(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トナー像を担持する回動自在な像担持体と、
前記像担持体に当接し帯電バイアス電圧の印加により前記像担持体を帯電する可撓性を有する回転自在な接触帯電部材とを備えた画像形成装置において、
前記接触帯電部材に弾性的に圧縮して当接配置され、前記接触帯電部材に付着したトナーを内部に取り込む回転自在な連泡性発泡体ローラを備え、
前記連泡性発泡体ローラは、トナーを表面から内側に移動させるように、気泡径を内側よりも表面の方を小さくした、
ことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
トナーを用いて画像形成を行う画像形成装置で使用され、相手部材に弾性的に圧縮して当接し、前記相手部材に付着したトナーを内部に取り込む回転自在な連泡性発泡体ローラであって、
トナーを表面から内側に移動させるように、気泡径を内側よりも表面の方を小さくした、
ことを特徴とする連泡性発泡体ローラ。
【請求項３】
トナーを用いて画像形成を行う画像形成装置に着脱可能に構成され、相手部材に弾性的に圧縮して当接し、前記相手部材に付着したトナーを内部に取り込む回転自在な連泡性発泡体ローラを備えたプロセスカートリッジであって、
前記連泡性発泡体ローラは、トナーを表面から内側に移動させるように、気泡径を内側よりも表面の方を小さくした、
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式や静電記録方式によって画像形成を行なう複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置、更には、これに組み込まれる連泡性発泡体ローラ及びプロセスカートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の電子写真方式の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
この画像形成装置は、接触帯電方式と接触現像方式を用い、クリーニングユニットのない画像形成装置である。
【０００３】
この画像形成装置は、像担持体としての感光ドラム１を備え、その周囲に帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写ローラ５を備えており、感光ドラム１と転写ローラ５間に形成される転写ニップ部Ｎの転写材Ｐの搬送方向下流側には、定着装置６が設置されている。
【０００４】
感光ドラム１は、本従来例ではアルミニウム製のドラム基体（不図示）上に光導電体を塗布した感光層（不図示）を有している。感光ドラム１は、駆動モータ（不図示）の駆動により所定の周速で矢印ａ方向（時計方向）に回転駆動され、その回転過程において接触する帯電ローラ７により負極性の一様な帯電を受ける。
【０００５】
帯電装置２は、感光ドラム１に当接する回転自在な接触帯電部材としての弾性を有する帯電ローラ７と、帯電ローラ７に回転自在に当接する回転自在な金属ローラ８と、帯電ローラ７及び金属ローラ８に帯電バイアス電圧を印加する帯電バイアス電源９を備えている。帯電ローラ７は帯電バイアス電源９から印加される帯電バイアスによって、感光ドラム１を負極性の所定電位に均一に帯電する。また、帯電ローラ７は、感光ドラム１の回転駆動に伴い従動回転する。また、金属ローラ８は、帯電ローラ７の回転に従動回転する。
【０００６】
露光装置３は、入力される画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザ光がレーザ出力部（不図示）から出力され、帯電された感光ドラム１表面を走査露光Ｌすることにより、感光ドラム１表面に静電潜像を形成する。
【０００７】
現像装置４は、一成分現像剤としての非磁性のトナーｔで現像を行なう接触一成分現像装置であり、現像容器１０の開口部に感光ドラム１と対向配置されて、感光ドラム１との接触部（現像部）にトナーｔを供給する矢印方向（反時計方向）に回転自在な現像剤担持体としての現像ローラ１１を備えている。
【０００８】
現像ローラ１１の周囲には、現像ローラ１１に当接しトナーｔを現像ローラ１１に供給するとともに、現像ローラ１１表面からトナーｔを剥ぎ取る回転自在な剥ぎ取り供給ローラ１２、現像ローラ１１に当接し現像ローラ１１表面に付着されたトナーｔに所望の帯電量を与えるとともに、現像ローラ１１表面のトナーｔの層厚を規制する規制ブレード１３、現像ローラ１１に現像バイアスを印加する現像バイアス電源１４を備えている。
【０００９】
接触転写手段としての転写ローラ５は、感光ドラム１表面に所定の押圧力で接触して転写ニップ部Ｎを形成し、転写バイアス電源（不図示）から印加される転写バイアスにより、転写ニップ部Ｎにて感光ドラム１表面のトナー像を用紙などの転写材Ｐに転写する。
【００１０】
定着装置６は、回転自在な定着ローラ６ａと加圧ローラ６ｂを有しており、定着ローラ６ａと加圧ローラ６ｂ間の定着ニップにて転写材Ｐの表面に転写されたトナー像を加熱、加圧して熱定着する。
【００１１】
次に、上記画像形成装置による画像形成動作について説明する。
【００１２】
ホストコンピュータ（不図示）から画像情報が入力されると、感光ドラム１は駆動モータ（不図示）の駆動により矢印ａ方向（時計方向）に所定の周速で回転駆動され、帯電バイアス電源９から帯電バイアス（例えば、−１３００Ｖ）が印加された帯電ローラ２により表面が一様に所定電位（例えば、−７００Ｖ）に帯電される。そして、帯電された感光ドラム１上に露光装置３からレーザ光による走査露光Ｌが与えられることにより、感光ドラム１上の電位は走査露光Ｌされた部分の電位が低下して、入力される画像信号に応じた静電潜像が形成される。
【００１３】
そして、感光ドラム１上に形成された静電潜像に、現像部にて感光ドラム１の帯電極性（負極性）と同極性の現像バイアスが印加された現像装置４の現像ローラ１１により、感光ドラム１の帯電極性（負極性）と同極性に帯電されたトナーｔを付着させて、トナー像として反転現像（可視像化）する。この際、本実施の形態では現像ローラ１１には、現像バイアス電源１４から−３５０Ｖの現像バイアスが印加される。
【００１４】
そして、感光ドラム１上のトナー像が感光ドラム１と転写ローラ５間の転写ニップＮに到達すると、このタイミングに合わせてカセット（不図示）内の用紙などの転写材Ｐが給紙ローラ（不図示）等によって転写ニップ部Ｎに搬送される。
そして、前記トナーと逆極性（正極性）の転写バイアスが印加された転写ローラ５により、転写ニップ部Ｎに搬送された転写材Ｐに感光ドラム１と転写ローラ５間に発生する静電力によって、感光ドラム１上のトナー像が転写される。
【００１５】
そして、トナー像が転写された転写材Ｐは定着装置６に搬送され、定着ローラ６ａと加圧ローラ６ｂ間の定着ニップにてトナー像を転写材Ｐに加熱、加圧して熱定着した後に外部に排出され、一連の画像形成動作を終了する。
【００１６】
また、上記転写後に感光ドラム１上に残留している転写残トナー（正規の極性と逆極性の正極性に帯電した反転トナー）は、感光ドラム１の回転に伴い帯電ローラ７と当接する帯電ニップに至る。そして、感光ドラム１表面と帯電ローラ７（金属ローラ８）の電位関係により、この転写残トナーは帯電ローラ７に付着し、更に帯電ローラ７に当接する金属ローラ８に付着して回収される。
【００１７】
帯電ローラ７の芯金と金属ローラ８には同一の電源（帯電バイアス電源９）から電圧が印加されるが、帯電ローラ７は芯金の外周に弾性層と抵抗層を設けているため、帯電ローラ７の表面電位は芯金に印加した電圧より若干低くなる。その結果、金属ローラ８と帯電ローラ７表面に生じた若干の電位差により、帯電ローラ７表面に付着した転写残トナーを金属ローラ８に回収することができる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来の画像形成装置では、転写終了後の感光ドラム１上には転写しきれなかったトナー（正極性に帯電した反転トナー）、いわゆる転写残トナーが多少なりとも存在する。
【００１９】
そして、上述したように感光ドラム１表面と帯電ローラ７の電位関係により、この転写残トナーは帯電ローラ７に付着する。その後、帯電ローラ７に付着した転写残トナーは、当接している金属ローラ８に付着して蓄積されていくが、使用初期時やトナーが劣化していない場合には、転写残トナーが少なく、金属ローラ８に蓄積される転写残トナーが飽和するのに時間的余裕があるため、特に問題はないように思える。
【００２０】
しかしながら、長時間使用時或いは高温条件下の使用等によりトナーが劣化して転写残トナーが増加するような場合には、金属ローラ８表面に転写残トナーがすぐに蓄積飽和してしまい、飽和分以上の転写残トナーは帯電ローラ７に付着してしまう。その結果、帯電不良が生じ所望する潜像形成を行うことができず、画像不良が発生する。
【００２１】
また、飽和分以上の転写残トナーが帯電ローラ７にも保持しきれなくなった場合には、感光ドラム１上に転写残トナーが付着することになり、露光不良が生じ所望する静電潜像の形成を行なうことができなくなる。
【００２２】
また、同一画像パターンを多量に形成した場合、帯電ローラ７及び金属ローラ８の画像部に対応する位置において、転写残トナーが飽和蓄積し帯電不良や画像不良を引き起こしてしまう。また、飽和しない場合でも、画像部と非画像部との飽和蓄積時間に差がでてくるため、後々部分的に転写残トナーの飽和蓄積による帯電不良や画像不良が生じてしまう。
【００２３】
また、帯電ローラ７に転写残トナーが多量に付着したまま、感光ドラム１と当接させて回転させていると、この当接部において摩擦や発熱によりトナーが軟化し、当接圧によりトナーがつぶされ、帯電ローラ７や感光ドラム１に融着してしまう。その結果、感光ドラム１上の遮光による静電潜像の形成不良が生じたり、帯電ローラ７の抵抗変動を引き起こし、帯電不良を起こしてしまうこともある。
【００２４】
そこで本発明は、帯電ローラ上に付着する転写残トナーを回収できるようにして、画像不良や帯電不良の発生を防止することができる画像形成装置、更には、これに組み込まれる連泡性発泡体ローラ及びプロセスカートリッジを提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、トナー像を担持する回動自在な像担持体と、前記像担持体に当接し帯電バイアス電圧の印加により前記像担持体を帯電する可撓性を有する回転自在な接触帯電部材とを備えた画像形成装置において、前記接触帯電部材に弾性的に圧縮して当接配置され、前記接触帯電部材に付着したトナーを内部に取り込む回転自在な連泡性発泡体ローラを備え、前記連泡性発泡体ローラは、トナーを表面から内側に移動させるように、気泡径を内側よりも表面の方を小さくした、ことを特徴としている。
【００２６】
また、本発明は、トナーを用いて画像形成を行う画像形成装置で使用され、相手部材に弾性的に圧縮して当接し、前記相手部材に付着したトナーを内部に取り込む回転自在な連泡性発泡体ローラであって、トナーを表面から内側に移動させるように、気泡径を内側よりも表面の方を小さくした、ことを特徴としている。
【００２７】
また、本発明は、トナーを用いて画像形成を行う画像形成装置に着脱可能に構成され、相手部材に弾性的に圧縮して当接し、前記相手部材に付着したトナーを内部に取り込む回転自在な連泡性発泡体ローラを備えたプロセスカートリッジであって、前記連泡性発泡体ローラは、トナーを表面から内側に移動させるように、気泡径を内側よりも表面の方を小さくした、ことを特徴としている。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００３７】
〈実施の形態１〉
図１は、本発明の実施の形態１に係る画像形成装置を示す概略構成図である。
なお、図６に示した従来例の画像形成装置と同一部材は同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３８】
本画像形成装置は、像担持体としての感光ドラム１を備え、その周囲に帯電装置２、露光装置３、現像装置４、転写ローラ５を備えており、感光ドラム１と転写ローラ５間に形成される転写ニップ部Ｎの転写材Ｐの搬送方向下流側には、定着装置６が設置されている。
【００３９】
本実施の形態における帯電装置２は、感光ドラム１に当接する回転自在な帯電ローラ７と、帯電ローラ７に帯電バイアスを印加する帯電バイアス電源９と、帯電ローラ７に弾性的に圧縮して当接し帯電ローラ７（相手部材）表面に付着した転写残トナーを取り込む回転自在な連泡性発泡体ローラとしてのスポンジローラ２０を備えている。スポンジローラ２０の最頂点は、帯電ローラ７の回転中心より下方で、帯電ローラ７が感光ドラム１に当接する帯電ニップに対して帯電ローラ７の回転方向下流側に位置しており、帯電ローラ７の回転駆動に伴って従動回転する。スポンジローラ２０の詳細については後述する。
【００４０】
感光ドラム１と帯電装置２（帯電バイアス電源９を除く帯電ローラ７とスポンジローラ２０）は、図２に示すように、プロセスカートリッジ２１として一体にユニット化されて、画像形成装置に対して着脱可能に構成されており、規定枚数の画像形成により感光ドラム１が寿命に達した場合などによる交換等を容易に行なうことができる。また、本実施の形態で用いた、帯電装置２の帯電ローラ７、現像装置４の現像ローラ１１と規制ブレード１３、及び使用するトナーｔの詳細については後述する。
【００４１】
そして、本実施の形態においても、上述した従来例の画像形成装置と同様にして画像形成動作が行なわれる。本実施の形態では画像形成動作の説明は省略する。
【００４２】
次に、上記した帯電装置２のスポンジローラ２０について説明する。
【００４３】
スポンジローラ２０は、図３（ａ），（ｂ）に示すように支持軸としての金属製の芯金２２と、その周面に気泡部の壁面が連通している導電材分散のウレタンゴム、シリコンゴム、ＥＰＤＭゴム、アクリルゴム等からなるローラ状の発泡体層２３とで構成されている。
【００４４】
スポンジローラ２０は、例えば以下のようにして製造することができる。先ず、発泡剤やカーボンブラック等の導電材の配合剤を一様に分散させた未加硫・未発泡のウレタンゴム層を金属製の芯金２２上に形成する。これらを円筒状の金型の成型キャビネット（不図示）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導電性スポンジ（連泡スポンジ）として成型される。
【００４５】
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。この段階では、芯金２２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２２周面に発泡体層２３を備えた所望する外径のスポンジローラ２０が得られる。
【００４６】
また、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。
【００４７】
また、図４（ａ），（ｂ）に示すように、芯金２２周面に複数（図では２層）の発泡体層２３ａ，２３ｂを有するスポンジローラの場合は、上記した単層構成の発泡体層２３の製造工程を繰り返すことで形成することができる。
【００４８】
本発明におけるスポンジローラ２０の発泡体層２３（２３ａ，２３ｂ）を形成する材料としては、ウレタンゴム、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、フッ素ゴムなどが挙げられるが、特に指定はしない。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、特に指定はしない。
【００４９】
また、導電剤は、電子導電剤とイオン導電剤に大別でき、電子導電剤としてはカーボンブラック、金属酸化物などが挙げられ、イオン導電剤としては第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が挙げられるが、特に指定はしない。
【００５０】
また、弾性体としては、特に単層構造に限定する必要はなく、必要で有れば図４（ａ），（ｂ）に示したような２層以上の複数層でもよい。また、気泡径を芯金２２からローラ表面に向かうに従い小さくするような層構成にする。これにより、帯電ローラ７との当接部近傍で剥ぎ取った転写残トナー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。
【００５１】
本実施の形態におけるスポンジローラ２０の特性値として、以下のようなものが好ましい。
【００５２】
スポンジローラ２０の発泡体層２３の抵抗値は１０5 Ω以下であり、ゴム硬度はアスカーＣ硬度で１５°以下、更に好ましくはアスカーＣＳＣ２硬度で５０°以下である。あまり抵抗が高いと帯電ローラ７との当接による摺擦により、帯電ローラ７に付着しているトナーがチャージアップして機械的に剥ぎ取れなくなる場合があるからである。
【００５３】
また、上記した連泡スポンジの平均セル径はトナーの粒径・形状にもよるが、気泡内にトナーを十分に取り込むためには粉体平均粒径の１０倍以上が好ましい。また、帯電ローラ７に対する侵入量は発泡体層２３の層厚未満は必至であり、発泡体層２３の層厚にもよるがその層厚の半分以下がより好ましい。
【００５４】
スポンジローラ２０の帯電ローラ７との当接圧（線圧）は０．０４９〜０．９８Ｎ／ｃｍが好ましい。帯電ローラ７との当接圧が０．０４９Ｎ／ｃｍ以下であると、帯電ローラ７との当接部において剥ぎ取り不良が生じ、剥ぎ取れなかったトナーが帯電ローラ７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７との当接圧が０．９８Ｎ／ｃｍ以上であると、回転トルクが増大したり、摺擦力が大きくなるため、スポンジローラ２０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７表面に融着してしまう危険性がある。
【００５５】
ちなみに当接圧（線圧）の測定は次のような方法で行なった。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７とスポンジローラ２０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７とスポンジローラ２０の当接圧（線圧）を測定することができる。
【００５６】
発泡体層２３の連泡度の目安として、発泡体層２３の１０００ｃｍ3 当たりの１分間の通気量は５００〜５０００ｍｌ／（ｍｉｎ・１０００ｃｍ3 ）であり、さらに好ましくは１０００〜４０００ｍｌ（ｍｉｎ・１０００ｃｍ3 ）である。
５００ｍｌ／（ｍｉｎ・１０００ｃｍ3 ）以下であると、硬度が高くなっていき帯電ローラ７との当接圧が高くなってしまうだけでなく、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。また、５０００ｍｌ／（ｍｉｎ・１０００ｃｍ3 ）以上であると、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からである。
【００５７】
そして、本実施の形態では、直径４ｍｍの金属製の芯金２２上に導電材としてカーボンブラックを分散配合した層厚４ｍｍの連泡性ウレタンスポンジゴムからなる単層の発泡体層２３を有するスポンジローラ２０を用いた。このスポンジローラ２０は、発泡体層２３内中に吸引できるトナーｔの量は約３０ｇ程度である。
【００５８】
また、本実施の形態のスポンジローラ２０の条件は、以下のように設定した。
抵抗値は１０5 Ω程度、ゴム硬度はアスカーＣＳＣ２硬度で１５°程度、発泡体層２３の表層における平均気泡径は２００μｍ、帯電ローラ７との当接圧（線圧）は０．１９６Ｎ／ｃｍ 、発泡体層２３の連泡度を表す通気量は１８００（ｍｉｎ・１０００ｃｍ3 ）である。
【００５９】
本実施の形態の帯電ローラ７は、金属などの導電性基体上に下から弾性層、導電層、抵抗層を有している。
【００６０】
弾性層の硬度は柔軟性による感光ドラム１との密着性及び振動吸収性の点から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。
【００６１】
導電層は体積抵抗率が１０7 Ω・ｃｍ以下が好ましく、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。導電層の層厚は帯電ローラ７の柔軟性の点から２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００６２】
抵抗層は、体積抵抗率が１０7 〜１０12Ω・ｃｍ程度で導電層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。抵抗層の膜厚は帯電性の点から５００μｍ以下が好ましい。
【００６３】
そして、本実施の形態では、ステンレスなどの直径６ｍｍの導電性芯金上に、３ｍｍ厚の弾性層、１０μｍ厚の導電層、１００μｍ厚の抵抗層を有する帯電ローラ７を用いた。また、帯電ローラ７は本実施の形態のように３層構造である必要はなく、単層もしくは３層以上でもかまわない。層構成材料も特に限定するものではないが、帯電ローラ７表面の離型性が高い方が容易に転写残トナーを剥ぎ取ることができる。
【００６４】
また、本実施の形態では、帯電バイアス電源９から帯電ローラ７に印加される帯電バイアスは−１３００Ｖであり、感光ドラム１上の非画像部電位は−７００Ｖ、画像部電位は−１５０Ｖである。なお、本実施の形態では、帯電バイアス電源９から帯電ローラ７に直流電圧を印加しているが、直流電圧と交流電圧を重畳した帯電バイアスを印加するようにしてもよい。
【００６５】
このように、本実施の形態の画像形成装置は、上記したスポンジローラ２０が当接される帯電ローラ７を備えた帯電装置２を備えており、転写後に感光ドラム１上に残留している転写残トナー（正極性に帯電している反転トナー）は感光ドラム１の回転により、感光ドラム１と帯電ローラ７の当接部（帯電ニップ）近傍に到達し、感光ドラム１の表面電位と帯電バイアスから形成される電界によって、帯電ローラ７表面に付着する。
【００６６】
帯電ローラ７に付着した転写残トナー（反転トナー）は、帯電ローラ７とスポンジローラ２０の当接部分では発泡体層２３表面の凹凸と摺擦することによって、帯電ローラ７から剥ぎ取られる。発泡体層２３は低硬度なので、剥ぎ取りに十分な当接幅を確保しても当接圧を低くすることができる。また、帯電ローラ７との当接部を通過するとスポンジローラ２０は弾性力により形状が復元するが、その際にスポンジローラ２０表面や、発泡体層２３内に存在するトナーはその内部側へ吸引されていく。
【００６７】
また、本実施の形態では、スポンジローラ２０の最頂点が帯電ローラ７の回転中心より下方に配置しているので、帯電ローラ７との当接部近傍での発泡体層２３内に入った転写残トナー（反転トナー）は重力によって発泡体層２３の内側に移動し、剥ぎ取った転写残トナーが帯電ローラ７上に再塗布されることはない。
【００６８】
本実施の形態の現像装置４の現像ローラ１１は、ステンレスなどの直径８ｍｍの導電性芯金上に弾性体を成型して、外径１６ｍｍに形成されている。弾性体は下層にシリコーンゴム、表層に１０μｍ程度のポリアミド樹脂の２層構造とし、硬度が３５°程度（アスカーＣ）、体積抵抗が１０7 Ωｃｍ程度である。
【００６９】
現像ローラ１１表面の動摩擦係数は０．０２〜０．８であり、好ましくは０．０２〜０．４である。本実施の形態の動摩擦係数は約０．１程度である。動摩擦係数が高いと、トナーの過剰帯電や剥ぎ取り不良など様々な問題が生じるからである。
【００７０】
上記動摩擦係数とは、以下のような方法により測定した現像ローラ１１表面のステンレス薄板に対する動摩擦係数である。ステンレス薄板に対して、現像ローラ１１表面の動摩擦係数を測定した理由は、感光ドラム１もアルミニウム等の基板上に厚さ数十μｍ程度の感光層を有するものを用いているため、また、規制ブレード１３として本実施の形態ではステンレス板金を用いているため、現像ローラ１１表面の動摩擦係数としてはステンレス薄板に対するものを用いて比較することが現状に近くより適切と判断したためである。
【００７１】
また、現像ローラ１１の弾性体は本実施の形態のように２層構造である必要はなく、単層もしくは２層以上でかまわない。また、材質も特に限定するものではなく、一般的に用いられているゴム材や樹脂でも構わない。また、体積抵抗は1０10Ωｃｍ以下が好ましい。体積抵抗が1０10Ωｃｍ以下であるとトナーの過剰なチャージアップを防止できるためである。
【００７２】
現像ローラ１１の表面粗さは、使用するトナーの粒径と相関が有るが、トナー粒径が重量平均粒径約７μｍでは十点平均粗さＲｚで３〜１５μｍが好ましい。
３μｍ以下であると十分なトナー搬送力が得られず、１５μｍ以上であると感光ドラム１上の静電潜像をトナー像として可視化した時に、現像ローラ１１上の凹凸が画質に影響をあたえることがあるためである。トナー粒径がより小さくなる場合には、十点平均粗さＲｚもやや小さくすることが好ましい。
【００７３】
本実施の形態の現像装置４の規制ブレード１３は、ステンレス製の薄板（厚さ約０．１ｍｍ）の先端部から約２ｍｍの位置を現像ローラ１１と反対方向に折り曲げたものであり、該折り曲げ部が現像ローラ１１に若干食い込む状態で接触する。このときの接触圧（線圧）は、０．０９８〜０．４５Ｎ／ｃｍが好適である。
【００７４】
０．０９８Ｎ／ｃｍ以下になると、トナーに対して適切な帯電付与ができず、「かぶり」となって画質の低下をまねいたり、転写されないトナーの増加によりスポンジローラ２０の寿命を短くするからである。０．４５Ｎ／ｃｍ以上になると、圧力・摩擦熱等により低融点トナーの場合には溶融したり、トナーに混合されている外添剤がトナー表面から剥離しやすくなるなどトナー劣化を促進させてしまう。
【００７５】
なお、本実施の形態の規制ブレード１３では、ステンレス製の薄板を現像ローラ１１にエッジ当接させて用いたが、金属薄板を現像ローラ１１に面当接させるようにしてもよい。
【００７６】
このように、本実施の形態の画像形成装置は、上記した現像ローラ１１と規制ブレード１３を備えた現像装置４を備えており、現像部において現像に消費されずに現像ローラ１１上に残ったトナーは、現像ローラ１１の回転によって現像ローラ１１とともに現像容器１０内に戻される。そして、現像ローラ１１と剥ぎ取り供給ローラ１２の当接部において、現像ローラ１１上のトナーは現像ローラ１１と剥ぎ取り供給ローラ１２の摺擦によって剥ぎ取られ現像容器１０内に回収される。それと同時に、剥ぎ取り供給ローラ１２の回転によって、現像ローラ１１上に現像容器１０内から新たなトナーｔが供給されて、再び規制ブレード１３と現像ローラ１１の当接部に搬送される。
【００７７】
また、本実施の形態では、現像バイアス電源１４から現像ローラ１１に印加される現像バイアス電圧は−３５０Ｖである。なお、本実施の形態では、現像バイアス電源１４から現像ローラ１１に直流電圧を印加しているが、直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアスを印加するようにしてもよい。
【００７８】
本実施の形態で使用されるトナーｔの形状は、球状及び／又は紡錘形が好適である。なぜならスポンジローラ２０の気泡内への取り込み、また、多くの気泡を通過させるには凹凸のない方が効率よく、その結果気泡に詰まることなく常時安定した剥ぎ取りを行なうことができる。
【００７９】
トナーｔの球形度の指標として、形状係数ＳＦ−１の値が１００〜１６０であり、形状係数ＳＦ−２の値が１００〜１４０であることが好ましい。これらの形状係数を示すＳＦ−１、ＳＦ−２の値は、日立製作所製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用い倍率５００倍に拡大したトナー像を１００個無作為にサンプリングし、その画像情報をインターフェースを介してニコレ社製画像解析装置（Ｌｕｚｅｘ３）に導入して解析を行い、下式より算出し得られた値から定義した。
【００８０】
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）２／ＡＲＥＡ｝×（π／４）×１００
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）２／ＡＲＥＡ｝×（１／４π）×１００
ただし、ＡＲＥＡ：トナー投影面積、ＭＸＬＮＧ：トナーの絶対最大長、ＰＥＲＩ：トナーの周長である。
【００８１】
トナーｔの形状係数ＳＦ−１はトナー粒子の丸さの度合を示し、球形から徐々に不定形となる。また、ＳＦ−２はトナー粒子の凹凸度合を示し、トナー表面の凹凸が顕著となる。ＳＦ−１が１６０を越える場合には、トナーｔの形状が不定形となるため、スポンジローラ２０の発泡体層２３内でトナーｔが移動しにくくなりその内部までトナーｔが吸引できないことがある。
【００８２】
また、トナーｔの粒径に関しては、下記の式で表される個数分布における変動係数（Ａ）が３５％以下であることが好ましい。
【００８３】
変動係数（Ａ）＝（Ｓ／Ｄ１）×１００
ただし、Ｓはトナー粒子の個数分布における標準偏差値を示し、Ｄ１はトナー粒子の個数平均粒径（μｍ）である。
【００８４】
トナーの個数分布における変動係数が大きくなるにつれて粒径分布の幅がひろくなり、個数分布における変動係数（Ａ）が３５％以上であると非常に大きな粒径のトナーがスポンジ表面に詰まってしまい、スポンジローラ２０の発泡体層２３内部までトナーｔが吸引できないことがあるからである。
【００８５】
また、本実施の形態で用いるトナーｔの特性としては、上記の個数分布における変動係数（Ａ）が３５％以下である条件に加えて、重量平均粒径が１０μｍ以下、好ましくは４μｍ〜８μｍであることが好ましい。重量平均粒径が４μｍ未満のトナー粒子においては、転写効率の低下から感光ドラム１上に転写残のトナー粒子が多く、トナー粒子の重量平均粒径が１０μｍを超える場合には、感光ドラム１表面や規制ブレード１３などへの融着が起きやすい。また、トナー粒子の個数分布における変動係数が３５％を超えると更にその傾向が強まる。
【００８６】
本実施の形態では、ＳＦ−１の値が１３０、ＳＦ−２の値が１２０であり、重量平均粒径が約７μｍ、個数分布における変動係数が２０％のトナーｔを用いた。
【００８７】
このように、上述した本実施の形態における画像形成装置では、クリーニングユニットや廃トナー容器がないクリーナレスの構成でも、帯電ローラ７に付着した転写残トナーをスポンジローラ２０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７表面のトナーによる汚染を防止して良好な画像形成を行なうことができ、且つ画像形成装置の小型化及び簡易化を図ることができる。
【００８８】
また、スポンジローラ２０の発泡体層２３内中に回収できるトナー（転写残トナー）の量は約３０ｇ程度であり、また、５％印字率画像の１０００枚当たりの転写残トナー量は約５〜７ｇ程度であるので、印字途中の紙詰まりや印字率の高い画像出力する場合を考慮しても、例えば５％印字画像を約３０００枚出力する毎にプロセスカートリッジ２１を交換すれば、スポンジローラ２０に吸引されているトナーが再び吐き出されて帯電ローラ７や感光ドラム１をトナーで汚すことが防止されて、常に良好な画像形成を行なうことができる。
【００８９】
また、スポンジローラ２０の耐用枚数に合わせてプロセスカートリッジ２１を交換することにより、感光ドラム１の耐用寿命もそれに合わせて短く設定できるため、低コストで感光ドラム１を製造することが可能となる。更に、スポンジローラ２０の層厚を変えることで、転写残トナーの回収量を調整することが可能となり、プロセスカートリッジ２１の製品寿命を所望する期間に設定することができる。
【００９０】
〈実施の形態２〉
図５は、本発明の実施の形態２に係る画像形成装置を示す概略構成図である。
なお、図１乃至図４に示した実施の形態１の画像形成装置と同一部材は同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００９１】
本実施の形態では、帯電装置２のスポンジローラ２０に回収バイアス電源２４からバイアス電圧を印加するようにした。また、スポンジローラ２０をプロセスカートリッジ２１とは別にして、交換可能な単独ユニットとした。他の構成は実施の形態１と同様であり、本実施の形態ではそれらの説明は省略する。
【００９２】
帯電バイアス電源９から帯電ローラ７に印加される帯電バイアスの電位よりも負極性側の電位を、回収バイアス電源２４からスポンジローラ２０に印加することにより、スポンジローラ２０の当接による帯電ローラ７表面に付着しているトナー（転写残トナー）の物理的な剥ぎ取り回収に加えて、電界効果でスポンジローラ２０に正極性の反転トナー（転写残トナー）を付勢することができ、帯電ローラをより効率よく清掃することができる。
【００９３】
また、回収バイアス電源２４から負極性のバイアス電圧をスポンジローラ２０に印加することにより、スポンジローラ２０表面からその内部の芯金２２までの半径方向のスポンジの電圧降下による電位差によって、発泡体層２３内に回収された正極性の反転トナー（転写残トナー）をより確実に発泡体層２３内の内側に移動させることもできる。更に、電界作用による回収効果が存在することによって、スポンジローラ２０の帯電ローラ７に対する当接圧を低減しても十分な剥ぎ取り回収を行なうことができる。
【００９４】
本実施の形態に適しているスポンジローラ２０の特性は、実施の形態１と略同様であるが、抵抗値は実施の形態１の場合より高く１０8 Ω以上であり、好ましくは１０10Ω以上である。これは、帯電ローラ７とスポンジローラ２０の当接部での導通を防止するためである。
【００９５】
また、帯電ローラ７表面とスポンジローラ２０表面との電位差は放電しきい値未満であり、好ましくは｜２００｜Ｖ以下である。これは、放電しきい値以上だと放電が起きてしまい、帯電ローラ７とスポンジローラ２０にピンホールができてしまったり、感光ドラム１を正常に帯電できない場合が有るからである。
【００９６】
本実施の形態では、回収バイアス電源２４からスポンジローラ２０に−１４００Ｖ、帯電バイアス電源９から帯電ローラ７に−１３００Ｖ、現像バイアス電源１４から現像ローラ１１に−３５０Ｖをそれぞれ印加し、感光ドラム１上の非画像部電位を−７００Ｖ、画像部電位を−１５０Ｖとした。
【００９７】
上記構成の本実施の形態の画像形成装置では、スポンジローラ２０に回収できるトナー量は約３０〜３５ｇ程度で、実施の形態１の場合よりも少し多かった。
これは、本実施の形態では、帯電ローラ７とスポンジローラ２０間の電界効果によって正極性に帯電したトナーを発泡体層２３内により確実に保持できるからである。
【００９８】
また、本実施の形態では、５％印字率画像の１０００枚当たりの転写残トナー量は、約５〜７ｇ程度であり、また、５％印字率画像の１０００枚当たりの転写残トナー量は約５〜７ｇ程度であるので、印字途中の紙詰まりや印字率の高い画像出力する場合を考慮しても、例えば５％印字画像を約４０００枚出力する毎にユニット化されているスポンジローラ２０を交換すれば、スポンジローラ２０に吸引されているトナーが再び吐き出されて帯電ローラ７や感光ドラム１をトナーで汚すことが防止されて、常に良好な画像形成を行なうことができる。
【００９９】
また、スポンジローラ２０を感光ドラム１や帯電ローラ７とは別なユニットにすることにより、ユーザーは定期的にユニット化されているスポンジローラ２０のみを交換すればよく、ユーザーのメンテナンスコスト負担を軽減することができる。
【０１００】
また、実施の形態１の場合よりも低い当接圧条件（例えば０．１４Ｎ／ｃｍ程度）でスポンジローラ２０を帯電ローラ７に当接しても、電界作用による回収効果によって実施の形態１と同様もしくはそれ以上の剥ぎ取り回収を行なうことができる。
【０１０１】
このように本実施の形態においても、帯電ローラ７に付着した転写残トナーをスポンジローラ２０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７表面のトナーによる汚染を防止して良好な画像形成を行なうことができ、且つ画像形成装置の小型化及び簡易化を図ることができる。
【０１０２】
また、上述した各実施の形態では、スポンジローラ２０を構成する発泡体層をローラ形状としたが、これに限定されるものではなく、例えばブロック状でもよい。
【０１０３】
また、上述した各実施の形態では、スポンジローラ２０を含むプロセスカートリッジ２１やユニット化されているスポンジローラ２０を所定印字枚数毎に交換するとしたが、交換時期を知る方法として印字画素累計や重量検知など他の方法でもよい。
【０１０４】
また、上述した各実施の形態では、現像装置４は負極性の反転接触現像系の例であったが、これ以外にも正規現像系又は正極性の反転現像系又は非接触現像系の現像装置でもよい。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、接触帯電部材（相手部材）に回転自在な連泡性発泡体ローラを当接配置したことにより、接触帯電部材に付着した現像剤の残りを連泡性発泡体ローラの気泡内に取り込んで回収することができるので、接触帯電部材の現像剤による汚れが防止され、長期にわたって帯電不良が防止されて良好な画像を得ることができる。また、接触帯電部材（相手部材）との当接部近傍で剥ぎ取ったトナー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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る画像形成装置を示す概略構成図。
【図２】本発明の実施の形態１に係る画像形成装置のプロセスカートリッジを示す概略図。
【図３】（ａ）は本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の帯電装置のスポンジローラを示す縦断面図、（ｂ）は本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の帯電装置のスポンジローラを示す横断面図。
【図４】（ａ）は本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の帯電装置のスポンジローラの変形例を示す縦断面図、（ｂ）は本発明の実施の形態１に係る画像形成装置の帯電装置のスポンジローラの変形例を示す横断面図。
【図５】本発明の実施の形態２に係る画像形成装置を示す概略構成図。
【図６】従来例における画像形成装置を示す概略構成図。
【符号の説明】
１        感光ドラム（像担持体）
２        帯電装置
３        露光装置
４        現像装置
５        転写ローラ
６        定着装置
６ａ      定着ローラ
６ｂ      加圧ローラ
７        帯電ローラ（接触帯電部材、相手部材）
９        帯電バイアス電源
１１      現像ローラ
１４      現像バイアス電源
２０      スポンジローラ（連泡性発泡体ローラ）
２１      プロセスカートリッジ
２２      芯金
２３、２３ａ、２３ｂ      発泡体層
２４      回収バイアス電源
【図１】
0004573962.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004573962.tif 000004
【図４】
0004573962.tif 000005
【図５】
0004573962.tif 000006
【図６】
0004573962.tif 000007