(57)【要約】    【課題】  近接放電による帯電方式を採用した画像形成装置において、近接放電に起因する感光体表面の劣化を防止することができるのみならず、現像剤への副作用がないと同時に、より小型化された画像形成装置を提供する。    【解決手段】  表面移動する被帯電体(1)と、該被帯電体に対して接触または近接して設けられた帯電部材(2a)に、交流成分を含む電圧を印加することによって生じる放電を利用して被帯電体を帯電する帯電器(2)と、該帯電器によって帯電させられた被帯電体表面に静電潜像を形成する潜像形成器(3)と、該潜像形成器によって形成された静電潜像の画像部に、二成分現像剤を接触させてトナーを付着する現像器(4)とを有する画像形成装置において、上記被帯電体帯電のための放電領域において被帯電体表面に保護物質が存在すること、および二成分現像剤のキャリアの１０００エルステッドの印加磁場に対する飽和磁化が、４０〜８０ｅｍｕ／ｇであること。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面移動する被帯電体と、
該被帯電体に対して接触または近接して設けられた帯電部材に、交流成分を含む電圧を印加することによって生じる放電を利用して被帯電体を帯電する帯電器と、
該帯電器によって帯電させられた被帯電体表面に静電潜像を形成する潜像形成器と、
該潜像形成器によって形成された静電潜像の画像部に、二成分現像剤を接触させてトナーを付着する現像器と
を有する画像形成装置であって、
上記被帯電体帯電のための放電領域において被帯電体表面に保護物質が存在すること、および
二成分現像剤のキャリアの１０００エルステッドの印加磁場に対する飽和磁化が、４０〜８０ｅｍｕ／ｇであること
を特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
保護物質を被帯電体表面に塗布するための塗布装置をさらに有し、被帯電体と接触する部分での塗布装置の摺擦速度が被帯電体表面の移動速度とは異な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】
帯電部材周囲の環境状態を検出する検出器と、検出された環境状態に基づいて被帯電体表面への保護物質の供給量を制御する制御部とをさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
保護物質がラメラ結晶粉体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項５】
保護物質が脂肪酸金属塩であることを特徴とする特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項６】
脂肪酸金属塩がステアリン酸亜鉛であることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。
【請求項７】
帯電部材と被帯電体との最近接距離が１〜１００μｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の画像形成装置。
【請求項８】
帯電部材の表面層が樹脂材料でなることを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
【請求項９】
表面移動する被帯電体と、
該被帯電体に対して接触または近接して設けられた帯電部材に、交流成分を含む電圧を印加することによって生じる放電を利用して被帯電体を帯電する帯電器と、
該帯電器によって帯電させられた被帯電体表面を画像情報に応じて除電することで形成された静電潜像の画像部に、二成分現像剤を接触させてトナーを付着させる現像器と、
上記被帯電体帯電のための放電領域において被帯電体表面に保護物質を供給する供給器と
を一体に構成し、
二成分現像剤のキャリアの１０００エルステッドの印加磁場に対する飽和磁化が、４０〜８０ｅｍｕ／ｇであること
を特徴とするプロセスカートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、レーザプリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置並びにそのプロセスカートリッジに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００２−２０７３０８号公報
【特許文献２】特開２００２−２２９２２７号公報
【特許文献３】特開２００２−５５５８０号公報
【特許文献４】特開２００２−２４４４８７号公報
【特許文献５】特開２００２−２４４５１６号公報
【特許文献６】特開２００２−１５６８７７号公報
【０００３】
従来、電子写真プロセスを採用した画像形成装置は、像担持体としての感光体の表面を帯電させる帯電手段を有している。帯電手段で用いられる帯電方式の一つとして、近接放電による帯電方式がある。これは、感光体表面に帯電部材を接触させたり非接触で近接させたりして近接放電により感光体表面の帯電を行う方式である。
【０００４】
近年、高画質化、装置の小型化等がますます望まれる中、帯電装置も高画質化と小型化が課題となっている。このような課題に対して、感光体に接触または近接させた帯電部材を用いる近接放電方式を用いた帯電装置は、大掛かりな帯電装置を必要としないため有効である。
【０００５】
しかしながら近接放電による帯電方式は感光体表面近傍に放電が集中するため、感光体表面を劣化させることが分かった。近接放電による感光体表面の劣化は機械的摺擦とは違い、感光体への当接部材が存しない場合においても発生する。
【０００６】
図８は、近接放電による感光体表面の劣化状態を調べるために、感光体表面に帯電部材のみを非接触状態で近接配置し、連続約１５０ 時間の帯電実験を行ったときの、感光体表面の膜厚の変化を測定した結果を示すものである。
【０００７】
実験に使用した感光体は、電荷輸送層にポリカーボネートを用いた有機感光体であり、感光体に対して当接する部材を全て取り除き、ＤＣバイアスにＡＣバイアスを重畳した電圧を印加した非接触帯電ローラを用いて帯電を行った。この結果、感光体表面の膜の削れ量が次第に多くなり、感光体の膜厚が次第に減少していることが分かった。膜厚減少のメカニズムについては今のところ検討中で明らかになってはいないが、膜厚が減少した感光体を分析したところ、感光体を構成するポリカーボネートが分解されたと考えられるカルボン酸等が検出された。このように近接放電によって感光体を構成する成分が分解された結果と思われる物質が検出されたことから、感光体の膜厚減少のメカニズムとしては、次のようなことが考えられる。
【０００８】
図９（ａ）（ｂ）は、近接放電によって感光体１表面が劣化する場合の感光体表面の状態を、帯電ローラ２ａを感光体表面から微小ギャップをもって対向させた状態を例にとって示したものである。近接放電を行うと、感光体表面の放電領域では、放電により発生した粒子（オゾン、電子、励起分子、イオン、プラズマ等）のエネルギーが感光体表面の電荷輸送層１ａに照射される（図９ａ）。このエネルギーが感光体表面を構成する分子の結合エネルギーに共鳴、吸収され、図９（ｂ）に示すように、電荷輸送層１ａは、樹脂分子鎖の切断による分子量低下、高分子鎖の絡み合い度の低下、樹脂の蒸発等の化学的劣化を生じる。このような近接放電による感光体の化学的劣化によって、感光体表面の電荷輸送層１ａは次第にその膜厚を減少させてしまうと考えられる。従来から対策が講じられてきた機械的摺擦による膜厚減少への対策とは別に、このような近接放電に起因する感光体表面の化学的劣化による膜厚減少への対策も必要であることが分かった。なお上記近接放電による感光体表面の膜厚減少は、放電で生じる粒子のエネルギーによって発生すると考えられるため、ポリカーボネートに限らず他の材質の感光体を用いた場合においても発生すると考えられる。
【０００９】
これまで感光体表面の膜厚減少を防止するために採られていた対策としては、次のようなものがあった。例えば、感光体をアモルファスシリコンカーバイトで表面コートして耐磨耗性を向上させる。また、例えば感光体表層の電荷輸送（ＣＴＬ）層にアルミナ等の無機物を分散させて耐磨耗性を向上させた有機感光体を用いるようにしたものが知られている（特許文献１および２参照）。しかし、このような構成では機械的磨耗に対する耐久性は向上するが、近接放電による感光体表面の化学的劣化を防止することはできない。
【００１０】
また特許文献３および４には、被クリーニング部材の駆動トルクの増加を防ぐとともに、被クリーニング部材表面へのトナーや外添剤の融着を長期間に亘って防ぐために、ステアリン酸亜鉛のような潤滑剤を被クリーニング部材（感光体）に塗布する手段を備えた画像形成装置が記載されている。潤滑剤塗布は、感光体表面を低摩擦係数化する目的で実行されるものである。
【００１１】
特許文献５および６には、帯電部材への印加電圧を直流成分に交流成分を重畳したものとした場合に感光体表面にトナーのフィルミング、融着が顕著に発生する問題を解決するために、ステアリン酸亜鉛のような潤滑剤を塗布することが記載されている。
【００１２】
本出願人らは、こうした膜厚減少を発生させないためには、保護物質を必要量放電領域に介在させることが必要であることを見出した。以下に保護物質が放電による感光体の劣化を抑制する作用を果たすことを示す実験結果について説明する。
【００１３】
図１０（ａ）は、感光体上に保護物質３２を存在させることによって、近接放電による感光体劣化が抑制されることを確かめるための実験装置の概略構成を示すものである。図１０（ｂ）は、感光体表面を保護物質存在部Ａと非存在部Ｂとに分けた状態を示している。
【００１４】
この実験を行うために、予め帯電ローラ２ａと保護物質塗布装置３０以外の部材を全て取り払い、また保護物質塗布装置３０は感光体１の軸方向半分の表面領域に保護物質３２を塗布するようファーブラシ３１を備えて構成されている。そして、感光体１と共に帯電装置２と保護物質塗布装置３０の駆動を継続して行い、感光体表面の劣化状態を調べた（実験１）。実験条件は以下の通りである。
・帯電条件：
Ｖｐｐ（ＡＣ電圧のピークツーピーク電圧値）＝２．１２［ｋＶ］
ｆ（ＡＣ電圧の周波数）＝８７７．２［Ｈｚ］
ＤＣ電圧値＝−６６０［Ｖ］
・感光体表面の移動速度ｖ＝１２５［ｍｍ／ｓ］
・保護物質：ステアリン酸亜鉛
・ファーブラシ３１の線速＝２１６［ｍｍ／ｓ］
【００１５】
図１０（ｂ）に示すように、感光体１長手方向の半分の領域Ａには表面に保護物質としてのステアリン酸亜鉛が塗布され、残り半分の領域Ｂは感光体１表面がそのまま露出した状態となっている。また、感光体１表面劣化の指標として、感光層の膜削れ量を測定した。
【００１６】
図１１に、上記実験１を２００時間継続して行った結果を示す。保護物質３２がない領域Ｂでは、時間の経過とともに膜削れ量が増加していき、２００時間経過後には膜厚が約２．５［μｍ］減少した。これに対して、保護物質３２のある領域Ａでは、膜厚の減少は８分の１以下に抑制されていた。さらに、２００時間経過後に実験に使用した感光体表面を目視観察したところ、保護物質３２のない領域Ｂでは、感光体表面が白く変色し変質していたのに対して、保護物質３２のある領域Ａでは、新品の感光体１と同様に鏡面を保っていた。
【００１７】
以上の実験結果から、保護物質３２が存在することによって、放電による感光体表面の劣化が抑制されることが明らかになった。
しかし、このような保護物質を感光体表面に供給した場合、現像部でトナーと感光体表面が接触することにより、塗布された保護物質が現像装置内に混入する不具合を発生し易い。特に画像面積率の低い原稿を大量に出力した場合には、現像ローラ上トナーの大部分は感光体表面と接触した後にそのまま現像装置内へと戻されるため、トナーに保護物質が掻き取られ、そのまま現像器内へ混入してしまう。保護物質が現像装置内に混入すると現像剤特性が悪化してしまい、良好な画像品質を保てなくなるため好ましくない。例えば帯電量が低下した場合には地肌汚れが悪化したり、文字太り等となって現れる。
【００１８】
さらに、このようにトナーが保護物質を掻き取る作用が大きい場合、供給すべき保護物質の量も大量に必要となり、装置小型化の面でも好ましくない。したがって、こうした保護物質をより安定的且つ効率良く供給することが、更なる課題として残されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は上記更なる課題に鑑み、近接放電による帯電方式を採用した画像形成装置において、近接放電に起因する感光体表面の劣化を防止することができるのみならず、現像剤への副作用がないと同時に、より小型化された画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決するために、本発明に係る画像形成装置は、表面移動する被帯電体と、該被帯電体に対して接触または近接して設けられた帯電部材に、交流成分を含む電圧を印加することによって生じる放電を利用して被帯電体を帯電する帯電器と、該帯電器によって帯電させられた被帯電体表面に静電潜像を形成する潜像形成器と、該潜像形成器によって形成された静電潜像の画像部に、二成分現像剤を接触させてトナーを付着する現像器とを有し、上記被帯電体帯電のための放電領域において被帯電体表面に保護物質が存在すること、および二成分現像剤のキャリアの１０００エルステッドの印加磁場に対する飽和磁化が、４０〜８０ｅｍｕ／ｇであることを特徴とする。
【００２１】
保護物質を感光体表面に塗布するための塗布装置をさらに有し、被帯電体と接触する部分での塗布装置の摺擦速度が被帯電体表面の移動速度とは異なっているのが好適である。また帯電部材周囲の環境状態を検出する検出器と、検出された環境状態に基づいて被帯電体表面への保護物質の供給量を制御する制御部とをさらに有することも好適である。
【００２２】
保護物質がラメラ結晶粉体、脂肪酸金属塩、例えばステアリン酸亜鉛であれば、望ましい。被接触の場合、帯電部材と被帯電体との最近接距離が１〜１００μｍであるのが良い。帯電部材の表面層が樹脂材料でなれば、好ましい。
【００２３】
プロセスカートリッジで考える場合、移動する被帯電体と、該被帯電体に対して接触または近接して設けられた帯電部材に、交流成分を含む電圧を印加することによって生じる放電を利用して被帯電体を帯電する帯電器と、該帯電器によって帯電させられた被帯電体表面を画像情報に応じて除電することで形成された静電潜像の画像部に、二成分現像剤を接触させてトナーを付着させる現像器と、上記被帯電体帯電のための放電領域において被帯電体表面に保護物質を供給する供給器と
を一体に構成し、二成分現像剤のキャリアの１０００エルステッドの印加磁場に対する飽和磁化が、４０〜８０ｅｍｕ／ｇであるのがよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、近接放電による帯電方式を採用した画像形成装置において、近接放電に起因する被帯電体表面の劣化（変質；白濁）を防止することができるのみならず、現像剤への副作用が少なく長期に渡り安定した画像を提供できると共に、装置の更なる小型化を図ることができる。
【００２５】
塗布装置の摺擦速度が被帯電体表面と異なっていることで、保護物質がへき開して被帯電体表面に広がり得るので効率の良い保護物質供給が可能となる。また帯電部材周囲の環境状態に基づいて被帯電体表面への保護物質の供給量を制御することで、温度や湿度といった環境状態に応じて放電開始電圧が変化する場合においても、保護物質の最適な量を状況に応じて決定することができる。ラメラ結晶粉体は、せん断力を受けると層間でへき開して被帯電体表面に広がるので、保護物質として望ましい。帯電部材への保護物質の付着が起こりにくい非接触帯電とすれば、放電領域において保護物質の存在量を安定させることができる。帯電部材の表面層が樹脂材料で構成されていれば、帯電部材の変形が抑制され、保護物質の存在量が局所的、突発的に乱されるのを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明が適用される画像形成装置について一つの実施例を説明するが、本発明の態様はこれに限られるものではない。この画像形成装置は、有機感光体からなる像担持体としての感光体１を備えている。感光体１は不図示の駆動装置により回転駆動され、その表面が近接帯電方式帯電装置２の帯電ローラ２ａにより所定の極性に帯電される。帯電された感光体１の表面は、露光装置３によって露光され画像情報に応じた静電潜像を形成される。この静電潜像は、現像装置４から感光体１の表面に供給される現像剤としてのトナーにより現像され、トナー像として可視像化される。
【００２７】
一方、図示しない給紙部からは記録媒体としての転写紙が感光体１に向けて給送される。この転写紙には、感光体１に対向配置されている転写装置５によって感光体１上のトナー像が転写紙上に転写される。トナー像が転写された転写紙は、感光体１から分離した後、転写材搬送経路１０に沿って定着装置６へ搬送されて、トナー像が定着される。転写紙にトナー像を転写した後の感光体１上に残留している転写残トナー１１は、クリーニング装置７によって感光体１上から除去される。また、転写残トナー１１が除去された後の感光体表面の残留電荷は、除電装置９により除去される。このようにして、感光体１は繰り返し使用される。尚、塗布装置３０については後ほど詳述する。
【００２８】
本実施例の画像形成装置では、感光体、帯電部材、現像装置、クリーニング装置が一体に構成され、画像形成装置本体から着脱可能なプロセスカートリッジとして構成されている。かかるプロセスカートリッジは一体に交換されるので、塗布装置３０に含有された保護物質の量、感光体の初期膜厚等を相互に適切な量に設定することが容易であり、本発明に適している。
【００２９】
次に本実施例の画像形成装置に用いた帯電装置２について説明する。この帯電装置２は、近接放電を用いて感光体を帯電するものである。近接放電を用いて感光体を帯電する方法としては、回動可能なローラ状の帯電部材（以下、帯電ローラという）２ａを感光体に接触させて配置する接触帯電方式と、帯電ローラを感光体に非接触に配置する非接触帯電方式とがある。本実施例においては、非接触帯電方式を用いている。
【００３０】
本発明は接触帯電方式にも適用できるが、接触帯電方式においては感光体表面との接触性を向上させ、且つ感光体に機械的ストレスを与えない弾性部材を用いることが好ましい。ただ弾性部材を用いた場合には帯電ニップ幅が広くなり、これによって帯電ローラ側に保護物質が付着しやすくなることがある。よって、高耐久化のためには、非接触帯電方式を採用する方が有利である。本実施例においては、感光体表面における少なくとも画像形成領域に対して所定の帯電ギャップ１４をもって対向するよう帯電ローラ２ａを配置した非接触帯電方式を採用した。
【００３１】
図２に示す帯電装置２において、帯電ローラ２ａは軸部２１ａとローラ部２１ｂとを有して成っている。ローラ部２１ｂは軸部２１ａの回転によって回動可能であり、感光体１表面のうち画像が形成される画像形成領域４１に対向する部分は感光体１と非接触となっている。帯電ローラは、その長手方向（軸方向）の寸法が画像形成領域よりも少し長く設定されており、その長手方向の両端部にスペーサ２２を設けている。これら２つのスペーサを感光体表面両端部の非画像形成領域４２に当接させることによって、感光体１と帯電ローラとの間に微小なギャップ１４を形成している。この微小なギャップ１４は、帯電ローラ２ａと感光体１との最近接部における距離が５〜１００［μｍ］に維持できるよう設定されている。このギャップ１４のより好ましい範囲は、３０〜６５［μｍ］であり、本実施例の装置では５０μｍに設定された。また、軸部２１ａをスプリングからなる加圧バネ１５によって感光体側に加圧させている。これにより、微小なギャップ１４を精度よく維持することができる。また、帯電ローラはスペーサ２２を介して感光体表面に連れ回って回転する。
【００３２】
帯電ローラには帯電用の電源が接続している。これにより、感光体表面と帯電ローラ表面との間の微小な空隙での近接放電により、感光体表面を均一に帯電できる。印加電圧は、本実施例においては直流成分であるＤＣ電圧に交流成分であるＡＣ電圧を重畳した交番電圧を用いている。帯電ローラに印加する印加電圧としてＤＣ電圧にＡＣ電圧を重畳させた交番電圧を印加すると、微小ギャップ変動による帯電電位のばらつき等の影響が抑制されて均一な帯電が可能となる。
【００３３】
帯電ローラは円柱状を呈する導電性支持体としての芯金と、芯金の外周面上に形成された抵抗調整層を有する。帯電ローラの表面は硬質であることが望ましい。ローラ部材としてはゴム部材も使用できるが、ゴム部材が容易に変形し易い部材であると感光体１との微小ギャップ１４の均一な維持が困難となり、作像条件によっては帯電ローラの中央部のみが感光体表面に突発的に接触する可能性がある。帯電ローラが感光体表面に局所的／突発的に接触することによって生じる保護物質の乱れに対応することは困難であるので、非接触帯電方式を使用する場合には、たわみが少ない硬質の部材が望ましい。
【００３４】
表面が硬質な帯電ローラの具体例としては、例えば、抵抗調整層を高分子型イオン導電剤が分散する熱可塑性樹脂組成物（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレンおよびその共重合体等）により形成し、抵抗調整層の表面を硬化剤により硬化皮膜処理したものを挙げることができる。また硬化皮膜処理は、例えば、イソシアネート含有化合物を含む処理溶液に抵抗調整層を浸漬させることにより行われるが、抵抗調整層の表面に改めて硬化処理皮膜層を形成することで行ってもよい。本実施例では、帯電ローラをφ１０ｍｍ（直径１０ｍｍ）で形成した。
【００３５】
本実施例の感光体１は負帯電性の有機感光体であり、φ３０ｍｍのドラム状導電性支持体上に感光層を設けたものである。導電性支持体としては、体積抵抗１０１０Ω・ｃｍ以下の導電性を示すもの、例えば、アルミニウム、ニッケル、クロム、ニクロム、銅、金、銀、白金等の金属、酸化スズ、酸化インジウム等の金属酸化物を、蒸着またはスパッタリングにより、フィルム状もしくは円筒状のプラスチック、紙に被覆したもの、あるいは、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ステンレス等の板およびそれらを押し出し、引き抜き等の工法で素管化後、切削、超仕上げ、研摩等の表面処理した管等を使用することができる。また、特開昭５２−３６０１６号公報に開示されたエンドレスニッケルベルト、エンドレスステンレスベルトも導電性支持体として用いることができる。この他、上記支持体上に導電性粉体を適当な結着樹脂に分散して塗工したものについても、導電性支持体として用いることができる。この導電性粉体としては、カーボンブラック、アセチレンブラック、またアルミニウム、ニッケル、鉄、ニクロム、銅、亜鉛、銀等の金属粉、あるいは導電性酸化スズ、ＩＴＯ等の金属酸化物粉体等を挙げることができる。また、同時に用いられる結着樹脂には、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、ポリ塩化ビニリデン、ポリアリレート樹脂、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、熱硬化性樹脂または光硬化性樹脂が挙げられる。このような導電性層は、これらの導電性粉体と結着樹脂を適当な溶剤、例えば、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、メチルエチルケトン、トルエン等に分散して塗布することにより設けることができる。さらに、適当な円筒基体上にポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレン、塩化ゴム、テフロン（登録商標）等の素材に前記導電性粉体を含有させた熱収縮チューブによって導電性層を設けてなるものも、導電性支持体として良好に用いることができる。
【００３６】
次に感光層について説明する。感光層は単層でも積層でもよいが、説明の都合上、先ず電荷発生層と電荷輸送層で構成される場合から述べる。電荷発生層は、電荷発生物質を主成分とする層である。電荷発生層には公知の電荷発生物質を用いることが可能であり、その代表として、モノアゾ顔料、ジスアゾ顔料、トリスアゾ顔料、ペリレン系顔料、ペリノン系顔料、キナクリドン系顔料、キノン系縮合多環化合物、スクアリック酸系染料、他のフタロシアニン系顔料、ナフタロシアニン系顔料、アズレニウム塩系染料等を挙げることができ、一般に用いられている。これら電荷発生物質は単独で使用しても、２種以上混合してもかまわない。電荷発生層は、電荷発生物質を必要に応じて結着樹脂とともに適当な溶剤中にボールミル、アトライター、サンドミル、超音波等を用いて分散し、これを導電性支持体上に塗布し、乾燥することにより形成される。必要に応じて電荷発生層に用いられる結着樹脂としては、ポリアミド、ポリウレタン、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、ポリスルホン、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリアクリルアミド、ポリビニルベンザール、ポリエステル、フェノキシ樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリフェニレンオキシド、ポリアミド、ポリビニルピリジン、セルロース系樹脂、カゼイン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン等を挙げることができる。結着樹脂の量は、電荷発生物質１００重量部に対し０〜５００重量部、好ましくは１０〜３００重量部が適当である。結着樹脂の添加は、分散前あるいは分散後どちらでも構わない。またここで用いられる溶剤としては、イソプロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチルセルソルブ、酢酸エチル、酢酸メチル、ジクロロメタン、ジクロロエタン、モノクロロベンゼン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン、リグロイン等を挙げることができるが、特にケトン系溶媒、エステル系溶媒、エーテル系溶媒が良好に使用される。これらは単独で用いても、２種以上混合して用いてもよい。
【００３７】
電荷発生層は、電荷発生物質、溶媒および結着樹脂を主成分とするが、その中には、増感剤、分散剤、界面活性剤、シリコーンオイル等のいかなる添加剤が含まれていても良い。塗布液の塗工法としては、浸漬塗工法、スプレーコート、ビートコート、ノズルコート、スピナーコート、リングコート等の方法を用いることができる。電荷発生層の膜厚は、０．０１〜５μｍ程度が適当であり、好ましくは０．１〜２μｍである。
【００３８】
電荷輸送層は、電荷輸送物質および結着樹脂を適当な溶剤に溶解ないし分散し、これを電荷発生層上に塗布、乾燥することで形成できる。また、必要により単独あるいは２種以上の可塑剤、レベリング剤、酸化防止剤等を添加することもできる。電荷輸送物質には、電子輸送物質と正孔輸送物質がある。電子輸送物質としては、例えばクロルアニル、ブロムアニル、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、２，４，７−トリニトロ−９−フルオレノン、２，４，５，７−テトラニトロ−９−フルオレノン、２，４，５，７−テトラニトロキサントン、２，４，８−トリニトロチオキサントン、２，６，８−トリニトロ−４Ｈ−インデノ〔１，２−ｂ〕チオフェン−４−オン、１，３，７−トリニトロジベンゾチオフェン−５，５−ジオキサイド、ベンゾキノン誘導体等の電子受容性物質を挙げることができる。正孔輸送物質としては、ポリ−Ｎ−ビニルカルバゾールおよびその誘導体、ポリ−γ−カルバゾリルエチルグルタメートおよびその誘導体、ピレン−ホルムアルデヒド縮合物およびその誘導体、ポリビニルピレン、ポリビニルフェナントレン、ポリシラン、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、モノアリールアミン誘導体、ジアリールアミン誘導体、トリアリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、α−フェニルスチルベン誘導体、ベンジジン誘導体、ジアリールメタン誘導体、トリアリールメタン誘導体、９−スチリルアントラセン誘導体、ピラゾリン誘導体、ジビニルベンゼン誘導体、ヒドラゾン誘導体、インデン誘導体、ブタジェン誘導体、ピレン誘導体等、ビススチルベン誘導体、エナミン誘導体等、その他公知の材料を挙げることができる。これらの電荷輸送物質は単独、または２種以上混合して用いられる。結着樹脂としては、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、ポリ塩化ビニリデン、ポリアリレート樹脂、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または熱硬化性樹脂を挙げることができる。
【００３９】
電荷輸送物質の量は結着樹脂１００重量部に対し、２０〜３００重量部、好ましくは４０〜１５０重量部が適当である。また、電荷輸送層の膜厚は解像度・応答性の点から、２５μｍ以下とすることが好ましい。下限値に関しては、使用するシステム（特に帯電電位等）に異なるが、５μｍ以上が好ましい。ここで用いられる溶剤としては、テトラヒドロフラン、ジオキサン、トルエン、ジクロロメタン、モノクロロベンゼン、ジクロロエタン、シクロヘキサノン、メチルエチルケトン、アセトン等が用いられる。これらは単独で使用しても、２種以上混合して使用しても良い。
【００４０】
本発明は感光層が単層構成の感光体にも適用できる。かかる感光体としては、上述した電荷発生物質を結着樹脂中に分散した感光体が使用できる。感光層は電荷発生物質および電荷輸送物質および結着樹脂を適当な溶剤に溶解ないし分散し、これを塗布、乾燥することによって形成できる。また、必要により可塑剤やレベリング剤、酸化防止剤等を添加することもできる。
【００４１】
結着樹脂としては先に電荷輸送層で挙げた結着樹脂のほかに、電荷発生層で挙げた結着樹脂を混合して用いてもよい。もちろん、先に挙げた高分子電荷輸送物質も良好に使用できる。結着樹脂１００重量部に対する電荷発生物質の量は５〜４０重量部が好ましく、電荷輸送物質の量は０〜１９０重量部が好ましく、さらに好ましくは５０〜１５０重量部である。感光層は、電荷発生物質、結着樹脂を電荷輸送物質とともにテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジクロロエタン、シクロヘキサン等の溶媒を用いて分散機等で分散した塗工液を、浸漬塗工法やスプレーコート、ビードコート、リングコート等で塗工して形成できる。感光層の膜厚は、５〜２５μｍ程度が適当である。
【００４２】
本実施例の感光体においては、導電性支持体と感光層との間に下引き層を設けることもできる。下引き層は一般には樹脂を主成分とするが、これらの樹脂は、その上に感光層を溶剤で塗布することを考えると、一般の有機溶剤に対して耐溶剤性の高い樹脂であることが望ましい。このような樹脂としては、ポリビニルアルコール、カゼイン、ポリアクリル酸ナトリウム等の水溶性樹脂、共重合ナイロン、メトキシメチル化ナイロン等のアルコール可溶性樹脂、ポリウレタン、メラミン樹脂、フェノール樹脂、アルキッド−メラミン樹脂、エポキシ樹脂等、三次元網目構造を形成する硬化型樹脂等を挙げることができる。また、下引き層にはモアレ防止、残留電位の低減等のために酸化チタン、シリカ、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化インジウム等で例示できる金属酸化物の微粉末顔料を加えてもよい。これらの下引き層は、前述の感光層の如く適当な溶媒および塗工法を用いて形成することができる。さらに本実施例の下引き層として、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、クロムカップリング剤等を使用することもできる。この他、本実施例の下引き層には、Ａｌ２Ｏ３を陽極酸化にて設けたものや、ポリパラキシリレン（パリレン）等の有機物やＳｉＯ２、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＩＴＯ、ＣｅＯ２等の無機物を真空薄膜作成法にて設けたものも良好に使用できる。このほかにも公知のものを用いることができる。下引き層の膜厚は０〜５μｍが適当である。
【００４３】
また、感光体の最表面層に保護層を設けることも可能であり、耐摩耗性を高める上で有効である。例えば耐磨耗性を向上させるためにアモルファスシリコンで表面コートした感光体や、電荷輸送層のさらに表面にアルミナや酸化スズ等を分散させた最表面層を設けた有機感光体等を用いることもできる。
【００４４】
以上説明したように、本実施例に用いることができる感光体１の構成は特定の構成に限定されるものではない。導電性支持体の上に電荷発生物質と電荷輸送物質を主成分とする感光層のみを設けた一層構成や、導電性支持体の上に電荷発生物質を主成分とする電荷発生層と電荷輸送物質を主成分とする電荷輸送層とが積層された構成や、導電性支持体の上に電荷発生物質と電荷輸送物質を主成分とする感光層を設けてさらに感光層表面に保護層を設けた構成や、導電性支持体の上に電荷発生物質を主成分とする電荷発生層と電荷輸送物質を主成分とする電荷輸送層とが積層されさらに電荷輸送層上に保護層が設けられた構成や、導電性支持体の上に電荷輸送物質を主成分とする電荷輸送層と電荷発生物質を主成分とする電荷発生層とが積層されさらに電荷発生層上に保護層が設けられた構成等、種々の層構成を有する感光体に適用可能である。
【００４５】
本出願人の研究によって、帯電装置として近接放電を用いた場合、感光体表面の劣化が生じることが分かった。この劣化は感光体表面を近接放電に直接さらすために生じるものであって、感光体表面への当接部材がない場合においても生じることが分かった。すなわち近接放電による感光体表面劣化は、機械的摺擦とは別のメカニズムで発生するものである。そこで、本実施例においては、その特徴として、近接放電による感光体表面劣化を防止するための放電劣化防止手段を設けている。以下に、その具体的な構成について詳細を説明する。
【００４６】
本実施例の画像形成装置には、図１に示すように保護物質３２を感光体表面に供給するための保護物質供給手段として、保護物質塗布装置３０が設けられている。この保護物質塗布装置は、塗布部材としてのファーブラシ３１、保護物質３２、保護物質をファーブラシ方向に押圧するための加圧バネ３３を有している。保護物質３２はバー状に成型された固体保護物質３２である。ファーブラシ３１は感光体表面にブラシ先端が当接し、軸を中心に回転することによって保護物質３２をいったんブラシに汲み上げ、感光体表面との当接位置までブラシ上に担持搬送して感光体表面に塗布する。また経時的に保護物質３２がファーブラシ３１に掻き削られ減少してもファーブラシ３１に接触できなくならぬように、加圧バネ３３によって所定の圧力で保護物質３２がファーブラシ３１側に押圧されている。これによって、微量の保護物質３２でも常に均一にファーブラシ３１に汲み上げられる。
【００４７】
尚、保護物質３２をトナーに内添、外添する等して感光体表面に移行させる方法もあるが、その場合には画像濃度や画像パターンによって感光体表面上の保護物質３２の存在量にムラが生じやすくなり、これを補うために必要以上の保護物質を塗布する必要が生じる。本実施例のように感光体表面に保護物質３２を直接塗布すれば、画像濃度や画像パターン等種々の条件によって変化することなく、感光体表面に安定して保護物質を分布させることができる。また、後述するように保護物質が感光体表面に適切な状態で存在することが重要であり、保護物質を感光体表面に移行させる手段は塗布に限られるものではない。
【００４８】
現像装置４中には、トナーとキャリアからなる二成分現像剤が含まれており、現像ローラ上に現像剤が磁気ブラシを形成し、感光体表面にトナーを接触させることによって現像が行われている。キャリアとしては、磁性を有した核体粒子に必要に応じて被覆層を設けたものが広く一般に用いられる。核体粒子としては従来から公知の磁性体が使用され、例えば鉄、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あるいは化合物等を挙げることができる。また、被覆層に用いられる樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、塩素化ポリエチレンおよびクロロスルホン化ポリエチレン；ポリビニルおよび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（例えばポリメチルメタクリレート）、ポリアクリロニトリル、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およびポリビニルケトン；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ーン樹脂のようなシリコーン樹脂またはその変性品（例えばアルキド樹脂、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリウレタン等による変性品）；フッ素樹脂；ポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレート；ポリウレタン；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；エポキシ樹脂等を挙げることができる。これらの樹脂の中でもトナースペントを防止する点で好ましいのは、アクリル樹脂、シリコーン樹脂またはその変性品およびフッ素樹脂であり、特にシリコーン樹脂またはその変性品が好ましい。被覆層の形成法としては、従来と同様、キャリア核体粒子の表面に噴霧法、浸漬法等の手段で樹脂を塗布すればよい。
【００４９】
また、キャリア抵抗の調整等の目的で、被覆層中に微粉末を添加することができる。被覆層中に分散される微粉末は、０．０１〜５．０μｍ程度の粒径のものが好ましい。また、該微粉末は被覆樹脂１００重量部に対して２〜３０重量部添加されることが好ましく、特に５〜２０重量部が好ましい。
【００５０】
微粉末としては従来から公知のものが使用され、例えばシリカ、アルミナ、チタニア等の金属酸化物やカーボンブラック等の顔料を挙げることができる。
本実施例においては、１０００エルステッドの印加磁場に対するキャリアの飽和磁化の値が、４０〜８０ｅｍｕ／ｇのものを用いる。ここで言う飽和磁化とは、BHU-６０型磁化測定装置（理研測定製）を用いて測定したものである。本発明者らの検討により、キャリアの飽和磁化の値がこの範囲内であれば、感光体表面に塗布された保護物質が現像剤中に混入される不具合を抑制できることが明らかとなった。これは磁気ブラシの硬さに起因するものと考えられ、キャリアの飽和磁化の値によって、形成された磁気ブラシが感光体表面を掻き取る作用が異なっているものと思われる。
【００５１】
ここで、キャリアの飽和磁化の値のみを変化させた場合の、現像剤帯電量の変化を図３に示す。尚、ここでは保護物質としてステアリン酸亜鉛を使用し、感光体表面への単位面積当たり塗布量を０．０００２［ｍｇ／ｍｍ２］としている。また、キャリアの粒径は５５μｍのものを用いた。また、この時のステアリン酸亜鉛の消費量の比を図４に示す（飽和磁化４０ｅｍｕ／ｇの場合を１としている）。
【００５２】
このように、キャリア飽和磁化が８０ｅｍｕ／ｇを越えるとランに伴う現像剤の帯電量低下が著しくなり、またその時のステアリン酸亜鉛消費量も多い。したがって感光体表面の保護物質の掻き取り作用を抑制するためには、飽和磁化の値として８０ｅｍｕ／ｇ以下が望ましい。また、下限の値としては４０ｅｍｕ／ｇ以上が望ましい。これ以下の値であると掻き取り作用に対する問題はないが、キャリア付着が発生し易いため好ましくない。
【００５３】
次に、トナーについて説明する。本実施例におけるトナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤からなる混合物を、熱ロールミルで溶融混練した後、冷却固化せしめ、これを粉砕分級して得られる母体粒子に、外添剤をヘンシェルミキサー等で混合付着させることによって得られる。この場合の結着樹脂としては、従来からトナー用結着樹脂として使用されてきたものの全てが適用される。具体的には、ポリスチレン、ポリクロロスチレン、ポリビニルトルエン等のスチレンおよびその置換体の単重合体；スチレン／ｐ−クロロスチレン共重合体、スチレン／プロピレン共重合体、スチレン／ビニルトルエン共重合体、スチレン／ビニルナフタリン共重合体、スチレン／アクリル酸メチル共重合体、スチレン／アクリル酸エチル共重合体、スチレン／アクリル酸ブチル共重合体、スチレン／アクリル酸オクチル共重合体、スチレン／メタクリル酸メチル共重合体、スチレン／メタクリル酸エチル共重合体、スチレン／メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン／α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン／アクリロニトリル共重合体、スチレン／ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン／ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン／ビニルメチルケトン共重合体、スチレン／ブタジエン共重合体、スチレン／イソプレン共重合体、スチレン／アクリロニトリル／インデン共重合体、スチレン／マレイン酸共重合体、スチレン／マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体；ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリビニルブチルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族または脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス等を挙げることができ、これらは単独であるいは２種以上混合して使用される。
【００５４】
また着色剤としては、トナー用として公知のものがすべて使用できる。黒色の着色剤としては、例えばカーボンブラック、アニリンブラック、ファーネスブラック、ランプブラック等が使用できる。シアンの着色剤としては、例えばフタロシアニンブルー、メチルレンブルー、ビクトリアブルー、メチルバイオレット、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー等が使用できる。マゼンタの着色剤としては、例えばローダミン６Ｇレーキ、ジメチルキナクリドン、ウォッチングレッド、ローズベンガル、ローダミンＢ、アリザリンレーキ等が使用できる。イエローの着色剤としては、例えばクロムイエロー、ベンジジンイエロー、ハンザイエロー、ナフトールイエロー、モリブデンオレンジ、キノリンイエロー、タートラジン等が使用できる。
【００５５】
さらに、これらのトナーは、より効率的に帯電を付与するために、少量の帯電付与剤、例えば染顔料、極性制御剤等を含有することができる。極性制御剤としては、例えばモノアゾ染料の金属錯塩、ニトロフミン酸およびその塩、サリチル酸、ナフトエ酸、ジカルボン酸のＣｏ、ＣｒまたはＦｅ等の金属錯体、有機染料、四級アンモニウム塩等がある。また外添剤としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化鉄、酸化銅、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ペンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸パリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の無機微粒子が一般的に用いられる。
【００５６】
尚、ここで感光体表面を保護するために必要とされる保護物質の量について、本出願人が検討した結果について述べる。本出願人の検討から、感光体表面を近接放電による劣化から保護するための条件は帯電条件と密接な関係があることが明らかになった。帯電ローラと感光体のみから構成される実験系を用いて３つの実験を行い、感光体表面の劣化状態を調べた。いずれの実験も感光体１、帯電ローラ２ａ、塗布装置３０のみから構成される実験系で実施した。
【００５７】
第一の実験では、帯電ローラに印加するＡＣ電圧のピークツーピーク電圧値Ｖｐｐを２．２［ｋＶ］、２．６［ｋＶ］、３．０［ｋＶ］と変化させ、ＡＣ電圧の周波数ｆは１３５０［Ｈｚ］に固定し、ＤＣ電圧は−６００［Ｖ］とした。また感光体表面の移動速度ｖは１１３［ｍｍ／ｓ］とした。Ｖｐｐの変化を横軸に、感光体の膜厚減少量を縦軸にとって本実験の結果をプロットしたのが図５である。
【００５８】
図５から、感光体膜厚の減少は明らかにＶｐｐに比例している。また、Ｖｐｐが約１．９［ｋＶ］のときに膜厚減少が０となっている。この点について本出願人は次のように考えている。ＡＣ電圧を印加した時、帯電部材に印加する電圧が所定の値以上にならないと帯電部材表面と感光体表面との間で放電が開始することが知られている。本出願人の研究によれば、非接触帯電の場合、帯電部材表面と被帯電表面との最近接距離をＧｐ［μｍ］としたときに帯電部材に印加する電圧が以下の値以上になると帯電部材表面と感光体表面との間で放電が開始する。以下、この値を放電開始電圧Ｖｔｈと記す。
Ｖｔｈ＝３１２＋６．２×（ｄ／εopc＋Ｇｐ／εair）＋√（７７３７．６×ｄ／ε）［Ｖ］
ここで感光体の膜厚をｄ［μｍ］、感光体の比誘電率をεopc、感光体と帯電部材の間の空間における比誘電率をεairとしている。
【００５９】
ＡＣ電圧のＶｐｐが上記Ｖｔｈの２倍以上となったときに帯電部材と感光体との間で双方向に放電が発生する。本実施例では帯電ローラと感光体との間のギャップは５０μｍ、感光体の比誘電率は約３、膜厚は３０μｍ、感光体と帯電部材の間の空間における比誘電率は約１であったので、上記式に当てはめるとＶｔｈ＝９６２［Ｖ］となり、帯電部材に印加する電圧が９６２［Ｖ］以上になると帯電部材表面と感光体表面との間で放電が開始し、またＶｐｐが約１９２４［Ｖ］を越えるとＡＣ電圧による放電が開始されると考えられる。放電現象として支配的なのはＡＣ電圧によって生じる双方向放電であり、このためＶｐｐが約１．９［ｋＶ］を越えると感光体膜厚の減少が始まると考えられる。
【００６０】
第二の実験では、帯電ローラに印加するＡＣ電圧の周波数ｆを５００［Ｈｚ］、９００［Ｈｚ］、１４００［Ｈｚ］、２０００［Ｈｚ］、４０００［Ｈｚ］と変化させ、ＡＣ電圧のピークツーピーク電圧値Ｖｐｐは２．２［ｋＶ］に固定し、ＤＣ電圧は−６００［Ｖ］とした。また感光体表面の移動速度ｖは１０４［ｍｍ／ｓ］とした。ｆの変化を横軸に、感光体の膜厚減少量を縦軸にとって本実験の結果をプロットしたのが図６である。図６から、感光体膜厚の減少は明らかにｆに比例している。このように感光体膜厚の減少は帯電条件に依存しており、具体的にはＶｐｐ、ｆに比例している。
【００６１】
そこで本出願人は感光体膜厚の減少が、Ｖｐｐ−２×Ｖｔｈに比例し、ｆに比例し、また感光体の移動速度が遅いと同じ帯電条件でも単位面積あたりに照射される放電エネルギーが大きいと予測されることから感光体表面の移動速度ｖに反比例すると予測した。そして第三の実験として、感光体表面の放電による劣化を防止するために必要な保護物質の量を求めるための実験として、Ｖｐｐ、ｆ、保護物質の量を変えながら感光体表面の劣化の有無を調べた。その結果を表１に示す。
【００６２】
【表１】
2005321628.tif 000003
【００６３】
但しＸ＝｛Ｖｐｐ−２×Ｖｔｈ｝×ｆ／ｖである。本実験において保護物質の量はステアリン酸亜鉛の元素割合［％］によって表されている。感光体表面に存在する微量の保護物質の量を測定することは困難であるが、本出願人は保護物質中の特徴的な元素（Ｚｎ）を測定することによって感光体表面に必要な保護物質に関する知見を得ることに成功した。ステアリン酸亜鉛の元素割合［％］はＰＨＩ社製Quantum２０００型走査型Ｘ線電子分光装置（ＸＰＳ）を用いて、Ｘ線源ＡｌＫα、分析領域１００μｍφの条件で測定した。
【００６４】
Ｚｎの測定値（元素割合）は、帯電部材へ電圧印加せずにステアリン酸亜鉛を塗布しつづけ、５時間経過した段階で感光体表面を測定した場合の値である。すなわち帯電部材へ電圧を印加した状態での実験を先ず実施して白濁の有無や膜厚減少量を調べ、その後、帯電部材への電圧印加を行わないことを除き同じ条件で５時間画像形成装置を動作させて亜鉛の存在量を測定した。
【００６５】
本実施例で使用した感光体１では表面層（電荷輸送層）には亜鉛が存在しないので、測定されたＺｎは全て保護物質であるステアリン酸亜鉛に由来している。その意味で、Ｚｎは保護物質の量を表す特徴的な元素と言える。ステアリン酸亜鉛以外の保護物質を使用した場合であっても、感光体には存在しない特徴的な元素が保護物質中に含まれていれば保護物質の量に関する知見を得ることができる。
【００６６】
次にステアリン酸亜鉛の分子式が［CH３（CH２）１６COO］２Znであることを考慮すると、１個のＺｎに対し３６個のＣ、４個のＯ、７０個のＨが存在する。このうちＨはＸＰＳで検出されないので、ＸＰＳにより検出可能な保護物質の元素割合はＺｎの元素割合の４１倍となる。
【００６７】
表１の結果からＸとＺｎの関係をプロットして白濁の有無の境界を表す直線を求めると、放電による感光表面の劣化（白濁）を防止するために必要なステアリン酸亜鉛の量は元素割合で
１．５２×１０−４×｛Ｖｐｐ−２×Ｖｔｈ｝×ｆ／ｖ［％］
以上であることが分かる。ここでＶｐｐ［Ｖ］は帯電部材に印加するＡＣ電圧のピークツーピーク電圧（ＡＣ電圧の最高値と最低値との差）、ｆ［Ｈｚ］は帯電部材に印加するＡＣ電圧の周波数、ｖ［ｍｍ／ｓ］は感光体表面の移動速度である。さらに表１の結果からＸとＺｎの関係をプロットして膜厚減少の有無の境界を表す直線を求めると、ステアリン酸亜鉛の量が元素割合で
２．２２×１０−４×｛Ｖｐｐ−２×Ｖｔｈ｝×ｆ／ｖ［％］
以上であると、膜厚の減少がほとんど発生しないことが分かる。
【００６８】
以上に説明したＸとＺｎの関係を図７に示す。こうして得られた亜鉛元素の含有割合に基づいてＸＰＳで測定される保護物質全体の元素割合を計算すると、元素割合で
６．２３×１０−３×｛Ｖｐｐ−２×Ｖｔｈ｝×ｆ／ｖ［％］
であれば感光体の劣化（白濁）が防止でき、
９．１０×１０−３×｛Ｖｐｐ−２×Ｖｔｈ｝×ｆ／ｖ［％］
以上であると、膜厚の減少もほとんど発生しないことが分かる。
【００６９】
なにゆえステアリン酸亜鉛の塗布量によって、感光体表面を近接放電による劣化から保護できたりできなかったりするのか、その理由については、次のように考えられる。近接放電による感光体１の帯電を行う場合、感光体表面の放電領域では放電により発生した粒子（電子、励起分子、イオン、プラズマ等）のエネルギーが感光体表面層に照射される。このエネルギーが感光体表面を構成する分子の結合エネルギーに共鳴、吸収され、電荷輸送層は樹脂分子鎖の切断による分子量低下、高分子鎖の絡み合い度の低下等の化学的劣化を生じ膜厚を減少させてしまうと考えられる。一方、感光体表面に保護物質が存在すると、放電によって発生した粒子のエネルギーが直接照射されるのは保護物質であるため、感光体自体は放電によって発生した粒子の直接照射を免れることになる。したがって、保護物質自身が放電により発生した粒子のエネルギーを吸収し、感光体表面の化学的劣化を緩和すると考えられる。図６に示した実験においても、感光体１の保護物質がない領域Ｂの感光体表面は感光体を構成する分子の残骸が分析から検出されているのに対して、保護物質のある領域Ａでは感光体を構成する分子の残骸が検出されおらず、保護物質の下の感光体表面は劣化していなかった。そしてこの領域Ａでは、保護物質として供給したステアリン酸亜鉛が化学的に変化、分解した物質が検出されていた。
【００７０】
このような検討によれば、上記保護物質３２としては種々の物質を用いることが可能である。本実施例の画像形成装置においてはステアリン酸亜鉛を保護物質３２として用いているが、ステアリン酸亜鉛は保護物質３２の一例であり、各種の脂肪酸塩、ワックス、シリコンオイル等、他の物質を保護物質３２として用いることも可能である。脂肪酸塩のうちでも脂肪酸金属塩は、金属元素がＸＰＳによって測定される特徴的な元素となりやすく、塗布量等の条件を設定する上で測定が行い易い。したがって本実施例のように帯電条件に応じて最適な量の保護物質を感光体表面に供給する装置を設計する上で好適である。脂肪酸としてはウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ペンダデシル酸、ステアリン酸、ヘプタデシル酸、アラキン酸、モンタン酸、オレイン酸、アラキドン酸、カプリル酸、カプリン酸、カプロン酸等を挙げることができ、その金属塩としては亜鉛、鉄、銅、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム等の金属との塩を挙げることができる。
【００７１】
保護物質としてはステアリン酸亜鉛のようなラメラ結晶粉体を使用すると好適である。ラメラ結晶は両親媒性分子が自己組織化した層状構造を有しており、せん断力が加わると層間に沿って結晶が割れて滑り易い。この作用が低摩擦係数化に効果があるが、放電からの感光体表面保護の観点からみた場合にも、せん断力を受けて均一に感光体表面を覆っていくラメラ結晶の特性は少量の保護物質によって効果的に感光体表面を覆うことができるので保護物質として望ましい。ラメラ結晶の性質を充分に利用して放電から感光体表面を保護するためには、保護物質塗布装置３０は感光体表面との間で線速差を有し、せん断力を作用させつつ保護物質を塗布することが望ましい。
【００７２】
また本発明のように放電による劣化から感光体表面を保護することを目的とした時には、保護物質塗布装置３０はクリーニング装置と帯電装置の中間に設けることが望ましい。放電領域に到達する前にクリーニング装置によって保護物質が除去されてしまうことを防止するためである。
【００７３】
ここで本実施例の画像形成装置では、帯電ローラ周囲の環境を検出するための温湿度検出器を有している。さらに本実施例の画像形成装置は、不図示のコントローラ中に、ファーブラシの回転速度と感光体表面に供給される保護物質の量とを対応させた第一のテーブルと、温湿度検出器によって検出された帯電ローラ周囲の環境と帯電条件とを対応させた第二のテーブルと、ファーブラシの回転速度を制御する塗布制御部と、帯電条件を制御する帯電制御部と、帯電条件に応じて必要な保護部材の量を算出するコンピュータを有している。より具体的には、第一のテーブルとして、ファーブラシの回転速度と、上記ＸＰＳによる測定の結果から得られるＺｎの元素割合とが対応させられたテーブルを有している。また第二のテーブルは、帯電ローラ周囲の環境が変化することによって放電開始電圧が変化した場合でも確実にＡＣ電圧による放電を発生させるために、温湿度値と放電に必要なＶｐｐの値とを対応させたテーブルとなっている。
【００７４】
さらに帯電条件に応じて必要な保護部材の量を算出するために、コンピュータは、帯電条件から
１．５２×１０−４×｛Ｖｐｐ−２×Ｖｔｈ｝×ｆ／ｖ［％］、または
２．２２×１０−４×｛Ｖｐｐ−２×Ｖｔｈ｝×ｆ／ｖ［％］
の式に従って必要なステアリン酸亜鉛の元素割合を算出する。
【００７５】
かかる構成において、本実施例の画像形成装置は、画像形成開始指令が入力されると先ず温湿度検出器によって温度および湿度（環境条件）を検出し、検出された温度および湿度から第二のテーブルによって帯電条件（Ｖｐｐ値）を求め、帯電条件に基づいてコンピュータを用いて必要なＺｎの元素割合を算出し、算出されたＺｎの元素割合に基づいて第一のテーブルからファーブラシの回転速度を求める。こうして得られた帯電条件（Ｖｐｐ値）に応じて塗布制御部が最適な回転速度でファーブラシを回転させ、また帯電制御部は帯電部材に印加する電圧を制御しつつ帯電を開始させる。このような制御によって、環境に応じて帯電条件が変化した場合においても、最適な保護物質を感光体表面に供給して感光体の劣化を防止させることが可能となる。
【００７６】
なお１．５２×１０−４×｛Ｖｐｐ−２×Ｖｔｈ｝×ｆ／ｖ［％］の式に従って必要なステアリン酸亜鉛の元素割合を算出する場合には、感光体の膜厚が減少していることを加味してＶｔｈを算出する必要がある。そこでコントローラはさらに、累積放電時間を記憶するための記憶手段と累積放電時間から感光体の膜厚を導くための第三のテーブルを持ち、第三のテーブルによって累積放電時間に対応した感光体膜厚を導き出してＶｔｈを計算する。
【００７７】
なお本発明は図１に示したような画像形成装置のみに適用されるものではなく、放電を用いて被帯電体表面を帯電させる装置一般に使用可能である。一例として、図１の画像形成装置において、専用のクリーニング装置７を取り除いたクリーナーレス方式の画像形成装置においても本発明は適用できる。この構成の画像形成装置においては、帯電ローラ２ａはゴム材料から構成され、感光体１に接触させられた接触帯電ローラ（Ｇｐ＝０［μｍ］）であるものとする。このクリーナレス方式の画像形成装置においてはクリーニング装置７により保護物質が除去されないため、感光体上に塗布した保護物質が比較的長時間存在することができ、図１における固体保護物質３２をさらに小型化することができる。また、この場合にも放電により劣化した保護物質が現像剤中に混入すると現像剤特性の劣化が著しくなるが、キャリアの飽和磁化が本発明の範囲内であれば、こうした保護物質の混入を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に係る画像形成装置の構成概略図である。
【図２】図１に示す画像形成装置の帯電装置の概略図である。
【図３】キャリアの飽和磁化の値のみを変化させた場合の現像剤帯電量の変化を示すグラフである。
【図４】図３に関連したステアリン酸亜鉛の消費量の比を示すグラフである。
【図５】Ｖｐｐの変化を横軸に、感光体の膜厚減少量を縦軸にとった状態での実験結果を示すグラフである。
【図６】ｆの変化を縦軸に、感光体の膜厚減少量を縦軸にとった状態での実験結果を示すグラフである。
【図７】｛Ｖｐｐ−２×Ｖｔｈ｝×ｆ／ｖとＺｎの関係を示すグラフである。
【図８】感光体表面に帯電部材のみを非接触状態で近接配置し、連続約１５０時間の帯電実験を行ったときの、感光体表面の膜厚変化を測定した結果を示すグラフである。
【図９】近接放電によって感光体表面が劣化する場合の感光体表面の状態を示す図であり、（ａ）は放電直後、（ｂ）は繰返し放電を行った後の状態である。
【図１０】（ａ）は放電による感光体の劣化の抑制に関する実験装置を示す図で、（ｂ）は感光体表面上に保護物質たるステアリン酸亜鉛が塗布された領域と塗布されない領域を示すものである。
【図１１】図１０（ａ）に示す実験装置による実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７９】
１  感光体
２  帯電装置
３  露光装置
４  現像装置
５  転写装置
６  定着装置
７  クリーニング装置
８  ブレード部材
９  除電装置
１０  転写材搬送経路
３０  保護物質塗布装置
３１  ファーブラシ
３２  保護物質
３３  加圧バネ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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