(57)【要約】【課題】帯電ロールによる被帯電体への良好な帯電性と、クリーニングロールによる帯電ロールの良好なクリーニング性能を得る。【解決手段】帯電ロール１４のシャフト１４Ａとクリーニングロール１００のシャフト１００Ａの両端部の軸芯の離間距離をＬ、帯電ロール１４の半径をＲ１、クリーニングロール１００の半径をＲ２、スポンジ層１００Ｂの厚さをＴ、クリーニングロール１００のシャフト１００Ａの軸方向の中央部のたわみ量をＢ、スポンジ層１００Ｂの応力−たわみ曲線による最大許容圧縮率をα［％］としたとき、Ｔ×α／１００＞（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌ＞Ｂ＞０を満たすことにより、帯電ロール１４による感光体ドラム１２への良好な帯電性と、クリーニングロール１００による帯電ロール１４の良好なクリーニング性能を得ることができる。【選択図】図６
2007140167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動力を受けて回転する像担持体と、前記像担持体に当接して従動回転し、該像担持体を帯電させる帯電ロールと、前記帯電ロールに当接して従動回転し、該帯電ロールをクリーニングするクリーニングロールと、を有する画像形成装置において、
前記クリーニングロールが、回転可能に軸支されたクリーニングロール用シャフトと、前記クリーニングロール用シャフト周りに設けられた多孔質弾性層と、を含んで構成され、
前記帯電ロールを回転可能に軸支する帯電ロール用シャフト及びクリーニングロール用シャフトの両端部の軸芯の離間距離をＬ［ｍｍ］、前記帯電ロールの半径をＲ１［ｍｍ］、前記多孔質弾性層の厚さをＴ［ｍｍ］、前記クリーニングロールの半径をＲ２［ｍｍ］、前記クリーニングロール用シャフトの軸方向の中央部のたわみ量をＢ［ｍｍ］、前記多孔質弾性層の圧縮時の応力−たわみ曲線による最大許容圧縮率をα［％］としたとき、
Ｔ×α／１００＞（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌ＞Ｂ＞０
の関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。
ここで、最大許容圧縮率α［％］は、前記多孔質弾性層の圧縮時の応力−撓み曲線において、多孔質弾性層の圧縮率が１０％〜４０％となる応力の平均値を平均応力Ｐ［ｋＰａ］とするとき、該平均応力Ｐ［ｋＰａ］の２００％の応力を付与したときの多孔質弾性層の最大圧縮率である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式を採用した複写機やプリンタ等の画像形成装置に関するものである。
【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等の画像形成装置の帯電装置として、スコロトロン帯電器のようなコロナ放電現象を利用したものが多用されてきたが、コロナ放電現象を利用した帯電装置の場合には、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となっている。これに対して、導電性の帯電ロールを像担持体に直接接触させて像担持体の帯電を行う接触帯電方式は、オゾンや窒素酸化物の発生が大幅に少なく、電源効率も良いことから、最近では主流となっている。
【０００３】
このような接触帯電方式の帯電装置では、帯電時に像担持体上にある各種の付着物を吸着してしまい汚染されやすいという不都合があった。これに対し、特許文献１では、帯電ロールにスポンジ層で形成したクリーニングロールを当接させて食い込ませ、従動させることにより帯電ロールの破壊や表面フィルミングを抑制し長期間にわたって帯電ロール表面の異物を除去できるようにした技術を提案している。
【０００４】
しかしながら、画像形成装置のサイズの制約やコストの観点から、クリーニングロールに、小径の金属シャフトが用いられる場合がある。この場合、特に顕著になるのが、クリーニングロールのシャフトのたわみ量が大きくなるという現象である。
【０００５】
クリーニングロールが両端で支持され、帯電ロールを押圧する場合、クリーニングロールのスポンジ層が帯電ロールから受ける反発力によりクリーニングロールのシャフトがたわみ、帯電ロールの中央部での食い込み量が低下する。帯電ロールの中央部での食い込み量が減少すると、中央部でのクリーニング性能が低下するという不具合が発生する。
【０００６】
一方、帯電ロールの中央部のクリーニング性を確保するために、クリーニングロールのくいこみを十分確保した状態では、帯電ロールの両端部での食い込みが多大となり、帯電ロールの両端部での抵抗上昇が生じ、プリントサンプル上ですじが発生するなどのトラブルが発生し、また、帯電ロールの寿命が短くなるという問題が発生する。
【特許文献１】特開平８−６２９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事実を考慮し、帯電ロールによる像担持体への良好な帯電性と、クリーニングロールによる帯電ロールの良好なクリーニング性能を得ることができる画像形成装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、駆動力を受けて回転する像担持体と、前記像担持体に当接して従動回転し、該像担持体を帯電させる帯電ロールと、前記帯電ロールに当接して従動回転し、該帯電ロールをクリーニングするクリーニングロールと、を有する画像形成装置において、前記クリーニングロールは、回転可能に軸支されたクリーニングロール用シャフトと、前記クリーニングロール用シャフト周りに設けられた多孔質弾性層と、を含んで構成され、前記帯電ロールを回転可能に軸支する帯電ロール用シャフト及びクリーニングロール用シャフトの両端部の軸芯の離間距離をＬ［ｍｍ］、前記帯電ロールの半径をＲ１［ｍｍ］、前記多孔質弾性層の厚さをＴ［ｍｍ］、前記クリーニングロールの半径をＲ２［ｍｍ］、前記クリーニングロール用シャフトの軸方向の中央部のたわみ量をＢ［ｍｍ］、前記多孔質弾性層の圧縮時の応力−たわみ曲線による最大許容圧縮率をα［％］としたとき、
Ｔ×α／１００＞（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌ＞Ｂ＞０
の関係を満たすことを特徴とする。
【０００９】
ここで、最大許容圧縮率α［％］は、多孔質弾性層の圧縮時の応力−撓み曲線において、多孔質弾性層の圧縮率が１０％〜４０％となる応力の平均値を平均応力Ｐ［ｋＰａ］とするとき、該平均応力Ｐ［ｋＰａ］の２００％の応力を付与したときの多孔質弾性層の最大圧縮率である。
【００１０】
請求項１に記載の発明では、駆動力を受けて回転する像担持体に帯電ロールが当接して従動回転する。この帯電ロールにクリーニングロールを当接させ従動回転させて、帯電ロールの表面をクリーニングしている。
【００１１】
ここで、クリーニングロールは、回転可能に軸支されたクリーニングロール用シャフトと、クリーニングロール用シャフト周りに設けられた多孔質弾性層と、を含んで構成されており、帯電ロールを回転可能に軸支する帯電ロール用シャフトとクリーニングロール用シャフトの両端部の軸芯の離間距離をＬとし、帯電ロールの半径をＲ１、クリーニングロールの半径をＲ２とすると、多孔質弾性層の両端部の帯電ロールへの食い込み量は、（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌとなる。
【００１２】
さらに、クリーニングロール用シャフトの軸方向の中央部のたわみ量をＢとすると、多孔質弾性層の中央部の帯電ロールへの食い込み量は、（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌ−Ｂとなり、クリーニングロール用シャフトの軸方向に沿った各断面で見た場合の最小値となる。
【００１３】
また、接触帯電方式では、クリーニングロールが軸方向の全域に渡って帯電ロールの表面に当接して食い込こんでいるということが必須であるため、（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌ−Ｂ＞０となり、（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌ＞Ｂの関係が得られる。さらに、クリーニングロール用シャフトの軸方向の中央部のたわみ量Ｂは、Ｂ＞０であるため、（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌ＞Ｂ＞０となる。
【００１４】
一方、多孔質弾性層の圧縮率が１０％〜４０％となる平均応力Ｐ［ｋＰａ］（以下、単に「平均応力Ｐ」という場合もある）の２００％に相当する応力を付与したときの多孔質弾性層の圧縮率、すなわち最大許容圧縮率αでは、多孔質弾性層のセルが圧縮され、ほぼつぶれる状態となる。
【００１５】
そして、該平均応力Ｐ［ｋＰａ］の２００％以上に相当する応力では、圧縮永久ひずみが生じ、多孔質弾性層のセルの内部で帯電ロール上の外添剤やトナーを凝集させて、帯電ロール、像担持体へと戻すという多孔質弾性層を用いた場合のクリーニング機能が発現しなくなる。このため、最大許容圧縮率αを求めるとき、多孔質弾性層に付与する限界応力を、平均応力Ｐの２００％に相当する応力としている。
【００１６】
ここで、クリーニングロールの多孔質弾性層の圧縮率が最大許容圧縮率αを超えたり、多孔質弾性層の食い込み量が大き過ぎたりした場合、外添剤やトナーのフィルミングが生じ、帯電ロールの体積抵抗が上昇して、特に全面均一画像などでは顕著なすじが発生するなどのトラブルが発生し、また、帯電ロールの寿命が短くなるという問題が発生する。
【００１７】
このため、多孔質弾性層の両端部の帯電ロールへの食い込み量（（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌ）を、最大許容圧縮率αに基づいて得られた多孔質弾性層の食い込み量（Ｔ×α／１００；Ｔは多孔質弾性層の厚さ）よりも小さくする必要があり、Ｔ×α／１００＞（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌとなる。
【００１８】
以上のことから、Ｔ×α／１００＞（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌ＞Ｂ＞０の関係が得られ、この条件を満たすことにより、帯電ロールによる像担持体への良好な帯電性と、クリーニングロールによる帯電ロールの良好なクリーニング性能を得ることができる。また、クリーニングロール用シャフトが小径である場合においても、クリーニング性能の低下や帯電ロールの抵抗上昇や出力画像のすじ発生などの問題が生じない画像形成装置を提供することが可能となり、小型で低コストの画像形成装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は上記構成としたので、帯電ロールによる像担持体への良好な帯電性と、クリーニングロールによる帯電ロールの良好なクリーニング性能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る画像形成装置について説明する。
【００２１】
図１に示す本実施形態の画像形成装置１０は、４サイクル方式のフルカラーレーザプリンタであり、図示のように、装置内には、中央よりもやや右上部に、感光体ドラム１２（像担持体）が回転可能に配設されている。この感光体ドラム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。
【００２２】
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ル１４によって所定の電位に帯電された後、帯電ロール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。
【００２３】
この感光体ドラム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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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ル２２によって転写される。
【００２７】
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、二次転写ロール２６によって一括して転写される。
【００２８】
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、ピックアップロール３０によって送り出されるとともに、フィードロール３２及びリタードロール３４によって１枚ずつ捌かれた状態で給紙され、レジストロール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。
【００２９】
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ル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ル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ル４０と、二次転写ロール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ル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ル４６と、第２のクリーニングバックアップロール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。
【００３０】
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。
【００３１】
中間転写ベルト２０は、感光体ドラム１２と、帯電ロール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ル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。
【００３２】
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ル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ル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。
【００３３】
なお、クリーニング装置４４は、揺動軸６２を中心にして、図中反時計回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。
【００３４】
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、排出ロール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。
【００３５】
一方、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、排出ロール６６によって排出トレイ６８上にそのまま排出せずに、排出ロール６６によって記録用紙２４の後端部を狭持した状態で、排出ロール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ル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、記録用紙２４を排出トレイ６８上に排出する。
【００３６】
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、給紙ロール７６によって給紙され、搬送ロール７３及びレジストロール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。
【００３７】
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。
【００３８】
図２に示すように、感光体ドラム１２の下方部には、感光体ドラム１２と接触するように帯電ロール１４が配置されている。この帯電ロール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り、シャフト１４Ａが回転可能に支持されている。帯電ロール１４の感光体ドラム１２と反対側の下方部には、帯電ロール１４の表面に接触するロール状のクリーニングロール１００が設けられている。このクリーニングロール１００は、シャフト１００Ａの周囲にスポンジ層１００Ｂ（多孔質弾性層）が形成されたものであり、シャフト１００Ａが回転可能に支持されている。
【００３９】
クリーニングロール１００は帯電ロール１４に所定の荷重で押圧され、スポンジ層１００Ｂが帯電ロール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ル１４が矢印４の方向に従動回転する。また、帯電ロール１４の回転によりロール状のクリーニングロール１００が矢印６の方向に従動回転する。
【００４０】
また、帯電ロール１４には帯電用の電源が接続されており、直流に交流を重畳したバイアス、または直流バイアスのみが印可されている。一方、クリーニングロール１００へのバイアス印可については特に規定しないが、本発明においては帯電ロール１４のシャフト１４Ａ及びクリーニングロール１００のシャフト１００Ａは同一の軸受けにて回転可能に軸支されており（後述する）、クリーニングロール１００は帯電ロール１４と同電位となっている。
【００４１】
そして、クリーニングロール１００が従動回転することにより、帯電ロール１４の表面に付着したトナーや外添剤などの汚れ（異物）がクリーニングロール１００によってクリーニングされる。そしてこの異物がクリーニングロール１００の発泡体のセル内に取り込まれ、セル内に回収された異物が凝集して適度な大きさになると、クリーニングロール１００から帯電ロール１４を介して感光体ドラム１２に戻され、感光体ドラム１２をクリーニングするクリーニング装置７８に回収されることで、クリーニング性能の維持継続がなされていると考えられている。
【００４２】
このようなクリーニングロール１００について、シャフト１００Ａの材質としては、快削鋼、ステンレス鋼等が使用されており、摺動性などの用途に応じ材質および表面処理方法が適時選択される。また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もよく、もちろんそのまま使用してもよい。また、クリーニングロール１００は、スポンジ層１００Ｂを介して帯電ロール１４と適度なニップ圧力で接触するため、ニップ時の撓みが少ない強度を持った材質またはシャフト長に対して十分剛性をもったシャフト径が選択される。
【００４３】
スポンジ層１００Ｂは、多孔質の３次元構造を有する発泡体からなる。このスポンジ層１００Ｂは、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリアミド又はポリプロピレン等の発泡性の樹脂又はゴムを材質としたものより選択される。スポンジ層１００Ｂは、帯電ロール１４との従動摺擦により外添剤などの異物を効率的にクリーニングすると同時に、帯電ロール１４の表面にスポンジ層１００Ｂの擦れによるキズをつけないために、また、長期にわたり千切れや破損が生じないようにするために、引き裂き、引っ張り強さなどに強いポリウレタンが特に好ましく用いられる。
【００４４】
また、帯電ロール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。
【００４５】
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。
【００４６】
帯電ロール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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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ル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、帯電ロール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ル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。
【００５３】
次に、帯電ロール１４及びクリーニングロール１００の取付構造について詳細に説明する。
【００５４】
図３に示すように、本実施形態では、帯電ロール１４とクリーニングロール１００が一対の軸受け部材１１０を介して単一のフレーム１２０に組み付けられフレーム１２０内に収容されており、さらに感光体ドラム１２もこのフレーム１２０に組み付けられ、それらがユニット化されている。
【００５５】
図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、一つの軸受け部材１１０は、扁平な直方体状（ブロック状）に形成され単一構成とされている。この軸受け部材１１０は、高剛性、高摺動性で耐摩耗性に優れたポリアセタールやポリカーボネート等の合成樹脂材料で形成されている。また、耐摩耗性を更に高めるために、上記の合成樹脂材料にガラス繊維やカーボン繊維等を含有させるようにしてもよい。
【００５６】
軸受け部材１１０には、長手方向（図４の上下方向）に沿って所定の間隔で配置された２つの軸受け孔１１２、１１４が形成されている。一方の軸受け孔１１２には、帯電ロール１４のシャフト１４Ａ端部に設けられた支持部１４ａが回転自在に挿通され、他方の軸受け孔１１４には、クリーニングロール１００のシャフト１００Ａ端部に設けられた支持部１００ａが回転自在に挿通されている。また、図示のように、軸受け孔１１４の内径はシャフト１００Ａ（支持部１００ａ）の軸径よりも大きくされている。
【００５７】
この一対の軸受け部材１１０に、シャフト１４Ａの両端の支持部１４ａが軸支された帯電ロール１４と、シャフト１００Ａの両端の支持部１００ａが軸支されたクリーニングロール１００とは、クリーニングロール１００が帯電ロール１４に所定の荷重で押圧されることにより、クリーニングロール１００のシャフト１００Ａの支持部１００ａが軸受け孔１１４における帯電ロール１４とは反対側の内周面部１１４Ａに当接支持されて、相対位置がほぼ一定に保たれており、前述したように、スポンジ層１００Ｂが帯電ロール１４の周面に沿って弾性変形しニップ部１０１を形成している（図２参照）。また、このようにクリーニングロール１００のシャフト１００Ａの支持部１００ａを当接支持した軸受け孔１１４は、シャフト１００Ａの支持部１００ａに対して帯電ロール１４への圧接方向（矢印８方向）に自由度を与える形状とされている。
【００５８】
図３に示すように、フレーム１２０は、本体部１２２における帯電ロール１４及びクリーニングロール１００の軸方向に沿った両端部（図３の左右の側端部）に、上記の一対の軸受け部材１１０が取り付けられる一対の取付部１２４が一体的に設けられている。
【００５９】
取付部１２４には、取付部１２４の延出方向に沿ったガイド溝１２６が形成されている。軸受け部材１１０は、このガイド溝１２６にはめ入れられてその先端側に配置されており、ガイド溝１２６にガイドされて取付部１２４の延出方向（感光体ドラム１２に対し接離する方向）に沿って摺動可能とされている。
【００６０】
一対の取付部１２４の外側面側は厚肉とされて先端側が延出されており、その先端部に、感光体ドラム１２を軸支する一対の軸受け部１３２が設けられている。この一対の軸受け部１３２には、軸受け孔１３４が同軸的に形成されており、感光体ドラム１２は、シャフト１２Ａの端部に設けられた支持部１２ａが各軸受け孔１３４に回転自在に挿通されて、帯電ロール１４及びクリーニングロール１００とともにフレーム１２０に組み付けられている。
【００６１】
また、ガイド溝１２６内の基端側には、軸受け部材１１０を感光体ドラム１２側へ付勢する圧縮コイルばね１２８が設けられている。この圧縮コイルばね１２８のばね力で、軸受け部材１１０が感光体ドラム１２側へ付勢され（矢印８の方向）、帯電ロール１４は感光体ドラム１２に圧接している。これにより、感光体ドラム１２が回転すると、感光体ドラム１２の回転に伴って帯電ロール１４が従動回転し感光体ドラム１２を帯電させ、さらに帯電ロール１４の回転に伴ってクリーニングロール１００が従動回転し帯電ロール１４をクリーニングする。
【００６２】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００６３】
図５及び図６（なお、図６は図５の拡大図である）に示すように、クリーニングロール１００を帯電ロール１４に圧接させるため、該圧接力により、クリーニングロール１００には撓みが生じてしまう。
【００６４】
ここで、図７には、クリーニングロール１００のスポンジ層１００Ｂとして用いられる多孔質弾性体の応力−撓み曲線が示されており、５０×３８０×３８０ｍｍのバルク状の多孔質弾性体（ＲＲ８０（（株）イノアックコーポレーション製）を使用）にφ５０ｍｍの金属性円盤を食い込ませ、この食い込み量に対応する応力を計測し、該応力と撓み率（圧縮率ともいう）との関係を求めたものである。
【００６５】
この応力−撓み曲線では、多孔質弾性体の食い込み量を増やしていく方向（加重方向；撓み率が上昇する方向）と食い込み量を減らしていく方向（抜重方向；撓み率が減少する方向）とでは、ヒステリシスがあり、加重方向の方が撓み率に対して応力値が大きいため、最大許容圧縮率αの計算には、加重時の曲線を用いる。
【００６６】
ここで、多孔質弾性体の撓み率が１０〜４０％の範囲では、被測定体である多孔質弾性体が、いわゆるスポンジとしての機械的特性（すなわち、食い込み量が増加しても応力値が増えない）を示している。
【００６７】
このため、多孔質弾性体の撓み率が１０％〜４０％となる平均応力Ｐ［ｋＰａ］（以下、単に「平均応力Ｐ」という場合もある）の２００％に相当する応力を付与したときの多孔質弾性体の圧縮率では、多孔質弾性体のセルが圧縮され、ほぼつぶれる状態となる。
【００６８】
そして、該平均応力Ｐ［ｋＰａ］の２００％以上に相当する応力では、圧縮永久ひずみが生じ、多孔質弾性体のセルの内部に外添剤を取り込むことができなくなり、多孔質弾性体のセルの内部で帯電ロール上の外添剤やトナーを凝集させて、帯電ロール、感光体ドラムへと戻すというクリーニング機能が発現しなくなる。このため、最大許容圧縮率αを求めるとき、多孔質弾性体に付与する限界応力を、平均応力Ｐの２００％に相当する応力としている。
【００６９】
具体的には、多孔質弾性体の撓み率１０％〜４０％の範囲の応力値の平均値から平均応力Ｐ＝１１．８［ｋＰａ］が求められる。この平均応力Ｐ［ｋＰａ］の２００％の時の応力Ｐ’は、Ｐ×２００［％］／１００＝２３．６［ｋＰａ］となり、Ｐ’に相当する圧縮率、すなわち、最大許容圧縮率αは、５６％となる。
【００７０】
ここで、スポンジ層１００Ｂの食い込み量が大き過ぎると、帯電ロール１４の抵抗上昇が生じ、プリントサンプル上ですじが発生するなどのトラブルが発生し、また、帯電ロール１４の寿命が短くなるという問題が発生する。
【００７１】
このため、スポンジ層１００Ｂの帯電ロール１４への食い込み量（（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌ）は、最大許容圧縮率αに基づいて得られた食い込み量（Ｔ×α／１００；Ｔはスポンジ層１００Ｂの厚さ）よりも小さくする必要がある。つまり、Ｔ×α／１００＞（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌとなる。
【００７２】
表１は、各実施例（１）〜（５）において、クリーニングロール１００の外径等の寸法を変え、各条件における帯電ロール１４の軸方向でクリーニング性能について示している。
【００７３】
【表１】
2007140167.tif 000003
本実験では、帯電ロール１４の外径をφ１４、帯電ロール１４のシャフト１４Ａの外径をφ８とし、クリーニングロール１００の外径は、φ１０，φ９，φ８とした。また、クリーニングロール１００のスポンジ層１００Ｂの肉厚Ｔは２ｍｍ，３ｍｍ、材質はＲＲ８０、クリーニングロール１００のシャフト１００Ａの外径は、クリーニングロール１００の外径に対応して、φ６，φ５，φ４とした。
【００７４】
これらのクリーニングロール１００を富士ゼロックス社製の画像形成装置に装着し、高温・高湿（２８℃、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・低湿環境について、ハーフトーン画像中での色スジの有無により以下の基準で判定した。
【００７５】
○：色スジ等のディフェクト無し。
【００７６】
△：至極軽微な色スジが発生。
【００７７】
×：色スジ発生。
【００７８】
また、帯電ロール１４の汚れ評価は、５０，０００枚走行後の帯電ロールについて、以下の基準で目視評価した。
【００７９】
○：ほとんど異物付着なし。
【００８０】
△：部分的に軽微な異物付着（ロール上、白部と黒部がうっすら見える）。
【００８１】
×：部分的な異物の固着（ロール上、白部と黒部がはっきり見える）。
【００８２】
ここで、各評価における△は、ほとんど問題がないレベルであるが、○となっている方がより好ましい。
【００８３】
表１において、ドットが形成されている領域の条件、つまり、スポンジ層１００Ｂの最大圧縮率αが５６％未満（最大食い込み量が０．５６Ｔ未満）であり、スポンジ層１００Ｂの中央部の圧縮率が６％以上の場合、帯電ロール１４の軸方向の全域に渡って、色スジおよび汚れは発生しなかった。
【００８４】
ここで、スポンジ層１００Ｂの厚さが３ｍｍの場合は、スポンジ層１００Ｂの厚さが２ｍｍの場合と比較して、スポンジ層の厚みが大きい分、圧縮率が小さくなるため、Ｔ×α／１００＞（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌ＞Ｂ＞０の条件を満たす範囲が２ｍｍの場合よりも広くなる。以下、スポンジ層１００Ｂの厚さが２ｍｍの場合について説明する。
【００８５】
スポンジ層１００Ｂの厚さが２ｍｍの場合、スポンジ層１００Ｂの最大食い込み量は、Ｔ×α／１００＝２×０．５６／１００＝１．１２ｍｍとなる。このため、表１において、スポンジ層１００Ｂの食い込み量が、１ｍｍ，１．１２ｍｍ，１．２５ｍｍの場合を見てみると、食い込み量が１．１２ｍｍ，１．２５ｍｍでは、帯電ロール１４の端部において、外添剤やトナーのフィルミングが生じ、帯電ロール１４の体積抵抗が上昇して、特に全面均一画像などでは顕著な色すじが発生した。つまり、Ｔ×α／１００＞（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌを裏付ける結果を得ることができた。
【００８６】
一方、スポンジ層１００Ｂの中央部の圧縮率が５％以下の場合、帯電ロール１４の中央部において、ハーフトーン画像中の色すじの発生が見られ、また、帯電ロール１４中央部において、汚れが発生した。
【００８７】
図８には、クリーニングロール１００のシャフト１００Ａの外径が、φ６，φ５，φ４のときのスポンジ層１００Ｂの中央部の食い込み量と端部の食い込み量とを比較した結果が示されている。
【００８８】
これによると、スポンジ層１００Ｂの中央部の食い込み量は、端部の食い込み量よりも小さく、クリーニングロール１００のシャフト１００Ａの外径が小径になるほど、中央部の食い込み量と端部の食い込み量の比率は大きくなっていることがわかる。つまり、シャフト１００Ａ径が小径になるほど、シャフト１００Ａの撓み量が大きくなり、スポンジ層１００Ｂの中央部の圧縮率が小さくなってしまう。
【００８９】
ところで、スポンジ層１００Ｂの外径寸法には公差があり、特に小径のクリーニングロール１００（φ５〜φ１５）を用いる場合、スポンジ層１００Ｂの厚さが１ｍｍ〜４ｍｍ程度であると、公差は０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍである。
【００９０】
この公差から、スポンジ層１００Ｂの肉厚に対する圧縮率を換算すると、圧縮率では３％〜５％のばらつきが生じることとなる。特に、圧縮率が小さい場合には、該公差による影響を受けてしまう。
【００９１】
このため、表１において、スポンジ層１００Ｂの中央部の圧縮率が５％以下の場合、実質的に、スポンジ層１００Ｂの食い込みが周方向で０となる（スポンジ層１００Ｂが帯電ロール１４に食い込んでいない）部分が生じている可能性もある。このように、スポンジ層１００Ｂの食い込みが周方向で０となった場合、帯電ロール１４のクリーニング性能が低下し、クリーニングが良好に行われず、帯電ロール１４の汚れが発生する。
【００９２】
したがって、スポンジ層１００Ｂの外径寸法の公差を考慮すると、スポンジ層１００Ｂの中央部の圧縮率は６％よりも大きいことが必要となる。
【００９３】
図６に示すように、帯電ロール１４のシャフト１４Ａとクリーニングロール１００のシャフト１００Ａの両端部の軸芯の離間距離をＬとし、帯電ロール１４の半径をＲ１、クリーニングロール１００の半径をＲ２とすると、スポンジ層１００Ｂの両端部の帯電ロール１４への食い込み量は、（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌとなる。
【００９４】
そして、シャフト１００Ａの軸方向の中央部のたわみ量をＢとすると、スポンジ層１００Ｂの中央部の帯電ロール１４への食い込み量は、（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌ−Ｂとなり、シャフト１００Ａの軸方向に沿った各断面で見た場合の最小値となる。
【００９５】
この食い込みが、０より大きいことが必要であるため、（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌ−Ｂ＞０となり、（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌ＞Ｂの関係が得られる。また、シャフト１００Ａの軸方向の中央部のたわみ量Ｂは、Ｂ＞０であるため、（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌ＞Ｂ＞０となる。
【００９６】
以上のことから、Ｔ×α／１００＞（Ｒ１＋Ｒ２）−Ｌ＞Ｂ＞０の関係が得られ、この条件を満たすことにより、帯電ロール１４による感光体ドラム１２への良好な帯電性と、クリーニングロール１００による帯電ロール１４の良好なクリーニング性能を得ることができる。
【００９７】
また、クリーニングロール１００のシャフト１００Ａが小径である場合においても、クリーニング性能の低下や帯電ロール１４の抵抗上昇や出力画像のすじ発生などの問題が生じない画像形成装置１０を提供することが可能となり、小型で低コストの画像形成装置１０を得ることができる。
【００９８】
以上、本発明の実施形態により詳細に説明したが、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の形態が実施可能である。
【００９９】
例えば、感光体ドラム１２の下方部に帯電ロール１４を接触させ、その帯電ロール１４の下方部にクリーニングロール１００を接触させる構成としているが、感光体ドラム１２、帯電ロール１４、及びクリーニングロール１００の位置関係はこれに限定されるものではない。例えば、感光体ドラムの上方部に帯電ロールを接触させ、その帯電ロールの上方部にクリーニングロールを接触させる構成等にも本発明を適用することができる。
【０１００】
また、本発明を適用する画像形成装置については、上述の実施形態のように、回転式現像器１８を用いて感光体ドラム１２へのトナー像の形成を４回繰り返して行う４サイクル方式の構成に限定されるものではない。例えば、中間転写ベルトの移動方向に沿ってイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像形成ユニットを並設する構成であっても、各画像形成ユニットの感光体ドラム、帯電ロール、及びクリーニングロールに本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【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示す構成図である。
【図２】図１の画像形成装置に搭載された感光体ドラム、帯電ロール、及びクリーニングロールの構成を示す拡大図である。
【図３】本発明の実施形態に係る画像形成装置の感光体ドラム、帯電ロール及びクリーニングロールの取付構造の構成を示す部分断面側面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る画像形成装置を構成する帯電ロール及びクリーニングロールが軸受け部材に軸支された状態を示す（Ａ）が斜視図、（Ｂ）が側面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る画像形成装置を構成する帯電ロールとクリーニングロールの軸支状態を示す説明図である。
【図６】図５の拡大図である。
【図７】本発明の実施形態に係る画像形成装置を構成するクリーニングロールに用いられる多孔質弾性体の応力−撓み曲線を示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態に係る画像形成装置を構成するクリーニングロールのスポンジ層の中央部の食い込み量と端部の食い込み量とを比較するグラフである。
【符号の説明】
【０１０２】
１０      画像形成装置
１２Ａ    シャフト
１２      感光体ドラム（像担持体）
１４Ａ    シャフト（帯電ロール用シャフト）
１４      帯電ロール
１００    クリーニングロール
１００Ａ  シャフト（クリーニングロール用シャフト）
１００Ｂ  スポンジ層（多孔質弾性層）
【図１】
2007140167.tif 000004
【図２】
2007140167.tif 000005
【図３】
2007140167.tif 000006
【図４】
2007140167.tif 000007
【図５】
2007140167.tif 000008
【図６】
2007140167.tif 000009
【図７】
2007140167.tif 000010
【図８】
2007140167.tif 000011