CN106133611B - 电子照相感光体和具备该电子照相感光体的图像形成装置 - Google Patents

电子照相感光体和具备该电子照相感光体的图像形成装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供的电子照相感光体(20)具有支承件(20a)和形成于支承件(20a)表面的感光层(20b)，使用初期的感光层(20b)表面的算术平均粗糙度Ra处于20nm以上100nm以下的范围内，十点平均粗糙度Rz处于0.2μm以上1.0μm以下的范围内，凹凸的平均间隔Sm为20μm以下。

Description

电子照相感光体和具备该电子照相感光体的图像形成装置
技术领域
本发明涉及在表面形成调色剂像的电子照相感光体和具备该电子照相感光体的图像形成装置。
背景技术
众所周知，在打印机、复印机、传真机或者具备这些功能的数码复合机等图像形成装置中，具备感光鼓、带电装置和清洁刮板，所述感光鼓是电子照相感光体的一个例子，所述带电装置使感光鼓表面带电，所述清洁刮板与感光鼓表面接触配置并且去除残留于感光鼓表面的调色剂、添加剂。
感光鼓例如由支承件即金属制粗加工管和形成于粗加工管的表面的感光层构成。作为感光鼓，例如感光体使用非晶态硅，并使粗加工管表面粗糙化(例如，专利文献1、2)。
在专利文献1所述的感光鼓中，由多个球状痕迹凹陷在粗加工管的表面形成凹凸，以使感光鼓表面的2.5mm基准长度上的十点平均粗糙度Rz处于0.72[μm]以上，1.25[μm]以下的范围内。由此，抑制清洁残留调色剂时的调色剂附着，提高了感光鼓表面的耐伤性。
另外，在专利文献2所述的感光鼓中，感光鼓的表面沿周向形成三角形的线状沟，以使感光鼓的表面状态处于中心线平均粗糙度Ra为0.08[μm]～0.12[μm]的范围内，十点平均粗糙度Rz为0.45[μm]～0.75[μm]的范围内。由此，降低感光鼓的旋转转矩。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开公报特开平11-143099号
专利文献2：日本专利公开公报特开2001-337470号
发明内容
在专利文献1所述的构成中，由于粗加工管表面具有大的凹凸，导致调色剂的添加剂等从清洁刮板和感光鼓表面的间隙漏出。尤其是，靠近带电装置时，带电装置来不及清洁，反而引起带电装置的污染。
另外，在专利文献2所述的构成中，感光鼓表面在轴向上凹凸，但在周向上没有凹凸，所以山谷侧面的微小的凸部不久后就磨损而使平滑性增加。与平滑的面相接触的微小区域的清洁刮板的边缘被引入感光鼓的旋转方向(周向)，产生微小且缓慢的滑行。此时，由于添加剂从周向的沟中漏出，会导致带电装置污染。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供能够长时间抑制图像不良的电子照相感光体以及具备该电子照相感光体的图像形成装置。
为了实现上述目的，本发明第一构成提供具有支承件和形成于支承件的表面的感光层的电子照相感光体，电子照相感光体在使用初期的感光层表面的算术平均粗糙度Ra处于20nm以上100nm以下的范围内，十点平均粗糙度Rz处于0.2μm以上1.0μm以下的范围内，凹凸的平均间隔Sm为20μm以下，使用初期的所述感光层表面的粗糙度歪斜Rsk为0.3以上，所述支承件的表面的算术平均粗糙度Ra为4nm～60nm，所述感光层由非晶态硅形成。此外，本说明书中的“算术平均粗糙度Ra”、“十点平均粗糙度Rz”以及“平均间隔Sm”是根据1994年版的JISB0601中规定的表面粗糙度。
利用本发明的第一构成，由于电子照相感光体具有合适的表面状态，不会发生调色剂的添加剂等从与清洁刮板的间隙漏出或者因与清洁刮板接触导致旋转转矩上升，所以能够长时间抑制图像不良的产生。
附图说明
图1是表示装载有本发明的感光鼓20的图像形成装置11的大致结构的示意断面图。
图2是表示图像形成装置11的感光鼓20周围的结构的示意图。
图3是表示经30万张耐久印刷后的清洁刮板52的边缘部分的磨损量与初期的感光鼓20的算术平均粗糙度Ra的关系的曲线图。
图4是表示经3万张耐久印刷后的带电辊42的电阻值与初期的感光鼓20的算术平均粗糙度Ra的关系的曲线图。
图5是算术平均粗糙度Ra为20[nm]、平均间隔Sm为14[μm]的感光鼓20表面的二维粗糙度数据波形。
图6是算术平均粗糙度Ra为20[nm]、平均间隔Sm为9[μm]的感光鼓20表面的二维粗糙度数据波形。
图7是轴向上不规则地存在凹凸，周向上没有凹凸且具有规则的表面状态的感光鼓20的感光层表面的放大图。
图8是具有图7所示的表面状态的感光鼓20的感光层表面经30万张耐久印刷后的放大图。
图9是轴向以及周向都不规则地存在凹凸的感光鼓20表面的放大图。
图10是表示具有图9所示的表面的感光鼓20经过30万张耐久印刷后的表面状态的放大图。
图11是表示粗糙度歪斜Rsk大于零时的凹凸形状的图。
图12是表示粗糙度歪斜Rsk小于零时的凹凸形状的图。
图13是实施例1的本发明1的感光鼓20的表面状态的二维粗糙度数据波形。
图14是实施例1的比较例1的感光鼓20的表面状态的三维干涉显微镜数据。
图15是表示实施例1的印刷中的感光鼓20的驱动转矩的变化的曲线图。
图16是表示实施例1的印刷张数和刮板磨损量的关系的曲线图。
图17是表示实施例2的印刷中的感光鼓20的驱动转矩的变化的曲线图。
具体实施方式
以下，边参照附图边对本发明的实施方式进行说明。图1是表示装载有本发明的感光鼓20的图像形成装置11的大致结构的示意断面图。图2是表示图1所示的图像形成装置11的感光鼓20周围的结构的示意图。
1.图像形成装置11的结构
(整体结构)
如图1所示，本实施方式的图像形成装置11是串列式彩色打印机。图像形成装置11在打印机主体12的内部具备：供纸盒13，装有记录纸(未图示)；供纸部14，从供纸盒13将记录纸一张张地送出；图像形成处理部15，在由供纸盒13或者手动供纸盘(未图示)供给的记录纸上进行图像形成处理；记录纸输送通道16，输送由供纸盒13或者手动供纸盘供给的记录纸；第二转印部17，将图像形成处理部15中形成的调色剂像转印到沿记录纸输送通道16输送的记录纸上；以及定影部18，将第二转印部17中被转印的调色剂像定影到记录纸上。
(图像形成处理部15的结构)
图像形成处理部15采用串列式结构，使用例如黄色(Y)、品红色(M)、青色(C)和黑色(K)四种颜色的调色剂(显影剂)进行图像形成处理。此外，在以下的说明中，只有特别指定颜色时，对各阿拉伯数字的附图标记加上带括弧的(Y、M、C、K)颜色，通用的情况，只用阿拉伯数字的附图标记进行说明。
图像形成处理部15具备：多个调色剂容器19，分别对应各种颜色(Y、M、C、K)，并装有补充用调色剂；多个感光鼓20，用于根据由个人计算机等外部连接设备发送的印刷数据(图像数据)，形成各种颜色的调色剂像；多个显影装置21，向各感光鼓20供给调色剂；环状中间转印带22，将形成于各感光鼓20的调色剂像一次转印到该环状中间转印带22上；带清洁装置24，配置于中间转印带22的转动方向最上游侧的感光鼓20的上游侧，去除附着在中间转印带22表面的残余调色剂等；曝光单元25，对各感光鼓20射出光束；带电装置26，使各感光鼓20的表面均匀地带电；清洁装置28，去除附着在各感光鼓20表面的残余调色剂等；以及电荷去除装置29，去除各感光鼓20表面的残留电荷。此外，感光鼓20相当于本发明的“电子照相感光体”的一个例子。
(感光鼓20的结构)
感光鼓20在支承件(基体)的表面形成感光层。其中，如图2所示，感光鼓20是由金属制圆筒状粗加工管20a和形成于粗加工管表面的感光层20b构成。此外，粗加工管相当于本发明的“支承件”的一个例子。作为形成粗加工管20a的金属可以例举铝、铁、钛、镁等。可以利用使用有机光传导体的有机感光层或使用无机光电体的无机感光层等作为感光层20b，但是从耐久性高的角度出发，优选使用由硅烷气体等真空蒸镀等成膜的非晶态硅感光层。各感光鼓20用于根据从曝光单元25射出的光束，在其表面承载各种颜色的调色剂像，并将调色剂像转印于中间转印带22，如图1所示，与显影装置21一起配置于中间转印带22的下方。此外，后面将对感光鼓20的感光层20b的特性进行描述。
另外，如图1以及图2所示，感光鼓20的周围配置有带电装置26、曝光单元25、显影装置21、清洁装置28以及电荷去除装置29，一次转印辊27隔着中间转印带22与感光鼓20相对配置。
由感光鼓20和一次转印辊27协同动作构成的各第一转印部转印到中间转印带22上的调色剂像，被第二转印部17转印于从供纸盒13或者手动供纸盘通过记录纸输送通道16输送来的记录纸上。
(显影装置21的结构)
各显影装置21是基本相同的结构，沿转动移动方向排列设置在中间转印带22的下方。显影装置21使含有由氧化钛等金属氧化物粒子构成的调色剂添加剂(研磨粒子)的调色剂附着到形成于感光鼓20表面的静电潜影上，使其显影为调色剂像。此外，显影装置21可以使用以往公知的显影装置。
(中间转印带22的结构)
中间转印带22是打印机主体12内由驱动辊和从动辊在水平方向上张紧架设的环形带，利用带驱动马达(未图示)伴随驱动辊旋转，并伴随图像形成动作而被循环驱动。
(调色剂浓度检测传感器23的结构)
调色剂浓度检测传感器23测量中间转印带22的调色剂像的反射浓度，并向控制部(未图示)输出该检测值。此外，能够在分别沿中间转印带22的转动移动方向以及与转动移动方向垂直的宽度方向的多处设置调色剂浓度检测传感器23。此时，调色剂浓度检测传感器23只检测中间转印带22的宽度方向单侧的调色剂浓度，不能对应例如在中间转印带22的宽度方向两端侧出现产生浓度差的现象(偏色现象)的情况，所以优选调色剂浓度检测传感器23配置在宽度方向两端附近。
(带电装置26的结构)
如图2所示，带电装置26在带电壳体41内具有：带电辊42，与感光鼓20接触并向辊表面施加带电偏压；以及带电清洁辊43，用于对带电辊42进行清洁。
带电辊42由例如导电性橡胶形成，与感光鼓20抵接配置。并且，如图2所示，当感光鼓20顺时针方向旋转时，与感光鼓20的表面接触的带电辊42向逆时针旋转方向从动旋转。此时，通过对带电辊42施加规定的电压，使感光鼓20的表面均匀地带电。
另外，如图2所示，与带电辊42相接触的带电清洁辊43随着带电辊42的旋转，沿顺时针方向从动旋转，去除附着于带电辊42表面的异物。
(清洁装置28的结构)
清洁装置28具备：清洁装置外壳50，在记录纸宽度方向(垂直于记录纸输送方向的方向)有进深；回收螺旋杆51，配置于清洁装置外壳50的内部靠下方，通过沿图2中顺时针方向旋转，将回收调色剂输送向记录纸宽度方向的一方，并排向废调色剂容器(未图示)；清洁刮板52，安装于清洁装置外壳50的外部靠下方；滑动摩擦辊(清洁辊)53，配置于清洁装置外壳50的内部靠上方，与感光鼓20的表面接触；以及调色剂输送导板54，配置在清洁外壳50内且在回收螺旋杆51和滑动摩擦辊53之间。此外，为了防止回收调色剂从清洁外壳50漏到外部，在清洁装置外壳50的上游端设置清洗密封件55。
清洁刮板52由聚氨酯橡胶等构成。清洁刮板52以顶端从比感光鼓20的旋转轴靠下方与感光鼓20的表面抵接的方式配置。此时，清洁刮板52的顶端相对于感光鼓20的旋转方向(参照图2的箭头)在相反方向抵接。
滑动摩擦辊53从感光鼓20的表面回收废调色剂，并利用附着于滑动摩擦辊53的表面的废调色剂研磨感光鼓20的表面。因此，滑动摩擦辊53为了保持高的废调色剂的保持性，使用发泡橡胶(例如，含碳导电性发泡EPDM)构成沿记录纸宽度方向延伸的圆筒状，并配置在比清洁刮板52的顶端更靠感光鼓20的旋转方向的上游侧。另外，滑动摩擦辊53的旋转方向是与感光鼓20的旋转方向相反的方向。
调色剂输送导板45划分为存在滑动摩擦辊53侧和存在回收螺旋杆51侧，将由滑动摩擦辊53回收的废调色剂引导向回收螺旋杆51。
(电荷去除装置29的结构)
电荷去除装置29沿感光鼓20的旋转方向，配置在一次转印辊27的下游侧。如图2所示，电荷去除装置29使用LED(发光二极管)57，并根据需要设置反射板。另外，电荷去除装置29安装在清洁装置28的清洁外壳50的上面。电荷去除装置29通过对感光鼓20照射去除电荷光，去除其表面所带电荷，并做好用于下一图像形成动作时的带电工序的准备。
2.图像形成步骤
下面，对图像形成装置100的图像形成步骤进行说明。当从个人计算机等外部连接设备输入图像数据时，首先，由带电装置26使感光鼓20的表面均匀地带电，接着，由曝光单元25对感光鼓20的表面照射光束，从而在各感光鼓20上形成与图像数据相对应的静电潜影。显影装置21分别填充有规定量的双组分显影剂(以下，也只称为显影剂)，所述双组分显影剂包括黄色、品红、青色以及黑色各种颜色的调色剂。此外，由于形成后面所述的调色剂像而使各显影装置21内填充的双组分显影剂中的调色剂的比例低于规定值时，从调色剂容器19向各显影装置21补充调色剂。该显影剂中的调色剂由显影装置21供给到感光鼓20上，通过静电吸附，形成与来自曝光单元25的曝光形成的静电潜影对应的调色剂像。
另一方面，与图像形成处理部15中的调色剂像的形成时机相对应，从供纸盒13(或者手动供纸盘)供给记录纸，通过记录纸输送通道16输送到对准辊对30a。
并且，由一次转印辊27对一次转印辊27和感光鼓20之间施加规定的转印电压形成电场，感光鼓20上的黄色、品红、青色以及黑色的调色剂像被一次转印到中间转印带22上。为了形成规定的彩色图像，所述四种颜色的图像以具有预先确定的规定位置关系的方式形成。然后，为了以备继续形成新的静电潜影，由清洁装置28去除一次转印后残留于感光鼓20的表面的调色剂等。另外，由电荷去除装置29去除感光鼓20表面的残留电荷。
当中间转印带22开始向顺时针方向旋转时，在规定的时机记录纸从对准辊对30a被输送向与中间转印带22邻接设置的第二转印部17，中间转印带22上的全彩图像被二次转印到记录纸上。已二次转印有调色剂像的记录纸被输送向定影部18。此外，由带清洁装置24去除附着于中间转印带22的表面的残余调色剂等。
输送到定影部18的记录纸被加热以及加压，将调色剂像定影于记录纸的表面，形成规定的全彩图像。已形成全彩图像的记录纸被引导向记录纸输送通道16的终端部，由排出辊对30b排出到兼作打印机主体12的上表面的出纸盘12a上。
3.感光鼓20的感光层的特性
＜第一实施方式＞
以下，对第一实施方式的感光鼓20的特征部分即感光层20b的特性进行说明。本实施方式的感光鼓20的表面粗糙度，在使用初期，感光层20b表面的算术平均粗糙度Ra处于[20nm]以上[80nm]以下的范围内，十点平均粗糙度Rz处于0.2[μm]以上0.9[μm]以下的范围内，凹凸的平均间隔Sm为20[μm]以下。此外，至少在感光鼓20使用初期(是使用开始时的状态，换言之，是出厂后的状态。)要具有该表面状态。另外，算术平均粗糙度Ra、十点平均粗糙度Rz、平均间隔Sm使用探针式二维粗糙度测量仪，根据1994年版JISB0601中规定的表面粗糙度测量法进行测量。
(1)算术平均粗糙度Ra
使用初期的感光层20b表面的算术平均粗糙度Ra处于20[nm]以上100[nm]以下的范围内即可。算术平均粗糙度Ra小于20[nm]时，由于长期间的使用清洁刮板52磨损，添加剂的漏出量增多到导致图像不良。算术平均粗糙度Ra比100[nm]大时，清洁刮板52和感光层20b表面的间隙增大。因此，从耐久印刷的比较早阶段就漏出添加剂，由此开始引起带电辊26的污染，导致因感光鼓20的表面的带电不均匀产生图像不良。
图3是表示30万张耐久印刷后清洁刮板52的边缘磨损量和感光鼓20使用初期的感光层20b表面的算术平均粗糙度Ra的关系的曲线图。如图3所示，当感光鼓的使用初期感光层20b表面的算术平均粗糙度Ra小于20[nm]时，清洁刮板52的边缘的磨损量为30[μm]以上。当边缘的消耗量为30[μm]以上时，从清洁刮板52和感光鼓20之间漏出的添加剂量增加，由于添加剂附着到带电辊42的表面，电阻值升高，所以不能得到良好的图像。
此外，由于当感光层20b表面的算术平均粗糙度Ra小于20[nm]时，清洁刮板52和感光鼓20的摩擦变大，清洁刮板52的磨损也变严重，所以此后的耐久性变得极短。即，不能长时间得到良好的图像。
图4是表示经3万张耐久印刷后的带电辊42的电阻值和感光鼓20使用初期的感光层20b表面的算术平均粗糙度Ra的关系的曲线图。如图4所示，当感光鼓20使用初期的感光层20b表面的算术平均粗糙度Ra大于80[nm]时，由于添加剂的附着，带电辊42的电阻值为6.0[logΩ]以上。当带电辊42的电阻值为6.0[logΩ]以上时，带电辊42被污染，不能得到良好的图像。
这样，感光鼓20使用初期的感光层20b表面的算术平均粗糙度Ra大于80[nm]时，带电辊42从印刷3万张的比较早阶段就开始污染，导致难以长期使用。即，当感光鼓20的表面的凹凸增大时，导致在初期阶段就产生调色剂的添加剂漏出。优选感光鼓20使用初期的感光层20b表面的算术平均粗糙度Ra处于20[nm]以上80[nm]以下的范围内，进一步优选处于40[nm]以上60[nm]以下的范围内。
这如后面所述的实施例的栏中说明的，当算术平均粗糙度Ra处于上述范围内时，能够减小清洁刮板52和感光鼓20的间隔，并且，能够抑制清洁刮板52和感光鼓20的接触面积。因此，能够长期保持低转矩，并能够抑制清洁刮板52的边缘的磨损。
此外，感光鼓20的耐久性和清洁刮板52的耐久度随使用的添加剂、感光层20b和清洁刮板52的材质等而改变，但是当算术平均粗糙度Ra处于上述范围内时，能够适应各种添加剂、各种材料的感光层20b和清洁刮板52。
(2)十点平均粗糙度Rz
感光鼓20使用初期的感光层20b表面的算术平均粗糙度Ra处于20[nm]以上100[nm]以下的范围时，感光鼓20使用初期的感光层20b表面的十点平均粗糙度Rz优选处于0.2[μm]以上1.0[μm]以下的范围。
这是用于防止下述问题的规定，所述问题是指即使算术平均粗糙度Ra处于上述范围内，当存在大的凹凸时，虽然清洁刮板52能够发生某种程度变形，但还是不能跟从感光鼓20表面，所以在感光鼓20和清洁刮板52之间产生的间隙有增大倾向。此外，当感光鼓20和清洁刮板52的间隔增大时，发生添加剂等漏出。
换而言之，这是因为当感光鼓20的表面存在大的凸起部分，该凸起部分的顶端与清洁刮板52相接触时，位于大的凸起部分之间的凹下部分不与清洁刮板52接触，失去了规定算术平均粗糙度Ra的大小的意义。即，优选感光鼓20的表面不存在反常的凹凸不平，可存在微小的凹凸不平，该条件用十点平均粗糙度Rz和算术平均粗糙度Ra来规定。此外，用十点平均粗糙度Rz来规定不存在反常的凹凸不平。
另外，感光鼓20使用初期的感光层20b表面的算术平均粗糙度Ra处于40[nm]以上60[nm]以下的范围时，感光鼓20使用初期的感光层20b表面的十点平均粗糙度Rz优选处于0.4[μm]以上0.9[μm]以下的范围。这是为了缩小所述十点平均粗糙度Rz的范围，使其对应变窄的算术平均粗糙度Ra的范围。
(3)凹凸的平均间隔Sm
当感光鼓20使用初期的感光层20b表面的算术平均粗糙度Ra处于20[nm]以上100[nm]以下的范围，十点平均粗糙度Rz处于0.2[μm]以上1.0[μm]以下的范围时，优选凹凸的平均间隔Sm为20[μm]以下。
这是基于下面的理由。即使算术平均粗糙度Ra和十点平均粗糙度Rz处于上述范围内，当大的凸起部分远离存在时，清洁刮板52与大的凸起部分相接触(被支撑)。这里，使用凹凸的平均间隔Sm来判断大的凸起部分是否远离。
清洁刮板能够弹性变形，变形使其在大的凸起(部分)间与感光鼓20相接触。尤其是，当凸部分的间隔宽时，清洁刮板52和感光鼓20的接触面积增大。当接触面积增大时，由于与清洁刮板52的摩擦，感光鼓20的驱动转矩增大，并且清洁刮板52的磨损变严重，不久后清洁刮板52会产生粘着滑动，导致添加剂的漏出，或者清洁刮板52的边缘缺损。此外，显然当清洁刮板52的边缘缺损时，不能得到良好的图像。
另外，当平均间隔Sm大时，凸起部分(山)变大(山脚宽)，当由于长期使用凸起部分的顶部磨损时，会产生顶部宽的平坦部分，导致与清洁刮板52的接触面积增大。另外，感光鼓使用初期的感光层表面的算术平均粗糙度Ra处于40[nm]以上60[nm]以下的范围，十点平均粗糙度Rz处于0.4[μm]以上0.7[μm]以下的范围时，优选平均间隔Sm为14[μm]以下。这是为了缩小所述平均间隔Sm的范围，使其对应变窄的算术平均粗糙度Ra的范围和十点平均粗糙度Rz的范围。
算术平均粗糙度Ra相同、平均间隔Sm不同的表面状态如图5和图6所示。图5是算术平均粗糙度Ra为20[nm]、平均间隔Sm为14[μm]的感光鼓20的感光层表面的二维粗糙度数据波形，图6是算术平均粗糙度Ra为20[nm]、平均间隔Sm为9[μm]的感光鼓20的感光层20b表面的二维粗糙度数据波形。根据如上所述的理由，优选感光鼓20的感光层20b表面的凹凸是具有某种程度的凹凸(算术平均粗糙度Ra、十点平均粗糙度Rz处于规定范围)，且凸起部分的间距小(平均间隔Sm为规定值以下)的一方(与图5相比图6好)。
(4)DUH硬度
优选感光鼓20使用初期的感光层20b的DUH硬度处于500[kgf/mm2]以上1200[kgf/mm2]以下的范围。这是因为当DUH硬度小于500[kgf/mm2]时，由于清洁刮板52和滑动摩擦辊43的接触，感光鼓20的感光层20b容易磨损，不能长期使用。从该角度考虑，优选DUH硬度高的。因此，DUH硬度的上限由当前能够使用的硬度最高的感光层20b的硬度来规定。此外，所谓DUH硬度是指由超显微动态硬度计(DUH系列，株式会社岛津制作所制)测量的压痕硬度(马氏硬度)。
(5)凹凸不平的形态
感光鼓20的感光层20b表面的凹凸，优选如后面所述的图12所示，不规则地存在。所谓不规则是指在某个面内的任意一个方向观察凹凸时，凹凸的存在都没有一定的规律性。某个方向不存在凹凸的情况(设计上没有凹凸，但实际上存在微小的凹凸的情况相当于不存在凹凸的情况的一个例子)是不规则的。
图7是具有规则的表面状态的感光鼓20的感光层20b表面的放大图，图8是图7所示的具有规则的表面状态的感光鼓20的感光层20b表面经30万张耐久印刷后的放大图。在图7以及图8中，与标记为“120μm”的尺寸线平行的方向是轴向，与轴向垂直的方向是周向。此外，在图7所示的表面状态下，轴向的算术平均粗糙度Ra为90[nm]。
在图7中，具有轴向上不规则地存在大的凹凸、但周向上没有大的凹凸只存在微小的凹凸的规则的表面。这样，凹凸有规则地存在于周向上时，由于添加剂从清洁刮板52和凹部的间隙漏出，所以从感光鼓20使用初期就容易产生因添加剂的附着导致的带电辊42的污染。
另外，如图8所示，30万张耐久印刷后的表面状态为在轴向上残存大的凹凸、但周向上凹凸几乎消失(Ra＜10nm)。因此，清洁刮板52的边缘被引入感光鼓20的旋转方向上，不能得到降低感光鼓20的驱动转矩(驱动负荷)的效果。
图9是具有不规则的表面状态的感光鼓20的感光层20b表面的放大图，图10是图9所示的具有不规则的表面状态的感光鼓20的感光层20b表面经30万张耐久印刷后的放大图。在图9以及图10中，与标记为“120μm”的尺寸线平行的方向是轴向，与轴向垂直的方向是周向。此外，在图9所示的表面状态下，轴向的算术平均粗糙度Ra为45[nm]。
如图9所示，当轴向以及周向上都不规则地存在凹凸不平时，由于添加剂在感光鼓20的感光层20b表面的移动受凹凸限制，所以难以从清洁刮板52和凹部的间隙漏出。因此，难以在感光鼓20的使用初期产生由于添加剂的附着导致的带电辊42的污染。
并且，如图10所示，即使是经印刷30万张后的表面状态，在轴向以及周向上也残存微小的凹凸不平(Ra≧10[nm])。因此，即使耐久印刷后，也能够抑制添加剂的漏出，难以产生由于添加剂的附着而导致的带电辊42的污染。另外，清洁刮板52的边缘不会被引入感光鼓20的旋转方向上，能够得到降低感光鼓20的驱动转矩(驱动负荷)的效果。此外，考虑作为感光鼓20的耐久性，感光层20b的表面粗糙度(算术平均粗糙度Ra)确定在20[nm]以上100[nm]以下的范围即可。
(6)区域
优选算术平均粗糙度Ra、十点平均粗糙度Rz以及平均间隔Sm在感光鼓20的表面上图像形成区域的整个区域中处于上述范围。
(7)调色剂添加剂
在调色剂中添加导电性研磨微粒子如氧化钛、二氧化硅作为添加剂，但是当感光层20b表面的算术平均粗糙度Ra大时，添加剂从清洁刮板52不能跟从凹凸的间隙漏出去。因此，用于本实施方式的感光鼓20的调色剂的添加剂优选平均一次粒径为10nm以上。
＜第二实施方式＞
对第二实施方式的感光鼓20的特征部分即感光层20b的特性进行说明。本实施方式的感光鼓20的表面粗糙度，在使用初期，感光层20b表面的算术平均粗糙度Ra处于[20nm]以上[100nm]以下的范围内，十点平均粗糙度Rz处于0.2[μm]以上1.0[μm]以下的范围内，粗糙度歪斜Rsk为0.3[μm]以上。算术平均粗糙度Ra、十点平均粗糙度Rz和平均间隔Sm的测量方法第一与第二实施方式相同。
其中，粗糙度歪斜Rsk是表示表面粗糙度的强弱的参数之一，表示以平均线为中心时的山部和谷部的对称性(凹凸的歪斜度)，如下式(1)所示，在通过均方根高度Rq的立方无量纲化后的基准长度中，用Z(x)的立方平均数来表示。
如图11所示，Rsk大于0时，凹凸为相对于平均线L偏向下侧的形状。另一方面，如图12所示，Rsk小于0时，凹凸为相对于平均线偏向上侧的形状。即，可以认为感光层20b的粗糙度歪斜Rsk大于0时，由于相对于清洁刮板52进一步成为点接触，所以接触面积减少。在本实施方式中，通过满足Rsk≧0.3，减少感光鼓20和清洁刮板52的接触面积，能够有效地降低摩擦。
另外，与第一实施方式相同，将感光层20b的DUH硬度设定为500～1200kgf/mm2，优选将凹凸的间距(平均间隔Sm)设定得尽量小(Sm＜20μm)。并且，用于本实施方式的感光鼓20的调色剂的添加剂优选平均一次粒子径为10nm以上。
＜第三实施方式＞
对第三实施方式的感光鼓20的特征部分即感光层20b的特性进行说明。本实施方式的感光鼓20的表面粗糙度，在使用初期，感光层20b表面的算术平均粗糙度Ra处于20[nm]以上100[nm]以下的范围内，十点平均粗糙度Rz处于0.2[μm]以上1.0[μm]以下的范围内，算术平均粗糙度Ra[nm]相对于凹凸的平均间隔Sm[μm]之比(Ra[nm]/Sm[μm])为3以上。算术平均粗糙度Ra、十点平均粗糙度Rz和平均间隔Sm的测量方法与第一实施方式相同。
通过在感光层20b表面上在感光鼓20的轴向以及周向上不规则地形成表面粗糙度满足上述范围的凹凸，能够降低感光鼓20和清洁刮板52的摩擦，从而能够降低感光鼓20的驱动转矩以及清洁刮板52的边缘的磨损。尤其是，通过满足Ra[nm]/Sm[μm]≧3，得到具有相对于平均间隔Sm为3倍以上的高度(深度)的凹凸形状，所以减少了感光鼓20和清洁刮板52的接触面积，有效地降低了摩擦。
另外，形成于感光层20b表面的凹凸由于长时间的印刷而逐渐地磨削，但是与第一、第二实施方式相同，通过将感光层20b的DUH硬度设定为500～1200kgf/mm2，则能够使感光鼓20在使用期限，良好地保持表面的凹凸。由此，到感光鼓20的使用期限届满之前，感光鼓20和清洁刮板52的接触面积都未增大，所以能够长期降低对清洁刮板52施加的负荷，由于抑制了清洁刮板52的边缘的磨损和缺损，所以能够长期保持清洁。
另外，由于凹凸是从凸起部分的顶部开始磨削，所以为了尽量减少平坦部分，优选凹凸的间距(平均间隔Sm)设定得尽量小(Sm＜20μm)。另外，为了抑制添加剂从感光层20b的凹凸与清洁刮板52的间隙中漏出，优选用于本实施方式的感光鼓20的调色剂的添加剂的平均一次粒径为10nm以上。
＜变形例＞
以上，以实施方式为例对本发明的感光鼓20和图像形成装置11进行了说明，但本发明不限定于所述各实施方式，例如，也可以是以下的变形例。另外，本发明还包括各实施方式中未记载的实施例以及不脱离本发明宗旨的范围内的设计变更。
(变形例1)在上述实施方式中，将串列式的彩色打印机作为图像形成装置11的例子进行了说明，但是本发明也能够应用于例如轮转式彩色打印机和黑白打印机。另外，也能够应用于复印机、传真机或者具备这些功能的数码复合机等图像形成装置。另外，图像形成装置11既可以具有实施方式中说明的彩色打印机的各构成，也可以具有其它的构成。但是，需要具备以感光鼓20为例说明的电子照相感光体。另外，优选具有清洁刮板52作为用于清洁电子照相感光体的机构。
(变形例2)上述各实施方式中的感光鼓20利用圆筒状粗加工管20a作为支承件，但也可以利用其他形状的支承件。其他形状可以是板状、环形带状。另外，上述各实施方式中的感光鼓20使用非晶态硅作为感光层20b，但是也可以具有例如电荷注入阻止层，所述电荷注入阻止层用于阻止来自支承件的电荷的注入。
(变形例3)上述实施方式中的清洁装置一体地具备清洁外壳50、回收螺旋杆51、清洁刮板52和滑动摩擦辊53等，但优选具有清洁刮板52。以下，进一步利用实施例对本发明的效果进行详细说明。
[实施例1]
(1)感光鼓20的制造(本发明1)
由非晶态硅在铝制粗加工管20a的表面形成感光层20b，制造了感光鼓20(本发明1)。粗加工管20a直径为30[mm]，利用湿喷丸处理等使表面塑性变形，在表面上形成微小的凹凸。进行湿喷丸处理，以使表面的算术平均粗糙度Ra达到4[nm]～60[nm]的范围内。
测量形成非晶态硅感光层20b后的感光鼓20的表面粗糙度得知：算术平均粗糙度Ra为45[nm]，十点平均粗糙度Rz为0.5[μm]，凹凸的平均间隔Sm为12[μm]。
另外，使用DUH硬度计(DYNAMICULTRA MICRO HARDNESS TESTER DUH－201、202，株式会社岛津制作所制)测量了感光鼓20表面的DUH硬度。测量条件采用试验深度为150nm、加载速度为0.284393mN/sec，载荷范围为19.6mN，保持时间为10sec。其结果，表面的DUH硬度为900[kgf/mm2]。
使用探针式二维粗糙度测量仪(サーフコム(surfcom)1500DX，东京精密株式会社制)，测量长度2.5mm测量了表面粗糙度。测量端子是60[°]圆锥形金刚石的探针，顶端半径为2[μm]。测量长度为2.5[mm]，去除量为0.08[mm]。滤波器是高斯型滤波器，倾斜校正是最小二乘法线性校正。裁切比为300，测量倍率为x100k。
图13是表示本发明1的感光鼓20表面状态的二维粗糙度数据波形，图14是表示本发明1的感光鼓20表面状态的三维干涉显微镜数据。图13所示的数据是サーフコム1500DX的测量结果，图14所示的数据是三维干涉显微镜(WYKONT1100，Veeco精密仪器有限公司制)的测量结果。
(2)感光鼓20的制造(比较例1)
利用非晶态硅在直径30[mm]的铝制粗加工管20a的表面形成感光层20b，制造了感光鼓20(比较例1)。测量粗加工管20a的表面被镜面加工并形成非晶态硅感光层20b后的感光鼓20的表面粗糙度，可知：算术平均粗糙度Ra为3[nm]，十点平均粗糙度Rz为0.1[μm]，凹凸的平均间隔Sm为8[μm]。另外，与本发明1相同，测量感光鼓20表面的DUH硬度为900[kgf/mm2]。
(3)比较试验
使用具备(1)、(2)中制造的本发明1以及比较例的感光鼓20的图像形成装置11进行了耐久试验。作为试验条件，感光鼓20的线速度采用267mm/sec，采用印刷率为5％的字符原稿作为试验图像，每天印刷2万张，总计印刷了60万张。此外，使用从基端部到前端部的长度(自由长度)为11.0mm、厚度2.0mm的聚氨酯橡胶制橡胶刮板作为清洁刮板52，并设定了相对于感光鼓20的外周面的角度为24°，咬入量为1.2mm。
(3－1)印刷过程中的转矩
图15是表示使用本发明1和比较例的感光鼓20进行连续印刷时的感光鼓20的旋转转矩变化的曲线图。测量是在具备本发明1的感光鼓20的图像形成装置11中进行的，图中的“C”为印刷张数少的初期，图中的“B”为印刷张数达到20万(200k)张时，图中的“A”为印刷张数达到60万(600k)张时。在进行上述三个转矩测量时，测量的感光鼓20的表面粗糙度的结果为：印刷20万张后的算术平均粗糙度Ra为30[nm]，印刷60万张后的算术平均粗糙度Ra为14[nm]。
另外，为了说明本发明1的感光鼓20的效果，在已具备上述比较例1的感光鼓20的图像形成装置11中，也在印刷30万张后，对印刷过程中的转矩进行测量，记载为图15中的“D”。此外，使用比较例1的感光鼓20时，印刷30万张后的算术平均粗糙度Ra为3[nm]。
由图15知，在本发明1的感光鼓20中，随印刷张数增加(C＜B＜A)，印刷中的感光鼓20的旋转转矩升高，而算术平均粗糙度Ra减小。这是由于随印刷张数增加，感光鼓20表面的感光层20b的凸起部分被磨削而平坦化，与此同时，与清洁刮板52的接触面积增加。
具体地说，使用具备本发明1的感光鼓20的图像形成装置11进行连续印刷时，印刷60万张后的算术平均粗糙度Ra(14nm)比使用比较例1的感光鼓时印刷30万张后的算术平均粗糙度Ra(3nm)大。另外，使用本发明1的感光鼓20时印刷60万张后的旋转转矩(约23mNm)比使用比较例1的感光鼓时印刷30万张后的旋转转矩(约30mNm)小。由该结果知，本发明1的感光鼓20虽然随印刷张数的增加表面逐渐地被磨削而平坦化，但是与比较例1的感光鼓20相比，平坦化的速度慢，耐久性优异。
(3－2)刮板磨损
图16是表示使用具备本发明1和比较例1的感光鼓20的图像形成装置11进行连续印刷时印刷张数和刮板磨损量的关系的测量结果。刮板磨损量的测量是在规定张数的印刷结束时，卸下清洁刮板52进行测量，然后再安装清洁刮板52，重复进行上述步骤。如图16所示，清洁刮板52的磨损当使用本发明1的感光鼓20时(图16的“A”)比使用比较例1的感光鼓20时(图16的“B”)减少了。由该结果可知，使用本发明1的感光鼓20时的清洁刮板52的磨损比使用比较例1的感光鼓20时少，从清洁刮板52的耐久性的角度优选本发明1的感光鼓20。
[实施例2]
改变感光层20b表面的算术平均粗糙度Ra、十点平均粗糙度Rz、平均间隔Sm以及Ra/Sm，制造了六种感光鼓20(本发明2～8，比较例2，3)，对使用初期的感光层20b的表面粗糙度和刮板磨损量、感光鼓20的驱动转矩的关系进行了评价。试验方法是将本发明2～8、比较例2、3的感光鼓20安装到图像形成装置11，评价了经过30万张、60万张的耐久印刷后的清洁刮板52的磨损量、经60万张的耐久印刷后的图像不良的产生以及感光鼓20的驱动转矩。感光鼓20的制造方法与本发明1相同。
刮板磨损量的评价标准采用刮板的边缘部分的磨损量小于30μm时为○，大于等于30μm小于40μm时为△，40μm以上时为×。图像不良的评价标准采用即使降低带电偏压比额定带电偏压低也不产生图像不良的情况为○，在额定带电偏压下不产生图像不良，但是进一步降低到比额定的带电偏压低时产生图像不良时为△，即使在额定的带电偏压下也产生图像不良时为×。驱动转矩的评价标准采用驱动转矩小于20mNm时为○，大于等于20mNm小于30mNm时为△，30mNm以上时为×。在表1中与表面粗糙度测量值一起表示了各感光鼓20的刮板磨损量、图像不良、驱动转矩的评价结果。另外，感光鼓20的驱动转矩的变化如图17所示。
表1
表1以及图17表明，在算术平均粗糙度Ra为20～100nm、十点平均粗糙度Rz为0.20～1.0μm的本发明2～8的感光鼓20中，30万张的耐久印刷后的刮板磨损量小于30μm。另外，经60万张的耐久印刷后，施加了额定的带电偏压时不产生图像不良，感光鼓20的驱动转矩也小于30mNm。
尤其是，在Ra/Sm为3×10-3以上且Rsk为0.3以上的本发明3、4、6中，即使经60万张耐久印刷后刮板磨损量也小于30μm，即使与额定带电偏压相比降低时，也不产生图像不良，且感光鼓20的驱动转矩也小于20mNm。
而在算术平均粗糙度Ra比100nm大且十点平均粗糙度Rz比1.0μm大的比较例2的感光鼓20中，虽然经60万张耐久印刷后的刮板磨损量小于30μm，感光鼓20的驱动转矩小于20mNm，但是即使施加额定带电偏压时也产生图像不良。可以认为这是由于当感光鼓20使用初期的感光层20b的凹凸过大时，添加剂从感光层20b的凹凸部分漏出，导致带电辊42被添加剂污染，产生带电不均。
另外，在Ra/Sm＝3×10-3、Rsk＝0.33、但算术平均粗糙度Ra小于20nm且十点平均粗糙度Rz小于0.2μm的比较例3的感光鼓20中，经30万张的耐久印刷后的刮板磨损量增大到40μm以上。另外，感光鼓20的驱动转矩也增大到30mNm以上。可以认为这是由于当感光鼓20使用初期的感光层20b的凹凸过小时，由于耐久印刷，感光层20b的凹凸很快就平滑化，感光鼓20和清洁刮板52的接触面积增大。
工业实用性
本发明能够用于表面形成有调色剂像的电子照相感光体。利用本发明能够提供可以长时间抑制图像不良的电子照相感光体以及具备该电子照相感光体的图像形成装置。

Claims (6)

1.一种电子照相感光体，其具有：
支承件；和
感光层，形成于该支承件的表面，
使用初期的所述感光层表面的算术平均粗糙度Ra处于20nm以上100nm以下的范围内，十点平均粗糙度Rz处于0.2μm以上1.0μm以下的范围内，凹凸的平均间隔Sm为20μm以下，
所述电子照相感光体的特征在于，
使用初期的所述感光层表面的粗糙度歪斜Rsk为0.3以上，
所述支承件的表面的算术平均粗糙度Ra为4nm～60nm，所述感光层由非晶态硅形成。
2.根据权利要求1所述的电子照相感光体，其特征在于，
使用初期的所述感光层表面的Ra/Sm为3×10-3以上。
3.根据权利要求1或2所述的电子照相感光体，其特征在于，
所述感光层表面的DUH硬度处于500kgf/mm2以上1200kgf/mm2以下的范围。
4.根据权利要求1或2所述的电子照相感光体，其特征在于，
所述感光层形成于筒状的所述支承件的外周面，
在所述支承件的轴向以及周向上形成具有所述算术平均粗糙度Ra、所述十点平均粗糙度Rz、所述平均间隔Sm的凹凸。
5.根据权利要求4所述的电子照相感光体，其特征在于，
所述感光层表面的凹凸不规则地形成于所述支承件的轴向以及周向上。
6.一种图像形成装置，其特征在于，
具备如权利要求1～5中任意一项所述的电子照相感光体。
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