JP2007114418A

JP2007114418A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2007114418A
Application number: JP2005304873A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Tsukahara; 茂樹塚原
Original assignee: Kyocera Mita Corp
Current assignee: Kyocera Document Solutions Inc
Priority date: 2005-10-19
Filing date: 2005-10-19
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】トナーやトナーの外添剤、及び研磨剤や用紙の填料などの帯電効率を低下させる要因に対処し、多数枚の画像形成でも、均一に感光体表面を帯電できるようにした帯電ローラを備えた画像形成装置を提供することが課題である。
【解決手段】感光体と周速比を持たせて回転しながら感光体に接触して感光体表面を帯電させる複数の帯電ローラを備えた画像形成装置において、感光体の回転方向上流側に設けた帯電ローラの動摩擦係数を、下流側に設けた帯電ローラの動摩擦係数よりも大きく設定し、上流側帯電ローラにより帯電ローラ表面汚染物質を捕集するようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置に係り、特に、帯電ローラを用いて感光体を帯電させるようにした画像形成装置に関するものである。

電子写真方式を利用した複写機、プリンタ、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置においては、感光体表面の帯電装置による帯電、画像データに基づく露光、該露光によって形成された静電潜像の現像装置による現像、現像により形成されたトナー画像の用紙への転写、加熱によるトナー画像の用紙への定着などの工程によって画像形成が行われる。

このうち、感光体表面を帯電するための帯電装置として従来では、コロトロンやスコロトロン等のコロナ放電を用いた帯電装置が多く用いられていたが、これらの装置は環境に悪影響を与えるオゾンの発生量が多く、最近はこのオゾンが環境面から問題とされるため、オゾン発生量の極めて少ない帯電ローラ方式が主流になりつつある。

しかしながら帯電ローラ方式は、クリーニング部材をすり抜けてくるトナー、及び、トナーへの外添剤であるシリカや、感光体表面を研磨するための研磨剤としてのアルミナ、酸化チタン、また用紙の填料である炭酸カルシウム、タルク、カオリン等が帯電ローラ表面に付着し、表面抵抗が上昇して帯電効率が低下するため、例えば３０万枚という多数枚の画像形成を行う画像形成装置においては、寿命の点で問題がある帯電方式である。

このような問題に対処するため例えば特許文献１、及び特許文献２には、帯電ローラにおける感光体の回転方向上流側に、帯電方向の電界が生じるように電圧が印加されたクリーニング部材を設ける（特許文献１）ことや、同じく回転方向上流側に、交流電圧に直流電圧を印加した帯電ブレードを設ける（特許文献２）ことなどが提案されている。

また帯電ローラ方式は、感光体と接している帯電ローラによって作られるニップの、回転方向両端部における微小空隙での放電によって感光体表面に電荷を与えることから、スコロトロン帯電方式と比較すると帯電効率が低く、均一に帯電させるのが難しいという問題もある。

そのため、帯電ローラの外径を大きくして微小空隙範囲を確保する、あるいは特許文献３に示されているように、帯電ローラを複数本配置することによって帯電効率を確保し、さらに感光体への帯電を均一化するということが行われている。

特開平５−２３２８４３号公報特開平９−２８１７７３号公報特開２００４−３２５６７９号公報

しかしながら、特許文献１及び２に提案された技術では、クリーニングブレードや帯電ブレードを通り抜けるトナーやトナーの外添剤、及び研磨剤や用紙の填料が存在し、多数枚の画像形成では、帯電ローラの表面抵抗が上昇して帯電効率が低下してしまう可能性がある。

また、特許文献３には、帯電ローラと電位ならしローラに導電性の弾性ローラを用いることが記されてはいるが、この帯電ローラ表面に付着するトナーやトナーの外添剤、及び研磨剤や用紙の填料などに対処することについては記載が無く、前記したような３０万枚という多数枚の画像形成において帯電効率を保持することは難しい。

そのため本発明においては、トナーやトナーの外添剤、及び研磨剤や用紙の填料などの帯電効率を低下させる要因に対処し、多数枚の画像形成でも、均一に感光体表面を帯電できるようにした帯電ローラを備えた画像形成装置を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明における画像形成装置は、
電子写真方式でトナー画像を形成、担持する感光体と、該感光体と周速比を持たせて回転しながら前記感光体に接触し、前記感光体表面を帯電させる複数の帯電ローラとを備えた画像形成装置において、
前記感光体の回転方向上流側に設けた帯電ローラの動摩擦係数を、下流側に設けた帯電ローラの動摩擦係数よりも大きく設定し、上流側帯電ローラにより帯電ローラの表面汚染物質を捕集することを特徴とする。

このようにすることにより、感光体の回転方向上流側に設けた帯電ローラが、前記したクリーニング部材をすり抜けてくるトナーやトナーへの外添剤、感光体表面の研磨剤、用紙の填料などの帯電ローラ表面汚染物質を捕集し、感光体回転方向下流側に設けた帯電ローラの表面汚染を防止するから、下流側帯電ローラの表面は長期にわたって清浄に保たれて所定の帯電性を維持でき、均一に感光体表面を帯電できる画像形成装置を提供することができる。

そして、上流側帯電ローラの動摩擦係数を大きくする手段の１つは、前記上流側帯電ローラの表面粗さを、下流側帯電ローラの表面粗さより大きくすることである。

また、上流側帯電ローラの動摩擦係数を大きくする手段は、前記上流側帯電ローラの前記感光体に対する周速比を、下流側帯電ローラの感光体に対する周速比より大きくしてもよく、この場合、前記上流側帯電ローラの周速を、前記感光体の周速より早くすることが好ましい。

さらに、上流側帯電ローラの動摩擦係数を大きくする手段は、前記上流側帯電ローラと下流側帯電ローラの少なくとも表面層構成材料を異ならせ、前記上流側帯電ローラの構成材料の動摩擦係数を下流側帯電ローラの構成材料の動摩擦係数より大きな材料で構成してもよく、この場合、前記帯電ローラの少なくとも表面層を発泡ゴムで構成し、前記上流側帯電ローラの発泡ゴムの動摩擦係数を、下流側帯電ローラの発泡ゴムの動摩擦係数より大きくなるよう発泡状態を変えてもよい。

そして、前記帯電ローラに印加する帯電バイアスを直流に交流を重畳して構成し、前記上流側帯電ローラに印加する帯電バイアスにおける交流電圧値を、下流側帯電ローラに印加する交流電圧値より大きくするようにして、回転方向上流側に設けた帯電ローラの電気的な回収力をあげるようにしても良く、この場合、前記上流側帯電ローラに印加する帯電バイアスにおける直流電圧値を、下流側帯電ローラに印加する直流電圧値より大きくしてもよく、両者を併用することで、より電気的な回収力を上げることができる。

以上のように本発明によれば、クリーニングブレードをすり抜けた外添剤等は、感光体の回転方向上流側に設けた帯電ローラで回収されるから、回転方向下流側帯電ローラへの外添剤付着が軽減され、長期にわたって安定した帯電性能を有する画像形成装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明の画像形成装置における、感光体ドラム１１とその周辺に配される画像形成プロセス手段の概略を示した図である。例えばアモルファスシリコン感光体を用いた感光体ドラム１１の周囲には、矢印で示した回転方向に添って、２つのローラ（Ａ）１４、ローラ（Ａ）１４に対して感光体ドラム１１の回転方向下流側に配したローラ（Ｂ）１３からなって感光体ドラム１１の表面を帯電させる帯電ローラ、さらにその下流側に画像データに基づいて感光体ドラム１１に対する露光を行ない、静電潜像を形成するための露光器１５、露光によって形成された静電潜像を現像するための現像器１７、現像によって形成されたトナー画像を用紙に転写するための転写手段である転写ローラ１９、トナー画像を用紙に転写した後に感光体ドラム１１上に残ったトナーをクリーニングするクリーニングローラ２５、クリーニングブレード２１、そして感光体ドラム１１上に残った電荷を除去するためのイレース手段２３などが設けられている。

このうち、例えばアモルファスシリコン感光体１１は、外径３０ｍｍでアモルファスシリコンの膜厚を２０μｍとし、長さをＡ４対応に２５４ｍｍとして周速を１５０ｍｍ／ｓｅｃに設定してある。帯電ローラ１３、１４は、外径１２ｍｍ、長さ２２０ｍｍで、外径が６ｍｍの芯金の周囲に導電性としたゴムを巻回してあるものを使用し、感光体ドラム１１の表面電位が約２５０Ｖになるよう、４００Ｖの直流（ＤＣ）に、１．４ＫＶで周波数１．５ｋＨｚの交流（ＡＣ）を重畳して印加してある。

そして画像形成に当たっては、まず、アモルファスシリコン感光ドラム１１の表面を、前記したようにＤＣにＡＣを重畳させたバイアスを印加した帯電ローラ（Ｂ）１３、（Ａ）１４によって帯電させ、次に印字データに基づいて変換した光信号を用いて露光器１５によって露光して潜像を形成する。そしてその潜像を、現像器１７によって現像してトナー画像として顕像化し、転写ローラ１９によって用紙に転写した後、図示していない定着装置に搬送してトナー画像を定着する。このとき、転写されずに感光体ドラム１１上に残った残トナーは、クリーニングローラ２５及びクリーニングブレード２１で感光ドラム１１表面より除去され、その後廃棄トナーボトルへ搬送され、感光体ドラム１１上に残った電荷は、イレース手段２３によって除去される。

このように、複数の帯電ローラ（Ｂ）１３、（Ａ）１４を用いたシステムでは、通常、感光体ドラム１１における回転方向上流側に配置された帯電ローラ（Ａ）１４は、感光体ドラム１１表面電位のならしローラとして使用され、最終的に感光体表面に均一の電荷を供給するのは、感光体回転方向下流側に配置された帯電ローラ（Ｂ）１３の性能に大きく依存している。

そのため、帯電ローラ（Ａ）１４を感光体ドラム１１における表面電位のならしローラとした場合には、帯電ローラ（Ｂ）１３に印加される直流に交流を重畳したバイアス電圧（本例では一例としてＶｄｃ＝４００Ｖ、Ｖｐｐ＝１．４ＫＶ）で決定される感光体の表面電位に対し、比較的近い表面電位設定ができる印加電圧を帯電ローラ（Ａ）１４に供給すればよく、帯電ローラ（Ａ）１４側は、前記したように所定電圧まで表面電位を上昇できれば、特に印加する電圧を規定する必要はない。

本発明においては、このように帯電ローラ（Ｂ）１３が均一帯電に対する依存度が大きいことに注目し、帯電ローラ（Ａ）１４の動摩擦係数を帯電ローラ（Ｂ）１３の動摩擦係数より大きくし、前記したように、クリーニング部材をすり抜けてくるトナー、及び、トナーへの外添剤であるシリカや、感光体表面を研磨するための研磨剤としてのアルミナ、酸化チタン、また用紙の填料である炭酸カルシウム、タルク、カオリン等、帯電ローラ表面を汚染する物質を帯電ローラ（Ａ）１４で捕集して、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面汚染を防止するようにしたものである。

すなわち、帯電ローラ（Ａ）１４の動摩擦係数を、帯電ローラ（Ｂ）１３の動摩擦係数より大きくすることで、帯電ローラ（Ａ）１４がより強く感光体ドラム１１を摺擦することになり、帯電ローラの表面を汚染させる物質の量は一定であるから、それだけ帯電ローラ（Ｂ）１３に向かう表面汚染物質が少なくなるわけである。

帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３の動摩擦係数を変化させる具体的方法としては、例えば、（１）．帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３の材料を変える、また、通常帯電ローラは、前記したように芯金の周囲に導電性とした例えば発泡エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）などを巻回してなっているが、（２）．この発泡ゴムの発泡状態を変える、（３）．帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３の表面粗さＲｚを変える、（４）．帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３の感光体ドラム１１に対する周速比を変える、等のことが考えられる。

以下、それぞれの方法について具体的に説明してゆくが、本発明者らは、このように帯電ローラが前記した汚染物質によって汚染されることで表面抵抗が増加したとき、感光体ドラム１１の帯電性にどのような影響を与えるかを検討した。

その結果を示したのが図２のグラフである。この図２のグラフにおいて、横軸は帯電ローラの表面抵抗（単位：ｌｏｇΩ）、縦軸は感光体ドラム１１の表面電位Ｖ_０（単位：Ｖ）であり、前記したように感光体ドラム１１の表面電位Ｖ_０が約２５０Ｖとなるよう、帯電ローラに４００Ｖの直流（ＤＣ）に、１．４ＫＶで周波数１．５ｋＨｚの交流（ＡＣ）を重畳したバイアスを印加し、帯電ローラの表面抵抗を４．５（ｌｏｇΩ）から７．３（ｌｏｇΩ）程度まで変化させて、感光体ドラム１１の表面電位がどのように変化するか調べたものである。

その結果、帯電ローラの表面抵抗値が７（ｌｏｇΩ）以上となると放電効率が低下し、感光体ドラム１１の表面電位が低下していることがわかった。すなわちこれは、前記したように３０万枚の印字を行った時点で、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗が７（ｌｏｇΩ）以下であれば所定の帯電性を維持できることを示しており、帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３の動摩擦係数を変化させ、帯電ローラ（Ａ）１４によって表面を汚染させる物質を捕集するようにして、３０万枚の印字を行った後でも、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗が７（ｌｏｇΩ）以下となるようにすればよいことを示している。

また、動摩擦係数を測定する方法であるが、感光体ドラム１１と帯電ローラ（Ａ）１４、（Ｂ）１３の間の動摩擦係数を直接測定することは困難なので、本発明者らは、これら帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３を駆動するモータの駆動電流を測定し、帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３の駆動電流の差により、動摩擦係数の差を示す指標とすることとした。

具体的には、まず感光体ドラム１１を周速６０ｍｍ／ｓｅｃで回転させ、帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３を感光体ドラム１１と同方向に１．５倍の周速で回転させて、それぞれの帯電ローラを回転させるためのＤＣブラシレスモータの電流値を測定し、その値を動摩擦係数の差を示す指標とした。

そして帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３は、前記した動摩擦係数を変化させる方法の２番目に記した発泡ゴムの発泡状態を変える方法を用い、帯電ローラ（Ａ）１４を駆動するモータの電流値が、帯電ローラ（Ｂ）１３を駆動する電流値の１．２倍、１．６倍、２倍となるよう、帯電ローラ（Ａ）１４の芯金の周囲に巻回した導電性の発泡エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）における発泡ゴムの配合、発泡セル数などを成形時の条件にてコントロールし、このセルが１４２個／ｃｍ^２、２２０個／ｃｍ^２、３２７／ｃｍ^２となるようにした上で１０万枚の印字を行い、帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗の変化を調査した。

その結果を示したのが図３のグラフである。この図３において、横軸は帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３の動摩擦係数比率（すなわち、両帯電ローラを駆動するモータの駆動電流比率）、縦軸は両ローラの表面抵抗（単位：ｌｏｇΩ）である。また、■は帯電ローラ（Ａ）１４を、●は帯電ローラ（Ｂ）１３を示している。なお、初期の帯電ローラ（Ｂ）１３における表面抵抗は、５（ｌｏｇΩ）のものを使用した。

この図３のグラフから明らかなように、動摩擦係数が１．２倍では、帯電ローラ（Ａ）１４の表面抵抗は約６．９（ｌｏｇΩ）で帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗は約６．０（ｌｏｇΩ）であり、以下、１．６倍では帯電ローラ（Ａ）１４の表面抵抗が約７．４（ｌｏｇΩ）で帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗が約５．８（ｌｏｇΩ）、２倍では帯電ローラ（Ａ）１４の表面抵抗が約７．４（ｌｏｇΩ）で帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗が約５．４（ｌｏｇΩ）となっている。

すなわち、動摩擦係数が１．２倍、１．６倍では、初期の帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗５（ｌｏｇΩ）が１０万枚の印字によって、１．０（ｌｏｇΩ）、０．８（ｌｏｇΩ）だけ上昇しており、そのまま本願の目的とする３０万枚の印字を行うと、１．６倍でも帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗が７．４（ｌｏｇΩ）となって７（ｌｏｇΩ）を越えてしまう。従って、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗５（ｌｏｇΩ）を初期の状態に維持する、または少なくとも７（ｌｏｇΩ）を越えないようにするためには、帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３の動摩擦係数比率を２倍以上に設定する必要があることが分かる。

なお、帯電ローラ（Ａ）１４は、動摩擦係数を上げていくことで、前記したトナーやトナーの外添剤であるシリカ、研磨剤である酸化チタンやアルミナ、用紙の填料である炭酸カルシウム、タルク、カオリンなどで汚染されて抵抗値が上がるのに対し、帯電ローラ（Ｂ）１３の抵抗値はその上昇が低く抑えられているが、これは、感光体ドラム１１のクリーニングブレード２１、クリーニングローラ２５をすり抜けてくる外添剤や用紙の填料を一定とすると、帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３で回収される外添剤の総和が一定であるため、帯電ローラ（Ａ）１４での回収量が増えるほど、帯電ローラ（Ｂ）１３での回収量（付着量）が減り、抵抗上昇が抑えられるためである。

また、動摩擦係数を変化させる方法は、前記したようにこの発泡ゴムの発泡状態を変える方法だけでなく、帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３の材料を変えてもよく、材料を変えることで、前記の実験結果に従い、帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３の動摩擦係数比率を２倍以上となるようにすればよい。すなわち、帯電ローラは前記したように芯金の周囲に導電材を入れたゴムを巻回してあり、このゴムには、発泡エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、発泡エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）にゴムチューブを被せたもの、ソリッドタイプのエチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）等を用いることができる。

これらの材料は、発泡エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）が発泡エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）にゴムチューブを被せたものより動摩擦計数が大きく、さらに発泡エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）にゴムチューブを被せたものがソリッドタイプのエチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）より動摩擦計数が大きくなるから、帯電ローラ（Ａ）１４に発泡エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）を使用し、帯電ローラ（Ｂ）１３に発泡エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）にゴムチューブを被せたもの、或いはソリッドタイプのエチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）を用いる。また同様に、帯電ローラ（Ａ）１４に発泡エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）にゴムチューブを被せたものを使用し、帯電ローラ（Ｂ）１３にソリッドタイプのエチレン−プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）を用いてもよい。

このようにすることにより、前記したように帯電ローラ（Ｂ）１３の表面が多数枚印字後も汚染されることなく、表面抵抗を必要な値に維持することができるから、高耐久の帯電ローラを有する画像形成装置を提供することができる。

次いで、前記動摩擦係数を変える方法の３番目の、帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３の表面粗Ｒｚさを変える方法であるが、本発明者らは、まず、帯電ローラにおける表面粗さが感光体ドラム１１の帯電性にどのような影響を与えるかを検討した。

帯電ローラの重要な性能として、感光体ドラム１１の均一帯電性が上げられるが、この均一帯電性は、現像によるかぶりによって測定して判断することができる。そのため、まず、表面粗さＲｚが５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍの帯電ローラを用意し、感光体ドラム１１の表面電位が２００Ｖから３４０Ｖとなるようにこれらの帯電ローラにバイアスを印加して、その時のカブリの状態を調べた。

その結果を示したのが図４のグラフである。この図４のグラフにおいて、横軸は感光体ドラム１１の表面電位（Ｖ_０）、縦軸はカブリであり、◆は帯電ローラ表面粗さＲｚが５μｍ、■は同じく１０μｍ、▲は同じく１５μｍ、●は同じく２０μｍで、カブリは、画像品質上、０．０１０以下であることが必要である。

この図４のグラフから、帯電ローラの表面粗さＲｚは、低いものほどカブリのレベルがよくて均一帯電性に優れていることがわかる。また、感光体ドラム１１の表面電位を２４０〜３００Ｖの範囲に設定した場合、許容できる帯電ローラの表面粗さＲｚは１０μm以下となる。

以上の結果をふまえ、帯電ローラ（Ａ）１４、（Ｂ）１３の表面抵抗を約５（ｌｏｇΩ）に調整し、さらに帯電ローラ（Ｂ）１３の表面粗さＲｚを１０μｍに固定した上で、帯電ローラ（Ａ）１４の表面粗さＲｚを１０μｍ、１５μｍ、２０μｍと変化させて印字枚数と帯電ローラ（Ａ）１４、（Ｂ）１３の表面抵抗の関係を調べた結果が図５、図６、図７である。

これらのグラフにおいて、横軸は印字枚数（×１０００枚）、縦軸は帯電ローラ（Ａ）１４、（Ｂ）１３の表面抵抗（単位：ｌｏｇΩ）で、前記した帯電ローラの表面抵抗の上限である７（ｌｏｇΩ）の位置を太い横線で示してある。また、◆は帯電ローラ（Ａ）１４を、●は帯電ローラ（Ｂ）１３の値を示している。

まず図５のグラフに示したように、帯電ローラ（Ａ）１４の表面粗さＲｚが１０μｍの場合、帯電ローラ（Ａ）１４は印字枚数２０万枚で表面抵抗が前記した上限の７（ｌｏｇΩ）に達し、帯電ローラ（Ｂ）１３は、約２５万枚で同じく表面抵抗が前記した上限の７（ｌｏｇΩ）に達している。

それに対し、帯電ローラ（Ａ）１４の表面粗さＲｚを１５μｍと２０μｍとした図６、図７のグラフでは、帯電ローラ（Ａ）１４はそれぞれ印字枚数２０万枚で表面抵抗が前記した上限の７（ｌｏｇΩ）に達しているが、帯電ローラ（Ｂ）１３は、図６の表面粗さＲｚが１５μｍでは印字枚数３０万枚で７（ｌｏｇΩ）に達し、図７の表面粗さＲｚが２０μｍでは、印字枚数３０万枚でもその表面抵抗は約６（ｌｏｇΩ）で７（ｌｏｇΩ）に達していない。

すなわち、帯電ローラ（Ａ）１４の表面粗さＲｚが帯電ローラ（Ｂ）１３の表面粗さと同じＲｚ１０μｍの場合、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗は印字枚数３０万枚以前で上限である７（ｌｏｇΩ）に達し、感光体ドラム１１の表面電位を所定の電位に帯電することができなくなるが、帯電ローラ（Ａ）１４の表面粗さＲｚを１５μｍ以上とすることで、印字枚数３０万枚でも、感光体ドラム１１の表面電位を所定の電位に帯電することが可能なことがわかる。

これは、帯電ローラ（Ａ）１４の表面粗さＲｚを１５μｍ以上とすることで、前記したように帯電ローラ（Ａ）１４により、トナーやトナーの外添剤であるシリカ、研磨剤である酸化チタンやアルミナ、用紙の填料である炭酸カルシウム、タルク、カオリンなどが回収され、帯電ローラ（Ｂ）１３の帯電性を印字枚数３０万枚でも維持できるようにしていることを示している。すなわち、帯電ローラ（Ａ）１４の表面粗さＲｚを帯電ローラ（Ｂ）１３より大きくするということは、それだけ帯電ローラ（Ａ）１４の動摩擦係数を帯電ローラ（Ｂ）１３より大きくすることになり、前記したように、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面汚染を防ぐことができるわけである。

なお、表面粗さＲｚを変える方法であるが、通常帯電ローラは、前記したように芯金の周囲に導電材を入れたゴムを巻回してあるものを使用するのが一般的であり、巻回したゴムは、外径を揃えるために研磨するが、この研磨条件を変化させることで表面粗さＲｚをコントロールすることが可能である。通常、粗研磨では表面粗さＲｚが２０μｍ程度であるが、仕上げによって表面粗さＲｚを５μｍくらいにまで高めることができる。そのため、研磨工程における研磨機の送りスピード、砥石の種類によって表面粗さをコントロールし、前記したように表面粗さＲｚを１５μｍ以上となるようにすればよい。

このようにすることにより、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面が多数枚印字後も汚染されることなく、表面抵抗を必要な値に維持することができるから、高耐久の帯電ローラを有する画像形成装置を提供することができる。

そして、動摩擦係数を変化させる第４の案である、帯電ローラ（Ａ）１４の感光体ドラム１１に対する周速比を変える方法であるが、このように周速を高速とすることにより、回転数が増えることで帯電ローラの摺擦力が大きくなり、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面汚染を防ぐことができる。

そこで、帯電ローラ（Ａ）１４の感光体ドラム１１に対する周速比を、従動（等速）、１．５倍、２．０倍に設定し、１０万枚印字した後の帯電ローラ（Ａ）１４、（Ｂ）１３の表面抵抗の値（すなわち帯電ローラの表面汚染の状態）を調べた。

その結果を図８に示す。この図８において、横軸は帯電ローラ（Ａ）１４の感光体ドラム１１に対する周速比であり、縦軸は帯電ローラ（Ａ）１４、（Ｂ）１３の表面抵抗（ｌｏｇΩ）で、■は帯電ローラ（Ａ）１４、●は帯電ローラ（Ｂ）１３の値である。なお、帯電ローラ（Ｂ）１３の初期（印字開始前）の表面抵抗は５（ｌｏｇΩ）とし、それぞれの周速比において、１０万枚印字した後の表面抵抗がプロットされている。

この図８のグラフから明らかなように、帯電ローラ（Ａ）１４の感光体ドラム１１に対する周速比が従動（等速）の場合、帯電ローラ（Ａ）１４の表面抵抗が約６．５（ｌｏｇΩ）、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗が約６．３（ｌｏｇΩ）で殆ど変わりが無く、１．５倍では帯電ローラ（Ａ）１４の表面抵抗が約７．２（ｌｏｇΩ）と７（ｌｏｇΩ）を越え、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗が約５．８（ｌｏｇΩ）となってその差が大きく開いている。また、２．０倍の場合は、帯電ローラ（Ａ）１４の表面抵抗が約７．５（ｌｏｇΩ）、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗が約５．５（ｌｏｇΩ）と、さらにその差が大きくなっている。

すなわち、周速比が等速、１．５倍では、初期の帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗５（ｌｏｇΩ）が１０万枚の印字によって、約６．３（ｌｏｇΩ）と約５．８（ｌｏｇΩ）となり、初期の表面抵抗５（ｌｏｇΩ）に対して約１．３（ｌｏｇΩ）と約０．８（ｌｏｇΩ）上昇している。そのため、そのまま本願の目的とする３０万枚の印字を行うと、この値が略３倍になって、周速比が等速では８．９（ｌｏｇΩ）、１．５倍では７．４、（ｌｏｇΩ）と７（ｌｏｇΩ）を越えてしまう。従って、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗５（ｌｏｇΩ）を初期の状態に維持する、または少なくとも７（ｌｏｇΩ）を越えないようにするためには、帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３の動摩擦係数比率を２倍以上に設定する必要があることが分かる。

この結果から、帯電ローラ（Ｂ）１３の初期の抵抗値５（ｌｏｇΩ）を３０万枚印字後も維持するためには、図５、図６、図７に示した帯電ローラ（Ｂ）１３の表面抵抗上昇率を参酌すると、帯電ローラ（Ａ）１４の感光体ドラム１１に対する周速比を２．０倍以上に設定することが好ましいことがわかる。

以上のようにして、種々の方法で帯電ローラ（Ａ）１４における動摩擦係数を、帯電ローラ（Ｂ）１３の動摩擦係数よりも大きくすることで、トナーやトナーの外添剤、及び用紙の填料等を帯電ローラ（Ａ）１４でより多く回収でき、帯電ローラ（Ｂ）１３の汚染を防いで感光体ドラム１１の帯電を、長期にわたって安定して行えるようになる。

なお、帯電ローラ（Ｂ）１３の表面汚染を防止する手段としては、第５の実施例として、帯電ローラ（Ａ）１４により、クリーニング手段をすり抜けてきたトナーやトナーの外添剤、及び用紙の填料等の殆どを回収できれば帯電ローラ（Ｂ）１３の表面汚染が防げるから、それぞれの帯電ローラ（Ｂ）１３、（Ａ）１４に印加するバイアスを変化させることも考えられる。

すなわち、帯電ローラ（Ｂ）１３に印加する帯電バイアスよりも、帯電ローラ（Ａ）１４に印加する帯電バイアスを大きく設定することにより、クリーニングをすり抜けてきたトナーやトナーの外添剤、及び用紙の填料等に対する電気的な回収力をあげることができる。

具体的には、例えば、帯電ローラ（Ａ）１４に＋３５０ＶのＶｄｃ電圧を、帯電ローラ（Ｂ）１３に＋４５０ＶのＶｄｃ電圧を印加し、前記と同様１．４ＫＶで周波数１．５ｋＨｚの交流（ＡＣ）を印加すると、＋に帯電したトナー及び外添剤は帯電ローラ（Ｂ）１４の方が＋電圧が大きいため、反発する力が帯電ローラ（Ａ）１３よりも大きく、帯電ローラ（Ａ）の方が＋に帯電した粒子の回収能力が高くなる。そのため、以上述べてきた方法と組み合わせることにより、さらに帯電ローラ（Ａ）１４による汚染物質の回収能力を上げることが可能となる。

なお、以上の説明では、帯電ローラを２つの場合を例に説明してきたが、これは２つだけに限らず、３つ、或いはそれ以上設置するようにしても良いことは自明である。

本発明によれば、長期にわたって安定して感光体ドラム１１を均一に帯電でき、しかも、オゾンなどの環境に悪影響を与える物質を発生しない帯電ローラを備えた画像形成装置を提供することができる。

本発明の画像形成装置における、感光体ドラム１１とその周辺に配される画像形成プロセス手段の概略を示した図である。帯電ローラが汚染物質によって汚染されることで表面抵抗が増加したとき、感光体ドラム１１の帯電性にどのような影響を与えるかを調べたグラフである。帯電ローラ（Ａ）１４と帯電ローラ（Ｂ）１３動摩擦係数比率を変化させたときのそれぞれの帯電ローラの抵抗値を調べたグラフである。帯電ローラの表面粗さが感光体ドラムの表面電位に与える影響を、現像後のカブリの状態で調査した結果を示したグラフである。帯電ローラ（Ａ）１４の表面粗さＲｚを１０μｍとして印字枚数と帯電ローラ（Ａ）１４、（Ｂ）１３の表面抵抗の関係を調べた結果を示すグラフである。帯電ローラ（Ａ）１４の表面粗さＲｚを１５μｍとして印字枚数と帯電ローラ（Ａ）１４、（Ｂ）１３の表面抵抗の関係を調べた結果を示すグラフである。帯電ローラ（Ａ）１４の表面粗さＲｚを２０μｍとして印字枚数と帯電ローラ（Ａ）１４、（Ｂ）１３の表面抵抗の関係を調べた結果を示すグラフである。帯電ローラ（Ａ）１４の感光体ドラム１１に対する周速比を変化させ、１０万枚印字した後の帯電ローラ（Ａ）１４、（Ｂ）１３の表面抵抗の値を示したグラフである。

符号の説明

１１感光体ドラム
１３、１４帯電ローラ
１５露光器
１７現像器
１９転写ローラ
２１クリーニングブレード
２３イレース手段
２５クリーニングローラ

Claims

電子写真方式でトナー画像を形成、担持する感光体と、該感光体と周速比を持たせて回転しながら前記感光体に接触し、前記感光体表面を帯電させる複数の帯電ローラとを備えた画像形成装置において、
前記感光体の回転方向上流側に設けた帯電ローラの動摩擦係数を、下流側に設けた帯電ローラの動摩擦係数よりも大きく設定し、上流側帯電ローラにより帯電ローラの表面汚染物質を捕集することを特徴とする画像形成装置。
前記上流側帯電ローラの表面粗さを、下流側帯電ローラの表面粗さより大きくしたことを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置。
前記上流側帯電ローラの前記感光体に対する周速比を、下流側帯電ローラの感光体に対する周速比より大きくしたことを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置。
前記上流側帯電ローラの周速を、前記感光体の周速より早くしたことを特徴とする請求項３に記載した画像形成装置。
前記上流側帯電ローラと下流側帯電ローラの少なくとも表面層構成材料を異ならせ、前記上流側帯電ローラの構成材料の動摩擦係数を下流側帯電ローラの構成材料の動摩擦係数より大きな材料で構成したことを特徴とする請求項１に記載した画像形成装置。
前記帯電ローラの少なくとも表面層を発泡ゴムで構成し、前記上流側帯電ローラの発泡ゴムの動摩擦係数を、下流側帯電ローラの発泡ゴムの動摩擦係数より大きくなるよう発泡状態を変えたことを特徴とする請求項５に記載した画像形成装置。
前記帯電ローラに印加する帯電バイアスを直流に交流を重畳して構成し、前記上流側帯電ローラに印加する帯電バイアスにおける交流電圧値を、下流側帯電ローラに印加する交流電圧値より大きくしたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載した画像形成装置。
前記上流側帯電ローラに印加する帯電バイアスにおける直流電圧値を、下流側帯電ローラに印加する直流電圧値より大きくしたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載した画像形成装置。