JP5140920B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像形成装置に係り、特に、回転駆動される像担持体に接触して回転しつつ像担持体の表面を帯電させる接触帯電方式の帯電ロールと、この帯電ロールをクリーニングするクリーニング部材を備えた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、帯電ロールが像担持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像担持体の表面は、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像担持体上に残留し、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。また、ロール状のクリーニング部材を帯電ロールの表面に当接させるクリーニング方式も提案されている。例えば、特許文献１、２では、帯電ロールの表面粗さをトナー径に比して小さくすることが示されており、特許文献３には、帯電ロールの十点表面粗さ（Ｒｚ）を３〜４０μｍにすることが示されており、特許文献４には、帯電ロールの十点表面粗さ（Ｒｚ）を３０μｍ以下にすることが示されている。

しかしながら、上記の技術では、帯電ロールと当接するクリーニング部材の表面に異物が徐々に堆積していき、目詰まりによってクリーニング性能が低下してしまい、その結果帯電ロールが汚れてしまうという欠点がある。
特開平８−１６６７０５号公報 特開平９−２２２７７６号公報 特開２００５−２４６７５号公報 特開平１１−１４３１８３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、クリーニング部材及び帯電ロールの表面に異物が堆積することを防止し、長期にわたって安定した帯電均一性が得られ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に記載の画像形成装置は、像像担持体と、前記像担持体に接触しつつ回転して前記像担持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つつ従動回転して、前記帯電ロールの表面への付着物を除去するロール状のクリーニング部材と、を備えた画像形成装置であって、前記クリーニング部材は発泡体で、平均セル径が０．４２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、セル数が４０(個/２５ｍｍ)以上、８０(個/２５ｍｍ)以下であり、前記帯電ロールの十点表面粗さ（Ｒｚ）が１μｍ以上１７μｍ以下であることを特徴とする。

帯電ロールに付着した外添剤やトナーなどがクリーニング部材で除去される際には、まず、発泡体で構成されるクリーニング部材のセル内に外添剤などの異物が取り込まれる。セル内に取り込まれた異物は、凝集して適度な大きさの凝集体になり、適度な大きさの凝集体になると、この凝集体が、セルから吐き出されて帯電ロールを介して像担持体へ戻り、クリーニングブレード等により像担持体から除去されるため、クリーニング部材に異物が堆積せず、クリーニング部材によるクリーニング性能の維持継続がなされていると考えられている。

本発明によれば、クリーニング部材の平均セル径を０．１８ｍｍ以上１．０ｍｍ以下とし、帯電ロールの十点表面粗さ（Ｒｚ）を１μｍ以上１７μｍ以下としたので、外添剤などの異物が帯電ロールからクリーニング部材のセル内に回収されやすく、また、セル内に凝集された凝集体が放出されやすくなり、クリーニング部材及び帯電ロールの表面に異物が堆積することを防止し、長期にわたって安定した帯電均一性を得すことができる。

なお、本発明の画像形成装置は、前記帯電ロールの十点表面粗さ（Ｒｚ）が７．０μｍ以下であることが好ましく、３．０μｍ以下であることがさらに好ましい。

また、本発明の画像形成装置は、前記クリーニング部材のセル数が４０(個/２５ｍｍ)以上、８０(個/２５ｍｍ)以下であることを特徴とする。

発泡体であるクリーニング部材は、セル数を上記とすることにより、容易にクリーニング効果の高い前述の範囲内のセル径とすることができる。

また、本発明の画像形成装置は、前記像担持体を現像する現像剤に球形のシリカが含まれていることを特徴とすることもできる。

このように、球形のシリカを、例えばトナーの外添剤として使用することにより、クリーニング部材のセル内で凝集された後、放出されやすくなる。

また、本発明の画像形成装置は、前記像担持体がポリテトラフルオロエチレンを含んでいることを特徴とすることもできる。

上記構成によれば、像担持体に異物が付着しにくく、良好な画像形成を行うことができる。

また、本発明の画像形成装置は、前記像担持体を現像する現像剤のトナーが重合トナーであることを特徴とすることもできる。

重合トナーであれば、帯電ロールに付着しにくく、容易に除去することができる。

また、本発明の画像形成装置は、前記帯電ロールの帯電方式がＡＣ＋ＤＣ印加方式であることを特徴とすることもできる。

ＡＣ＋ＤＣ印加方式とすることにより、帯電ロールを良好にクリーニングすることができる。

また、本発明の画像形成装置は、前記クリーニング部材が発泡ウレタン樹脂を含んで構成されていることを特徴とすることもできる。

帯電ロールの表面にクリーニング部材と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、引っ張りなどに強い発泡ウレタン樹脂が特に好ましく用いられる。

本発明によれば、クリーニング部材及び帯電ロールの表面に異物が堆積することを防止し、長期にわたって安定した帯電均一性を得ることができる。

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Ｘ方向に約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から出射されるレーザービームＬＢによって画像露光が施され、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、記録媒体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は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の表面に接触するロール状のクリーニング部材１００が設けられている。このクリーニング部材１００は、シャフト１００Ａの周囲に発泡層１００Ｂが形成されたものであり、シャフト１００Ａは回転可能に支持されている。

クリーニング部材１００は帯電ロール１４に所定の荷重で押圧され、発泡層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は、図示しないモータによって矢印Ｘ方向に回転駆動され、感光体ドラム１２の回転により帯電ロール１４が矢印Ｙ方向に従動回転する。また、帯電ロール１４の回転によりロール状のクリーニング部材１００が矢印Ｚ方向に従動回転する。

クリーニング部材１００が帯電ロール１４に接触しつつ従動回転することにより、帯電ロール１４の表面のトナーや外添剤などの汚れがクリーニング部材１００側へ移行してクリーニングされる。

次に、クリーニング部材１００の詳細について説明する。

クリーニング部材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、発泡層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。

発泡層１００Ｂは、多孔質の３次元構造を有する発泡体からなる。発泡層１００Ｂは、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリアミド又はポリプロピレン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。発泡層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の表面に発泡層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、ポリーエ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。

帯電ロール１４に付着した外添剤やトナーなどの異物Ｉは、図３に示すように、発泡層１００Ｂの表面に構成されているセルＳ内に取り込まれ、セルＳ内に取り込まれた異物Ｉが凝集して適度な大きさの凝集体Ｇになり、適度な大きさの凝集体Ｇになると、この凝集体Ｇが、発泡層１００Ｂから帯電ロール１４を介して感光体ドラム１２へ戻り、クリーニングブレード８０で感光体ドラム１２から除去されて、クリーニング装置７８に回収される。これにより、発泡層１００Ｂに異物が堆積せず、クリーニング部材によるクリーニング性能の維持継続がなされていると考えられている。

このようにして帯電ロール１４のクリーニングを行うクリーニング部材１００は、平均セル径が０．１８ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下とされている。平均セル径が０．１８ｍｍ未満の場合には、外添剤などの異物がセル内に取り込まれにくかったり、取り込まれても吐き出されずに残ったりするからである。また、平均セル径が１．０ｍｍ超の場合には、取り込んだ外添剤を適度な大きさまで固めることが困難となり、帯電ロール１４へ転移させることが困難となるからである。

また、発泡層１００Ｂのセル数は、４０〜８０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、セルの中に外添剤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へ転移しやすい、上記範囲内の平均セル径に容易にすることができる。

なお、クリーニング部材１００の径はφ８ｍｍ〜φ１５ｍｍ、より好ましくはφ９ｍｍ〜φ１４ｍｍで、発泡層１００Ｂの肉厚が２ｍｍから４ｍｍであることが好ましい。直径が１５ｍｍ以上であるとクリーニング部材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９ｍｍ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。

また、帯電ロール１４の表面粗さは、十点表面粗さ（Ｒｚ）で１μｍ以上１７μｍ以下とされている。前述のクリーニング部材１００の平均セル径との関係で、１μｍ未満の場合、１７μｍ超の場合には、クリーニング部材１００のセル内から帯電ロール１４側へ外添剤などの異物が吐き出され難くなり、クリーニング部材１００に汚れが堆積してクリーニング性が悪くなるからである。なお、帯電ロール１４の表面粗さは、７．０μｍ以下であることが好ましく、３．０μｍ以下であることがさらに好ましい。

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。

画像形成装置１０に用いられる現像剤には、外添剤として球形のシリカを含むことが好ましい。この理由として、シリカは屈折率が１．５前後であり、粒径を大きくしても光散乱による透明度の低下、特にＯＨＰ表面への画像作製時のＰＥ値（光透過性の指標）等に影響を及ぼさないことが挙げられる。

一方、一般的なフュームドシリカは比重２．２であり、粒径的にも最大５０ｎｍが製造上から限界となる場合がある。また凝集体として粒径を上げることはできるが、均一分散が困難となる場合があり、安定してシール効果を発揮できない場合がある。

クリーニング性向上のために含有される外添剤の材料として好適なシリカ、特に比重１．３〜１．９で球形単分散のシリカは、湿式法であるゾルゲル法により得ることができる。該ゾルゲル法は湿式法で、かつ焼成することなしに製造する方法であるため、蒸気相酸化法等の他の方法に比べ、比重を低く制御することができる。また、疎水化処理工程での疎水化処理剤種、或いは処理量を制御することにより、更に比重を調整することが可能となる。シリカの粒径は、ゾルゲル法の加水分解、縮重合工程のアルコキシシラン、アンモニア、アルコール、水の質量比、反応温度、攪拌速度、供給速度により自由に制御できる。単分散で球形形状のシリカとすることもゾルゲル法にて可能となる。

具体的なシリカの製造方法は以下の通りである。

先ず、水およびアルコールの混合溶液に、アンモニア水を触媒とし、温度をかけながらテトラメトキシシラン等のシラン化合物を滴下し攪拌を行う。次に、生成したシリカゾル懸濁液の遠心分離を行い、湿潤シリカゲルとアルコール、アンモニア水とに分離する。湿潤シリカゲルに溶剤を加え再度シリカゾルの状態にし、疎水化処理剤を加え、知りか表面の疎水化を行う。疎水化処理としては、一般的なシラン化合物を用いることができる。次にこの疎水化処理シリカゾルから溶媒を除去、乾燥、シーブすることにより、目的のシリカを得ることができる。またこのように得られた再度上述のゾルゲル法による処理を行っても構わない。

また、画像形成装置１０に用いられる現像剤のトナーとして、重合法により作製される重合トナーを用いることが好ましい。トナー形状が不定形であることにより、流動性助剤の添加によっても流動性が十分でないことがあり、使用中の機械的せん断力によるトナー表面の微粒子のトナー凹部への移動により、経時的に流動性が低下したり、流動性助剤のトナー内部への埋没が起こることで、現像性／転写性／クリーニング性が悪化する。また、クリーニングにより回収されたトナーを再び現像機に戻して使用すると更に画質の低下を生じ易い。これらを防ぐためにさらに流動性助剤を増加すると感光体上への汚染、フィルミング、傷などを発生させてしまう。

このため、意図的にトナー形状及び表面構造の制御を可能とする手段として、乳化重合凝集法によるトナーの製造方法が提案されている。これらは一般に、乳化重合等の重合法により樹脂微粒子の分散液を作製し、他方、溶媒に着色剤を分散させた着色剤粒子分散液を作製し、これらを混合した後、加熱及び／またはｐＨ制御、凝集剤添加などにより上記の樹脂微粒子と着色剤とを所望の粒子径になるまで凝集させ、その後凝集粒子を所望の粒子径で安定させ、次いで、樹脂微粒子のガラス転移点以上の温度に過熱して融合させてトナーを作製するものである。

乳化重合凝集法で得たトナー粒子は、その粒度分布特性において従来の懸濁重合法等に代表される他の重合法で得たトナー粒子と比較して極めて優れた特性（特に粒度分布がシャープであり、分級操作を必要としない）を示し、これをトナーとして用いれば高品質の画質を長期に渡り得ることが可能である。また、乳化重合凝集法によるトナーの作製方法は、凝集粒子を樹脂微粒子のガラス転移点（Ｔｇ）以上に加熱して融合させることから、その加熱の仕方やｐＨの制御により、不定形の形状から、球形の粒子状態のトナーまで様々な形状のトナーを作製することができるため、使用される電子写真システムにおいて、いわゆるポテト形状から球形までの範囲で形状の選択が可能である。

また、感光体ドラム１２は、ポリテトラフルオロエチレンを含んでいることが好ましい。上記構成によれば、感光体ドラム１２に異物が付着しにくく、良好な画像形成を行うことができる。

また、感光体ドラム１２を帯電させる帯電方式として、ＡＣ＋ＤＣの電圧印加を行うこともできる。ＡＣ＋ＤＣ印加方式とすることにより、帯電ロールを良好にクリーニングすることができる。

次に、クリーニング部材１００による帯電ロール１４のクリーニング性を評価するためのテストについて説明する。

平均セル径の異なる発泡層１００Ｂを有するクリーニング部材１００、及び、表面粗さの異なる帯電ロール１４を用いて、クリーニング性のテストを行った。

クリーニング性を評価する方法としては、図１に示す画像形成装置１０において、クリーニング部材１００をつけない状態でプリントテストを行ってあらかじめ帯電ロール１４を汚しておき、次に感光体ドラム１２と帯電ロール１４とクリーニング部材１００だけを設置して感光体ドラム１２を所定回数回転させ、帯電ロール１４表面の変化を測定することとした。このときの測定方法は、帯電ロール１４表面に付着した外添剤による白色度の閾値、及び、クリーニング部材１００表面に付着した外添剤による白色度の閾値を設け、帯電ロール１４の白色度が閾値を超える場合を×、帯電ロール１４の白色度は閾値以下であるが、クリーニング部材１００の白色度が閾値を超える場合を○、帯電ロール１４の白色度、クリーニング部材１００の白色度の両方が閾値以下の場合を◎とした。すなわち、×はクリーニング性自体が不良であることを示し、○はクリーニング性は良好であるがクリーニング部材１００から帯電ロール１４へ外添剤の凝集体が移行しにくいことを示し、◎ははクリーニング性が良好で、かつ、クリーニング部材１００から帯電ロール１４へ外添剤の凝集体が移行しやすいことを示している。表１にテスト結果を示す。

表１に示す結果により、クリーニング部材１００は、平均セル径が０．１８ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下の場合に、クリーニング性能が高いことがわかる。

また、帯電ロール１４の表面粗さは、十点表面粗さ（Ｒｚ）で１μｍ以上１７μｍ以下の場合に、良好なクリーニング性を得られ、１μｍ以上７．０μｍ以下の場合に、良好なクリーニング性及びクリーニング部材から帯電ロールへの凝集体の良好な移行性も得られた。

さらに、微量な付着量を比較するために、ＳＡＲＭ−Ｄでの抵抗値評価を行った。十点表面粗さ（Ｒｚ）が、３．９μｍ、２．５μｍ、１．７μｍ、の帯電ロール１４を用意し、汚れの付着前の初期抵抗値Ｒ０と、感光体ドラム１２、帯電ロール１４、クリーニング部材１００を所定回数回転させた後の使用後抵抗値Ｒ１とを測定することとした。使用後抵抗値Ｒ１が初期抵抗値Ｒ０に近いほど、帯電ロール１４への外添剤などの付着量が少なく、クリーニング部材１００でのクリーニング性が高いことを示している。図４、５にテスト結果を示す。図４には、各々の表面粗さにおける軸方向の初期抵抗値Ｒ０及び使用後抵抗値Ｒ１−Ａ、Ｒ１−Ｂが示されている。また、図５には、軸方向平均値での各々の表面粗さにおける初期抵抗値Ｒ０及び使用後抵抗値Ｒ１−Ａ、Ｒ１−Ｂを比較したグラフを示す。なお、使用後抵抗値Ｒ１−Ａ、Ｒ１−Ｂは、同一帯電ロール１４の周方向の異なる定点位置での測定値である。

図４及び図５から、付着量が少なくクリーニング性が高い順に、１．７μｍ＞２．５μｍ＞＞３．９μｍ、の結果が得られた。表面粗さが３．９μｍの場合に、著しく付着量が増加している。これは、クリーニング部材１００に取り込まれた外添剤凝集体の帯電ロール１４側への移行が他の表面粗さのものと比較して不十分であるためと考えられる。微量な付着量も考慮すると、帯電ロール１４の十点表面粗さ（Ｒｚ）は、３．０μｍ以下であることが好ましいといえる。

また、図６には、ＳＡＲＭ−Ｄでの軸方向の抵抗値のバラツキσが示されている。Ｂ１−Ａ、Ｂ１−Ｂは、使用後抵抗値Ｒ１−Ａ、Ｒ１−Ｂに各々対応している。バラツキσの目標値として設定した値に対して、この値よりバラツキσが小さければ、所定量よりも汚れが少ないと評価できる。図６から、十点表面粗さ（Ｒｚ）が３．９μｍの帯電ロール１４のバラツキＢ１−Ｂが目標値を超えている。また、バラツキＢ１−Ａは目標値を下回ってはいるが、目標値に接近している。ここからも、十点表面粗さ（Ｒｚ）が３．９μｍの帯電ロール１４が、２．５μｍ、１．７μｍの帯電ロール１４と比較して、クリーニング性が低いことがわかる。

本実施形態では、クリーニング部材１００の平均セル径を０．１８ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下とし、帯電ロール１４の表面粗さを、十点表面粗さ（Ｒｚ）で１μｍ以上１７μｍ以下としたので、クリーニング性能を高くすることができる。

また、帯電ロール１４の表面粗さを、十点表面粗さ（Ｒｚ）で１μｍ以上７．０μｍ以下とすることにより、クリーニング性をより向上させることができる。

また、帯電ロール１４の表面粗さを、十点表面粗さ（Ｒｚ）で１μｍ以上３．０μｍ以下とすることにより、クリーニング性をさらに向上させることができる。

なお、本実施形態では、クリーニング部材１００を帯電ロール１４による従動としたが、帯電ロール１４の回転により回転するギアを介して回転する構成としてもよい。ギアの大きさ等を調整することにより帯電ロール１４と回転速度を異ならせて、接触部分の摩擦によりクリーニング効果を高めることができる。

なお、本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。

前記実施形態における帯電ロール１４とクリーニング部材を以下のように作成した。なお以下の実施例における、クリーニング部材１００に用いられる発泡ウレタンのセル径を制御し製造する方法としては、一般的に特開平０９−３０２１２５や特開２００５−１２０２７４に記されているように、ポリオール、発泡剤、整泡剤、触媒を混合するが、この混合比を変えることで、セル径の大きさをコントロールすることができる。またこのセル径の計測方法はクリーニング部材１００の任意の３箇所にて２５ｍｍの長さにおけるセル数を計数し、２５ｍｍをそのセル数で割ったものをセル径として使用している。

［帯電ロール］
エピクロルヒドリンゴム１００質量部にイオン導電剤ＰＥＬ−１００（日本カーリット社製）３質量部を添加して十分混練した後、これを押し出し成形後、φ６のＳＵＭ−Ｎｉシャフト（硫黄快削鋼にニッケルメッキを施したもの）を挿入し、プレス成形機にて成形・加硫をおこなった後、研磨によって所望の外径に加工を行い、外径Φ端部外径１１．９５、中央部外径φ１２．０となるように加工した。その後、この帯電ロール表面に浸漬コーティング方法によってフッ素系樹脂を、膜厚５μｍでコーティングを実施した。またこの研磨加工の際の条件を変更しＲｚが０．５μｍ、１μｍ、３μｍ、４．５μｍ、７μｍ、１３μｍ、１５μｍ、１７μｍ、１９μｍの帯電ロールを作成した。

［クリーニング部材１］
ポリエーテルとイソシアネートとを混合し、得られたウレタン樹脂を加熱硬化させ、３次元網目構造からなるウレタン材料（ＩＮＯＡＣ社製ＥＰ７０）を裁断し、金属シャフト（φ５ｍｍの硫黄快削鋼にニッケルメッキを施したもの）（ＳＵＭ−Ｎｉ）を挿入し、研削盤を用いてφ９．０ｍｍとなるように加工を実施した。なお、ここで作成したクリーニング部材の平均セル径は０．４２ｍｍであった。

［クリーニング部材２］
ポリエーテルとイソシアネートとを混合し、得られたウレタン樹脂を加熱硬化させ、３次元網目構造からなるウレタン材料（ＩＮＯＡＣ社製ＥＲ２６）を裁断し、金属シャフト（φ５ｍｍの硫黄快削鋼にニッケルメッキを施したもの）（ＳＵＭ−Ｎｉ）を挿入し、ＮＣ円筒研削盤を用いてφ９．０ｍｍとなるように加工を実施した。なお、ここで作成したクリーニング部材の平均セル径は０．６２ｍｍであった。

［クリーニング部材３］
ポリエーテルとイソシアネートとを混合し、得られたウレタン樹脂を加熱硬化させ、３次元網目構造からなるウレタン材料（ＩＮＯＡＣ社製ｐｏｒｏｎ Ｌ２４）を裁断し、金属シャフト（φ５ｍｍの硫黄快削鋼にニッケルメッキを施したもの）（ＳＵＭ−Ｎｉ）を挿入し、ＮＣ円筒研削盤を用いてφ９．０ｍｍとなるように加工を実施した。なお、ここで作成したクリーニング部材の平均セル径は０．１ｍｍであった。

［クリーニング部材４］
ポリエーテルとイソシアネートとを混合し、得られたウレタン樹脂を加熱硬化させ、３次元網目構造からなるウレタン材料（ＩＮＯＡＣ社製Ｅｎｄｕｒ）を押出し成形によって作成し、金属シャフト（φ５ｍｍの硫黄快削鋼にニッケルメッキを施したもの）（ＳＵＭ−Ｎｉ）を挿入し、ＮＣ円筒研削盤を用いてφ９．０ｍｍ、となるように加工を実施した。なお、ここで作成したクリーニング部材の平均セル径は０．１８ｍｍであった。

［クリーニング部材５］
さらにセル径の大きなものの作成を試みたところ、セル径の大きなものが現在の技術では小径ロールに加工することが困難であったため、クリーニング部材１で作成したものを部分的にピンセットで剥離させた結果、約１．０ｍｍのセル径を持つクリーニング部材を作成することができた。ただし本実施例に関してはクリーニング部材全域に渡って、本追加工を行うことが困難であったため、軸方向２５ｍｍの幅に限定した。

［クリーニング部材６］
クリーニング部材５と同様に、クリーニング部材１で作成したものを部分的にピンセットで剥離させた結果、約１．５ｍｍのセル径を持つクリーニング部材を作成することができた。本比較例に関してもクリーニング部材全域に渡って、本追加工を行うことが困難であったため、軸方向２５ｍｍの幅に限定した。

上記のようにして作成した帯電ロール、及び、クリーニング部材１〜６を、富士ゼロックス製ＤｏｃｕＰｒｉｎｔＣ５２５Ａをクリーニング部材が取り付くよう改造したのちに組み込み２５０００枚の走行したのちの画質評価結果を表１に示す。ここでの画質評価の判断基準としては、評価開始時画質（１枚目画質）に対しての悪化度合いを感応的に評価したものである。

表１より、セル径０．１８ｍｍ、０．４２ｍｍ、０．６２ｍｍ、１．０ｍｍの場合には、長期にわたり帯電ロールを良好にクリーニングすることができ、安定した画質を得られることがわかる。一方、小さなＲｚ（Ｒｚ＝１μｍ）と小さなセル径（０．１ｍｍ）の組み合わせでは、帯電ロールから除去した汚れがセルに堆積、目詰まりしクリーニング性が悪化するとともに、この堆積した帯電ロールから除去した物質（主にトナー外添剤）によって帯電ロール表面を削り磨耗させ、画質不具合が生じていた。一方大きなＲｚ（Ｒｚ＝１９μｍ）に対し、小さなセル径（０．１ｍｍ）では、帯電ロール表面の凹凸（粗さ成分）の奥の汚れを除去することができず、この結果帯電ロール表面の部分的に汚れが堆積し、画質欠陥が生じていた。また１．０ｍｍを超えるセル径の場合には、帯電ロールのＲｚに関わらず、帯電ロール表面のクリーニングを均一に行うことができず、帯電ロール表面に汚れムラが生じてしまい、結果としてこれが画質欠陥となっていた。

本発明の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部材の周囲の構成を示す図である。 本発明の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部材への付着物の除去過程を説明する図である。 本発明の実施形態に係る画像形成装置に用いられる帯電ロールにおいて、異なる表面粗さ毎の、使用前、使用後の軸方向の抵抗値を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る画像形成装置に用いられる帯電ロールにおいて、異なる表面粗さ毎の、使用前、使用後の抵抗値を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る画像形成装置に用いられる帯電ロールにおいて、異なる表面粗さ毎の、抵抗値のバラツキを示すグラフである。

符号の説明

１０ 画像形成装置
１２ 感光体ドラム
１４ 帯電ロール
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 クリーニング部材
１００Ｂ 発泡層
Ｇ 凝集体
Ｉ 異物
Ｓ セル

Claims (8)

1. 像担持体と、
   前記像担持体に接触しつつ回転して前記像担持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つつ従動回転して、前記帯電ロールの表面への付着物を除去するロール状のクリーニング部材と、
   を備えた画像形成装置であって、
   前記クリーニング部材は発泡体で、平均セル径が０．４２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり、セル数が４０(個/２５ｍｍ)以上、８０(個/２５ｍｍ)以下であり、前記帯電ロールの十点表面粗さ（Ｒｚ）が１μｍ以上１７μｍ以下であることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記帯電ロールの十点表面粗さ（Ｒｚ）が７．０μｍ以下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. 前記帯電ロールの十点表面粗さ（Ｒｚ）が３．０μｍ以下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。
4. 前記像担持体を現像する現像剤に球形のシリカが含まれていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記像担持体がポリテトラフルオロエチレンを含んでいることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記像担持体を現像する現像剤のトナーが重合トナーであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の画像形成装置。
7. 前記帯電ロールの帯電方式がＡＣ＋ＤＣ印加方式であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の画像形成装置。
8. 前記クリーニング部材が発泡ウレタン樹脂を含んで構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の画像形成装置。

Images