JP2008209488A - 帯電装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電部材に付着したトナー等の異物を除去する際の該帯電部材の摩耗を防ぐことのできる帯電装置、それを備えたプロセスカートリッジ及びその帯電装置を備えた画像形成装置の提供。
【解決手段】回転する像保持体と接触し、像保持体に連れ回りながら像保持体表面を帯電する帯電ロール２と、帯電ロール２と接触するクリーニングロール１と、を備え、弾性層１ｂの帯電ロール２に対する動摩擦係数が、弾性層１ｂの一端から他端への長手方向に向かって増加後減少するように分布する帯電装置、それを備えたプロセスカートリッジ及びその帯電装置を備えた画像形成装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、帯電装置、プロセスカートリッジ及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、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（像保持体）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、最終的に記録用紙などの被転写体上に転写される。

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。最近では、非接触帯電方式の帯電装置に比較してオゾンや窒素酸化物等の化学物質の発生量の少ない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等の異物が帯電部材に付着することがある。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。

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所定の圧力で接触して付着物を掻き落とす方式が考えられる。ゴム製のブレードやパッドを間欠的に帯電部材表面に圧接することで、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。また、回転する帯電ロールに対し接触した状態で連れ回るクリーニングロールによって、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、特許文献１又は２参照）。
特開平２−２７２５９４号公報 特開平８−６２９４８号公報

本発明は、帯電部材に付着したトナー等の異物を除去する際の該帯電部材の摩耗を防ぐことのできる帯電装置、それを備えたプロセスカートリッジ、及びその帯電装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明者は、以下の本発明により当該課題を解決できることを見出した。

すなわち請求項１に係る発明は、回転する像保持体と接触し、前記像保持体に連れ回りながら前記像保持体表面を帯電する円筒状の帯電部材と、芯材と、前記芯材の外周に形成された連泡構造を有する多孔質の円筒状弾性層と、を有し、前記帯電部材と接触する異物除去手段と、を備え、前記弾性層の前記帯電部材に対する動摩擦係数が、前記弾性層の一端から他端への長手方向に向かって増加後減少するように分布する帯電装置である。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の帯電部材に対する前記弾性層の一端から他端への長手方向の中央部における動摩擦係数Ａと前記長手方向の端部における動摩擦係数Ｂとが、下記式１の関係を満たす帯電装置である。

Ｂ＜Ａ＜Ｂ＋０．２ 式１

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の弾性層の前記長手方向の中央部の硬さと、前記長手方向の端部の硬さと、の差が１Ｎ以上２００Ｎ以下である帯電装置である。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の弾性層の前記長手方向の中央部のセル数と、前記長手方向の端部のセル数と、の差が１/２５mm以上５０／２５ｍｍ以下である帯電装置である。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の弾性層が、発泡ウレタンである帯電装置である。

請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の異物除去手段の前記帯電部材への食い込み量が、前記弾性層の厚みの１／１０以上１／２以下である帯電装置である。

請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の異物除去手段の前記帯電部材への食い込み量を前記弾性層の厚みの１／２とするのに要する圧力が、前記帯電部材の前記像保持体に対する接触圧以下である帯電装置である。

請求項８に係る発明は、像保持体と、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の帯電装置とを備えるプロセスカートリッジである。

請求項９に係る発明は、像保持体と、前記像保持体を帯電する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の帯電装置と、帯電した前記像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、前記像保持体の表面に形成された潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と、前記像保持体の表面に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写手段と、転写後の前記像保持体表面の残留トナーを除去するクリーニング手段と、を備えた画像形成装置である。

請求項１に係る発明によれば、本構成を有していない場合に比較して帯電部材に付着したトナー等の異物を除去する際の該帯電部材の摩耗を防ぐことができる。

請求項２に係る発明によれば、本構成を有していない場合に比較して帯電部材に付着したトナー等の異物を除去する際の該帯電部材の摩耗を防ぐことができる。

請求項３に係る発明によれば、弾性層の帯電部材に対する動摩擦係数を、弾性層の一端から他端への長手方向に向かって増加後減少するように分布させることができると共に、本構成を有していない場合に比較して容易に式１の関係を満たすことができる。

請求項４に係る発明によれば、弾性層の帯電部材に対する動摩擦係数を、弾性層の一端から他端への長手方向に向かって増加後減少するように分布させることができると共に、本構成を有していない場合に比較して容易に式１の関係を満たすことができる。

請求項５に係る発明によれば、本構成を有していない場合に比較して帯電部材表面の異物除去手段との擦れによる傷の発生を抑制することができる。

請求項６に係る発明によれば、本構成を有していない場合に比較して帯電部材に付着したトナー等の異物を除去する際の該帯電部材の摩耗をさらに防ぐことができる。

請求項７に係る発明によれば、本構成を有していない場合に比較して安定した帯電性能を発揮することができる。

請求項８に係る発明によれば、本構成を有していない場合に比較して帯電部材に付着したトナー等の異物を除去する際の該帯電部材の摩耗を防ぐことができる。

請求項９に係る発明によれば、本構成を有していない場合に比較して帯電部材に付着したトナー等の異物を除去する際の該帯電部材の摩耗を防ぐことができ、長期間にわたって安定した画像形成が可能となる。

以下、本発明の帯電装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置について詳細に説明する。

＜帯電装置＞
本発明の帯電装置は、回転する像保持体と接触し、前記像保持体に連れ回りながら前記像保持体表面を帯電する円筒状の帯電部材と、芯材と、前記芯材の外周に形成された連泡構造を有する多孔質の円筒状弾性層と、を有し、前記帯電部材と接触する異物除去手段と、を備え、前記弾性層の前記帯電部材に対する動摩擦係数が、前記弾性層の一端から他端への長手方向に向かって増加後減少するように分布するものである。

また、本発明の前記帯電部材に対する前記弾性層の一端から他端への長手方向の中央部における動摩擦係数Ａと前記長手方向の端部における動摩擦係数Ｂとが、下記式１の関係を満たすものが好ましい。

Ｂ＜Ａ＜Ｂ＋０．２ 式１

本発明において、弾性層の中央部とは、円筒状弾性ロールの長手方向の中央部を含んだ幅１０ｍｍの部分とする。
本発明において、弾性層の端部とは、円筒状弾性ロールの長手方向の両端部それぞれにおいて最端部を含んだ幅１０ｍｍの部分とする。

また、本発明において「動摩擦係数」とは下記方法により測定された値をいう。
動摩擦係数は、ピンオンディスク形式のフリクションプレーヤー（Ｒｈｅａｓｃａ社製 ＦＰＲ−２１００）において、弾性層を幅１０ｍｍ×長さ１０ｍｍ×厚さ３ｍｍで切り出して測定端子にセットし、帯電部材（帯電ロール）をそのままベース部材として用い、先に切り出した弾性層を帯電ロールに接触するようにセットし、切り出した弾性層が帯電ロールに対して荷重10ｇ、20ｇ、30ｇの3条件となるように荷重し、測定長さ５０ｍｍ、測定速度２５ｍｍ／秒で、直線往復摺動測定法にて動摩擦係数をそれぞれの荷重について測定し平均値を動摩擦係数とした。

接触帯電方式の帯電装置では、円筒状の帯電部材が像保持体に接触しており、回転する像保持体に帯電部材が連れ回りながら像保持体表面を帯電する。この際、像保持体に連れ回る帯電部材がスリップすることで、トナーやトナー外添剤等の異物が帯電部材の表面に擦り付けられ固着し、帯電部材表面から離れにくくなることがある。特に帯電部材は像保持体との接触圧力を軸方向で均一化させるため、帯電部材の中央部と端部との外径に差をもたせクラウン形状を形成させるケースが多く、端部と中央部とで外周差が生じ中央部では像保持体との間で微小なスリップが頻繁に発生することとなる為、上記の汚れが生じやすい。

帯電部材の中央部の汚れを除去しやすくするために異物除去手段と帯電部材との動摩擦係数を大きくすると（即ち、異物除去手段の帯電部材への接触圧を大きくすると）、中央部よりも汚れの少ない帯電部材の端部が摩耗して経時により均一な帯電性能を発揮できなくなることがある。一方、帯電部材の端部の摩耗を減らすために異物除去手段と帯電部材との動摩擦係数を小さくすると（即ち、異物除去手段の帯電部材への接触圧を小さくすると）、帯電部材中央部の大きな汚れを除去しきれなくなることがある。

本発明の帯電装置では、異物除去手段に係る弾性層の帯電部材に対する動摩擦係数が、弾性層の一端から他端への長手方向に向かって増加後減少するように分布するため、帯電部材中央部の汚れを除去可能になると共に帯電部材端部の摩耗を減らすことができる。その結果として、帯電部材に付着した異物を除去する際の帯電部材の摩耗を防ぐことが可能になる。

また、本発明の帯電装置では、帯電部材に対する弾性層の一端から他端への長手方向の中央部における動摩擦係数Ａと長手方向の端部における動摩擦係数Ｂとが、上記式１の関係を満たしていてもよく、この場合には帯電部材中央部の汚れを除去可能になると共に帯電部材端部の摩耗を減らすことができる。その結果として、帯電部材に付着した異物を除去する際の帯電部材の摩耗を防ぐことが可能になる。

本発明の帯電装置においては、異物除去手段に係る弾性層の長手方向の中央部の硬さと、前記長手方向の端部の硬さと、の差を1Ｎ以上200Ｎ以下とすることが好ましく、20Ｎ以上100Ｎ以下がさらに好ましく、50Ｎ以上100Ｎ以下が特に好ましい。

本発明において「硬さ」とは、下記方法により測定された値をいう。
弾性層を構成する素材を縦４００ｍｍ×横４００ｍｍ×厚さ５０ｍｍでスライスし、スライスしたシートの中央部をφ200mm圧縮冶具により荷重をかけ、厚さを２５％圧縮する際に必要な力（Ｎ）を本発明における「硬さ」と定義する。圧縮に必要な力（Ｎ）を測定するために、ＡＩＫＯＨ社製荷重測定器（ＭＯＤＥＬ−１３１１）を用いた。

本発明の帯電装置においては、異物除去手段に係る弾性層の長手方向の中央部のセル数と、前記長手方向の端部のセル数と、の差を１／２５ｍｍ以上５０／２５ｍｍ以下とすることが好ましく、１０／２５ｍｍ以上５０／２５ｍｍ以下がさらに好ましく、１０／２５ｍｍ以上２０／２５ｍｍ以下が特に好ましい。

本発明において「セル数」とは、弾性層を構成する素材２５ｍｍの直線上に存在するセルの平均個数として示される値である。

本発明の帯電装置においては、異物除去手段の帯電部材への食い込み量が、異物除去手段に係る弾性層の厚みの１／10以上１／２以下であることが好ましく、１/8以上1/3以下がさらに好ましく、1/7以上1/5以下が特に好ましい。

食い込み量が１／10以上であれば異物除去手段が帯電部材に連れ回る際の空回りを防ぐことができ、帯電部材表面の異物を確実に除去することが可能となる。食い込み量が１／２以下であれば帯電部材の摩耗を防ぐことができる。

異物除去手段の帯電部材への食い込み量を、異物除去手段に係る弾性層の厚みの１／10以上１／２以下とするには、下記方法が挙げられる。
異物除去手段の弾性層を金属シャフトなどの支持体上に構成し、概金属シャフトを保持するベアリングなどの軸受けと帯電部材のシャフトを保持する軸受けとを一体構成とする。これにより、弾性層及び帯電部材のシャフトの軸間距離を定変位で制御することが可能となり、異物除去手段の帯電部材への食い込み量を所定量に調整することができる。

本発明の帯電装置においては、異物除去手段の帯電部材への食い込み量を弾性層の厚みの１／２とするのに要する圧力が、帯電部材の像保持体に対する接触圧以下であることが好ましい。

一般に、帯電部材に対する異物除去手段のくいこみ量が同じ帯電装置でも、異物除去手段の弾性層の材質が異なれば、帯電部材と異物除去手段とが接触しているときの荷重（接触圧）は異なる。帯電部材と異物除去手段とが接触しているときの接触圧が、帯電部材と像保持体とが接触しているときの接触圧を越えると、帯電部材にとって、異物除去手段との接触圧が像保持体との接触圧をしのぎ、帯電部材が像保持体に対して連れ回らなくなることがある。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とがある。
このため、帯電部材と異物除去手段との間の接触圧を調整して、帯電部材と像保持体との間の接触圧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、帯電部材と異物除去手段との間の接触圧は変化することがあり、帯電部材と異物除去手段との間の接触圧が、帯電部材と像保持体との間の接触圧を確実に下回るようにすることが望ましい。

異物除去手段の帯電部材への食い込み量を弾性層の厚みの１／２とするのに要する圧力を、帯電部材の像保持体に対する接触圧以下とすることにより、帯電部材に対する異物除去手段の食い込み量が、帯電部材の磨耗の回避が可能な食い込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異物除去手段との間の接触圧が、帯電部材と像保持体との間の接触圧を下回る。そのため、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。

異物除去手段の帯電部材への食い込み量を弾性層の厚みの１／２とするのに要する圧力を、帯電部材の像保持体に対する接触圧以下とするには、下記方法が挙げられる。
前記の一体型軸受けでは、帯電部材に対して異物除去手段が一定の荷重で接触するように調整されている。スプリングなどの部材を用いて、帯電部材に対する異物除去手段の荷重を上回る荷重で、帯電部材を像保持体に対し接触させることにより上記所定の接触圧以下とすることができる。これにより、安定した帯電性能を発揮することが出来る。

以下、本発明の帯電装置の一実施形態を、図面に基づきさらに詳細に説明する。
図１は、本発明の帯電装置の一実施形態に係る正面図であり、図２は、本実施形態に係る異物除去手段であるクリーニングロールの模式図である。図１においては、芯材である導電性シャフト１ａと導電性シャフト１ａの外周に形成された円筒状の弾性層１ｂとを有する異物除去手段であるクリーニングロール１と、芯材である導電性シャフト２ａと導電性シャフト２ａの外周に形成された円筒状の帯電層２ｂとを有する帯電部材である帯電ロール２と、が所定の食い込み量で接触している。導電性シャフト１ａ及び導電性シャフト２ａの両端は、導電性軸受け３で回転可能に保持されている。導電性軸受け３の一方には高圧電源４が接続されている。

ここで、食い込み量は、導電性シャフト１ａの軸心と導電性シャフト２ａの軸心との離間距離をＬとし、クリーニングロール１の半径をＲ１とし、帯電ロール２の半径をＲ２としたときに、（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌで表される。

クリーニングロール１の弾性層１ｂは、図２に示すように弾性層１ｂの一端から他端への長手方向に向かって３等分されており、中央部に位置する弾性層１ｂ−２は端部の弾性層１ｂ−１及び弾性層１ｂ−３よりも帯電ロール２に対する動摩擦係数の大きな素材が用いられており、上記式１を満たすように構成されている。
上記構成とすることにより、弾性層１ｂの帯電ロール２に対する動摩擦係数を、弾性層１ｂの一端から他端への長手方向に向かって増加後減少するように分布させることができる。

なお、本実施形態においては、弾性層１ｂがその一端から他端への長手方向に向かって３等分された弾性層１ｂ−１、弾性層１ｂ−２及び弾性層１ｂ−３により構成されているが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、弾性層１ｂ−１、弾性層１ｂ−２及び弾性層１ｂ−３の長手方向の割合を調整してもよいし、長手方向に向かって連続的に動摩擦係数の変化する素材を弾性層１ｂに用いることもできる。

導電性シャフト１ａの材質としては、快削鋼、ステンレス鋼等が使用される。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る。また、クリーニングロール１は弾性層１ｂを介して帯電ロール２と適度な圧力（ニップ圧力）で接触するため、接触状態の際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。

弾性層１ｂは、連泡構造を有する多孔質の材質から構成される。このような材料としては、例えば、ポリウレタン、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挙げられる。
本発明において「連泡構造」とは、弾性層の内部に気泡が存在し、気泡を形作る壁に小さな孔が開いていることで気泡同士が繋がっていることを言う。

帯電ロール２の表面に付着したトナーや外添剤などの異物を効率的に除去するとともに、帯電ロール２の表面にクリーニングロール１の擦れによるキズをつけないために、弾性層１ｂを構成する材質としては滑りが小さく低反発の発泡ウレタンを用いることが特に好ましい。

弾性層１ｂのセル数としては、２０／２５ｍｍ以上８０／２５ｍｍ以下であることが好ましく、３０／２５ｍｍ以上８０／２５ｍｍ以下であることがさらに好ましく、３０／２５ｍｍ以上５０／２５ｍｍ以下であることが特に好ましい。

また、弾性層１ｂの硬さとしては、100Ｎ以上500Ｎ以下が好ましく100Ｎ以上400Ｎ以下がさらに好ましく、150Ｎ以上400Ｎ以下が特に好ましい。

帯電ロール２では、導電性発泡弾性層、抵抗層及び表面層で構成される帯電層２ｂがこの順に導電性シャフト２ａの外周上に形成されている。なお、所定の帯電性能を有するものであれば帯電層２ｂは以上の構成に限定されるものではない。

導電性シャフト２ａはクリーニングロール１の導電性シャフト１ａと同じくして選択される。

帯電層２ｂを構成する導電性発泡弾性層は、例えば、弾性を有するゴム等の弾性材、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、加硫促進剤等の、通常ゴムに添加される材料を添加した混合物を、導電性シャフト２ａ表面に被覆することにより形成される。なお、この混合物の発泡処理は導電性シャフト２ａ表面に被覆する前でも、被覆した後であってもよい。また、導電性シャフト２ａ表面に、導電性発泡弾性層を設けずに、抵抗層を直接形成してもよい。

帯電層２ｂを構成する導電性発泡弾性層の弾性材としては、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、シリコーンゴム等の弾性材が用いられ、これら弾性材は、単独または２種類以上を混合して用いることができる。
ゴム等の弾性材の抵抗はカーボンブラック等の導電材により調整される。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、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弾性材に加えてもよい。

帯電層２ｂを構成する抵抗層はポリアセチレン、ポリピロール、ポリチオフェン等の導電性高分子材料、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に、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。

前記のカーボンブラックはｐＨ４．０が以下であり、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、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。

抵抗層に用いられる導電剤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、抵抗値調整およびゴムの強度の点より、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。

ｐＨ４．０以下のカーボンブラックを用いずに、導電性金属酸化物粒子のみを弾性材に配合した場合の導電性金属酸化物粒子の配合量としては、該弾性材100質量部に対して３質量部以上１００質量部以下を配合することが好ましく、１０質量部以上８０質量部以下であることがさらに好ましく、１５質量部以上７０質量部以下であることが特に好ましい。

ｐＨ４．０以下のカーボンブラックと導電性金属酸化物粒子とを共に用いた場合は、ｐＨ４．０以下のカーボンブラック及び導電性金属酸化物粒子の配合量としては、１≦ＣＢ＋（ｄｃ×ＭＯ／ｄｍ）≦３０の式を満たすような配合量とすることが好ましい。

なお、上記式中、ＣＢはエラストマー材料１００質量部に対して配合されるカーボンブラックの配合量（質量部）を表し、ＭＯはエラストマー材料１００質量部に対して配合される導電性金属酸化物粒子の配合量（質量部）を表す。また、ｄｃはカーボンブラックの密度（ｇ／ｃｍ³）を表し、ｄｍは導電性金属酸化物粒子の密度（ｇ／ｃｍ³）を表す
一般的に、ｄｃは１．８ｇ／ｃｍ³以上１．９ｇ／ｃｍ³以下の範囲内であり、ｄｍは３ｇ／ｃｍ³以上７ｇ／ｃｍ³以下の範囲内である。

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されるものではない。表面層はトナー等による汚染の防止等を目的として形成される。
表面層に用いることのできる樹脂としては、ウレタン樹脂、ポリエステル、フェノール樹脂、アクリル樹脂、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、質量比で合わせて１０％以上であるのが好ましい。

また表面層には導電性材料を含有させることができる。該導電性材料としては、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微粒子、あるいはＢａＳＯ_４やＴｉＯ_２のような微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、表面層には、フッ素系あるいはシリコーン系の樹脂或いは微粒子を添加してもよく、その場合、表面が疎水性となってロール表面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、ロールの表面に凹凸を付与し、像保持体との摺擦時の負担を小さくしてロールと像保持体相互の耐磨耗性を向上させることも可能である。
また下の層との接着性向上のためにカップリング剤を添加することも可能である。
さらに、ＵＶ照射、熱処理、カップリング剤等で抵抗層を化学処理することにより、抵抗層表面の物性を変化させて表面層とすることもできる。

導電性軸受け３は、クリーニングロール１の帯電ロール２に対する食い込み量が所定量となるようにクリーニングロール１と帯電ロール２とを保持する。導電性軸受け３は導電性を有する材料で製造されていればいかなる材料および形態でもよく、例えば、導電性のベアリングや導電性の滑り軸受けなどを用いることができる。

高圧電源４は、導電性軸受け３へ電圧を印加することにより帯電ロール２とクリーニングロール１とを同極性に帯電させる装置であり、公知の高圧電源装置を用いることができる。

＜プロセスカートリッジ＞
本発明のプロセスカートリッジは、像保持体と本発明の帯電装置とを備える。本発明のプロセスカートリッジは、必要に応じて、帯電した像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段、像保持体の表面に形成された潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段、像保持体の表面に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写手段及び転写後の像保持体表面の残留トナーを除去するクリーニング手段からなる群より選択される少なくとも一種を備えていてもよい。
これら各手段については後述する。

＜画像形成装置＞
本発明の画像形成装置は、像保持体と、前記像保持体を帯電する本発明の帯電装置と、帯電した前記像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、前記像保持体の表面に形成された潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と、前記像保持体の表面に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写手段と、転写後の前記像保持体表面の残留トナーを除去するクリーニング手段と、を備える。本発明の画像形成装置を図面に基づき説明する。

図３は、本発明の画像形成装置の一実施形態を示す構成図である。図３の画像形成装置２０は、像保持体５と、帯電ロール２とクリーニングロール１と導電性軸受け３と高圧電源４とを備え像保持体５を帯電する上述した実施形態に係る帯電装置と、帯電装置により帯電された像保持体５を露光して潜像を形成する潜像形成手段である露光装置６と、露光装置６により形成した潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段である現像装置７と、現像装置７により形成したトナー像を被転写体Ａに転写する転写手段である転写装置９と、転写後の像保持体５表面の残留トナーを除去するクリーニング手段であるクリーニング装置８と、被転写体Ａに転写されたトナー像を熱および／または圧力等により定着する定着装置１０と、を備える。

本実施形態の画像形成装置は本発明の帯電装置を備えるため、長期間にわたって安定した画像形成が可能となる。

高圧電源４から導電性軸受け３に電圧が印加されることで、帯電ロール２とクリーニングロール１とが同極性に帯電する。これにより、像保持体５表面の異物をクリーニングロール１および帯電ロール２表面に蓄積させることなく像保持体５に移行でき、クリーニング装置８で異物が回収される。そのため、長期にわたり帯電ロール２とクリーニングロール１とに汚れが蓄積することがなく、均一帯電性能において優れたものとなり安定した帯電性能が維持できる。

本発明の帯電装置を用いた画像形成装置の帯電装置以外の構成については、従来から電子写真方式の画像形成装置の各構成として公知の構成が適用できる。

露光装置６としては、例えば、レーザー光学系やＬＥＤアレイ等が用いられる。

現像装置７は、例えば、現像剤層を表面に形成させた現像剤保持体を像保持体５に接触若しくは近接させて、像保持体５の表面の潜像にトナーを付着させてトナー画像を形成する。
現像方式は、既知の方式を用いて行うことができるが、二成分現像剤による現像方式としては、カスケード方式、磁気ブラシ方式などがある。

像保持体５の表面に形成されたトナー像は、被転写体に転写されて転写画像が形成される。本実施形態に係る画像形成装置では、紙等の被転写体にトナー像が直接転写されるが、ドラム状、ベルト状の中間転写体にトナー像を転写後、紙等の被転写体に転写するようにしてもよい。

像保持体５からのトナー像を紙等に転写する転写装置９としては、コロトロンが利用できる。コロトロンは用紙を均一に帯電する手段としては有効であるが、被転写体である用紙に所定の電荷を与えるために、数ｋＶという高圧を印加しなければならず、高圧電源を必要とする。また、コロナ放電によってオゾンが発生するため、ゴム部品や像保持体の劣化を引き起こすことがあるので、弾性材料からなる導電性の転写ロールを像保持体５に接触して、用紙にトナー画像を転写する接触転写方式が好ましいが、転写装置に関し特に制限を受けるものではない。

クリーニング装置８は、クリーニング手段であるクリーニングブレードを像保持体５の表面に直接接触させて表面に付着しているトナー、紙粉、ゴミなどを除去する。クリーニング手段としては、クリーニングブレード以外にクリーニングブラシ、クリーニングロール等を用いることもできる。

被転写体Ａに転写されたトナー像は、定着装置１０により定着される。定着装置１０としては、ヒートロールを用いる加熱定着装置が好ましく用いられる。加熱定着装置は、円筒状芯金の内部に加熱用のヒータランプを備え、その外周面に耐熱性樹脂被膜層あるいは耐熱性ゴム被膜層により、いわゆる離型層を形成した定着ローラと、この定着ローラに対し所定の接触圧で接触するように配置され、円筒状芯金の外周面あるいはベルト状基材表面に耐熱弾性体層を形成した加圧ローラあるいは加圧ベルトと、で構成される。未定着トナー像の定着プロセスは、定着ローラと加圧ローラあるいは加圧ベルトとの間に未定着トナー画像が形成された被転写体を挿通させて、トナー中の結着樹脂、添加剤等の熱溶融による定着を行う。

本発明の画像形成装置に用いられる像保持体５は特に制限なく公知の感光体を用いることができるが、感度、安定性の面から、電荷発生層と電荷輸送層を分離した、いわゆる機能分離型と呼ばれる構造の有機感光体が好ましく用いることができる。また、感光体表面層が電荷輸送性を有し、架橋構造を有するシロキサン系樹脂、フェノール系樹脂でなる感光体が用いられることが好ましい。

以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明は下記実施例により限定されるものではない。

［実施例１］
（クリーニングロールの作成）
ＳＵＳ３０３のΦ６ｍｍ円筒シャフト上に接着剤としてホットメルト（日進化学製：ＢＲ４３０１）を塗布した。弾性層として硬さが１７０Ｎでセル数が４５／２５ｍｍのエーテル系発泡ウレタン（ＩＮＯＡＣ社製：商品名ＥＲＧ−Ｈ）と、硬さが１００Ｎでセル数が ３０／２５ｍｍのエーテル系発泡ウレタン（ＩＮＯＡＣ社製：商品名ＥＲＧ−Ｓ 発泡ＬＯＴ：Ａ）とを、それぞれシャフト長の３分の１の長さにカットした後、貫通ドリルで中空とした。硬さ１７０Ｎのウレタン（中央部）の両サイドに硬さ１００Ｎのウレタン（端部）を配置し、前記シャフトの外周に該ウレタンを図２に示すように成型した上で９０℃のオーブンで接着を行った。成型した発泡ウレタンの外周を円筒研削機を用い、肉厚３ｍｍ（外径Φ１２ｍｍ）に加工することで、中央部と端部とで硬さ及びセル数の異なったクリーニングロールを得た。
得られたクリーニングロールを用い、上述の方法に基づき動摩擦係数を測定した。得られた結果を表１に示す。

上記で得られたクリーニングロールを、Φ１４ｍｍ，中央部と端部との外径差（クラウン）１００μｍの帯電ロールと共に導電性ベアリングにて一体保持構造とし、帯電ユニットを得た。この際のクリーニングロールの帯電ロールへの食い込み量は０．５ｍｍとした。また、クリーニングロールの帯電ロールへの食い込み量を１．５ｍｍ（即ち弾性層の肉厚の１／２）とするのに要する圧力は、120ｇであった。

上記帯電ロールの構成は以下の通りである。
下記組成の混合物をオープンロールで混練し、この混合物を用い、ＳＵＳ３０３からなる直径８ｍｍの導電性支持体表面に接着剤を介してプレス成形機を用いて直径１５ｍｍのロールを形成し、その後、研磨により直径１４ｍｍの導電性弾性ロールを得た。

混合物組成
・ゴム材（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））１００質量部
・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）１５質量部
・導電剤（ケッチェンブラックＥＣ：ライオン社製）５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
・加硫促進助剤（酸化亜鉛 酸化亜鉛１種：正同化学工業社製）３質量部
・ステアリン酸：１．５質量部

―表面層の形成―
下記組成の混合物をビーズミルにて分散し得られた分散液Ａを、メチルエチルケトンで希釈し、前記導電性弾性ロールの表面に浸漬塗布した後、１８０℃で３０分間加熱乾燥し厚さ７μｍの表面層を形成し、帯電ロール１を得た。

表面層組成
・高分子材料（飽和共重合ポリエステル溶液、バイロン３０ＳＳ：東洋紡績社製）１００質量部
・硬化剤（アミノ樹脂溶液 スーパーベッカミンＧ-８２１-６０：大日本インキ化学工業社製）２６.３質量部
・導電剤ａ１（カーボンブラック ＭＯＮＡＲＣＨ１０００：キャボット社製）１０質量部

上記で得られた帯電ユニットを備えたＤｏｃｕＣｅｎｔｒｅ Ｃｏｌｅｒ ｆ４５０用改造カートリッジを、ＤｏｃｕＣｅｎｔｒｅ Ｃｏｌｅｒ ｆ４５０改造機（富士ゼロックス社製）に像保持体との接触圧（Ｎｉｐ荷重）を８００ｇで装着し、高温・高湿（２８℃、８５％）環境下で富士ゼロックスオフィスサプライ製、Ｐ紙（Ａ３サイズ）に全面５０％ハーフトーンの画像を１０，０００枚印字し、その後、低温・低湿（１０℃、１５％）環境下で１２時間放置後に下記条件の印字テストを行い、下記基準に基づき評価した。その結果を表１に示す。
印字条件（画像パターン）：富士ゼロックスオフィスサプライ製、Ｐ紙（Ａ３サイズ）に全面５０％ハーフトーンの画像を形成し評価した。

評価基準
Ａ：帯電ロールに汚れがなく、印字プロセス方向に、印字画像に帯電ロール起因のスジ、および濃度ムラの発生がない。
Ｂ：帯電ロールに汚れが発生しているが、印字プロセス方向に、印字画像に帯電ロール起因のスジ、および濃度ムラの発生がない。
Ｃ：印字プロセス方向に、帯電ロール起因のスジ、または濃度ムラが発生し、画像に影響有り。

また上記と同構成のサンプルを用い低温・低湿（１０℃、１５％）環境下で富士ゼロックスオフィスサプライ製、Ｐ紙（Ａ３サイズ）に全面５０％ハーフトーンの画像を１０，０００枚印字し、同環境下で１２時間放置後に下記条件の印字テストを行い、下記基準に基づき評価した。その結果を表１に示す。
印字条件（画像パターン）：富士ゼロックスオフィスサプライ製、Ｐ紙（Ａ３サイズ）に全面５０％ハーフトーンの画像を形成し評価した。

評価基準
Ａ：帯電ロールに汚れがなく、印字プロセス方向に、印字画像に帯電ロール起因のスジ、および濃度ムラの発生が全くない。
Ｂ：帯電ロールに汚れ発生しているが、印字プロセス方向に、印字画像に帯電ロール起因のスジ、および濃度ムラの発生がない。
Ｃ：印字プロセス方向に、帯電ロール起因のスジ、または濃度ムラが発生し、画像に影響有り。

［実施例２］
クリーニングロールの中央部に硬さが１２０Ｎでセル数が４０／２５ｍｍのＬＯＴ：Ｂのウレタン（ＩＮＯＡＣ社製：ＥＲＧ−Ｓ）を配置し、その両サイド（端部）に硬さが１００Ｎでセル数が３０／２５ｍｍのＬＯＴ：Ａのウレタンを配置した以外は実施例１と同様にしてサンプルを作成し、実施例１と同じ評価を行った。結果を表１に示す。

［実施例３］
クリーニングロールの中央部に硬さが１５０Ｎでセル数が５０／２５ｍｍのウレタン（ＩＮＯＡＣ社製：商品名ＥＲ−８０）を配置し、その両サイド（端部）に硬さが１００Ｎでセル数が３０／２５ｍｍの（発泡ウレタンＩＮＯＡＣ社製：商品名ＥＲＧ−Ｓ）を設置したこと以外は実施例１と同様にしてサンプルを作成し、実施例１と同じ評価を行った。結果を表１に示す。

［実施例４］
クリーニングロールの中央部に硬さが２１０Ｎでセル数が ８０／２５ｍｍの発泡ウレタン（ＩＮＯＡＣ社製：商品名ＥＧＲ−２）を配置し、その両サイド（端部）に硬さが１００Ｎでセル数が３０／２５ｍｍの発泡ウレタンＩＮＯＡＣ社製：商品名ＥＲＧ−Ｓ）を設置したこと以外は実施例１と同様にしてサンプルを作成し、実施例１と同じ評価を行った。結果を表１に示す。

［比較例１］
クリーニングロールの弾性層に硬さ１７０Ｎでセル数が ４５／２５ｍｍのエステル系発泡ウレタン（ＩＮＯＡＣ社製：商品名ＥＲＧ−Ｈ）を単独で使用したこと以外は実施例１と同様にしてサンプルを作成し、実施例１と同じ評価を行った。結果を表１に示す。

［比較例２］
クリーニングロールの弾性層に硬さ１００Ｎでセル数が ３０／２５ｍｍのエステル系発泡ウレタン（ＩＮＯＡＣ社製：商品名ＥＲＧ−Ｓ）を単独で使用したこと以外は実施例１と同様にしてサンプルを作成し、実施例１と同じ評価を行った。結果を表１に示す。

本発明の帯電装置の一実施形態を示す正面図である。 クリーニングロールの模式図である。 本発明の画像形成装置の一実施形態を示す構成図である。

符号の説明

１ クリーニングロール
１ａ 導電性シャフト
１ｂ 弾性層
２ 帯電ロール
２ａ 導電性シャフト
２ｂ 帯電層
３ 導電性軸受け
４ 高圧電源
５ 像保持体
６ 露光装置
７ 現像装置
８ クリーニング装置
９ 転写装置
１０ 定着装置
２０ 画像形成装置

Claims (9)

1. 回転する像保持体と接触し、前記像保持体に連れ回りながら前記像保持体表面を帯電する円筒状の帯電部材と、
   芯材と、前記芯材の外周に形成された連泡構造を有する多孔質の円筒状弾性層と、を有し、前記帯電部材と接触する異物除去手段と、を備え、
   前記弾性層の前記帯電部材に対する動摩擦係数が、前記弾性層の一端から他端への長手方向に向かって増加後減少するように分布する帯電装置。
2. 前記帯電部材に対する前記弾性層の一端から他端への長手方向の中央部における動摩擦係数Ａと前記長手方向の端部における動摩擦係数Ｂとが、下記式１の関係を満たす請求項１に記載の帯電装置。
   Ｂ＜Ａ＜Ｂ＋０．２ 式１
3. 前記弾性層の前記長手方向の中央部の硬さと、前記長手方向の端部の硬さと、の差が１Ｎ以上２００Ｎ以下である請求項１又は２に記載の帯電装置。
4. 前記弾性層の前記長手方向の中央部のセル数と、前記長手方向の端部のセル数と、の差が１／２５ｍｍ以上５０／２５ｍｍ以下である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の帯電装置。
5. 前記弾性層が、発泡ウレタンである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の帯電装置。
6. 前記異物除去手段の前記帯電部材への食い込み量が、前記弾性層の厚みの１／１０以上１／２以下である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の帯電装置。
7. 前記異物除去手段の前記帯電部材への食い込み量を前記弾性層の厚みの１／２とするのに要する圧力が、前記帯電部材の前記像保持体に対する接触圧以下である請求項１乃至６のいずれか１項に記載の帯電装置。
8. 像保持体と、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の帯電装置とを備えるプロセスカートリッジ。
9. 像保持体と、前記像保持体を帯電する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の帯電装置と、帯電した前記像保持体の表面に潜像を形成する潜像形成手段と、前記像保持体の表面に形成された潜像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段と、前記像保持体の表面に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写手段と、転写後の前記像保持体表面の残留トナーを除去するクリーニング手段と、を備えた画像形成装置。

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