JP5234383B2 - 画像形成装置およびプロセスカートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、像担持体などの被帯電部材を帯電する帯電部材を備えた画像形成装置、および、プロセスカートリッジに関するものである。

電子写真プロセスを用いた画像形成装置において、感光体を帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、定着工程により画像形成が行われる。帯電工程では、従来からスコロトロン帯電器が用いられてきた。しかし、スコロトロン帯電器は、オゾン、ＮＯｘ等のガスの発生が多い。このため、オゾン、ＮＯｘ等の発生が少なく、装置を小型にすることができる帯電ローラが帯電器として用いられている。

帯電ローラを帯電に用いた場合の帯電機構では、パッシェン則によれば約８μｍ以上で放電が起こるが、現実には感光体の電気容量のため、放電が起こりはじめる感光体と帯電ローラの距離は大凡２０μｍ以上といわれている。

帯電ローラなどに凹凸があっても感光体表面を均一に帯電することができるよう、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を帯電ローラに印加することも知られている。

感光体を所定電位に帯電させる帯電ローラとしては、導電性支持体の周囲に抵抗調整層を有した半導電性ローラ（以下帯電ローラ）が一般的に使用される。抵抗調整層には、例えば特許文献１に記載のように加硫ゴムが一般的に用いられていたが、近年環境保護の観点からリサイクル性を有する熱可塑性樹脂の採用が検討されている。感光体を所定の帯電電位に保持する機能を得るためには、熱可塑性樹脂の抵抗値を半導電性領域（１０^６〜１０^９Ωｃｍ程度）に調整することが必要となる。このため、熱可塑性樹脂中に４級アンモニウム塩基やカーボンブラック等の導電性顔料を分散させて、熱可塑性樹脂の抵抗値を調整している。しかし、導電性顔料を含有して熱可塑性樹脂からなる抵抗調整層を半導電性領域に設定しようとすると、抵抗値のバラツキが大きくなる。その結果、抵抗値の低い部分に電荷が集中し、局所的に過大電流が流れ帯電ムラが生じ、濃度ムラとなり、劣化した画像となってしまう。

特許文献２には、帯電ローラの抵抗調整層の熱可塑性樹脂中に高分子型イオン導電性材料を分散させて熱可塑性樹脂の抵抗値を調整する方法が記載されている。熱可塑性樹脂の抵抗値を調整する導電剤として高分子型イオン導電性材料を用いることで、抵抗値のバラツキを抑制することができ、帯電ムラを抑制することができる。よって、濃度ムラを抑制することができる。

感光体に帯電ローラを接触して用いるいわゆる接触帯電においては、感光体と帯電ローラとが接触するニップから少し外側に外れた空隙が２０μｍ以上の所定の領域で放電が起こり、感光体を帯電させる。しかし、接触帯電においては、転写後の残トナーが完全にクリーニングできないと、帯電ローラと帯電ローラの間に残トナーが挟まり帯電ローラに付着して抵抗にバラツキが生じ、感光体の帯電電位にバラツキとなり、画像濃度ムラを引き起こす原因になっていた。

そのため特許文献３乃至５のように、感光体と帯電ローラの間に微小なギャップを設けて感光体を帯電させるいわゆる非接触帯電が提案されている。このような非接触帯電機構においては、感光体と帯電ローラとが接触しないため耐久性の面で有利である。

特開２００２−１０８０５９号公報 特開２００３−７６１１６号公報 特開２００２−１０８０９５号公報 特開２００４−２６４７９２号公報 特開２００５−４０００号公報

放電はギャップの大きさにより発生する密度が異なるため、非接触帯電においては感光体と帯電ローラの間のギャップを正確に調整する必要がある。
しかし、ギャップは、感光体および帯電ローラの寸法精度、組み付け精度、振動（振れ）によってバラツキを生じる。このため、ギャップを一定の値に調整するには、これら全ての因子の精度を上げる必要があるが、全ての因子の精度を上げることは、非常に困難である。そのため、非接触帯電においては、機械間のギャップの差や経時でのギャップの変動を生じやすい。よって、放電密度や強度にバラツキを生じやすい。このように、非接触帯電では帯電ローラと感光体間のギャップのバラツキによって帯電ムラが生じ、濃度ムラとなってしまう。

そこで、帯電ローラに印加する交流電圧を大きくすることで、帯電ムラによる濃度ムラを抑制することが考えられる。印加する交流電圧が大きいほど、感光体と帯電ローラの間隔が大きくなっても放電を起こすことができる。つまり、印加する交流の電圧が大きいほど、放電する周方向の領域が広がり、感光体の帯電ムラを小さくすることができる。しかし、印加する交流電圧が大きいと、特に、周方向で感光体と帯電ローラとの間隔が小さい箇所での放電エネルギーが高くなり、感光体及び帯電ローラの劣化が激しくなり、感光体及び帯電ローラを早期に交換しなければならなくなる。また、印加する交流電圧の周波数が大きいほど単位時間当たりの放電回数が増加して、感光体の帯電ムラを小さくすることができる。よって、印加する交流電圧の周波数を高めに設定して帯電ムラを抑制することも考えられる。しかし、交流電圧の周波数が大きいと感光体及び帯電ローラの酸化劣化が激しくなり、感光体及び帯電ローラを早期に交換しなければならなくなる。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、帯電部材に印加する交流電圧を高めたり、交流電圧の周波数を高めたりすることなく、濃度ムラを抑えた画像を得ることができる画像形成装置およびプロセスカートリッジを提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、潜像担持体と、導電性支持体上に導電性微粒子を含有した高分子層を有し、潜像担持体に対向して配置され電圧を印加することにより該潜像担持体に向けて放電させて該潜像担持体を帯電する帯電部材と、該潜像担持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像担持体表面に形成された潜像をトナー像化する現像手段とを備えた画像形成装置において、上記帯電部材の高分子層には、体積抵抗率が上記導電性微粒子の１００倍以上、かつ、粒子径が０．３μｍ以上６μｍ以下の抵抗の高い微粒子が含有されており、上記帯電部材を画像形成領域内で上記潜像担持体に対して間隙をもって対向させたものであって、上記帯電部材と上記潜像担持体との上記間隙の平均を上記帯電部材および上記潜像担持体が静止状態で、１０〜１００μｍとしたことを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記抵抗の高い微粒子が、帯電部材表面より１０μｍ以内に存在するよう構成したことを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の画像形成装置において、上記抵抗の高い微粒子が、１０００μｍ^２あたり、９個以上３１個以下存在し、かつ、上記抵抗の高い微粒子が存在する個数の場所による標準偏差が２以下となるよう構成したことを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３いずれかの画像形成装置において、上記帯電部材に、直流電圧に交流電圧を重畳したものを印加することを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項４の画像形成装置において、上記交流電圧の周波数を８００Ｈｚ〜１８００Ｈｚとしたことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１乃至５いずれかの画像形成装置において、上記潜像担持体の表面層を熱硬化性物質で構成したことを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項６の画像形成装置において、上記熱硬化性物質が、電荷輸送性構造を有しない３官能以上のラジカル重合性モノマーと１官能の電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物とを硬化して形成されたものであることを特徴とした画像形成装置。
また、請求項８の発明は、請求項６または７の画像形成装置において、上記表面層の膜厚が１〜１０μｍであることを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、請求項１乃至８いずれかの画像形成装置において、上記潜像担持体を複数備え、これら複数の該潜像担持体それぞれに異なる色のトナー像を形成し、該異なる色のトナー像を転写体に順に重ね合わせてカラー画像を得ることを特徴とするものである。
また、請求項１０の発明は、請求項１乃至９いずれかの画像形成装置において、画像形成可能な最高の解像度が１０００ｄｐｉ以上であることを特徴とするものである。
また、請求項１１の発明は、少なくとも像担持体と、該像担持体とを帯電せしめる帯電部材とが一体に構成され、画像形成装置本体に着脱可能に構成されたプロセスカートリッジにおいて、上記画像形成装置が請求項１乃至１０いずれかの画像形成装置であることを特徴とするものである。

本発明者らは、帯電部材表面の抵抗値の低い部分に電荷が集中し、抵抗値の低い部分で放電が集中して、この抵抗値の低い部分によって帯電された被帯電部材の部分が他の部分よりも帯電電位が高くなるという現象に着目し、帯電部材の帯電効率を上げる方法を鋭意検討した。すなわち、抵抗値の低い部分によって帯電された被帯電部材の部分が他の部分よりも帯電電位が高くなるということは、抵抗値の低い部分は、他の部分に比べて、帯電効率が良い（低い電圧で所定の電位に被帯電部材を帯電させることができる）ことを意味している。しかしながら、帯電部材表面に抵抗値の高い部分と低い部分（抵抗値ムラ）を形成すると、帯電ムラが生じ出力した画像に濃度ムラが生じてしまう。
そこで、本発明者らは、帯電部材表面に抵抗値ムラがあっても、出力した画像に濃度ムラが確認できない条件についてさらに鋭意検討を重ね、帯電部材表面に形成される抵抗の高いの領域がトナー粒径よりも小さければ、被帯電部材表面に帯電ムラが生じても、出力される画像には、人目に気付き難い濃度ムラにできることを見出した。
そこで、本発明者らは、被帯電部材表面に形成される抵抗の高いの領域がトナー粒径よりも小さくでき、被帯電部材表面に帯電ムラが生じても、出力される画像には、人目に気付き難い濃度ムラにできるような帯電部材について鋭意研究を行った。その結果、帯電部材の高分子層に含有する導電性微粒子よりも体積抵抗値が１００倍以上、粒子径が０．３〜６μｍの抵抗の高い粒子を帯電部材の高分子層に含有することで、帯電部材表面に抵抗値ムラがあっても、出力した画像に濃度ムラが確認できないことを見出した。すなわち、粒子径が６μｍ以下の粒子を用いることで、帯電ローラ表面にトナー粒径よりも小さい抵抗の高い領域を形成することができ、出力される画像を、人目に気付き難い濃度ムラにすることができたのである。また、粒子径が０．３μｍ未満だと、帯電効率は向上しなかった。これは、抵抗の高い領域が小さすぎてしまい、抵抗の低い部分での電荷の集中による放電が十分に起こらないためと考えられる。

本発明によれば、帯電部材の高分子層に含有する導電性微粒子よりも体積抵抗値が１００倍以上、粒子径が０．３〜６μｍの抵抗の高い粒子を帯電部材の高分子層に含有することで、帯電部材に印加する交流電圧を高めたり、交流電圧の周波数を高めたりすることなく、出力画像の濃度ムラを人目に気付かないレベルにすることができる。

図１は本発明の一実施形態を示す画像形成装置の概略構成図である。ここに示した画像形成装置１００は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、あるいはこれらの少なくとも２つの機能を備えた複合機などとして構成される。図示していない本体筐体内には、被帯電体となる像担持体の一例である感光体１が配置され、この感光体１は、ドラム状の導電性支持体２の外周面に感光層３が積層された感光体より成る。なお、このようなドラム状の感光体に代えて、複数のローラに巻きかけられて走行駆動されるベルト状の感光体や、誘電体より成るドラム状又はベルト状の感光体を用いることもできる。
感光体１の周囲には、電子写真プロセスによる画像形成を行うための帯電装置５、露光装置６、現像装置７、転写装置８、クリーニング装置１２、除電装置４が配設されている。また、図示を省略するが、転写装置８の転写材搬送方向上流側には、転写紙Ｐ等の転写材を転写部（感光体１と転写装置８の対向部（転写ニップとも言う））に給紙する給紙装置（給紙カセット、給紙ローラ、レジストローラ等）が設けられており、転写装置８の転写材搬送方向下流側には定着装置９と、図示しない排紙装置（排紙ローラ、排紙トレイ等）が設けられている。

画像形成動作時には、感光体１は図１における時計方向に回転駆動され、その表面が図中の矢印Ａ方向に移動する。このとき感光体表面に除電装置（例えば除電ランプ）４からの光が照射され、その表面が初期化され、次いで帯電装置５の帯電部材たる帯電ローラ１３によって感光体表面が所定の極性に帯電される。帯電装置５については後に詳しく説明する。

帯電装置５によって帯電された感光体表面には、露光装置６の一例であるレーザ走査式の書き込みユニット（あるいは発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ等を用いた書き込みユニット）から出射する光変調された光束Ｌが照射され、これによって感光体表面に静電潜像が形成される。次いで、この静電潜像は、現像装置７を通るとき、所定の極性に帯電されたトナーによって、トナー像として可視像化される。

一方、感光体１に対置された転写装置（例えば転写ローラ）８と感光体１との間の転写部に、所定のタイミングで、図示しない給紙装置により例えば転写紙より成る転写材Ｐが給送され、このとき感光体上に形成されたトナー像が転写材Ｐ上に静電的に転写される。トナー像を転写された転写材Ｐは、引き続き定着装置９の定着ローラ１０と加圧ロ―ラ１１の間を通り、このとき熱と圧力の作用によってトナー像が転写材上に定着され、定着画像が得られる。一方、転写材に転写されずに感光体表面に残された転写残トナーは、クリーニング装置１２によって除去され、クリーニング後の感光体表面は除電装置４により除電される。

帯電装置５は、移動する被帯電体面（図示した例では感光体）１の表面に対向配置された帯電部材たる帯電ローラ１３と、その帯電ローラ１３に電圧を印加する電源１４とを有している。この電源１４により、帯電ローラ１３に直流電圧を重畳した交流電圧を印加し、帯電ローラ１３と感光体１の表面との間に放電を生じさせて感光体表面を所定の極性に帯電する。

図３は、帯電ローラ１３の構成を示す正面図である。帯電ローラ１３には帯電ローラ１３に電圧を印加する図示しない電源が接続され、電源により直流電圧を重畳した交流電圧が印加され、感光体１と帯電ローラ１３との間に放電を生じさせて感光体１表面を所定の極性に帯電する。図３に示すように、帯電ローラ１３には、その長手方向各端部領域にテープよりなるスペーサ１３ａが貼り付けられ、スペーサ１３ａが感光体１表面に当接することにより、帯電ローラ１３が感光体１表面に対して電気的に非接触となるように微小ギャップＧを保っている。なお、フランジ等を用いて、微小ギャップＧを確保することもできる。微小ギャップＧは、感光体１と帯電ローラ１３とが静止した状態で、平均１０〜１００μｍ、好ましくは１５〜８０μｍ、より好ましくは１８〜６０μｍである。微小ギャップＧが１０μｍ未満では、クリーニング工程でクリーニングできなかったトナーの添加剤や小粒径のトナーが帯電ローラ１３に引っかかりやすく、引っかかった部分の帯電ローラ１３の抵抗が高くなってしまい、スジ画像を生じてしまいやすいため好ましくない。微小ギャップＧが１００μｍを越えると、帯電ローラ１３に印加する交流の電圧を大きくする必要があり、オゾンの発生量が多くなってしまうため好ましくない。

上記帯電ローラ１３に印加する交流電圧の周波数としては、８００Ｈｚ〜１８００Ｈｚ、好ましくは９００〜１７００Ｈｚ、さらに好ましくは１０００〜１６００Ｈｚである。帯電ローラ１３に印加する交流電圧の周波数が８００Ｈｚ未満では、感光体表面を均一に帯電できなくなり、帯電ムラが顕著に現れてしまうので好ましくない。帯電ローラ１３に印加する交流の周波数が１８００Ｈｚを越えると、感光体１及び帯電ローラ１３の酸化劣化のスピードが加速し、感光体１と帯電ローラ１３を早期に交換する必要があり好ましくない。

本実施形態に係る画像形成装置においては、少なくとも感光体１と帯電ローラ１３等を一体にし、交換部品として扱う、所謂プロセスカートリッジの形態にしておくと、メンテナンス性が著しく向上し、大変好ましい。
図２は、プロセスカートリッジを用いた画像形成装置の構成例を示しており、この画像形成装置１００では、一つのプロセスカートリッジ１０１の中に、感光体１、帯電ローラ１３、現像装置７、クリーニング装置１２、除電装置４を一体に組付けたものであり、このプロセスカートリッジ１０１は画像形成装置本体に対して着脱自在に構成されている。従って、感光体１やその周囲の構成部材に不良が生じた場合にもカートリッジごと交換ができ、メンテナンス性が著しく向上する。

次に、本実施形態の特徴部である帯電ローラ１３について説明する。
本実施形態に係る帯電ローラ１３は、導電性支持体上に高分子層とが設けられていることが好ましい。導電性支持体は、帯電ローラ１３の電極及び支持部材として機能するもので、例えば、アルミニウム、銅合金、ステンレス鋼等の金属または合金、クロム、ニッケル等で鍍金処理を施した鉄、導電剤の樹脂等の導電性の材質で構成される。

本実施形態に係る帯電ローラ１３は、導電性支持体上に高分子層とが設けられていることが好ましい。導電性支持体は、帯電ローラ１３の電極及び支持部材として機能するもので、例えば、アルミニウム、銅合金、ステンレス鋼等の金属または合金、クロム、ニッケル等で鍍金処理を施した鉄、導電剤の樹脂等の導電性の材質で構成される。

本実施形態に係る帯電ローラ１３の高分子層は、１０^６〜１０^９Ωｃｍの抵抗を有する導電性層であり、高分子材料に導電性微粒子を混合して抵抗を調整している。また、高分子層には、導電性微粒子よりも体積抵抗率が１００倍以上大きく、粒子径が０．３〜６μｍの抵抗の高い微粒子が含有されている。

高分子層中に含有される導電性微粒子としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等のカーボンブラック；熱分解カーボン、グラファイト；アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼等の各種導電性金属または合金；酸化スズ、酸化インジウム、酸化チタン、白色導電性酸化チタン、酸化スズ−酸化アンチモン固溶体、酸化スズ−酸化インジウム固溶体等の各種導電性金属酸化物；絶縁物質の表面を導電化処理したもの；などの微粉末を挙げることができる。これらの導電性微粒子は、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの導電性物質の中でも、カーボンブラックは、少ない添加量で導電性を付与することができるため好ましい。また、その添加量は特に制限はないが、高分子層１００質量部に対して、１〜３０質量部の範囲であることが好ましく、１５〜２５質量部の範囲であることがより好ましい。

高分子層を構成する高分子材料としては、帯電ローラ１３表面のダイナミック超微小硬度が０．０４以上０．５以下であれば特に制限されないが、ポリアミド、ポリウレタン、ポリフッ化ビニリデン、４フッ化エチレン共重合体、ポリエステル、ポリイミド、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、アクリルシリコン樹脂、ポリビニルブチラール、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、メラミン樹脂、フッ素ゴム、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、セルロース、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体等を挙げることができる。これらの中では、トナーとの離型性等の観点から、ポリアミド、ポリフッ化ビニリデン、４フッ化エチレン共重合体、ポリエステル、ポリイミドが好ましく用いられる。上記高分子材料は単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。また、当該高分子材料の数平均分子量は、１，０００〜１００，０００の範囲であることが好ましく、１０，０００〜５０，０００の範囲であることがより好ましい。

高分子層に含有される抵抗の高い微粒子としては、導電性微粒子よりも１００倍以上、好ましくは５００倍以上、さらに好ましくは１０００倍以上の体積抵抗を有する無機微粒子、有機微粒子を用いることができが、有機物粒子、特に高分子粒子が好ましい。体積抵抗が高い有機物粒子を帯電ローラ１３に分散させた場合、放電は導電性微粒子の周辺の方が、体積抵抗が高い有機物粒子よりも多く起こり、体積抵抗が高い有機物粒子を残し、電子伝導性物質の周辺は酸化分解されていく。そのため、体積抵抗が高い有機物粒子の部分は他の部分よりも表面に現れてくる。すると、今度は、有機物粒子でも放電が生じ、徐々に分解していくため、帯電ローラに体積抵抗が高い有機物粒子の突起が生じることは少ない。しかし、抵抗の高い微粒子として、体積抵抗が高い無機物を添加した場合、無機物は交流帯電に対して強いため、帯電ローラ表面に無機物の突起が生じてしまう。このような無機物の突起が生じると、帯電ローラの表面の凹凸に応じた帯電ムラが生じることとなり、好ましくない。

体積抵抗が高い有機物粒子の具体的なものとしては、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、フルフリル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、ＡＢＳ樹脂及び、これらを４００〜８００℃の温度で炭化したものを例示することができる。特に、樹脂を４００〜８００℃の温度で炭化したものは、電子伝導性は十分低く、かつ、交流帯電により酸化分解する際に、炭化していない高分子よりも体積変化が少なく、帯電ローラの表面に欠陥が生じにくいため好ましい。樹脂を４００〜８００℃の温度で炭化したものを用いる場合には、フィルムの状態で炭化すると、僅かの力で、粒径の比較的揃った微粒子を簡単に作製することができたいへん好ましい。

また、抵抗の高い微粒子の粒子の大きさは、０．３〜６μｍ、好ましくは、０．７〜５μｍ、さらに好ましくは１〜４μｍである。高分子層中に分散された、抵抗の高い微粒子の大きさが０．３μｍ以下の場合、抵抗の高い部分が、抵抗の低い部分で放電を起きやすくするために十分な大きさでないため好ましくなく、粒子が６μｍ以上の場合、抵抗の高い部分がトナーの粒径と比較して大きくなりすぎ、画像濃度ムラが人目に気づきやすくなるため好ましくない。

また、抵抗の高い微粒子は、１０００μｍ^２あたりに平均９〜３１個、好ましくは１２〜２７個、更に好ましくは、１５〜２４個含有される。抵抗の高い微粒子が、１０００μｍ^２あたりに平均９個以下の場合、抵抗の高い部分が、抵抗の低い部分で放電を起きやすくするために十分でないため好ましくない。また、抵抗の高い微粒子が、１０００μｍ^２あたりに平均３１個以上の場合、高分子層中の抵抗の高い部分が多くなりすぎて、放電を阻害しすぎてしまうため好ましくない。

また、抵抗の高い微粒子が高分子層中に存在する個数の場所による標準偏差は２以下、好ましくは、１以下、更に好ましくは０．５以下である。高分子層中に分散された、抵抗の高い微粒子が高分子層中に存在する個数の場所による標準偏差は２以上の場合、帯電ローラの部分によって、放電の起こりやすい部分と、起こりにくい部分とが存在するようになる。その結果、画像を形成したときに人の目に気づきやすい濃度ムラとなるような、帯電ムラを引き起こしやすくなるため好ましくない。

また、高分子層中に分散された抵抗の高い微粒子は、表面より１０μｍ以内、好ましくは９μｍ以内、さらに好ましくは８μｍ以内の位置に必ず存在するよう構成する。抵抗の高い微粒子が表面より１０μｍ以上の位置にしか存在しない場合、帯電ローラ表面に抵抗の高い部分が帯電ローラ表面から離れすぎた位置に形成されるため、積極的に放電が起こる抵抗の低い部分が十分形成されず、充分な効果を発揮しないため好ましくない。

図４は、本実施形態の帯電ローラ表面を薄くスライスして除去した後の帯電ローラ表面形状の一例である。帯電ローラ１３を構成する高分子層中に分散された抵抗の高い微粒子を検証するために、図４のように、本実施形態の帯電ローラ表面を薄くスライスして除去した後の帯電ローラ１３を電界放出形走査電子顕微鏡（ＦＥ−ＳＥＭ）を用いてＳＥＭ像として取り込んだ。取り込んだ図中に存在する、粒子の粒径を計測したところ、最大で１μｍ、最小で５μｍであった。また、帯電ローラ１３の両端および中心で前述したようにＳＥＭ像として取り込んだ後、任意に１０００μｍ^２の面積を切り出し、存在する粒子の数を数えたところ、１４〜２１個の粒子が存在していた。さらに、図４中の抵抗の高い微粒子（１）の抵抗値と抵抗の高い微粒子を含まない部分（２）の体積抵抗値を比較したところ、抵抗の高い微粒子（１）の体積抵抗値は、抵抗の高い微粒子を含まない部分（２）の体積抵抗値の５００倍であった。

帯電ローラ１３には、直流電圧を重畳した交流電圧を印加して感光体１を帯電する。直流電圧を重畳した交流電圧を用いることにより、感光体１の帯電電位を安定的に均一に保持することができる。また、直流電圧を重畳した交流電圧を印加して感光体１が帯電される場合、周波数に応じて１秒間に数百〜数千回もの正負放電が帯電ローラ１３と感光体１の間で繰り返される。このため、感光体１はこの多数の放電を受けて、直流電圧のみで帯電される場合よりも、表面層の劣化が加速される。しかし、本実施形態の帯電ローラ１３は、高分子層に含有される導電性微粒子の体積抵抗よりも１００倍以上の体積抵抗を有し、０．３〜６μｍの抵抗の高い微粒子を高分子層に含有して、高分子層にトナー粒径よりも小さい抵抗の高いの部分を分散形成している。これにより、高分子層の抵抗の低い部分で積極的に放電が発生し、帯電ローラ１３の帯電効率をあげることができる。これにより、交流電圧の電圧や周波数を下げても、感光体１の帯電電位を安定的に均一に保持することができ、感光体表面層の劣化の進行を抑制することができる。

また、本実施形態に係る画像形成装置においては、画像形成可能な最高の解像度が１０００ｄｐｉ、好ましくは１２００ｄｐｉ以上である。画像形成可能な最高の解像度が１０００ｄｐｉ未満の場合には、１ｄｏｔが粗く帯電電位ムラに対する余裕度が増すため、本発明で規定した値ほど厳密に抵抗の高い微粒子の大きさや、交流電圧の周波数の規定をする必要はなくなり、解像度に見合ったシステムでなくなることから好ましくない。

なお、本発明は、モノクロ画像形成装置、カラー画像形成装置どちらにおいても適用され高品質の画像形成が可能であるが、特に高品質の画像形成を要求されるカラー画像形成装置において効果が高い。カラー画像形成装置においては、高品質の画像形成を行いながら、感光体１及び帯電ローラ１３の寿命を大幅に伸ばすことができる。また、本発明が適用されるカラー画像形成装置においては、１本の感光体を用い、その感光体上に各色のトナーを現像後、中間転写体あるいは像担持体へ順次、各色の感光体上のトナー像を転写して画像形成を行う方式（例えば、リボルバ型画像形成装置）、又は感光体をトナーの色の数だけ用い、各色のトナーを別個の感光以上に現像し、中間転写体あるいは像担持体へ転写して画像形成を行う方式（タンデム型画像形成装置）のどちらにおいても優れた性能を有する。タンデム画像形成装置においては、トナーの色の数だけ帯電ローラ１３を備えているため、従来酸化性ガスの発生が問題となっていたが、本実施形態に係る各帯電ローラによる帯電条件は従来に比べて穏やかに設定できるため、酸化性ガス（オゾン）の発生量が少なく環境に優しい。

図５は本発明を適用することのできるカラー画像形成装置たるタンデム型のカラー画像形成装置の一例を示す概略構成図である。図に示すように、このタンデム型カラー画像形成装置は、転写ベルト３０に沿って４つの画像形成部１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｂを並設している。各画像形成部１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｂの構成は図１と同様であり、電子写真プロセスによる画像形成を行うための帯電装置５、露光装置６、現像装置７、転写ローラ８、クリーニング装置１２、除電装置４が配設されている。なお、各画像形成部１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｂの構成は同じであるが、現像装置７で用いる現像剤（トナー）の色が異なっており、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の各色のトナー像が形成される。

各画像形成部１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｂの感光体１と転写ローラ８の間には転写ベルト３０が介在されており、この転写ベルト３０は駆動ローラ３１と従動ローラ３２に張架されて図中の矢印方向に回動するようになっている。転写ベルト３０の下方には、転写紙等の転写材Ｐを収納した複数段の給紙カセット４０Ａ，４０Ｂが配置されており、各給紙カセット４０Ａ，４０Ｂに対して、給紙ローラ４１と分離搬送ローラ４２が設けられている。また、転写ベルト３０の転写材搬送方向上流側にはレジストローラ４３が設けられており、転写ベルト３０の転写材搬送方向下流側には定着装置９と図示しない排紙装置（排紙ローラ、排紙トレイ等）が設けられている。

このタンデム型のカラー画像形成装置では、画像形成動作が開始されると、各画像形成部１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｂで図１と同様の除電、帯電、露光、現像の工程を行い、所定の時間差で各感光体１上にイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の各色のトナー像が形成される。そして、この画像形成にタイミングを合わせて複数段の給紙カセット４０Ａ，４０Ｂの一つから給紙ローラ４１と分離搬送ローラ４２により転写材Ｐが給紙され、レジストローラ４３により転写ベルト３０に給送される。転写ベルト３０に給送された転写材Ｐは転写ベルト３０に担持され、各画像形成部１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｂの転写部に順次搬送され、各感光体１に形成されたイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の各色のトナー像が転写材Ｐに順次重ね合わせて転写される。トナー像を転写された転写材Ｐは、引き続き定着装置９の定着ローラ１０と加圧ローラ１１の間を通り、このとき熱と圧力の作用によってトナー像が転写材上に定着され、カラー画像が得られる。一方、転写材Ｐに転写されずに各画像形成部の感光体表面に残された転写残トナーは、クリーニング装置１２によって除去され、クリーニング後の感光体表面は除電装置４により除電される。

以上、タンデム型のカラー画像形成装置の一例を示したが、このようなタンデム型の画像形成装置においても、少なくとも感光体１と帯電ローラ１３等を一体にし、交換部品として扱う、所謂プロセスカートリッジの形態にしておくと、メンテナンス性が著しく向上し、大変好ましい。

図６は、プロセスカートリッジを用いたカラー画像形成装置の構成例を示しており、このカラー画像形成装置では、プロセスカートリッジ１０２の中に、各画像形成部１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｂの感光体１、帯電ローラ１３、現像装置７、クリーニング装置１２、除電装置４を一体に組付けたものであり、このプロセスカートリッジ１０２は画像形成装置本体に対して着脱自在に構成されている。また、図７の構成例では、露光装置６０は、例えば一つの光偏向器と４系統の走査光学系を備えたレーザ走査式の書き込み装置であり、プロセスカートリッジ１０２外に設置されている。
この図６の構成例では、各画像形成部１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｂの感光体１やその周囲の構成部材に不良が生じた場合にも、カートリッジ１０２ごと交換ができ、メンテナンス性が著しく向上する。

なお、４つの画像形成部１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｂのそれぞれを図６に示したような個別のプロセスカートリッジ１０１としてもよいが、４つの画像形成部１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｂを一つのプロセスカートリッジ１０２に収納することにより、４つの画像形成部１００Ｙ，１００Ｍ，１００Ｃ，１００Ｂの配置関係が固定されるので、各画像形成部間の位置ずれによる色ずれ等の問題を解消することができる。また、メンテナンスや交換後に各画像形成部間の位置調整を行う必要も無くなるので、メンテナンス性をより向上することができる。

なお、図５や図６に示すタンデム型の画像形成装置は、転写ベルト３０を用いた直接転写方式であるが、転写ベルトを中間転写ベルトに代えて、一旦中間転写ベルトに４色のトナー像を重ね合わせて１次転写した後、中間転写ベルト上のカラートナー像を二次転写部で転写材に一括して転写する中間転写方式の構成としてもよい。

次に、感光体について説明する。感光体は、導電性支持体の上に感光層が設けられている。感光層の構成は電荷発生材と電荷輸送材を混在させた単層型、あるいは電荷発生層の上に電荷輸送層を設けた順層型、あるいは電荷輸送層の上に電荷発生層を設けた逆層型がある。また、感光体の機械的強度、耐磨耗性、耐ガス性、クリーニング性等の向上のため、感光層の上に表面層を設けることもできる。感光層と導電性支持体の間には下引き層が設けられていてもよい。また各層には必要により可塑剤、酸化防止剤、レベリング剤等を適量添加することもできる。

感光体の導電性支持体としては、体積抵抗１０^１０Ω・ｃｍ以下の導電性を示すものが好ましい。例えば、アルミニウム、ニッケル、クロム、ニクロム、銅、金、銀、白金などの金属、酸化スズ、酸化インジウムなどの金属酸化物を、蒸着又はスパッタリングにより、フィルム状もしくは円筒状のプラスチック、紙に被覆したものが挙げられる。あるいはアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ステンレスなどの板及びそれらを、押し出し、引き抜きなどの工法でドラム状に素管化後、切削、超仕上げ、研摩などの表面処理した管なども使用することができる。

ドラム状の支持体としては、直径が２０〜１５０ｍｍ、好ましくは、２４〜１００ｍｍ、さらに好ましくは２８ｍｍ〜７０ｍｍのものを用いることができる。ドラム状の支持体の直径が２０ｍｍ以下では、ドラム周辺に帯電、露光、現像、転写、クリーニングの各工程を配置することが物理的に難しい。また、ドラム状の支持体の直径が
１５０ｍｍ以上では画像形成装置が大きくなってしまい好ましくない。特に、画像形成装置が図５に示すタンデム型の場合には、複数の感光体を搭載する必要がある。このため、直径は７０ｍｍ以下、好ましくは６０ｍｍ以下であることが好ましい。また、特開昭５２−３６０１６号公報に開示されたエンドレスニッケルベルト、エンドレスステンレスベルトも導電性支持体として用いることができる。

感光体の下引層としては樹脂、あるいは白色顔料と樹脂を主成分としたもの、及び導電性基体表面を化学的あるいは電気化学的に酸化させた酸化金属膜等が例示できるが、白色顔料と樹脂を主成分とするものが好ましい。白色顔料としては、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛等の金属酸化物が挙げられ、中でも導電性基体からの電荷の注入防止性が優れる酸化チタンを含有させることが最も好ましい。下引層に用いる樹脂としてはポリアミド、ポリビニルアルコール、カゼイン、メチルセルロース等の熱可塑性樹脂、アクリル、フェノール、メラミン、アルキッド、不飽和ポリエステル、エポキシ等の熱硬化性樹脂、これらの中の一種あるいは多種の混合物を例示することができる。

感光体の電荷発生物質としては、例えば、モノアゾ系顔料、ビスアゾ系顔料、トリスアゾ系顔料、テトラキスアゾ顔料等のアゾ顔料、トリアリールメタン系染料、チアジン系染料、オキサジン系染料、キサンテン系染料、シアニン系色素、スチリル系色素、ピリリウム系染料、キナクリドン系顔料、インジゴ系顔料、ペリレン系顔料、多環キノン系顔料、ビスベンズイミダゾール系顔料、インダスロン系顔料、スクアリリウム系顔料、フタロシアニン系顔料等の有機系顔料及び染料や、セレン、セレン−ヒ素、セレン−テルル、硫化カドミウム、酸化亜鉛、酸化チタン、アモルファスシリコン等の無機材料を使用することができる。電荷発生物質は一種あるいは多種混合して使用することができる。下引層は、一層であっても、複数の層で構成しても良い。

感光体の電荷輸送物質としては、例えば、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、カルバゾール誘導体、テトラゾール誘導体、メタロセン誘導体、フェノチアジン誘導体、ピラゾリン化合物、ヒドラゾン化合物、スチリル化合物、スチリルヒドラゾン化合物、エナミン化合物、ブタジエン化合物、ジスチリル化合物、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、チアゾール化合物、イミダゾール化合物、トリフェニルアミン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アミノスチルベン誘導体、トリフェニルメタン誘導体等の一種あるいは多種を混合して使用することができる。

上記電荷発生層、電荷輸送層の感光層を形成するのに使用する結着樹脂としては、電気絶縁性であり、それ自体公知の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂及び光導電性樹脂等を使用することができる。適当な結着樹脂としては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル−無水マレイン酸共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルブチラール、ポリビニルアセタール、ポリエステル、フェノキシ樹脂、（メタ）アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネ−ト、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、イソシアネート樹脂、アルキッド樹脂、シリコーン樹脂、熱硬化性アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルアントラセン、ポリビニルピレン等の光導電性樹脂など一種の結着樹脂あるいは多種と結着樹脂の混合物を挙げることができる。しかし、特にこれらのものに限定されるものではない。

酸化防止剤としては、例えば以下のものが使用される。
モノフェノール系化合物
２，６−ジ−ｔ−ブチル−ｐ−クレゾール、ブチル化ヒドロキシアニソール、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−エチルフェノール、ステアリル−β−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート、３−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシニソールなど。
ビスフェノール系化合物
２，２’−メチレン−ビス−（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、２，２’−メチレン−ビス−（４−エチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、４，４’−チオビス−（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、４，４’−ブチリデンビス−（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）など。
高分子フェノール系化合物
１，１，３−トリス−（２−メチル−４−ヒドロキシ−５−ｔ−ブチルフェニル）ブタン、１，３，５−トリメチル−２，４，６−トリス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシベンジル）ベンゼン、テトラキス−［メチレン−３−（３’，５’−ジ−ｔ−ブチル−４’−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］メタン、ビス［３，３’−ビス（４’−ヒドロキシ−３’−ｔ−ブチルフェニル）ブチリックアシッド］グリコールエステル、トコフェノール類など。
パラフェニレンジアミン類
Ｎ−フェニル−Ｎ’−イソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ−フェニル−Ｎ−ｓｅｃ−ブチル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジ−イソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ，Ｎ’−ジ−ｔーブチル−ｐ−フェニレンジアミンなど。
ハイドロキノン類
２，５−ジ−ｔ−オクチルハイドロキノン、２，６−ジドデシルハイドロキノン、２−ドデシルハイドロキノン、２−ドデシル−５−クロロハイドロキノン、２−ｔ−オクチル−５−メチルハイドロキノン、２−（２−オクタデセニル）−５−メチルハイドロキノンなど。
有機硫黄化合物類
ジラウリル−３，３’−チオジプロピオネート、ジステアリル−３，３’−チオジプロピオネート、ジテトラデシル−３，３’−チオジプロピオネートなど。
有機燐化合物類
トリフェニルホスフィン、トリ（ノニルフェニル）ホスフィン、トリ（ジノニルフェニル）ホスフィン、トリクレジルホスフィン、トリ（２，４−ジブチルフェノキシ）ホスフィンなど。

可塑剤としては、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレートなどの一般的な樹脂の可塑剤として使用されているものがそのまま使用でき、その使用量は結着樹脂１００重量部に対して０〜３０重量部程度が適当である。

電荷輸送層中にレベリング剤を添加してもかまわない。レベリング剤としては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル等のシリコーンオイル類や、測鎖にパーフルオロアルキル基を有するポリマーあるいはオリゴマーが使用され、その使用量は、バインダー樹脂１００重量部に対して、０〜１重量部が適当である。

表面層は前述のように、感光体の機械的強度、耐磨耗性、耐ガス性、クリーニング性等の向上のため設けられるが、このような表面層を持つ感光体と後述する帯電ローラを組み合わせる事で、その効果が非常に大きくなるため好ましい。
表面層としては、感光層よりも機械的強度の高い高分子、高分子に無機フィラーを分散させたものが例示できる。表面層に用いる高分子は、熱可塑性高分子、熱硬化性高分子、何れの高分子であっても良いが、熱硬化性高分子は機械的強度が高く、クリーニングブレードとの摩擦による磨耗を抑える能力が極めて高いためたいへん好ましい。表面層は薄い膜厚であれば、電荷輸送能力を有していなくても支障はないが、電荷輸送能力を有しない表面層を厚く形成すると、感光体の感度低下、露光後電位上昇、残留電位上昇を引き起こしやすい。このため、表面層中に前述の電荷輸送物質を含有させるなどして、表面層に用いる高分子を電荷輸送能力を有するものを用いることが好ましい。

感光層と表面層との機械的強度は一般に大きく異なるため、クリーニングブレードとの摩擦により表面層が磨耗し、消失すると、すぐに感光層は磨耗していってしまう。このため、表面層を設ける場合には、表面層は十分な膜厚とすることが重要であり、１〜１０μｍ、好ましくは２〜８μｍとすることが好ましい。表面層の膜厚が１μｍ以下では、薄すぎてクリーニングブレードとの摩擦により部分的に消失しやすくなり、消失した部分から感光層の磨耗が進んでしまうため好ましくない。表面層の膜厚が１０μｍ以上では、感度低下、露光後電位上昇、残留電位上昇が生じやすく、特に電荷輸送能力を有する高分子を用いる場合には、電荷輸送能力を有する高分子のコストが高くなってしまうため好ましくない。

表面層に用いる高分子としては、画像形成時の書き込み光に対して透明で、絶縁性、機械的強度、接着性に優れた物が望ましく、ＡＢＳ樹脂、ＡＣＳ樹脂、オレフィン−ビニルモノマー共重合体、塩素化ポリエーテル、アリル樹脂、フェノール樹脂、ポリアセタール、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアクリレート、ポリアリルスルホン、ポリブチレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、アクリル樹脂、ポリメチルベンテン、ポリプロピレン、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、ポリスチレン、ＡＳ樹脂、ブタジエン−スチレン共重合体、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、エポキシ樹脂等の樹脂が挙げられる。これらの高分子は熱可塑性高分子であっても良いが、高分子の機械的強度を高めるため、多官能のアクリロイル基、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基等を持つ架橋剤により架橋し、熱硬化性高分子とすることで、表面層の機械的強度は増大し、クリーニングブレードとの摩擦による磨耗を大幅に減少させることができる。

前述のように、表面層には電荷輸送能力を有していることが好ましく、表面層に電荷輸送能力を持たせるためには、１．表面層に用いる高分子と前述の電荷輸送物質を混合して用いる、２．電荷輸送能力を有する高分子を表面層に用いる方法が考えられる。２．の方法が、高感度で露光後電位上昇、残留電位上昇が少ない感光体を得ることができ好ましい。

電荷輸送層能力を有する高分子としては、高分子中に化１に示すような電荷輸送能力を有する基を例示することができる。

（Ａｒ１は置換もしくは未置換のアリーレン基を表わす。Ａｒ２、Ａｒ３は置換もしくは未置換のアリール基を表わし、同一であっても異なってもよい。）
この電荷輸送能力を有する基は、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂等の機械的強度の高い高分子の側鎖に付加することが好ましく、モノマーの製造が容易で、塗工性、硬化性にも優れるアクリル樹脂を用いることが好ましい。

電荷輸送能力を有するアクリル樹脂は、化１の基を有する不飽和カルボン酸を重合させることにより機械的強度が高く、透明性にも優れ、電荷輸送能力も高い表面層を形成することができ、単官能の化１の基を有する不飽和カルボン酸に多官能の不飽和カルボン酸、好ましくは３官能以上の不飽和カルボン酸を混合することで、アクリル樹脂は架橋構造を形成し、熱硬化性高分子となり、表面層の機械的強度は極めて高いものとなる。多官能の不飽和カルボン酸に、化１の基を付加しても良いが、モノマーの製造コストが高くなってしまうため、多官能の不飽和カルボン酸には、化１の基を付加せず、通常光硬化性多官能モノマーを用いることが好ましい。

化１の基を有する単官能不飽和カルボン酸をしては、化２、化３に例示することができる。
（式中、Ｒ１ は水素原子、ハロゲン原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアラルキル基、置換基を有してもよいアリール基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基、−ＣＯＯＲ７ （Ｒ７ は水素原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアラルキル基又は置換基を有してもよいアリール基）、ハロゲン化カルボニル基若しくはＣＯＮＲ８Ｒ９ （Ｒ８ 及びＲ９ は水素原子、ハロゲン原子、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアラルキル基又は置換基を有してもよいアリール基を示し、互いに同一であっても異なっていてもよい）を表わし、Ａｒ１、Ａｒ２は置換もしくは未置換のアリーレン基を表わし、同一であっても異なってもよい。Ａｒ３、Ａｒ４は置換もしくは未置換のアリール基を表わし、同一であっても異なってもよい。Ｘは単結合、置換もしくは無置換のアルキレン基、置換もしくは無置換のシクロアルキレン基、置換もしくは無置換のアルキレンエーテル基、酸素原子、硫黄原子、ビニレン基を表わす。Ｚは置換もしくは無置換のアルキレン基、置換もしくは無置換のアルキレンエーテル２価基、アルキレンオキシカルボニル２価基を表わす。ｍ、ｎは０〜３の整数を表わす。）

多官能の不飽和カルボン酸の割合は表面層全体の、５〜７５重量％、好ましくは１０〜７０重量％、さらに好ましくは、２０〜６０重量％である。多官能不飽和カルボン酸の割合が５重量％以下では、表面層の機械的強度が不十分であり、７５％以上では、表面層に強い力が加わったときにクラックが発生しやすく、感度劣化も生じやすいため好ましくない。

表面層にアクリル樹脂を用いる場合には、上記不飽和カルボン酸を感光体に塗工後、電子線照射あるいは、紫外線等の活性光線を照射してラジカル重合を生じさせ、表面層を形成することができる。活性光線によるラジカル重合を行う場合には、不飽和カルボン酸に光重合開始剤を溶解したものを用いる。光重合開始剤は通常、光硬化性塗料に用いられる材料を用いることができる。

表面層中には表面層の機械的強度を高めるために金属、又は金属酸化物の微粒子を分散させることができる。金属酸化物としては酸化チタン、酸化錫、チタン酸カリウム、ＴｉＯ、ＴｉＮ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化アンチモン等が挙げられる。その他、耐摩耗性を向上する目的でポリテトラフルオロエチレンのような弗素樹脂、シリコーン樹脂、及びこれらの樹脂に等の無機材料を分散したもの等を添加することができる。

ドラム状の導電性支持体上に感光層を設けた感光体の両端には通常、感光体を支持し、本体駆動装置からの回転を伝達するためのフランジが設けられている。フランジには機械的強度に優れるポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、液晶ポリマー、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド等のエンジニアリングプラスチックが用いられる。機械的強度、剛性、導電性等を調整するために、ガラス繊維、炭素繊維等の繊維、カーボン、タルク、カオリン、炭酸カルシウム、アルミナ、シリカ等の充填剤や、各種添加剤を混合して用いる。これらのフランジは、ドラム状の導電性支持体に圧入し、接着剤等で固定される。

以下、本発明を具体的な実験例を元に説明する。
まず、実験機（ＩＰＳＩＯ ＣＸ４００：タンデム型カラー画像形成装置、株式会社リコー製）の帯電ローラ１３として、以下に示すような１０種類（Ｎｏ１〜Ｎｏ１０）の帯電ローラ１３を５本づつ作成した。

Ｎｏ．１〜７およびＮｏ１０の帯電ローラの高分子層に分散される抵抗の高い微粒子は、次のようにして、製作されたものである。すなわち、芳香族ポリイミドフィルム（カプトンＨ、東レ・デュポン社製）を真空焼成炉に入れ、６５０℃まで、約３０℃／時間の昇温速度で加熱し、６５０℃で３時間熱処理し、３×１０^４Ωｃｍの炭素体を製造した。これを５つに分けそれぞれメノウ乳鉢ですりつぶすことで、それぞれの平均粒径０．１μｍ、０．３μｍ、１．１μｍ、６μｍ、１０μｍの扁平粒子を作製した。（以下、平均粒径０．１μｍ、０．３μｍ、１．１μｍ、６μｍ、１０μｍの扁平粒子をそれぞれ、扁平粒子Ａ、扁平粒子Ｂ、扁平粒子Ｃ、扁平粒子Ｄ、扁平粒子Ｅとする。）

また、Ｎｏ．９の帯電ローラの高分子層に分散される抵抗の高い微粒子は、次のようにして、製作されたものである。すなわち、芳香族ポリイミドフィルム（カプトンＨ、東レ・デュポン社製）を真空焼成炉に入れ、５００℃まで、約３０℃／時間の昇温速度で加熱し、５００℃で３時間熱処理し、８×１０^８Ωｃｍの炭素体を製造した。これをメノウ乳鉢ですりつぶすことで、平均粒径２．１μｍの扁平粒子Ｆを作製した。

＜帯電ローラＮｏ．１＞
扁平粒子Ａおよびカーボンブラックをアクリルシリコン樹脂に分散し樹脂層１３ｃを作成した。そして、図７に示すように、芯金（ＳＵＭ２２−Ｄ９）１３ｂ上に樹脂層１３ｃを設け帯電ローラＮｏ．１を作成した。

＜帯電ローラＮｏ．２＞
扁平粒子Ｂおよびカーボンブラックをアクリルシリコン樹脂に分散し樹脂層１３ｃを作成した。そして、図７に示すように、芯金（ＳＵＭ２２−Ｄ９）１３ｂ上に樹脂層１３ｃを設け帯電ローラＮｏ．２を作成した。

＜帯電ローラＮｏ．３＞
扁平粒子Ｄおよびカーボンブラックをアクリルシリコン樹脂に分散し樹脂層１３ｃを作成した。そして、図７に示すように、芯金（ＳＵＭ２２−Ｄ９）１３ｂ上に樹脂層１３ｃを設け帯電ローラＮｏ．３を作成した。

＜帯電ローラＮｏ．４＞
扁平粒子Ｃおよびカーボンブラックをアクリルシリコン樹脂に分散し樹脂層１３ｃを作成した。また、そして、図８に示すように、芯金（ＳＵＭ２２−Ｄ９）１３ｂ上に樹脂層１３ｃを設け、樹脂層１３ｃ上にカーボンブラックがアクリルシリコン樹脂に分散している厚さ１２μｍの表面層１３ｄを設け、帯電ローラＮｏ．４を作成した。

＜帯電ローラＮｏ．５＞
Ｎｏ．２の帯電ローラを作った後に扁平粒子Ｂが微量残っていたためこれをカーボンブラックと共にアクリルシリコン樹脂に分散し樹脂層１３ｃを作成した。そして、図７に示すように、芯金（ＳＵＭ２２−Ｄ９）１３ｂ上に樹脂層１３ｃを設け帯電ローラＮｏ．５を作成した。

＜帯電ローラＮｏ．６＞
扁平粒子Ｅおよびカーボンブラックをアクリルシリコン樹脂に分散し樹脂層１３ｃを作成した。そして、図７に示すように、芯金（ＳＵＭ２２−Ｄ９）１３ｂ上に樹脂層１３ｃを設け帯電ローラＮｏ．６を作成した。

なお、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．６の帯電ローラに用いられるびカーボンブラックの体積抵抗はそれぞれ２×１０^−１Ωｃｍである。

＜帯電ローラＮｏ．７＞
扁平粒子Ｃおよび白色導電性酸化チタンをアクリルシリコン樹脂に分散し樹脂層１３ｃを作成した。そして、図７に示すように、芯金（ＳＵＭ２２−Ｄ９）１３ｂ上に樹脂層１３ｃを設け帯電ローラＮｏ．７を作成した。なお、Ｎｏ．７の帯電ローラに用いられる白色導電性酸化チタンの体積抵抗は６×１０^１Ωｃｍである。

＜帯電ローラＮｏ．８＞
Ｎｏ．７に分散した白色導電性酸化チタンとは導電性が異なる白色導電性酸化チタンとＮｏ．１〜６と同じカーボンブラックをアクリルシリコン樹脂に分散し樹脂層１３ｃを作成した。そして、図７に示すように、芯金（ＳＵＭ２２−Ｄ９）１３ｂ上に樹脂層１３ｃを設け帯電ローラＮｏ．８を作成した。なお、Ｎｏ．８の帯電ローラに用いられる白色導電性酸化チタンの体積抵抗は２×１０^０Ωｃｍである。

＜帯電ローラＮｏ．９＞
扁平粒子Ｆおよびカーボンブラックをアクリルシリコン樹脂に分散し樹脂層１３ｃを作成した。そして、図７に示すように、芯金（ＳＵＭ２２−Ｄ９）１３ｂ上に樹脂層１３ｃを設け帯電ローラＮｏ．９を作成した。

＜帯電ローラＮｏ．１０＞
扁平粒子Ｃおよびカーボンブラックをアクリルシリコン樹脂に分散し樹脂層１３ｃを作成した。また、そして、図８に示すように、芯金（ＳＵＭ２２−Ｄ９）１３ｂ上に樹脂層１３ｃを設け、樹脂層１３ｃ上にカーボンブラックがアクリルシリコン樹脂に分散している厚さ１０μｍの表面層１３ｄを設け、帯電ローラＮｏ．１０を作成した。

次に、Ｎｏ．１〜１０の帯電ローラの表面を予めＦＥ−ＳＥＭを用いて、ＳＥＭ像として取り込んだ。このとき、ＳＥＭ像は数視野取り込んだ。取り込んだＳＥＭ像から任意に１０００μｍ^２の面積を切り出し、存在する粒子の数を数えたところ、Ｎｏ．１の帯電ローラには扁平粒子が平均２５個存在し、Ｎｏ．２の帯電ローラには扁平粒子が平均９個存在し、Ｎｏ．３の帯電ローラには扁平粒子が平均２２個存在し、Ｎｏ．４の帯電ローラには扁平粒子が平均２１個存在し、Ｎｏ．５の帯電ローラには扁平粒子が平均７個存在し、Ｎｏ．６の帯電ローラには扁平粒子が平均１０個存在し、Ｎｏ．７の帯電ローラには扁平粒子が平均２６個存在した。また、Ｎｏ．８の帯電ローラは、扁平粒子は、０個であり、Ｎｏ．９の帯電ローラは、扁平粒子は、３１個存在し、Ｎｏ．１０の帯電ローラは、扁平粒子は、３０個存在した。ここで、Ｎｏ．４および１０の帯電ローラについては表面層１３ｄを樹脂層１３ｃにコーティングする前にＳＥＭ観察を行った。

Ｎｏ．１〜１０の帯電ローラの直径は、１１．５ｍｍであった。帯電ローラの端部より１３ｍｍの位置に、幅１０ｍｍ、厚さ５２μｍのギャップテープを貼り付けた。感光体の真上に帯電ローラを配置し、スプリングで帯電ローラを感光体に押付け、感光体の線速１８５ｍｍ／秒で、感光体と帯電ローラの間に、−６００Ｖの直流電圧に周波数９００Ｈｚ、振幅１０００Ｖの交流電圧を印加し評価を行った。現像には２成分現像剤を用い、トナーの平均粒径は５．１μｍであった。

［比較例１］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．１の帯電ローラと感光体を組み込み、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を１２００ｄｐｉで５枚づつ出力したところ、得られた画像の画像濃度が薄かった。

［比較例２］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．１の帯電ローラと感光体を組み込み、交流電圧の振幅を１２００Ｖに変更し、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を６００ｄｐｉと１２００ｄｐｉで５枚づつ出力したところ、高品質の画像が得られた。続いて、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を１２００ｄｐｉで１０万枚出力したところ、出力画像に黒帯が見られた。

［実施例１］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．２の帯電ローラと感光体を組み込み、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を６００ｄｐｉと１２００ｄｐｉで５枚づつ出力したところ、高品質の画像が得られた。

［実施例２］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．２の帯電ローラと感光体を組み込み、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を１２００ｄｐｉで１０万枚出力したところ、高品質の画像が得られた。

［実施例３］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．３の帯電ローラと感光体を組み込み、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を６００ｄｐｉと１２００ｄｐｉで５枚づつ出力したところ、高品質の画像が得られた。

［実施例４］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．３の帯電ローラと感光体を組み込み、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を１２００ｄｐｉで１０万枚出力したところ、高品質の画像が得られた。

［比較例３］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．４の帯電ローラと感光体を組み込み、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を１２００ｄｐｉで５枚づつ出力したところ、高品質の画像が得られた。この出力画像を顕微鏡で観察し、実施例１で出力された出力画像と比較すると、比較例３での出力画像のドットの方が濃度が薄かった。

［比較例４］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．４の帯電ローラと感光体を組み込み、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を１２００ｄｐｉで１０万枚出力したところ、得られた画像の画像濃度が薄かった。この出力画像を顕微鏡で観察し、実施例２で出力された出力画像と比較すると比較例４での出力画像のドットの方が濃度が薄かった。

［比較例５］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．５の帯電ローラと感光体を組み込み、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を１２００ｄｐｉで５枚づつ出力したところ、得られた画像の画像濃度が薄かった。

［比較例６］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．５の帯電ローラと感光体を組み込み、交流電圧の振幅を１２００Ｖに変更し、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を１２００ｄｐｉで５枚づつ出力したところ、高品質の画像が得られた。続いて、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を１２００ｄｐｉで１０万枚出力したところ、出力画像に黒帯が見られた。

［比較例７］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．６の帯電ローラと感光体を組み込み、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を６００ｄｐｉと１２００ｄｐｉで５枚づつ出力したところ、得られた画像に濃度ムラが見られた。

［比較例８］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．６の帯電ローラと感光体を組み込み、交流電圧の周波数を１９００Ｈｚに変更し、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を１２００ｄｐｉで５枚づつ出力したところ、高品質の画像が得られた。続いて、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を１２００ｄｐｉで１０万枚出力したところ、出力画像に黒帯が見られた。

［実施例５］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．７の帯電ローラと感光体を組み込み、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を６００ｄｐｉと１２００ｄｐｉで５枚づつ出力したところ、高品質の画像が得られた。

［実施例６］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．７の帯電ローラと感光体を組み込み、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を１２００ｄｐｉで１０万枚出力したところ、高品質の画像が得られた。

［比較例９］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．８の帯電ローラと感光体を組み込み、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を１２００ｄｐｉで５枚づつ出力したところ、得られた画像の画像濃度が薄かった。

［比較例１０］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．８の帯電ローラと感光体を組み込み、交流電圧の振幅を１２００Ｖに変更し、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を１２００ｄｐｉで５枚づつ出力したところ、高品質の画像が得られた。続いて、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を１２００ｄｐｉで１０万枚出力したところ、出力画像に黒帯が見られた。

［実施例７］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．９の帯電ローラと感光体を組み込み、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を６００ｄｐｉと１２００ｄｐｉで５枚づつ出力したところ、高品質の画像が得られた。

［実施例８］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．９の帯電ローラと感光体を組み込み、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を１２００ｄｐｉで１０万枚出力したところ、高品質の画像が得られた。

［実施例９］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．１０の帯電ローラと感光体を組み込み、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を６００ｄｐｉと１２００ｄｐｉで５枚づつ出力したところ、高品質の画像が得られた。この出力画像を顕微鏡で観察し、比較例３で出力された出力画像と比較すると、比較例３での出力画像のドットの方が濃度が薄かった。

［実施例１０］
ブラック用感光体ユニットにＮｏ．１０の帯電ローラと感光体を組み込み、図９のようなＡ４の１ｂｙ１のハーフトーン画像を１２００ｄｐｉで１０万枚出力したところ、高品質の画像が得られた。この出力画像を顕微鏡で観察し、比較例４で出力された出力画像と比較すると、比較例４での出力画像のドットの方が濃度が薄かった。

以上、本実施形態の帯電部材たる帯電ローラによれば、帯電部材の高分子層に含有する導電性微粒子よりも体積抵抗値が１００倍以上、粒子径が０．３〜６μｍの抵抗の高い微粒子を帯電部材の高分子層に含有することで、帯電部材に印加する交流電圧を高めることなく帯電効率を上げることができ、かつ、出力画像の濃度ムラを人目に気付かないレベルにすることができる。

また、帯電ローラ抵抗の高い微粒子が、帯電部材表面より１０μｍ以内に存在するよう構成することで、積極的に放電を起こすことができ、充分な効果を発揮することができる。

また、抵抗の高い微粒子が、１０００μｍ^２あたり、９個以上３１個以下存在するように構成することで、帯電ローラの帯電効率を高めることができる。すなわち、これは、９個未満だと、高分子層における抵抗の高いの部分が少なすぎて、抵抗の低い部分に電荷が集中せず、放電が起こりにくくなり、帯電ローラの帯電効率を下げてしまう。一方、３１個を超えると、高分子層における抵抗の高いの部分が多くなりすぎて、高分子層の抵抗値が上昇して、放電し難くなり、帯電ローラの帯電効率を下げてしまうからである。
また、抵抗の高い微粒子が存在する個数の場所による標準偏差が２以下となるよう構成することで、帯電ローラのどの部分でも、良好に放電することができ、画像を形成したときに人の目に気づきやすい濃度ムラとなるような、帯電ムラを引き起こしやすくなるため好ましくない。

また、帯電ローラと感光体との間隙の平均を、１０〜１００μｍとすることで、帯電ローラと感光体との間をトナーがすり抜けることができ、帯電ローラがトナーによって汚れることを抑制することができる。また、帯電ローラに印加する交流電圧が大きくなりすぎるのを抑制することができ、放電時に生成される酸化性ガスの量を抑えることができる。

また、帯電ローラに直流電圧に交流電圧を重畳したものを印加することで、直流電圧のみを印加するものに比べて、感光体表面を均一に帯電することができる。

また、帯電部材に印加する交流電圧の周波数を８００Ｈｚ〜１８００Ｈｚとすることで、感光体表面を均一に帯電できるとともに、周波数を低く保つことで、放電時の酸化性ガスの量を抑えることができるこれにより、感光体および帯電ローラの酸化劣化を抑制することができ、感光体および帯電ローラ交換頻度を低減することができる。

また潜像担持体たる感光体の表面層を機械的強度が高い熱硬化性物質で構成することで、クリーニングブレードなどとの摩擦による磨耗を抑えることができ、感光体の寿命を延ばすことができる。

熱硬化性物質を、電荷輸送性構造を有しない３官能以上のラジカル重合性モノマーと１官能の電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物とを硬化して形成することで、機械的強度が高く、透明性にも優れ、電荷輸送能力も高い表面層を形成することができる。

また、表面層の膜厚を１〜１０μｍとすることで、感光体の感度低下、露光後電位上昇、残留電位上昇を抑えることができるとともに、感光層の磨耗進行を抑制することができる。

また、本実施形態に係るプリンタによれば、画像形成可能な最高の画像解像度を１０００ｄｐｉ以上とすることにより、高解像度、高画質の画像形成が可能となる。
また、本実施形態に係るプリンタ、いわゆるタンデム型画像形成装置によれば、酸化性ガスの発生が少なく、環境に優しい。
また、本実施形態に係るプロセスカートリッジによれば、メンテナンス性が向上する。

本発明の一実施形態を示すモノクロ画像形成装置の概略構成図。 プロセスカートリッジを用いたモノクロ画像形成装置の概略構成図。 同画像形成装置の帯電ローラの構成を示す正面図。 帯電ローラ表面を薄くスライスして除去した後の帯電ローラ表面形状の一例を示す図。 タンデム型のカラー画像形成装置の一例を示す概略構成図。 プロセスカートリッジを用いたタンデム型のカラー画像形成装置の一例を示す概略構成図。 芯金上に樹脂層を設けた帯電ローラの断面図。 芯金上に樹脂層を設け、樹脂層上に表面層を設けた帯電ローラの断面図。 ブラック、シアン、マゼンタ、イエローのハーフトーン画像が形成されるＡ４紙を説明する模式図。

符号の説明

１ 感光体
１３ 帯電ローラ
１３ａ スペーサ
１３ｂ 導電性支持体

Claims (11)

1. 潜像担持体と、
   導電性支持体上に導電性微粒子を含有した高分子層を有し、潜像担持体に対向して配置され電圧を印加することにより該潜像担持体に向けて放電させて該潜像担持体を帯電する帯電部材と、
   該潜像担持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、
   該潜像担持体表面に形成された潜像をトナー像化する現像手段とを備えた画像形成装置において、
   上記帯電部材の高分子層には、体積抵抗率が上記導電性微粒子の１００倍以上、かつ、粒子径が０．３μｍ以上６μｍ以下の抵抗の高い微粒子が含有されており、
   上記帯電部材を画像形成領域内で上記潜像担持体に対して間隙をもって対向させたものであって、上記帯電部材と上記潜像担持体との上記間隙の平均を上記帯電部材および上記潜像担持体が静止状態で、１０〜１００μｍとしたことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１の画像形成装置において、
   上記抵抗の高い微粒子が、帯電部材表面より１０μｍ以内に存在するよう構成したことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１または２の画像形成装置において、
   上記抵抗の高い微粒子が、１０００μｍ^２あたり、９個以上３１個以下存在し、かつ、上記抵抗の高い微粒子が存在する個数の場所による標準偏差が２以下となるよう構成したことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１乃至３いずれかの画像形成装置において、
   上記帯電部材に、直流電圧に交流電圧を重畳したものを印加することを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４の画像形成装置において、
   上記交流電圧の周波数を８００Ｈｚ〜１８００Ｈｚとしたことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１乃至５いずれかの画像形成装置において、
   上記潜像担持体の表面層を熱硬化性物質で構成したことを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６の画像形成装置において、
   上記熱硬化性物質が、電荷輸送性構造を有しない３官能以上のラジカル重合性モノマーと１官能の電荷輸送性構造を有するラジカル重合性化合物とを硬化して形成されたものであることを特徴とした画像形成装置。
8. 請求項６または７の画像形成装置において、
   上記表面層の膜厚が１〜１０μｍであることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１乃至８いずれかの画像形成装置において、
   上記潜像担持体を複数備え、これら複数の該潜像担持体それぞれに異なる色のトナー像を形成し、該異なる色のトナー像を転写体に順に重ね合わせてカラー画像を得ることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項１乃至９いずれかの画像形成装置において、
    画像形成可能な最高の解像度が１０００ｄｐｉ以上であることを特徴とする画像形成装置。
11. 少なくとも像担持体と、該像担持体とを帯電せしめる帯電部材とが一体に構成され、画像形成装置本体に着脱可能に構成されたプロセスカートリッジにおいて、
    上記画像形成装置が請求項１乃至１０いずれかの画像形成装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。