(57)【要約】      （修正有）【課題】回転する感光体ドラムに帯電ローラを接触させて従動回転させ感光体の表面を一様に帯電させる帯電方法において、帯電ローラの駆動安定化及び感光体ドラムの摩耗速度の低減を図る。【解決手段】帯電ローラに直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加し、感光体ドラム表面を帯電させる。このとき、交流電圧の周波数ｆ（Ｈｚ）と、帯電ローラの周速度Ｖｓ（ｍｍ／ｓｅｃ）と、帯電ローラの周方向の凹凸の平均間隔Ｓｍ（ｍｍ）とが、下記式（１）及び（２）を満足するようにする。０．８×１０−３×（Ｖｓ／ｆ）≦Ｓｍ≦１．５×１０−３×（Ｖｓ／ｆ）・・・（１）、２０００≦ｆ≦２４００・・・（２）【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する感光体に接触し回転する帯電ローラに、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加し、前記感光体表面を帯電させる帯電方法であって、
交流電圧の周波数ｆ（Ｈｚ）と、前記帯電ローラの周速度Ｖｓ（ｍｍ／ｓｅｃ）と、前記帯電ローラの周方向の凹凸の平均間隔Ｓｍとが下記式（１）及び（２）を満足することを特徴とする帯電方法。
０．８×１０−３×（Ｖｓ／ｆ）≦Ｓｍ≦１．５×１０−３×（Ｖｓ／ｆ）・・・（１）
２０００≦ｆ≦２４００                        ・・・・・・・・・・・・（２）
【請求項２】
請求項１記載の帯電方法により感光体を帯電させる帯電工程と、前記帯電工程後に前記感光体に静電潜像を形成する潜像形成工程と、前記静電潜像を現像する現像工程とを備えることを特徴とする画像形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は帯電方法及び画像形成方法に関し、より詳細には、接触帯電ローラを用いた帯電方法及び画像形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方法による画像形成方法においては、感光体表面を一様に帯電し、画像露光を行って感光体表面に原稿画像に対応する静電潜像を形成し、この静電潜像を現像し転写することによって画像形成が行われる。ここで、感光体表面を帯電する方式としては、主に、非接触帯電方式と接触帯電方式とがある。非接触帯電方式には、コロナ放電によって感光体を帯電させるコロトロン方式やスコロトロン方式がある。一方、接触帯電方式には、微小空隙での火花放電によって感光体を帯電させるローラ帯電方式やブラシ帯電方式などがある。
【０００３】
非接触帯電方式ではコロナ放電によってオゾンが発生し、そのオゾンを排気するためのダクトやファンなどが必要であるため、高コスト化及び大型化などの課題がある。一方、接触帯電方式ではオゾンの発生量が少なく、低コスト及びコンパクト化が可能であり、低価格のプリンター等では主流となっている。帯電安定性のさらなる向上によって、徐々に高速領域のオフィス向け複合機においても接触帯電方式が主流になりつつある。
【０００４】
接触帯電方式では、帯電ローラを感光体表面に当接させて、帯電ローラに電圧を印加して感光体表面を一様に帯電させる。帯電ローラに印加する電圧は直流電圧のみでもよいが、直流電圧に交流電圧を重畳させると、プラス側とマイナス側への放電が交互に発生し、感光体表面をより均一に帯電させることができる。例えば、直流電圧を印加したときの感光体への帯電開始電圧（Ｖｔｈ）の２倍以上のピーク間電圧（Ｖｐｐ）を有する交流電圧を、直流電圧に重畳した振動電圧を帯電ローラに印加すると、感光体を均一に帯電できることが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００５】
また、振動電圧の周波数をｆ（Ｈｚ）、感光体の周速度をＶｓ（ｍｍ／ｓ）、感光体の空間周波数ｆｓｐとしたとき、ｆｓｐ（＝ｆ／Ｖｓ）≧５とすることによって、画像ノイズ（サイクル斑）を低減することが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2006-234914号公報
【特許文献２】特開平3-101764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、重畳する交流電圧の電圧を高くしたり、振動電圧の振動周波数ｆを高くすると、放電による感光体表面の劣化が進行しやすくなる。感光体表面が劣化すると、感光体に接触して従動する帯電ローラの回転不良が起きやすくなり、帯電のムラが生じやすくなる。また、感光体の性能を維持するには、感光体の表層の磨耗速度を大きくする必要があるため、感光体の寿命が短くなる課題がある。
【０００８】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、帯電ローラの駆動安定化及び感光体の摩耗速度の低減が図れる帯電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成する本発明に係る帯電方法は、回転する感光体に接触し回転する帯電ローラに、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を印加し、前記感光体表面を帯電させる帯電方法であって、交流電圧の周波数ｆ（Ｈｚ）と、前記帯電ローラの周速度Ｖｓ（ｍｍ／ｓｅｃ）と、前記帯電ローラの周方向の凹凸の平均間隔Ｓｍ（ｍｍ）とが、下記式（１）及び（２）を満足することを特徴とする。
０．８×１０−３×（Ｖｓ／ｆ）≦Ｓｍ≦１．５×１０−３×（Ｖｓ／ｆ）・・・（１）
２０００≦ｆ≦２４００                        ・・・・・・・・・・・・（２）
【００１０】
なお、平均間隔Ｓｍとは、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分において一つの山及びそれに隣り合う一つの谷に対応する平均線の長さの和を求め、この多数の凹凸の間隔の算術平均をミリメートル（ｍｍ）で表したものをいう。
【００１１】
また、本発明によれば、前記の帯電方法により感光体を帯電させる帯電工程と、前記帯電工程後に前記感光体に静電潜像を形成する潜像形成工程と、前記静電潜像を現像する現像工程とを備えることを特徴とする画像形成方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る帯電方法によれば、帯電ローラの従動回転性が安定し、感光体の過剰な磨耗が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る帯電方法及び画像形成方法を実施する画像形成装置の一例を示す概説図である。
【図２】帯電装置の概略構成図である。
【図３】平均間隔ＳｍとＶｓ／ｆとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る帯電方法及び画像形成方法について図に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施形態に何ら限定されるものではない。
【００１５】
図１に、を示す。図１に示す画像形成装置Ｄは、所謂タンデム方式のカラープリンタである。もちろん、プリンタのほか、さらにスキャナを有する複写機、ファクシミリ又はそれらの機能を複合的に備えた複合機等にも本発明を適用することができる。また、画像形成方式としてはタンデム方式に限定されるものではなく、他の方式、例えば、回転軸の周囲に４つの現像装置を配置し、これらを順次静電潜像担持体に対向させてフルカラー画像を作成する所謂４サイクル方式、あるいは一つの現像装置でモノクロ画像を作成するモノクロ方式であっても構わない。
【００１６】
画像形成装置Ｄは、導電性を有する無端状の中間転写ベルト３３を有する。中間転写ベルト３３は、図の左右両側にそれぞれ配置された一対のローラ３１，３２に掛架されている。ローラ３２は不図示のモータに連結されており、モータの駆動によってローラ３２は反時計回りに回転し、これによって中間転写ベルト３３とこれに接するローラ３１は従動回転する。ローラ３２に支持されているベルト部分の外側には、二次転写ローラ３４が圧接している。この二次転写ローラ３４と中間転写ベルト３３とのニップ部（二次転写領域）において中間転写ベルト３３上に形成されたトナー像が、搬送されてきた用紙Ｐに転写される。
【００１７】
また、ローラ３１に支持されているベルト部分の外側には、中間転写ベルト３３の表面をクリーニングするクリーニングブレード９２が設けられている。クリーニングブレード９２は、中間転写ベルト３３との当接部で、未転写の残留トナーを除去・回収する。
【００１８】
ローラ３１とローラ３２とに掛架された中間転写ベルト３３の下側には、中間転写ベルト３３の回転方向上流側から順に、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４つの作像部２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ（以下、「作像部２」と総称することがある）が、装置本体１０に対して着脱自在に配置されている。これらの作像部２では、各色の現像剤をそれぞれ用いて対応する色のトナー像が作成される。
【００１９】
作像部２は、静電潜像担持体として感光体ドラム２０を有する。そして、感光体ドラム２０の周囲には、その回転方向（時計回り方向）に沿って順に、帯電装置７、現像装置２３、一次転写ローラ２４、およびクリーニングブレード６２が配置されている。そして、クリーニングブレード６２の一端側が感光体ドラム２０の外周面に当接し、感光体ドラム２０の表面に残留するトナーを除去・回収する。一次転写ローラ２４は中間転写ベルト３３を挟んで感光体ドラム２０に圧接し、ニップ部（一次転写領域）を形成している。また、作像部２の下方には露光装置２２が配置されている。なお、後述するように、帯電装置７はローラ帯電方式である。
【００２０】
中間転写ベルト３３の上方には、各色の現像装置２３に補給するトナーを収容したホッパー４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ（以下、「ホッパー４」と総称することがある）がそれぞれ配置されている。また、露光装置２２の下部には、給紙装置として給紙カセット５０が着脱可能に配置されている。給紙カセット５０内に積載収容された用紙Ｐは、給紙カセット５０の近傍に配置された給紙ローラ５１の回転によって最上紙から順に１枚ずつ搬送路に送り出される。給紙カセット５０から送り出された用紙Ｐは、レジストローラ対５２に搬送され、ここで所定のタイミングで二次転写領域に送り出される。
【００２１】
画像形成装置Ｄは、１色のトナー（例えばブラック）を用いてモノクロ画像を形成するモノクロモードと、４色のトナーを用いてカラー画像を形成するカラーモードとに切り替え可能となっている。
【００２２】
カラーモードにおける画像形成動作例について簡単に説明すると、まず、各作像部２において、所定の周速度で回転駆動される感光体ドラム２０の外周面が帯電装置７により帯電される。次に、帯電された感光体ドラム２０の表面に、画像情報に応じた光が露光装置２２から投射されて静電潜像が形成される。続いて、この静電潜像は、現像装置２３から供給される現像剤としてのトナーにより顕在化される。このようにして感光体ドラム２０の表面に形成された各色のトナー像は、感光体ドラム２０の回転によって一次転写領域に達すると、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で、感光体ドラム２０から中間転写ベルト３３上へ転写（一次転写）されて重ねられる。
【００２３】
中間転写ベルト３３に転写されることなく感光体ドラム２０上に残った残留トナーは、クリーニングブレード６２で掻き取られ、感光体ドラム２０の外周面から除去される。
【００２４】
重ね合わされた４色のトナー像は、中間転写ベルト３３によって二次転写領域に搬送される。一方、そのタイミングに合わせて、レジストローラ対５２から二次転写領域に用紙Ｐが搬送される。そして、４色のトナー像が、二次転写領域において中間転写ベルト３３から用紙Ｐに転写（二次転写）される。４色のトナー像が転写された用紙Ｐは、定着装置１へ搬送される。定着装置１において用紙Ｐは、定着ローラ１１と加圧ローラ１２とのニップ部を通過する。この間に用紙Ｐは加熱・加圧され、用紙Ｐ上のトナー像は用紙Ｐに溶融定着する。トナー像が定着した用紙Ｐは排出ローラ対５３によって排紙トレイ５４に排出される。
【００２５】
一方、用紙Ｐに転写されることなく中間転写ベルト３３上に残った残留トナーは、クリーニングブレード９２で掻き取られ、中間転写ベルト３３の外周面から除去される。その後、各感光体ドラム２０及び中間転写ベルト３３の回転駆動が停止される。
【００２６】
図２に、帯電装置７の概略構成図を示す。感光体ドラム２０を帯電させる帯電装置７は、感光体ドラム２０と圧接する帯電ローラ７１と、帯電ローラ７１に帯電電圧を印加する電源７２と、帯電ローラ７１の表面に付着した異物を除去する発泡ローラ７３とを有する。帯電ローラ７１は、バネ等の付勢部材や自重によって感光体ドラム２０に圧接し、感光体ドラム２０の回転に伴って従動回転する。そして、帯電ローラ７１には、電源７２によって、直流電圧に交流電圧が重畳された振動電圧が印加される。これによって、感光体ドラム２０の表面が所定電位に一様に帯電される。なお、清掃手段として、発泡ローラ１２に換えてブラシローラを用いてももちろん構わない。
【００２７】
帯電ローラ７１は、金属製の芯金７１１と、芯金７１１の外周面に形成された円筒状の弾性体層７１２と、弾性体層７１２の表面に所定の粗さの表面層（不図示）を有する。帯電ローラ７１と感光体ドラム２０とは、両者の回転軸が平行となり、両者が圧接してニップ部Ｎが形成されるように配置されている。感光体ドラム２０は不図示の回転手段によって図において時計回りに回転し、帯電ローラ７１は感光体ドラム２０の回転によって従動回転する。
【００２８】
芯金７１１の材質は導電性であればよく、例えば、鉄、銅、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル等の金属材料が挙げられる。また、芯金７１１は、導電性を害さない範囲において耐傷性や防錆性を高めるめっき等の表面処理を施していてもよい。芯金７１１の形状は円柱状に限定されるものではなく、円筒状や無端ベルト状などであっても構わない。
【００２９】
弾性体層７１２は導電性と弾性とを備え、例えば、高分子弾性体に導電剤を分散させたものが好適に使用される。高分子弾性体としては、例えば、エピクロルヒドリンゴムやニトリルゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭゴム）、シリコーンゴム、ウレタンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ポリイソプレンゴム、クロロプレンゴム、ポリブタジエンゴム、アクリルゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴムなどが挙げられ、これらの１種又は２種以上を組み合わせて使用できる。これらの中でも、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭゴム）、エピクロルヒドリンゴムやニトリルゴムが好適に使用される。
【００３０】
また導電剤としては、ケッチェンブラックやアセチレンブラックなどのカーボンブラック、グラファイト、金属粉、導電性金属酸化物、各種イオン導電剤などが挙げられる。イオン導電剤としては、例えば、テトラメチルアンモニウムパークロレート、トリメチルオクタデシルアンモニウムパークロレート、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライドなどの四級アンモニウム塩などが挙げられる。
【００３１】
所定粗さを有する表面層は、コーティング樹脂に粗さ付与粒子を添加した組成物を弾性体層７１２の外周面に塗布することにより形成される。粗さ付与粒子は、平均粒径が数μｍ〜数十μｍの有機微粒子又は無機微粒子からなる。粗さ付与粒子の平均粒径や添加量、塗布厚みによって表面層の粗さを調整できる。
【００３２】
弾性体層７１２の体積抵抗率としては、通常、１０２Ω・ｃｍ〜１０１０Ω・ｃｍの範囲が好ましく、体積抵抗率の調整は分散させる導電剤の種類や量によって調整できる。
【００３３】
また、弾性体層７１２の硬度としては３０度〜８０度の範囲が好ましく、軟化油や可塑剤などの添加量によって調整できる。
【００３４】
弾性体層７１２の層厚としては特に限定はないが、通常、０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲が好適である。
【００３５】
弾性体層７１２の形成は、例えば、高分子弾性体及び導電剤などの原料を混合した後、導電性基体の外周に塗布形成すればよい。あるいは、押出成形等により導電性弾性層を別途成形した後、導電性基体に嵌め入れればよい。
【００３６】
弾性体層７１２には、前記特性を害さない範囲において、充填剤や軟化剤、可塑剤、加硫遅延剤など添加剤を配合してもよい。
【００３７】
本発明に係る帯電方法の大きな特徴は、交流電圧の周波数ｆ（Ｈｚ）と、帯電ローラ７１の周速度Ｖｓ（ｍｍ／ｓｅｃ）と、帯電ローラ７１の周方向の凹凸の平均間隔Ｓｍとが前記式（１）及び（２）を満足することにある。帯電ローラ７１の凸部では感光体ドラム２０とのギャップが小さいため放電が比較的起こりやすい。このため、放電バイアス周期と帯電ローラ７１の凹凸の平均間隔Ｓｍとが一致すると、放電が安定して起こり、感光体ドラム２０の帯電ムラが低減され感光体ドラム２０の劣化も抑制される。
【００３８】
以下、本発明者が行った実験について説明する。本発明者は、下記の表１及び表２に示す６種類の帯電ローラ（帯電ローラ１〜６）及び２種類の感光体ドラム（感光体ドラムＡ，Ｂ）を作製し、タンデム式カラー複合機（「bizhub PRO C554」コニカミノルタ社製）をローラ帯電方式に改造した複合機を用いて、ＮＮ環境（２３℃，６５％ＲＨ)で、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）各色印字面積率５％のＡ４版画像をＡ４版中性紙に３万枚の印刷を行い、印刷前後での感光体ドラムの感光層の層厚を測定し、感光体ドラムの磨耗量（μｍ）を算出した。また、帯電ローラを感光体ドラムに圧接させるバネの強さを１２Ｎから８Ｎに減じて、ハーフトーン画像をＡ４中性紙に２００枚印刷し、印刷された画像を目視評価し、帯電不良の発生した枚数をカウントした。帯電ローラがうまく従動せずに回転が止まると、画像濃度のムラが顕著になる。
【００３９】
【表１】
2015022087.tif 000003
【００４０】
【表２】
2015022087.tif 000004
【００４１】
実験例１
感光体ドラムＡを用い、感光体ドラム（帯電ローラ）の周速度Ｖｓを２５０ｍｍ／ｓｅｃ、帯電ローラに印加する交流電圧の周波数ｆを２０００Ｈｚ、交流電圧Ｖｐｐを１４５０Ｖ、直流電圧Ｖｄｃを−６００Ｖとして、帯電ローラ１〜６を用いた場合の感光体ドラムの摩耗量及び帯電不良枚数を測定した。このときのＶｓ／ｆは０．１２５である。結果を表３に示す。
【００４２】
実験例２
感光体ドラム（帯電ローラ）の周速度Ｖｓを１３６ｍｍ／ｓｅｃに変えた以外は実験例１と同様にして、帯電ローラ１〜６を用いた場合の感光体ドラムの摩耗量及び帯電不良枚数を測定した。このときのＶｓ／ｆは０．０６８である。結果を表４に示す。
【００４３】
【表３】
2015022087.tif 000005
【００４４】
【表４】
2015022087.tif 000006
【００４５】
実験例３
感光体ドラムＢを用い、感光体ドラム（帯電ローラ）の周速度Ｖｓを２５０ｍｍ／ｓｅｃ、帯電ローラに印加する交流電圧の周波数ｆを２４００Ｈｚ、交流電圧Ｖｐｐを１６００Ｖ、直流電圧Ｖｄｃを−５００Ｖとして、帯電ローラ１〜６を用いた場合の感光体ドラムの摩耗量及び帯電不良枚数を測定した。このときのＶｓ／ｆは０．１０４である。結果を表５に示す。
【００４６】
実験例４
感光体ドラム（帯電ローラ）の周速度Ｖｓを１３６ｍｍ／ｓｅｃに変えた以外は実験例３と同様にして、帯電ローラ１〜６を用いた場合の感光体ドラムの摩耗量及び帯電不良枚数を測定した。このときのＶｓ／ｆは０．０５７である。結果を表６に示す。
【００４７】
【表５】
2015022087.tif 000007
【００４８】
【表６】
2015022087.tif 000008
【００４９】
図３に、縦軸を帯電ローラの凹凸の平均間隔Ｓｍとし、横軸をＶｓ／ｆとして、実験例１〜４の実験結果をプロットした図を示す。この図から理解されるように、前記式（１）を満足する帯電ローラの凹凸の平均間隔Ｓｍと周速度Ｖｓ、周波数ｆでは、感光体ドラムの摩耗量は少なく、帯電不良も生じなかった。
【００５０】
これに対し、帯電ローラの凹凸の平均間隔Ｓｍが、０．８×１０−３×（Ｖｓ／ｆ）よりも小さいと、感光体ドラムの摩耗量が多くなった。これは、帯電ローラの凸部で放電が起きやすいところ、帯電周期が短いため、凸部に対向する感光体ドラムに放電によるダメージの回数が増加して、感光体ドラムの強度が低下し磨耗しやすくなったものと考えられる。一方、帯電ローラの凹凸の平均間隔Ｓｍが、１．５×１０−３×（Ｖｓ／ｆ）よりも大きいと、帯電不良枚数が多くなった。これは、帯電ローラと感光体ドラムとの間の静電的な吸着力が低下して感光体ドラムからの駆動が伝達されず、帯電ローラの従動不良が発生し帯電不良が生じたと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る帯電方法によれば、帯電ローラの従動回転性が安定し、また感光体の過剰な磨耗が抑制され有用である。
【符号の説明】
【００５２】
２０    感光体ドラム
７１    帯電ローラ
【図１】
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【図２】
2015022087.tif 000010
【図３】
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