JP4777291B2 - 画像形成装置およびそれに用いられるプロセスカートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式の画像形成装置において、静電潜像が形成される像担持体と当接して該像担持体を帯電させる帯電ローラに関するものである。

電子写真方式による画像形成においては、画像に応じた静電潜像を感光体の表面に形成する。このとき、静電潜像の形成に先立って、感光体の表面を均一に帯電させる帯電処理が必要となる。ここで、感光体の帯電方法には、非接触帯電方式によるものと、接触帯電方式によるものとの２種類がある。

非接触帯電方式では、いわゆるコロトロン帯電器またはスコロトロン帯電器などが用いられ、これらの帯電器が生じるコロナ放電により、空気を媒介して感光体に電荷を供給する。このような非接触帯電方式では、帯電器が感光体に接触しないため、感光体の汚染や磨耗を低減できるという利点があるが、その一方で、コロナ放電に伴ってオゾンなどの副生成物が発生するといった問題もある。

近年では、環境への配慮から、コロナ放電を用いない接触式の帯電器が注目されている。接触式の帯電器の中には、電圧が印加されたローラ形状のゴム部材を感光体に当接させるものがあり、このゴム部材を含むローラは、一般に帯電ローラと呼ばれている。

特許文献１には、この帯電ローラ（帯電ロール）表面の付着物を長期にわたって安定して除去し、かつ、帯電不良や帯電ムラの発生を充分に抑えるために、帯電ローラ表面の十点平均粗さＲｚを１０μｍ以下にすることが開示されている。また、特許文献１では、この帯電ローラを用いた画像形成装置において、感光体上の転写残トナーのクリーニング性向上や感光体の膜減り防止を目的として、感光体にステアリン酸亜鉛などの潤滑剤を塗布することも開示されている。

一方、特許文献２〜９には、帯電ローラのゴム部材に対して表面処理を施す技術が開示されている。これらの特許文献に記載された技術では、エピクロルヒドリン系ゴム基材からなるゴム部材の表面を、イソシアネート化合物を用いて改質（硬化）させることにより、ゴム部材の周囲にさらなる層を形成することなく、表面からイオン導電剤などが漏出するのを防止することができるとされている。
特開２００５−１８９５０９号公報（２００５年７月１４日公開） 特開平５−２８１８３０号公報（１９９３年１０月２９日公開） 特開２０００−３４６０５１号公報（２０００年１２月１２日公開） 特開２００１−３４８４４３号公報（２００１年１２月１８日公開） 特開２００２−４０７６０号公報（２００２年２月６日公開） 特開２００２−８２５１４号公報（２００２年３月２２日公開） 特開２００４−１９１９６０号公報（２００４年７月８日公開） 特開２００４−１９１９６１号公報（２００４年７月８日公開） 特開２００６−５３５４４号公報（２００６年２月２３日公開）

しかしながら、上記従来の帯電ローラは、ステアリン酸亜鉛などの潤滑剤が塗布された感光体を帯電させる際に、スリップを生じやすいという問題を有している。帯電ローラが感光体を帯電させる際にスリップすると、スリップにより帯電ローラが接触しなかった領域において電荷の抜けが発生し、その結果、形成画像に黒筋が発生してしまう。

この帯電ローラのスリップは、プロセス速度が例えば２８０ｍｍ／ｓｅｃと高速な場合、あるいは感光体への潤滑剤の塗布量が多い場合などに特に顕著になる。また、帯電ローラに対して直流定電圧のみを印加している場合、交流電圧を重畳する場合に比べて、感光体に対する帯電電位の制御性に劣るため、スリップによる画像欠陥が顕著になる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、潤滑剤が塗布された像担持体を帯電ローラによって帯電させる画像形成装置において、帯電ローラのスリップを防止することにある。

本発明に係る画像形成装置は、上記課題を解決するために、潤滑剤が塗布される像担持体と、表面が上記像担持体と当接するゴム層を有する帯電ローラとを備えた画像形成装置であって、上記ゴム層は、表面の十点平均粗さＲｚが１１μｍ以上であることを特徴とする。

本明細書において「十点平均粗さＲｚ」とは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４に規定されているものを指す。

本発明に係る画像形成装置に備わる帯電ローラは、上述した従来のものと比べて、表面の十点平均粗さＲｚの値が大きくなっている。このようにゴム層の表面を従来よりも粗くすることにより、帯電ローラと像担持体との間の摩擦力（グリップ力）を向上させることができる。さらに、本発明の画像形成装置では、像担持体の表面に潤滑剤が塗布されているが、帯電ローラのゴム層の表面を粗くすることにより、ミクロな視点で見ると像担持体と帯電ローラとの接触面積が小さくなるため、像担持体から帯電ローラのゴム層の表面へ移行する潤滑剤の量が減少する。これらの結果、帯電ローラのスリップを大幅に抑制することができる。

そして、上記ゴム層は、表面の十点平均粗さＲｚが２０μｍ未満であることが好ましい。あるいは、上記ゴム層は、表面の最大高さＲｍａｘが２５．８μｍ未満であってもよい。

本明細書において、「最大高さＲｍａｘ」とは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９８２に規定されているものを指す。

ゴム層の表面のＲｍａｘが大きいと、部分的（スポット的）に凸部が存在するため、帯電ローラによる像担持体に対する帯電が均一にならず、像担持体上に帯電の強い小さなスポットができる。その結果、形成画像に砂状かぶりが発生してしまう。ここで、ゴム層の表面の十点平均粗さＲｚを２０μｍ未満に抑えるか、あるいは、ゴム層の表面の最大高さＲｍａｘを２５．８μｍ未満に抑えれば、スポット的な凸部が小さくなるため、砂状かぶりを防止することができる。

なお、上記ゴム層は、イソシアネート化合物を少なくとも含む溶剤によって表面が硬化処理されていることが好ましい。

上記構成によれば、ゴム層の周囲にさらに表面層を設けることなく、ゴム層の表面の硬度を確保し、ゴム層に含まれている物質（例えばイオン導電剤など）が漏れ出して像担持体を汚染するのを防止することができる。

また、上記ゴム層は、表面のＪＩＳ−Ａ硬度が３５°以下であることが好ましい。

ゴム層の表面の硬度が高いと、充分なニップが確保できないためにグリップ力が不足して、帯電ローラと像担持体との間でスリップを生じやすくなるが、３５°以下にすることにより、低い荷重でも充分にグリップするようになり、黒筋の発生を一層抑制することができる。

さらに、上記ゴム層は中空の円筒形状であり、上記ゴム層と上記像担持体との当接幅であるニップ幅Ｗと、上記ゴム層の外径Ｄとが、次の式（１）
Ｄ／Ｗ＜４５ …（１）
を満たしていることが好ましい。

Ｄ／Ｗは、ニップ幅の単位長さあたりの帯電ローラの外径の長さを示している。ニップ幅が大きければ、帯電ローラと感光体との当接面積が大きくなるので、スリップの発生を低減することができるものの、帯電ローラ径が大きければ回転時の慣性力が大きくなるため、スリップしやすくなる。従って、Ｄ／Ｗが４５未満になるようにニップ幅の大きさを設定すれば、充分なニップ幅を確保でき、帯電ローラの外径に関らずスリップを好適に防止できるようになる。

なお、上記帯電ローラは、上記像担持体を帯電させる際に、直流定電圧が印加されるものであってもよい。

画像形成の際に像担持体を均一帯電させるための印加電圧を直流定電圧にすると、オゾンなどの副生成物の発生を減少させることができるという利点がある。ただしその一方で、スリップに起因する黒筋が発生しやすくなるという欠点もある。しかしながら、本発明に係る画像形成装置の帯電ローラでは、ゴム層の表面粗さが上述したように調節されているので、印加電圧が直流定電圧であっても、スリップおよびそれに起因する黒筋の発生を防止することができる。

また、上記像担持体および上記帯電ローラは、画像形成の際に、周面における速度が２８０ｍｍ／秒以上となるように回転駆動されるものであってもよい。

回転駆動時の像担持体の周面における速度は、画像形成処理の速さの指標であるプロセス速度に等しい。上記のように、周面における速度を２８０ｍｍ／秒以上にすれば、高速画像形成処理が可能になる。通常、このように処理速度を増加させると、帯電ローラと像担持体との間にスリップを生じやすくなるが、本発明に係る画像形成装置の帯電ローラでは、ゴム層の表面粗さが上述したように設定されているので、スリップおよびそれに起因する黒筋の発生を防止することができる。

また、上記ゴム層は、ラッピング研磨されたものであることが好ましい。より具体的には、上記ゴム層は、砥石研磨およびラッピング研磨を含む少なくとも２つの研磨処理が施されていることが好ましい。

十点平均粗さＲｚを維持しつつ、最大高さＲｍａｘのみを低減させるために、ラッピング研磨を従来の研磨工程に追加することにより、ゴム層の表面の十点平均粗さＲｚを１１μｍ以上にし、かつ、最大高さＲｍａｘを２５．８μｍ未満にすることが容易になる。

なお、画像形成装置に装着されるプロセスカートリッジであって、上記像担持体と上記帯電ローラとを少なくとも備えたプロセスカートリッジも本発明に含まれる。

以上のように、本発明に係る画像形成装置およびプロセスカートリッジは、帯電ローラのゴム層の表面の十点平均粗さＲｚが１１μｍ以上となっている。従って上述したように、潤滑剤が塗布された像担持体を帯電ローラによって帯電させる画像形成装置において、帯電ローラのスリップに起因する画像欠陥を防止できるという効果を奏する。

〔実施形態〕
本発明の一実施形態について図１から図６に基づいて説明すると以下の通りである。

まず、図２に基づいて、本実施形態の画像形成装置１０の要部構成を説明する。なお、図２は、画像形成装置１０を正面側から見た縦断面図である。

図２に示すように、画像形成装置１０は、用紙上に画像データに応じた画像を電子写真方式によって形成するものである。画像形成装置１０は、感光体（像担持体）１を備え、その周囲に、周知のカールソンプロセスを実施するための構成である、帯電ローラ２、露光ユニット３、現像ユニット４、転写ユニット５、定着ユニット６、及びクリーニングユニット７を備えている。

感光体１はドラム形状をなし、図示しない筐体に回転可能に軸支されている。感光体１は、アルミニウム材などの支持体の表面にＯＰＣ（Organic Photoconductor：有機光導電体）等からなる感光層を形成したものである。ただし、感光体１として、このドラム形状の感光体の代わりに、ベルト状の感光体を用いることもできる。

帯電ローラ２は、感光体１の表面に接触して、感光体１の表面を所望の電位に均一に帯電させるものであり、ローラ形状になっている。そして、この帯電ローラ２は、図示しない筐体に回転可能に軸支されている。帯電ローラ２の詳細な構成については後述する。

露光ユニット３は、発光素子をアレイ状に並べたＥＬＤ（electro luminescent display）やＬＥＤ（light emitting diode）などの書込みヘッド、あるいは、レーザ照射部と反射ミラーとを備えたレーザスキャニングユニット（ＬＳＵ）である。露光ユニット３は、外部から入力される画像データに応じて感光体１を露光することにより、感光体１上に、画像データに応じた静電潜像を形成する機能を有している。

現像ユニット４は、感光体１の表面に形成された静電潜像をトナーによって顕像化（現像）し、トナー像を形成するものである。転写ユニット５は、複数のローラに張架された回転する無端ベルトを有している。転写ユニット５では、この無端ベルトに感光体１からトナー像が転写され、転写されたトナー像をさらに用紙に転写することにより、用紙にトナー像が形成される。

定着ユニット６は、トナー像が転写された用紙を紙面の両側から加熱されたローラによって圧接することにより、用紙にトナー像を定着させるものである。

クリーニングユニット７は、トナー像を転写した後の感光体１の表面を清掃するものである。クリーニングユニット７には、潤滑剤７ａ、ブラシローラ７ｂ、およびブレード７ｃが備わっており、これらの部材がケース７ｄにより覆われている。

ブレード７ｃは、感光体１の表面に残留するトナーを回収するためのものであり、感光体１の軸方向を長手方向とする長尺状のゴム部材によって形成されている。ブレード７ｃは、一方の長辺がケース７ｄに設けられた開口部における感光体１の回転方向下流側に取り付けられ、他方の長辺のエッジ（角）が感光体１の表面に接触するよう配置されている。

潤滑剤７ａは、ブラシローラ７ｂによって感光体１の表面に塗布されるものであり、感光体１の長さと同じ長さ（幅）を長手方向に有した直方体の固形形状となっている。この潤滑剤７ａは、潤滑剤保持部材によって保持されており、摩滅して残量が少なくなった場合は交換可能になっている。

潤滑剤７ａには、例えば、金属石鹸として知られている脂肪酸金属塩またはフッ素樹脂などを用いることができる。脂肪酸金属塩としては、ステアリン酸亜鉛（ジンクステアレート）、ステアリン酸銅、ステアリン酸鉄、パルチミン酸マグネシウム、オレイン酸亜鉛、パルチミン酸カルシウム、オレイン酸マンガン、またはオレイン酸鉛等の、比較的長鎖の脂肪酸の金属塩を挙げることができる。

ブラシローラ７ｂは、感光体１と略同じ長さ（幅）を有した筒型形状のブラシであるとともに、感光体１の表面にブラシの毛の先が当たるように、感光体１と互いの軸が平行になるように配置されている。そして、ブラシローラ７ｂは、感光体１の回転方向と逆方向に回転駆動され、これにより、当接部において両者は互いに同じ向きに摺動するようになっている。

感光体１のブラシローラ７ｂとの当接部位は、転写部位よりも感光体１の回転方向下流側となっており、トナー像を転写した後の感光体１の表面とブラシローラ７ｂとが当接するようになっている。ブラシローラ７ｂは、感光体１との当接部位よりもブラシの回転方向上流側に配された潤滑剤７ａを掻き取るとともに、掻き取った潤滑剤を感光体１の表面に塗布する。

このように、ブラシローラ７ｂは、感光体１の表面に潤滑剤７ａの微粒子を塗布することにより、ブレード７ｃと感光体１の表面との間の摩擦力を低減させるとともに、感光体１の表面へのトナーの付着力を弱めるので、ブレード７ｃによる除去が効率よく行われるようになると同時に、感光体１の磨耗が抑制される。

なお、本実施形態の画像形成装置において、感光体１および帯電ローラ２は着脱可能に設けられていてもよい。すなわち、少なくとも感光体１および帯電ローラ２を、プロセスカートリッジ（プロセス装置）として一体的に構成し、このプロセスカートリッジを画像形成装置に装着することにより、上述した画像形成装置を実現してもよい。

次に、感光体１の構成について詳述する。本実施形態において、感光体１は、図３に示すようにドラム形状であり、支持体４１と、その表面に形成された感光層４４とからなっている。

支持体４１は、感光層４４を支持するためのものであり、（ａ）アルミニウム、アルミニウム合金、銅、亜鉛、ステンレス鋼、チタンなどの金属材料、（ｂ）ポリエチレンテレフタレート、ポリエステル、ポリオキシメチレン、もしくはポリスチレンなどの高分子材料、硬質紙、またはガラスなどの表面に、金属箔をラミネートしたもの、金属材料を蒸着したもの、または導電性高分子、酸化スズ、酸化インジウム、炭素粒子、もしくは金属粒子などの導電性化合物の層を蒸着もしくは塗布したものなどを用いることができる。

感光層４４は、ＯＰＣ（Organic Photoconductor：有機光導電体）等からなり、図３に示すように、支持体４１の表面側から順に、電荷発生層４５、電荷輸送層４６が積層されたものである。電荷発生層４５は、光照射を受けて電荷を発生させるものである。この電荷発生層４５は、図４に示すように、光を吸収することにより電荷を発生させる電荷発生材料（ＣＧＭ）４２と、この電荷発生材料４２を結着させるバインダ樹脂４８とを含んでいる。

一方、電荷輸送層４６は、電荷発生層４５で発生した電荷を受け入れて、感光体１表面に輸送するものである。この電荷輸送層４６は、図４に示すように、電荷を輸送する電荷輸送材料（ＣＴＭ）４３と、この電荷輸送材料４３を結着させるバインダ樹脂４７とを含んでいる。

これにより、感光層４４が光照射によって露光されると、露光された領域では電荷発生層４５から電荷が発生し、発生した電荷が電荷輸送層４６によって感光層４４の表面に輸送される。その結果、感光層４４の表面電荷が中和されて、静電潜像が形成される。

上記の電荷発生材料４２としては、４００〜８００ｎｍの波長の光で電荷を発生させる物質が望ましい。具体的には、ビスアゾ化合物、トリスアゾ化合物などのアゾ化合物；フタロシアニン化合物；スクエアリウム化合物；アズレニウム化合物；ペリレン系化合物；インジゴ化合物；キナクリドン化合物；多環キノン化合物；シアニン色素；キサンテン染料；ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、トリニトロフルオレノンなどの電荷移動錯体；などが挙げられ、また、必要に応じてこれらを２種以上混合したものであってもよい。なお、電荷発生層４５における電荷発生材料４２の含有率は、重量基準で２０〜８０％であることが好ましい。

一方、上記の電荷輸送材料４３としては、例えば、カルバゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、イミダゾロン誘導体、イミダゾリジン誘導体、ビスイミダゾリジン誘導体、スチリル化合物、ヒドラゾン化合物、ピラゾリン誘導体、オキサゾロン誘導体、ベンズイミダゾ−ル誘導体、キナゾリン誘導体、ベンゾフラン誘導体、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、アミノスチルベン誘導体、トリアリルアミン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、スチルベン誘導体、ベンジジン誘導体、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリ−１−ビニルビレン、またはポリ−９−ビニルアントラセンなどを用いることができ、必要に応じてこれらを２種以上混合したものであってもよい。なお、電荷輸送層４６における電荷輸送材料４３の含有率は、重量基準で２０〜８０％であることが好ましい。

上記のバインダ樹脂４７・４８としては、例えば、ポリエステル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、フェノキシ樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリビニルホルマール樹脂などの各種樹脂、および、これらの樹脂を構成する繰返し単位のうちの２つ以上を含む共重合体樹脂などからなる群から選ばれる１種が単独でまたは２種以上が混合されて使用される。また、例えば、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル−無水マレイン酸共重合体樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体樹脂などの絶縁性の共重合体樹脂であってもよい。

感光体１は、上記の支持体４１上に、電荷発生材料４２、バインダ樹脂４８およびそれらの溶媒となる有機溶剤を含む電荷発生層液を浸漬塗布し、有機溶剤を蒸発させて電荷発生層４５を形成した後、さらに、電荷輸送材料４３、バインダ樹脂４７およびそれらの溶媒となる有機溶剤を含む電荷輸送層液を浸漬塗布し、有機溶剤を蒸発させて電荷輸送層４６を形成することにより、製造することができる。

次に、帯電ローラ２の構成について詳述する。本実施形態において、帯電ローラ２は、図１に示すようにローラ形状であり、円柱状の芯金２１と、その周面上に形成されたゴム層２２とからなっている。ここで、ゴム層２２は、表面処理が施された処理領域２３と、表面処理が施されていない非処理領域２４とを含み、ゴム層２２において、処理領域２３は表層側、そして、非処理領域２４は芯金２１側となっている。

上記の芯金２１としては、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）などの導電性金属を棒状に成形したものを用いることができる。この芯金２１には、感光体１を帯電させる際には、直流定電圧が印加される。

また、芯金２１の周囲のゴム層２２は、エピクロルヒドリン単独重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体、エピクロルヒドリン−アリルグリシジルエーテル共重合体、およびエピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル三元共重合体から選択される１種または２種以上のブレンドからなるエピクロルヒドリン系ゴムを基材とする組成物によって形成されている。

また、エピクロルヒドリン系ゴム基材に、電子導電剤またはイオン導電剤などを添加してもよい。これらの導電剤の添加により、ゴム層２２の抵抗値を所望の値に調節することができる。ゴム基材に添加する電子導電剤としては、例えばカーボンブラック、カーボングラファイトまたはカーボンナノチューブなどの導電性カーボン、あるいは、スズ、亜鉛またはアンチモンなどの酸化物である金属酸化物の微粉などを用いることができる。一方、ゴム基材に添加するイオン導電剤としては、例えば、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，ＣａもしくはＭｇなどの金属のアンモニア錯塩または過塩素酸塩、あるいは、三フッ化酢酸ナトリウムまたは４級アンモニウム塩などを用いることができる。また、ゴム層２２は、上述したゴム基材および各種導電剤に加え、さらに加硫促進剤および架橋剤を含有していてもよい。

そして、上記の各種添加剤を含有するゴム基材に対して表面処理液を塗布して含浸させ、その後加熱することによって、ゴム層２２に処理領域２３が形成される。なお、表面処理液の塗布方法としては、スプレー塗装やディッピング塗装など、一般的な塗布方法が適用可能である。一方、表面処理液が含浸しなかったゴム層２２の内側部分は、非処理領域２４となる。なお、処理領域２３と非処理領域２４とは、明確な境界を有しているわけではない。この表面処理により、イオン導電剤などがゴム層２２から染み出して感光体を汚染してしまうのを防止することができる。

上記の表面処理液としては、イソシアネート化合物に、アクリルフッ素系ポリマー、アクリルシリコーン系ポリマーおよびカーボンブラックなどの導電剤を添加したものを用いることができる。上記のイソシアネート化合物としては、例えば、２，６−トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、４，４′−ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、パラフェニレンジイソシアネート（ＰＰＤＩ）、１，５−ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）及び３，３−ジメチルジフェニル−４，４′−ジイソシアネート（ＴＯＤＩ）および前記記載の多量体および変性体などが挙げられる。

また、アクリルフッ素系ポリマー及びアクリルシリコーン系ポリマーには、所定の溶剤に可溶でイソシアネート化合物と反応して化学的に結合可能なものを用いることができる。具体的には、アクリルフッ素系ポリマーは、水酸基、アルキル基、又はカルボキシル基を有する溶剤可溶性のフッ素系ポリマーであり、例えば、アクリル酸エステルとアクリル酸フッ化アルキルのブロックコポリマーやその誘導体等が挙げられる。また、アクリルシリコーン系ポリマーは、溶剤可溶性のシリコーン系ポリマーであり、例えば、アクリル酸エステルとアクリル酸シロキサンエステルのブロックコポリマーやその誘導体等が挙げられる。

ここで、本実施形態の帯電ローラ２において注目すべきは、ゴム層２２の表面が適切な表面粗さになるように形成されている点である。具体的には、ゴム層２２は、表面の十点平均粗さＲｚが１１μｍ以上と、従来のものよりも粗くなっている。

上記のようにゴム層２２の表面を従来よりも粗くすることにより、帯電ローラ２と感光体１との間の摩擦力（グリップ力）を向上させることができる。さらに、本実施形態の画像形成装置１０では、感光体１の表面に潤滑剤７ａが塗布されているが、帯電ローラ２のゴム層２２の表面を粗くすることにより、ミクロな視点で見ると感光体１と帯電ローラ２の接触面積が小さくなるため、感光体１からゴム層２２に移行する潤滑剤７ａの量が減少する。これらの結果、帯電ローラ２のスリップを大幅に抑制することができる。

そして、ゴム層２２の表面の十点平均粗さＲｚは、２０μｍ未満であることが好ましい。ゴム層２２の表面粗さを大きくしすぎると、帯電ローラ２による感光体１に対する帯電が均一にならず、感光体１上に帯電の強い小さなスポットができる。その結果、形成画像に砂状かぶりが発生してしまう。ここで、ゴム層２２の表面の十点平均粗さＲｚを２０μｍ未満に抑えれば、後述する実施例に示すように、砂状かぶりを防止することができる。

また、砂状かぶりを防止するためには、ゴム層２２の表面の十点平均粗さＲｚを２０μｍ未満にする代わりに、ゴム層２２の表面の最大高さＲｍａｘを２５．８μｍ未満にしてもよい。砂状かぶりの原因となる帯電の不均一性は、実際には、ゴム層２２の表面において突出した凸部によりもたらされるものであるので、最大高さの影響を大きく受ける。従って、最大高さＲｍａｘを２５．８μｍ以下に抑えることによっても砂状かぶりを防止することができる。なお、ゴム層２２の表面の最大高さＲｍａｘを２５．８μｍ未満に抑えれば、後述する実施例に示すように、十点平均粗さＲｚが２０μｍを少々超えても、砂状かぶりを防止することができる。

なお、ゴム層２２の表面の十点平均粗さＲｚを１１μｍ以上にし、かつ、ゴム層２２の表面の最大高さＲｍａｘを２５．８μｍ未満にするためには、以下の手順で３つの研磨工程を行うことが好ましい。まず、第１の研磨工程として、従来の砥石研磨を行う。この砥石研磨では、図５に示すように、円盤状の砥石５０の周面を帯電ローラ２のゴム層２２の表面に当接させ、双方を反対周りに回転させる。そして、その状態で、砥石５０を帯電ローラ２の長手方向に（回転軸に沿って）往復運動させる。これにより、帯電ローラ２のゴム層２２の荒研磨が行われる。

次に、第２の研磨工程として、第１の研磨に用いた砥石よりも、より細かな砥石を用いた砥石研磨を行う。これにより、ゴム層２２の表面の十点平均粗さＲｚおよび最大高さＲｍａｘを低減させることができる。

最後に、本実施形態では、第３の研磨工程として、ラッピング研磨を行う。このラッピング研磨では、図６に示すように、遊離砥粒を分散させた研磨剤を帯電ローラ２のゴム層２２と工具（ラップ）５１との間に介在させた状態で、ゴム層２２と工具とを摺動させる。ラッピング研磨には、ダイヤモンド、炭化ケイ素、アルミナなどの微粉、あるいは、酸化ケイ素、酸化セリウム、ジルコニア、酸化クロムなどの親水性の酸化物系砥粒などを用いることができる。これにより、ゴム層２２の表面の十点平均粗さＲｚを略維持しつつ、最大高さＲｍａｘのみを実質的に低減させることができる。

なお、研磨方法としては上記に限らず、例えばポリッシング研磨等の研磨処理を用いてもよい。

帯電ローラを研磨する際に、従来は、上記の３つの研磨工程のうち、第１および第２の砥石研磨のみを行っていたが、本実施形態では、さらにラッピング研磨を追加することにより、十点平均粗さＲｚの値を維持しつつ、最大高さＲｍａｘのみを小さくすることが可能になっている。

なお、ゴム層２２は、表面のＪＩＳ−Ａ硬度が３５°以下であることが好ましい。ゴム層２２の表面の硬度が高いと、帯電ローラ２と感光体１との間でスリップを生じやすくなるが、後述する実施例に示すように、３５°以下にすることにより、低い荷重でも充分にグリップするようになり、黒筋の発生を抑えることができる。ゴム硬度を下げることは、プロセス速度が例えば２８０ｍｍ／秒以上と速い場合や、印加電圧が直流定電圧の場合、感光体にステアリン酸亜鉛などの潤滑剤が多量に塗布されているような場合に、特に有効である。

また、ゴム層２２と感光体１とのニップ幅（回転方向の幅）をＷとし、ゴム層２２の外径をＤとすると、ＷおよびＤは、次の式（１）
Ｄ／Ｗ＜４５ …（１）
を満たしていることが好ましい。

Ｄ／Ｗは、ニップ幅の単位長さあたりの帯電ローラ２の外径の長さを示している。ニップ幅が大きければ、帯電ローラ２と感光体１との当接面積が大きくなるので、スリップの発生を低減することができるものの、帯電ローラ径が大きければ回転時の慣性力が大きくなるため、スリップしやすくなる。従って、Ｄ／Ｗが４５未満になるようにニップ幅Ｗの大きさを設定すれば、後述する実施例に示すように、帯電ローラ２の外径に関らずスリップを好適に防止できるようになる。

また、上述したように、本実施形態では、画像形成の際に帯電ローラ２に印加される電圧が直流の一定電圧となっている。画像形成の際に感光体を均一帯電させるための印加電圧を直流定電圧にすると、オゾンなどの副生成物の発生を減少させることができるという利点がある。その一方で、帯電ローラ２の印加電圧に直流定電圧を用いると、交流電圧を重畳する場合に比べて、感光体に対する帯電電位の制御性に劣り、スリップによる画像欠陥が顕著になる。これは、交流電圧を重畳した場合、感光体と帯電ローラとの間で放電・逆放電を繰り返すため、感光体の表面電位が一定の電位に収束する作用が生じるが、直流定電圧のみではこの作用はえられないからである。しかしながら、本実施形態の帯電ローラ２では、ゴム層２２の表面粗さが上述したように調節されているので、スリップおよびそれに起因する黒筋の発生を防止することができる。なお、画像形成時以外の、例えば画像形成前に行われる前回転または画像形成後に行われる後回転の際の印加電圧は、直流定電圧に限らず、直流電圧に交流電圧を重畳したものなどであってもよい。

また、本実施形態の画像形成装置１０では、画像形成時に、感光体１およびそれに対して従動回転する帯電ローラ２を、周面が２８０ｍｍ／秒以上の速度になるように回転駆動することもできる。上記の回転速度で感光体１および帯電ローラ２を回転駆動すれば、画像形成装置のプロセス速度（画像形成処理速度）が２８０ｍｍ／秒以上となり、高速処理が可能になる。通常、このように処理速度を増加させると、帯電ローラ１と感光体１との間にスリップを生じやすくなるが、本実施形態の帯電ローラ２では、ゴム層２２の表面粗さが上述したように設定されているので、スリップおよびそれに起因する黒筋の発生を防止することができる。

〔実施例〕
次に、本発明の有効性を検証するために行った実施例について説明する。

（実験１）
本実験では、ゴム層２２の表面の硬度および十点平均粗さＲｚを様々に変化させた帯電ローラ２を用いて画像形成を行い、形成した画像に黒筋あるいは砂状かぶりが発生するか否かを調べた。そして、ゴム層２２の十点平均粗さＲｚと黒筋あるいは砂状かぶりの発生との関係を明らかにした。

本実験では、直径８ｍｍのＳＵＳ棒を芯金２１とし、ゴム層２２のゴム基材としてエピクロルヒドリンゴムを用いた。そして、このゴム基材にカーボンブラックを主成分とする電子導電剤および過塩素酸リチウムを主成分とするイオン導電剤を練り込むことにより、イオン導電剤を含有するゴム層２２を芯金２１上に成型し、疑似帯電ローラ１２を作製した。このとき、ゴム軟化材（パラフィンオイル）の添加量を変化させることによって、ゴムの硬度を実施例および比較例ごとに異なる値に調節した。具体的には、ゴム層２２の表面の硬度（ＪＩＳ−Ａ規格）を、比較例１−１、比較例１−２、比較例１−３、実施例１−４では３９度、実施例１−１、実施例１−３、実施例１−５、比較例１−４では３５度、実施例１−２では３１度とした。

そして、疑似帯電ローラ１２のゴム層２２の表面に対して、上述した砥石研磨２回およびラッピング研磨１回をこの順に行い、ゴム層２２の外径を２１ｍｍとした。なお、上記の研磨工程において、研磨に用いる砥粒の粗さおよび研磨時間などを調節することにより、十点平均粗さＲｚの異なる帯電ローラを実施例および比較例ごとに作製した。具体的には、ゴム層２２の表面の十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４）を、比較例１−１では８．７μｍ、比較例１−２では９μｍ、比較例１−３では９．３μｍ、実施例１−１では１１．４μｍ、実施例１−２、実施例１−３、実施例１−４では１３．８μｍ、実施例１−５では１７．６μｍ、比較例１−４では２０μｍとした。なお、十点平均粗さＲｚは、触針式表面粗さ計（株式会社小坂研究所製、表面粗さ測定器 サーフコーダＳＥ−３０Ｈ）を用いて測定した。

続いて、この疑似帯電ローラ１２に対して、イソシアネート化合物、アクリルフッ素系ポリマーおよびアクリルシリコーン系ポリマーを含む表面処理液をスプレーを用いて吹き付けて含浸させた後、焼成処理することにより、疑似帯電ローラ１２の表面処理を行い、帯電ローラ２を作製した。

一方、感光体１の支持体４１には、表面粗さ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９８２の最大高さ）Ｒｍａｘが３μｍで、直径が８０ｍｍのアルミニウム管を用いた。感光体１の電荷発生層４５の材料となる電荷発生層液として、
・Ｙ型オキソチタニルフタロシアニン（ＳＹＮＴＥＣ製、電荷発生物質）…１重量部
・ポリビニルブチラール（積水化学工業社製、商品名：エスレックＢＭＳ、バインダ樹脂）…１重量部
・メチルエチルケトン（有機溶剤）…９８重量部
を含むものを調製した。

また電荷輸送層４６の材料となる電荷輸送層液として、
・次の構造式で表されるスチリル系化合物（電荷輸送物質）…１００重量部

・ポリカーボネート樹脂（帝人化成社製、商品名：Ｃ１４００、粘度平均分子量：３８，０００、バインダ樹脂）…１００重量部
・メチルエチルケトン（有機溶剤）…８００重量部
・シリコーンオイル（東レダウコーニング・シリコーン社製、商品名：ＳＨ２００、添加剤）…０．０２重量部
を含むものを調製した。そして、上記の支持体４１にそれぞれの層液を浸漬塗布し、有機溶剤を蒸発させることにより感光層４４を形成した。

そして、帯電ローラ２を、感光体１に対して、帯電ローラ２から感光体１への荷重が５００ｇｆ（≒４．９Ｎ）となるように当接させ、帯電ローラ２に直流電圧を印加させながらプロセス速度３９５ｍｍ／秒で用紙上に画像形成を行った。このとき、感光体１には、３０μｇ／Ａ４（画像形成するＡ４用紙１枚あたり３０μｇの割合）でステアリン酸亜鉛からなる潤滑剤を塗布した。そして、用紙上に形成された画像に黒筋および砂状かぶりが発生していないかを目視により確認した。

その結果、黒筋に関しては、下記の表１に示すように、比較例１−１、比較例１−２、比較例１−３では、形成された画像に黒筋が発生した。また、実施例１−１では、黒筋が少し発生した。そして、実施例１−２、実施例１−３、実施例１−４、実施例１−５、比較例１−４では、黒筋が発生しなかった。一方、砂状かぶりに関しては、比較例１−４のみで発生し、それ以外では発生しなかった。

ただし、表１の「黒筋」について、「○」は黒筋が全く発生しなかったことを表し、「△」は黒筋が少し発生したことを表し、「×」は黒筋が発生したことを表す。また、「砂状かぶり」について、「○」は砂状かぶりが全く発生しなかったことを表し、「×」は砂状かぶりが発生したことを表す。

なお、本実験では、硬度が３９度で十点平均粗さが例えば２０μｍと大きい帯電ローラ２を作製していないが、これは、帯電ローラ２の硬度が高いと、研磨しやすいために、表面の十点平均粗さＲｚの値を安定的に大きくすることが難しいからである。また、同様に、硬度が３１度で十点平均粗さが例えば１０μｍと小さい帯電ローラ２を作製していないが、これは、帯電ローラ２の硬度が低いと、研磨し難いために、表面の十点平均粗さＲｚの値を小さくすることが難しいからである。

以上の実験結果から、黒筋の発生を防止するためには、帯電ローラ２のゴム層２２の表面の十点平均粗さＲｚを１１μｍ（より精確には１１．４μｍ）以上にすることが好ましく、１３μｍ（より精確には１３．８μｍ）以上にすることがより好ましいことが示唆された。また、砂状かぶりの発生を防止するためには、帯電ローラ２のゴム層２２の表面の十点平均粗さＲｚを２０μｍ未満にすることが好ましいことが示唆された。

（実験２）
次に、実験１と同様の方法で作製した帯電ローラ２および感光体１を用いて、ニップ幅の大きさに対する帯電ローラ２の外径の大きさと、黒筋の発生との関係を調べた。本実験では、様々な表面硬度を有する帯電ローラ２を様々な荷重で感光体１と当接させ、帯電ローラ２に直流定電圧を印加しながら用紙に対してプロセス速度３９５ｍｍ／秒で画像形成を行い、形成した画像に黒筋が発生しているか否かを目視により確認した。このとき、感光体１には、３０μｇ／Ａ４でステアリン酸亜鉛からなる潤滑剤を塗布した。そして、外径の異なる帯電ローラ２および感光体１を３種類用意し、様々な外径の条件下で共通する傾向を調べた。

具体的な実験条件は次の通りである。まず、本実験の全ての実施例および比較例では、帯電ローラ２の十点平均粗さを１３．８μｍとした。そして、比較例２ａ−１、比較例２ａ−２、実施例２ａ−１、実施例２ａ−２、実施例２ａ−３、実施例２ａ−４、実施例２ａ−５では、帯電ローラの外径を２１ｍｍとし、感光体１の外径を８０ｍｍとした。また、比較例２ｂ−１、比較例２ｂ−２、実施例２ｂ−１、実施例２ｂ−２、実施例２ｂ−３、実施例２ｂ−４、実施例２ｂ−５では、帯電ローラの外径を１８ｍｍとし、感光体１の外径を６０ｍｍとした。そして、比較例２ｃ−１、実施例２ｃ−１、実施例２ｃ−２、実施例２ｃ−３、実施例２ｃ−４、実施例２ｃ−５、実施例２ｃ−６では、帯電ローラの外径を１４ｍｍとし、感光体１の外径を３０ｍｍとした。また、各実施例および比較例におけるゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ硬度）および荷重、そして、そのときのニップ幅、ローラ径／ニップ幅は、下記の表２〜４の通りである。

その結果、下記の表２〜４に示すように、ローラ径／ニップ幅の大きさが４５以上で黒筋が発生し、４４未満（精確には４３．８以下）で黒筋が発生しなかった。

ただし、表２〜４の「黒筋」について、「○」は黒筋が全く発生しなかったことを表し、「△」は黒筋が少し発生したことを表し、「×」は黒筋が発生したことを表す。

以上の実験結果から、黒筋の発生を防止するためには、帯電ローラ２の外径／ニップ幅が、４５未満であることが好ましく、４３．８以下であることがより好ましいことが示唆された。

また、ゴム硬度が低ければ低いほど、小さい荷重でも充分なグリップ力が確保でき、黒筋の発生を抑制できることが示唆された。

（実験３）
次に、実験１と同様の方法で作製した帯電ローラ２および感光体１を用いて、ゴム層２２の表面の最大高さＲｍａｘと砂状かぶりの発生との関係を調べた。本実験では、ゴム層２２の表面の最大高さＲｍａｘが異なる帯電ローラ２を感光体１と当接させ、帯電ローラ２に直流定電圧を印加しながら用紙に対してプロセス速度３９５ｍｍ／秒で画像形成を行い、形成した画像に砂状かぶりが発生しているか否かを目視により確認した。このとき、感光体１には、３０μｇ／Ａ４でステアリン酸亜鉛からなる潤滑剤を塗布した。

各実施例および比較例における条件、すなわちゴム層２２の表面の最大高さＲｍａｘ、そしてそのときの十点平均粗さＲｚは、下記の表５の通りである。なお、十点平均粗さＲｚおよび最大高さＲｍａｘは、触針式表面粗さ計を用いて測定した。

その結果、下記の表５に示すように、ゴム層２２の表面の最大高さＲｍａｘが２７．５の場合には砂状かぶりが顕著に発生し、２５．８の場合に砂状かぶりが少し発生し、２４．２以下では砂状かぶりが全く発生しなかった。

ただし、表５の「砂状かぶり」について、「○」は砂状かぶりが全く発生しなかったことを表し、「△」は砂上かぶりが少し発生したことを表し、「×」は砂状かぶりが顕著に発生したことを表す。

上記の結果から、砂状かぶりを防止するためには、ゴム層２２の表面の最大高さＲｍａｘを２５．８μｍ未満にすることが好ましく、２４．２μｍ以下にすることがより好ましいことが示唆された。また、この条件を満たしていれば、十点平均粗さＲｚが２０μｍを少々超えていても、砂状かぶりが発生しないことが示唆された。

本発明は上述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

また、本明細書で示した数値範囲以外であっても、本発明の趣旨に反しない合理的な範囲であれば、本発明に含まれることはいうまでもない。

本発明によれば、潤滑剤が塗布された像担持体を帯電ローラによって帯電させる画像形成装置において、帯電ローラのスリップを防止することができる。よって、本発明は、電子写真方式の画像形成装置に好適に適用することができる。

本発明の一実施形態を示すものであり、帯電ローラの構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態を示すものであり、画像形成装置の全体構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態を示すものであり、感光体の構造を示す斜視図である。 本発明の一実施形態を示すものであり、感光体の内部構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態を示すものであり、帯電ローラの表面粗さを調節するための研磨工程の１つを説明する図である。 本発明の一実施形態を示すものであり、帯電ローラの表面粗さを調節するための研磨工程の別の１つを説明する図である。

符号の説明

１ 感光体（像担持体）
２ 帯電ローラ
３ 露光ユニット
４ 現像ユニット
５ 転写ユニット
６ 定着ユニット
７ クリーニングユニット
７ａ 潤滑剤
７ｂ ブラシローラ（潤滑剤供給手段）
７ｃ ブレード
７ｄ ケース
２１ 芯金
２２ ゴム層
２３ 処理領域
２４ 非処理領域

Claims (7)

1. 潤滑剤が塗布される像担持体と、表面が上記像担持体と当接するゴム層を有する帯電ローラとを備えた画像形成装置であって、
   上記ゴム層は、表面の十点平均粗さＲｚが１１μｍ以上であり、かつ、表面の最大高さＲｍａｘが２５．８μｍ未満であり、
   上記ゴム層は中空の円筒形状であり、
   上記ゴム層と上記像担持体との当接幅であるニップ幅Ｗと、上記ゴム層の外径Ｄとが、次の式（１）
   Ｄ／Ｗ＜４５ …（１）
   を満たしており、
   上記ゴム層は、表面のＪＩＳ−Ａ硬度が３５°以下であり、
   上記像担持体および上記帯電ローラは、画像形成の際に、周面における速度が２８０ｍｍ／秒以上となるように回転駆動されるものであることを特徴とする画像形成装置。
2. 上記ゴム層は、表面の十点平均粗さＲｚが２０μｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 上記ゴム層は、イソシアネート化合物を少なくとも含む溶剤によって表面が硬化処理されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 上記帯電ローラは、上記像担持体を帯電させる際に、直流定電圧が印加されるものであることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
5. 上記ゴム層は、ラッピング研磨が施されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 上記ゴム層は、砥石研磨およびラッピング研磨を含む少なくとも２つの研磨処理が施されていることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
7. 画像形成装置に装着されるプロセスカートリッジであって、
   請求項１に記載の画像形成装置の上記像担持体と上記帯電ローラとを少なくとも備えていることを特徴とするプロセスカートリッジ。

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