JP4037793B2

JP4037793B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4037793B2
Application number: JP2003139078A
Authority: JP
Inventors: 久幸内海; 功太郎福島
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2023-05-16
Also published as: JP2004341327A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば複写機などの電子写真方式の画像形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置は、複写機だけでなく、近年需要の伸びの著しいコンピュータ等の出力手段であるプリンターなどにも広く利用されるに至っている。電子写真方式の画像形成装置では、装置に備わる電子写真感光体の感光層を、帯電器によって一様に帯電させ、画像情報に対応するたとえばレーザ光などによって露光し、露光によって形成される静電潜像に対してトナーと呼ばれる微粒子状の現像剤を現像器から供給してトナー画像を形成する。
【０００３】
電子写真感光体の表面に現像剤の成分であるトナーが付着することによって形成されたトナー画像は、転写手段によって記録紙などの転写材に転写されるけれども、電子写真感光体表面のトナーがすべて記録紙に転写して移行されるのではなく、一部が電子写真感光体表面に残留する。このような電子写真感光体表面の残留トナーは、形成される画像の品質に悪影響を及ぼすので、クリーニング装置によって除去される。
【０００４】
このような電子写真方式の画像形成装置は、近年、モノクロにとどまらずカラー出力手段としても利用されるに至っており、形成される画像の高品質化への要求が一段と高まっている。このような要求にも関らず、高画質化を阻む要因の１つに、クリーニング不良がある。ここで、クリーニング不良とは、転写工程で電子写真感光体から転写材に転写されずに、電子写真感光体表面に残った残留トナーが、クリーニング工程ですべて除去されずに一部がさらに残留し、以降のサイクルの画像形成プロセスに影響を与える現象である。より具体的には、画像上における電子写真感光体の回転方向へのトナー漏れすじの発生や白地かぶりの発生する現象をいう。
【０００５】
クリーニング不良の現象は、トナー粒子の性状と電子写真感光体の表面性状とが関係する相互付着力が作用因子として考えられる。したがって、電子写真感光体のクリーニング性を向上するためには、電子写真感光体自体の表面性状に着目したクリーニング性の制御が必要不可欠である。
【０００６】
電子写真感光体のクリーニングとは、電子写真感光体表面と、付着している残留トナーとの間の付着力を超える力を、残留トナーに作用させて電子写真感光体の表面から除去することである。したがって、電子写真感光体表面の濡れ性が低いほどクリーニングし易いということができる。電子写真感光体表面の濡れ性すなわち付着力は、表面自由エネルギー（表面張力と同義）を指標として表すことができる。表面自由エネルギー（γ）とは、物質を構成する分子間に作用する力である分子間力が最表面において起こす現象である。
【０００７】
電子写真感光体の表面にトナーが固着、融着して転写材に転写されずに残留したトナーが、帯電からクリーニングに至る工程を繰返し経ているうち、電子写真感光体の表面に被膜状に広がる現象は、濡れ性のうち「付着濡れ」に相当する。
【０００８】
図４は、付着濡れの状態を例示する側面図である。図４に示す付着濡れにおいて、濡れ性と表面自由エネルギー（γ）との関係は、Ｙｏｕｎｇの式（１）によって表される。
γ_１＝γ_２・ｃｏｓθ＋γ_１２ …（１）
ここで、γ_１：物質１表面の表面自由エネルギー
γ_２：物質２表面の表面自由エネルギー
γ_１２：物質１と物質２との界面自由エネルギー
θ：物質１に対する物質２の接触角
【０００９】
式（１）より、物質１に対する物質２の濡れ性の低減、すなわちθを大きくして濡れにくくすることは、電子写真感光体と異物との濡れ仕事に関連する界面自由エネルギーγ_１２を大きくし、各表面自由エネルギーγ_１およびγ_２を小さくすることによって達成される。
【００１０】
式（１）において、電子写真感光体の表面へのトナーの付着を考える場合、物質１を電子写真感光体、物質２をトナーとすればよい。したがって、実際の電子写真感光体をクリーニングする場合、電子写真感光体の表面自由エネルギーγ_１を制御することにより、式（１）右辺の濡れ性すなわち電子写真感光体に対するトナーの付着状態を制御することができる。
【００１１】
そこで電子写真感光体の表面状態を規定する従来技術には、純水との接触角を用いるものがある（たとえば、特許文献１参照）。しかしながら、固体と液体との濡れに関しては、前述の図４に示すようにその接触角θを測定することができるけれども、電子写真感光体とトナーとのように、固体と固体との場合には、接触角θを測定することができない。したがって前述の従来技術は、電子写真感光体表面と純水との間における濡れ性については適用できるけれども、トナーの固体に対する濡れ性およびクリーニング性との関係については充分に説明することができない。
【００１２】
固体同士の間における濡れ性は、固体と固体との間の界面自由エネルギーによって表すことができる。固体と固体との間の界面自由エネルギーについては、非極性な分子間力について述べたＦｏｒｋｅｓ理論を、さらに極性、または水素結合性の分子間力による成分まで拡張できるとされている（非特許文献１参照）。この拡張Ｆｏｒｋｅｓ理論によれば、各物質の表面自由エネルギーは２〜３成分で求められる。前述の電子写真感光体表面に対するトナーに該当する付着濡れの場合における表面自由エネルギーについては、３成分で求めることができる。
【００１３】
以下固体物質間における表面自由エネルギーについて説明する。拡張Ｆｏｒｋｅｓ理論では、式（２）に示す表面自由エネルギーの加算則が成立つものと仮定する。
γ＝γ^ｄ＋γ^ｐ＋γ^ｈ …（２）
ここで、γ^ｄ：双極子成分（極性による濡れ）
γ^ｐ：分散成分（非極性の濡れ）
γ^ｈ：水素結合成分（水素結合による濡れ）
【００１４】
式（２）の加算則をＦｏｒｋｅｓ理論に適用すると、ともに固体である物質１と物質２との間の界面自由エネルギーγ_１２は、式（３）のように求められる。

ここで、γ_１：物質１の表面自由エネルギー
γ_２：物質２の表面自由エネルギー
γ_１ ^ｄ，γ_２ ^ｄ：物質１，物質２の双極子成分
γ_１ ^ｐ，γ_２ ^ｐ：物質１，物質２の分散成分
γ_１ ^ｈ，γ_２ ^ｈ：物質１，物質２の水素結合成分
【００１５】
被測定対象の固体物質における前述の式（２）に示す各成分の表面自由エネルギー（γ^ｄ，γ^ｐ，γ^ｈ）は、各成分の表面自由エネルギーが既知である試薬を使用し、その試薬との付着性を測定することによって算出できる。したがって、物質１および物質２のそれぞれについて、各成分の表面自由エネルギーを求め、さらに各成分の表面自由エネルギーから式（３）によって物質１と物質２との界面自由エネルギーを求めることができる。
【００１６】
このようにして求められる固体と固体との間の界面自由エネルギーの考え方に基づいて、光導電層がアモルファスＳｉ系で構成される電子写真感光体の表面自由エネルギー（γ）を３５〜６５ｍＮ／ｍまたは３５〜５５ｍＮ／ｍ、トナーの平均粒径を３〜１１μｍまたは４〜１０μｍに規定することによって、電子写真感光体のクリーニング性と耐久性とを改善することが、従来技術として開示されている（たとえば、特許文献２〜４参照）。
【００１７】
また光導電層が有機感光材料で構成される電子写真感光体についても、表面自由エネルギーを３５乃至６５ｍＮ／ｍの範囲に規定することによって、電子写真感光体表面のクリーニング性を向上し、長寿命化の実現されることが、従来技術として開示されている（特許文献５参照）。
【００１８】
しかしながら、本発明者らの調査によれば、従来技術に開示される範囲である３５〜６５ｍＮ／ｍの表面自由エネルギー（γ）を有する電子写真感光体を用いて、たとえば記録紙に対して実際に画像形成する実写性能試験を行ったところ、電子写真感光体表面において、紙粉などの異物との接触によると思われる傷の発生が確認された。またその傷に起因するクリーニング不良によって、記録紙に転写した画像上に黒スジが発生することを確認した。
【００１９】
さらに、特許文献５に開示される従来技術においては、電子写真感光体の耐久にともなう表面自由エネルギーの変化量（Δγ）を規定しているけれども、電子写真感光体の初期特性たとえば表面自由エネルギー（γ）を規定することによっては変化量Δγを定められないこと、また画像形成する際の環境や転写材の材質などの諸条件に依存して変動量Δγが変化することを考慮すると、実際の電子写真感光体の設計において、変動量Δγは不確定な要素を多分に含み設計基準として適さないという問題がある。
【００２０】
形成される画像の高品質化および高解像度化に関する従来技術には、磁性トナー粒子の体積平均粒子径を４〜９μｍに規定し、電子写真感光体の最表面層に特定の無機粒子を含有させるとともに、その表面粗さＲｚを０．１〜１．０μｍに規定するもの（特許文献６参照）、またトナーの重量平均粒径を５〜１０μｍ、キャリアの重量平均粒径を１５〜４５μｍに規定し、電子写真感光体の表面摩擦係数と磁気ブラシの動摩擦係数との関係を規定するもの（特許文献７参照）がある。
【００２１】
しかしながら、特許文献６および特許文献７には、前述したような小粒径化に伴うクリーニング性能低下に対する解決技術についてはまったく開示されていない。また特許文献６に開示される技術では、特定の無機微粒子を最表面に分散させた電子写真感光体を準備しなければならないので、生産性の観点において問題がある。
【００２２】
さらに他の従来技術には、シロキサン系樹脂層が表面保護層として設けられた電子写真感光体の表面自由エネルギーを４０〜８０ｍＮ／ｍとし、トナーの平均粒径を４〜１２μｍとし、さらにトナーの平均帯電量を規定することによって、クリーニング性を改善し、安定して高品質の画像を得ることが提案されている（特許文献８参照）。しかしながら、特許文献８に開示される技術では、電子写真感光体の表面に保護層が設けられるので、感度、帯電安定性において実用上充分な特性を得ることができず、また生産効率が悪いという問題がある。
【００２３】
【特許文献１】
特開昭６０−２２１３１号公報
【非特許文献１】
北崎寧昭、畑敏雄外；「Ｆｏｒｋｅｓ式の拡張と高分子固体の表面張力の評価」、日本接着協会誌、日本接着協会、１９７２年、Ｖｏｌ．８、Ｎｏ．３、ｐ．１３１−１４１
【特許文献２】
特開２００２−１３１９５７号公報
【特許文献３】
特開２００２−２２９２３４号公報
【特許文献４】
特開２００２−３０４０２２号公報
【特許文献５】
特開平１１−３１１８７５号公報
【特許文献６】
特開平９−１５２７７５号公報
【特許文献７】
特開２００２−２０７３０４号公報
【特許文献８】
特開２００１−２７２８０９号公報
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、トナーの平均帯電量および電子写真感光体表面の表面自由エネルギーの範囲を規定することによって、電子写真感光体のクリーニング性に優れるとともに、高品質および高解像度の画像を形成することのできる画像形成装置を提供することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、画像情報に対応する光によって露光されて静電潜像の形成される感光層を有する電子写真感光体と、電子写真感光体の感光層の表面に現像剤に含まれるトナーを供給することによって静電潜像を現像しトナー画像を形成する現像手段と、前記トナー画像を記録媒体である転写材に転写する転写手段と、トナー画像の転写材への転写後に電子写真感光体の表面に残留する残留トナーを除去するクリーニング手段とを備える画像形成装置であって、
前記現像剤に含まれるトナーの平均帯電量が、１０μＣ／ｇ以上、３０μＣ／ｇ以下であり、
前記感光層に、所定の電荷輸送物質およびポリカーボネート樹脂を所定の含有比率で含有させるとともに、塗布後に所定の乾燥温度で乾燥させることにより、前記電子写真感光体の感光層表面の表面自由エネルギー（γ）が、２０ｍＮ／ｍ以上、３５ｍＮ／ｍ以下であることを特徴とする画像形成装置である。
また本発明の画像形成装置は、前記感光層に、フッ素系材料を所定の含有比率で含有させることを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、前記電子写真感光体の感光層表面の表面自由エネルギー（γ）が、２８ｍＮ／ｍ以上、３５ｍＮ／ｍ以下であることを特徴とする。
【００２７】
本発明に従えば、現像剤に含まれるトナーの平均帯電量が、１０μＣ／ｇ以上、３０μＣ／ｇ以下であり、前記感光層に、所定の電荷輸送物質およびポリカーボネート樹脂を所定の含有比率で含有させるとともに、塗布後に所定の乾燥温度で乾燥させる、もしくは、さらにフッ素系材料を所定の含有比率で含有させることにより、電子写真感光体表面の表面自由エネルギーが、２０ｍＮ／ｍ以上、３５ｍＮ／ｍ以下、好ましくは２８ｍＮ／ｍ以上、３５ｍＮ／ｍ以下になるように設定される。ここで言う電子写真感光体の表面自由エネルギーは、前述したＦｏｒｋｅｓの拡張理論により算出導き出したものである。
【００２８】
この電子写真感光体表面の表面自由エネルギーとトナーの平均帯電量とは、電子写真感光体の表面に対するトナーの付着力の指標である。電子写真感光体の表面自由エネルギーとトナーの平均帯電量とを、前記好適な範囲に設定することによって、電子写真感光体とトナーとの間には、現像に必要な程度の付着力が発現されるにも関らず過度の付着力が抑制されるので、クリーニングブレードによる残留トナーの掻取りが容易になり、良好なクリーニング性が発現される。このように現像性能を低下させることなく、良好なクリーニング性能を発現させることができるので、長期間安定して高品質および高解像度の画像を形成することのできる画像形成装置が実現される。
【００２９】
また本発明は、前記トナーの体積平均粒子径が、４μｍ以上、７μｍ以下であることを特徴とする。
【００３０】
本発明に従えば、トナーの体積平均粒子径が、４〜７μｍに設定される。このようにトナーを小粒径とすることによって、画像の高品質化および高解像度化を実現することができる。一方、トナーが小粒径化されるのに伴って単位重量あたりの表面積である比表面積が増大するので、分子間力の影響が増大し電子写真感光体に対する付着力が強くなる。しかしながら、電子写真感光体の表面自由エネルギーを好適な範囲に設定することによって、トナー粒子に対して現像に必要な程度の付着力を発現するにも関らず過度の付着力を抑制することができるので、電子写真感光体表面からトナー、特に残留トナーが除去され易くなる。このようにして、小粒径化されたトナー粒子を用いるにも関らずクリーニング性に優れ、長期間安定して高品質および高解像度の画像を形成することのできる画像形成装置が実現される。
【００３１】
また本発明は、前記電子写真感光体の感光層が、有機光導電体系材料を含んで構成されることを特徴とする。
【００３２】
本発明に従えば、電子写真感光体の感光層が、有機光導電体系材料を含んで構成される。このことによって、電子写真感光体の材料設計が、容易になり、かつ低コストおよび高効率生産が実現される。
【００３３】
また本発明は、前記電子写真感光体の感光層は、電荷発生物質を含む電荷発生層と、電荷輸送物質を含む電荷輸送層とが積層されて構成されることを特徴とする。
【００３４】
本発明に従えば、電子写真感光体の感光層は、電荷発生物質を含む電荷発生層と、電荷輸送物質を含む電荷輸送層とが積層されて構成される。このように感光層を複数層が積層されるタイプにすることによって、各層を構成する材料およびその組合せの自由度が増すので、電子写真感光体表面の表面自由エネルギー値を所望の範囲に設定することが容易になる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態である画像形成装置１の構成を簡略化して示す配置側面図であり、図２は図１に示す画像形成装置１に備わる電子写真感光体２の構成を簡略化して示す部分断面図である。
【００３６】
まず本発明における画像形成装置１の主要な構成部材である電子写真感光体２（以後、感光体と略称する）について説明する。感光体２は、導電性素材からなる導電性支持体３と、導電性支持体３上に積層される下引層４と、下引層４上に積層される層であって電荷発生物質を含む電荷発生層５と、電荷発生層５の上にさらに積層される層であって電荷輸送物質を含む電荷輸送層６とを含む。電荷発生層５と電荷輸送層６とは、感光層７を構成する。
【００３７】
導電性支持体３は、円筒形状を有し、（ａ）アルミニウム、ステンレス鋼、銅、ニッケルなどの金属材料、（ｂ）ポリエステルフィルム、フェノール樹脂パイプ、紙管などの絶縁性物質の表面にアルミニウム、銅、パラジウム、酸化錫、酸化インジウムなどの導電性層を設けたものが好適に用いられ、その体積抵抗が１０^１０Ω・ｃｍ以下の導電性を有するものが好ましい。導電性支持体３には、前述の体積抵抗を調整する目的で表面に酸化処理が施されてもよい。導電性支持体３は、感光体２の電極としての役割を果たすとともに他の各層４，５，６の支持部材としても機能する。なお導電性支持体３の形状は、円筒形に限定されることなく、板状、フイルム状およびベルト状のいずれであってもよい。
【００３８】
下引層４は、たとえば、ポリアミド、ポリウレタン、セルロース、ニトロセルロース、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、アルミニウム陽極酸化被膜、ゼラチン、でんぷん、カゼイン、Ｎ-メトキシメチル化ナイロンなどによって形成される。また酸化チタン、酸化錫、酸化アルミニウムなどの粒子を下引層４中に分散させてもよい。下引層４の膜厚は、約０．１〜１０μｍに形成される。この下引層４は、導電性支持体３と感光層７との接着層としての役割を果たすとともに、導電性支持体３から電荷が感光層７へ流込むのを抑制するバリア層としても機能する。このように下引層４は感光体２の帯電特性を維持するように作用するので、感光体２の寿命を延ばすことができる。
【００３９】
電荷発生層５は、公知の電荷発生物質を含んで構成することができる。電荷発生物質には、可視光を吸収してフリー電荷を発生するものであれば、無機顔料、有機顔料および有機染料のいずれをも用いることができる。無機顔料としては、セレンおよびその合金、ヒ素-セレン、硫化カドミウム、酸化亜鉛、アモルファスシリコン、その他の無機光導電体が挙げられる。有機顔料としては、フタロシアニン系化合物、アゾ系化合物、キナクリドン系化合物、多環キノン系化合物、ペリレン系化合物などが挙げられる。有機染料としては、チアピリリウム塩、スクアリリウム塩などが挙げられる。前述の電荷発生物質の中でもフタロシアニン系化合物が好適に用いられ、特にチタニウムフタロシアニン化合物を用いることが最適であり、良好な感度特性、帯電特性および再現性が得られる。
【００４０】
前述の列挙した顔料および染料の他に、電荷発生層５には、化学増感剤または光学増感剤を添加してもよい。化学増感剤として、電子受容性物質、たとえば、テトラシアノエチレン、７，７，８，８−テトラシアノキノジメタンなどのシアノ化合物、アントラキノン、ｐ−ベンゾキノンなどのキノン類、２，４，７−トリニトロフルオレノン、２，４，５，７−テトラニトロフルオレノンなどのニトロ化合物が挙げられる。光学増感剤として、キサンテン系色素、チアジン色素、トリフェニルメタン系色素などの色素が挙げられる。
【００４１】
電荷発生層５は、前述の電荷発生物質をバインダ樹脂とともに、適当な溶媒中に分散させ、下引層４上に積層し、乾燥または硬化させて成膜する。バインダ樹脂としては、具体的に、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、フェノキシ樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン、ポリアクリレートなどが挙げられる。溶媒としては、イソプロピルアルコール、シクロヘキサノン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン、エチルセロソルブ、酢酸エチル、酢酸メチル、ジクロロメタン、ジクロロエタン、モノクロルベンゼン、エチレングリコールジメチルエーテルなどが挙げられる。
【００４２】
なお溶媒は、前述のものに限定されることなく、アルコール系、ケトン系、アミド系、エステル系、エーテル系、炭化水素系、塩素化炭化水素系、芳香族系のうちから選択されるいずれかの溶媒系を、単独または混合して用いてもよい。ただし、電荷発生物質の粉砕およびミリング時の結晶転移に基づく感度低下、およびポットライフによる特性低下を考慮した場合、無機や有機顔料において結晶転移を起こしにくいシクロヘキサノン、１，２−ジメトキシエタン、メチルエチルケトン、テトラヒドロキノンのいずれかを用いることが好ましい。
【００４３】
電荷発生層５の形成には、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法などの気相堆積法や塗布方法などを適用することができる。塗布方法を用いる場合、電荷発生物質をボールミル、サンドグラインダ、ペイントシェイカ、超音波分散機などによって粉砕して溶剤に分散し、必要に応じてバインダ樹脂を加えた塗布液を、公知の塗布法によって下引層４上に塗布する。下引層４の形成される導電性支持体３が円筒状の場合、塗布法にはスプレイ法、垂直型リング法、浸漬塗布法などを用いることができる。電荷発生層５の膜厚は、約０．０５〜５μｍであることが好ましく、より好ましくは約０．１〜１μｍである。
【００４４】
なお下引層４の形成されている導電性支持体３の形状がシートの場合、塗布法にはアプリケータ、バーコータ、キャスティング、スピンコートなどを用いることができる。
【００４５】
電荷輸送層６は、公知の電荷輸送物質と結着樹脂とを含んで構成することができる。電荷発生層５に含まれる電荷発生物質で発生した電荷を受け入れ、これを輸送する能力を有するものであればよい。電荷輸送物質としては、たとえばポリ-N-ビニルカルバゾールおよびその誘導体、ポリ-g-カルバゾリルエチルグルタメートおよびその誘導体、ポリビニルピレン、ポリビニルフェナントレン、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、９-(p-ジエチルアミノスチリル)アントラセン、１,１-ビス(４-ジベンジルアミノフェニル)プロパン、スチリルアントラセン、スチリルピラゾリン、ピラゾリン誘導体、フェニルヒドラゾン類、ヒドラゾン誘導体、トリフェニルアミン系化合物、テトラフェニルジアミン系化合物、スチルベン系化合物、３-メチル-２-ベンゾチアゾリン環を有するアジン化合物等の電子供与性物質が挙げられる。
【００４６】
電荷輸送層６を構成する結着樹脂は、少なくともポリカーボネートまたは共重合ポリカーボネートを含む。またその他にも、電荷輸送物質と相溶性を有するものが含まれていてもよく、たとえば、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、ポリアミド、ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリケトン、ポリビニルケトン、ポリスチレン、ポリアクリルアミド、フェノール樹脂、フェノキシ樹脂およびポリスルホン樹脂、それらの共重合樹脂などが挙げられる。これらの樹脂を単独または２種以上混合して用いてもよい。前述の結着樹脂の中でもポリスチレン、ポリカーボネートおよび共重合ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステルなどの樹脂は、１０^１３Ω以上の体積抵抗率を有し、成膜性や電位特性などにも優れている。
【００４７】
またこれらの材料を溶解させる溶剤は、メタノールやエタノールなどのアルコール類、アセトン、メチルエチルケトンやシクロヘキサノンなどのケトン類、エチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンやジオキソランなどのエーテル類、クロロホルム、ジクロロメタンやジクロロエタンなどの脂肪族ハロゲン化炭化水素、ベンゼン、クロロベンゼンやトルエンなどの芳香族類などを用いることができる。
【００４８】
電荷輸送層６を形成するための電荷輸送層用塗布液は、結着樹脂溶液中へ電荷輸送物質を溶解して調製される。電荷輸送層６に占める電荷輸送物質の割合は、３０〜８０重量％の範囲が好ましい。電荷発生層５上への電荷輸送層６の形成は、前述の下引層４上に電荷発生層５を形成したのと同様にして行われる。電荷輸送層６の膜厚は、１０〜５０μｍが好ましく、より好ましくは１５〜４０μｍである。
【００４９】
また、電荷輸送層６には、１種以上の電子受容性物質や色素を含有させることによって、感度の向上を図り繰返し使用時の残留電位の上昇や疲労などを抑えるようにしてもよい。電子受容性物質としては、たとえば無水コハク酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、４−クロルナフタル酸無水物などの酸無水物、テトラシアノエチレン、テレフタルマロンジニトリルなどのシアノ化合物、４−ニトロベンズアルデヒドなどのアルデヒド類、アントラキノン、１−ニトロアントラキノンなどのアントラキノン類、２，４，７−トリニトロフルオレノン、２，４，５，７−テトラニトロフルオレノンなどの多環または複素環ニトロ化合物が挙げられ、これらを化学増感剤として用いることができる。
【００５０】
色素としては、たとえば、キサンテン系色素、チアジン色素、トリフェニルメタン色素、キノリン系顔料、銅フタロシアニンなどの有機光導電性化合物が挙げられ、これらを光学増感剤として用いることができる。
【００５１】
さらに、電荷輸送層６には、公知の可塑剤を含有させることによって、成形性、可撓性および機械的強度を向上させるようにしてもよい。可塑剤としては、二塩基酸エステル、脂肪酸エステル、リン酸エステル、フタル酸エステル、塩素化パラフィン、エポキシ型可塑剤などが挙げられる。また、感光層７には、必要に応じてポリシロキサンなどのゆず肌防止のためのレベリング剤、耐久性向上のためフェノール系化合物、ハイドロキノン系化合物、トコフェロール系化合物、アミン系化合物などの酸化防止剤、紫外線吸収剤などを含有してもよい。
【００５２】
前述のように構成される感光体２の表面、すなわち感光層７表面の表面自由エネルギー（γ）は、拡張Ｆｏｒｋｅｓ理論によって算出される値が、２０ｍＮ／ｍ以上、３５ｍＮ／ｍ以下、好ましくは２８ｍＮ／ｍ以上、３５ｍＮ／ｍ以下になるように制御設定される。
【００５３】
表面自由エネルギーが３５ｍＮ／ｍを超えると、トナーの感光体表面に対する付着力が増大するのでクリーニング性が悪化する。表面自由エネルギーが２０ｍＮ／ｍ未満になると、トナーと感光体２表面との付着力が低下するので、装置内へのトナー飛散および感光体２上のトナー画像部以外の部分に付着した微粉トナーの記録紙への移行により画像かぶりが発生する。したがって、表面自由エネルギーは、２０〜３５ｍＮ／ｍが好適である。
【００５４】
感光体２表面の表面自由エネルギーの前述範囲への制御設定は、以下のようにして行われる。比較的低い表面自由エネルギー値を有する、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を代表とするフッ素系材料やポリシロキサン系材料などを、感光層７に導入し、その含有量を調整することによって実現できる。また感光層７に含まれる電荷発生物質、電荷輸送物質および結着樹脂であるポリカーボネート樹脂の種類、これらの組成比を変化させることによっても実現できる。また感光層７を形成する際の乾燥温度を調整することによっても実現できる。
【００５５】
このようにして制御設定される感光体２表面の表面自由エネルギーは、前述のように表面自由エネルギーの双極子成分、分散成分および水素結合成分が既知である試薬を使用し、その試薬との付着性を測定することによって求められる。具体的には、試薬に純水、ヨウ化メチレン、α−ブロモナフタレンを使用し、接触角計ＣＡ−Ｘ（商品名；協和界面株式会社製）を用いて、感光体２表面に対する接触角を測定し、測定結果に基づき表面自由エネルギー解析ソフトＥＧ−１１（商品名；協和界面株式会社製）を用いて各成分の表面自由エネルギーを算出することができる。なお試薬は、前述の純水、ヨウ化メチレン、α−ブロモナフタレンに限定されるものではなく、双極子成分、分散成分、水素結合成分が適宜な組合せの試薬を用いてもよい。また測定方法も、前述の方法に限定されるものではなく、たとえばウィルヘルミ法（つり板法）やドゥ・ヌイ法などが用いられてもよい。
【００５６】
以下感光体２における静電潜像形成動作について簡単に説明する。感光体２に形成される感光層７は、帯電器などでたとえば負に一様に帯電され、帯電された状態で電荷発生層５に吸収波長を有する光が照射されると、電荷発生層５中に電子および正孔の電荷が発生する。正孔は、電荷輸送層６に含まれる電荷輸送材料によって感光体２表面に移動されて表面の負電荷を中和し、電荷発生層５中の電子は、正電荷が誘起された導電性支持体３の側に移動し、正電荷を中和する。このように、感光層７には、露光された部位の帯電量と露光されなかった部位の帯電量とに差異が生じて静電潜像が形成される。
【００５７】
次に図１に戻り、前述の感光体２を備える画像形成装置１の構成および画像形成動作について説明する。本実施の形態として例示する画像形成装置１は、デジタル複写機１である。
【００５８】
デジタル複写機１は、大略スキャナ部１１と、レーザー記録部１２とを含む構成である。スキャナ部１１は、透明ガラスからなる原稿載置台１３と、原稿載置台１３上へ自動的に原稿を供給搬送するための両面対応自動原稿送り装置（ＲＡＤＦ）１４と、原稿載置台１３上に載置された原稿の画像を走査して読取るための原稿画像読取りユニットであるスキャナユニット１５とを含む。このスキャナ部１１にて読取られた原稿画像は、画像データとして画像データ入力部へと送られ、画像データに対して所定の画像処理が施される。ＲＡＤＦ１４には、ＲＡＤＦ１４に備わる原稿トレイ上に複数枚の原稿を一度にセットしておき、セットされた原稿を１枚ずつ自動的に原稿載置台１３上へ送給する装置である。またＲＡＤＦ１４は、オペレーターの選択に応じて原稿の片面または両面をスキャナユニット１５に読取らせるように、片面原稿のための搬送経路、両面原稿のための搬送経路、搬送経路切り換え手段、各部を通過する原稿の状態を把握し管理するセンサー群、制御部などを含んで構成される。
【００５９】
スキャナユニット１５は、原稿面上を露光するランプリフレクターアセンブリ１６と、原稿からの反射光像を光電変換素子（略称ＣＣＤ）２３に導くために原稿からの反射光を反射する第１反射ミラー１７を搭載する第１走査ユニット１８と、第１反射ミラー１７からの反射光像をＣＣＤ２３に導くための第２および第３反射ミラー１９，２０を搭載する第２走査ユニット２１と、原稿からの反射光像を前述の各反射ミラー１７，１９，２０を介して電気的画像信号に変換するＣＣＤ２３上に結像させるための光学レンズ２２と、前記ＣＣＤ２３とを含む構成である。
【００６０】
スキャナ部１１は、ＲＡＤＦ１４とスキャナユニット１５との関連動作によって、原稿載置台１３上に読取るべき原稿を順次給送載置させるとともに、原稿載置台１３の下面に沿ってスキャナユニット１５を移動させて原稿画像を読取るように構成される。第１走査ユニット１８は、原稿載置台１３に沿って原稿画像の読取り方向（図１では紙面に向って左から右）に一定速度Ｖで走査され、また第２走査ユニット２１は、その速度Ｖに対して２分の１（Ｖ／２）の速度で同一方向に平行に走査される。この第１および第２走査ユニット１８，２１の動作によって、原稿載置台１３上に載置された原稿画像を１ライン毎に順次ＣＣＤ２３へ結像させて画像を読取ることができる。
【００６１】
原稿画像をスキャナユニット１５で読取って得られた画像データは、画像処理部へ送られ、各種画像処理が施された後、画像処理部のメモリに一旦記憶され、出力指示に応じてメモリ内の画像を読出してレーザー記録部１２に転送して記録媒体である記録紙上に画像を形成させる。
【００６２】
レーザー記録部１２は、記録紙の搬送系３３と、レーザー書込みユニット２６と、画像を形成するための電子写真プロセス部２７とを備える。レーザー書込みユニット２６は、前述のスキャナユニット１５にて読取られてメモリに記憶された後にメモリから読出される画像データ、または外部の装置から転送される画像データに応じてレーザー光を出射する半導体レーザー光源と、レーザー光を等角速度偏向するポリゴンミラーと、等角速度で偏向されたレーザー光が電子写真プロセス部２７に備えられる感光体２上で等角速度で偏向されるように補正するｆ−θレンズなどを含む。
【００６３】
電子写真プロセス部２７は、前述の感光体２の周囲に帯電器２８、現像手段である現像器２９、転写手段である転写器３０、クリーニング手段であるクリーニング器３１が、矢符３２で示す感光体２の回転方向の上流側から下流側に向ってこの順番に備えられる。前述のように感光体２は、帯電器２８によって一様に帯電され、帯電された状態でレーザ書込みユニット２６から出射される原稿画像データに対応するレーザー光によって露光される。露光されることによって感光体２表面に形成される静電潜像は、現像器２９から供給されるトナーによって現像され、可視像であるトナー画像となる。感光体２表面に形成されたトナー画像は、後述する搬送系３３によって供給される記録紙上に転写器３０によって転写される。転写器３０には、コロナ放電方式または転写ローラ方式のいずれが用いられてもよい。
【００６４】
感光体２表面に形成される静電潜像に現像剤に含まれるトナーを供給して現像する現像器２９は、ケーシング２９ａと、ケーシング２９ａに回転自在に支持される攪拌ローラ２９ｂおよび現像ローラ２９ｃと、ケーシング２９ａ内に収容される現像剤５０とを含む構成である。攪拌ローラ２９ｂは、ケーシング２９ａ内に収容される現像剤５０を攪拌するとともに現像ローラ２９ｃへと搬送する。現像ローラ２９ｃは、攪拌ローラ２９ｂによって搬送されてきた現像剤５０に含まれるトナーを感光体２表面の静電潜像に供給する。
【００６５】
記録紙の搬送系３３は、画像形成を行う電子写真プロセス部２７の特に転写器３０の配置される転写位置へ記録紙を搬送する搬送部３４と、搬送部３４へ記録紙を送込むための第１〜第３カセット給紙装置３５，３６，３７と、所望の寸法の記録紙を適宜給紙するための手差給紙装置３８と、感光体２から記録紙に転写された画像、特にトナー画像を定着する定着器３９と、トナー画像定着後の記録紙の裏面（トナー画像の形成された表面の反対側の面）に、さらに画像を形成するために記録紙を再供給するための再供給経路４０とを含む。この搬送系３３の搬送経路上には、多数の搬送ローラ４１が設けられ、記録紙は搬送ローラ４１によって搬送系３３内の所定の位置に搬送される。
【００６６】
定着器３９によってトナー画像を定着処理された記録紙は、裏面に画像形成するべく再供給経路４０に送給されるか、または排紙ローラ４２によって後処理装置４３へ送給される。再供給経路４０に給送された記録紙には、前述の動作が繰返し実行されて裏面に画像形成される。後処理装置４３に送給された記録紙は、後処理が施された後、後処理工程に応じて定められる排紙先である第１または第２排紙カセット４４，４５のいずれかに排紙されて、デジタル複写機１における一連の画像形成動作が終了する。
【００６７】
次に本発明の画像形成装置１が有する特徴であり、画像形成装置であるデジタル複写機１の現像器２９に備えられる現像剤５０の成分であるトナーについて説明する。トナーは、結着樹脂、着色剤、ワックス、帯電制御剤、必要に応じてその他の添加剤をヘンシェルミキサー、スーパーミキサーなどの混合機により充分混合し、得られた混合物を二軸混練機によって溶融混練して混練物を作製し、混練物をジェット式粉砕機にて粉砕して作製される。粉砕後分級することによって、体積平均粒子径で４〜７μｍに調整されたトナーを得ることができる。さらに、該トナーには、無機微粒子が添加され、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサーなどの混合機により付着、均一分散される。このようにして作製されるトナーの体積平均粒子径は、たとえばマルチサイザー測定機（コールター社製）によって測定することができる。
【００６８】
トナーに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−無水マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル−無水マレイン酸共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ウレタン変性ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等が単独あるいは混合物で使用できるほか、ブロック重合体、グラフト重合体として使用することができる。また、これらの結着樹脂は１山あるいは２山分布のものなどトナー用として公知の分子量分布を有するものがすべて使用可能である。
【００６９】
また、結着樹脂の熱的特性としては、ガラス転移点Ｔｇが４０℃〜７０℃であるものが好適に用いられる。４０℃以下のガラス転移点Ｔｇを有するものでは、装置内温度が上昇した場合、溶融してトナー同士の凝集が発生してしまう可能性が高い。また７０℃以上のガラス転移点Ｔｇを有するものでは、定着性能が劣るので、実使用に耐えない。
【００７０】
着色剤としては、カーボンブラック、鉄黒、合金アゾ染料、その他各種の油溶性染料・顔料等を用いることができ、これらの着色剤は、樹脂成分１００重量部に対して、１〜１０重量部添加するのが望ましい。
【００７１】
ワックスとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン重合体、ポリオレフィン系ワックスからなる群から選ばれる少なくとも１種類を、樹脂成分１００重量部に対して、１〜１０重量部含有させるのが望ましい。
【００７２】
帯電制御剤には、正帯電制御用および負帯電制御用の２種類があり、たとえば、アゾ系染料、カルボン酸金属錯体、四級アンモニウム化合物、ニグロシン系染料等を用いることができ、これらの帯電制御剤は、樹脂成分１００重量部に対して、０．１〜５重量部添加するのが望ましい。
【００７３】
得られたトナーに流動性や研磨性等の機能を付加するために、有機および／または無機微粉体をトナーに分散・添加してもよい。添加量としては、トナー１００重量部に対して微粉体０．３〜５重量部使用するのがよい。有機微粉体としては、たとえばアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂、スチレン系樹脂などが挙げられる。無機微粉体としては、たとえばシリカ微粉体、酸化チタン微粉体、アルミナ微粉体などが挙げられる。特に、ＢＥＴ法で測定した窒素吸着により比表面積が９０〜１５０ｍ^２／ｇの範囲内の無機微粉体を添加することによって良好な結果が得られる。
【００７４】
また、無機微粉体は、必要に応じ、疎水化および帯電能コントロールの目的で、シリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、シリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シランカップリング剤、官能基を有するシランカップリング剤、その他の有機ケイ素化合物などの処理剤で処理されてもよい。特に、シリコーンオイルで表面処理されたシリカ微粉体が好ましい。
【００７５】
その他の添加剤としては、ＰＴＦＥ、ステアリン酸亜鉛、ポリフッ化ビニリデン、シリコーンオイル粒子（約４０％のシリカ含有）などの滑剤が好適に用いられる。また、酸化セリウム、炭化ケイ素、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウムなどの研磨剤が好ましく用いられ、中でもチタン酸ストロンチウムが好ましい。
【００７６】
また、カーボンブラック、酸化亜鉛、酸化アンチモン、酸化スズなどの導電性付与剤をトナー粒子と逆極性を持つ白色微粒子および黒色微粒子の現像性向上剤として少量用いてもよい。
【００７７】
感光体２の感光層７に形成される静電潜像は、前述のようにして作製されるトナーを含む磁性あるいは非磁性の１成分現像剤あるいは２成分現像剤を用いて、接触あるいは非接触で現像される。いずれの場合も、光が照射された明部電位を現像する反転現像方式が採用される。
【００７８】
１成分現像剤として用いる場合、非磁性１成分現像剤として前述のように作製されるトナーをそのまま用いる方法もあるけれども、一般的には、トナー粒子中に大きさが０．１〜５μｍ程度の磁性粒子を含有させ磁性１成分現像剤として用いられる。また、２成分現像剤として使用する場合、鉄粉、フェライト、マグネタイト、樹脂ビーズなどからなるキャリアを、トナーに所望の混合率にて混合する。その際混合されるキャリアの重量平均粒径は、４０〜１００μｍの範囲にあるのが好ましく、より好ましくは５０〜８０μｍの範囲である。粒径が４０μｍ未満であるとキャリア飛びが多くなり、装置内飛散による汚染および感光体を傷つけることとなる。一方、逆に粒径が１００μｍを超えると、現像剤の穂が硬くなり感光体へのダメージが大きくなり、感光層の膜減りが多く、寿命の短い感光体となってしまう。
【００７９】
トナーの平均帯電量を１０〜３０μＣ／ｇに調整する制御は、帯電制御剤の種類や添加量を変えることによって、また２成分現像剤の場合には現像剤に混合されるキャリア粒子のコーティング材料の種類やコーティング量を変えることによって実現される。このトナーの平均帯電量は、たとえば次のようにして測定される。キャリアとトナーとがトナー濃度Ｂ％で混合された現像剤をＣｇ（約０．２ｇ程度）秤量採取し、ブローオフ機ＴＢ−２００型（東芝ケミカル社製) によって測定する。測定に用いたブローオフ圧を１．０ｋｇ／ｃｍ^２とし、３０秒後のブローオフ値をＡとするとき、次式（４）によって平均帯電量が求められる。
平均帯電量（μＣ／ｇ）＝Ａ × １００／（Ｂ×Ｃ） …（４）
【００８０】
以下にトナーの平均帯電量の範囲限定理由について説明する。トナーの平均帯電量が１０μＣ／ｇ未満であると、トナーと感光体２表面との静電気的な付着力が低下し、感光体２表面のトナーが飛散し易くなるので、地肌かぶりの増加や記録紙の裏面汚れなどの画像不良が多く発生する。一方トナーの平均帯電量が３０μＣ／ｇを超えると、トナーと感光体２表面との静電気的な付着力が大きくなり過ぎてトナーが感光体２表面から除去されにくくなるので、クリーニング不良が発生する。したがって、トナーの平均帯電量を１０〜３０μＣ／ｇとした。
【００８１】
このように感光体２の表面自由エネルギー（γ）およびトナーの平均帯電量が好適範囲に設定されるデジタル複写機１では、感光体２とトナーとの間には、現像に必要な程度の付着力が発現されるにも関らず過度の付着力が抑制されるので、クリーニングブレードによる残留トナーの掻取りが容易になり、良好なクリーニング性が発現される。したがって、クリーニング性に優れるとともに長期間安定して高品質および高解像度の画像を形成することのできる画像形成装置の提供が実現される。
【００８２】
図３は、本発明の実施の第２の形態である画像形成装置に備わる感光体５３の構成を簡略化して示す部分断面図である。本実施の形態の画像形成装置に備わる感光体５３は、実施の第１形態の画像形成装置１に備わる感光体２に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。感光体５３において注目すべきは、導電性支持体３上に単層からなる感光層５４が形成されることである。
【００８３】
感光層５４は、実施の第１形態の感光体２に用いるのと同様の電荷発生物質、電荷輸送物質、結着樹脂などを用いて形成される。結着樹脂中に電荷発生物質および電荷輸送物質を分散したり、電荷輸送物質を含む結着樹脂中に電荷発生物質を顔料粒子の形で分散させたりして調製した感光層用塗布液を用い、実施の第１形態の感光体２における電荷発生層５を形成するのと同様の方法によって単層の感光層が導電性支持体３上に形成される。本実施の形態の単層型感光体５３は、オゾン発生が少ない正帯電型画像形成装置用の感光体として好適であり、また塗布されるべき感光層５４が一層のみであるので、製造原価および歩留が電荷発生層および電荷輸送層の積層して構成される積層型に比べて優れている。
【００８４】
（実施例）
以下本発明の実施例について説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。
【００８５】
まず、直径：３０ｍｍ、長さ：３２６．３ｍｍのアルミニウム製導電性支持体上に種々の条件にて感光層を形成し、実施例および比較例として準備した感光体について説明する。
【００８６】
（実施例のＳ１〜Ｓ４感光体）
（Ｓ１感光体）；酸化チタン（ＴＴＯ５５Ａ：石原産業社製）７重量部および共重合ナイロン（ＣＭ８０００：東レ社製）１３重量部を、メチルアルコール１５９重量部と１，３−ジオキソラン１０６重量部との混合溶剤に加え、ペイントシェーカーにて８時間分散処理して下引層用塗布液を調整した。この塗布液を塗布槽に満たし、導電性支持体を浸漬後引上げ、自然乾燥して層厚１μｍの下引層を形成した。
【００８７】
オキソチタニウムフタロシアニン３重量部とブチラール樹脂（ＢＬ−１：積水化学社製）２重量部とを、メチルエチルケトン２４５重量部に混合し、ペイントシェーカーにて分散して電荷発生層用塗布液を調整した。この塗布液を、下引層の場合と同様の浸漬塗布法にて前述の下引層上に塗布し、自然乾燥して層厚０．４μｍの電荷発生層を形成した。
【００８８】
電荷輸送物質として下記構造式（Ｉ）で示されるスチリル系化合物５重量部、ポリエステル樹脂（Ｖｙｌｏｎ２９０：東洋紡株式会社製）２．２５重量部、ポリカーボネート樹脂（Ｇ４００：出光興産株式会社製）５．２５重量部、スミライザーＢＨＴ（住友化学株式会社製）０．０５重量部を混合し、テトラヒドロフラン４７重量部を溶剤として電荷輸送層用塗布液を調整した。この塗布液を、浸漬塗布法にて前述の電荷発生層上に塗布し、１１０℃で１時間乾燥して層厚２８μｍの電荷輸送層を形成した。このようにしてＳ１感光体を作製した。
【００８９】
【化１】

【００９０】
（Ｓ２感光体）；Ｓ１感光体と同様にして下引層および電荷発生層を形成した。次いで電荷輸送物質として下記構造式（ＩＩ）で示されるブタジエン系化合物を５重量部、４種類のポリカーボネート樹脂、Ｊ５００（出光興産株式会社製）２．４重量部、Ｇ４００（出光興産株式会社製）１．６重量部、ＧＨ５０３（出光興産株式会社製）１．６重量部、ＴＳ２０２０（帝人化成株式会社製）２．４重量部、さらにスミライザーＢＨＴ（住友化学株式会社製）０．２５重量部を混合し、テトラヒドロフラン４９重量部を溶剤として電荷輸送層用塗布液を調整した。この塗布液を、浸漬塗布法にて電荷発生層上に塗布し、１３０℃で１時間乾燥して層厚２８μｍの電荷輸送層を形成した。このようにしてＳ２感光体を作製した。
【００９１】
【化２】

【００９２】
（Ｓ３感光体）；Ｓ１感光体と同様にして下引層および電荷発生層を形成した。次いで電荷輸送物質として前記構造式（ＩＩ）で示されるブタジエン系化合物を３．５重量部、下記構造式（ＩＩＩ）で示されるスチリル系化合物を１．５重量部、４種類のポリカーボネート樹脂、Ｊ５００（出光興産株式会社製）２．２重量部、Ｇ４００（出光興産株式会社製）２．２重量部、ＧＨ５０３（出光興産株式会社製）１．８重量部、ＴＳ２０２０（帝人化成株式会社製）１．８重量部、さらにスミライザーＢＨＴ（住友化学株式会社製）１．５重量部を混合し、テトラヒドロフラン５５重量部を溶剤として電荷輸送層用塗布液を調整した。この塗布液を、浸漬塗布法にて電荷発生層上に塗布し、１２０℃で１時間乾燥して層厚２８μｍの電荷輸送層を形成した。このようにしてＳ３感光体を作製した。
【００９３】
【化３】

【００９４】
（Ｓ４感光体）；Ｓ１感光体と同様にして下引層および電荷発生層を形成した。次いで、電荷輸送層形成に際し、ポリカーボネート樹脂の一部に代えて、表面自由エネルギー（γ）の低い樹脂であるＰＴＦＥを用いた以外は、Ｓ２感光体と同様にして塗布液を調整した。この塗布液を、浸漬塗布法にて電荷発生層上に塗布し、１２０℃で１時間乾燥して層厚２８μｍの電荷輸送層を形成した。このようにしてＳ４感光体を作製した。
【００９５】
（比較例のＲ１〜Ｒ３感光体）
（Ｒ１感光体）；Ｓ１感光体と同様にして下引層および電荷発生層を形成した。次いで電荷輸送物質として前記構造式（ＩＩ）で示されるブタジエン系化合物を５重量部、２種類のポリカーボネート樹脂、Ｇ４００（出光興産株式会社製）２．４重量部、ＴＳ２０２０（帝人化成株式会社製）４重量部、ポリエステル樹脂Ｖｙｌｏｎ２９０（東洋紡株式会社製）１．６重量部、さらにスミライザーＢＨＴ（住友化学株式会社製）０．２５重量部を混合し、テトラヒドロフラン４９重量部を溶剤として電荷輸送層用塗布液を調整した。この塗布液を、浸漬塗布法にて電荷発生層上に塗布し、１３０℃で１時間乾燥して層厚２８μｍの電荷輸送層を形成した。このようにしてＲ１感光体を作製した。
【００９６】
（Ｒ２感光体）；Ｓ１感光体と同様にして下引層および電荷発生層を形成した。次いで、電荷輸送物質として前記構造式（ＩＩ）で示されるブタジエン系化合物を５重量部、２種類のポリカーボネート樹脂、Ｇ４００（出光興産株式会社製）４．４重量部、ＴＳ２０２０（帝人化成株式会社製）３．６重量部、さらにスミライザーＢＨＴ（住友化学株式会社製）０．２５重量部を混合し、テトラヒドロフラン４９重量部を溶剤として電荷輸送層用塗布液を調整した。この塗布液を、浸漬塗布法にて電荷発生層上に塗布し、１２０℃で１時間乾燥して層厚２８μｍの電荷輸送層を形成した。このようにしてＲ２感光体を作製した。
【００９７】
（Ｒ３感光体）；Ｒ１感光体と同様にして下引層および電荷発生層を形成した。次いで、電荷輸送層形成に際し、ポリカーボネート樹脂の一部に代えて、γの低い樹脂であるＰＴＦＥを用いた以外は、Ｒ１感光体と同様にして塗布液を調整した。この塗布液を、浸漬塗布法にて電荷発生層上に塗布し、１２０℃で１時間乾燥して層厚２８μｍの電荷輸送層を形成した。このようにして、Ｒ３感光体を作製した。
【００９８】
以上のように、Ｓ１〜Ｓ４感光体およびＲ１〜Ｒ３感光体の作製において、電荷輸送層用塗布液に含まれる樹脂の種類および含有比率を変化させるとともに、塗布後の乾燥温度を変化させることによって、感光体表面の表面自由エネルギー（γ）が所望の値になるように調整した。これらの感光体表面のγは、接触角測定機ＣＡ−Ｘ（協和界面株式会社製）および解析ソフトＥＧ−１１（協和界面株式会社製）によって求めた。
【００９９】
次に、現像剤に用いたトナーおよびキャリアについて説明する。
（トナー）
（Ｔ１トナー）；スチレンアクリル樹脂１００重量部に対し、ワックスとしてポリエチレン（クラリアントジャパン社製：ＰＥ１３０）１．０重量部、ポリプロピレン（三井化学社製：ＮＰ−５０５）１．５重量部、帯電制御剤（保土ケ谷化学工業社製：Ｓ−３４）を１重量部、マグネタイト（関東電化社製：ＫＢＣ−１００）を１．５重量部、着色剤としてカーボンブラック（キャボット社製：３３０Ｒ）を５重量部加え、スーパーミキサー（川田社製：Ｖ−２０）で充分混合し、得られた混合物を二軸混練機（池貝鉄工社製：ＰＣＭ−３０）によって溶融混練した。この混練物をジェット式粉砕機（日本ニューマチック工業社製：ＩＤＳ−２）にて粉砕後分級し、体積平均粒子径で６．５μmのトナーを得た。次にシリカ微粒子（日本アエロジル社製：Ｒ９７２）を０．３重量部、チタニア粒子（日本アエロジル社製：Ｔ８０５）を０．７重量部外添した。このようにしてＴ１トナーを作製した。
【０１００】
（Ｔ２トナー）；外添剤であるチタニア粒子（日本アエロジル社製：Ｔ８０５）の量を０．４重量部とした以外は、Ｔ１トナーと同様にしてＴ２トナーを作製した。
【０１０１】
（Ｖ１〜Ｖ４トナー）；所望の体積平均粒子径を得るためにジェット式粉砕機による粉砕レベルを調整したこと以外はＴ１トナーと同様にしてＶ１〜Ｖ４トナーを作製した。作製したＶ１〜Ｖ４トナーの各体積平均粒子径は、以下のようであった。Ｖ１トナーが３．４０μｍ、Ｖ２トナーが４．００μｍ、Ｖ３トナーが７．００μｍ、Ｖ４トナーが８．６０μｍ。
【０１０２】
（キャリア）
（Ｃ１キャリア）；芯材には鉄粉を用い、芯材の表面を被覆するキャリアコート剤にはシリコーンを用い、シリコーン量をキャリア総量に対して４．５重量％になるようにしてＣ１キャリアを作製した。
【０１０３】
（Ｃ２キャリア）；シリコーン量をキャリア総量に対して７．５重量％になるようにした以外は、Ｃ１キャリアと同様にしてＣ２キャリアを作製した。
【０１０４】
Ｔ１，Ｔ２トナーおよびＶ１〜Ｖ４トナーとＣ１，Ｃ２キャリアとを組合せることによって、所望の平均帯電量を有するトナーを得た。なおトナーの体積平均粒子径は、マルチサイザ測定機（コールター社製）で測定し、トナーの平均帯電量は、ブローオフ機ＴＢ−２００型（東芝ケミカル社製）で測定した。
【０１０５】
Ｓ１〜Ｓ４感光体およびＲ１〜Ｒ３感光体ならびにＴ１，Ｔ２トナーおよびＶ１〜Ｖ４トナーとＣ１，Ｃ２キャリアとの組合せによって得られた現像剤を、試験用に改造したデジタル複写機ＡＲ−４５０（シャープ株式会社製）に搭載することによって、クリーニング性、フィルミング、裏面汚れおよび解像度の評価試験を行った。次に、各性能の評価方法について説明する。
【０１０６】
［クリーニング性］
前述のデジタル複写機ＡＲ−４５０に備わるクリーニング器のクリーニングブレードが、感光体に当接する当接圧力、いわゆるクリーニングブレード圧を初期線圧で２１ｇｆ／ｃｍ（２．０６×１０^−１Ｎ／ｃｍ）に調整した。温度：２５℃、相対湿度：５０％の常温／常湿（Ｎ／Ｎ：Normal Temperature/Normal
Humidity）環境中で、前記複写機を用いて、シャープ株式会社製文字テストチャートを、記録紙ＳＦ−４ＡＭ３(シャープ株式会社製）１０万枚に形成した。なお、本実施例では、後述する他の評価試験においても、この文字テストチャートおよび記録紙を共通して用いた。
【０１０７】
画像形成前（０ｋ）、５０，０００（５０ｋ）枚および１００，０００（１００ｋ）枚の各段階において、形成された画像を目視することによって、黒白２色の境界部の鮮明度、感光体回転方向へのトナー漏れによる黒すじの有無を試験し、さらに後述の測定器によってかぶり量Ｗｋを求めて、クリーニング性を評価した。形成画像のかぶり量Ｗｋは、日本電色工業株式会社製Ｚ−Σ９０ COLOR
MEASURING SYSTEMを用いて反射濃度を測定して求めた。まず画像形成前の記録紙の反射平均濃度Ｗｒを測定した。次にその記録紙に対して画像形成し、画像形成後、記録紙の白地部分各所の反射濃度を測定した。最もかぶりの多いと判断された部分、すなわち白地部でありながら濃度の最も濃い部分の反射濃度Ｗｓと、前記Ｗｒとから以下の式｛１００×（Ｗｒ−Ｗｓ）／Ｗｒ｝で求められるＷｋをかぶり量と定義した。
【０１０８】
クリーニング性の評価基準は以下のようである。
◎：非常に良好。鮮明度良く黒すじ無し。かぶり量Ｗｋが３％未満。
○：良好。鮮明度良く黒すじ無し。かぶり量Ｗｋが３％以上５％未満。
△：実用上問題無し。鮮明度実使用上問題のないレベルであり黒すじの長さが２．０ｍｍ以下かつ５個以下。かぶり量Ｗｋが５％以上１０％未満。
×：実用不可。鮮明度実使用上問題あり。黒すじの上記△の範囲を超えるもの。かぶり量Ｗｋが１０％以上。
【０１０９】
［フィルミング］
フィルミングは、感光体表面の残留トナーが、帯電、静電潜像形成、現像、転写、クリーニングの各工程を繰返し経ることによって被膜状の付着物を形成する現象である。５０ｋ枚および１００ｋ枚の画像形成後、感光体表面および記録紙に形成された画像を目視観察することによって評価した。フィルミングの評価基準は以下のようである。
○：感光体上のフィルミング発生なし。良好なレベル。
△：感光体上にフィルミング発生あるが、実使用上問題ないレベル。
×：感光体上にフィルミング発生あり、画像品質に問題あるレベル。
【０１１０】
［裏面汚れ］
１００ｋ枚の画像形成後、１００ｋ枚に到達直前の記録紙数枚について、その裏面を目視観察することによって評価した。裏面汚れの評価基準は以下のようである。
○：記録紙の裏面汚れはなし。良好なレベル。
△：記録紙の裏面汚れは確認されるが、実使用上問題ないレベル。
×：記録紙の裏面汚れが確認され、実使用上問題あるレベル。
【０１１１】
［解像度］
前述の記録紙ＳＦ−４ＡＭ３上に、距離１ｍｍの間に、等間隔で８本、１０本、１２本および１４本の直線を引いた画像、すなわち距離１ｍｍの間に形成される直線間隔が異なる４水準の直線画像を、１枚の記録紙上に形成した。形成された画像を目視観察し、１ｍｍあたりに形成されている直線間隔が異なる４水準の直線画像のうち、識別することのできた最大本数によって解像度を評価した。解像度の評価基準は以下のようである。
◎：非常に良好。１４本／ｍｍ識別可。
○：良好。１２本／ｍｍ識別可。
△：実用上問題なし。１０本／ｍｍ識別可。
×：不良。８本／ｍｍ以下の識別。
【０１１２】
［評価結果］
評価結果を表１および表２に合わせて示す。なお表１および表２に示す評価結果において、各評価試験を行った各段階の画像形成枚数（０ｋ，５０ｋ，１００ｋ）を、その段階において実用上不適になる現象が発生した場合には、耐久寿命枚数と言っても良いことから、耐久枚数として表記した。
【０１１３】
表１では、体積平均粒子径が６．５μｍのＴ１，Ｔ２トナーを用いた場合において、クリーニング性、フィルミングおよび裏面汚れを評価した結果を示す。表面自由エネルギー（γ）が本発明範囲内にある実施例のＳ１〜Ｓ４感光体では、Ｔ１，Ｔ２トナーとＣ１，Ｃ２キャリアとを組合せて生成されるトナーのうち、その平均帯電量が本発明範囲内にある場合、クリーニング性がすべて良好（○）以上の評価結果であった。特にγが、２８〜３５ｍＮ／ｍの範囲内にある実施例のＳ１〜Ｓ３感光体では、非常に良好（◎）なクリーニング性が得られた。また感光体のγが２０〜３５ｍＮ／ｎの範囲内にあり、かつトナーの平均帯電量が１０〜３０μＣ／ｇの範囲内にある場合、フィルミングの発生がなく、画質の良好な画像が形成されることを明らかにした。
【０１１４】
感光体のγが２０〜３５ｍＮ／ｍの範囲内であるけれども、トナーの平均帯電量が１０μＣ／ｇ未満の場合、トナー飛散が発生し、裏面汚れが確認された。一方、トナーの平均帯電量が３０μＣ／ｇを超える場合、クリーニング性が悪く、かぶりや黒すじが発生した。
【０１１５】
トナーの平均帯電量が１０〜３０μＣ／ｇの範囲内であるにも関らず、γが本発明範囲よりも小さい比較例のＲ３感光体においては、地肌かぶりの増加と記録紙裏面汚れの画像不良が発生した。これは、トナー等の感光体への付着力の減少に伴い転写効率が向上したこと、および付着力の減少に伴い装置内トナー飛散が加速されたものと考えられる。またトナーの平均帯電量が１０〜３０μＣ／ｇの範囲内であるにも関らず、γが本発明範囲よりも大きい比較例のＲ１、Ｒ２感光体では、γの大きくなるのに伴ってトナーや紙粉などの付着力が増加するので、クリーニング性が低下したと考えられる。
【０１１６】
【表１】

【０１１７】
表２では、γが３０．５０ｍＮ／ｍのＳ２感光体を用い、体積平均粒子径の異なるトナーを用いた場合において、クリーニング性および解像度を評価した結果を示す。トナーの平均帯電量が１０〜３０μＣ／ｇの範囲内にあり、かつ感光体のγが２０〜３５ｍＮ／ｍの範囲内にある場合であっても、トナーの体積平均粒子径が４μｍ未満の場合、解像度は良いけれどもクリーニング性が低下した。またトナーの体積平均粒子径が７μｍを超える場合、解像度の低下が見られた。
【０１１８】
【表２】

【０１１９】
【発明の効果】
本発明によれば、現像剤に含まれるトナーの平均帯電量が、１０μＣ／ｇ以上、３０μＣ／ｇ以下であり、前記感光層に、所定の電荷輸送物質およびポリカーボネート樹脂を所定の含有比率で含有させるとともに、塗布後に所定の乾燥温度で乾燥させる、もしくは、さらにフッ素系材料を所定の含有比率で含有させることにより、電子写真感光体表面の表面自由エネルギーが、２０ｍＮ／ｍ以上、３５ｍＮ／ｍ以下、好ましくは２８ｍＮ／ｍ以上、３５ｍＮ／ｍ以下になるように設定される。この電子写真感光体表面の表面自由エネルギーとトナーの平均帯電量とは、電子写真感光体の表面に対するトナーの付着力の指標である。電子写真感光体の表面自由エネルギーとトナーの平均帯電量とを、前記好適な範囲に設定することによって、電子写真感光体とトナーとの間には、現像に必要な程度の付着力が発現されるにも関らず過度の付着力が抑制されるので、クリーニングブレードによる残留トナーの掻取りが容易になり、良好なクリーニング性が発現される。このように現像性能を低下させることなく、良好なクリーニング性能を発現させることができるので、長期間安定して高品質および高解像度の画像を形成することのできる画像形成装置が実現される。
【０１２０】
また本発明によれば、トナーの体積平均粒子径が、４〜７μｍに設定される。このようにトナーを小粒径とすることによって、画像の高品質化および高解像度化を実現することができる。一方、トナーが小粒径化されるのに伴って単位重量あたりの表面積である比表面積が増大するので、分子間力の影響が増大し電子写真感光体に対する付着力が強くなる。しかしながら、電子写真感光体の表面自由エネルギーを好適な範囲に設定することによって、トナー粒子に対して現像に必要な程度の付着力を発現するにも関らず過度の付着力を抑制することができるので、電子写真感光体表面からトナー、特に残留トナーが除去され易くなる。このようにして、小粒径化されたトナー粒子を用いるにも関らずクリーニング性に優れ、長期間安定して高品質および高解像度の画像を形成することのできる画像形成装置が実現される。
【０１２１】
また本発明によれば、電子写真感光体の感光層が、有機光導電体系材料を含んで構成される。このことによって、電子写真感光体の材料設計が、容易になり、かつ低コストおよび高効率生産が実現される。
【０１２２】
また本発明によれば、電子写真感光体の感光層は、電荷生成物質を含む電荷発生層と、電荷輸送物質を含む電荷輸送層とが積層されて構成される。このように感光層を複数層が積層されるタイプにすることによって、各層を構成する材料およびその組合せの自由度が増すので、電子写真感光体表面の表面自由エネルギー値を所望の範囲に設定することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である画像形成装置１の構成を簡略化して示す配置側面図である。
【図２】図１に示す画像形成装置１に備わる電子写真感光体２の構成を簡略化して示す部分断面図である。
【図３】本発明の実施の第２の形態である画像形成装置に備わる感光体５３の構成を簡略化して示す部分断面図である。
【図４】付着濡れの状態を例示する側面図である。
【符号の説明】
１画像形成装置
２，５３電子写真感光体
３導電性支持体
４下引層
５電荷発生層
６電荷輸送層
７，５４感光層

Claims

画像情報に対応する光によって露光されて静電潜像の形成される感光層を有する電子写真感光体と、電子写真感光体の感光層の表面に現像剤に含まれるトナーを供給することによって静電潜像を現像しトナー画像を形成する現像手段と、前記トナー画像を記録媒体である転写材に転写する転写手段と、トナー画像の転写材への転写後に電子写真感光体の表面に残留する残留トナーを除去するクリーニング手段とを備える画像形成装置であって、
前記現像剤に含まれるトナーの平均帯電量が、１０μＣ／ｇ以上、３０μＣ／ｇ以下であり、
前記感光層に、所定の電荷輸送物質およびポリカーボネート樹脂を所定の含有比率で含有させるとともに、塗布後に所定の乾燥温度で乾燥させることにより、前記電子写真感光体の感光層表面の表面自由エネルギー（γ）が、２０ｍＮ／ｍ以上、３５ｍＮ／ｍ以下であることを特徴とする画像形成装置。
前記感光層に、フッ素系材料を所定の含有比率で含有させることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記電子写真感光体の感光層表面の表面自由エネルギー（γ）が、２８ｍＮ／ｍ以上、３５ｍＮ／ｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の画像形成装置。
前記トナーの体積平均粒子径が、
４μｍ以上、７μｍ以下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画像形成装置。
前記電子写真感光体の感光層が、
有機光導電体系材料を含んで構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
前記電子写真感光体の感光層は、
電荷発生物質を含む電荷発生層と、電荷輸送物質を含む電荷輸送層とが積層されて構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の画像形成装置。