(57)【要約】【課題】ローラ状の清掃部材による帯電部材の表面の付着物の清掃能力を向上して、長期にわたって帯電部材の表面の汚染を抑制することのできる画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置１０は、清掃部材８が、芯金８ａと、該芯金８ａの周囲に形成された複数のスポンジ層８ｄと、を有し、該複数のスポンジ層８ｄは、芯金８ａに接触している導電性スポンジ層８ｄ１と、該導電性スポンジ層よりも外側に設けられている非導電性スポンジ層８ｄ２と、を有し、清掃電源ＰＳ２は、帯電電源ＰＳ１が帯電部材２に直流電圧を印加しているときに、帯電電源ＰＳ１が帯電部材２に印加する直流電圧と同極性で、かつ、その絶対値が帯電電源ＰＳ１が帯電部材２に印加する直流電圧よりも大きい直流電圧を、芯金８ａを介して清掃部材８に印加する構成とする。【選択図】図３
2015158601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、
前記像担持体の表面を帯電させる回転可能な帯電部材と、
前記帯電部材に当接して回転可能なローラ状の清掃部材と、
前記帯電部材に直流電圧を印加する帯電電源と、
前記清掃部材に直流電圧を印加する清掃電源と、
を有する画像形成装置において、
前記清掃部材は、芯金と、該芯金の周囲に形成された複数のスポンジ層と、を有し、
該複数のスポンジ層は、前記芯金に接触している導電性スポンジ層と、該導電性スポンジ層よりも外側に設けられている非導電性スポンジ層と、を有し、
前記清掃電源は、前記帯電電源が前記帯電部材に直流電圧を印加しているときに、前記帯電電源が前記帯電部材に印加する直流電圧と同極性で、かつ、その絶対値が前記帯電電源が前記帯電部材に印加する直流電圧よりも大きい直流電圧を、前記芯金を介して前記清掃部材に印加することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記帯電部材に対する前記清掃部材の侵入量は、前記清掃部材が前記帯電部材に当接していないときの前記清掃部材の表面から前記導電性スポンジ層までの距離よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記導電性スポンジ層の厚さは、前記複数のスポンジ層の全体の厚さの半分以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記帯電電源は、前記帯電部材に直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧を印加し、前記清掃電源は、前記清掃部材に直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧を印加することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記帯電電源が前記帯電部材に印加する電圧と前記清掃電源が前記清掃部材に印加する電圧との電位差が画像形成時よりも大きい清掃モードを非画像形成時に実行可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記帯電電源が前記帯電部材に印加する交流電圧の位相と前記清掃電源が前記清掃部材に印加する交流電圧の位相との関係が画像形成時とは異なる清掃モードを非画像形成時に実行可能であることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
【請求項７】
画像形成時には、前記帯電電源が前記帯電部材に印加する交流電圧の位相と前記清掃電源が前記清掃部材に印加する交流電圧の位相とは同位相であり、前記清掃モード時には前記帯電電源が前記帯電部材に印加する交流電圧の位相と前記清掃電源が前記清掃部材に印加する交流電圧の位相とは異なることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記複数のスポンジ層は、前記導電性スポンジ層と、前記導電性スポンジ層の外側に設けられ前記導電性スポンジ層に接触している前記非導電性スポンジ層との２層からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記複数のスポンジ層は、前記導電性スポンジ層と、前記導電性スポンジ層の外側に設けられ前記導電性スポンジ層に接触している前記非導電性スポンジ層と、前記非導電性スポンジ層の外側に設けられ前記非導電性スポンジ層に接触している導電性スポンジ層との３層からなることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記複数のスポンジ層は、それぞれ連泡性スポンジ層であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に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、電子写真方式や静電記録方式を用いた、複写機、レーザービームプリンター、ファクシミリ装置などの画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式の画像形成装置において、像担持体としての感光体を帯電させる帯電手段としては、コロナ帯電器や帯電ローラが広く用いられている。近年では、比較的オゾンの発生量が少ないことや装置の小型化が容易になることなどから、帯電手段としてローラ状の帯電部材である帯電ローラを採用する装置が主流となりつつある。
【０００３】
しかしながら、帯電ローラは、感光体に接触又は近接している。そのため、感光体に付着している転写残トナーや外添剤などが、感光体と帯電ローラとの接触部（ニップ部）又は最近接部において、帯電ローラに付着したり又は飛散したりする。これによって、その帯電ローラを長期にわたり使用した場合に、画像に影響を及ぼすことがある。このような課題に対し、清掃手段として例えばローラ状の清掃部材である清掃ローラを設け、帯電ローラの表面に付着した付着物を除去することが行われている。清掃ローラとしては、スポンジローラが用いられる。
【０００４】
帯電ローラに付着する付着物は、電気的に様々な極性を有している。特に、帯電ローラとは逆極性に帯電している（以下、単に「逆極性の」ともいう。）付着物は、帯電ローラとその付着物とが静電的に引き付け合う力により、強い付着力を有していることが知られている。
【０００５】
特許文献１には、逆極性の付着物を清掃部材に引き付ける目的で、清掃ローラに印加するバイアス（清掃バイアス）を、帯電ローラに印加するバイアス（帯電バイアス）と同極性でかつその絶対値が帯電バイアス以上のものとすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−０４９２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の清掃ローラでは、清掃バイアスを印加しても、長期にわたって帯電ローラの汚染を抑制することができなくなることがある。
【０００８】
これは、詳しくは後述するように、次のような理由によるもの考えられる。すなわち、従来は、清掃ローラとしての単層のスポンジローラにより帯電ローラの清掃を行っている。そのため、清掃バイアスを印加しているスポンジローラの芯金から帯電ローラの表面までの距離が長く、逆極性の付着物を十分にスポンジローラに引き付けることができなくなる場合がある。
【０００９】
このような場合には、逆極性の付着物は、帯電ローラ上に付着した状態で周回しているうちに、帯電ローラの表面に強く固着してしまうことがある。そして、それが感光体の帯電処理を阻害して、帯電ムラに起因する画像濃度ムラ、帯電電位の低下に起因する画像中の白部へのトナーの付着（カブリ）などの不具合を引き起こすことがある。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、ローラ状の清掃部材による帯電部材の表面の付着物の清掃能力を向上して、長期にわたって帯電部材の表面の汚染を抑制することのできる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。要約すれば、本発明は、像担持体と、前記像担持体の表面を帯電させる回転可能な帯電部材と、前記帯電部材に当接して回転可能なローラ状の清掃部材と、前記帯電部材に直流電圧を印加する帯電電源と、前記清掃部材に直流電圧を印加する清掃電源と、を有する画像形成装置において、前記清掃部材は、芯金と、該芯金の周囲に形成された複数のスポンジ層と、を有し、該複数のスポンジ層は、前記芯金に接触している導電性スポンジ層と、該導電性スポンジ層よりも外側に設けられている非導電性スポンジ層と、を有し、前記清掃電源は、前記帯電電源が前記帯電部材に直流電圧を印加しているときに、前記帯電電源が前記帯電部材に印加する直流電圧と同極性で、かつ、その絶対値が前記帯電電源が前記帯電部材に印加する直流電圧よりも大きい直流電圧を、前記芯金を介して前記清掃部材に印加することを特徴とする画像形成装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ローラ状の清掃部材による帯電部材の表面の付着物の清掃能力を向上して、長期にわたって帯電部材の表面の汚染を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例に係る画像形成装置の模式的な断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る帯電ローラの周辺の構成を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の一実施例に係る清掃ローラの模式的な断面図である。
【図４】本発明の一実施例に係る帯電ローラと清掃ローラとの当接部の模式的な断面図である。
【図５】清掃ローラによる帯電ローラの機械的な清掃メカニズムを説明するための模式図である。
【図６】清掃ローラによる帯電ローラの電気的な清掃メカニズムを説明するための模式図である。
【図７】比較例１に係る清掃ローラの模式的な断面図である。
【図８】比較例２に係る清掃ローラの模式的な断面図である。
【図９】本発明の一実施例における帯電バイアス電圧と清掃バイアス電圧との関係を示すグラフ図である。
【図１０】本発明の他の実施例に係る清掃ローラの模式的な断面図である。
【図１１】本発明の更に他の実施例に係る清掃ローラの模式的な断面図である。
【図１２】本発明の更に他の実施例における（ａ）通常モード時、（ｂ）清掃モード時の帯電バイアス電圧と清掃バイアス電圧との関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。
【００１５】
実施例１
１．画像形成装置の全体的な構成及び動作
まず、本発明の一実施例に係る画像形成装置の全体構成及び動作について説明する。図１は、本実施例に係る画像形成装置の要部の模式的な断面図である。本実施例の画像形成装置１０は、接触帯電方式を用いた、レーザービームプリンターである。
【００１６】
画像形成装置１０は、被帯電体である像担持体としてのドラム状（円筒形）の電子写真感光体（感光体）、すなわち、感光ドラム１を有する。感光ドラム１は、図中矢印Ｒ１方向（反時計回り）に所定の速度（プロセススピード）で回転駆動される。
【００１７】
感光ドラム１の周囲には、その回転方向に沿って順に、次の各手段が配置されている。まず、帯電手段としてのローラ状の帯電部材（帯電器）である帯電ローラ２が配置されている。次に、露光手段としての露光装置（レーザースキャナー）３が配置されている。次に、現像手段としての現像装置４が配置されている。次に、転写手段としてのローラ状の転写部材である転写ローラ５が配置されている。次に、クリーニング手段としてのドラムクリーニング装置７が配置されている。
【００１８】
帯電ローラ２は、感光ドラム１に接触させて配置されている。帯電ローラ２は、帯電部ａにおいて、回転する感光ドラム１の表面を所定の極性の所定の電位に略一様に帯電処理する。このとき、帯電ローラ２には、帯電バイアス電源ＰＳ１より所定の条件の帯電バイアスが印加される。帯電ローラ２は、感光ドラム１に対して従動して回転する。本実施例では、帯電ローラ２は、感光ドラム１の表面の移動方向における帯電ローラ２の上流側及び下流側で、感光ドラム１との間に形成される微小な空隙で生じる放電により、感光ドラム１の表面を帯電させる。このようにして感光ドラム１の表面の帯電処理が行われる位置が帯電部ａである。ただし、本発明の理解においては感光ドラム１の表面の移動方向における感光ドラム１と帯電ローラ２との接触部（ニップ部）が帯電部ａであると擬制して考えても問題ない。なお、帯電ローラなどの帯電部材は、被帯電体である感光体の表面に必ずしも接触している必要はない。帯電部材と感光体との間に、ギャップ間電圧と補正パッシェンカーブで決まる放電可能領域さえ確実に保証されれば、例えば数１０μｍの空隙（間隙）を有して非接触に近接配置されていてもよい。ここでは、帯電部材を被帯電体に接触させて、感光体の回転方向における帯電ローラと感光体との接触部の両側の微小な空隙で発生する放電により被帯電体を帯電させる方式を接触帯電方式と呼ぶ。また、帯電部材を被帯電体に近接させて帯電ローラと感光体との微小な空隙で発生する放電により被帯電体を帯電させる方式を近接帯電方式と呼ぶ。
【００１９】
露光装置３は、露光部ｂにおいて、帯電ローラ２で帯電処理された感光ドラム１の表面に、画像情報に応じたレーザー光Ｌを照射する。これによって、感光ドラム１の表面に静電潜像（静電像）が形成される。
【００２０】
現像装置４は、現像部ｃにおいて、感光ドラム１の表面の静電潜像にトナーを供給してトナー像として現像する。このとき、現像装置４が有する現像剤担持体としての現像スリーブ４１には、現像バイアス電源ＰＳ３より所定の条件の現像バイアスが印加される。本実施例では、イメージ部露光と反転現像によりトナー像が形成される。すなわち、略一様に帯電処理された後に露光されることで電位の絶対値が低下した感光ドラム１上の露光部（画像部）に、感光ドラム１の帯電極性（本実施例では負極性）と同極性に帯電したトナーを付着させられて、トナー像が形成される。
【００２１】
転写ローラ５は、転写部ｄにおいて、感光ドラム１の表面のトナー像を転写材Ｐに転写させる。このとき、転写ローラ５には、転写バイアス電源ＰＳ４より所定の条件の転写バイアスが印加される。転写部ｄにおいて、転写ローラ５は感光ドラム１に向けて押圧されており、感光ドラム１と転写ローラ５との間に接触部（ニップ部）が形成されている。
【００２２】
トナー像の転写を受けた転写材Ｐは、定着手段としての定着装置６へ導入され、ここでトナー像の定着処理を受ける。こうして画像が定着された転写材Ｐは、画像形成物（プリント、コピー）として画像形成装置１０の外部に出力される。
【００２３】
一方、トナー像の転写後の感光ドラム１の表面は、ドラムクリーニング部ｅにおいて、ドラムクリーニング装置７により転写残トナーなどの付着物（残留付着物）がほぼ除去されて、清浄化される。ドラムクリーニング装置７は、ドラムクリーニング部ｅで感光ドラム１に接触させて配置されたクリーニング部材としてのクリーニングブレード７１によって、回転する感光ドラム１の表面から付着物を掻き取って除去し、回収する。
【００２４】
また、画像形成装置１００は、帯電ローラ２の清掃手段としてのローラ状の清掃部材である清掃ローラ８を有する。清掃ローラ８は、詳しくは後述するように、弾性体ローラとしてのスポンジローラで構成されている。そして、清掃ローラ８には、清掃バイアス電源ＰＳ２より所定の条件の清掃バイアスが印加される。清掃ローラ８は、清掃部ｆにおいて帯電ローラ２に当接しながら、帯電ローラ２に対して従動して回転する。そして、清掃ローラ８は、帯電ローラ２上に付着した、帯電ローラ２とは逆極性に帯電している付着物など（後述）を除去する。
【００２５】
画像形成装置１０は、上述のような一連のプロセスを繰り返して、作像工程を行う。
【００２６】
画像形成装置１０の各部の動作は、画像形成装置１０に設けられた制御部（コントローラ）１１が統括的に制御する。制御部１１は、演算制御手段としてＣＰＵ、記憶手段としてのＲＡＭ、ＲＯＭといったメモリ（記憶媒体）などを有しており、メモリに記憶されたプログラムやデータに従って、画像形成装置１０の各部のシーケンス制御などを実行する。例えば、本実施例との関係では、制御部１１は、帯電ローラ２に帯電バイアスが印加されている際には、清掃ローラ８に後述する所定の清掃バイアスを印加するように制御する。
【００２７】
なお、感光ドラム１と、感光ドラム１に作用するプロセス手段としての帯電手段、現像手段及びクリーニング手段の少なくとも一つとが一体的にカートリッジ化されて、画像形成装置１０の装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジとされていてもよい。この場合、帯電手段を清掃する清掃手段としての清掃部材も、プロセスカートリッジとして一体的に画像形成装置１０の装置本体に対して着脱可能とされていてよい。
【００２８】
２．帯電ローラ及び清掃ローラの概略構成
次に、本実施例における帯電ローラ２及び清掃ローラ８の概略構成について説明する。図２は、本実施例における帯電ローラ２の周辺の構成を示す模式的な断面側面図である。
【００２９】
帯電ローラ２を用いた接触帯電方式や近接帯電方式においては、被帯電体としての感光ドラム１に帯電ローラ２を接触（又は近接）させる。一方、転写後の感光ドラム１の表面を清掃するために設けられたドラムクリーニング装置７からは、微粉トナー、外添剤（現像剤として含まれている）などがすり抜けてくる。そのため、これらが帯電ローラ２の表面に付着、堆積して、帯電ムラに起因する画像濃度ムラ、帯電電位の低下に起因する画像中の白部へのトナーの付着（カブリ）などの不具合が発生することがある。そこで、本実施例では、この帯電ローラ２の表層の汚染は、清掃部ｆにおいて、清掃ローラ８を帯電ローラ２の表面に当接させて、微粉トナー、外添剤などを除去させることで、抑制している。
【００３０】
帯電ローラ２は、詳しくは後述するように、芯金２ａと、この芯金２ａの外周に同心一体にローラ状に形成した弾性体層としての導電ゴム層２ｄと、を基本構成として有している。帯電ローラ２は、芯金２ａの長手方向（回転軸線方向）の両端が、それぞれ軸受け部材２ｂで回転可能に保持されている。そして、帯電ローラ２の長手方向の両端側で、この軸受部材２ｂがそれぞれ付勢手段としての押圧ばね２ｃによって感光ドラム１に向かって付勢されることで、帯電ローラ２は、感光ドラム１の表面に対して所定の押圧力をもって圧接させられている。これにより、帯電ローラ２は、感光ドラム１の図中矢印Ｒ１方向（反時計回り）の回転に従動して図中矢印Ｒ２方向（時計回り）に回転する。
【００３１】
清掃ローラ８は、帯電ローラ２の長手方向に対し略平行に配置されている。清掃ローラ８は、詳しくは後述するように、芯金８ａと、この芯金８ａの外周に同心一体にローラ状に形成した弾性体層としてのスポンジ層（発泡体層）８ｄと、を基本構成として有している。清掃ローラ８は、芯金８ａの長手方向（回転軸線方向）の両端が、それぞれ軸受け部材８ｂで回転可能に保持さされている。そして、清掃ローラ８の長手方向の両端側で、この軸受部材８ｂがそれぞれ付勢手段としての押圧ばね８ｃによって帯電ローラ２の芯金２ａに向かって付勢されることで、清掃ローラ６は、帯電ローラ２の表面に対して所定の押圧力をもって圧接させられている。これにより、清掃ローラ８は、帯電ローラ２の図中矢印Ｒ２方向（時計回り）の回転に従動して図中矢印Ｒ３方向（反時計回り）に回転する。
【００３２】
また、帯電ローラ２の芯金２ａには、帯電ローラ２に帯電バイアスを印加する電圧印加手段としての帯電バイアス電源（帯電電源）ＰＳ１が接続されている。また、清掃ローラ８の芯金８ａには、清掃ローラ８に清掃バイアスを印加する電圧印加手段としての清掃バイアス電源（清掃電源）ＰＳ２が接続されている。これらの電源ＰＳ１、ＰＳ２は、各々ＤＣバイアスにＡＣバイアスを重畳したバイアスを出力することが可能である。具体的には、帯電バイアス電源ＰＳ１によって印加される電圧は、ＤＣバイアス−７００Ｖに、周波数１．５ｋＨｚでピーク間電圧１５００ＶのＡＣバイアスが重畳されたバイアスである。これにより、帯電部ａを通過した直後の感光ドラム１の表面電位が、一様に略−７００Ｖに帯電される。一方、清掃バイアス電源ＰＳ２によって印加される電圧は、ＤＣバイアス−９００Ｖに、帯電バイアスと同位相の周波数１．５ｋＨｚでピーク間電圧１５００ＶのＡＣバイアスが重畳されたバイアスである。清掃バイアスの効果については後述する。
【００３３】
上述のように、本実施例では、帯電電源は帯電部材に帯電バイアスとして直流電圧に交流電圧を重畳した電圧（交番電圧）を印加し、清掃電源は清掃部材に清掃バイアスとして直流電圧に交流電圧を重畳した電圧（交番電圧）を印加する。この場合、帯電バイアスの交流電圧と清掃電圧の交流電圧とは同位相として、帯電バイアスと清掃バイアスとの間の電位差を略一定とする。感光体をより均一に帯電させるなどのために帯電バイアスとして交番電圧が用いられる場合には、清掃バイアスも交番電圧とすることが有効である。ただし、帯電バイアス及び清掃バイアスは交番電圧に限定されるものではなく、帯電電源は帯電部材に帯電バイアスとして直流電圧のみを印加し、清掃電源は清掃部材に清掃バイアスとして直流電圧のみを印加するようにしてもよい。また、帯電バイアスは交番電圧と直流電圧とに切り替えられるようになっていてもよい。この場合は、清掃バイアスも交番電圧と直流電圧とに切り替えられるようにする。そして、帯電バイアスとして交番電圧を印加する場合には、清掃バイアスとして交番電圧を印加し、帯電バイアスとして直流電圧のみを印加する場合には、清掃バイアスとして直流電圧のみを印加するようにする。
【００３４】
３．帯電ローラの詳細な構成
次に、本実施例における帯電ローラ２の構成についてより詳細に説明する。
【００３５】
帯電ローラ２は、芯金２ａとしての金属などの導電性基体上に、導電ゴム層２ｄを有しており、導電ゴム層２ｄは、下から（芯金２ａ側から）順に、弾性層２ｄ１、導電層２ｄ２、抵抗層２ｄ３を有している。
【００３６】
弾性層２ｄ１の硬度は、柔軟性による感光ドラム１との密着性の点からＪＩＳ  ＡＧＳ−７０６に基づいたゴム硬度で３０°以下が好ましい。また、弾性層の層厚は、２ｍｍ以上が好ましい。上記のようなゴム硬度及び層厚であると、感光ドラム１及び帯電ローラ２との密着性を十分に確保することが可能である。したがって、感光ドラム１及び帯電ローラ２が有するクラウン量や外径の製造公差によって感光ドラム１と帯電ローラ２の接触状態が長手方向で異なることを抑制できる。
【００３７】
導電層２ｄ２は、体積抵抗率が１０7Ω・ｃｍ以下が好ましい。上記の体積抵抗率を超える構成であると、帯電バイアス電源ＰＳ１から帯電バイアスを印加した際に導電層での電圧降下が起こり、感光ドラム１表面に形成できる電位が低下してしまう。また、導電層２ｄ２の材料としては、金属蒸着膜、導電性粒子分散樹脂、導電性樹脂などを用いることができる。
【００３８】
抵抗層２ｄ３は、−２００ＶのＤＣバイアスを印加したときの体積抵抗率が１０7〜１０12Ω・ｃｍ程度で導電層２ｄ２よりも高くなるように構成されており、半導電性樹脂や導電性粒子分散絶縁層などを用いることができる。抵抗層２ｄ３の膜厚は、帯電性の点から５００μｍ以下が好ましい。
【００３９】
本実施例では、ステンレスなどで形成された直径６ｍｍの導電性の芯金２ａ上に、厚さ３ｍｍの弾性層２ｄ１、厚さ１０μｍの導電層２ｄ２、厚さ１００μｍの抵抗層２ｄ３を下から（芯金２ａ側から）順に有する帯電ローラ２を用いた。
【００４０】
なお、帯電ローラ２は、本実施例のように３層構造である必要はなく、単層、２層、又は４層以上でもかまわない。また、帯電ローラ２の各層を構成する材料も特に限定するものではないが、帯電ローラ２の表面の離型性が高い方が容易に付着物を剥ぎ取ることができる。
【００４１】
また、帯電部材は、本実施例のようなローラ状の帯電部材である帯電ローラに限定されるものではない。例えば、ベルト状の帯電部材を用いることもできる。ベルト状の帯電部材は、複数の支持ローラに掛け渡された無端状のベルトで構成することができ、例えば支持ローラの一つがベルトを介して感光体に当接又は近接し、支持ローラの他の一つがベルトを介して清掃部材に当接するようにすることができる。
【００４２】
４．清掃ローラの詳細な構成
次に、本実施例における清掃ローラ８の構成についてより詳細に説明する。図３は、本実施例における清掃ローラ８の層構成を示す、帯電ローラ２に当接していない状態の清掃ローラ８の模式的な断面図である。
【００４３】
清掃ローラ８は、支持軸としての金属製の芯金８ａと、その周面に形成されたスポンジ層８ｄと、を有するスポンジローラである。そして、スポンジ層８ｄは、それぞれが気泡部の壁面が連通している２層のローラ状のスポンジ層（連泡性スポンジ層、連泡性発泡体層）である、内層８ｄ１と外層８ｄ２とで構成されている。内層８ｄ１及び外層８ｄ２のいずれのスポンジ層も、ウレタンゴムからなる。内層８ｄ１と外層８ｄ２とは、芯金８ａの回転中心軸線の周囲に略同心状に設けられている。
【００４４】
更に説明すると、本実施例では、清掃ローラ８は、直径４ｍｍの金属製の芯金８ａ上に、内側から順に、次の各層を有する（外径１０ｍｍ）。まず、層厚２ｍｍの導電性材料からなる連泡性ウレタンスポンジゴムの内層（導電性スポンジ層）８ｄ１である。次に、層厚１ｍｍの非導電性材料からなる連泡性ウレタンスポンジゴムの外層（非導電性スポンジ層）８ｄ２である。
【００４５】
ここでは、抵抗値が１０9Ω未満のものを導電性材料（導電性弾性体）、抵抗値が１０9Ω以上のものを非導電性材料（非導電性弾性体）と定義する。この数値の根拠は、次のとおりである。すなわち、最外層の抵抗値が１０9Ω以上の弾性体ローラであれば、上記のような弾性体ローラを作成して芯金などからバイアスを印加しても、放電が発生しない限りは、対向する帯電ローラが形成するバイアスに影響を与えないことが判明しているためである。なお、上記導電性材料（導電性弾性体）の抵抗値は可及的に小さくてかまわないが、製造上の理由などから通常１０2Ω以上程度である。また、上記非導電性材料（非導電性弾性体）の抵抗値は可及的に大きくてかまわないが、製造上の理由などから通常１０13Ω以下程度である。
【００４６】
また、抵抗値の測定方法は、次のとおりである。すなわち、直径４ｍｍの芯金に層厚３ｍｍの弾性体層を有する弾性体ローラ（外径１０ｍｍ）を作成し、芯金の長手方向の両端に５０ｇずつの荷重をかけ、本実施例と同等の帯電ローラに略平行に当接させる。そして、弾性体ローラの芯金と帯電ローラの芯金との間に１００Ｖの電圧を印加し、両芯金間の抵抗値を測定した。なお、測定で用いた帯電ローラの長手方向長さは３００ｍｍであり、弾性体ローラの長手方向長さは３２０ｍｍである。
【００４７】
より具体的には、本実施例では、内層８ｄ１は抵抗値が１．０×１０5Ωの導電性スポンジからなり、外層８ｄ２は抵抗値が１．０×１０10Ωの非導電性スポンジからなる。導電性の内層８ｄ１のスポンジ素材には、後述する製造方法においてカーボンブラックなどの導電材が分散されており、導電性が確保されている。一方、外層８ｄ２のスポンジ素材には導電材が分散されておらず、非導電性となっている。
【００４８】
清掃ローラ８は、次のようにして製造することができる。まず、未加硫・未発泡のウレタンゴム層を金属製の芯金８ａ上に形成する。このとき、発泡剤やカーボンブラックなどの導電剤の配合剤を一様に分散させると、導電性を付与することができる。これらを円筒状の金型の成型キャビネット（図示せず）内にセットして加熱することにより、未加硫・未発泡のゴム層を加硫・発泡させ、成型キャビネット内で金型どおりのスポンジ（連泡スポンジ）として成型される。この際、発泡によって発生した気体は、発泡によって形成された連通した気泡を通って金型の側面から排出される。本実施例のように、芯金８ａの周面に２層のスポンジ層を有するスポンジローラの場合は、上記した単層構成のスポンジ層の製造工程を繰り返すことで形成することができる。この段階では、芯金８ａの周面の貫通穴上に形成された連泡スポンジの気泡にはスキン層があり、気泡は閉じた状態である。そして、この連泡スポンジの表面を研磨してスキン層を破ることにより、芯金８ａの周面にスポンジ層を備えた所望する外径の清掃ローラ８が得られる。
【００４９】
上記の製造方法以外にも成型キャビネット内に入れずに自由状態で、未加硫・未発泡のウレタンゴム層を加熱処理した後、連泡スポンジの表面を研磨する方法も可能である。
【００５０】
なお、本実施例では、スポンジ層の材料として、ウレタンゴムを用いているが、これに限定されるものではない。スポンジ層の材料としては、シリコンゴム、ＥＰＤＭゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム、ヒドリンゴム、フッ素ゴムなどを用いることもできる。
【００５１】
また、本実施例では、導電剤として、電子導電剤であるカーボンブラックを用いているが、これに限定されるものではない。導電剤としては、その他の電子導電剤として金属酸化物など、イオン導電剤として第４級アンモニウム塩、脂肪族アルコールサルフェート塩などを用いることもできる。
【００５２】
また、発泡剤としては、一般的に、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸アンモニウムなどの無機発泡剤や、ニトロソ化合物、アゾ化合物、スルホニルヒドラジド化合物などの有機発泡剤が挙げられるが、特に限定されるものではない。
【００５３】
また、清掃ローラ８の弾性体層としては、最内層に芯金と接触している導電性スポンジ層、それより外側のいずれかの層に非導電性スポンジ層を有している構成であれば、特に２層構造である必要はなく、３層以上の複数層でもよい。すなわち、清掃ローラの複数のスポンジ層は、芯金に接触している導電性スポンジ層と、該導電性スポンジ層よりも外側に設けられている非導電性スポンジ層と、を有していればよい。この複数のスポンジ層は、芯金の回転中心軸線の周囲に略同心状に設けられている。ただし、詳しくは後述するように逆極性の付着物を十分に取り込み回収するためには、導電性スポンジ層の厚さが、複数のスポンジ層の全体の厚さの半分以上であることが好ましい。
【００５４】
ここで、清掃ローラ８の特性値としては、以下のようなものが好ましい。
【００５５】
まず、帯電ローラ２に対する清掃ローラ８の侵入量は、スポンジ層８ｄの層厚（本実施例では、内層８ｄ１の層厚と外層８ｄ２の層厚の合計）未満であることが必要であり、スポンジ層８ｄの層厚の半分以下がより好ましい。スポンジ層８ｄの層厚の半分以上の侵入量になると、清掃ローラ８の内部の気泡（連泡となっている）が小さくなりすぎて、付着物を取り込めなくなるため、十分な清掃能力を確保できなくなる場合がある。
【００５６】
また、詳しくは後述するように、帯電ローラ２に当接していないときの清掃ローラ８の表面から内層８ｄ１までの半径方向における距離（本実施例では外層８ｄ２の層厚）よりも侵入量を大きくすることが好ましい。すなわち、清掃ローラが帯電ローラに当接しているときの侵入量Ｌ２（図４）は、清掃ローラに力が加わっていない状態における清掃ローラの表面から導電性スポンジ層の外側の表面までの距離Ｌ１（図３）よりも大きくすることが好ましい（Ｌ２＞Ｌ１）。
【００５７】
なお、図４に示すように、帯電ローラ８に対する清掃ローラ８の侵入量とは、清掃ローラ８を帯電ローラ２に当接させることで変形させられた清掃ローラ８の表面と、この変形が無いと仮定した場合の清掃ローラ８の表面との間の距離である。この距離は、帯電ローラ２及び清掃ローラ８の表面の移動方向における帯電ローラ２と清掃ローラ８との接触部の略中央において、清掃ローラ８の半径方向にとったものである。図４は、帯電ローラ２に当接した状態の清掃ローラ８の模式的な断面図である。
【００５８】
また、清掃ローラ８のゴム硬度は、アスカーＣ硬度で１５°以下が好ましく、より好ましくはアスカーＣＳＣ２硬度で５０°以下である。
【００５９】
また、気泡径を芯金８ａから清掃ローラ８の表面に向かうに従い小さくするような層構成にすると、帯電ローラ２との当接部近傍で剥ぎ取った付着物をよりスムーズにローラ中心部に移動させることができる。
【００６０】
また、清掃ローラ８の帯電ローラ２との当接圧（線圧）は０．０４９〜０．９８Ｎ／ｃｍが好ましい。帯電ローラ２との当接圧が０．０４９Ｎ／ｃｍ未満であると、帯電ローラ２との当接部において剥ぎ取り不良が生じる場合がある。そして、剥ぎ取れなかったトナーが帯電ローラ２の表面に残っていると帯電不良を起こしてしまう場合がある。逆に、帯電ローラ２との当接圧が０．９８Ｎ／ｃｍを超えると、回転トルクが増大したり、摺擦力が増大したりすることがある。そのため、清掃ローラ８内に取り込まれたトナーが摺擦により軟化して帯電ローラ２の表面に融着してしまう場合がある。
【００６１】
なお、当接圧（線圧）の測定は次のような方法で行った。引き抜き板として長さ１００ｍｍ×幅１５ｍｍ×厚さ３０μｍのＳＵＳ薄板を、挟み板として長さ１８０ｍｍ×幅３０ｍｍ×厚さ３０μｍのＳＵＳ薄板を長さが半分になるように折ったものを用意し、その折った挟み板の間に引き抜き板を挿入する。その状態で挟み板を帯電ローラ２と清掃ローラ８との間に挿入する。そして、引き抜き板に取り付けたばねばかりを引っ張って、引き抜き板を一定速度で引き抜き、そのときのばねばかりの示す値を読み取る。このばねばかりの値を引き抜き板の幅である１．５ｃｍで除することにより、帯電ローラ２と清掃ローラ８の当接圧（線圧）を測定することができる。
【００６２】
また、スポンジ層８ｄ（内層８ｄ１及び外層８ｄ２）の連泡度の目安としては、スポンジ層８ｄの１０００ｃｍ3当たりの１分間の通気量が５００〜５０００ｍｌ／（ｍｉｎ・１０００ｃｍ3）である。より好ましくは１０００〜４０００ｍｌ（ｍｉｎ・１０００ｃｍ3）である。５００ｍｌ／（ｍｉｎ・１０００ｃｍ3）未満であると、硬度が高くなり、帯電ローラ２との当接圧が高くなってしまうことがある。また、含有できるトナー量も少ないため、頻繁に交換しなければならなくなってしまう場合がある。また、５０００ｍｌ／（ｍｉｎ・１０００ｃｍ3）を超えると、気泡が連通しすぎて所望の平均セル径を維持できず、回収したトナーを気泡内に保持しきれなくなる場合がある。
【００６３】
本実施例では、清掃ローラ８の特性値は、以下のように設定した。
【００６４】
図４に示すように、帯電ローラ２に対する清掃ローラ８の侵入量は１．２ｍｍに設定した。すなわち、本実施例では、帯電ローラ２に対する清掃ローラ８の侵入量は、スポンジ層８ｄの層厚である３ｍｍの半分以下である。また、本実施例では帯電ローラ２に対する清掃ローラ８の侵入量は、帯電ローラ２に当接していないときの清掃ローラ８の表面から内層８ｄ１までの半径方向における距離（本実施例では外層８ｄ２の層厚である１ｍｍ）よりも大きい。このように、帯電ローラ２に当接していないときの清掃ローラ８の表面から内層８ｄ１までの距離よりも侵入量を大きくすると、十分に外層８ｄ２を圧縮することができ、詳しくは後述するように、電界による清掃を効果的に行うことができる。
【００６５】
上記侵入量で清掃ローラ８を帯電ローラ２に当接させたとき、清掃ローラ８の内層８ｄ１は１．２ｍｍに圧縮され、外層８ｄ２は０．６ｍｍに圧縮されている。すなわち、形成される電界に係る、清掃部ｆにおける内層８ｄ１と帯電ローラ２の表面との最近接距離が０．６ｍｍとなっている。
【００６６】
また、清掃ローラ８のゴム硬度はアスカーＣＳＣ２硬度で１５°程度、内層８ｄ１における平均気泡径は３００μｍ、外層８ｄ２における平均気泡径は４００μｍである。また、清掃ローラ８の帯電ローラ２との当接圧（線圧）は０．５８８Ｎ／ｃｍ、清掃ローラ８の連泡度を表す通気量は１８００ｍｌ／（ｍｉｎ・１０００ｃｍ3）である。
【００６７】
５．清掃メカニズム
次に、清掃ローラ８による帯電ローラ２の清掃メカニズムについて説明する。
【００６８】
本実施例では、上述のように、帯電部ａを通過した直後の感光ドラム１の表面は、略一様に約−７００Ｖに帯電されている。露光部ｂにおいて露光装置３により露光された後には、感光ドラム１上の非画像部電位は約−７００Ｖ、画像部電位は約−１５０Ｖとなる。次いで、現像部ｃにおいて、現像バイアス電源ＰＳ３により約−３５０Ｖの電位に調整された現像装置４から、画像部電位の位置のみに負極性に帯電したトナーが付着する。次いで、感光ドラム１のトナーは、転写部ｄにおいて、転写バイアス電源ＰＳ４により約＋６００Ｖの転写バイアスが印加された転写ローラ５によって、転写材Ｐなどに転写される。トナー像の転写を受けた転写材Ｐは定着装置６へ導入されトナー像の定着処理を受けて画像として定着され、画像形成物（プリント、コピー）として出力される。
【００６９】
一方、転写後に感光ドラム１上に残留している転写残トナーなどは、感光ドラム１の回転によりドラムクリーニング部ｅに到達し、ドラムクリーニング装置７によりほぼ除去されて清浄化される。しかしながら、わずかにすり抜けてくる微粉トナー、外添剤（現像剤として含まれている）などが感光ドラム１と帯電ローラ２の当接部近傍（帯電部ａ）に到達する。そして、これらが感光ドラム１の表面電位と帯電バイアスとによって形成される電界によって、帯電ローラ２の表面に付着する。特に、これらのうち、帯電ローラ２に印加している帯電ＤＣバイアスの極性とは逆極性（本実施例では正極性）に帯電している付着物は、帯電ローラ２との静電的な付着力が加わり、強く帯電ローラ２に付着する。そこで、ここでは、特に、この帯電ＤＣバイアスの極性とは逆極性である正極性に帯電している付着物を「汚染物質」と定義する。ただし、清掃ローラ８は、後述する機械的な作用などにより、帯電ＤＣバイアスの極性と同極性に帯電している付着物を取り込んで回収してもよい。
【００７０】
本実施例の画像形成装置１０は、清掃ローラ８が当接される帯電ローラ２を備えた帯電装置を備えている。帯電ローラ２に付着した汚染物質は、帯電ローラ２と清掃ローラ８との当接部である清掃部ｆで、清掃ローラ８の外層８ｄ２の表面との摺擦によって、帯電ローラ２から剥ぎ取られる。
【００７１】
まず、清掃ローラ８による帯電ローラ２の機械的な清掃メカニズムについて説明する。図５は、清掃ローラ８による帯電ローラ２の機械的な清掃メカニズムを説明するための模式図である。
【００７２】
図５（ａ）に示すように、帯電ローラ２と接触している清掃ローラ８は、清掃部ｆの上流側で、回転軸中心に向けて略半径方向に縮みながら帯電ローラ２上の汚染物質を擦り取る。そして、汚染物質の一部を外層８ｄ２の内部に取り込み、一部は帯電ローラ２上に残留する。なお、清掃部ｆについて上流又は下流とは、帯電ローラ２及び清掃ローラ８の表面の移動方向に見た場合のものである。このとき、帯電ローラ２への侵入量が大きいほど清掃ローラ８の縮み量が大きく、汚染物質を擦り取って外層８ｄ２の内部に取り込む量が多くなり、帯電ローラ２上に残留する量が少なくなる。
【００７３】
次いで、図５（ｂ）に示すように、清掃ローラ８が、清掃部ｆの下流側で、縮んだ状態から解放される力によって、汚染物質の一部は清掃ローラ８の外部に弾き飛ばされ、一部は清掃ローラ８の内部に蓄積される。清掃ローラ８の内部に蓄積される汚染物質は、主に外層８ｄ２の表層付近に留まっているが、帯電ローラ２への侵入量が大きいほど、より内部まで蓄積されていることが判明している。
【００７４】
したがって、清掃ローラ８は、帯電ローラ２への侵入量が大きいほど縮み量が大きく、汚染物質を擦り取る力が大きくなるため、清掃効果が高い。さらに、清掃ローラ８の内部に蓄積できる汚染物質の量も多くなるため、長期にわたって清掃効果を維持することができる。
【００７５】
一方で、清掃されずに帯電ローラ２上に残留した汚染物質や、弾き飛ばされて帯電ローラ２上に再付着した汚染物質は、帯電ローラ２上に付着した状態で周回しているうちに、帯電ローラ２の表面に強く固着してしまう場合がある。そして、それが感光ドラム１の帯電処理を阻害して、画像不良を引き起こす場合がある。したがって、なるべく汚染物質を帯電ローラ２に残留又は再付着させず、清掃ローラ８の内部に蓄積させ、画像形成に影響を及ぼさないようにすることが重要である。そこで、本実施例では、次に説明するように、汚染物質を電気的に清掃ローラ８に引き付けるようにする。
【００７６】
次に、清掃ローラ８による帯電ローラ２の電気的な清掃メカニズムについて説明する。図６は、清掃ローラ８による帯電ローラ２の電気的な清掃メカニズムを説明するための模式図である。
【００７７】
本実施例では、帯電バイアス電源ＰＳ１から帯電ローラ２に印加する帯電バイアスの電位よりも負極性側（帯電ローラ２の電位と同極性側）に高い清掃バイアスを、清掃バイアス電源ＰＳ２から清掃ローラ８に印加する。すなわち、帯電ローラ２に印加する電圧値をＶ１、清掃ローラ８に印加する電圧値をＶ２としたとき、Ｖ１とＶ２とは同極性で、かつ、これらの絶対値の関係が｜Ｖ１｜＜｜Ｖ２｜であるようにする。ただし、帯電バイアスと清掃バイアスとの電位差をあまりに大きくしすぎると、帯電ローラ２と清掃ローラ８との間で放電が発生し、帯電ローラ２が感光ドラム１に形成する電位に悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、この電位差は３００Ｖ以下であることが好ましい。
【００７８】
図６（ａ）に示すように、清掃ローラ８が、清掃部ｆの上流側で、回転軸中心に向けて略半径方向に縮みながら帯電ローラ２上の汚染物質を擦り取る。この際には、帯電ローラ２に印加した電圧と清掃ローラ８に印加した電圧とが形成する電界によって、帯電ローラ２から清掃ローラ８に向けて汚染物質を付勢することができ、帯電ローラ２をより効率よく清掃することができる。
【００７９】
さらに、図６（ｂ）に示すように、清掃ローラ８が清掃部ｆの中央側にあるときに、汚染物質は、帯電ローラ２に印加した電圧と清掃ローラ８に印加した電圧とが形成する電界によって、清掃ローラ８の内層８ｄ１に引き付けられる。ここで、本発明者の検討によれば、汚染物質を内層８ｄ１に効果的に引き付けるためには、最近接位置において２．０×１０5Ｖ／ｍ以上の電界であることが好ましい。
【００８０】
そして、図６（ｃ）に示すように、清掃ローラ８が、清掃部ｆの下流側で、縮んだ状態から解放される際には、汚染物質は清掃ローラ８の表面付近にはほとんど存在せず、内層８ｄ１側へ移動している。そのため、汚染物質は清掃ローラ８の外部にはほとんど弾き飛ばされることなく、帯電ローラ２上に再付着を軽減することができるため、画像不良が発生しにくくなる。
【００８１】
本実施例では、帯電バイアス電源ＰＳ１から帯電ローラ２に印加する帯電バイアスは、ＤＣバイアス−７００Ｖに、周波数１．５ｋＨｚでピーク間電圧が１５００ＶのＡＣバイアスが重畳されたバイアスである。また、本実施例では、清掃バイアス電源ＰＳ２から清掃ローラ８に印加する清掃バイアスは、ＤＣバイアス−９００Ｖに、帯電バイアスと同位相の周波数１．５ｋＨｚでピーク間電圧が１５００ＶのＡＣバイアスが重畳されたバイアスである。そして、清掃ローラ８の芯金８ａから導電性スポンジからなる内層８ｄ１の外側の表面までの範囲が上記のバイアスの電位となっている。これらの電圧波形の関係を図９に示す。帯電ローラ２と内層８ｄ１との電位差は２００Ｖであり、これらの最近接距離は前述の通り０．６ｍｍであるため、最近接位置における電界強度は３．３×１０5Ｖ／ｍである。
【００８２】
このような構成により、帯電ローラ２の芯金２ａ側から清掃ローラ８の芯金８ａ側へ汚染物質（正極性）を引き付ける電界が発生する。そして、清掃ローラ８のスポンジ層８ｄの外層８ｄ２に回収された汚染物質を、スポンジ層８ｄの内層８ｄ１に移動させることができる。
【００８３】
なお、本実施例では、画像形成時など帯電バイアスを印加する際には清掃バイアスが印加される構成となっている。ここで、画像形成時とは、感光体ドラム１に対してトナー像の形成プロセスが実行され、形成されたトナー像の転写材Ｐへの転写がなされ、転写材Ｐに転写されたトナー像の定着処理がなされて画像形成物として出力される時のことである。ただし、帯電ローラ２と清掃ローラ２との間に上述のような電位差が設けられ上述のような電界が形成されるタイミングは本実施例のものに限定されるものではない。少なくとも上述のような電位差が設けられ上述のような電界が形成される期間があれば、相応の効果が得られる。
【００８４】
以上のように、本実施例によれば、帯電バイアスと清掃バイアスとの電位差による電界の効果により、清掃ローラ８で掻き取った汚染物質を清掃ローラ８の内側に捕捉することができる。このとき、清掃ローラ８の表層の汚染物質が清掃ローラ８の内側に除去されるため、汚染物質を掻き取る表層は清浄に保たれ、清掃能力を維持することができる。この効果を高めるためには、導電性スポンジ層を帯電ローラ２の表面（より詳細には帯電ローラ２の電位の部分）に近づけて、電界を強くすることが好ましい。一方、清掃ローラ８の清掃能力には帯電ローラ２に対するスポンジ層の侵入量が大きく影響しており、侵入量が少なくなると耐久使用に耐え得る清掃能力を確保できない場合がある。本実施例によれば、スポンジ層の全体の厚さを保てるので、十分に撓んで帯電ローラ２への侵入量を確保することができ、清掃能力を維持することができる。
【００８５】
実際に、本実施例における画像形成装置１０を用いて画像形成を行うと、平均画像印字濃度５％でＡ４画像を２０万枚まで出力しても、帯電ローラ２への汚染物質付着による画像不良は発生しなかった。
【００８６】
このように、帯電ローラ２に付着した汚染物質を清掃ローラ８で良好に回収することができるので、長期にわたって帯電ローラ２の表面の汚染を防止して良好な画像形成を行うことができる。
【００８７】
６．比較例
次に、本実施例を比較例と対比することによって、本実施例の効果を更に詳しく説明する。以下の各比較例は、それぞれ清掃ローラ８の構成が異なることを除いて、本実施例の画像形成装置と実質的に同一の構成である。各比較例についても、本実施例のものと同一又はそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して説明する。
【００８８】
まず、比較例１として、図７に示すように、単層のスポンジ層８ｄ２を有する清掃ローラ８を用いた場合について説明する。
【００８９】
この清掃ローラ８は、直径４ｍｍの金属製の芯金８ａ上に、層厚３ｍｍの非導電性材料からなる連泡性ウレタンスポンジゴムのスポンジ層８ｄ２を有する（外径１０ｍｍ）。
【００９０】
ここで用いたスポンジ層８ｄ２の材料は、本実施例におけるスポンジ層８ｄの外層８ｄ２に用いられている非導電性スポンジ（抵抗値が１．０×１０10Ω）と同等のものである。なお、帯電ローラ２と清掃ローラ８とに印加するＤＣバイアスが異なる場合には、清掃ローラ８の単層のスポンジ層として導電性スポンジを用いることは適当でない。清掃ローラ８の芯金８ｄに印加するバイアスが帯電ローラ２の表面電位に影響を与え、感光ドラム１に形成する電位が不安定になってしまうためである。
【００９１】
帯電ローラ２に対するこの清掃ローラ８の侵入量は１．２ｍｍに設定した。また、この清掃ローラ８のスポンジ層８ｄ２のゴム硬度はアスカーＣＳＣ２硬度で１５°程度、スポンジ層８ｄ２における平均気泡径は４００μｍである。また、この清掃ローラ８の帯電ローラ２との当接圧（線圧）は０．５８８Ｎ／ｃｍ、この清掃ローラ８の連泡度を表す通気量は１８００ｍｌ／（ｍｉｎ・１０００ｃｍ3）である。
【００９２】
比較例１では、帯電ローラ２及び清掃ローラ８に印加する帯電バイアス及び清掃バイアスはそれぞれ本実施例と同等である。そのため、帯電ローラ２と清掃ローラ８の芯金８ａとの電位差は２００Ｖである。これらの最近接距離はスポンジ層８ｄ２の厚さ３ｍｍと侵入量１．２ｍｍとの差の１．８ｍｍであるため、最近接位置における電界強度は１．１×１０5Ｖ／ｍである。
【００９３】
この清掃ローラ８のスポンジ層８ｄ２の層厚は、本実施例におけるスポンジ層８ｄと同等の３ｍｍであり（本実施例では、内層８ｄ１の２ｍｍと外層８ｄ２の１ｍｍとの和で３ｍｍ）、帯電ローラ２への侵入量も同等の１．２ｍｍである。したがって、清掃ローラ８の機械的な清掃能力は、本実施例における清掃ローラ８と同等といえる。
【００９４】
しかしながら、帯電ローラ２側から清掃ローラ８側へ汚染物質を引き付ける電界は１．１×１０5Ｖ／ｍであり、本実施例と比べて電界が弱い（本実施例では３．３×１０5Ｖ／ｍ）ため、十分な清掃効果が得られない場合がある。この対策として、清掃ローラ８に印加する清掃バイアスを増加させることが考えられる。しかし、確実に放電が起こらない限界の３００Ｖの電位差をつけたとしても、電界は１．７×１０5Ｖ／ｍ程度であり、本実施例と同等の効果を得るまでには至らない。
【００９５】
実際に、比較例１における画像形成装置１０を用いて画像形成を行うと、平均画像印字濃度５％でＡ４画像を１５万枚まで出力した時点で、帯電ローラ２への汚染物質付着による画像不良が発生した。
【００９６】
次に、比較例２として、図８に示すように、芯金を大径化した、単層のスポンジ層８ｄ２を有する清掃ローラ８を用いた場合について説明する。
【００９７】
この清掃ローラ８は、直径８ｍｍの金属製の芯金８ａ上に、層厚１ｍｍの非導電性材料からなる連泡性ウレタンスポンジゴムの層８ｄ２を有する（外径１０ｍｍ）。
【００９８】
ここで用いたスポンジ層８ｄ２の材料は、本実施例におけるスポンジ層８ｄの外層８ｄ２に用いられている非導電性スポンジ（抵抗値が１．０×１０10Ω）と同等のものである。
【００９９】
帯電ローラ２に対するこの清掃ローラ８の侵入量は０．４ｍｍに設定した。また、この清掃ローラ８のスポンジ層８ｄ２のゴム硬度はアスカーＣＳＣ２硬度で１５°程度、スポンジ層における平均気泡径は４００μｍである。また、この清掃ローラ８の帯電ローラ２との当接圧（線圧）は０．１９６Ｎ／ｃｍ、この清掃ローラ８の連泡度を表す通気量は１８００ｍｌ／（ｍｉｎ・１０００ｃｍ3）である。
【０１００】
比較例２では、清掃バイアスを印加している部分（清掃ローラ８の芯金８ａ）と帯電ローラ２の表面との距離を短くするために、芯金８ａを大径化している。その影響で、スポンジ層８ｄ２の層厚が１ｍｍと薄くなっているため、本実施例及び比較例１と比べて侵入量が小さくなっている。
【０１０１】
比較例２では、帯電ローラ２及び清掃部材８に印加する帯電バイアス及び清掃バイアスはそれぞれ本実施例と同等である。そのため、帯電ローラ２と清掃ローラ８の芯金８ａとの電位差は２００Ｖである。これらの最近接距離はスポンジ層８ｄ２の厚さ１ｍｍと侵入量０．４ｍｍとの差の０．６ｍｍであるため、最近接位置における電界強度は３．３×１０5Ｖ／ｍである。
【０１０２】
このように、帯電ローラ２側から清掃ローラ８側へ汚染物質を引き付ける電界は３．３×１０5Ｖ／ｍであり、本実施例と同等である。したがって、清掃ローラ８の表面の汚染物質を芯金８ａ側に引き付ける能力は、本実施例における清掃ローラ８と同等といえる。
【０１０３】
しかしながら、スポンジ層８ｄ２の層厚は、１ｍｍであり（本実施例では、内層８ｄ１の２ｍｍと外層８ｄ２の１ｍｍとの和で３ｍｍ）、帯電ローラ２への侵入量は０．４ｍｍ（本実施例では１．２ｍｍ）である。清掃ローラ８の機械的な清掃能力は、本実施例における清掃ローラ８と比べて著しく小さくなっており、十分な清掃効果が得られない場合がある。
【０１０４】
実際に、比較例２における画像形成装置１０を用いて画像形成を行うと、平均画像印字濃度５％でＡ４画像を５万枚まで出力した時点で、帯電ローラ２への汚染物質付着による画像不良が発生した。
【０１０５】
本実施例、比較例１及び比較例２の結果をまとめると、表１のようになる。
【０１０６】
【表１】
2015158601.tif 000003
【０１０７】
以上のように、本実施例の画像形成装置１０は、像担持体１と、像担持体１の表面を帯電させる回転可能な帯電部材２と、帯電部材２に当接して回転可能なローラ状の清掃部材８と、を有する。また、この画像形成装置１０は、帯電部材２に電圧を印加する帯電電源ＰＳ１と、清掃部材８に電圧を印加する清掃電源ＰＳ２と、を有する。そして、清掃部材８は、芯金８ａと、該芯金８ａの周囲に形成された複数のスポンジ層８ｄと、を有する。また、該複数のスポンジ層８ｄは、芯金８ａに接触している導電性スポンジ層８ｄ１と、該導電性スポンジ層よりも外側に設けられている非導電性スポンジ層８ｄ２と、を有する。また、清掃電源ＰＳ２は、帯電電源ＰＳ１が帯電部材２に電圧を印加しているときに、帯電電源ＰＳ１が印加する電圧と同極性で、かつ、その絶対値が帯電電源ＰＳ１が帯電部材２に印加する電圧よりも大きい電圧を、芯金８ａを介して清掃部材８に印加する。
【０１０８】
表１の結果から分かるように、帯電ローラ２に対する侵入量を十分に確保しつつ、帯電バイアスの電位部分（本実施例では帯電ローラ２の表面）と清掃ローラ８の導電性スポンジ層との間の距離を十分に低減することが重要である。上述のように、本実施例の清掃ローラ８によれば、これを達成することができるので、清掃ローラ８の機械的な清掃能力と、電界により帯電ローラ２側から清掃ローラ８側へ汚染物質を引き付ける能力とを十分に発揮することができる。
【０１０９】
以上説明したように、本実施例によれば、帯電ローラ２に付着した汚染物質を清掃ローラ８で良好に回収することができるので、長期にわたって帯電ローラ２の表面の汚染を防止して良好な画像形成を行うことができる。このように、本実施例によれば、清掃ローラ８による帯電ローラ２の表面の付着物の清掃能力を向上して、長期にわたって帯電ローラ２の表面の汚染を抑制することができる。
【０１１０】
実施例２
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本的な構成及び動作は、実施例１のものと同じである。したがって、実施例１のものと同一又はそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。
【０１１１】
図１０は、本実施例における清掃ローラ８の層構成を示す、帯電ローラ２に当接していない状態の清掃ローラ８の模式的な断面図である。本実施例では、清掃ローラ８は、スポンジ層８ｄとして、芯金８ａ側から順に、導電性スポンジ、非導電性スポンジ、導電性スポンジの３層のローラ状のスポンジ層を有する。
【０１１２】
更に説明すると、本実施例では、清掃ローラ８は、直径４ｍｍの金属製の芯金８ａ上に、内側から順に、次の各層を有する（外径１０ｍｍ）。まず、層厚２ｍｍの導電性材料からなる連泡性ウレタンスポンジゴムの内層８ｄ１である。次に、層厚０．８ｍｍの非導電性材料からなる連泡性ウレタンスポンジゴムの中層８ｄ２である。次に、層厚０．２ｍｍの導電性材料からなる連泡性ウレタンスポンジゴムの外層８ｄ３である。
【０１１３】
ここで用いた導電性スポンジ層、すなわち、内層８ｄ１及び外層８ｄ３の材料は、実施例１におけるスポンジ層８ｄの内層８ｄ１に用いられている導電性スポンジ（抵抗値が１．０×１０5Ω）と同等のものである。同様に、ここで用いた非導電性スポンジ層、すなわち、中層８ｄ２の材料は、実施例１におけるスポンジ層８ｄの外層８ｄ２に用いられている非導電性スポンジ（抵抗値が１．０×１０10Ω）と同等のものである。
【０１１４】
帯電ローラ２に対するこの清掃ローラ８の侵入量は、実施例１と同等の１．２ｍｍに設定した。上記侵入量でこの清掃ローラ８を帯電ローラ２に当接させたとき、清掃ローラ８の内層８ｄ１は１．２ｍｍに圧縮され、中層８ｄ２は０．４８ｍｍに圧縮され、外層８ｄ３は０．１２ｍｍに圧縮されている。また、帯電ローラ２と清掃ローラ８とは当接しているため、導電性スポンジである外層８ｄ３は帯電ローラ２と同等の電位となっている。したがって、形成される電界に係る、清掃部ｆにおける内層８ｄ１と外層８ｄ３との最近接距離は０．４８ｍｍである。
【０１１５】
本実施例では、帯電ローラ２及び清掃ローラ８に印加する帯電バイアス及び清掃バイアスはそれぞれ実施例１と同等である。そのため、内層８ｄ１と外層８ｄ３との電位差は２００Ｖである。また、これらの最近接距離は前述の通り０．４８ｍｍであるため、最近接位置における電界強度は４．２×１０5Ｖ／ｍである。
【０１１６】
この清掃ローラ８のスポンジ層８ｄの全体の層厚は、実施例１と同等の３ｍｍであり、帯電ローラ２への侵入量も同等の１．２ｍｍである。したがって、清掃ローラ８の機械的な清掃能力は、実施例１における清掃ローラ８と同等といえる。
【０１１７】
一方、帯電ローラ２側から清掃ローラ８側へ汚染物質を引き付ける電界は４．２×１０5Ｖ／ｍであり、実施例１よりも強い電界となっている。したがって、清掃ローラ８の表面の汚染物質を芯金８ａ側に引き付ける能力は、実施例１における清掃ローラ８よりも優れているといえる。
【０１１８】
このような構成により、帯電ローラ２の芯金２ａ側から清掃ローラ８の芯金８ａ側へ汚染物質（正極性）を引き付ける電界が発生する。そして、清掃ローラ８のスポンジ層８ｄの中層８ｄ２及び外層８ｄ３に回収された汚染物質を、スポンジ層８ｄの内層８ｄ１に移動させることができる。
【０１１９】
実際に、本実施例における画像形成装置１０を用いて画像形成を行うと、平均画像印字濃度５％でＡ４画像を２０万枚まで出力しても、帯電ローラ２への汚染物質付着による画像不良は発生しなかった。
【０１２０】
このように、本実施例によれば、帯電ローラ２に付着した汚染物質を清掃ローラ８で良好に回収することができるので、長期にわたって帯電ローラ２の表面の汚染を防止して良好な画像形成を行うことができる。また、本実施例によれば、実施例１よりも清掃ローラ８の表面の汚染物質を芯金８ａ側に引き付ける能力を高めることができる。
【０１２１】
実施例３
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本的な構成及び動作は、実施例１及び２のものと同じである。したがって、実施例１及び２のものと同一又はそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。
【０１２２】
図１１は、本実施例における清掃ローラ８の層構成を示す、帯電ローラ２に当接していない状態の清掃ローラ８の模式的な断面図である。本実施例では、清掃ローラ８は、スポンジ層３ｄとして、実施例２と同様の３層のローラ状のスポンジ層を有するが、非導電層の層厚が更に薄くなっている。
【０１２３】
更に説明すると、本実施例では、清掃ローラ８は、直径４ｍｍの金属製の芯金８ａ上に、内側から順に、次の各層を有する（外径１０ｍｍ）。まず、層厚２ｍｍの導電性材料からなる連泡性ウレタンスポンジゴムの内層８ｄ１である。次に、層厚０．５ｍｍの非導電性材料からなる連泡性ウレタンスポンジゴムの中層８ｄ２である。次に、層厚０．５ｍｍの導電性材料からなる連泡性ウレタンスポンジゴムの外層８ｄ３である。
【０１２４】
ここで用いた導電性スポンジ層、すなわち、内層８ｄ１及び外層８ｄ３の材料は、実施例１におけるスポンジ層８ｄの内層８ｄ１に用いられている導電性スポンジ（抵抗値が１．０×１０5Ω）と同等のものである。同様に、ここで用いた非導電性スポンジ層、すなわち、中層８ｄ２の材料は、実施例１におけるスポンジ層８ｄの外層８ｄ２に用いられている非導電性スポンジ（抵抗値が１．０×１０10Ω）と同等のものである。
【０１２５】
帯電ローラ２に対するこの清掃ローラ８の侵入量は、実施例１と同等の１．２ｍｍに設定した。上記侵入量でこの清掃ローラ８を帯電ローラ２に当接させたとき、清掃ローラ８の内層８ｄ１は１．２ｍｍに圧縮され、中層８ｄ２は０．３ｍｍに圧縮され、外層８ｄ３は０．３ｍｍに圧縮されている。また、帯電ローラ２と清掃ローラ８とは当接しているため、導電性スポンジである外層８ｄ３は帯電ローラ２と同等の電位となっている。したがって、形成される電界に係る、清掃部ｆにおける内層８ｄ１と外層８ｄ３との最近接距離は０．３ｍｍである。
【０１２６】
本実施例では、帯電ローラ２及び清掃ローラ８に印加する帯電バイアス及び清掃バイアスはそれぞれ実施例１及び２と同等である。そのため、内層８ｄ１と外層８ｄ３との電位差は２００Ｖである。また、これらの最近接距離は前述の通り０．３ｍｍであるため、最近接位置における電界強度は６．７×１０5Ｖ／ｍである。
【０１２７】
この清掃ローラ８のスポンジ層８ｄの全体の層厚は、実施例１及び２と同等の３ｍｍであり、帯電ローラ２への侵入量も同等の１．２ｍｍである。したがって、清掃ローラ８の機械的な清掃能力は、実施例１及び２における清掃ローラ８と同等といえる。
【０１２８】
一方、帯電ローラ２側から清掃ローラ８側へ汚染物質を引き付ける電界は６．７×１０5Ｖ／ｍであり、実施例１及び２よりも強い電界となっている。したがって、清掃ローラ８の表面の汚染物質を芯金８ａ側に引き付ける能力は、実施例１及び２における清掃ローラ８よりも優れているといえる。
【０１２９】
このような構成により、帯電ローラ２の芯金２ａ側から清掃ローラ８の芯金８ａ側へ汚染物質（正極性）を引き付ける電界が発生する。そして、清掃ローラ８のスポンジ層８ｄの中層８ｄ２及び外層８ｄ３に回収された汚染物質を、スポンジ層８ｄの内層８ｄ１に移動させることができる。
【０１３０】
実際に、本実施例における画像形成装置１０を用いて画像形成を行うと、平均画像印字濃度５％でＡ４画像を２０万枚まで出力しても、帯電ローラ２への汚染物質付着による画像不良は発生しなかった。
【０１３１】
このように、本実施例によれば、帯電ローラ２に付着した汚染物質を清掃ローラ８で良好に回収することができるので、長期にわたって帯電ローラ２の表面の汚染を防止して良好な画像形成を行うことができる。また、本実施例によれば、実施例１及び２よりも清掃ローラ８の表面の汚染物質を芯金８ａ側に引き付ける能力を高めることができる。
【０１３２】
実施例４
次に、本発明の他の実施例について説明する。本実施例の画像形成装置の基本的な構成及び動作は、実施例１のものと同じである。したがって、実施例１のものと同一又はそれに相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して、詳しい説明は省略する。
【０１３３】
本実施例では、画像形成装置１０は、所定のタイミングで帯電ローラ２の清掃を行う帯電ローラ清掃モードを実行可能とされている。
【０１３４】
図１２は、本実施例において帯電ローラ２及び清掃ローラ８に印加する電圧波形を示す。図１２（ａ）は、通常モード時における電圧波形を示し、図１２（ｂ）は、帯電ローラ清掃モードの実行時における電圧波形を示す。
【０１３５】
ここで、通常モードとは、画像形成時や濃度制御の実行時など、帯電ローラ清掃モードの実行時以外で帯電バイアスを印加する全てのタイミングをいうものとする。
【０１３６】
図１２（ａ）に示すように、本実施例における通常モードでの印加バイアスは、実施例１における印加バイアスと同等である。
【０１３７】
一方、図１２（ｂ）に示すように、本実施例における帯電ローラ清掃モードの実行時には、帯電バイアスのＤＣバイアスのみを−５００Ｖに変更している。
【０１３８】
すなわち、帯電バイアス電源ＰＳ１から帯電ローラ２に印加する帯電バイアスは、ＤＣバイアス−５００Ｖに、周波数１．５ｋＨｚでピーク間電圧１５００ＶのＡＣバイアスが重畳されたバイアスである。また、清掃バイアス電源ＰＳ２から清掃ローラ８に印加する清掃バイアスは、ＤＣバイアス−９００Ｖに、帯電バイアスと同位相の周波数１．５ｋＨｚでピーク間電圧１５００ＶのＡＣバイアスが重畳されたバイアスである。
【０１３９】
これにより、帯電ローラ清掃モードの実行時には、帯電バイアスと清掃バイアスとの電位差は４００Ｖとなっている。すなわち、形成される電界に係る、内層８ｄ１と帯電ローラ２の表面との電位差は４００Ｖである。
【０１４０】
本実施例では、帯電ローラ清掃モードを実行可能であることを除いて、実施例１と同様の構成である。したがって、形成される電界に係る、清掃部ｆにおける内層８ｄ１と帯電ローラ２の表面との最近接距離は０．６ｍｍである。そのため、帯電ローラ清掃モードの実行時には、この最近接位置における電界強度は６．７×１０5Ｖ／ｍである。
【０１４１】
このように、帯電ローラ清掃モードの実行時には、帯電ローラ２側から清掃ローラ８側へ汚染物質を引き付ける電界は６．７×１０5Ｖ／ｍである。これは、画像形成時などの通常モード時と比べて、強い電界となっている（通常モード時の電界は実施例１と同等の３．３×１０5Ｖ／ｍ）。したがって、所定のタイミングで帯電ローラ清掃モードを行うことにより、帯電ローラ２に付着している汚染物質を積極的に除去できる。そのため、通常モードのみで耐久使用した場合と比較して、画像不良が発生しにくくなる。
【０１４２】
このように、本実施例によれば、帯電ローラ２に付着した汚染物質を清掃ローラ８で良好に回収することができるので、長期にわたって帯電ローラ２の表面の汚染を防止して良好な画像形成を行うことができる。
【０１４３】
なお、帯電ローラ清掃モードは、転写材Ｐに記録して出力するためのトナー像を形成する画像形成時、制御用のトナー像を形成することが必要な濃度制御などの制御を行う時以外のタイミングである非画像形成時で行われる。より詳細には、非画像形成時とは、記録材Ｐに記録して出力するためのトナー像や制御用のトナー像が形成される感光ドラム１上の領域が帯電部ａにあるタイミング以外のタイミングである。なぜなら、前述のように、帯電バイアスと清掃バイアスとの電位差を大きくすると、環境や使用状況によってはその電位差による放電が発生する場合がある。そして、この放電の影響により帯電ローラ２の電位が不安定となって、感光ドラム１の表面に形成する電位が不安定となる場合があるためである。本実施例では、画像形成装置１０の各部の動作を統括的に制御する制御部１１が、帯電ローラ清掃モードを所定のタイミングで実行させる実行手段として機能する。
【０１４４】
また、本実施例では、帯電ローラ清掃モードの実行時に帯電バイアス電源ＰＳ１のＤＣバイアスを変更して電位差を変更したが、清掃バイアス電源ＰＳ２のＤＣバイアスを変更して電位差を変更する構成であってもよい。さらに、帯電バイアス電源ＰＳ１のＤＣバイアスと、清掃バイアス電源ＰＳ２のＤＣバイアスとの両方を変更して、電位差を変更する構成であってもよい。すなわち、帯電バイアス電源ＰＳ１が帯電ローラ２に印加するバイアスと清掃バイアス電源ＰＳ２が清掃ローラ８に印加するバイアスの少なくとも一方を、画像形成時と帯電ローラ清掃モード時とで異ならせることができる。
【０１４５】
また、帯電ローラ清掃モードの実行時に、帯電バイアスと清掃バイアスのＡＣバイアスの位相を変えることによって電位差を変更する構成であってもよい。すなわち、清掃モード時に、帯電バイアスのＡＣバイアスの位相と清掃バイアスのＡＣバイアスの位相との関係を、画像形成時とは異なせることができる。例えば、画像形成時には帯電バイアスと清掃バイアスのＡＣバイアスは同位相とし、帯電ローラ清掃モード時には帯電バイアスと清掃バイアスのＡＣバイアスの位相を異ならせる。この場合も、帯電ローラ２側から清掃ローラ８側へ汚染物質を引き付ける電界が通常モード時よりも大きくなる期間を少なくとも有することで、上記本実施例の構成と同様の効果を得ることができる。また、このＡＣバイアスの位相の変更を、上記のＤＣバイアスの変更と組み合わせて用いることも可能である。
【符号の説明】
【０１４６】
２          帯電ローラ
２ａ        帯電ローラの芯金
８          清掃ローラ
８ａ        清掃ローラの芯金
８ｄ１      清掃ローラの内層（導電性スポンジ層）
８ｄ２      清掃ローラの外層又は中層（非導電性スポンジ層）
ＰＳ１      帯電バイアス電源
ＰＳ２      清掃バイアス電源
【図１】
2015158601.tif 000004
【図２】
2015158601.tif 000005
【図３】
2015158601.tif 000006
【図４】
2015158601.tif 000007
【図５】
2015158601.tif 000008
【図６】
2015158601.tif 000009
【図７】
2015158601.tif 000010
【図８】
2015158601.tif 000011
【図９】
2015158601.tif 000012
【図１０】
2015158601.tif 000013
【図１１】
2015158601.tif 000014
【図１２】
2015158601.tif 000015