本実施形態に係る帯電装置、組立体、及び画像形成装置の一例について説明する。
[画像形成装置]
図1には、本実施形態の一例として、タンデム方式のカラーの画像形成装置10が示されている。画像形成装置10は、本体となる筐体11を有している。ここで、図1では、ユーザー(図示省略)が立つ側を筐体11の右側として画像形成装置10を示している。そして、図1における右方向を+X方向、左方向を−X方向、上方向を+Y方向、下方向を−Y方向、手前側から奥側へ向かう奥行き方向を+Z方向、奥側から手前側へ向かう方向を−Z方向としている。
筐体11内には、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色に対応して組み立てられた組立体の一例としてのプロセスカートリッジ20Y、20M、20C、及び20Kが、+Y方向側から−Y方向側へ順に並んで設けられている。プロセスカートリッジ20Y、20M、20C、及び20Kは、筐体11に対して着脱可能となっている。また、プロセスカートリッジ20Y、20M、20C、及び20Kは、後述する用紙搬送路19A及び搬送装置50と対向している。なお、以下の説明では、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)を区別して説明する場合は、符号の後にY、M、C、Kを記載し、特に区別しない場合は、Y、M、C、Kを省略して記載する。
図1に示すように、筐体11内部の−Y方向側には、記録媒体の一例としての記録用紙Pが収納された用紙収納部14が設けられている。用紙収納部14の+X方向側の一端には、記録用紙Pを設定されたタイミングで送り出す送出ロール16が回転可能に設けられている。また、記録用紙Pの搬送方向で送出ロール16よりも下流側には、搬送ロール17及び位置合せロール18が回転可能に設けられている。そして、送出ロール16により用紙収納部14から1枚ずつ送り出された記録用紙Pは、搬送ロール17及び位置合せロール18を介して用紙搬送路19Aへ送り込まれ、搬送装置50へ搬送されるようになっている。
搬送装置50は、+Y方向側に配置されモータで回転駆動される駆動ロール52と、駆動ロール52の−Y方向側に配置され回転可能とされた支持ロール54と、駆動ロール52及び支持ロール54に巻き掛けられた無端状の搬送ベルト56とを有している。そして、搬送装置50は、駆動ロール52の回転により搬送ベルト56が周回移動することで、各プロセスカートリッジ20の後述する各感光体12に記録用紙Pを搬送するようになっている。
支持ロール54に隣接する位置には、吸着ロール55が搬送ベルト56と対向して回転可能に設けられている。そして、搬送装置50では、吸着ロール55に電圧が印加されることにより、搬送ベルト56に記録用紙Pが静電的に吸着されるようになっている。また、各プロセスカートリッジ20の−X方向側(搬送装置50側とは反対側)には、各感光体12に走査光BM(図2参照)を露光する(照射する)露光手段の一例としての露光装置70が設けられている。
露光装置70は、本体72内に半導体レーザ(図示省略)、ポリゴンミラー74、結像レンズ76、及び複数のミラー78が設けられている。半導体レーザからの光は、ポリゴンミラー74で偏向走査されて走査光となり、結像レンズ76及び複数のミラー78を介して各感光体12に照射されるようになっている。これにより、各感光体12では、画像情報に応じた走査光による露光が行われ、静電潜像が形成されるようになっている。
搬送ベルト56の内側で各感光体12と対向する位置には、それぞれ転写手段の一例としての転写ロール58が回転可能に設けられている。転写ロール58には、電源(図示省略)により電圧が印加される。そして、感光体12上の後述するトナー像(記録用紙P上のものはトナー画像として区別する)は、内部が接地された感光体12と転写ロール58との電位差によって、記録用紙Pに転写されるようになっている。
用紙搬送路19Aにおける搬送装置50よりも下流側には、定着装置60が設けられている。定着装置60は、記録用紙P上のトナー画像を加熱する加熱ロール62と、加熱ロール62と共に記録用紙Pを挟んで加圧する加圧ロール64とを有している。そして、記録用紙P上のトナー画像は、定着装置60によって加熱及び加圧されることで、記録用紙Pに定着される。なお、トナー画像が定着された記録用紙Pは、筐体11の+Y方向上部に配置された排出ロール66によって、筐体11上の排出部68へ排出されるようになっている。
また、搬送装置50と筐体11の+X方向側の側壁11Aとの間には、記録用紙Pの表裏を反転させるための反転搬送路19Bが設けられている。反転搬送路19Bの一端は、用紙搬送路19Aにおける定着装置60と排出ロール66との間に接続されており、反転搬送路19Bの他端は、搬送ロール17と位置合せロール18との間の部分に接続されている。そして、反転搬送路19Bには、複数の搬送ロール67が回転可能に設けられている。
さらに、用紙搬送路19Aにおける定着装置60と排出ロール66との間には、正回転及び逆回転が可能とされた送り込みロール69と、用紙の搬送方向を切り換える切換部材(図示省略)とが設けられている。これにより、表面にトナー画像が定着された記録用紙Pは、後端が定着装置60を通過した後、この後端が送り込みロール69の逆回転及び切換部材の切り換えによって反転搬送路19Bに送り込まれることで、裏面の画像形成及び定着が行われるようになっている。
また、筐体11内における露光装置70よりも−X方向側には、画像形成装置10内の各部の動作を制御する制御部80が設けられている。
[プロセスカートリッジ]
図2に示すように、プロセスカートリッジ20は、被帯電体及び像保持体の一例としての円柱状の感光体12と、感光体12の表面を帯電させる帯電装置30とを含んでいる。また、プロセスカートリッジ20は、感光体12を有する感光体ユニット21と、感光体12の外周面に形成された静電潜像を現像剤の一例としてのトナー(キャリア含む)により現像する現像手段の一例としての現像ユニット22とを組み合せた構成となっている。
感光体ユニット21と現像ユニット22は、Y方向に間隔をあけて配置されており、この感光体ユニット21と現像ユニット22との間が、露光装置70(図1参照)からの走査光(露光光)BMが通過する光通路23とされている。
感光体ユニット21は、感光体12と、帯電装置30と、転写後の感光体12の外周面を除電するイレーズランプ82と、除電後の感光体12の外周面を清掃するクリーニングユニット84と、サブトナー補給ユニット86とが一体となった構成とされている。サブトナー補給ユニット86内には、内部に貯留されたトナー(図示省略)の攪拌及び搬送を行う攪拌搬送部材87が設けられている。
一方、現像ユニット22は、感光体12の外周面上の静電潜像をトナー及びキャリアからなる現像剤で現像(可視像化)する現像部40と、現像部40にトナーを供給するメイントナー補給ユニット24とをX方向に一体化した構成とされている。なお、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ヘイズ値(光透過性の指標)などに影響を及ぼさないことが挙げられる。また、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。
現像部40は、ハウジング42を有している。ハウジング42は、感光体12の−Y方向側に設けられており、感光体12に向けて開口した開口部42Aが形成されている。また、ハウジング42内には、現像剤収容室43が形成されており、現像剤収容室43の内部には、トナー及びキャリアからなる既述の現像剤(図示省略)が収容されている。さらに、ハウジング42内には、開口部42Aから一部が露出するようにして現像ロール44が設けられている。
現像ロール44は、周方向に複数の磁極(図示省略)が交互に配置されると共に回転しないようにハウジング42に固定された磁石ロール44Aと、磁石ロール44Aの外側で−R方向に回転する非磁性円筒状の現像スリーブ44Bとを有している。そして、現像ロール44は、現像剤中に含まれるキャリアを磁力で吸着すると共に現像剤の磁気ブラシを形成し、トナーを感光体12と対向する現像領域へ搬送する。これにより、感光体12上に形成された静電潜像が、現像ロール44の表面に形成された磁気ブラシによって可視像化されるようになっている。
現像ロール44における現像領域の上流側には、現像ロール44の表面(外周面)と間隔をあけて円柱状の層厚規制部材46が設けられている。層厚規制部材46は、現像ロール44上に供給された現像剤の層厚を規制する。また、現像ロール44の−Y方向側には、現像ロール44の軸方向(Z方向)に沿って、第1攪拌搬送部材45A及び第2攪拌搬送部材45Bが設けられている。
第1攪拌搬送部材45A及び第2攪拌搬送部材45Bは、それぞれ回転軸(図示省略)を備えており、ハウジング42の周壁に軸受部材(図示省略)を介して回転可能に支持されている。そして、現像剤収容室43内の現像剤は、第1攪拌搬送部材45A及び第2攪拌搬送部材45Bの回転によって、攪拌されながら循環搬送されるようになっている。
メイントナー補給ユニット24は、現像部40の−X方向側に隣接して設けられている。そして、メイントナー補給ユニット24内には、内部のトナー(図示省略)を現像部40に向けて搬送する第1アジテータ26A及び第2アジテータ26Bが設けられている。
メイントナー補給ユニット24と現像部40との間には、トナー供給路27が形成されている。トナー供給路27は、Z方向に沿って延びており、Z方向の一端がメイントナー補給ユニット24側に開口(図示省略)し、Z方向の他端が現像剤収容室43側に開口(図示省略)している。また、トナー供給路27内には、Z方向を軸方向とする搬送部材28が回転可能に設けられている。これにより、搬送部材28が回転すると、メイントナー補給ユニット24からトナー供給路27内に流入したトナーが、搬送部材28により搬送され、現像剤収容室43へ供給されるようになっている。
(感光体)
感光体12は、一例として、有機系の感光材料を含む感光層が外周面(表面)に被覆された直径25[mm]の導電性円筒体が用いられている。そして、感光体12は、モータ(図示省略)によって、一例として、矢印R方向に150[mm/sec]のプロセススピードで回転駆動される。また、感光体12は、後述する帯電ロール32によって外周面(表面)が設定電位に帯電された後、画像情報に基づいて露光装置70(図1参照)から出射された走査光BMによって露光されることで、画像情報に応じた静電潜像を外周面に保持する。
(画像形成工程)
図1に示す画像形成装置10においてカラーの画像形成を行う場合、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)、及びブラック(K)の各色に対応したプロセスカートリッジ20において行なわれる。そして、各色の感光体12の表面には、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、及びブラック(K)の各色に対応したトナー像が形成される。
続いて、各感光体12上に形成されたイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、及びブラック(K)の各色のトナー像は、搬送ベルト56上に保持された記録用紙PにK、C、M、Yの順番で転写される。そして、トナー像が転写された記録用紙Pは、定着装置60に搬送され、定着装置60によってトナー画像が定着される。その後、片面(表面)の画像形成の場合には、トナー画像が定着された記録用紙Pが、排出ロール66によって排出部68上に排出される。
―方、両面(表面及び裏面)の画像形成の場合には、定着装置60により表面にトナー画像が定着された記録用紙Pを反転搬送路19Bに送り込む。そして、記録用紙Pの表裏を反転させた状態で、記録用紙Pの裏面にトナー画像を転写する。さらに、記録用紙Pの裏面のトナー画像を定着装置60によって定着した後、定着後の記録用紙Pを排出部68に排出する。このようにして、記録用紙Pの両面に画像形成される。なお、トナー画像の転写が終了した後の感光体12の表面は、感光体12が1回転する毎にクリーニングユニット84(図2参照)によって残留トナーや紙粉などが除去される。
[帯電装置]
次に、帯電装置30について説明する。
図2に示すように、帯電装置30は、感光体12と接触する帯電部材の一例としての帯電ロール32と、帯電ロール32の感光体12側とは反対側に接触し、帯電ロール32の外周面を清掃する清掃部材の一例としてのクリーニング部材34とを有している。
図3に示すように、帯電ロール32は、導電性のシャフト32Aの周囲に帯電層32Bが形成された構成となっている。シャフト32Aは、感光体ユニット21(図2参照)の本体を構成するハウジング21A(図2参照)に回転可能に支持されている。また、シャフト32Aには、電源(図示省略)から電圧が印加される構成となっており、帯電ロール32の回転と共に、接地された感光体12(図2参照)と帯電ロール32との電位差により放電が行われ、感光体12の外周面が帯電されるようになっている。
クリーニング部材34は、帯電ロール32の軸方向(Z方向)に沿って配置された軸部の一例としてのシャフト34Aと、シャフト34Aの外周面に螺旋状に巻き付けられた清掃部の一例としての弾性層34Bとを備えている。シャフト34Aは、ハウジング21A(図2参照)に回転可能に支持されている。
また、クリーニング部材34は、シャフト34Aと帯電ロール32のシャフト32Aとの軸間距離が、予め設定した軸間距離となるよう配置されている。そして、弾性層34Bは、帯電ロール32の外周面に沿って弾性変形してニップ部NP(図5(B)参照)を形成している。なお、帯電ロール32及びクリーニング部材34の取り付けは、軸間距離の固定だけではなく、バネ(図示省略)などを用いた定荷重の取り付けであってもよい。
ここで、帯電装置30では、クリーニング部材34が帯電ロール32に接触しつつ従動回転することにより、帯電ロール32の外周面のトナーや外添剤などの汚れが、クリーニング部材34側へ移行して清掃(クリーニング)されるようになっている。
(帯電ロール)
次に、帯電ロール32の詳細について説明する。
図4(A)に示すように、帯電ロール32は、既述のように、導電性のシャフト32A上に帯電層32Bとして導電性弾性層、表面層(図示省略)が順次形成されたものである。なお、帯電ロール32は、設定された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。
シャフト32Aの材質としては、快削鋼、ステンレス鋼が使用され、摺動性などの用途に応じて材質および表面処理方法が適宜選択される。なお、シャフト32Aとして、導電性を有さない材質のものについては、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。
帯電層32Bを構成する導電性弾性層は、例えば、弾性を有するゴムなどの弾性材、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などの導電材、軟化剤、可塑剤、硬化剤、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、シリカ及び炭酸カルシウムなどの充填剤、通常ゴムに添加され得る材料が加えられてもよい。そして、帯電ロール32は、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32Aの外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の例としては、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を用いることができる。また、上記の弾性材は、発泡体であってもよい。
上記の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、例えば、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、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及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など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、ステンレス鋼などの各種導電性金属又は合金;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など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などの過塩素酸塩、塩素酸塩など;リチウム、マグネシウムなどのアルカリ金属、アルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩など;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、上記の電子導電剤の場合は、ゴム材100質量部に対して1質量部以上60質量部以下の範囲であることが好ましい。一方、上記のイオン導電剤の場合は、ゴム材100質量部に対して、0.1質量部以上5.0質量部以下の範囲であることが好ましい。
帯電層32Bの一部を構成する上記の表面層は、トナーなど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る。表面層の材料としては、樹脂、ゴムの何れを用いてもよく、特に限定するものではない。そして、表面層の材料は、例えば、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などを挙げることができる。
このうち、外添剤汚れを抑制する観点から、表面層の材料としては、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、及び12ナイロンのいずれか1種又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ナイロンなどが挙げられる。
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[%]以上であることが好ましい。上記の重合単位が10[%]以上の場合は、調液性および表面層の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。
上記の高分子材料は、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以上100,000以下の範囲であることが好ましく、10,000以上50,000以下の範囲であることがより好ましい。
上記の表面層には、導電性材料を含有させて抵抗値を調整する。該導電性材料としては、一例として、粒径が3[μm]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が用いられる。
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」などが挙げられる。
上記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い。そして、pH4.0以下のカーボンブラックを配合することで帯電均一性が向上し、さらに、抵抗値の変動が抑制される。
上記の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(Indium Tin Oxide)など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、導電性金属酸化物粒子は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しにくくなり、安定した特性が得られる。
上記の表面層には、フッ素系あるいはシリコーン系の樹脂が用いられる。特に、表面層は、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32への異物の付着が抑制される。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32の表面に凹凸を付与し、感光体12(図2参照)との摺擦時の負担を小さくして、帯電ロール32と感光体12相互の耐磨耗性を向上させることも可能である。
(クリーニング部材)
次に、クリーニング部材34の詳細について説明する。
図4(B)に示すように、クリーニング部材34のシャフト34Aは、アルミ、ステンレス、真鍮などの金属が主に使用されており、摺動性などの用途に応じて材質及び表面処理方法が適宜選択される。シャフト34Aとして、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導電化が行われてもよく、そのまま使用してもよい。さらに、ロール製造時に従来のような研削加工が行われることが無いので、樹脂製のシャフト34Aを用いても良い。
弾性層34Bは、例えば、多孔質の3次元構造を有する発泡体(弾性体)からなり、必要な厚み及び幅に加工した後、シャフト34Aに巻きつけたものである。また、弾性層34B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などの発泡性の樹脂又はNBR、EPDM、SBR、シリコンゴムなどを材質としたものより選択される。そして、弾性層34Bとして、帯電ロール32に対する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32の表面に弾性層34Bの擦れによるキズをつけないために、さらに、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。
なお、弾性層34Bは、ポリウレタンに限定されるものではない。弾性層34Bは、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオー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。
クリーニング部材34では、既述のように得られた弾性発泡体を短冊シート状に加工した後、この短冊シート状の弾性発泡体をシャフト34Aへ螺旋状に巻き付けることで弾性層34Bが出来上がる。ここで、シャフト34Aに巻き付けない状態(非巻付状態)の弾性層34Bの短手方向の幅W(図3参照)は、1[mm]以上25[mm]以下であることが加工性の観点で好ましく、より好ましい範囲は2[mm]以上15[mm]以下である。幅Wが25[mm]を超えると、シャフト34Aへの巻き付け中に浮きや剥がれなどにより均一に巻き付けることが困難となり、作業性が低下する場合がある。これにより、弾性層34Bの幅(短手方向の長さ)が決められる。
弾性層34Bの長手方向の長さは、シャフト34Aの長さ(弾性層34Bの巻き付け範囲)及び外径と、図3に示す弾性層34Bの巻き付け角度θと、巻き付け時の張力とによって決まるようになっている。なお、巻き付け角度θとは、弾性層34Bの長手方向とシャフト34Aの軸方向とが交差する角度(鋭角)を意味している。
図3に示す巻き付け角度θは、3[°]以上65[°]以下であることが加工性の観点で好ましい。巻き付け角度θの下限については、4[°]以上とすることで、より加工性が向上する。さらに、巻き付け角度θを45[°]以下とすることにより、クリーニング部材34に帯電ロール32との接触によって加えられる摩擦力Fのうち、回転に寄与する分力Fmが、回転に寄与しない分力Fs以上となる。つまり、回転に寄与しない分力Fsが低減される。これらの理由で、より好ましい巻き付け角度θの範囲は4[°]以上45[°]以下である。
図4(A)及び図5(A)に示すように、帯電ロール32の外周の直径(外径)をD[mm]とすると、帯電ロール32の外周1周の周長a[mm]は、円周率をπとしてa=πDとなる。なお、以後の説明では、帯電ロール32の外周1周の周長aを帯電ロール周長aという。
帯電ロール周長aは、例えば、レーザー測定機(ミツトヨ社製レーザースキャンマイクロメータ、型式:LSM6100)を帯電ロール32の任意の軸方向位置に固定した状態で、回転速度3[rpm]で帯電ロール32を回転させて測定される。測定箇所は、一例として、250[ポイント/帯電ロール32の1周]で行い、帯電ロール32の3周分の平均値を帯電ロール外径Dとする。このようにして得られた帯電ロール外径Dと円周率πから、既述のように、帯電ロール周長aが算出される。
図4(B)に示すように、クリーニング部材34において、弾性層34Bにおける帯電ロール32(図4(A)参照)の外周面と接触する面を清掃面34Cとする。また、弾性層34Bが帯電ロール32の外周面と接触しない状態(無負荷状態)において、シャフト34Aの軸中心Ocから清掃面34Cまでの距離を半径とする仮想円(二点鎖線で示す)の周長をbとする。なお、仮想円は、シャフト34Aの軸方向と直交する面において、清掃面34Cの幅方向中央位置(弾性層34Bの最も窪んだ位置)を通るものとする。
クリーニング部材34の仮想円の直径(外径)をd[mm]とすると、仮想円1周の周長b[mm]は、円周率をπとしてb=πdとなる。なお、仮想円の周長bは、例えば、レーザー測定機(ミツトヨ社製レーザースキャンマイクロメータ、型式:LSM6100)をクリーニング部材34の任意の軸方向位置に固定した状態で、回転速度3[rpm]でクリーニング部材34を回転させて測定される。
測定箇所は、一例として、250[ポイント/クリーニング部材34の1周]で行い、クリーニング部材34の3周分の平均値を仮想円の外径dとする。このようにして得られたクリーニング部材34の仮想円の外径dと円周率πから、仮想円の周長bが算出される。さらに、クリーニング部材34の得られた周方向の外形データのシャフト34A表面を0[mm]厚とすることで、弾性層34Bの断面形状が得られる。なお、クリーニング部材34の1周とは、軸方向のある位置での1周である。
図5(B)に示すように、クリーニング部材34は、帯電ロール32に対して任意の食い込み量K[mm]をもって接触し、従動する。このため、弾性層34Bの断面形状の厚み(高さ)が最大値となる点P1から、食い込み量Kだけ引いた厚み(高さ)位置における周方向の幅が、帯電ロール32の周方向における弾性層34Bの帯電ロール32と接触する部位の幅c[mm]となる(以後の説明では、この幅cを接触周長cという)。接触周長cは、実際は、帯電ロール32の周方向における幅であり湾曲しているが、図5(B)では直線の矢印で示している。
図4(B)及び図5(A)に示すように、帯電ロール32の周長a[mm]、クリーニング部材34の仮想円1周の周長b[mm]、及びクリーニング部材34の接触周長c[mm]は、帯電ロール32の軸方向(Z方向)の幅を持たない一断面での値である。
図7に示すように、クリーニング部材34の1回転目、2回転目における帯電ロール32(帯電層32B)の外周面の被清掃範囲をS1、S2とする。ここで、一断面において、被清掃範囲S1、S2が隣接又は重なるための条件(隙間無くクリーニングされるための条件)は、接触周長cについての関係式で表せる。すなわち、一断面において、被清掃範囲S1、S2が隣接又は重なるのは、接触周長cが、帯電ロール32の周方向におけるクリーニング部材34の1周での被清掃範囲S1と被清掃範囲S2とのずれ量PTよりも大きい場合であり、PT<cとなる。
なお、ずれ量PTは、帯電ロール32とクリーニング部材34が接触している任意の開始位置から回転を始めて、帯電ロール32が1回転したときの該開始位置のずれ量(長さ)である。しかし、ずれ量PTを測定したところ、弾性層34Bの食い込み量K(図5(B)参照)だけ引いた厚み位置における周長よりも、既述の仮想円の周長bを用いた方が、実測値に合うことが分かった。このため、本実施形態では、PT≒(a−b)とする。すなわち、被清掃範囲S1、S2が隣接するための条件は、(1)式となる。
(a−b)<c (1)
また、帯電ロール32の外周面全体に弾性層34Bが接触するまでの帯電ロール32の必要回転数Nは、帯電ロール32の周長aから接触周長cを引いた長さを、既述のずれ量PTで除することで求められる。すなわち、必要回転数Nは、N≒(a−c)/(a−b)となる。
(1)式及び必要回転数Nの関係式から分かるように、クリーニング部材34の清掃性能は、帯電ロール周長a、仮想円1周の周長b、及び接触周長cの関係で決まると考えられる。このため、帯電ロール32及びクリーニング部材34について、帯電ロール周長a、仮想円1周の周長b、及び接触周長cを変更した実施例1、2、3、4、5及び比較例1、2を挙げ、本実施形態をより具体的に説明する。なお、本実施形態は以下の実施例に限定されるものではない。また、各長さの測定は、既述のレーザー測定機を用いて行った。
<実施例1>
(クリーニング部材)
厚さ2.05[mm]の発泡ウレタン(EP−70;株式会社イノアックコーポレーション社製)シートに厚み0.15[mm]の両面テープを貼付け、厚み2.20[mm]、幅3.9[mm]、長さ245[mm]の短冊状とした。
次に、この短冊状の発泡ウレタンシートを、SUS製の芯体(外径φ4[mm]、全長230[mm])へ、巻き付け角度25[°]で、短冊全長が0[%]よりも大きく且つ5[%]以下程度伸びるように張力を付与しつつ巻き付けて、螺旋状の弾性層34Bを形成した。このようにして得られたクリーニング部材34の接触周長cは、5.0[mm]であり、仮想円1周の周長bは、25.1[mm]であった。
(帯電ロール)
下記のゴム材、導電材、イオン導電材、加硫剤、及び加硫促進剤の混合物をオープンロールで混練りし、SUS416からなる直径6[mm]のシャフト32A(導電性支持体)表面に厚さ2[mm]となるように円筒状に被覆した。続いて、この混合物を被覆したシャフト32Aを内径18.0[mm]の円筒型の金型に入れ、170[℃]で30分間加硫させて金型から取り出した後、外周部を研磨して円筒状の帯電層32B(導電性発泡弾性層)を得た。
ゴム材・・・100質量部(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)Gechron3106:日本ゼオン社製)、導電剤(カーボンブラック アサヒサーマル:旭カーボン社製)・・・25質量部、導電剤(ケッチェンブラックEC:ライオン社製)・・・8質量部、イオン導電剤(過塩素酸リチウム)・・・1質量部、加硫剤(硫黄)200メッシュ:鶴見化学工業社製・・・1質量部、加硫促進剤(ノクセラーDM:大内新興化学工業社製)・・・2.0質量部、加硫促進剤(ノクセラーTT:大内新興化学工業社製)・・・0.5質量部。
続いて、下記の高分子材料、導電剤、及び溶剤の混合物をビーズミルにて分散し、得られた分散液をメタノールで希釈して上記の帯電層32Bの表面に浸漬塗布した。この後、帯電層32Bを140[℃]で15分間加熱乾燥して厚さ4[μm]の表面層を形成し、帯電ロール32を得た。得られた帯電ロール32の周長aは、28.2[mm]であった。
高分子材料・・・100質量部(共重合ナイロン)アラミンCM8000:東レ社製、導電剤・・・30質量部(アンチモンドープ酸化スズ)SN−100P:石原産業社製、溶剤(メタノール)・・・500質量部、溶剤(ブタノール)・・・240質量部。なお、表面粗さRzは11[μm](測定:東京精密製Surfcom、JIS B0601 1982年規格)、ゴム硬度は84[°](高分子計器株式会社製 アスカーゴム硬度C型)であった。
<実施例2>
(クリーニング部材)
短冊状の発泡ウレタンシートの厚み2.35[mm]にした以外は、実施例1と同様にクリーニング部材34を作製した。なお、得られたクリーニング部材34の接触周長cは、5.3[mm]であり、仮想円1周の周長bは、26.7[mm]であった。
(帯電ロール)
研磨代を変更した以外は、実施例1と同様である。なお、得られた帯電ロール32の周長aは、28.3[mm]であった。
<実施例3>
(クリーニング部材)
短冊状の発泡ウレタンシートの厚みを2.45[mm]、幅を4.7[mm]とした以外は、実施例2と同様の方法でクリーニング部材34を作製した。なお、得られたクリーニング部材34の接触周長cは、6.8[mm]であり、仮想円1周の周長bは、27.0[mm]であった。
(帯電ロール)
研磨代を変更した以外は、実施例1と同様である。なお、得られた帯電ロール32の周長aは、28.0[mm]であった。
<実施例4>
(クリーニング部材)
発泡ウレタンシートの厚みを2.65[mm]とした以外は、実施例2と同様の方法でクリーニング部材34を作製した。なお、得られたクリーニング部材34の接触周長cは、7.0[mm]であり、仮想円1周の周長bは、28.0[mm]であった。
(帯電ロール)
研磨代を変更した以外は、実施例1と同様である。なお、得られた帯電ロール32の周長aは、28.4[mm]であった。
<実施例5>
(クリーニング部材)
実施例1に記載のウレタン材料をリング状に打ち抜き加工し、図6に示すように、外径φ2=8.5[mm]、内径φ1=3.9[mm]、すなわちウレタン材厚さ2.3[mm]、幅W=3.9[mm]、角度θ=25[°]のウレタンリング35を複数個作製した。シャフト34Aとしてホットメルト接着剤が塗布されたステンレス(SUS304)軸体(外径φ4[mm]、軸長L=230[mm])を用意し、ウレタンリング4個が等間隔となるように嵌め込み、ホットメルト接着剤の溶融温度以上に加熱し、シャフト34Aに接着固定した。即ち、ウレタンリング35は、シャフト34Aの軸方向に対して斜めの稜線を備えた環状に形成され、一例として、シャフト34Aに間隔を空けて4個固定されている。ウレタンリング35の数は、4個に限らず、他の個数でもよい。なお、得られたクリーニング部材34の接触周長cは、5.3[mm]であり、仮想円1周の周長bは、26.7[mm]であった。
(帯電ロール)
実施例2と同じ帯電ロール32を使用した。
<比較例1>
(クリーニング部材)
発泡ウレタンシートの厚みを2.55[mm]、幅を6.0[mm]とした以外は、実施例1と同様の方法でクリーニング部材34を作製した。なお、得られたクリーニング部材34の接触周長cは、8.5[mm]であり、仮想円1周の周長bは、25.7[mm]であった。
(帯電ロール)
実施例4と同じ帯電ロール32を使用した。
<比較例2>
(クリーニング部材)
発泡ウレタンシートの厚みを2.65[mm]とした以外は、実施例3と同様の方法でクリーニング部材34を作製した。なお、得られたクリーニング部材34の接触周長cは、5.9[mm]であり、仮想円1周の周長bは、28.0[mm]であった。
(帯電ロール)
実施例4と同じ帯電ロール32を使用した。
[作用]
次に、本実施形態の作用について説明する。
(クリーニング性評価試験)
実施例1、2、3、4、5、及び比較例1、2のクリーニング部材34及び帯電ロール32を用いて、クリーニング性評価試験を行った。なお、食い込み量は帯電ロールとクリーニング部材の軸間が7.9[mm](図5(A)参照)となるように、帯電ロール32とクリーニング部材34との軸間距離を調整した。具体的には、実施例1、2、3、4、5、比較例1、2のクリーニング部材34及び帯電ロール32を、同様にカラープリンター DocuPrintC2110(富士ゼロックス社製)のプロセスカートリッジ内に装着し、後述するクリーニング性評価試験を行った。また、帯電ロール32に印加する電圧、帯電ロール32の回転速度、及び使用する現像剤は、実施例1、2、3、4、5及び比較例1、2で同じにした。
クリーニング性評価試験は、A4用紙上に画像平均密度5[%]の画質パターンを150,000枚印字した後に、濃度30[%]のハーフトーン画像を1枚出力して行った。すなわち、得られた濃度30[%]のハーフトーン画像について、目視で、画質上の濃度むらが発生していないものを○、画質上の濃度むらが許容できないレベルで発生しているものを×として、2段階評価で行った。この評価結果を表1に示す。
表1に示すように、クリーニング性評価試験の結果は、実施例1:○、実施例2:○、実施例3:○、実施例4:○、実施例5:○、比較例1:×、比較例2:×となった。なお、実施例1、2、3、4、5、及び比較例1、2は、いずれも(a−b)<cとなっている。
ここで、表1において、帯電ロール32の外周面全体をクリーニング部材34で清掃するための帯電ロール32の必要回転数N(≒(a−c)/(aーb))に着目すると、判定○のもの(本実施例)が7.4回よりも多く、54回よりも少ないことが分かった。すなわち、帯電ロール周長a、仮想円1周の周長b、及び接触周長cについて、既述の(1)式と以下の(2)式を満たせば、クリーニング性評価が○となることが分かった。
7.4<(a−c)/(a−b)<54 (2)
帯電ロール32の必要回転数N≒(a−c)/(a−b)が7.4回よりも多ければ、帯電ロール32の1回転当たりの弾性層34Bを帯電ロール32の外周面に押し付ける時間が短くなる。これにより、弾性層34Bに回収されている異物(付着物)が、再度、帯電ロール32の外周面に付着する(こすりつけられる)ことが抑制され、帯電ロール32外周面の異物のフィルミング(再付着)が生じることが抑制される。
さらに、必要回転数Nが54回よりも少なければ、クリーニング部材34の1回転で清掃される帯電ロール32に付着する異物(付着物)の除去に必要な帯電ロール32の回転数を維持出来るので、帯電ロール32外周面の清掃不良が抑制される。
すなわち、本実施形態の帯電装置30では、帯電ロール32の周長a、仮想円1周の周長b、及び接触周長cが(1)式及び(2)式を満たすので、異物のフィルミングと清掃不良が抑制され、帯電ロール32の帯電能力が経時で低下することが抑制される。
また、本実施形態のプロセスカートリッジ20では、帯電装置30において帯電ロール32の帯電能力が低下することが抑制されるため、感光体12の帯電むらが抑制される。
さらに、本実施形態の画像形成装置10では、帯電装置30の帯電能力の低下が抑制され、感光体12の帯電むらが抑制されることから、画像形成を実施したときの画像欠陥(例えば、濃度ムラ、横筋)が抑制される。
なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。
現像ユニット22は、現像剤の一例として乾式トナーを用いるものに限らず、湿式トナーを用いるものであってもよい。
また、転写ロール58に換えて、コロトロン方式の転写ユニットを用いてもよい。
さらに、露光装置70に換えて、LED(Light Emitting Diode)方式の露光ユニットを用いてもよい。
加えて、画像形成装置10は、筐体11に対してプロセスカートリッジ20を着脱させる構成に限らず、筐体11に感光体12、帯電装置30、露光装置70、現像ユニット22、及び転写ロール58を設けたもの(プロセスカートリッジを有さないもの)であってもよい。