(57)【要約】【課題】地肌汚れがなく高画質な画像を経時においても安定的に形成できるとともに、現像部からのトナー飛散が軽減された、長寿命の画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供する。【解決手段】感光層を有する像担持体１と、トナーとキャリアとを混合してトナーを帯電させるとともに像担持体１上に形成される静電潜像にトナーを供給する現像部４とを備える。そして、感光層の膜厚をＰｄμｍとし、像担持体１上における表面電位の絶対値を｜ＶＤ｜ボルトとしたときに、｜ＶＤ｜／Ｐｄ≦３０なる関係が成立するように構成する。さらに、現像部４内のトナーは、単位粒径当りの帯電量が−０．１ｆＣ／μｍ以上となるトナーの比率が１０個数％未満となるように制御される。【選択図】        図１
2004198728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
感光層を有する像担持体と、
トナーとキャリアとを混合して当該トナーを帯電させるとともに、前記像担持体上に形成される静電潜像に前記トナーを供給する現像部とを備え、
前記感光層の膜厚をＰｄμｍとし、前記像担持体上における表面電位の絶対値を｜ＶＤ｜ボルトとしたときに、
｜ＶＤ｜／Ｐｄ≦３０
なる関係が成立して、
前記現像部内の前記トナーは、単位粒径当りの帯電量が−０．１ｆＣ／μｍ以上となるトナーの比率を１０個数％未満とされたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記トナーは、体積平均粒径が３〜６μｍとなるように形成された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】
前記キャリアは、体積平均粒径が２０〜５０μｍとなるように形成されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記現像部内にトナーを補給するトナー補給部と、該トナー補給部のトナー補給量を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記現像部において前記キャリアに対する前記トナーの被覆率が２０〜７０％となるように前記トナー補給部を制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記トナーは、円形度が０．９６以上となるように形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記像担持体は、前記感光層の膜厚Ｐｄが２０μｍ以下となるように形成されたことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項７】
前記像担持体は、表面層にフィラーを備えたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項８】
前記像担持体上に静電潜像を形成する露光部を備え、
前記露光部は、光源から射出される露光光の前記像担持体上におけるビーム径が１０〜４０μｍとなるように構成されたことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項９】
前記露光部の前記光源は、半導体レーザであって、
前記露光部は、前記露光光を前記像担持体の幅方向に走査露光して前記静電潜像を形成することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１０】
前記露光部の前記光源は、前記像担持体に対向するように幅方向に配列された複数の発光ダイオードであって、
前記露光部は、前記露光光を前記像担持体の幅方向に一括露光して前記静電潜像を形成することを特徴とする請求項８に記載の画像形成装置。
【請求項１１】
前記像担持体と前記現像部とが一体的に構成されたプロセスカートリッジであって、
請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の画像形成装置の装置本体に対して着脱自在に構成されたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、又は、それらの複合機等の電子写真方式を用いた画像形成装置とそこに着脱可能に設置されるプロセスカートリッジとに関し、特に、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を用いる画像形成装置及びプロセスカートリッジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、画像形成装置に対して、高画質化、高速化、長寿命化の要望が一層高まっている。そして、これらの要望を満足するために、現像剤を構成するトナーとして小粒径化かつ球形化されたトナーを用いた２成分現像方式の画像形成装置が盛んに開発されている。
【０００３】
詳しくは、高画質化を達成するためには、第１に、小粒径化されたトナーを用いるのがよいことが知られている。そして、トナーを小粒径化する製造方法としては、トナー粒径の制御が比較的容易な重合法等が知られている。
また、第２に、トナー粒子を球形に近づけることで高画質化を達成できることも知られている。特に、トナーを球形化した場合には、像担持体上に形成されるトナー像の画像高さ（パイルハイト）が低減されるとともに、そのトナー像を被転写材に転写する際の転写性が向上する。
【０００４】
また、高速化を達成するためには、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤を用いた２成分現像方式が好適であることが知られている。２成分現像方式は、高速の画像形成装置において、安定した高寿命の現像工程を提供することができる。
また、長寿命化を達成するためには、作像プロセスにおいて感光体ドラム等の像担持体にかかる静電的なストレスを軽減するのがよいとされている。これにより、像担持体の寿命が向上して、装置全体の長寿命化が達成される。
【０００５】
一方、２成分現像剤を用いた画像形成装置において、経時においても安定した画像濃度を得ることを目的として、現像部内において２成分現像剤における未帯電トナーの割合を定める技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１２９２６８号公報（第２−３頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の画像形成装置は、長寿命化を目的として静電的なストレスを低減した感光体ドラムを用いた場合に、経時で地肌汚れ画像が発生しやすいという問題があった。
【０００８】
一般的に、デジタル式の画像形成装置等において、感光体ドラム上の表面電位は、帯電電位ＶＤが非画像部電位となり、露光電位ＶＬが画像部電位となる。そして、現像部に現像電圧ＶＢ（現像バイアス）を印加することによって、現像ポテンシャルΔＶ１（＝ＶＢ−ＶＬ）と、地肌ポテンシャルΔＶ２（＝ＶＤ−ＶＢ）とが定まる。
ここで、現像ポテンシャルΔＶ１は、感光体ドラム上の静電潜像に対する現像性に大きく影響する。他方、地肌ポテンシャルΔＶ２は、感光体ドラム上の地肌汚れに大きく影響する。
【０００９】
ここで、感光体ドラム上の静電的ストレスを低減して長寿命化を達成するために、感光体ドラム上の帯電電位が小さくなるように設定した場合、上述の現像ポテンシャルと地肌ポテンシャルとが小さくなって、現像性と地肌汚れとに対して余裕度が低下する。すなわち、経時において帯電電位が低下したり、トナーの帯電量が上昇して現像性が低下した場合等に、現像性を確保するとともに地肌汚れの発生を抑止することが難しくなる。
【００１０】
さらに、感光体ドラムの感光層における自己クーロン反発を低減して高画質化を達成するために、感光体ドラムの感光層を薄膜化した場合には、感光体ドラムを長寿命化することが難しく、感光体ドラムの劣化が早まるとともに地肌汚れがさらに生じやすくなる。
【００１１】
他方、小粒径化かつ球形化されたトナーを２成分現像方式に用いた画像形成装置においては、現像部においてトナーの流動性が悪化することにより、現像部からトナーが飛散して装置内を汚したり画像不良をおこすことがある。
すなわち、小粒径化かつ球形化されたトナーは、表面積が小さく堆積時に密集しやすいために、現像剤中の空隙が減ってトナーの流動性が悪化する。トナーの流動性が悪化すると、キャリアとの充分な撹拌による摩擦帯電が妨げられて、飛散しやすい不良帯電トナーが増加する。
【００１２】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、地肌汚れがなく高画質な画像を経時においても安定的に形成できるとともに、現像部からのトナー飛散が軽減された、長寿命の画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本願発明者は、上記課題を解決するために研究を重ねた結果、次の事項を知るに至った。
すなわち、地肌汚れのない良好な画像を継続的に形成するとともに、現像部からのトナー飛散を軽減するには、像担持体の感光層の膜厚と表面電位との関係を適正に設定して、現像部におけるトナーの帯電量分布を適正に維持する必要がある。
【００１４】
この発明は以上述べた事項に基づくものであり、すなわち、この発明の請求項１記載の発明にかかる画像形成装置は、感光層を有する像担持体と、トナーとキャリアとを混合して当該トナーを帯電させるとともに、前記像担持体上に形成される静電潜像に前記トナーを供給する現像部とを備え、前記感光層の膜厚をＰｄμｍとし、前記像担持体上における表面電位の絶対値を｜ＶＤ｜ボルトとしたときに、｜ＶＤ｜／Ｐｄ≦３０なる関係が成立して、前記現像部内の前記トナーは、単位粒径当りの帯電量が−０．１ｆＣ／μｍ以上となるトナーの比率を１０個数％未満とされたものである。
【００１５】
また、請求項２記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１記載の発明において、前記トナーは、体積平均粒径が３〜６μｍとなるように形成されたものである。
【００１６】
また、請求項３記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記キャリアは、体積平均粒径が２０〜５０μｍとなるように形成されたものである。
【００１７】
また、請求項４記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項３のいずれかに記載の発明において、前記現像部内にトナーを補給するトナー補給部と、該トナー補給部のトナー補給量を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記現像部において前記キャリアに対する前記トナーの被覆率が２０〜７０％となるように前記トナー補給部を制御するものである。
【００１８】
また、請求項５記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記トナーは、円形度が０．９６以上となるように形成されたものである。
【００１９】
また、請求項６記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項５のいずれかに記載の発明において、前記像担持体は、前記感光層の膜厚Ｐｄが２０μｍ以下となるように形成されたものである。
【００２０】
また、請求項７記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項６のいずれかに記載の発明において、前記像担持体は、表面層にフィラーを備えたものである。
【００２１】
また、請求項８記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項１〜請求項７のいずれかに記載の発明において、前記像担持体上に静電潜像を形成する露光部を備え、前記露光部は、光源から射出される露光光の前記像担持体上におけるビーム径が１０〜４０μｍとなるように構成されたものである。
【００２２】
また、請求項９記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項８に記載の発明において、前記露光部の前記光源は、半導体レーザであって、前記露光部は、前記露光光を前記像担持体の幅方向に走査露光して前記静電潜像を形成するものである。
【００２３】
また、請求項１０記載の発明にかかる画像形成装置は、上記請求項８に記載の発明において、前記露光部の前記光源は、前記像担持体に対向するように幅方向に配列された複数の発光ダイオードであって、前記露光部は、前記露光光を前記像担持体の幅方向に一括露光して前記静電潜像を形成するものである。
【００２４】
また、この発明の請求項１１記載の発明にかかるプロセスカートリッジは、前記像担持体と前記現像部とが一体的に構成されたプロセスカートリッジであって、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の画像形成装置の装置本体に対して着脱自在に構成されたものである。
【００２５】
また、本明細書において、「プロセスカートリッジ」とは、像担持体を帯電する帯電部と、像担持体にトナーを供給する現像部と、像担持体をクリーニングするクリーニング部とのうち、少なくとも１つと、像担持体とが、一体的にカートリッジ化されて、画像形成装置本体に着脱自在に構成された集合体と定義する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施の形態．
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、図１及び図２にて、本実施の形態における画像形成装置の構成・動作について説明する。図１は実施の形態における画像形成装置を示す構成図であり、図２は図１の画像形成装置における作像部（プロセスカートリッジ）を示す構成図である。
【００２７】
図１及び図２において、１は像担持体としての感光体ドラム、２は感光体ドラム１の表面を帯電する帯電部、３は光源から露光光Ｌを射出して感光体ドラム１上に静電潜像を形成する露光部、４は感光体ドラム１上に形成された静電潜像を現像する現像部、５は現像部４内の現像剤を担持して感光体ドラム１にトナーを供給する現像ローラ、６は現像部４内のトナーとキャリアとを混合する撹拌ローラ、７は現像部４内のトナー濃度を検出する磁気センサ、８は現像ローラ５上の現像剤の量を規制するドクターブレード、１０は感光体ドラム１表面の電位を除電する除電部、１２は感光体ドラム１上の未転写トナーを回収するクリーニング部、１３は各プロセスカートリッジＫ、Ｙ、Ｃ、Ｍで形成されたトナー像が重ねて転写される中間転写ベルト、１４は被転写材Ｐを所定のタイミングで転写部１５に搬送するレジストローラ、１５は中間転写ベルト１３上で形成したカラートナー像を被転写材Ｐに転写する転写部、１６は転写工程後の被転写材Ｐを定着部１７に搬送する搬送ベルト、１７は被転写材Ｐ上の未定着のトナー像を定着する定着部、１８は現像部４内に未使用のトナーを供給するトナー補給部、１９はトナー補給部１８を制御する制御部を示す。
【００２８】
ここで、図１に示すように、中間転写ベルト１３の外周には、４つのプロセスカートリッジＫ、Ｙ、Ｃ、Ｍと、転写部１５とが配設されている。４つのプロセスカートリッジＫ、Ｙ、Ｃ、Ｍは、それぞれ、図２に示すように、感光体ドラム１、帯電部２、現像部４、クリーニング部１２を具備し、装置本体に対して着脱自在に構成されている。
また、４つのプロセスカートリッジＫ、Ｙ、Ｃ、Ｍの現像部４には、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの異なる色のトナーが収納されている。そして、４つのプロセスカートリッジＫ、Ｙ、Ｃ、Ｍにて、それぞれ、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタに対応した各色の作像プロセスがおこなわれる。
【００２９】
また、感光体ドラム１は、機能分離型の有機電子写真感光体（ＯＰＣ）である。詳しくは、感光体ドラム１は、ドラム状の素管からなる導電性基体上に、感光層と保護層とを順次積層したものである。感光層は、電荷発生層と電荷輸送層とを順次積層したものである（導電性基体側が電荷発生層である。）。保護層は、層中にフィラーを含有する。
【００３０】
そして、感光層の膜厚をＰｄμｍとし、感光体ドラム１上に形成される表面電位の絶対値を｜ＶＤ｜ボルトとしたときに、
｜ＶＤ｜／Ｐｄ≦３０
なる関係が成立するように設定されている。これにより、感光体ドラム１の感光層の一部が経時で静電破壊されるのが防止されて、感光体ドラム１の寿命が向上する。
なお、｜ＶＤ｜が最大となるのは、概ね、感光層に帯電電位が印加されるときであるので、上式は感光体ドラム１上の帯電電位と感光層膜厚とについての関係式ととらえることもできる。
また、本実施の形態では、感光体ドラム１の感光層の膜厚が２０μｍ以下となるように設定されている。
【００３１】
また、図２を参照して、現像部４は、現像ローラ５、撹拌ローラ６、磁気センサ７、ドクターブレード８等で構成される。そして、現像部４内には、トナーとキャリアとからなる２成分現像剤が収納されている。
現像部４の現像ローラ５は、感光体ドラム１に近接するように配置されており、両部材の対向部分に現像領域が形成される。現像ローラ５には、アルミニウム、真ちゅう、ステンレス、導電性樹脂等の非磁性体を円筒状に形成してなる現像スリーブが設けられている。そして、現像スリーブは、不図示の回転駆動機構によって、図１及び図２の時計方向に回転駆動される。
現像ローラ５の現像スリーブ内には、現像スリーブ上に現像剤を穂立ちさせるように磁界を形成する磁石ローラ体が固設されている。
【００３２】
このように構成された現像部４において、撹拌ローラ６によって混合された現像剤が、現像ローラ５の位置に搬送される。このとき、現像剤を構成するキャリアは、磁石ローラ体から発せられる磁力線に沿うようにして現像スリーブ上にチェーン状に穂立ちする。ここで、このチェーン状に穂立ちするキャリアには、帯電したトナーが付着していて、現像ローラ５上に磁気ブラシが形成される。
【００３３】
現像ローラ５上に形成された磁気ブラシは、現像スリーブの回転移送にともなって、現像スリーブと同方向に移送される。そして、磁気ブラシは、ドクターブレード８の位置（現像領域の上流側である。）で、適当な現像剤の量に規制される。
その後、現像ローラ５上の磁気ブラシは、現像領域に達して、現像剤中のトナーが、感光体ドラム１上に形成された静電潜像に吸着してトナー像を形成する。
【００３４】
なお、現像部４の底部には、磁気センサ７が設置されている。磁気センサ７は、現像剤の透磁率を検出するセンサであり、現像部４内の現像剤の透磁率変化によって現像剤のトナー濃度（トナー量）を検出する。この磁気センサ７の検出結果は、制御部１９に転送される。
【００３５】
そして、磁気センサ７の検出結果に基づいて、制御部１９によってトナー補給部１８が制御されて、現像部４に適宜トナーが補給される（矢印Ｔのトナー補給経路である。）。
ここで、トナー補給部１８から補給されるトナー補給量は、現像部４においてキャリアに対するトナーの被覆率が２０〜７０％となるように制御されたものである。これについては、後で詳述する。
【００３６】
また、現像部４内のトナーは、単位粒径当りの帯電量が−０．１ｆＣ／μｍ（×１０-15クーロン／μｍ）以上となるトナーの比率が１０個数パーセント未満となるように設定されている。すなわち、現像部４内におけるトナーの帯電量分布は、単位粒径当りの帯電量が−０．１ｆＣ／μｍ以上となるトナーの比率が、現像部４内における全体のトナーに対して１０個数パーセント未満となるものである。
【００３７】
また、初期的に現像部４内に収納されるトナーと、トナー補給部１８から現像部４内に補給されるトナーとは、同一材料からなるものであって、体積平均粒径が３〜６μｍであり、円形度が０．９６以上となるように形成されたものである。
さらに、現像部４内に収納されたキャリアは、体積平均粒径が２０〜５０μｍとなるように形成されたものである。
【００３８】
なお、本実施の形態では、現像部４内のトナー濃度の制御を磁気センサ７にておこなった。これに対して、感光体ドラム１上に形成する濃度パターンの画像濃度を検出する光学センサを用いて、現像部４内のトナー濃度を制御することもできる。すなわち、感光体ドラム１上に形成した濃度パターンの画像濃度の大小に係わる光学センサの検出結果に基づいて、トナー補給部１８から補給するトナー補給量を調整することができる。
【００３９】
また、図２を参照して、露光部３は、主として、セルフォックレンズ等の等倍結像素子を感光体ドラム１の幅方向（図２の紙面垂直方向である。）に配列してなるレンズアレイ部３ａと、光源としての複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を感光体ドラム１の幅方向に配列してなるＬＥＤ基板部３ｂとからなる。ここで、露光部３は、レンズアレイ部３ａが感光体ドラム１表面に近接するように配置される。
【００４０】
なお、本実施の形態では、露光部３の光源として複数の発光ダイオードを用いて、いわゆるリニアアレイ光源型の露光部を構成した。
これに対して、露光部３の光源として半導体レーザ（ＬＤ）を用いて、いわゆるレーザ走査型の露光部を構成することもできる。その場合、露光部において、光源から感光体ドラム１までの光路中に、シリンドリカルレンズ、ポリゴンミラー、ｆθレンズ、ミラー等の光学素子が配置されることになる。
【００４１】
ここで、本実施の形態における露光部３は、感光体ドラム１表面における露光光Ｌのビーム径が、１０〜４０μｍとなるように構成されている。
なお、露光光Ｌのビーム径とは、露光光のビーム最大強度（軸上強度）に対して強度が１／ｅ2（≒０．１３５）となる点までの径と定義される。
【００４２】
次に、画像形成装置全体の動作について説明する。
まず、図１及び図２を参照して、各プロセスカートリッジＫ、Ｙ、Ｃ、Ｍにおいて、図の反時計方向に回転する感光体ドラム１は、帯電部２との対向位置で、その表面が帯電される。
そして、帯電部２で帯電された感光体ドラム１表面は、さらに回転して、露光光Ｌの照射位置に達する。そして、原稿等の各色の画像情報に対応した露光光Ｌの照射によって、各感光体ドラム１上に各色に対応した静電潜像が形成される。なお、原稿等の画像情報は、不図示の原稿読取部で光学的に読み取られたものである。
【００４３】
その後、潜像が形成された感光体ドラム１表面は、現像部４との対向位置（現像領域である。）に達する。そして、この現像部４で、上述のごとく、感光体ドラム１上の潜像が現像される。
その後、現像部４により現像された各感光体ドラム１表面は、それぞれ、中間転写ベルト１３との対向位置に達する。そして、各プロセスカートリッジＫ、Ｙ、Ｃ、Ｍの感光体ドラム１上に形成された各色のトナー像が、順次、中間転写ベルト１３上に重ねて転写される。こうして、中間転写ベルト１３上には、ブラックトナー、イエロートナー、シアントナー、マゼンタトナーによるカラーのトナー像が形成される。
【００４４】
その後、中間転写ベルト１３位置を通過した未転写トナーを有する感光体ドラム１表面は、クリーニング部１２との対向位置に達する。そして、感光体ドラム１に当接するクリーニングブレードにより、ドラム表面に付着する未転写トナーがクリーニング部１２内に回収される。
その後、クリーニング部１２を通過した感光体ドラム１表面は、除電部１０の位置に達する。そして、この位置で感光体ドラム１表面の表面電位は除電されて、感光体ドラム１上における一連のプロセスを終了する。
【００４５】
一方、カラートナー像が形成された中間転写ベルト１３表面は、転写部１５との対向位置に達する。そして、転写部１５の位置で、レジストローラ１４によってタイミングを合わせて搬送された被転写材Ｐ上に、中間転写ベルト１３上のカラートナー像が転写される。
その後、転写部１５位置を通過した未転写トナーを有する中間転写ベルト１３表面は、不図示のベルトクリーニング部との対向位置に達する。そして、中間転写ベルト１３に当接するベルトクリーニングブレードにより、中間転写ベルト１３表面に付着する未転写トナーがベルトクリーニング部内に回収される。
【００４６】
ここで、転写部１５に搬送される被転写材Ｐは、不図示の給紙部から給送されて、レジストローラ１４を経由して搬送されたものである。
その後、トナー像が転写された後の被転写材Ｐは、搬送ベルト１６を経由して、定着部１７の位置に達する。そして、この位置で、転写工程後の被転写材Ｐ上のトナー像が、定着される。
そして、定着工程後の被転写材Ｐは、図示せぬ排紙部を通過して、画像形成装置の外部に向けて排出される。
こうして、一連の画像形成プロセスが完了する。
【００４７】
次に、上述の画像形成装置に用いられる感光体ドラム１について、詳述する。
先に説明したように、感光体ドラム１は、導電性基体、電荷発生層と電荷輸送層とからなる感光層、表面層としての保護層等からなる。そして、それらの材料としては、公知のものを用いることができる。
詳しくは、感光体ドラム１の導電性基体は、Ａｌ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｕ等の金属又はそれらの合金；ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド等のプラスチック又はガラス等の絶縁性基板上にＡｌ、Ａｇ、Ａｕ等の金属膜又はＩｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2等の金属酸化物膜を設けたもの等を用いることができる。
【００４８】
また、感光層の電荷発生層は、電荷発生物質のみから形成することができる。さらには、電荷発生層は、電荷発生物質をバインダー樹脂中に均一に分散させて形成することもできる。
そして、このような電荷発生層の成分を適当な溶媒中に分散する。さらに、これを導電性基体上に塗布して乾燥させることにより、導電性基体上に所望の電荷発生層が形成される。
【００４９】
電荷発生層を構成する電荷発生物質としては、例えば、特開昭５３−９５０３３号公報、特開昭５３−１３２５４７号公報、特開昭５４−２１２９号公報、特開昭５４−１２７４２号公報、特開昭５４−１７７３３号公報、特開昭５４−１７７３４号公報、特開昭５４−２１７２８号公報、特開昭５４−２２８３４号公報、特開昭５７−１９５７６７号公報等に記載された公知のものを用いることができる
【００５０】
具体的には、電荷発生物質として、シーアイピグメントブルー２５（ＣＩ２１１８０）、シーアイピグメントレッド５２（ＣＩ４５１００）、シーアイベーシックレッド３（ＣＩ４５２１０）等の有機顔料；ポルフィリン骨格を有するフタロシアニン系顔料；カルバゾール骨格を有するアゾ顔料；スチルベン骨格を有するアゾ顔料；ジスチリルベンゼン骨格を有するアゾ顔料；トリフェニルアミン骨格を有するアゾ顔料；ジベンゾチオフェン骨格を有するアゾ顔料；オキサジアゾール骨格を有するアゾ顔料；フルオレノン骨格を有するアゾ顔料；ビススチルベン骨格を有するアゾ顔料；ジスチリルオキサジアゾール骨格を有するアゾ顔料；ジスチリルカルバゾール骨格を有するアゾ顔料；カルバゾール骨格を有するトリスアゾ顔料；シーアイピグメントブルー１６（ＣＩ７４１００）等のフタロシアニン系顔料；シーアイバットブラウン５（ＣＩ１７３４１０）等のインジゴ顔料；アルゴスカーレッドＢ（バイオレット社製）、インダンスレンスカーレットＲ（バイエル社製）等のペリレン系顔料；スクエアリック顔料等の有機顔料を用いることができる。
【００５１】
電荷発生層にバインダー樹脂を用いる場合には、そのバインダー樹脂として、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリケトン、ポリカーボネート、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリビニルケトン、ポリスチレン、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリアクリルアミド等を用いることができる。
バインダー樹脂の量は、電荷発生物質が１００重量部に対して、５〜１００重量部、好ましくは１０〜５０重量部である。また、その際に用いられる溶媒としては、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン、ジオキサン、ジクロロエタン、シクロヘキサン、メチルエチルケトン、１，１，２−トリクロロエタン、１，１，２，２−テトラクロロエタン、ジクロロメタン、エチルセルソルブ等の単独溶媒又は混合溶媒を用いることができる。
また、電荷発生層の平均膜厚は０．０１〜２μｍ、好ましくは０．１〜１μｍである。
【００５２】
また、感光層の電荷輸送層は、電荷輸送物質、バインダー樹脂、レベリング剤から形成することができる。なお、電荷輸送層は、上述の成分に可塑剤を加えて形成することもできる。
そして、このような電荷輸送層の成分を適当な溶媒中に溶解する。さらに、これを電荷発生層上に塗布して乾燥させることにより、電荷発生層上に所望の電荷輸送層が形成される。
【００５３】
電荷輸送層を構成する電荷輸送物質としては、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリ−γ−カルバゾリルエチルグルタメート及びその誘導体、ピレン−ホルムアルデヒド縮合物及びその誘導体、ポリビニルピレン、ポリビニルフェナントレン、オキサゾール誘導体、イミダゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、９−（ｐ−ジエチルアミノスチリル）アントラセン、１，１−ビス（４−ジベンジルアミノフェニル）プロパン、スチリルアントラセン、スチリルピラゾリン、フェニルヒドラゾン類、α−スチルベン誘導体等の電子供与性物質を用いることができる。
【００５４】
電荷輸送層に用いるバインダー樹脂としては、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート、酢酸セルロース樹脂、エチルセルロース樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール、ポリビニルトルエン、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂等の熱可塑性又は熱硬化性樹脂を用いることができる。
【００５５】
電荷輸送層を形成するための溶媒としては、テトラヒドロフラン、ジオキサン、トルエン、モノクロルベンゼン、１，２−ジクロロエタン、シクロヘキサノン、ジクロロメタン、１，１，２−トリクロロエタン、１，１，２，２−テトラクロロエタン等の単独溶媒又はこれらの混合溶媒を用いることができる。
【００５６】
なお、本実施の形態の感光体ドラム１は、耐摩耗性を向上させるために、上述の電荷輸送層上にさらに保護層を設けている。そして、表面層としての保護層中には、フィラーが含有されている。
表面層中に含有されるフィラーとしては、有機フィラーと無機フィラーとのうち、どちらを用いることもできる。
【００５７】
有機フィラーとしては、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂粉末、シリコーン樹脂粉末、ａ−カーボン粉末等の材料を用いることができる。
無機フィラーとしては、シリカ、酸化すず、酸化亜鉛、酸化チタン、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化ビスマス、酸化カルシウム、アンチモンをドープした酸すず、すずをドープした酸化インジウム等の金属酸化物、フッ化すず、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウム等の金属フッ化物、チタン酸カリウム、窒化ホウ素等の材料を用いることができる。なお、無機フィラーは、耐摩耗性に優れているために、表面層のフィラーとして特に好適な材料である。
【００５８】
これらのフィラーは、表面層のフィラーとして、単独で用いることもできるし、２種以上を混合して用いることもできる。また、表面層中の分散性を向上させるために、上述のフィラーに対して表面処理剤で表面処理をおこなうこともできる。
また、ボールミル、サンドミル等の公知の工法によって、感光体ドラム１の表面層の塗工液中にフィラーを分散させて、表面層を形成する。なお、表面層におけるフィラーの含有量は、全固形分に対して５〜４０重量％が好ましく、さらに好ましくは１０〜３０重量％である。また、フィラーの体積平均粒径は、０．０５〜１．０μｍが好ましい。
【００５９】
なお、本実施の形態では、感光体ドラム１の感光層上に、表面層として保護層を設けた。これに対して、感光体ドラム１の感光層上に保護層を設けずに、感光層の電荷輸送層を表面層として用いてもよい。この場合、感光層の電荷輸送層中にフィラーを含有させることで、感光体ドラム１を高寿命化することができる。
また、本実施の形態では、導電性基体上に電荷発生層を設けたが、電荷発生層に係わる接着性や電荷ブロッキング性を向上させるために、導電性基体と電荷発生層との間に下引き層を設けることもできる。
さらに、本実施の形態では、像担持体として感光体ドラム１を用いたが、像担持体として感光体ベルトを用いることもできる。
【００６０】
次に、上述の画像形成装置に用いられるトナーについて、詳述する。
トナーは、結着樹脂、着色剤、離型剤等からなる母体粒子に添加剤を添加したものである。詳しくは、まず、結着樹脂、着色剤、離型剤等からなる混合物を、熱ロールミルで溶融混練する。その後、その混合物を冷却固化して、さらに粉砕分級して母体粒子を形成する。そして、その母体粒子に添加剤をヘンセルミキサー等で混合付着させて、トナー粒子を形成する。
【００６１】
ここで、トナー母体粒子を構成する結着樹脂、着色剤としては、公知のトナー用結着樹脂を用いることができる。
具体的には、結着樹脂は、軟化点が９０〜１５０℃、ガラス転移温度が５０〜７０℃、数平均分子量が２０００〜６０００、重量平均分子量が８０００〜１５００００のものを用いることが好ましい。また、着色剤は、着色力と帯電性とのバランスの観点から、トナー粒子における含有量が２〜１２％程度のものが好ましい。
【００６２】
また、トナー母体粒子を構成する離型剤についても、公知のものを用いることができる。
具体的には、カルナウバワックス、モンタンワックス、酸化ライスワックスを単独で用いるか、複数組み合わせて用いることが好ましい。離型剤の含有量は、トナー樹脂成分に対して１〜１０％の範囲とすることが好ましい。また、離型剤の体積平均粒径は、トナーバインダー中に分散させる前の状態で、１０〜３００μｍの範囲が好ましい。
【００６３】
また、トナー母体粒子に添加される添加剤としては、酸化チタン、シリカ等の無機微粉体が好ましい。これらの添加剤を用いることによって、効率的な帯電付与が可能となる。
なお、トナーの製造方法は、上述の粉砕法に限定されることなく、乳化重合法や溶解懸濁法等の公知の重合法を用いることもできる。
【００６４】
そして、本実施の形態で用いるトナーは、その円形度が０．９６以上となるように形成されたものである。
ここで、トナー粒子の円形度は次式で定義される。
円形度＝（粒子の投影面積と同じ面積を有する円の周囲長）/（粒子投影像の周囲長）
したがって、円形度が１．００のとき、そのトナー粒子は真球形状となる。なお、トナーの円形度の測定は、代表的には、フロー式粒子像測定器「ＦＰＩＡ」（ホソカワミクロン社製）を用いて測定することができる。
【００６５】
また、本実施の形態で用いるトナーは、その体積平均粒径が、３〜６μｍとなるように形成されたものである。
ここで、体積平均粒径の測定は、代表的には、粒径分布測定器「コールターカウンターＴＡ２型」（コールターエレクトロニクス社製）を用いて測定することができる。
【００６６】
次に、上述の画像形成装置に用いられるキャリアについて、詳述する。
キャリアは、磁性を有した核体粒子に被覆層を設けたものである。
ここで、キャリアを構成する核体粒子としては、公知のものを用いることができる。
具体的には、核体粒子として、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性金属や、マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の合金又は化合物を用いることができる。
【００６７】
また、キャリアの被覆層に用いられる樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン；ポリビニル又はポリビニリデン系樹脂、例えば、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリアクリロニトル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン；塩化ビニル／酢酸ビニル共重合体；スチレン／アクリル酸共重合体；オルガノシロキサン結合からなるストレートシリコン樹脂のようなシリコン樹脂又はその変性品（例えば、アルキド樹脂、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリウレタン等）；弗素樹脂、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ弗化ビニル、ポリ弗化ビニリデン、ポリクロロトポリカーボネート；アミノ樹脂、例えば、尿素・ホルムアルデヒド樹脂；エポキシ樹脂等を用いることができる。
【００６８】
また、本実施の形態で用いるキャリアは、その体積平均粒径が、２０〜５０μｍとなるように形成されたものである。
ここで、体積平均粒径の測定は、上述の粒径分布測定器を用いて測定することができる。
以上述べたトナー及びキャリアの形成条件は、トナー画像において粒状性等に係わる画質を確保しつつ、トナー飛散を抑止するためのものである。
【００６９】
次に、現像部４内において制御すべき、キャリア表面に対するトナーの被覆率について詳述する。
ここで、本実施の形態における被覆率は次式で定義される。
被覆率（％）＝（トナーの全投影面積）/（キャリアの全表面積）×１００
【００７０】
詳しくは、上式に係わる現像剤全体の被覆率を求めるには、まず、トナー及びキャリアの粒径分布を複数領域に細分化して、それらの各領域ごとに被覆率を求める。そして、これらの各領域の被覆率から全体の被覆率を求める。
すなわち、上式は、トナー及びキャリアの粒径分布のばらつきを考慮したものであり、実際の現像剤の充填状態に即した正確な被覆率を求めるためのものである。
【００７１】
具体的には、被覆率は以下のように算出される。
トナーの全投影面積については、まず、トナーの粒径を、上述の粒径分布測定器を用いて測定して、トナー粒径分布を細区分化したヒストグラムデータに集約する。そして、細区分化した各チャンネルごとに、トナー代表粒径Ｒｔ（上下端の粒径平均値）と、そのチャンネルに含まれるトナーの個数ｎｔとを決定する。そして、それらを用いてチャンネルにおける全トナーの投影面積（π（Ｒｔ／２）2×ｎｔ）を求める。そして、各チャンネルごとに求めた投影面積の総和ｓ１を求める。
ｓ１＝Σ（π（Ｒｔ／２）2×ｎｔ）
【００７２】
さらに、チャンネルごとの全トナー質量（４／３π（Ｒｔ／２）3×σｔ×ｎｔ）を求める。ここで、σｔは、トナーの密度である。そして、各チャンネルごとに求めた質量の総和ｗ１を求める。
ｗ１＝Σ（４／３π（Ｒｔ／２）3×σｔ×ｎｔ）
そして、上式で求めたｓ１とｗ１とを用いて、トナー１グラム（ｇ）あたりの全投影面積を求める。
（トナー１ｇあたりの全投影面積）＝（ｓ１／ｗ１）
【００７３】
キャリアの全表面積についても、まず、キャリアの粒径を、上述の粒径分布測定器を用いて測定して、キャリア粒径分布を細区分化したヒストグラムデータに集約する。そして、細区分化した各チャンネルごとに、キャリア代表粒径Ｒｃ（上下端の粒径平均値）と、そのチャンネルに含まれるキャリアの個数ｎｃとを決定する。そして、それを用いてチャンネルにおける全キャリアの表面積（４π（Ｒｃ／２）2×ｎｃ）を求める。そして、各チャンネルごとに求めた表面積の総和ｓ２を求める。
ｓ２＝Σ（４π（Ｒｃ／２）2×ｎｃ）
【００７４】
さらに、チャンネルごとの全キャリア質量（４／３π（Ｒｃ／２）3×σｃ×ｎｃ）を求める。ここで、σｃは、キャリアの密度である。そして、各チャンネルごとに求めた質量の総和ｗ２を求める。
ｗ２＝Σ（４／３π（Ｒｃ／２）3×σｃ×ｎｃ）
そして、上式で求めたｓ２とｗ２とを用いて、キャリア１グラム（ｇ）あたりの全表面積を求める。
（キャリア１ｇあたりの全表面積）＝（ｓ２／ｗ２）
【００７５】
ここで、トナーの全質量をＭｔ、トナー１ｇあたりの全投影面積をＳｔ、キャリアの全質量をＭｃ、キャリア１ｇあたりの全表面積をＳｃとしたときに、被覆率Ｔｎは、
Ｔｎ＝（Ｓｔ×Ｍｔ）／（Ｓｃ×Ｍｃ）×１００        ．．．式（１）
となる。
【００７６】
また、現像部４内の現像剤のトナー濃度をＣ(％)としたときに、
Ｃ＝Ｍｔ／（Ｍｔ＋Ｍｃ）×１００
Ｍｔ／Ｍｃ＝Ｃ／１００−Ｃ
が成り立つために、上記式（１）は次式で表すことができる。
被覆率Ｔｎ＝（Ｃ×Ｓｔ）／〔（１００−Ｃ）×Ｓｃ〕×１００．．式（２）
【００７７】
そして、トナー及びキャリアは上述の所定条件にて形成されているために、式（２）において、トナー１ｇあたりの全投影面積Ｓｔとキャリア１ｇあたりの全表面積Ｓｃとは定数となる。したがって、トナー濃度Ｃを所定範囲に制御することで、現像部４内のキャリアに対するトナーの被覆率Ｔｎを所定範囲に維持することができる。
【００７８】
すなわち、制御部１９は、式（２）に基づいて、現像部４内のキャリアに対するトナーの被覆率が２０〜７０％となるように、トナー補給部１８から補給されるトナー補給量を制御（トナー濃度制御）する。
【００７９】
次に、図３〜図８を用いて、本実施の形態の画像形成装置における効果を確認するための実験例について説明する。
まず、図３〜図７を参照して、実験Ａ１〜Ａ６と実験Ｂ１〜Ｂ８とについて説明する。実験Ａ１〜Ａ６と実験Ｂ１〜Ｂ８とは、感光層の膜厚Ｐｄ、感光体ドラム１上の表面電位ＶＤ（感光体電位）、キャリアに対するトナーの被覆率、低帯電トナー率のそれぞれについて、いくつかの水準のものを用いて、上述の画像形成装置にて通紙試験をおこなったものである。
【００８０】
図５は、実験Ａ１〜Ａ６、実験Ｂ１〜Ｂ８の実験条件及び実験結果を示す表である。図５中の感光体Ｎｏは、感光体膜厚Ｐｄと感光体電位ＶＤとの組み合わせを示す図３中の感光体Ｎｏに対応する。
図３に示すように、実験Ａ１〜Ａ６、実験Ｂ１〜Ｂ８において、感光体膜厚Ｐｄについて、２０μｍ、１５μｍの２水準の感光体ドラムを用いている。また、感光体電位ＶＤについて、−９００ボルト、−６００ボルト、−４５０ボルトの３水準となるように作像プロセスが調整されている。
なお、図５では、感光層膜厚Ｐｄに対する感光体電位ＶＤの比率（｜ＶＤ｜／Ｐｄ）を併記している。
【００８１】
また、図５中の現像剤Ｎｏは、トナー被覆率と低帯電トナー率との組み合わせを示す図４中の現像剤Ｎｏに対応する。
図４に示すように、実験Ａ１〜Ａ６、実験Ｂ１〜Ｂ８において、トナーの被覆率について、４０％、６０％、８０％、１００％の４水準となるように現像部４内における初期現像剤のトナー濃度が調整されている。また、低帯電トナー率について、３個数％、７個数％、１５個数％、３０個数％の４水準となるように帯電量分布が調整されている。
なお、図５では、低帯電トナー率を併記している。
【００８２】
ここで、低帯電トナー率とは、現像部内のトナーにおける単位粒径当りの帯電量（ｑ／ｄ）についての帯電量分布（ｑ／ｄ分布）において、帯電量が−０．１ｆＣ／μｍ以上となるトナーの比率である。
具体的には、低帯電トナー率は、以下のように求められる。まず、現像部内のトナーをサンプリングして（例えば、３０００個のトナー）、それらのトナーの帯電量を測定して、全トナーの帯電量分布を求める。そして、帯電量が−０．１ｆＣ／μｍ以上となるトナーのカウント（個数）から、全トナーのカウントを除して、低帯電トナー率を求める。
【００８３】
なお、上述したトナーの帯電量の測定は、代表的には、「Ｅスパートアナライザー」（ホソカワミクロン社製）を用いることができる。
詳しくは、帯電量測定は、次のようにおこなわれる。まず、極性が互いに異なり音響振動する２枚の電極間に、測定対象のトナー粒子を落下させる。電極間に落下したトナー粒子は、振動して、電極の電界作用により電極に移動する。このときのトナー粒子の振動数と移動距離とを、レーザードップラー法によって、同時に測定する。そして、それらの測定値から、個々のトナー粒子の粒子径と帯電量とが算出される。こうして、特定のトナー粒子径の範囲にある粒子群における帯電量分布が測定されるとともに、それら粒子群の総帯電量が測定される（例えば、「Ｊａｐａｎ  Ｈａｒｄｃｏｐｙ’９０論文集」第１０１−１０４頁参照）。
【００８４】
さらに、図４及び図６を参照して、低帯電トナー率と被覆率とは相関があって、被覆率が大きくなると低帯電トナー率も大きくなる。
図６は、トナーの被覆率による、トナーの帯電量分布を示すグラフである。図６において、横軸は帯電量（ｑ／ｄ）を示し、縦軸はトナーのカウントを示す。また、分布Ｇ１は被覆率４０％のときの帯電量分布であって図４の現像剤Ｎｏ１に対応するものであり、分布Ｇ２は被覆率６０％のときの帯電量分布であって図４の現像剤Ｎｏ２に対応するものであり、分布Ｇ３は被覆率８０％のときの帯電量分布であって図４の現像剤Ｎｏ３に対応するものであり、分布Ｇ４は被覆率１００％のときの帯電量分布であって図４の現像剤Ｎｏ４に対応するものである。
図６に示すように、帯電量分布は被覆率の増加にともない、そのピーク値がゼロに近づくように変化して、低帯電トナー率も大きくなる。
【００８５】
また、図５に示す実験Ａ１〜Ａ６、実験Ｂ１〜Ｂ８は、上述の実験条件にて、図１の画像形成装置にて５００００枚の画像形成をおこない、経時における画質の安定性と感光体ドラムの寿命とを評価したものである。
図５に示す感光体ドラム寿命（ＯＰＣ耐久）は、画像の非画像部に発生するつぶ状のトナー付着の程度によって評価する。すなわち、高い静電ストレスをかけて感光体ドラムを使用していくと、感光層内の内部電界が大きくなって部分的に静電破壊が生じる。その静電破壊が生じた表面部分では電荷を保持できなくなって、つぶ状トナー付着が発生する。したがって、つぶ状トナー付着の程度を評価することで、感光体ドラムの寿命を把握することができる。
図５におけるＯＰＣ耐久の評価結果は、つぶ状トナー付着のレベルを目視にて、◎、○、△、×の４段階（◎が最もよい。）で評価したものである。なお、評価レベルについては、◎、○が許容範囲であり、△、×は許容できないものである。
【００８６】
また、経時における画質の安定性は、画像の地肌汚れの程度によって評価する。地肌汚れは、トナーの付着を予定していない画像の非画像部において、トナーが付着してしまう現象である。地肌汚れの評価は、非画像部における画像濃度を測定することによっておこなう。図５における地肌汚れの評価結果は、地肌汚れのレベルを、◎、○、△、×の４段階で評価したものである。なお、評価レベルについては、◎、○が許容範囲であり、△、×は許容できないものである。
【００８７】
図５の実験Ｂ１〜Ｂ３についての実験結果に示すように、｜ＶＤ｜／Ｐｄが３０を超えるとき、つぶ状トナー付着が多く発生してＯＰＣ耐久が許容レベルを下回るのが確認された。
また、図５の実験Ｂ４〜Ｂ６についての実験結果に示すように、低帯電トナー率が１０個数％を超えるとき、許容レベルを下回る地肌汚れが発生することが確認された。
さらに、図５の実験Ｂ７〜Ｂ８についての実験結果に示すように、｜ＶＤ｜／Ｐｄが３０を超え、低帯電トナー率が１０個数％を超えるとき、許容レベルを下回るＯＰＣ耐久及び地肌汚れが発生することが確認された。
【００８８】
これに対して、図５の実験Ａ１〜Ａ６についての実験結果に示すように、｜ＶＤ｜／Ｐｄ≦３０なる関係が成立して、低帯電トナー率が１０個数％未満のとき、ＯＰＣ耐久と地肌汚れとが許容レベル内であることが確認された。
以上述べたように、｜ＶＤ｜／Ｐｄ≦３０なる関係が成立して、低帯電トナー率が１０個数％未満のとき、経時においても安定的に画像形成をおこなうことができる。
【００８９】
また、図５の各実験において、低帯電トナー率が１０個数％未満のとき、現像部から飛散するトナー量が極めて少なくなることが確認された。
図７は、低帯電トナー率とトナー飛散レベルとの関係を示すグラフである。図７において、横軸は低帯電トナー率を示し、縦軸はトナー飛散レベルを示す。ここで、トナー飛散レベルは、通紙試験後における画像形成装置内のトナー飛散量を、５段階の限度見本に基づいて評価したものである。なお、トナー飛散レベルは、数値が大きくなるほどトナー飛散量が多い状態である。また、図７において、直線Ｊは、添加剤の添加量の異なる５種類のトナー（図７における５種類のプロットに対応するものである。）についての、低帯電トナー率とトナー飛散レベルとの関係を示すデータに基づいて直線近似したものである。
図７に示すように、低帯電トナー率とトナー飛散レベルとには相関があり、低帯電トナー率が１０個数％未満のとき、トナー飛散量が著しく減少することが確認された。
【００９０】
次に、図８を参照して、実験Ｅ１〜Ｅ７と実験Ｆ１〜Ｆ７とについて説明する。
図８は、実験Ｅ１〜Ｅ７、実験Ｆ１〜Ｆ７の実験条件及び実験結果を示す表である。実験Ｅ１〜Ｅ７、実験Ｆ１〜Ｆ７は、トナーの体積平均粒径（トナー粒径）、キャリアの体積平均粒径（キャリア粒径）、トナーの被覆率、トナーの円形度、感光層膜厚Ｐｄ、露光光のビーム径のそれぞれについて、いくつかの水準のものを用いて、上述の画像形成装置にて通紙試験をおこなったものである。
【００９１】
図８に示すように、実験Ｅ１〜Ｅ７、実験Ｆ１〜Ｆ７において、現像剤に係わるパラメータは次のように水準をふった。トナーの体積平均粒径については、４．５μｍ、５．５μｍ、７μｍの３水準のトナーを用いている。キャリアの体積平均粒径については、３５μｍ、５５μｍの２水準のキャリアを用いている。トナーの被覆率については、４０％、６０％、８０％の３水準となるように現像部内のトナー濃度が調整されている。トナーの円形度について、０．９４、０．９６、０．９８の３水準のトナーを用いている。
また、実験Ｅ１〜Ｅ７、実験Ｆ１〜Ｆ７において、潜像形成に係わるパラメータは次のように水準をふった。感光体膜厚Ｐｄについては、２０μｍ、３０μｍの２水準の感光体ドラムを用いている。露光光のビーム径については、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍの３水準となるように露光部が調整されている。
【００９２】
また、図８に示す実験Ｅ１〜Ｅ７、実験Ｆ１〜Ｆ７は、上述の実験条件にて、図１の画像形成装置にて画像形成をおこない、地肌汚れ、粒状性、階調性、鮮鋭性、文字中抜けの5項目について、画像評価したものである。
図８に示す地肌汚れは、上述の図５と同様に、地肌汚れのレベルを、◎、○、△、×の４段階で評価したものである。
【００９３】
図８に示す粒状性とは、画像のざらつき感をあらわし、以下に説明する粒状度として算出されるものである。
まず、画像評価チャートにある階調パターン（２１２線／インチのディザパターンである。）を用いて、高明度から低明度までの１６パッチの画像を、画像形成装置の原稿読取部（スキャナ）で読み取る。なお、１パッチの大きさは約１ｃｍ×１ｃｍであり、原稿読取部の読み取り解像度は２４００ｄｐｉである。
【００９４】
そして、原稿読取部で読み込んだ画像の輝度を明度データに変換して、次式にて粒状度を算出する。
粒状度＝ｄ×ｅｘｐ（ａ×Ｌ＋ｂ）×Σ（ＷＳ（ｆ））1/2×ＶＴＦ（ｆ）＋ｃ
ここで、ａ、ｂ、ｃ、ｄは定数、Ｌはパッチの平均明度、ＷＳ（ｆ）は明度変動のパワースペクトラム、ｆは空間周波数（サイクル／ｍｍ）、ＶＴＦ（ｆ）は視覚の空間周波数特性である。
上式は、パッチ内全域の明度むらを周波数解析して視覚の周波数特性を乗ずるもので、視覚特性の重み付けをしたざらつき感が評価できる（例えば、リコーテクニカルレポートＮｏ２３（１９９７年）「ハーフトーンカラー画像のノイズ評価法」参照）。
図８における粒状性の評価結果は、上式で求めた粒状度に基づいて、◎、○、△、×の４段階で評価したものである。なお、評価レベルについては、◎、○が許容範囲であり、△、×は許容できないものである。
【００９５】
また、図８に示す階調性とは、濃度（又は色）の連続性とダイナミックレンジの広さをあらわすものであり、以下のように評価する。
まず、画像評価パターンのうち２１２線ディザの階調パターンの１７パッチについて、分光反射濃度計「Ｘ−ｒｉｔｅ９３８」（Ｘ−ｒｉｔｅ社製）を用いて明度を測定する。そして、入力レベルに対する明度の直線性を評価する。その際、直線回帰における相関係数を２乗した数値が１に近いほど、階調性がよいことになる。
図８における階調性の評価結果は、階調性のレベルを、◎、○、△、×の４段階で評価したものである。なお、評価レベルについては、◎、○が許容範囲であり、△、×は許容できないものである。
【００９６】
また、図８に示す鮮鋭性とは、画像における解像力をあらわすものであり、以下のように評価する。
まず、画像評価パターンのうち、６サイクル／ｍｍのペアラインについて、濃度プロファイルを測定して、ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）を求める。ＭＴＦはペアラインのつぶれやかすれの程度をあらわし、ＭＴＦが１に近いほど鮮鋭性がよいことになる。
図８における鮮鋭性の評価結果は、鮮鋭性のレベルを、◎、○、△、×の４段階で評価したものである。なお、評価レベルについては、◎、○が許容範囲であり、△、×は許容できないものである。
【００９７】
また、図８に示す文字中抜けとは、文字画像におけるライン部の中心部分が白く抜けてしまう現象である。文字中抜けの評価は、小さなポイント文字について、目視にてランク付けをおこなうものである。
図８における文字中抜けの評価結果は、文字中抜けのレベルを、◎、○、△、×の４段階で評価したものである。なお、評価レベルについては、◎、○が許容範囲であり、△、×は許容できないものである。
【００９８】
図８の実験Ｆ１についての実験結果に示すように、トナーの体積平均粒径が７μｍのとき、粒状性について著しく許容レベルを下回ることが確認され、階調性と鮮鋭性とについても許容レベルを下回ることが確認された。
また、図８の実験Ｆ２についての実験結果に示すように、キャリアの体積平均粒径が５５μｍのとき、粒状性について許容レベルを下回ることが確認された。
また、図８の実験Ｆ３〜Ｆ４についての実験結果に示すように、キャリアに対するトナーの被覆率が８０％のとき、地肌汚れについて許容レベルを下回ることが確認された。
【００９９】
また、図８の実験Ｆ５についての実験結果に示すように、トナーの円形度が０．９４のとき、文字中抜けについて許容レベルを下回ることが確認された。
また、図８の実験Ｆ６についての実験結果に示すように、感光層膜厚Ｐｄが３０μｍのとき、階調性と鮮鋭性とについて許容レベルを下回ることが確認された。
また、図８の実験Ｆ７についての実験結果に示すように、露光光のビーム径が５０μｍのとき、階調性と鮮鋭性とについて許容レベルを大きく下回ることが確認された。
【０１００】
これに対して、図８の実験Ｅ１〜Ｅ７についての実験結果に示すように、トナー体積平均粒径が６μｍ以下で、キャリア体積平均粒径が５０μｍ以下で、トナー被覆率が７０％以下で、トナー円形度が０．９６以上で、感光層膜厚Ｐｄが２０μｍ以下で、ビーム径が４０μｍ以下のとき、地肌汚れ、粒状性、階調性、鮮鋭性、文字中抜けのすべての項目について許容レベル内であることが確認された。
【０１０１】
以上説明したように、本実施の形態においては、感光体ドラム１における感光層の膜厚をＰｄ（μｍ）とし、感光体ドラム１上における表面電位の絶対値を｜ＶＤ｜（ボルト）としたときに、
｜ＶＤ｜／Ｐｄ≦３０
なる関係が成立するように、感光層膜厚Ｐｄに対して最適な感光体電位が設定されている。
また、現像部４において、単位粒径当りの帯電量ｑ／ｄが−０．１ｆＣ／μｍ以上となるトナーの比率が、１０個数％未満となるように帯電量分布が制御されている。
これによって、地肌汚れのない良好な画質を長期間にわたって維持することができる。
【０１０２】
また、本実施の形態においては、上述の構成に加えて、現像部４内における現像剤の条件として、トナーの体積平均粒径を３〜６μｍとし、キャリアの体積平均粒径を２０〜５０μｍとし、トナーの円形度を０．９６以上としているために、上述の画質に対してより一層高い画質を提供することができる。
具体的には、トナーの体積平均粒径を６μｍ以下として小粒径化し、円形度を０．９６以上にして球形化することで、画像の粒状性が向上する。また、キャリアの体積平均粒径を５０μｍ以下にして小粒径化することで、現像領域における現像ローラ５上の磁気ブラシがより均一化されるために、画像の粒状性がさらに向上する。また、トナーの円形度を０．９６以上にして球形化することで、転写工程におけるライン画像等に対する文字中抜けの発生が抑止される。
【０１０３】
なお、トナー体積平均粒径とキャリア体積平均粒径とに、それぞれ、下限値を設けたのは次の理由による。
すなわち、トナー体積平均粒径が３μｍ未満になると、トナー飛散が抑止できなくなって、ハンドリング性が悪化するためである。
また、キャリア体積平均粒径が２０μｍ未満になると、キャリアの飽和磁化の程度が低下して現像ローラ５からキャリアが離脱しやすくなって、離脱したキャリアが感光体ドラム１上に付着して感光体ドラム寿命が短くなったり、異常画像が発生するためである。
【０１０４】
また、本実施の形態においては、上述の構成に加えて、感光体ドラム１や潜像形成やトナー濃度制御に係わる条件として、感光層の膜厚Ｐｄを２０μｍ以下とし、感光体ドラム１の表面層にフィラーを含有させ、ＬＥＤ（又はＬＤ）の光源から射出される露光光Ｌのビーム径を１０〜４０μｍとし、現像部４内におけるキャリアに対するトナーの被覆率が２０〜７０％となるようにトナー濃度制御をしているために、上述の画質に対してより一層高い画質を経時においても安定的に提供することができる。
【０１０５】
具体的には、感光層膜厚Ｐｄを２０μｍ以下にして薄膜化することで、感光層の電荷輸送層における電荷の自己クーロン反発による潜像の拡大が制限されるので、画像の鮮鋭性が向上する。また、感光体ドラム１の表面層中にフィラーを添加することで、感光体ドラム１表面の膜削れが抑止されるので、上述の感光層膜厚Ｐｄを長期間維持して感光体ドラム１の経時劣化を防止できるとともに、感光体ドラム１上の安定した帯電電位による安定した画質を提供することができる。
【０１０６】
また、露光光Ｌのビーム径を４０μｍ以下にすることで、感光体ドラム１上において１画素に与えるエネルギー密度が高くなってドット画像の再現性がよくなるので、画像の階調性及び鮮鋭性が向上する。すなわち、ビーム径が４０μｍを超えた場合には、潜像が大きくなり、再現できる最小ドット面積が大きくなってしまうために、画像の階調性及び鮮鋭性は低下する。
なお、ビーム径に下限値を設けたのは、ビーム径が１０μｍ未満になると、ベタ画像がうまらなくなり画像濃度が不充分となって、画像の色再現性が低下するためである。
【０１０７】
また、キャリアに対するトナーの被覆率を７０％以下に制御することで、帯電量が−０．１ｆＣ／μｍ以上の弱帯電トナー及び逆帯電トナーが１０個数％未満に維持されるので、経時においても地肌汚れのない良好な画質を維持できるとともに、経時におけるトナー飛散の発生も軽減することができる。
なお、トナー被覆率に下限値を設けたのは、トナー被覆率が２０％未満になると、トナーのチャージアップが大きくなって、画像濃度が低下するためである。
【０１０８】
ここで、本実施の形態において、露光部３は光源として複数のＬＥＤを用いたリニアアレイ光源型露光部であるために、感光体ドラム１と露光部３の光学素子との距離が比較的短くて、飛散したトナーが光学素子に付着しやすい構成となっている。しかし、上述したように、本実施の形態の画像形成装置は、経時におけるトナー飛散が制限されるために、露光部３の光学素子に対する清掃をおこなうことなく、長期的に良好な画像を維持することができる。
【０１０９】
これに対して、露光部３としてＬＤ光源を用いたレーザ走査型露光部を用いた場合には、一般的に、画素クロックが小さく１画素当りの走査時間が短くなって、感光層における自己クーロン反発が比較的大きくなる。そのため、上述の如く感光層膜厚Ｐｄを薄膜化することがより有効となる。すなわち、ＬＤ光源を用いたレーザ走査型露光部により感光体ドラム１上に静電潜像を形成する場合、感光層膜厚Ｐｄが２０μｍを超えると、感光層の自己クーロン反発によって静電潜像が拡大するために、ビーム径の小径化をおこなっても画像の階調性及び鮮鋭性は改善されない。
【０１１０】
なお、本実施の形態では、ブラック、イエロー、シアン、マゼンタの２成分現像剤を用いるカラー画像形成装置に対して、本発明を適用した。これに対して、モノクロの２成分現像剤を用いる画像形成装置に対しても、当然に本発明を適用することができる。そして、その場合であっても、本実施の形態と同様の効果を奏することになる。
【０１１１】
また、本実施の形態では、感光体ドラム１、帯電部２、現像部４、クリーニング部１２の作像部材を一体化したプロセスカートリッジＫ、Ｙ、Ｃ、Ｍの構成とした。これに対して、感光体ドラム１、帯電部２、現像部４、クリーニング部１２の作像部材をプロセスカートリッジの構成としない場合であっても、当然に本発明を適用することができる。そして、その場合であっても、本実施の形態と同様の効果を奏することになる。
【０１１２】
なお、本発明が上記実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、実施の形態の中で示唆した以外にも、実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。また、上記構成部材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にすることができる。
【０１１３】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、地肌汚れがなく高画質な画像を経時においても安定的に形成できるとともに、現像部からのトナー飛散が軽減された、長寿命の画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態における画像形成装置を示す構成図である。
【図２】図１の画像形成装置における作像部を示す構成図である。
【図３】実験Ａ〜Ｂの感光体ドラムの水準を示す表である。
【図４】実験Ａ〜Ｂの現像剤の水準を示す表である。
【図５】実験Ａ〜Ｂの条件及び結果を示す表である。
【図６】トナーの被覆率による、トナーの帯電量分布を示すグラフである。
【図７】低帯電トナー率とトナー飛散レベルとの関係を示すグラフである。
【図８】実験Ｅ〜Ｆの条件及び結果を示す表である。
【符号の説明】
１  感光体ドラム（像担持体）、  ２  帯電部、  ３  露光部、
４  現像部、  ５  現像ローラ、  ６  撹拌ローラ、
７  磁気センサ、  ８  ドクターブレード、
１０  除電部、  １２  クリーニング部、
１３  中間転写ベルト、  １４  レジストローラ、
１５  転写部、  １６  搬送ベルト、  １７  定着部、
１８  トナー補給部、  １９  制御部、  Ｌ  露光光、  Ｐ  被転写材、
Ｋ、Ｙ、Ｃ、Ｍ  プロセスカートリッジ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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