(57)【要約】  【課題】  帯電部材に付着した異物の除去性能を長期にわたって維持する。  【解決手段】  感光体ドラム１１に付着した外添剤は帯電ロール８１に転移・付着し、帯電ロール８１に転移・付着した外添剤はさらにクリーニングロール８２に転移・付着する。クリーニングロール８２に転移・付着した外添剤は、クリーニングロール８２に保持される間に凝集して凝集外添剤を形成し、形成された凝集外添剤は、今度はクリーニングロール８２から帯電ロール８１に転移・付着する。そして、帯電ロール８１に転移・付着した凝集外添剤は、さらに感光体ドラム１１に転移・付着する。帯電ロール８１に付着した凝集外添剤を感光体ドラム１１に転移させやすくするため、帯電ロール８１の表面に形成されるナイロン樹脂層８１ｃの水の接触角が、感光体ドラム１１の水の接触角よりも大きく設定される。  【選択図】  図２
2006330496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被帯電体を帯電する帯電装置であって、
前記被帯電体に対し回転可能に圧接配置され、所定の帯電バイアスが印加される帯電部材と、
前記帯電部材に対し回転可能に圧接配置され、前記被帯電体から当該帯電部材に付着した異物が転移せしめられ、転移せしめられた当該異物を凝集させることによって凝集体を形成し、形成した当該凝集体を当該帯電部材に転移させる一時回収体とを含み、
前記帯電部材における水の接触角が前記被帯電体における水の接触角よりも大きく設定されることにより、前記一時回収体から前記帯電部材に転移せしめられた前記凝集体が、前記被帯電体に転移せしめられることを特徴とする帯電装置。
【請求項２】
前記一時回収体は、多孔質弾性層を有することを特徴とする請求項１記載の帯電装置。
【請求項３】
前記一時回収体の前記多孔質弾性層におけるセル数が、４０(個/２５ｍｍ)以上且つ８０(個/２５ｍｍ)以下であることを特徴とする請求項２記載の帯電装置。
【請求項４】
前記帯電部材には、直流または直流に交流を重畳した帯電バイアスが印加されることを特徴とする請求項１記載の帯電装置。
【請求項５】
回転可能に配設され、トナー像が担持搬送される像担持体と、
前記像担持体に対し回転可能に圧接配置され、前記像担持体を帯電する帯電部材と、
前記帯電部材に対し回転可能に圧接配置されるとともに、前記帯電部材から転移した異物を一回転以上の期間保持した後、当該異物を前記帯電部材に転移させる回転体とを含み、
前記帯電部材における水の接触角が前記像担持体における水の接触角よりも大きく設定されることにより、前記回転体から前記帯電部材に転移せしめられた前記異物が、前記像担持体に転移せしめられることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
前記回転体は、前記異物を保持する間に当該異物を凝集させて凝集体を形成し、当該凝集体を前記帯電部材に転移させることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記回転体は、セル数が４０(個/２５ｍｍ)以上且つ８０(個/２５ｍｍ)以下の多孔質弾性層を備えることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記異物は、前記像担持体に形成されるトナー像を構成するトナーに添加される外添剤であることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記トナーの形状係数が１４０以下であることを特徴とする請求項８記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記外添剤は、形状係数が１４０以下であるシリカ(ＳｉＯ2)を含むことを特徴とする請求項８記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像担持体等の被帯電体を帯電する帯電装置等に係り、より詳しくは、被帯電体に接触して被帯電体を接触帯電する帯電装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子写真方式を用いたプリンタや複写機などの画像形成装置では、感光体ドラム等の像担持体上に静電潜像を形成した後、形成された静電潜像をトナーで現像するために、像担持体を予め所定の電位に帯電する帯電装置が用いられている。この種の帯電装置として、近年、帯電ロール等の接触帯電部材を用いた接触型帯電装置が種々提案され、また、実用化されてきている。帯電ロールを用いた接触型帯電装置では、像担持体の表面に弾性ロールを接触するように配置し、この帯電ロールにバイアス電圧を印加してその接触部近傍において帯電を行う。このような接触型帯電装置は、コロナ放電を利用するコロトロン等の非接触型帯電装置と比較して、オゾンや窒素酸化物等の放電生成物が生成されにくく、また、帯電装置自体を小型化できるという利点がある。一方、帯電ロールは像担持体に接触して配置されることから、像担持体に付着した残トナー等の異物が帯電ロールに転移して付着しやすくなる。このため、このような異物が付着した部位の帯電性能の変動に伴って異常放電や不安定な放電が発生し、カブリなどの画質欠陥が発生しやすくなるという問題があった。
【０００３】
このような問題を解決するため、帯電ロールの表面に固定されたスポンジ部材を押し付け、帯電ロールに付着した異物をスポンジ部材に転移・付着させる技術が提案されている(特許文献１参照。)。また、帯電ロールの表面に回転可能なクリーニングロールを接触配置し、帯電ロールに付着した異物をクリーニングロールに転移・付着させる技術が存在する(特許文献２参照。)。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１２２５０５号公報(第３−４頁、図５)
【特許文献２】特開平８−６２９４８号公報(第３−４頁、図１)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１では、スポンジ部材の同一部位にのみ異物が堆積していき、その結果、取りきれなくなった異物が帯電ロールの表面にスジ状に堆積して帯電不良を招くという問題があった。なお、この特許文献１では、連泡型のスポンジ部材を用いることにより、長期にわたってクリーニング性能が維持されるという記載があるが、連泡型のスポンジ部材内にも徐々に異物が蓄積されていくことになるため、最終的には異物が取りきれなくなってしまう。また、上記特許文献２では、クリーニングロールが回転するために上記特許文献１のような不具合は生じにくくなるものの、クリーニングロール表面に異物が徐々に堆積していくことについては変わりがなく、最終的には取りきれなくなった異物が帯電ロールの表面にスジ状に堆積し、帯電不良を招いてしまう。
【０００６】
また、最近では、トナーを含む現像剤に種々の外添剤が混入されている。これら外添剤はトナーと比べて著しく小さな粒径を有しているために、感光体ドラムに設けられたクリーナをすり抜けやすい。したがって、帯電ロールには多くの外添剤が付着しやすい。
【０００７】
本発明は、かかる技術的課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、帯電部材に付着した異物の除去性能を長期にわたって維持することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題に対し、本発明者が鋭意検討を行ったところ、像担持体を帯電する帯電部材に対し、回転部材を回転可能に圧接配置した場合に、像担持体から帯電部材を介して回転部材に転移・付着した外添剤等の異物が、回転部材上で凝集して凝集体を形成した後に再び帯電部材に戻され、さらに像担持体に戻されるという現象を確認した。その際、像担持体における離型性と帯電部材における離型性との関係に応じて、帯電部材から像担持体への異物の凝集体の転移のしやすさすなわち帯電部材のクリーニング性能が異なることを見出した。そして、本発明者は、離型性を示すパラメータの一つとして水の接触角に着目し、像担持体における水の接触角と帯電部材における水の接触角との関係と、帯電部材のクリーニング性能との間に所定の関係があることを知見し、本発明を案出するに至った。
【０００９】
かかる目的のもと、本発明は、被帯電体を帯電する帯電装置であって、被帯電体に対し回転可能に圧接配置され、所定の帯電バイアスが印加される帯電部材と、帯電部材に対し回転可能に圧接配置され、被帯電体から帯電部材に付着した異物が転移せしめられ、転移せしめられた異物を凝集させることによって凝集体を形成し、形成した凝集体を帯電部材に転移させる一時回収体とを含み、帯電部材における水の接触角が被帯電体における水の接触角よりも大きく設定されることにより、一時回収体から帯電部材に転移せしめられた凝集体が、被帯電体に転移せしめられることを特徴としている。
【００１０】
ここで、一時回収体は、多孔質弾性層を有することができる。また、一時回収体の多孔質弾性層におけるセル数が、４０(個/２５ｍｍ)以上且つ８０(個/２５ｍｍ)以下であることを特徴とすることができる。さらに、帯電部材には、直流または直流に交流を重畳した帯電バイアスが印加されることができる。
【００１１】
また、他の観点から捉えると、本発明が適用される画像形成装置は、回転可能に配設され、トナー像が担持搬送される像担持体と、像担持体に対し回転可能に圧接配置され、像担持体を帯電する帯電部材と、帯電部材に対し回転可能に圧接配置されるとともに、帯電部材から転移した異物を一回転以上の期間保持した後、異物を帯電部材に転移させる回転体とを含み、帯電部材における水の接触角が像担持体における水の接触角よりも大きく設定されることにより、回転体から帯電部材に転移せしめられた異物が、像担持体に転移せしめられることを特徴としている。
【００１２】
ここで、回転体は、異物を保持する間に異物を凝集させて凝集体を形成し、凝集体を帯電部材に転移させることができる。また、回転体は、セル数が４０(個/２５ｍｍ)以上且つ８０(個/２５ｍｍ)以下の多孔質弾性層を備えることができる。さらに、異物は、像担持体に形成されるトナー像を構成するトナーに添加される外添剤であることを特徴とすることができる。この場合に、トナーの形状係数が１４０以下であることを特徴とすることができ、また、外添剤は、形状係数が１４０以下であるシリカ(ＳｉＯ2)を含むことを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、帯電部材における水の接触角を被帯電体(像担持体)における水の接触角よりも大きく設定することで、一時回収体(回転体)から帯電部材に転移した異物の凝集体を被帯電体(像担持体)に転移させやすくすることができ、その結果、帯電部材に付着した異物の除去性能を長期にわたって維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態(以下、実施の形態という)について詳細に説明する。
図１は本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成を示した図であり、回転式(ロータリ)現像装置を用いたデジタルカラープリンタを示している。図１に示す画像形成装置は、本体１に、静電潜像を形成してトナー像を担持させる被帯電体あるいは像担持体である感光体ドラム１１、帯電ロールを用いて感光体ドラム１１に電荷を与えて帯電させる帯電装置１２、図示しない画像処理装置(ＩＰＳ：Image Processing System)からの画像信号に基づいて、帯電された感光体ドラム１１を例えばＲＯＳ(Raster Output Scanner)を用いて露光する露光装置１３、露光装置１３によって感光体ドラム１１上に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置１４を備えている。
【００１５】
この現像装置１４は、回転式(ロータリ)現像装置であり、イエロー(Ｙ)、マゼンタ(Ｍ)、シアン(Ｃ)、黒(Ｋ)の４色のトナー像を形成するために、各々の色のトナーを含んだ４つの現像器５０が備えられ、感光体ドラム１１を現像する現像ロール５１が現像装置１４の周上に設けられている。現像装置１４は、現像装置中心１４ａを中心として、９０度ずつ回動することで所望の現像器５０が備える現像ロール５１を感光体ドラム１１に対峙させている。より具体的には、１つのプリント出力に対して、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの現像器５０を、この順に感光体ドラム１１に対峙させ、フルカラーの出力を可能としている。また、各々の現像器５０は、現像装置中心１４ａに配置されたコイルスプリング５５によって法線上に押圧され、位置決めのためのトラッキングロールが感光体ドラム１１に確実に当接できるように構成されている。感光体ドラム１１は、図の矢印方向(時計方向)に回動し、現像装置１４は、感光体ドラム１１の回動(時計方向)とは接線方向の動きが同じとなるように、反時計方向に回動する。
【００１６】
また、感光体ドラム１１上における現像装置１４の下流側には、現像器５０によって現像されて感光体ドラム１１上に形成されたトナー像を一旦保持する中間転写ベルト１５、中間転写ベルト１５上に重畳されて形成されたトナー像を用紙に転写する二次転写ロール１６、用紙上に形成されたトナー像を加熱および押圧して定着する定着装置１７を備えている。また、感光体ドラム１１の周りには、中間転写ベルト１５への一次転写の後に感光体ドラム１１上に残ったトナー(残留トナー)を掻き取るクリーニングブレード１８、このクリーニングブレード１８より掻き取られたトナーを回収してトナーを溜めるトナー回収ボトル１９を備えている。中間転写ベルト１５は、１つのプリント画像を形成する際に４回転する。二次転写ロール１６は、最初の３回転の間、即ち、Ｙ、Ｍ、Ｃのトナー像を保持する際には中間転写ベルト１５から離間しており、最後のＫのトナー像が重畳されるにあたって、中間転写ベルト１５に接触するように構成されている。
【００１７】
中間転写ベルト１５は、感光体ドラム１１に対して所定範囲だけ巻きつくように、ラップ状に接触(当接)し、所謂ラップ転写を可能としている。この中間転写ベルト１５は、例えば、０.５ｍｍ程度の厚さ、および周長４４３ｍｍであり、耐油性および耐候性に優れているクロロプレンや、耐候性に優れているＥＰＤＭ等が用いられている。本実施の形態では、中間転写ベルト１５自身に駆動源を設けず、ラップによる接触を利用して感光体ドラム１１の回転に従動するように構成されており、接触部分の回転方向が同じとなるように、反時計方向に回動している。
【００１８】
この中間転写ベルト１５の内側には、感光体ドラム１１における回動の上流側にて中間転写ベルト１５のラップ位置を特定するラップインロール２１、感光体ドラム１１に形成されたトナー像を中間転写ベルト１５上に転写させる一次転写ロール２２、ラップ位置の下流側にて中間転写ベルト１５のラップ位置を特定するラップアウトロール２３を備えている。一次転写ロール２２には、一次転写を助けるために所定の一次転写バイアスが付与されている。また、ラップインロール２１およびラップアウトロール２３は、ＧＮＤまたはフローティングの状態に置かれている。
【００１９】
更に、中間転写ベルト１５の内側には、二次転写ロール１６による二次転写を助けるバックアップロール２４が設けられている。二次転写ロール１６およびバックアップロール２４によって二次転写が行なわれる二次転写部にて、このバックアップロール２４と二次転写ロール１６との間には、所定の電位差が必要であり、例えば一方の二次転写ロール１６を高圧に接続した場合には、対向する他方のバックアップロール２４はＧＮＤに接続されている。
【００２０】
中間転写ベルト１５上における二次転写部の下流側には、二次転写の後に中間転写ベルト１５上のトナーを取り除く中間転写体クリーナ３０が設けられている。この中間転写体クリーナ３０は、二次転写の後に残ったトナーを掻き取るスクレーパ２５、スクレーパ２５によるクリーニングにて残ったトナーを更に掻き取るためのブラシロール２６、スクレーパ２５およびブラシロール２６により掻き取られたトナーを回収する第２トナー回収ボトル２９を備えている。中間転写ベルト１５の内側には、このスクレーパ２５によるクリーニング作業を助けるクリーニングバックアップロール２７、ブラシロール２６によるクリーニング作業を助けるクリーニングバックアップロール２８を備えている。
【００２１】
スクレーパ２５は、例えばステンレス等の厚さ０.１ｍｍ程度の薄板からなり、所定の電界がかけられている。また、ブラシロール２６は、導電性の処理がなされたナイロン、アクリル等のブラシであり、駆動源からの動力を受けて回転駆動し、掻き落としたトナーは、第２トナー回収ボトル２９に設けられた窓から第２トナー回収ボトル２９内に収容される。スクレーパ２５およびブラシロール２６は、二次転写ロール１６が中間転写ベルト１５に接触して二次転写を行なった後の中間転写ベルト１５上の残留トナーを掻き取る。そのために、画像形成の最初では、重畳途中のトナー像が掻き取られることのないように中間転写ベルト１５から離間しており、所定のタイミングで、これらが一体となって中間転写ベルト１５に接触するように構成されている。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態では、中間転写ベルト１５を比較的細長くなるレイアウトとし、ラップインロール２１、ラップアウトロール２３、バックアップロール２４、クリーニングバックアップロール２７、およびクリーニングバックアップロール２８などによって中間転写ベルト１５を扁平支持している。そして、この扁平支持された中間転写ベルト１５の長手方向の一方の端に、二次転写ロール１６が当接する二次転写部を設け、長手方向の他の一方の端に、中間転写体クリーナ３０を配設した。そして、中間転写ベルト１５が感光体ドラム１１に対してラップ状に当接する位置の近くに、二次転写ロール１６が当接する二次転写部を設けている。言い換えると、感光体ドラム１１が、中間転写体クリーナ３０が設けられている位置よりも、二次転写ロール１６が当接する二次転写部により近い位置に配置されている。このように、本実施の形態では、各色ごとに回動する中間転写ベルト１５を用いた装置にて、ラップ状に感光体ドラム１１と中間転写ベルト１５とが当接する一次転写部の直後に(比較的近傍に)二次転写部を設けるといったレイアウトを採用している。
【００２３】
用紙搬送系としては、用紙やＯＨＰシートなどの各種記録媒体を収容する給紙カセット３１、この給紙カセット３１から用紙を繰り出して給紙するフィードロール３２、給紙される用紙を１枚ずつ捌くリタードロール３３、給紙カセット３１からフィードロール３２等を介して搬送された用紙に対して転写のためのタイミングを取り、位置合わせを行なうためのレジロール３４、定着装置１７内に設けられ、用紙上に形成されたトナー像を熱するヒートロール３５、ヒートロール３５に対向して設けられ加熱に際して用紙を押圧するプレッシャロール３６、定着された後に用紙を機外に排出する排出ロール３７、装置上部に設けられ、排出ロール３７により排出された用紙を集積(スタック)する排出トレイ３８を備えている。
【００２４】
また、図１に示すように、本実施の形態が適用される画像形成装置は、縦方向の用紙搬送パスとして、用紙搬送路７０が設けられている。この用紙搬送路７０は、装置内に設けられる搬送ガイド７１と、箱体であるトナー回収ボトル１９の外壁とによって構成されている。即ち、本実施の形態では、レジロール３４と二次転写部との間に設けられ、略鉛直方向の下方から上方に向けて用紙を搬送する用紙搬送路７０を、その一面をトナー回収ボトル１９の外壁によって形成し、他の一面を搬送ガイド７１によって構成している。
【００２５】
更に、本実施の形態が適用される画像形成装置は、画像形成装置の各部材の動きを制御する制御部４０、中間転写ベルト１５に隣接して設けられ中間転写ベルト１５上に形成されたトナーのパッチを検出する反射型フォトセンサである位置センサ４１を備えている。この位置センサ４１は、中間転写ベルト１５の長手方向に形成されたパッチを読み取ることで、中間転写ベルト１５の回転方向における位置を検出することが可能である。より具体的には、位置センサ４１によってパッチが検出されたところから所定のタイミングで露光することで、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの位置合わせを可能としている。また、この位置センサ４１の出力に基づいて、中間転写ベルト１５上に形成されたトナーの濃度検知を行い、この検知結果から制御部４０による濃度制御を実行することも可能である。
【００２６】
次に、図１に示す画像形成装置を用いた画像形成プロセスについて説明する。画像形成装置では、外部接続されたＰＣ(パーソナルコンピュータ)や画像読取装置等からの出力要求を受け、制御部４０からの指示に基づき、画像形成プロセスが開始される。フルカラーのプリント出力の場合、現像装置１４は、まず、イエロー(Ｙ)の現像器５０を感光体ドラム１１に対峙させるように回動する。最初に、イエローのトナー像を形成する際、時計方向に回動する感光体ドラム１１は、帯電装置１２にて帯電された後、露光装置１３からの例えばレーザ光によって、露光部にてイエローに対応する画像情報に基づく露光が行なわれ、静電潜像が形成される。その後、現像ロール５１によって現像が実行された後、ラップ状の接触範囲(ラップ範囲)にて中間転写ベルト１５にイエローのトナー像が転写される。このとき、二次転写ロール１６、スクレーパ２５およびブラシロール２６は中間転写ベルト１５からはリトラクト(離間)しており、これらによって中間転写ベルト１５上のトナー像が掻き取られることはない。
【００２７】
一次転写を終えた感光体ドラム１１の表面は、クリーニングブレード１８によって残ったトナーが掻き取られ、次のトナー像形成のために帯電装置１２との対向部へ移動する。このクリーニングブレード１８によって掻き取られた残留トナーは、トナー回収ボトル１９に溜められる。また、現像のタイミングに間に合うようにして現像装置１４が回動して、マゼンタの現像器５０が感光体ドラム１１に対峙する。露光装置１３によってマゼンタの画像情報に基づく露光が行なわれた潜像から、順に、マゼンタのトナー像が形成されて中間転写ベルト１５に重畳される。同様にして、シアン、黒のトナー像が、順次、中間転写ベルト１５上に重畳されて一次転写が終了する。
【００２８】
二次転写ロール１６は、露光装置１３によるシアンのトナー像に対する一次転写が終了し、シアンまでが重畳されたトナー像が二次転写部(二次転写ロール１６によって二次転写が行なわれる場所)を通過した後のインターイメージにて、黒の静電潜像を形成するための露光(黒の露光)を開始する前に、中間転写ベルト１５に対してアドバンスし(押し出し)、二次転写ロール１６が中間転写ベルト１５に当接(コンタクト)した状態で、二次転写に備える。また、スクレーパ２５およびブラシロール２６は、黒の露光が終了した後、クリーナ部(スクレーパ２５およびブラシロール２６によるクリーナが行なわれる場所)がインターイメージであるときに、中間転写ベルト１５に対してアドバンスする。このインターイメージは、中間転写ベルト１５や感光体ドラム１１上においてトナー像が形成されていない(トナー像の形成が予定されていない)領域部分、露光による書き込みが予定されていない部分と言うことができる。
【００２９】
一方、給紙カセット３１からは、制御部４０による制御に基づいて所定のタイミングでフィードロール３２が駆動され、順次、用紙が取り出されるとともに、リタードロール３３により１枚ずつに捌かれ、レジロール３４へ到達する。レジロール３４は、二次転写部における二次転写のタイミングに合わせて回転し、所定のタイミングで用紙を二次転写部へ送り出すように機能している。給紙カセット３１に収容された用紙は、搬送装置によって略鉛直方向に搬送され、二次転写ロール１６およびバックアップロール２４による二次転写部に搬送され、トナー像が転写される。
【００３０】
二次転写部にてトナー画像が転写された用紙は、定着装置１７に搬送される。定着装置１７にて、用紙上のトナー像は、ヒートロール３５により加熱され、プレッシャロール３６により用紙に押圧されて、定着される。その後、排出ロール３７を経て装置外に出力され、本体１の上部に設けられた排出トレイ３８に収容される。以上のようにして、一枚のカラープリントを出力する際の画像形成プロセスが終了する。このように、本実施の形態では、本体１のサイズを非常に小さくし、比較的細長い、扁平状にされたレイアウトを有する中間転写ベルト１５を用い、縦パスの搬送にて二次転写を行っている。
【００３１】
次に、感光体ドラム１１、帯電装置１２、現像装置１４、および中間転写ベルト１５の構成について詳述する。
図２は、感光体ドラム１１、帯電装置１２、現像装置１４、および中間転写ベルト１５の関係を説明するための図である。感光体ドラム１１は、直径４７ｍｍ程度の管状部材であり、アルミパイプの表面に感光層が形成され、そのアルミパイプの両端に設けられたアルミ製のフランジ(図示せず)を介して、中心部の軸１１ａからモータ(図示せず)の駆動力を受けている。例えば、Ａ４縦方向の長さ(２９７ｍｍ)のカラー画像を１分間に５枚(５ｐｐｍ)の速さでプリントアウトする場合には、感光体ドラム１１上にて４色の画像×５枚の２０画像を１分間に形成する必要がある。感光体ドラム１１は１画像の形成で３回転、即ち、約１５０ｍｍ/ｓｅｃ、毎秒１回転程度で回転するように構成されている。また、感光体ドラム１１の偏芯等による色ずれを軽減するために、感光体ドラム１１上における画像の形成位置を各色で同じ場所に形成することが望ましい。
【００３２】
帯電装置１２は、感光体ドラム１１に接触配置される帯電部材としての帯電ロール８１と、この帯電ロール８１に接触配置される回転部材あるいは回転体としてのクリーニングロール８２とを有している。帯電ロール８１は、金属製の回転軸８１ａと、この回転軸８１ａの周面に形成されるエピクロルヒドリンゴム層８１ｂと、このエピクロルヒドリンゴム層８１ｂの周面に形成されるナイロン樹脂層８１ｃとを備えている。一方、クリーニングロール８２は、金属製の回転軸８２ａと、この回転軸８２ａの周面に形成される多孔質弾性層としての発泡ポリウレタン層８２ｂとを有している。ここで、帯電ロール８１は特に駆動源を持たず、当接する感光体ドラム１１の回転に伴って従動回転するようになっている。また、クリーニングロール８２も特に駆動源を持たず、当接する帯電ロール８１の回転に伴って従動回転するようになっている。そして、帯電ロール８１の直径は例えば１０ｍｍであり、クリーニングロール８２の直径は帯電ロール８１よりも小さい６ｍｍである。このように帯電ロール８１およびクリーニングロール８２の直径を定めることで、帯電ロール８１の回転に伴って従動回転するクリーニングロール８２の駆動に必要なトルクを低減している。
また、帯電ロール８１には、図示しない帯電電源が接続されており、直流電圧(−５５０Ｖ)に交流電圧(ピークトゥピーク値１５００Ｖ以上)の帯電バイアスが印加されている。一方、クリーニングロール８２には特にバイアスは印加されていないが、帯電ロール８１の回転軸８１ａおよびクリーニングロール８２の回転軸８２ａは同一の軸受けにて回転可能に軸支されており、その結果、クリーニングロール８２は帯電ロール８１と同電位になっている。
【００３３】
現像装置１４を構成する各々(Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ)の現像器５０は、現像剤を担持する現像剤担持体である現像ロール５１、現像ロール５１と感光体ドラム１１との距離を一定に保つための位置決め部材であるトラッキングロール５２、現像ロール５１に供給される現像剤を撹拌するサプライオーガ５３およびアドミックスオーガ５４を各々備えている。現像ロール５１は、例えば直径１６ｍｍの管状部材からなり、内部に配設されるマグネットロール(図示せず)によって、現像剤中に含まれるキャリアを磁力で吸着し、この現像ロール５１の表面に現像剤の磁気ブラシを形成して、キャリアに吸着したトナーを感光体ドラム１１の現像領域へと搬送している。このようにして形成された磁気ブラシは、感光体ドラム１１の表面に穂先が接触して現像するために、感光体ドラム１１と現像ロール５１との距離は、ある一定の間隔に常時、保たれている必要がある。
【００３４】
そこで、現像ロール５１の両端部(装置のＩｎ側とＯｕｔ側、または装置の右側と左側)に、この現像ロール５１よりも若干(０.３ｍｍ程度)半径の大きなトラッキングロール５２が、現像ロール５１と同軸に設けられている。例えば現像ロール５１をφ１６ｍｍとすると、トラッキングロール５２はφ１６.６ｍｍとなる。このトラッキングロール５２としては、ポリアセタールなどの合成樹脂製のものが用いられ、現像装置１４に配置される４つの現像器５０の各々に設けられている。現像装置１４は、現像器５０の切り替えに際して、０.７秒に９０度の回転速度で所望の現像ロール５１を感光体ドラム１１に対峙させている。このとき、トラッキングロール５２は、周上に軌跡を描いて感光体ドラム１１に当接するとともに、図１に示したコイルスプリング５５による所定の弾性力によって、衝撃が低減されて感光体ドラム１１に当接する。
【００３５】
一方、中間転写ベルト１５は、ラップインロール２１およびラップアウトロール２３とによって、図２に示すようなラップ範囲に対して感光体ドラム１１を覆うようにして接触している。ラップインロール２１およびラップアウトロール２３は、感光体ドラム１１とは接触しておらず、感光体ドラム１１のふらつき等による中間転写ベルト１５の挟み込みを防止して、中間転写ベルト１５に対するダメージを抑制している。図２に示すようなラップ範囲(ラップ状の接触範囲)は、感光体ドラム１１の周縁部にて、約９０度程度の角度で形成される弧の範囲である。この中間転写ベルト１５は弾性ベルトであり、比較的強い荷重で感光体ドラム１１を押圧している。特に、本実施の形態では、中間転写ベルト１５自身に駆動力を与えておらず、感光体ドラム１１の駆動を受けて中間転写ベルト１５は従動するように構成されている。
【００３６】
次に、図１に示した本実施の形態における画像形成装置の保守性について説明する。図３は、本実施の形態における画像形成装置の保守作業を説明するための図である。図３に示す画像形成装置では、本体１の回動支点６１を中心として、本体１における筐体の一部である開閉カバー６２を開閉させることが可能である。開閉カバー６２には、排出トレイ３８が含まれているとともに、この排出トレイ３８の裏側に設けられた位置センサ４１も同時に開閉される。この回動支点６１は、現像装置中心１４ａと同程度の高さに設けられており、この回動支点６１を中心として開閉カバー６２を開放することが可能である。開閉カバー６２による装置の開放部をこのように形成することによって、現像装置１４よりも上方にある部材、例えば、中間転写ベルト１５や中間転写体クリーナ３０の挿脱を容易に行なうことができる。
【００３７】
ユーザやサービス作業者が保守作業を行なう場合には、まず、例えば本体１の装置上面における開閉カバー６２の一部を掴み、図３に示す(i)の方向に対して、本体１における開閉カバー６２を、回動支点６１を中心に回動させる。開閉カバー６２の回動によって、装置内部、即ち、中間転写ベルト１５や中間転写体クリーナ３０などの画像形成部位の配置上方が開放される。本実施の形態の画像形成装置における各部材の配置では、現像装置１４と中間転写ベルト１５や中間転写体クリーナ３０などが上下方向にレイアウトされている。また、中間転写ベルト１５や中間転写体クリーナ３０などが本体１における筐体の近傍に設けられ、特に、中間転写ベルト１５と、筐体を形成する排出トレイ３８とが略並行になるように配置されている。そのために、排出トレイ３８を含む開閉カバー６２を回動することによって、現像装置１４の上方にある中間転写手段の上方が開放された状態になる。
【００３８】
次に、図３に示す(ii)のように、交換部品であるカートリッジ６３が取り出される。本実施の形態にて、カートリッジ６３としては、中間転写ベルト１５およびこの中間転写ベルト１５の内側にある各種ロール(２１〜２４、２７、２８)、中間転写ベルト１５の中間転写体クリーナ３０、中間転写ベルト１５に接触する感光体ドラム１１、感光体ドラム１１に接触して帯電する帯電装置１２、および感光体ドラム１１をクリーニングするクリーニングブレード１８を含むトナー回収ボトル１９が該当する。これらの交換部品は、カートリッジ化されて一体となっている。
【００３９】
これらの交換部品であるカートリッジ６３は、開閉カバー６２の開放によって上方が開放され、図３に示す(ii)の矢印方向に一体的に引き上げ可能となり、本体１から離脱させることができる。即ち、開閉カバー６２の開放によって、本体１の他の機構部と干渉することがなく、カートリッジ６３をスムーズに取り出すことができる。本実施の形態では、交換部品でない現像装置１４の鉛直上方に、交換部品である中間転写ベルト１５を配置している。また、用紙の搬送路として、縦方向の用紙パスを採用しており、定着装置１７を図１に示す右上に配置している。そのために、カートリッジ６３の取り出し方向は、図３に示す(ii)の矢印方向とすることが好ましい。
【００４０】
また、カートリッジ６３を取り出した後、図３の(iii)に示すように、トナー回収ボトル１９だけをカートリッジ６３から取り外すことができる。これによって、感光体ドラム１１や中間転写ベルト１５などが寿命に達していない状態にて、トナー回収ボトル１９が廃トナーで満杯になった場合などに、トナー回収ボトル１９だけをカートリッジ６３から取り外して交換することも可能である。
【００４１】
次に、図４を参照しながら、このデジタルカラープリンタで用いられる現像剤Ｄについて詳細に説明する。現像剤Ｄは、図４(ａ)に示すように、磁性を有するキャリアＣと、イエロー、マゼンタ、シアン、あるいは黒に着色されたトナーＴとを含んでいる。また、現像剤Ｄは、図４(ｂ)に示すように外添剤Ｓを含んでいる。
【００４２】
現像剤Ｄにおいて、キャリアＣとしては、平均粒径が約３５μｍのフェライトビーズが用いられる。
また、外添剤Ｓとしては、平均粒径５〜２００ｎｍのシリカ(ＳｉＯ2)、チタニア(ＴｉＯ2)、およびセリア(ＣｅＯ2)等の無機微粒子が用いられる。
さらに、トナーＴは、負極性に帯電する極性を有するものであって、懸濁重合法、乳化凝集合一法、溶解懸濁法等により、ポリエステルやスチレンアクリルなどのバインダ樹脂に着色剤、ワックスを内添してなる微粒子である。粒径は、コールターカウンター(コールター社製)による測定結果で体積平均粒径が約６.４μｍであった。トナー形状(球形の度合)は形状係数で表し、光学顕微鏡(ミクロフォトＦＸＡ:ニコン社製)で得たトナーの拡大写真を、イメージアナライザＬｕｚｅｘ３(ニレコ社製)により画像解析を行い、次の式で算出した。
【００４３】
【数１】
2006330496.tif 000003
【００４４】
この式は、トナーＴの投影面積と、それに外接する円の面積との比で表しており、真球の場合に１００となり、形状が球形から離れるにつれて数字が大きくなっていく。形状係数が小さければ、転写の際に転写されずに残る残留トナーの量が減少していくため、トナーＴの形状係数は１００〜１４０程度であることが望ましく、本実施の形態では、トナーＴの形状係数は１３４であった。なお、トナーＴの体積平均粒径は、良好な画像を形成するという観点からすれば、３〜１０μｍの範囲内であることが好ましい。
【００４５】
ここで、表１には、本実施の形態で用いたマゼンタの現像剤Ｄの構成例を示している。なお、シアンの現像剤Ｄでは赤色顔料が青色顔料、イエローの現像剤Ｄでは赤色顔料が黄色顔料、黒の現像剤Ｄでは赤色顔料がポリエチレンとなる。
【００４６】
【表１】
2006330496.tif 000004
【００４７】
また、表２には、本実施の形態で用いたマゼンタのトナーＴの構成例を示している。上述した現像剤Ｄの場合と同様、シアンのトナーＴでは赤色顔料が青色顔料、イエローのトナーＴでは赤色顔料が黄色顔料となる。さらに、表３には、黒のトナーＴの構成例を示している。
【００４８】
【表２】
2006330496.tif 000005
【００４９】
【表３】
2006330496.tif 000006
【００５０】
さらに、外添剤Ｓについては、トナーＴに対し、シリカを１.４８重量％だけ添加している。また、シリカの他に、チタニアを０.８重量％、そしてセリアを０.７重量％、それぞれ添加している。
ここで、外添剤Ｓとして使用されるシリカの平均粒径は１００ｎｍ、その形状係数は１４０以下であり、略球形となっている。
【００５１】
次に、上述した画像形成プロセスにおける現像剤Ｄ(キャリアＣ、トナーＴ、および外添剤Ｓ)の挙動について説明する。
現像器５０内において、各色の現像剤Ｄはサプライオーガ５３およびアドミックスオーガ５４によって攪拌搬送され、キャリアＣとトナーＴとが摩擦されることによってトナーＴが負極性に帯電せしめられる。このようにして攪拌搬送された現像剤Ｄは、現像ロール５１に転移して搬送され、感光体ドラム１１との対向部で磁気ブラシを形成し、感光体ドラム１１上の静電潜像を現像する。このとき、一部のトナーＴおよびこのトナーＴに付着した外添剤Ｓは感光体ドラム１１上に転移するが、残りのトナーＴ、キャリアＣおよび外添剤Ｓは現像ロール５１上に残る。
【００５２】
次に、感光体ドラム１１に転移・付着したトナーＴおよび外添剤Ｓは、感光体ドラム１１の回転に伴って中間転写ベルト１５と接するラップ範囲まで搬送され、感光体ドラム１１上のトナーＴのほとんどは中間転写ベルト１５に一次転写される。このとき、トナーＴに付着した外添剤Ｓの一部も中間転写ベルト１５側に転移する。一方、一次転写後の感光体ドラム１１表面には、一次転写されなかったトナーＴと外添剤Ｓとが残存する。ここで、本実施の形態では、外添剤ＳがトナーＴの離型性を高めるための転写補助剤として機能しており、外添剤Ｓが一次転写後の感光体ドラム１１に残りやすくなっている。
【００５３】
そして、一次転写後に中間転写ベルト１５上に残ったトナーＴおよび外添剤Ｓは、感光体ドラム１１の回転に伴ってクリーニングブレード１８との対向部まで到達する。このとき、感光体ドラム１１に付着したトナーＴおよびこのトナーＴに付着した外添剤Ｓは、クリーニングブレード１８によって掻き取られる。一方、例えば感光体ドラム１１に直接付着した外添剤Ｓは、その粒径が小さいためにクリーニングブレード１８をすり抜け、さらなる感光体ドラム１１の回転に伴って帯電ロール８１との対向部(帯電ニップ部)まで搬送される。このとき、外添剤Ｓに含まれるチタニアやセリアは、だいたいがトナーＴに付着した状態を維持しており、そのほとんどがトナーＴとともにクリーニングブレード１８によって掻き取られる。一方、外添剤Ｓに含まれるシリカは、トナーＴに付着していないものが多く、その多くがクリーニングブレード１８をすり抜ける。本発明者の調査によれば、クリーニングブレード１８をすり抜け、帯電ロール８１に転移・付着する外添剤Ｓの９０％以上がシリカである。
【００５４】
帯電ニップ部に搬送された外添剤Ｓは、感光体ドラム１１から帯電ロール８１に転移・付着する。帯電ロール８１に付着した外添剤Ｓは、帯電ロール８１の回転に伴ってクリーニングロール８２との対向部(クリーニングニップ部)まで搬送される。そして、クリーニングニップ部に搬送された異物としての外添剤Ｓは、帯電ロール８１からクリーニングロール８２へと転移・付着する。
【００５５】
ここで、帯電ロール８１に付着した外添剤Ｓの挙動を説明するために、本発明者が行った実験について説明する。本発明者は、帯電ロール８１の外周面に予め多量の外添剤Ｓを付着させた状態で感光体ドラム１１を空回転させることで、帯電ロール８１およびクリーニングロール８２を従動回転させ、外添剤Ｓの挙動を観察した。
【００５６】
図５は、帯電ロール８１とクリーニングロール８２とが接するクリーニングニップ部よりも上流側(プレニップ側)の帯電ロール８１の表面を撮影したＳＥＭ(Scanning Electron Microscope)写真である。図５より、クリーニングニップ部のプレニップ側では、帯電ロール８１に多量の外添剤Ｓ(白い点で示される)が付着していることがわかる。また、図６は、上記クリーニングニップ部よりも下流側(ポストニップ側)の帯電ロール８１の表面を撮影したＳＥＭ写真である。図６より、クリーニングニップ部のポストニップ側では、多くの外添剤Ｓがクリーニングロール８２側に転移したために帯電ロール８１に付着する外添剤Ｓの量が減少していること、および、新たに凝集して巨大化した外添剤Ｓ(白い巨大な点で示される：以下の説明では凝集外添剤ＧＳという)が付着していることがわかる。なお、この凝集外添剤ＧＳの径は数μｍ〜１０μｍ程度であり、外添剤Ｓ単体の粒径(シリカの場合１００ｎｍ)に比べ非常に大きなものとなっている。さらに、図７は、感光体ドラム１１と帯電ロール８１とが接する帯電ニップ部よりも下流側(ポストニップ側)の感光体ドラム１１の表面を撮影したＳＥＭ写真である。図７より、帯電ニップ部のポストニップ側では、帯電ロール８１に付着していた凝集外添剤ＧＳが感光体ドラム１１に転移・付着していることがわかる。
【００５７】
図５〜図７に示すＳＥＭ写真より、外添剤Ｓは、帯電ロール８１およびクリーニングロール８２間で、図８に示すような挙動を行っているものと考えられる。
感光体ドラム１１(図２参照)から帯電ロール８１に転移・付着した異物としての外添剤Ｓは、帯電ロール８１の回転に伴ってクリーニングニップ部Ｎに到達し、帯電ロール８１からクリーニングロール８２に転移・付着する。クリーニングロール８２に付着した外添剤Ｓは、クリーニングロール８２の回転に伴って搬送されるが、この間に、クリーニングロール８２上で外添剤Ｓ同士が凝集し、凝集体としての凝集外添剤ＧＳを形成する。このように外添剤Ｓが凝集するのは、外添剤Ｓの粒径が小さく且つ略球形であるために、ファンデルワールス力が強く働き、且つ、外添剤Ｓ単体では不安定になりやすいためであると考えられる。また、本実施の形態では、クリーニングロール８２の表面に多孔質弾性層である発泡ポリウレタン層８２ｂを形成しているため、発泡ポリウレタン層８２ｂ表面に存在する発泡孔Ａ内に外添剤Ｓが集まりやすくなることも一つの理由であると考えられる。
【００５８】
そして、クリーニングロール８２に付着した凝集外添剤ＧＳは、クリーニングロール８２の回転に伴って再びクリーニングニップ部Ｎに到達する。ここで、クリーニングロール８２は帯電ロール８１に所定の圧力で押圧されており、また、クリーニングロール８２は発泡ポリウレタン層８２ｂを有している。このため、クリーニングニップ部Ｎにおいて、発泡ポリウレタン層８２ｂは圧縮され、発泡部Ｆがつぶされた状態になっている。そして、クリーニングニップ部Ｎを通過した後、発泡ポリウレタン層８２ｂは自身が有する弾性力(反発力)により元の状態に復元されようとする。このとき、クリーニングロール８２(発泡ポリウレタン層８２ｂ)の外周面に担持される凝集外添剤ＧＳは、この弾性力によって外側に向けて付勢され、クリーニングロール８２の表面からはじき出される。
【００５９】
クリーニングロール８２からはじき出された凝集外添剤ＧＳは、今度は帯電ロール８１に転移・付着する。そして、帯電ロール８１に付着した凝集外添剤ＧＳは、帯電ロール８１の回転に伴って感光体ドラム１１(図２参照)と対向する帯電ニップ部まで搬送され、さらに感光体ドラム１１へと転移・付着する。その後、感光体ドラム１１(図２参照)に付着した凝集外添剤ＧＳは、例えば現像器５０によって回収されたり、中間転写ベルト１５に一次転写されたりすることになる。
【００６０】
このように、本実施の形態では、帯電ロール８１からクリーニングロール８２に転移・付着した外添剤Ｓが、クリーニングロール８２上で凝集して凝集外添剤ＧＳを形成し、その後再び帯電ロール８１上に戻されている。このため、クリーニングロール８２に外添剤Ｓが堆積して目詰まりを起こすといったことがなく、クリーニングロール８２のクリーニング性能を長期にわたって維持することができる。したがって、帯電ロール８１の表面はきれいな状態が維持されることになり、帯電ロール８１の帯電性能を長期にわたって維持することが可能となる。
また、帯電ロール８１に転移・付着した凝集外添剤ＧＳは、その後、感光体ドラム１１(図２参照)に転移する。したがって、帯電ロール８１に凝集外添剤ＧＳが付着したままとなって、帯電不良が発生するといった事態を防止することができる。
【００６１】
特に、本実施の形態では、外添剤ＳとしてトナーＴとの離型性がよいシリカを用いているために、一次転写後の感光体ドラム１１にシリカが残りやすい。そして、感光体ドラム１１(図２参照)上に残ったシリカは、クリーニングブレード１８をすり抜けて帯電ロール８１に付着しやすい。これに対し、本実施の形態では、上述したクリーニングロール８２を用いて帯電ロール８１のクリーニングを行っているため、帯電ロール８１に多量のシリカが付着し、帯電不良を生じさせるという事態を防止することができる。
【００６２】
なお、粉砕法で製造された不定型な外添剤Ｓでは、外添剤Ｓ同士が密になりにくいために外添剤Ｓ同士に働く凝集力が弱くなる。このような場合には、凝集外添剤ＧＳが形成されにくくなる。また、不定型な外添剤Ｓでは、外添剤Ｓ自身がクリーニングロール８２の発泡ポリウレタン層８２ｂに突き刺さってしまうことも考えられる。すると、凝集外添剤ＧＳが形成されたとしてもクリーニングロール８２から剥がれにくくなってしまう。したがって、凝集性および剥離性を考慮すると、外添剤Ｓとして形状係数が１４０以下である略球形のものを使用することが好ましいといえる。
【００６３】
このように、本実施の形態では、帯電ロール８１に付着した外添剤Ｓをクリーニングロール８２の発泡ポリウレタン層８２ｂに転移させ、発泡ポリウレタン層８２ｂ上に転移・付着した外添剤Ｓによって凝集外添剤ＧＳを形成させ、形成された凝集外添剤ＧＳをクリーニングロール８２の反発力によって帯電ロール８１に再び転移させている。したがって、外添剤Ｓの凝集や凝集外添剤ＧＳの再転移には、発泡ポリウレタン層８２ｂが重要な役割を担っているといえる。
【００６４】
そこで、本発明者は、発泡ポリウレタン層８２ｂに形成される発泡孔Ａ(発泡部Ｆ)の大きさと、得られるクリーニング性能(帯電ロール８１から外添剤Ｓを転移させ、且つ、外添剤Ｓを凝集して得られた凝集外添剤ＧＳを帯電ロール８１(および帯電ロール８１から感光体ドラム１１(図２参照))に転移させる性能)との関係について実験を行った。この実験では、セル数および硬度がそれぞれ異なる１２種類のサンプル１〜１２を、クリーニングロール８２の発泡ポリウレタン層８２ｂとして用いた。なお、セル数とは、発泡ポリウレタン層８２ｂにおける２５ｍｍあたりの発泡孔Ａの個数をいう。そして、帯電ロール８１の外周面に予め多量の外添剤Ｓを付着させた状態で感光体ドラム１１を空回転させることで、帯電ロール８１および各サンプルにて発泡ポリウレタン層８２ｂが形成されたクリーニングロール８２を従動回転させ、帯電ロール８１上の外添剤Ｓの状態を観察した。なお、このとき、帯電バイアスの印加は行っていない。
【００６５】
そして、帯電ロール８１を例えば３００回転させた後、帯電ロール８１の表面状態を評価した。なお、この例では、評価値(汚れグレード)が０〜２であるものを良、２を超えるものを不良とした。また、この実験は、高温高湿環境下であるＡゾーン(２８℃／８５％ＲＨ)、および、低温低湿環境下であるＣゾーン(１０℃／１５％ＲＨ)で行った。表４は、この実験で発泡ポリウレタン層８２ｂとして用いた各サンプル１〜１２のセル数(個／２５ｍｍ)および硬度を示している。なお、ここでいう硬度とは、φ５０ｍｍの円板を各サンプルに対して０.５ｍｍだけ押し込んだときの荷重で表されるものである。
【００６６】
【表４】
2006330496.tif 000007
【００６７】
図９は、クリーニングロール８２の発泡ポリウレタン層８２ｂとして上記各サンプル１〜１２を使用した場合に得られたクリーニング性能を示したものである。なお、同図において、サンプル１は例えば(１)で示されている。また、同図において「Ｃ」は上述したＣゾーン、「Ａ」は上述したＡゾーンにおける結果をそれぞれ示している。図９より、発泡ポリウレタン層８２ｂを構成する発泡ポリウレタンのセル数が４０(個／ｍｍ)〜８０(個／ｍｍ)の範囲内である場合に、Ａゾーン、Ｃゾーンともに帯電ロール８１の汚れグレードが低下し、良好なクリーニング性能が得られることが判明した。
【００６８】
一方、セル数が１２０(個／ｍｍ)以上となると、特にＣゾーンにおいてクリーニング性能の低下が見られることがわかった。この理由については、次のようなことが考えられる。発泡ポリウレタン層８２ｂを構成する発泡ポリウレタンのセル数が多くなると、発泡孔Ａや発泡部Ｆの直径(セル径と呼ぶ)が小さくなる。発泡孔Ａや発泡部Ｆの直径が小さくなると、発泡ポリウレタン層８２ｂの基材(ウレタン)で支持される部位が相対的に多くなるため、発泡ポリウレタン層８２ｂの変形が生じにくくなる。また、セル径が小さくなると、発泡孔Ａに侵入した外添剤Ｓによって形成される凝集外添剤ＧＳの吐き出しが困難になる。この理由としては、発泡孔Ａ自体が小さくなるために発泡孔Ａから凝集外添剤ＧＳが離れにくくなることが考えられる。また、上述した理由により発泡ポリウレタン層８２ｂの変形が生じにくくなるために、クリーニングニップ部Ｎを通過した後に発泡ポリウレタン層８２ｂに生じる復元力(反発力)が小さくなることが考えられる。さらに、発泡ポリウレタン層８２ｂに変形が生じにくくなると、クリーニングロール８２による帯電ロール８１への押し付け力が増加し、帯電ロール８１に外添剤Ｓを擦り付けてしまうことも考えられる。
【００６９】
他方、発泡ポリウレタン層８２ｂ自身の硬度については、特に好ましい範囲があるわけではなく、発泡ポリウレタン層８２ｂを構成する発泡ポリウレタンのセル数が４０(個／ｍｍ)〜８０(個／ｍｍ)の範囲内であれば、いずれも良好なクリーニング性能を得られることがわかった。
以上の結果により、クリーニングロール８２を構成する発泡ポリウレタン層８２ｂのセル数は、４０(個／ｍｍ)〜８０(個／ｍｍ)の範囲から選択することが好ましいことが理解される。
【００７０】
また、本発明者が行った実験によれば、上述したサンプル１〜９を発泡ポリウレタン層８２ｂとしたクリーニングロール８２によって帯電ロール８１のクリーニングを行った場合には、例えば１０万枚の用紙に対する画像形成動作を行っても、感光体ドラム１１の帯電不良は起こらなかった。一方、上記特許文献１に記載される固定配置型のスポンジ部材を用いて帯電ロール８１のクリーニングを行った場合には、約３０００枚の用紙に対する画像形成動作を行った時点で、スポンジ部材が目詰まりを起こし、感光体ドラム１１の帯電不良が発生した。この結果からも、多孔質弾性層である発泡ポリウレタン層８２ｂを備えたクリーニングロール８２を使用することの有用性が理解される。
【００７１】
また、本実施の形態では、クリーニングロール８２において外添剤Ｓを凝集して凝集外添剤ＧＳを形成した後、クリーニングロール８２から帯電ロール８１へと転移・付着せしめられた凝集外添剤ＧＳを、感光体ドラム１１に再び転移させている。帯電ロール８１に付着している凝集外添剤ＧＳを感光体ドラム１１により多く転移させるためには、帯電ロール８１が良好な離型性を有していることが重要であると考えられる。
【００７２】
そこで、本発明者は、このような離型性のパラメータの一つとして水の接触角に着目した。そして、水の接触角が異なる３種類のナイロン樹脂層８１ｃ(図２参照)が形成された帯電ロール８１を用いて、帯電ロール８１から感光体ドラム１１への凝集外添剤ＧＳの転移すなわち帯電ロール８１のクリーニング性能に関する評価試験を行った。
【００７３】
では、図１０を参照しつつ、水の接触角θについて説明する。通常の環境下では物質(例えば感光体ドラム１１上の感光層や帯電ロール８１上のナイロン樹脂層８１ｃ)の表面が疎水性物質で覆われているため、程度の差はあるが水をはじく性質がある。どの程度水をはじくかは、水滴と物質表面との接触角θによって表すことができる。水の接触角が大きいと、撥水性が高いといえる。接触角θは、例えばガラスなどの無機材料の場合は２０°〜３０°、一般的な樹脂では７０°〜９０°、撥水性のあるシリコーンやフッ素樹脂では９０°程度となる。水の接触角θは、例えば以下に説明する液滴法によって測定することができる。固体(図中に示す感光体ドラム１１や帯電ロール８１)と水Ｗとの固液界面・水平線と、液滴端Ｗbottomでの水Ｗに対する接線、これら二つの線がなす角度が水の接触角θとなる。また、固液界面・水平線と、液滴端Ｗbottomと液頂点Wtopとを結ぶ線、これら二つの線がなす角を測定角θ’とする。このとき、接触角θは測定角θ’の２倍の値となり、このことを利用して接触角θを測定することができる。
【００７４】
そして、この評価試験では、水の接触角が９０°である感光体ドラム１１に対し、水の接触角がそれぞれ６５°(サンプルα)、９５°(サンプルβ)、および１１０°(サンプルγ)の帯電ロール８１を用いた。なお、クリーニングロール８２は、上述したようにセル数が４０(個／２５ｍｍ)〜８０(個／２５ｍｍ)の発泡ポリウレタン層８２ｂを有している。そして、帯電ロール８１の外周面に予め多量の外添剤Ｓを付着させた状態で感光体ドラム１１を空回転させることで、帯電ロール８１および各サンプルにて発泡ポリウレタン層８２ｂが形成されたクリーニングロール８２を従動回転させ、帯電ロール８１上の外添剤Ｓの状態を観察した。なお、このとき、帯電バイアスの印加は行っていない。
【００７５】
そして、帯電ロール８１を例えば３００回転させた後、帯電ロール８１の表面状態を評価した。なお、この例では、評価値(汚れグレード)が０〜２であるものを良、２を超えるものを不良とした。また、この実験は、高温高湿環境下であるＡゾーン(２８℃／８５％ＲＨ)、および、低温低湿環境下であるＣゾーン(１０℃／１５％ＲＨ)で行った。
【００７６】
図１１は、帯電ロール８１のナイロン樹脂層８１ｃとして上記サンプルα、β、γを使用した場合に得られたクリーニング性能を示したものである。なお、同図において「Ｃ」は上述したＣゾーン、「Ａ」は上述したＡゾーンにおける結果をそれぞれ示している。図１０より、水の接触角が感光体ドラム１１(水の接触角：９０°)より大きいサンプルβ(水の接触角：９５°)およびサンプルγ(水の接触角：１１０°)では、Ｃゾーン、Ａゾーンともに帯電ロール８１の汚れグレードが低下し、良好なクリーニング性能が得られることが判明した。一方、水の接触角が感光体ドラム１１より低いサンプルα(水の接触角：６５°)では、Ｃゾーン、Ａゾーンともに帯電ロール８１の汚れグレードが上昇してしまい、特にＡゾーンでは汚れグレードが２を超えた。この理由については、次のようなことが考えられる。帯電ロール８１における水の接触角が感光体ドラム１１における水の接触角よりも小さいと、感光体ドラム１１よりも帯電ロール８１の方の離型性が悪くなる。したがって、帯電ロール８１と感光体ドラム１１とが接する部位を、帯電ロール８１に付着した凝集外添剤ＧＳが通過する際に、帯電ロール８１から感光体ドラム１１に転移しにくくなるものと考えられる。
以上の結果より、帯電ロール８１の水の接触角は、感光体ドラム１１の水の接触角よりも大きくすることが好ましいことが理解される。
【００７７】
また、本発明者が行った実験によれば、帯電ロール８１のナイロン樹脂層８１ｃとして上述したサンプルβを用いた場合には、７万枚の用紙に対する画像形成動作を行った後も、外添剤Ｓ等による帯電ロール８１の目詰まりは生じず、感光体ドラム１１の帯電不良は起こらなかった。さらに、帯電ロール８１のナイロン樹脂層８１ｃとして上述したサンプルγを用いた場合には、１０万枚の用紙に対する画像形成動作を行った後も、外添剤Ｓ等による帯電ロール８１の目詰まりは生じず、感光体ドラム１１の帯電不良は起こらなかった。なお、帯電ロール８１のナイロン樹脂層８１ｃとして上述したサンプルαを用いた場合には、２万枚の用紙に対する画像形成動作を行った時点で、外添剤Ｓ等による帯電ロール８１の目詰まりが生じ、感光体ドラム１１の帯電不良が発生した。
【００７８】
一方、上記特許文献１に記載される固定配置型のスポンジ部材を用いて帯電ロール８１のクリーニングを行った場合には、約３０００枚の用紙に対する画像形成動作を行った時点で、スポンジ部材が目詰まりを起こし、感光体ドラム１１の帯電不良が発生した。
この結果から、多孔質弾性層である発泡ポリウレタン層８２ｂを備えたクリーニングロール８２を使用すること、および、帯電ロール８１の水の接触角を感光体ドラム１１の水の接触角よりも大きくすることの有用性が理解される。
【００７９】
このように、本実施の形態では、帯電ロール８１における水の接触角を、感光体ドラム１１における水の接触角よりも大きくすることにより、クリーニングロール８２から帯電ロール８１に転移・付着した凝集外添剤ＧＳを感光体ドラム１１に転移させやすくなった。これにより、クリーニングロール８２から帯電ロール８１に転移・付着した凝集外添剤ＧＳがそのまま帯電ロール８１表面に残るという事態を回避できる。したがって、帯電ロール８１の表面は常時きれいな状態に維持されることになり、帯電ロール８１における異物の除去性能を長期にわたって維持することができる。また、帯電ロール８１における異物の除去性能を長期にわたって維持できることにより、帯電ロール８１による感光体ドラム１１の帯電性能を長期にわたって維持することができ、感光体ドラム１１の帯電不良の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本実施の形態が適用される画像形成装置の全体構成を示した図である。
【図２】感光体ドラム、帯電装置、現像装置、および中間転写ベルトの関係を説明するための図である。
【図３】本実施の形態における画像形成装置の保守作業を説明するための図である。
【図４】(ａ)は現像剤を構成するキャリアおよびトナーを、(ｂ)はトナーおよび外添剤を、それぞれ示す図である。
【図５】帯電ロールとクリーニングロールとが接するクリーニングニップ部よりも上流側(プレニップ側)の帯電ロールの表面を撮影したＳＥＭ(Scanning Electron Microscope)写真である。
【図６】帯電ロールとクリーニングロールとが接するクリーニングニップ部よりも下流側(ポストニップ側)の帯電ロールの表面を撮影したＳＥＭ写真である。
【図７】感光体ドラムと帯電ロールとが接する帯電ニップ部よりも下流側(ポストニップ側)の感光体ドラムの表面を撮影したＳＥＭ写真である。
【図８】帯電ロールおよびクリーニングロール間における外添剤の挙動を模式的に示す図である。
【図９】セル数が異なる各サンプルをクリーニングロールの発泡ポリウレタン層として使用した場合に得られたクリーニング性能を示す図表である。
【図１０】水の接触角を説明するための図である。
【図１１】水の接触角が異なる各サンプルを帯電ロールのナイロン樹脂層として使用した場合に得られたクリーニング性能を示す図表である。
【符号の説明】
【００８１】
１…本体、１１…感光体ドラム、１２…帯電装置、１３…露光装置、１４…現像装置、１５…中間転写ベルト、１６…二次転写ロール、１７…定着装置、１８…クリーニングブレード、２２…一次転写ロール、５０…現像器、８１…帯電ロール、８１ａ…回転軸、８１ｂ…エピクロルヒドリンゴム層、８１ｃ…ナイロン樹脂層、８２…クリーニングロール、８２ａ…回転軸、８２ｂ…発泡ポリウレタン層、Ｄ…現像剤、Ｃ…キャリア、Ｔ…トナー、Ｓ…外添剤、Ａ…発泡孔、ＧＳ…凝集外添剤、Ｎ…クリーニングニップ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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