JP6292889B2 - 帯電部材、プロセスカートリッジ及び画像形成装置。 - Google Patents

Description

本発明は、帯電部材を感光体のような被帯電体に接触させて被帯電体面を帯電・除電処理する接触式の帯電装置及びこれを備えた画像形成装置及びこ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。

複写機やレーザービームプリンタなどの電子写真画像形成装置は、画像データに対応した光を一様に帯電させた電子写真感光体に照射して静電潜像を形成する。そして、この静電潜像に対して、現像装置から記録材料である現像剤（トナー）を供給して、トナー像として顕像化する。このトナー像を、転写装置によって感光体から記録シートなどの記録材へ転写し、定着装置で記録材上に定着することで記録画像が形成される。記録材分離後の感光体表面は、クリーニング装置により転写残トナーが掻き取られて清掃され、繰り返して作像に供される。

感光体表面を帯電させる方法としては、低電圧プロセス、低オゾン発生量、低コストなどの点から、帯電部材を被帯電体としての感光体表面に接触させ、帯電部材に電圧を印加することにより感光体表面を帯電させる接触帯電がある。

帯電部材への印加電圧は、直流電圧のみとする方式（ＤＣ印加方式）と、時間とともに電圧値が周期的に変化する交番電圧を印加する方式（ＡＣ印加方式）がある。ＡＣ印加方式はＤＣ印加方式よりも均一帯電性のラティチュードが大きい利点がある。

このようにＡＣ印加方式により帯電部材に振動電圧を印加した場合、帯電電位に交流電圧成分の周期に対応するムラが発生する。そして、感光体に対する走査露光画像周波数と、上述の帯電ムラの空間周波数が近接した場合に両者の干渉により画像上でうなりを生じ、画像濃度のモアレパターンとして観測される。つまり、感光体の最終的な表面電位を決定するのは、帯電部材と感光体が分離する最後の瞬間と考えられる。このため、放電ニップの出口が直線であると、ＡＣ成分に基づく感光体表面の帯電ムラも直線になる為、横線の画像周波数と帯電ムラの空間周波数が近付いたときに干渉を起こしやすくなり、モアレが顕著に発生するのである。

そこで特許文献１では、接触帯電部材にスポンジ表層を設け、スポンジのセルが成す凹凸をランダムに配置している。この構成により放電ニップが完全な直線にならない為、ＡＣ成分の周波数に応じて被帯電体面に生じる帯電電位変化ムラが直線状にならず、走査露光画像周波数と干渉しにくくなり、モアレの発生を抑制している。

特願平４−１８３２４号公報

しかしながら特許文献１では、帯電部材表面を構成するスポンジのセルに凹凸がある。このため、カートリッジの使用に伴い、クリーニングブレードでクリーニングしきれなったトナーの現像剤や外添剤が、帯電部材表面の凹凸部で捕集されてしまう場合がある。すなわち、セルの凹凸に、現像剤の微粉や粗粉、もしくは、現像剤に使用される外添剤等の微粉が貯まっていく。すると、帯電部材は感光体（感光体ドラム）との当接ニップにおいて、放電に必要な空間（ギャップ）を消失してしまう。この結果、当接ニップ内で放電が困難になる。このため、放電が当接ニップ外の狭い領域（帯電部材の長手方向に直線的に延びる領域）で行われるようになる。そのため帯電部材に印加される交流電流のＡＣ成分に対応した帯電ムラが感光体ドラムに生じてしまう。感光体ドラムに生じた帯電ムラが、走査露光画像周波数と干渉すると、感光体上に形成される画像にモアレが発生してしまう可能性があった。

また、帯電部材を構成するスポンジの凹凸に外添剤が貯まることで、感光体ドラムを機械的に摺擦することになる。この結果、感光体ドラムに傷が付き、クリーニング不良が発生する可能性があった。

特に、クリーニングブレードの長手方向において感光体ドラムに対する侵入量を同一に設定した場合、感光体ドラムがクリーニングブレードによって押圧されている為、支持されている端部により感光体ドラムの中央部が反ってしまう。そして、その当接圧は長手方向中央部に比べて端部の方が高くなる。従って、クリーニングブレードの摺擦力が中央部に比べて大きくなる為、感光体ドラム表層は中央より、端部が削れやすい。

また、感光体ドラム表層は、記録材が感光体ドラムと転写ローラ間の転写ニップ部を通過する際の摺擦により、摩耗する。さらに、記録材を介した状態での感光体ドラムと転写ローラ間の転写ニップ部での転写圧は、長手方向中央部に比べて記録材端部で高くなっている。従って、記録材端部で、紙コバ（紙粉）の発生量が多くなる。この紙コバ（紙粉）がクリーニングブレードニップに溜まり、感光体ドラムを傷つける場合がある。したがって、紙コバ（紙粉）の発生量が多い記録材端部で、感光体ドラム表層が摩耗しやすい。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、モアレの発生を抑制しつつ、感光体の削れを低減する帯電部材を提供することである。

この目的を達成するため、本発明の帯電部材は、画像形成装置の像担持体の長手方向に沿うように配置され、前記像担持体を帯電させる帯電部材であって、前記帯電部材は、第１の表面領域と、２つの第２の表面領域とを有し、前記長手方向に関して前記第１の表面領域は２つの前記第２の表面領域の間に配置され、前記第１の表面領域の表面は、前記帯電部材が前記像担持体に接触した時に前記像担持体との当接面において、前記像担持体と前記帯電部材との間で放電を可能とする隙間を形成する粗さであり、前記第２の表面領域の表面は、前記帯電部材が前記像担持体に接触した時に前記像担持体との当接面において、前記像担持体と前記帯電部材との間で放電を可能とする隙間を形成し、前記第１の表面領域の粗さよりも低い粗さであり、前記像担持体は、表面に画像形成領域と前記画像形成領域の前記長手方向の外側の非画像形成領域とを有し、前記長手方向に関して、前記第１の表面領域と前記第２の表面領域との境界の位置は、前記画像形成領域と前記非画像形成領域との境界の位置の近傍であり、前記第２の表面領域は前記第１の表面領域よりも前記像担持体との間の放電量が少ないことを特徴とする。

本発明の帯電部材は、像担持体に接触した時に十分に放電可能な粗さを有する第１の表面領域と第１の表面領域よりも放電量が少なくなうように第１の表面領域の粗さよりも低い粗さを有する第２の表面領域を有している。そして、第１の表面領域は、長手方向で画像形成領域に対応しており、第２の表面領域は、長手方向で非画像形成領域に対応している。このため、像担持体のトナーがない非画像形成領域は、摩耗し易いが帯電部材の第２の表面領域で放電量が少ないので像担持体の摩耗を防ぐことができる。

本発明の実施形態の画像形成装置の概略構成を説明する模式的断面図である。 本発明の実施形態の帯電ローラの横断面図である。 本発明の実施形態の帯電ローラの長手方向を１０分割し、その間の粗さを示すグラフである。 本発明の実施形態の帯電ローラの長手方向の１０分割の様子を示す模式図である。 本発明の実施形態において、感光体ドラムと帯電ローラとの間のエアギャップの測定の様子を示す図である。 本発明の実施形態において、感光体ドラムと帯電ローラとの間のエアギャップを測定した結果の一例を示すグラフである。 本発明の実施形態において、帯電ローラと感光体ドラムとの、当接部の拡大模式図である。図７（ａ）は帯電ローラの加圧が無い状態で当接する状態であり、図７（ｂ）は帯電ローラが加圧により、感光体ドラムに押しつけられ、感光体ドラムと帯電ローラとの距離が圧縮された状態を示している。 図６に示す長手位置の区分毎に、エアギャップの測定結果と、計算によるエアギャップの結果とを示す表である。 本発明の他の実施形態において、帯電ローラの長手を１０分割し、その間の粗さを示すグラフである。 図９に示す帯電ローラの長手方向の１０分割を示す模式図である。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素の相対配置、表示画面等は、特に特定的な記載が無い限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

なお、本明細書において、画像形成装置の構成や動作について、上、下、右、左、といった方向を表す用語は、特に断りのない場合それらの通常の使用状態においてみたときの方向を示す。つまり、画像形成装置の通常の使用状態は、適正に配置された画像形成装置に対して適正に装着され、画像形成動作に供し得る状態である。

＜第１実施形態＞
（画像形成装置の全体構成）
本発明に係る実施形態の画像形成装置について説明する。

図１は、本実施形態の画像形成装置の概略構成を説明する模式的断面図である。

画像形成装置１００は、以下の要素等から構成されている。感光体ドラム１（像担持体）は、現像剤像を担持し、回転自在に設けられている。帯電ローラ２は、ローラ形状を有し、潜像形成前に感光体ドラム１の表面に帯電処理を施す。露光装置３は、感光体ドラム１の表面における帯電処理済みの部位に露光処理を施し潜像を形成する。

現像装置１０は、感光体ドラム１の表面に形成担持された潜像を現像剤により可視画像とする。転写ローラ２０は、感光体ドラム１の表面に形成担持された可視画像をシート状の記録媒体Ｋに転写し未定着画像を記録媒体Ｋに形成する。定着装置３０は未定着画像を担持した記録媒体Ｋに定着処理を施し未定着画像を記録媒体Ｋに定着記録せしめる。クリーニング装置４０は、転写処理後における感光体ドラム１の表面の残留物を除去回収し次なる潜像形成に備える。

なお、感光体ドラム１、帯電ローラ、現像装置１０，クリーニング装置４０は、一体的にプロセスカートリッジを構成し、画像形成装置の本体に着脱可能になっている。

図１において、記録媒体Ｋは矢印Ａの方向に搬送され、転写処理、定着処理後に画像形成装置１００の外部に排出される。現像剤は、本実施形態にあっては、平均粒径＝７μｍ、平均円形度９５である、スチレンアクリル樹脂及び磁性体等から構成された一成分磁性現像剤が採用されている。

次に、本実施形態に係る画像形成プロセスに関して図１に基づき説明する。

画像形成装置１００にあっては、感光体ドラム１は、所定のプロセススピード（２００ｍｍ／Ｓｅｃ）で回転駆動される。帯電ローラ２は、芯金の両端部をそれぞれ軸受け部材（不図示）により回転自在に保持させるとともに、加圧ばね（不図示）によって感光体ドラム１方向に付勢され、感光体ドラム１の表面に対して所定の押圧力（５００ｇ重）をもって圧接させている。そして、帯電ローラ２は、感光体ドラム１の回転に伴い従動回転している。

所定の帯電バイアスが高圧電源５０から芯金を介して帯電ローラ２に印加されることで、回転する感光体ドラム１の周面が所定の電位に帯電処理される。本実施形態における、印加バイアスは、Ｖｄｃ＝−５５０Ｖ、Ｖｐｐ＝１４００Ｖ、ｆ＝１４００Ｈｚの正弦波の重畳振動電圧である。

また、感光体ドラム１の表面における帯電処理済みの部位に露光装置３からレーザを露光させることにより、感光体ドラム１の表面における帯電処理済みの部位に、感光電位Ｖｌ＝−１３０Ｖの潜像が形成される。

感光体ドラム１の表面に形成担持された潜像は、可視画像とされ、感光体ドラム１の表面に形成担持された可視画像は、感光体ドラム１及び転写ローラ２０の間に達した記録媒体Ｋに転写され、未定着画像が記録媒体Ｋに形成される。

なお、感光体ドラム１は、直径２４ｍｍ、アルミニウムシリンダに膜厚１８μｍのＯＰＣ層をコートした反転現像方式の感光体ドラムであり、最外層は変性ポリカーボネートをバインダー樹脂とする電荷輸送層で構成される。

このようにして、未定着画像を担持した記録媒体Ｋが定着装置３０から定着処理を施され未定着画像が記録媒体Ｋに定着記録され、定着処理済みの記録媒体Ｋが画像形成装置１００の外部に排出されることにより、一連の画像印字プロセスが終了する。

転写処理後における感光体ドラム１の表面の残留物がクリーニング装置４０に除去回収されることにより、感光体ドラム１が次なる潜像形成に備えられる。

続いて、本実施の帯電部材について詳細に述べる。

（帯電ローラの層構成）
本実施形態に係る帯電部材の層構成について、説明する。

図２は、帯電ローラ２の横断面図である。

同図に示すように、帯電ローラ２は、円柱状の導電性支持体２ａと、その外周に形成された導電性弾性層２ｂ（弾性層）と、導電性弾性層２ｂの外周を被覆する表面層２ｃ（弾性層）とを有する。表面層２ｃの表面には複数の微小突起部が設けられている。

導電性弾性層２ｂは、導電剤と高分子弾性体とを混合したものを、導電性支持体２ａの外周に同心一体にローラ状に形成した。導電剤としては、例えば四級アンモニウム塩のようなイオン導電剤、またはカーボンブラックのような電子導電剤が使われる。また、高分子弾性体としては、例えばエピクロルヒドリンゴムまたはアクリロニトリルゴム等が用いられる。

その後、導電性弾性層２ｂの厚さを研磨により調整することで、１０〜２００μｍのクラウン形状となっている。本実施形態では１００μｍのクラウン量とした。さらに導電性弾性層２ｂを作製した後に、被覆層として表面層２ｃを設けている。

表面層２ｃは、少なくとも、表面層バインダーと表面粗し剤としての微粒子（体積平均粒径１０〜５０μｍ、好ましくは２０〜４０μｍ）を含有し、該微粒子は球状粒子、異形粒子のいずれでも良い。さらに、表面層バインダーに対する微粒子の入れ目量は１０〜１００ｗｔ％である。

続いて、本実施形態における帯電部材の諸物性値について述べる。

（帯電ローラの硬度）
帯電ローラ２のアスカーＣ硬度は、５０°以上８５°以下が好適であった。本実施形態では、帯電ローラ２のアスカーＣ硬度は８５°とした。

なお、アスカーＣ硬度の測定は、ローラ表面の中央部及び中央部より両側９０ｍｍ部のそれぞれの周方向１２０°ピッチ位置（計９箇所）を、ＡＳＫＥＲ Ｃ定荷重測定９．８Ｎ（１．０Ｋｇｆ）にて測定した。

帯電ローラ２のＭＤ−１硬度は、６０度から８５度、好ましくは６０度から７０度が好適であった。本実施形態では、帯電ローラ２のアスカーＣ硬度は６４度とした。

なお、アスカーＣ硬度の測定は、ローラを２３℃／５３ＲＨの中へ４時間以上放置後、ローラ表面中央部及び中央部より両側９０ｍｍ部のそれぞれの周方向１８０°ピッチ位置（計６箇所）をＭＤ−１マイクロゴム硬度計にて測定した測定平均値である。

（帯電ローラのヤング率）
本実施形態において、帯電ローラ２の導電性弾性層２ｂと表面層２ｃを合わせた層のヤング率を合成ヤング率と定義すると、合成ヤング率は、１０〜２００ＭＰａが好ましく、特に５０〜１５０ＭＰａが好適である。なお、帯電ローラ２の合成ヤング率は、ユニバーサル硬度計（Ｆｉｓｃｈｅｒ社製の表面皮膜物性試験機フィッシャースコープＨ１００Ｃ）により１００ｍＮ／ｍｍ^２の荷重を１分間で加え、荷重が１００ｍＮ／ｍｍ^２に達した後の歪み量から合成ヤング率を算出した。本実施形態で用いた帯電ローラ２の合成ヤング率は６４ＭＰａであった。

（帯電ローラの抵抗）
帯電ローラ２の抵抗値は２３℃、５３％ＲＨにおいて、１．０×１０^７Ω・ｃｍ
〜１．０×１０^９Ω・ｃｍが好ましい。本実施形態の抵抗値は５．０×１０^７Ω・ｃｍであった。測定値は、次のように測った。帯電ローラ２を２３℃、５３％ＲＨの中へ２４時間以上放置後、その環境中で電流測定装置のΦ３０鏡面金属ローラへ総荷重測定９．８Ｎ（１．０Ｋｇｆ）（端部荷重４．９Ｎ（０．５Ｋｇｆ）×２）で押し付けた。そして、Φ３０鏡面金属ローラを３０ｒｐｍの速度で従動回転させながらＤＣ２００Ｖ電圧を印加した時の値が測定値である。

（帯電ローラの製造方法）
次に、本実施形態における帯電ローラ２の製造方法について説明する。粒子径が１〜８μｍの大きさからなる表層液を基層上に塗工する。そののち、帯電ローラ２の長手、非画像域のみマスキング処理をおこなう。その後、マスキング処理されていない画像域に対し、粒子径が１０〜４０μｍで構成される表層液を塗工する。このように、マスキング処理することで、粗さの変移点を設けている。

なお、製造方法としては、本実施形態のようなマスキング処理の他に以下のような製造方法を用いることができる。

すなわち、帯電ローラ２の表面に粒子を、装置により吹き付けて、表面粗さを形成する場合では、画像形成域には粗さの大きい粒子を吹き付け、非画像域においては、粗さの小さい粒子を吹き付けることで、長手の表面粗さを変えることも可能である。

また、表層を塗工したのち、非画像域の表層剤をふき取ることで、長手の表面粗さを変えることも可能である。

いずれにしても、帯電ローラ２の長手方向で表面粗さの変移点を設けることが可能であれば良い。

（帯電ローラの表面粗さ）
感光体ドラム１の画像形成領域に接触するクリーニングブレードには、微粒子のトナーが潤滑剤として機能する。しかし、感光体ドラム１の非画像形成領域にはトナーが存在しないので、非画像形成領域において、感光体ドラム１とクリーニングブレードの摩擦係数が高くなる。従って非画像形成領域は、画像形成領域と比較して感光体ドラム１の削れの進行が早くなる傾向がある。このため、感光体ドラム１の画像域端部の削れ量が多くなると、画像上、もしくは画像外通紙部（余白部）に、酷い縦スジが発生することがあった。

本実施形態はこの点に着目し、画像形成領域端部に粗さの変移点を設け、非画像域において、放電量を減らすことにより、ドラムの削れ量を抑制し、縦スジなどの異常画像の発生を抑制するものである。

本実施形態における画像領域における帯電ローラ２の表面の十点平均粗さは、Ｒｚｊｉｓ＝１５〜５０μｍ、好ましくはＲｚｊｉｓ＝２０〜３０μｍである。本実施形態では、帯電ローラ２の表面はＲｚ＝２６μｍとした。

また、本実施形態における非画像領域における帯電ローラ２の表面の十点平均粗さは、Ｒｚｊｉｓ＝０．１〜１５μｍが好適である。本実施形態では、非画像域の平均粗さは、Ｒｚ＝２．６μｍの帯電ローラを使用した。

なお、本実施形態において、Ｒｚｊｉｓの測定は、いずれも、ＪＩＳ−Ｂ０６０１−２００１を基準とした。そして、（株）小坂研究所製の表面粗さ測定器サーフコーダＳＥ３５００型を用いて、長手方向について、測定長８．０ｍｍ、カットオフ値０．８ｍｍ、測定速度０．３ｍｍ／ｓｅｃの条件で測定した。

図３は、帯電ローラ２の長手方向を１０分割し、その間の粗さを示すグラフである。また、図４は、帯電ローラ２の長手方向の１０分割の様子を示す模式図である。

これらの図に示すように、区間３〜８（第１の表面領域）に対しては、表面の十点平均粗さＲｚｊｉｓ（μｍ）が１５≦Ｒｚｊｉｓ≦５０を満たしており、本実施形態では表面の十点平均粗さＲｚｊｉｓ（μｍ）が２１μｍであった。

また、区間１〜２及び区間９〜１０（第２の表面領域）において、表面の十点平均粗さＲｚｊｉｓ（μｍ）が１５＞Ｒｚｊｉｓを満たしている。

このように帯電ローラ２は、第１の表面領域（区間３〜８）と第１の表面領域の長手方向外側の第２の表面領域（区間１〜２及び区間９〜１０）とを有する。さらに、第１の表面領域と第２の表面領域との境界の長手方向位置は、感光体ドラム１の画像形成領域と非画像形成領域との境界の長手方向位置の近傍にある。

本実施形態では、区間１は〜区間２の平均は６．３μｍ、区間９〜１０では６．１μであった。

すなわち、帯電ローラ２のアスカーＣ硬度が５０°以上８５°以下である場合に、帯電ローラ２の表面の十点平均粗さＲｚｊｉｓ（μｍ）が１５≦Ｒｚｊｉｓ≦５０を満たしている区間３〜８（第１の表面領域）では、表面が粗いため十分に放電可能である。一方、帯電ローラ２のアスカーＣ硬度が５０°以上８５°以下である場合に、帯電ローラ２の表面の十点平均粗さＲｚｊｉｓ（μｍ）が１５＞Ｒｚｊｉｓを満たしている第２の表面領域では、第１の表面領域に比べ放電量が少ない。なお、「放電量が少ない」という語句の意味には放電しない場合も含むものとする。

次に、本実施形態における画像形成域と、非画像形成域において、帯電ローラ２と感光体ドラム１との当接部における放電に関して説明する。

（放電ギャップ計算）
帯電ローラ２と、被帯電体としての感光体ドラム１の導電性基層との間に印加された電圧は、感光体層の静電容量Ｃ１と、帯電ローラ２と感光体層との間に形成された微小なエアギャップＧ部分の静電容量Ｃ２に配分される。なお、感光体層は、比誘電率３、厚み１８μｍのＯＰＣ感光体層である。具体的には、感光体層の静電容量Ｃ１と、空気層の静電容量Ｃ２は、ｄを空気層の厚みとし、その単位をμｍとしたとき、
Ｃ１＝３×８．８５×１０^−１２×１／１８×１０^−６
Ｃ２＝１×８．８５×１０^−１２×１／ｄ×１０^−６
と表わされる。

一方、微小な空気層の絶縁破壊電圧Ｖｚは、大気圧下では、パッシェンの法則に基づいて
Ｖｚ＝３１２＋６．２ｄ（７．７×１０^−６ｍ＜ｄ）
と与えられる。

また、大気圧下では、空気層の厚みが７．７μｍ以下になると、パッシェンの法則より放電が行われない為、印加電圧をＶ［Ｖ］としたときに空気層に実際にかかる電圧Ｖａｉｒは、
Ｖａｉｒ＝Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）×Ｖであり、Ｖａｉｒ≧Ｖｚのとき放電が行われる。故に１０００Ｖを印加したとき、放電可能なエアギャップＧの間隔距離ｄは、ｄ＝７．７〜１０２μｍであり、２０００Ｖを印加したとき、放電可能なエアギャップＧの間隔距離ｄは、ｄ＝７．７〜２６５μｍである。

上述するギャップ計算に基づき、本実施形態の帯電ローラ２が、感光体ドラム１との当接時に形成されるギャップとの相関を調べる。

（当接部におけるギャップ測定）
帯電ローラ２における、感光体ドラム１と帯電ローラ２との当接面において、感光体ドラム１と帯電ローラ２との間できる隙間高さ（以下、エアギャップＧ）の測定を行った。

測定方法として、隙間測定機ＧＭ１０００Ｌ（オプトロン社製）を使用した。

図５は、感光体ドラム１と帯電ローラ２との間のエアギャップＧの測定の様子を示す図である。

測定は、帯電ローラを２３℃、５３％ＲＨ環境下で２時間以上放置した後、図５に示すようにφ５０のつや消し基準金属ロール１１０に対し、荷重９．８Ｎ（１ｋｇ重）で当接させた。そして、つや消し基準金属ロール１１０を０．３２ｒｐｓで回転させた状態で、背面よりレーザスキャン１１２を行い、帯電ローラ２と基準金属ロール１１０の間に生じる隙間をレーザ受光装置１１１にて３秒間測定した。

図６は、感光体ドラム１と帯電ローラ２との間のエアギャップＧを測定した結果の一例を示すグラフである。

帯電ローラ２の画像形成域にける隙間高さの範囲は５〜３０μｍが好ましく、本実施形態の帯電ローラ２は平均で１６μｍであった。一方、非画像域における隙間高さの範囲は０〜１５μｍが好ましく、本実施形態の帯電ローラ２は平均で３μｍであった。

このように、当接部におけるギャップ測定結果と、放電ギャップ計算結果より、帯電ローラ２は、１つの帯電ローラの長手において、感光体ドラム１と帯電ローラとの間で放電する領域と、放電しない領域とが混在することが特徴である。

すなわち、画像形成領域における感光体ドラム１と帯電ローラ２との間のエアギャップＧは、パッシェンの法則により算出される放電可能距離７．７×１０^−６ｍを越えている。非画像域における感光体ドラムと帯電部材との間の隙間の高さ（エアギャップＧ）は、パッシェンの法則により算出される放電可能距離７．７×１０^−６ｍを越えていない特徴がある。

続いて、エアギャップＧについて、帯電ローラ２の諸物性値を用いた理論計算について説明する。

図７は帯電ローラ２と感光体ドラム１との、当接部の拡大模式図である。図７（ａ）は帯電ローラ２の加圧が無い状態で当接する状態であり、図７（ｂ）は帯電ローラが加圧力Ｐにより、感光体ドラム１に押しつけられ、感光体ドラム１と帯電ローラ２との距離が圧縮された状態を示す図である。このとき、微小突起部αは、高硬度の粒子のため変形しないとすると、感光体ドラムと帯電部材の距離が圧縮されたときは、帯電ローラ２の表面層２ｃのゴム特性により突起部が表面層２ｃに埋め込まれたとすることが出来る。

図７（ａ）において、表面粗し剤又は発泡による微粒子により表面層２ｃに形成される微小突起部αの高さをＬ［ｍ］とする。この状態から、図７（ｂ）のように、帯電ローラ２に加圧力Ｐ［Ｎ］が加わり、微小突起部αが弾性変形して表面層２ｃに押し込まれたときの、帯電ローラ２の変形量をＸ［ｍ］とする。このとき、帯電ローラ２の表面層２ｃと感光体ドラム１との間にできる隙間、エアギャップＧ［μｍ］は式（１）で表わされる。

Ｇ＝Ｌ−Ｘ （１）
このとき、ゴムをバネとみなし、歪係数をＹとすると、フックの法則より、Ｘの変形量は、
Ｘ＝ＹＬ （２）
とあらわすことが出来る。この歪係数Ｙは、帯電ローラ２の合成ヤング率Ｅ［ＭＰａ］と、
微小突起部αが受ける応力をＺ［Ｎ／ｍ］とすると、フックの法則から、
Ｙ＝Ｚ／Ｅ （３）
とあらわすことが出来る。また、応力Ｚは、帯電ローラ２を感光体ドラム１に付勢する加圧力Ｐ［Ｎ］を、微小突起部αが表面層２ｃの表面上で占有する面積ｄＳの総和で除した値、
Ｚ＝Ｐ／ΣｄＳ （４）
で表わすことが出来る。上記（１）〜（４）式を用いることで、エアギャップＧの値は、
Ｇ＝Ｌ（１−Ｐ／ＥＳ） （５）
で示すことが出来る。

本実施形態の帯電ローラ２の各パラメータを入力して計算すると以下のとおりとなる。

Ｌ＝２０［μｍ］、Ｐ＝９．８［Ｎ］、Ｅ＝６４［ＭＰａ］、Ｓ＝１［μｍ２］
Ｇ１＝２０（１−（９．８／（６４×１））＝１８［μｍ］
であった。一方、非画像域である区間１では、
Ｇ２＝２．８（（１−（９．８／（６４×０．６））＝２．１［μｍ］
であった。

図８は、図６に示す長手位置の区分毎に、エアギャップＧの測定結果と、式（５）の結果とを示す表である。同図に示すように、エアギャップＧと式（５）とは概ね相関が取れており、かつ、帯電ローラ２の画像形成領域においては、
Ｌ（１−Ｐ／ＥＳ）＞７．７×１０^−６ｍ
をみたしている。

このように、帯電ローラ２は、画像形成領域対応する第１の表面領域のみ、表面を大きく粗し、かつ、帯電ローラ２の合成ヤング率を調節している。このため、感光体ドラム１との当接部において、所定の圧力が加わっても、表面の形状を維持したまま、感光体ドラム１との間に隙間を維持できる。

（検証１：感光体ドラム傷抑制効果検証）
本実施形態の帯電ローラ２における、感光体ドラム１の傷抑制効果を確認した。

検証のため、非画像領域まで粗さが均一な帯電ローラを用意し検討を行った。

検証方法として、本実施形態の帯電ローラ２と比較用のストレイト形状の帯電ローラを用いて、本実施形態の画像形成装置にて、通紙テストを実施した。評価環境は３５℃／９０％ＲＨ環境で、ＬＥＴＴＥＲ紙テスト画像フルカラーで２枚間欠の条件で、１５０００枚の耐久試験を行った。耐久の印字率は１％で行った。

結果を画像域と非画像域とで各々説明する。

（画像域における結果）
１０００ページあたりの感光体ドラム１の削れ量が、画像域で本実施形態、比較例とも０．８μｍであった。

（非画像域における結果）
１０００ページあたりの感光体ドラム１の削れ量が、本実施形態の帯電ローラ２が０．９μｍ、比較例の帯電ローラが１．４μｍであった。

なお、比較例では１３０００時点で、ドラム傷起因の画像不良（酷い縦スジ画像）が発生した。
また、本実施形態における帯電ローラにて感光体ドラム１を帯電したところ、プロセスカートリッジの寿命を通じて感光体ドラム1にて形成される画像にモアレ発生は確認されなかった。

このように、本実施形態の帯電ローラ２では、非画像域の表面粗さを低く設定しているので、放電面積が減少し、放電量を抑制することが出来る。この結果、モアレの発生を抑制しつつ、感光体の削れ、とりわけ紙端部の削れ量が多くなる感光体端部の削れを低減し、
傷起因の画像不良を抑制することが出来る。

＜第２実施形態＞
次に本発明の他の実施形態について説明する。なお、本実施形態では、第１実施形態と多くの部分が共通であり、以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明し、重複する説明は省略する。

第１実施形態が画像域と非画像域で帯電ローラ２の表面粗さを変化させていたのに対して、本実施形態では、画像形成装置の画像域外と通紙端部との間で帯電ローラの表面粗さを変化させたことを特徴としている。

一般に、感光体ドラム１は非画像形成部において、特に通紙端部において、削れる量が増加する。これは、第１実施形態で説明した、非画像形成領域において、感光体ドラム１とクリーニングブレード１２の摩擦係数が高くなる要因に加えて、紙の摺擦により発生する紙粉の量が多いことに起因している。

すなわち、感光体ドラム１とクリーニングブレード１２の当接部に存在する紙粉量が、他の領域よりも多いと、これらの紙粉は、感光体ドラム１の研磨剤として働き、感光体ドラム１を削る効果が促進されるためである。このため、粗さの変移点を、最大通紙幅端部に設けてしまうと、１）トナーが無いことに因る摩擦力増加、
２）紙粉による研磨、３）放電面積増加に伴う放電量増加による削れ量増加、の３要因が重複してしまう。このため、他の領域と比較して、削れ量の増加分が顕著となってしまう。

本実施形態は上述の懸念点に鑑み、画像領域外において、通紙端部と粗さ変移点が重ならないようにするために、通紙端部より画像域側に設ける。すなわち、第１の表面領域と第２の表面領域との境界の長手方向の位置は、記録媒体Ｋの長手方向の端部が通過する位置よりも内側である。そのことで、先述した削れる要因１）、３）の効果に限定できるので削れが抑制される。

図９は、帯電ローラ２の長手を１０分割し、その間の粗さを示すグラフである。また、図１０は、図９に示す帯電ローラ２の長手方向の１０分割を示す模式図である。

図９、図１０に示すように、通紙領域である区間２〜８に対しては、表面の十点平均粗さＲｚｊｉｓ（μｍ）が１５≦Ｒｚｊｉｓ≦５０を満たしており、本実施形態では表面の十点平均粗さＲｚｊｉｓ（μｍ）が２１μｍであった。

また、非通紙領域域である区間１、および区間１０において、表面の十点平均粗さＲｚｊｉｓ（μｍ）が１５＞Ｒｚｊｉｓを満たしている。

本実施形態における帯電ローラ２においても、第１実施形態と同様にモアレに関しては、プロセスカートリッジの寿命を通じての発生は確認されなかった。また、感光体の削れ、とりわけ紙端部の削れ量が多くなる感光体端部の削れを低減し、傷起因の画像不良を抑制することが可能であった。

さらに、上述の第１実施形態、第２実施形態は、振動電圧のＡＣ（交流電圧）成分の波形として正弦波を印加している。しかし、これに限るものではなく、例えば、矩形波、ノコギリ波、三角波、パルス波、あるいは直流電圧を周期的にオン・オフすることによって形成された矩形波電圧であっても良い。なお、第１実施形態、第２実施形態では、トナーは磁性トナーを用いたが、これに限るものではなく、例えば、非磁性トナーを用いても同様の効果が得られる。

また、第１実施形態、第２実施形態では、ジャンピング現像方式を採用したが、これに限るものではなく、例えば、接触現像方式を採用しても同様の効果が得られる。

なお、第１実施形態、第２実施形態では、帯電ローラ２に表面層を設けているが、これに限るものではない。例えば、表面層を取り除いても導電性弾性層を硬化処理することで、第１実施形態に記載した表面形状を保持できる帯電ローラ２であれば、本発明を適用して同様の効果が得られる。

また、本発明の帯電ローラ２は第１実施形態、第２実施形態に限定されるものではない。図示された帯電ローラ２の表面形状はあくまで一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば、その他の実施形態、応用例、変形例ならびにそれらの組み合わせも可能である。

１‥‥感光体ドラム
２‥‥帯電ローラ
５０‥‥高圧電源
１００‥‥画像形成装置
Ｇ‥‥エアギャップ
Ｋ‥‥記録媒体
Ｌ‥‥高さ
Ｐ‥‥押圧力
Ｓ‥‥面積
α‥‥微小突起部

Claims (13)

1. 画像形成装置の像担持体の長手方向に沿うように配置され、前記像担持体を帯電させる帯電部材であって、
   前記帯電部材は、第１の表面領域と、２つの第２の表面領域とを有し、前記長手方向に関して前記第１の表面領域は２つの前記第２の表面領域の間に配置され、
   前記第１の表面領域の表面は、前記帯電部材が前記像担持体に接触した時に前記像担持体との当接面において、前記像担持体と前記帯電部材との間で放電を可能とする隙間を形成する粗さであり、
   前記第２の表面領域の表面は、前記帯電部材が前記像担持体に接触した時に前記像担持体との当接面において、前記像担持体と前記帯電部材との間で放電を可能とする隙間を形成し、前記第１の表面領域の粗さよりも低い粗さであり、
   前記像担持体は、表面に画像形成領域と前記画像形成領域の前記長手方向の外側の非画像形成領域とを有し、
   前記長手方向に関して、前記第１の表面領域と前記第２の表面領域との境界の位置は、前記画像形成領域と前記非画像形成領域との境界の位置の近傍であり、
   前記第２の表面領域は前記第１の表面領域よりも前記像担持体との間の放電量が少ないことを特徴とする帯電部材。
2. 画像形成装置の像担持体の長手方向に沿うように配置され、前記像担持体を帯電させる帯電部材であって、
   前記帯電部材は、第１の表面領域と、２つの第２の表面領域とを有し、前記長手方向に関して前記第１の表面領域は２つの前記第２の表面領域の間に配置され、
   前記第１の表面領域の表面は、前記帯電部材が前記像担持体に接触した時に前記像担持体との当接面において、前記像担持体と前記帯電部材との間で放電を可能とする隙間を形成する粗さであり、
   前記第２の表面領域の表面は、前記帯電部材が前記像担持体に接触した時に前記像担持体との当接面において、前記像担持体と前記帯電部材との間で放電を可能とする隙間を形成し、前記第１の表面領域の粗さよりも低い粗さであり、
   前記第２の表面領域は前記第１の表面領域よりも前記像担持体との間の放電量が少なく、
   前記画像形成装置は、前記像担持体の表面にシート状の記録媒体が搬送されて前記記録媒体に現像剤像が転写されるように構成されており、
   前記第１の表面領域と前記第２の表面領域との境界の前記長手方向の位置は、前記記録媒体の前記長手方向の端部が通過する位置よりも内側であることを特徴とする帯電部材。
3. 画像形成装置の像担持体の長手方向に沿うように配置され、前記像担持体を帯電させる帯電部材であって、
   前記帯電部材は、第１の表面領域と、２つの第２の表面領域とを有し、前記長手方向に関して前記第１の表面領域は２つの前記第２の表面領域の間に配置され、
   前記第１の表面領域の表面は、前記帯電部材が前記像担持体に接触した時に前記像担持体との当接面において、前記像担持体と前記帯電部材との間で放電を可能とする隙間を形成する粗さであり、
   前記第２の表面領域の表面は、前記帯電部材が前記像担持体に接触した時に前記像担持体との当接面において、前記像担持体と前記帯電部材との間で放電を可能とする隙間を形成し、前記第１の表面領域の粗さよりも低い粗さであり、
   前記第２の表面領域は前記第１の表面領域よりも前記像担持体との間の放電量が少なく、
   前記第１の表面領域と前記第２の表面領域との境界の前記長手方向の位置は、前記画像形成領域と前記非画像形成領域との境界の前記長手方向の位置と前記記録媒体の前記長手方向の端部の位置との間にあることを特徴とする帯電部材。
4. 前記記録媒体の前記長手方向の端部は、最大通紙幅を有する前記記録媒体の端部である事を特徴とする請求項２又は請求項３に記載の帯電部材。
5. 前記帯電部材の表面の硬度がアスカーＣ硬度で５０°以上８５°以下であり、
   前記第１の表面領域の十点平均粗さＲｚｊｉｓは１５（μｍ）≦Ｒｚｊｉｓ≦５０（μｍ）であり、前記第２の表面領域の十点平均粗さＲｚｊｉｓは、１５（μｍ）＞Ｒｚｊｉｓ（μｍ）であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の帯電部材。
6. 前記非画像形成領域は、前記画像形成領域と比較して前記像担持体の削れの進行が早いことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の帯電部材。
7. 画像形成装置の像担持体の長手方向に沿うように配置され、前記像担持体を帯電させる帯電部材であって、
   前記帯電部材は、第１の表面領域と、２つの第２の表面領域とを有し、前記長手方向に関して前記第１の表面領域は２つの前記第２の表面領域の間に配置され、
   前記第１の表面領域の表面は、前記帯電部材が前記像担持体に接触した時に前記像担持体との当接面において、前記像担持体と前記帯電部材との間で放電を可能とする隙間を形成する粗さであり、
   前記第２の表面領域の表面は、前記帯電部材が前記像担持体に接触した時に前記像担持体との当接面において、前記像担持体と前記帯電部材との間で放電を可能とする隙間を形成し、前記第１の表面領域の粗さよりも低い粗さであり、
   前記第２の表面領域は前記第１の表面領域よりも前記像担持体との間の放電量が少なく、
   前記帯電部材は、
   導電性支持体と、
   前記導電性支持体の周りに設けられた弾性層と、
   前記像担持体に当接する前記弾性層の表面に形成された複数の微小突起部と、
   を有し、
   前記帯電部材を前記像担持体に押圧する押圧力をＰ（Ｎ）、前記微小突起部が弾性変形する前の高さをＬ（ｍ）、前記微小突起部の前記帯電部材の表面上で占有する面積をＳ（ｍ２）、前記弾性層が変形する場合のヤング率をＥ（ＭＰａ）としたとき、
   前記第１の表面領域では、
   Ｌ（１−Ｐ／ＥＳ）＞７．７×１０^−６（ｍ）
   を満たし、
   前記第２の表面領域では、
   Ｌ（１−Ｐ／ＥＳ）＜７．７×１０^−６（ｍ）
   を満たしていることを特徴とする帯電部材。
8. 前記微小突起部は、表面粗し剤としての微粒子を含有させて形成されていることを特徴とする請求項７に記載の帯電部材。
9. 前記微小突起部は、発泡することで形成された表面粗さであることを特徴とする請求項７に記載の帯電部材。
10. 回転自在に保持することが可能なローラ形状であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の帯電部材。
11. 画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジであって、
    請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の帯電部材と、
    前記像担持体と
    を具備することを特徴とするプロセスカートリッジ。
12. 請求項１１に記載のプロセスカートリッジが装着された画像形成装置であって、
    前記帯電部材に電圧を印加する電源を有することを特徴とする画像形成装置。
13. 前記電源は、交流電圧を前記帯電部材に印加することを特徴とする請求項１２に記載の画像形成装置。

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