帯電ロール及び画像形成装置
【課題】本発明は、帯電ロールの帯電不良が発生する前に、帯電ロールの寿命を把握することを課題とする。
【解決手段】帯電ロール１４は、導電性の芯材１４Ａの周囲にゴム層１４Ｂ、最表面層１４Ｃが形成されている。帯電ロール１４の軸方向端部には、表面薄層部１５１を有する。表面薄層部１５１の下層には、ゴム層１４Ｂからが突出部１５０が突出している。帯電ロール１４の最表面層１４Ｃの磨耗が進み、突出部１５０が最表面に現れると、その部分では感光体ドラム１２の表面が帯電せず、一定周期のトナーパッチが形成された後、検出部によって帯電ロール１４の寿命が検知される。
【解決手段】帯電ロール１４は、導電性の芯材１４Ａの周囲にゴム層１４Ｂ、最表面層１４Ｃが形成されている。帯電ロール１４の軸方向端部には、表面薄層部１５１を有する。表面薄層部１５１の下層には、ゴム層１４Ｂからが突出部１５０が突出している。帯電ロール１４の最表面層１４Ｃの磨耗が進み、突出部１５０が最表面に現れると、その部分では感光体ドラム１２の表面が帯電せず、一定周期のトナーパッチが形成された後、検出部によって帯電ロール１４の寿命が検知される。
【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し、特に、回転駆動される像担持体の表面を帯電させる帯電ロールと、この帯電ロールのクリーニング部材とを有する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
接触帯電方式の帯電装置では、帯電ロールが像担持体に常時、接触または極近接しているため、帯電ロール表面に異物の付着による汚れが発生しやすいという問題がある。画像形成動作を繰り返し行う像担持体の表面は、転写工程の下流側において、転写後の残留トナー等の異物除去を行うクリーニング工程を経た後、帯電工程のエリアへと進入してくるが、クリーニング工程を経てもトナーの一部やトナーの外添剤など、トナーよりも微小な粒子がクリーニングされずに像担持体上に残留し、帯電ロールの表面へと付着してしまう。帯電ロールの表面に付着した異物は、帯電ロールの表面抵抗値にムラを生じさせ、異常放電や不安定な放電となり帯電均一性を悪化させてしまう。
【０００３】
このような問題を改善させるための技術として、帯電ロールの表面に板状のブラシやスポンジを当接させ、帯電ロールの表面汚れを掻き落とすようなクリーニング方式が提案されている。また、ロール状のクリーニング部材を帯電ロールの表面に当接させるクリーニング方式も提案されている（例えば、特許文献１参照)。しかし、このようなクリーニング方式は、帯電ロールと当接するクリーニング部材の表面に異物が徐々に堆積していき、目詰まりによってクリーニング性能が低下してしまうという欠点がある。
【０００４】
一方、帯電ロールに堆積した異物を除去するために、ポリエステルやスチレン系の研磨材料を用いた研磨ロールを帯電ロールに当接させ、帯電ロール表面を研磨する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照)。また、研磨紙を帯電ロールに当接させ、研磨紙の硬度をトナーおよび帯電ロールの硬度より大きくすることにより、帯電ロール表面を研磨する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照)。
【特許文献１】特開平８−６２９４８号公報
【特許文献２】特開平７−１９１５２５号公報
【特許文献３】特開平７−１２８９５８号公報
【０００５】
しかし、特許文献２，３に記載の構成は、帯電ロールの最表面層はポリエステル系の樹脂やナイロン系の樹脂を数μm程度塗布した薄層であり、表面を削って清浄化するクリーニング方式のため、環境変動や出力モード等の相異により研磨性が高くなってしまう。このような場合、通常、感光体サイクル数やプリント枚数で管理されている画像形成ユニットの寿命以前に、最表面層が削れきって帯電不良をおこし画像中にディフェクトが発生してしまう。このように警告無しで突然プリント画像中にディフェクトが発生してしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、帯電不良が発生する前に帯電ロールの寿命を把握することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、画像形成装置に配置され、画像を担持する像担持体を帯電すると共に、クリーニング部材によってクリーニングされる帯電ロールであって、芯材と、前記芯材の周りに設けられた導電性層と、を備え、前記導電性層が前記クリーニング部材と当接する範囲で前記導電性層の軸方向の端部が、他の前記導電性層より薄い表面薄層部とされたことを特徴としている。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、導電性層の表面薄層部がクリーニング部材で削られると、芯材が露出する。芯材と導電性層は、物理的特性が異なるため、表面薄層部での物理的特性の変化を捉えることで、他の導電性層が磨耗して削られる前に、帯電ロールの寿命を知ることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、前記導電性層が、前記芯材の周りに設けられた第１導電性層と、前記第１導電性層の周りに設けられ、該第１導電性層と物理的特性が異なる第２導電性層と、で構成され、前記第１導電性層に突出部を形成し前記第２導電性層の軸方向の端部に前記表面薄層部を形成したことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、第１導電性層には突出部が形成されており、突出部の上面に形成される第２導電性層の軸方向の端部に表面薄層部が形成される。第２導電性層の表面薄層部が削られると、突出部が露出する。この突出部は、第１導電性層で形成され、第２導電性層と物理的特性が異なるため、この物理的特性の変化を捉えることで、帯電ロールの寿命を知ることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記物理的特性が異なるとは、前記芯材又は前記第１導電性層の電気抵抗値が、前記導電性層又は前記第２導電性層の電気抵抗値より低いことであることを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、表面薄層部での電気抵抗値の変化を捉えることで、帯電ロールの寿命を知ることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記物理的特性が異なるとは、前記芯材又は前記第１導電性層の表面反射率と前記導電性層又は前記第２導電性層の表面反射率が相違することであることを特徴としている。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、表面薄層部での表面反射率の変化を光学的に捉えることで、帯電ロールの寿命を知ることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記表面薄層部は、前記像担持体の画像形成領域外に位置し、トナーによる現像領域内に位置することを特徴としている。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、表面薄層部が削られると、芯材又は第１導電性層が露出して、その部分が未帯電部分となり、現像領域内で像担持体上にトナー像が形成される。このトナー像を検出することで、帯電ロールの寿命を知ることができる。また、このトナー像は、画像形成領域外に現れるので、実際のプリント用紙には転写されない。従って、帯電ロールの寿命が近いことをユーザーに知らせながら、通常のプリントジョブを実行できる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記表面薄層部は、前記像担持体の画像形成領域内に位置することを特徴としている。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、表面薄層部が削られると、芯材又は第１導電性層が露出して、その部分が未帯電部分となり、現像領域内で像担持体上にトナー像が形成される。このトナー像は、用紙に転写されるため、プリントアウトされた用紙を通じて帯電ロールの寿命が近いことをユーザーに知らせることができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、前記突出部は、前記芯材又は前記第１導電性層の周面に一定の間隔で形成されたことを特徴としている。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、突出部を周方向に一定の間隔で形成することで、像担持体に一定の周期でトナーパッチが形成される。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、前記突出部は、前記芯材又は前記第１導電性層の周面に沿って連続して形成されたことを特徴としている。
【００２２】
請求項８に記載の発明では、突出部を周方向に連続して形成することで、像担持体の周方向に沿ってトナーバンドが形成される。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、前記芯材又は前記第１導電性層の表面粗さが、前記導電性層又は前記第２導電性層の表面粗さより大きいことであることを特徴としている。
【００２４】
請求項９に記載の発明では、表面薄層部が削られると、芯材又は第１導電性層が露出する。この芯材又は第１導電性層の表面粗さは、導電性層又は第２導電性層の表面粗さより大きい。このため、帯電ロールは安定した状態で像担持体に従動回動する。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、前記表面薄層部の厚さは、前記導電性層又は第２導電性層の厚さより、５０％以上９０％以下であることを特徴としている。
【００２６】
請求項１０に記載の発明では、厚さが５０％以下であると、表面薄層部が削れる前に帯電電位に影響を与え、厚さが９０％以上であると、磨耗のばらつきで表面薄層部より他の導電性層又は第２導電性層が先に削れ帯電不良が発生する。
【００２７】
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜請求項１０に記載の何れかの帯電ロールを備えた画像形成装置であって、前記クリーニング部材との接触によって前記表面薄層部が削られることによって露出する前記芯材或いは前記第１導電性層を検知する検知手段と、前記検知手段の検知結果に基づき、前記帯電ロールが寿命であることを知らせる警告手段と、有することを特徴としている。
【００２８】
請求項１１に記載の発明では、表面薄層部が削られ、芯材又は第１導電性層が露出すると、検知手段が、この芯材又は第１導電性層を検知する。この検知結果に基づき、警告手段が、帯電ロールが寿命であることをユーザーに知らせる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、帯電ロールとクリーニング部材の接触によって、帯電ロール表面が磨耗することによって生じる帯電不良が発生する前に、帯電ロールの寿命を把握し、部材の交換を速やかに促すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の画像形成装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３１】
図１には、第１実施形態に係る４サイクル方式のフルカラーの画像形成装置１０が示されている。この画像形成装置１０の内部には、中央よりもやや右上部に、感光体ドラム１２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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
なお、クリーニング装置４４は、揺動軸６２を中心にして、図中反時計周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。
【００４４】
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。
【００４５】
―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、記録媒体２４を排出トレイ６８上に排出する。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、導電性の芯材１４Ａの周囲にゴム層１４Ｂ、最表面層１４Ｃが形成されたものであり、芯材１４Ａが回転可能に支持されている。このゴム層１４Ｂと最表面層１４Ｃは後述のとおり、半導電性材料から構成される。また帯電ロール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、芯材１００Ａの周囲にスポンジ層１００Ｂが形成されたものであり、芯材１００Ａが回転可能に支持されている。
【００４９】
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Ａ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Ｂ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Ｃの方向に従動回転する。
【００５０】
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の表面のトナーや外添剤などの汚れがクリーニングロール１００によってクリーニングされる。また、帯電ロール１４とクリーニングロール１００は、クリーニングロール１００の接触により帯電ロール１４の表面を削り取る物理的性質を有している。この物理的性質は、帯電ロール１４の材質、表面微小硬度、及び弾性率などを調整すると共に、クリーニングロール１００の材質、発泡体のセル数、及び帯電ロール１４への喰込量などを調整することにより得られる性質である。これらの物理的性質については後述する。
【００５１】
次に、クリーニングロール１００について説明する。
【００５２】
クリーニングロール１００の芯材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、ニップ時に撓みのない強度を持った材質または芯材長に対して十分剛性をもった芯材径が選択される。
【００５３】
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、オレフィン、メラミン又はポリプロピレン、NBR、EPDM、天然ゴム及びスチレンブタジエンゴム、クロロプレン、シリコン、ニトリル、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系が特に好ましく用いられる。
【００５４】
ポリウレタンとして特に限定するものではなく、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリエステルやアクリルポリールなどのポリオールと、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネートや４，４−ジフェニルメタンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネートなどのイソシアネートの反応を伴っていれば良く、１，４−ブタンジオール、トリメチロールプロパンなど鎖延長剤が混合されていることが好ましい。また、水やアゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリルのようなアゾ化合物などの発泡剤を用いて発泡させるのが一般的である。さらに必要に応じて発泡助剤、整泡剤、触媒などの助剤を加えればよい。
【００５５】
長期的に安定したクリーニング性を維持するには、帯電ロール１４に付着した外添剤やトナーなどの異物をクリーニングロール１００の発泡体のセル内に取り込み、セル内で回収し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に戻し、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に回収することで、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。
【００５６】
そのため、クリーニングロール１００のセル数は４０〜８０個／２５ｍｍであることが好ましく、４５〜７５個／２５ｍｍであることがより好ましい。このようなセル数に設定することで、セルの中に外添剤などの異物を取り込みやすく、かつ取り込んだ外添剤などの異物を帯電ロール１４、感光体ドラム１２へ転移しやすくなる。セル数が８０個／２５ｍｍより多いとセル径が小さい為に外添剤の取り込み性が低下し、逆にセル数が４０個／２５ｍｍより少ないとセル径が大きくなりすぎ、取り込んだ外添剤を帯電ロール１４へ転移させる適度な大きさまで固めることが困難となる。
【００５７】
また、クリーニングロール１００の径はφ８ｍｍからφ１５ｍｍ、より好ましくはφ９ｍｍからφ１４ｍｍで、スポンジ層１００Ｂの肉厚が２ｍｍから４ｍｍであることが好ましい。直径が１５ｍｍ以上であるとクリーニングロール１００の周面１箇所あたりの外添剤に接触する回数が減り、またクリーニング回数が減るので、クリーニング性能に対する長期安定性には優れるものの小型化の観点から不利である。直径が９ｍｍ以下であると画像形成装置を小型化できるので優位であるが、周面１箇所あたりの外添剤に接触する回数が増え、またクリーニング回数が増えるので、長期安定性に対し不利となる。
【００５８】
また、クリーニングロール１００の帯電ロール１４への喰込量は、スポンジ層１００Ｂの肉厚の１０％〜６０％が好ましく、２０％〜５０％がより好ましい。このような範囲に喰込量を設定することで、適切なニップ幅とニップ圧力を得ることができ、帯電ロール１４の表面を微小に削り取りやすくなる。喰込量が１０％より小さいと、ニップ幅とニップ圧力が不足し、帯電ロール１４を微小に削り取ることができない。また、喰込量が６０％より大きいと、クリーニングロール１００を安定して帯電ロール１４に圧接することができず、帯電ロール１４の表面を均一に削り取ることができない。
【００５９】
また、スポンジ層１００Ｂの中に、たとえばトナーに外添される外添剤からなる研磨粒子を含有することが好ましい。研磨粒子としては、ＳｅＯ2などが用いられる。このような研磨粒子を含有することにより、クリーニングロール１００によって帯電ロール１４の表面を微小に削り取りやすくなる。
【００６０】
次に、帯電ロール１４について説明する。
【００６１】
この帯電ロール１４は、導電性の芯材１４Ａ上に、半導電性のゴム層１４Ｂ、更にその上には、半導電性層からなる最表面層１４Ｃを備えた二層構造となっている。
ゴム層１４Ｂはカーボンブラックや酸化金属など導電性粉末を混入させたものであり、最表面層１４Ｃとしてはナイロン樹脂やアクリル樹脂などが用いられている。
【００６２】
帯電ロール１４の最表面層１４Ｃの表面微小硬度は、０．０３以上、２．０以下が好ましく、０．０５以上、０．３以下がより好ましい。ここで、表面微小硬度とは、表層数μｍの硬度を測定するもので、帯電ロール１４の表層材料を変えることにより、影響を受ける物性値である。
【００６３】
表面微小硬度は、金属材料の硬さ測定等に広く用いられているビッカース硬さのように、くぼみの対角線長さを求めるという方法はとらず、圧子が試料にどれだけ侵入したかを測定する方法によって求めることができる。試験荷重Ｐ（ｍＮ）、圧子の試料への侵入量（押し込み深さ）Ｄ（μｍ）とした時、表面微小硬度ＤＨは下記式（１）で定義される。
【００６４】
式（１） ＤＨ＝αＰ／Ｄ2
ここで、αは圧子形状による定数で、α＝３．８５８４（使用圧子：三角錐圧子の場合）である。
【００６５】
この表面微小硬度は、圧子を押し込んで行く過程の荷重と押し込み深さから得られる硬さで、試料の塑性変形だけでなく、弾性変形をも含んだ状態での材料の強度特性を表すものである。なおかつ、その計測面積は微小であり、トナー粒径に近い範囲でより正確な硬度の測定が可能になる。
【００６６】
帯電ロール１４の最表面層１４Ｃの表面微小硬度は、超微小硬度計ＤＵＨ−２０１Ｓ（株式会社島津製作所製）を用いて測定する。測定条件は、以下の通りである。
・測定環境：２３℃、５５％ＲＨ
・使用圧子：三角錐圧子
・試験モード：３（軟質材料試験）
・試験荷重：０．７０ｇｆ
・負荷速度：０．０１４５ｇｆ／ｓｅｃ
・保持時間：５ｓｅｃ
【００６７】
帯電ロール１４の最表面層１４Ｃの表面微小硬度を上記範囲のように設定することにより、クリーニングロール１００を帯電ロール１４に接触させたときに、クリーニングロール１００によって帯電ロール１４の最表面層１４Ｃの周面を微小に削り取ることができる。表面微小硬度が０．０５以下であると、帯電ロール１４の表面が削り取られすぎてしまい、偏磨耗などが発生する。また、表面微小硬度が０．３以上であると、クリーニングロール１００によって帯電ロール１４の表面を微小に削り取る量が若干低下する。
【００６８】
また、帯電ロール１４の径はφ８ｍｍからφ１５ｍｍ、より好ましくはφ９ｍｍからφ１４ｍｍで、最表面層１４Ｃの肉厚が２ｍｍから４ｍｍであることが好ましい。直径が１５ｍｍ以上であると周面１箇所あたりの外添剤に接触する回数が減り、また放電回数が減るので、汚れや帯電性能に対する長期安定性には優れるものの小型化の観点から不利である。直径が８ｍｍ以下であると画像形成装置１０を小型化できるので優位であるが、周面１箇所あたりの外添剤に接触する回数が増え、また放電回数が増えるので、長期安定性に対し不利となる。
【００６９】
帯電ロール１４の最表面層１４Ｃの弾性率は、８ＭＰａ以上、４５００ＭＰａ以下が好ましく、１０ＭＰａ以上、３０００ＭＰａ以下がより好ましい。弾性率が８ＭＰａより小さいと、クリーニングロール１００の押圧により安定したニップ形状が形成されず、帯電ロール１４の表面を微小に削り取ることができない。また、弾性率が４５００ＭＰａより大きいと、帯電ロール１４がクリーニングロール１００とのニップ部１０１において著しく変形し、クリーニング性の低下を引き起こし、また感光体ドラム１２とのニップ形状が不均一になるため、帯電不良を発生する。ここで、弾性率は、レオメトリックス社製のレオメーター、商品名「ＲＤＡ２」（ＲＨＩＯＳシステムｖｅｒ．４．３）で、直径８ｍｍのパラレルプレートを用いて、プレート間隔４ｍｍ、周波数１ｒａｄ／ｓｅｃ、昇温速度毎分１℃、測定温度範囲４０〜１５０℃、最大２０％の自動歪み率制御で測定した値である。この帯電ロール１４であるが、所定の帯電性能を有するものであれば以下の構成に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００７０】
芯材１４Ａの材質としては、快削鋼、ステンレス鋼等が使用され、軸受けとの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。
【００７１】
帯電ロール１４のゴム層１４Ｂ、最表面層１４Ｃを構成する上記半導電性弾性層は、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、導電性の芯材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。
【００７２】
上記導電性層を構成する弾性材としては、例えばゴム材中に導電剤を分散させることによって形成される。ゴム材としては、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合ゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン３元共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、天然ゴム等、及びこれらのブレンドゴムが挙げられる。中でも、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合ゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムおよびこれらのブレンドゴムが好ましく用いられる。これらのゴム材は発泡したものであっても無発泡のものであってもよい。
【００７３】
導電剤としては、電子導電剤やイオン導電剤が用いられる。電子導電剤の例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック；熱分解カーボン、グラファイト；アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼等の各種導電性金属または合金；酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、酸化スズ−酸化アンチモン固溶体、酸化スズ−酸化インジウム固溶体等の各種導電性金属酸化物；絶縁物質の表面を導電化処理したもの；などの微粉末を挙げることができる。また、イオン導電剤の例としては、テトラエチルアンモニウム、ラウリルトリメチルアンモニウム等の過塩素酸塩、塩素酸塩等；リチウム、マグネシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩等；を挙げることができる。
【００７４】
これらの導電剤は、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その添加量は特に制限はないが、上記電子導電剤の場合は、ゴム材１００質量部に対して、１〜６０質量部の範囲であることが好ましく、一方、上記イオン導電剤の場合は、ゴム材１００質量部に対して、０．１〜５．０質量部の範囲であることが好ましい。
【００７５】
最表面層１４Ｃ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、最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。
【００７６】
このうち外添剤汚れの観点から、ポリフッ化ビニリデン、４フッ化エチレン共重合体、ポリエステル、ポリイミド、共重合ナイロンが好ましく用いられる。共重合ナイロンは、６１０ナイロン、１１ナイロン、１２ナイロン、の内のいずれか１種または複数種を重合単位として含むものであって、この共重合体に含まれる他の重合単位としては、６ナイロン、６６ナイロン等が挙げられる。ここで、６１０ナイロン、１１ナイロン、１２ナイロンよりなる重合単位が共重合体中に含まれる割合は、重量比で合わせて１０％以上であるのが好ましい。上記重合単位が１０％以上の場合は、調液性および表面層塗布時における成膜性に優れるとともに、特に繰り返し使用時における樹脂層の磨耗や樹脂層への異物付着が少なく、ロールの耐久性が優れ、環境による特性の変化も少なくなる。
【００７７】
上記高分子材料は単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。また、当該高分子材料の数平均分子量は、１，０００〜１００，０００の範囲であることが好ましく、１０，０００〜５０，０００の範囲であることがより好ましい。
【００７８】
また上記最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。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。
【００７９】
導電剤のカーボンブラックとして、具体的には、デグサ社製の「スペシャルブラック３５０」、同「スペシャルブラック１００」、同「スペシャルブラック２５０」、同「スペシャルブラック５」、同「スペシャルブラック４」、同「スペシャルブラック４Ａ」、同「スペシャルブラック５５０」、同「スペシャルブラック６」、同「カラーブラックＦＷ２００」、同「カラーブラックＦＷ２」、同「カラーブラックＦＷ２Ｖ」、キャボット社製「ＭＯＮＡＲＣＨ１０００」、キャボット社製「ＭＯＮＡＲＣＨ１３００」、キャボット社製「ＭＯＮＡＲＣＨ１４００」、同「ＭＯＧＵＬ−Ｌ」、同「ＲＥＧＡＬ４００Ｒ」等が挙げられる。
【００８０】
上記カーボンブラックはｐＨ４．０以下であり、一般的なカーボンブラックに比べ、表面に存在する酸素含有官能基の効果により、樹脂組成物中への分散性がよく、前記ｐＨ４．０以下のカーボンブラックを配合することにより、帯電均一性をよくすることができ、さらに抵抗値の変動を小さくすることができる。
【００８１】
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。
【００８２】
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、最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。さらに、上記最表面層には、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、最表面層の中に微粒子を添加してもよい。これにより、最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。
【００８３】
次に、帯電ロール１４の表面薄層部１５１について説明する。
図３に示すように、帯電ロール１４は、クリーニングロール１００と接触する配置で構成されている。帯電ロール１４の軸方向端部には、表面薄層部１５１を有する。表面薄層部１５１の下層には、Ａ−Ａ'に示すように、第２層のゴム層１４Ｂが突出した突出部１５０を有している。これに対し、表面薄層部１５１以外の部分は、Ｂ−Ｂ'に示すように、最表面層１４Ｃと、ゴム層１４Ｂにはいずれも、薄層部、突出部を有していない。ゴム層１４Ｂの抵抗は4〜7logΩ程度であり、最表面層１４Ｃはロール全体の抵抗が6.5〜8.5logΩ程度になるように設定されている。
【００８４】
帯電ロール１４の最表面層１４Ｃはクリーニングロール１００との接触により、使用するに従って、徐々に削られていく。最表面層１４Ｃの磨耗が進み、図３（Ｄ）に示すように、突出部１５０が最表面に現れると、その部分ではゴム層１４Ｂの電気抵抗の特性から電流がリークし放電が起こらなくなる。すなわち、その部分については感光体ドラム１２の表面が帯電しないので、その未帯電部分が現像器１８（図１参照）を通過するとその電位差からトナーで現像されてしまう。従ってこの部分では一定周期のトナーパッチが形成されることとなる。
【００８５】
この場合、表面薄層部１３０は軸方向において現像可能領域内で、且つ画像形成領域外に設けられているので、実際のプリント上にトナーパッチは現れない。つまり、突出部１５０が最表面に現れたことで感光体上の画像形成領域外に形成されるトナーパッチを光学センサ等から構成される検知部１５２（図１参照）で検知すれば、帯電ロール１４あるいは帯電ロールを含むマーキングユニットの寿命が近いことをユーザに警告することができる。
【００８６】
ゴム層１４Ｂは突出部１５０が最表面に現れたときにその近傍のみで電流リークが起きる範囲であれば、抵抗値、材料、大きさを自由に設定して構わない。本発明では、帯電ロール１４の印加電圧として-500〜-900Ｖの直流電圧に0.7k〜2.7kVppの交流電圧を重畳しており、これに対し好適な抵抗の範囲が4〜6logΩである。また表面薄層部１５１の厚みについては、最表面層１４Ｃがどの程度磨耗した時点で警告を発するかによるので、使用する帯電ロール１４の最表面層１４Ｃの厚みやシステムの都合にあわせて適宜設定して構わない。本発明で使用した帯電ロール１４の最表面層１４Ｃの膜厚は3〜20μmであり、突出部１５０の厚みは2〜19μmに設定した。
【００８７】
次に本発明の実施例として上記第１の形態に基づいて実施した帯電ロールの磨耗評価結果について説明する。
【００８８】
本実施例では図3に示す構成に基づき、以下のような帯電ロールを使用した。φ8の金属シャフト上に厚さ2mmのイソプレンゴムにアセチレンブラックを均一分散させてなるゴム層を積層し、さらにその上に10μmのフッ素アクリルレート樹脂（パーフルオロオクチルエチルアクリレートの重合体）からなる最表面層を形成した。ゴム層の抵抗は１０6.8Ωであり、最表面層は帯電ロール全体の抵抗として１０7.5Ωとなるように設定されている。また、軸方向に関してクリーニングロールと接触し、且つ画像形成領域外の部分において、ゴム層１４Ｂは帯電ロールの周方向に関して90°間隔で、厚みが4μm、約１mm四方の大きさの突出部１５０が設けられ、結果として厚みが６μmの表面薄層部を形成している。
【００８９】
クリーニングロールはφ5の金属シャフト上に厚さ2.5mmの発泡ウレタン層を形成したものを使用し、帯電ロールに対して0.75mm食い込ませて帯電ロールの回転に従動させた。クリーニングロールのセル数は５５個／２５ｍｍとした。
【００９０】
感光体ドラム１２はφ30のアルミドラムに20μmの有機感光層を塗布したものである。また、感光体ドラム上の表面薄層部に相当する位置に光学式のトナー像検知手段を設け、該トナー像検知手段がトナー像を検知した時点で帯電ロールの寿命が近いことを警告するようにした。
【００９１】
このような構成で、画像密度が5％のチャートを用いてプリントテストを行った。その結果、感光体のサイクル数が1,０００,０００回転に達した時点で、前記警告が発せられることを確認した。図９は帯電ロール表面が磨耗している様子を示す写真である。
【００９２】
なお、本実施例では、表面層の厚み10μmに対して、表面薄層部１４の厚みを6μm（60％）としたが、表面薄層部の厚みを変更した場合の結果を、図１０に示す。最表面層の厚みは、10μmと20μmとし、表面薄層部の厚みを適宜変更した。この場合、最表面層の厚みが50％を下回ると、表面薄層部と周囲の厚みの違いが、初期段階から帯電電位に影響を与え、トナー帯を形成してしまい、精度よく磨耗を検知することが出来ないことがわかった。また、表面薄層部の厚みが90％を越えてしまうと、磨耗によってゴム層の突出部が現れる前に、周辺部のゴム層が先に露出し、帯電不良による画質欠陥が生じてしまうことがわかった。これは、帯電ロール表面における磨耗量のバラツキに起因しており、結果的に、表面層薄層部の厚みは、最表面層の50％以上90％であることが望ましいことが確認された。
【００９３】
次に、図４に本発明の第２の実施形態を示す。
この形態では、断面Ａ−Ａ'に示すように、表面薄層部１５１には突出部１５０が周方向全体において形成されており、他の部分の断面Ｂ−Ｂ'とはゴム層１４Ｂの外径が異なっている。この場合においては、帯電ロール１４の表面薄層部１５１はクリーニングロール１００との接触により、徐々に削られていき、周方向全体で、ゴム層１４Ｂの突出部１５０が現れると、その部分で電流がリークし放電が起こらなくなる。この場合、前述した電位関係により、連続的なトナーの帯が感光体上に形成され、帯電ロール１４あるいは帯電ロールを含むマーキングユニットの寿命をユーザーに警告することができる。
【００９４】
次に、図５に本発明の第３の実施形態を示す。この形態では第１、第２の実施形態の表面薄層部１５１を、帯電ロール両側に有する構成をとっている。更に、最表面層１４Ｃに比べて、ゴム層１４Ｂは表面粗さが高くなるように研磨している。これは、装置の長期間の使用に伴って、帯電ロールやクリーニングロールの表面に異物、堆積物が付着することによって、部材間の回転伝達力が低下し、帯電不良を生じることに対し、磨耗によって露出した突出部１５０の表面粗さが、帯電ロール、感光体、クリーニングロール間の回転伝達力を高めることで、上記の不具合を低減する効果を有する。更に、回転性が損なわれることがないため、前述したトナーのパッチ、帯が確実に下流の検知部によって検知され、本発明の効果を高めることが出来る。
【００９５】
この第５の実施形態に基づく、実施例を以下に示す。ここではウレタンゴムからなるゴム層１４Ｂの表面粗さがRz2.5〜5.0μmとなるように研磨加工し、フッ素アクリルレート樹脂からなる最表面層１４Ｃの表面粗さがRz1.0〜2.0μmとなるよう研磨加工した。
【００９６】
なお、これらの表面粗さは、東京精密社製 Surfcom-590Aを用い、ピックアップ針E-DT-S01Aにて、JIS'82設定の下 、
測定長さ4mm、
測定速度0.3mm/s、
カットオフは長0.8mm、
カットオフ種別2CR（位相補償）
以上の測定条件で、帯電ロールの周方向を測定した。なお、その他の構成については、第１の実施例と同じ条件にて、評価を行った。画像密度が5％のチャートを用いてプリントテストを行ったところ、同様に感光体のサイクル数が約1,０００,０００回転に達した時点で、前記警告が発せられることを確認した。
【００９７】
ここで、表面粗さの違いによる効果を確認するため、図１１に示すように、ゴム層の表面粗さを研磨加工によって変化させた場合の寿命検知時の検知部の出力電圧を検証した。ゴム層１４Ｂの表面粗さが、最表面層１４Ｃと同じRz1.0〜2.0μmの場合と比べると、寿命検知後の検知部によるトナー帯の検出が安定していることがわかる。これは、帯電ロールやクリーニングロールの表面に付着した異物によって、帯電ロールの回転がスリップし、トナーのパッチ濃度が不安定になることを、露出したゴム層表面の粗さが防いでいるためである。従って、露出する突出部（ゴム層）の表面粗さを最表面層よりも高く設定することで、帯電ロールの回転不良が抑制され、磨耗による帯電ロールの寿命検知を制度よく行うことが可能となった。
【００９８】
次に、図６に本発明の第４の実施形態を示す。本形態では、前述の最表面層１４Ｃとゴム層１４Ｂにおいて、両者の表面反射率が異なるように設定する。この場合、表面薄層部１３０は軸方向において現像可能領域外に設定可能で、帯電ロール１４の表面薄層部１３０に近接配置された光学センサなどによる検知部１５２によって、磨耗する最表面層１４Ｃと露出するゴム層１４Ｂの突出部１５０の表面反射率の変化を検知することで、同様に帯電ロールの寿命を判断することができる。
【００９９】
ここで、第４の実施の形態に基づく実施例について説明する。本実施例では、スタンレー社製のKUA0036B型センサーを帯電ロール表面から、約3mm離れた位置に配設した、ここで、最表面層およびゴム層の表面反射率を20％から80％まで変化させ、帯電ロールが約１,０００,０００回転した際の寿命検知の結果について、図１２に示す。
【０１００】
なお、両層の表面反射率の変化には、それぞれ最表面層にはフッ素アクリルレート樹脂（パーフルオロオクチルエチルアクリレートの重合体）、ゴム層にはシリコーンゴムを基材とし、アセチレンブラックの含有量をそれぞれ２％、３．５％重量部とすることで、表面反射率２０％を得た。以後、徐々に含有量を増やしていくことで表面反射率８０％まで調整した。また、表面反射率の測定には、オリンパス社製のUSPM-RU-1700を用い、測定波長1500nm条件の下で測定した。
【０１０１】
図12に示すとおり、両層の表面反射率を異なる値とし、光反射タイプの光センサで、突出部の露出を検出することで、帯電ロールの寿命を検知することが出来た。ここで、最表面層の表面反射率80%、ゴム層の表面反射率を20%とした場合は、最も安定的に、検出することが確認された。これは、最表面層からゴム層に露出が変化する際の変化率が最も高いためと考えられる。一方、最表面層の表面反射率が20％、ゴム層の表面反射率が80％の場合、突出部の露出よりも前に、ゴム層の反射特性をセンサが検出してしまい、結果的に帯電ロールの寿命を誤検知する問題が確認された。
【０１０２】
更に、図７に本発明の第５の実施形態を示す。前述した第１実施形態の構成において、表面薄層部１５１は帯電ロール１４の軸方向において、現像可能領域内で、且つ画像形成領域内に配置する構成をとることができる。この場合、好ましくは、画像が転写される用紙の端部に位置する部分に、上記表面薄層部１５１を配備することが望ましい。この場合、ユーザが出力するプリント上の端部に前述したトナーパッチ、トナーバンドが現れることになるが、画質の悪いプリントを多く出力する前に、寿命を早期にユーザに伝えることによって、部材の交換を実施することが可能となる。
【０１０３】
更に、図８に本発明の第６の実施形態を示す。本実施形態では、帯電ロール１４は、ゴム層１４Ｂを有さず、芯材１４Ａと最表面層１４Ｃのみの構成をとっている。この場合、表面薄層部１５１では、芯材１４Ａが突出部１５０を有しており、最表面層１４Ｃが磨耗することで、突出部１５０が露出し、前述と同様の作用で、トナーパッチ、バンドが形成され、帯電ロール１４の寿命を検知することが可能となる。
【０１０４】
以上のように、本実施形態の画像形成装置１０では、帯電ロールとクリーニング部材が接触することで、帯電ロールの表面が磨耗し、やがて帯電不良などの不具合につながる帯電ロールの寿命を正確に把握することが可能となる。このため、ユーザに画質の悪いプリントを多く出力させることなく、適切な時期に帯電ロールの交換を促すことが可能となる。
【０１０５】
なお、本発明の帯電ロール１４、クリーニングロール１００は上記材質、構成に限定するものではなない。上記の実施形態では、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を形成している態様を示したが、クリーニングロールが自重によって帯電ロールに当接する構成でも、また従動回転する構成をとってもよい。更に、帯電ロールと感光体は接触式帯電でも、微小ギャップ間で放電帯電を行う構成でも構わない。クリーニング部材によって帯電ロールの表面を微小に削り取ることが可能な材質や構成であれば適宜に設定可能である。
【０１０６】
また、検知部１５２は、感光体ドラム１２上のトナー像を検知してもよい。また、検知手段としては検知部１５２だけに限らず、例えば、帯電ロール１４への印可バイアスに関して定電流制御を採用している場合であれば、突出部１５０が現れた部分では電圧がかからなくなるため、これを検出してもよいし、定電圧制御を採用している場合であれば、電流が異常に大きくなることを検出してもよい。
【０１０７】
また、本実施形態では、各部材の配置構成に関して、感光体ドラム１２の下方部に帯電ロール１４を接触させ、この帯電ロール１４の下方部にクリーニングロール１００を接触させる構成であるが、この構成に限定するものではない。例えば、感光体ドラムの上方部に帯電ロールを接触させ、こ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でも本発明を適用することが可能である。
【０１０８】
更に、本実施形態の画像形成装置１０は、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サイクル繰り返したが、この構成に限定するものではない。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、帯電ロール及びロール状クリーニングロールに本発明を適用することが可能である。この場合、各色毎に、本発明を適用させて、帯電ロールの磨耗を個々に検知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置に用いられる帯電ロールとクリーニングロールの周囲の構成を示す拡大図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る表面薄層部を示す概略図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る表面薄層部を示す概略図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る表面薄層部を示す概略図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る表面薄層部を示す概略図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る表面薄層部を示す概略図である。
【図８】本発明の第６実施形態に係る表面薄層部を示す概略図である。
【図９】帯電ロールの表面が磨耗している様子を示す写真である。
【図１０】表面薄層部と最表面層の厚みの比を変えて帯電不良の違いを検証した結果を示す表である。
【図１１】ゴム層と最表面層の表面粗さの違いによる寿命検知時の出力電圧の変動を検証したグラフである。
【図１２】ゴム層と最表面層の表面反射率の違いによる寿命検知の正確さを検証したグラフである。
【符号の説明】
【０１１０】
１０ 画像形成装置
１２ 感光体ドラム
１４ 帯電ロール
１４Ａ 芯材
１４Ｂ ゴム層
１４Ｃ 最表面層
１８ 回転式現像器
２０ 中間転写ベルト
４４ クリーニング装置
７８ クリーニング装置
１００ クリーニングロール
１００Ａ 芯材
１００Ｂ スポンジ層
１０１ ニップ部
１５１ 表面薄層部
１５０ 突出部
１５２ 検知部
【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し、特に、回転駆動される像担持体の表面を帯電させる帯電ロールと、この帯電ロールのクリーニング部材とを有する画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
接触帯電方式の帯電装置では、帯電ロールが像担持体に常時、接触または極近接しているため、帯電ロール表面に異物の付着による汚れが発生しやすいという問題がある。画像形成動作を繰り返し行う像担持体の表面は、転写工程の下流側において、転写後の残留トナー等の異物除去を行うクリーニング工程を経た後、帯電工程のエリアへと進入してくるが、クリーニング工程を経てもトナーの一部やトナーの外添剤など、トナーよりも微小な粒子がクリーニングされずに像担持体上に残留し、帯電ロールの表面へと付着してしまう。帯電ロールの表面に付着した異物は、帯電ロールの表面抵抗値にムラを生じさせ、異常放電や不安定な放電となり帯電均一性を悪化させてしまう。
【０００３】
このような問題を改善させるための技術として、帯電ロールの表面に板状のブラシやスポンジを当接させ、帯電ロールの表面汚れを掻き落とすようなクリーニング方式が提案されている。また、ロール状のクリーニング部材を帯電ロールの表面に当接させるクリーニング方式も提案されている（例えば、特許文献１参照)。しかし、このようなクリーニング方式は、帯電ロールと当接するクリーニング部材の表面に異物が徐々に堆積していき、目詰まりによってクリーニング性能が低下してしまうという欠点がある。
【０００４】
一方、帯電ロールに堆積した異物を除去するために、ポリエステルやスチレン系の研磨材料を用いた研磨ロールを帯電ロールに当接させ、帯電ロール表面を研磨する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照)。また、研磨紙を帯電ロールに当接させ、研磨紙の硬度をトナーおよび帯電ロールの硬度より大きくすることにより、帯電ロール表面を研磨する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照)。
【特許文献１】特開平８−６２９４８号公報
【特許文献２】特開平７−１９１５２５号公報
【特許文献３】特開平７−１２８９５８号公報
【０００５】
しかし、特許文献２，３に記載の構成は、帯電ロールの最表面層はポリエステル系の樹脂やナイロン系の樹脂を数μm程度塗布した薄層であり、表面を削って清浄化するクリーニング方式のため、環境変動や出力モード等の相異により研磨性が高くなってしまう。このような場合、通常、感光体サイクル数やプリント枚数で管理されている画像形成ユニットの寿命以前に、最表面層が削れきって帯電不良をおこし画像中にディフェクトが発生してしまう。このように警告無しで突然プリント画像中にディフェクトが発生してしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、帯電不良が発生する前に帯電ロールの寿命を把握することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、画像形成装置に配置され、画像を担持する像担持体を帯電すると共に、クリーニング部材によってクリーニングされる帯電ロールであって、芯材と、前記芯材の周りに設けられた導電性層と、を備え、前記導電性層が前記クリーニング部材と当接する範囲で前記導電性層の軸方向の端部が、他の前記導電性層より薄い表面薄層部とされたことを特徴としている。
【０００８】
請求項１に記載の発明では、導電性層の表面薄層部がクリーニング部材で削られると、芯材が露出する。芯材と導電性層は、物理的特性が異なるため、表面薄層部での物理的特性の変化を捉えることで、他の導電性層が磨耗して削られる前に、帯電ロールの寿命を知ることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、前記導電性層が、前記芯材の周りに設けられた第１導電性層と、前記第１導電性層の周りに設けられ、該第１導電性層と物理的特性が異なる第２導電性層と、で構成され、前記第１導電性層に突出部を形成し前記第２導電性層の軸方向の端部に前記表面薄層部を形成したことを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、第１導電性層には突出部が形成されており、突出部の上面に形成される第２導電性層の軸方向の端部に表面薄層部が形成される。第２導電性層の表面薄層部が削られると、突出部が露出する。この突出部は、第１導電性層で形成され、第２導電性層と物理的特性が異なるため、この物理的特性の変化を捉えることで、帯電ロールの寿命を知ることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記物理的特性が異なるとは、前記芯材又は前記第１導電性層の電気抵抗値が、前記導電性層又は前記第２導電性層の電気抵抗値より低いことであることを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、表面薄層部での電気抵抗値の変化を捉えることで、帯電ロールの寿命を知ることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記物理的特性が異なるとは、前記芯材又は前記第１導電性層の表面反射率と前記導電性層又は前記第２導電性層の表面反射率が相違することであることを特徴としている。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、表面薄層部での表面反射率の変化を光学的に捉えることで、帯電ロールの寿命を知ることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記表面薄層部は、前記像担持体の画像形成領域外に位置し、トナーによる現像領域内に位置することを特徴としている。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、表面薄層部が削られると、芯材又は第１導電性層が露出して、その部分が未帯電部分となり、現像領域内で像担持体上にトナー像が形成される。このトナー像を検出することで、帯電ロールの寿命を知ることができる。また、このトナー像は、画像形成領域外に現れるので、実際のプリント用紙には転写されない。従って、帯電ロールの寿命が近いことをユーザーに知らせながら、通常のプリントジョブを実行できる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記表面薄層部は、前記像担持体の画像形成領域内に位置することを特徴としている。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、表面薄層部が削られると、芯材又は第１導電性層が露出して、その部分が未帯電部分となり、現像領域内で像担持体上にトナー像が形成される。このトナー像は、用紙に転写されるため、プリントアウトされた用紙を通じて帯電ロールの寿命が近いことをユーザーに知らせることができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、前記突出部は、前記芯材又は前記第１導電性層の周面に一定の間隔で形成されたことを特徴としている。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、突出部を周方向に一定の間隔で形成することで、像担持体に一定の周期でトナーパッチが形成される。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、前記突出部は、前記芯材又は前記第１導電性層の周面に沿って連続して形成されたことを特徴としている。
【００２２】
請求項８に記載の発明では、突出部を周方向に連続して形成することで、像担持体の周方向に沿ってトナーバンドが形成される。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、前記芯材又は前記第１導電性層の表面粗さが、前記導電性層又は前記第２導電性層の表面粗さより大きいことであることを特徴としている。
【００２４】
請求項９に記載の発明では、表面薄層部が削られると、芯材又は第１導電性層が露出する。この芯材又は第１導電性層の表面粗さは、導電性層又は第２導電性層の表面粗さより大きい。このため、帯電ロールは安定した状態で像担持体に従動回動する。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、前記表面薄層部の厚さは、前記導電性層又は第２導電性層の厚さより、５０％以上９０％以下であることを特徴としている。
【００２６】
請求項１０に記載の発明では、厚さが５０％以下であると、表面薄層部が削れる前に帯電電位に影響を与え、厚さが９０％以上であると、磨耗のばらつきで表面薄層部より他の導電性層又は第２導電性層が先に削れ帯電不良が発生する。
【００２７】
請求項１１に記載の発明は、請求項１〜請求項１０に記載の何れかの帯電ロールを備えた画像形成装置であって、前記クリーニング部材との接触によって前記表面薄層部が削られることによって露出する前記芯材或いは前記第１導電性層を検知する検知手段と、前記検知手段の検知結果に基づき、前記帯電ロールが寿命であることを知らせる警告手段と、有することを特徴としている。
【００２８】
請求項１１に記載の発明では、表面薄層部が削られ、芯材又は第１導電性層が露出すると、検知手段が、この芯材又は第１導電性層を検知する。この検知結果に基づき、警告手段が、帯電ロールが寿命であることをユーザーに知らせる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、帯電ロールとクリーニング部材の接触によって、帯電ロール表面が磨耗することによって生じる帯電不良が発生する前に、帯電ロールの寿命を把握し、部材の交換を速やかに促すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の画像形成装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３１】
図１には、第１実施形態に係る４サイクル方式のフルカラーの画像形成装置１０が示されている。この画像形成装置１０の内部には、中央よりもやや右上部に、感光体ドラム１２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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
なお、クリーニング装置４４は、揺動軸６２を中心にして、図中反時計周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。
【００４４】
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。
【００４５】
―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、記録媒体２４を排出トレイ６８上に排出する。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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、導電性の芯材１４Ａの周囲にゴム層１４Ｂ、最表面層１４Ｃが形成されたものであり、芯材１４Ａが回転可能に支持されている。このゴム層１４Ｂと最表面層１４Ｃは後述のとおり、半導電性材料から構成される。また帯電ロール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、芯材１００Ａの周囲にスポンジ層１００Ｂが形成されたものであり、芯材１００Ａが回転可能に支持されている。
【００４９】
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Ａ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Ｂ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Ｃの方向に従動回転する。
【００５０】
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の表面のトナーや外添剤などの汚れがクリーニングロール１００によってクリーニングされる。また、帯電ロール１４とクリーニングロール１００は、クリーニングロール１００の接触により帯電ロール１４の表面を削り取る物理的性質を有している。この物理的性質は、帯電ロール１４の材質、表面微小硬度、及び弾性率などを調整すると共に、クリーニングロール１００の材質、発泡体のセル数、及び帯電ロール１４への喰込量などを調整することにより得られる性質である。これらの物理的性質については後述する。
【００５１】
次に、クリーニングロール１００について説明する。
【００５２】
クリーニングロール１００の芯材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、ニップ時に撓みのない強度を持った材質または芯材長に対して十分剛性をもった芯材径が選択される。
【００５３】
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、オレフィン、メラミン又はポリプロピレン、NBR、EPDM、天然ゴム及びスチレンブタジエンゴム、クロロプレン、シリコン、ニトリル、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系が特に好ましく用いられる。
【００５４】
ポリウレタンとして特に限定するものではなく、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリエステルやアクリルポリールなどのポリオールと、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネートや４，４−ジフェニルメタンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネートなどのイソシアネートの反応を伴っていれば良く、１，４−ブタンジオール、トリメチロールプロパンなど鎖延長剤が混合されていることが好ましい。また、水やアゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリルのようなアゾ化合物などの発泡剤を用いて発泡させるのが一般的である。さらに必要に応じて発泡助剤、整泡剤、触媒などの助剤を加えればよい。
【００５５】
長期的に安定したクリーニング性を維持するには、帯電ロール１４に付着した外添剤やトナーなどの異物をクリーニングロール１００の発泡体のセル内に取り込み、セル内で回収し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に戻し、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に回収することで、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。
【００５６】
そのため、クリーニングロール１００のセル数は４０〜８０個／２５ｍｍであることが好ましく、４５〜７５個／２５ｍｍであることがより好ましい。このようなセル数に設定することで、セルの中に外添剤などの異物を取り込みやすく、かつ取り込んだ外添剤などの異物を帯電ロール１４、感光体ドラム１２へ転移しやすくなる。セル数が８０個／２５ｍｍより多いとセル径が小さい為に外添剤の取り込み性が低下し、逆にセル数が４０個／２５ｍｍより少ないとセル径が大きくなりすぎ、取り込んだ外添剤を帯電ロール１４へ転移させる適度な大きさまで固めることが困難となる。
【００５７】
また、クリーニングロール１００の径はφ８ｍｍからφ１５ｍｍ、より好ましくはφ９ｍｍからφ１４ｍｍで、スポンジ層１００Ｂの肉厚が２ｍｍから４ｍｍであることが好ましい。直径が１５ｍｍ以上であるとクリーニングロール１００の周面１箇所あたりの外添剤に接触する回数が減り、またクリーニング回数が減るので、クリーニング性能に対する長期安定性には優れるものの小型化の観点から不利である。直径が９ｍｍ以下であると画像形成装置を小型化できるので優位であるが、周面１箇所あたりの外添剤に接触する回数が増え、またクリーニング回数が増えるので、長期安定性に対し不利となる。
【００５８】
また、クリーニングロール１００の帯電ロール１４への喰込量は、スポンジ層１００Ｂの肉厚の１０％〜６０％が好ましく、２０％〜５０％がより好ましい。このような範囲に喰込量を設定することで、適切なニップ幅とニップ圧力を得ることができ、帯電ロール１４の表面を微小に削り取りやすくなる。喰込量が１０％より小さいと、ニップ幅とニップ圧力が不足し、帯電ロール１４を微小に削り取ることができない。また、喰込量が６０％より大きいと、クリーニングロール１００を安定して帯電ロール１４に圧接することができず、帯電ロール１４の表面を均一に削り取ることができない。
【００５９】
また、スポンジ層１００Ｂの中に、たとえばトナーに外添される外添剤からなる研磨粒子を含有することが好ましい。研磨粒子としては、ＳｅＯ2などが用いられる。このような研磨粒子を含有することにより、クリーニングロール１００によって帯電ロール１４の表面を微小に削り取りやすくなる。
【００６０】
次に、帯電ロール１４について説明する。
【００６１】
この帯電ロール１４は、導電性の芯材１４Ａ上に、半導電性のゴム層１４Ｂ、更にその上には、半導電性層からなる最表面層１４Ｃを備えた二層構造となっている。
ゴム層１４Ｂはカーボンブラックや酸化金属など導電性粉末を混入させたものであり、最表面層１４Ｃとしてはナイロン樹脂やアクリル樹脂などが用いられている。
【００６２】
帯電ロール１４の最表面層１４Ｃの表面微小硬度は、０．０３以上、２．０以下が好ましく、０．０５以上、０．３以下がより好ましい。ここで、表面微小硬度とは、表層数μｍの硬度を測定するもので、帯電ロール１４の表層材料を変えることにより、影響を受ける物性値である。
【００６３】
表面微小硬度は、金属材料の硬さ測定等に広く用いられているビッカース硬さのように、くぼみの対角線長さを求めるという方法はとらず、圧子が試料にどれだけ侵入したかを測定する方法によって求めることができる。試験荷重Ｐ（ｍＮ）、圧子の試料への侵入量（押し込み深さ）Ｄ（μｍ）とした時、表面微小硬度ＤＨは下記式（１）で定義される。
【００６４】
式（１） ＤＨ＝αＰ／Ｄ2
ここで、αは圧子形状による定数で、α＝３．８５８４（使用圧子：三角錐圧子の場合）である。
【００６５】
この表面微小硬度は、圧子を押し込んで行く過程の荷重と押し込み深さから得られる硬さで、試料の塑性変形だけでなく、弾性変形をも含んだ状態での材料の強度特性を表すものである。なおかつ、その計測面積は微小であり、トナー粒径に近い範囲でより正確な硬度の測定が可能になる。
【００６６】
帯電ロール１４の最表面層１４Ｃの表面微小硬度は、超微小硬度計ＤＵＨ−２０１Ｓ（株式会社島津製作所製）を用いて測定する。測定条件は、以下の通りである。
・測定環境：２３℃、５５％ＲＨ
・使用圧子：三角錐圧子
・試験モード：３（軟質材料試験）
・試験荷重：０．７０ｇｆ
・負荷速度：０．０１４５ｇｆ／ｓｅｃ
・保持時間：５ｓｅｃ
【００６７】
帯電ロール１４の最表面層１４Ｃの表面微小硬度を上記範囲のように設定することにより、クリーニングロール１００を帯電ロール１４に接触させたときに、クリーニングロール１００によって帯電ロール１４の最表面層１４Ｃの周面を微小に削り取ることができる。表面微小硬度が０．０５以下であると、帯電ロール１４の表面が削り取られすぎてしまい、偏磨耗などが発生する。また、表面微小硬度が０．３以上であると、クリーニングロール１００によって帯電ロール１４の表面を微小に削り取る量が若干低下する。
【００６８】
また、帯電ロール１４の径はφ８ｍｍからφ１５ｍｍ、より好ましくはφ９ｍｍからφ１４ｍｍで、最表面層１４Ｃの肉厚が２ｍｍから４ｍｍであることが好ましい。直径が１５ｍｍ以上であると周面１箇所あたりの外添剤に接触する回数が減り、また放電回数が減るので、汚れや帯電性能に対する長期安定性には優れるものの小型化の観点から不利である。直径が８ｍｍ以下であると画像形成装置１０を小型化できるので優位であるが、周面１箇所あたりの外添剤に接触する回数が増え、また放電回数が増えるので、長期安定性に対し不利となる。
【００６９】
帯電ロール１４の最表面層１４Ｃの弾性率は、８ＭＰａ以上、４５００ＭＰａ以下が好ましく、１０ＭＰａ以上、３０００ＭＰａ以下がより好ましい。弾性率が８ＭＰａより小さいと、クリーニングロール１００の押圧により安定したニップ形状が形成されず、帯電ロール１４の表面を微小に削り取ることができない。また、弾性率が４５００ＭＰａより大きいと、帯電ロール１４がクリーニングロール１００とのニップ部１０１において著しく変形し、クリーニング性の低下を引き起こし、また感光体ドラム１２とのニップ形状が不均一になるため、帯電不良を発生する。ここで、弾性率は、レオメトリックス社製のレオメーター、商品名「ＲＤＡ２」（ＲＨＩＯＳシステムｖｅｒ．４．３）で、直径８ｍｍのパラレルプレートを用いて、プレート間隔４ｍｍ、周波数１ｒａｄ／ｓｅｃ、昇温速度毎分１℃、測定温度範囲４０〜１５０℃、最大２０％の自動歪み率制御で測定した値である。この帯電ロール１４であるが、所定の帯電性能を有するものであれば以下の構成に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００７０】
芯材１４Ａの材質としては、快削鋼、ステンレス鋼等が使用され、軸受けとの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。
【００７１】
帯電ロール１４のゴム層１４Ｂ、最表面層１４Ｃを構成する上記半導電性弾性層は、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、導電性の芯材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。
【００７２】
上記導電性層を構成する弾性材としては、例えばゴム材中に導電剤を分散させることによって形成される。ゴム材としては、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合ゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン３元共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、天然ゴム等、及びこれらのブレンドゴムが挙げられる。中でも、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド共重合ゴム、エピクロルヒドリン−エチレンオキシド−アリルグリシジルエーテル共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムおよびこれらのブレンドゴムが好ましく用いられる。これらのゴム材は発泡したものであっても無発泡のものであってもよい。
【００７３】
導電剤としては、電子導電剤やイオン導電剤が用いられる。電子導電剤の例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック；熱分解カーボン、グラファイト；アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼等の各種導電性金属または合金；酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、酸化スズ−酸化アンチモン固溶体、酸化スズ−酸化インジウム固溶体等の各種導電性金属酸化物；絶縁物質の表面を導電化処理したもの；などの微粉末を挙げることができる。また、イオン導電剤の例としては、テトラエチルアンモニウム、ラウリルトリメチルアンモニウム等の過塩素酸塩、塩素酸塩等；リチウム、マグネシウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩等；を挙げることができる。
【００７４】
これらの導電剤は、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その添加量は特に制限はないが、上記電子導電剤の場合は、ゴム材１００質量部に対して、１〜６０質量部の範囲であることが好ましく、一方、上記イオン導電剤の場合は、ゴム材１００質量部に対して、０．１〜５．０質量部の範囲であることが好ましい。
【００７５】
最表面層１４Ｃ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、最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。
【００７６】
このうち外添剤汚れの観点から、ポリフッ化ビニリデン、４フッ化エチレン共重合体、ポリエステル、ポリイミド、共重合ナイロンが好ましく用いられる。共重合ナイロンは、６１０ナイロン、１１ナイロン、１２ナイロン、の内のいずれか１種または複数種を重合単位として含むものであって、この共重合体に含まれる他の重合単位としては、６ナイロン、６６ナイロン等が挙げられる。ここで、６１０ナイロン、１１ナイロン、１２ナイロンよりなる重合単位が共重合体中に含まれる割合は、重量比で合わせて１０％以上であるのが好ましい。上記重合単位が１０％以上の場合は、調液性および表面層塗布時における成膜性に優れるとともに、特に繰り返し使用時における樹脂層の磨耗や樹脂層への異物付着が少なく、ロールの耐久性が優れ、環境による特性の変化も少なくなる。
【００７７】
上記高分子材料は単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。また、当該高分子材料の数平均分子量は、１，０００〜１００，０００の範囲であることが好ましく、１０，０００〜５０，０００の範囲であることがより好ましい。
【００７８】
また上記最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。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。
【００７９】
導電剤のカーボンブラックとして、具体的には、デグサ社製の「スペシャルブラック３５０」、同「スペシャルブラック１００」、同「スペシャルブラック２５０」、同「スペシャルブラック５」、同「スペシャルブラック４」、同「スペシャルブラック４Ａ」、同「スペシャルブラック５５０」、同「スペシャルブラック６」、同「カラーブラックＦＷ２００」、同「カラーブラックＦＷ２」、同「カラーブラックＦＷ２Ｖ」、キャボット社製「ＭＯＮＡＲＣＨ１０００」、キャボット社製「ＭＯＮＡＲＣＨ１３００」、キャボット社製「ＭＯＮＡＲＣＨ１４００」、同「ＭＯＧＵＬ−Ｌ」、同「ＲＥＧＡＬ４００Ｒ」等が挙げられる。
【００８０】
上記カーボンブラックはｐＨ４．０以下であり、一般的なカーボンブラックに比べ、表面に存在する酸素含有官能基の効果により、樹脂組成物中への分散性がよく、前記ｐＨ４．０以下のカーボンブラックを配合することにより、帯電均一性をよくすることができ、さらに抵抗値の変動を小さくすることができる。
【００８１】
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。
【００８２】
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、最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。さらに、上記最表面層には、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、最表面層の中に微粒子を添加してもよい。これにより、最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。
【００８３】
次に、帯電ロール１４の表面薄層部１５１について説明する。
図３に示すように、帯電ロール１４は、クリーニングロール１００と接触する配置で構成されている。帯電ロール１４の軸方向端部には、表面薄層部１５１を有する。表面薄層部１５１の下層には、Ａ−Ａ'に示すように、第２層のゴム層１４Ｂが突出した突出部１５０を有している。これに対し、表面薄層部１５１以外の部分は、Ｂ−Ｂ'に示すように、最表面層１４Ｃと、ゴム層１４Ｂにはいずれも、薄層部、突出部を有していない。ゴム層１４Ｂの抵抗は4〜7logΩ程度であり、最表面層１４Ｃはロール全体の抵抗が6.5〜8.5logΩ程度になるように設定されている。
【００８４】
帯電ロール１４の最表面層１４Ｃはクリーニングロール１００との接触により、使用するに従って、徐々に削られていく。最表面層１４Ｃの磨耗が進み、図３（Ｄ）に示すように、突出部１５０が最表面に現れると、その部分ではゴム層１４Ｂの電気抵抗の特性から電流がリークし放電が起こらなくなる。すなわち、その部分については感光体ドラム１２の表面が帯電しないので、その未帯電部分が現像器１８（図１参照）を通過するとその電位差からトナーで現像されてしまう。従ってこの部分では一定周期のトナーパッチが形成されることとなる。
【００８５】
この場合、表面薄層部１３０は軸方向において現像可能領域内で、且つ画像形成領域外に設けられているので、実際のプリント上にトナーパッチは現れない。つまり、突出部１５０が最表面に現れたことで感光体上の画像形成領域外に形成されるトナーパッチを光学センサ等から構成される検知部１５２（図１参照）で検知すれば、帯電ロール１４あるいは帯電ロールを含むマーキングユニットの寿命が近いことをユーザに警告することができる。
【００８６】
ゴム層１４Ｂは突出部１５０が最表面に現れたときにその近傍のみで電流リークが起きる範囲であれば、抵抗値、材料、大きさを自由に設定して構わない。本発明では、帯電ロール１４の印加電圧として-500〜-900Ｖの直流電圧に0.7k〜2.7kVppの交流電圧を重畳しており、これに対し好適な抵抗の範囲が4〜6logΩである。また表面薄層部１５１の厚みについては、最表面層１４Ｃがどの程度磨耗した時点で警告を発するかによるので、使用する帯電ロール１４の最表面層１４Ｃの厚みやシステムの都合にあわせて適宜設定して構わない。本発明で使用した帯電ロール１４の最表面層１４Ｃの膜厚は3〜20μmであり、突出部１５０の厚みは2〜19μmに設定した。
【００８７】
次に本発明の実施例として上記第１の形態に基づいて実施した帯電ロールの磨耗評価結果について説明する。
【００８８】
本実施例では図3に示す構成に基づき、以下のような帯電ロールを使用した。φ8の金属シャフト上に厚さ2mmのイソプレンゴムにアセチレンブラックを均一分散させてなるゴム層を積層し、さらにその上に10μmのフッ素アクリルレート樹脂（パーフルオロオクチルエチルアクリレートの重合体）からなる最表面層を形成した。ゴム層の抵抗は１０6.8Ωであり、最表面層は帯電ロール全体の抵抗として１０7.5Ωとなるように設定されている。また、軸方向に関してクリーニングロールと接触し、且つ画像形成領域外の部分において、ゴム層１４Ｂは帯電ロールの周方向に関して90°間隔で、厚みが4μm、約１mm四方の大きさの突出部１５０が設けられ、結果として厚みが６μmの表面薄層部を形成している。
【００８９】
クリーニングロールはφ5の金属シャフト上に厚さ2.5mmの発泡ウレタン層を形成したものを使用し、帯電ロールに対して0.75mm食い込ませて帯電ロールの回転に従動させた。クリーニングロールのセル数は５５個／２５ｍｍとした。
【００９０】
感光体ドラム１２はφ30のアルミドラムに20μmの有機感光層を塗布したものである。また、感光体ドラム上の表面薄層部に相当する位置に光学式のトナー像検知手段を設け、該トナー像検知手段がトナー像を検知した時点で帯電ロールの寿命が近いことを警告するようにした。
【００９１】
このような構成で、画像密度が5％のチャートを用いてプリントテストを行った。その結果、感光体のサイクル数が1,０００,０００回転に達した時点で、前記警告が発せられることを確認した。図９は帯電ロール表面が磨耗している様子を示す写真である。
【００９２】
なお、本実施例では、表面層の厚み10μmに対して、表面薄層部１４の厚みを6μm（60％）としたが、表面薄層部の厚みを変更した場合の結果を、図１０に示す。最表面層の厚みは、10μmと20μmとし、表面薄層部の厚みを適宜変更した。この場合、最表面層の厚みが50％を下回ると、表面薄層部と周囲の厚みの違いが、初期段階から帯電電位に影響を与え、トナー帯を形成してしまい、精度よく磨耗を検知することが出来ないことがわかった。また、表面薄層部の厚みが90％を越えてしまうと、磨耗によってゴム層の突出部が現れる前に、周辺部のゴム層が先に露出し、帯電不良による画質欠陥が生じてしまうことがわかった。これは、帯電ロール表面における磨耗量のバラツキに起因しており、結果的に、表面層薄層部の厚みは、最表面層の50％以上90％であることが望ましいことが確認された。
【００９３】
次に、図４に本発明の第２の実施形態を示す。
この形態では、断面Ａ−Ａ'に示すように、表面薄層部１５１には突出部１５０が周方向全体において形成されており、他の部分の断面Ｂ−Ｂ'とはゴム層１４Ｂの外径が異なっている。この場合においては、帯電ロール１４の表面薄層部１５１はクリーニングロール１００との接触により、徐々に削られていき、周方向全体で、ゴム層１４Ｂの突出部１５０が現れると、その部分で電流がリークし放電が起こらなくなる。この場合、前述した電位関係により、連続的なトナーの帯が感光体上に形成され、帯電ロール１４あるいは帯電ロールを含むマーキングユニットの寿命をユーザーに警告することができる。
【００９４】
次に、図５に本発明の第３の実施形態を示す。この形態では第１、第２の実施形態の表面薄層部１５１を、帯電ロール両側に有する構成をとっている。更に、最表面層１４Ｃに比べて、ゴム層１４Ｂは表面粗さが高くなるように研磨している。これは、装置の長期間の使用に伴って、帯電ロールやクリーニングロールの表面に異物、堆積物が付着することによって、部材間の回転伝達力が低下し、帯電不良を生じることに対し、磨耗によって露出した突出部１５０の表面粗さが、帯電ロール、感光体、クリーニングロール間の回転伝達力を高めることで、上記の不具合を低減する効果を有する。更に、回転性が損なわれることがないため、前述したトナーのパッチ、帯が確実に下流の検知部によって検知され、本発明の効果を高めることが出来る。
【００９５】
この第５の実施形態に基づく、実施例を以下に示す。ここではウレタンゴムからなるゴム層１４Ｂの表面粗さがRz2.5〜5.0μmとなるように研磨加工し、フッ素アクリルレート樹脂からなる最表面層１４Ｃの表面粗さがRz1.0〜2.0μmとなるよう研磨加工した。
【００９６】
なお、これらの表面粗さは、東京精密社製 Surfcom-590Aを用い、ピックアップ針E-DT-S01Aにて、JIS'82設定の下 、
測定長さ4mm、
測定速度0.3mm/s、
カットオフは長0.8mm、
カットオフ種別2CR（位相補償）
以上の測定条件で、帯電ロールの周方向を測定した。なお、その他の構成については、第１の実施例と同じ条件にて、評価を行った。画像密度が5％のチャートを用いてプリントテストを行ったところ、同様に感光体のサイクル数が約1,０００,０００回転に達した時点で、前記警告が発せられることを確認した。
【００９７】
ここで、表面粗さの違いによる効果を確認するため、図１１に示すように、ゴム層の表面粗さを研磨加工によって変化させた場合の寿命検知時の検知部の出力電圧を検証した。ゴム層１４Ｂの表面粗さが、最表面層１４Ｃと同じRz1.0〜2.0μmの場合と比べると、寿命検知後の検知部によるトナー帯の検出が安定していることがわかる。これは、帯電ロールやクリーニングロールの表面に付着した異物によって、帯電ロールの回転がスリップし、トナーのパッチ濃度が不安定になることを、露出したゴム層表面の粗さが防いでいるためである。従って、露出する突出部（ゴム層）の表面粗さを最表面層よりも高く設定することで、帯電ロールの回転不良が抑制され、磨耗による帯電ロールの寿命検知を制度よく行うことが可能となった。
【００９８】
次に、図６に本発明の第４の実施形態を示す。本形態では、前述の最表面層１４Ｃとゴム層１４Ｂにおいて、両者の表面反射率が異なるように設定する。この場合、表面薄層部１３０は軸方向において現像可能領域外に設定可能で、帯電ロール１４の表面薄層部１３０に近接配置された光学センサなどによる検知部１５２によって、磨耗する最表面層１４Ｃと露出するゴム層１４Ｂの突出部１５０の表面反射率の変化を検知することで、同様に帯電ロールの寿命を判断することができる。
【００９９】
ここで、第４の実施の形態に基づく実施例について説明する。本実施例では、スタンレー社製のKUA0036B型センサーを帯電ロール表面から、約3mm離れた位置に配設した、ここで、最表面層およびゴム層の表面反射率を20％から80％まで変化させ、帯電ロールが約１,０００,０００回転した際の寿命検知の結果について、図１２に示す。
【０１００】
なお、両層の表面反射率の変化には、それぞれ最表面層にはフッ素アクリルレート樹脂（パーフルオロオクチルエチルアクリレートの重合体）、ゴム層にはシリコーンゴムを基材とし、アセチレンブラックの含有量をそれぞれ２％、３．５％重量部とすることで、表面反射率２０％を得た。以後、徐々に含有量を増やしていくことで表面反射率８０％まで調整した。また、表面反射率の測定には、オリンパス社製のUSPM-RU-1700を用い、測定波長1500nm条件の下で測定した。
【０１０１】
図12に示すとおり、両層の表面反射率を異なる値とし、光反射タイプの光センサで、突出部の露出を検出することで、帯電ロールの寿命を検知することが出来た。ここで、最表面層の表面反射率80%、ゴム層の表面反射率を20%とした場合は、最も安定的に、検出することが確認された。これは、最表面層からゴム層に露出が変化する際の変化率が最も高いためと考えられる。一方、最表面層の表面反射率が20％、ゴム層の表面反射率が80％の場合、突出部の露出よりも前に、ゴム層の反射特性をセンサが検出してしまい、結果的に帯電ロールの寿命を誤検知する問題が確認された。
【０１０２】
更に、図７に本発明の第５の実施形態を示す。前述した第１実施形態の構成において、表面薄層部１５１は帯電ロール１４の軸方向において、現像可能領域内で、且つ画像形成領域内に配置する構成をとることができる。この場合、好ましくは、画像が転写される用紙の端部に位置する部分に、上記表面薄層部１５１を配備することが望ましい。この場合、ユーザが出力するプリント上の端部に前述したトナーパッチ、トナーバンドが現れることになるが、画質の悪いプリントを多く出力する前に、寿命を早期にユーザに伝えることによって、部材の交換を実施することが可能となる。
【０１０３】
更に、図８に本発明の第６の実施形態を示す。本実施形態では、帯電ロール１４は、ゴム層１４Ｂを有さず、芯材１４Ａと最表面層１４Ｃのみの構成をとっている。この場合、表面薄層部１５１では、芯材１４Ａが突出部１５０を有しており、最表面層１４Ｃが磨耗することで、突出部１５０が露出し、前述と同様の作用で、トナーパッチ、バンドが形成され、帯電ロール１４の寿命を検知することが可能となる。
【０１０４】
以上のように、本実施形態の画像形成装置１０では、帯電ロールとクリーニング部材が接触することで、帯電ロールの表面が磨耗し、やがて帯電不良などの不具合につながる帯電ロールの寿命を正確に把握することが可能となる。このため、ユーザに画質の悪いプリントを多く出力させることなく、適切な時期に帯電ロールの交換を促すことが可能となる。
【０１０５】
なお、本発明の帯電ロール１４、クリーニングロール１００は上記材質、構成に限定するものではなない。上記の実施形態では、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を形成している態様を示したが、クリーニングロールが自重によって帯電ロールに当接する構成でも、また従動回転する構成をとってもよい。更に、帯電ロールと感光体は接触式帯電でも、微小ギャップ間で放電帯電を行う構成でも構わない。クリーニング部材によって帯電ロールの表面を微小に削り取ることが可能な材質や構成であれば適宜に設定可能である。
【０１０６】
また、検知部１５２は、感光体ドラム１２上のトナー像を検知してもよい。また、検知手段としては検知部１５２だけに限らず、例えば、帯電ロール１４への印可バイアスに関して定電流制御を採用している場合であれば、突出部１５０が現れた部分では電圧がかからなくなるため、これを検出してもよいし、定電圧制御を採用している場合であれば、電流が異常に大きくなることを検出してもよい。
【０１０７】
また、本実施形態では、各部材の配置構成に関して、感光体ドラム１２の下方部に帯電ロール１４を接触させ、この帯電ロール１４の下方部にクリーニングロール１００を接触させる構成であるが、この構成に限定するものではない。例えば、感光体ドラムの上方部に帯電ロールを接触させ、こ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でも本発明を適用することが可能である。
【０１０８】
更に、本実施形態の画像形成装置１０は、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サイクル繰り返したが、この構成に限定するものではない。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、帯電ロール及びロール状クリーニングロールに本発明を適用することが可能である。この場合、各色毎に、本発明を適用させて、帯電ロールの磨耗を個々に検知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る画像形成装置に用いられる帯電ロールとクリーニングロールの周囲の構成を示す拡大図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る表面薄層部を示す概略図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る表面薄層部を示す概略図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る表面薄層部を示す概略図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る表面薄層部を示す概略図である。
【図７】本発明の第５実施形態に係る表面薄層部を示す概略図である。
【図８】本発明の第６実施形態に係る表面薄層部を示す概略図である。
【図９】帯電ロールの表面が磨耗している様子を示す写真である。
【図１０】表面薄層部と最表面層の厚みの比を変えて帯電不良の違いを検証した結果を示す表である。
【図１１】ゴム層と最表面層の表面粗さの違いによる寿命検知時の出力電圧の変動を検証したグラフである。
【図１２】ゴム層と最表面層の表面反射率の違いによる寿命検知の正確さを検証したグラフである。
【符号の説明】
【０１１０】
１０ 画像形成装置
１２ 感光体ドラム
１４ 帯電ロール
１４Ａ 芯材
１４Ｂ ゴム層
１４Ｃ 最表面層
１８ 回転式現像器
２０ 中間転写ベルト
４４ クリーニング装置
７８ クリーニング装置
１００ クリーニングロール
１００Ａ 芯材
１００Ｂ スポンジ層
１０１ ニップ部
１５１ 表面薄層部
１５０ 突出部
１５２ 検知部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成装置に配置され、画像を担持する像担持体を帯電すると共に、クリーニング部材によってクリーニングされる帯電ロールであって、
芯材と、前記芯材の周りに設けられた導電性層と、を備え、
前記導電性層が前記クリーニング部材と当接する範囲で前記導電性層の軸方向の端部が、他の前記導電性層より薄い表面薄層部とされたことを特徴とする帯電ロール。
【請求項２】
前記導電性層が、前記芯材の周りに設けられた第１導電性層と、前記第１導電性層の周りに設けられ、該第１導電性層と物理的特性が異なる第２導電性層と、で構成され、前記第１導電性層に突出部を形成し前記第２導電性層の軸方向の端部に前記表面薄層部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の帯電ロール。
【請求項３】
前記物理的特性が異なるとは、前記芯材又は前記第１導電性層の電気抵抗値が、前記導電性層又は前記第２導電性層の電気抵抗値より低いことであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の帯電ロール。
【請求項４】
前記物理的特性が異なるとは、前記芯材又は前記第１導電性層の表面反射率と前記導電性層又は前記第２導電性層の表面反射率が相違することであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の帯電ロール。
【請求項５】
前記表面薄層部は、前記像担持体の画像形成領域外に位置し、トナーによる現像領域内に位置することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の帯電ロール。
【請求項６】
前記表面薄層部は、前記像担持体の画像形成領域内に位置することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の帯電ロール。
【請求項７】
前記突出部は、前記芯材又は前記第１導電性層の周面に一定の間隔で形成されたことを特徴とする請求項２〜６の何れか１項に記載の帯電ロール。
【請求項８】
前記突出部は、前記芯材又は前記第１導電性層の周面に沿って連続して形成されたことを特徴とする請求項２〜６の何れか１項に記載の帯電ロール。
【請求項９】
前記芯材又は前記第１導電性層の表面粗さが、前記導電性層又は前記第２導電性層の表面粗さより大きいことであることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の帯電ロール。
【請求項１０】
前記表面薄層部の厚さは、前記導電性層又は第２導電性層の厚さより、５０％以上９０％以下であることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の帯電ロール。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０に記載の何れかの帯電ロールを備えた画像形成装置であって、
前記クリーニング部材との接触によって前記表面薄層部が削られることによって露出する前記芯材或いは前記第１導電性層を検知する検知手段と、前記検知手段の検知結果に基づき、前記帯電ロールが寿命であることを知らせる警告手段と、有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
画像形成装置に配置され、画像を担持する像担持体を帯電すると共に、クリーニング部材によってクリーニングされる帯電ロールであって、
芯材と、前記芯材の周りに設けられた導電性層と、を備え、
前記導電性層が前記クリーニング部材と当接する範囲で前記導電性層の軸方向の端部が、他の前記導電性層より薄い表面薄層部とされたことを特徴とする帯電ロール。
【請求項２】
前記導電性層が、前記芯材の周りに設けられた第１導電性層と、前記第１導電性層の周りに設けられ、該第１導電性層と物理的特性が異なる第２導電性層と、で構成され、前記第１導電性層に突出部を形成し前記第２導電性層の軸方向の端部に前記表面薄層部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の帯電ロール。
【請求項３】
前記物理的特性が異なるとは、前記芯材又は前記第１導電性層の電気抵抗値が、前記導電性層又は前記第２導電性層の電気抵抗値より低いことであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の帯電ロール。
【請求項４】
前記物理的特性が異なるとは、前記芯材又は前記第１導電性層の表面反射率と前記導電性層又は前記第２導電性層の表面反射率が相違することであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の帯電ロール。
【請求項５】
前記表面薄層部は、前記像担持体の画像形成領域外に位置し、トナーによる現像領域内に位置することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の帯電ロール。
【請求項６】
前記表面薄層部は、前記像担持体の画像形成領域内に位置することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の帯電ロール。
【請求項７】
前記突出部は、前記芯材又は前記第１導電性層の周面に一定の間隔で形成されたことを特徴とする請求項２〜６の何れか１項に記載の帯電ロール。
【請求項８】
前記突出部は、前記芯材又は前記第１導電性層の周面に沿って連続して形成されたことを特徴とする請求項２〜６の何れか１項に記載の帯電ロール。
【請求項９】
前記芯材又は前記第１導電性層の表面粗さが、前記導電性層又は前記第２導電性層の表面粗さより大きいことであることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の帯電ロール。
【請求項１０】
前記表面薄層部の厚さは、前記導電性層又は第２導電性層の厚さより、５０％以上９０％以下であることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の帯電ロール。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０に記載の何れかの帯電ロールを備えた画像形成装置であって、
前記クリーニング部材との接触によって前記表面薄層部が削られることによって露出する前記芯材或いは前記第１導電性層を検知する検知手段と、前記検知手段の検知結果に基づき、前記帯電ロールが寿命であることを知らせる警告手段と、有することを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図９】
【公開番号】特開２００７−２８６４０３（Ｐ２００７−２８６４０３Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１４３７２（Ｐ２００６−１１４３７２）
【出願日】平成１８年４月１８日（２００６．４．１８）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１８日（２００６．４．１８）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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