(57)【要約】【課題】削れ量の極端に少ない硬化ドラムを用いることにより、近接で非接触帯電部材をギャップを保証しながら使用することを可能にし、非接触帯電部材の放電領域を広げることによって、ドラムダメージを軽減し、高温高湿環境で画像流れを発生させることなく長期に亘って使用することができる画像形成装置を提供すること。【解決手段】電子写真感光体にその表面を帯電処理する工程を含む作像プロセスを適用して画像形成を実行する画像形成装置であって、前記電子写真感光体表面の帯電処理は直流電圧のみ或は直流電圧と交流電圧を重畳した電圧を帯電部材に印加し、帯電部材を前記電子写真感光体に近接で非接触に一定のギャップをもって対向させ、被帯電体を帯電させる方式であり、前記電子写真感光体は、テーバー磨耗が０．１〜１. ０（ｍｇ／１０００回転）であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子写真感光体にその表面を帯電処理する工程を含む作像プロセスを適用して画像形成を実行する画像形成装置であって、
前記電子写真感光体表面の帯電処理は直流電圧のみ或は直流電圧と交流電圧を重畳した電圧を帯電部材に印加し、帯電部材を前記電子写真感光体に近接で非接触に一定のギャップをもって対向させ、被帯電体を帯電させる方式であり、前記電子写真感光体は、テーバー磨耗が０．１〜１. ０（ｍｇ／１０００回転）であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記電子写真感光体は導電性支持体上に感光層及び保護層を有し、前記保護層は少なくとも硬化性樹脂及び導電性粒子を含有し、該硬化性樹脂の硬化を電子線照射で行うことを特徴とする請求項１記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記電子写真感光体と帯電部材のギャップが５μｍ以上であり、放電幅は１．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１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、像担持体に電圧を印加した帯電部材を非接触で対向させて該像担持体を帯電する帯電手段を含む作像プロセス手段にて画像形成がなされる画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複写機や光プリンタ等の電子写真装置、静電記録装置等の画像形成装置においては、被帯電体としての感光体や誘電体等の像担持体の帯電処理を、コロナ帯電器を用いて行うことが多用されてきた。
【０００３】
これに対し、電圧（帯電バイアス）を印加した帯電部材を被帯電体に接触させて、被帯電体の表面を帯電処理する接触方式の帯電装置は、電源の低圧化が図れ、オゾンの発生量が少ない等の長所を有していることから、新たな帯電手段として注目され、実用化されている。
【０００４】
特に、帯電部材として導電ローラ（帯電ローラ）を用いたローラ帯電方式の装置が、帯電の安定性という点から好ましく用いられている。
【０００５】
又、近年では電子写真複写機・同プリンタの高画質化、高速化、高安定化を目的として感光体表面を硬化した感光体を用いることが有効であると言われている。具体的には、不飽和重合性官能基を持つ化合物が正孔輸送化合物を重合或いは架橋し、硬化させた感光層から成る感光体や、感光体表層がアモルファスシリコンから成る感光体等がある。ローラ帯電方式ではドラムに接触して放電を行うため、感光体表面上に窒素酸化物（ＮＯ、ＮＨ３
ＮＯx 等）、ケイ素酸化物（ＳｉＯx ）或は硫化酸化物（ＳＯx ）等の汚染物質が生成し、感光体表面に付着してしまう。
【０００６】
従来のドラムにおいては、クリーニング部材による摺擦で汚染物質は除去されるため、汚染物質の付着による弊害はなかった。しかし、感光体が非常に硬質な場合、感光体表面材自身がクリーニングブレード等により、削られることなく汚染物質が堆積することに起因する種々の問題が生じている。具体的には、汚染物質が低抵抗物質であるために感光体表面の抵抗値を低下させることによる画像流れが起こってしまう。
【０００７】
それ故、放電電流を下げる、若しくは帯電部材の構成により劣化を軽減させる試みがなされている。ドラムダメージを軽減する系の例として、平面状の帯電部材を用いた近接での非接触帯電方式が挙げられる。帯電部材を平面にすることで放電領域を広げ、放電密度を小さくしている。又、帯電部材が非接触である場合、感光ドラム上残っているトナー等の付着物による汚染はなく、長期に亘って安定した系を保つことができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、近接での非接触帯電では、放電のギャップ保証が問題となる。従来の感光ドラムにおいては、通紙枚数を重ねることによりドラムは削れ、放電ギャップは通紙枚数により変化してしまう。そこで、ギャップを保持するために帯電部材を機械的或は電気的に制御する必要がある。これにより、ハード構成は複雑になり、コストもアップしてしまう。
【０００９】
本発明の目的は、削れ量の極端に少ない硬化ドラムを用いることにより、近接で非接触帯電部材をギャップを保証しながら使用することを可能にし、非接触帯電部材の放電領域を広げることによって、ドラムダメージを軽減し、高温高湿環境で画像流れを発生させることなく長期に亘って使用することができる画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、電子写真感光体にその表面を帯電処理する工程を含む作像プロセスを適用して画像形成を実行する画像形成装置であって、前記電子写真感光体表面の帯電処理は直流電圧のみ或は直流電圧と交流電圧を重畳した電圧を帯電部材に印加し、帯電部材を前記電子写真感光体に近接で非接触に一定のギャップをもって対向させ、被帯電体を帯電させる方式であり、前記電子写真感光体は、テーバー磨耗が０．１〜１. ０（ｍｇ／１０００回転）であることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電子写真感光体は導電性支持体上に感光層及び保護層を有し、該保護層は少なくとも硬化性樹脂及び導電性粒子を含有し、該硬化性樹脂の硬化を電子線照射で行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電子写真感光体と帯電部材のギャップが、５μｍ以上であり、放電幅は１．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、放電領域を広げた帯電部材と硬化ドラム間のギャップを一定の間隔に保ちつつ、硬化ドラム使用時の問題である高湿環境での画像流れが発生することなく画像形成をすることが達成された。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１は本発明の画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。本実施の形態に係る画像形成装置は、電子写真プロセスを利用した複写機であるが、複写機能の他にファクシミリ、プリンタの機能を有するデジタル複合機に構成されている。
【００１６】
図１において、符号１は像担持体としての回転ドラム型の電子写真感光体、即ち感光ドラムであり、この感光ドラム１は、アルミニウム等の導電性のシリンダ状基層１ｂと、その外周面に形成した光導電層（感光層）１ａとから、基本的に構成されている。光導電層１ａの膜厚は初期で３０μｍであり、この平均膜厚が１０μｍ以下になると、表面の均一な帯電処理が困難になる。感光ドラム１は、矢印の方向に２００ｍｍ／秒の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動される。
【００１７】
この感光ドラム１に対して、帯電部材として導電性弾性部材から成る帯電装置２が設置されている。帯電装置２は、芯金２ｃと、その外周面に形成した導電層２ｂと、更にその導電層２ｂの外周面に形成した抵抗層２ａとから成っている。帯電装置２は、感光ドラム１の長手方向に並行して非接触で配置している。帯電装置２と感光ドラム１とのギャップは帯電性の最も安定する９０μｍとした。
【００１８】
帯電装置２の芯金２ｃには帯電電源３が接続されており、この電源３から被帯電体である帯電装置２に帯電バイアスを印加することにより、帯電装置２が感光ドラム１の外周表面を所定の電位に帯電処理する。本実施の形態では、帯電装置２に帯電バイアスとして、直流定電圧−７５０Ｖに、周波数１８４０Ｈｚ、正弦波の交流バイアスを重畳した電圧を印加して感光ドラム１の表面を−７００Ｖに帯電処理した。
【００１９】
この帯電処理された感光ドラム１は、露光手段４により目的の画像情報（レーザービーム走査露光、原稿画像のスリット露光等。本実施の形態では、レーザービーム走査露光）を受けることにより、感光ドラム１の表面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。この静電潜像は感光ドラム１に対向配置された現像器５によりトナーを用いて現像され、トナー像として可視化される。
【００２０】
現像器５は一成分ジャンピング現像方式を採り、感光ドラム１と０．３ｍｍの距離を開けて配置した矢印方向に回転駆動される現像スリーブ５ａと、その内側に非回転に配置されたマグネット５ｂ等を備えており、内に負極性の磁性トナーを収容している。磁性トナーは、マグネット５ｂの磁力により現像スリーブ５ａ表面に担持され、現像スリーブ５ａの回転により搬送されて、図示しない規制ブレードにより層厚を規制された後、感光ドラム１と対向した現像部に至る。そして、現像電源５ｃから現像スリーブ５ａに印加した現像バイアスにより、現像スリーブ５ａ上からトナーが感光ドラム１上の潜像に飛翔して付着し、潜像を現像する。本実施の形態では、現像バイアスとして、周波数１８００Ｈｚ、ピークツウピーク電圧１４００ＶのＡＣ電圧と−５００ＶのＤＣ電圧を重畳した電圧を使用した。
【００２１】
現像により感光ドラム１上に得られたトナー像は、感光ドラム１の転写部に搬送された転写材Ｐの表面に転写装置７により転写される。転写装置７は、感光ドラム１の表面に当接して従動回転する回転自在な転写ローラ７ａと、その芯金に接続された転写電源７ｂとを備えて構成される。尚、転写ローラ７ａはギア等を取り付けて、モータ等の駆動手段により強制駆動することもできる。
【００２２】
転写ローラ７ａに電源７ｂからトナーと逆極性の転写バイアスを印加して、転写材Ｐの裏面側から逆極性の帯電を行うことにより、感光ドラム１上のトナー像が転写材Ｐの表面に転写される。転写材Ｐは、図示しない搬送装置から感光ドラム１の回転と同期を取られて適正なタイミングで、感光ドラム１の転写ローラ７ａと間の転写部に搬送される。本実施の形態では、転写ローラ７ａとして抵抗が５×１０8Ω、直径１６ｍｍの導電性ゴムローラを使用し、その芯金に転写バイアスとして＋３５００ＶのＤＣ電圧を印加した。
【００２３】
トナー像の転写を受けた転写材Ｐは、続いて感光ドラム１から分離されて図示しない定着装置へ搬送され、そこでトナー像を定着して永久像とした後、画像形成装置の機外に排出される。転写材Ｐの裏面にも画像を形成する場合には、機外に排出せず、定着装置から図示しない再搬送手段へ搬送し、そこから転写部へ再度搬送する。
【００２４】
転写後の感光ドラム１は、表面に残存した転写残りトナーをクリーニング装置９のブレード９ａにより掻き落として清掃した後、次の画像形成に備えて、図示しない除電ランプにより表面を露光除電して電位的に初期化される。
【００２５】
以下に本発明に用いられる帯電部材について説明する。
【００２６】
本発明においては帯電部材の抵抗が１×１０4〜１×１０9（Ω／ｃｍ2）であることが好ましい。帯電部材の抵抗が１×１０9（Ω／ｃｍ2）を超えると帯電不良が発生し易く、１×１０4（Ω／ｃｍ2）に満たないと感光体のピンホール周辺における帯電不良やピンホールの拡大や、帯電部材の通電破壊が生じ易くなる。
【００２７】
本発明において放電領域は、以下のようにして測定することができる。
【００２８】
先ず、ドラムに上記のように帯電部材を当接し、このときドラムは回転させずにバイアスを印加する。バイアス設定としては、ＤＣ電圧のみ、又はＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した帯電方式のどちらでも良いが、今回はＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳した方式を用いた。この状態で数分間経過した後、ドラム上には放電の痕が残るためこの痕を放電領域として測定することができる。
【００２９】
以下に本発明に用いた感光体について説明する。
【００３０】
本発明の感光体の構成は導電性支持体上に感光層及び保護層をこの順に積層し、保護層が少なくとも硬化性樹脂、導電性粒子を含有しているものである。
【００３１】
本発明において、保護層に用いられる導電性粒子としては、金属、金属酸化物及びカーボンブラック等が挙げられる。これらは単独で用いることも、２種以上を組み合わせて用いることもできる。
【００３２】
本発明において用いられる導電性粒子の平均粒径は保護層の透明性の点で０．３μｍ以下、特に０．１μｍ以下が好ましい。
【００３３】
又、本発明においては、上述した導電性粒子の中でも透明性の点で金属酸化物を用いることが特に好ましい。
【００３４】
更に、感光体表面の滑り性を向上させるために、フッ素原子含有樹脂粒子を分散させることもできる。樹脂粒子の分子量や粒子の粒径は適宜選択することができ、特に制限されるものではない。
【００３５】
このフッ素原子含有樹脂を導電性粒子と共に樹脂溶液中で相互の粒子を凝集させないように、導電性粒子の表面をフッ素原子含有化合物等で表面処理することも可能である。表面処理を行うことにより、樹脂溶液中での導電性粒子とフッ素原子含有樹脂粒子の分散性を向上させることができ、更に経時的に発生する２次粒子形成等がなく、分散安定性をも向上させることができる。
【００３６】
本発明においては、先にも述べたが、保護層用の結着剤樹脂としては、保護層の表面硬度、耐摩耗性、耐傷性の観点より硬化性樹脂を用い、電子線照射により硬化する。この硬化性樹脂は電子線のエネルギーで重合反応を起こす、官能基を有するモノマー又はオリゴマーを指し、分子の構造単位の繰り返しが２〜２０程度の比較的大きな分子がオリゴマー、それ以下のものがモノマーとして定義される。
【００３７】
重合反応起こす官能基としては、炭素−炭素二重結合を有する基、開環重合を起こすもの、又は２種類以上の分子が反応して重合を起こすもの等が挙げられる。
【００３８】
特に、本発明においては、先に記載したものの中でも、硬化性樹脂としては、炭素−炭素二重結合を有するアクリロイルオキシ基（ＣＨ2＝ＣＨＣＯＯ−）又はメタクリロイルオキシ基（ＣＨ2＝Ｃ（ＣＨ3）ＣＯＯ−）を含んだ樹脂を用いることが好ましい。
【００３９】
本発明においては、前記したように、感光体の硬化性樹脂を電子線照射によって硬化する。電子線照射をする場合、加速器としてはスキャニング型、エレクトロカーテン型、ブロードビーム型、パルス型、ラミナー型等、何れの形式も使用することができる。電子線を照射する場合に、本発明の感光体においては電気特性及び耐久性能を発現させる上で照射条件が非常に重要である。本発明において、加速電圧は２５０ｋＶ以下が好ましく、最適には１５０ｋＶ以下である。又、線量は好ましくは１Ｍｒａｄ〜１００Ｍｒａｄの範囲、より好ましくは、３Ｍｒａｄ〜５０Ｍｒａｄの範囲である。加速電圧が上記以上であると、感光体特性に対する電子線照射のダメージが顕著になる。又、線量が上記範囲よりも少ない場合には硬化が不十分となり、線量が多過ぎ場合には感光体特性の劣化が起こる。
【００４０】
なぜ、導電性粒子を含有した硬化性樹脂で形成される保護層を電子線照射によって硬化した場合に良好な耐削れ性、耐傷性を示すかに関しては、明確な理由は判明していない。ただ、熱又は紫外線と比較して、電子線が持つメリットから以下のように考えている。
【００４１】
即ち、熱硬化の場合は、保護層を完全に硬化するための熱量は可成り大きなものとなり、その熱が保護層下に存在する感光層自体を劣化させてしまうため、従来は十分な熱量を与えられないまま保護層を形成してしまうため、保護層硬度が不十分なままであった。
【００４２】
紫外線を用いた場合には、導電性粒子が紫外線を吸収してしまい、導電性粒子付近の樹脂の硬化を阻害してしまうものと考えている。このため、従来は導電性粒子を分散した保護層の系では保護層内のミクロな部分での未硬化な部分が多数生じ、保護層の中での３次元的な架橋反応が止まってしまい、保護層全体のマクロな表面硬度も低下してしまうものと考えている。
【００４３】
又、紫外線硬化系では、前記したように、硬化をするためには樹脂に対して、重合開始剤を併用する必要があり、更に導電性粒子等が混入しているような系では、大量の重合開始剤を添加しなければ硬度を上げることができないことが、本発明者等の検討で明らかになっている。逆に、導電性粒子のない樹脂に必要以上の重合開始剤が多量に混入している系は、その表面硬度が低下してしまうことも分かっており、導電性粒子分散系の保護層は重合開始剤の量の最適化を図ったとしても高硬度のものを得ることはできず、上記方法で作製された感光体は、耐削れ性、耐傷性が悪くなってしまうと考えられる。
【００４４】
これに対し、電子線照射により硬化する保護層には、重合開始剤を添加する必要がないため有利である。又、照射エネルギーも紫外線に比べ、非常に大きく、電子線の試料に対する、透過深さも非常に深いため、導電性粒子付近の樹脂の硬化も進み、保護層の高表面硬度化を達成でき、作製された保護層は耐削れ性、耐傷性が良好なものになると考えている。テーバー磨耗は０．４〜０．５（ｍｇ／１０００回転）であった。テーバー磨耗試験方法は、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（冨士写真フィルム製  品名：Ｃ２０００）を装着したゴム製の磨耗輪（ＣＳ−０）に各々荷重５００ｇを掛け、１０００回転後のサンプルの重量減少を精密天秤にて測定した。
【００４５】
図２は本発明における感光体のテーバー磨耗値によるクリーニング性と帯電性のラチチュードを示す図である。
【００４６】
本発明においてはテーバー磨耗が０．１以下になると、感光体の表面性の問題からクリーニング性が悪化し、又、１．０以上になると膜厚変化による放電電流の振れが大きくなってしまうため帯電性が悪化する。よって、感光体のテーバー磨耗値は０．１〜１．０の範囲に限定する。この感光体では、従来のＯＰＣドラムが５万枚当たり総膜厚の約１０〜４０％が削れるのに対し、上記材料を表層に持つことで１〜５％の削れに抑えることができた。
【００４７】
以下に、本発明で用いた感光体の感光層以下の構成について説明する。
【００４８】
本発明に関わる感光層以下の構成は、導電性支持体上に電荷発生物質を含有する電荷発生層及び電荷輸送物質を含有する電荷輸送層をこの順に積層した構成或は逆に積層した構成、又、電荷発生物質と電荷輸送物質とを同一層内に混合分散した単層から成る構成の何れかの構成を採ることも可能である。
【００４９】
又、感光層は有機光導電材料でなく、無機光導電材料でも良く、例えばＳｅ、Ａｓ2Ｓｅ3、ａ−Ｓｉ、ＣｄＳ、ＺｎＯ2等を用いることも可能である。
【００５０】
但し、電子写真感光体としての特性である残留電位等の特性を鑑みると、有機光導電材料の電荷発生層と電荷輸送層を積層した構成の機能分離型の感光体構成が特に好ましい。
【００５１】
本発明の電子写真感光体を製造する場合、導電性支持体としてはアルミニウム、ステンレス等の金属や合金、紙、プラスチック等が用いられるが、その形状は円筒状シリンダー又はフィルム等、適用される電子写真装置に応じて任意のものとすることができる。又、非導電性支持体上に導電層を蒸着法やその他の方法で、別に設けることにより導電性支持体として用いても良い。
【００５２】
本発明においては、導電性支持体の上には、バリアー機能と接着機能を持つ下引き層を設けることができる。
【００５３】
下引き層は、感光層の接着性改良、塗工性改良、支持体の保護、基体上の欠陥の被覆、支持体からの電荷注入性改良、感光層の電気的破壊に対する保護等のために形成される。これはそれぞれに適した溶剤に溶解されて支持体上に塗布される。その際の膜厚としては０．１〜２μｍ程度が好ましい。
【００５４】
本発明の電荷発生層に用いる電荷発生物質としては、セレン−テルル、ピリリウム、チアピリリウム系染料、各種の中心金属及び結晶系、或は特開昭５４−１４３６４５号公報に記載のアモルファスシリコーン等が挙げられる。
【００５５】
電荷発生層は前記の電荷発生物質を０．３〜４倍量の結着剤樹脂及び溶剤に良く分散し、分散液を塗布、乾燥して形成されるか、又は、前記電荷発生物質の蒸着膜等、単独組成の膜として形成される。その膜厚は５μｍ以下、特に０．１〜２μｍの範囲であることが好ましい。
【００５６】
電荷発生層上に形成する電荷輸送層は、前記した電荷輸送物質と適当な樹脂を溶剤に溶解することによって得られた溶解液を塗布し、乾燥し形成することが好ましい。上記樹脂としては広範囲なバインダー樹脂から選択でき、市販の樹脂、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリスチレン樹脂等を用いることが可能であるが、これらに限定されるものではない。これらは単独又は共重合体ポリマーとして１種又は２種以上混合して用いても良い。
【００５７】
以下に、帯電部材と感光ドラムのギャップに関する説明をする。
【００５８】
本実施の形態に用いた帯電部材では、１５０μｍ以下で実使用範囲内の印加電圧で放電が起こり、ドラム上に電位を乗せることができ、９０〜１００μｍの範囲で安定した帯電性が確保される。５μｍ以下では機械的な振動等でドラムに接触してしまい、１５０μｍ以上においては帯電不良を起こしてしまう。
【００５９】
以下に、放電幅に関する説明をする
図３に示すように感光体周方向の放電領域の幅を放電幅と定義する。放電幅とドラム劣化の関係を図４に示す。劣化の程度を表す尺度としては、ドラムに対する水の接触角を用いた。水の接触角を選択した理由として、ドラム表面劣化が放電によるドラム表面の酸化によるものであれば、劣化レベルに応じて水の接触角が低下するためである。又、ドラム表面を直接測定できること、再現性が高いこと、測定が比較的容易であること等も選択の理由として挙げられる。接触角の低下を軽減することは画像流れの発生を軽減することを意味している。この表から放電幅は高温高湿環境下で画像流れの起こらない１．５ｍｍ以上とする。
【００６０】
上記の画像形成装置を用い、高温高湿環境にて通紙を行い、従来ドラムと硬化ドラムの帯電部材とドラム間のギャップの推移を確認した結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
2005234288.tif 000003
この結果から、従来ドラムが安定して帯電する領域から離れていくのに対し、硬化ドラムは長期に亘って帯電性を保持できる構成であることが確認された。
【００６２】
又、硬化ドラムで通紙中に画像流れは発生せず目的は達成された。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、像担持体に電圧を印加した帯電部材を非接触で対向させて該像担持体を帯電する帯電手段を含む作像プロセス手段にて画像形成がなされる画像形成装置に対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明に係る画像形成装置要部の断面図である。
【図２】本発明における感光体のテーバー磨耗値によるクリーニング性と帯電性のラチチュードを示す図である。
【図３】感光体周方向の放電領域の幅（放電幅）を定義する図である。
【図４】放電幅とドラム劣化との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１    感光ドラム
２    帯電装置
２ａ  抵抗層
２ｂ  導電層
２ｃ  芯金
４    露光手段
５    現像器
５ａ  現像スリーブ
５ｂ  マグネット
５ｃ  現像電源
７    転写装置
７ａ  転写ローラ
７ｂ  転写電源
Ｐ    転写材
【図１】
2005234288.tif 000004
【図２】
2005234288.tif 000005
【図３】
2005234288.tif 000006
【図４】
2005234288.tif 000007