JP4785366B2

JP4785366B2 - 画像形成装置

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Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファックスなどの電子写真方式の画像形成装置に関する。

従来、電子写真感光体（以下適宜単に「感光体」という。）には適用される電子写真プロセスに応じた感度、電気的特性、さらには光学的特性を備えていることが要求される。特に繰り返し使用される感光体にあっては、その感光体表面には帯電、露光、現像、転写、クリーニングといった電気的、機械的外力が直接加えられるため、これら外力に対する耐久性が要求されている。

電子写真方式や静電記録装置等の画像形成装置（例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ等）において、電子写真感光体・静電記録誘電体等の像担持体（被帯電体）を所定の極性・電位に一様に帯電処理（除電処理も含む）する帯電装置としてはコロナ帯電器あるいはローラ帯電器が、よく使用されている。

コロナ帯電方式は、ローラ帯電方式に比べて、すなわち印加する電圧にＡＣ成分を含むローラ帯電方式に比べて、感光体表面の電気的劣化を少なくできるという利点がある。コロナ帯電方式におけるコロナ帯電に比べ、ローラ帯電の場合は、放電生成物の総発生量は、格段に少ない。しかし、ローラ帯電方式は、放電電流が感光体表面と帯電ローラ表面との間の微小空間に流れており、非常に高エネルギーな電子やイオンなどの粒子が感光体表面に衝突を繰り返す。このため、感光体表面の分子鎖が分断され、感光体表面が削れやすく、傷も入りやすくなる。つまり、感光体表面層は、ローラ帯電で使用される場合、電気的ダメージと機械的ダメージとを受けることになる。これに対して、コロナ帯電は、マイルドな放電を利用した帯電方式であるため、電気的ダメージはほとんど無く、機械的なダメージが支配的となる。つまり、感光体の高耐久化に対し、コロナ帯電は、優位である。

電子写真感光体として、低価格、生産性等の利点から有機材料を用いた感光体が普及している。有機感光体（ＯＰＣ感光体）としては、有機光導電性染料や顔料を含有した電荷発生層と光導電性ポリマーや低分子の有機光導電性物質を含有した電荷輸送層とを積層した機能分離型の感光体が主流である。その表面層の多くは、ポリマー中に有機光導電性物質を分散させた分子分散ポリマーからなり、その機械的強度はポリマーに依存しており、近年の高画質、高寿命化に伴い、その耐久性は十分とは言いがたかった。

これに対し、感光体の高耐久化を図る上で、表面層に硬化性の樹脂を用いるのが効果的であることが知られている（特許文献１，２，３参照）。硬化性樹脂を感光体の表面層に用いた場合、熱可塑性の樹脂等に比べ、機械的強度が上がり、削れにくくなり、傷も入りにくくなって、寿命が長くなる。

感光体の表面層に、硬化性樹脂を用いる場合、表面層の傷、削れに対する耐久性の観点から、その硬化手段として、電子線を用いることが、有用であることが知られている（特許文献４参照）。

ゆえに、電子線で硬化した表面層を有する感光体を用い、コロナ帯電方式で、これを、帯電する画像形成装置を構成することで、感光体の耐久での傷、削れ寿命を、大きく伸ばすことができる電子写真システムを、確立することができる。

一方、画像形成装置において、感光体の電荷輸送層、あるいは保護層と電荷輸送層の膜厚を薄くすることで、高画質化に対し、有用であることが知られている（特許文献５参照）。

したがって、画像形成装置において、高耐久、高画質化を達成するためには、電子線で硬化された感光体表面層を有し、電荷輸送層、あるいは保護層と電荷輸送層の膜厚が、薄い感光体を、提供することが必要となる。

特開平０２−１２７６５２号公報特開平０５−２１６２４号公報特開平０７−７２６４０号公報特開２０００−６６４２５号公報特開平０８−２７２１９７号公報

しかし、コロナ帯電方式の反転現像を用いた、画像形成装置で、上述した感光体表面層を有し、表面層である電荷輸送層、あるいは保護層と電荷輸送層の膜厚が、薄い感光体を用い、低湿環境下で、連続通紙耐久を行うと、枚数を重ねるごとに、画像濃度が低下していく問題が発生した。また、この現象は、低湿環境下におけるドラム表面温度にも依存性があり、温度が低い場合により顕著になる傾向を示した。

また、硬化性樹脂を感光体の表面層に用いた場合、機械的強度が上がり、削れにくくなり寿命は長くなる反面、感光体表面の刷新性に欠け、表面層に付着した放電生成物等が吸湿した結果生じる画像流れが発生しやすくなる。

従来、画像流れという問題に対しては、高湿環境下において感光体表面温度を高温に維持することにより発生を防止していた。したがって、低湿であって、濃度変動が発生する環境にあっても、同様に高温に維持していれば、濃度変動及び画像流れの双方の問題が解決する。

しかしながら、特にベルト状の中間転写体である中間転写ベルト（回転転写部材）が一次転写位置で感光体に接する構成や、一次帯電器内の放電生成物を効果的に除去するために通紙時に一定の風量を感光体に吹き付ける構成の画像形成装置においては、通紙を開始したタイミングから次第に感光体表面の熱が奪われて温度が低下する。具体的には、画像形成装置本体の放置後の中間転写体が冷えている場合は、通紙時、ドラム表面の熱が中間転写体によって奪われ、温度低下が大きくなる。このため、低湿環境においては電位変動の原因となり、高湿環境では、画像流れの原因となる。使用環境が高温下であれば問題は無いが、２０〜２５℃程度の常温の環境においては、特に感光体の温度低下は激しい。これにより、初期の感光体の表面温度の設定を高温にすることにより、通紙後も濃度変動の少ないレベル以上でかつ画像流れの発生しない温度に維持することは可能であっても、温度の低下が大きい場合には、今度は感光体の電荷発生量の温度による差が、濃度の変動要因となってしまう。一般にドラム温度調整用のヒータは、設定目標温度に対し、ドラム温度センサによって検出された値が高ければＯＦＦ、低ければＯＮとなるように切り替える簡易な制御を行っている。しかしながら、ドラム表面温度が低いと判断されてヒータが動作状態であっても、通紙時の電力量には限りがあり、低く制限される場合には目標温度を維持できなくなる。

本発明は、低湿環境下で連続通紙耐久しても画像濃度低下が発生することなく、また高湿環境下では画像流れの発生しない画像形成装置を提供することを目的とする。さらに、これにより、感光体の高耐久化を達成し、連続通紙での色味変動を抑制することで、高画質な複数枚の画像を短時間で印刷することのできる画像形成装置を提供することを目的とするものである。

請求項１に係る発明は、感光体と、前記感光体表面を加熱する第１の加熱手段と、前記感光体上にトナー像を形成する画像形成手段と、前記感光体と接して前記感光体上に形成されたトナー像を転写材に転写する中間転写体と、前記中間転写体を加熱する第２の加熱手段と、前記第１の加熱手段により前記感光体表面を目標温度に加熱すると共に、前記第２の加熱手段により前記中間転写体を前記目標温度以下、且つ、使用環境温度以上に加熱するように制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、使用環境湿度が所定の湿度以上の場合に、前記第１の加熱手段により前記感光体表面を第１の目標温度に加熱させ、使用環境湿度が所定の湿度未満の場合に、前記第１の加熱手段により前記感光体表面を前記第１の目標温度よりも低い第２の目標温度に加熱するように制御する、ことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、前記感光体の表面層は、電子線を照射することにより、少なくとも１つ以上の重合性官能基を重合あるいは架橋させ硬化させた化合物を含有する、ことを特徴とする。また、請求項３に係る発明は、前記感光体表面を帯電する帯電手段を有し、該帯電手段はコロナ帯電器である、ことを特徴とする。

本発明によると、低湿環境での電位変動を低減させられる。

本発明を適用することができる画像形成装置について説明する。

まず、本発明で使用する電子写真感光体（以下「感光体」という。）について詳述する。なお、本実施の形態では、図１を参照して後述するように、感光体として、ドラム形の感光ドラム１を使用した場合を例に説明する。

本発明に用いられる、感光層は、電荷発生物質を含有する電荷発生層と、電荷輸送物質を含有する電荷輸送層に機能分離された積層型である。さらに、この積層型の感光層上に保護層として表面層を形成した構成にすることも可能である。

本発明においては、感光体の表面層は、少なくとも１つ以上の重合性官能基を、重合あるいは架橋し、硬化させた化合物を含有していればよい。

重合あるいは架橋し硬化させることのできる表面層用化合物としては、反応性の高さ、反応速度の速さ、硬化後に達成される硬度の高さなどの点から、分子内に不飽和重合性官能基を持つものが好ましく、さらにその中でもアクリル基、メタクリル基、及びスチレン基をもつ化合物が特に好ましい。

本発明における、不飽和重合性官能基を有する化合物とは、その構造単位の繰り返しより、モノマーとオリゴマーに大別される。モノマーとは、不飽和重合性官能基を有する構造単位の繰り返しが無く、比較的分子量の小さいものを示し、オリゴマーとは不飽和重合性官能基を有する構造単位の繰り返し数が２〜２０程度の重合体である。また、ポリマー又はオリゴマーの末端のみに不飽和重合性官能基を有するマクロノマーも本発明の表面層用の硬化性化合物として使用可能である。

また本発明における不飽和重合性官能基を有する化合物は、表面層として必要な電荷輸送機能を満足するために、上述化合物が電荷輸送化合物であると好ましい。中でも、正孔輸送機能をもった不飽和重合性化合物であることがさらに好ましい。

表面層を形成する手順は、表面層用の重合あるいは架橋し硬化させることができる化合物を溶解、含有している塗布溶液を用い、浸漬コーティング法、スプレイコーティング法、カーテンコーティング法、スピンコーティング法などにより塗工し、これを上述した硬化手段により硬化するという手順になる。感光体を効率よく大量生産するには浸漬コーティング法が最良であり、本発明においても浸漬コーティング法は可能である。

表面層の硬化手段は、短時間での硬化が可能なため高生産性である点、十分な硬度を示すことができる点で、放射線を用いることが好適である。

この際、使用する放射線とは、電子線及びγ線である。電子線照射をする場合、加速器としてはスキャニング型、エレクトロカーテン型、ブロードビーム型、パルス型及びラミナー型などいずれの形式も使用することができる。電子線を照射する場合に、本発明の感光体における電気特性及び耐久性能を発現させる上で、その照射条件は、加速電圧は２５０ｋＶ以下が好ましく、最適には１５０ｋＶ以下である。また照射線量は好ましくは１×１０^４〜１×１０^６Ｇｙの範囲、より好ましくは３×１０^４〜５×１０^５Ｇｙの範囲である。加速電圧が上述を超えると感光体特性に対する電子線照射の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よりも少ない場合には硬化が不十分となりやすく、線量が多い場合には感光体特性の劣化が起こりやすいので注意が必要である。

次に、本発明における感光体の感光層の層構成について説明する。

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、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、合金をドラム又はシート状に成形したもの、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、及び酸化スズなどをプラスチックフィルムに蒸着したもの、導電性物質を単独又は結着樹脂とともに塗布して導電層を設けた金属、又はプラスチックフィルム及び紙などが挙げられる。

本発明においては導電性の支持体の上にはバリアー機能と接着機能をもつ下引き層を設けている。

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。下引き層の材料としてはポリビニルアルコール、ポリ−Ｎ−ビニルイミダゾール、ポリエチレンオキシド、エチルセルロース、エチレン−アクリル酸共重合体、カゼイン、ポリアミド、Ｎ−メトキシメチル化６ナイロン、共重合ナイロン、にかわ、及びゼラチンなどが使用可能である。これらはそれぞれに適した溶剤に溶解されて支持体上、又は支持体上に形成された導電性層上に塗布される。その際の膜厚としては０．１〜２．０μｍが好ましいが、特に本発明においては、０．１〜０．５μｍが好ましい。

本発明においては、下引き層の抵抗率は、温度２３℃、湿度５５％の環境下における測定で、１×１０^１１Ω・ｃｍ以下である。

電荷発生層に用いる電荷発生物質としては、セレン−テルル、ピリリウム、チアピリリウム系染料、また各種の中心金属及び結晶系、具体的には例えばα、β、γ、ε、及びＸ型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、キナクリドン顔料、非対称キノシアニン顔料、キノシアニン及びアモルファスシリコーンなどが挙げられる。

電荷発生層は、上述の電荷発生物質を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方法で良く分散し、分散液を塗布し、乾燥されて形成されるか、又は上述の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。その膜厚は５μｍ以下であることが好ましく、特に０．１〜２μｍの範囲であることが好ましい。

結着樹脂として用いることのできるものは、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、メラミン樹脂、ケイ素樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。

本発明において、電荷発生物質と結着樹脂の比率は、１／２〜５／１の範囲内にあることが、好ましい。１／２より小さいと、樹脂比率が、大きくなることにより、電荷発生層内で、電荷の蓄積が起こりやすくなることによる、感度悪化、耐久での電位上昇などの問題が発生する。一方、５／１より大きくなると、電荷発生物質比率が大きいため、感光層へ電界が、印加されたとき、電荷発生層より下の層より、電荷の注入が起きやすくなり、反転現像系において、画像の白地部に、カブリ、黒ポチ等の問題が生じる。

本発明においては、電荷輸送層、あるいは保護層が、表面層となりうる。

表面層が保護層の場合、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、ポリスチリ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、オキサゾール、トリアゾール、カルバゾールなどの複素環化合物、トリフェニルメタンなどのトリアリールアルカン誘導体、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適当な結着樹脂（前述の電荷発生層用樹脂の中から選択できる）とともに溶剤に分散／溶解した溶液を前述の公知の方法によって塗布、乾燥して形成することができる。この場合の電荷輸送物質と結着樹脂の比率は、両者の全重量を１００とした場合に電荷輸送物質の重量が３０〜１００が望ましく、好ましくは５０〜１００の範囲で適宜選択される。電荷輸送物質の量がそれ以下であると、電荷輸送能が低下し、感度低下及び残留電位の上昇などの問題点が生ずる。

電荷輸送層と保護層とを合わせた膜厚は、高画質化の観点から、２２μｍ以下が好ましい。この場合、電荷輸送層は５〜１７μｍの範囲が好ましく、保護層は、０．２μｍ〜１０μｍの範囲が好ましく、０．５〜６．０μｍの範囲であると、より好ましい。

電荷輸送層が表面層である場合、前述の正孔輸送性化合物を含有する溶液を塗布後、重合／硬化反応をさせるのが一般的であるが、前もってこの正孔輸送性化合物を含む溶液を反応させて硬化物を得た後に再度溶剤中に分散あるいは溶解させたものなどを用いて、表面層を形成することも可能である。これらの溶液を塗布する方法は、例えば浸漬コーティング法、スプレイコーティング法、カーテンコーティング法、及びスピンコーティング法などが知られているが、効率性／生産性の点からは浸漬コーティング法が好ましい。

本発明における表面層中にはフッ素原子含有樹脂粒子を含有することができる。

フッ素原子含有樹脂粒子としては、四フッ化エチレン樹脂、三フッ化塩化エチレン樹脂、六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、二フッ化二塩化エチレン樹脂、及びこれらの共重合体のなかから１種あるいは２種以上を適宜選択するのが好ましいが、特に、四フッ化エチレン樹脂及びフッ化ビニリデン樹脂が好ましい。樹脂粒子の分子量や粒子の粒径は、適宜選択することができ、特に制限されるものではない。

前述の前記表面層中のフッ素原子含有樹脂粒子の割合は、表面層全重量に対し５〜７０重量％が好ましく、より好ましくは１０〜６０重量％である。フッ素原子含有樹脂粒子の割合が７０重量％より多いと表面層の機械的強度が低下しやすく、フッ素原子含有樹脂粒子の割合が５重量％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充分ではなくなることがある。

本発明においては、分散性、結着性、及び耐候性をさらに向上させる目的で、前述の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てもよい。

本発明者らは、本発明の課題である、低湿環境下での連続通紙耐久における、画像濃度低下のメカニズムを以下のように考えている。

本発明者らは、この画像濃度低下は、連続通紙による、感光体表面電位の上昇が原因であることを確認した。また、画像形成装置（電子写真装置）の置かれている環境において、その湿度と、相関が大きいことを、確認し、絶対湿度が低い環境のとき、顕著に、表出する現象であることを確認した。

さらに、本発明者らは、表面層の硬化手段として、電子線を用いる場合、表面層の硬化に必要な最低限の強度で電子線を照射しても、表面層を透過して基体まで電子線が到達していることを確認した。

これらの事象より、この問題の主原因は、感光層内の電荷移動に対し、水分が寄与しやすい部分である、下引き層、あるいは下引き層／電荷発生層、電荷発生層の界面領域の電子線による変質と考えた。つまり、感光層中で、水分の影響を受けやすい、イオン電導が支配的な層、及び／又は（「及び／又は」は、少なくとも一方という意味で使用する。以下同じ。）その界面の電荷の移動／注入が、スムーズに行われにくくなったことが表面電位上昇の原因と考えた。連続通紙耐久においては、その層及び／又はその界面に、電荷の蓄積が生じている状態で、次の帯電、露光シーケンスが、施されてしまい、その工程が、次々に繰り返し行われてしまうため、感光体表面電位が、徐々に上昇してしまったのである。

本発明らは鋭意研究を重ねた結果、電子線で変質してしまった感光層内で、電荷の移動／注入が滞ることなく、適正に行えるようにするためには、様々な感光体設置湿度条件下で感光体温度を制御する必要があることを見出した。その感光体表面温度と湿度に対し、露光部電位の上昇の関係が、図２に示されるものとなった。したがって、本発明の、電子線が照射された感光体の表面温度を、外部環境の湿度に対し、一定の電位変動以下に満足するよう制御する構成を装置内にもつことで、感光層内での電荷の移動／注入がスムーズに行われ、連続通紙耐久において、感光体表面電位の上昇が抑制される。画像濃度の安定した画像をとりつづけることができる画像形成装置を提供できる。

しかしながら、ドラム（感光体としての感光ドラム）表面温度を常温低湿環境で、高温に設定した場合に、通紙開始後、図３のような露光部電位特性を示し、そのときのドラム表面温度は、図４のような推移を示した。すなわち、通紙開始後のドラム表面最終到達温度が３３℃であるため、図２の特性を考慮すると、露光部電位変動はわずかで収まるはずであるが、実際には約２０Ｖ程度も上昇した。

このことは、ドラムの露光による電荷発生量の特性は、高温ではより多くの電荷を発生するために、通紙開始時はより露光部電位は低く、通紙でドラム温度が下がり感度が低下した場合に露光部電位が上昇することを反映している。図５は、今回使用した感光体の、温度に対する露光部電位の特性を示す。これによれば、１℃当たり２Ｖ程度下がっていることが分かる。

したがって、通紙による９℃のドラム表面温度低下によって１８Ｖ上昇分（図５中のＸ）を上乗せしてしまっている。結局、トータルの電位上昇は、感光体の温度特性によるもの（図５中のＸ）と、低湿環境における電位上昇分（図２中のＹ）との双方で決まる。図６は、横軸をドラム表面制御温度とした場合に、ある一定湿度環境において、図５の温度変化に１℃当たりの感度変化Ｖｔを乗じたラインと、図５の特性から決まる、通紙による最終到達温度における電位上昇分のラインを加算したΔＶのラインを模式的に示している。加算ラインの最小点が理想のドラム表面設定温度である。そこで、２３℃の使用環境化において初期のドラム表面温度ごとの通紙後の温度低下分を測定した結果、図７のようになった。すなわち、初期温度が２３℃に近ければ近いほど、通紙後の温度変化が少ないため、低湿環境においては、トータルの電位上昇が少なくなるように温度設定をする必要があり、高湿環境では画像流れの発生しない温度に維持する必要がある。

そこで、後述する実施例においては、初期のドラム表面温度を以下のように決定した。

図１に示すように、作像（画像形成）待機時のドラム表面（設定）温度をＴ１、装置内部の感光体周辺（雰囲気）温度をＴ２、ドラム表面温度の変化１℃当たりの露光部電位の差をＶｔ（これを感光体の温度特性と称する）、ドラム表面温度Ｔに依存した、作像動作時の短期的電位の上昇（チャージアップ電位）をΔＶｌ（Ｔ）、作像動作時にドラム表面温度が低下した際の、ドラム表面の最終到達温度をＴ３、Ｔ１−Ｔ３をΔＴ（Ｔ１，Ｔ２）としたとき、ドラム内部に設けられたヒータによるドラム表面温度の制御温度をΔＶが、
ΔＶ＝ΔＴ（Ｔ１，Ｔ２）×Ｖｔ＋ΔＶｌ（Ｔ２）
の値が目標電位変動以下になるように設定する。

具体的には、絶対水分量１４ｇ／ｍ ^３（所定の湿度）未満の場合は３３℃（第１の目標温度）、１４ｇ／ｍ ^３（所定の湿度）以上の場合は４５℃（第２の目標温度）の設定とした。

以上のような構成をとることにより、画像濃度の安定した画像をとりつづけることができる画像形成装置を提供できる。

つまり、本発明は、高画質、高耐久化のための、表面層の硬化に必要な電子線の感光層への影響を、排除できる画像形成装置の構成を提案したものである。

次に、上述のようにして作製された感光体、コロナ帯電器を備えた、本発明の画像形成装置について以下に説明する。

図１は、本発明を適用し得る画像形成装置の概略構成を模式的に示す図である。同図に示す画像形成装置は、前述した感光体１として、ドラム形の感光ドラムを備えている。感光体１は、矢印Ｒ１方向に所定のプロセススピード（周速度）で回転駆動される。感光体１は、その回転過程でコロナ帯電器（一次帯電手段）２によりその外周面（表面）に負の所定電位の均一帯電を受ける。このときの帯電バイアスとしては、ＤＣ電圧とＡＣ電圧とが重畳された重畳電圧を用いる。帯電後の感光体１表面は、露光装置（露光手段）３により光像露光Ｌ（スリット露光・レーザビーム走査露光など）を受ける。これにより感光体表面に、露光像に対応した静電潜像が順次形成されていく。

この静電潜像は、次いで現像装置（現像手段）４でトナーによって現像されてトナー像となる。このようなコロナ帯電器２、露光装置３、現像装置４により、感光体１上にトナー像を形成する画像形成手段を構成する。このトナー像は、給紙カセット５から給紙ローラ６、レジストローラ７を介して、感光体１と転写ローラ（転写手段）８との間の転写部に感光体１の回転と同期取りされて給送された転写材Ｐに順次転写されていく。トナー像の転写を受けた転写材Ｐは感光体表面から分離されて定着装置（定着手段）９へ導入されて表面にトナー像が定着され、その後、複写物（コピー）として排紙ローラ１０により画像形成装置本体（不図示）外部の排紙トレイ１１上に排出される。一方、トナー像転写後の感光体１は、表面に残ったトナー（転写残トナー）がクリーニング装置（クリーニング手段）１２によって除去され、前露光器（帯電前露光手段）１３により除電処理がされて繰り返して像形成に使用される。

図１に示す、上述の画像形成装置においては、感光体１の内部に、昇温装置１４が設けれている。また、画像形成装置本体内には、感光体１の表面温度を計測する温度センサ（温度検知手段）１５、その計測結果に基づいて昇温装置１４を制御するための制御手段（システム）１６が設けられている。

本発明において、感光体表面温度は、常に５５℃未満の範囲内に制御されている。

これは、感光体表面温度が、５５℃以上になると、トナーの流動性が著しく悪くなり、現像性の悪化、クリーニング性の悪化、転写性の悪化などの、別の問題が生じるためである。

画像形成装置として、上述の感光体１、帯電ローラ２、現像装置４、クリーニング装置１２などの構成要素のうち、複数のものをプロセスユニットとして一体的に組み合わせ、このプロセスユニットを画像形成装置本体に対して着脱自在に構成してもよい。例えば、感光体１とクリーニング装置１２とを一体化して１つのプロセスユニットを構成し、画像形成装置本体のレールなどの案内部材を用いて着脱自在の構成にしてもよい。このときプロセスユニット側に、帯電ローラ２と現像装置４のうちの少なくとも一方を含めるように構成してもよい。

本発明における帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、及びクリーニング手段などの、通常の電子写真プロセスを行うために必要な手段は何ら限定されるもので無く、装置構成上、例えばクリーニング手段を除いた、クリーナレスシステムでの画像形成装置の構成をとること等も可能である。

また、転写中間体（中間転写ユニット）を用いる構成の装置では、画像形成装置本体の放置後の中間転写体が冷えている場合は、通紙時、ドラム表面の熱が中間転写体によって奪われ、温度低下が大きくなる。このため、低湿環境においては電位変動の原因となり、高湿環境では、画像流れの原因となる。

そこで、図８に示す画像形成装置のように、中間転写ベルト（中間転写体）２０ａを有する中間転写ユニット２０を備えた画像形成装置においては、中間転写ユニット２０内に別途、補助ヒータ２１を設けて、画像形成装置本体の放置時に中間転写ベルト（ＩＴＢ）２０ａの中間体表面温度を一定以上の温度に維持しておくことも有効である。この場合、中間転写体表面温度は、温度センサ２２によって検知され、その検知結果に基づいて、制御手段１６が中間転写体表面温度を制御するようになっている。具体的には、中間転写ベルト２０ａを感光体表面の目標温度以下、且つ、使用環境温度以上に制御する。なお、同図の例では、帯電手段として、コロナ帯電器２を使用している。

本発明は、上述の画像形成装置に適用される外に、上述の電子写真感光体１を備えた電子写真装置として、例えば、レーザビームプリンタ、ＣＲＴプリンタ、ＬＥＤプリンタ、液晶プリンタ、レーザ製版機などの電子写真応用分野にも広く用いることができる。また、本発明は画像形成装置及びリモート端末からの画像情報を受信する受信手段を有するファクシミリで構成することもできる。

本発明は、前露光器１３の光源波長が４００〜８００ｎｍにピークを有し、感光体表面における照度が、１ｌｕｘ・ｓｅｃ以上１０ｌｕｘ・ｓｅｃ以下であり、帯電手段（例えば、図１中の帯電ローラ２、図８中のコロナ帯電器２）により帯電電位４００〜９００Ｖにおける画像露光部電位が７０〜４００Ｖである場合に、感光体１が、２０〜１００ｒｐｍで回転し、画像露光部電位が絶対水分量０〜５ｇ／ｍ ^３の環境下において、回転露光動作によって１０Ｖ以上上昇する感光体１であって、制御手段１６は、感光体１の使用環境によって設定される２段階以上の設定温度を有するようにすると、特に、効果的である。

以下に本発明を実施例及び比較例により、さらに具体的に説明する。

［実施例１］
（感光体の製造方法）
以下、実施例中の「部」は「質量部」を意味する。

本発明の図１に示す感光体（感光ドラム）１を下記のようにして作製した。

まず、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、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、直径１ｍｍガラスビーズを用いたサンドミル装置で２時間分散させて調製した。この塗料を直径８４ｍｍ×長さ３４０ｍｍのアルミニウムシリンダー上に浸漬塗布法で塗布し、１４０℃で３０分間乾燥して、膜厚が１６μｍ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、下引き層用塗工液を調製した。この塗工液を上述の導電層上に浸漬塗布法によって塗布し、１００℃で２０分間乾燥し、膜厚が０．４μｍの下引き層を形成した。

次に、ＣｕＫα特性Ｘ線回折におけるブラッグ角（２θ±０．２°）の７．４°、９．９°、１６．３°、１８．６°、２５．１°、２８．２°に強いピークを有する結晶型のヒドロキシガリウムフタロシアニン（ＨｏＧａＰｃ）１０部とポリビニルブチラール（商品名：エスレツクＢＸ−１、積水化学工業社製）５部、及びシクロヘキサノン２５０部を直径１ｍｍガラスビーズを用いたサンドミル装置で３時間分散させ、その後、酢酸エチル２５０部を加えて電荷発生層用塗工液を調製した。この塗工液を、上述の下引き層上に浸漬塗布法で塗布して、１００℃で１５分間乾燥して、下引き層上に付着する電荷発生層の膜厚が、０．２μｍになるようにした。このとき、電荷発生層中に含有される電荷発生物質の量は、１３０ｍｇ／ｍ^２であった。

次に、図９に示す構造式のスチリル化合物である電荷輸送材料７部及びポリカーボネート（重量平均分子量＝４６０００）１０部を、メチラール２８部／モノクロロベンゼン６５部の混合溶剤中に溶解して溶液を作製し、この溶液を電荷発生層表面に浸漬塗布し、１００℃で６０分間乾燥させ、膜厚が１６μｍの電荷輸送層を形成した。

次に、図１６に示す化合物例Ｎｏ．１２に示される化合物４０部をｎ−プロパノール６０部の混合溶媒中に溶解し、表面保護層用塗料を作製した。この塗料を前記の電荷輸送層上に浸漬塗布方法で塗工し、５０℃で１５分乾燥した後、加速電圧１５０ｋＶ、吸収電子線量５×１０^４Ｇｙの条件にて電子線を酸素濃度１０ｐｐｍ以下の窒素雰囲気下で照射し、同雰囲気下で１００℃で１０分加熱乾燥し、上述の化合物を硬化することによって、膜厚が５μｍの表面保護層を形成し、感光体を作製した。

上述の感光体とは、別に、下引き層は、単独層構成のサンプルを、クシ型電極が施された、ＰＥＴフィルム上に、ワイヤーバーで、膜厚０．４μｍになるように作製した。その抵抗率を測定した結果、温度２５℃、湿度５５％環境下において、５×１０^８Ω・ｃｍであった。

この感光体を、図１に示す画像形成装置に装着し、連続２００枚の通紙耐久試験を行った。また、この感光体を用い、画像形成装置本体内の現像装置の位置に現像装置の代わりに電位センサをセットし、連続２００枚相当での電位変化を確認した。表面電位の、初期電位設定は、暗部電位Ｖｄ７００Ｖ、明部電位Ｖｌ２２０Ｖで行い、耐久前後での電位変化値を図１８に示している。なお、図１９は、図１８の一部を拡大して示したものである。Ｖｌ値は、表面電位計（トレック社製ｍｏｄｅｌ３６６）で計測し、Ａ４サイズ１枚の画像形成において、その露光時間中の感光体周方向の全ポイント（サンプリング周波数５ｋＨｚ）の平均電位を、Ｖｌ値として採用した。

図１８から判るように、絶対水分量１５ｇ／ｍ^３未満の環境下において初期感光体表面温度を３３℃に調整したところ、２００枚相当時のドラム表面温度は３０℃、Ｖｌ電位変化値は、非常に小さな値であった。また、連続通紙で出力された画像の色見変化は目視上、認められず、２００枚の色見が同一の画像を、得ることができた。さらに、この感光体は、１万枚まで耐久を行ったが、傷、削れが、ほとんど無く、非常に高耐久な感光体であることを、確認できた。

また、温度３０℃、湿度８０％等、絶対水分量が１５ｇ／ｍ^３以上の高い環境下においては、初期感光体表面温度を４５℃に制御することで、画像流れの発生を防止することができた。

逆に実施例１比較例Ａでは低湿環境においても一定の４５℃の制御としており、低湿環境においては電位変化値が大きな値となってしまっている。

しかしながら、実施例１−２では、中間転写体の中に設けたヒータにより、中間転写体の表面温度（ＩＴＢ初期表面温度）を、画像形成装置本体の放置時に高く維持することにより、低湿環境での電位変動を低減させている。

また、実施例１比較例Ｂでは、ドラム表面初期温度を４０℃に設定しているが、その場合は、低湿環境においては電位変動が大きく、また、高湿環境では画像流れが発生してしまっている。

すなわち、低湿環境と高湿環境で、２つの温度設定を持つことで、それぞれの課題を解決することが可能となる。

図１０〜図１５は、図１８に示す結果をさらに詳細に説明するための図である。

これは実施例１と、実施例１比較例Ａの数値を、環境温度ごとにグラフ化したものである。実施例１は、２つの温度設定を持つ場合、また実施例１比較例Ａは、４５℃と一定の温度設定にする場合である。

図１０は、実施例１であり、環境温度２３℃のため、絶対水分量は高湿でも低い環境である。３３℃にドラム温度を調整した場合、通紙後には下向きの矢印（↓）で示すように温度は低下するが、温度低下レベルが小さいため、電位変化は少ないことを示している。対照的に図１３は、実施例１比較例Ａであり、ドラム温度を４５℃と、高温多湿に対応した設定であるため、温度低下が大きく、高い電位変化を示す。図１１は、２７℃環境で、中間の水分量領域をとる。この場合、湿度４０％の場合のみ３３℃温度設定、それ以上は４５℃と、切り替えポイントの領域である。図１４の実施例１比較例Ａでも、温度が高いため、それほど電位変化は大きくならない。

したがって、ドラム温度調節は３３℃でも４５℃でもそれほど問題にならないが、高湿度の場合は高温を維持しないと画像流れが発生する。

図１２は、高温多湿環境である。そもそも画像流れが問題となるので、４５℃設定でなければならないが、電位変動は問題にならない。

また、比較例として、３３℃一定制御の場合は高温多湿で画像流れがＮＧ、高温多湿のみ４５℃設定の場合は低湿度環境でＶｌ変動がＮＧ、というパターンとなる。

また、図１８中の実施例１−２は、ＩＴＢ（中間転写体としての中間転写ベルト）を高温維持する制御の併用でさらなる効果が得られること、実施例１比較例Ｂは、中間の４０℃一定制御の場合はどうなるか、を示したものである。

高湿、低湿ともにＮＧであることがわかる。

以下、実施例２〜８は、図１６，図１７に示すような構成の感光体（感光ドラム）を用意し、図１８と同様の電位変動測定を行っている。また、比較例１〜７は、電子線を照射しない従来のドラムの構成を示しており、同様の測定を行った。結果は、実施例１の場合と同様の結果であり、本発明におけるドラムを用いる場合に、環境に応じたドラム表面温度設定が重要となることがわかった。

［実施例２］
実施例１における、下引き層上での、感光体の電荷発生物質の、塗工後の付着量を、９０ｍｇ／ｍ^２にすること以外は、実施例１と同様、表面温度３５℃になるよう昇温装置で制御しながら、連続２００枚の通紙耐久試験を行った。また、この感光体を用い、本体内の現像装置位置に現像装置の代わりに電位センサをセットし、連続２００枚相当での電位変化を確認した。表面電位の、初期電位設定は、Ｖｄ７００Ｖ、Ｖｌ２２０Ｖで行い、耐久前後での電位変化値を、図１８に示している。Ｖｌ値は、表面電位計（トレック社製ｍｏｄｅｌ３６６）で計測し、Ａ４サイズ１枚の画像形成において、その露光時間中の感光体周方向の全ポイント（サンプリング周波数５ｋＨｚ）の平均電位を、Ｖｌ値として採用した。

図１８から判るように、２００枚相当時のＶｌ電位変化値は、非常に小さな値であった。また、連続通紙で出力された画像の色見変化は目視上、認められず、２００枚の色見が同一の画像を、得ることができた。さらに、この感光体は、１万枚まで耐久を行ったが、傷、削れが、ほとんど無く、非常に高耐久な感光体であることを、確認できた。

［実施例３］
実施例１の、表面保護層に用いる図１６の化合物を同図中のＮｏ．１４のものに代えた以外は実施例１と同様な構成、方法で表面保護層及び感光層を作製し感光体を作製した。

この感光体と同条件で作製された感光体を、温度２５℃、湿度５０％の環境下に２４時間放置した。

この感光体を実施例１に示される画像形成装置を用い、実施例１と同様の評価を行った。その結果を図１８に示す。図１８に示されるように、感光体表面の帯電ローラが当接している部分の傷起因の画像不良は３００Ｋ枚（３０００００枚）の耐久を行っても発生せず、前述したＡＣ電流値による画像形成装置において、感光体の高耐久化を達成できた。

また、２５０Ｋ枚耐久時点の感光体表面で、一番深い傷の深さを測定したところ感光体の周方向の８点計測平均で１．９μｍであった。

［実施例４］
実施例１の、表面保護層用塗料に、ポリテトラフルオロエチレン微粒子（粒径０．１８μｍ）４部を加え、図１６中の化合物例Ｎｏ．１２に示される化合物３６部とともに、ｎ−プロパノール６０部の溶媒中に溶解し、表面保護層用塗料を作製した。この塗料を電荷輸送層上に浸漬塗布方法で塗工し、５０℃で１５分乾燥した後、加速電圧１５０ｋＶ吸収電子線量５×１０^４Ｇｙの条件にて電子線を窒素雰囲気下で照射し、１００℃で６０分乾燥し、化合物を硬化することによって、膜厚が５μｍの表面保護層を形成し、電子写真感光体を作製した。

この感光体を、実施例１に示される画像形成装置を用い、実施例１と同様の評価を行った。その結果を図１８に示す。図１８に示されるように、感光体表面の帯電ローラが当接している部分の傷起因の画像不良は３００Ｋ枚の耐久を行っても発生せず、上述したＡＣ電流値による画像形成装置において、感光体の高耐久化を達成できた。

また、２５０Ｋ枚耐久時点の感光体表面で、一番深い傷の深さを測定したところ感光体の周方向の８点計測平均で１．２μｍであった。

［実施例５］
実施例１における吸収電子線量を４×１０^５Ｇｙに変え、電子線照射後、大気中での後加熱処理に変更した以外は、実施例１と同様な構成、方法で表面保護層及び感光層を作製し感光体を作製した。

また、２５０Ｋ枚耐久時点の感光体表面で、一番深い傷の深さを測定したところ感光体の周方向の８点計測平均で３．３μｍであった。

［実施例６］
実施例１と同様の感光層及び表面保護層の感光体を作製した。

この感光体を、実施例１における画像形成装置の帯電ローラのＡＣ電流値を２．３×１０^４ｃ／ｍ^２にし、実施例１と同様の評価を行った。その結果を図１８に示す。図１８に示されるように、感光体表面の帯電ローラが当接している部分の傷起因の画像不良は３００Ｋ枚の耐久を行っても発生せず、上述したＡＣ電流値による画像形成装置において、感光体の高耐久化を達成できた。

また、２５０Ｋ枚耐久時点の感光体表面で、一番深い傷の深さを測定したところ感光体の周方向の８点計測平均で１．１μｍであった。

［実施例７］
実施例１における画像形成装置の帯電ローラの押し圧を約５ｋｇ／ｍ^２にした以外は、実施例１と同様な構成、方法で表面保護層及び感光層を作製し感光体を作製した。

［実施例８］
実施例１の、表面保護層に用いる化合物を図１７中のＮｏ．４０のものに代え、吸収電子線量を４×１０^５Ｇｙに変えた以外は実施例１と同様な構成、方法で表面保護層及び感光層を作製し感光体を作製した。

［比較例１］
実施例１における画像形成装置の帯電ローラと感光ドラムの間の交差角が無いこと以外は、実施例１と同様な構成、方法で表面保護層及び感光層を作製し感光体を作製した。

上記、感光体の評価を、実施例１と同様に行った結果を図１８に示す。図１８に示されるように、感光体表面の帯電ローラが当接している部分の傷起因の画像不良が、１７０Ｋ枚の耐久で発生した。

このとき、感光体表面で、一番深い傷の深さを測定したところ感光体の周方向の８点計測平均で５．８μｍであった。

［比較例２］
実施例１における画像形成装置の帯電ローラと感光体の間の交差角が０．３°に変更した以外は、実施例１と同様な構成、方法で表面保護層及び感光層を作製し感光体を作製した。

上記、感光体の評価を、実施例１と同様に行った結果を図１８に示す。図１８に示されるように、感光体表面の帯電ローラが当接している部分の傷起因の画像不良が、２２０Ｋ枚の耐久で発生した。

このとき、感光体表面で、一番深い傷の深さを測定したところ感光体の周方向の８点計測平均で４．２μｍであった。

［比較例３］
実施例１の、表面保護層が無く、電荷輸送層を２８μｍの厚さで作製した感光体を用い、実施例１に示される画像形成装置を用い、実施例１と同様の評価を行った。その結果を図１８に示す。図１８に示されるように、感光体表面の帯電ローラが当接している部分の傷起因の画像不良が、７０Ｋ枚の耐久で発生した。

このとき、感光体表面で、一番深い傷の深さを測定したところ感光体の周方向の８点計測平均で８．６μｍであった。

［比較例４］
実施例５における吸収電子線量を１×１０^５Ｇｙに変更した以外は、実施例１と同様な構成、方法で表面保護層及び感光層を作製し感光体を作製した。

この感光体を、温度２５℃、湿度５０％の環境下に２４時間放置した。

上述の感光体の評価を、実施例１と同様に行った結果を図１８に示す。図１８に示されるように、感光体表面の帯電ローラが当接している部分の傷起因の画像不良が、１００Ｋ枚の耐久で発生した。

このとき、感光体表面で、一番深い傷の深さを測定したところ感光体の周方向の８点計測平均で９．２μｍであった。

［比較例５］
実施例１の、表面保護層に用いる化合物を図１７中のＮｏ．３６のものに変更し、膜厚１μｍの膜を形成した以外は実施例１と同様な構成、方法で表面保護層及び感光層を作製し感光体を作製した。

この感光体と同条件で作製された感光体を、温度２５℃、湿度５０％の環境下に２４時間放置した後、前述した硬度測定装置フィッシャースコープＨ１００Ｖ（Ｆｉｓｃｈｅｒ社製）を用いて、弾性変形率及びＨＵを求めた。その値を図２０に示す。

上記、感光体の評価を、実施例１と同様に行った結果を図１８に示す。図１８に示されるように、感光体表面の帯電ローラが当接している部分の傷起因の画像不良が、８０Ｋ枚の耐久で発生した。

このとき、感光体表面で、一番深い傷の深さを測定したところ感光体の周方向の８点計測平均で１１μｍであった。

［比較例６］
比較例３における電荷輸送層を形成した後、電荷輸送層に用いているポリカーボネート樹脂１０部をモノクロロベンゼン１００部及びジクロロメタン６０部の混合溶媒中に溶解した溶液に疎水性シリカ粒子１重量部を混合、分散して成る塗布液を前記ＣＴＬ上にスプレー塗布機により塗布して乾燥後の膜厚１．０μｍの保護層を形成し、感光体を作製した。この感光体を、温度２５℃、湿度５０％の環境下に２４時間放置した。

上記、感光体の評価を、実施例１と同様に行った結果を図１８に示す。図１８に示されるように、感光体表面の帯電ローラが当接している部分の傷起因の画像不良が、４０Ｋ枚の耐久で発生した。

このとき、感光体表面で、一番深い傷の深さを測定したところ感光体の周方向の８点計測平均で９μｍであった。

［比較例７］
比較例１と同様の表面保護層及び感光層を作製し感光体を作製し、比較例１における画像形成装置の帯電ローラのＡＣ電流値を２．３×１０^４ｃ／ｍ^２に変更した以外は、実施例１と同様な構成、方法で、この感光体の評価を、行った。その結果を図１８に示す。図１８に示されるように、感光体表面の帯電ローラが当接している部分の傷起因の画像不良が、２３０Ｋ枚の耐久で発生した。

このとき、感光体表面で、一番深い傷の深さを測定したところ感光体の周方向の８点計測平均で３．３μｍであった

本発明を適用することができる画像形成装置の概略構成を模式的に示す図である。ドラム表面温度と、露光部電位との関係を説明する図である。通紙枚数と露光部電位特性との関係を説明する図である。通紙枚数とドラム表面温度との関係を説明する図である。ドラム表面温度を露光部電位との関係を説明する図である。ドラム表面制御温度と電位の増加との関係を説明する図である。ドラム表面初期温度とドラム表面温度低下との関係を説明する図である。中間転写ベルトを使用した画像形成装置の概略構成を模式的に示す図である。電荷輸送材料の構造式を示す図である。環境温度が２３℃の場合の本実施の形態の、湿度と、温度，絶対水分量，電位変化との関係を説明する図である。環境温度が２７℃の場合の本実施の形態の、湿度と、温度，絶対水分量，電位変化との関係を説明する図である。環境温度が３０℃の場合の本実施の形態の、湿度と、温度，絶対水分量，電位変化との関係を説明する図である。環境温度が２３℃の場合の比較例の、湿度と、温度，絶対水分量，電位変化との関係を説明する図である。環境温度が２７℃の場合の比較例の、湿度と、温度，絶対水分量，電位変化との関係を説明する図である。環境温度が３０℃の場合の比較例の、湿度と、温度，絶対水分量，電位変化との関係を説明する図である。感光体の表面保護層に用いる化合物の構造式を示す図である。感光体の表面保護層に用いる化合物の構造式を示す図である。実施例と比較例の感光体の各特性を説明する図である。図１８の一部を拡大して説明する図である。実施例１〜９、比較例１〜４の感光体の各特性を説明する図である。

符号の説明

１感光体（感光ドラム）
２帯電ローラ、コロナ帯電器（帯電手段）
１３前露光器（帯電前露光手段）
１４昇温装置（第１の加熱手段）
１５温度センサ（第１の温度検知手段）
１６制御手段
２１補助ヒータ（第２の加熱手段）
２２温度センサ（第２の温度検知手段）

Claims

感光体と、
前記感光体表面を加熱する第１の加熱手段と、
前記感光体上にトナー像を形成する画像形成手段と、
前記感光体と接して前記感光体上に形成されたトナー像を転写材に転写する中間転写体と、
前記中間転写体を加熱する第２の加熱手段と、
前記第１の加熱手段により前記感光体表面を目標温度に加熱すると共に、前記第２の加熱手段により前記中間転写体を前記目標温度以下、且つ、使用環境温度以上に加熱するように制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、使用環境湿度が所定の湿度以上の場合に、前記第１の加熱手段により前記感光体表面を第１の目標温度に加熱させ、使用環境湿度が所定の湿度未満の場合に、前記第１の加熱手段により前記感光体表面を前記第１の目標温度よりも低い第２の目標温度に加熱するように制御する、
ことを特徴とする画像形成装置。
前記感光体の表面層は、電子線を照射することにより、少なくとも１つ以上の重合性官能基を重合あるいは架橋させ硬化させた化合物を含有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記感光体表面を帯電する帯電手段を有し、該帯電手段はコロナ帯電器である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。