(57)【要約】【課題】高品質な画像を形成することが可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、帯電装置を備える。この帯電装置は、被帯電部材の表面を帯電させると共に被帯電部材の表面に接触しながら回転可能である帯電部材と、その帯電部材の表面に接触すると共に帯電部材の表面に付着した異物を清掃する清掃部材とを備える。帯電部材の表面の表面自由エネルギーは５．００ｄｙｎ／ｃｍ以上であり、帯電部材の表面と清掃部材の表面との動摩擦係数は０．４８以上０．８８以下の範囲内であり、表面自由エネルギーおよび動摩擦係数はＥ≦−６３μ＋６９（Ｅは表面自由エネルギー，μは動摩擦係数）で表される関係を満たしている。【選択図】図１
2020106670.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被帯電部材の表面を帯電させると共に前記被帯電部材の表面に接触しながら回転可能である帯電部材と、
前記帯電部材の表面に接触すると共に前記帯電部材の表面に付着した異物を清掃する清掃部材と
を備え、
前記帯電部材の表面の表面自由エネルギーは、５．００ｄｙｎ／ｃｍ以上であり、
前記帯電部材の表面と前記清掃部材の表面との動摩擦係数は、０．４８以上０．８８以下の範囲内であり、
前記表面自由エネルギーおよび前記動摩擦係数は、下記の式（１）で表される関係を満たしている、
帯電装置。
Ｅ≦−６３μ＋６９  ・・・（１）
（Ｅは、表面自由エネルギー（ｄｙｎ／ｃｍ）である。μは、動摩擦係数である。）
【請求項２】
前記表面自由エネルギーは、１３．４９ｄｙｎ／ｃｍ以下である、
請求項１記載の帯電装置。
【請求項３】
前記帯電部材は、表面にフッ素樹脂を含む第１表面層を有する、
請求項１または請求項２に記載の帯電装置。
【請求項４】
前記第１表面層は、エピクロルヒドリンゴムとアクリロニトリル−ブタジエンゴムとの混合物を含む、
請求項３記載の帯電装置。
【請求項５】
前記清掃部材は、表面に発泡ポリウレタンを含む第２表面層を有する、
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の帯電装置。
【請求項６】
被帯電部材である感光部材を含むと共にトナーを用いて現像処理を行う現像装置と、
前記感光部材の表面において帯電処理を行う請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の帯電装置と
を備えた、画像形成ユニット。
【請求項７】
帯電処理および現像処理を行う請求項６記載の画像形成ユニットと、
前記画像形成ユニットにより現像処理されたトナーを用いて転写処理を行う転写ユニットと、
前記転写ユニットにより転写処理された前記トナーを用いて定着処理を行う定着ユニットと
を備えた、画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被帯電部材の表面を帯電させる帯電装置、ならびにその帯電装置を備えた画像形成ユニットおよび画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置が広く普及している。インクジェット方式などの他の方式の画像形成装置と比較して、鮮明な画像が短時間で得られるからである。
【０００３】
この電子写真方式の画像形成装置（以下、単に「画像形成装置」と呼称する。）は、帯電処理および現像処理を行う画像形成ユニットを備えている。この画像形成ユニットは、感光部材の表面を帯電させることにより、その感光部材の表面に静電潜像を形成したのち、その静電潜像にトナーを付着させる。このため、画像形成ユニットは、帯電装置を備えており、その帯電装置は、感光部材の表面を帯電させる帯電部材を含んでいる。
【０００４】
帯電装置の構成は、感光部材の表面の帯電状況、ひいては静電潜像を用いて形成される画像の品質に影響を及ぼすため、その帯電装置の構成に関しては、様々な検討がなされている。具体的には、感光部材の表面を均一に帯電させるために、接触帯電方式の帯電部材（帯電ローラ）が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。この帯電ローラは、感光部材に接触しながら回転することにより、その感光部材の表面を帯電させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−０９０４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
画像形成装置（画像形成ユニット）に搭載される帯電装置の構成に関して様々な提案がなされているが、その帯電装置の構成は画像の品質を担保する観点において未だ十分でないため、改善の余地がある。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高品質な画像を形成することが可能な帯電装置、画像形成ユニットおよび画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一実施形態の帯電装置は、被帯電部材の表面を帯電させると共に被帯電部材の表面に接触しながら回転可能である帯電部材と、その帯電部材の表面に接触すると共に帯電部材の表面に付着した異物を清掃する清掃部材とを備えたものである。帯電部材の表面の表面自由エネルギーは５．００ｄｙｎ／ｃｍ以上であり、帯電部材の表面と清掃部材の表面との動摩擦係数は０．４８以上０．８８以下の範囲内であり、表面自由エネルギーおよび動摩擦係数は下記の式（１）で表される関係を満たしている。
【０００９】
Ｅ≦−６３μ＋６９  ・・・（１）
（Ｅは、表面自由エネルギー（ｄｙｎ／ｃｍ）である。μは、動摩擦係数である。）
【００１０】
本発明の一実施形態の画像形成ユニットは、被帯電部材である感光部材を含むと共にトナーを用いて現像処理を行う現像装置と、その感光部材の表面において帯電処理を行う帯電装置とを備え、その帯電装置が上記した本発明の一実施形態の帯電装置と同様の構成を有するものである。
【００１１】
本発明の一実施形態の画像形成装置は、帯電処理および現像処理を行う画像形成ユニットと、その画像形成ユニットにより現像処理されたトナーを用いて転写処理を行う転写ユニットと、その転写ユニットにより転写処理されたトナーを用いて定着処理を行う定着ユニットとを備え、その画像形成ユニットが上記した本発明の一実施形態の画像形成ユニットと同様の構成を有するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一実施形態の帯電装置、画像形成ユニットまたは画像形成装置によれば、その帯電装置において、帯電部材の表面の表面自由エネルギーが５．００ｄｙｎ／ｃｍ以上であり、帯電部材の表面と清掃部材の表面との動摩擦係数が０．４８以上０．８８以下の範囲内であり、表面自由エネルギーおよび動摩擦係数が式（１）に示した関係を満たしている。よって、高品質な画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の画像形成装置の構成を表す平面図である。
【図２】画像形成装置の構成を表すブロック図である。
【図３】帯電装置の構成を表す平面図である。
【図４】動摩擦係数の測定方法を説明するための平面図である。
【図５】画像の連続形成時における媒体の構成を表す平面図である。
【図６】表面自由エネルギーと動摩擦係数と画像の品質（画像欠陥の発生状況）との相関関係を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態に関して、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
１．画像形成装置（画像形成ユニットおよび帯電装置）
１−１．構成
１−１−１．全体構成
１−１−２．ブロック構成
１−１−３．帯電装置の詳細な構成
１−２．動作
１−３．作用および効果
２．変形例
【００１５】
＜１．画像形成装置（画像形成ユニットおよび帯電装置）＞
まず、本発明の一実施形態の画像形成装置に関して説明する。なお、本発明の一実施形態の画像形成ユニットおよび本発明の一実施形態の帯電装置のそれぞれは、画像形成装置の一部（一構成要素）であるため、その画像形成ユニットおよび帯電装置に関しては、以下で併せて説明する。
【００１６】
＜１−１．構成＞
ここで説明する画像形成装置は、例えば、後述するように、複数色のトナーを用いて媒体Ｍに画像を形成する装置であり、いわゆる電子写真方式のフルカラープリンタである（図１参照）。この画像形成装置は、例えば、媒体Ｍに画像を形成するために中間転写媒体を用いない直接転写方式を採用している。
【００１７】
媒体Ｍの種類は、特に限定されないが、例えば、紙およびフィルムなどのうちのいずれか１種類または２種類以上である。具体的には、媒体Ｍ（紙）は、例えば、普通紙（複写紙）、特殊紙および封筒などであると共に、媒体Ｍ（フィルム）は、例えば、オーバーヘッドプロジェクタ（ＯＨＰ）シートなどである。
【００１８】
＜１−１−１．全体構成＞
図１は、画像形成装置の平面構成を表している。この画像形成装置は、例えば、図１に示したように、カセット１０と、ホッピングローラ２０と、現像ユニット３０と、帯電ユニット４０と、露光ユニット５０と、転写ユニット６０と、定着ユニット７０と、搬送ローラ８０とを備えている。この画像形成装置では、破線で示した搬送経路Ｐに沿うように媒体Ｍが搬送方向Ｄ１に向かって搬送される。ここで、現像ユニット３０および帯電ユニット４０は、本発明の一実施形態の「画像形成ユニット」である。現像ユニット３０は、本発明の一実施形態の「現像装置」である。帯電ユニット４０は、本発明の一実施形態の「帯電装置」である。
【００１９】
以下で説明する一連のローラ、すなわち名称中に「ローラ」という文言を含む一連の構成要素は、図１の紙面と交差する方向（Ｘ軸方向）に延在する円筒状の部材であると共に、そのＸ軸方向に延在する回転軸を中心として回転可能である。
【００２０】
［カセットおよびホッピングローラ］
カセット１０は、例えば、媒体Ｍを収納する収納部材であり、着脱可能である。このカセット１０には、例えば、複数の媒体Ｍが互いに重ねられた状態で収納されている。ホッピングローラ２０は、カセット１０から媒体Ｍを取り出すことにより、その媒体Ｍを搬送経路Ｐに供給する供給部材（給紙ローラ）である。
【００２１】
［現像ユニット］
現像ユニット３０は、トナーを用いて現像処理を行う。具体的には、現像ユニット３０は、例えば、帯電ユニット４０により帯電処理された後述する感光体ドラム３１１の表面、より具体的には感光体ドラム３１１の表面に形成された静電潜像に、クーロン力を利用してトナーを付着させる。ここで、感光体ドラム３１１は、本発明の一実施形態の「被帯電部材」および「感光部材」である。
【００２２】
この現像ユニット３０は、現像処理を行う現像処理ユニット３１を含んでいる。この現像処理ユニット３１は、例えば、上記した感光体ドラム３１１と、現像ローラ３１２と、供給ローラ３１３と、クリーニングブレード３１４とを含んでいる。
【００２３】
感光体ドラム３１１は、Ｘ軸方向に延在する円筒状の部材であり、そのＸ軸方向に延在する回転軸を中心として回転可能である。この感光体ドラム３１１は、例えば、Ｘ軸方向に延在する円筒状の導電性シャフトと、その導電性シャフトの外周面を被覆する光導電層とを含む有機系感光体である。
【００２４】
導電性シャフトは、例えば、アルミニウムおよびステンレス鋼などの金属材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含む金属パイプである。光導電層は、例えば、互いに交互に積層された電荷発生層および電荷輸送層などを含んでいる。電荷発生層は、例えば、電荷発生物質および結着剤などを含んでいる。電荷輸送層は、例えば、電荷輸送物質および結着剤などを含んでおり、必要に応じて酸化防止剤および増感剤などの各種添加剤を含んでいてもよい。
【００２５】
電荷発生物質は、例えば、有機顔料および有機染料などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。この他、電荷発生物質は、例えば、無金属フタロシアニン、銅塩化インジウム、塩化ガリウムおよびオキシチタニウムなどでもよいし、金属（例えば、錫、亜鉛およびバナジウムなど）またはその酸化物でもよいし、アゾ顔料（例えば、モノアゾ、ヒスアゾ、トリスアゾおよびポリアゾ類など）でもよい。結着剤は、例えば、高分子材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでおり、その高分子材料は、例えば、ポリエステル、ポリビニルアセテート、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリカーボネート、ポリビニルアセトアセタール、ポリビニルプロピオナール、ポリビニルブチラール、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、セルロースエステルおよびセルロースエーテルなどである。
【００２６】
電荷輸送物質は、例えば、電子供与性物質のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでおり、その電子供与性物質は、例えば、複素環化合物（例えば、カルバゾール、インドール、イミダゾール、オキサゾール、ピラゾール、オキサジアゾール、ピラゾリンおよびチアジアゾールなど）、アニリン誘導体、ヒドラゾン化合物、芳香族アミン誘導体およびスチルベン誘導体などである。ただし、電荷輸送物質は、例えば、上記した電子供与性物質からなる基を主鎖中または側鎖中に有する重合体でもよい。結着剤は、例えば、高分子材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでおり、その高分子材料は、例えば、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ビニル重合体（例えば、ポリ塩化ビニルなど）、ポリエステル、ポリエステルカーボネート、ポリスルホン、ポリイミド、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂およびシリコーン樹脂などである。なお、結着剤は、例えば、上記した一連の高分子材料のうちの任意の２種類以上の重合体または部分的架橋硬化物などでもよい。
【００２７】
現像ローラ３１２は、感光体ドラム３１１に接触しており、その感光体ドラム３１１の表面に形成された静電潜像にトナーを付着させる。この現像ローラ３１２は、例えば、金属製の円筒状のシャフトと、そのシャフトの外周面を被覆する半導電性ウレタンゴム層とを含んでいる。
【００２８】
供給ローラ３１３は、現像ローラ３１２に接触しており、図示しないトナーカートリッジから排出されるトナーを現像ローラ３１２に供給する。クリーニングブレード３１４は、感光体ドラム３１１に接触された板状の部材であり、その感光体ドラム３１１の表面に残留した不要なトナーなどの異物を掻き落とす。このクリーニングブレード３１４は、例えば、ゴム材料および高分子材料などの可撓性材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。
【００２９】
ここでは、現像ユニット３０は、例えば、４個の現像処理ユニット３１（３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｋ）を含んでいる。現像処理ユニット３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｋは、例えば、搬送方向Ｄ１における下流から上流に向かってこの順に配置されている。現像処理ユニット３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｋのそれぞれは、例えば、現像処理に用いるトナーの種類（色）が互いに異なることを除いて、互いに同様の構成を有している。具体的には、現像処理ユニット３１Ｙは、例えば、イエロートナーを搭載している。現像処理ユニット３１Ｍは、例えば、マゼンタトナーを搭載している。現像処理ユニット３１Ｃは、例えば、シアントナーを搭載している。現像処理ユニット３１Ｋは、例えば、ブラックトナーを搭載している。
【００３０】
トナーは、例えば、着色剤、結着剤、離型剤および帯電制御剤などを含むトナー母粒子と、そのトナー母粒子の表面に定着された外添剤とを含んでいる。すなわち、着色剤、離型剤および帯電制御剤などは、いわゆる内部添加剤であるのに対して、外添剤は、いわゆる外部添加剤である。着色剤は、トナーの色に対応した色を有する顔料および染料などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。結着剤は、例えば、ポリエステルなどの高分子材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。外添剤は、例えば、トナー同士の凝集などを防止する複数の無機粒子であり、その複数の無機粒子は、例えば、二酸化ケイ素（シリカ）粒子および酸化チタン粒子などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。なお、トナーの円形度は、特に限定されないが、例えば、約０．９４〜０．９８である。トナーの平均粒径（メジアン径Ｄ５０）は、特に限定されないが、例えば、約７μｍである。外添剤（複数の粒子）の平均粒径（メジアン径Ｄ５０）は、特に限定されないが、例えば、約５０ｎｍ〜２００ｎｍである。
【００３１】
［帯電ユニット］
帯電ユニット４０は、感光体ドラム３１１の表面において帯電処理を行う。具体的には、帯電ユニット４０は、例えば、感光体ドラム３１１の表面に静電潜像を形成するために、その感光体ドラム３１１の表面を均一に帯電させる。この帯電ユニット４０は、例えば、現像処理ユニット３１ごとに配置されており、感光体ドラム３１１の表面を帯電させる帯電ローラ４１を含んでいる。なお、帯電ユニット４０の詳細な構成に関しては、後述する（図３参照）。ここで、帯電ローラ４１は、本発明の一実施形態の「帯電部材」である。
【００３２】
［露光ユニット］
露光ユニット５０は、露光用の光を用いて露光処理を行う。具体的には、露光ユニット５０は、例えば、帯電ユニット４０により感光体ドラム３１１の表面が帯電されたのち、その感光体ドラム３１１の表面に露光用の光を放射することにより、その感光体ドラム３１１の表面に静電潜像を形成する。
【００３３】
この露光ユニット５０は、例えば、現像処理ユニット３１ごとに配置されており、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザ素子などの光源５１を含んでいる。この他、露光ユニット５０は、例えば、感光体ドラム３１１の表面において露光用の光を結像させるレンズアレイなどを含んでいてもよい。ここでは、画像形成装置は、例えば、４個の現像処理ユニット３１（３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｋ）に対応する４個の露光ユニット５０を含んでいる。
【００３４】
［転写ユニット］
転写ユニット６０は、現像ユニット３０により現像処理されたトナーを用いて転写処理を行う。具体的には、転写ユニット６０は、例えば、静電潜像に付着されたトナーを媒体Ｍにトナーを転写させる。
【００３５】
この転写ユニット６０は、例えば、ドライブローラ６１と、アイドルローラ６２と、転写ベルト６３と、転写ローラ６４と、クリーニングブレード６５とを含んでいる。
【００３６】
ドライブローラ６１は、例えば、モータなどの駆動源を介して回転可能である。アイドルローラ６２は、例えば、ドライブローラ６１の回転に応じて回転可能である。転写ベルト６３は、例えば、無端のベルトである。この転写ベルト６３は、例えば、ドライブローラ６１およびアイドルローラ６２により張架された状態において、そのドライブローラ６１の回転に応じて移動方向Ｄ２に向かって移動可能である。
【００３７】
転写ローラ６４は、転写ベルト６３を介して感光体ドラム３１１に接触しており、静電潜像に付着されたトナーを媒体Ｍに転写させる。ここでは、転写ユニット６０は、例えば、４個の現像処理ユニット３１（３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｋ）に対応する４個の転写ローラ６４（６４Ｙ，６４Ｍ，６４Ｃ，６４Ｋ）を含んでいる。クリーニングブレード６５は、例えば、転写ベルト６３の表面に接触された板状の部材であり、その転写ベルト６３の表面に付着した不要なトナーなどの異物を掻き落とす。
【００３８】
［定着ユニット］
定着ユニット７０は、転写ユニット６０により転写処理されたトナーを用いて定着処理を行う。具体的には、定着ユニット７０は、例えば、トナーが転写された媒体Ｍを加熱しながら加圧することにより、そのトナーを媒体Ｍに定着させる。
【００３９】
この定着ユニット７０は、例えば、加熱ローラ７１および加圧ローラ７２を含んでいる。加熱ローラ７１は、例えば、ハロゲンランプなどの加熱源を内蔵しており、トナーが転写された媒体Ｍを加熱する。加圧ローラ７２は、加熱ローラ７１に接触しており、トナーが転写された媒体Ｍを加圧する。
【００４０】
［搬送ローラ］
搬送ローラ８０は、搬送経路Ｐに沿ように媒体Ｍを搬送させる搬送部材であり、例えば、その搬送経路Ｐを介して互いに対向する一対のローラを含んでいる。ここでは、画像形成装置は、例えば、２個の搬送ローラ８０（８１，８２）を備えている。ただし、搬送ローラ８０の数は、特に限定されないため、任意に設定可能である。
【００４１】
＜１−１−２．ブロック構成＞
図２は、画像形成装置のブロック構成を表している。なお、図２では、既に説明した画像形成装置の構成要素の一部も併せて示している。
【００４２】
この画像形成装置は、例えば、図２に示したように、制御部１００と、受信メモリ１１１と、画像データ編集メモリ１１２と、操作パネル１１３と、センサ群１１４と、電源回路１２０とを備えている。
【００４３】
制御部１００は、画像形成装置の全体を制御する。この制御部１００は、例えば、制御回路、メモリ、入出力ポートおよびタイマなどの電子部品のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでおり、その制御回路は、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などを含んでいる。メモリは、例えば、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの記憶素子のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。
【００４４】
この制御部１００は、例えば、主制御部１０１と、インターフェース（Ｉ／Ｆ）制御部１０２と、露光制御部１０３と、定着制御部１０４と、搬送制御部１０５と、駆動制御部１０６とを含んでいる。主制御部１０１は、画像形成装置の全体の動作を統括的に制御する。Ｉ／Ｆ制御部１０２は、外部装置（例えば、パーソナルコンピュータなど）から画像形成装置に送信される画像データなどの情報を受信する。露光制御部１０３は、露光ユニット５０（光源５１）の動作を制御する。定着制御部１０４は、定着ユニット７０（加熱ローラ７１および加圧ローラ７２）の動作を制御する。搬送制御部１０５は、搬送ローラ８０の動作を制御する。駆動制御部１０６は、転写ユニット６０（転写ベルト６３）の動作を制御する。
【００４５】
受信メモリ１１１は、外部装置から画像形成装置に送信された画像データなどの情報を格納している。画像データ編集メモリ１１２は、編集処理された画像データなどを格納している。操作パネル１１３は、ユーザが画像形成装置を操作するために必要な情報を表示する表示装置であると共に、そのユーザが画像形成装置を操作するために用いられる入力装置であり、例えば、表示灯（例えば、ＬＥＤランプ）、表示パネル（例えば、タッチパネル）および操作ボタンなどを含んでいる。センサ群１１４は、例えば、温度センサ、湿度センサ、画像濃度センサ、媒体位置検出センサ、トナー残量検知センサおよび人感センサなどのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。
【００４６】
電源回路１２０は、例えば、帯電ローラ用電源１２１と、現像ローラ用電源１２２と、供給ローラ用電源１２３と、転写ローラ用電源１２４とを含んでいる。
【００４７】
帯電ローラ用電源１２１は、帯電ローラ４１に電圧を印加する電源である。現像ローラ用電源１２２は、現像ローラ３１２に電圧を印加する電源である。供給ローラ用電源１２３は、供給ローラ３１３に電圧を印加する電源である。転写ローラ用電源１２４は、転写ローラ６４に電圧を印加する電源である。
【００４８】
＜１−１−３．帯電装置の詳細な構成＞
図３は、帯電ユニット４０の平面構成を表している。ただし、図３では、感光体ドラム３１１の一部と共に帯電ローラ用電源１２１も併せて示している。
【００４９】
この帯電ユニット４０は、図３に示したように、帯電ローラ４１およびクリーニングローラ４２を備えている。なお、感光体ドラム３１１は、帯電ユニット４０により帯電される表面３１１Ｍを有している。ここで、クリーニングローラ４２は、本発明の一実施形態の「清掃部材」である。
【００５０】
［帯電ローラ］
帯電ローラ４１は、上記したように、感光体ドラム３１１の表面３１１Ｍを帯電させるローラであり、その感光体ドラム３１１に接触している。この帯電ローラ４１は、例えば、導電性のシャフト（芯金）４１１と、導電性の弾性層４１２とを含んでいる。ここで、弾性層４１２は、本発明の一実施形態の「第１表面層」である。
【００５１】
シャフト４１１は、図３に示したように、Ｘ軸方向に延在する円筒状の部材であり、金属材料などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。金属材料の種類は、特に限定されないが、例えば、快削鋼（ＳＵＭ）およびステンレス鋼（ＳＵＳ）などである。ただし、シャフト４１１の表面には、例えば、無電解鍍金法などを用いてニッケルなどの金属材料が鍍金されていてもよい。このシャフト４１１は、帯電ローラ用電源１２１に接続されているため、その帯電ローラ用電源１２１は、シャフト４１１に電圧を印加可能である。
【００５２】
弾性層４１２は、図３に示したように、シャフト４１１の外周面を被覆しており、感光体ドラム３１１の表面３１１Ｍに接触された表面４１Ｍを有している。帯電ローラ４１（弾性層４１２）は、感光体ドラム３１１の表面３１１Ｍに接触しながら、シャフト４１１を中心（回転軸）として回転方向Ｒ２に回転可能である。この帯電ローラ４１の回転方向Ｒ２（例えば、反時計回り）は、感光体ドラム３１１の回転方向Ｒ１（例えば、時計回り）とは反対の方向である。なお、弾性層４１２は、例えば、単層でもよいし、多層でもよい。
【００５３】
この弾性層４１２は、例えば、ゴムおよび熱可塑性エラストマーなどの高分子材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。具体的には、高分子材料は、例えば、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ，ＥＣＯ，ＧＥＣＯ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ，ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ウレタンゴムおよびシリコーンゴムなどである。中でも、エピクロルヒドリンゴム（ＥＣＯ）とアクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）との混合物が好ましい。後述するように、帯電ローラ４１の表面４１Ｍの表面自由エネルギーＥが適正に低下しやすくなるからである。
【００５４】
弾性層４１２の導電性は、適正な電気抵抗との関係において設定されていることが好ましい。電気抵抗が大きすぎると、感光体ドラム３１１の表面３１１Ｍにおいて帯電ムラおよび帯電不良などが発生する可能性があると共に、電気抵抗が小さすぎると、感光体ドラム３１１の表面３１１Ｍに存在する傷などに起因してリーク電流が発生する可能性があるからである。このため、弾性層４１２は、所望の導電性を得るために、イオン導電性材料、イオン導電剤、カーボンブラックおよび金属性酸化物などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいることが好ましい。なお、弾性層４１２の導電性は、電子導電性でもよいし、イオン導電性でもよいが、中でも、イオン導電性が好ましい。電気抵抗ムラが抑制されるからである。
【００５５】
弾性層４１２の体積抵抗は、特に限定されないが、例えば、１０6 Ω〜１０9 Ωである。体積抵抗の値は、導電性がイオン導電性である場合には温度、湿度および測定電圧などの条件に応じて変動するが、ここで説明する体積抵抗の値は、温度＝２０℃および湿度＝５０％ＲＨの環境条件下において測定された値とする。
【００５６】
弾性層４１２の硬さは、特に限定されないが、例えば、３５度〜８０度である。帯電ローラ４１の表面４１Ｍと感光体ドラム３１１の表面３１１Ｍとの間に微小なギャップが形成されるため、パッシェンの法則に基づいた放電に寄与する領域（適正なニップ状態）が確保されるからである。ここで説明した弾性層４１２の硬さは、例えば、高分子計器株式会社製のマイクロゴム硬度計  ＭＤ−１ｃａｐａ（ＴｙｐｅＡ）を用いてピーク測定される。ただし、弾性層４１２の硬さは、帯電ローラ４１および感光体ドラム３１１のそれぞれの円筒振れおよび形状ばらつきなどを吸収する役割も果たす。このため、上記した適正なニップ状態が得られれば、その弾性層４１２の硬さは任意に設定可能である。
【００５７】
弾性層４１２の表面形状は、例えば、切削処理、研磨処理および型成形処理などを用いて弾性層４１２が形成されているため、所望の研磨目および表面粗さを有するように調整されていてもよい。具体的には、帯電ローラ４１（弾性層４１２）の表面粗さ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：１９９４に準拠する最大高さＲｙ）は、印加電圧および使用環境などの条件に応じて多少変動するが、例えば、パッシェンの法則に基づいて約１μｍ〜４０μｍである。
【００５８】
なお、弾性層４１２は、表面処理されていてもよい。弾性層４１２中の成分により感光体ドラム３１１が汚染されることを防止できると共に、弾性層４１２の表面抵抗を調整できるからである。また、感光体ドラム３１１の表面３１１Ｍに付着したトナーおよび外部添加剤などが帯電ローラ４１の表面４１Ｍに付着することを抑制できるからである。
【００５９】
表面処理は、例えば、紫外線照射処理および電子線照射処理などの照射処理である。また、表面処理は、例えば、浸漬処理、スプレーおよびコータなどを用いて弾性層４１２の表面４１Ｍに塗布溶液を供給する塗布処理である。この塗布溶液は、例えば、イソシアネート化合物およびポリオールなどのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。イソシアネート化合物は、例えば、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、メチレンジイソシアネート（ＭＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）およびイソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）などである。ポリオールは、例えば、ポリエステル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオール、シリコーン系ポリオール、アクリルフッ素系ポリオール、アクリルシリコーン系ポリオールおよびフッ素系ポリオールなどである。ただし、ポリオールは、多重体および変性体などでもよい。
【００６０】
なお、塗布溶液は、必要に応じて、カーボンブラックおよびイオン導電剤などの導電性材料を含んでいてもよい。また、塗布溶液は、必要に応じて、複数の粒子を含んでいてもよい。この複数の粒子は、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂およびイソシアネート樹脂などの高分子材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。
【００６１】
中でも、塗布溶液は、フッ素樹脂を含んでいるため、弾性層４１２は、そのフッ素樹脂を含む塗布溶液により表面処理されていることが好ましい。すなわち、弾性層４１２は、フッ素樹脂を含んでいることが好ましい。後述するように、帯電ローラ４１の表面４１Ｍの表面自由エネルギーＥが適正に低下しやすくなるからである。このフッ素樹脂は、フッ素（Ｆ）を構成元素として含む樹脂（高分子材料）の総称であり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのうちのいずれか１種類または２種類以上である。
【００６２】
［クリーニングローラ］
クリーニングローラ４２は、帯電ローラ４１の表面４１Ｍに付着した異物を清掃するローラ（清掃ローラ）であり、その帯電ローラ４１の表面４１Ｍに接触している。このクリーニングローラ４２は、帯電ローラ４１の表面４１Ｍに付着した異物を回転しながら巻き上げることにより、その異物を除去する。具体的には、クリーニングローラ４２は、例えば、シャフト（芯体）４２１と、弾性層４２２とを含んでいる。ここで、弾性層４２２は、本発明の一実施形態の「第２表面層」である。
【００６３】
シャフト４２１は、図３に示したように、Ｘ軸方向に延在する円筒状の部材であり、金属材料および高分子材料などのうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。金属材料の種類は、特に限定されないが、例えば、快削鋼（ＳＵＭ）およびステンレス鋼（ＳＵＳ）などである。ただし、シャフト４１１の表面には、例えば、無電解鍍金法などを用いてニッケルなどの金属材料が鍍金されていてもよい。高分子材料の種類は、特に限定されないが、例えば、ポリアセタール（ＰＯＭ）などである。
【００６４】
弾性層４２２は、例えば、図３に示したように、シャフト４２１の外周面を被覆しており、帯電ローラ４１の表面４１Ｍに接触された表面４２Ｍを有している。ただし、弾性層４２２は、例えば、シャフト４２１の外周面のうちの中央部（長手方向における両端部を除いた部分）だけを被覆していてもよいし、シャフト４２１の外周面を螺旋状に被覆していてもよい。クリーニングローラ４２（弾性層４２２）は、例えば、帯電ローラ４１の表面４１Ｍに接触しながら、シャフト４２１を中心（回転軸）として回転方向Ｒ３に回転可能である。このクリーニングローラ４２の回転方向Ｒ３（例えば、時計回り）は、帯電ローラ４１の回転方向Ｒ２（例えば、反時計回り）とは反対の方向である。なお、弾性層４２２は、例えば、単層でもよいし、多層でもよい。また、弾性層４２２は、例えば、発泡構造を有していてもよいし、ソリッド層と発泡層とが互いに積層された構造を有していてもよい。
【００６５】
この弾性層４２２は、例えば、発泡性樹脂およびゴム材料などの高分子材料のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいる。発泡性樹脂の種類は、特に限定されないが、例えば、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリアミドおよびポリプロピレンなどである。ゴム材料の種類は、特に限定されないが、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＭ，ＥＤＰＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素化アクリロニトリル−ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）およびクロロプレンゴム（ＣＲ）などである。なお、弾性層４２２は、必要に応じて、発泡助剤、整泡剤、触媒、硬化剤、可塑剤および加硫促進剤などの助剤のうちのいずれか１種類または２種類以上を含んでいてもよい。
【００６６】
中でも、気泡を有する発泡性樹脂が好ましい。後述するように、帯電ローラ４１の表面４１Ｍとクリーニングローラ４２の表面４２Ｍとの動摩擦係数μが適正に低下しやすくなるからである。これにより、帯電ローラ４１の表面４１Ｍに付着した異物がクリーニングローラ４２（弾性層４２２）により除去されやすくなる。
【００６７】
特に、発泡性のポリウレタン（発泡ポリウレタン）がより好ましい。発泡ポリウレタンは、引き裂きおよび引っ張りなどに対して耐性を有するため、帯電ローラ４１の表面４１Ｍが傷付きにくくなると共に、その帯電ローラ４１が破損（例えば、千切れなど）しにくくなるからである。
【００６８】
弾性層４２２の密度（ＪＩＳ  Ｋ７２２２）は、特に限定されないが、例えば、２０ｋｇ／ｍ3 〜８０ｋｇ／ｍ3 である。弾性層４２２の硬さ（ＪＩＳ  Ｋ６４００−２，２５％圧縮硬さ）は、特に限定されないが、例えば、１００Ｎ〜４１０Ｎである。弾性層４２２の引っ張り強度（ＪＩＳ  Ｋ６４００−５）は、特に限定されないが、例えば、６０ｋＰａ〜３００ｋＰａである。弾性層４２２の伸び（ＪＩＳ  Ｋ６４００−５）は、特に限定されないが、例えば、１００％〜２２０％である。
【００６９】
［物性］
この帯電ユニット４０では、トナー（トナー母粒子）から外添剤が脱落した際に、帯電ローラ４１の表面４１Ｍに外添剤が定着しにくくなると共に、その帯電ローラ４１の表面４１Ｍに吸着した外添剤がクリーニングローラ４２により除去されやすくするために、帯電ローラ４１およびクリーニングローラ４２のそれぞれの物性が適正化されている。
【００７０】
具体的には、第１に、帯電ローラ４１（弾性層４１２）の表面４１Ｍの表面自由エネルギーＥ（ｄｙｎ／ｃｍ）は、５．００ｄｙｎ／ｃｍ以上である。第２に、帯電ローラ４１（弾性層４１２）の表面４１Ｍとクリーニングローラ４２（弾性層４２２）の表面４２Ｍとの動摩擦係数μは、０．４８〜０．８８である。第３に、上記した表面自由エネルギーＥおよび動摩擦係数μは、下記の式（１）で表される関係を満たしている。
【００７１】
Ｅ≦−６３μ＋６９  ・・・（１）
（Ｅは、表面自由エネルギー（ｄｙｎ／ｃｍ）である。μは、動摩擦係数である。）
【００７２】
表面自由エネルギーＥが上記した範囲内であるのは、その表面自由エネルギーＥが適正に低下するため、帯電ローラ４１の表面４１Ｍの極性が適正に低下するからである。これにより、表面４１Ｍに対する外添剤の吸着力が低下するため、その外添剤が表面４１Ｍに定着しにくくなる。よって、クリーニングローラ４２が帯電ローラ４１の表面４１Ｍから外添剤を除去しやすくなる。
【００７３】
動摩擦係数μが上記した範囲内であるのは、その動摩擦係数μが適正に低下するため、帯電ローラ４１の表面４１Ｍとクリーニングローラ４２の表面４２Ｍとが互いに摺接し合う力は適正に低下するからである。これにより、クリーニングローラ４２が帯電ローラ４１の表面４１Ｍに外添剤を擦り付けにくくなるため、その外添剤が表面４１Ｍに堆積されにくくなる。よって、クリーニングローラ４２が帯電ローラ４１の表面４１Ｍから外添剤をより除去しやすくなる。
【００７４】
表面自由エネルギーＥおよび動摩擦係数μが式（１）に示した関係を満たしているのは、その表面自由エネルギーＥと動摩擦係数μとの関係が適正化されるからである。これにより、表面４１Ｍに対する外添剤の吸着力が低下しながら、クリーニングローラ４２が帯電ローラ４１の表面４１Ｍに外添剤を擦り付けにくくなるため、その外添剤が表面４１Ｍに定着しにくくなる。よって、クリーニングローラ４２が帯電ローラ４１の表面４１Ｍから外添剤をさらに除去しやすくなる。
【００７５】
なお、表面自由エネルギーＥは、５．００ｄｙｎ／ｃｍ以上であれば、特に限定されない。中でも、表面自由エネルギーＥは、１３．４９ｄｙｎ／ｃｍ以下であることが好ましい。帯電ローラ４１の表面４１Ｍの極性が十分に低下するからである。これにより、表面４１Ｍに対する外添剤の吸着力が十分に低下するため、その外添剤が表面４１Ｍにほとんど定着しにくくなる。よって、外添剤との接触（摩擦）に起因して帯電ローラ４１の表面４１Ｍが傷付きにくくなるため、その帯電ローラ４１の寿命が長期化する。
【００７６】
ここで、表面自由エネルギーＥの測定方法は、以下の通りである。表面自由エネルギーＥを測定する場合には、表１に示した３種類の液体試料を用いて、帯電ローラ４１の表面４１Ｍの接触角を測定する。この３種類の液体試料は、水（Ｈ2 Ｏ）、ジヨードメタン（ＣＨ2 Ｉ2 ）およびドデカン（Ｃ12Ｈ26）である。これらの３種類の液体試料に関する表面自由エネルギー成分γｄ（ｄｙｎ／ｃｍ），γｐ（ｄｙｎ／ｃｍ），γｈ（ｄｙｎ／ｃｍ），γｔｏｔａｌ（ｄｙｎ／ｃｍ）は、表１に示した通りである。
【００７７】
【表１】
2020106670.tif 000003
【００７８】
接触角を測定する場合には、常温常湿の環境条件下（温度＝２３±３℃，湿度＝５５±１０％ＲＨ）において、接触角計（液適法）を用いて、液量＝０．２２×１０-3ｍｌ〜０．２７×１０-3ｍｌ（＝０．２２ｍｍ3 〜０．２７ｍｍ3 ）として接触角を測定する。この接触角計としては、例えば、協和界面科学株式会社製の接触角計  ＣＡ−Ｘ型を用いる。こののち、接触角の測定結果に基づいて、北崎・畑理論の式およびヤング−デュプレの式を用いて表面自由エネルギーＥを算出する。
【００７９】
また、動摩擦係数μの測定方法は、以下の通りである。図４は、動摩擦係数μの測定方法を説明するために、帯電ローラ４１などの平面構成を表している。動摩擦係数μを測定する場合には、オイラーのベルト式を用いる。
【００８０】
具体的には、図４に示したように、ベルト２０１の内側面を帯電ローラ４１（弾性層４１２）の表面４１Ｍに接触させたのち、そのベルト２０１の一端部を重り２０２に接続させると共に、そのベルト２０１の他端部を荷重計２０３に接続させる。この場合には、ベルト２０１の内側面が帯電ローラ４１の表面４１Ｍに巻き付けられる角度（巻き付け角度）をθ（ｒａｄ）とする。
【００８１】
この状態において、帯電ローラ４１をベルト２０１に接触させながら所定の回転速度で回転方向Ｒ４に回転させると、巻き付け角度θ（ｒａｄ）と、重り２０２の荷重Ｗ（ｇｆ）と、荷重計２０３において測定される力Ｆ（ｇｆ）と、帯電ローラ４１の表面４１Ｍとベルト２０１の内側面との動摩擦係数μとの間には、下記の式（２）で表される関係式が成立する。
【００８２】
μ＝（１／θ）ｌｎ（Ｆ／Ｗ）  ・・・（２）
【００８３】
式（２）に示した関係式を用いて、帯電ローラ４１の表面４１Ｍとクリーニングローラ４２の表面４２Ｍとの動摩擦係数μを測定する場合には、弾性層４２２の形成材料と同様の材料により形成されたベルト２０１を用いることにより、その動摩擦係数μを算出する。この場合には、巻き付け角度θ＝π／２ｒａｄ、ベルト２０１の幅＝７ｍｍおよび厚さ＝４ｍｍ、荷重Ｗ＝５０ｇｆ、帯電ローラ４１の回転速度（ベルト２０１に摺接する速度）＝１．０ｍｍ／秒とする。これにより、荷重計２０３を用いて力Ｆを測定したのち、式（２）に示した関係式を用いて動摩擦係数μを算出する。
【００８４】
＜１−２．動作＞
この画像形成装置では、例えば、以下で説明する手順により、媒体Ｍに画像が形成される。以下では、既に説明した図１〜図３を随時参照する。
【００８５】
媒体Ｍに画像を形成する場合には、外部装置から画像形成装置に画像データが送信されると、Ｉ／Ｆ制御部１０２が画像データを受信したのち、その画像データが受信メモリ１１１に格納されると共に、編集処理された画像データが画像データ編集メモリ１１２に格納される。
【００８６】
この場合には、搬送制御部１０５が搬送ローラ８０を駆動させることにより、ホッピングローラ２０によりカセット１０から媒体Ｍが取り出されたのち、その媒体Ｍが搬送方向Ｄ１に向かって搬送経路Ｐに沿うように搬送される。こののち、画像形成装置は、例えば、以下で説明するように、帯電処理、露光処理、現像処理、転写処理および定着処理をこの順に行う。これらの一連の処理は、制御部１００（主制御部１０１）により制御される。
【００８７】
［帯電処理］
最初に、帯電ユニット４０において、帯電ローラ用電源１２１が帯電ローラ４１（シャフト４１１）に電圧を印加すると、その帯電ローラ４１が感光体ドラム３１１に接触しながら回転することにより、その感光体ドラム３１１の表面３１１Ｍを均一に帯電させる。この場合には、クリーニングローラ４２が帯電ローラ４１に接触しながら回転するため、その帯電ローラ４１の表面４１Ｍに付着した異物がクリーニングローラ４２により除去される。
【００８８】
［露光処理］
続いて、露光ユニット５０において、露光制御部１０３が光源５１を駆動させることにより、編集処理された画像データに基づいて光源５１が感光体ドラム３１１の表面に露光用の光を放射する。これにより、感光体ドラム３１１の表面に静電潜像が形成される。
【００８９】
［現像処理］
続いて、現像ユニット３０（現像処理ユニット３１）において、供給ローラ用電源１２３が供給ローラ３１３に電圧を印加すると共に、現像ローラ用電源１２２が現像ローラ３１２に電圧を印加すると、供給ローラ３１３が現像ローラ３１２の表面にトナーを供給すると共に、現像ローラ３１２が静電潜像にトナーを付着させる。この場合には、感光体ドラム３１１の表面に付着した不要なトナーなどの異物がクリーニングブレード３１４により掻き取られる。
【００９０】
［転写処理］
続いて、転写ユニット６０において、駆動制御部１０６が転写ベルト６３を駆動させると共に、転写ローラ用電源１２４が転写ローラ６４に電圧を印加すると、転写ベルト６３が移動方向Ｄ２に向かって移動すると共に、転写ローラ６４が転写ベルト６３を介して感光体ドラム３１１に押圧される。これにより、静電潜像に付着されたトナーが媒体Ｍに転写される。この場合には、転写ベルト６３の表面に付着した不要なトナーなどの異物がクリーニングブレード６５により掻き取られる。
【００９１】
なお、４個の現像処理ユニット３１（３１Ｙ，３１Ｍ，３１Ｃ，３１Ｋ）および４個の転写ローラ６４（６４Ｙ，６４Ｍ，６４Ｃ，６４Ｋ）のうちのいずれの組み合わせにより現像処理および転写処理が行われるかは、画像を形成するために必要なトナーの色の組み合わせに応じて決定される。
【００９２】
［定着処理］
最後に、定着ユニット７０において、媒体Ｍに転写されたトナーが加圧ローラ７２により加圧されながら加熱ローラ７１により加熱されるため、その媒体Ｍにトナーが定着される。これにより、媒体Ｍに画像が形成されるため、画像の形成動作が完了する。
【００９３】
＜１−３．作用および効果＞
本実施形態の画像形成装置では、帯電ユニット４０において、帯電ローラ４１（弾性層４１２）の表面４１Ｍの表面自由エネルギーＥが５．００ｄｙｎ／ｃｍ以上であり、帯電ローラ４１の表面４１Ｍとクリーニングローラ４２（弾性層４２２）の表面４２Ｍとの動摩擦係数μが０．４８〜０．８８であり、その表面自由エネルギーＥおよび動摩擦係数μが式（１）に示した関係を満たしている。よって、以下で説明する理由により、高品質な画像を形成することができる。
【００９４】
トナー母粒子の表面に外添剤（複数の無機粒子）が定着されているトナーを用いた場合には、そのトナー母粒子の表面から外添剤が脱落する場合がある。トナー母粒子の表面から外添剤が脱落する原因としては、例えば、トナー同士の接触およびトナーと他の物体との接触などが考えられる。
【００９５】
この場合には、帯電ローラ４１が感光体ドラム３１１に接触しているため、トナー母粒子から脱落した外添剤が感光体ドラム３１１の表面３１１Ｍに付着すると、その外添剤が感光体ドラム３１１の表面３１１Ｍから帯電ローラ４１の表面４１Ｍに移行（吸着）しやすくなる。帯電ローラ４１の表面４１Ｍに外添剤が吸着すると、帯電処理時において感光体ドラム３１１の表面３１１Ｍでは外添剤の吸着領域に対応する領域において帯電不良（電位低下）が発生するため、現像処理時において帯電不良が発生した領域に意図せずにトナーが付着されやすくなる。外添剤の導電性は低いため、帯電ローラ４１が感光体ドラム３１１の表面３１１Ｍを帯電させにくくなるからである。
【００９６】
これにより、感光体ドラム３１１の表面３１１Ｍに外添剤が堆積されると、画像形成装置により媒体Ｍに形成された画像中には、外添剤の吸着領域に対応する位置に画像欠陥が発生しやすくなる。この画像欠陥は、帯電不良の発生領域に付着されるトナーの種類に応じた色を有する縦スジおよびかすれなどであり、画像データ（静電潜像の形成パターン）とは無関係に形成される画質不良である。
【００９７】
よって、画像中に画像欠陥が発生することを抑制するためには、クリーニングローラ４２による帯電ローラ４１の清掃機能を向上させる必要がある。すなわち、帯電ローラ４１の表面４１Ｍに外添剤が付着した際に、その帯電ローラ４１の表面４１Ｍに外添剤を定着（滞留）させにくくすると共に、クリーニングローラ４２が帯電ローラ４１の表面４１Ｍから外添剤を除去しやすくする必要がある。
【００９８】
この点に関して、本実施形態の画像形成装置では、上記したように、表面自由エネルギーＥが所定の範囲となるように適正化されていると共に、動摩擦係数μも所定の範囲となるように適正化されている上、その表面自由エネルギーＥおよび動摩擦係数μが所定の関係を満たすように適正化されている。
【００９９】
この場合には、上記したように、表面自由エネルギーＥが適正に低下しているため、その表面自由エネルギーＥが適正に低下していない場合と比較して、帯電ローラ４１の表面４１Ｍに対する外添剤の吸着力が十分に低下する。これにより、外添剤が表面４１Ｍに定着しにくくなるため、クリーニングローラ４２が帯電ローラ４１の表面４１Ｍから外添剤を除去しやすくなる。
【０１００】
また、動摩擦係数μが適正に低下しているため、その動摩擦係数μが適正に低下していない場合と比較して、クリーニングローラ４２が帯電ローラ４１に接触しながら回転しても、そのクリーニングローラ４２が帯電ローラ４１の表面４１Ｍに外添剤を擦り付けにくくなる。これにより、外添剤が表面４１Ｍにより定着しにくくなるため、クリーニングローラ４２が帯電ローラ４１の表面４１Ｍから外添剤をより除去しやすくなる。
【０１０１】
さらに、表面自由エネルギーＥおよび動摩擦係数μが適正な関係を満たしているため、その表面自由エネルギーＥおよび動摩擦係数μのうちの一方が他方との関係において適正化されている。この場合には、表面自由エネルギーＥおよび動摩擦係数μが適正な関係を満たしていない場合と比較して、クリーニングローラ４２が帯電ローラ４１の表面４１Ｍから外添剤をさらに除去しやすくなる。
【０１０２】
これらのことから、帯電ローラ４１およびクリーニングローラ４２に関する物性（表面自由エネルギーＥ、動摩擦係数μおよび表面自由エネルギーＥと動摩擦係数μとの関係）が適正化されていることにより、クリーニングローラ４２が帯電ローラ４１の表面４１Ｍから外添剤を十分に除去しやすくなる。よって、画像中に画像欠陥が発生しにくくなるため、高品質な画像を形成することができる。
【０１０３】
また、本実施形態の画像形成装置では、表面自由エネルギーＥが１３．４９ｄｙｎ／ｃｍ以下であれば、帯電ローラ４１の表面４１Ｍに外添剤がほとんど定着しにくくなるため、その外添剤との接触に起因して帯電ローラ４１が傷付きにくくなる。よって、帯電ローラ４１の寿命が長期化することにより、高品質な画像が安定に形成されるため、より高い効果を得ることができる。
【０１０４】
また、帯電ローラ４１の弾性層４１２がフッ素樹脂を含んでいれば、表面自由エネルギーＥが適正に低下しやすくなるため、より高い効果を得ることができる。この場合には、弾性層４１２がエピクロルヒドリンゴムとアクリロニトリル−ブタジエンゴムとの混合物を含んでいれば、表面自由エネルギーがより低下しやすくなるため、さらに高い効果を得ることができる。
【０１０５】
また、クリーニングローラ４２の弾性層４２２が発泡ポリウレタンを含んでいれば、動摩擦係数μが適正に低下しやすくなるため、より高い効果を得ることができる。
【０１０６】
ここで説明した画像形成装置に関する作用および効果は、帯電装置（帯電ユニット４０）および画像形成ユニット（現像ユニット３０および帯電ユニット４０）においても同様に得られる。
【０１０７】
＜２．変形例＞
上記した画像形成装置の構成は、適宜、変更可能である。具体的には、表面自由エネルギーＥが上記した適正な範囲内になれば、その弾性層４１２の形成材料は、上記したエピクロルヒドリンゴムとアクリロニトリル−ブタジエンゴムとの混合物に限られず、他の材料でもよい。また、動摩擦係数μが上記した適正な範囲内になれば、弾性層４２２の形成材料は、上記した発泡ポリウレタンに限られず、他の材料でもよい。これらの場合においても、表面自由エネルギーＥ、動摩擦係数μおよび表面自由エネルギーＥと動摩擦係数μとの関係のそれぞれに関して上記した適正な条件が満たされていれば、同様の効果を得ることができる。
【０１０８】
また、清掃部材として回転可能である部材（クリーニングローラ４２）を用いたが、その清掃部材として回転不能である部材を用いてもよい。この回転不能である部材は、例えば、スポンジなどである。この場合においても、表面自由エネルギーＥ、動摩擦係数μおよび表面自由エネルギーＥと動摩擦係数μとの関係のそれぞれに関して上記した適正な条件が満たされていれば、同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【０１０９】
本発明の実施例に関して、詳細に説明する。
【０１１０】
（実験例１〜１６）
以下の手順により、画像形成装置を用いて媒体Ｍに画像を形成したのち、その画像の品質を評価した。
【０１１１】
［画像形成装置などの準備］
帯電ユニット４０（帯電ローラ４１およびクリーニングローラ４２）を備えた画像形成装置と、媒体Ｍと、トナー（シアントナー）とを準備した。
【０１１２】
画像形成装置としては、電子写真方式のフルカラープリンタ（株式会社沖データ製のプリンタ  Ｃ５４２ｄｎｗ）を用いた。媒体Ｍとしては、普通紙（Ａ４サイズ）を用いた。
【０１１３】
シアントナーは、シアン着色剤（フタロシアニンブルー）と、結着剤（非晶質ポリエステル）と、離型剤（パラフィンワックス）と、帯電制御剤と、外添剤（複合酸化物粒子、コロイダルシリカおよびシリカ粉末）とを含んでいる。
【０１１４】
クリーニングローラ４２としては、シャフト４２１（無電解鍍金法を用いてニッケル鍍金された快削鋼（ＳＵＭ），外径＝４ｍｍ）の外周面に弾性層４２２（発泡ポリウレタン，株式会社ノイアックコーポレーション製のウレタンフォーム  モルトプレンＳＭ−５５，外径＝６ｍｍ）が設けられたローラを用いた。
【０１１５】
帯電ローラ４１としては、以下の手順により作製されたローラを用いた。帯電ローラ４１を作製する場合には、最初に、シャフト４１１（無電解鍍金法を用いてニッケル鍍金された快削鋼（ＳＵＭ），外径＝６ｍｍ）の外周面に弾性層４１２（エピクロルヒドリンゴム（ＥＣＯ）とアクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）との混合物を主成分とするゴム材料，外径＝９．５ｍｍ）が設けられたローラ前駆体を準備した。続いて、ローラ前駆体を回転させながら、円筒研磨法（砥石）を用いて弾性層４１２の表面４１Ｍを乾式研磨したのち、テープ研磨法を用いて弾性層４１２の表面４１Ｍを湿式研磨した。
【０１１６】
続いて、有機溶剤（酢酸エチル）１００質量部と、イソシアネート化合物（ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ））１５質量部と、フッ素樹脂（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））０．３質量部〜３質量部とを混合したのち、その有機溶剤を撹拌することにより、塗布溶液を調製した。
【０１１７】
最後に、浸漬法を用いて弾性層４１２の表面４１Ｍに塗布溶液を塗布したのち、その塗布溶液を乾燥させた。これにより、弾性層４１２の内部に塗布溶液が浸透すると共に、有機溶剤が揮発しながら塗布溶液が硬化したため、その弾性層４１２が表面処理された。よって、帯電ローラ４１が完成した。
【０１１８】
この場合には、帯電ローラ４１の作製条件を変更することにより、表２に示したように、表面自由エネルギーＥおよび動摩擦係数μのそれぞれを変化させた。具体的には、第１に、テープ研磨法において用いたテープの粒度を変化させると共に、そのテープを用いた研磨時の研磨速度を変化させた。第２に、弾性層４１２の表面４１Ｍの表面粗さ（ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：１９９４に準拠する最大高さＲｙ）を１μｍ〜２５μｍの範囲内において変化させた。第３に、塗布溶液中におけるフッ素樹脂の濃度を０．３質量部〜３質量部の範囲内において変化させた。なお、表面自由エネルギーＥおよび動摩擦係数μのそれぞれの測定方法は、上記した通りである。
【０１１９】
表２には、表面自由エネルギーＥと動摩擦係数μとの関係を規定する閾値として、式（１）により算出される表面自由エネルギーの値（＝−６３μ＋６９）を示している。
【０１２０】
【表２】
2020106670.tif 000004
【０１２１】
［画像の形成および評価］
以下の手順により、媒体Ｍに画像を形成したのち、その画像の品質を評価すると共に、帯電ローラ４１の耐久性を評価したところ、表２に示した結果が得られた。
【０１２２】
図５は、画像の連続形成時における画像パターンを説明するために、その画像の連続形成時における媒体Ｍの平面構成を表している。図６は、表面自由エネルギーＥと動摩擦係数μと画像の品質（画像欠陥の発生状況）との相関関係を表している。
【０１２３】
（画像の品質の評価手順）
画像の品質を評価する場合には、最初に、常温常湿の環境条件下（温度＝２３±３℃，湿度＝５５±１０％ＲＨ）において、媒体Ｍに画像を連続形成した。この場合には、図５に示したように、媒体Ｍ（Ａ４サイズ）の長手方向が搬送方向Ｄ１に対応するように媒体Ｍを連続的に搬送させながら、シアントナーを用いて４本のストライプパターン（印字率＝５％）の画像を形成した。また、１日当たりにおける画像の形成枚数を３５００枚〜４０００枚とすることにより、その画像の形成枚数の合計が５００００枚に到達するまで画像の連続形成を行った。
【０１２４】
上記した画像の連続形成を行う際には、１日ごとに、画像の連続形成を行う前に媒体Ｍに評価用の画像を形成したと共に、画像の連続形成を行った後に媒体Ｍに評価用の画像を形成した。評価用の画像の画像パターンは、ハーフトーン（２×２パターンおよび１×１パターン）とした。
【０１２５】
最後に、画像の連続形成が完了したのち、媒体Ｍに形成された一連の評価用の画像を目視で観察することにより、その画像の品質を評価した。具体的には、いずれの評価用の画像においても画像欠陥が発生していなかった場合を「Ａ」と評価した。一方、いずれかの評価用の画像において画像欠陥が発生していた場合を「Ｂ」と評価した。なお、図６では、表２中においてＡと評価されたデータを「○」で表していると共に、表２中においてＢと評価されたデータを「×」で表している。
【０１２６】
（帯電ローラの耐久性の評価手順）
帯電ローラ４１の耐久性を調べる場合には、上記した画像の連続形成が完了したのち、画像形成装置からクリーニングローラ４２を回収すると共に、そのクリーニングローラ４２の表面４２Ｍを目視で観察することにより、その表面４２Ｍの状態（汚れレベル）を５段階で評価した。
【０１２７】
具体的には、外添剤が表面４２Ｍにほとんど付着していなかった場合には、帯電ローラ４１の表面４１Ｍに外添剤がほとんど付着しなかったため、その帯電ローラ４１の寿命が十分に長くなると判断したことにより、汚れレベルを「５」と評価した。外添剤が表面４２Ｍに極僅かに付着していた場合には、表面４１Ｍに外添剤が極僅かしか付着しなかったため、その帯電ローラ４１の寿命が長くなると判断したことにより、汚れレベルを「４」と評価した。
【０１２８】
外添剤が表面４２Ｍに僅かに付着していた場合には、表面４１Ｍに外添剤が僅かだけ付着したため、その帯電ローラ４１の寿命がやや長くなると判断したことにより、汚れレベルを「３」と評価した。外添剤が表面４２Ｍに付着していた場合には、表面４１Ｍに外添剤がある程度付着したため、その帯電ローラ４１の寿命が短くなると判断したことにより、汚れレベルを「２」と評価した。外添剤が表面４２Ｍにかなり付着していた場合には、表面４１Ｍに大量の外添剤が付着したため、その帯電ローラ４１の寿命が著しく短くなると判断したことにより、汚れレベルを「１」と評価した。
【０１２９】
すなわち、上記した５段階の評価結果（汚れレベル）は、その汚れレベルの値が大きいほど、帯電ローラ４１の表面４１Ｍに外添剤がほとんど吸着せず、または帯電ローラ４１の表面４１Ｍに外添剤が吸着してもクリーニングローラ４２が外添剤を十分に除去するため、その帯電ローラ４１の寿命が長くなることを表している。
【０１３０】
［考察］
表２および図６に示したように、画像の品質（画像欠陥の発生状況）は、帯電ローラ４１およびクリーニングローラ４２の物性（表面自由エネルギーＥ、動摩擦係数μおよび表面自由エネルギーＥと動摩擦係数μとの関係）に応じて変動した。
【０１３１】
具体的には、表２に示したように、表面自由エネルギーＥが５．００ｄｙｎ／ｃｍ以上であり、動摩擦係数μが０．４８〜０．８８であり、表面自由エネルギーＥおよび動摩擦係数μが式（１）に示した関係（Ｅ≦−６３μ＋６９）を満たしているという３つの条件が同時に満たされている場合（実験例１〜９）には、その３つの条件が同時に満たされていない場合（実験例１０〜１６）とは異なり、画像欠陥が発生しなかった。
【０１３２】
なお、図６中において破線Ｌ１〜Ｌ４により囲まれた範囲（網掛けが施された領域）は、画像欠陥が発生しなかった範囲を表している。破線Ｌ１は、表面自由エネルギーＥ＝５．００ｄｙｎ／ｃｍを表す直線である。破線Ｌ２は、動摩擦係数μ＝０．４８を表す直線であると共に、破線Ｌ３は、動摩擦係数μ＝０．８８を表す直線である。破線Ｌ４は、表面自由エネルギーＥ＝ｙおよび動摩擦係数μ＝ｘとした場合、ｙ＝−６３ｘ＋６９を表す直線である。
【０１３３】
特に、上記した３つの条件が同時に満たされている場合には、表面自由エネルギーＥが５．００ｄｙｎ／ｃｍ〜１３．４９ｄｙｎ／ｃｍであると（実験例１〜５，９）、汚れレベルが５になったため、クリーニングローラ４２の表面４２Ｍに外添剤がほとんど付着しなかった。これにより、帯電ローラ４１の表面４１Ｍに外添剤がほとんど付着しなかったため、その帯電ローラ４１の寿命が十分に長くなった。
【０１３４】
表２および図６に示した結果から、帯電ローラ４１およびクリーニングローラ４２の物性（表面自由エネルギーＥ、動摩擦係数μおよび表面自由エネルギーＥと動摩擦係数μとの関係）に関して上記した３つの条件が同時に満たされていると、画像の品質が改善された。よって、高品質な画像を形成することができた。
【０１３５】
以上、一実施形態を挙げながら本発明の態様に関して説明したが、その本発明の態様は、上記した態様に限定されない。
【０１３６】
具体的には、例えば、本発明の一実施形態の画像形成装置は、カラー方式に限られず、モノクロ方式でもよい。また、本発明の一実施形態の画像形成装置は、プリンタに限られず、複写機、ファクシミリおよび複合機などでもよい。さらに、例えば、本発明の一実施形態の画像形成装置は、中間転写媒体を用いない直接転写方式に限られず、その中間転写媒体を用いた中間転写方式でもよい。この他、本発明の一実施形態の帯電装置は、プリンタなどの画像形成装置以外の用途に用いられてもよい。
【符号の説明】
【０１３７】
３０…現像ユニット、４０…帯電ユニット、４１…帯電ローラ、４１Ｍ，４２Ｍ，３１１Ｍ…表面、４２…クリーニングローラ、６０…転写ユニット、７０…定着ユニット、３１１…感光体ドラム、４１１，４２１…シャフト、４１２，４２２…弾性層。
【図１】
2020106670.tif 000005
【図２】
2020106670.tif 000006
【図３】
2020106670.tif 000007
【図４】
2020106670.tif 000008
【図５】
2020106670.tif 000009
【図６】
2020106670.tif 000010