(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、前記像担持体に当接して回転して前記像担持体を帯電させるローラ状の帯電部材と、前記帯電部材に接触して回転するとともに、表面に弾性層が形成されたローラ状のクリーニング部材とを備えてなり、
前記帯電部材のＪＩＳ  Ｋ  ７３１２に準拠して測定した表面硬度が５０度以上８５度以下であり
前記クリーニング部材の全振れの大きさが０．４ｍｍ以下であり、
前記クリーニング部材の前記弾性層の５０％圧縮時の荷重Ｓ５０と１０％圧縮時の荷重Ｓ１０との比Ｓ１０／Ｓ５０が０．４以上であり、
前記クリーニング部材の前記弾性層はポリウレタン発泡体であり、
前記クリーニング部材は、前記弾性層の圧縮率が１％以上５０％以下になるように前記帯電部材に押圧されてなることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
像担持体に当接しつつ回転し、前記像担持体を帯電させるローラ状の帯電部材、前記像担持体上に静電画像を形成する露光手段、前記像担持体上に形成された静電画像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段、および前記像担持体上のトナー像を転写体または画像記録媒体に転写後、前記像担持体上に残存したトナーを除去する像担持体クリーニング手段のうちの少なくとも１つを備えてなり、請求項１に記載の画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像形成装置およびプロセスカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子写真方式を採用した複写機やプリンタなどの画像形成装置においては、帯電装置としてスコロトロン帯電器のようなコロナ放電現象を使用したものが多用されてきた。
【０００３】
しかし、このような帯電器においては、人体や地球環境に悪影響のあるオゾンや窒素酸化物の発生が問題になっている。
【０００４】
電子写真方式の画像形成装置で使用される帯電装置としては、他に、導電性の帯電部材を直接接触させて像担持体を帯電させる接触帯電方式のものがある。接触方式の帯電装置は、オゾンや窒素酸化物の発生がはるかに少なく、また帯電効率もよいことから、最近では主流となっている。
【０００５】
ところで、接触帯電方式の帯電装置の最大の問題点は、帯電部材が像担持体に常時接触していることから生じる帯電部材表面への異物の付着による汚れである。
【０００６】
帯電工程において、像転写体の表面が帯電部材で帯電された後、露光工程で像担持体の表面が露光されて静電画像が形成される。そして、現像工程において、前記静電画像にトナーが付着されてトナー画像が形成され、転写工程において、像担持体の表面に形成されたトナー画像が転写媒体に転写される。転写媒体に転写されずに残存したトナーはクリーニング工程で像担持体表面から除去される。
【０００７】
しかしながら、使用中に破砕した破砕トナーやトナー外添剤のように、現像工程で付着されたトナーよりも小さな粒子は、クリーニング工程においても除去されずに像担持体の表面に残留し、帯電部材の表面に付着する。前記粒子のような異物が帯電部材の表面に付着すると、帯電部材の表面抵抗値にムラが生じ、異常放電や不安定な放電の原因となり、像担持体が均一に帯電されなくなる。
【０００８】
そこで、帯電部材表面に付着した異物などの汚れをブレードやパッドなどで掻き落として帯電部材を清掃するクリーニング方法が考案された。
【０００９】
帯電部材の帯電能力を長期に亘って維持するには、帯電部材とブレードやパッドとが強く接触している必要があるが、常時ブレードやパッドを帯電部材に接触させると帯電部材の表面にダメージを与え、帯電部材の寿命を短くするから、ブレードやパッドを帯電部材に間歇的に接触させるリトラクト式のクリーニング装置が実用化された。
【００１０】
しかしながら、リトラクト式のクリーニング装置においては、クリーニング動作が間歇的になるから、クリーニング動作の間に帯電部材の表面が著しく汚れた場合には、帯電部材の表面が十分に清掃されない懸念がある。
【００１１】
そこで、帯電部材を常時清掃できるクリーニング装置として、ローラ状のクリーニング部材を帯電部材に接触させつつ従動させるものが提案された（特許文献１）。更に、前記クリーニング装置において、クリーニング部材を帯電部材に特定の食い込み量で食い込こませ、同時にクリーニング部材を駆動手段で駆動してクリーニング部材がスリップするのを防止したものも提案された（特許文献２）。
【特許文献１】特開平２−２７２５９４号
【特許文献２】特開平８−０６２９４８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、これらのクリーニング装置においてクリーニング部材が帯電部材に接触する接触面積を増大させてクリーニング性を向上させようとすると、クリーニング部材の帯電部材に対する押圧力が過大になるので、帯電部材とクリーニング部材との間でスリップが生じたり、クリーニング部材が回転しなかったりするなどの問題が生じる。
【００１３】
前記スリップや回転不良を解決するために帯電部材やクリーニング部材に駆動手段を設けると、帯電部材周りの構成が複雑になり、コストアップに繋がるとともに、小型化の大きな妨げとなっていた。
【００１４】
また、前述のようにクリーニング部材と帯電部材とが常時接触しているから、外添剤などの汚れの離型性が良好な低温環境下では高いクリーニング性を発揮するが、汚れの離型性の悪い高温高湿環境下では、クリーニング部材および帯電部材の表面に汚れがフィルム状に付着するフィルミングが生じ易い。特に、押圧力が高い場合においてクリーニング部材と帯電部材との間に周速差を設けた場合には、フィルミングの発生が顕著になるため、種々の環境下で高いクリーニング性を長期間保持させることは困難であった。
【００１５】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、帯電部材およびクリーニング部材の回転不良がなく、また、高温高湿環境下においてもフィルミングが発生することなく、長期に亘って高いクリーニング性を発揮できる画像形成装置および前記画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載の発明は、像担持体と、前記像担持体に当接して回転して前記像担持体を帯電させるローラ状の帯電部材と、前記帯電部材に接触して回転するとともに、表面に弾性層が形成されたローラ状のクリーニング部材とを備えてなり、前記帯電部材のＪＩＳ  Ｋ  ７３１２に準拠して測定した表面硬度が５０度以上８５度以下であり、前記クリーニング部材の全振れの大きさが０．４ｍｍ以下であり、前記クリーニング部材の前記弾性層の５０％圧縮時の荷重Ｓ５０と１０％圧縮時の荷重Ｓ１０との比Ｓ１０／Ｓ５０が０．４以上であり、前記クリーニング部材の前記弾性層はポリウレタン発泡体であり、前記クリーニング部材は、前記弾性層の圧縮率が１％以上５０％以下になるように前記帯電部材に押圧されてなることを特徴とする画像形成装置に関する。
【００１７】
クリーニング部材は、常時帯電部材に圧縮、接触した状態で高速回転している。クリーニング部材が高精度であれば、言い換えれば振れが小さく、真直性が高い場合、およびクリーニング部材の取り付け精度が高い場合は、クリーニング部材は一定の圧縮荷重で帯電部材に接触するから、高いクリーニング性が得られる。
【００１８】
クリーニング部材としては、円柱状のクリーニング部材の中心部にシャフトを挿通して固定した構成のものが多く使用される。このような構成のクリーニング部材は、一般的には、適宜の形状に形成された発泡材に挿通孔を穿設し、この挿通孔にシャフトを通して固定したものの外周を円筒研削盤などで円筒状に研磨して作製される。
【００１９】
しかしながら、前記製造方法においては、高い外径精度や振れ精度を達成するのは困難であり、高い外径精度や振れ精度を達成しようとすれば、加工が煩雑になるうえ、得率が低下するので、クリーニング部材が高価になる。
【００２０】
前記画像形成装置で使用されているクリーニング部材は、荷重Ｓ５０と荷重Ｓ１０との比Ｓ１０／Ｓ５０が０．４以上である故に、外径精度や振れ精度を極度に高くしなくても、帯電部材に加わる圧縮荷重がほぼ一定になるため、帯電部材に圧縮、接触した状態で高速回転させても押し付け力の変化が小さく、良好なクリーニング性能が得られる。
【００２１】
したがって、帯電部材の表面に汚れが残ってスジなどの画質欠陥が生じることが少ない。
【００２２】
荷重Ｓ５０および荷重Ｓ１０は、ＪＩＳ−Ｋ６４００仕様書に基づき、厚み５０ｍｍ、縦幅および横幅３９０ｍｍの材料を用い、直径２００ｍｍの円盤にて垂直方向に１０ｍｍ／ｓの一定速度で圧縮して求めたときの、圧縮率５０％および圧縮率１０％のときの荷重の大きさである。
【００２４】
クリーニング部材の全振れの大きさが０．４ｍｍ以下であれば、クリーニング部材から帯電部材に及ぼされる圧縮荷重の変化が小さくなり、帯電部材のクリーニング不良が防止される。なお、全振れの大きさは０．３５ｍｍ以下が好ましい。ここで、全振れの大きさは、図３に示すように、クリーニング部材を回転させながら基準板からクリーニング部材の距離の変位量をレーザにて測定し、その変位量の最大値と最小値との差を取った値を触れとし、これをクリーニング部材の長手方向に沿ってたとえば３点ないし１０点繰り返し測定し、それらの測定点の振れの最大値であると定義される。
【００２６】
前記画像形成装置においては、一定の圧縮率でクリーニング部材を帯電部材に当接させているから、クリーニング部材のクリーニング作用は安定している。
【００２７】
なお、前記圧縮率は５〜４０％の範囲が特に好ましい。
【００２９】
ポリウレタン発泡体によれば、三次元構造を有する多孔質の発泡体が得られるが、三次元構造を有する多孔質の発泡体は、帯電部材の表面に付着した外添剤や粉砕トナーをよく取り込み易い上、磨耗にも強い。更に、高温高湿下においても帯電部材表面にフィルミングを生じさせることがない。
【００３１】
帯電部材の表面のアスカーＣ硬度が前記範囲内であれば、帯電部材は、クリーニング部材および像担持体にニップされることによって適度に変形するから、像担持体の回転が帯電部材を介してクリーニング部材に効果的に伝達され、帯電部材およびクリーニング部材の回転不良が防止される。また、前記ニップによって帯電部材が著しく変形することがないから、クリーニング部材のクリーニング性の低下や、帯電部材と像担持体とのニップが不均一になることによる像担持体の帯電不良が防止される。
【００３２】
請求項２に記載の発明は、像担持体に当接しつつ回転し、前記像担持体を帯電させるローラ状の帯電部材、前記像担持体上に静電画像を形成する露光手段、前記像担持体上に形成された静電画像をトナーにより現像してトナー像を形成する現像手段、および前記像担持体上のトナー像を転写体または画像記録媒体に転写後、前記像担持体上に残存したトナーを除去する像担持体クリーニング手段のうちの少なくとも１つを備えてなり、請求項１に記載の画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジに関する。
【００３３】
前記プロセスカートリッジは、画像形成装置に着脱可能であるから、帯電部材などを、前記プロセスカートリッジの側に装着することにより、帯電部材などが消耗、破損したときの交換が容易になる。
【発明の効果】
【００３４】
以上説明したように、本発明によれば、回転不良による帯電部材の帯電ムラや、フィルミングの発生がなく、長期に亘って良好な画質が得られる画像形成装置、および前記画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
１．実施形態１
以下、本発明の画像形成装置の一例であるフルカラー画像装置について説明する。
【００３６】
１−１  全体的構成
実施形態１に係る画像形成装置１０は、４サイクル方式のフルカラー画像形成装置であって、図１に示すように、内部の中央よりもやや右上部に、本発明における像担持体に相当する感光体ドラム１２が回転可能に配設されている。感光体ドラム１２としては、例えば、表面にＯＰＣ等よりなる感光体層が被覆された直径が約４７ｍｍの導電性円筒体からなるものが用いられ、図示しないモータにより、矢印２の方向に沿って約１５０ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで回転駆動される。
【００３７】
感光体ドラム１２の表面は、感光体ドラム１２の略真下に配置された帯電ローラ１４によって所定の電位に帯電された後、帯電ローラ１４の下方に配置された露光装置１６によって、レーザービームＬＢによる画像露光が施され、画像情報に応じた静電潜像が形成される。帯電ローラ１４は、本発明における帯電部材に相当する。
【００３８】
感光体ドラム１２上に形成された静電潜像は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色の現像器１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋが周方向に沿って配置された回転式現像器１８によって現像され、所定の色のトナー像となる。
【００３９】
このとき、感光体ドラム１２の表面には、形成する画像の色に応じて、帯電・露光・現像の各工程が、所定回数だけ繰り返される。現像工程では回転式現像器１８が回転し、対応する色の現像器１８Ｙ、１８Ｍ、１８Ｃ、１８Ｋが、感光体ドラム１２と対向する現像位置に移動する。
【００４０】
例えば、フルカラーの画像を形成する場合、感光体ドラム１２の表面には、帯電・露光・現像の各工程が、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色に対応して４回繰り返され、感光体ドラム１２の表面には、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色に対応したトナー像が順次形成される。トナー像が形成されるにあたって、感光体ドラム１２が回転する回数は、画像のサイズに応じて異なるが、例えば、Ａ４サイズであれば、感光体ドラム１２が３回転することによって、１つの画像が形成される。つまり、感光体ドラム１２の表面には、感光体ドラム１２が３回転するごとに、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色に対応したトナー像が形成される。
【００４１】
感光体ドラム１２上に順次形成されるイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）の各色のトナー像は、感光体ドラム１２の外周に中間転写ベルト２０が巻き付けられた一次転写位置において、中間転写ベルト２０上に互いに重ね合わせた状態で一次転写ローラ２２によって転写される。中間転写ベルト２０は、転写体の一例である。
【００４２】
この中間転写ベルト２０上に多重に転写されたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、黒（Ｋ）のトナー像は、所定のタイミングで給紙される記録用紙２４上に、二次転写ローラ２６によって一括して転写される。
【００４３】
一方、記録用紙２４は、画像形成装置１０の下部に配置された給紙カセット２８から、ピックアップローラ３０によって送り出されるとともに、フィードローラ３２及びリタードローラ３４によって１枚ずつ捌かれた状態で給紙され、レジストローラ３６によって中間転写ベルト２０上に転写されたトナー像と同期した状態で、中間転写ベルト２０の二次転写位置へと搬送される。
【００４４】
中間転写ベルト２０は、感光体ドラム１２における回動方向の上流側にて中間転写ベルト２０のラップ位置を特定するラップインローラ３８と、感光体ドラム１２上に形成されたトナー像を中間転写ベルト２０上に転写する一次転写ローラ２２と、ラップ位置の下流側にて中間転写ベルト２０のラップ位置を特定するラップアウトローラ４０と、二次転写ローラ２６に中間転写ベルト２０を介して当接するバックアップローラ４２と、中間転写ベルト２０のクリーニング装置４４に対向する第１のクリーニングバックアップローラ４６と、第２のクリーニングバックアップローラ４８と、によって所定の張力で張架されており、所定のプロセススピード（約１５０ｍｍ／ｓｅｃ）で循環移動するように、例えば、感光体ドラム１２の回転に伴って従動される。
【００４５】
ここで、中間転写ベルト２０は、画像形成装置１０の小型化を図るため、中間転写ベルト２０が張架される断面形状が、偏平な細長い略台形状となるように構成されている。
【００４６】
中間転写ベルト２０は、感光体ドラム１２と、帯電ローラ１４と、中間転写ベルト２０と、中間転写ベルト２０を張架する複数のローラ２２、３８、４０、４２、４６、４８と、中間転写ベルト２０用のクリーニング装置４４と、後述する感光体ドラム１２用のクリーニング装置７８と、で一体的に像形成ユニット５２を構成している。このため、画像形成装置１０の上部カバー５４を開き、像形成ユニット５２の上部に設けられた把手（図示省略）を手で持ち上げることにより、像形成ユニット５２全体を画像形成装置１０から取り外し可能となっている。
【００４７】
一方、中間転写ベルト２０のクリーニング装置４４は、第１のクリーニングバックアップローラ４６によって張架された中間転写ベルト２０の表面に当接するように配置されたスクレーパ５８と、第２のクリーニングバックアップローラ４８によって張架された中間転写ベルト２０の表面に圧接するように配置されたクリーニングブラシ６０とを備え、これらのスクレーパ５８やクリーニングブラシ６０によって除去された残留トナーや紙粉などは、クリーニング装置４４の内部に回収されるようになっている。
【００４８】
なお、クリーニング装置４４は、揺動軸６２を中心にして、図中反時計周り方向に揺動可能に配置されており、最終色のトナー像の二次転写が終了するまでは、中間転写ベルト２０の表面から離間した位置に退避するとともに、最終色のトナー像の二次転写が終了すると、中間転写ベルト２０の表面に当接するように構成されている。
【００４９】
さらに、中間転写ベルト２０からトナー像が転写された記録用紙２４は、定着装置６４へと搬送され、この定着装置６４によって加熱及び加圧されてトナー像が記録用紙２４上に定着される。その後、片面プリントの場合には、トナー像が定着された記録用紙２４は、排出ローラ６６によって画像形成装置１０の上部に設けられた排出トレイ６８上にそのまま排出される。
【００５０】
―方、両面プリントの場合には、定着装置６４により第一面（表面）にトナー像が定着された記録用紙２４を、排出ローラ６６によって排出トレイ６８上にそのまま排出せずに、排出ローラ６６によって記録用紙２４の後端部を狭持した状態で、排出ローラ６６を逆転させるとともに、記録用紙２４の搬送径路を両面用の用紙搬送路７０に切り替え、この両面用の用紙搬送路７０に配設された搬送ローラ７２によって、記録用紙２４の表裏を反転した状態で、再度、中間転写ベルト２０の二次転写位置へ搬送して、記録用紙２４の第二面（裏面）にトナー像を転写する。そして、記録用紙２４の第二面（裏面）のトナー像を定着装置６４によって定着させ、記録媒体２４を排出トレイ６８上に排出する。
【００５１】
さらに、画像形成装置１０には、オプションによって、画像形成装置１０の側面に手差しトレイ７４が開閉自在に装着可能となっている。この手差しトレイ７４上に載置された任意のサイズ及び種類の記録用紙２４は、給紙ローラ７６によって給紙され、搬送ローラ７３及びレジストローラ３６を介して、中間転写ベルト２０の二次転写位置へ搬送されることにより、任意のサイズ及び種類の記録用紙２４にも画像を形成することが可能となっている。
【００５２】
なお、トナー像の転写工程が終了した後の感光体ドラム１２の表面は、感光体ドラム１２が１回転する毎に、感光体ドラム１２の斜め下方に配置されたクリーニング装置７８のクリーニングブレード８０によって、残留トナーや紙粉などが除去され、次の画像形成工程に備えるようになっている。
【００５３】
図２に示すように、帯電ローラ１４は、感光体ドラム１２の下方において感光体ドラム１２に当接している。帯電ローラ１４は、導電性のシャフト１４Ａの周囲に帯電層１４Ｂが形成されたものである。
【００５４】
帯電ローラ１４の感光体ドラム１２と反対側の下方部には、帯電ローラ１４の表面に接触するローラ状のクリーニングローラ１００が設けられている。クリーニングローラ１００は、シャフト１００Ａの周囲に弾性層１００Ｂが形成されたものである。
【００５５】
クリーニングローラ１００と帯電ローラ１４とは、図４に示すように、夫々シャフト１００Ａおよびシャフト１４Ａにおいて１対の導電性軸受け部材１５によって両持ちで支承されている。なお、図４においては、導電性軸受け部材１５の一方が省略されている。導電性軸受け部材１５は、高圧電源からの直流電圧が印加されていると共に、シャフト１４Ａに対してシャフト１００Ａが移動できるように構成され、これにより、クリーニングローラ１００と帯電ローラ１４との軸間距離を調整できる。
【００５６】
クリーニングローラ１００は帯電ローラ１４に所定の反発荷重で押圧され、弾性層１００Ｂが帯電ローラ１４の周面に沿って弾性変形してニップ部１０１を形成している。感光体ドラム１２は、図示しないモータによって図２中の時計回り（矢印２の方向）に回転駆動され、感光体ドラム１２の回転により帯電ローラ１４が矢印４の方向に従動回転する。また、帯電ローラ１４の回転によりローラ状のクリーニングローラ１００が矢印６の方向に従動回転する。
【００５７】
クリーニングローラ１００が従動回転することにより、帯電ローラ１４の表面のトナーや外添剤などの汚れがクリーニングローラ１００によってクリーニングされる。また、帯電ローラ１４とクリーニングローラ１００は、クリーニングローラ１００の接触により帯電ローラ１４の表面に付着したトナーや外添剤などの汚れを削り取る物理的性質を有している。この物理的性質は、帯電ローラ１４の材質、表面微小硬度、及び弾性率などを調整すると共に、クリーニングローラ１００の材質、発泡体のセル数、及び帯電ローラ１４への喰込量などを調整することにより得られる性質である。これらの物理的性質については後述する。
【００５８】
１−２  クリーニングローラ
クリーニングローラ１００の弾性層１００Ｂは、５０％圧縮時の荷重Ｓ５０と１０％圧縮時の荷重Ｓ１０との比Ｓ１０／Ｓ５０が０．４以上である。
【００５９】
クリーニングローラ１００は、帯電ローラ１４に常時圧縮、接触した状態で高速回転しているから、高いクリーニング性を得るためには、クリーニング部材が高精度であること、具体的には振れが小さく、真直性が高いこと、およびクリーニングローラ１００の取り付け精度が高いことが要求される。
【００６０】
ここで、クリーニングローラ１００は、ポリウレタン発泡体のような発泡材を適宜の形状に形成したものの中心部に挿通孔を穿設し、この挿通孔にシャフト１００Ａを挿通して固定したものの外周を円筒研削盤などで円筒状に研磨することにより作製される。
【００６１】
前記製造方法において高い外径精度や振れ精度を達成しようとすれば、加工が煩雑になるうえ、得率が低下するので、クリーニングローラ１００が高価になる。
【００６２】
しかしながら、荷重Ｓ１０と荷重Ｓ５０との比Ｓ１０／Ｓ５０が０．４以上になるようにすれば、クリーニングローラ１００の外径精度や振れ精度を極度に高くしなくても、クリーニングローラ１００から帯電ローラ１４に加わる圧縮荷重がほぼ一定になるため、帯電ローラ１４に圧縮、接触した状態でクリーニングローラ１００を高速回転させても押し付け力の変化が小さくなり、良好なクリーニング性能が得られる。したがって、帯電部材の表面に汚れが残ってスジなどの画質欠陥が生じることが少ない。
【００６３】
荷重Ｓ５０およびＳ１０は、［課題を解決するための手段］の欄でも説明したように、ＪＩＳ−Ｋ６４００仕様書に基づき、厚み５０ｍｍ、縦幅および横幅３９０ｍｍの材料を用い、直径２００ｍｍの円盤にて垂直方向に１０ｍｍ／ｓの一定速度で圧縮して求めた値である。
【００６４】
また、クリーニングローラ１００の回転不良を防止し、良好なクリーニング性を発揮させる上から、クリーニングローラ１００の全振れの大きさは０．４ｍｍ以下が好ましく、特に０．３５ｍｍ以下が好ましい。ここで、全振れの大きさは、図３に示すように、クリーニングローラ１００を回転させながら、基準板とクリーニングローラ１００との距離の変位量をレーザにて測定し、その変位量の最大値と最小値との差をとった値を触れとし、これをクリーニングローラ１００の長手方向に沿って数点、たとえば３点〜１０点繰り返し測定し、それらの測定点の振れの最大値であると定義される。
【００６５】
更に、クリーニングローラ１００は、弾性層１００Ｂの圧縮率が１〜５０％、特に５〜４０％になるように、帯電ローラ１４に押圧されていることが好ましい。
【００６６】
弾性層１００Ｂの圧縮率が５０％以下であれば、クリーニングローラ１００は帯電ローラ１４に従動して安定に回転できるから、回転不良が発生することがない。また、弾性層１００Ｂの発泡セルが押しつぶされることがないから、外添剤などの汚れが発泡セル内に十分取り込まれる。したがって、帯電ローラ１４に付着した汚れが帯電ローラ１４の表面に擦り付けられることがないから、フィルミングの発生も防止される。一方、弾性層１００Ｂの圧縮率が１％以上であれば、十分なクリーニング性が得られる。
【００６７】
弾性層１００Ｂは、ポリエチレン、ポリアミド、ポリウレタン、およびポリプロピレンなどの各種樹脂材料からなる発泡材が使用でき、外添剤などを効果的に除去できる点、帯電ローラ１４の表面を傷つけることがない点、および長期に亘って千切れや破損が生じない点から、三次元構造を有する多孔質の発泡体が好ましい。
【００６８】
前記発泡体の発泡セル数は、３０〜８０個／２５ｍｍが好ましい。前記発泡セル数を有する発泡材を弾性層１００Ｂとして用いたクリーニングローラ１００は、外添剤などの汚れを弾性層１００Ｂに取り込みやすい故に好ましい。特に引き裂き強さや引っ張り強さに優れている点からポリウレタン発泡体が好ましい。
【００６９】
前記ポリウレタン発泡体として使用されるポリウレタンとしては、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリエステル、アクリルポリオールなどのポリオールと、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレン字イソシアネートなどのジイソシアネートとの反応物が使用できる。また、前記ジオールとジイソシアネートとの反応混合物に１，４−ブタンジオールやトリメチロールプロパンなどの鎖延長剤を配合して反応させたものも使用できる。前記反応混合物に、水、アゾビスジカルボンアミドやアゾビスイソブチロニトリルのようなアゾ化合物などの発泡剤を配合し、反応混合物中のジオールとジイソシアネートと鎖延長剤とを反応させつつ、発泡させることにより、ポリウレタン発泡体が得られる。前記反応混合物に必要に応じて発泡性をコントロールする発泡助剤、整包剤、触媒などの助剤を配合してポリウレタン発泡体を製造してもよい。
【００７０】
なお、弾性層１００Ｂとしてポリウレタン発泡体を用いる場合には、前記反応組成物中のジオール、ジイソシアネート、発泡剤、発泡助剤の種類や量、および反応を促進させる触媒の選択などにより、発泡体中のセル数やセル密度を制御できる。このようにしてセル数やセル密度を制御することにより、弾性層１００Ｂの圧縮率５０％および１０％における反発荷重や、その比などを所定の範囲内に設定できる。
【００７１】
前記ポリウレタン発泡体に使用されるポリウレタン発泡体としては、  クリーニングローラ１００の外径は８〜１５ｍｍの範囲が好ましく、特に９〜１４ｍｍの範囲が好ましい。
【００７２】
クリーニングローラ１００の外径が前記範囲内であれば、帯電ローラ１４の表面１箇所当りの接触回数が多すぎもせず、少なすぎもしないから、帯電ローラ１４の表面の汚れが効果的に除去される上、十分な長期安定性が得られる。
【００７３】
１−３  帯電ローラ
以下、帯電ローラ１４について詳説する。
【００７４】
帯電ローラ１４は、導電性のシャフト１４Ａ上に帯電層１４Ｂとして導電性弾性層、表面層が順次形成されたものである。
【００７５】
帯電ローラ１４は、表面のアスカーＣ硬度が５０度〜８５度の範囲であることが好ましく、特に、６０度〜８５度の範囲が好ましい。ここで、アスカーＣ高度は、ＪＩＳ  Ｋ  ７３１２に従ってＡｓｋｅｒ（商品名）Ｃ型硬度計で帯電ローラ１４の表面の硬度を測定した値である。
【００７６】
帯電ローラ１４の表面のアスカーＣ硬度が５０以上であれば、クリーニングローラ１００が帯電ローラ１４に押圧されることにより、帯電ローラ１４が、クリーニングローラ１００および感光体ドラム１２との接触部において著しく変形することがないから、クリーニングローラ１００のクリーニング性が低下したり、感光体ドラム１２と帯電ローラ１４とのニップ形成が不均一になって感光体ドラム１２に帯電不良が生じたりすることがない。また、アスカーＣ硬度が８５以下であれば、感光体ドラム１２と接触することにより、帯電ローラ１４は十分にニップ変形するから、感光体ドラム１２からの回転力が帯電ローラ１４に十分に伝達される。したがって、回転不良を生じることがない。
【００７７】
帯電ローラ１４の径はφ８ｍｍからφ１５ｍｍ、より好ましくはφ９ｍｍからφ１４ｍｍで、帯電層１４Ｂの肉厚が２ｍｍから４ｍｍであることが好ましい。直径が１５ｍｍ以上であると周面１箇所あたりの外添剤に接触する回数が減り、また放電回数が減るので、汚れや帯電性能に対する長期安定性には優れるものの小型化の観点から不利である。直径が８ｍｍ以下であると画像形成装置１０を小型化できるので優位であるが、周面１箇所あたりの外添剤に接触する回数が増え、また放電回数が増えるので、長期安定性に対し不利となる。
【００７８】
シャフト１４Ａの材質としては、快削鋼、ステンレス鋼等が使用され、摺動性などの用途に応じ材質および表面処理方法は適時選択され、導電性を有さない材質についてはメッキ処理など一般的な処理により加工され導電化処理が行われていてもよい。
【００７９】
帯電ローラ１４の帯電層１４Ｂを構成する上記導電性弾性層は、例えば、弾性を有するゴム等の弾性材、導電性弾性層の抵抗を調整するカーボンブラックやイオン導電材等の導電材、必要に応じて軟化剤、可塑剤、硬化剤、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、シリカおよび炭酸カルシウム等の充填剤等、通常ゴムに添加され得る材料を加えてもよい。通常ゴムに添加される材料を添加した混合物を、導電性のシャフト１４Ａの周面に被覆することにより形成される。抵抗値の調整を目的とした導電剤として、マトリックス材に配合されるカーボンブラックやイオン導電剤のような、電子及び／又はイオンを電荷キャリアとして電気伝導する材料を分散したもの等を用いることができる。また、上記弾性材は発泡体であってもかまわない。
【００８０】
上記導電性弾性層を構成する弾性材としては、例えばゴム材中に導電剤を分散させることによって形成される。ゴム材としては、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合ゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン３元共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、天然ゴム等、及びこれらのブレンドゴムが挙げられる。中でも、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合ゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムおよびこれらのブレンドゴムが好ましく用いられる。これらのゴム材は発泡したものであっても無発泡のものであってもよい。
【００８１】
導電剤としては、電子導電剤やイオン導電剤が用いられる。電子導電剤の例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック；熱分解カーボン、グラファイト；アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼等の各種導電性金属または合金；酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、酸化スズ−酸化アンチモン固溶体、酸化スズ−酸化インジウム固溶体等の各種導電性金属酸化物；絶縁物質の表面を導電化処理したもの；などの微粉末を挙げることができる。また、イオン導電剤の例としては、テトラエチルアンモニウム、ラウリルトリメチルアンモニウム等の過塩素酸塩、塩素酸塩等；リチウム、マグネシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩等；を挙げることができる。
【００８２】
これらの導電剤は、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その添加量は特に制限はないが、上記電子導電剤の場合は、ゴム材１００質量部に対して、１〜６０質量部の範囲であることが好ましく、一方、上記イオン導電剤の場合は、ゴム材１００質量部に対して、０．１〜５．０質量部の範囲であることが好ましい。
【００８３】
帯電層１４Ｂを構成する上記表面層は、トナー等の異物による汚染の防止のためなどに形成しているものであり、表面層の材料としては、樹脂、ゴム等の何れを用いてもよく特に限定するものではない。ポリエステル、ポリイミド、共重合ナイロン、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、メラミン樹脂、フッ素ゴム、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、セルロース、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体等を挙げることができる。
【００８４】
このうち外添剤汚れの観点から、ポリフッ化ビニリデン、４フッ化エチレン共重合体、ポリエステル、ポリイミド、共重合ナイロンが好ましく用いられる。共重合ナイロンは、６１０ナイロン、１１ナイロン、１２ナイロン、の内のいずれか１種または複数種を重合単位として含むものであって、この共重合体に含まれる他の重合単位としては、６ナイロン、６６ナイロン等が挙げられる。ここで、６１０ナイロン、１１ナイロン、１２ナイロンよりなる重合単位が共重合体中に含まれる割合は、重量比で合わせて１０％以上であるのが好ましい。上記重合単位が１０％以上の場合は、調液性および表面層塗布時における成膜性に優れるとともに、特に繰り返し使用時における樹脂層の磨耗や樹脂層への異物付着が少なく、ロールの耐久性が優れ、環境による特性の変化も少なくなる。
【００８５】
上記高分子材料は単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。また、当該高分子材料の数平均分子量は、１，０００〜１００，０００の範囲であることが好ましく、１０，０００〜５０，０００の範囲であることがより好ましい。
【００８６】
また上記表面層には導電性材料を含有させ、抵抗値を調整することができる。該導電性材料としては、粒径が３μｍ以下であるものが望ましい。
【００８７】
また、抵抗値の調整を目的とした導電剤として、マトリックス材に配合されるカーボンブラックや導電性金属酸化物粒子、あるいはイオン導電剤のような、電子及び／又はイオンを電荷キャリアとして電気伝導する材料を分散したもの等を用いることができる。
【００８８】
導電剤のカーボンブラックとして、具体的には、デグサ社製の「スペシャルブラック３５０」、同「スペシャルブラック１００」、同「スペシャルブラック２５０」、同「スペシャルブラック５」、同「スペシャルブラック４」、同「スペシャルブラック４Ａ」、同「スペシャルブラック５５０」、同「スペシャルブラック６」、同「カラーブラックＦＷ２００」、同「カラーブラックＦＷ２」、同「カラーブラックＦＷ２Ｖ」、キャボット社製「ＭＯＮＡＲＣＨ１０００」、キャボット社製「ＭＯＮＡＲＣＨ１３００」、キャボット社製「ＭＯＮＡＲＣＨ１４００」、同「ＭＯＧＵＬ−Ｌ」、同「ＲＥＧＡＬ４００Ｒ」等が挙げられる。
【００８９】
上記カーボンブラックはｐＨ４．０以下であり、一般的なカーボンブラックに比べ、表面に存在する酸素含有官能基の効果により、樹脂組成物中への分散性がよく、前記ｐＨ４．０以下のカーボンブラックを配合することにより、帯電均一性をよくすることができ、さらに抵抗値の変動を小さくすることができる。
【００９０】
上記抵抗値を調整するための導電性粒子である導電性金属酸化物粒子は、酸化錫、アンチモンがドープされた酸化錫、酸化亜鉛、アナターゼ型酸化チタン、ＩＴＯ等の導電性を有した粒子で、電子を電荷キャリアとする導電剤あれば何れも用いることができ、特に限定されるものではない。これらは、単独で用いても２種類以上を併用することができる。また、本発明を阻害しない限り、何れの粒径であってもよいが、抵抗値調整および強度の点より、好ましくは酸化錫、アンチモンドープがされた酸化錫、アナターゼ型酸化チタンであり、更に、酸化錫、アンチモンドープがされた酸化錫が好ましい。
【００９１】
このような導電性材料によって抵抗制御を行うことにより、表面層の抵抗値は環境条件によって変化せず、安定な特性が得られる。
【００９２】
さらに、上記表面層には、フッ素系あるいはシリコーン系の樹脂が用いられている。特に、フッ素変性アクリレートポリマーで構成されることが好ましい。また、表面層の中に微粒子を添加してもよい。これにより、表面層が疎水性となって帯電ローラ１４への異物の付着が防止されるように作用する。また、アルミナやシリカのような絶縁性の粒子を添加して、帯電ローラ１４の表面に凹凸を付与し、感光体ドラム１２との摺擦時の負担を小さくして帯電ローラ１４と感光体ドラム１２相互の耐磨耗性を向上させることも可能である。
【００９３】
なお、十分な帯電性能を有するのであれば、帯電ローラ１４は、上記の構成には限定されない。
【実施例】
【００９４】
１．実施例１
（１）クリーニングローラの作製
シャフト１００ＡとしてＳＵＳ３０３の直径６ｍｍの丸棒を使用した。
【００９５】
前記シャフト１００Ａ上に、接着剤としてホットメルト接着剤（日進化学（株）製、ＢＲ４３０１）を塗布した。
【００９６】
一方、ポリウレタン発泡体として、ポリエーテル−ポリオール発泡ウレタン（イノアックコーポレーション製、ＲＲ９０）を用い、１０％圧縮時の荷重Ｓ５０と５０％圧縮時の荷重Ｓ５０との比Ｓ１０／Ｓ５０が０．４になるように成形して弾性層１００Ｂを得た。得られた弾性層１００Ｂを貫通ドリルで中空とし、前記ホットメルト接着剤を塗布したシャフト１００Ａを通し、９０℃のオーブンで加熱して弾性層１００Ｂをシャフト１００Ａに接着した。
【００９７】
次いで、弾性層１００Ｂの外周を円筒研磨機を用いて直径１２ｍｍ、肉厚３ｍｍの円筒状に研磨し、クリーニングローラ１００を得た。得られたクリーニングローラの全振れは０．４であった。
（２）帯電ローラの作製
表１に示す組成を有する混合物をオープンローラで混練りし、混練りした混合物をＳＵＳ４１６の直径８ｍｍの丸棒に厚さ３ｍｍになるように円筒状に被覆した。
【００９８】
次いで、前記混合物で被覆した丸棒を、内径１４．５ｍｍの金型に入れ、１７０℃で３０分間加硫した。
【００９９】
加硫後、前記丸棒を金型から取り出し、直径１４．０ｍｍ、ゴム層の厚みが３ｍｍになるように研磨し、シャフト１４Ａの表面に帯電層１４Ｂが形成された状態の帯電ローラ１４を得た。
【０１００】
【表１】
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【０１０１】
シャフト１４Ａの表面に帯電層１４Ｂが形成された状態の帯電ローラ１４に、表２に示す組成を有し、各成分を溶剤中にビーズミルで分散して得られた分散液Ａをメタノールで希釈し、帯電層１４Ｂの表面に浸漬塗布し、１４０度で１５分間加熱乾燥し、厚さ１０μｍの表面層を形成した。
【０１０２】
【表２】
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【０１０３】
（３）性能評価
Ｄｏｃｕ  Ｃｅｎｔｒｅ  １４５０（商品名、富士ゼロックス（株）製）のプロセスカートリッジを改造し、上記手順で作製されたクリーニングローラ１００および帯電ローラ１４を装着し、クリーニングローラ１００が５０％の圧縮率で帯電ローラ１４に当接するように導電性軸受け部材１５を調節して軸間距離を調整し、帯電ユニットを作製した。
【０１０４】
作製された帯電ユニットをＤｏｃｕ  Ｃｅｎｔｒｅ  １４５０に装着し、高温、高湿（２８℃、湿度８５％）環境で５０，０００枚印字を行い、その後、低温、低湿（１０℃、１５％）環境で印字テストを行った。画質評価は、５０，０００枚走行後の低温、低湿環境画像について、ハーフトーン画像中での濃度ムラおよび色スジの有無を表３に示す基準に基づいて目視評価した。
【０１０５】
【表３】
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【０１０６】
停電ローラ１４の表面の汚れについては、５０，０００枚走行後、帯電ローラ１４の表面を表４の基準に基づいて目視評価した。
【０１０７】
【表４】
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【０１０８】
結果を表５に示す。
【０１０９】
【表５】
0004730058.tif 000006
【０１１０】
２．実施例２〜５
クリーニングローラ１００の圧縮率を表５に示すように変えた以外は、実施例１と同様に実施した。結果を表５に示す。
【０１１１】
３．実施例６
ポリエーテル−ポリオール発泡ウレタンとして、ＲＲ８０（イノアックコーポレーション製）を用い、荷重Ｓ１０と荷重Ｓ５０との比Ｓ１０／Ｓ５０が０．４５になるように弾性層１００Ｂを形成した以外は、実施例１と同様に実施した。結果を表５に示す。
【０１１２】
４．実施例７
クリーニングローラ１００の圧縮率を１％に変化させた以外は、実施例６と同様に実施した。結果を表５に示す。
【０１１３】
５．実施例８
ポリエーテル−ポリオール発泡ウレタンとして、ＲＲ２６（イノアックコーポレーション製）を用い、荷重Ｓ１０と荷重Ｓ５０との比Ｓ１０／Ｓ５０が０．５になるように弾性層１００Ｂを形成した以外は、実施例１と同様に実施した。結果を表５に示す。
【０１１４】
６．実施例９
クリーニングローラ１００の圧縮率を１％に変化させた以外は、実施例８と同様に実施した。結果を表５に示す。
【０１１５】
７．実施例１０
ポリエーテル−ポリオール発泡ウレタンとして、ＲＭＭ（イノアックコーポレーション製）を用い、荷重Ｓ１０と荷重Ｓ５０との比Ｓ１０／Ｓ５０が０．７７になるように弾性層１００Ｂを形成した以外は、実施例１と同様に実施した。結果を表５に示す。
【０１１６】
８．実施例１１
クリーニングローラ１００の全振れを０．３５ｍｍとした以外は、実施例１と同様に実施した。結果を表５に示す。
【０１１７】
９．実施例１２
帯電ローラ１４の帯電層１４Ｂにおいて、カーボンブラックとしてアサヒ＃６０を４５質量部とし、ジオクチルフタレートを４０重量部として帯電ローラ１４のアスカーＣ硬度を５０とした以外は、実施例１と同様に実施した。結果を表５に示す。
【０１１８】
１０．実施例１３
クリーニングローラ１００の圧縮率を４０％とした以外は、実施例１２と同様に実施した。結果を表５に示す。
【０１１９】
１１．実施例１４
帯電ローラ１４の帯電層１４Ｂにおいて、カーボンブラックとしてアサヒ＃６０を６０質量部とし、ジオクチルフタレートを３０重量部として帯電ローラ１４のアスカーＣ硬度を８５とした以外は、実施例１と同様に実施した。結果を表５に示す。
【０１２０】
１２．比較例１
ポリウレタン樹脂としてＥＸＲＯＴＨ−ＢＢ（商品名：イノアックコーポレーション製）を用い、弾性層１００Ｂにおける比Ｓ１０／Ｓ５０が０．３２であるクリーニングローラ１００を作製した以外は、実施例１と同様に実施した。結果を表５に示す。
【０１２１】
１３．比較例２
クリーニングローラ１００の圧縮率を６０％とした以外は、実施例１と同様に実施した。結果を表５に示す。
【０１２２】
１４．比較例３
クリーニングローラ１００の圧縮率を０％とした以外は、実施例１と同様に実施した。結果を表５に示す。
【０１２３】
１５．比較例４
帯電ローラ１４の帯電層１４Ｂにおいて、カーボンブラックとしてアサヒ＃６０を４２質量部とし、ジオクチルフタレートを４０重量部としてアスカーＣ硬度４５の帯電ローラ１４を作製した以外は、実施例１と同様に実施した。結果を表５に示す。
【０１２４】
１６．比較例５
帯電ローラ１４の帯電層１４Ｂにおいて、カーボンブラックとしてアサヒ＃６０を６３質量部とし、可塑剤のジオクチルフタレートを３０重量部に増量し、アスカーＣ硬度９１の帯電ローラ１４を作製した以外は、実施例１と同様に実施した。結果を表５に示す。
【０１２５】
１７．比較例６
クリーニングローラ１００の全振れを０．５にした以外は実施例１と同様に実施した。結果を表５に示す。
【０１２６】
１８．比較例７
クリーニングローラ１００の弾性層１００Ｂとしてメラミン発泡材料を使用した以外は実施例１と同様に実施した。結果を表５に示す。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】図１は、実施形態１に係る画像形成装置の全体的な構成を示す概略断面図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る画像形成装置の帯電ローラとクリーニングローラの周囲の構成を示す拡大図である。
【図３】図３は、実施形態１に係る画像形成装置において、クリーニングローラの前振れを測定する手順を示す説明図である。
【図４】図４は、実施形態１に係る画像形成装置の帯電ローラとクリーニングローラとの位置関係を示す拡大図である。
【符号の説明】
【０１２８】
１０  画像形成装置
１２  感光体ドラム
１４  帯電ローラ
１４Ａ      シャフト
１４Ｂ      帯電層
１５  導電性軸受け部材
１８  回転式現像器
２０  中間転写ベルト
４４  クリーニング装置
７８  クリーニング装置
１００      クリーニングローラ
１００Ａ    シャフト
１００Ｂ    弾性層
【図１】
0004730058.tif 000007
【図２】
0004730058.tif 000008
【図３】
0004730058.tif 000009
【図４】
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