JP2004109242A - プロセスカートリッジ、及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接触式帯電ローラにより帯電工程を行い、球形トナーを用い、ゴムブレードなどを使用したブレードクリーニング方式を採用するシステムに於いて、これまで発生しやすいクリーニング性能の低下及びクリーニングブレードの捲れ等を防止し、長期にわたって良好な画質を維持するようにしたプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供すること。
【解決手段】少なくとも、球形トナーによるトナー像が形成される像担持体（感光体１２）と、該像担持体に接触するクリーニングブレード１４と、該像担持体に接触し且つ直流電圧と交流電圧を重畳印加する帯電ローラ１６とを備え、クリーニングブレード１４のＪＩＳ　Ｋ７１９８に準じた損失正接ｔａｎδをＡ、帯電ローラ１６のアスカーＣ硬度をＢとする時、０．１＜Ａ×Ｂ＜３０の関係を満たすことを特徴とするプロセスカートリッジ、及び画像形成装置である。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機、プリンター等の画像形成装置において転写後に感光体等の像担持体表面に付着したトナー、外添剤、キャリア等の現像剤を効果的に除去すると共にその性能を長期に渡り維持できるクリーニング装置を備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子写真複写機、プリンター等の画像形成装置におけるクリーニング装置としては、ゴムブレードの一端のエッジを感光体等の像担持体表面に当接させて、表面に付着したトナー、外添剤、キャリア等の現像剤を除去するような構成としたブレードクリーニング方式がよく知られている。このクリーニング装置のメリットは、構成が簡単でコストも安価であり、トナーの除去を効率的に行えるという点である。
【０００３】
この方式では、クリーニングブレードの当接エッジを長期にわたって均一な圧力で安定して像担持体表面に当接させる事が非常に重要である。しかしながら、エッジへのトナーの融着、紙粉の引っ掛かり、ブレード材料の劣化によるエッジの欠け等によるクリーニング不良の発生が起こりやすい。
【０００４】
さて、近年は画質の向上、省電力化（定着温度の低下）、省資源化（廃トナーの低減）等の要求が高まり、これに応える手段として、トナー材料の低溶融化、トナー粒子の球形化、トナーの小径化等の技術が広く用いられている。
しかしながら、これら球形で粒径が小さく、更に粒度分布のシャープなトナーに対するゴムブレードを使用したブレードクリーニング方式では、良好なクリーニング性能が得られないという不具合が生じることがある。
【０００５】
詳しくは、ゴムブレードを使用したブレードクリーニング方式ではゴムブレードにて感光体を摺擦してトナーを掻き落としているため、感光体とゴムブレードとの摩擦抵抗によりゴムブレードのエッジ先端が変形し、両者間に微小な空間を形成する事がある。この空間には、トナーが小径であればあるほど侵入しやすく、エッジ先端に侵入したトナーは入れ替わり難く、従って非流動領域を形成する。この時、非流動領域のトナーと感光体との摩擦抵抗が比較的小さく、トナーが感光体に対して滑っている状態ではクリーニング不良は発生しないが、感光体との摺擦による外添剤の離脱等によりトナーと感光体の摩擦力が増加すると、球形トナーは転がり摩擦が従来の粉砕不定形トナーと比べて小さいため、クリーニングブレードと感光体との間で転がり始め、結果的にすり抜けてしまうと考えられる。更にはクリーニングブレードと感光体の間にトナーや外添剤等が介在しなくなる為、クリーニングブレードと感光体との摩擦力が増大し、クリーニングブレードの捲れに至る場合もある。
【０００６】
また、球形で粒径が小さく更に粒度分布のシャープなトナーの場合は、不定形トナーと比較して最密充填し易いため、クリーニングブレードのエッジと感光体との接触点近傍の微小な空間で圧密化されやすく、感光体とトナーの摩擦力が上昇し、トナーが転がりやすくなるものと考えられる。この場合にもトナーが徐々にクリーニングブレードと感光体の間に存在しなくなった場合には、やはりクリーニングブレードの捲れに至る場合がある。
【０００７】
更に、低温低湿環境下ではトナーの帯電量が高くなるため、感光体とトナーとの付着力が増加し、トナーの転がりが加速されるものと考えられる。特にトナーの形状指数ＳＦが１２５より小さいほぼ球形のトナーでは、顕著にクリーニング性が悪化する。また形状指数ＳＦが１２５〜１３５の間の形状のトナーであっても、形状分布を有する場合は、ほぼ球状のトナーが存在し、経時でクリーニング性が悪化する傾向にある。またこのクリーニング性は、現像に用いるトナーの粒径が小さくなるほど、また粒度分布がシャープになるほど悪化する傾向にある。低温低湿環境下でのクリーニング性は、クリーニングブレードの感光体への当接圧を高くすれば向上するが、当接圧が高いまま高温高湿環境下で使用した場合、感光体とクリーニングブレードとの凝着力が増し、ブレード先端の変形量が増加し、ブレードエッジ欠け、もしくはクリーニングブレードの捲れが発生することがある。
【０００８】
加えて、球形で粒径が小さく更に粒度分布のシャープなトナーを使用するシステムに於いては、転写後の感光体へのトナーの付着力がファン・デル・ワールス力の増加に伴い極端に高くなるため、クリーニングブレードを使用した場合にはブレードの当接圧力を高く設定しなければならない。そのため、ブレードと感光体との摩擦力が増大しブレードめくれが発生しやすいという欠点を有している。
【０００９】
この様に球形で粒径が小さく更に粒度分布のシャープなトナーを使用する場合、いかなる環境下で長期使用しても良好なクリーニング性を得るためには、クリーニングブレードのゴム物性および装着する条件設定値を厳密に調整することが要求され、しかもそのバランスを取ることは、極めて困難であった。
【００１０】
上記のような球形で粒径が小さく更に粒度分布のシャープなトナーを使用するシステムにおける有効なクリーニング方法として、クリーニングブレードの上流部に像担持体に接触回転する補助ブラシを配設し、前述のようにファン・デル・ワールス力等により像担持体表面に強固に付着したトナーを、ブラシの回転接触による機械的せん断力で像担持体表面から一旦引き剥がし、その付着力を弱めてクリーニングブレードでクリーニングしやすくしたものが知られている（例えば特開平１−３１２５７８号公報等）。この方式の場合には、クリーニングブレードだけの方式に比べて、ブレードの当接圧力をそれほど高く設定しなくても球形で粒径が小さく更に粒度分布のシャープなトナーのクリーニングを行えるというメリットがある。
【００１１】
ところで、一般にトナーには、その粉体流動性、帯電性、転写性、及びクリーニング性を確保するために外添剤と呼ばれるさらに粒子径（平均粒子径で約１〜５０ナノメートル）の小さな物質が混合されている。この外添剤の混合量は、トナーの比表面積で決まるため、トナーの粒子径が小さければ小さいほど外添剤混合量が多くなる。さらに、当然のことながら、画像形成時にトナーの消費量が多ければ多いほどクリーニング部に到達する外添剤も増える。例えば、４色のトナーを順次現像してフルカラー画像形成装置では、写真原稿等が多いため、消費されるトナー量が、通常の白黒原稿に比べて約１０倍も多く、従って外添剤の量も非常に多くなる。球形で粒径が小さく更に粒度分布のシャープなトナーを用いた場合も例外では無い。
【００１２】
フルカラー画像形成において、前述したゴムブレードを使用したブレードクリーニング方式、或いは、補助ブラシとクリーニングブレードを組み合わせたクリーニング方式では、ブレードエッジ部に非常に小さな外添剤が凝集し、さらに感光体移動時のブレードエッジの振動（いわゆるスティック−スリップ現像）に伴い、この凝集外添剤が像担持体表面に固着し、フィルミング等の重大な画質欠陥を発生させる事もある。
【００１３】
一方、感光体の帯電方式に於いては人体に有害なオゾン発生量の低減、電源の小型化、省スペース化等の要求が高まり、これらの要求に対する答えとして接触式帯電ローラが広く用いられている。この接触式帯電ローラとは一定の荷重により感光体と均一なニップを形成する様に配置される。
【００１４】
加えて、均一な帯電を可能とする為、印加されるバイアスは直流電圧に交流電圧を重畳印加して用いる事が一般的であり、近年、画像形成装置の高速化に伴い、画像形成時のプロセススピードの増加に応じて交流電圧の周波数に応じて生じやすい感光体表面電位の高低差（所謂サイクル斑）を低減させる為、帯電ローラへの印加交流電圧の周波数も増大せざろう得ない。
【００１５】
この際、帯電ローラに印加される交流電圧の周波数に応じた振動が感光体に伝わり耳障りな高周波な音（所謂帯電音）を発生するのみならず、帯電ローラから感光体へ伝達された振動によりゴムブレードの挙動が不安定となり、クリーニング性能の低下及びクリーニングブレード捲れと言った弊害を招く大きな要因となっている。この現象は、帯電ローラへの印加交流電圧の周波数が１ＫＨｚ以上の場合、特に顕著に現れやすい。加えて現像剤として球形トナーを用いた場合、特に顕著に現れやすく、特に粒径が小さく更に粒度分布のシャープなトナーを用いた場合に、その影響は更に増大される。
【００１６】
【特許文献１】
特開平１−３１２５７８号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明の目的は、接触式帯電ローラにより帯電工程を行い、球形トナーを用い、ゴムブレードなどを使用したブレードクリーニング方式を採用するシステムに於いて、これまで発生しやすいクリーニング性能の低下及びクリーニングブレードの捲れ等を防止し、長期にわたって良好な画質を維持するようにしたプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供するものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上述各問題に鑑みて、球形トナーを用い且つブレードクリーニング方式を採用するシステムについて鋭意検討し、クリーニングブレードの衝撃反発力と帯電ローラの硬さとの関係に着目した結果、本発明の如き結論に達した。即ち、本発明は、
【００１９】
（１）　少なくとも、球形トナーによるトナー像が形成される像担持体と、該像担持体に接触するクリーニングブレードと、該像担持体に接触し且つ直流電圧と交流電圧を重畳印加する帯電ローラとを備え、
前記クリーニングブレードのＪＩＳ　Ｋ７１９８に準じた損失正接ｔａｎδをＡ、前記帯電ローラのアスカーＣ硬度をＢとする時、０．１＜Ａ×Ｂ＜３０の関係を満たすことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【００２０】
（２）　前記像担持体の重量をＷｐ（ｇ）、前記像担持体の容積をＶｐ（ｍｍ^３）とする時、Ｗｐ／Ｖｐ×１０^４≧１の関係を満たすことを特徴とする前記（１）に記載のプロセスカートリッジ。
【００２１】
（３）　前記帯電ローラの重量をＷｒ（ｇ）、前記帯電ローラの容積をＶｒ（ｍｍ^３）とする時、Ｗｒ／Ｖｒ×１０^３≦４の関係を満たすことを特徴とする前記（１）又は（２）に記載のプロセスカートリッジ。
【００２２】
（４）　前記帯電ローラに印加される交流電圧の周波数が１ＫＨｚ以上であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
【００２３】
（５）　前記クリーニングブレードの損失正接ｔａｎδは、０．０５〜０．５であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
【００２４】
（６）　前記帯電ローラのアスカーＣ硬度は、２０〜６０であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
【００２５】
（７）　前記像担持体が円筒体外周面上に感光層が形成されたドラム状であり、該像担持体の外径をＸ（ｍｍ）、該像担持体の肉厚をＹ（ｍｍ）とする時、Ｘ／Ｙ≧３０の関係を満たすことを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
【００２６】
（８）　前記球形トナーの形状係数ＳＦ１が、１００〜１５０であることを特徴とする前記（１）〜（７）のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
【００２７】
（９）　さらに、前記像担持体に接触し且つ前記クリーニングブレードより上流側に配置されるクリーニングブラシを備えることを特徴とする前記（１）〜（８）のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
【００２８】
（１０）　前記（１）〜（９）のいずれかに記載のプロセスカートリッジを備えることを特徴とする画像形成装置。
【００２９】
（１１）　少なくとも、球形トナーによるトナー像が形成される像担持体と、該像担持体に接触するクリーニングブレードと、該像担持体に接触し且つ直流電圧と交流電圧を重畳印加する帯電ローラとを備え、
前記クリーニングブレードのＪＩＳ　Ｋ７１９８に準じた損失正接ｔａｎδをＡ、前記帯電ローラのアスカーＣ硬度をＢとする時、０．１＜Ａ×Ｂ＜３０の関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。
【実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、同様の機能を有するものは全図面通して同じ符号を付与して説明する。
【００３０】
図１は、本発明のプロセスカートリッジの構成を示す概略構成図である。
【００３１】
図１に示すプロセスカートリッジ１０は、図示しない筐体内に、球形トナーによるトナー像が形成される感光体１２（像担持体）と、該感光体１２に接触するクリーニングブレード１４と、該感光体１２に接触し且つ直流電圧と交流電圧を重畳印加する帯電ローラ１６と、感光体１２に接触し且つクリーニングブレード１４より上流側に配置されるクリーニングブラシ１８と、を備える。なお、矢印Ａは、感光体１２の回転方向を示す。
【００３２】
プロセスカートリッジ１０において、感光体１２は、例えば、像担持体は負帯電系の有機感光体であり、アルミニウム、銅、亜鉛、ステンレス、クロム、等の円筒外周上に下引層形成し、当該下引層上に電荷発生層、電荷輸送層などの感光層を順次形成した物や、更に電荷輸送層の外周上に表面保護層を形成した物、或いは電荷発生機能と電荷輸送機能とを共に有する単一感光層を形成した物等である。
また、クリーニングブレード１４はウレタンエラストマーやシリコーン樹脂より形成されるものである。
また、帯電ローラ１６は、例えば、導電性支持体上にイオン導電性弾性体層及び電子導電性物質を分散させた表面層を順次積層させて形成したものである。イオン導電性弾性体層としては、ウレタンゴム、エピクロロヒドリンゴム、ポリエーテルウレタンゴム、ポリエステルウレタンゴム、クロロプレンゴム、ＮＢＲ、ＥＰＤＭブレンドＮＢＲゴム、ＳＢＲゴム、ブチルゴム等が上げられ、これにアルカリ金属、４級アンモニウム塩構造を有する各種アルキルアンモニウム塩を配合させ、或いは、各種導電性カーボンブラック又は金属酸化物を分散させて抵抗調整することが好ましい。配合量又は分散量としては、０．０１〜１０％の範囲が好ましく、０．１〜５％の範囲がより好ましい。また、表面層に使用されるバインダー樹脂としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、メラミン樹脂、ＰＭＭＡ又はＰＭＢＡのようなアクリル樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、ポリアリレート、ポリカーボネート、フェノキシ樹脂、ポリ尿素、ポリ酢酸ビニル等を挙げることができる。
【００３３】
プロセスカートリッジ１０は、通常、電子写真方式の画像形成装置に取り付けれ、画像形成が行なわれる。図示しないが、画像形成プロセスは、例えば、まず、感光体１２表面が、帯電ローラ１６（帯電手段）によってマイナス電位に一様に帯電される。次いで、レーザビームスキャナなどの露光手段により画像情報を露光することによって感光体１２上にネガ潜像が形成される。次いで、現像器（現像手段）の反転現像によってこのネガ潜像を現像する。即ち、ネガ潜像は感光体１２の帯電極性と同じマイナスに帯電したトナーによって可視像化される。次いで、この様にして形成されたトナー像は転写手段によって直接記録シートへ、または中間転写べルトを介して記録シートへ転写された後、定着器（定着手段）を挿通する間に加熱・加圧されて記録シート上に定着され、排紙トレイへ排出される永久画像となる。
【００３４】
このような画像形成プロセスを行なうためのプロセスカートリッジ１０においては、クリーニングブレード１４のＪＩＳ　Ｋ７１９８に準じた損失正接ｔａｎδをＡ、帯電ローラ１６のアスカーＣ硬度をＢとする時、０．１＜Ａ×Ｂ＜３０の関係を満たすものである。好ましくは、０．３＜Ａ×Ｂ＜２５の関係を満たすことであり、より好ましくは０．５＜Ａ×Ｂ＜２０の関係を満たすことである。
【００３５】
この上記関係式が０．１を下回る場合とは、ｔａｎδが小さく且つ帯電ローラ１６の硬度が小さいことを示すものであり、特にｔａｎδの値が小さいことは弾性分が大きく、ゴム材は良く弾む特性を示す。つまり低温低湿環境下ではブレードエッジの振動（いわゆるスティック−スリップ現像）が大きくなりクリーニング不良を招き易いのである。
一方、上記関係式が３５を上回ると事は、ｔａｎδが大きく且つ帯電ローラ１６の硬度が大きいことを示すものであり、ｔａｎδが大きいことは粘性分が大きく、ゴム材は振動減衰性に優れた特性を示すので好ましい特性であるが、帯電ローラ１６の硬度が大きすぎる（硬すぎる）こととなり、帯電ローラ１６に印加される交流電圧の周波数振動が感光体１２に伝達され易い、従って振動減衰性に優れたゴム材をクリーニングブレード１４に用いても安定したクリーニング性能を維持することが困難になるのである。
【００３６】
クリーニングブレード１４の損失正接Ｔａｎδは、０．０５〜０．５であることが好ましく、より好ましくは０．１〜０．４であり、さらに好ましくは０．１５〜０．３である。
【００３７】
このクリーニングブレード１４の損失正接ｔａｎδが０．０５を下回る場合とは、クリーニングブレード１４は良く弾むことを示しており、特に低温環境下では帯電ローラ１６から感光体１２に伝えられた交流電圧の周波数振動の影響を受け易くなり、クリーニング不良やクリーニングブレード１４に捲れを生じ易くなる。一方、ｔａｎδが０．５を上回る場合、クリーニングブレード１４は柔らか過ぎてしまい、特に高温環境下に於いてヘタリ易くなり、結果としてやはりクリーニング不良やクリーニングブレード１４に捲れを生じ易くなるのである。
【００３８】
ここで、クリーニングブレード１４の損失正接ｔａｎδとは動的粘弾性試験によって得られる数値であり、ゴム材料の粘性分（損失弾性率Ｅ”）を弾性分（貯蔵弾性率Ｅ’）で割った数値（＝Ｅ”／Ｅ’）である。このｔａｎδは、ＪＩＳＫ７１９８に準拠し測定され、ｔａｎδの値は全て２３℃に於ける測定値を使用するものである。一般的に、ｔａｎδが大きいと粘性分が大きく、ゴム材は振動減衰性に優れた特性を示し、ｔａｎδが小さいと弾性分が大きく、ゴム材は良く弾む特性を示している。又、ゴム材は低温域から高温域に温度を上昇させると貯蔵弾性率Ｅ’と損失弾性率Ｅ”は共に低下し、ガラス状態からゴム状態に変化する。その変化に伴い、貯蔵弾性率Ｅ’と損失弾性率Ｅ”とが最も接近する温度においてｔａｎδがピークを示す。即ち、ゴム材においてｔａｎδピーク温度の上側（高温側）は弾性領域であり、下側（低温側）は非弾性領域であると言い換える事が出来るのである。なお、本発明において、損失正接ｔａｎδの値は全て２３℃における測定値を使用するものであり、ｔａｎδのピーク温度を論じるものでは無い。
【００３９】
クリーニングブレード１４の損失正接ｔａｎδの測定方法として具体的には、動的粘弾性自動測定器：レオバイブロン（オリエンテック社製）を使用し、測定周波数１０Ｈｚで低温側から０．１℃／分で昇温させて行った。ｔａｎδピーク温度の測定は、試験片の両端を測定機に固定し、一定の張力を加え、１０Ｈｚで歪をかけ、それによって試験に生じる応力を測定し、これを弾性応力に分解し、さらにこれらから貯蔵弾性率Ｅ′と損失弾性率Ｅ″を算出し、Ｅ″をＥ′で割った値がｔａｎδ値として求められ、この測定を低温から高温域まで０．１℃／分で昇温させながら、各温度におけるｔａｎδを計測し、２３℃に於ける値をそのクリーニングブレード１４のｔａｎδ値として本発明では採用している。
【００４０】
帯電ローラ１６のアスカーＣ硬度は、２０〜６０であることが好ましく、より好ましくは２５〜５０であり、さらに好ましくは３０〜４５である。
【００４１】
この帯電ローラ１６のアスカーＣ硬度が２０を下回る場合は、帯電ローラ１６の弾性回復力が低く変形しやい事を示しており、感光体１２とのニップ部での静電容量が変化してしまう事があり、ニップ部に応じて帯電不良及び過剰放電が起こるので画像上に筋状の濃度斑となって現れ易くなる。一方、帯電ローラ１６のアスカーＣ硬度が６０を上回る場合は、帯電ローラ１６の硬度が大きすぎるので帯電ローラ１６に印加される交流電圧の周波数振動を吸収（又は減衰）する能力が乏しいことを示しており、帯電ローラ１６に印加される交流電圧の周波数振動をそのまま感光体１２に伝えてしまう為、クリーニングブレード１４の姿勢を安定させることが期待できない場合がある。
【００４２】
ここで、帯電ローラ１６のアスカーＣ硬度は、２３℃、５５％Ｒｈの環境下で、高分子計器社製Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度計を用い、総荷重１．０ｋｇを加えた１０秒後の値を読み取り、この操作を１本のローラに対して円周方向３箇所、長手方向３箇所の合計９点で繰り返し行い、その平均値を本発明では採用している。
【００４３】
プロセスカートリッジ１０においては、感光体１２の重量をＷｐ（ｇ）、感光体１２の容積をＶｐ（ｍｍ^３）とする時、Ｗｐ／Ｖｐ×１０^４≧１の関係を満たすことが好適である。ここで、感光体１２の重量及び容積は、シャフトやギヤフランジなどを含む感光体１２全体の重量及び容積を示す。
【００４４】
この上記関係式が１を下回る場合とは、感光体１２の比重が小さいことを示している。この場合、帯電ローラ１６に印加される交流電圧の周波数振動により感光体１２が大きく振動してしまうこととなり、クリーニングブレード１４の姿勢が安定せずにクリーニング不良及びクリーニングブレード１４の捲れを生じ易くなってしまう。
【００４５】
プロセスカートリッジ１０においては、帯電ローラ１６の重量をＷｒ（ｇ）、帯電ローラ１６の容積をＶｒ（ｍｍ^３）とする時、Ｗｒ／Ｖｒ×１０^３≦４を満たすことが好適である。好ましくはＷｒ／Ｖｒ×１０^３≦３．５を満たすことであり、より好ましくはＷｒ／Ｖｒ×１０^３≦３を満たすことである。ここで、帯電ローラ１６の重量及び容積は、シャフトやギヤフランジなどを含む帯電ローラ１６全体の重量及び容積を示す。
【００４６】
この上記関係式が４を上回る場合とは、帯電ローラ１６の比重が大きいことを示している。この場合、帯電ローラ１６の構造が密に詰まった状態であり、帯電ローラ１６に印加される交流電圧の周波数振動を吸収（又は減衰）する能力が乏しいことを示しており、帯電ローラ１６に印加される交流電圧の周波数振動をそのまま感光体１２に伝えてしまう為、クリーニングブレード１４の姿勢を安定させることが期待できない場合がある。
【００４７】
プロセスカートリッジ１０においては、帯電ローラ１６に印加される交流電圧の周波数が１ＫＨｚ以上であることが好ましいが、これに限られず、帯電ローラ１６への印加周波数はプロセススピードと画像との干渉縞（所謂モアレ）を避ける周波数から選ぶことができる。
【００４８】
画像形成装置の高速化に伴い、画像形成時のプロセススピードの増加に応じて交流電圧の周波数に応じて生じやすい感光体１２表面電位の高低差（所謂サイクル斑）を低減させる為、帯電ローラ１６への印加交流電圧の周波数も増大せざろう得ない。この際、帯電ローラ１６に印加される交流電圧の周波数に応じた振動は、感光体１２に伝わり耳障りな高周波な音（所謂帯電音）を発生するのみならず、感光体１２へ伝達される振動によりゴムブレードの挙動が不安定となり、クリーニング性能の低下及びクリーニングブレード１４捲れと言った弊害を招く大きな要因となっている。この現象は、帯電ローラ１６への印加交流電圧の周波数が１ＫＨｚ以上の場合、特に顕著に現れやすいが、クリーニングブレード１４の損失正接ｔａｎδと帯電ローラ１６のアスカーＣ硬度との関係が、上記関係を満たすことで、これらの現象を抑制させることができる。
【００４９】
プロセスカートリッジ１０においては、感光体１２が金属製円筒体１２ａ外周面上に感光層１２ｂが形成されたドラム状であり、図１に示すように、感光体１２の外径をＸ（ｍｍ）、感光体１２の肉厚をＹ（ｍｍ）とする時、Ｘ／Ｙ≧３０の関係を満たすことが好ましく、より好ましくはＸ／Ｙ≧２５であり、さらに好ましくはＸ／Ｙ≧２０である。
【００５０】
この上記関係式が３０を下回る場合は、感光体１２の肉厚が薄いことを示しており、帯電ローラ１６から感光体１２に伝えられる交流電圧の周波数振動の影響を受け易く、感光体１２が大きく振動及び変形を起こすことに伴ってクリーニングブレード１４の姿勢が非常に安定し難くなる場合がある。なお、上記関係式において、特に上限値は設けない。これは感光体１２を中実なシャフトを用いて作製することが最も優れていることは言うまでも無いからである。また、図中では、判り易く表現するため感光層１２ｂを厚く見せているが、実際は非常に薄い層であるため、感光体１２の外径や肉厚は、実質的に金属製円筒体１２ａの外径及び肉厚を示し、この金属製円筒体の肉厚は、金属製円筒体１２ａ自体のコスト及び感光体１２製造時の乾燥条件等の観点より決定されるべきものである。
【００５１】
プロセスカートリッジ１０において、用いるトナーは球形トナーであるが、この球形トナーの形状係数ＦＳ１が１００〜１５０であることが好ましく、より好ましくは、１１０〜１４０であり、さらに好ましくは１２０〜１３０である。
【００５２】
近年は画質の向上、省電力化（定着温度の低下）、省資源化（廃トナーの低減）等の要求が高まり、これに応える手段として、トナー材料の低溶融化、トナー粒子の球形化、トナーの小径化等の技術が広く用いられており、中でもトナー粒子の球形化は最も効果的手段である。本発明においては、球形トナーを用いることで画質の向上、省電力化（定着温度の低下）、省資源化（廃トナーの低減）等の要求を満足させつつ、クリーニングブレード１４の損失正接ｔａｎδと帯電ローラ１６のアスカーＣ硬度との関係が、上記関係を満たすことで、これまで球形トナーを用いた場合の欠点であったクリーニング性能を向上すると共に長期間その性能を維持出来る。
【００５３】
ここで、球形トナーの形状係数ＳＦ１は、光学顕微鏡（ミクロフォトＦＸＡ；ニコン社製）で得た該トナーの拡大写真を、イメージアナライザーＬｕｚｅｘ３（ＮＩＲＥＣＯ社製）により画像解析を行って次式により算出した値である。なお、形状係数ＳＦ１は、トナーの投影面積と、それに外接する円の面積の比で表わされ、真球の場合１００となり、形状が崩れるにつれ増加する。形状係数は、トナー粒子複数個に対して計算され、その平均値を代表値として用いた。
式：形状係数ＳＦ１＝（トナーの絶対最大長）^２／（トナーの投影面積）×π／４×１００
【００５４】
また、球形トナーの体積平均粒径は、３〜７μｍであることが好ましく、特に、３〜６μｍであることが好ましい。球形トナーの体積粒度分布（ＧＳＤ）は、好ましくは１．２５以下、より好ましくは１．２３以下である。
【００５５】
上述のように、帯電ローラ１６に印加される交流電圧の周波数に応じた振動が感光体１２に伝わり耳障りな高周波な音（所謂帯電音）を発生や、帯電ローラ１６から感光体１２へ伝達された振動によりゴムブレードの挙動が不安定化に伴う、クリーニング性能の低下及びクリーニングブレード１４捲れと言った弊害が、粒径が小さく更に粒度分布のシャープなトナーを用いた場合にその影響は更に増大されるが、粒径が小さく粒度分布のシャープなトナーを用いことで解析度などの向上の要求を満たすと供に、クリーニングブレード１４の損失正接ｔａｎδと帯電ローラ１６のアスカーＣ硬度との関係が、上記関係を満たすことで、粒径が小さく粒度分布のシャープなトナーを用いた場合の欠点であったクリーニング性能を向上すると共に長期間その性能を維持出来る。
【００５６】
ここで、体積平均粒径及び体積粒度分布は、コールターカウンター（コールター社製）を用いて測定できる。体積粒度分布（ＧＳＤ）は、ＧＳＤ＝（Ｄ８４／Ｄ１６）^１／２より求める。
なお、Ｄ８４は粒径の体積分布における小径側からの累積が８４％となる粒径値であり、Ｄ１６は粒径の体積分布における小径側からの累積が１６％となる粒径値であり、コールターカウンターにより測定した各々の値を用いた。
【００５７】
プロセスカートリッジ１０においては、上述のように、クリーニングブレード１４より感光体１２の上流側にクリーニングブラシ１８を備えるが、このクリーニングブラシ１８の担う働きは感光体１２表面とトナー及び外添剤との付着力を低減させることであり、クリーニングブレード１４とクリーニングブラシ１８を併用することにより、更に優れたクリーニング性能を発揮すると共に長期に渡りその性能を維持出来る。なお、クリーニングブレード１４より感光体１２の下流側にクリーニングブラシ１８を備えることも可能である。
【００５８】
なお、本実施形態では、プロセスカートリッジ１０が、感光体１２（像担持体）と、クリーニングブレード１４と、帯電ローラ１６と、で構成される形態を説明したが、これらに限られるわけではなく、例えば、クリーニングブラシ１８をはじめとする、他の手段（例えば、現像手段など）を含む構成であってもよい。
【００５９】
また、本実施形態では、プロセスカートリッジ１０を画像形成装置に取り付けて画像形成プロセスを行なう形態を説明したが、予め画像形成装置内に、感光体１２（像担持体）と、クリーニングブレード１４と、帯電ローラ１６と、が備えられた形態でもよい。
【００６０】
【実施例】
以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。ただし、これら各実施例は、本発明を制限するものではない。
【００６１】
（実施例１）
以下の各部材を有するプロセスカートリッジを作製した。
▲１▼感光体
・材質　　アルミニウム円筒体外周面に下引層、電荷発生層、及び電荷輸送層を順次積層したもの。
・外径　　φ８４ｍｍ　（Ｘ）
・肉厚　　１．０ｍｍ　（Ｙ）
・重量　　２９０ｇ（両端部のギヤフランジ込み）　（Ｗｐ）
・体積　　２１０００００ｍｍ^３　（Ｖｐ）
・Ｗｐ÷Ｖｐ×１０^４＝１．３８
・Ｘ÷Ｙ＝８４
【００６２】
▲２▼クリーニングブレード
・材質　　　ウレタンエラストマー
・肉厚　　　２ｍｍ
・自由長　　１０ｍｍ
・取付確度　２５°
・ｔａｎδ　　　０．０５（２５℃、１０Ｈｚ）
【００６３】
▲３▼帯電ローラ
・材質　　アルミニウム円筒体外周面に導電性スポンジ層（ウレタン層）を形成し、さらに当該層表面に半導電性材料（導電性顔料を分散したウレタン塗料）でコーテイングしたもの。
・外径　　φ１４ｍｍ
・長さ　　３３０ｍｍ
・重量　　１５０ｇ（φ８のステンレス製シャフト込み）　（Ｗｒ）
・体積　　５１０００ｍｍ^３　　（Ｖｒ）
・硬度　　４２°（Ａｓｋｅｒ−Ｃ、１ｋｇ荷重、１０秒値）
・Ｗｒ÷Ｖｒ×１０^３＝２．９
【００６４】
▲４▼トナー
・懸濁重合トナー　「ＥＡトナー」：富士ゼロックス（株）製
・形状係数ＳＦ１　１３０
・体積平均粒径　　５．８μｍ
【００６５】
▲５▼クリーニングブレードの衝撃反発力と帯電ローラの硬度との関係
・ｔａｎδ×硬度Ｂ＝２．１
【００６６】
得られたプロセスカートリッジを画像形成装置：Ｄｏｃｕ　Ｃｅｎｔｅｒ　Ｃｏｌｏｒ５００（富士ゼロックス製）に取り付けた。
【００６７】
次いで、帯電ローラへの印加バイアスを以下の通り設定した。
・直流電圧＝−７００Ｖ
￥交流電流＝１．８ｍＡ定電流制御
￥交流の周波数１．３ＫＨｚ
【００６８】
この様にしてセットアップされた画像形成装置を用いて低温低湿環境（１０℃、１５％Ｒｈ）、高温高湿環境（２８℃、８５％Ｒｈ）に於いて、それぞれ１０００００枚の画像形成耐久テストを行った。
【００６９】
その結果、何れの環境下に於いても耐久テスト後の画像にクリーニング不良による異常画像は観察されず、耐久テスト終了後のクリーニングブレードに捲れや欠けと言った異常は観察されなかった。
【００７０】
（実施例２）
以下の各部材を有するプロセスカートリッジを作製した。
▲１▼感光体
・材質　　アルミニウム円筒体外周面に下引層、電荷発生層、及び電荷輸送層を順次積層したもの。
・外径　　φ８４ｍｍ　（Ｘ）
・肉厚　　１．０ｍｍ　（Ｙ）
・重量　　７９０ｇ（内部に円筒状の重り５００ｇを詰める。両端部のギヤフランジ込み）　（Ｗｐ）
・体積　　２１０００００ｍｍ^３　（Ｖｐ）
・Ｗｐ÷Ｖｐ×１０^４＝３．７６
・Ｘ÷Ｙ＝８４
【００７１】
▲２▼クリーニングブレード
・材質　　　ウレタンエラストマー
・肉厚　　　２ｍｍ
・自由長　　１０ｍｍ
・取付確度　２５°
・ｔａｎδ　　　０．４５（２５℃、１０Ｈｚ）
【００７２】
▲３▼帯電ローラ
・材質　　アルミニウム円筒体外周面に導電性ソリッドゴム（エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（ＥＰＤＭ）層）を形成し、さらに当該層表面に半導電性材料（半導電性ナイロン樹脂）でコーテイングしたもの。
・外径　　φ１４ｍｍ
・長さ　　３３０ｍｍ
・重量　　１９０ｇ（φ８のステンレス製シャフト込み）　（Ｗｒ）
・体積　　５１０００ｍｍ^３　　（Ｖｒ）
・硬度　　５８°（Ａｓｋｅｒ−Ｃ、１ｋｇ荷重、１０秒値）
・Ｗｒ÷Ｖｒ×１０^３＝　３．７
【００７３】
▲４▼トナー
・懸濁重合トナー　「ＥＡトナー」：富士ゼロックス（株）製
・形状係数ＳＦ１　１３０
・体積平均粒径　　５．８μｍ
【００７４】
▲５▼クリーニングブレードの衝撃反発力と帯電ローラの硬度との関係
・ｔａｎδ×硬度Ｂ＝２６．１
【００７５】
得られたプロセスカートリッジを画像形成装置：Ｄｏｃｕ　Ｃｅｎｔｅｒ　Ｃｏｌｏｒ５００（富士ゼロックス製）に取り付けた。
【００７６】
次いで、帯電ローラへの印加バイアスを以下の通り設定した。
・直流電圧＝−７００Ｖ
・交流電流＝１．８ｍＡ定電流制御
・交流の周波数１．３ＫＨｚ
【００７７】
この様にしてセットアップされた画像形成装置を用いて低温低湿環境（１０℃、１５％Ｒｈ）、高温高湿環境（２８℃、８５％Ｒｈ）に於いて、それぞれ１０００００枚の画像形成耐久テストを行った。
【００７８】
その結果、何れの環境下に於いても耐久テスト後の画像にクリーニング不良による異常画像は観察されず、耐久テスト終了後のクリーニングブレードに捲れや欠けと言った異常は観察されなかった。
【００７９】
（実施例３）
以下の各部材を有するプロセスカートリッジを作製した。
▲１▼感光体
・材質　　アルミニウム円筒体外周面に下引層、電荷発生層、及び電荷輸送層を順次積層したもの。
・外径　　φ３０ｍｍ　（Ｘ）
・肉厚　　１．０ｍｍ　（Ｙ）
・重量　　８５ｇ（両端部のギヤフランジ込み）　（Ｗｐ）
・体積　　２４００００ｍｍ^３　（Ｖｐ）
・Ｗｐ÷Ｖｐ×１０^４＝３．５４
・Ｘ÷Ｙ＝　３０
【００８０】
▲２▼クリーニングブレード
・材質　　　ウレタンエラストマー
・肉厚　　　２ｍｍ
・自由長　　１０ｍｍ
・取付確度　２５°
・ｔａｎδ　　　０．０５（２５℃、１０Ｈｚ）
【００８１】
▲３▼帯電ローラ
・材質　　アルミニウム円筒体外周面に導電性ソリッドゴム（シリコーン層）を形成し、さらに当該層表面に半導電性材料（半導電性フッ素樹脂）でコーテイングしたもの。
・外径　　φ１４ｍｍ
・長さ　　３２０ｍｍ
・重量　　１４０ｇ（φ８のステンレス製シャフト込み）　（Ｗｒ）
・体積　　４９０００ｍｍ^３　　（Ｖｒ）
・硬度Ｂ　５８°（Ａｓｋｅｒ−Ｃ、１ｋｇ荷重、１０秒値）
・Ｗｒ÷Ｖｒ×１０^３＝２．８５
【００８２】
▲４▼トナー
・懸濁重合トナー　「ＥＡトナー」：富士ゼロックス（株）製
・形状係数ＳＦ１　１３０
・体積平均粒径　　５．８μｍ
【００８３】
▲５▼クリーニングブレードの衝撃反発力と帯電ローラの硬度との関係
・ｔａｎδ×硬度Ｂ＝２．９
【００８４】
得られたプロセスカートリッジをタンデム型画像形成装置：Ｄｏｃｕ　Ｃｅｎｔｅｒ　Ｃｏｌｏｒ４００（富士ゼロックス製）に取り付けた。
【００８５】
次いで、帯電ローラへの印加バイアスを以下の通り設定した。
・直流電圧＝−７００Ｖ
・交流電流＝１．６ｍＡ定電流制御
・交流の周波数１．１ＫＨｚ
【００８６】
この様にしてセットアップされた画像形成装置を用いて低温低湿環境（１０℃、１５％Ｒｈ）、高温高湿環境（２８℃、８５％Ｒｈ）に於いて、それぞれ５００００枚の画像形成耐久テストを行った。
【００８７】
その結果、何れの環境下に於いても耐久テスト後の画像にクリーニング不良による異常画像は観察されず、耐久テスト終了後のクリーニングブレードに捲れや欠けと言った異常は観察されなかった。
【００８８】
（比較例１）
▲１▼感光体
・材質　　アルミニウム円筒体外周面に下引層、電荷発生層、及び電荷輸送層を順次積層したもの。
・外径　　φ８４ｍｍ　（Ｘ）
・肉厚　　１．０ｍｍ　（Ｙ）
・重量　　７９０ｇ（内部に円筒状の重り５００ｇを詰める。両端部のギヤフランジ込み）　（Ｗｐ）
・体積　　２１０００００ｍｍ^３　（Ｖｐ）
・Ｗｐ÷Ｖｐ×１０^４＝３．７６
・Ｘ÷Ｙ＝８４
【００８９】
▲２▼クリーニングブレード
・材質　　　ウレタンエラストマー
・肉厚　　　２ｍｍ
・自由長　　１０ｍｍ
・取付確度　２５°
・ｔａｎδ　　　０．００４（２５℃、１０Ｈｚ）
【００９０】
▲３▼帯電ローラ
・材質　　アルミニウム円筒体外周面にミラブルシリコーンゴム層を形成し、さらに当該層表面に半導電性材料（半導電性ナイロン樹脂）でコーテイングしたもの。
・外径　　φ１４ｍｍ
・長さ　　３３０ｍｍ
・重量　　１９０ｇ（φ８のステンレス製シャフト込み）　（Ｗｒ）
・体積　　５１０００ｍｍ^３　　（Ｖｒ）
・硬度Ｂ　２０°（Ａｓｋｅｒ−Ｃ、１ｋｇ荷重、１０秒値）
・Ｗｒ÷Ｖｒ×１０^３＝　３．７
【００９１】
▲４▼トナー
・懸濁重合トナー　「ＥＡトナー」：富士ゼロックス（株）製
・形状係数ＳＦ１　１３０
・体積平均粒径　　５．８μｍ
▲５▼クリーニングブレードの衝撃反発力と帯電ローラの硬度との関係
・ｔａｎδ×硬度Ｂ＝０．０８
【００９２】
得られたプロセスカートリッジをタンデム型画像形成装置：Ｄｏｃｕ　Ｃｅｎｔｅｒ　Ｃｏｌｏｒ４００（富士ゼロックス製）に取り付けた。
【００９３】
次いで、帯電ローラへの印加バイアスを以下の通り設定した。
・直流電圧＝−７００Ｖ
・交流電流＝１．６ｍＡ定電流制御
・交流の周波数１．１ＫＨｚ
【００９４】
この様にしてセットアップされた画像形成装置を用いて低温低湿環境（１０℃、１５％Ｒｈ）、高温高湿環境（２８℃、８５％Ｒｈ）に於いて、それぞれ５００００枚の画像形成耐久テストを行った。
【００９５】
その結果、何れの環境下に於いてもクリーニングブレードの反発弾性力不足によりクリーニング不良が発生した。
【００９６】
（比較例２）
▲１▼感光体
・材質　　アルミニウム円筒体外周面に下引層、電荷発生層、及び電荷輸送層を順次積層したもの。
・外径　　φ８４ｍｍ　（Ｘ）
・肉厚　　１．０ｍｍ　（Ｙ）
・重量　　７９０ｇ（内部に円筒状の重り５００ｇを詰める。両端部のギヤフランジ込み）　（Ｗｐ）
・体積　　２１０００００ｍｍ^３　（Ｖｐ）
・Ｗｐ÷Ｖｐ×１０^４＝３．７６
・Ｘ÷Ｙ＝８４
【００９７】
▲２▼クリーニングブレード
・材質　　　ウレタンエラストマー
・肉厚　　　２ｍｍ
・自由長　　１０ｍｍ
・取付確度　２５°
・ｔａｎδ　０．６０（２５℃、１０Ｈｚ）
【００９８】
▲３▼帯電ローラ
・材質　　アルミニウム円筒体外周面に導電性ソリッドゴム（ＥＰＤＭ層）を形成し、さらに当該層表面に半導電性材料（半導電性ナイロン樹脂）でコーテイングしたもの。
・外径　　φ１４ｍｍ
・長さ　　３３０ｍｍ
・重量　　１９０ｇ（φ８のステンレス製シャフト込み）　（Ｗｒ）
・体積　　５１０００ｍｍ^３　　（Ｖｒ）
・硬度Ｂ　６５°（Ａｓｋｅｒ−Ｃ、１ｋｇ荷重、１０秒値）
・Ｗｒ÷Ｖｒ×１０^３＝　３．７
【００９９】
▲４▼トナー
・懸濁重合トナー　「ＥＡトナー」：富士ゼロックス（株）製
・形状係数ＳＦ１　１３０
・体積平均粒径　　５．８μｍ
【０１００】
▲５▼クリーニングブレードの衝撃反発力と帯電ローラの硬度との関係
・ｔａｎδ×硬度Ｂ＝３９
【０１０１】
得られたプロセスカートリッジをタンデム型画像形成装置：Ｄｏｃｕ　Ｃｅｎｔｅｒ　Ｃｏｌｏｒ４００（富士ゼロックス製）に取り付けた。
【０１０２】
次いで、帯電ローラへの印加バイアスを以下の通り設定した。
・直流電圧＝−７００Ｖ
・交流電流＝１．６ｍＡ定電流制御
・交流の周波数１．１ＫＨｚ
【０１０３】
この様にしてセットアップされた画像形成装置を用いて低温低湿環境（１０℃、１５％Ｒｈ）、高温高湿環境（２８℃、８５％Ｒｈ）に於いて、それぞれ５００００枚の画像形成耐久テストを行った。
【０１０４】
その結果、何れの環境下に於いても５００枚の耐久を過ぎた辺りからクリーニングブレードが鳴き始め、高温高湿環境下ではブレード捲れに至った。又、その他の環境に於いては筋状のクリーニング不良が多発した。
【０１０５】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、接触式帯電ローラにより帯電工程を行い、球形トナーを用い、ゴムブレードなどを使用したブレードクリーニング方式を採用するシステムに於いて、これまで発生しやすいクリーニング性能の低下及びクリーニングブレードの捲れ等を防止し、長期にわたって良好な画質を維持するようにしたプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することができる。
【０１０６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプロセスカートリッジの構成を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０　　プロセスカートリッジ
１２　　感光体（像担持体）
１４　　クリーニングブレード
１６　　帯電ロール
１８　　クリーニングブラシ

Claims (11)

1. 少なくとも、球形トナーによるトナー像が形成される像担持体と、該像担持体に接触するクリーニングブレードと、該像担持体に接触し且つ直流電圧と交流電圧を重畳印加する帯電ローラとを備え、
   前記クリーニングブレードのＪＩＳ　Ｋ７１９８に準じた損失正接ｔａｎδをＡ、前記帯電ローラのアスカーＣ硬度をＢとする時、０．１＜Ａ×Ｂ＜３０の関係を満たすことを特徴とするプロセスカートリッジ。
2. 前記像担持体の重量をＷｐ（ｇ）、前記像担持体の容積をＶｐ（ｍｍ^３）とする時、Ｗｐ／Ｖｐ×１０^４≧１の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載のプロセスカートリッジ。
3. 前記帯電ローラの重量をＷｒ（ｇ）、前記帯電ローラの容積をＶｒ（ｍｍ^３）とする時、Ｗｒ／Ｖｒ×１０^３≦４の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のプロセスカートリッジ。
4. 前記帯電ローラに印加される交流電圧の周波数が１ＫＨｚ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
5. 前記クリーニングブレードの損失正接ｔａｎδは、０．０５〜０．５であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
6. 前記帯電ローラのアスカーＣ硬度は、２０〜６０であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
7. 前記像担持体が円筒体外周面上に感光層が形成されたドラム状であり、該像担持体の外径をＸ（ｍｍ）、該像担持体の肉厚をＹ（ｍｍ）とする時、Ｘ／Ｙ≧３０の関係を満たすことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
8. 前記球形トナーの形状係数ＳＦ１が、１００〜１５０であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
9. さらに、前記像担持体に接触し且つ前記クリーニングブレードより上流側に配置されるクリーニングブラシを備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のプロセスカートリッジ。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載のプロセスカートリッジを備えることを特徴とする画像形成装置。
11. 少なくとも、球形トナーによるトナー像が形成される像担持体と、該像担持体に接触するクリーニングブレードと、該像担持体に接触し且つ直流電圧と交流電圧を重畳印加する帯電ローラとを備え、
    前記クリーニングブレードのＪＩＳ　Ｋ７１９８に準じた損失正接ｔａｎδをＡ、前記帯電ローラのアスカーＣ硬度をＢとする時、０．１＜Ａ×Ｂ＜３０の関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。

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