(57)【要約】【課題】  モアレの発生を抑制しつつ、接触帯電部材の端部における感光体の削れを低減する。【解決手段】  感光体ドラムに所定の押圧力により圧接し、帯電バイアスを印加することにより感光体ドラムを帯電させる帯電部材において、押圧力により帯電部材が感光体ドラムに圧接した状態において、帯電バイアスが印加されたときに、圧接した領域の長手方向の中央部では放電可能であって、長手方向の端部では放電しないギャップを形成可能であることを特徴とする帯電部材である。【選択図】  図２
2015011306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光体ドラムに所定の押圧力により圧接し、帯電バイアスを印加することにより前記感光体ドラムを帯電させる帯電部材において、
前記押圧力により前記帯電部材が前記感光体ドラムに圧接した状態において、前記帯電バイアスが印加されたときに、前記圧接した領域の長手方向の中央部では放電可能であって、長手方向の端部では放電しないギャップを形成可能であることを特徴とする帯電部材。
【請求項２】
前記所定の押圧力により前記感光体ドラムに圧接した領域において、前記感光体ドラムに対する侵入量が長手方向の中央部よりも端部において大きくなる形状を有することを特徴とする請求項１に記載の帯電部材。
【請求項３】
前記帯電部材は、長手方向において逆クラウン形状をしていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の帯電部材。
【請求項４】
前記端部は、非画像形成領域であ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項に記載の帯電部材。
【請求項５】
前記端部は、シートが搬送される領域と搬送されない領域の境界の領域であ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項に記載の帯電部材。
【請求項６】
前記感光体ドラムの表面をクリーニングするクリーニング部材と前記感光体ドラムとの当接による前記端部における摺擦力は、前記中央部における摺擦力よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の帯電部材。
【請求項７】
導電性支持体と、
前記導電性支持体の周りに設けられた弾性基層と、
前記弾性基層の表面を被覆するように設けられた弾性表面層と、
前記感光体ドラムに当接する前記弾性表面層の表面に形成された複数の微小突起部と、
を有し、
前記微小突起部は、前記押圧力により前記感光体ドラムに圧接したときに弾性変形可能であって、前記押圧力により前記帯電部材が前記感光体ドラムに圧接した状態において、前記帯電バイアスが印加されたときに、前記中央部では放電可能であって、前記端部では放電しないギャップを形成可能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項に記載の帯電部材。
【請求項８】
前記帯電部材に印加される電圧をＶ（Ｖ）、前記帯電部材を前記感光体ドラムに押圧する押圧力をＰ（Ｎ）、前記微小突起部の高さをＬ（ｍ）、前記微小突起部の前記帯電部材の表面上で占有する面積をＳ（ｍ２）、前記弾性基層と前記弾性表面層とが変形する場合のヤング率をＥ（ＭＰａ）としたとき、
前記帯電部材の長手方向の中央部では、
（（Ｖ−３１２）／６．２）×１０−６（ｍ）＞Ｌ（１−Ｐ／ＥＳ）＞７．７×１０−６（ｍ）
であり、前記帯電部材の長手方向の端部では、
Ｌ（１−Ｐ／ＥＳ）＜７．７×１０−６（ｍ）
の関係を満たすことを特徴とする請求項７記載の帯電部材。
【請求項９】
前記微小突起部は、前記弾性表面層に表面粗し剤としての微粒子を含有させて形成したことを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の帯電部材。
【請求項１０】
前記微小突起部の代わりに前記弾性表面層の表面に複数の微小凹部を設け、前記押圧力により前記感光体ドラムに圧接したときに前記弾性表面層が弾性変形することで前記微小凹部の高さが変化することが可能であって、
前記押圧力により前記帯電部材が前記感光体ドラムに圧接した状態において、前記帯電バイアスが印加されたときに、前記中央部では放電可能であり、前記端部では放電しないギャップを形成可能であることを特徴とする請求項７に記載の帯電部材。
【請求項１１】
前記弾性表面層は、前記弾性基層よりも薄く、かつ硬いことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の帯電部材。
【請求項１２】
前記帯電部材は、回転自在なローラ部材であることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の帯電部材。
【請求項１３】
前記帯電部材の表面の十点平均粗さＲｚ（μｍ）が１５≦Ｒｚ≦５０であることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の帯電部材。
【請求項１４】
前記帯電部材の表面硬度は、アスカーＣ硬度で６０度以上９０度以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の帯電部材。
【請求項１５】
画像形成装置に用いられる帯電装置において、
感光体ドラムを帯電するための請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の帯電部材と、
前記帯電部材を前記感光体ドラムに付勢する付勢手段と、
を有することを特徴とする帯電装置。
【請求項１６】
画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、
感光体ドラムと、
前記感光体ドラムを帯電するための請求項１５に記載の帯電装置と、
感光体ドラムに形成された静電潜像をトナーにより現像する現像装置と、
を有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１７】
感光体ドラムを帯電装置により帯電し、前記帯電した感光体ドラムに形成した静電潜像を現像装置により現像して画像を形成する画像形成装置において、
前記帯電装置として請求項１５に記載の帯電装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯電部材を感光体のような被帯電体に接触させて被帯電体面を帯電処理及び除電処理する接触式の帯電装置を備えた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やレーザービームプリンタなどの電子写真画像形成装置は、画像データに対応した光を一様に帯電させた電子写真感光体（感光体）に照射して静電像（潜像）を形成する。そして、この潜像に対して、現像装置から記録材料である現像剤のトナーを供給して、トナー像として顕像化する。このトナー像を、転写装置によって感光体から記録シートなどの記録材へ転写し、定着装置で記録材上に定着することで記録画像が形成される。
【０００３】
記録材分離後の感光体の表面は、クリーニング装置により転写残トナーを掻き取られて清掃され、繰り返して作像に供される。
【０００４】
感光体表面を帯電させる方法としては、低電圧プロセス、低オゾン発生量、低コストなどの点から、ローラ型、ブレード型などの帯電部材を、感光体表面に接触させ、帯電部材に電圧を印加して感光体表面を帯電させる接触帯電が主流とである。
【０００５】
帯電部材への印加電圧は、直流電圧のみとするＤＣ印加方式と、振動電圧を印加するＡＣ印加方式がある。ＡＣ印加方式はＤＣ印加方式よりも均一帯電性のラティチュードが大きい利点がある。
【０００６】
帯電部材に振動電圧を印加した場合、帯電電位に交流電圧成分の周期に対応するムラが発生する。そして、感光体に対する走査露光画像周波数と、上述の帯電ムラの空間周波数が近接した場合に両者の干渉により画像上でうなりを生じ、画像濃度のモアレパターンとして観測される。
【０００７】
感光体の最終的な表面電位を決定するのは、帯電部材と感光体が分離する最後の瞬間と考えられる。放電ニップの出口が直線であると、ＡＣ成分に基づく感光体表面の帯電ムラも直線になる為、横線の画像周波数と帯電ムラの空間周波数が近付いたときに干渉を起こしやすくなり、モアレが顕著に発生するのである。
【０００８】
特許文献１では、接触帯電部材にスポンジ表層を設け、スポンジのセルが成す凹凸をランダムに配置している。このように、放電ニップが完全な直線にならないようにして、ＡＣ成分の周波数に応じて被帯電体面に生じる帯電電位変化ムラが直線状にならず、走査露光画像周波数と干渉しにくくすることによって、モアレの発生を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特願平４−１８３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述した従来の装置では、帯電部材表面に凹凸があるため、感光体との当接ニップ領域内でも空隙が生じ、放電が行われる。このため、感光体が単位面積当たりに受ける放電回数が増え、感光体の削れが促進されてしまう場合があった。
【００１１】
特に、クリーニングブレードの長手方向において感光体ドラムに対する侵入量を同一に設定した場合、感光体ドラムがクリーニングブレードによって押圧されている。この為、支持されている端部により感光体ドラムの中央部が反ってしまい、その当接圧は長手方向中央部に比べて端部の方が高くなる。従って感光体ドラムの端部では、クリーニングブレードの摺擦力が中央部に比べて大きくなる為、感光体ドラム表層が削れやすい。
【００１２】
また、感光体ドラムの表層は、記録材が感光体ドラムと転写ローラ間の転写ニップ部を通過する際の摺擦により摩耗する。さらに記録材を介した状態での感光体ドラムと転写ローラ間の転写ニップ部での圧力（転写圧）は、記録材端部では長手方向中央部に比べて高くなっている。従って、感光体ドラムの表層の記録材端部に対応する部分が摩耗しやすい。
【００１３】
本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、モアレの発生を抑制しつつ、接触帯電部材の端部における感光体の削れを低減する帯電部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この目的を達成するために、本発明の帯電部材は、感光体ドラムに所定の押圧力により圧接し、帯電バイアスを印加することにより前記感光体ドラムを帯電させる帯電部材において、前記押圧力により前記帯電部材が前記感光体ドラムに圧接した状態において、前記帯電バイアスが印加されたときに、前記圧接した領域の長手方向の中央部では放電可能であって、長手方向の端部では放電しないギャップを形成可能であること特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、押圧力により帯電部材が感光体ドラムに圧接した状態において、帯電バイアスが印加されたときに、圧接した領域の長手方向の中央部では放電可能であって、長手方向の端部では放電しないギャップを形成可能である。このため、端部においては、放電しないため、モアレの発生を抑制しつつ、放電に伴う感光体ドラムの端部の削れを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の画像形成装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態の帯電ローラの構成を示す図である。図２（ａ）は、帯電ローラの形状を示す模式図であり、図２（ｂ）は、帯電ローラの横断面図である。
【図３】本発明の実施形態の帯電ローラと、感光体ドラムの正面概略図である。
【図４】本発明の実施形態の帯電ローラと感光体ドラムとの間に形成されるエアギャップの拡大模型図である。図４（ａ）は帯電ローラの加圧が無い状態を示し、図４（ｂ）は帯電ローラが加圧力により、感光体ドラムに押しつけられた状態を示している。
【図５】本発明の実施形態の帯電ローラと感光体ドラムとの当接ニップ領域部分の拡大模型図である。図５（ａ）は長手方向中央部の当接ニップ領域、図５（ｂ）は長手方向端部の当接ニップ領域を示す。
【図６】本発明の実施形態のエアギャップを測定する様子を示す図である
【図７】本発明の実施形態の感光体ドラムから帯電ローラの方向を見た放電領域の概念図である。
【図８】本発明の他の実施形態の帯電ローラと感光体ドラムと記録部材の位置関係を示す図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態の帯電ローラと感光体ドラムと記録部材の長手配置図を示す図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態の帯電ローラの構成を示す図である。図１０（ａ）は、帯電ローラの形状を示す模式図であり、図１０（ｂ）は、帯電ローラの横断面図である。
【図１１】本発明の図１０に示す実施形態の帯電ローラと感光体ドラムとの当接ニップ領域部分の拡大模型図である。図１１（ａ）は長手方向中央部の当接ニップ領域、図１１（ｂ）は長手方向端部の当接ニップ領域を示す。
【図１２】本発明の図１０に示す実施形態の効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素の相対配置、表示画面等は、特に特定的な記載が無い限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１８】
なお、本明細書において、プロセスカートリッジの構成や動作について、上、下、右、左、といった方向を表す用語は、特に断りのない場合それらの通常の使用状態においてみたときの方向を示す。つまり、プロセスカートリッジの通常の使用状態は、適正に配置された画像形成装置に対して適正に装着され、画像形成動作に供し得る状態である。
【００１９】
＜第１実施形態＞
（画像形成装置の概略構成）
図１は本発明の実施形態の画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置は、電子写真プロセス利用のレーザープリンタである。
【００２０】
同図に示すように、所定のプロセススピードで回転駆動される感光体ドラム１（直径２４ｍｍのＯＰＣ感光体ドラム）は、帯電ローラ２によりその表面を−５６０Ｖに均一に帯電処理される。帯電ローラ２に対する印加電圧は、ＤＣ成分−５６０Ｖと、ＡＣ成分（周波数１４００Ｈｚ、電圧１６００Ｖｐｐの正弦波）の重畳振動電圧である。
【００２１】
帯電処理を受けた感光体ドラム１は、次いで、レーザースキャナ３から、目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に従って強度変調されて出力されるレーザー光による走査露光４を受ける。これより、感光体ドラム１の表面の走査露光部の帯電電荷が除電されて約−１３０Ｖになり、感光体ドラム１の表面に目的の画像情報に対応した静電潜像が順次に形成されていく。
【００２２】
形成された潜像は、現像器５によってトナー像として可視化される。本実施形態においては、現像器５は磁性一成分ネガトナーＴによる反転現像器であり、現像方式はジャンピング現像法である。潜像は、電位の低い部分にトナーが付着して現像（反転現像）される。
【００２３】
転写ローラ６には、転写の為の転写バイアスが印加されている。また、記録部材５０（シート）は、給送部から感光体ドラム１と転写ローラ６との間の圧接ニップ部（転写部）に所定のタイミングで搬送される。そして、この転写部で感光体ドラム１の表面のトナー像が記録部材５０に転写されていく。トナー像が転写をされた記録部材５０は、定着器７で定着されて出力される。
【００２４】
また記録部材５０にトナー像が転写された後の感光体ドラム１の表面は、クリーニングブレード８（クリーニング部材）により転写残トナー等の残留付着物が除去され、繰り返し画像形成に供される。
【００２５】
本実施形態においては、感光体ドラム１、帯電ローラ２、現像器５、クリーニング装置９が一体化されたプロセスカートリッジを形成しており、このプロセスカートリッジは画像形成装置本体に対して着脱可能となっている。このプロセスカートリッジは、少なくとも感光体ドラム１と帯電ローラ２とを備えていればよい。
【００２６】
（感光体ドラム）
感光体ドラム１は、アルミニウムシリンダに膜厚１８μｍのＯＰＣ層をコートした反転現像方式の感光体ドラムであり、最外層は変性ポリカーボネートをバインダー樹脂とする電荷輸送層である。
【００２７】
（帯電ローラ）
図２は、帯電ローラ２の構成を示す図であり、図２（ａ）は、帯電ローラ２の形状を示す模式図であり、図２（ｂ）は、帯電ローラ２の横断面図である。
【００２８】
これらの図に示すように、帯電ローラ２は、導電性支持体２ａと、その外周に形成された導電性弾性層２ｂ（弾性基層）と、導電性弾性層２ｂの外周を被覆する表面層２ｃ（弾性表面層）とを有する。
【００２９】
導電性弾性層２ｂは、導電剤（例えば四級アンモニウム塩のようなイオン導電剤、またはカーボンブラックのような電子導電剤）と高分子弾性体（例えばエピクロルヒドリンゴムまたはアクリロニトリルゴム）とを混合した。そして、導電性支持体２ａの外周に同心一体にローラ状に形成した。
【００３０】
その後、導電性弾性層２ｂの厚さを研磨により調整することで、長手方向の中央部における外径Ｒｃが１０．０６ｍｍで、両端部における外径Ｒｓが１０．１４ｍｍの図２に示す逆クラウン形状にした。本実施形態では、両端部の外径を中央部の外径より大きくすることで、感光体ドラム１に対する帯電ローラ２の両端部における侵入量を中央部における侵入量よりも多くしている。
【００３１】
ここで、侵入量とは、感光体ドラム１の外径に対して帯電ローラ２の外径（仮想外径）がどれくらい侵入しているかを表す値であり、感光体ドラム１の半径と帯電ローラ２の半径の和から感光体ドラムと帯電ローラの中心間距離を差し引いた値で求められる。
【００３２】
導電性弾性層２ｂを作製した後に、被覆層として、導電性弾性層２ｂよりも薄い表面層２ｃを設けた。本実施形態では表面層２ｃは、導電性弾性層２ｂの表面を熱や光照射、電子照射によって硬化処理することで形成した。つまり表面層２ｃは導電性弾性層２ｂより硬い層である。表面層２ｃは、表面層バインダーと表面粗し剤としての微粒子（体積平均粒径が１０〜５０μｍ、好ましくは２０〜４０μｍ）を含有し、該微粒子は球状粒子、異形粒子のいずれでも良い。さらに、表面層バインダーに対する微粒子の入れ目量は１０〜１００ｗｔ％である。なお、本実施形態では、粒径２６μｍの微粒子を使用し、表面層バインダーに対する微粒子の入れ目量が５０ｗｔ％になるように表面層２ｃを作製した。
【００３３】
以上のようにして作製した帯電ローラ２の表面の十点平均粗さ（ＪＩＳ１９９４準拠）は、Ｒｚｊｉｓ＝１５〜５０μｍ、より好ましくは、Ｒｚｊｉｓ＝２０〜３０μｍが好適である。Ｒｚｊｉｓが小さすぎると、放電ニップが直線になり、ＡＣ成分の周波数に応じて帯電ローラ２の表面に生じる帯電電位変化ムラが直線状になるため、モアレを抑制することが困難になる。一方、Ｒｚｊｉｓが大きすぎると、長期使用によって帯電ローラ２にトナー（トナー粒子や外添剤）が付着して帯電ローラ２が汚れたり、汚れのムラが生じたりしやすくなり、初期の帯電均一性を長期にわたって維持することが困難になる。
【００３４】
本実施形態では、帯電ローラ２は、表面がＲｚｊｉｓ＝２６μｍとしている。Ｒｚｊｉｓは、表面粗さ計ＳＥ３５００（小坂製作所製）を用い、帯電ローラ２の長手方向について、測定長を８．０ｍｍ、カットオフ値を０．８ｍｍ、測定速度を０．３ｍｍ／ｓｅｃの条件で測定した。
【００３５】
また、本実施形態において、帯電ローラ２の導電性弾性層２ｂと表面層２ｃを合わせた層のヤング率を合成ヤング率と定義すると、合成ヤング率は、１０〜２００ＭＰａが好ましく、特に５０〜１５０ＭＰａが好適である。なお、帯電ローラ２の合成ヤング率はユニバーサル硬度計（Ｆｉｓｃｈｅｒ社製の表面皮膜物性試験機フィッシャースコープＨ１００Ｃ）により１００ｍＮ／ｍｍ２荷重を１分間で加え、荷重が１００ｍＮ／ｍｍ２に達した後の歪み量から合成ヤング率を算出した。本実施形態で用いた帯電ローラ２の合成ヤング率は６２ＭＰａであった。
【００３６】
さらに、帯電ローラ２の表面硬度は、アスカーＣ硬度で６０度以上９０度以下、より好ましくは８０度から９０度が好適である。硬度が低すぎると、感光体ドラム１との当接ニップ領域内で微小空隙が形成されず、感光体ドラム１に付着しているトナー等の異物が帯電ローラ２に付着しやすくなる。そこで、本実施形態では、硬い表面層２ｃを導電性弾性層２ｂの表面に設けている。これにより表面層２ｃが無い場合よりも、帯電ローラ２表面のアスカーＣ硬度を高めている。一方、硬度が高すぎると、感光体ドラム１との間にニップ部を確保できないだけでなく、長期間の使用により、例えば感光体ドラム１の表面が次第に摩耗する場合がある。そこで、表面層２ｃの厚さを所定の範囲内にすることで（厚くなりすぎないようにして）、帯電ローラ２の表面の硬度が高くなり過ぎないようにしている。本実施形態では、アスカーＣ硬度で８５度の帯電ローラ２を使用した。なお、アスカーＣ硬度の測定は、帯電ローラ２の表面にアスカーＣ型硬度計（高分子計器社製）の押針を当接し、１０００ｇ荷重の条件で行った。
【００３７】
また、帯電ローラ２の抵抗値は２３℃、５３％ＲＨにおいて、０．３×１０６Ω・ｃｍであった。なお、帯電ローラ２の抵抗値は、まず、帯電ローラ２を２３℃、５３％ＲＨの中へ２４時間以上放置した。その後、電流測定装置のΦ３０鏡面金属ローラへ総荷重を９．８Ｎで押し付け、Φ３０鏡面金属ローラを３０ｒｐｍの速度で回転して帯電ローラ２を連れ回りさせて電圧を印加し、この状態で帯電ローラ２の３回転目の直流電流から算出した。さらに、帯電ローラ２の長手長さは、２３０ｍｍとした。
【００３８】
（帯電ローラと感光体ドラムの位置関係）
図３は、帯電ローラ２と、感光体ドラム１の正面概略図である。
【００３９】
同図に示すように、導電性支持体２ａの両端部をそれぞれ軸受け部材３２により回転自在に保持させる。さらに、加圧ばね３１によって帯電ローラ２を感光体ドラム１の方向に付勢して感光体ドラム１の表面に対して所定の押圧力（５００ｇ重）をもって圧接させている。帯電ローラ２は、感光体ドラム１の回転に伴い従動回転する。そして所定の帯電バイアスが図１に示すよう電源Ｅから導電性支持体２ａを介して帯電ローラ２に印加されることで、感光体ドラム１の周面が所定の電位に帯電処理される。
【００４０】
（帯電ローラと感光体ドラムとの間に形成されるエアギャップの構成）
帯電ローラ２と感光体ドラム１との間に形成される微小な空気層であるエアギャップＧについて説明する。
【００４１】
図４は帯電ローラ２と感光体ドラム１との間に形成されるエアギャップＧの拡大模型図である。図４において、上側が帯電ローラ２の表面を表し、下側が感光体ドラム１の表面を表している。図４（ａ）は帯電ローラ２の加圧が無い状態で当接する状態であり、図４（ｂ）は帯電ローラ２が加圧力Ｐにより、感光体ドラム１に押しつけられ、感光体ドラム１と帯電部材の距離が圧縮された状態を示す。
【００４２】
図４に示すように、表面層２ｃの最表面に、表面粗し剤としての微粒子により形成され、弾性変形可能な微小突起部２０１が複数、設けられている。微小突起部２０１の高さをＬ、微小突起部のＬ方向の変形量をＸとすると、エアギャップＧは式１で表される。
【００４３】
Ｇ＝Ｌ−Ｘ・・・（式１）
このとき、ゴムをバネとみなし、歪係数をＹとすると、フックの法則より、Ｘの変形量は、
Ｘ＝ＹＬ・・・（式２）
と表わすことが出来る。
【００４４】
この歪係数Ｙは、帯電ローラ２の合成ヤング率をＥ（ＭＰａ）として、
微小突起部２０１が受ける応力をＺ（Ｎ／ｍ）とすると、フックの法則から、
Ｙ＝Ｚ／Ｅ・・・（式３）
と表わすことが出来る。
【００４５】
また、応力Ｚは、帯電ローラ２を感光体ドラム１に付勢する加圧力Ｐ（Ｎ）を、微小突起部２０１が表面層２ｃの表面上で占有する面積ｄＳの面積の総和で除した値、
Ｚ＝Ｐ／ΣｄＳ・・・（式４）
で表わすことが出来る。
【００４６】
上述の（式１）〜（式４）式を用いることで、エアギャップＧの値は、
Ｇ＝Ｌ（１−Ｐ／ＥＳ）・・・（式５）
で示すことが出来る。ここでＳ（ｍ２）＝ΣｄＳである。
【００４７】
これ以降、本実施形態で表記されるエアギャップＧは、式（５）で表されるエアギャップＧを示す。
【００４８】
（帯電部材の表面形状）
本実施形態の特徴である当接ニップ領域内の帯電ローラ２の表面形状について説明する。
【００４９】
図５は帯電ローラ２と感光体ドラム１との当接ニップ領域部分の拡大模型図であり、図５（ａ）は長手方向中央部の当接ニップ領域、図５（ｂ）は長手方向端部の当接ニップ領域を示す。図５において、それぞれの図の上側が帯電ローラ２の表面を表し、下側が感光体ドラム１の表面を表している。帯電ローラ２は、前述のようにその両端側を各５００ｇ重でバネ加圧することで感光体ドラム１に対して密着当接している。
【００５０】
また、帯電ローラ２は逆クラウン形状にしているため、端部は中央部よりも高い接触圧が加わり、帯電ローラ２と感光体ドラム１との当接ニップ領域内のエアギャップＧは、中央部で１０μｍ、端部で１μｍであった。
【００５１】
エアギャップＧは、２３℃、５３％ＲＨにおいて２時間以上放置後、隙間測定機ＧＭ１０００Ｌ（オプトロン社製）を用いた。
【００５２】
図６は、エアギャップＧを測定する様子を示す図である。
【００５３】
同図に示すように、帯電ローラ２をφ５０のつや消し基準金属ロール１０に対し、荷重を９．８Ｎ（１ｋｇ重）で当接させ、つや消し基準金属ロール１０を０．３２ｒｐｓで回転させた状態で、背面よりレーザスキャン１２を行いった。そして、帯電ローラ２とつや消し基準金属ロール１０との間に生じる隙間を検知器１１で３秒間測定した。
【００５４】
ここで、放電可能なエアギャップＧの間隔距離を計算する。帯電ローラ２と、感光体ドラム１の導電性基層との間に印加された電圧は、感光体層（比誘電率が３、厚みが１８μｍのＯＰＣ感光体層）の静電容量Ｃ１と、帯電ローラ２と感光体層との間に形成された微小なエアギャップＧ部分の静電容量Ｃ２に配分される。
【００５５】
具体的には、感光体層の静電容量Ｃ１と、空気層の静電容量Ｃ２は、ｄを空気層の厚みとし、その単位をμｍとしたとき、
Ｃ１  ＝  ３×８．８５×１０−１２×１／１８×１０−６
【００５６】
Ｃ２  ＝  １×８．８５×１０−１２×１／ｄ×１０−６
と表わされる。
【００５７】
一方、微小な空気層の絶縁破壊電圧Ｖｚは、大気圧下では、パッシェンの法則に基づいて
Ｖｚ＝３１２＋６．２ｄ（７．７×１０−６ｍ＜ｄ）
と与えられる。
【００５８】
このため、（（Ｖ−３１２）／６．２）×１０−６ｍ>ｄが必要である。
【００５９】
また、大気圧下では、空気層の厚みが７．７μｍ以下になると、パッシェンの法則より放電が行われない為、印加電圧をＶ（Ｖ）としたときに空気層に実際にかかる電圧Ｖａｉｒは、
Ｖａｉｒ＝｛Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）｝×Ｖ
であり、Ｖａｉｒ≧Ｖｚのとき放電が行われる。
【００６０】
故に１０００Ｖを印加したとき、放電可能なエアギャップＧの間隔距離ｄは、
ｄ＝７．７〜１０２μｍ
であり、２０００Ｖを印加したとき、放電可能なエアギャップＧの間隔距離ｄは、
ｄ＝７．７〜２６５μｍ
である。
【００６１】
本実施形態では、帯電ローラ２に印加する振動電圧のＡＣ成分は１６００Ｖのピーク間電圧であるから、エアギャップＧが平均で１０μｍの中央部では、パッシェンの法則より、感光体ドラム１表面との間で十分に放電可能である。一方、エアギャップＧが平均で１μｍの端部では、パッシェンの法則を満たさない為、感光体ドラム１表面との間で放電できないことが分かる。すなわち、端部では、放電しないギャップを形成可能である。
【００６２】
図７は、感光体ドラム１から帯電ローラ２の方向を見た放電領域の概念図である。
【００６３】
同図において、斜線部が放電領域Ａ、点線部が当接ニップ領域Ｎ、当接ニップ領域Ｎ内の白部は未放電領域Ｂを、それぞれ、示している。
【００６４】
すなわち、帯電ローラ２の中央部では、放電領域は、帯電ローラ２と感光体ドラム１との当接ニップ領域Ｎ内全面と、当接ニップ領域Ｎの上流側と下流側である。一方、端部では、当接ニップ領域Ｎの上流側と下流側では、中央部と同様に放電が行われているが、当接ニップ領域Ｎ内では、エアギャップＧが潰れることで、放電しない未放電領域Ｂが形成され、当接ニップ領域Ｎ内の放電を抑制している。
【００６５】
以上のように、帯電ローラ２を逆クラウン形状にして端部の当接ニップ領域内のエアギャップＧが潰れることにより、端部において当接ニップ領域Ｎ内の放電が抑制される。このため、端部における感光体ドラム１の削れを低減することができる。
【００６６】
次に比較の為に、クラウンのないストレイト形状の帯電ローラを用意した。本実施形態の帯電ローラ２と比較用のストレイト形状の帯電ローラを用いて実際に通紙テストを行った。１０００ページあたりの感光体ドラム１の削れ量が、中央部では両者とも０．８μｍ／ｋページだったのに対し、端部では、ストレイト形状の帯電ローラが１．４μｍ／ｋページ、本実施形態の逆クラウン形状の帯電ローラ２が０．９μｍ／ｋページであった。このように、本実施形態の帯電ローラ２では、感光体ドラム１の削れ量を大幅に低減できた。
【００６７】
クラウンのないストレイト形状の帯電ローラにおいて、端部における感光体ドラム１の削れ量が増大したのは、感光体ドラム１の端部では、クリーニングブレード８の摺擦力が中央部に比べて大きいのに加え、放電量が多いためである。
【００６８】
このように、帯電ローラ２と感光体ドラム１との間に形成されるエアギャップＧをランダムに配置し、かつ帯電ローラ２を逆クラウン形状にして端部の当接ニップ領域内のエアギャップＧを潰すように構成する。これにより、モアレの発生を抑制しつつ、端部における感光体の削れを低減することができる。
【００６９】
また、帯電ローラ２の逆クラウン量としては、その値が小さすぎる場合にはストレイト形状に近くなることで帯電ローラ２端部にエアギャップＧが形成されてしまう。逆に大きすぎる場合には、長手方向両端部での感光体ドラム１表面に対する接触圧が強くなってしまう。この為、本実施形態では、その長手方向端部の外径Ｒｓが中央部の外径Ｒｃよりも１０μｍ〜１５０μｍ、好ましくは、３０μｍ〜１００μｍの範囲で大きくなるように作製した。
【００７０】
なお、本実施形態では、帯電部材としてローラ部材を用いたが、これに限るものではない。例えば、ブレード形状、ブロック形状、パッド形状のものなど任意であり、これらについても本実施形態に記載した表面形状であれば本発明を適用して同様の効果が得られる。
【００７１】
また、本実施形態では、帯電ローラ２の逆クラウン形状は円弧形状であったが、これに限るものではなく、例えば、直線形状であっても良い。
【００７２】
さらに、本実施形態では、振動電圧のＡＣ成分の波形として正弦波を印加しているが、これに限るものではなく、例えば、矩形波、ノコギリ波、三角波、パルス波、あるいは直流電圧を周期的にオン・オフすることによって形成された矩形波電圧であっても良い。
【００７３】
なお、本実施形態において、トナーは磁性トナーを用いたが、これに限るものではなく、例えば、非磁性トナーを用いても同様の効果が得られる。
【００７４】
また、本実施形態では、ジャンピング現像方式を採用したが、これに限るものではなく、例えば、接触現像方式を採用しても同様の効果が得られる。
【００７５】
＜第２実施形態＞
本実施形態は、第１実施形態が中央部と端部で帯電ローラの外径を変化させていたのに対して、画像形成領域と非画像形成領域で帯電ローラの外径を変化させたことを特徴としている。
【００７６】
図８は、本実施形態の帯電ローラ２と感光体ドラム１と記録部材５０の位置関係を示す図である。
【００７７】
本実施形態では、画像形成領域における外径Ｒｃを１０．０５ｍｍ、非画像形成領域における外径Ｒｓを１０．１２ｍｍにした。
【００７８】
帯電ローラ２の長手方向において、点線部より内側が帯電ローラ２の画像形成領域、点線部より外側の斜線部が帯電ローラ２の非画像形成領域Ｃに対応する。本実施形態における非画像形成領域Ｃは、帯電ローラ２の長手方向において、端部から中央部へ向かって１２ｍｍまでの領域である。その他の構成は、第１実施形態と同等である。
【００７９】
本実施形態において、当接ニップ領域内のエアギャップＧは、画像形成領域では７．７μｍ以上であり、非画像形成領域Ｃでは７．７μｍ以下であった。
【００８０】
感光体ドラム１の画像形成領域に接触するクリーニングブレード８には、微粒子のトナーが潤滑剤として機能するが、感光体ドラム１の非画像形成領域Ｃにはトナーが存在しない。このため、非画像形成領域Ｃにおいて、感光体ドラムとクリーニングブレード８の摩擦係数が高くなる。従って非画像形成領域Ｃは、画像形成領域と比較して感光体ドラム１の削れの進行が早い。
【００８１】
本実施形態では、非画像形成領域の当接ニップ領域内のエアギャップを７．７μｍ以下にすることにより、非画像形成領域において当接ニップ領域内の放電を抑制した。
【００８２】
このように本実施形態では、非画像形成領域Ｃにおける感光体ドラム１の削れを低減することが可能となり、感光体ドラム１の長寿命化を図ることができる。
【００８３】
＜第３実施形態＞
本実施形態は、第１実施形態が中央部と端部で帯電ローラの外径を変化させていたのに対して、通紙部と、通紙部と非通紙部との間の境界領域とで、帯電ローラの外径を変化させたことを特徴とする。
【００８４】
本実施形態では、通紙部における外径Ｒｃを１０．０４ｍｍ、通紙部と非通紙部との間の境界領域における外径Ｒｓを１０．１１ｍｍにした。
【００８５】
図９は、帯電ローラ２と感光体ドラム１と記録部材５０の長手配置図を示す図である。
【００８６】
同図に示すように、帯電ローラ２の長手方向において、点線部より内側が帯電ローラ２の通紙部、点線部より外側が帯電ローラ２の非通紙部、斜線部が境界領域Ｄに対応する。
【００８７】
本実施形態における通紙部と非通紙部との間の境界領域Ｄは、帯電ローラ２の長手方向において、端部から中央部へ向かって７ｍｍまでの領域である。その他の構成は、第１実施形態と同等である。
【００８８】
本実施形態において、当接ニップ領域内のエアギャップＧは、通紙部では７．７μｍ以上であり、通紙部と非通紙部の間の境界領域では７．７μｍ以下であった。本実施形態において、通紙部と非通紙部との間の境界領域における当接ニップ領域内のエアギャップＧは、１．６μｍであった。
【００８９】
近年、プリンタ等の画像形成装置では、ユーザのプリントニーズの多様化に伴い、厚紙、ＯＨＰ等の多種のメディアに印字する必要性への対応が求められている。
【００９０】
しかしながら、普通紙以外では、紙粉の多い紙や表面が荒れた紙は、感光体ドラム１の表面を荒らし易い。そのため、感光体ドラム１の寿命を低下させる原因となっている。又、厚紙やＯＨＰシート等は、感光体ドラム１に当たるときにショックで感光体ドラム１に傷を付け易い。
【００９１】
本実施形態では、通紙部と非通紙部との間の境界領域Ｄ内のエアギャップを７．７μｍ以下にすることにより、通紙部と非通紙部との間の境界領域Ｄにおいて当接ニップ領域内の放電を抑制した。このため、通紙部と非通紙部の間の境界領域における感光体ドラムの削れを低減することが可能となり、厚紙、ＯＨＰ等の多種のメディアに対応することができる。
【００９２】
＜第４実施形態＞
本実施形態では、第１実施形態に記載の帯電ローラ２の表面形状が凸形状であったのに対して、本実施形態の帯電ローラ２２は表面形状が凹形状であることを特徴とする。
【００９３】
図１０は、本実施形態の帯電ローラ２２の構成を示す図であり、図１０（ａ）は、帯電ローラ２２の形状を示す模式図であり、図１０（ｂ）は、帯電ローラ２２の横断面図である。
【００９４】
図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、帯電ローラ２２は、表面に複数の微小凹部４０１を有している。
【００９５】
図１１は、帯電ローラ２２と感光体ドラム１との当接ニップ領域部分の拡大模型図であり、図１１（ａ）は長手方向中央部の当接ニップ領域、図１１（ｂ）は長手方向端部の当接ニップ領域を示す。
【００９６】
図１１においては、図の上側が帯電ローラ２２の表面を表し、下側が感光体ドラム１の表面を表している。
【００９７】
第１実施形態に記載の帯電ローラ２は表面形状が凸形状であり、感光体ドラム１に対して点接触させているため、長期使用によって帯電ローラ２にトナー粒子や外添剤が付着して帯電ローラ２が汚れやすい。従って、帯電ローラ２と感光体ドラム１との間に形成されるエアギャップを長期にわたって維持し続けることが難しい場合がある。
【００９８】
ここで、帯電ローラの汚れと表面形状の相関関係について説明する。例えば、クリーニングブレード８よりも駆動方向下流側、かつ帯電ローラ２よりも上流側の感光体ドラム１上に汚れ物質が存在した場合、画像形成プロセスの過程で帯電ローラ２上に転移し、帯電ローラ２の表面に汚れ物質が付着することがある。
【００９９】
詳述すると、感光体ドラム１の回転駆動中、クリーニングブレード８をすり抜けた転写残トナーの一部やその他の微粒子等の微粒子汚れ物質が、感光体ドラム１に接触配置された帯電ローラ２に付着した場合、帯電ローラ２の微粒子汚れが発生する。
【０１００】
帯電ローラ２に対する微粒子汚れ物質の付着性は、帯電ローラ２の表面の掻き取り効果によって説明される。即ち、帯電ローラ２の表面の凹凸において、凸部分で感光体ドラム１上の微粒子汚れ物質を掻き取り、凹部分で付着が発生する。この現象に着目した場合、帯電ローラ２の表面の掻き取り効果を小さくするための方策として、図１０、図１１に示すように帯電ローラ２の表面形状を凹形状にすることで、微粒子汚れを軽減することができる。
【０１０１】
図１２は、表面形状が凸形状の帯電ローラ２と、凹形状の帯電ローラ２２を用いた時の、感光体ドラム１の回転駆動時における帯電ローラ２の当接ニップ領域近傍の概念図であり、微粒子汚れ物質３０１の振る舞いを表す概念図である。
【０１０２】
図１２（ａ）は表面形状が凸形状の帯電ローラ２を示し、図１２（ｂ）は表面形状が凹形状の帯電ローラ２２を示す。図１２においては、上側が帯電ローラの表面を表し、下側が感光体ドラム１の表面を表している。また、Ｎａ、Ｎｂ、Ｎｃは、それぞれ当接ニップ領域通過前、当接ニップ領域内、当接ニップ領域通過後の場合を示している。
【０１０３】
図１２に示すように、表面形状が凸形状の帯電ローラ２である場合、掻き取り効果が大きく、微粒子汚れ物質３０１が付着しやすい。しかしながら、表面形状が凹形状の帯電ローラ２２である場合、掻き取り効果が小さく、微粒子汚れ物質３０１が付着しにくい。
【０１０４】
従って、表面形状を凹形状にした帯電ローラ２２を用いることで、帯電ローラ２２の表面が汚れにくくなり、帯電ローラ２２と感光体ドラム１との間に形成されるエアギャップを長期にわたって維持し続けることが可能となる。即ち、表面形状を凹形状にした帯電ローラ２２用いることで、帯電ローラ２２を長期使用してもモアレを持続的に抑制できる。
【０１０５】
なお、本実施形態では、帯電部材に表面層を設けているが、これに限るものではなく、例えば、表面層を取り除いても導電性弾性層を硬化処理することで、本実施形態に記載した表面形状を保持できる帯電部材であれば、本発明を適用して同様の効果が得られる。
【０１０６】
また、本発明の帯電部材は上記実施形態に限定されるものではなく、図示された帯電部材の表面形状はあくまで一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば、その他の実施形態、応用例、変形例ならびにそれらの組み合わせも可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
１‥‥感光体ドラム
２‥‥帯電ローラ
２ａ‥‥導電性支持体
２ｂ‥‥導電性弾性層
２ｃ‥‥表面層
５‥‥現像器
８‥‥クリーニングブレード
３１‥‥加圧ばね
３２‥‥軸受け部材
２０１‥‥微小突起
４０１‥‥微小凹部
Ｅ‥‥ヤング率
Ｇ‥‥エアギャップ
Ｌ‥‥高さ
Ｐ‥‥押圧力
Ｓ‥‥面積
【図１】
2015011306.tif 000003
【図２】
2015011306.tif 000004
【図３】
2015011306.tif 000005
【図４】
2015011306.tif 000006
【図５】
2015011306.tif 000007
【図６】
2015011306.tif 000008
【図７】
2015011306.tif 000009
【図８】
2015011306.tif 000010
【図９】
2015011306.tif 000011
【図１０】
2015011306.tif 000012
【図１１】
2015011306.tif 000013
【図１２】
2015011306.tif 000014