(57)【要約】【課題】  重合トナーを用いた場合でもトナーすり抜けを抑制する。【解決手段】  プロセスカートリッジは、像担持体と、帯電部材と、像担持体に重合トナーを供給して潜像を現像する現像手段と、像担持体に接触して、像担持体に付着した重合トナーを取り除くクリーニングブレードと、を具備する。帯電部材は、導電性支持体と、導電性支持体の周りに形成される１層以上の弾性層と、帯電部材の表面に設けられた凹凸部と、  を有し、凹凸部を形成する凸部は、前記像担持体に接触することで弾性変形しつつ帯電部材と前記像担持体の間に放電可能なギャップを形成する。【選択図】  図２
2015034978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジであって、
潜像が形成される像担持体と、
前記像担持体に所定の押圧力で圧接し、帯電バイアスが印加されることにより前記像担持体を帯電させる帯電部材と、
前記像担持体に重合トナーを供給して潜像を現像する現像手段と、
前記像担持体に接触して、前記像担持体に付着した重合トナーを取り除くクリーニングブレードと、
を具備し、
前記帯電部材は、
導電性支持体と、
導電性支持体の周りに形成される１層以上の弾性層と、
前記帯電部材の表面に設けられた凹凸部と、
を有し、
前記凹凸部を形成する凸部は、前記像担持体に接触することで弾性変形しつつ前記帯電部材と前記像担持体の間に放電可能なギャップを形成することを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項２】
前記帯電バイアスは、直流電圧に交流電圧を重畳していることを特徴とする請求項１に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項３】
前記凸部は、前記弾性層に粒子を含有させて形成したことを特徴とする請求項１または２に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項４】
前記重合トナーは、球形であり、平均粒径が４乃至９（μｍ）であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項５】
前記重合トナーの平均円形度が０．９６以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項６】
前記クリーニングブレードの前記像担持体に当接する部分が硬化処理されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項７】
前記像担持体の表面部分が有機感光体であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項８】
前記帯電部材と像担持体の電位差をＶ（Ｖ）、前記帯電部材を前記像担持体に押圧する押圧力をＰ（Ｎ）、前記凸部が弾性変形する前の高さをＬ（ｍ）、前記凸部が前記像担持体と接触する接触部の面積の合計をＳ（ｍ２）、前記弾性層が変形する場合のヤング率をＥ（ＭＰａ）としたとき、
（（Ｖ−３１２）／６．２）×１０−６（ｍ）＞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１乃至７のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項９】
前記弾性層として、導電性弾性層と、前記導電性弾性層の表面に設けられた、前記導電性弾性層よりも硬くて薄い導電性表面層を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項１０】
前記帯電部材の表面の十点平均粗さＲｚが１５乃至５０（μｍ）であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項１１】
前記帯電部材の表面のＭＤ−１硬度が６０度乃至８５度であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載のプロセスカートリッジ。
【請求項１２】
重合トナーを用いて記録媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
潜像が形成される像担持体と、
前記像担持体に所定の押圧力で圧接し、帯電バイアスが印加されることにより前記像担持体を帯電させる帯電部材と、
前記像担持体に重合トナーを供給して潜像を現像する現像装置と、
前記像担持体に形成されたトナー像を被転写体に転写する転写装置と、
前記像担持体に接触して、前記像担持体に付着した重合トナーを取り除くクリーニングブレードと、
を具備し、
前記帯電部材は、
導電性支持体と、
導電性支持体の周りに形成される１層以上の弾性層と、
前記帯電部材の表面に設けられた凹凸部と、
を有し、
前記凹凸部を形成する凸部は、前記像担持体に接触することで弾性変形しつつ前記帯電部材と前記像担持体の間に放電可能なギャップを形成することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】
前記帯電バイアスは、直流電圧に交流電圧を重畳していることを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。
【請求項１４】
前記凸部は、前記弾性層に粒子を含有させて形成したことを特徴とする請求項１２または１３に記載の画像形成装置。
【請求項１５】
前記重合トナーは、球形であり、平均粒径が４乃至９（μｍ）であることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項１６】
前記重合トナーの平均円形度が０．９６以上であることを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項１７】
前記クリーニングブレードの前記像担持体に当接する部分が硬化処理されていることを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項１８】
前記像担持体の表面部分が有機感光体であることを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項１９】
前記帯電部材と像担持体の電位差をＶ（Ｖ）、前記帯電部材を前記像担持体に押圧する押圧力をＰ（Ｎ）、前記凸部が弾性変形する前の高さをＬ（ｍ）、前記凸部が前記像担持体と接触する接触部の面積の合計をＳ（ｍ２）、前記弾性層が変形する場合のヤング率をＥ（ＭＰａ）としたとき、
（（Ｖ−３１２）／６．２）×１０−６（ｍ）＞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１２乃至１８のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項２０】
前記弾性層として、導電性弾性層と、前記導電性弾性層の表面に設けられた、前記導電性弾性層よりも硬くて薄い導電性表面層を有することを特徴とする請求項１２乃至１９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、記録媒体に画像を形成するための画像形成装置と、画像形成装置に用いられるプロセスカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子写真方式の画像形成装置に用いられる感光体としては、有機感光体が多く用いられている。この理由として、例えば（１）光吸収波長域の広さ及び吸収量の大きさ等の光学特性、（２）高感度、安定な帯電特性等の電気的特性、（３）材料の選択範囲の広さ、（４）製造の容易さ、（５）低コスト等が挙げられる。
【０００３】
このような利点から幅広く実用化されている有機感光体は、表面層が低分子電荷輸送材料と不活性高分子を主成分としているため、一般的に硬度が低い特性がある。このため、電子写真プロセスにおいて繰り返し使用された場合、帯電工程における放電現象により、摩耗が発生しやすい。
【０００４】
感光体ドラムの摩耗は、感度の劣化、帯電性の低下などの電気的特性の劣化を生じさせ、画像濃度低下、地肌汚れ等の異常画像の原因となる。また摩耗が局所的に発生した傷は、電子写真画像形成プロセスのうち、鮮明な画像を得るために重要な工程であるクリーニング工程に悪影響を与える。なお、クリーニング工程とは、転写工程後に電子写真感光体に残留する転写残トナーを除去することによって感光体ドラムの周面をクリーニングする工程である。
【０００５】
クリーニング工程では、クリーニングブレードを電子写真感光体に当接させてクリーニングブレードと感光体ドラムとの間の隙間をなくし、トナーのすり抜けを防止することによって、転写残トナーが掻き取られる。クリーニングブレードの材質としては、例えば、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ニトリルゴム等の高分子ゴム弾性体の成形品が汎用されている。これら高分子ゴム弾性体を、クリーニングブレードとして用いる場合には、有機感光体の表面状態、とりわけ帯電ローラの放電状態に因って、様々な挙動を取ることが知られている。
【０００６】
例えば、クリーニングブレードのビビリやメクレが生じる場合がある。このクリーニングブレードのビビリとは、クリーニングブレードと感光体ドラムの周面との摩擦抵抗が大きくなることによりクリーニングブレードが振動する現象である。また、クリーニングブレードのメクレとは、感光体ドラムの移動方向にクリーニングブレードが反転してしまう現象である。
【０００７】
何れも、帯電ローラにより放電現象が発生した時に発生する放電生成物の発生により、有機感光体の摩擦係数が上昇し、ゴムブレードが受ける摩擦力が変化することに起因している。
【０００８】
以上のようにクリーニングブレードの挙動が不安定になると、トナーのすり抜けというクリーニング不良が発生することがあった。特に近年、市場からの画像形成装置の一層の高画質化の要求に対応するため、トナーの小粒径化、球形化が進んでいる。小粒径化、球形化された重合トナーは、電界に忠実に飛翔・移動することから高精細な潜像を再現よく現像することができ、さらに、転写における電界に対しても、同様であり、高効率の転写が可能である。
【０００９】
しかし、このような重合トナーは感光体ドラム上で転がりやすいこと、感光体ドラムとの付着力が強くなること等によりクリーニングブレードによるクリーニング方式では、十分なクリーニングが困難であった。
【００１０】
従来、クリーニングブレードのビビリやメクレを抑制する方法の一つとして、クリーニングブレードの当接圧を高く設定し、挙動を安定化させる必要があった。
【００１１】
しかし、クリーニングブレードの当接圧を高く設定してしまうと、ゴムブレードが受ける摩擦力が上昇するため、カートリッジトルクが増大する。
【００１２】
カートリッジトルクを低減させつつ、クリーニングブレードのビビリやメクレを、抑制する方法の一つとして、次のものが知られている。すなわち、感光体ドラムの平滑な表面を、予め適度に粗面化することにより、クリーニングブレードと感光体ドラムの周面との接触面積を減少させ、クリーニングブレードと電子写真感光体の周面との摩擦抵抗を低減させる技術が開示されている。
【００１３】
感光体ドラムの周面を粗面化する技術としては、フィルム状研磨材を用いて表面層の表面を研磨することにより、感光体ドラムの表面を粗面化する技術（特許文献１）、ブラスト処理により感光体ドラムの周面を粗面化する技術（特許文献２）が開示されている。
【００１４】
上述の従来技術では、クリーニングブレードのビビリやメクレの問題に効果はある。しかし、微細の球形の重合トナーを用いる場合、感光体ドラムの表面を粗面化したことによって、クリーニングブレードと感光体ドラムとの間を重合トナーがすり抜けてしまうクリーニング不良が発生する問題がある。
【００１５】
また、クリーニングブレードのビビリやメクレを抑制する方法の一つとして、クリーニングブレードと感光体ドラムの当接部とを硬化処理し、摩擦力を低減させる技術がある。
【００１６】
硬化処理の一例として、シリコン含有紫外線硬化材料を弾性ブレードに含浸させて膨潤させた後、紫外線照射処理して表面に硬化層を形成したクリーニングブレードが用いられる（特許文献３）。このように、紫外線硬化材料からなる弾性ブレードよりも高硬度の硬化層を設けることで、クリーニングブレードの挙動を安定させることが可能である。
【００１７】
また、別の方法として、ブレード部材の像担持体との当接部に、ブレード部材の基材であるポリウレタン樹脂とイソシアネート化合物を反応させて表面に硬化層を形成するクリーニングブレードが用いられる（特許文献４）
【００１８】
しかしながら、クリーニングブレードの当接部が硬化処理されているため、ゴムとしての弾性は低下する。このため、感光体ドラムの表面に削れムラや傷等が発生することで、平滑性が損なわれ、クリーニングブレードと感光体ドラムとの密着性が低下し、微小な隙間から重合トナーがすり抜けてしまうおそれがあった。
【００１９】
特に、帯電方式として、ＡＣ帯電方式を採用した場合、ＤＣ帯電方式と比較すると、より均一に帯電できるという効果があるが、放電電流量が多くなる傾向がある。この結果、単位面積当たりの放電電流量が増加するので、感光体ドラムの摩耗量が増加し、平滑性が損なわれるために、特に、微細の球形の重合トナーを用いる場合はクリーニング不良が発生する問題があった。
【００２０】
また、ＤＣ帯電方式においても、感光体ドラムのユニバーサル硬度が低いものを用いる場合、単位面積当たりの放電量が増加してしまうことで、感光体ドラム表面の平滑性が損なわれ、特に、微細の球形の重合トナーを用いる場合はクリーニング不良が発生するおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開平０２−１３９５６６号公報
【特許文献２】特開平０２−１５０８５０号公報
【特許文献３】特開２００４−２３３８１８号公報
【特許文献４】特開２００７−０７８９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
上述したように、従来技術では、カートリッジトルクを増大させることなく、クリーニングブレードを用いて、特に小径化・球形化された重合トナーのすり抜けを防止することは容易でなかった。
【００２３】
本発明の目的は、クリーニングブレードによって取り除きにくい重合トナーを用いた場合においても、トナーすり抜けの問題が発生しにくい画像形成装置、およびプロセスカートリッジを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
この目的を達成するために、本発明の代表的な構成は、画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジであって、
潜像が形成される像担持体と、
前記像担持体に所定の押圧力で圧接し、帯電バイアスが印加されることにより前記像担持体を帯電させる帯電部材と、
前記像担持体に重合トナーを供給して潜像を現像する現像手段と、
前記像担持体に接触して、前記像担持体に付着した重合トナーを取り除くクリーニングブレードと、
を具備し、
前記帯電部材は、
導電性支持体と、
導電性支持体の周りに形成される１層以上の弾性層と、
前記帯電部材の表面に設けられた凹凸部と、
を有し、
前記凹凸部を形成する凸部は、前記像担持体に接触することで弾性変形しつつ前記帯電部材と前記像担持体の間に放電可能なギャップを形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
重合トナーを使用しても、トナーすり抜けが発生しにくいクリーニングが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略構成を説明する模式的断面図である。
【図２】図１に示す画像形成装置の帯電ローラの模式断面図である。
【図３】図１に示す画像形成装置の帯電ローラと感光体ドラムとの、当接部の拡大模式図である。図３（ａ）は帯電ローラの加圧が無い状態で当接する状態であり、図３（ｂ）は帯電ローラが加圧力により、感光体ドラムに圧接された状態を示す。
【図４】図２に示す帯電ローラのエアギャップを測定する様子を示す図である。
【図５】本発明の実施形態と比較例の帯電ローラのＲｚ、アスカーＣ、ＭＤ−１、実際に測定したエアギャップＧ、Ｌ（１−Ｐ／ＥＳ）のそれぞれの値を示す表である。
【図６】本発明の実施形態の感光体ドラムと帯電ローラとの間の放電部の面積に関する値を示す表である。
【図７】本発明の実施形態の感光体ドラムの周面を、放電部の輪郭部分だけを見えるよう処理された画像の一例である。
【図８】本発明の実施形態の帯電ローラの放電量の測定を行うための構成を示す図である。
【図９】本発明の実施形態の帯電電圧と放電電流の関係を本実施形態及び比較例のそれぞれの場合で示したグラフである。
【図１０】本発明の実施形態と比較例の場合で、帯電ローラの放電電流と砂地現象のレベルとの関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施形態と比較例における単位面積当たりの帯電ローラの放電量を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施形態及び比較例の場合で、所定の枚数のシートを印刷した時点での感光体ドラムの状態を示す表である。
【図１３】本発明の実施形態のクリーニングブレードの長手方向の挙動を観察するための装置の構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施形態のクリーニングブレードの当接状態を示す画像である。図１４（ａ）は、本発明の実施形態の帯電ローラを用いた場合の、クリーニングブレードの当接状態を示す画像であり、図１４（ｂ）は比較例における帯電ローラを用いた場合の、クリーニングブレードの当接状態を示す画像である。
【図１５】本発明の実施形態の帯電ローラ及び比較例の帯電ローラを用いた場合のクリーニングブレードの当接状態の観察を行った場合のデータを示す表である。
【図１６】硬化処理されたクリーニングブレードを用いた場合の本発明の実施形態と比較例とでトナーのすり抜けの発生の状態を示す表である。
【図１７】（ａ）変形例としての帯電ローラの説明図（ｂ）変形例としての帯電ローラの断面図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２８】
＜第１実施形態＞
（画像形成装置の構成）
図１は、本実施形態に係る画像形成装置の概略構成を説明する模式的断面図である。
【００２９】
同図に示すように、画像形成装置１００は、回転自在で、トナー画像を担持する感光体ドラム１（像担持体）を有している。感光体ドラム１は、表面部分が有機感光体で構成されている。帯電ローラ２は、潜像形成前の感光体ドラム１の表面を帯電処理を施す。露光装置３は、感光体ドラム１の表面における帯電処理済みの部位に露光処理を施し潜像を形成する。現像装置１０は、感光体ドラム１に現像剤を供給し、感光体ドラム１の表面に形成担持された潜像を現像剤により可視画像とする。転写ローラ（転写装置）２０は、回転自在に支持され、感光体ドラム１の表面に形成担持された可視画像（トナー像）をシート状の記録媒体５０に転写して未定着画像を形成する。ここで記録媒体５０は、トナー像が転写される被転写体である。
【００３０】
定着装置３０は、記録媒体５０に定着処理を施し、未定着画像を記録媒体５０に定着記録する。クリーニング装置４０は、転写処理後における感光体ドラム１の表面の残留物を除去回収し次なる潜像形成に備える。
【００３１】
また、感光体ドラム１、帯電ローラ２、現像装置１０、クリーニング装置４０は、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１００の装置本体に対して着脱可能となっている。
【００３２】
なお、図１において、記録媒体５０は矢印Ａの方向に搬送され、転写処理、定着処理後に画像形成装置本体外部に排出される。現像剤（トナー）は、平均粒径＝７μｍ、平均円形度０．９７である、スチレンアクリル樹脂及び磁性体等から構成された一成分磁性現像剤が採用されている。このトナーは重合トナーであり、重合トナーは粉砕トナーよりも円形度が高く球形に近い。円形度が高い重合トナーは、粉砕トナーに比べ、感光体ドラム１から転写されるトナーの割合（転写効率）が高いという好ましい特徴を有する。なお平均円形度はＦＰＩＡ−３０００（シスメックス社製）で測定したものである。
【００３３】
次に、画像形成装置１００の画像形成プロセスを説明する。感光体ドラム１は、所定のプロセススピード（２０４ｍｍ／Ｓｅｃ）で回転駆動される。感光体ドラム１の表面は、帯電ローラ２が、加圧ばね（不図示）によって感光体ドラム１の方向に付勢されて感光体ドラム１の表面に対して所定の押圧力（５００ｇ重）をもって圧接している。
【００３４】
帯電ローラ２は、芯金の両端部をそれぞれ軸受け部材（不図示）により回転自在に保持されており、感光体ドラム１の回転に伴い従動回転している。そして所定の帯電バイアスが高圧電源Ｅから芯金を介して帯電ローラ２に印加されることで、回転する感光体ドラム１の周面が所定の電位に帯電処理される。本実施形態における、帯電に要する印加バイアスは、ＡＣ成分を一定電流で制御する方法を採用している。これは、帯電ローラ２から感光体ドラム１に流れる交流電流 を検出（不図示）してこれが一定になるように制御するものである。この方式を用いると、帯電ローラ２と感光体ドラム１のインピーダンス変化に対して交流ピーク間電圧Ｖｐｐが自在に変化するので、放電電流値をほぼ一定に保つことが可能である。具体的には、非画像形成時に、交流発振出力から複数段階の交流ピーク間電圧Ｖｐｐを印加する。そして、感光体ドラム１に流れる交流電流Ｉａｃが、帯電不良が発生しないために必要な帯電交流ピーク間電圧選択制御閾値電流以上で、かつ、最小となるＶｐｐを画像形成時の帯電交流ピーク間電圧として選択する。なお、帯電周波数はｆ＝１４００Ｈｚの正弦波であり、このとき、感光体ドラム１はＶｄｃ＝−５５０Ｖに帯電される。
【００３５】
また、感光体ドラム１の表面における帯電処理済みの部位に露光装置３からレーザを露光させることにより、感光体ドラム１の表面における帯電処理済みの部位に、感光電位Ｖｌ＝−１３０Ｖの潜像が形成される。感光体ドラム１の表面に形成担持された潜像は、反転現像方式に則り可視画像とされる。
【００３６】
つまり、現像装置１０が感光体ドラム１にトナー（現像剤）を供給することで、感光体ドラム１に形成された潜像がトナー像として可視画像とされる。この可視画像（トナー像）は、感光体ドラム１及び転写ローラ２０の間に達した記録媒体５０に転写され、未定着画像が記録媒体５０に形成される。
【００３７】
なお、本実施形態で用いる感光体ドラム１は、直径２４ｍｍ、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構成される。つまり感光体ドラム１はドラム形状（中空の円柱形状）の電子写真感光体である。また感光体ドラム１はその表面に像（潜像、トナー像）を担持する像担持体である。
【００３８】
未定着画像を担持した記録媒体５０は、定着装置３０により定着処理を施され、未定着画像が記録媒体５０に定着記録される。そして、定着処理済みの記録媒体５０は、画像形成装置１００の外部に排出される。
【００３９】
なお、転写処理後における感光体ドラム１の表面の残留物は、クリーニング装置４０に除去回収され、感光体ドラム１は、次なる潜像形成に備えられる。
【００４０】
なお、クリーニング装置４０は、ブレード状の板金の先端部にウレタンゴムが固着されたクリーニングブレード１２を備えており、感光体ドラム１の表面に当接角２４°、当接圧５０ｇ／ｃｍで摺接するように設置されている。
【００４１】
クリーニングブレード１２により、転写処理後における感光体ドラム１の表面の残留物が表面から除去され、クリーニング装置４０の内部に回収される構成とされている。
【００４２】
なお、本実施形態では、感光体ドラム１との当接面のブレードをウレタンゴムとしたが、これに限られるものではなく、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ニトリルゴム等の高分子ゴム弾性体であれば良い。
【００４３】
（帯電ローラの構成）
次に、帯電ローラ２の構成について説明する。図２は、帯電ローラ２の模式断面図である。帯電ローラ２は、円柱状の導電性支持体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。導電性弾性層２ｂと表面層２ｃはともに弾性層である。後述の理由により帯電ローラ２の表面に表面層２ｃを設けることが望ましいが、弾性層を２層にするのではなく、導電性弾性層２ｂの１層とすることも可能である。
【００４４】
導電性弾性層２ｂは、導電剤と高分子弾性体とを混合したものを、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。導電剤としては、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が用いられる。高分子弾性体としては、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が用いられる。
【００４５】
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、１０〜２００μｍのクラウン形状となっている。本実施形態ではクラウン量として１００μｍのものを使用している。
【００４６】
（帯電ローラの表面形状）
導電性弾性層２ｂを作成した後に、被覆層として表面層２ｃを設けている。本実施形態の表面層２ｃは、表面層バインダーと表面粗し剤としての微粒子を含有している。この微粒子は、体積平均粒径１０〜５０μｍ、好ましくは２０〜４０μｍであり、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。
【００４７】
このようにして、作成された表面層２ｃの表面には、微小突起（凸部）部２０１が複数設けられている。この微小突起部２０１により表面層２ｃには凹凸部が形成される。
【００４８】
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１８（μｍ）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。
【００４９】
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、距離ｄを空気層の厚みとし、その単位をμｍとしたときに、以下のように表される。
【００５０】
Ｃ１＝３×８．８５×１０−１２×１／１８×１０−６
Ｃ２＝１×８．８５×１０−１２×１／ｄ×１０−６
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以下の式で表される。
【００５１】
Ｖｚ＝３１２＋６．２×１０６ｄ（７．７×１０−６（ｍ）＜ｄ）このため、（（Ｖ−３１２）／６．２）×１０−６（ｍ）＞ｄが必要である。
【００５２】
また、大気圧下では、空気層の厚みが７．７（μｍ）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である。
【００５３】
Ｖａｉｒは、帯電ローラ２の表面と感光体ドラム１の表面の電位差に相当する。
【００５４】
Ｖａｉｒ≧Ｖｚのとき放電が行われる。故に１０００Ｖを印加したとき、放電可能なエアギャップＧの距離ｄは、ｄ＝７．７〜１０２（μｍ）であり、２０００Ｖを印加したとき、放電可能なエアギャップＧの間隔の距離ｄは、ｄ＝７．７〜２６５（μｍ）である。
【００５５】
つまり、感光体と帯電ローラの当接時の間隔の距離はｄ＞７．７×１０−６（ｍ）を満たしている必要がある。
【００５６】
続いて、エアギャップＧについて、本実施形態の帯電ローラ２の諸物性値を用いた理論計算について説明する。
【００５７】
図３は帯電ローラ２と感光体ドラム１との、当接部の拡大模式図である。図３（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３（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と帯電ローラ２との距離が圧縮された状態を示す。
【００５８】
このとき、微小突起部２０１は、高硬度の粒子のため変形しないとすると、感光体ドラム１と帯電ローラ２との距離が圧縮されたときは、帯電ローラ２の表面層２ｃのゴム特性により微小突起部２０１が表面層２ｃに埋め込まれたと考えることが出来る。
【００５９】
図３（ａ）において、表面粗し剤としての微粒子により表面層２ｃに形成される微小突起部２０１の高さをＬ（ｍ）とする。この状態から、図３（ｂ）に示すように帯電ローラ２に加圧力Ｐが加わり、微小突起部２０１が表面層２ｃに押し込まれたときの、ローラ側の変形量をＸ（ｍ）とする。
【００６０】
このとき、表面層２ｃと感光体ドラム１との間にできる隙間であるエアギャップＧは式（１）で表わされる。
【００６１】
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。
【００６２】
この歪係数Ｙは、帯電ローラ２のヤング率を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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。つまり、感光体ドラム１と帯電ローラ２の放電領域では複数の微小突起２０１が感光体ドラム１に接触するので、それらの接触部の面積をすべて足し合わせたものがＳである。
【００６５】
各パラメータを入力して計算してみると、
Ｌ＝２０（μｍ）、Ｐ＝９．８（Ｎ）、Ｅ＝１００（ＭＰａ）、Ｓ＝１（μｍ２）のとき、Ｇ＝２０（１−（９．８／（６４×１））＝１８（μｍ）となる。なおヤング率Ｅは、画像形成装置が使用される標準的な環境、具体的には温度が摂氏２３度、相対湿度が６０％（６０％ＲＨ）の環境で測定したものとする。
【００６６】
（帯電ローラの当接部のギャップ測定）
帯電ローラ２の感光体ドラム１との当接面において、エアギャップＧの測定を行った。測定は、帯電ローラ２を２３℃、６０％ＲＨ環境下で２時間以上放置した後、隙間測定機ＧＭ１０００Ｌ（オプトロン社製）を使用した。
【００６７】
図４は、エアギャップＧを測定する様子を示す図である。
【００６８】
図４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６０に対し、荷重９．８Ｎ（１ｋｇ重）で当接させ、つや消し基準金属ロール６０を０．３２ｒｐｓで回転させた状態で、背面よりレーザスキャン６２を行った。そして、帯電ローラ２とつや消し基準金属ロール６０の間に生じる隙間を検知器６１で３秒間測定した。
【００６９】
帯電ローラ２の隙間高さの範囲は５〜３０μｍが好ましく、本実施形態の帯電ローラ２は平均で１６μｍであった。
【００７０】
（帯電ローラの表面粗さ）
帯電ローラ２の表面の十点平均粗さは、Ｒｚｊｉｓ＝１５乃至５０（μｍ）、好ましくはＲｚｊｉｓ＝２０乃至３０（μｍ）が好適である。本実施形態では、帯電ローラ２の表面がＲｚ＝２６μｍのものを使用した。
【００７１】
なお、本実施形態において、Ｒｚｊｉｓの測定は、いずれも、ＪＩＳ−Ｂ０６０１−２００１を基準とし、（株）小坂研究所製の表面粗さ測定器サーフコーダＳＥ３５００型を用いた。長手方向について、測定長８．０ｍｍ、カットオフ値０．８ｍｍ、測定速度０．３ｍｍ／ｓｅｃの条件で測定した。
【００７２】
（帯電ローラの硬度）
なお、式（１）を満たすためには、帯電ローラ２の表面が、一定の範囲の硬さを持つことが必要である。硬度が低すぎると、帯電ローラ２の微小突起部が、感光体ドラム１と接触した際に潰れてしまい式（１）を満たせない。また、帯電ローラ２が感光体ドラム１と接触した際に、帯電ローラ２に凹み跡が生じるなどの可能性がある。そこで本実施形態では弾性ローラ２の表面に導電性弾性層２ｂよりも硬くて薄い導電性弾性層２ｃを設けてある。
【００７３】
一方、帯電ローラ２の表面が硬すぎると、帯電ローラ２と接触した際に、感光体ドラム１が削れてしまうなどの懸念がある。そこで、導電性弾性層２ｃの厚さを適当な範囲にすることで（厚くなり過ぎないようにすることで）帯電ローラ２の表面硬度を調整している。
【００７４】
上記観点から、帯電ローラ２の表面のアスカーＣ硬度は、６０度から９０度、好ましくは８０度から９０度が好適であった。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。
【００７５】
なお、アスカーＣ硬度の測定は、帯電ローラ２の表面の中央部、及び中央部より両側９０ｍｍ部のそれぞれの周方向１２０°ピッチ位置の計９箇所を、アスカーＣ定荷重測定９．８Ｎ（１．０Ｋｇｆ）にて測定した。
【００７６】
帯電ローラ２のＭＤ−１硬度は、６０度乃至８５度、好ましくは６０度乃至７０度が好適であった。本実施形態では、ＭＤ−１硬度で６４度のものを使用した。
【００７７】
なお、ＭＤ−１硬度の測定は、帯電ローラ２を２３℃／６０ＲＨの中へ４時間以上放置後、帯電ローラ２の表面中央部及び中央部より両側９０ｍｍ部のそれぞれの周方向１８０°ピッチ位置の計６箇所をＭＤ−１マイクロゴム硬度計にて測定した。
【００７８】
（帯電ローラのヤング率）
本実施形態において、導電性弾性層２ｂと表面層２ｃを合わせた層を変形させる際のヤング率を、帯電ローラのヤング率と定義すると、ヤング率は、１０〜２００ＭＰａが好ましい。なお、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分間加え、荷重が１００ｍＮ／ｍｍ２に達した後の歪み量からヤング率を算出した。本実施形態で用いた帯電ローラ２のヤング率は２０ＭＰａであった。
【００７９】
（帯電ローラの抵抗）
帯電ローラ２の抵抗値は２３℃、６０％ＲＨにおいて、１．０×１０７Ω・ｃｍ〜１．０×１０９Ω・ｃｍが好ましい。本実施形態の抵抗値は５．０×１０７Ω・ｃｍであった。  なお、測定は、帯電ローラ２を２３℃、６０％ＲＨの中へ２４時間以上放置後、行った。具体的には、電流測定装置のΦ３０鏡面金属ローラへ総荷重測定９．８Ｎ（１．０Ｋｇｆ）（端部荷重４．９Ｎ（０．５Ｋｇｆ）×２）で押し付け、Φ３０ローラを３０ｒｐｍの速度で従動回転させながらＤＣ２００Ｖ電圧を印加して測定した。
【００８０】
（本実施形態と比較例）
図５は、本実施形態（実施形態１）と他の比較例（比較例１から比較例１０）のＲｚ、アスカーＣ、ＭＤ−１、実際に測定したエアギャップＧ、Ｌ（１−Ｐ／ＥＳ）のそれぞれの値を示す表である。
【００８１】
同図に示すように、本実施形態では、実際に測定したエアギャップＧが、１６μｍであり、計算式Ｌ（１−Ｐ／ＥＳ）から導き出された値が１８μｍであり、ほぼ、一致していることが分かる。さらに、本実施形態では、Ｌ（１−Ｐ／ＥＳ）＞７．７×１０−６（ｍ）をみたしていることが分かる。
【００８２】
本実施形態で用いる帯電ローラ２は、表面を大きく荒らしており、かつ、帯電ローラ２のヤング率を調節することで、感光体ドラム１との当接部において、所定の圧力が加わった場合に、感光体ドラム１との間に放電可能な隙間を維持できる。
【００８３】
すなわち、微小突起部２０１は、押圧力により感光体ドラム１に圧接したときに弾性変形可能であって、弾性変形した状態で帯電バイアスが印加されたときに感光体ドラム１に圧接した領域の全域において放電可能なギャップを形成する。この放電可能なギャップによって、帯電ローラ２による感光体ドラム１の帯電の効率が向上する。以下、その検証を行う。
【００８４】
（検証実験）
続いて、本実施における画像形成装置の放電状態を特徴づける検証実験について述べる。
【００８５】
（検証１：放電痕観察）
本実施形態における帯電ローラ２が感光体ドラム１に作る放電痕の観察を行い、感光体ドラム１の放電面積の算出を行った。本実施形態の未使用新品状態の感光体ドラム１と帯電ローラ２とを静止状態で、バイアスを印加し、５分間放置した。印加バイアスは画像形成時と同じ、Ｖｄｃ＝−５５０Ｖ、Ｖｐｐ＝１４００Ｖ、ｆ＝１６００Ｈｚの正弦波の重畳振動電圧を用いた。
【００８６】
そして、感光体ドラム１上の放電痕の面積を（  株）キーエンス  超深度カラー３Ｄ形状測定顕微鏡ＹＫ−９５１０を用い、以下のようにして測定した。まず、測定対象の感光体ドラム１をワーク置き台に設置し、チルト調整して水平を合わせ、ウエーブモードで感光体ドラム１の周面の３  次元形状データを取り込んだ。その際、対物レンズの倍率を２０倍として観察とした。
【００８７】
次に、データ解析ソフト中の粒子解析プローラムを用いて、感光体ドラム１の表面の解析画面上放電痕と判別できる放電部の面積の合計から、放電部の合計面積を算出した。そして、関係式（放電部の合計面積／総面積）×１００（％））から放電部の面積率を算出した。本測定における総面積は５９６１６μｍ２であった。
【００８８】
何れの測定も、円筒状の感光体ドラム１の母線方向、一端から５ｃｍの部分、中央部、他端から５ｃｍの部分の３部分で２箇所以上を測定し、その平均値を測定値としている。
【００８９】
図６は、放電部の面積に関する値を示す表である。
【００９０】
本実施形態の放電面積率は４８％であり、その他比較例に用いた帯電ローラでは最高で５％の放電面積率であった。
【００９１】
なお、比較例１〜１０のサンプルにおいて、先述したパッシェンの法則の計算結果から、当接ニップ内で放電が起きないはずの帯電ローラにおいて放電痕が観察された。
【００９２】
これは、ニップ内の当接状態が不安定、不規則なため、局所的ミクロな領域で放電を起こす可能性が考えられ、その個所にて異常放電が発生した結果、放電痕として観察されたものと推察される。
【００９３】
次に、データ解析ソフト中の粒子解析プローラムを用いて、感光体ドラム１表面の解析画面上放電痕と判別できる放電部個々の面積を、関係式（放電部の面積／総面積）×１００（％））により、個々の放電部の面積率を算出した。また、大きさのバラつきを示す標準偏差を算出した。
【００９４】
図６に示すように、本実施形態の帯電ローラ２は、個々の放電面積の平均値は、対測定面積比１．９％であった。また、放電部の大きさのバラつきを示す標準偏差は１．７５であった。放電面積が大小不規則にばらついている特徴がある。
【００９５】
図７は、検証１により作られた感光体ドラム１の周面を（株）キーエンス超深度カラー３Ｄ形状測定顕微鏡ＹＫ−９５１０を用いて、対物レンズの倍率を２０倍として得られた像を、放電部の輪郭部分だけを見えるよう処理された画像の一例である。
【００９６】
同図に示すように、本実施形態の帯電ローラのみ、感光体ドラムとの当接ニップ内において、広い範囲で放電が起きていることが観察された。
【００９７】
（検証２：ＶＩ特性測定）
続いて、本実施形態の帯電ローラ２を用いた場合の放電量の測定を行った。図８は、放電量の測定を行うための構成を示す図である。本実施形態の画像形成装置を用い、帯電ローラ２による放電により、感光体ドラム１に流れる電流を測定するため、現像装置１０と転写ローラ２０を外した状態で、クリーニング装置４０を装着している。これらを外した理由は、現像バイアスが感光体ドラム１に励起され電流が増加すること、及び転写電流の影響が流れ込むことにより放電電流量が正確に測定できなくなるのを防ぐためである。
【００９８】
また、感光体ドラム１と画像形成装置のアース間に、１０ＫΩの抵抗Ｒを入れ、抵抗Ｒの電圧Ｖａｃを電圧計Ｖにより計測する。電圧Ｖａｃを基にオームの法則、Ｖ＝ＩＲより電流値Ｉを求めることが出来る。
【００９９】
実際の測定は、１測定ごとに、２０秒間、画像形成装置を駆動させ、感光体ドラム１を回転駆動させる。帯電バイアスは回転駆動開始５秒後から１５秒後までの１０秒間印加され、この間に出力された電圧計Ｖの値を平均したものを測定電圧とした。
【０１００】
帯電電圧Ｖｐｐは１測定毎、０．１ＫＶ〜２．０ＫＶまで順次、０．１ＫＶ毎に変化させた。なお、このときレーザ発光は行っていないため、ドラム電位はー５６０Ｖである。
【０１０１】
図９は、帯電電圧と放電電流の関係を本実施形態（実施形態１）及び比較例１〜１０のそれぞれの場合で示したグラフである。
【０１０２】
同図に示すように、本実施形態（実施形態１）では、低い放電開始電圧で高い放電電流量になっている。これは、検証１の結果からも分かるように、当接ニップ内でも放電が行われているため、放電面積増加に伴う、放電機会の増加に起因していると考えられる。
【０１０３】
このため、ある決まった放電量を確保しようとする場合、本実施形態は比較例の帯電ローラに対し、印加電圧を低く抑えることが可能である。
【０１０４】
（検証３：帯電かぶり特性）
本実施形態における帯電ローラ２の放電電流量と帯電かぶり画像の関係を測定した。ここで、帯電かぶりとは、帯電不良に伴い、感光体ドラム１の帯電電位を正規の電位にすることが出来ず、帯電不良が起きた個所に、トナーが現像されてしまう現象のことである。一般に、このような現象はべた白画像（本来、トナーを付着させないことを意図した画像。白地）上に、トナーが砂地状に現像されてしまうため、砂地画像と呼ばれている。以下、帯電かぶり現象を砂地現象と記載する。
【０１０５】
砂地現象を測定するに際し、図１に示す画像形成装置にて、本体の高圧電源Ｅにおいて、帯電電圧Ｖｐｐを０．１ＫＶから２．０ＫＶまで０．１ＫＶ刻みで１枚ごとに変えたときの、べた白画像を通紙した。
【０１０６】
なお、この時の電流値は、現像バイアスと転写の影響で正確な転写電流が測定することが出来ないため、検証２の帯電電圧Ｖｐｐと放電電流量の測定結果（図９）を参照した。
【０１０７】
本実施形態では、砂地現象が消失する電流値は９７（μＡ）であった。
【０１０８】
図１０は、本実施形態（実施形態１）と比較例１〜１０の場合で、放電電流と砂地現象のレベルとの関係を示すグラフである。
【０１０９】
同図において、出力された画像の砂地濃度に応じて５段階のランクを付けた。ランク１が砂地発生なし、ランク２は軽微に発生、ランク３は反射濃度計の濃度０．１相当、ランク４は濃度０．２相当、ランク５は濃度０．３となっている。本実施形態では、ランク２が発生した時点で砂地発生と判断した。
【０１１０】
図１０に示すグラフより、放電電流量の増加に伴い、砂地画像は良化していき、おおよそ１００μＡ〜１５０μＡの放電量にて砂地画像は消失することがわかる（本実施形態の場合は約１００μＡ）。
【０１１１】
以上、検証２と検証３の結果より、砂地抑制に必要な放電量を得るためには、本実施形態の帯電ローラ２はＶｐｐ１．４ＫＶの印加で所望の放電量を得られることが可能である。一方、従来技術に因る比較例の帯電ローラは、砂地抑制のためには、帯電電圧Ｖｐｐを１．６ＫＶ以上印加する必要があった。
【０１１２】
このように、本実施形態の帯電ローラ２の特性として、放電機会の増加に伴って、放電電流量が増加するため、砂地画像を抑制するために必要な印加電圧を、従来技術のローラより低くすることが可能である。つまり、本実施形態の帯電ローラ２は従来の帯電ローラと比較して、放電開始電圧が低下する特徴がある。
【０１１３】
（検証４：ニップ幅と放電量）
続いて、本実施形態における帯電ローラ２及び比較例の、単位（放電）面積当たりの放電量を算出した。なお、放電面積の算出として、帯電ローラ２における砂地消失時の放電電流量における放電ニップ幅を、（株）キーエンス、超深度カラー３Ｄ形状測定顕微鏡ＹＫ−９５１０を用い、対物レンズの倍率を５倍として測定した。結果、本実施形態における帯電ローラ２の平均放電ニップ幅は８００μｍであった。
【０１１４】
また、本実施形態の帯電ローラ２の有効帯電幅は２２６ｍｍである。この値から当接面積は０．８×２２６＝１８０．８ｍｍ２であった。
【０１１５】
このうち放電に寄与する面積は検証３の結果より、４８％である。また、砂地消失電流値は検証３の結果より、９７（μＡ）であるので、単位面積当たりの放電量は、
９７（μＡ）／（１８０．８（ｍｍ２）×０．４８）＝１．１２（μＡ／ｍｍ２）となった。
【０１１６】
一方、比較例の帯電ローラは、当接部内での放電はほとんど起きないことが検証３より得られている。このため、当接部外の上流・下流に出来る放電痕の幅を、（株）キーエンス、超深度カラー３Ｄ形状測定顕微鏡ＹＫ−９５１０を用い、対物レンズの倍率を５倍として測定した。また、比較例の帯電部材の有効帯電幅２２６ｍｍである。なお、印加バイアスは、各帯電ローラにおける砂地消失放電電流量となるように設定されている。
【０１１７】
本実施形態の場合（実施形態１）と同様にして、比較例１〜１０における帯電ローラの単位（放電）面積当たりの放電量を算出した。
【０１１８】
また、砂地消失電流値は検証３の結果を参照し、比較例における単位面積当たりの放電量を計算した。
【０１１９】
図１１は、本実施形態と比較例における単位面積当たりの放電量を示すグラフである。
【０１２０】
同図に示すように、本実施形態の帯電ローラ２は単位面積当たりの放電量が低い値に抑えられていることがわかる。
【０１２１】
これは、本実施形態の帯電ローラ２は比較例に対し、放電面積が広いため、単位面積当たりの放電量を低くすることが可能であるためである。
【０１２２】
（放電状態とクリーニング性能との関係）
本発明者らは、検証１から検証４までの結果から得られた放電状態の特徴が、クリーニングブレード１２の感光体ドラム１の当接部における挙動、および耐久劣化時の感光体ドラム１の平滑性と、相関していることを見いだした。また、クリーニングブレード１２の感光体ドラム１の当接部における挙動および耐久劣化時の感光体ドラム１の平滑性が、トナーすり抜けと関連性があることを発見した。
【０１２３】
つまり、Ｌ（１−Ｐ／ＥＳ）＞７．７×１０−６（ｍ）を満たしている本実施形態の場合、帯電ローラ２と感光体ドラム１の当接部である当接ニップ内でも放電が可能となる。すなわち、帯電ローラ２と感光体ドラム１の当接ニップに、放電可能なギャップが存在する。そのため、放電領域が広がり、従来（比較例）よりも、単位面積当たりの放電量（放電密度）を低減させることが可能となる。
【０１２４】
この結果、帯電ローラ２と感光体ドラム１の間の放電によって、感光体ドラム１の表面が荒れにくくなり、感光体ドラム１の表面を長期にわたって平滑な状態を保つことが可能である。感光体ドラム１の表面が平滑であれば、クリーニングブレードと感光体ドラム１の接触状態も安定し、その結果、一般に円形度が高いとされる重合トナーであっても、クリーニングブレード１２によって安定的にクリーニングが可能である。
【０１２５】
すなわち、球形重合トナーは、転写効率が高い。転写ローラ２０による転写の際に感光体ドラム１から転写されるトナーの割合が高く、感光体ドラム１に残るトナーの割合が小さいという作用がある。しかし、トナーが球形であると、感光体ドラム１とクリーニングブレード１２との間をトナーがすり抜けやすくクリーニング不良が生じる可能性があった。
【０１２６】
しかし、本実施形態では、平均円形度０．９７の重合トナーにおいて確実にクリーニングすることができ、一般的に平均円形度０．９６以上の重合トナーにも採用することが可能である。なお、平均円形度は、ＦＰＩＡ−３０００（シメックス社製）で測定した。つまりクリーニングブレード１２は感光体ドラム１の表面から平均円形度０．９６以上の重合トナーを取り除くことができる。
【０１２７】
特にＤＣ電圧（直流電圧）にＡＣ電圧（交流電圧）を重畳した電圧を帯電ローラ２に印加して感光体ドラム１の帯電を行うＡＣ帯電方式を採用した場合では、帯電ローラ２からの放電量が大きくなり、放電電流密度が高くなる傾向がある。
【０１２８】
特に、比較例では、帯電ローラ２と感光体ドラム１の当接ニップで放電が行われないので、当接ニップ外のみで放電が行われる。このため、放電面積が狭い局所的な放電となっているため、放電電流密度が高くなる傾向がある。
【０１２９】
その結果、特に、ＡＣ電圧（交流電圧）を重畳した電圧を帯電ローラ２に印加して感光体ドラム１の帯電を行うＡＣ帯電方式を採用した場合では、放電電流密度が高いために、感光体ドラム１の表面が荒れ易くなる。このように、感光体ドラム１の表面が荒れてしまうと、感光体ドラム１に対するクリーニングブレード１２の接触状態が不安定となる。この状態で、円形度が高い球形重合トナーを、クリーニングしようとする場合、クリーニングブレード１２と感光体ドラム１の間をすり抜けてクリーニング不良してしまう場合があった。
【０１３０】
図１２は、本実施形態（実施形態１）及び比較例１〜３の場合で、１５℃１０％の環境下において、印字率１％の画像を９０００枚印刷した時点での感光体ドラム１の状態を示す表である。
【０１３１】
ドラム削れ速度とは、１０００枚の画像形成あたりに、感光体ドラム１の感光層がどれだけ削れたかを示す値である。
【０１３２】
放電電流密度は、単位面積（１平方ミリメートル）当たりに流れる電流量（マイクロアンペア）である。
【０１３３】
クリーニング性は、クリーニングブレードと感光体ドラムの間をすり抜けたトナーが帯電ローラに付着する度合いで判断した。クリーニング性が良好で帯電ローラに付着したトナーが目立たないものを「○」とした。クリーニングできなかったトナーが帯電ローラにスジ状に付着してしまうものを「×」とした。
【０１３４】
ドラム表面粗さＲａは、感光体ドラム１の表面の粗さである（値が大きい方が、表面が荒れている）。図１２の表ではＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９８２で規定される算術平均粗さＲａを利用した。表面粗さ測定機として、Ｓｕｒｆｃｏｒｄｅｒ  ＳＥ３５００（株式会社  小坂製作所製）を用いた。
【０１３５】
測定の条件は、送り早さ：０．０５ｍｍ／ｓ、カットオフ値：０．８ｍｍ、評価長さ：２．５ｍｍ、フィルター：ガウスとした。
【０１３６】
図１２から見て取れるように、本実施形態のほうが、削れ速度が遅く、つまり感光層が削れ難く、そのためにドラム表面粗さＲａの値が小さい平滑な状態を保っている。その結果、クリーニング性も良好な状態を保っている。
【０１３７】
これは、先述した検証の通り、本実施形態の帯電ローラにおいて、放電電流密度を低減したからである。
【０１３８】
つまり高い放電電流量が得られるＡＣ帯電方式を利用していても、放電電流密度は低く抑えることが可能なので、ドラムが平滑性を保ち、クリーニング性が改善するので、クリーニングが難しいとされる重合トナーを使用できる。すなわち一般的に重合トナーは平均円形度が０．９６以上であって、円形度が高いが、そのようなトナーでも確実にクリーニングできる。
【０１３９】
すなわち、本実施形態ではＡＣ帯電方式と重合トナーの両方を採用できるので、感光体ドラム１の帯電の均一性を高めつつ、トナーの転写効率も高めることができる。
【０１４０】
なお本実施形態で用いたトナーの粒径は、ほぼ４〜９μメートルの範囲の粒径をもつものであって、その平均粒径は７μｍであった。一般的に用いられる平均粒径が４乃至９（μｍ）のトナーであれば本実施形態は比較例に対してクリーニング性を向上させることが可能である。
【０１４１】
以下、本実施形態における画像形成装置の放電状態とクリーニングブレード挙動およびドラム平滑性と関連を調べるための、検証実験結果について述べる。
【０１４２】
（検証５：長手方向挙動観察）
図１３は、クリーニングブレード１２の長手方向の挙動を観察するための装置の構成を示す図である。同図に示すように、直径８４ｍｍのガラスドラム３０１に導電膜を塗布し、その上層に電化輸送層を塗工することで、帯電を可能にした。ガラスドラム３０１の内部にはＣＣＤカメラ３０２（Ｔｈｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｓｏｕｒｃｅ社製  型番ＤＦＫ３１ＢＧ０３．Ｈ）と光源３０３があり、ガラスドラム３０１の内側からクリーニングブレード１２の当接状態を観察することが出来る。
【０１４３】
なお、ＣＣＤカメラ３０２から取り込まれた画像はいったんＰＣ３０４に保存される。そののち、コマ送り再生をすることで、局所的に変化するクリーニングブレード１２の挙動を捉えることができる。
【０１４４】
クリーニングブレード１２の挙動変化を確実に捉えるため、ガラスドラム３０１の周速を１０ｒｐｍとし、ＣＣＤカメラ３０２のフレームレートは３０枚／ＳＥＣとした。
【０１４５】
ガラスドラム３０１を帯電ローラ２により帯電させた状態で、内面からクリーニングブレード１２のニップ部付近の挙動及び阻止層がどのような挙動を示すか観察した。
【０１４６】
なお、帯電バイアスの条件として、放電電流量がほぼ等しい値となるよう、本実施形態の帯電印加バイアスはＶｐｐ１．４ＫＶ、比較例１はＶｐｐ１．６ＫＶを印加して行った。
【０１４７】
図１４は、クリーニングブレード１２の当接状態を示す画像である。図１４（ａ）は、本実施形態の帯電ローラ２を用いた場合の、クリーニングブレード１２の当接状態を示す画像であり、図１４（ｂ）は比較例１における帯電ローラを用いた場合の、クリーニングブレード１２の当接状態を示す画像である。
【０１４８】
図１４（ａ）に示すように、本実施形態の帯電ローラ２を用いた場合には、長手方向の波打ちが抑制され、トナーのすり抜けがないことが確認できる。また、駆動中も同様に長手方向の波打ちが抑制されていることが確認できた。
【０１４９】
一方、図１４（ｂ）に示すように、比較例１における帯電ローラを用いた場合には、長手方向の波打ちが存在し、局所的にトナーのすり抜けが発生していることが確認できる。
【０１５０】
図１５は、図１４に示した比較例１の場合と同様に、他の比較例においてもクリーニングブレード１２の当接状態の観察を行った場合のデータを示す表である。
【０１５１】
本実施形態の帯電ローラ２で帯電させた場合、クリーニングブレード１２のニップに形成される阻止層は長手方向で安定して存在している。
【０１５２】
一方、比較例１で帯電させた場合、阻止層が長手方向で波打つように歪み、局所的に崩され、その箇所でトナーのすり抜けが起きていることが確認できる。比較例２〜９に対しても同様に観察を行ったが、トナーのすり抜けが発生していることが確認された。
【０１５３】
このように、帯電ローラの放電状態の違い、特に放電電流密度の違いにより、クリーニングブレード１２の挙動が変化することが明らかとなった。
【０１５４】
すなわち、単位面積当たりの放電電流密度が高い比較例においては、放電現象が帯電ローラ長手方向で不均一に発生するため、クリーニングブレードの挙動が長手方向で不均一でトナーすり抜けが発生する場合があった。一方、本実施形態では、単位面積当たりの放電電流量を低減することができるので、長手方向における放電ムラが生じにくく、クリーニングブレードの挙動が安定することが可能である。
【０１５５】
（検証６：実機評価）
クリーニング性の評価として、クリーニングブレード１２の感光体ドラム１の周面に対する当接圧の設定を、高圧の場合および低圧の場合の２条件に設定した際のクリーニング性を評価した。高圧設定のクリーニングブレード１２の感光体ドラム１の周面に対する当接圧（線圧）は８０ｇ／ｃｍ、低圧設定では、４０ｇ／ｃｍとした。また、クリーニングブレード１２の当接角は２４°に設定した。なお、帯電バイアスの条件として、放電電流量がほぼ等しい値となるよう、本実施形態の帯電印加バイアスはＶｐｐ１．４ＫＶ、比較例はＶｐｐ１．６ＫＶを印加して行った。
【０１５６】
評価環境は７．５℃／３０％ＲＨ環境で、ＬＥＴＴＥＲ紙テスト画像フルカラー２枚間欠の条件で、１５０００枚の耐久試験を行った。耐久の印字率は１％で行い、耐久中のサンプル、及び１０００枚ごとのハーフトーン画像などのテスト画像を出力することで出力画像上の不良を観察した。
【０１５７】
図１５に示すように、本実施形態の帯電ローラ２において、トナーすり抜けの発生なく、非常に良好な結果が得られた。
【０１５８】
（検証７：感光体の平滑性）
本実施形態における帯電ローラ２が感光体ドラム１に作る傷の評価を行った。各帯電ローラを組み込んだクリーニング装置を用意し、評価環境は３５℃／９０％ＲＨ環境で、ＬＥＴＴＥＲ紙テスト画像フルカラー２枚間欠の条件で、１５０００枚の耐久試験を行った。耐久の印字率は１％で行った。１５００枚通紙時点の感光体ドラム１の表面粗さを測定した。なお、帯電バイアスの条件として、放電電流量がほぼ等しい値となるよう、本実施形態の帯電印加バイアスはＶｐｐ１．４ＫＶ、比較例はＶｐｐ１．６ＫＶを印加して行った。
【０１５９】
このとき、クリーニングブレード１２の感光体ドラム１の周面に対する当接圧の設定は、高圧設定である当接圧（線圧）は８０ｇ／ｃｍで行った。これは、環境としては、絶対水分量が多い方が、放電量が増加するため、クリーニング当接圧が高い方が傷をつくりやすいためであり、放電促進環境下で試験を行った。
【０１６０】
なお、Ｒｚｊｉｓの測定は、いずれも、ＪＩＳ−Ｂ０６０１−２００１を基準とし、（株）小坂研究所製の表面粗さ測定器サーフコーダＳＥ３５００型を用いた。そして、長手方向について、測定長８．０ｍｍ、カットオフ値０．８ｍｍ、測定速度０．３ｍｍ／ｓｅｃの条件で測定した。
【０１６１】
図１５に示すように、本実施形態における帯電ローラ２で耐久評価を行った感光体ドラム１は、Ｒｚが低くＳｍが大きい傾向が見られた。Ｓｍとは、感光体ドラムに凹凸ができた場合に、その凹凸の平均間隔（μｍ）である。
【０１６２】
すなわち、本実施形態における帯電ローラ２で耐久試験評価を行った後の、ドラムの平滑性が最も良好である結果となっている。
【０１６３】
（検証８：カートリッジトルク低減率）
比較例１〜１０における帯電ローラで、トナーすり抜けが発生した時、トナーすり抜けを抑制するために必要なクリーニングブレード当接圧を調べ、その時のカートリッジトルクを測定した。
【０１６４】
検証６にてトナーすり抜けが発生した時に、クリーニングブレード１２の当接圧（設定角と侵入量）を変えて、すり抜けを抑制するのに必要なクリーニングブレード１２の設定を計測し、その設定におけるカートリッジトルクを測定した。
【０１６５】
図１５に示すように、本実施形態のカートリッジトルクを１００％とした時の、各測定トルクの比率を示すものである。従来技術である帯電ローラを用いた場合、トナーすり抜けを抑制するためには、本実施形態のカートリッジトルクに対し、軒並み１２０％〜２００％程度必要であった。
【０１６６】
この結果より、本実施形態の帯電ローラ２は、放電電流密度を低減し、ドラムの摩耗を抑制できるので、従来のカートリッジに対し、トナーすり抜けを抑制するために必要なクリーニングブレード当接圧を下げることが可能である。結果として、カートリッジトルク（カートリッジを駆動させるために必要なトルク）を低減することが可能であることが分かる。
【０１６７】
以上、本実施形態に係る帯電ローラ２を用いることで、従来の帯電部材に対して、放電面積の拡大により、放電電流量が増加するので、砂地カブリ等の帯電不良することなく、低い帯電バイアスを用いることが可能である。また、このときの印加電圧に対し、放電電流密度を低く抑えることが可能なので、製品寿命を通じて、感光ドラムの摩耗を抑制し、平滑性を保つことが可能となる。結果として、ゴムブレードの挙動を安定させることが可能となり、一般的にクリーニングし難い球形トナーを用いても、カートリッジトルクを低減しつつ、トナーすり抜けの発生を防ぐことが可能である。
【０１６８】
＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る他の実施形態の画像形成装置について説明する。本実施形態では、クリーニングブレード１２の構成が異なり、感光体ドラム１の当接部が硬化処理されたクリーニングブレード１２を用いている。本実施形態における硬化方法として、活性水素化合物を含浸させることなく、少なくともイソシアネート化合物を所定時間含浸させた後、イソシアネート化合物とポリウレタン樹脂とを反応させる方法を用いて、硬化層を形成した。このように硬化処理することで、感光体ドラム１とクリーニングブレード１２との摩擦が低減し、クリーニングブレード１２の挙動を安定させることができる。その他シリコン含有紫外線硬化材料を弾性ブレードに含浸させて膨潤させた後、紫外線照射処理して、クリーニングブレード表面に硬化層を形成することなども可能である。なお、画像形成プロセスに関しては、第１実施形態と同様のため、重複する説明は省略する。
【０１６９】
（検証９：平滑性とすり抜けの相関）
本実施形態における硬化処理されたクリーニングブレード１２と表面粗さが異なる感光体ドラム１に対するクリーニング性の評価を行った。
【０１７０】
２３℃／５０％ＲＨ環境下で、硬化処理されたクリーニングブレード１２と、各々の帯電ローラと、検証７で得られた感光体ドラム１とをそれぞれクリーニング装置に組み込み、１００枚通紙した時のトナーのすり抜けを確認した。
【０１７１】
図１６は、硬化処理されたクリーニングブレード１２を用いた場合の本実施形態（実施形態２）と比較例とでトナーのすり抜けの発生の状態を示す表である。
【０１７２】
同図に示すように、硬化処理されたクリーニングブレード１２は、本実施形態の帯電ローラ２で帯電を行った感光体ドラム１では、平滑性が確保できているためトナーのすり抜けが発生しないことが分かる。
【０１７３】
（検証１０：実機評価）
クリーニング性の評価として、硬化処理したクリーニングブレード１２の感光体ドラム１の周面に対する当接圧の設定を、高圧の場合および低圧の場合の２条件に設定した際のクリーニング性を評価した。高圧設定のクリーニングブレードの感光体ドラム１の周面に対する当接圧（線圧）は８０ｇ／ｃｍ、低圧設定は４０ｇ／ｃｍとした。また、クリーニングブレード１２の当接角は２４°に設定した。なお、帯電バイアスの条件として、放電電流量がほぼ等しい値となるよう、本実施形態の帯電印加バイアスはＶｐｐ１．４ＫＶ、比較例はＶｐｐ１．６ＫＶを印加して行った。
【０１７４】
評価環境は７．５℃／３０％ＲＨ環境で、ＬＥＴＴＥＲ紙テスト画像フルカラー２枚間欠の条件で、１５０００枚の耐久試験を行った。耐久の印字率は１％で行い、耐久中のサンプル、及び１０００枚ごとのハーフトーン画像などのテスト画像を出力することで出力画像上の不良を観察した。
【０１７５】
図１６に示すように、本実施形態のように硬化処理が施されたクリーニングブレード１２においても、本実施形態の帯電ローラによる、放電電流密度低減効果により、感光体ドラム１の平滑性が確保され、クリーニングブレード１２が安定して当接するので、非常に良好な結果が得られた。
【０１７６】
つまり本実施形態の帯電部材（帯電ローラ）は、弾性変形した状態で、弾性表面層に形成された凹凸部により帯電バイアスが印加されたときに像担持体（感光体ドラム）に圧接した領域において放電可能なギャップを形成する。
【０１７７】
このため、帯電部材の放電可能領域が広がるので、単位面積当たりの放電電流量を低減させることが可能となる。
【０１７８】
この結果、帯電部材と像担持体との間の均一な放電によって、像担持体の表面が荒れにくくなり、像担持体の表面を長期にわたって平滑な状態を保つことが可能である。像担持体の表面が平滑であれば、クリーニングブレードと像担持体との接触状態も安定し、一般に円形度が高いとされる重合トナーを使用しても、トナーすり抜けが発生しにくいクリーニングが可能である。
【０１７９】
＜その他の構成＞
上述の第１実施形態及び第２実施形態における帯電方式はＡＣ帯電を印加するものであったが、これに限られるものではない。ＤＣ帯電方式においても、同様に、クリーニングブレード１２の挙動が安定化する。
【０１８０】
また、ＡＣ帯電の電圧制御として、放電電流値が一定となるように印加電圧を可変としたが、これに限られるものではなく、定電圧制御でも好適である。
【０１８１】
さらに、上述の実施形態では、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い。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。
【０１８２】
なお、本実施形態で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、２成分トナー等を用いても同様の効果が得られる。
【０１８３】
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。
【０１８４】
また、本実施形態の画像形成装置は、感光体ドラム１に形成されたトナー像を直接記録媒体５０に転写した。しかし感光体ドラム１に形成されたトナー像を一端、中間転写体に転写して、この中間転写体から記録媒体５０にトナー像を転写するような構成であってもよい。つまり転写ローラ２０がトナー像を転写する対象物（被転写体）が記録媒体５０であってもよいし、中間転写体であってもよい。
【０１８５】
また図１７（ａ）（ｂ）に変形例としての帯電ローラ２の構成を示す。図１７（ｂ）は帯電ローラ２の断面図である。図１７（ａ）に示すように、本変形例では帯電ローラ２の端部と中央部の太さが異なっている。図１７（ａ）では、帯電ローラ２の両端部が中央部よりも細いクラウン形状の例を示した。また本変形例では、帯電ローラ２の表面層２ｃに複数の微小な凹部４０１をエッチング処理等で複数形成した。このような複数の凹部４０１によって帯電ローラ２の表面に凹凸部を形成している。隣り合った２つの凹部４０１に挟まれた領域が凸部となる。この凸部は感光体ドラム１に接触することで弾性変形しつつ、感光体ドラム１と帯電ローラ２の間に放電可能なギャップを形成するものである。
【０１８６】
つまり帯電ローラ２の表面に凹凸を形成できるのであれば、帯電ローラ２の表面に複数の凸部（微小突起部２０１）を設けてもよいし、複数の凹部４０１を設けてもよい。また帯電ローラ２の太さ（径）が中央部と端部で異なっていてもよい。
【符号の説明】
【０１８７】
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
１０…現像装置
２０…転写ローラ
１２…クリーニングブレード
４０…クリーニング装置
５０…記録媒体
１００…画像形成装置
２０１…微小突起部
【図１】
2015034978.tif 000003
【図２】
2015034978.tif 000004
【図３】
2015034978.tif 000005
【図４】
2015034978.tif 000006
【図５】
2015034978.tif 000007
【図６】
2015034978.tif 000008
【図８】
2015034978.tif 000009
【図１１】
2015034978.tif 000010
【図１２】
2015034978.tif 000011
【図１３】
2015034978.tif 000012
【図１５】
2015034978.tif 000013
【図１６】
2015034978.tif 000014
【図１７】
2015034978.tif 000015
【図７】
2015034978.tif 000016
【図９】
2015034978.tif 000017
【図１０】
2015034978.tif 000018
【図１４】
2015034978.tif 000019