JP2005316265A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高硬度、高弾性特性を示す感光ドラムと粒径が小さく凝集性の低いトナーを使用して、AC+DCバイアスでの接触帯電で且つ、クリーニングブレード単体での安定したクリーニングを達成でき、高画質、高安定で低ランニングコストの画像形成装置における安定したクリーニング性能が得られる画像形成装置を提供する。
【解決手段】高硬度の硬化型保護層を有する感光体とクリーニングブレードと小粒径で球形、高流動性のトナーがある状態で、クリーニングブレードと感光体の動摩擦偏差が１２０mN/cm以下で、ブレード当接圧の±１０％範囲内での動摩擦偏差係数が０.３〜１.５となる画像形成装置。
【選択図】なし

Description

本発明は、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機能を有する電子写真システムを用いた画像形成装置に関するものである。

一般的に、複写機、プリンタ及びファクシミリのように、画像を紙などの記録媒体に記録する画像形成装置においては、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像担持体を感光ドラムとする。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。

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充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、従来から種々提案されている。これらの提案のうち、弾性材料からなるカウンターブレード（クリーニングブレード）を感光ドラムの表面に当接して、残留トナーを掻き落とす方法が、広く実用化されている。この方法は、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。

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、耐摩耗性や、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。

クリーニングブレードの物性や感光ドラムへの当接の方法は、転写残トナーの感光ドラムへの付着度合によるクリーニングの容易さや感光ドラムの表面性、摩擦係数など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、感光ドラムに対して適正な角度、当接荷重に設定する必要がある。そのため、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。

一般に、電子写真方式の画像形成装置においては、感光体のクリーニングに際し、クリーニング部材と感光体表面とは、所定の相対速度で相対移動することになる。このときの両者間の摩擦特性は、クリーニング性の良否を含む、クリーニングブレードや感光体の寿命に係る重要な特性である。

クリーニングブレードと感光体表面との間に作用する摩擦力は、低すぎるとクリーニング不良の要因となり、逆に高すぎるとクリーニングブレードや感光体の損傷、クリーニングブレードのめくれや欠けといった故障の要因となる。また、不適正な摩擦力の領域で使用していると転写残トナー等の除去が不十分となり、転写残トナーが感光体表面に固着して、画像欠陥が生じる場合もある。

そこで、感光体とクリーニングブレード間の摩擦係数や摩擦係数の耐久前後での変動幅を０.４以下、更には動摩擦係数のばらつきを示す動摩擦偏差係数を０.１以下と規定したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２-１４９０２９号公報

しかしながら、上述の従来の画像形成装置においては、感光体とブレード間の摩擦等について記載されているが、実際のクリーニング部では感光体とクリーニングブレード、そしてそこにトナーが介在して摩擦を決定しているため、使用されるトナーによって摩擦等の適切な範囲が変化することなり、トナー及びトナーとの関係、特に感光体、トナーが後述するようにクリーニングについて厳しい条件になってきた場合には十分なクリーニング性能を確保するのが困難となってきている。

このため、画像形成装置の設計に際しては、トナーの摩擦に与える影響が不明なため、画像形成装置に使用されるトナー毎に、摩擦特性が適切になるように感光体やクリーニングブレード及びトナー等の最適化を行わなければならず、クリーニング性や、クリーニング部材及び感光体の寿命などの様々な項目に対して、感光体表面やクリーニング部材の選定、設定条件などを調整して耐久試験を行う、といった試行錯誤がなされるのが現状である。

トナーに関しては、近年、高画質化や低ランニングコスト化、高速化の要請から、以下のようなのような要請が増大してきている。高画質化のためには、トナーの小径化が不可欠である。そのため、トナーの小径化の傾向が顕著になってきている。そして、トナーの粒径の小径化が進むにつれ、トナーと感光ドラムの表面との接触面積が大きくなる。これにより、単位質量当たりのトナーの感光ドラム表面への付着力が大きくなるため、感光ドラムの表面のクリーニング性が悪化する。

トナーの粒径が小さくなるにつれて、トナーの流動性が悪化する。そのため、より多量の添加剤が必要となる。そして、このような多量の添加剤により、クリーニングブレードの摩耗や欠け、感光ドラムの表面に局所的なスジ傷が発生してしまうという問題が生じる。

また、従来の粉砕法により生成される粉砕トナーに代わり、重合法により生成される重合トナーが採用されてきている。この重合トナーは粉砕トナーに比べて真球度が高いという特徴があるため転写効率が良く、また製法上ＷＡＸ内包化等が容易なため、オイルレス定着が可能となる等の利点を有する反面、クリーニングブレードからのすり抜けが発生し易くなってきている。

このため、このすり抜けを防止するため、クリーニングブレードの当接圧を増加させてすり抜けを抑制していた。このように、粒径の小さなトナーや重合トナーに代表されるような高い球形度を有するトナーは、感光体との付着力が増大し、クリーニングブレードの当接圧を増加させる必要が生じる。

他方、出力機器の高画質化、低ランニングコスト化などの要求が強まり、上記電子写真システムで用いられる感光体としては、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、機械的強度や対摩耗性向上が図られている。

機械的強度や対摩耗性の高い感光体を使用すると、感光体の表面が削られず、リフレッシュが困難になってしまう。このように、リフレッシュが困難になると、帯電などによって生じる電気的ダメージや、放電生成物の付着などによる表面劣化、クリーニングブレードなどとの摺擦による機械的ダメージが、長期的に蓄積してゆき、感光ドラム表面の滑り性、特に、対クリーニングブレードに対する滑り性が低下し、摩擦が増大し、クリーニングブレードのビビリや鳴き、捲れなどが発生し易くなる。

そのため、付着力の大きなトナーをクリーニングするためのクリーニングブレード当接圧を増加させることが困難になってくるという、相反した状況を呈してきた。

このような状況下で、前記従来技術にあるように摩擦係数の変動幅が０.４以下、動摩擦偏差係数が０.１以下という低い摩擦状態でクリーニングを成立させるには、開示されているように磁気的、機械的に潤滑剤を供給しなければならなかった。

特に、最近では、オゾン生成伴うコロナ帯電方式から、環境対応の観点でオゾン等の発生の少ない帯電ローラ等による接触帯電方式が採用されてきており、接触帯電方式では感光ドラム表面に対するダメージが大きいため、上記のクリーニングブレードのビビリや鳴き、捲れなどに厳しくなってきている。

従って、この発明の目的は、従来のクリーニング補助部材を使用せずに、高い耐久性を有し、高強度で耐摩耗性が向上された感光ドラムを用いることによって、小径で球形度の高いトナーを用いたことにより、クリーニング性がきわめて厳しい状況下であっても、安定してクリーニングを行うことができ、高寿命、高画質で、低ランニングコストを達成することができる画像形成装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本出願に係る発明は、
電子写真感光体と、該感光体表面を帯電する帯電手段と、帯電後の該感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、該静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、該トナー像を該感光体表面から被転写部材に転写する転写手段と、転写後の該感光体表面に残った転写残トナーを除去するクリーニング手段とを有する画像形成装置において、
該感光体は、少なくても導電性支持体上に感光層及び表面層を有し、該表面層は、同一分子内に一つ以上の連鎖重合性官能基を有する正孔輸送性化合物及び該正孔輸送性化合物を重合、硬化したものの一方または両方を含有し、少なくても熱、光、放射線の何れかにより硬化されたものであり、該表面層は２５℃、湿度５０％の環境下で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で押し込んだときのＨＵ（ユニバーサル硬さ値）が１５０N/mm²以上２２０N/mm²以下であり、且つ弾性変形率Ｗｅが５０％以上６５％以下であり、
該クリーニング手段が、該感光体表面に当接させたクリーニング部材によって該感光体表面の転写残トナーを除去するものであり、該感光体と該クリーニング部材間の当接長手方向の単位長さ当たりに加える力を当接線圧とするとき、
画像形成工程中の該感光体表面と該クリーニング部材との間に作用する、該当接線圧での動摩擦偏差が１２０mN/cm以下であり、且つ動摩擦力の標準偏差である動摩擦偏差の該当接線圧の前後１０％における該当接圧の変化に対する変化率である動摩擦偏差係数が０．３〜１．５であることを特徴とする画像形成装置である。

更には、該トナーの重量平均粒径が４.０〜７.０μｍで、平均円形度が０．９５０〜０．９９０、凝集度が５〜４０％であり、該帯電手段が、電子写真感光体に接触して帯電を行う接触帯電手段であり、該帯電手段に、AC+DCバイアス電圧が印加され、該クリーニング部材の弾性変形率をＷｒ（％）とするとき、Ｗｒが９０％以上であり、該クリーニング部材の厚みをｔ(mm)、自由長をＬ(mm)とするとき、０.３≦ｔ／Ｌ≦０.６であり、２.０≦ｔ≦４.０、４≦Ｌ≦８であり、該クリーニング部材の前記感光体への当接圧が１２０〜４９０mN/cmであることを特徴とする。

本発明によれば感光ドラムとクリーニングブレード及びトナーの３者で決定される動摩擦偏差と、動摩擦偏差係数を規定することにより、高硬度、高弾性特性を示す感光ドラムと粒径が小さく凝集性の低いトナーを使用して、AC+DCバイアスでの接触帯電で、且つ、クリーニングブレード単体での安定したクリーニングを達成でき、高画質、高安定で低ランニングコストの画像形成装置における安定したクリーニング性能が得られる画像形成装置を提供することができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。

まず、この発明の実施形態による画像形成装置及びクリーニング装置について説明する。図１にこの実施形態によるクリーニング装置を示し、図２にこの実施形態による画像形成装置を示す。

全体構成
図２示すように、この実施形態による画像形成装置１は、電子写真方式のカラー複写機である。この画像形成装置１においては、コンピュータ（図示せず）などから供給された画像信号に基づいて、記録用紙などの記録媒体Ｓに画像を形成するように構成されている。

この実施形態による画像形成装置１においては、有機感光体（ＯＰＣ）などの感光材料がアルミニウムなどのシリンダー状である支持体の外周面に塗布されて、感光ドラム２が構成されている。

感光ドラム２においては、まず、２１０ｍｍ／ｓの周速度で回転駆動するとともに、接触帯電手段としての帯電ローラ３により、暗部電位ＶDとして約−７００Ｖの電位が一様に帯電される。

次に、この感光ドラム２に対して、レーザ発振器４により、画像情報に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御されたレーザービーム５が走査露光される。これにより、感光ドラム２上に明部電位ＶLとして約−２００Ｖの静電潜像が形成される。このようにして形成された静電潜像は、回転現像装置６によって、現像剤としてのトナーにより現像され、可視化される。

ここで、この回転現像装置６は、第１色目のトナーとしてのイエロートナーが内包された第１の現像装置６ｙと、第２色目のトナーとしてのマゼンタトナーが内包された第２の現像装置６ｍと、第３色目のトナーとしてのシアントナーが内包された第３の現像装置６ｃと、第４色目のトナーとしてのブラックトナーが内包された第４の現像装置６ｋとが一体化されて構成されている。

そして、これらの現像装置により形成される静電潜像のうちの、第１の静電潜像は、第１の現像装置６ｙによって現像され、可視像化される。なお、現像方法としては、ジャンピング現像法、二成分現像法などが用いられる。

また、現像方法としては、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も多い。ここで、この第１の実施形態においては、非磁性トナーによる二成分現像法が用いられる。

可視像化された第１色目のトナー像は、回転駆動される第２の感光ドラムとしての中間転写体７と対向する第１の転写部位７ａにおいて、中間転写体７の表面に静電転写され、一次転写される。

中間転写体７は、導電弾性層と離型性を有する表層とから形成される。この中間転写体７は、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する。

また、中間転写体７は、感光ドラム２に対して所定の押圧力をもって圧接されつつ、感光ドラム２の回転方向に対して逆方向、すなわち接触部位では同方向に、感光ドラム２の周速度とほぼ等しい周速度で回転駆動される。

また、高圧電源７ｃによって、この中間転写体７のシリンダー部に、トナーの帯電極性と逆極性の電圧、所謂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の表面にトナー像が一次転写される。

その後、一次転写の終了した感光ドラム２の表面に残留したトナーはクリーニング装置８によって除去される。

続いて、それぞれの色について順次工程が繰り返され、中間転写体７上に４色のトナー像が転写され、重畳される。

カセット９には記録用紙などの記録媒体Ｓが積載されている。そして、ピックアップローラ１０により、このカセット９から記録媒体Ｓが一枚ずつ分離給送される。

分離給送された記録媒体Ｓは、レジストローラ対１１によって斜行を矯正された後、転写部位７ｂに到達する。ここで、中間転写体７の表面に対して離間状態の転写ベルト１２が所定の押圧力で中間転写体７表面に圧接、回転駆動される。なお、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いる。また、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。

これにより、第２の転写部位７ｂに向けて、所定のタイミングで搬送された記録媒体Ｓの表面に、中間転写体７上のトナー像が一括して転写され、二次転写が行われる。

その後、この記録媒体Ｓは、定着手段としての定着機１４に給送され、加熱及び加圧によって画像が定着される。続いて、記録媒体Ｓは、排出ローラ対１５によって機外に排出される。

一方で、二次転写が終了した後に中間転写体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。

感光ドラム
次に、この発明の実施形態による感光体ドラムについて、以下に説明する。

ＨＵ（ユニバーサル硬さ値）、及び弾性変形率は、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。なお、測定は２５℃、湿度５０％RHの環境下で行った。

出力チャートの概略を図４に示す。縦軸は荷重（ｍＮ）で横軸は押し込み深さｈ（μｍ）であり、段階的に荷重を増加させ６ｍＮまで荷重をかけ、その後同様に段階的に荷重を減少させた結果である。

ＨＵ（ユニバーサル硬さ値：以下ＨＵと呼ぶ）は、６ｍＮで押し込んだとき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。

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。全仕事量Ｗｔ（ｎＷ）は図３中のＡ−Ｂ−Ｄ−Ａで囲まれる面積で表され、弾性変形の仕事量Ｗｏ（ｎＷ）はＣ−Ｂ−Ｄ−Ｃで囲まれる面積で表される。

弾性変形率Ｗｅ＝Ｗｏ／Ｗｔ ×１００（％） （２）

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く、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り難くなる。

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で押し込んだときのＨＵが１５０N/mm²以上２２０N/mm²以下であり、かつ、弾性変形率が５０％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。また、更なる特性の向上にはＨＵ値が１６０N/mm²以上２００N/mm²以下であることがより好ましい。

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５０％未満であるとクリーニングブレードや帯電ローラに挟まれた紙粉やトナーが感光体の弾性力が不足しているが故に、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作用し、深い傷が発生してしまう。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。

また、ＨＵが１５０N/mm²未満で弾性変形率が６５％を超えるものの場合、例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たりしてしまう。

本発明において用いられる感光体ドラムは、少なくとも表面層が重合または架橋して硬化された化合物を含有した電子写真感光体からなる。なお、この硬化手段としては、熱、可視光や紫外線などの光、更に放射線を用いることができる。

したがって、この第１の実施形態において、感光体の表面層を形成する方法としては、表面層用として用いられる、重合または架橋により硬化可能な化合物を、融解または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などにより塗布した後、この塗布された化合物を硬化手段により硬化する方法が採用される。

これらのうち、感光体を効率よく大量生産する方法としては、浸漬コーティング法がもっとも好ましく、この第１の実施形態においても浸漬コーティング法を採用することが可能である。

また、この実施形態による感光体ドラムの構成は、外径が例えば約６０ｍｍ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か、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合する電荷輸送層を、順次または逆順に積層した構成の積層型のいずれかである。さらに、感光層上に表面保護層を形成することも可能である。

また、この発明の実施形態においては、少なくとも感光体の表面層が、熱や可視光、紫外線などの光、さらに放射線により重合または架橋し硬化させることができる化合物を含有していればよい。そして、好ましくは、感光体としての特性、特に残留電位などの電気的特性及び耐久性の観点から、電荷発生層及び電荷輸送層を順次積層した機能分離型の感光体構成、または、この機能分離型の感光体構成で積層された感光層上に、さらに表面保護層を形成した構成とするのが好ましい。

この実施形態においては、表面層における、重合または架橋における化合物の硬化方法としては、感光体特性の劣化が少なく、残留電位の上昇が発生せず、十分な硬度を示すことができることから、好適には、放射線が用いられる。

放射線による重合は重合開始剤を特に必要とせず、非常に高純度な３次元マトリックスの表面層を作成することができ、良好な電子写真特性を示す感光体を得ることができるから好ましい。

この重合または架橋を発生させる際に使用する放射線としては、電子線またはガンマ線が望ましい。これらのうちの電子線を使用する場合、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、パルス型及びラミナー型などのあらゆる形式を使用することが可能である。

また、電子線を照射する場合においては、この第１の実施形態による感光体における電気特性及び耐久性能を発現するために、照射条件としては、加速電圧を２５０ｋＶ以下とするのが好ましく、１５０ｋＶ以下がより好ましい。また、照射線量を、１０kJ/kg以上１０００kJ/kg以下の範囲内にするのが好ましく、５０kJ/kg以上２００kJ/kg以下の範囲内とするのがより好ましい。

加速電圧が上述の範囲の上限より大きいと、感光体特性に対する電子線照射による損傷、いわゆるダメージが増加する傾向にある。また、照射線量が上述の範囲の下限より少ないと、硬化が不十分となりやすい。また、線量が多い場合には感光体特性の劣化が生じやすいため、この観点から、線量は、上述の範囲内から選択するのが望ましい。

さらに、表面層をより硬化させるために、電子線による重合反応時に加熱するとよい。加熱するタイミングとしては、ラジカルが存在する間に感光体が一定の温度になっていればよいため、電子線照射前、照射後、何れの段階で加熱してもよい。加熱温度は、感光体の温度が室温から２５０℃となるように調節すればよい。より好ましくは５０℃から１５０℃である。温度が上記より高い場合には電子写真感光体の材料に劣化が生じるからである。加熱する時間は、その温度にもよるが、おおよそ数秒から数十分程度でよい。照射及び加熱時の雰囲気は、大気中、窒素及びヘリウム等の不活性ガス中、真空中の何れの場合であっても構わない。酸素によるラジカルの影響を抑制できるという点で、不活性ガス中或いは真空中が好ましい。

また、重合または架橋が生じて硬化可能な表面層用の化合物としては、反応性の高さ、反応速度の速さ、及び硬化後に達成される硬度の高さの観点から、分子内に不飽和重合性官能基を含むものが好ましい。

さらに、不飽和重合性官能基を分子内に有する分子の中でも、特に、アクリル基、メタクリル基及びスチレン基を有する化合物が好ましい。

また、この第１の実施形態によ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の状態により、モノマーとオリゴマーとに大別される。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なく、比較的分子量の小さいものを示す。他方、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、ポリマーまたはオリゴマーの末端のみに不飽和重合性官能基が結合した、いわゆるマクロノマーを、この第１の実施形態による表層用の硬化性化合物として使用することも可能である。

また、この実施形態による不飽和重合性官能基を有する化合物は、表面層として必要とされる電荷輸送機能を満足させるために、化合物が電荷輸送化合物を採用することが、より好ましい。この電荷輸送化合物の中でも、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さらに好ましい。

次に、この発明の実施形態による電子写真感光体の感光層について説明する。

すなわち、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よく、具体的には、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などの金属や、これらの合金を、ドラムまたはシート状に形成したもの、アルミニウム及び銅など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などをプラスチックフィルムに蒸着したもの、導電性物質を単独または結着樹脂とともに塗布することにより導電層を設けた金属、または、プラスチックフィルムや紙などを挙げることができる。

また、この発明の実施形態においては、導電性支持体の表面上には、バリアー機能と接着機能とを有する下引き層を設けることができる。

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、または感光層の電気的破壊に対する保護などのために形成される層である。

この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、ニカワ及びゼラチンなどを使用することができる。これらの材料は、それぞれに適合した溶剤に溶解されて支持体表面に塗布される。そして、この下引き層の膜厚は、好適には、０．１〜２μｍである。

この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（Ｓｅ−Ｔｅ）、ピリリウム、チアピリリウム系染料、または、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型など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、クナクリドン顔料、非対称キノシアニン顔料、キノシアニン及びアモルファスシリコンなどを挙げることができる。

また、機能分離型感光体の場合、電荷発生層は、電荷発生物質を０.３〜４倍量の結着樹脂及び溶剤とともに、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によって良好に分散し、分散液を塗布し、乾燥させて形成されるか、または電荷発生物質の蒸着膜など、単独組成の膜として形成される。ここで、この電荷発生層の膜厚は、典型的には、５μｍ以下であり、好適には、０．１〜２μｍである。

また、結着樹脂を用いる場合の例は、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など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、エポキシ樹脂などを挙げることができる。

この実施形態による不飽和重合性官能基を有する正孔輸送性化合物は、上述した電荷発生層上に電荷輸送層として用いることができる。または、電荷発生層上に、電荷輸送層と結着樹脂とからなる電荷輸送層を形成した後に、表面保護層として用いることもできる。

そして、正孔輸送性化合物を表面保護層として用いた場合、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など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、またはカルバゾールなどの複素環化合物、トリフェニルアミンなど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、ヒドラゾン誘導体などの低分子化合物などを、上述の電荷発生層用樹脂から選択可能で適当な結着樹脂とともに溶剤に分散または溶解した溶液を、上述の公知の方法によって塗布し、乾燥させ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との比率は、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の範囲内にあることが望ましく、更には５０〜１００の範囲で適宜選択するのが好ましい。

電荷輸送層における電荷輸送物質の質量が、これらの範囲より小さいと、電荷輸送能が低下し、感度低下や残留電位の上昇などの問題点が発生する。この場合にも感光層の厚みは、５〜３０μｍの範囲である。また、このとき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におけるそれぞれの膜厚を合計したものである。

いずれの場合も、表面層の形成方法は、正孔輸送性化合物を含有する溶液を塗布後、重合または硬化反応させるのが一般的である。なお、あらかじめ正孔輸送性化合物を含む溶液を反応させることにより硬化物を得た後、再度溶剤中に分散また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。

また、上述の溶液を塗布する方法としては、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などが知られている。そして、効率性／生産性の観点から、溶液を塗布する方法としては、浸漬コーティング法が望ましい。なお、蒸着やプラズマ処理などの、その他公知の成膜方法を適宜選択することが可能である。

また、この発明の実施形態による表面保護層中においては、導電性粒子を混入させることも可能である。この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などを挙げることができる。

これらの導電性粒子としての金属は、具体的には、アルミニウム、亜鉛、銅、クロム、ニッケル、ステンレス及び銀を挙げることができ、さらに、導電性粒子としては、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を挙げることができる。

また、導電性粒子としての金属酸化物は、具体的には、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などを挙げることができる。

また、これらの金属酸化物は、それぞれ単独で用いたり、２種類以上を組み合わせて用いたりすることが可能である。なお、２種以上を組み合わせる場合には、単に混合することも可能であり、固溶体や融着を施すことも可能である。

また、この発明の実施形態において用いられる導電性粒子の平均粒径は、保護層の透明性の観点から、０.３μｍ以下にすることが好ましく、より好適には、０．１μｍ以下にすることが望ましい。さらに、この第１の実施形態においては、上述した導電性粒子の材料において、透明性などの観点から金属酸化物を用いることが特に好ましい。

表面保護層中における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つである。したがって、保護層の比抵抗は、１０⁸〜１０¹³Ωｍ（１０¹⁰〜１０¹⁵Ωｃｍ）の範囲にすることが望ましい。

また、この実施形態においては、表面層中にはフッ素原子含有樹脂粒子を含有することも可能である。この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少なくとも１種類以上を適宜選択するのが好ましい。

そして、上述のフッ素原子含有樹脂粒子としては、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。なお、樹脂粒子の分子量や粒径は、適宜選択することが可能であり、必ずしも上述の分子量や粒径に限定されるものではない。

表面層中におけるフッ素原子含有樹脂の割合は、表面層の全質量に対して、典型的には、５〜４０質量％であり、好適には、１０〜３０質量％である。これは、フッ素原子含有樹脂粒子の割合が、４０質量％より多いと表面層の機械的強度が低下し易くなり、５質量％より少ないと表面層の表面の離型性、表面層の耐摩耗性や耐傷性が不十分になる可能性があるためである。

この発明の実施形態においては、分散性、結着性及び耐候性をより向上させるために、表面層中に、ラジカル補足剤や酸化防止剤などの添加物を加えることも可能である。また、この第１の実施形態において表面保護層の膜厚は、好適には、０．２〜１０μｍの範囲であり、より好適には、０．５〜６μｍの範囲である。

帯電
次に、この実施形態による帯電手段としての帯電ローラについて説明する。すなわち、この実施形態における帯電手段である可撓性の接触帯電部材としての帯電ローラ３（図２）は、芯金上にゴムまたは発泡体の中抵抗層を設けることにより形成される。

この中抵抗層は、例えばウレタンなどの樹脂、例えばカーボンブラックなどの導電性粒子、硫化剤または発泡剤などにより処方され、芯金の上にローラ状に形成された後、表面が研磨されている。

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。すなわち、弾性を持たせて被帯電体との十分な接触状態を確保するとともに、移動する被帯電体を充電するために、十分に低い抵抗である必要がある。

他方、被帯電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。被帯電体として電子写真感光体を用いた場合、十分な帯電性と耐リークを得るには、１０⁴〜１０⁷Ω程度の抵抗が望ましく、この第１の実施形態においては、１０⁶Ωの抵抗を用いる。

また、帯電ローラ３の硬度に関しては、低すぎると形状が安定しないために被帯電体との接触性が悪くなり、高すぎると被帯電体との間に帯電ニップ部を確保することが困難になるのみならず、被帯電体表面に対するミクロな接触性が悪くなる。したがって、帯電ローラ３の硬度としては、アスカーＣ硬度において、２５度以上６０度以下が好ましい範囲であり、この第１の実施形態においては例えば５０度とする。

帯電ローラ３の材質としては、弾性発泡体に限定するものではなく、弾性体の材料として、ＥＰＤＭ、ウレタン、ＮＢＲ、シリコーンゴムや、ＩＲなどに抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物などの導電性物質を分散したゴム材、または、これらの物質を発泡させたものを挙げることができる。なお、導電性物質を分散させることなく、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。

帯電ローラ３は、被帯電体としての感光ドラム２に対して、弾性に抗した押圧力を１９．６Ｎ（２ｋｇｆ）で圧接させて配設する。なお、この第１の実施形態においては、幅数ｍｍの帯電部が形成されている。

帯電ローラ３の抵抗値は、次のように測定する。

すなわち、プリンタの感光ドラム２をアルミニウム製のドラムと入れ替える。その後、アルミニウム製ドラムと帯電ローラ３の芯金との間に１００Ｖの電圧を加える。そして、このときに流れる電流値を測定することにより、帯電ローラ３の抵抗値を求める。

このようにして求められた、この実施形態による帯電ローラ３の抵抗値は、５×１０⁶Ωであった。なお、この抵抗の測定は、温度を２５℃とし、湿度を６０％の環境下で行った。

また、上述の帯電ローラ３は、感光ドラム２の回転に伴って、従動して回転する。この帯電ローラ３には、帯電用高圧電源から周波数２ｋＨｚ、総電流１８００μＡの定電流（その時のＶｐｐは約１.４ｋＶｐｐ）で制御され、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。

現像剤
この実施形態による画像形成装置に用いられる現像剤は、重合法や粉砕法により生成される非磁性トナーと、樹脂磁性キャリアとの混合物である２成分現像剤である。

また、この現像剤のＴ／Ｄ比（質量％）は９％である。また、樹脂磁性キャリアとしては、（４π）^-1×１０⁶Ａ／ｍ（１ｋＯｅ）の磁気中における磁化の強さが、４π×１０^-2Ｗｂ／ｍ²（１００ｅｍｕ／ｃｍ³）であり、かつ個数平均粒径が４０μｍであって、さらに比抵抗が１０¹¹Ωｍ（１０¹³Ωｃｍ）のものが用いられる。

本発明のトナーは、フロー式粒子像分析装置による平均円形度が０．９５０〜０．９９０であることで耐久によるトナーの流動性悪化を軽減するために好ましい。

平均円形度が０．９５０に満たない場合は、トナーは不定形に近づくため耐久での流動性悪化が起り易くなり、また転写効率も悪化するため好ましくない。また平均円形度が０．９９０を超えると感光体のクリーニング不良の発生確率が増大する。

本発明において、平均円形度は東亜医用電子株式会社製 フロー式粒子像分析装置 ＦＰＩＡ−１０００にて測定した。

測定は、フィルターを通して微細なごみを取り除き、その結果として１０^-3ｃｍ³の水中に測定範囲（例えば、円相当径０．６０μｍ以上１５９．２１μｍ未満）の粒子数が２０個以下の水中にノニオン型界面活性剤（和光純薬社製コンタミノンＮ）を数滴加えた水溶液１０ｍｌ中に、トナー５ｍｇを加え、超音波分散機としてＳＴＭ社製ＵＨ−５０で分散処理を行って調製した試料分散液を用いて、０．６０μｍ以上１５９．２１μｍ未満の円相当径を有する粒子の粒度分布を測定する。

測定の概略は以下のとおりである。

試料分散液は、フラットで偏平な透明フローセル（厚み約２００μｍ）の流路（流れ方向に沿って広がっている）を通過させる。フローセルの厚みに対して交差して通過する光路を形成するように、ストロボとＣＣＤカメラがフローセルに対して相互に反対側に位置するように装着される。試料分散液が流れている間に、ストロボ光がフローセルを流れている粒子の画像を得るために１／３０秒間隔で照射され、その結果それぞれの粒子はフローセルに平行な一定範囲を有する２次元画像として撮影される。それぞれの粒子の２次元画像の面積から、同一面積を有する円の直径を円相当径として算出する。

約１分間で、１２００個以上の粒子の円相当径を測定することができ、円相当径分布に基づく数及び規定された円相当径を有する粒子の割合（個数％）を測定できる。

平均円形度は、上記フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−１０００を用いて測定された粒子の円形度を下式より求め、測定された全粒子の円形度の総和を全粒子数で除した値を平均円形度と定義する。

円形度＝(粒子像と同じ投影面積を持つ円の周囲長)／(粒子の投影像の周囲長) … （１１）
本発明における平均円形度とは、トナー粒子の凹凸の度合いの指標であり、トナーが完全な球形の場合１．０００を示し、トナー形状が複雑になるほど平均円形度は小さな値となる。

また、本発明の上記円形度を満足するトナーは、その重量平均粒径が４．０〜7．０μｍの範囲にあることが好ましい。

トナーの重量平均粒径は、コールターマルチサイザーＩＩ（コールター社製）を用い測定した。コールターマルチサイザーＩＩに個数分布、体積分布を出力するインターフェース（日科機製）及びＰＣ９８０１パーソナルコンピューター（ＮＥＣ製）を接続し、電解液は１級塩化ナトリウムを用いて１％ＮａＣｌ水溶液を調製する。例えば、ＩＳＯＴＯＮ Ｒ−ＩＩ（コールターサイエンティフィックジャパン社製）が使用できる。測定法としては、前記電解水溶液１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩を０．１〜５ｍｌ加え、更に測定試料を２〜２０ｍｇ加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行い、前記コールターマルチサイザーによりアパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて、２μｍ以上のトナーの体積、個数を測定して体積分布と個数分布を算出した。それから本発明に係る体積分布から求めた重量基準（各チャンネルの代表値をチャンネル毎の代表値とする）の重量平均粒径を求めた。

本発明のトナーの製造方法は特に限定されないが、平均円形度を０．９５０〜０．９９０にするためには、懸濁重合法、機械式粉砕法、球形化処理等によって製造されるのが好ましく、特に懸濁重合法が好ましい。

さらに、トナーは、凝集度が５乃至４０％、好ましくは５乃至３０％である。凝集度が４０％よりも大きいと、クリーニングニップ内においてクリーニングブレードで掻き取られたトナーが高温高湿環境等で凝集を起こし、融着に発展する危険性が増大するからである。

また、逆に凝集度が５％より小さくなると流動性が高すぎて、クリーニングにおけるすり抜けが厳しくなるからである。

なお、トナー凝集度の測定には、下記に説明する細川ミクロン製パウダーテスターＰＴ−Ｄ型を用いて測定した。パウダーテスター振動台の上に、上から順に６０ｍｅｓｈふるい、１００ｍｅｓｈふるい及び２００ｍｅｓｈふるいをセットしてトナー５．０ｇを静かに６０ｍｅｓｈふるいにのせ、振幅０．５ｍｍ、周波数５０Ｈｚの振動する状態で１５秒振動させた。なお、測定は２３℃／６０％ＲＨの環境下で行い、測定に用いたトナーはこの環境下で十分にエージングさせたものを用いる。

そして、各ふるい上のトナーの質量を測定して、以下の式でトナー凝集度を計算した。
凝集度１＝（６０ｍｅｓｈふるい上のトナー質量／２．０）×１００
凝集度２＝（１００ｍｅｓｈふるい上のトナー質量／２．０）×（３／５）×１００
凝集度３＝（２００ｍｅｓｈふるい上のトナー質量／２．０）×（１／５）×１００
凝集度＝凝集度１＋凝集度２＋凝集度３

以下、本発明で使用される懸濁重合法によるトナーの製造方法について説明する。

まず重合性単量体中に、低軟化点物質、極性樹脂、着色剤、荷電制御剤、重合開始剤、その他の添加剤を加え、ホモジナイザー、超音波分散機等によって均一に溶解または分散せしめた単量体系を、分散安定剤を含有する水相中に通常の撹拌機またはホモジナイザー、ホモミキサー等により分散せしめる。この際、好ましくは単量体液滴が所望の現像剤粒子のサイズを有するように、撹拌速度、時間を調整し造粒する。

トナーの粒度分布制御や粒径の制御は、造粒時の系のｐＨ調整、難水溶性の無機塩や保護コロイド作用をする分散剤の種類や添加量を変える方法や、機械的装置条件、例えばローターの周速、パス回数、撹拌羽根形状等の撹拌条件や、容器形状または水溶液中での固形分濃度等を制御することにより行える。

次に、本発明で使用される粉砕法によるトナーの製造方法について説明する。

本発明に使用される粉砕法トナーは、結着樹脂、離型剤、荷電制御剤、着色剤等をヘンシェルミキサー、ボールミル等の混合機により十分混合してから、加熱ロール、ニーダー、エクストルーダーの如き熱混練機を用いて溶融混練して、樹脂類を互いに相溶せしめた中に荷電制御剤、着色剤を分散または溶解せしめ、冷却固化後、機械的に所望の粒度に微粉砕し、さらに分級によって粒度分布をシャープにする。あるいは、冷却固化後、ジェット気流下でターゲットに衝突させて得られた微粉砕物を、熱または機械的衝撃力によって球形化する。

さらに本発明においては、現像性や転写性、クリーニング性や耐久性を向上させるためにさらに次の無機粉体を添加することもできる。マグネシウム、亜鉛、アルミニウム、チタン、セリウム、コバルト、鉄、ジルコニウム、クロム、マンガン、ストロンチウム、錫、アンチモン等の金属酸化物；チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸ストロンチウム等の複合金属酸化物；硫酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸アルミニウム等の金属塩；カオリン等の粘土鉱物；アパタイト等のリン酸化合物；炭化珪素、窒化珪素等の珪素化合物；カーボンブラックやグラファイト等の炭素粉末が挙げられる。

同様の目的で以下の有機粒子や複合粒子を添加することもできる。ポリアミド樹脂粒子、シリコーン樹脂粒子、シリコーンゴム粒子、ウレタン粒子、メラミン−ホルムアルデヒド粒子、アクリル粒子等の樹脂粒子；ゴム、ワックス、脂肪酸系化合物、樹脂等と金属、金属酸化物、塩、カーボンブラック等の無機粒子とからなる複合粒子；ポリ弗化エチレン、ポリ弗化ビニリデン等のフッ素樹脂；弗化カーボン等のフッ素化合物；ステアリン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩；脂肪酸、脂肪酸エステル等の脂肪酸誘導体；硫化モリブデン、アミノ酸及びアミノ酸誘導体等が挙げられる。

なお、以上現像剤については２成分現像剤として説明してきたが、１成分現像方式で現像を行ってもよい。

クリーニング装置
次に、このクリーニング装置について説明する。図１は、この実施形態によるクリーニング装置を示す。

図１示すように、この実施形態によるクリーニング装置８は、クリーニング部材としてのクリーニングブレード８ａ、トナー捕集シート８ｂ、ブレード支持板金８ｃ等を有して構成されている。

クリーニングブレード８ａは、平板形状をしており、その厚みはｔ（ｍｍ）であり、その上部をブレード支持板金８ｃに保持され、自由長Ｌ（ｍｍ）がブレード支持板金８ｃから突き出している。クリーニングブレード８aは、感光ドラム２上の点Ｂで感光ドラム２に接しており、ブレード支持板金８ａの延長線と感光ドラム２が交差する点でのブレード支持板金８ｃの延長線と感光ドラム２上の接線とのなす角をクリーニング弾性部材の前記像担持体に対する設定角θと定義し、θは１５°から４０°が好ましく、更には２０°から３０°が好ましい。θが１５°を下回るとトナーのすり抜けが発生し易くなり、４０°を上回ると鳴きやクリーニングブレード８ａの反転等が発生し易くなるからである。

クリーニングブレード８ａは、１２０mN/cm以上４９０mN/cm以下の線圧で感光ドラム９に当接されている。１２０mN/cm未満の線圧では、トナーのすり抜けが発生し、４９０mN/cmを超える線圧では、クリーニングブレード８ａの反転が発生するためである。

クリーニングブレード８ａは、ウレタンゴムを主体とした弾性ブレードであり、その弾性変形率Ｗｒ（％）は前述した感光体の弾性変形率Ｗｅの測定方法と同じ測定方法で測定したものである。従来、クリーニングブレードの弾性を示す指標としては、反発弾性率（ＪＩＳ−Ｋ６３０１）があるが、これはブレード全体のゴム弾性としての指標であり、ブレード全体の挙動（例えば鳴き等）との対応はつき易いが、クリーニングニップ部でのエッジのスティックスリップやそれに伴う粒子の抜け等を考える場合には、微小な弾性を測定する弾性変形率との対応がより望ましい。

動摩擦係数、動摩擦偏差
本発明における動摩擦偏差係数や摩擦係数といった摩擦特性の測定は、下記のような装置、方法で行った。

図４に摩擦特性評価装置の概要を示す。

試料である感光体２０を、駆動系（不図示）により、矢印Ｒ１１方向に所定の面速度（周速度）で回転駆動する。感光体２０の周囲には、クリーニング部材２１を所定の当接角αで固定したホルダー２２、帯電器２３、露光系２４、現像器２５が適宜な角度で配置される。

ホルダー２２は、バランスアーム２６により、無負荷の状態で水平にて感光体２０に当接するように調整される。さらにホルダー２２は、上皿２７を有し、ここに当接圧用の負荷を加える。さらに、ホルダー２２には荷重変換器２８が設置され、同図の左右方向にかかる力を検出する。さらに、荷重変換器２８は動歪みアンプ（新東科学製ＨＥＩＤＯＮ ３Ｋ−８４Ａ）を介して、オシロスコープ、コンピュータ等２９へと接続される。

まず、感光体表面が実機使用状態に近づけるため、前述したＣローラを感光体表面に接触させて回転させると同時にＣローラに実機同等の帯電バイアスを印加して５分間回転させて感光体表面をエージングする。その後、長さ５０ｍｍの弾性クリーニング部材２１に負荷を載せ、当接圧を調節した後、弾性ブレードの感光体への当接角度や、当接面が感光体に傾きや感光体から浮いていることがないようにブレードを調整し、感光体と弾性ブレードとの当接面に実機使用上で用いるトナーを弾性ブレードの長さ全体に均一に介在するように感光体上に前述したトナーを載せた後に弾性ブレードを感光体２０に当接させる。更に、駆動系(不図示)より、感光体２０を所定の速度(画像形成で用いるプロセススピード)で５秒間、回転させ、回転開始時、及び回転までの荷重変換器１４にかかる力を摩擦力として動歪みアンプ、オシロスコープ等２９の機器により検出する。

図５（Ａ）に、検出された摩擦力の例を示す。横軸に時間、縦軸に摩擦力を取っている。抗力、すなわち負荷を持ってクリーニング部材２１が感光体２０に当接された状態で、感光体２０とクリーニング部材２１が所定の相対速度で駆動されるとき、駆動開始時の直前には、摩擦力は最大の最大静止摩擦力となる。そして、その後の定常回転時（定常駆動時）には、ほぼ一定の範囲でばらつく摩擦力となる。ここで定常回転での平均値を動摩擦力という。

感光体２０とクリーニング部２１の表面粗さ、凝着等の表面状態により、定常回転時において、必ずしも摩擦力は動摩擦力に安定しておらず、微少な変動を伴う。この定常回転時、すなわち動摩擦力が作用するときのその摩擦力のばらつきとして、動摩擦力の標準偏差（動摩擦偏差）を算出した。

さらに、抗力としてホルダー２１に付随の上皿２７の負荷を変化させ、最大静止摩擦力、動摩擦力、及び動摩擦偏差の、負荷依存性を評価する。クリーニング部材２１としてブレード状の部材を使用し、その当接部の長さ当たりの当接圧と、摩擦係数や最大静止摩擦力、動摩擦力、動摩擦偏差の相関の一例を図５（Ｂ）に示す。最大静止摩擦力、動摩擦力、動摩擦偏差の傾きを、それぞれ静止摩擦係数、動摩擦係数、動摩擦偏差係数とする。

前述のように、動摩擦偏差係数はクリーニング部材２１の当接部の摩擦の変動を意味し、この動摩擦偏差係数が小さいということは、クリーニング部材２１と感光体２０との当接部が、クリーニング部材２１のバタツキや引っかかりなどの無い、スムーズな摺擦がなされていることを示す。

また、摩擦係数は、前述のように、クリーニング性や耐久性や設計上のラチチュードに関わる特性である。

摩擦評価装置を使用する環境は、温度２５℃、相対湿度５０％を基準とする。

なお、摩擦評価装置の形態は、本実験例のものに制限されるものではなく、上述の原理を実現できるものであれば任意のものを使用することができる。摩擦力の評価用に周知のピエゾ素子の歪みゲージなどを使用してもよいし、また、例えばクリーニング部材２１を周知の画像形成装置に組み込んで実験を行うようにしてもよい。

感光ドラムとトナーとクリーニングブレード関係
本発明では、高画質、高安定性のために、ユニバーサル硬度ＨＵが１５０N/mm²以上２２０N/mm²以下であり、かつ、弾性変形率が５０％以上６５％以下である電子写真感光体を用いており、他方、クリーニングブレードは、上述したようにウレタンゴムを主成分としておりゴムとしての弾性を有し、この弾性を有するクリーニングブレードが感光ドラム表面に対してそのエッジ部をカウンター方向にして当接し、転写残トナー等をクリーニングしている。また、感光ドラム上に形成された静電潜像に対する再現性を向上させるため、重量平均粒径が４.０〜７.０μｍ、平均円形度が０.９５０〜０.９９０、凝集度が５〜４０％のトナーを使用している。

通常、上記のようなドラムを使いこなそうとする場合、特にAC+DCの接触帯電にて帯電する帯電ローラを使用し、且つ、クリーニングブレード単体でクリーニングを達成しようとすると、感光ドラム２が殆ど摩耗しないためクリーニングブレードが振動したり、反転し易く、更に他方、上記のように粒径が小さく、円形度が高く、凝集度の低いトナーを使いこなす場合は、クリーニングブレードからのトナーのすり抜けが厳しい。

そこで、感光ドラムとクリーニングブレード両者において弾性特性を有していること、及び粒径が小さく、球形度が高く、凝集性の高いトナーを介したときの摩擦特性に着目し、これらの関係や、クリーニングブレードのゴムとしても特性を、ゴム物性だけではなく、その使う上での条件を検討することにより、安定したクリーニングができるようになった。

以下、実施例に沿って説明する。

感光ドラム２としては、以下のようにして作成した。６０φのアルミニウムシリンダーを硬度試験用と実機テスト用とを用意する。導電層用の塗料を以下の手順で調製した。１０％の酸化アンチモンを含有する酸化スズで被覆した導電性酸化チタン粉体５０部（質量部、以下同様）、フェノール樹脂２５部、メチルセロソルブ２０部、メタノール５部及びシリコーンオイル（ポリジメチルシロキサンポリオキシアルキレン共重合体、平均分子量３０００）０．００２部をφ１ｍｍガラスビーズを用いたサンドミル装置で２時間分散して調製した。この塗料をシリンダー上に浸漬コーティング法で塗布し、１４０℃で３０分乾燥して、膜厚が２０μｍの導電層を形成した。

次に、Ｎ−メトキシメチル化ナイロン５部をメタノール９５部中に溶解し、中間層用塗料を調製した。この塗料を前記の導電層上に浸漬コーティング法で塗布し、１００℃で２０分間乾燥して、膜厚が０．６μｍの中間層を形成した。

次に、ＣｕＫαのＸ線回折におけるブラック角２θ±０．２の９．０度、１４．２度、２３．９度及び２７．１度に強いピ−クを有するオキシチタニウムフタロシアニンを３部、ポリビニルブチラ−ル（商品名エスレックＢＭ２、積水化学（株）製）３部及びシクロヘキサノン３５部をφ１ｍｍガラスビ−ズを用いたサンドミル装置で２時間分散して、その後に酢酸エチル６０部を加えて電荷発生層用塗料を調製した。この塗料を前記の中間層の上に浸漬コーティング法で塗布して５０℃で１０分間乾燥し、膜厚が０．２μｍの電荷発生層を形成した。

電荷発生層を形成した後、下記構造式（４）のスチリル化合物を１０部

及び下記構造式（５）の繰り返し単位を有するポリカーボネート樹脂１０部を

（Ｍｖ≒２００００）
モノクロロベンゼン５０部及びジクロロメタン３０部の混合溶媒中に溶解し、電荷輸送層用塗布液を調製した。この塗布液を前記の電荷発生層上に浸漬コーティング法で塗布し、１２０℃で１時間乾燥することによって膜厚が２０μｍの電荷輸送層を形成した。

次いで、構造式（３）の正孔輸送性化合物６０部をモノクロロベンゼン５０部及びジクロロメタン５０部の混合溶媒中に溶解し保護層用塗料を調製した。この保護層用塗料には、フッ素原子含有樹脂粒子として４フッ化エチレン樹脂を保護層の全質量に対して３０％含有させた。

この塗布液を前記の電荷輸送層上に浸漬コーティング法で塗布し、酸素濃度１０ｐｐｍの雰囲気下で加速電圧１５０ｋＶ、照射線量５０ＫＧｙの条件で電子線を照射した。その後引き続いて、同雰囲気下で感光体の温度が１００℃になる条件で１０分加熱処理を行い、更に硬化度を上げるため、空気中で１４０℃になる条件下で１時間加熱処理を行い、膜厚５μｍの保護層を形成し、電子写真感光体を得た。

硬度試験用の感光体を２５℃、湿度５０％の環境下に２４時間放置した後、前述した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、ＨＵ及び弾性変形率を求めると、ＨＵ（ユニバーサル硬さ値）が１９０N/mm²、Ｗｅ（弾性変形率）が５０％であった。

次に、ここで使用したトナーについて説明する。

重量平均粒径が６.１μｍ、平均円形度が０.９８５、凝集度１０％の重合トナーを用いてクリーニング性を評価した。このように平均円形度が高い重合トナーは凝集度が小さく、非常にすり抜け易い特性を示す。

そして、重量平均粒径が４.０μｍより小さくなると、粉体としての取り扱いが非常に困難になり、すり抜け等が悪化してきてしまう。他方、重量平均粒径が７.０μｍを超えると、クリーニングニップ部に形成されている外添剤やトナーの微紛成分で形成され、クリーニング安定性を確保している阻止層に供給されるトナーの微紛成分が減少するため、クリーニングが不安定になりやすくなることがある。

また、平均円形度が０.９５０未満では、転写効率（特に多重転写や二次転写）が低下し始め、逆に０.９９０を超えると、トナー自身が非常に良く転がるためクリーニングでのすり抜け等が厳しくなる。

また、この系で使用するクリーニングブレードとしては、ウレタンゴムを主成分とする板状で、自由長Ｌが５ｍｍ、厚みｔが２ｍｍのクリーニングブレードを数種類用意し、前述した摩擦評価装置でその摩擦特性を調べた結果の代表例が図６である。

図６から、動摩擦偏差の大小、及び、クリーニングブレードの実機設定圧２００mN/cm（本実施例で使用される画像形成装置における値）での動摩擦偏差の設定圧に対する傾きの変化等が見受けられる。

そこで、これらの動摩擦偏差の特性が、実際のクリーニング特性とどのように対応するかを調べるため、前述した画像形成装置を用いて、高温高湿環境下（３０℃、８０％）と低温低湿環境下（１５℃、１０％）で文字写真混合チャートで５０００枚の画像形成評価を行った結果と、図６の結果を併記したのが表１（Ａ）〜（Ｃ）である。

表１（Ａ）より、ブレードＡ、Ｂについは、実機評価にてブレード鳴きやブレード捲れが発生してしまっていることが分かる。これは、設定圧での動摩擦偏差が１３０〜１５０mN/cmと大きくなっているため、ブレードと感光体との回転当接時に動摩擦の大きな変動、つまり、ブレードの振動、ビビリ、鳴きが発生していると考えられる。これに対して、ブレードＣ、Ｄでは設定圧での動摩擦偏差が１１０から１２０mN/cmでは、ブレード鳴きは発生していない。同様なことが、ブレードＤからＪにも言える。ここから、設定圧での動摩擦偏差は１２０mN/cm以下が好ましいことが分かる。

また、ブレードＣ、Ｄにおいては動摩擦偏差が約１１０から１２０mN/cmとほぼ同じであるが、ブレードＣは当接圧に対して動摩擦偏差がリニアに増加しているのに対して、ブレードＤでは、設定圧近辺で急激に動摩擦偏差が立ち上がっている。これに呼応して、実機評価においてブレードＣでは特に問題が無いのに対して、ブレードＤではブレード捲れが発生している。これは、実際のクリーニング条件下では、感光体上の転写残やカブリトナーの偏在や、感光体の偏心における当接圧の変動などにより絶えず、クリーニングブレードと感光体当接圧や状態が常に変化しており、例えばブレードＤのように当接圧近辺において、当接圧が変動（特に増加）した場合、急激に動摩擦が増大して、その変化にクリーニングブレードが追従しきれずに捲れに至ると考えられる。

このことから、ブレード捲れに対応する指標として設定圧の前後１０％の間における動摩擦偏差係数の大きさを規定すると対応が取りやすく、例えばブレードＣでは、当接圧の前後１０％の間における動摩擦偏差係数は０．８であるのに対して、ブレードＤでは１．６と大きくなっていおり、このような場合に、上記のように捲れが発生すると考えられる。

表１（Ａ）のデータを設定圧±１０％での動摩擦偏差係数に着目して、データを整理し直したのが表１（Ｂ）であるが、これより、動摩擦偏差係数が１．５以下でブレード捲れが発生しないことが分かる。

また、ブレードＥやＦのように、動摩擦偏差が４０から５０と低く、また、動摩擦偏差係数が０．２以下と小さい場合は、ブレード摩擦が小さく、且つその変動も小さくてクリーニングに好ましそうであるが、本発明にあるように、高硬度表面を有する感光体と粒径が小さく、球形で、流動性が高いトナーをクリーニングする場合には、ブレード鳴きや捲れは発生しないが、ブレードと感光体の摩擦が小さすぎて、すり抜けが発生してしまっている。

これは、動摩擦の変動が少ないことを示し、所謂、ブレードの振動等によるすり抜けではなく、寧ろ感光体とクリーニングブレードとの当接状態が弱いため、トナーを塞き止める摩擦力が発生していないことを示している。ブレードの当接圧としては、全てのブレードにおいて同じ設定にしているが、ブレードの変形等による撓みが発生して、実質的なクリーニングニップ部でのミクロな当接圧が不足していると見られる。

同様に、表１（Ａ）のデータをブレードの弾性変形率Ｗｒを基準にデータを並べ替えたのが、表１（Ｃ）である。

ブレードＥとＦの弾性変形率Ｗｒが７３％、８５％と他のブレードより低いことに対応して動摩擦偏差係数も小さくなり、上述したようにすり抜けが発生しており、すり抜けを抑えるには、ブレードの弾性変形率Ｗｒを９０％以上とすれば良いことが分かる。但し、ブレードＩのように、ブレードの弾性変形率Ｗｒが９６％と高くても、動摩擦偏差係数が前述した値を下回るとき、すり抜けが発生している。これはブレードの弾性変形率Ｗｒのみですり抜けを規定できないことを示している。

以上のことから、トナーをすり抜けないように塞き止めるには、ブレードの弾性変形率Ｗｒ及び動摩擦偏差係数が寄与しており、動摩擦偏差係数を０．３以上にし、且つ、ブレードの弾性変形率Ｗｒを９０％以上にする必要がある。

また、ブレードの振動、ビビリ、鳴き等を防止するには、設定圧での動摩擦偏差を１２０mN/cm以下にすればよいことが分かる。更に、ブレードの捲れを防止するには、設定圧±１０％での動摩擦偏差係数を１．５以下にすれば良いことが分かる。

以上のように、高硬度で高弾性な感光ドラムを、AC+DCバイアスを使用して帯電ローラで接触帯電させ、粒径が小さく、球形で、流動性の高いトナーをクリーニングするとういう、クリーニングにとって困難な条件下でも、設定圧での動摩擦偏差の大きさの上限を１２０mN/cmに、そして、設定圧の前後１０％内での動摩擦偏差係数の範囲を０．３〜１．５に、ブレードの弾性変形率Ｗｒを９０％以上に設定することによりブレードのビビリ、振動や捲れ、トナーのすり抜け等の発生しない安定したクリーニングを達成することができた。

本実施例では、感光ドラムとクリーニングブレード、及びトナー間の動摩擦特性と、自由度の高いクリーニングブレードの形状に着目してそのブレード全体としての特性を好ましくなるように検討したものである。

使用した感光層としては、実施例１とほぼ同じものであるが、保護層用塗料中におけるフッ素原子含有樹脂粒子として４フッ化エチレン樹脂を保護層の全質量に対して３質量％にした。これを感光ドラム２としてＨＵ及び弾性変形率Ｗｅを求めると、ＨＵ（ユニバーサル硬さ値）が２００N/mm²、Ｗｅ（弾性変形率）が５８％であった。

また、本実施例ではクリーニングブレードの自由長Ｌと厚さｔを変化させて、実施例１同様の画像形成装置、及び摩擦測定装置を用いて評価した。トナーとしては、重量平均粒径が６.５μｍ、平均円形度が０.９６、凝集度３０％の粉砕トナーを用いてクリーニング性を評価した。粉砕トナーであってもこのように平均円形度を高くした場合、凝集度が小さく、非常にすり抜け易い特性を示す。

本実施例で使用したクリーニングブレードは実施例１で使用したブレードＣであり、ゴム硬度は７７度弾性変形率Ｗｒは９８％であり、当接圧は２００mN/cmである。

表２には、上記条件で、動摩擦偏差、係数の測定及び各々について、実施例１と同様に実機評価を行った。各欄での○、×表記は実機テストでクリーニングブレードの鳴きや捲れ、すり抜け等の発生の有無（発生した場合×、未発生の場合○とした）と、その次に動摩擦偏差を、その次に動摩擦偏差係数を記入している。

表２では自由長Ｌ(mm)と厚みｔ(mm)を各々変化させて調べた結果であり、両者に相関がありそうなので、表３にｔ／Ｌをパラメータにしてデータを整理し直した結果を示す。この結果よりｔ／Ｌが０.３〜０.６の間で安定したクリーニングができたことを示している。

このｔ／Ｌは厚みｔに対する自由長Ｌの比であり、カウンターで当接しているクリーニングブレード８ａの感光ドラム２の回転方向に対するゴムとしての剛性を示すパラメータであると考えられる。

ｔ／Ｌが０．３より小さいと、クリーニングブレード８ａの感光ドラム２の回転方向における剛性が低下して、クリーニングブレード８ａがクリーニングニップ部での負荷に負けて、振動したり反転したりするからであり、逆にｔ／Ｌが０．６より大きいと、剛性が高すぎてクリーニングブレードの振動や反転は発生しないが、トルクが上がりすぎたり、感光ドラム２に局所的な傷をつけてしまい×であった。

ｔ／Ｌがクリーニングブレードの感光ドラム２の回転方向に対するゴムとしての剛性を示すパラメータとあることは、ｔ／Ｌが増大するに連れて、動摩擦偏差や動摩擦偏差係数が増大していることからも裏付けられ、この結果より、ｔ／Ｌの値が０.３〜０.６に適正範囲が有り、動摩擦偏差が１２０mN/cm以下にすることが望ましいことが分かる。

しかしながら、動摩擦偏差が５０mN/cmと１２０mN/cm以下でも、例えば、ブレードの厚みｔが１．６ｍｍ、自由長Ｌが３ｍｍの場合、ブレードの捲れが発生してしまい実機評価では×であるデータがある。

これについては、動摩擦偏差自体が小さくても、動摩擦偏差係数が大きい、つまり、設定圧近辺での設定圧変動に対する動摩擦変動が急激な変化を起こすため、捲れに至ってしまうと考えられ、このことから、動摩擦偏差係数が１．５以下である必要が分かる。

また、同様に、自由長Ｌが大きく、ブレード厚みｔが小さい場合、動摩擦偏差が１０〜３０mN/cmにおいてクリーニング評価で×（トナーすり抜け）となっているデータについては、動摩擦偏差が小さいことは摩擦の変動が小さくて良好なはずではあるが、動摩擦変動係数も０．３よりも小さくなっている。このことは、本来、クリーニングブレードへ供給されるトナー（転写残やカブリなど）の偏在や、感光ドラムの偏心等で常に、クリーニングブレードと感光体の接触状態が変化するはずであるのに、それらの変動を受けていないことを示しており、裏を返せばマクロ的には、ブレード設定圧で加圧されてはいるが、ブレードの撓み等により、ミクロな感光体表面とブレードの接触部に十分な圧が係っていないことを示し、このため実機評価にあったようにすり抜けが発生したものと考えられる。

従って、この結果より良好なクリーニング性能を示す動摩擦偏差としては１２０mN/cm以下で、且つ、動摩擦偏差係数が０．３〜１．５であることが分かる。

ここで、クリーニングブレードの厚さｔ及び自由長Ｌについて、上記のｔ／Ｌを満足しながらも、厚みｔとしては２．０ｍｍ〜４．０ｍｍが好ましい。厚みｔが２．０ｍｍ未満ではゴム自身が薄すぎて絶対値としてドラム回転方向のクリーニングニップ部での負荷に耐えられず、クリーニングブレード８aの反転が起きてしまうからであり、逆に厚みｔが４．０ｍｍを超えると、剛性が高すぎてクリーニングブレード８ａの振動や反転は発生しないが、トルクが上がりすぎて、局所的な傷をつけてしまうからである。

また、自由長Ｌにおいても、４．０ｍｍ〜８．０ｍｍが好ましい。自由長Ｌが４．０ｍｍ未満では、感光ドラム２との摺擦で摩擦やトルクに振動や偏差が局所的に大きくなった場合、自由長Ｌ部分でその変動を吸収しきれずに感光ドラム２やクリーニング容器等へその振動を伝播させて、画像ムラ等を発生させる危険があるためであり、逆に自由長Ｌが８ｍｍを超えると、応力に対するブレードエッジの変位幅が増大したり、永久歪が拡大したりするからである。

以上、クリーニングブレードの弾性変形率Ｗｒと動摩擦偏差及び動摩擦偏差係数の関係を実施例１で、更に、クリーニングブレードの形状（自由長と厚み）について実施例２で代表的な例を説明してきたが、クリーニングブレードの弾性変形率Ｗｒとクリーニングブレードのクリーニングブレードの形状（自由長と厚み）は両者の範囲内において満足していた。

また、感光体の弾性変形率Ｗｅが大きくなるほど、適切な動摩擦偏差及び動摩擦偏差係数は大きくなる傾向に有り、トナーの凝集性が下がると動摩擦偏差及び動摩擦偏差係数の適切な範囲は小さい方向へ、逆に、トナーの凝集性が上がるほど動摩擦偏差及び動摩擦偏差係数の適切な範囲が大きい方向にずれていくが、本発明で示した範囲内であれば、良好なクリーニング性能を維持できる。

従って、本実施例のように、クリーニングブレードと感光体及びトナーの介在する状態での摩擦特性を最適化することにより、高硬度で高弾性な感光ドラム２を、AC+DCバイアスを使用して帯電ローラで接触帯電させ、クリーニングブレード単体で、安定的にクリーニングを行わせることができた。

これまでの説明では、この発明が接触帯電、二成分非磁性トナー、中間転写体構成の画像形成装置で説明してきたが、これらの画像形成方法や装置に拘束されることなく、感光体、トナー、クリーニング以外については、特に制約されず、公知の様々な方法、手段、装置にも適応できる。

本発明を説明するためのクリーニング装置の概略断面図。 本発明を好適に実施する画像形成装置の概略構成断面図。 フィシャースコープＨ１００Ｖ（H.Fischer社製）の出力チャートの概略図。 摩擦特性評価装置の一例を示す概略構成図。 （Ａ）摩擦特性評価で得られるデータの例を示す図。（Ｂ）摩擦特性評価についての用語を説明するための図。 実施例１での動摩擦偏差、動摩擦偏差係数の測定結果を示す図。

符号の説明

１…画像形成装置
２…像担持体
８…クリーニング装置
８ａ …クリーニングブレード
Ｌ … ブレードの自由長
ｔ … ブレードの厚さ
２１…クリーニング部材
２２…ホルダー
２６…バランスアーム
２８…荷重変換器

Claims (8)

1. 電子写真感光体と、該感光体表面を帯電する帯電手段と、帯電後の該感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、該静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、該トナー像を該感光体表面から被転写部材に転写する転写手段と、転写後の該感光体表面に残った転写残トナーを除去するクリーニング手段とを有する画像形成装置において、
   該感光体は、少なくても導電性支持体上に感光層及び表面層を有し、該表面層は、同一分子内に一つ以上の連鎖重合性官能基を有する正孔輸送性化合物及び該正孔輸送性化合物を重合、硬化したものの一方または両方を含有し、少なくても熱、光、放射線の何れかにより硬化されたものであり、該表面層は２５℃、湿度５０％の環境下で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で押し込んだときのＨＵ（ユニバーサル硬さ値）が１５０N/mm²以上２２０N/mm²以下であり、且つ弾性変形率Ｗｅが５０％以上６５％以下であり、
   該クリーニング手段が、該感光体表面に当接させたクリーニング部材によって該感光体表面の転写残トナーを除去するものであり、該感光体と該クリーニング部材間の当接長手方向の単位長さ当たりに加える力を当接線圧とするとき、
   画像形成工程中の該感光体表面と該クリーニング部材との間に作用する、該当接線圧での動摩擦偏差が１２０mN/cm以下であり、且つ動摩擦力の標準偏差である動摩擦偏差の該当接線圧の前後１０％における該当接圧の変化に対する変化率である動摩擦偏差係数が０．３〜１．５であることを特徴とする画像形成装置。
2. 該トナーの重量平均粒径が４.０〜７.０μｍで、平均円形度が０．９５０〜０．９９０、凝集度が５〜４０％であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 該帯電手段が、電子写真感光体に接触して帯電を行う接触帯電手段であることを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 該帯電手段に、AC+DCバイアス電圧が印加されることを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 該クリーニング部材の弾性変形率をＷｒ（％）とするとき、Ｗｒが９０％以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 該クリーニング部材の厚みをｔ(mm)、自由長をＬ(mm)とするとき、０.３≦ｔ／Ｌ≦０.６であることを特徴とする請求項５記載の画像形成装置。
7. ２.０≦ｔ≦４.０、４≦Ｌ≦８であることを特徴とする請求項６記載の画像形成装置。
8. 前記クリーニング部材の前記感光体への当接圧が１２０〜４９０mN/cmであることを特徴とする請求項７記載の画像形成装置。

Images