(57)【要約】      （修正有）【課題】高耐久（高強度、高耐磨耗性）感光体を用いながらも長期に渡り安定したクリーニング性能を保ち、また画像流れも発生させず、高寿命、高画質、低ランニングコストの画像形成装置を提供する。【解決手段】像担持体上から転写残トナーを除去するクリーニング工程を有する画像形成装置において、  該像担持体のＨＵ（ユニバーサル硬さ値）が１５０Ｎ／ｍｍ2以上２２０Ｎ／ｍｍ2以下であり、かつ弾性変形率Ｗｅが４０％以上６５％以下であって、表面粗さＲｚが０．２〜３．０μｍ、表面凹凸平均間隔Ｓｍが１０〜１００μｍであり、かつ表面の尖り度Ｒｋｕが３＜Ｒｋｕ＜２０の範囲にあって、  該像担持体表面上には、粒子形状が立方体状及び／または直方体状である１次粒子の粒径が３０〜３００ｎｍの無機微粉体が供給されることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、導電性支持体上に感光層を有する像担持体を帯電させる工程、帯電された像担持体に静電潜像を形成させる静電潜像形成工程、静電潜像にトナーを転移させ可視化する現像工程、像担持体上に形成されたトナー像を転写材に転写させる工程、転写残トナーを像担持体上から除去するクリーニング工程を有する画像形成装置において、
該像担持体は２５℃湿度５０％の環境下でビッカース四角錘ダイヤモンド圧子を用いて硬度試験を行い、最大荷重６ｍＮで押し込んだ時のＨＵ（ユニバーサル硬さ値）が１５０Ｎ／ｍｍ2以上２２０Ｎ／ｍｍ2以下であり、かつ弾性変形率Ｗｅが４０％以上６５％以下である像担持体であって、
該像担持体は表面粗さＲｚが０．２〜３．０μｍ、表面凹凸平均間隔Ｓｍが１０〜１００μｍであり、かつ表面の尖り度Ｒｋｕが３＜Ｒｋｕ＜２０の範囲にあって、
該像担持体表面上には、粒子形状が立方体状及び／または直方体状である１次粒子の粒径が３０〜３００ｎｍの無機微粉体が供給されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記像担持体表面を摺擦する部材を設けており、その部材がファーブラシであり、ファーブラシの繊維径をＡ（μｍ）とすると、Ｓｍ＞Ａであり、ファーブラシが回転駆動あるいはレシプロ駆動することを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記像担持体表面を摺擦する部材を設けており、その部材が弾性ローラ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。
【請求項４】
前記像担持体表面を摺擦する部材を設けており、その部材が磁気ブラシであり、磁気ブラシに用いるキャリア粒径をＤ（μｍ）とすると、Ｓｍ＞Ｄ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。
【請求項５】
前記帯電工程は接触式ローラ部材により行われ、該接触式ローラ部材の回転軸と該像担持体の回転軸が互いに交差するよう配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記クリーニング工程が該像担持体に接触するクリーニングブレードによって成され、該クリーニングブレードは硬度６０〜８５（ショア硬さＨＳ）、１００％モジュラスが２０〜８０（ｋｇｆ／ｃｍ2）、反発弾性が５〜５０％の範囲にあることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記像担持体表面と前記クリーニングブレードとの間の動摩擦係数μが０．１≦μ≦３であることを特徴とする請求項６に記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真システムを用いて画像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、複写機、プリンタ、ファクシミリのように画像を紙等の記録媒体に記録する画像形成装置では、画像を記録媒体に記録するシステムとして、電子写真システムが採用されている。電子写真システムは、表面に感光物質が塗布された感光ドラムを像担持体とする。まず、感光ドラムの表面が一様に帯電された後に、感光ドラムの表面にレーザ光が照射され、照射された部分と照射されなかった部分との間に電位差が与えられる。次に、現像剤に含まれる帯電したトナーが感光ドラムの表面に付着することによって、感光ドラムの表面上にトナー像が形成される。その後、そのトナー像が記録媒体に転写され、記録媒体上に画像が形成される。
【０００３】
最近では、出力機器の高画質化、低ランニングコスト化等の要求が強まり、上記電子写真システムで用いられる像担持体である感光ドラムとしては、高分解能の必要性から、より感光層膜厚の薄いものが使用され、また、その上で、低ランニングコスト化のために、感光ドラム自身の寿命を長くする必要性から、感光体表面の電気的、機械的強度や耐磨耗性向上が図られている。
【０００４】
しかしそのような感光ドラムを用いる画像形成装置には、以下のような課題が発生した。
【０００５】
高強度、耐磨耗性の高い高耐久感光ドラムが使用されようになったため、感光ドラム表面が削れることによるリフレシュがされなくなり、帯電等での電気的ダメージや、放電生成物の付着等による表面劣化、クリーニングブレード等との摺擦による機械的ダメージ等が長期的に蓄積し、感光ドラム表面の滑り性（特に対クリーニングブレード）が低下しクリーニングブレードのビビリや鳴き、捲れ等が発生し易くなってくる。更に感光体表面が削れないため、放電生成物の除去が成されず、画像流れが発生してくるという問題点が生じた。そこでこの問題点を解決するためにこれまでに様々な手法が考えられてきた。
【０００６】
例えばヒーターによる加熱で水分吸着による感光体表面の低抵抗化を防ぎ画像流れを防止するという手法がある（特許文献１参照）。しかしながら、ヒーターを設けることは熱制御手段等も必要となりその構成が煩雑化するのみならず、特に複写機、プリンタの小型化、パーソナル化の中でヒーターを用いると、システムが複雑になってしまう。また、ヒーターの昇温には一定の時間を要し、電源を入れてからプリントするまでの時間（ウォームアップタイム）が長く、そのための消費電力を要する。また、感光体が加熱されて、トナーのＴＧ温度（ガラス転移温度）近くまで昇温されると、感光体表面にトナーが固着してしまう。という種々の問題が発生する。また別の手法として、弾性ローラにより感光体表面を摺擦してコロナ生成物を取り除く方法等が考えられている（特許文献２参照）。この方法では、摺擦力は十分に発揮されるが、感光ドラム表面からかきとり、自身に付着したトナーは更に他の手段でかきとらないと、いつまでもローラに付着しているため、感光ドラムとローラ間で摺擦を繰り返すことにより、融着を起こしてしまう。また逆に、十分にローラ表面からのかきとりが成されて、転写残トナーが少な過ぎる場合、感光ドラム表面に対してローラ表面が直接接触、摺擦されて感光ドラム表面が傷ついてしまうことがあった。
【０００７】
【特許文献１】実公平１−３４２０５号公報
【特許文献２】特開昭６１−１００７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記問題を解決するものであって、高耐久（高強度、高耐磨耗性）感光体を用いながらも長期に渡り安定したクリーニング性能を保ち、また画像流れも発生させず、高寿命、高画質、低ランニングコストの画像形成装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は本発明の下記の構成を特徴とする画像形成装置により達成される。
【００１０】
（１）少なくとも、導電性支持体上に感光層を有する像担持体を帯電させる工程、帯電された像担持体に静電潜像を形成させる静電潜像形成工程、静電潜像にトナーを転移させ可視化する現像工程、像担持体上に形成されたトナー像を転写材に転写させる工程、転写残トナーを像担持体上から除去するクリーニング工程を有する画像形成装置において、
該像担持体は２５℃湿度５０％の環境下でビッカース四角錘ダイヤモンド圧子を用いて硬度試験を行い、最大荷重６ｍＮで押し込んだ時のＨＵ（ユニバーサル硬さ値）が１５０Ｎ／ｍｍ2以上２２０Ｎ／ｍｍ2以下であり、かつ弾性変形率Ｗｅが４０％以上６５％以下である像担持体であって、
該像担持体は表面粗さＲｚが０．２〜３．０μｍ、表面凹凸平均間隔Ｓｍが１０〜１００μｍであり、かつ表面の尖り度Ｒｋｕが３＜Ｒｋｕ＜２０の範囲にあって、
該像担持体表面上には、粒子形状が立方体状及び／または直方体状である１次粒子の粒径が３０〜３００ｎｍの無機微粉体が供給されることを特徴とする画像形成装置。
【００１１】
（２）前記像担持体表面を摺擦する部材を設けており、その部材がファーブラシであり、ファーブラシの繊維径をＡ（μｍ）とすると、Ｓｍ＞Ａであり、ファーブラシが回転駆動あるいはレシプロ駆動することを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
【００１２】
（３）前記像担持体表面を摺擦する部材を設けており、その部材が弾性ローラであることを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
【００１３】
（４）前記像担持体表面を摺擦する部材を設けており、その部材が磁気ブラシであり、磁気ブラシに用いるキャリア粒径をＤ（μｍ）とすると、Ｓｍ＞Ｄであることを特徴とする（１）に記載の画像形成装置。
【００１４】
（５）前記帯電工程は接触式ローラ部材により行われ、該接触式ローラー部材の回転軸と該像担持体の回転軸が互いに交差するよう配置されていることを特徴とする（１）〜（４）に記載の画像形成装置。
【００１５】
（６）前記クリーニング工程が該像担持体に接触するクリーニングブレードによって成され、該クリーニングブレードは硬度６０〜８５（ショア硬さＨＳ）、１００％モジュラスが２０〜８０（ｋｇｆ／ｃｍ2）、反発弾性が５〜５０％の範囲にあることを特徴とする（１）〜（５）に記載の画像形成装置。
【００１６】
（７）前記像担持体表面と前記クリーニングブレードとの間の動摩擦係数μが０．１≦μ≦３であることを特徴とする（６）に記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、特定の像担持体表面上に特定の無機微粉体を供給する構成をとることにより、長期にわたり画像流れやクリーニングブレードのビビリ、鳴き、捲れ等の発生しない安定した画像形成を行える効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明に係る画像形成装置の実施形態及び実施例の構成、動作を図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は本発明に係る画像形成装置の一実施形態である複写機の概略図である。まず複写機全体の概略について説明すると、像担持体である感光体ドラム１には負帯電有機感光体を使用し、現像剤としては負帯電トナーを使用する、いわゆる反転現像方式を利用しているものである。また感光体を一様に帯電させる方式として、低コストな接触帯電方式の一つであるローラ帯電方式を利用しているが、コロナ帯電方式を用いても何ら問題ない。
【００２０】
この複写機の作像プロセスについて説明する。感光体ドラム１はまず帯電装置を構成する帯電ローラ２により一様の電位に帯電され、図示せぬ露光光学系により画像情報に対応したレーザービームＬが感光体ドラム１の軸方向に主走査され、感光体ドラム１の回転により副走査される。これにより感光体ドラム１上には画像情報に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は現像装置３によって現像されてトナー像となる。トナー像は転写装置４により記録媒体Ｐに転写される。この像を転写された記録媒体は、感光体ドラム１から分離されて搬送され、その後定着器５により像を加圧、加熱して定着されてプリントが完了する。一方、転写後の感光体ドラム１上に残留したトナーはクリーニング装置６によって感光ドラム１上より除去される。その後感光体ドラム１上に残留している電荷は、除電ランプ７の除電光により除電され、感光体ドラム１は次回の作像に備えられる。
【００２１】
［像担持体］
本発明における像担持体である感光体について以下に説明する（以下、像担持体を感光体、もしくは感光ドラムと称す。）。
【００２２】
本発明に使用される感光体は少なくても表面層が重合或いは架橋し、硬化させた化合物を含有している電子写真感光体であり、その硬化手段は熱や可視光、紫外線等の光、更に放射線を用いることが出来る。従って本発明における表面層を形成する手は、表面層用の重合或いは架橋し硬化させることが出来る化合物を融解、含有している塗布溶液を用い、浸漬コーティング法、スプレーコーティング法、カーテンコーティング法、スピンコーティング等により塗工し、これを前記した硬化手段により硬化するという手順となる。感光体を効率よく大量生産するには含浸コーティング法が最良であり本発明においても浸漬塗布法は可能である。
【００２３】
本発明の感光体の構成は外径約３０ｍｍの導電性基体上に、電荷発生物質と電荷輸送物質の双方を同一の層に含有する層構成の単層型、或いは電荷発生物質を含有する電荷発生層と電荷輸送物質を含有合する電荷輸送層を、この順に、又は逆の順に積層した構成の積層型の何れかである。更に、前記感光層上に表面保護層を形成することも可能である。本発明は、少なくても感光体の表面層が、熱や可視光、紫外線等の光、更に放射線により重合或いは架橋し硬化させることが出来る化合物を含有していればよい。但し、感光体としての特性、特に残留電位など電気的特性及び耐久性の点より電荷発生層／電荷輸送層を、この順に積層した機能分離型の感光体構成、又は、この構成で積層された感光層上に表面保護層を形成した構成が好ましい。
【００２４】
本発明において、表面層の重合或いは架橋させる化合物の硬化法は、感光体特性の劣化無く残留電位の上昇が起こらず、十分な硬度を示すことが出来る点で、放射線を用いることが好適である。
【００２５】
この際、使用する放射線とは電子線及びガンマ線である。電子線を照射する場合、加速器としてスキャニング型、エレクトロンカーテン型、ブロードビーム型、パルス型及びらミーナ型等の何れの形式も使用することが出来る。電子線を照射する場合に、本発明の感光体における電気特性、及び耐久性能を発現する上で、その照射条件は、加速電圧は２５０ｋＶ以下が好ましく、最適には１５０ｋＶ以下である。また照射線量は好ましくは１０ＫＧｙから１０００ＫＧｙの範囲、より好ましくは３０ＫＧｙから５００ＫＧｙの範囲である。加速電圧が上記を越えると感光体特性に対する電子線照射のダメージが増加する傾向にある。また、照射線量が上記範囲より少ない場合には硬化が不十分となりやすく、線量が多い場合には感光体特性の劣化が起こりやすいので注意が必要である。
【００２６】
重合或いは架橋し硬化させることの出来る表面層用化合物としては、反応性の高さ、反応速度の速さ、硬化後に達成される硬度の高さの点から、分子内に不飽和重合性官能基を持つものが好ましく、更にその中でもアクリル基、メタクリル基、及びスチレン基をもつ化合物が特に好ましい。
【００２７】
本発明に用いる表面保護層の膜厚は０．２〜１０μｍの範囲が好ましく、より好ましくは０．５〜６μｍの範囲である。
【００２８】
また本発明におけるＨＵ（ユニバーサル硬さ値）及び弾性変形率は、圧子に連続的に荷重をかけ、荷重下での押し込み深さを直読し連続的硬さを求められる微小硬さ測定装置フィシャースコープＨ１００Ｖ（Ｆｉｓｃｈｅｒ社製）を用いて測定した。圧子は対面角１３６°のビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を使用した。荷重の条件は最終荷重６ｍＮまで段階的に（各点０．１ｓの保持時間で２７３点）測定した。
【００２９】
ＨＵ（ユニバーサル硬さ値：以下ＨＵと呼ぶ）は、６ｍＮで押し込んだ時の同荷重下での押し込み深さから下記式（１）によって規定される。
【００３０】
【数１】
2006301092.tif 000002
【００３１】
弾性変形率は圧子が膜に対して行った仕事量（エネルギー）、すなわち圧子の膜に対する荷重の増減によるエネルギーの変化より求めたものであり、下記式（２）からその値は求まる。ここでＷｔ（ｎＷ）は全仕事量で、Ｗｏ（ｎＷ）は弾性変形の仕事量である。
弾性変形率Ｗｅ＝Ｗｏ／Ｗｔ  ×１００（％）    （２）
【００３２】
前述の如く、有機電子写真感光体に求められる性能として機械的劣化に対する耐久性の向上が挙げられる。一般的に膜の硬度は外部応力に対する変形量が小さいほど高く、電子写真感光体も当然の如く鉛筆硬度やビッカース硬度が高いものが機械的劣化に対する耐久性が向上すると考えられている。しかしながら、これらの測定により得られる硬度が高いものが必ずしも耐久性の向上を望めたわけではなかった。
【００３３】
我々は鋭意検討の末、ＨＵと弾性変形率の値が、ある範囲の場合に感光体表面層の機械的劣化が起り難くなることを見出し、本発明に至った。すなわち、ビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を用いて硬度試験を行い、最大荷重６ｍＮで押し込んだ時のＨＵが１５０Ｎ／ｍｍ2以上２２０Ｎ／ｍｍ2以下であり、かつ、弾性変形率が４０％以上６５％以下である電子写真感光体を用いることによって飛躍的に向上した。
【００３４】
本実施形に用いられる像担持体である感光体表面の磨耗量はテーバー磨耗試験器では２ｍｇ以下である。テーバー磨耗試験の試験方法は、テーバー磨耗試験機（Ｙ．Ｓ．Ｓ．Ｔａｂｅｒ  安田製作所製）の試料台にサンプルを装着し、２個の表面にラッピングテープ（富士フィルム製  品名：Ｃ２０００）を装着したゴム製の磨耗輪（ＣＳ−０）の各々荷重５００ｇｒをかけ、１０００回転後のサンプルの質量減少を精密天秤にて測定する方法である。
【００３５】
また、本発明では電子写真感光体の表面形状を表面粗さＲｚ（１０点平均面粗さ）が０．２μｍ以上３．０μｍ以下、表面凹凸平均間隔Ｓｍが１０〜１００μｍであり、かつ表面の尖り度ＲＫｕが３＜Ｒｋｕ＜２０の範囲とする。Ｒｚが０．２μｍより小さい場合、クリーニングブレードと感光体表面の接触面積が大きくなりすぎ、ブレードのビビリ、ブレード磨耗、欠け、といった問題が発生し良好なクリーニング性が得られない。同様にＳｍが１００μｍより大きくなってもブレード−感光体表面間の密着性が高くなりすぎ良好にクリーニングできない。逆にＲｚが３μｍより大きい、あるいはＳｍが１０μｍより小さくなった場合はクリーニングブレードが感光体表面形状に追従しきれず接触面積が低下しすぎ、転写残トナーを塞き止めることが出来なくなりすり抜けといったクリーニング不良が発生する。
【００３６】
次に表面形状を表すパラメータＲｋｕについて説明する。Ｒｋｕ（またはＫｕｒｔｏｓｉｓ）は、ＡＤＦ（変調密度関数）曲線および表面の「先の尖った状態（Ｓｐｉｋｉｎｅｓｓ）」の鋭さの測定値で、図２に示すように感光体表面が正規分布となるような状態ではＲｋｕ＝３であり、上下どちらかに偏りのある尖り具合を有するほど３から離れた値となる。Ｒｋｕは以下の式より計算される。ここで、ｎはそのプロファイル内の要素Ｙｉの数で、Ｒｑは粗さの２乗平均である。
【００３７】
【数２】
2006301092.tif 000003
【００３８】
Ｒｋｕが３以下の場合、感光体表面形状の凸部に鋭い形状を有するためクリーニングブレードとの接触面積が小さくなる方向である。そのためＲｚ、Ｓｍが上記範囲に入っていてもクリーニングブレードによる転写残トナーの塞き止め力が弱いためすり抜けが発生してしまう状況が起こりえる。また接触面積が小さいためにクリーニングブレードによる放電生成物の除去がされにくくなり画像流れが発生しやすい。さらに感光体表面形状が耐久後も維持されるため感光体表面の凸部の尖度の高い部分でクリーニングブレードのエッジ磨耗が激しくなり耐久後のクリーニング性に問題を生じる場合があった。
【００３９】
一方、Ｒｋｕを３より大きくするとブレード−感光体表面間の接触面積が適度になり良好なクリーニング性が得られた。
【００４０】
以上述べてきたように本発明のような磨耗レートが小さいドラムを使いこなす為にはＲｚ、Ｓｍ、Ｒｋｕの範囲を適切に設定することが重要となってくる。感光体表面の磨耗レートが大きいものは初期に表面形状を決めてもその形状を維持することが出来ないため耐久後のクリーニング性にあまり関与しない。そして常に表面がリフレッシュされるため放電生成物等が蓄積せずクリーニングブレード−感光体表面間の摩擦係数はそれほど増加しない。一方、本発明のような高耐久性を有する感光体では放電生成物等が蓄積、あるいはブレードでそれらを除去しなければならずブレードにかかる負荷が大きくなりブレード磨耗、ビビリ、捲れといった問題を発生させる。そこで磨耗レートが非常に小さい感光ドラムは長期耐久後も表面形状が維持されるため最初の表面形状決定が重要となる。
【００４１】
本発明において電子写真感光体の表面の表面粗さは、接触式面粗さ測定機（商品名：サーフコーダＳＥ３５００、（株）小坂研究所製）を用いて以下のように測定を行う。
【００４２】
検出器：Ｒ２μｍ、０．７ｍＮのダイアモンド針、フィルタ：２ＣＲ、カットオフ値：０．８ｍｍ、測定長さ：２．５ｍｍ、送り速さ：０．１ｍｍとし、ＪＩＳ規格Ｂ０６０１で定義される１０点平均面粗さＲｚのデータを処理した。また表面の凹凸の平均間隔Ｓｍは同様の条件で測定し以下の式から得られる算術平均値である。
【００４３】
【数３】
2006301092.tif 000004
Ｓｍｉ：凹凸の間隔
ｎ：基準長さ内で凹凸の間隔の個数
【００４４】
またＲｋｕはＺｙｇｏ社のＮｅｗｖｉｅｗ  ５０００システムで測定し、Ｍｅｔｒｏｐｒｏにより解析を行った値である。測定の際、１０Ｘミラウの干渉対物レンズを使用した。
【００４５】
次に本発明の電子写真感光体の表面形状を制御する粗面化手段として、研磨シートを含む研磨機の一例を図３に示す。研磨シートは、研磨砥粒が結着樹脂に分散されたものが基材に塗布されたシートである。研磨シート８は空洞の軸ａに巻かれており、軸ａにシートが送られる方向と逆方向に、研磨シート８に張力が与えられるよう図示しないモータが配置されている。研磨シート８は矢印方向に送られ、ガイドローラ２−１、２−２を介してバックアップローラ１１を通り、研磨後のシートはガイドローラ２−３、２−４を介して図示しないモータにより巻き取り手段１２に巻き取られる。研磨は、基本的に未処理の研磨シートが感光体表面に常時圧接され、感光体表面を粗面化することで行われる。
【００４６】
また図４に別の方法で表面形状を制御する砥粒吐出手段の概略図を示す。砥粒の吐出装置９、電子写真感光体１０を矢印ｃ方向に回転させるための駆動手段（不示図）、排気装置（不示図）により構成される。所望の回転数で回転される電子写真感光体１０の表面に吐出装置９より研磨砥粒が吹付けられ、吐出装置９又は電子写真感光体１０がスラスト方向に移動することにより、電子写真感光体の表面全面が粗面化される。その際、図示されない排気装置により、吐出装置９より出た研磨砥粒が吸引される。研磨砥粒は再利用しても良い。粗面化工程に使用される研磨砥粒は、金属、ガラス、樹脂等が好ましい。その中から、電子写真感光体表面形状として上述したに所望の形状が得られるものを選択すればよい。研磨砥粒の粒径は金属の場合１〜１００μｍが好ましく、さらには５〜６０μｍが好ましい。樹脂の場合３０〜２００μｍが好ましい。研磨砥粒の形状は、不定形では感光体表面に深い凹部が発生しやすいので球形のほうが好ましい。粗面化の際、複数の粒径、形状、材質の異なる物を用いても良い。
【００４７】
以上述べた表面形状制御手段は感光体表面として膜を形成、硬化後に粗面化処理を行うことにより所望の表面形状を得る手法について説明したが、基材のシリンダ等を粗し所望の形状となる膜を形成後、硬化させる手段をとっても何ら問題ない。
【００４８】
［現像］
本発明の画像形成装置に用いられる現像方法としては、感光ドラムに対して非接触状態で現像する方法（一成分非接触現像）、感光ドラムに対して接触状態で現像する方法（一成分接触現像）、トナー粒子に対して磁性キャリアを混合したものを現像剤として用い、この現像剤を磁気力により搬送し、感光ドラムに対して接触状態で現像する方法（二成分接触現像）、上記二成分現像剤を感光ドラムに対して非接触状態で現像する方法（二成分非接触現像法）の何れも好適に用いることが出来る。本実施形態では現像装置の簡易化、低ランニングコストを達成できることから、磁性トナーを用いた一成分非接触現像とした。
【００４９】
［無機微粉体］
本発明では、感光体表面上に粒子形状が立方体状及び／または直方体状である１次粒子の粒径が３０〜３００ｎｍの無機微粉体を供給する構成とする。無機微粉体は硬度が高く優れた研磨性能を持つ。無機微紛体としては例えばチタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム等が用いられる。本発明の実施形態では、粒子形状が立方体状及び／または直方体状であるペロブスカイト型結晶形にすることでその効果を発揮する。本発明で用いる感光体はその高耐久性から上述したようにＲｚ、Ｓｍ、Ｒｋｕを適切な範囲に設定する必要がある。しかし上記範囲ではクリーニングブレードのビビリ、捲れ、すり抜けといった現象に関しては問題が発生しないが、画像流れや融着といった問題が発生する場合がある。これは感光体表面形状が維持されるため感光体表面の凹部に放電生成物や外添剤、トナー等が蓄積するため起こる現象であると考えられる。この凹部ではクリーニングブレードによる摺擦力が不足する部分が生じ、そこに放電生成物や外添剤等が蓄積する。特に本発明ではＲｋｕ＞３とするため凹部が尖状になっている為その細部までクリーニングブレードによる掻き出し作用を受けることが出来ない。しかしながら無機微粉体として粒子形状が立方体状及び／または直方体状であるペロブスカイト型結晶形のものを感光体表面上に供給すると、この凹部に蓄積する帯電生成物や外添剤の除去を効率的に行える（図９）。これは、粒子形状が立方体状及び／または直方体状であることで、感光体表面との接触面積を大きくすることができ、また立方体または直方体の稜線が感光体表面に当接することで良好な掻き取り性を得ることができるためだと考えられる。この掻き取り作用はクリーニングブレードニップ部で無機微粉体が感光体表面に圧接される際に主に行われると考えられる。
【００５０】
一方、無機微粉体として不定形あるいは球状のものを用いると、その研磨能力を効果的に発揮できず画像流れを防ぎきれない。
【００５１】
本発明において使用されるペロブスカイト型結晶のチタン酸ストロンチウムは一次粒子の平均粒径が３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であるものが好ましい。平均粒径が３０ｎｍ未満では当該粒子の研磨効果が不十分であり、一方、３００ｎｍを超えると上記研磨効果が強すぎるため感光体キズ、帯電ローラ損傷が発生する場合があるため適さない。研磨性能は無機微粉体の粒径にも大きく関わり、粒径が大きいものほど研磨効果が大きくなる。
【００５２】
感光体表面に上記無機微粉体を供給する手段としては、現像トナーに外添する方法、クリーニング装置内に無機微粉体供給部材を設ける方法等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
【００５３】
［クリーニング装置］
電子写真システムにおけるクリーニングとしては、感光ドラムの表面がトナー像形成用に何度も繰り返し使用されるため、記録媒体へのトナー像の転写後に、記録媒体に転写されずに感光ドラムの表面に残る残留トナーを十分に除去することが必要となる。残留トナーを除去する方法としては、従来から幾多の提案がなされているが、弾性材料からなるカウンターブレードであるクリーニングブレードを感光ドラムの表面に当接して、残留トナーをかき落とす方法が、低コストであり、電子写真システム全体を簡単でコンパクトな構成にでき、トナー除去効率も優れているので、広く実用化されている。クリーニングブレードの材料としては、高硬度でしかも弾性に富み、耐磨耗性や、機械的強度や、耐油性や、耐オゾン性などに卓越しているウレタンゴムが一般的に用いられている。
【００５４】
図５にクリーニングブレードに関する図を示す。クリーニングブレード８ａは板金の先端部に一体的に保持されたポリウレタンゴムからなり、感光体１に対して所定の侵入量δ、設定角θの条件で当接されている。本実施形態では試行錯誤を繰り返して最適条件を見出した結果、硬度６０〜８５（ショア硬さＨＳ）、１００％モジュラスが２０〜８０（ｋｇｆ／ｃｍ2）、反発弾性が５〜５０％の範囲にあれば安定してクリーニングできることが分かった。
【００５５】
次に動摩擦係数μの測定方法について説明する。
【００５６】
感光体が、シート状、平板状、又はエンドレス（無端）のベルト状の場合は、クリーニングブレードと、感光体表面との間の動摩擦係数μは、通常、ＨＥＩＤＯＮ社製の表面性試験装置（形式ＨＥＩＤＯＮ−１４）により測定される。クリーニングブレードを一定の荷重（ｇｆ）で感光体に押し当て、この状態でクリーニングブレードを感光体表面に対して平行に動かしたときに加わる力（ｇｆ）を測定する。動摩擦係数μは、〔感光体に加わる力（ｇｆ）〕／〔ブレードに加えた荷重（ｇｆ）〕で得られる。
【００５７】
しかしながら電子写真方式の画像形成装置に組み込まれる感光体は、ドラム状の感光体ドラム主流であり、その場合の動摩擦係数μは、感光体ドラム自体の回転トルクＴ１（ｋｇｆ・ｃｍ）と、クリーニングブレードが荷重Ｆ（ｋｇｆ）で圧接された状態の感光体ドラムに転写工程後の残留トナーが介在した系における回転トルクＴ２（ｋｇｆ・ｃｍ）とを測定し、下記の式により計算して求められる。ただし、γは感光体ドラムの半径（ｃｍ）である。
μ＝（Ｔ２−Ｔ１）／（Ｆ・γ）
【００５８】
この動摩擦係数μの値としては０．１〜３の範囲であれば良好にクリーニングできた。μが０．１未満だとトナーすり抜けを起こす場合があり、逆に３を超えるとクリーニングブレードのビビリや捲れの発生、クリーニングブレードの磨耗が激しくなる等の問題を引き起こす。動摩擦係数μの調整は先に述べた感光体表面形状によって可能であるし、クリーニングブレードの感光体に対する当接条件によっても可能である。
【実施例】
【００５９】
以下に、実施例を示して、本発明をより具体的に説明する。なお、これらの実施例は、本発明における最良の実施形態の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００６０】
［実施例１］
本実施例ではユニバーサル硬さ値が２００Ｎ／ｍｍ2、弾性変形率Ｗｅが５０％の感光体を使用した。また表面の粗面化は、図３に示す装置で研磨シート（商品名：ＡＸ−３０００（富士写真フィルム（株）製）、研磨砥粒：アルミナ（平均粒径：５μｍ）、基材：ポリエステルフィルム（厚さ：７５μｍ）を用い、研磨シート送りスピード：１５０ｍｍ／ｓｅｃ、感光体回転数：１５ｒｐｍ、押し当て圧：７．５Ｎ／ｍ2、シート及び電子写真感光体の回転方向は同方向、バックアップローラは外径：直径４０ｃｍ、アスカーＣ硬度：４０のものを用い、３００ｓｅｃ間粗面化を行った。感光体表面のＲｚ、Ｓｍ、ＲｋｕはそれぞれＲｚ＝０．３３μｍ、Ｓｍ＝１５μｍ、Ｒｋｕ＝４であった。
【００６１】
無機微粉体の感光体上への供給は現像トナーに外添することにより行った。本例では一次粒子の平均粒径が１００ｎｍのペロブスカイト型結晶のチタン酸ストロンチウム（図６に示す）をヘンシェルミキサーＦＭ１０Ｂにて現像トナー１００質量部に対して、１．５質量部外添したものを用いた。
【００６２】
本実施例ではクリーニングブレードとして硬度７０（ショア硬さＨＳ）、１００％モジュラス２５ｋｇｆ／ｃｍ2、反発弾性１１％のウレタンゴムを用い、設定角θ＝２５°、侵入量δ＝０．７ｍｍ、感光体２への当接圧が約２５ｇ／ｃｍとなるようにした。
【００６３】
以上の構成で高温高湿下（３０℃８０％）で１０万枚耐久評価した結果、画像流れ、融着、クリーニング性、共に良好な結果が得られた。クリーニングブレード磨耗は見られたが、実使用上問題の無いレベルであった。感光体表面に付着した放電生成物等の除去が成されないと感光体表面とクリーニングブレードとの摩擦力が増大し、ブレード磨耗が大きくなる。そこでブレード磨耗量を見ることで感光体表面が効果的にリフレッシュされているかを判断することができる。またブレード磨耗が進むと転写残トナーを塞き止める力が弱くなり、すり抜けといったクリーニング不良に繋がる。感光体表面とクリーニングブレードとの間の動摩擦係数μは０．９であった。
【００６４】
［比較例１］
本比較例では感光体上に供給する無機微粉体として一次粒子の平均粒径が５００ｎｍの不定形チタン酸ストロンチウム（図７に示す）を用いた。その他の構成は実施例１と同様とした。高温高湿下（３０℃８０％）で１０万枚耐久評価した結果、耐久初期より画像流れが発生した。ブレードは実施例１に比べ激しく損傷しており耐久後半はトナーのすり抜けが見られた。
【００６５】
［実施例２］
本実施例ではユニバーサル硬さ値が２００Ｎ／ｍｍ2、弾性変形率Ｗｅが５０％の感光体を使用した。粗面化処理は図４の装置を用いて、感光体回転数：３０ｒｐｍとして、研磨砥粒：形状ガラスビーズ（平均粒径；４０μｍ）を用い、乾式ブラストで表面の粗面化を行った。表面形状は、Ｒｚ＝０．８μｍ、Ｓｍ＝４５μｍ、Ｒｋｕ＝６．５であった。無その他の構成は実施例１と同様にした。
【００６６】
以上の構成で高温高湿下（３０℃８０％）で１０万枚耐久評価した結果、画像流れ、融着、クリーニング性、共に良好な結果が得られた。クリーニングブレード磨耗は見られたが、実使用上問題の無いレベルであった。感光体表面とクリーニングブレードとの間の動摩擦係数μは１．１であった。
【００６７】
［実施例３］
本実施例ではクリーニングブレードの感光ドラム回転方向上流側に回転駆動するファーブラシを設けた。ファーブラシは感光体との当接部において感光体と同方向に移動し対感光体１１０％の周速となるよう駆動させた。ファーブラシは繊維径３０μｍのアクリル素材、繊維密度１００本／ｍｍ2、対感光体進入量１ｍｍとした。その他の構成は実施例２と同様にした。
【００６８】
以上の構成で高温高湿下（３０℃８０％）で１０万枚耐久評価した結果、画像流れ、融着、クリーニング性、共に良好な結果が得られた。クリーニングブレード磨耗は実施例１に比べさらに良いものとなっていた。これはファーブラシによる感光体表面摺擦と、ファーブラシが無機微粉体を担持し、より無機微粉体の研磨性能を引き出しているためだと考えられる。またファーブラシ繊維径を感光体表面凹凸間隔：Ｓｍより小さくしていることで凹部にブラシ繊維が入り込みより確実に凹部に蓄積した放電生成物等を掻き取る効果が得られると考えられる。感光体表面とクリーニングブレードとの間の動摩擦係数μは０．８であった。
【００６９】
［実施例４］
本実施例ではクリーニングブレードの感光ドラム回転方向上流側に回転駆動する弾性ローラを設けた。弾性ローラとしては、発泡ポリウレタン、発泡シリコン、発泡ＥＰＤＭ等のスポンジローラが好適に用いられ、本実施例では発泡ポリウレタンを使用した。スポンジローラの外径は１５．４ｍｍであり、その硬度は３０°（アスカーＣ）である。ローラ硬度としては１０〜５０°（アスカーＣ）が好ましく、１０°以下では摺擦力不足で期待する効果が得られず、５０°以上では、感光体に対して傷をつけてしまうから場合がある。感光体へは、侵入量０．６ｍｍで、線圧４０ｇ／ｃｍで当接しており、感光体の回転方向においてクリーニングブレード８ａの上流側に、回転可能に配設されており、感光体との当接部において感光体と同方向に移動し対感光体１１０％の周速となるよう駆動させた。その他の構成は実施例１と同様にした。
【００７０】
以上の構成で高温高湿下（３０℃８０％）で１０万枚耐久評価した結果、画像流れ、融着、クリーニング性、共に良好な結果が得られた。クリーニングブレード磨耗は実施例１に比べさらに良いものとなっていた。これは弾性ローラによる感光体表面摺擦と、スポンジローラ表面又はスポンジセルに担持した無機微粉体が効果的に感光体表面を摺擦させているためだと考えられる。また弾性ローラが感光体に圧接する際、凹部に存在する無機微粉体を、より放電生成物等を掻き出す方向に作用させていると考えられる。感光体表面とクリーニングブレードとの間の動摩擦係数μは０．６であった。
【００７１】
［実施例５］
本実施例ではクリーニングブレードの感光ドラム回転方向上流側に回転駆動するマグローラを設けた。マグローラは感光体との当接部において感光体と同方向に移動し対感光体１１０％の周速となるよう駆動させた。マグローラには現像トナーと同じ磁性トナーが担持され磁気ブラシを形成する。その他の構成は実施例１と同様にした。
【００７２】
以上の構成で高温高湿下（３０℃８０％）で１０万枚耐久評価した結果、画像流れ、融着、クリーニング性、共に良好な結果が得られた。クリーニングブレード磨耗は実施例１に比べさらに良いものとなっていた。これは磁気ブラシによる感光体表面摺擦と、磁気ブラシが無機微粉体を担持し、より効果的に無機微粉体の研磨性能を引き出しているためだと考えられる。また磁性トナーの粒径は７μｍのものを使用しているため感光体表面の凹部に磁気ブラシが入り込みより確実に凹部に蓄積した放電生成物等を掻き取る効果が得られると考えられる。
【００７３】
本実施例では現像トナーとして磁性トナーとしているため、磁性トナーを磁気ブラシとして用いたが、二成分現像系でキヤリアを用いる場合、そのキヤリアを磁気ブラシとして用いても良い。感光体表面とクリーニングブレードとの間の動摩擦係数μは０．６であった。
【００７４】
［実施例６］
本実施例では帯電ローラの回転軸と感光体の回転軸との間に角度０．２°の交差角を設けてある（図８に示す）。交差角を設ける目的は、外添剤等からの帯電ローラの汚染を出来るだけ拡散させ、局所的に発生する帯電不良を防ぐという目的もあるが、本実施例の場合、その摺擦力に期待している。すなわち、帯電ローラと感光ドラムの回転方向のベクトルが異なるため、そのニップ部において摺擦力が発生する。その他の構成は実施例１と同様にした。
【００７５】
以上の構成で高温高湿下（３０℃８０％）で１０万枚耐久評価した結果、画像流れ、融着、クリーニング性、共に良好な結果が得られた。クリーニングブレード磨耗は実施例１に比べさらに良いものとなっていた。これは帯電ローラに交差角を設けることによりニップ部で感光体表面に効果的に摺擦を与えているためだと考えられる。また帯電ローラニップ部で凹部に存在する無機微粉体を、より放電生成物等を掻き出す方向に作用させていると考えられる。感光体表面とクリーニングブレードとの間の動摩擦係数μは０．７５であった。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明に好適な画像形成装置の概略構成断面図である。
【図２】Ｒｋｕの説明図である。
【図３】研磨機の説明図である。
【図４】砥粒吐出装置の説明図である。
【図５】クリーニングブレードを説明する部分拡大図である。
【図６】ペロブスカイト型結晶のチタン酸ストロンチウムの写真に基づく図である。
【図７】不定形型のチタン酸ストロンチウムの写真に基づく図である。
【図８】帯電ローラの交差角図である。
【図９】感光体表面凹部図である。
【符号の説明】
【００７７】
１    感光ドラム
２    帯電ローラ
３    現像装置
４    転写装置
５    定着器
６    クリーニング装置
８    研磨シート
８−ａ  クリーニングブレード
９    吐出装置
１０  電子写真感光体
１１  バックアップローラ
１２  研磨シート巻取り手段
１３  感光体表面凹部
１４  放電生成物や外添剤
１５  ペロブスカイト型結晶の無機微粉体
１６  クリーニングブレード
１７  外添剤
【図１】
2006301092.tif 000005
【図２】
2006301092.tif 000006
【図３】
2006301092.tif 000007
【図４】
2006301092.tif 000008
【図５】
2006301092.tif 000009
【図６】
2006301092.tif 000010
【図７】
2006301092.tif 000011
【図８】
2006301092.tif 000012
【図９】
2006301092.tif 000013