(57)【要約】【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】像担持体が導電性支持体上に感光層を有し、該像担持体に２５℃、湿度５０％ＲＨ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で押し込んだ時のユニバーサル硬さ値（ＨＵ）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、該帯電手段が接触式ローラ部材であり、該接触式帯電ローラ部材の表面のマイクロ硬度が７５度以上１００度未満であって、該接触式帯電ローラ部材のアスカーＣ硬度が４０度以下であることを特徴とする画像形成装置。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、像担持体、帯電手段、画像露光手段、現像手段、転写手段及びクリーニング手段を有する画像形成装置において、
該像担持体が導電性支持体上に感光層を有し、該像担持体に２５℃、湿度５０％ＲＨ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で押し込んだ時のユニバーサル硬さ値（ＨＵ）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、
該帯電手段が接触式ローラ部材であり、該接触式帯電ローラ部材の表面のマイクロ硬度が７５度以上１００度未満であって、該接触式帯電ローラ部材のアスカーＣ硬度が４０度以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記接触式帯電ローラ部材の表面が方向性のある表面粗さを有し、該方向性を前記像担持体との当接部において、該像担持体の回転方向に対し逆目となるようにし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】
前記接触式帯電ローラ部材と前記像担持体との当接部の幅が３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記接触式帯電ローラ部材の表面粗さが、１０点平均粗さで１０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項２又は３に記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記接触式帯電ローラ部材の表面層には無機微紛体が含有されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の画像形成装置。
【請求項６】
前記接触式帯電ローラ部材と前記像担持体が、互いの回転軸が交差するように配置されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか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し、特に感光ドラムの表面上に残留する残留トナーを清掃する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】
感光ドラム表面を一様に帯電処理する手段としてはコロナ放電装置や接触帯電装置が一般に利用されている。コロナ放電装置は像担持体等の被帯電体面を所定の電位に一様に帯電処理する手段として有効なものであるが、高圧電源を必要とする、オゾンが発生する等の問題点を有している。接触帯電装置は電圧を印加した導電性帯電部材を被帯電体面に接触させることにより被帯電体面に電荷を直接に注入して所定の電位に帯電させるもので、電源の低圧化が図れる、オゾンの発生をみてもコロナ放電装置に比べ微量である、構成が簡素である、メンテナンスフリーである等の特徴を有している。
【０００４】
また、このような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。
【０００５】
クリーニングブレードの物性や像担持体への当接の仕方は、転写残トナーの像担持体への付着度合いによるクリーニングのし易さや像担持体の表面性等にも大きく左右される。またトナー形状、粒径、材質などの物性によってもクリーニング性は大きく影響を受けるため、それに適したブレードを選択し、像担持体に対して適正な角度、当接荷重に設定する必要がある。実際のクリーニングブレードの選定や設定では、試行錯誤を繰り返して最適条件を見出しているのが現状である。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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、特に感光層の表面磨耗量がテーバー磨耗試験器で２ｍｇ以下という耐磨耗性の非常に高い感光ドラムを使用する場合、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。
【０００９】
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。
【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】
【００１０】
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】
【００１１】
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。
【００１２】
(１)少なくとも、像担持体、帯電手段、画像露光手段、現像手段、転写手段及びクリーニング手段を有する画像形成装置において、
該像担持体が導電性支持体上に感光層を有し、該像担持体に２５℃、湿度５０％ＲＨ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で押し込んだ時のユニバーサル硬さ値（ＨＵ）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、
該帯電手段が接触式ローラ部材であり、該接触式帯電ローラ部材の表面のマイクロ硬度が７５度以上１００度未満であって、該接触式帯電ローラ部材のアスカーＣ硬度が４０度以下であることを特徴とする画像形成装置。
【００１３】
(２)前記接触式帯電ローラ部材の表面が方向性のある表面粗さを有し、該方向性を前記像担持体との当接部において、該像担持体の回転方向に対し逆目となるようにしたことを特徴とする(１)に記載の画像形成装置。
【００１４】
(３)前記接触式帯電ローラ部材と前記像担持体との当接部の幅が３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする(１)又は（２）に記載の画像形成装置。
【００１５】
(４)前記接触式帯電ローラ部材の表面粗さが、１０点平均粗さで１０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする（２）又は（３）に記載の画像形成装置。
【００１６】
(５)前記接触式帯電ローラ部材の表面層には無機微紛体が含有されていることを特徴とする(１)〜（４）の何れかに記載の画像形成装置。
【００１７】
(６)前記接触式帯電ローラ部材と前記像担持体が、互いの回転軸が交差するように配置されていることを特徴とする（１）〜（５）の何れかに記載の画像形成装置。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、クリーニングの難しい高硬度感光体を使用しても、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という効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明に係るクリーニング装置及び画像形成装置の実施形態について、図を用いて説明する。図１は本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。
【００２０】
［全体構成］
図１に示す画像形成装置１は電子写真方式のカラー複写機であって、図示しないコンピュータ等から送られた画像信号に従って記録媒体Ｓに画像を形成するものである。画像形成装置１の像担持体２は有機感光体（ＯＰＣ）等の感光材料をアルミニウムなどのシリンダー状の支持体の外周面に塗布して形成している。
【００２１】
像担持体２は、例えば２００ｍｍ／ｓｅｃの周速度で回転駆動しつつ、接触帯電手段としての帯電手段３によって暗部電位ＶＤとして約−６００Ｖに一様帯電される。次にこれにレーザ発振器４が画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービーム５を走査露光し、像担持体２上に明部電位ＶＬとして約−２００Ｖの静電潜像が形成される。
【００２２】
このように形成された静電潜像は、回転現像装置６によって現像剤であるトナーにより現像され、可視化される。この回転現像装置６は第一色目のトナーとしてイエロートナーが内包された第一の現像装置６ｙ、第二色目のトナーとしてマゼンタトナーが内包された第二の現像装置６ｍ、第三色目のトナーとしてシアントナーが内包された第三の現像装置６ｃ、第四色目のトナーとしてブラックトナーが内包された第四の現像装置６ｋを一体化した構成となっている。
【００２３】
まず前記第一の静電潜像は、第一色目のトナーとしてイエロートナーが内包された第一の現像装置６ｙによって現像、可視像化される。現像方法としては、ジャンピング現像法、二成分現像法、ＦＥＥＤ現像法等が用いられ、イメージ露光と反転現像とを組み合わせて用いられることが多い。本実施形態においては非磁性トナーによる二成分現像法を用いている。
【００２４】
可視像化された第一色目のトナー像は、回転駆動される第二の像担持体としての中間転写体７と対向する第一の転写部位７ａにおいて、中間転写体７の表面に静電転写（一次転写）される。中間転写体７は導電性弾性層と離型性を有する表層とから形成され、搬送可能な最大記録媒体の長さよりも若干長い周長を有し、前記像担持体２に対して所定の押圧力を以って圧接されつつ、像担持体２の周速度と略等速の周速度を以って像担持体２の回転方向に対して逆方向（即ち接触部位では同方向）に回転駆動される。
【００２５】
中間転写体７がシリンダー部に高圧電源７ｃによって、トナーの帯電極性とは逆極性の電圧（一次転写バイアス）が印加されることにより、中間転写体７表面にトナー像が一次転写される。一次転写が終了した像担持体２表面に残留したトナーは、後述するクリーニング装置８によって除去される。続いて前記工程を各色について繰り返し、中間転写体７上に四色のトナー像を転写、重畳する。
【００２６】
カセット９には記録媒体Ｓが積載されており、ピックアップローラ１０によって一枚ずつに分離給送され、レジストローラ対１１によって斜行を矯正された後に、転写部位７ｂに到達する。そこで中間転写体７表面に対して離間状態にあった転写ベルト１２が所定の押圧力を以って中間転写体７表面に圧接、回転駆動される。転写ベルト１２はバイアスローラ１２ａ、テンションローラ１２ｂによって張架されており、バイアスローラ１２ａには高圧電源１２ｃによってトナーの帯電極性とは逆極性の電圧（二次転写バイアス）が印加されている。
【００２７】
これにより第二の転写部位７ｂに所定のタイミングで搬送されてきた記録媒体表面に中間転写体７上のトナー像が一括転写（二次転写）され、その後定着手段１４に送られて熱と圧力を加えられることにより画像を定着した後に、排出ローラ対１５によって機外に排出される。二次転写が終了した中間転写体７の表面に残留したトナーは、所定のタイミングで中間転写体７表面に当接状態となる中間転写体クリーニング装置１３により除去される。
【００２８】
［像担持体］
本発明に用い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。）。
【００２９】
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ることが好ましく、その硬化手段としては熱や可視光、紫外線等の光、更に放射線を用いることができる。従って本発明における表面層を形成するには、表面層用の重合或いは架橋し硬化させることができる化合物を融解、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浸漬コーティング法が最良であり、本発明においても浸漬コーティング法を用いることが好ましい。
【００３０】
本発明に用いる感光体の構成は、例えば外径約６２ｍｍの導電性支持体上に、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できる化合物を含有してことが好ましい。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。
【００３１】
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、感光体特性の劣化が無く、残留電位の上昇が起こらず、十分な硬度を示すことができる点で、放射線を用いることが好適である。
【００３２】
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、パルス型及びミーナ型等の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、本発明に用いる感光体において、良好な電気特性、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。電子線を用いる場合の加速電圧を上記の範囲内とすることにより、感光体特性に対する電子線照射のダメージを抑えつつ、表面層を十分に硬化することができる。
【００３３】
重合或いは架橋し硬化させることのでき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、及びスチレン基を持つ化合物が特に好ましい。
【００３４】
本発明における不飽和重合性官能基を有する化合物とは、その構成単位の繰り返しより、モノマーとオリゴマーに大別される。モノマーとは、不飽和重合性官能基を有する構造単位の繰り返しが無く、比較的分子量の小さいものを示し、オリゴマーとは不飽和重合性官能基を有する構造単位の繰り返し数が２〜２０程度の重合体である。また、ポリマー又はオリゴマーの末端のみに不飽和重合性官能基を有するマクロノマーも本発明の表層用の硬化性化合物として使用可能である。
【００３５】
また本発明における不飽和重合性官能基を有する化合物は、表面層として必要な電荷輸送機能を満足するために、電荷輸送化合物であると更に好ましい。中でも、正孔輸送機能を持った不飽和重合性化合物であることが更に好ましい。
【００３６】
次に本発明による電子写真感光体の感光層について説明する。
【００３７】
電子写真感光体の支持体としては導電性を有するものであれば良く、例えばアルミニウム、銅、クロム、ニッケル、亜鉛及びステンレス等の金属や合金をドラム又はシート状に形成したもの、アルミニウム及び銅等の金属箔をプラスチックフィルムにラミネートしたもの、アルミニウム、酸化インジウム及び酸化錫等をプラスチックフィルムに蒸着したもの、導電性物質を単独又は結着樹脂と共に塗布して導電層を設けた金属、又はプラスチックフィルム及び紙等が挙げられる。
【００３８】
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。
【００３９】
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、支持体上の欠陥の被覆、支持体からの電荷注入性改良、また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。下引き層の材料としてはポリビニルアルコール、ポリ−Ｎ−ビニルイミダゾール、ポリエチレンオキシド、エチルセルロース、エチレン−アクリル酸共重合体、カゼイン、ポリアミド、Ｎ−メトキシメチル化６ナイロン、共重合ナイロン、にかわ及びゼラチン等が使用可能である。これら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が好ましい。
【００４０】
本発明の感光体が機能分離型の感光体である場合は電荷発生層及び電荷輸送層を積層する。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、ピリピウム、チアピリリウム系染料、また各種の中心金属及び結晶系、具体的には例えばα、β、γ、ε及びＸ型等の結晶型を有するフタロシアニン系化合物、アントアントロン顔料、ジベンズピレンキノン顔料、ピラントロン顔料、トリスアゾ顔料、ジスアゾ顔料、モノアゾ顔料、インジゴ顔料、キナクリドン顔料、非対称キノシアニン顔料、キノシアニン及び特開昭５４−１４３６４５号公報に記載のアモルファスシリコン等が挙げられる。
【００４１】
機能分離型感光体の場合、電荷発生層は前記電荷発生物質を質量基準で０．３〜４倍量の結着樹脂及び溶剤と共にホモジナイザー、超音波分散、ボールミル、振動ボールミル、サンドミル、アトライター及びロールミルなどの手段でよく分散し、分散液を塗布し、乾燥させて形成されるか、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以下であることが好ましく、特に０．１〜２μｍの範囲内であることが好ましい。
【００４２】
結着樹脂としては、スチレン、酢酸ビニル、塩化ビニル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、フッ化ビニリデン、トリフルオロエチレン等のビニル化合物の重合体及び共重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスルホン、ポリフェニレンオキサイド、ポリウレタン、セルロース樹脂、フェノール樹脂、メラニン樹脂、ケイ素樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。 
【００４３】
本発明における前記不飽和重合性官能基を有する正孔輸送性化合物は、前述した電荷発生層上に、電荷輸送層として、若しくは電荷発生層上に電荷輸送層と結着樹脂からなる電荷輸送層を形成した後に、表面保護層に用いることもできる。
【００４４】
表面保護層に用いた場合、その下層にあたる電荷輸送層は適当な電荷輸送物質、例えばポリ−Ｎ−ビニルカルバゾール、ポリスチルアントラセン等の複素環や縮合多環芳香族を有する高分子化合物や、ピラゾリン、イミダゾール、オキサドール、トリアゾール、カルバゾール等の複素環化合物、トリフェニルアミン等のトリアリールアミン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、Ｎ−フェニルカルバゾール誘導体、スチルベン誘導体、ヒドラゾン誘導体等の低分子化合物等を適当な結着樹脂（前述の電荷発生層用樹脂な中から選択できる）と共に溶剤に分散／溶解した溶液を前述の公知の方法によって塗布し、乾燥して形成することができる。この場合の電荷輸送物質と結着樹脂の比率は、両者の全質量を１００とした場合に電荷輸送物質の質量が３０〜１００が望ましく、好ましくは５０〜１００の範囲で適宜選択される。電荷輸送物質の量がそれより少ないと電荷輸送能が低下し、感度低下、及び残留電位の上昇などの問題点が生ずる。この場合にも感光層の厚みは５〜３０μｍの範囲であり、この時の感光層の膜厚とは電荷発生層、電荷輸送層及び表面保護層各々の膜厚を合計したものである。
【００４５】
何れの場合も表面層の形成方法は、前記正孔輸送性化合物を含有する溶液を塗布後、重合／硬化反応させるのが一般的であるが、前もって該正孔輸送性化合物を含む溶液を反応させて硬化物を得た後に再度溶剤中に分散或いは溶解させたものなどを用いて、表面層を形成することも可能である。これらの溶液を塗布する方法は、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及びスピンコーティング等が知られているが、効率性／生産性の点からは浸漬コーティング法が好ましい。また、蒸着、プラズマその他の公知の製膜方法が適宜選択できる。
【００４６】
本発明における表面保護層中には導電性粒子を混入させてもよい。
【００４７】
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。金属としては、アルミニウム、亜鉛、銅、クロム、ニッケル、ステンレス及び銀等、またこれらの金属をプラスチックの粒子の表面に蒸着したものなどが挙げられる。金属酸化物としては、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化ビスマス、スズをドープした酸化インジウム、アンチモンをドープした酸化スズ及びアンチモンをドープした酸化ジルコニウム等が挙げられる。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。２種以上を組み合わせる場合には、単に混合しても、固溶体や融着の形にしてもよい。
【００４８】
本発明に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以下であることが好ましく、特には０．１μｍ以下であることが好ましい。
【００４９】
また、本発明においては上述したような導電性粒子の中でも透明性等の点で金属酸化物を用いることが特に好ましい。
【００５０】
前記表面保護層中の導電性金属酸化物粒子の割合は、直接的に表面保護層の抵抗を決定する要因の１つであり、保護層の抵抗は１０10〜１０15Ω・ｃｍの範囲であることが好ましい。
【００５１】
本発明における表面層中にはフッ素原子含有樹脂粒子を含有させることができる。
【００５２】
フッ素原子含有樹脂粒子としては、４フッ化チレン樹脂、３フッ化塩化エチレン樹脂、６フッ化エチレンプロピレン樹脂、フッ化ビニル樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、２フッ化２塩化エチレン樹脂及びこれらの共重合体の中から１種或いは２種以上を適宜選択するのが好ましいが、特に、４フッ化エチレン樹脂及びフッ化ビニリデン樹脂が好ましい。樹脂粒子の分子量や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。
【００５３】
前記表面層中のフッ素原子含有樹脂の割合は、表面層全質量に対して５〜７０質量％が好ましく、より好ましくは、１０〜６０質量％である。フッ素原子含有樹脂粒子の割合が７０質量％より多いと表面層の機械的強度が低下し易く、フッ素原子含有樹脂粒子の割合が５質量％より少ない表面層の表面の離型性、表面層の耐磨耗性や耐傷性が十分ではなくなることがある。
【００５４】
本発明においては、分散性、結着性及び耐候性を更に向上させる目的で、前記表面層中にラジカル捕捉剤や酸化防止剤等の添加物を加えてもよい。
【００５５】
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。
【００５６】
また本発明におけるユニバーサル硬さ値（ＨＵ）及び弾性変形率は、２５℃、湿度５０％ＲＨの環境下で、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。
【００５７】
ＨＵ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。
【００５８】
【数１】
2005309073.tif 000002
【００５９】
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。
【００６０】
弾性変形率Ｗｅ＝Ｗｏ／Ｗｔ  ×１００（％）    （２）
【００６１】
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。
【００６２】
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こ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。
【００６３】
本実施形態に用いられる像担持体である感光体の表面の磨耗量はテーバー磨耗試験器では２ｍｇ以下であるが、６ｍｇ以下であれば、十分に効果が得られる。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  商品名：Ｃ２０００）を装着したゴム製の磨耗輪（ＣＳ−０）の各々に荷重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。
【００６４】
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く、上記の範囲が良好であることが分かった。
【００６５】
ＨＵと弾性変形率を切り離してとらえることはできないが例えばＨＵが２２０Ｎ/ｍｍ2を超えるものであるとき、弾性変形率が４０％未満であるとクリーニングブレードや帯電、転写ローラに挟まれた紙粉やトナー等が感光体の弾性力が不足しているが故に、また、弾性変形率が６５％より大きいと弾性変形率は高くても弾性変形量は小さくなってしまうが故に、結果として局部的に大きな圧力がかかり傷が発生しやすくなり、感光体の磨耗量も増大してしまう。よって、ＨＵが高いものが必ずしも感光体として最適ではないと考えられる。
【００６６】
また、ＨＵが１５０Ｎ/ｍｍ2未満で弾性変形率が６５％を超えるもの場合、たとえ弾性変形率が高くても塑性変形量も大きくなってしまいクリーニングブレードや帯電、転写ローラに挟まれた紙粉やトナーが擦られることで削れたり細かい傷が発生し、耐久寿命が短くなってしまう。
【００６７】
［現像剤］
本実施形態の画像形成装置に用いられる現像剤は、重合法により生成される非磁性の重合トナー（Ｔ）と、樹脂磁性キャリア（Ｄ）との混合物である２成分現像剤である。現像剤のＴ／Ｄ質量比は８％であり、樹脂磁性キャリアとしては、１キロエルステッドの磁気中の磁化量が１００ｅｍｕ／ｃｍ3であり、かつ個数平均粒径が４０μｍであって、更に比抵抗が１０13Ω・ｃｍのものが使用される。
【００６８】
一般に、重合トナーは、粉砕トナーと比較して球形度合が高い。トナー粒子の形状の球形度合は、下記の式（３）から算出される形状係数ＳＦ−１とＳＦ−２を用いて表される。トナーの形状係数ＳＦ−１及びＳＦ−２は、日立製作所ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用いてトナー像を無作為に１００個サンプリングし、その画像情報をニレコ社製画像解析装置（Ｌｕｚｅｘ３）によって解析し、下記の式（３）より算出される。
【００６９】
【数２】
2005309073.tif 000003
【００７０】
トナーの形状係数のうち、ＳＦ−１は球形度合を示し、ＳＦ−１が１００である場合には、トナーは真球であり、ＳＦ−１が１００を超え〜１４０である場合には、トナーは略球形である。ＳＦ−１が１４０よりも大きい場合には、トナーは略球形から徐々に不定形になる。また、形状係数ＳＦ−２は、トナー粒子表面の凹凸度合を示し、ＳＦ−２が１００〜１２０の場合には、トナーの表面が滑かであることを示し、ＳＦ−２が１２０よりも大きい場合には、トナーの表面の凹凸が顕著になる。本実施形態の画像形成装置において用いられる重合トナーとしては、平均粒径が６μｍ以上１０μｍ以下であり、形状係数ＳＦ−１が１００〜１４０であり、ＳＦ−２が１００〜１２０である略球形トナーが、高転写効率を維持するためには好ましい。
【００７１】
本実施形態に用いているトナーは重合法によって製造され、環境変動に対する被帯電性能安定化や流動性の向上のために粒径２０ｎｍのシリカや酸化チタンなどを外添している。
【００７２】
なお、本実施形態においては転写性の良好な球形トナーとして重合法によるものを記載したが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば従来の機械的な粉砕分級法にて作成したものに熱的、若しくは機械的な後処理を施して丸くしたトナーを用いることでもよい。
【００７３】
［クリーニング装置］
図３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（不図示）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２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、ゴム硬度としては５０〜８５度（ＪＩＳＡ）が好ましく、更には６０〜８０度（ＪＩＳＡ）が好ましく、本実施形態では７０度（ＪＩＳＡ）の物を用い、θ＝２２度、δ＝１.２ｍｍ、感光体２への当接圧が約３０ｇ／ｃｍとなるようにした。
【００７４】
［帯電］
図２に帯電ローラと感光体との相互関係を示す（ａ）正面図、（ｂ）断面図を示す。
【００７５】
本実施形態における帯電手段たる可撓性の接触帯電部材としての帯電ローラ３は芯金上にゴムあるいは発泡体の中抵抗層を形成することにより作成される。
【００７６】
中抵抗層は、樹脂（本実施形態ではウレタン）、導電性粒子（例えばカーボンブラック）、硫化剤、発泡剤等により処方され、芯金の上にローラ状に形成した。その後、表面を研磨した。
【００７７】
ここで、接触帯電部材である帯電ローラ３は電極として機能することが重要である。つまり、弾性を持たせて感光体との十分な接触状態を得ると同時に、移動する感光体を充電するに十分低い抵抗を有する必要がある。一方では感光体にピンホールなどの低耐圧欠陥部位が存在した場合に電圧のリークを防止する必要がある。十分な帯電性と耐リーク性を得るには１０4〜１０7Ωの抵抗が望ましく、本実施形態では１０6Ωのものを用いている。帯電ローラ３の抵抗値は以下のように測定した。プリンタの感光体２をアルミニウム製のドラムと入れ替える。その後に、アルミニウム製ドラムと帯電ローラ３の芯金３ａ間に１００Ｖの電圧をかけ、その時に流れる電流値を測定することにより、帯電ローラ３の抵抗値を求めた。また本抵抗測定は温度２５℃、湿度６０％ＲＨの環境下で行った。
【００７８】
本発明における帯電ローラの硬度の測定は、ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度計及びマイクロ硬度計ＭＤ−１型（共に高分子計器株式会社製）を用いて２３．５℃／６０％ＲＨ環境において行ったものである。ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度計による測定方法は帯電ローラを金属製の板の上に置き、金属製のブロックを置いてローラが転がらないように簡単に固定し、金属板に対して垂直方向から帯電ローラの中心に正確に当たるようにして１ｋｇ（９．８Ｎ）の加重でＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度計を押し当て５秒後の値を読み取る。これを帯電ローラのゴム端部から４０ｍｍの位置の両端部及び中央部のそれぞれ周方向に３箇所ずつ、計９箇所を測定して平均値を算出する。マイクロ硬度計の場合はピークホールドモードで測定した時の値であり、前述のＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度の場合と同様帯電ローラの中心部に測定端子が垂直に当たるようにする。測定位置と測定数はＡＳＫＥＲ−Ｃの場合と同様にして９点の平均値を算出する。本発明では帯電ローラ表面のマイクロ硬度が７５度以上１００度未満、帯電ローラのアスカーＣ硬度が４０度以下となるようにしている。帯電ローラ３の硬度は、硬度が高すぎると感光体との間に帯電当接部の幅（ニップ幅Ｎ）を確保できなくなり安定した帯電性が得られなくなる。本発明では帯電ローラ表層のマイクロ硬度を７５度以上と高くすることにより高耐久ドラム表面をリフレッシュさせる効果を持たせ、かつ帯電ローラ全体としてのアスカーＣ硬度を４０度以下と低めにすることによりニップ幅Ｎを十分とれる構成としている。これにより良好な帯電性能を確保できるだけでなく、硬い表面層と組み合わせることにより、より高いリフレッシュ効果が発揮される。逆にマイクロ硬度を７５度未満、アスカーＣ硬度を４０度超とすると十分なニップ幅が確保できないため、本発明に用いられる高耐久感光ドラム表面をリフレッシュするのに十分な効果が得られず、満足な画質が得られない。感光体と帯電ローラのニップ幅Ｎは良好な帯電性を得るためには１ｍｍ以上の当接部幅があれば十分である。本発明においては帯電ローラ表面で感光体表面をリフレッシュさせる効果を必要とするため、ニップ幅Ｎを広めにすることが好ましく、安定して高い摺擦能力を得るには３ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好適な範囲である。ニップ幅Ｎが１０ｍｍを超えるような構成は、帯電ローラ径を極端に太くしたり、帯電ローラの感光体に対する押し圧を非常に強くする必要がある為、実用的ではない。帯電ローラ３の材質としては、前述した硬度、帯電性能を満足できるものであれば弾性発泡体に限定するものでは無く、弾性体の材料としては、ＥＰＤＭ、ウレタン、ＮＢＲ、シリコーンゴムや、ＩＲ等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材や、またこれらを発泡させたものが挙げられる。また、特に導電性物質を分散せずに、イオン導電性の材料を用いて抵抗調整をすることも可能である。
【００７９】
この帯電ローラ３は、その長手方向両端部において芯金３ａが軸受２２により支持されつつ感光ドラム２と並行に配設されると共に、軸受２２に付随する加圧部材としてのバネ２３により感光ドラム２表面に対し圧接される。この時の感光ドラム２表面に対する加圧バネによる当接圧は、本実施形態ではおよそ４０〔ｇ／ｃｍ〕に設定している。この設定では感光ドラム２と帯電ローラ３の接触幅（ニップ幅Ｎ）を十分に確保でき安定した帯電性が得られた。当接圧は上記したものに限定されるわけではなく、良好な帯電性、感光体表面、帯電ローラ表面等にキズが入らず、満足な耐久性が得られる条件であれば何ら問題ない。
【００８０】
この当接圧の測定方法としては、感光ドラム２と帯電ローラ３との当接ニップ領域にＳＵＳから成る２枚の薄板を挿入し、その幅が１〔ｃｍ〕である薄板を引き抜く際に要する力をバネばかりで計測することにより得るものとした。
【００８１】
帯電ローラの表面粗さＲｚを大きくすることにより帯電ローラ表層が外添剤やトナーで汚染された場合でもエッジ部で効果的に摺擦できる。ただしあまりＲｚを大きくしすぎてもその効果がさほど変わらないことや、帯電性に影響を及ぼすこともあるため、１０μｍ以上１００μｍ以下が好適な範囲である。ＪＩＳ規格Ｂ０６０１（１９９４）で定義される１０点平均面粗さ（Rz jis 1994）のことである。また、帯電ローラ表面を、方向性のある表面粗さとし、その方向性を像担持体との当接部において、該像担持体の回転方向に対して逆目となるようにすることにより帯電ローラと像担持体との引っ掛かり力が増し、より効果的なリフレッシュ効果を達成することができる。また、帯電ローラの回転軸を像担持体の回転軸とを平行に配置せず、所定の交差角をもって交差するように設けた場合、帯電ローラの汚染防止に有効であると共に、帯電ローラと像担持体と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発生する摺擦力によりリフレッシュ効果が得られる。
【００８２】
帯電ローラ３は感光体２の回転に伴って、従動で回転する。帯電ローラには、例えば、帯電用高圧電源から周波数１．８ｋＨｚ、総電流２０００μＡの定電流制御され、重畳されるＤＣバイアスによって感光体電位が決定される。
【実施例】
【００８３】
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例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。
【００８４】
[実施例１]
本実施例で用いた画像形成装置の概略は上述した実施形態のとおりである。ここで帯電部材の構成としてはマイクロ硬度が７５〜９５度の範囲、アスカーＣ硬度が３０度のものを用いた。ローラの外径としては１４ｍｍを用い、帯電ローラと感光体との当接部の幅を３ｍｍとなるように設定した。帯電ローラ表面粗さは、Ｒｚで１０μｍのものを用いた。感光体としてＨＵ＝２００Ｎ/ｍｍ2、弾性変形率＝５０％のものを用いた。以上の構成で高温高湿下（３０℃、８０％ＲＨ）で５万枚の画像出し耐久評価を行った結果を表１に示す。
【００８５】
[比較例１]
感光体として表面層を硬化させない通常の有機感光体を用いた。ＨＵ＝１９０Ｎ/ｍｍ2、弾性変形率＝３７％であった。その他の構成は実施例１と同じ構成とした。実施例１と同様の評価を行ったところ、1万枚程度の耐久枚数で感光体にキズが発生し、画像不良となって現れた。
【００８６】
[比較例２]
帯電ローラのマイクロ硬度が７５度未満の構成、アスカーＣ硬度が４０度超の構成、それぞれの評価結果を表１に示す。感光体としてＨＵ＝２００Ｎ/ｍｍ2、弾性変形率＝５０％のものを用いた。その他の構成は実施例１と同じとした。本例での構成は何れも十分なリフレッシュ効果が得られず、画像流れが発生した。
【００８７】
[実施例２]
本実施例では帯電ローラ部材の表面が方向性のある表面粗さを有し、その方向性を図４に示すように、感光体との当接部において、感光体の回転方向に対し逆目となるようにした。この構成をとることにより感光体表面との引っ掛かり力が増し、より効果的なリフレッシュ作用が得られる。また帯電ローラの表面粗さＲｚは１５μｍのものを用いた。帯電ローラ表面のマイクロ硬度は７５度、アスカーＣ硬度は３０度とした。感光体としてＨＵ＝２００Ｎ/ｍｍ2、弾性変形率＝５０％のものを用いた。その他の構成は実施例１と同じとし、同様の評価を行った結果を表１に示す。
【００８８】
[実施例３]
帯電ローラの外径を２０ｍｍとした。感光体としてＨＵ＝２００Ｎ/ｍｍ2、弾性変形率＝５０％のものを用いた。その他の条件は実施例１と同じにした。帯電ローラの外径を大きくすると感光体に対する当接圧が同じ場合、帯電ローラと感光体との当接部の幅を広くとることができる。本実施例では当接部の幅を５ｍｍとした。実施例１と同様の評価をした結果を表１に示す。
【００８９】
[実施例４]
本実施例では帯電ローラ３の回転軸には図５に示すように感光ドラムの回転軸に対し角度θ’°の交差角を設けてある。ここで交差角を設ける目的は、特許第０２７４５７２６号公報で開示されているように外添剤等からの帯電ローラの汚染をできるだけ拡散させ、局所的に発生する帯電不良を防ぐという目的以外に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発生する摺擦力によりリフレッシュ効果が得られるということである。感光体としてＨＵ＝２００Ｎ/ｍｍ2、弾性変形率＝５０％のものを用いた。その他の条件は実施例１と同じにし同様の評価を行った結果を表１に示す。
【００９０】
本発明の実施される形態は上記したものに限定されるものではなく、例えば帯電ローラ表面層に無機微紛体を含有させ硬度を上げる手法、帯電ローラ表面粗さを比較的大きくする手法等も好適に用いることができる。
【００９１】
【表１】
2005309073.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明に好適な画像形成装置の概略構成断面図。
【図２】本発明に用いる帯電ローラ及び被帯電体の感光ドラムを示す図。
【図３】クリーニングブレードを説明する部分拡大図。
【図４】本発明の実施例２における帯電ローラ表面を表した図。
【図５】本発明の実施例４における帯電ローラと感光ドラムの交差角を表した図。
【符号の説明】
【００９３】
１    画像形成装置
２    感光体
３    帯電手段（帯電ローラ）
３ａ  芯金
４    レーザ発振器
５    レーザービーム
６    回転現像装置
６ｙ  第一の現像装置
６ｍ  第二の現像装置
６ｃ  第三の現像装置
６ｋ  第四の現像装置
７    中間転写体
７ａ  転写部位
７ｂ  転写部位
７ｃ  高圧電源
８    クリーニング装置
８ａ  クリーニングブレード
９    カセット
１０  ピックアップローラ
１１  レジストローラ対
１２  転写ベルト
１２ａ  バイアスローラ
１２ｂ  テンションローラ
１２ｃ  高圧電源
１３    転写体クリーニング装置
１４  定着装置
１５  排出ローラ対
２２  受
２３  加圧バネ
Ｓ    記録媒体
【図１】
2005309073.tif 000005
【図２】
2005309073.tif 000006
【図３】
2005309073.tif 000007
【図４】
2005309073.tif 000008
【図５】
2005309073.tif 000009