には帯電ローラ１４が大型化したり、質量が重くなったりする問題があるため、芯金１４ａの最大直径としては６〜１０ｍｍ程度が望ましい。
帯電部材１４ｂは１０^４〜１０^９Ωｃｍの体積抵抗を持つ材料が好ましい。抵抗が低すぎると感光体５にピンホール等の欠陥があった場合に帯電バイアスのリークが発生し易く、抵抗が高すぎると放電が十分に発生せず均一な帯電電位を得ることができない。
帯電部材１４ｂは基材となる樹脂に導電性材料を配合することで所望の体積抵抗を得ることができる。基材樹脂としては、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、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリカーボネート等の樹脂を用いることができる。これらの基材樹脂は、成形性が良いので容易に成形加工することができる。

導電性材料としては４級アンモニウム塩基を有する高分子化合物のようなイオン導電性材料が好ましい。４級アンモニウム塩基を有する高分子化合物は、好ましくは、４級アンモニウム塩基を有するポリオレフィンである。
これらの４級アンモニウム塩基を有する高分子化合物は、この分野でよく知られており、既に、市販されているものもある。
本実施の形態においては、４級アンモニウム塩基を有するポリオレフィンについて例示したが、４級アンモニウム塩基を有するポリオレフィン以外の高分子化合物であってもかまわない。
このイオン導電性材料は、二軸混練機、ニーダー等の手段を用いることにより、基材樹脂に均一に配合される。配合された材料を芯金１４ａ上に射出成形、あるいは押し出し成形することにより、容易にローラ形状に加工することができる。イオン導電性材料と基材樹脂の配合量は基材樹脂１００重量部に対して３０〜８０重量部が望ましい。
帯電部材１４ｂの厚さとしては０．５〜３ｍｍが望ましい。帯電部材１４ｂが薄すぎると成形が困難である上に強度の面でも問題がある。帯電部材１４ｂが厚すぎると帯電ローラ１４が大型化するうえに帯電部材１４ｂの抵抗が大きくなるため帯電効率が低下する。
帯電部材１４ｂを成形した後、この帯電部材１４ｂの軸方向両端に、予め成形しておいた別体のギャップ保持部材１４ｃを、圧入や接着、あるいはその両方を併用して、芯金１４ａに固定する。
このようにして、帯電部材１４ｂとギャップ保持部材１４ｃを一体化してから、切削や研削等の加工を行って帯電ローラ１４の外径を整えることで帯電部材１４ｂとギャップ保持部材１４ｃのフレの位相を揃えることができ、帯電ギャップの変動を低減することができる。

帯電部材１４ｂとギャップ保持部材１４ｃを一体化させる方法としては圧入や接着だけに限らず、二色成形により芯金１４ａに帯電部材１４ｂとギャップ保持部材１４ｃの２種類の樹脂を成形することもできる。
ギャップ保持部材１４ｃの材質としては帯電部材１４ｂの基材と同様にポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリカーボネート等の樹脂を用いることができる。
ただし、感光層にギャップ保持部材１４ｃを当接させるので感光層が損傷するのを防止するために、帯電部材１４ｂより硬度の低いグレードを用いることが望ましい。
また、摺動性に優れ感光層に損傷を与えにくい樹脂材料として、ポリアセタール、エチレン−エチルアクリレート共重合体、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等の樹脂を用いることもできる。
また、樹脂層やギャップ保持部材１４ｃにはコーティング等により、トナー等が付着しにくい表層を数１０μｍ程度の厚さで形成することもできる。ギャップ保持部材１４ｃをドラム状感光体の軸方向両端に位置する画像領域外の感光層に付き当てることで、帯電ローラ１４の樹脂層と感光体５との間にギャップを形成する。
帯電ローラ１４は芯金１４ａの端部に取り付けられたギヤが感光体フランジに形成されたギヤと噛み合っており、感光体駆動モータにより感光体５が回転すると帯電ローラ１４も感光体５とほぼ等しい線速で連れ回り方向に回転する。
帯電部材１４ｂと感光体５が接触することがないので、帯電部として硬い樹脂材料と有機感光体を使用した場合でも画像領域の感光層に傷が付いたりすることはない。また、ギャップが広がり過ぎると異常放電が発生し均一に帯電できなくなるため、最大ギャップは８０μｍ以下に抑える必要がある。
ただし、この最大ギャップは帯電部材１４ｂの材料に依存している。そのため、感光体５、帯電ローラ１４とも高精度が必要であり、真直度を２０μｍ以下にすることが望ましい。

従来例のようにギャップ保持部材を感光体素管に当接させる場合には、帯電部材の端部から感光体素管へ帯電バイアスがリークするのを防止するために帯電部材の外側まで感光層を塗工する必要があり、ギャップ保持部材を感光体素管部に当接させるためには、感光層のさらに外側の素管露出部に当接させなければならない。
そのため、感光体素管を長くする必要があり、装置の大型化につながっていた。それに対して、本発明では感光層に損傷を与えにくいギャップ保持部材１４ｃを使用したり、後述するように感光層表面に保護層を設けて機械的強度や潤滑性に優れた感光体を使用することで、ギャップ保持部材１４ｃを感光層に当接させることを可能とした。
したがって、図３のように帯電部材１４ｂとギャップ保持部材１４ｃを隣接して配置することができるので、感光体素管を長くする必要がなく、装置が大型化するのを防止することができる。
本発明ではギャップ保持部材１４ｃを感光体素管ではなく感光層に当接させているので、ギャップ保持部材１４ｃが導電性の材質であっても使用可能ではあるが、不必要な放電を防止したり、ギャップ保持部材１４ｃの表面にトナー等が静電的に付着するのを防止するために、ギャップ保持部材１４ｃは高抵抗の材質とすることが望ましい。
帯電部材１４ｂを感光体５と非接触に配置する画像形成装置において、像担持体軸方向の画像形成領域中央位置をＣ、両端をそれぞれＥ１、Ｅ２とし、各位置における感光体５の回転にともなう帯電ローラ１４と感光体５間のギャップの、最大値をそれぞれＧｍａｘ（Ｃ）、Ｇｍａｘ（Ｅ１）、Ｇｍａｘ（Ｅ２）、最小値をそれぞれＧｍｉｎ（Ｃ）、Ｇｍｉｎ（Ｅ１）、Ｇｍｉｎ（Ｅ２）、Ｇｍａｘ（Ｃ）、Ｇｍａｘ（Ｅ１）、Ｇｍａｘ（Ｅ２）の中の最大値をＧｍａｘ、Ｇｍｉｎ（Ｃ）、Ｇｍｉｎ（Ｅ１）、Ｇｍｉｎ（Ｅ２）の中の最小値をＧｍｉｎとしたとき、
２０［μｍ］≦Ｇｍｉｎ（Ｃ、Ｅ１、Ｅ２）
かつ、Ｇｍａｘ（Ｃ、Ｅ１、Ｅ２）≦８０［μｍ］
かつ、Ｇｍａｘ−Ｇｍｉｎ≦４０［μｍ］
である。

図４は本発明で使用することができる帯電ローラの第２の実施の形態を示す断面図である。芯金１４ａ上に成形した帯電部材１４ｂを切削や研削して外径を整えるさいに帯電部材１４ｂの端部にギャップ保持部材１４ｃを安定して正確な位置に取り付けるための段差１４ｂ’（凹所、突起等）を形成しておく。
ギャップ保持部材１４ｃとしてはＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）やＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）等のフッ素系樹脂材料の熱収縮チューブを用いることができる。
これらの樹脂は離型性に優れるので、トナー固着が発生しにくい。さらに、絶縁性のフッ素系樹脂を使用することで、ギャップ保持部材の位置で放電が発生することがないので、トナーが静電的に付着することも防止できる。
図４のような凹形状の段差１４ｂ’に熱収縮性のギャップ保持部材１４ｃを取り付けることで、段差が寄り止めとなるので、接着剤等を用いなくてもチューブが外れるようなことはない。帯電部材１４ｂに形成する段差の深さは使用する熱収縮チューブの厚さと狙いの帯電ギャップの大きさから決定すればよい。
この実施の形態でも帯電ローラ１４は芯金１４ａの端部に取り付けられたギヤが感光体フランジに形成されたギヤと噛み合っており、感光体駆動モータにより感光体５が回転すると帯電ローラ１４も感光体５とほぼ等速で回転する。
樹脂層と感光体５が接触することがないので、帯電ローラ１４として硬い樹脂材料と有機感光体を使用した場合であっても感光体５に傷が付いたりすることはない。帯電ローラ１４と感光体５にギャップを設けているので、帯電ローラ１４の回転の負荷は熱収縮チューブに集中するため、熱収縮チューブには高い耐久性が要求される。
従来の帯電部材の表面に厚さが５０μｍ程度の薄いテープ状のギャップ保持部材を貼り付ける方法では、帯電部材が樹脂の場合にはテープが摩耗してしまい十分な耐久性が得られなかった。
しかしながら、この実施の形態のように帯電部材１４ｂに段差を形成し、厚さが１５０〜３００μｍの熱収縮チューブを取り付けることで十分な耐久性を得ることができる。
一般的に熱収縮チューブは厚さの１０％程度の肉厚偏差を持っているため、熱収縮チューブの厚さをあまり大きくすると耐久性は向上するものの、肉厚偏差に起因した帯電ギャップの変動が大きくなるため好ましくない。

帯電ローラ１４と感光体５の間にギャップを形成した場合、感光体５と帯電ローラ１４の回転に伴いギャップは一定範囲の中で常に変動する。このような状況下で感光体５を均一に帯電するには、帯電部材１４ｂに印加する帯電バイアスに、ＤＣ電圧に加え帯電部材１４ｂと感光体５間の放電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を有するＡＣバイアスを重畳することが有効である。
ここで、印加するＡＣバイアスの周波数が低いとストライプ状の帯電ムラが目立つため、少なくとも感光体線速Ｖ［ｍｍ／ｓ］の７倍以上の周波数ｆ［Ｈｚ］に設定することが望ましい。
また、印加するＡＣバイアスの周波数が高すぎる場合には過剰な放電が発生し、感光体５の摩耗量を増大させたり、感光体５にトナーやトナー外添剤のフィルミングが発生しやすくなるため、感光体線速Ｖ［ｍｍ／ｓ］の１２倍以下の周波数ｆ［Ｈｚ］に設定することが望ましい。
例えば、帯電ローラ１４に印加するＡＣバイアスの周波数ｆ［Ｈｚ］と感光体５線速Ｖ［ｍｍ／ｓ］とが７×Ｖ＜ｆ＜１２×Ｖの関係を満たすようになっている。
また、ＡＣ帯電を行う場合、ＡＣバイアスを定電流制御とすると環境によるローラ抵抗の変動を受けにくくすることができる。ただし、帯電ローラ１４と感光体５を非接触に配置した場合には、感光体５と帯電ローラ１４の回転に伴い帯電ギャップが変動する。
このため、定電流制御では高圧電源が帯電ギャップ変動に追従しきれず異常画像が発生することがある。したがって、ＡＣバイアスは定電圧制御とすることが望ましい。
このとき、必要なＡＣ電圧はローラ抵抗の環境変動や、帯電ギャップの大きさにより異なり、ローラ抵抗が高く、帯電ギャップが大きいほど高い電圧が必要となる。このため、ＡＣ電流を検知可能とし、非画像形成時にＡＣ電流をモニタしながらＡＣ電圧を調整することで適正なＡＣ電圧に設定することができる。

図５は本発明で使用する感光体の第１の構成を示す概略断面図である。図６は本発明で使用する感光体の第２の構成を示す概略断面図である。図５では、感光体５は導電性支持体５ａ上に構成された感光層５ｂである電荷発生層５ｃ、電荷輸送層５ｄと、最外層に設けられた保護層５ｅからなる積層感光体を用いる。
また、図６では電荷輸送層５ｄ、電荷発生層５ｃ、保護層５ｆという構成にすることもできる。また、導電性支持体５ａと感光層５ｂとの間に下引き層を形成することもできる。
導電性支持体５ａは、体積抵抗１０^４Ωｃｍ以下の導電性を示すもの、例えば、アルミニウム、ステンレス等の金属管、あるいはニッケル等の金属をエンドレスベルト状に加工したもの等が用いられる。
下引き層は一般に樹脂を主成分とするが、これらの樹脂はその上に感光層を溶剤によって塗布することを考慮すると、一般の有機溶剤に対して耐溶解性の高い樹脂であることが望ましい。
このような樹脂としては、ポリビニルアルコール等の水溶性樹脂、共重合ナイロン等のアルコール可溶性樹脂、ポリウレタン、アルキッド−メラミン、エポキシ等、三次元網目構造を形成する硬化型樹脂等が挙げられる。
また、下引き層には、モアレ防止、残留電位の低減等のために、酸化チタン、シリカ、アルミナ、等の金属酸化物の粒子を加えてもよい。この下引き層は、適当な溶媒、塗工法を用いて形成することができる。下引き層の膜厚は、０〜５μｍが適当である。

電荷発生層５ｃは、電荷発生材料を主成分とする層であり、代表的なものとしては、モノアゾ顔料、ジスアゾ顔料、トリスアゾ顔料、フタロシアニン系顔料を挙げることができる。
これらの電荷発生材料をポリカーボネート等のバインダ樹脂とともに、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン等の溶媒を用いて分散し、分散液を塗布することにより形成できる。塗布は浸漬塗工法やスプレーコート等により行う。電荷発生層５ｃの膜厚は、通常は０．０１〜５μｍである。
電荷輸送層５ｄは、電荷輸送材料およびバインダ樹脂をテトラヒドロフラン、トルエン、ジクロルエタンなどの適当な溶剤に溶解ないし分散し、これを塗布、乾燥することにより形成できる。電荷輸送材料のうち、低分子電荷輸送材料には、電子輸送材料と正孔輸送材料とがある。
電子輸送材料としては、例えば、クロルアニル、ブロムアニル、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、２，４，７−トリニトロ−９−フルオレノン、２，４，５，７−テトラニトロ−９−フルオレノン、１，３，７−トリニトロジベンゾチオフェン−５，５−ジオキサイド等の電子受容性物質が挙げられる。
正孔輸送材料としては、例えば、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、フェニルヒドラゾン類、α−フェニルスチルベン誘導体、チアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナジン誘導体、アクリジン誘導体、チオフェン誘導体等の電子供与性物質が挙げられる。
電荷輸送材料と共に電荷輸送層５ｄに使用されるバインダ樹脂としては、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリエステル、ポリアリレート、ポリカーボネート、アクリル、エポキシ、メラミン、フェノール等の熱可塑性または熱硬化性樹脂が挙げられる。電荷輸送層５ｄの厚さは、１５〜３５μｍの範囲で所望の感光体特性に応じて適宜選択すればよい。

本発明の感光体５には、表層として、感光層の保護および耐久性の向上を目的に金属酸化物粒子を含有する保護層を感光層の上に形成することができる。
この保護層に使用される材料としては、バインダ樹脂としてポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエチン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、アクリル、ポリメチルペンテン、ポリプロピレン、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、エポキシ等の樹脂、溶媒としてはテトラヒドロフラン、トルエン、ジクロルエタン等が挙げられる。
これらの樹脂に耐摩耗性を向上する目的においてアルミナ、シリカ、酸化チタン、酸化スズ、酸化ジルコニウム、酸化インジウム等の金属酸化物粒子が添加される。
保護層５ｅに添加される金属酸化物粒子の量は、重量基準で通常は、５〜４０％、好ましくは、１０〜３０％である。金属酸化物粒子の量が、５％未満では、摩耗が大きく耐久性に劣り、４０％を越えると、露光時における明部電位の上昇が著しくなって、感度低下が無視できなくなるので望ましくない。

保護層５ｅの形成法としては、スプレー法等の塗布法が使用できる。保護層５ｅの厚さは、１〜１０μｍ、好ましくは３〜８μｍ程度が適当である。保護層５ｅの膜厚が薄すぎると耐久性に劣り、保護層５ｅの膜厚を厚くし過ぎると生産性が低下するだけでなく、経時での残留電位の上昇が大きくなってしまう。
保護層５ｅに添加する金属酸化物粒子の粒径としては０．１〜０．８μｍが適当である。金属酸化物粒子の粒径が大きすぎる場合には保護層５ｅ表面の凹凸が大きくなりクリーニング性が低下する上、露光光が保護層５ｅで散乱されやすく解像力が低下し画像品質が劣る。金属酸化物粒子の粒径が小さすぎると耐摩耗性に劣る。
また本発明では、感光体５表面に感光層５ｂの潤滑性を向上させるために、フッ素樹脂粒子のような潤滑剤粒子を分散させることもできる。表面層に添加されるフッ素樹脂の量は表面層の全固形分に対する含有率が４０〜７５重量％が望ましい。
フッ素樹脂の量が４０重量％未満では潤滑性の改善効果が小さく、７５重量％を越えると膜の強度が低下してしまい望ましくない。保護層５ｅに添加するフッ素樹脂としてはポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル等を用いることができる。
また、フッ素樹脂の粒径としては０．１〜５μｍが適当である。保護層５ｅは潤滑剤粒子を分散させる場合も金属酸化物粒子の場合と同じバインダ樹脂や溶媒を用いて分散し、分散液をスプレー法等により塗布することにより形成できる。表面層の膜厚としては３〜８μｍが望ましい。
また、保護層５ｅには金属酸化物粒子やフッ素樹脂粒子を単独で分散させるだけでなく、両方を分散させることもできる。さらに保護層５ｅには、金属酸化物粒子やフッ素樹脂粒子の分散性を向上させるために分散助剤を添加することができる。
添加される分散助剤は塗料等に使用されるものが適宜利用できる。また、保護層５ｅには、電荷輸送材料を添加することも有効であり、さらに酸化防止剤も必要に応じて添加することができる。

再度、図１を参照して、現像ユニット１０Ａ〜１０Ｄは構成が全て同一のものであり、それらは使用するトナーの色のみが異なる二成分現像方式の現像装置であり、トナーとキャリアからなる現像剤が収容されている。
現像ユニット１０Ａ〜１０Ｄは感光体５に対向した現像ローラ、現像剤を搬送・撹拌するスクリュ、トナー濃度センサ等から構成される。現像ローラは外側の回転自在のスリーブと内側に固定された磁石から構成されている。トナー濃度センサの出力に応じて、図示しないトナー補給装置よりトナーが補給される。
トナーは結着樹脂、着色剤、電荷制御剤を主成分とし、必要に応じて、他の添加剤が加えられて構成されている。結着樹脂の具体例としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、ポリエステル樹脂等を用いることができる。
トナーに使用される着色剤（例えばイエロー、マゼンタ、シアンおよびブラック）としては、トナー用として公知のものが使用できる。着色剤の量は結着樹脂１００重量部に対して０．１から１５重量部が適当である。
電荷制御剤の具体例としては、ニグロシン染料、含クロム錯体、第４級アンモニウム塩などが用いられ、これらはトナー粒子の極性により使い分けされる。荷電制御剤量は、結着樹脂１００重量部に対して０．１〜１０重量部である。トナー粒子には流動性付与剤を添加しておくのが有利である。
流動性付与剤としては、シリカ、チタニア、アルミナ等の金属酸化物の微粒子およびそれら微粒子をシランカップリング剤、チタネートカップリング剤等によって表面処理したものや、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン等のポリマー微粒子等が用いられる。
これら流動性付与剤の粒径は０．０１〜３μｍの範囲のものが使用される。これら流動性付与剤の添加量は、トナー粒子１００重量部に対して０．１〜７．０重量部の範囲が好ましい。

本発明に係わる二成分現像剤用トナーを製造する方法としては、種々の公知の方法、またはそれらを組み合わせた方法を採用することができる。例えば、混練粉砕法では、結着樹脂とカーボンブラックなどの着色材および必要とされる添加剤を乾式混合し、エクストルーダまたは二本ロール、三本ロール等にて加熱溶融混練し、冷却固化後、ジェットミルなどの粉砕機にて粉砕し、気流分級機により分級してトナーが得られる。
また、懸濁重合法や非水分散重合法により、モノマと着色材、添加剤から直接トナーを製造することも可能である。キャリアは芯材それ自体からなるか、芯材上に被覆層を設けたものが一般に使用される。
本発明において用いることのできる樹脂被覆キャリアの芯材としては、フェライト、マグネタイトである。この芯物質の粒径は２０〜６０μｍ程度が適当である。
キャリア被覆層形成に使用される材料としては、ビニリデンフルオライド、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ素原子を置換してなるビニルエーテル、フッ素原子を置換してなるビニルケトンがある。被覆層の形成法としては、従来と同様、キャリア芯材粒子の表面に噴霧法、浸漬法等の手段で樹脂を塗布すればよい。
図７は帯電ギャップ測定装置の構成を示す概略図である。次に帯電ギャップの測定方法を説明する。感光体５と帯電ローラ１４を取り付けた感光体ユニット（例えば、図１の２Ａ）を帯電ギャップ測定装置６０にセットする。
発光部６１から出射されたレーザ光が帯電ギャップを通過して受光部６２に入射し、帯電ギャップを測定することができる。この帯電ギャップ測定装置６０にはミツトヨ（Ｍｉｔｕｔｏｙｏ）製レーザスキャンマイクロメータＬＳＭ−６００を使用した。
この帯電ギャップ測定装置６０では図示しない駆動源により感光体５を駆動することが可能であり、感光体５と帯電ローラ１４を回転させた状態で帯電ギャップを測定することができる。
また、発光部６１と受光部６２は一体に構成され、感光体５の長手方向に移動可能に構成されており、感光体５の長手方向の任意の位置で帯電ギャップを測定することができる。

以下、帯電ローラの実施の形態を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、これら実施例によって本発明が限定されるものではない。
第３の実施の形態の帯電ローラ１４はステンレスからなる直径８ｍｍの芯金１４ａ上に、帯電部材１４ｂとして、ＡＢＳ樹脂１００重量部に４級アンモニウム塩基を有するポリオレフィン系高分子化合物よりなるイオン導電剤６０重量部を配合して得た樹脂組成物（体積抵抗率１０^６Ωｃｍ）を射出成形により成形した。
帯電部材１４ｂの両端にポリエチレン製のギャップ保持部材１４ｃを取り付けた後、帯電部材１４ｂとギャップ保持部材１４ｃの外径差が５０μｍとなるように研削し、直径１２ｍｍの帯電ローラ（図３の第１の実施の形態と同様の構成）を作製した。
第４の実施の形態の帯電ローラ１４は第１の実施の形態の帯電ローラ１４と同じ材料を使用し、帯電ローラ１４を作製した。ただし、研削時の条件をローラのフレが大きくなるように変更して帯電ローラ１４を作製した。
第５の実施の形態の帯電ローラ１４は第１の実施の形態の帯電ローラ１４と同じ芯金１４ａと導電性樹脂を使用し、射出成形によりローラを作製した。このローラを研削するさいに帯電部材１４ｂの両端に凹形状の段差を形成し、厚さ１５０μｍのＰＦＡチューブを１２０℃の雰囲気中で２０分間加熱することで熱収縮により取り付けてギャップ保持部材１４ｃとした。
熱収縮後の帯電部材１４ｂとギャップ保持部材１４ｃの外径差が５０μｍとなるように段差を形成し、直径１２ｍｍの帯電ローラ１４（図４の第２の実施の形態と同様の構成）を作製した。

第６の実施の形態の帯電ローラ１４は第５の実施の形態の帯電ローラ１４と同じ材料を使用して帯電ローラを作製した。ただし、帯電部材１４ｂの両端に凹形状の段差を形成するさい、帯電ギャップに偏差が生じるように両端の段差の深さを変化させた。
第７の実施の形態の帯電ローラ１４は第５の実施の形態の帯電ローラ１４と同じ材料を使用して帯電ローラを作製した。ただし、帯電部材１４ｂの両端に凹形状の段差を形成するさい、帯電ギャップの偏差が帯電ローラ１４よりさらに大きくなるように両端の段差の深さを変化させた。
これらの帯電ローラ１４を用い、リコー製イプシオカラー８１００を使用して評価を行った。使用した感光体は直径３０ｍｍのアルミニウム基体上に、３．５μｍの下引き層、０．１５μｍの電荷発生層、２２μｍの電荷輸送層、５μｍの保護層から構成された。
このとき、保護層の塗工はスプレー法により、それ以外は浸漬塗工法により行なった。電荷輸送層、表面層ともにバインダ樹脂としてはポリカーボネートを用い、表面層には平均粒径０．３μｍのアルミナ粒子を表面層の全固形分に対して２５重量％添加した。各実験で使用した感光体の外径、真直度等の精度のバラツキは各帯電ローラの精度の差異と比較して十分に小さいものであった。
これらの帯電ローラ１４と感光体５を感光体ユニット２Ａにセットし、帯電ギャップ測定装置６０を用いて測定した各位置での帯電ギャップの変動幅を表１に示した。帯電ギャップの測定は感光体長手方向の画像領域中央と両端部の３カ所で行い、Ｅ１が装置手前側、Ｅ２が装置奥側の画像領域端部である。このとき、帯電ローラのギヤ歯数を１３、感光体のギヤの歯数を３５とした。
（表１）帯電ギャップの測定結果

次に各ローラを機械本体にセットし、適正な帯電バイアスに設定した。帯電ＡＣバイアスが不足している場合には特にハーフトーン画像で白ポチ、黒ポチ状の異常画像が発生するので、帯電ＡＣ電圧のＶｐ−ｐを徐々に大きくしていきながら、異常画像の発生しないＶｐ−ｐを探し、その設定で２００００枚の通紙試験を行い、出力画像と通紙試験後の感光体５と帯電ローラ１４の外観の評価を行った。
この２００００枚の通紙試験および評価試験において、プロセス速度は１２５ｍｍ／ｓであり、帯電バイアスはＡＣ（周波数ｆ＝９００Ｈｚ）＋ＤＣ（−７００Ｖ）を印加した。
通紙試験の第１の実施の形態は第３の実施の形態の帯電ローラ１４を用いて評価を行った。帯電ＡＣ電圧が低いときには両端部で白ポチ、黒ポチ状異常画像が発生していたが、帯電ＡＣ電圧Ｖｐ−ｐを２．１ｋＶに設定したところ、問題のない初期画像が得られたので、この設定で通紙試験を行った。
２００００枚出力後も画像や感光体外観に異常はなかった。帯電ローラクリーニングブラシにはトナーが僅かに付着しているものの、帯電ローラ１４自体には目立った汚れはなかった。
通紙試験の第２の実施の形態は第６の実施の形態の帯電ローラ１４を用いて評価を行った。帯電ＡＣ電圧が低いときには両端部で白ポチ、黒ポチ状異常画像が発生していたが、帯電ＡＣ電圧Ｖｐ−ｐを２．２ｋＶに設定したところ、問題のない初期画像が得られたので、この設定で通紙試験を行った。
２００００枚出力後も画像や感光体外観に異常はなかった。帯電ローラクリーニングブラシにはトナーが僅かに付着しているものの、帯電ローラ１４自体には目立った汚れはなかった。

比較例１として第４の実施の形態の帯電ローラ１４を用いて評価を行った。帯電ＡＣ電圧が低いときには両端部で白ポチ、黒ポチ状異常画像が発生していたが、帯電ＡＣ電圧Ｖｐ−ｐを２．２ｋＶに設定したところ、問題のない初期画像が得られたので、この設定で通紙試験を行った。
２００００枚出力後のハーフトーン画像では、中央部に縦スジ状の濃度ムラが発生した。感光体５外観に異常はなかったものの、帯電ローラ１４の中央部がトナーにより汚れていた。
この帯電ローラ１４の汚れはウエスによる乾拭きでは除去することができず、エタノール拭きしたところ除去することができた。エタノール拭き後の帯電ローラ１４では異常画像が発生しなかったことから、帯電ローラ１４に付着したトナー等の汚れのため、縦スジ状の濃度ムラが発生していたものと考えられる。
比較例２として第６の実施の形態の帯電ローラ１４を用いて評価を行った。帯電ＡＣ電圧が低いときには本体奥側で白ポチ、黒ポチ状異常画像が発生していたが、帯電ＡＣ電圧Ｖｐ−ｐを２．４ｋＶに設定したところ、問題のない初期画像が得られたので、この設定で通紙試験を行った。
２００００枚出力後のハーフトーン画像では、本体手前側にはげしい縦スジ状の濃度ムラが発生した。感光体５の手前側にはトナーフィルミングが発生しており、帯電ローラ１４も手前側がトナーにより汚れていた。

比較例３として第７の実施の形態の帯電ローラ１４を用いて評価を行った。本体奥側で帯電ローラ１４周期においてウロコ状の異常画像が発生し、帯電ＡＣ電圧Ｖｐ−ｐを２．７ｋＶまで大きくしても本体奥側は均一に帯電させることができなかった。均一な初期画像は得られなかったが、この設定で通紙試験を行った。
１００００枚出力後のハーフトーン画像では、本体手前側にはげしい縦スジ状の濃度ムラが発生し、本体奥側では初期と同じようにウロコ状の異常画像が発生した。感光体５の手前側にはトナーフィルミングが発生しており、帯電ローラ１４も手前側になるほどトナーにより激しく汚れていた。
上記のように、帯電ローラ１４を感光体５と非接触に配置する画像形成装置には異常画像の発生しない帯電ギャップに上限が存在し、帯電ギャップが上限を越えてしまうとどんなに帯電ＡＣバイアスを大きく設定しても感光体５を均一に帯電させることができない。
また、上限以下の帯電ギャップでも帯電ギャップが大きくなるほど帯電ＡＣ電圧Ｖｐ−ｐを大きく設定する必要があるため、均一に帯電させるためには帯電ギャップが一番大きい部分でも均一帯電が可能な大きさの帯電ＡＣ電圧Ｖｐ−ｐに設定する必要がある。
このとき、帯電ギャップの偏差が大きいと、帯電ギャップが狭い部分では放電のエネルギが過剰となってしまい、感光体５のトナーフィルミングが発生し易くなるものと考えられる。また、帯電ギャップが狭く、帯電ＡＣ電圧Ｖｐ−ｐが大きい方が、帯電ローラ１４汚れが発生し易いことも判明した。
これらのことから、非接触帯電ローラ１４を用いた画像形成装置で長期にわたって安定した画像を得るためには、帯電ギャップを均一帯電が可能な上限以下に抑えることはもちろんのこと、帯電ギャップの変動幅や偏差もできるだけ小さくする必要がある。

本発明をタンデム方式のフルカラープリンタに適用した実施の形態を示す全体構成図。 感光体ユニットの構成を示す概略断面図。 本発明による帯電ローラの第１の実施の形態を示す概略断面図。 本発明で使用することができる帯電ローラの第２の実施の形態を示す断面図。 本発明で使用する感光体の第１の構成を示す概略図。 本発明で使用する感光体の第２の構成を示す概略図。 帯電ギャップ測定装置の構成を示す概略図。

符号の説明

２Ａ 感光体ユニット、５ 像担持体（感光体、プロセスカートリッジ）、５ａ 導電性支持体、５ｂ 感光層、５ｃ 電荷発生層、５ｄ 電荷輸送層、５ｅ 保護層、１４ 帯電装置（帯電ローラ、プロセスカートリッジ）、１４ａ 芯金、１４ｂ 帯電部材、１４ｃ ギャップ保持部材

Claims (11)

1. 帯電ローラからなる帯電装置を像担持体に対して非接触に配置する画像形成装置において、
   前記帯電ローラは、芯金と、芯金の外周に一体化された導電性樹脂からなる帯電部材と、この帯電部材の両端に取り付けられた絶縁性樹脂からなるギャップ保持部材と、から構成されるものであって、
   画像形成領域内の任意の位置における前記帯電ローラと前記像担持体間のギャップをＧとしたとき２０［μｍ］≦Ｇ≦８０［μｍ］であり、
   像担持体軸方向の画像形成領域中央位置をＣ、両端をそれぞれＥ１、Ｅ２とし、各位置における像担持体の回転にともなう帯電ローラと像担持体間のギャップの最大値をそれぞれＧｍａｘ（Ｃ）、Ｇｍａｘ（Ｅ１）、Ｇｍａｘ（Ｅ２）とし、最小値をそれぞれＧｍｉｎ（Ｃ）、Ｇｍｉｎ（Ｅ１）、Ｇｍｉｎ（Ｅ２）とし、Ｇｍａｘ（Ｃ）、Ｇｍａｘ（Ｅ１）、Ｇｍａｘ（Ｅ２）の中の最大値をＧｍａｘとし、Ｇｍｉｎ（Ｃ）、Ｇｍｉｎ（Ｅ１）、Ｇｍｉｎ（Ｅ２）の中の最小値をＧｍｉｎとしたとき、
   Ｇｍａｘ−Ｇｍｉｎ≦４０［μｍ］であり、
   さらに、前記帯電ローラは、その端部に設けたギヤが前記像担持体端部のギヤと噛み合い、前記像担持体と同期して連れまわり方向に駆動されるとともに、前記帯電ローラのギヤ歯数をＮｃ、前記帯電ローラを駆動する前記像担持体のギヤ歯数をＮｐとしたとき、ＮｃとＮｐの最小公倍数がＮｃ×Ｎｐであることを特徴とする画像形成装置。
2. 画像形成領域内の軸方向の特定位置における前記像担持体の回転に伴う、前記帯電ローラと前記像担持体との間のギャップＧの最大値をＧｍａｘ、最小値をＧｍｉｎとしたとき、
   Ｇｍａｘ−Ｇｍｉｎ≦４０［μｍ］
   の関係が像担持体軸方向の任意の位置において成り立つことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
3. 画像形成領域内の周方向の特定位置における前記像担持体の軸方向の前記帯電ローラと前記像担持体間のギャップの最大値をＧｍａｘ、最小値をＧｍｉｎとしたとき、
   Ｇｍａｘ−Ｇｍｉｎ≦４０［μｍ］
   の関係が像担持体周方向の任意の位置において成り立つことを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
4. 請求項１ないし３いずれか一項記載の画像形成装置において、前記帯電部材の両端に位置する絶縁性樹脂からなるギャップ保持部材を前記像坦持体である感光体の画像領域外の感光層に当接させることで、前記像担持体と前記帯電部材間のギャップを保持することを特徴とする画像形成装置。
5. 前記帯電部材の両端部に段差を設け、その段差部に熱収縮性を有した絶縁性樹脂材料からなる前記ギャップ保持部材を取り付け、このギャップ保持部材を前記像担持体の画像領域外の感光層に当接させることで、前記像担持体と前記帯電部材間のギャップを保持することを特徴とする請求項４記載の画像形成装置。
6. 請求項１ないし３いずれか一項記載の画像形成装置において、前記帯電部材の両端に前記帯電部材より僅かに外径の大きい絶縁性樹脂材料からなるギャップ保持部材を取り付け、このギャップ保持部材を前記像坦持体である感光体の画像領域外の感光層に当接させることで、前記像担持体と前記帯電部材間のギャップを保持することを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項４ないし６いずれか一項記載の画像形成装置において、前記像担持体が少なくとも最外層に金属酸化物粒子を含む有機感光体であることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項４ないし６いずれか一項記載の画像形成装置において、前記像担持体が少なくとも最外層に潤滑剤粒子を含む有機感光体であることを特徴とする画像形成装置。
9. 前記帯電ローラに、ＤＣバイアスにＡＣバイアスを重畳した帯電バイアスを印加し、少なくとも画像形成中はＡＣバイアスを定電圧制御することを特徴とする請求項１ないし３、７又は８いずれか一項記載の画像形成装置。
10. 前記帯電ローラに印加するＡＣバイアスの周波数ｆ［Ｈｚ］と像坦持体線速Ｖ［ｍｍ／ｓ］とが、
    ７×Ｖ＜ｆ＜１２×Ｖ
    の関係を満たすことを特徴とする請求項８または９記載の画像形成装置。
11. 請求項１ないし１０いずれか一項記載の画像形成装置で使用されるプロセスカートリッジにおいて、少なくとも像坦持体と帯電装置が、画像形成装置本体から一体で着脱可能に構成されていることを特徴とするプロセスカートリッジ。

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