JP4834383B2

JP4834383B2 - 画像形成装置

Info

Publication number: JP4834383B2
Application number: JP2005322247A
Authority: JP
Inventors: 正治三浦
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-11-07
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2025-11-07
Also published as: JP2007127952A

Description

本発明は、例えば、電子写真プロセスを用いて画像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関する。

一般的に、複写機、プリンタ、ファクシミリのように画像を、紙等の記録媒体に記録する画像形成装置では、画像を記録媒体に記録するプロセスとして、電子写真プロセスが採用されている。電子写真プロセスは、像担持体として、表面に感光物質が塗布されたドラム状の電子写真感光体（以下、「感光体ドラム」という。）を使用する。

まず、感光体ドラム表面が一様に帯電された後に、感光体ドラム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体ドラムの表面に付着することによって、感光体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。

感光体ドラム表面を一様に帯電させる手段としては、コロナ放電装置や接触帯電装置が利用されている。コロナ放電装置は、感光体ドラム表面を所定の電位に帯電するためには有効なものである。しかし、高圧電源を必要とする、及び、オゾンが発生するといった問題点がある。

一方、接触帯電装置は、電圧を印加した導電性帯電部材を感光体ドラム表面に接触させることにより感光体ドラム表面を所定の電位に帯電させるもので、高圧電源を必要としない。また、接触帯電装置は、オゾンの発生をみてもコロナ放電装置に比べ微量であり、構成も簡素であるといった特長を有している。

しかしながら、接触帯電装置は、感光体ドラム表面に直接接しているため帯電部材表面がトナーや外添剤等により汚染されやすく、帯電不良となり易い。

そこで、これまで、接触帯電部材を清掃する手段が色々と提案されている。例えば特許文献１によると、パッド、ブラシなどにより接触帯電部材を清掃する構成が示されている。特許文献２によるとブラシローラにより接触帯電部材を清掃する構成が示されている。
特開平７−１９９６０４号公報特開２００２−２２１８８３号公報

しかしながら、上記特許文献に記載の構成はいずれも、帯電ローラを清掃する部材単独に関するものであり、感光体ドラムの表面、或いは、帯電部材表面と清掃部材の詳細な関係について言及されているものは見当たらない。

本発明は上記問題を解決するものであって、接触帯電部材を用いた場合においても長期に渡り安定した帯電性能を保ち、高寿命、高画質、低ランニングコストの画像形成装置を提供することを目的としている。

上記目的は本発明に係る画像形成装置にて達成される。

本発明によれば、像担持体を回転式接触帯電部材にて一様に帯電し、前記一様に帯電された像担持体を露光手段により露光して静電潜像を形成し、前記像担持体に形成された静電潜像を少なくともトナーを含む現像剤にて現像して可視画像を得る画像形成装置であって、前記接触帯電部材は、その表面がブラシ部材にて清掃される画像形成装置において、
前記回転式接触帯電部材の表面凹凸間隔Ｓｍ−ｃが１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲であり、表面粗さＲｚ−ｃが２μｍ以上２０μｍ以下の範囲であり、
前記ブラシ部材のブラシ径をＡμｍとし、ブラシ起毛長さをＬμｍとし、ブラシ繊維密度をＢ本／ｃｍ²とし、前記トナーの重量平均粒径をＣμｍとすると、
Ｃ≦Ａ≦Ｓｍ−ｃ、０．０５＜Ｂ×Ａ²×π×１０^-8／４＜０．５
５０≦Ｌ／Ｒｚ−ｃ≦１０００
Ｂ≧２００００、Ｌ≦２５００
であることを特徴とする画像形成装置が提供される。

本発明の画像形成装置によれば、長期にわたり安定した帯電性能を保ち良好な画像形成を行うことができる。

以下、本発明に係る画像形成装置を図面に則して更に詳しく説明する。

図ｌは、本発明に係る画像形成装置の一実施形態である電子写真式のレーザービームプリンタの概略構成図である。

先ず、本実施形態のプリンタとされる画像形成装置全体の概略について説明する。画像形成装置は、像担持体であるドラム状の電子写真感光体、即ち、感光体ドラム１を有する。本実施形態にて、電子写真感光体としては、負帯電有機感光体を使用している。また、感光体ドラム１は、帯電手段２にて一様に帯電されるが、帯電方式としては、低コストな接触帯電方式の一つであるローラ帯電方式を利用している。そして、後述するように、感光体ドラム１に形成された静電潜像を現像する現像剤としては、負帯電トナーを使用し、所謂、現像手段としては、反転現像方式を利用している。

本実施形態の画像形成装置の作像プロセスについて更に説明する。

感光体ドラム１は、帯電手段としての帯電装置を構成する回転式の接触帯電部材である帯電ローラ２により一様の電位に帯電される。一様に帯電された感光体ドラム１の表面は、露光手段としてのレーザービームスキャナユニットのような露光装置１０により画像情報に対応した光像が照射される。即ち、レーザービームスキャナユニット１０からのレーザービームＬが感光体ドラム１の軸方向に主走査され、感光体ドラム１の回転により副走査される。これにより感光体ドラム１上には画像情報に対応した静電潜像が形成される。

この静電潜像は、現像手段としての現像ローラ３ａを備えた現像装置３によって、上述のように、反転現像方式により現像されてトナー像となる。トナー像は、転写手段としての転写装置４により記録媒体Ｐに転写される。この像を転写された記録媒体Ｐは、感光体ドラム１から分離されて搬送され、その後、定着器５によりトナー像を加圧、加熱して定着されてプリントが完了する。

一方、転写後の感光体ドラム１上に残留したトナーは、クリーニング手段としてのクリーニングブレード６ａなどを備えたクリーニング装置６によって感光体ドラム１上より除去される。その後感光体ドラム１上に残留している電荷は、除電ランプ７の除電光により除電され、感光体ドラム１は次回の作像に備えられる。

次に、上記本実施形態の画像形成装置を構成する各構成要素について、更に具体的に説明する。

［感光体］
本実施形態における感光体ドラム１は、外径約３０ｍｍの導電性基体上に、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とされる。或いは、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とを、この順に、又は逆の順に積層した構成の積層型とすることもできる。更に、前記感光層上に表面保護層を形成することも可能である。表面保護層を用いる場合は、膜厚は０．２〜１０μｍの範囲が好ましく、より好ましくは０．５〜６μｍの範囲である。

図２に、本実施形態の電子写真感光体の表面形状を制御する粗面化手段としての表面形状制御装置、即ち、研磨シート８を含む研磨機１００Ａの一例を示す。

研磨シート８は、研磨砥粒が結着樹脂に分散されたものが基材に塗布されたシートである。研磨シート８は、空洞の軸８１に巻かれている。軸８１には図示しないモータが配置されており、シートが送られる方向と逆方向に、研磨シート８に張力が与えられる。研磨シート８は矢印方向に送られ、ガイドローラ８３、８４を介してバックアップローラ１１を通り、研磨後のシートは、ガイドローラ８５、８６を介して図示しないモータにより巻き取り手段１２に巻き取られる。研磨は、基本的に未処理の研磨シートが感光体表面に常時圧接され、感光体表面を粗面化することで行われる。

また、図３に、砥粒吐出手段、即ち、ノズル９により感光体ドラム表面形状を制御する装置１００Ｂの概略図を示す。

表面形状制御装置１００Ｂにて、感光体ドラム１は、駆動手段（図示せず）にて矢印Ｃ方向に回転され、吐出ノズル９より研磨砥粒が吹付けられる。なお、図示してはいないが、排気装置も設けられている。

上記構成にて、所望の回転数で回転される感光体ドラム１の表面に吐出ノズル９より研磨砥粒が吹付けられ、吐出ノズル９又は感光体ドラム１のいずれかが、或いは、両方がスラスト方向に移動することにより、感光体ドラム１の表面全面が粗面化される。その際、図示されない排気装置により、吐出ノズル９より出た研磨砥粒が吸引される。この吸引された研磨砥粒は再利用しても良い。

粗面化工程に使用される研磨砥粒は、金属、ガラス、樹脂等が好ましい。その中から、電子写真感光体表面形状として上述した所望の形状が得られるものを選択すればよい。研磨砥粒の粒径は、金属の場合１〜１００μｍが好ましく、更には、５〜６０μｍが好ましい。樹脂の場合３０〜２００μｍが好ましい。研磨砥粒の形状は、不定形では感光体表面に深い凹部が発生しやすいので球形のほうが好ましい。粗面化の際、複数の粒径、形状、材質の異なる物を用いても良い。

以上述べた表面形状制御装置１００（１００Ａ、１００Ｂ）は、感光体ドラム表面として膜を形成、硬化後に粗面化処理を行うことにより所望の表面形状を得る手法について説明した。しかし、基材のシリンダ等を粗し所望の形状となる膜を形成後、硬化させる手段をとっても何ら問題ない。

ここで、感光体ドラム表面を粗面化する目的は、表面に凹凸を設けることによりクリーニングブレード６ａとの密着度を和らげ、摩擦係数の適正化を図り安定したブレードクリーニングを行えるようにするためである。

これにより、クリーニングブレード６ａのビビリ、捲れ、欠け、磨耗といった損傷、或いは、感光体ドラム表面融着などの問題を防ぐことが出来る。

本実施形態において感光体ドラム１の表面粗さは、接触式面粗さ測定機（商品名：サーフコーダＳＥ３５００、（株）小坂研究所製）を用いて以下のように測定を行う。

検出器：Ｒ２μｍ、０．７ｍＮのダイアモンド針、フィルタ：２ＣＲ、カットオフ値：０．８ｍｍ、測定長さ：２．５ｍｍ、送り速さ：０．１ｍｍとし、ＪＩＳ規格Ｂ０６０１で定義される１０点平均面粗さＲｚのデータを処理した。また、表面の凹凸の平均間隔Ｓｍは、同様の条件で測定し以下の式から得られる算術平均値である。

Ｓｍｉ：凹凸の間隔
ｎ：基準長さ内で凹凸の間隔の個数

感光体表面粗さＲｚ−ｄは０．２μｍ以上３．０μｍ以下の範囲（即ち、０．２μｍ≦Ｒｚ−ｄ≦３．０μｍ）が好ましい。また感光体表面凹凸間隔Ｓｍ−ｄは１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲（即ち、１０μｍ≦Ｓｍ−ｄ≦１００μｍ）が好ましい。Ｒｚ−ｄが０．２μｍ未満の場合、クリーニングブレードと感光体表面の接触面積が大きくなりすぎる。その結果、特殊な環境下ではブレードのビビリ、ブレード磨耗、欠け、といった問題が発生し良好なクリーニング性が得られない場合がある。同様に、Ｓｍ−ｄが１００μｍを超えて大きくなってもブレード−感光体表面間の密着性が高くなりすぎ良好にクリーニングできない。逆にＲｚ−ｄが３μｍを超えるか、或いは、Ｓｍ−ｄが１０μｍ未満の場合は、クリーニングブレードが感光体表面形状に追従しきれず接触面積が低下しすぎる。その結果、転写残トナーを塞き止めることが出来なくなり、すり抜けといったクリーニング不良が発生する場合がある。

［帯電］
図４及び図５に、帯電ローラ２と感光体ドラム１との正面図（図４）及び断面図（図５）を示す。

ここで、回転式接触帯電部材である帯電ローラ２は、電極として機能することが重要である。つまり、弾性を持たせて感光体ドラム１との十分な接触状態を得ると同時に、移動する感光体ドラム１を充電するに十分低い抵抗を有する必要がある。

一方では、感光体ドラム１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。

帯電ローラ２は、十分な帯電性と耐リークを得るには１０⁴〜１０⁷Ωの抵抗が望ましく、本実施形態では１０⁶Ωを用いている。帯電ローラ２の抵抗値は、以下のようにして測定した。

プリンタの感光体ドラム１をアルミニウム製のドラムと入れ替える。その後に、アルミニウム製ドラムと帯電ローラ２の芯金２ａ間に１００Ｖの電圧をかけ、その時に流れる電流値を測定する。これによって、帯電ローラ２の抵抗値を求めた。また、本抵抗測定は、温度２５℃、湿度６０％の環境下で行なった。

本実施形態における帯電ローラ２の硬度は、ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度計を用いて２３．５℃／６０％環境において測定した。ＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度計による測定方法は、帯電ローラ２を金属製の板の上に置き、金属製のブロックを置いてローラが転がらないように簡単に固定する。そして、金属版に対して垂直方向から帯電ローラ２の中心に正確に当たるようにして１ｋｇの加重でＡＳＫＥＲ−Ｃ硬度計を押し当て５秒後の値を読み取る。これを帯電ローラ２のゴム端部から４０ｍｍの位置の両端部及び中央部のそれぞれ周方向に３箇所ずつ、計９箇所を測定して平均を算出する。

本実施形態では帯電ローラ２のアスカーＣ硬度が３０〜９０度の範囲であれば良好な帯電性が得られた。帯電ローラ２の硬度は、硬度が高すぎると感光体ドラム１との間に帯電当接部幅を確保できなくなり安定した帯電性が得られなくなる。逆に硬度が低すぎると、形状が安定しないため、良好な帯電性能が得られない。

帯電ローラ２の材質としては、前述した硬度、帯電性能を満足できるものであれば弾性発泡体に限定するものではない。弾性体の材料として、ＥＰＤＭ、ウレタン、ＮＢＲ、シリコーンゴムや、ＩＲ等に抵抗調整のためにカーボンブラックや金属酸化物等の導電性物質を分散したゴム材や、またこれらを発泡させたものが挙げられる。また、特に導電性物質を分散せずに、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２は、その長手方向両端部において芯金２ａが軸受２ｃにより支持されつつ感光体ドラム１と並行に配設されると共に、軸受２ｃに付随する加圧部材としてのバネ２ｂにより感光体ドラム１表面に対し圧接される。この時の感光体ドラム１表面に対する加圧バネ２ｂによる当接圧は、本実施形態では略４０Ｎ／ｍに設定している。この設定では、感光体ドラム１と帯電ローラ２の当接部幅Ｎを十分に確保でき安定した帯電性が得られた。当接圧は、上記したものに限定されるわけではなく、良好な帯電性、感光体表面、帯電ローラ表面等にキズが入らず、満足な耐久性が得られる条件であれば何ら問題ない。

この当接圧の測定方法としては、感光体ドラム１と帯電ローラー２との当接領域にＳＵＳから成る２枚の薄板を挿入し、その幅が１ｃｍである薄板を引き抜く際に要する力をバネばかりで計測することにより得るものとした。そして、帯電ローラ２は、感光体ドラム１の回転と共に矢印の方向に従動回転する。

帯電ローラ２には、帯電用高圧電源から周波数１．８ｋＨｚ、総電流２０００μＡの定電流制御され、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］
本実施形態の画像形成装置に用いられる現像方法としては、トナー粒子とされる１成分現像剤を使用し、感光体ドラム１に対して非接触状態で現像する方法（１成分非接触現像）を使用することができる。または、1成分現像剤を使用し、感光体ドラム１に対して接触状態で現像する方法（１成分接触現像）、を使用することもできる。更には、トナー粒子に対して磁性キャリアを混合した、所謂２成分現像剤を使用し、この現像剤を磁気力により搬送し、感光体ドラムに対して接触状態で現像する方法（２成分接触現像）も使用し得る。更には、上記２成分現像剤を感光体ドラムに対して非接触状態で現像する方法（２成分非接触現像法）も又、好適に用いることができる。

本実施形態では、現像装置の簡易化、低ランニングコストを達成できることから、磁性トナーを用いた１成分非接触現像とした。

トナーの重量平均粒径は、コールターカウンターＴＡ−ＩＩ型或いはコールターマルチサイザー（コールター社製）等種々の方法で測定可能である。しかしながら、本実施形態においては、コールターカウンターＴＡ−ＩＩ型（コールター社製）を用い、個数分布、体積分布を出力するインターフェイス（日科機製）及びＰＣ９８０１パーソナルコンピューター（ＮＥＣ製）を接続した。また、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、ＩＳＯＴＯＮＲ−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ホン酸塩を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分間分散処理を行ない前記コールターカウンターＴＡ−ＩＩ型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とを算出した。それから、本実施形態に係わる体積分布から求めた体積基準の重量平均粒径（Ｄ４：各チャンネルの中央値をチャンネルの代表値とする）を求めた。

［クリーニング装置］
電子写真システムにおけるクリーニングとしては、感光体ドラム１の表面がトナー像形成用に何度も繰り返し使用される。そのため、記録媒体Ｐへのトナー像の転写後に、記録媒体Ｐに転写されずに感光体ドラム１の表面に残る残留トナーを十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、従来から幾多の提案がなされている。しかしながら、弾性材料からなるカウンターブレードであるクリーニングブレードを感光体ドラム１の表面に当接して、残留トナーをかき落とす方法が、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。そのために、クリーニングブレードが広く実用化されている。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、耐磨耗性や、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。

図６に、クリーニングブレードを示す。クリーニングブレード８ａは、板金の先端部に一体的に保持されたポリウレタンゴムからなり、感光体ドラム１に対して所定の侵入量δ、設定角θの条件で、カウンターにて当接されている。

本実施形態では試行錯誤を繰り返して最適条件を見出した結果、硬度６０〜８５（ショア硬さＨＳ）、１００％モジュラスが２０〜８０（ｋｇｆ／ｃｍ²）、反発弾性が５〜５０％の範囲にあれば安定してクリーニングできることが分かった。

以下に、実施例を示して、本発明をより具体的に説明する。なお、これらの実施例は、本発明における最良の実施例の一例ではあるものの、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

実施例１
本実施例で用いた感光体ドラム１の表面の粗面化は以下のように行った。

図２に示す研磨装置１００Ａを用いて、感光体表面の粗面化処理を行った。各材料としては、研磨シート（商品名：ＡＸ−３０００（富士写真フィルム（株）製）、研磨砥粒：アルミナ（平均粒径：５μｍ）、基材：ポリエステルフィルム（厚さ：７５μｍ）を用いた。また、研磨シート送りスピード：１５０ｍｍ／ｓｅｃ、感光体ドラム回転数：１５ｒｐｍ、押し当て圧：５．０Ｎ／ｍ²、とし、研磨シート８及び感光体ドラム１の回転方向は同方向であった。バックアップローラ１１は、外径：直径４０ｃｍ、アスカーＣ硬度：４０のものを用いた。

斯かる構成の装置１００Ａにて、感光体ドラム１の表面を、１５０ｓｅｃ間粗面化を行った。感光体表面のＲｚ、Ｓｍは、それぞれＲｚ−ｄ＝０．３０μｍ、Ｓｍ−ｄ＝１０μｍ、であった。

Ｒｚ−ｄ、Ｓｍ−ｄは、研磨シート、研磨砥粒、シート押し当て圧、研磨時間等を変化させて制御可能である。

図７に示すように、本実施例における帯電部材、即ち、帯電ローラ２の表面をクリーニングするための清掃部材としてブラシローラ２０が好適に用いられる。

図７にて、ブラシローラ２０は、帯電ローラ２に対して平行に延び、図７に示すように、金属又は硬質樹脂などの剛体より成る芯軸２１と、この芯軸２１の周面に多数の繊維より成るブラシ２２を有している。

ブラシ２２は、静電植毛法により芯軸２１の全周に亘って設けられている。ブラシ２２の繊維径及びその密度は適宜に設定できる。繊維基端部を芯軸２１の周面に静電植毛法により固定すると、芯軸２１に対して、短かい繊維２２を高密度に植毛することができる。

ブラシ２２の帯電ローラ２に対する当接圧も適宜設定できるが、１．５〜１０．０Ｎ／ｍの範囲にあることが好ましい。ブラシローラ２の当接圧が１．５Ｎ／ｍ未満だと、ブラシ２２の帯電ローラ２に対する食い込み量が少なくなりすぎて、帯電ローラ２の表面の清掃効率が低下する。一方、当接圧が１０．０Ｎ／ｍを超えると、ブラシ２２の食い込み量が過度に大きくなって、ブラシの倒れが促進され易くなる。

本実施例では７０ｇのブラシローラ２０を自重当接させ、約２．２Ｎ／ｍの荷重で当接させている。当接手段に関してはこれに限るものではなく、ブラシローラ両端をバネ加圧させ帯電ローラ２に当接させる手段等を用いてもなんら問題は無い。

ブラシ２２の繊維の材質も適宜選択できるが、実験によると、特にナイロン又はトリアセレートなどにより繊維を構成すると、ブラシ２２の倒れを効果的に抑え、適度な食い込み量が得られ、高い清掃能力が確認されている。また、帯電ローラ２に付着したトナーや外添剤をブラシに静電的に吸引できる材料によって、ブラシ２２の繊維を構成すると、帯電ローラ２の表面の清掃効率を一層高めることができる。

帯電ローラ２としては、外径が１６ｍｍ、アスカーＣ硬度が５０度、感光体ドラム１に対する当接圧４０Ｎ／ｍとした。

本実施例では帯電ローラ表面に意図的に切削や粗し粒子等を入れて凹凸を設けることはしていない。帯電ローラの表面粗さＲｚ−ｃ＝１．０μｍ、帯電ローラの表面凹凸間隔Ｓｍ−ｃ＝３００μｍであった。

現像トナーは、磁性トナーを用い、外添剤として一次粒径２０ｎｍのシリカ１．０重量部、一次粒径３００ｎｍの不定形チタン酸ストロンチウム３．０重量部を添加している。本実施例で用いたチタン酸ストロンチウムを図８に示す。

外添剤としてよく用いられるものとしてはシリカ、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム等の無機微粉体が挙げられるが、その１次粒径としては２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下のものが好ましい。外添剤の機能としては、現像トナーの帯電量制御、環境安定性、流動性、耐久安定性、高転写性等が挙げられるが、例えば１次粒径が２０ｎｍ未満の場合はスペーサー粒子としての機能を果たせず転写性の向上に寄与しにくい。また逆に、１次粒径が１０００ｎｍを超えるようなものは、一般に無機微粉体は硬度が高いため感光体表面にキズをつけたりし易い。なお本実施例では、無機微粉体の形状として球状、或いは、不定形のものを用いている。本実施例では磁性トナーとして重量平均粒径が６．０μｍ、８．０μｍ、１０．０μｍのものを用いた。

また本実施例では、クリーニングブレード６ａとして硬度７０（ショア硬さＨＳ）、１００％モジュラス２５ｋｇｆ／ｃｍ²、反発弾性１１％のウレタンゴムを用いた。また、設定角θ＝２５°、侵入量δ＝０．７ｍｍ、感光体ドラム１への当接圧は、約２５ｇ／ｃｍとなるようにした。

以上の構成で感光体表面凹凸間隔Ｓｍ−ｄが異なるものを、上記研磨機１００Ａの設定を変えて作製した。また、ブラシローラ２０の繊維径、繊維密度の異なるブラシを用意し帯電ローラ２の表面の汚れを評価した。評価方法としては、高温多湿（３０℃８０％）、常温低湿（２３℃５％）環境下で、画像ｄｕｔｙ７％、１枚間欠モードで５万枚耐久評価した。そして、帯電ローラ表面のトナーや外添剤の付着量、画出し評価から総合的に判断し、実用上問題のないものには○、画像品位的に問題があるものは×とした。また、本実施例ではブラシ繊維長さを０．８ｍｍとしている。評価結果を表１に示す。

上記結果より、
Ｃ≦Ａ≦Ｓｍ−ｄ、０．０５＜Ｂ×Ａ²×π×１０^-8／４＜０．５
Ｂ≧２００００
の条件を満たすことにより、良好な帯電ローラ表面清掃が行えた。

本実施例では、良好なクリーニング性を得るために感光体表面に凹凸を設けている。そのため凹部に応じて外添剤やトナー微粉体等がクリーニングブレードから抜け出て来易くなりそれらが帯電ローラ表面を汚染する。

本実施例では帯電ローラ表面はなだらかな形状を有しているため感光体表面凹凸形状に応じて汚れを反映するものと考えられる。このことから感光体表面凸凹間隔Ｓｍ−ｄよりも狭いブラシローラ繊維径Ａを有することにより帯電ローラ表面の付着物を効率的に除去できるものと考えられる。

しかしながら繊維径を細くし過ぎると繊維１本が除去できる掻き取り能力が低下する。繊維径がトナーの重量平均粒径よりも小さい場合、帯電ローラ表面に付着したトナーを掻き取ることが出来ずに汚染のレベルは悪いものであった。また清掃能力は、ブラシ密度にも大きく関係する。ブラシ密度Ｂ（本／ｃｍ²）とブラシ繊維面積πＡ²／４（μｍ²）の積により単位面積当たりのブラシ占有割合が求まるが、それが５〜５０％の範囲内にあれば良好に清掃できる結果が得られた。これは占有割合が５％以下の場合、ブラシ繊維の帯電ローラ表面に対する接触機会が少なすぎるため満足な清掃能力が得られないものと考えられる。また５０％以上の場合はブラシ繊維が密集しすぎ目詰まりを引き起こすか、或いは、ブラシ繊維動きの自由度が無くなり効率的にトナーや外添剤を掻き落とせなくなるためだと考えられる。

また、ブラシ密度Ｂが２００００本／ｃｍ²より少ない場合においては占有割合が５〜５０％の範囲内にあっても良好な清掃能力が得られなかった。この条件化ではブラシの繊維径が太くなりすぎてしまう。この条件と繊維径が細くブラシ占有面積が同じ条件のものとを比較してみるとブラシ繊維が太いものの方が帯電ローラ表面に接触できる繊維ポイント（面積）が小さくなると考えられる。このためブラシ密度が２００００本／ｃｍ²では満足な清掃能力が得られないものと考えられる。

実施例２
本実施例では帯電ローラ表面を機械式切削或いは粗し粒子（樹脂玉等）を表層に添加する等により粗面化し凹凸を設けたものを用いた。

本実施例では帯電ローラ２の表面粗さＲｚ−ｃが２μｍ以上２０μｍ以下（即ち、２μｍ≦Ｒｚ−ｃ≦２０μｍ）であり、表面凹凸平均間隔Ｓｍ−ｃが１０μｍ以上２００μｍ以下（即ち、１０μｍ≦Ｓｍ−ｃ≦２００μｍ）のものを用いている。

ここで、帯電ローラ表面に凹凸を設ける理由は、帯電ローラ表面の付着物の低減を図るためである。ローラ表面を荒らすと平滑なものに比べて感光体表面との密着性を弱めることができ、ローラ表面に付着している物質の感光体表面に機械的に押しつけられる圧が軽減され、付着力を弱めることができる。付着力としては静電的なものとファンデルワールス力や液架橋力等の非静電的なものに分類されるが、外添剤等の粒径が細かいものに関しては非静電的付着力が支配的になると考えられる。

付着物に対して機械的押し圧が増すと、これらの非静電的付着力は増大する方向になるので、ローラの汚染は悪くなる。この現象は特に液架橋力が強くなる高湿環境で顕著である。

本実施例の構成ではさらに帯電ローラ表面を清掃する部材を設けているためより清掃能力は高くなると考えられる。また帯電ローラ表面に凹凸を設けると多少帯電ローラ表面が汚染されても、感光体−帯電ローラ表面のギャップが連続的に変化しているためフラットなものに比べ汚染による放電状態の変化を感光体表面の帯電電位差として受けにくい。

従って、帯電ローラ表面に適度な凹凸をつける方が多少帯電ローラ表面が汚染された場合でも画像不良になりにくい。

しかしながら、帯電ローラ表面凹凸を大きくし過ぎると、感光体表面とのギャップの変化が急激になりすぎ安定した放電がなされずミクロな帯電不良が発生する。

そこで、Ｒｚ−ｃが２μｍ以上２０μｍ以下、Ｓｍ−ｃが１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲となるローラを用いることにより良好な帯電性が得られた。上記帯電ローラを用いその他の構成は実施例１と同じとし、同様の評価を行った結果を表２に示す。

本実施例では実施例１の構成と異なり、帯電ローラ表面に凹凸を設けているため帯電ローラ２の表面の凹凸形状と清掃部材ブラシローラ２０の関係が重要となる。

本発明者らの鋭意検討の末、表２の結果等から、
Ｃ≦Ａ≦Ｓｍ−ｃ、０．０５＜Ｂ×Ａ²×π×１０^-8／４＜０．５
５０≦Ｌ／Ｒｚ−ｃ≦１０００
Ｂ≧２００００、Ｌ≦２５００
となる範囲内にあれば良好な帯電性が得られることが確認された。

ブラシローラ２０の繊維径Ａが帯電ローラ表面凹凸間隔Ｓｍ−ｃ以下であることにより、表面凹部に堆積し易い外添剤等の付着物を効果的に除去できるものと考えられる。

また、トナー粒径以上の繊維径を必要とすることに関しては、前記した様にトナーを掻き落とす為に必要であると考えられる。

ブラシローラ表面のブラシ繊維占有割合が５〜５０％で良好、ブラシ繊維密度が２００００本／ｃｍ²以上で良好なことに関しても上記した理由があてはまると考えられる。

また、ブラシ繊維長さＬと帯電ローラ表面粗さＲｚ−ｃの関係が、５０≦Ｌ／Ｒｚ−ｃ≦１０００となる範囲で良好である。このことに関しては、５０＞Ｌ／Ｒｚ−ｃでは帯電ローラ表面凹部深さに対して繊維長さＬが十分に長くないためくい込み量（侵入量）が不足し満足な清掃能力が得られないものと考えられる。一方、Ｌ／Ｒｚ−ｃ＞１０００となる範囲では逆にブラシ繊維長さＬが長くなりすぎ、ブラシ繊維の毛倒れが発生し、満足な耐久性が得られなかった。またブラシ繊維長さＬの上限は２５００μｍで、それよりも長くなると同様に毛倒れが発生した。

実施例３
本実施例では、感光体表層に保護層を設け、ユニバーサル硬さ値（ＨＵ）が１８５Ｎ／ｍｍ²、弾性変形率Ｗｅが５７％の感光体ドラムを使用した。ユニバーサル硬さ値（ＨＵ）が１５０Ｎ／ｍｍ²以上、２２０Ｎ／ｍｍ²以下であり、かつ弾性変形率Ｗｅが４０％以上、６５％以下の範囲内にある感光体は、耐磨耗性に優れ、高耐久を達成できることが本発明者らの検討より分かっている。本実施例で用いられる感光体表面保護層の作製は以下のように行った。

下記一般式（１）で示される正孔輸送性化合物４５部をｎ−プロピルアルコール５５部に溶解し、表面層用塗布液を調製した。

この塗布液を用いて、電荷輸送層上に表面層を塗布したのち、窒素中において加速電圧１５０ＫＶ、線量１．５×１０⁴Ｇｙの条件で電子線を照射した後、引き続いて電子写真感光体の温度が１５０℃になる条件で３分間加熱処理を行った。このときの酸素濃度は８０ｐｐｍであった。更に、電子写真感光体を大気中にて１４０℃で１時間の後処理を行って膜厚５μｍの表面層を形成し、電子写真感光体を得た。

得られた電子写真感光体の一部は、２３℃／５０％ＲＨの環境下に２４時間放置した後、以下の硬度測定を行った。

ユニバーサル硬さ値（ＨＵ）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することにより連続的硬さが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）を用いて測定することができる。圧子としては対面角１３６°のビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を使用することができる。具体的には、最終荷重６ｍＮまで段階的に（各点０．１ｓｅｃの保持時間で２７３点）測定する。

本製造方法で作製された感光体は、Ｗｅ＝５７、ＨＵ＝１８５であった。

ここで得られた感光体ドラムを実施例１同様に粗面化処理を施した。粗面化条件の一例を示すと、次の通りであった。

つまり、図２に示す装置で研磨シート（商品名：ＡＸ−３０００（富士写真フィルム（株）製）、研磨砥粒：アルミナ（平均粒径：５μｍ）、基材：ポリエステルフィルム（厚さ：７５μｍ）を用いた。また、研磨シート送りスピード：１５０ｍｍ／ｓｅｃ、感光体ドラム回転数：１５ｒｐｍ、押し当て圧：７．５Ｎ／ｍ²、シート及び電子写真感光体ドラムの回転方向は同方向、バックアップローラ１１は外径：直径４０ｃｍ、アスカーＣ硬度：４０のものを用いた。そして、３００ｓｅｃ間粗面化を行った。このときの感光体表面のＲｚ―ｄ＝０．３３μｍ、Ｓｍ−ｄ＝１５μｍであった。Ｒｚ−ｄ、Ｓｍ−ｄは研磨シート、研磨砥粒、シート押し当て圧、研磨時間等を変化させて制御可能である。

本実施例では上記研磨条件を振り、種々のＲｚ−ｄ、Ｓｍ−ｄの感光体を作製し、その感光体を用いて実施例１と同様の評価を行ったところ、
Ｃ≦Ａ≦Ｓｍ−ｄ、０．０５＜Ｂ×Ａ²×π×１０^-8／４＜０．５
Ｂ≧２００００
を満たす範囲で良好な帯電性能が得られた。更に感光体として磨耗量が小さく高耐久なものを用いているため、本発明での安定した帯電部材清掃構成と組み合わせることにより１５万枚以上の良好な画像形成が行われることが確認された。

実施例４
本実施例では帯電ローラ表層にフッ素樹脂を含有させたものを用いた。その他の条件は実施例１と同じとし、同様の評価を行った。

実施例１での評価でも○評価のものは実用上問題の無いレベルであるが、本実施例のように帯電ローラの表層にフッ素樹脂を含有させることにより離形性が高まり、さらに帯電ローラ表面に汚れが付着しにくくなる。帯電ローラ表面の汚れを観察したところ実施例１のものに比べてさらにレベルの良いものとなっていた。

実施例５
本実施例では感光体表面上に粒子形状が立方体状及び／又は直方体状である１次粒子の粒径が３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の無機微粉体を供給する構成とした。無機微粉体は硬度が高く優れた研磨性能を持つ。無機微紛体としては例えばチタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム等が用いられる。本実施例では、粒子形状が立方体状又は直方体状であるペロブスカイト型結晶のものを用いた。粒子形状が概略立方体又は直方体であることで、感光体表面との接触面積を大きくすることができ、また立方体又は直方体の稜線が感光体表面に当接することで良好に感光体表面に付着した放電生成物や外添剤、トナー等の融着物を取り除ける。この掻き取り作用はクリーニングブレードニップ部で無機微粉体が感光体表面に圧接される際に主に行われると考えられる。

本実施例において使用されるペロブスカイト型結晶のチタン酸ストロンチウムは一次粒子の平均粒径が３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であるものが好ましい。平均粒径が３０ｎｍ未満では当該粒子の研磨効果が不十分であり、一方、３００ｎｍを超えると上記研磨効果が強すぎるため感光体キズ、帯電ローラ損傷が発生する場合があるため適さない。研磨性能は無機微粉体の粒径にも大きく関わり、粒径が大きいものほど研磨効果が大きくなる。

感光体表面に上記無機微粉体を供給する手段としては、現像トナーに外添する方法、クリーニング装置内に無機微粉体供給部材を設ける方法等が挙げられるが、特に限定されるものではない。

本実施例では無機微粉体の感光体上への供給は現像トナーに外添することにより行った。１次粒子の平均粒径が１００ｎｍのペロブスカイト型結晶のチタン酸ストロンチウム（図９に示す）をヘンシェルミキサーＦＭ１０Ｂにて現像トナーに対して、１．５重量部外添したものを用いた。

その他の構成は実施例１と同じとし同様の評価を行った。

その結果、実施例１のものに比べてさらにレベルの良いものとなっていた。これは感光体表面上の付着物を取り除けることにより、より安定したブレードクリーニングが成され、外添剤やトナーがクリーニングブレードよりすり抜ける量が減少したためであると考えられる。また本実施例で用いた無機微粉体と実施例３で挙げた高耐久感光体を組み合わせて用いることにより、さらに安定した長寿命システムが達成される。

実施例６
本実施例では、図１０に示すように、帯電ローラ２の回転軸Ｏｃと感光体ドラム１の回転軸Ｏｄとの間に角度０．１５°の交差角を設けてある。

交差角を設ける目的は、外添剤等からの帯電ローラの汚染の局所的集中を出来るだけ拡散させるというものである。この汚染の局所的集中は同一画像の連続プリントやクリーニングブレードの局所的磨耗（欠け）に応じて発生しやすい。

その他の条件は実施例１と同じとし、同様の評価を行った。

実施例１での評価でも○評価のものは実用上問題の無いレベルであるが、本実施例のように帯電ローラの回転軸と感光体ドラムの回転軸との間に交差角を設けることによりさらに安定した耐久性が得られる。帯電ローラ表面の汚れを観察したところ実施例１のものに比べて汚れの局所的な集中が拡散され均一なものとなっていた。

上記各実施例は、本発明の画像形成装置が一つの像担持体を備えたプリンタであるとして説明したが、本発明の画像形成装置はこれに限定されるものではない。本発明は、像担持体の回りに帯電手段、現像手段などが配置された複数の画像形成部を備え、多色画像を形成する多色画像形成装置などにも同様に適用することができる。そして、同様の作用効果を得ることができる。

本発明に係る画像形成装置の一実施例の概略構成断面図である。感光体ドラムの表面を粗面化し、感光体ドラムの表面形状を制御する研磨機を説明する概略構成図である。感光体ドラムの表面を粗面化し、感光体ドラムの表面形状を制御する砥粒吐出装置を説明する概略構成図である。帯電ローラの感光体ドラムに対する当接状態を表した正面図である。帯電ローラの感光体ドラムに対する当接状態を表した断面図である。クリーニングブレードを説明する部分拡大図である。ブラシローラが帯電ローラに当接している状態を説明する図である。不定形型のチタン酸ストロンチウムの顕微鏡写真図である。ペロブスカイト型結晶のチタン酸ストロンチウムの顕微鏡写真図である。帯電ローラと感光体ドラムの交差角を説明するための図である。

符号の説明

１感光体ドラム（像担持体）
２帯電ローラ（帯電手段）
３現像装置（現像手段）
３ａ現像ローラ
４転写装置（転写手段）
５定着器
６クリーニング装置（クリーニング手段）
６ａクリーニングブレード
８研磨シート
８ａクリーニングブレード
９吐出ノズル
１１バックアップローラ
２０ブラシローラ（清掃部材）
１００Ａ研磨機（感光体表面形状制御手段）
１００Ｂ砥粒吐出装置（感光体表面形状制御手段）

Claims

像担持体を回転式接触帯電部材にて一様に帯電し、前記一様に帯電された像担持体を露光手段により露光して静電潜像を形成し、前記像担持体に形成された静電潜像を少なくともトナーを含む現像剤にて現像して可視画像を得る画像形成装置であって、前記接触帯電部材は、その表面がブラシ部材にて清掃される画像形成装置において、
前記回転式接触帯電部材の表面凹凸間隔Ｓｍ−ｃが１０μｍ以上２００μｍ以下の範囲であり、表面粗さＲｚ−ｃが２μｍ以上２０μｍ以下の範囲であり、
前記ブラシ部材のブラシ径をＡμｍとし、ブラシ起毛長さをＬμｍとし、ブラシ繊維密度をＢ本／ｃｍ²とし、前記トナーの重量平均粒径をＣμｍとすると、
Ｃ≦Ａ≦Ｓｍ−ｃ、０．０５＜Ｂ×Ａ²×π×１０^-8／４＜０．５
５０≦Ｌ／Ｒｚ−ｃ≦１０００
Ｂ≧２００００、Ｌ≦２５００
であることを特徴とする画像形成装置。
前記像担持体の上の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を備え、
前記像担持体の表面凹凸間隔Ｓｍ−ｄが１０μｍ以上１００μｍ以下の範囲であり、表面粗さＲｚ−ｄが０．２μｍ以上３．０μｍ以下の範囲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。
前記ブラシ部材は、回転ブラシローラであることを特徴とする請求項１又は２記載の画像形成装置。
前記像担持体は、２５℃湿度５０％の環境下でビッカース四角錘ダイヤモンド圧子を用いて硬度試験を行い、最大荷重６ｍＮで押し込んだ時のＨＵ（ユニバーサル硬さ値）が１５０Ｎ／ｍｍ²以上２２０Ｎ／ｍｍ²以下であり、かつ弾性変形率Ｗｅが４０％以上６５％以下であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかの項に記載の画像形成装置。
前記接触帯電部材の表面にはフッ素が含有されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの項に記載の画像形成装置。
前記トナーには１次粒径２０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の無機微粉体が外添されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの項に記載の画像形成装置。
前記無機微粉体には一次粒子の平均粒径が３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であり、立方体状の粒子形状及び／又は直方体状の粒子形状を有し、且つ、ペロブスカイト型結晶を有し、６００ｎｍ以上の粒径を有する粒子及び凝集体の含有率が１個数％以下であるものが含まれることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの項に記載の画像形成装置。
前記接触帯電部材の回転軸と前記像担持体の回転軸は、互いに交差するよう配置されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかの項に記載の画像形成装置。