JP6627723B2 - 電子写真感光体及びそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、表面にトナー像が形成される電子写真感光体及び当該電子写真感光体を備える画像形成装置に関する。

プリンター、複写機、ファクシミリ或いはこれらの機能を備えた複合機等の画像形成装置においては、電子写真感光体の一例である感光体ドラムと、感光体ドラムの表面を帯電させる帯電デバイスと、感光体ドラム表面に接触して配置され且つ感光体ドラム表面に残留するトナーや外添剤を除去するクリーニングブレードとを備えたものが知られている。

感光体ドラムは、例えば、支持体である金属製の素管と、素管の表面に形成された感光層とから構成される。感光体ドラムとしては、例えば感光層としてアモルファスシリコンが積層されたアモルファスシリコン感光体が広く用いられている。

このアモルファスシリコン感光体は、表面に結晶粒界で形成された微小な凹凸を有する。アモルファスシリコン感光体を用いた画像形成装置では、使用初期に感光体ドラム表面に存在する凹凸が長期間の使用により研磨されて平滑化する。そのため、感光体ドラムとクリーニングブレードの接触面積が増大し、摩擦係数が上昇する。その結果、感光体ドラムの回転トルクが上昇し、クリーニングブレードへの負荷増大によるクリーニングブレードの摩耗や欠損が発生する。クリーニングブレードが摩耗、欠損すると、トナー外添剤のすり抜けが発生し、感光体ドラムに接触する帯電ローラーの汚染やこれに起因する帯電不良へと繋がる。また、平滑化した感光体ドラムではトナーやトナー外添剤の付着性も上昇してしまうため、良好なクリーニング性が得られないという問題点もあった。

そこで、特許文献１に示すように、感光体ドラムとクリーニングブレードやトナーとの接触面積を小さくするために感光体ドラム表面を粗面化する方法が提案されている。特許文献１に記載の感光体ドラムでは、素管の表面に複数の球状痕跡窪みによって凹凸を形成し、感光体ドラムの表面の２．５ｍｍ基準長における十点平均粗さＲｚが０．７２［μｍ］以上、１．２５［μｍ］以下の範囲内となるようにしている。これにより、残留トナークリーニング時のトナー付着を抑制し、感光体ドラムの表面の耐傷性を向上させている。

特開平１１−１４３０９９号公報

しかしながら、特許文献１のように凹凸をＲｚのみで規定した場合、単にＲｚを大きくして感光体ドラムとクリーニングブレード接触面積を小さくすると、凹凸の山と谷の距離が離れてしまい、谷部分でクリーニングされ難い箇所が発生する。そのため、感光体ドラムの使用初期において凹凸の谷部分からすり抜ける外添剤等が増加してしまう。即ち、従来の構成では感光体ドラムの使用初期におけるクリーニング不良を抑制する表面粗さ（凹凸）の設計と、感光体ドラムを長寿命化するための表面粗さ（凹凸）の設計とを両立させることは困難であった。

本発明は、上記問題点に鑑み、長期間にわたり画像不良を抑制するとともに、使用初期におけるクリーニング性も確保できる電子写真感光体およびそれを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、支持体と、支持体の表面に形成される感光層と、を有する電子写真感光体である。電子写真感光体は、使用初期における感光層表面に支持体の軸方向に延びる細長状の凸部が多数形成されており、使用初期における感光層表面の算術平均粗さをＲａ、支持体の軸方向および周方向の凹凸の平均間隔をそれぞれＳｍ１、Ｓｍ２とするとき、Ｒａ≦１００［ｎｍ］、Ｓｍ１≦Ｓｍ２を満たす。

なお、本明細書中の「算術平均粗さＲａ」及び「平均間隔Ｓｍ」は、１９９４年版のＪＩＳＢ０６０１で規定されている表面粗さに基づいている。

本発明の第１の構成によれば、電子写真感光体の使用初期においてクリーニングブレードとの隙間からトナーの外添剤等がすり抜けたり、クリーニングブレードとの接触によって回転トルクが上昇したりしない好適な表面状態を有し、且つ、長期間にわたり画像不良の発生を抑制できる電子写真感光体となる。

本発明の感光体ドラム２０が搭載された画像形成装置１１の概略構成を示す摸式断面図 画像形成装置１１の感光体ドラム２０周辺の構成を示す概略図 本発明の一実施形態に係る感光体ドラム２０の感光層２０ｂの表面を軸方向から見たときの稜線を示す模式図 本実施形態の感光体ドラム２０の感光層２０ｂの表面を周方向から見たときの稜線を示す模式図 Ｓｍ１＜Ｓｍ２である本実施形態の感光体ドラム２０とクリーニングブレード５２との実際の接触部分を示す概念図 Ｓｍ１＝Ｓｍ２である従来の感光体ドラム２０とクリーニングブレード５２との接触部分を示す概念図 感光体ドラム２０とクリーニングブレード５２の接触部分に外添剤Ｇが滞留する様子を示す模式図 バイト加工により素管２０ａに凹凸を作成する様子を示す概念図 図８においてバイト７０が素管２０ａ上を１往復した際の軌跡を示す図

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の感光体ドラム２０が搭載される画像形成装置１１の概略構成を示す摸式断面図である。図２は、図１に示す画像形成装置１１の感光体ドラム２０周辺の構成を示す概略図である。

１．画像形成装置１１の構成
（全体構成）
図１に示すように、本実施形態に係る画像形成装置１１は、タンデム方式のカラープリンターである。画像形成装置１１は、プリンター本体１２の内部に、記録紙（不図示）を収納する給紙カセット１３と、給紙カセット１３から記録紙を一枚ずつ給送する給紙部１４と、給紙カセット１３又は手差トレイ（不図示）から供給された記録紙に画像形成処理を行う画像形成処理部１５と、給紙カセット１３又は手差トレイから供給された記録紙を搬送する記録紙搬送経路１６と、画像形成処理部１５において形成されたトナー像を記録紙搬送経路１６に沿って搬送される記録紙に転写する二次転写部１７と、二次転写部１７において転写されたトナー像を記録紙に定着する定着部１８と、を備える。

（画像形成処理部１５の構成）
画像形成処理部１５は、例えば、イエロー（Ｙ）、マゼンダ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の４色のトナー（現像剤）を用いて画像形成処理を行うタンデム方式が採用されている。なお、以下の説明では、特に色指定に関する場合にのみ、各算用数字の符号に括弧書きで（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）の色を付し、共通の場合には算用数字のみの符号を付して説明する。

画像形成処理部１５は、各色（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋ）に対応して、補給用トナーを収納した複数のトナーコンテナ１９と、パーソナルコンピューター等の外部接続機器から送信された印字データ（画像データ）に基づいて各色のトナー像を形成するための複数の感光体ドラム２０と、各感光体ドラム２０にトナーを供給する複数の現像装置２１と、各感光体ドラム２０に形成されたトナー像が一次転写される無端状の中間転写ベルト２２と、中間転写ベルト２２の回動移動方向最上流側の感光体ドラム２０の上流側に配置されて中間転写ベルト２２の表面に付着した残トナー等を除去するベルトクリーニング装置２４と、各感光体ドラム２０にビーム光を出射する露光ユニット２５と、各感光体ドラム２０の表面を一様に帯電させる帯電装置２６と、各感光体ドラム２０の表面に付着した残トナー等を除去するクリーニング装置２８と、各感光体ドラム２０の表面の残留電荷を除去する除電装置２９と、を備えている。なお、感光体ドラム２０が本発明の「電子写真感光体」の一例に相当する。

（感光体ドラム２０の構成）
感光体ドラム２０は、支持体（基体）の表面に感光層が形成されてなる。ここでは、感光体ドラム２０は、金属製の円筒状の素管２０ａと、素管表面に形成された感光層２０ｂとからなる。なお、素管２０ａが本発明の「支持体」の一例に相当する。素管２０ａを形成する金属としては、アルミニウム、鉄、チタン、マグネシウム等が挙げられる。感光層２０ｂとしては、有機光伝導体を利用した有機感光層や無機光電体を利用した無機感光層等を利用できるが、耐久性の高さからシランガス等の蒸着等により製膜されたアモルファスシリコン感光層が好ましい。各感光体ドラム２０は、その表面に露光ユニット２５から出射されたビーム光に基づいて各色のトナー像を担持して中間転写ベルト２２にトナー像を転写するためのものであり、図１に示すように、現像装置２１と共に中間転写ベルト２２の下方に配置されている。

また、図１及び図２に示すように、感光体ドラム２０の周囲には帯電装置２６、露光ユニット２５、現像装置２１、クリーニング装置２８、除電装置２９が配置されており、中間転写ベルト２２を挟んで一次転写ローラー２７が感光体ドラム２０に対向配置されている。

感光体ドラム２０と一次転写ローラー２７との協働によって構成された各一次転写部で中間転写ベルト２２上に転写されたトナー像は、給紙カセット１３又は手差トレイ（図示せず）から記録紙搬送経路１６を通って搬送されてきた記録紙に対し二次転写部１７で転写される。

（現像装置２１の構成）
各現像装置２１は、基本的に同一構成のものが中間転写ベルト２２の下方に回動移動方向に沿って列設されている。現像装置２１は、結着樹脂と着色剤とを含むトナー母粒子と、トナー母粒子の表面に付着する酸化チタン等の金属粒子からなるトナー外添剤（以下、単に外添剤ともいう）とを含むトナーを付着させて感光体ドラム２０の表面に形成された静電潜像をトナー像に現像する。なお、現像装置２１は従来公知のものを使用することができる。

（中間転写ベルト２２の構成）
中間転写ベルト２２は、プリンター本体１２内で駆動ローラーと従動ローラーとに水平方向に張架された無端ベルトであり、ベルト駆動モーター（図示せず）による駆動ローラーの回転に伴い画像形成動作に伴って循環駆動される。

（トナー濃度検知センサー２３の構成）
トナー濃度検知センサー２３は、中間転写ベルト２２のトナー像の反射濃度を測定し、その検知値を制御部（図示せず）に出力する。なお、トナー濃度検知センサー２３は、中間転写ベルト２２の回動移動方向並びに回動移動方向と直交する幅方向のそれぞれに沿った複数箇所に設けることができる。この際、トナー濃度検知センサー２３は、中間転写ベルト２２の幅方向片側だけのトナー濃度を検知したのでは、例えば、中間転写ベルト２２の幅方向両端側で濃度差が生ずる現象（片焼け現象）が発生した場合に対応できないため、幅方向両端付近に配置するのが好ましい。

（帯電装置２６の構成）
図２に示すように、帯電装置２６は、帯電ハウジング４１内に、感光体ドラム２０に接触してドラム表面に帯電バイアスを印加する帯電ローラー４２と、帯電ローラー４２をクリーニングするための帯電クリーニングローラー４３とを有している。

帯電ローラー４２は例えば導電性ゴムで形成されており、感光体ドラム２０に当接するように配置されている。そして、図２に示すように、感光体ドラム２０が時計回り方向に回転すると、感光体ドラム２０の表面に接触する帯電ローラー４２が反時計回り方向に従動回転する。このとき、帯電ローラー４２に所定の電圧を印加することにより、感光体ドラム２０の表面が一様に帯電されることとなる。

また、図２に示すように、帯電ローラー４２の回転に伴い、帯電ローラー４２に接触する帯電クリーニングローラー４３が時計回り方向に従動回転して帯電ローラー４２の表面に付着した異物を除去する。

（クリーニング装置２８の構成）
クリーニング装置２８は、記録紙幅方向（記録紙搬送方向に直交する方向）に奥行きのあるクリーニングハウジング５０と、クリーニングハウジング５０の内部下方寄りに配置されて図２において時計回り方向に回転することで記録紙幅方向の一方に回収トナーを搬送して廃トナー容器（図示せず）へと送り出す回収スパイラル５１と、クリーニングハウジング５０の外部下方寄りに取り付けられたクリーニングブレード５２と、クリーニングハウジング５０の内部上方寄りに配置されて感光体ドラム２０の表面と接触する摺擦ローラー（クリーニングローラー）５３と、クリーニングハウジング５０内であって回収スパイラル５１と摺擦ローラー５３との間に配されたトナー送りガイド板５４とを備えている。なお、回収トナーがクリーニングハウジング５０から外部に漏れるのを防止するために、クリーニングシール５５がクリーニングハウジング５０の上流端に設けられている。

クリーニングブレード５２は、ウレタンゴム等から構成されている。クリーニングブレード５２は、感光体ドラム２０の回転軸よりも下方から感光体ドラム２０の表面に先端が当接するように配置されている。この際、クリーニングブレード５２の先端は、感光体ドラム２０の回転方向（図２の矢印参照）に対してカウンター方向に当接している。

摺擦ローラー５３は、感光体ドラム２０の表面から廃トナーを回収するとともに、摺擦ローラー５３の表面に付着した廃トナーによって感光体ドラム２０の表面を研磨する。このため、摺擦ローラー５３は、廃トナーの保持性を高く維持するために発泡ゴム（例えば、カーボン含有導電性発泡ＥＰＤＭ）を用いて記録紙幅方向に延びる円筒形状に構成され、クリーニングブレード５２の先端よりも感光体ドラム２０の回転方向上流側に配置される。また、摺擦ローラー５３の回転方向は感光体ドラム２０の回転方向とは逆方向である。

トナー送りガイド板５４は、摺擦ローラー５３が存在する側と、回収スパイラル５１が存在する側とを区画し、摺擦ローラー５３により回収された廃トナーを回収スパイラル５１へと案内する。

（除電装置２９の構成）
除電装置２９は、感光体ドラム２０の回転方向に沿って、一次転写ローラー２７の下流側に配置されている。除電装置２９には、図２に示すように、ＬＥＤ（発光ダイオード）５７が用いられ、必要に応じて反射板が設けられる。また、除電装置２９は、クリーニング装置２８のクリーニングハウジング５０の上面に取り付けられている。除電装置２９は、除電光を感光体ドラム２０に照射することにより、その表面の帯電電荷を除去し、次回の画像形成動作時における帯電工程のための準備を整える。

２．画像形成手順
次に、画像形成装置１００の画像形成手順について説明する。パーソナルコンピューター等の外部接続機器から画像データが入力されると、先ず、帯電装置２６によって感光体ドラム２０の表面を一様に帯電させ、次いで露光ユニット２５によって感光体ドラム２０の表面にビーム光を照射し、各感光体ドラム２０上に画像データに応じた静電潜像を形成する。現像装置２１には、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各色のトナーを含む二成分現像剤（以下、単に現像剤ともいう）が所定量充填されている。なお、後述のトナー像の形成によって各現像装置２１内に充填された二成分現像剤中のトナーの割合が規定値を下回った場合にはトナーコンテナ１９から各現像装置２１にトナーが補給される。この現像剤中のトナーは、現像装置２１により感光体ドラム２０上に供給され、静電的に付着することにより、露光ユニット２５からの露光により形成された静電潜像に応じたトナー像が形成される。

一方、画像形成処理部１５でのトナー像の形成タイミングに合わせて給紙カセット１３（又は手差しトレイ）から記録紙が給送され、記録紙搬送経路１６を通ってレジストローラー対３０ａに搬送される。

そして、一次転写ローラー２７により一次転写ローラー２７と感光体ドラム２０との間に所定の転写電圧で電界が付与され、感光体ドラム２０上のイエロー、マゼンタ、シアン及びブラックのトナー像が中間転写ベルト２２上に一次転写される。これらの４色の画像は、所定のフルカラー画像形成のために予め定められた所定の位置関係をもって形成される。その後、引き続き行われる新たな静電潜像の形成に備え、一次転写後に感光体ドラム２０の表面に残留したトナー等がクリーニング装置２８により除去される。また、感光体ドラム２０表面の残留電荷が除電装置２９により除去される。

中間転写ベルト２２が反時計回り方向に回転を開始すると、記録紙がレジストローラー対３０ａから中間転写ベルト２２に隣接して設けられた二次転写部１７へ所定のタイミングで搬送され、中間転写ベルト２２上のフルカラー画像が記録紙上に二次転写される。トナー像が二次転写された記録紙は定着部１８へと搬送される。なお、中間転写ベルト２２の表面に付着した残トナー等はベルトクリーニング装置２４により除去される。

定着部１８に搬送された記録紙は、加熱及び加圧されてトナー像が記録紙の表面に定着され、所定のフルカラー画像が形成される。フルカラー画像が形成された記録紙は記録紙搬送経路１６の終端部へと案内され、排出ローラー対３０ｂによってプリンター本体１２の上面を兼ねる排出トレイ１２ａ上に排出される。

３．感光体ドラム２０の感光層の特性
以下、本実施形態の感光体ドラム２０の特徴部分である感光層２０ｂの特性について説明する。本実施形態の感光体ドラム２０は、使用初期における感光層２０ｂの表面に、素管２０ａの軸方向に延びる細長状の凸部６０（図３、図４参照）が多数形成されている。また、感光体ドラム２０の周方向（回転方向）及び軸方向（長手方向）における凸部６０の平均間隔ＳｍをそれぞれＳｍ１、Ｓｍ２とするとき、Ｓｍ１＜Ｓｍ２を満たす。なお、この表面状態は、少なくとも感光体ドラム２０の使用初期（使用開始時の状態であり、換言すると、工場出荷後の状態である。）に有していればよい。また、平均間隔Ｓｍは触針式２次元粗さ測定器を用いて１９９４年版のＪＩＳＢ０６０１で規定されている表面粗さ測定法により測定される。

（１）凹凸の平均間隔Ｓｍ
図３及び図４は、それぞれ本実施形態の感光体ドラム２０の感光層２０ｂの表面を軸方向及び周方向から見たときの稜線を示す模式図である。図５は、Ｓｍ１＜Ｓｍ２である本実施形態の感光体ドラム２０とクリーニングブレード５２との実際の接触部分を示す概念図である。また、図６は、Ｓｍ１＝Ｓｍ２である従来の感光体ドラム２０とクリーニングブレード５２との接触部分を示す概念図である。

感光体ドラム２０とクリーニングブレード５２の接触部分をクリーニングブレード５２の圧接方向（図２の右方向）から観察すると、Ｓｍ１＜Ｓｍ２の場合は図５のように実際の接触部分Ｒ１が楕円形状となる。このとき、楕円の短軸は感光体ドラム２０の周方向（矢印ＡＡ′方向）、楕円の長軸は感光体ドラム２０の軸方向（矢印ＢＢ′方向）となる。一方、Ｓｍ１＝Ｓｍ２の場合は図６のように実際の接触部分Ｒ２が円形になる。この接触部分の形状の違いで外添剤のすり抜け性に差が出るのか説明する。

先ず、外添剤のすり抜けのメカニズムについて説明する。図７は、感光体ドラム２０とクリーニングブレード５２の接触部分に外添剤Ｇが滞留する様子を示す模式図である。図７に示すように、外添剤Ｇは感光体ドラム２０の回転方向（図７の矢印方向）に対しクリーニングブレード５２のエッジ部の上流側に滞留しているが、感光体ドラム２０の回転中における感光体ドラム２０とクリーニングブレード５２との平均距離（隙間）が大きいほど外添剤Ｇのすり抜け量が多くなると予想される。

クリーニングブレード５２は弾性変形可能であり、感光体ドラム２０の感光層２０ｂ表面の凹凸が小さい場合は凹凸形状に追従して変形する。しかし、感光層２０ｂ表面の凹凸が大きくなるほど（算術平均粗さＲａが大きくなるほど）、クリーニングブレード５２が凹凸の谷部分に追従できず、クリーニングブレード５２と感光体ドラム２０との間に隙間が生じやすい。隙間が大きければ大きいほど隙間に入り込む外添剤も多くなるため、外添剤がクリーニングブレード５２を押しのけてすり抜け易くなる。また、クリーニングブレード５２のスティックスリップ運動に伴って隙間が広がることで外添剤がすり抜ける確率が高くなる。

Ｓｍ１＝Ｓｍ２である従来の感光体ドラム２０の場合、図６に示したように、感光体ドラム２０の軸方向（矢印ＢＢ′方向）には、周方向（矢印ＡＡ′方向）に見て接触部分Ｒ２（凸部６０）のない部分が連続する領域（図６の破線で囲まれた領域）が存在するため、この領域をすり抜ける外添剤量が相対的に増加する。その結果、帯電ローラー４２の汚染やクリーニングブレード５２によるクリーニング性の低下が発生し、画像に影響が現れやすい。

一方、Ｓｍ１＜Ｓｍ２である本実施形態の感光体ドラム２０の場合、図５に示したように、感光体ドラム２０の軸方向（矢印ＢＢ′方向）のどの部分においても周方向（矢印ＡＡ′方向）に見て接触部分Ｒ１（凸部６０）が必ず存在するため、相対的に外添剤のすり抜け量が多くなる箇所が存在しない。その結果、帯電ローラー４２の汚染やクリーニングブレード５２によるクリーニング性の低下が発生し難くなり、画像に影響が現れ難い。以上より、軸方向に細長状の凸部６０を形成した本実施形態の感光体ドラム２０のほうが外添剤のすり抜けに対し有利な表面形状であるといえる。

前述したように、クリーニングブレード５２は弾性変形可能であるため、大きな凸（部分）間では感光体ドラム２０表面の凹凸形状に追従するように変形する。特に、凸部分の間隔が広い場合はクリーニングブレード５２と感光体ドラム２０との接触面積が増大することとなる。Ｓｍ１、Ｓｍ２が大きくなると、凸部６０（山）が大きく（山の裾が広く）なり、長期使用により凸部６０の頂部が摩耗すると、頂部に広い平坦部分が生じ、感光体ドラム２０とクリーニングブレード５２との接触面積が増大してしまう。

接触面積が増大すると、クリーニングブレード５２との摩擦により感光体ドラム２０の駆動トルクが増大するとともに、クリーニングブレード５２の摩耗が顕著になり、やがて、クリーニングブレード５２のスティックスリップを生じ、外添剤のすり抜けが生じたり、クリーニングブレード５２のエッジが欠損したりする。クリーニングブレード５２のエッジが欠損すると、クリーニング性が低下して良好な画像が得られない。

従って、凸部６０の平均間隔Ｓｍ１、Ｓｍ２は極力小さく設定し、感光体ドラムの表面形状に追従したクリーニングブレード５２の弾性変形による接触面積の増加を抑制することが好ましい。具体的には、１≦Ｓｍ１≦１０［μｍ］、１０≦Ｓｍ２≦２０［μｍ］の範囲が好ましい。

（２）算術平均粗さＲａ
使用初期の感光層２０ｂ表面の算術平均粗さＲａは、２０［ｎｍ］以上１００［ｎｍ］以下の範囲内にあればよい。算術平均粗さＲａが２０［ｎｍ］より小さい場合、クリーニングブレード５２と感光体ドラム２０との摩擦が大きくなり、長期間の使用によってクリーニングブレード５２が摩耗し、画像不良に至る外添剤のすり抜け量が多くなる。つまり、長期間に亘って良好な画像を得ることができない。一方、算術平均粗さＲａが１００［ｎｍ］より大きい場合、クリーニングブレード５２と感光層２０ｂ表面との隙間が大きくなる。そのため、耐久印字の比較的早い段階から外添剤のすり抜け、およびそれに起因する帯電ローラー２６の汚染が始まってしまい、感光体ドラム２０の表面の帯電ムラによる画像不良が発生する。

なお、感光体ドラム２０の耐久性やクリーニングブレード５２の耐久度は、使用する外添剤、感光層２０ｂ、およびクリーニングブレード５２の材質等により変化するが、算術平均粗さＲａが上記範囲にあると、種々の外添剤、種々の材料の感光層２０ｂやクリーニングブレード５２に対応できる。

（３）ＤＵＨ硬度
感光体ドラム２０の使用初期における感光層２０ｂのＤＵＨ硬度が５００［ｋｇｆ／ｍｍ²］以上１２００［ｋｇｆ／ｍｍ²］以下の範囲にあることが好ましい。ＤＵＨ硬度が５００［ｋｇｆ／ｍｍ²］より小さくなると、クリーニングブレード５２や摺擦ローラー５３との接触により、感光体ドラム２０の感光層２０ｂが摩耗しやすく、長期間の使用ができないためである。この観点からは、ＤＵＨ硬度が高い方が好ましい。このため、ＤＵＨ硬度の上限は、現在使用することができる最も硬度の高い感光層２０ｂの硬度で規定されている。なお、ＤＵＨ硬度とは、ダイナミック超微小硬度計（ＤＵＨシリーズ、島津製作所社製）により測定された押しこみ硬度（マルテンス硬度）を指す。

（４）領域
平均間隔Ｓｍ１、Ｓｍ２、及び算術平均粗さＲａは、感光体ドラム２０の表面における画像形成領域の全域において、上記範囲であることが好ましい。

（５）トナー外添剤
トナーには外添剤として導電性研磨微粒子である酸化チタンやシリカが外添されているが、感光層２０ｂ表面の算術平均粗さＲａが大きい場合は、クリーニングブレード５２が追従できない凹凸の隙間から外添剤がすり抜けていく。そのため、本実施形態の感光体ドラム２０に用いるトナーの外添剤は一次平均粒子径が１０ｎｍ以上であることが好ましい。

（６）凹凸の形成方法
凹凸の形成方法に関しては、例えばアルミ製の素管２０ａに対して、痕跡窪みをもたらす雄型を配設し、加圧プレートを圧接させて所望の表面形状を得た後、素管２０ａの外周面にアモルファスシリコンの感光層２０ｂを成膜する方法、またはバイト加工においてバイト（切削工具）を軸方向に往復運動させながら素管２０ａを回転させて素管２０ａの外周面にバイト目を作成した後、アモルファスシリコンの感光層２０ｂを成膜する方法が挙げられる。特に後者は、バイトの移動速度、素管２０ａの回転速度を調整することで所望の凹凸間隔を適宜得ることができる。

図８は、バイト加工により素管２０ａに凹凸を作成する様子を示す概念図であり、図９は、図８においてバイト７０が素管２０ａ上を１往復した際の軌跡を示す図である。なお、図９では円筒状の素管２０ａを展開した平面図として示している。

いま、素管２０ａの回転速度（線速度）をｖ１、バイト７０の移動速度をｖ２、素管２０ａの軸方向長さをＬ、半径をｒとする。Ｓｍ１＜Ｓｍ２を満たすためには、素管２０ａの軸方向に対するバイト７０の軌跡Ｓの傾斜角θが４５°未満であればよい。ここで、ｔａｎθ＝ｖ１／ｖ２であるから、θ＜４５°とするためにはｖ１＜ｖ２である必要がある。即ち、素管２０ａの回転速度ｖ１とバイト７０の移動速度ｖ２とがｖ１＜ｖ２の関係を満たすように、素管２０ａを回転させながらバイト７０を素管２０ａの軸方向に往復移動させてバイト目を形成すればよい。ｖ１、ｖ２を変化させて傾斜角θを調整することにより、凹凸の周方向のピッチを調整することができる。

以上、本発明に係る感光体ドラム２０および画像形成装置１１について実施形態を例に説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、以下のような変形例であってもよい。また、上記実施形態に記載していていない例や、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。

上記実施形態では、画像形成装置１１の例として、タンデム方式のカラープリンターについて説明したが、例えば、ロータリー式のカラープリンターやモノクロプリンターにも適用できる。また、複写機、ファクシミリ或いはこれらの機能を備えた複合機等の画像形成装置にも適用できる。また、画像形成装置１１は、実施形態で説明したカラープリンターの各構成を有していてもよいし、別の構成を有していてもよい。ただし、感光体ドラム２０を例にして説明した電子写真感光体を備える必要はある。また、電子写真感光体をクリーニングするための手段としてクリーニングブレード５２を有しているのが好ましい。

上記実施形態における感光体ドラム２０は、支持体として円筒状の素管２０ａを利用していたが、他の形状の支持体を利用しても良い。他の形状としては、板状、無端ベルト状であってもよい。また、上記実施形態における感光体ドラム２０は、感光層２０ｂとしてアモルファスシリコンを利用したが、例えば、支持体からの電荷の注入を阻止する電荷注入阻止層を有しても良い。

上記実施形態におけるクリーニングデバイスは、クリーニングハウジング５０、回収スパイラル５１、クリーニングブレード５２、摺擦ローラー５３等を一体に備える構造を有しているが、クリーニングブレード５２を有していることが好ましい。以下、実施例により本発明の効果について更に詳細に説明する。

（１）感光体ドラム２０の作製
鏡面加工を施したアルミニウム製の素管２０ａの外周面に、図８に示したバイト加工により多数のバイト目（切削痕）を形成した。バイト加工時の素管２０ａの回転速度ｖ１を０．５ｍｍ／ｓｅｃ、バイトの移動速度ｖ２を１ｍｍ／ｓｅｃとした。その後、素管２０ａの外周面にアモルファスシリコンにより感光層２０ｂを形成して感光体ドラム２０（本発明１）を作製した。感光層２０ｂは表面の算術平均粗さＲａが４［ｎｍ］〜６０［ｎｍ］の範囲内になるように形成されている。

感光層２０ｂの成膜後における感光体ドラム２０の表面粗さを測定したところ、算術平均粗さＲａが６０［ｎｍ］であり、感光体ドラム２０の周方向における凹凸の平均間隔Ｓｍ１が５［μｍ］であり、軸方向における凹凸の平均間隔Ｓｍ２が１５［μｍ］であった。

また、ＤＵＨ硬度計（ＤＹＮＡＭＩＣＵＬＴＲＡ ＭＩＣＲＯ ＨＡＲＤＮＥＳＳ ＴＥＳＴＥＲ ＤＵＨ−２０１・２０２、島津製作所社製）を用いて感光体ドラム２０表面のＤＵＨ硬度を測定した。測定条件は、試験深さ１５０ｎｍ、負荷速度０．２８４３９３ｍＮ／ｓｅｃ、荷重レンジ１９．６ｍＮ、保持時間１０ｓｅｃとした。その結果、表面のＤＵＨ硬度は９００［ｋｇｆ／ｍｍ²］であった。

表面粗さは、触針式２次元粗さ測定器（サーフコム（ｓｕｒｆｃｏｍ）１５００ＤＸ、東京精密社製）を用いて測定長２．５ｍｍで計測している。測定端子は、６０［°］円錐ダイヤの触針タイプであり、先端半径は２［μｍ］である。測定長は２．５［ｍｍ］であり、カットオフ値は０．０８［ｍｍ］である。フィルター種別はガウシアンであり、傾斜補正は最小二乗直線補正である。カットオフ比は３００であり、測定倍率はｘ１００ｋである。

（２）比較試験
本発明１の感光体ドラム２０及び本発明１と同様の方法で、凹凸の算術平均粗さＲａ、平均間隔Ｓｍ１、Ｓｍ２を変化させた感光体ドラム２０（本発明２〜６、比較例１〜３）を作成した。図１、図２に示した構成の画像形成装置１１に本発明２〜６、比較例１〜３の感光体ドラム２０を搭載して耐久試験を行った。試験条件としては、低温低湿環境（１０℃、１０％）で印字率２５％のハーフトーン画像を連続印字し、印字画像を目視により観察して外添剤のすり抜けを評価した。

なお、クリーニングブレード５２としてウレタンゴム製のゴムブレードを用いた。また、トナーの外添剤として、結着樹脂と着色剤とを含むトナー母粒子の表面に一次平均粒子径２００ｎｍの酸化チタンと一次平均粒子径２０ｎｍのシリカを外添させた。外添剤のすり抜けの評価方法としては、帯電ローラー４２への外添剤付着に起因する画像の縦筋が確認された場合を×、縦筋が確認されなかった場合を○とした。試験は５万枚印字時点で○評価となった感光体ドラム２０のみ１０万枚まで連続印字を継続し、１０万枚印字時点で○評価となった感光体ドラム２０のみ５０万枚まで連続印字を継続した。結果を算術平均粗さＲａ、平均間隔Ｓｍ１、Ｓｍ２と併せて表１に示す。

表１から明らかなように、凹凸の周方向の平均間隔Ｓｍ１、軸方向のＳｍ２がＳｍ１＜Ｓｍ２、算術平均粗さＲａが１００ｎｍ以下である本発明１〜６の感光体ドラム２０では、５万枚の耐久印字後において帯電ローラー４２への外添剤付着に起因する画像の縦筋が発生しなかった。特に、１［μｍ］≦Ｓｍ１≦１０［μｍ］、１０［μｍ］≦Ｓｍ２≦２０［μｍ］を満たす本発明１〜４の感光体ドラム２０では、１０万枚の耐久印字後においても画像の縦筋が発生せず、算術平均粗さＲａが２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である本発明１〜３では、５０万枚の耐久印字後においても画像の縦筋が発生しなかった。

なお、本発明５ではＳｍ２＝２２μｍ、本発明６ではＳｍ１＝１５と凹凸の平均間隔が大きいため凹凸がなだらかになり、クリーニングブレード５２が追従して湾曲するためにスティックスリップが発生し易くなり、１０万枚印字後の判定でブレード摩耗部からの外添剤すり抜けが発生したものと考えられる。また、本発明４ではＲａ＝１０ｎｍと小さいため感光層２０ｂの平滑化が進行し易く、５０万枚印字後の判定でブレード摩耗部からの外添剤すり抜けが発生したものと考えられる。このことから、感光体ドラム２０の長寿命化のためには１［μｍ］≦Ｓｍ１≦１０［μｍ］、１０［μｍ］≦Ｓｍ２≦２０［μｍ］を満たし、使用初期のＲａを２０ｎｍ以上とすることが好ましい。

これに対し、比較例１〜３の感光体ドラム２０では、５万枚の耐久印字後に画像の縦筋が発生した。この理由としては、Ｒａが１１０ｎｍである比較例１の感光体ドラム２０では使用初期における感光層の凹凸が大きすぎるため、感光層２０ｂの凹凸部分からの外添剤のすり抜けが発生し、外添剤により帯電ローラー４２が汚染されて帯電ムラが発生するためであると考えられる。また、Ｓｍ１＞Ｓｍ２である比較例２の感光体ドラム２０、Ｓｍ１＝Ｓｍ２である比較例３の感光体ドラム２０では、図６に示したように感光体ドラム２０の周方向に凹凸のない領域が存在し、この領域を外添剤がすり抜けるためであると考えられる。以上より、本発明の感光体ドラム２０は、比較例に比べて長期間に亘って外添剤のすり抜けを抑えられることが確認された。

本発明は、表面にトナー像が形成される電子写真感光体に利用可能である。本発明の利用により、長期間にわたり画像不良を抑制することができる電子写真感光体およびそれを備えた画像形成装置を提供することができる。

１１ 画像形成装置
２０ 感光体ドラム（電子写真感光体）
２０ａ 素管（支持体）
２０ｂ 感光層
５２ クリーニングブレード
６０ 凸部

Claims (6)

1. 筒状の支持体と、
   該支持体の外周面に形成される感光層と、を有し、
   使用初期における前記感光層の表面に、前記支持体の軸方向に延びる細長状の凸部が多数形成されており、
   使用初期における前記感光層表面の軸方向における算術平均粗さをＲａ、前記支持体の周方向および軸方向における前記感光層表面の凹凸の平均間隔をそれぞれＳｍ１、Ｓｍ２とするとき、Ｒａ≦１００［ｎｍ］、Ｓｍ１＜Ｓｍ２、１［μｍ］≦Ｓｍ１≦１０［μｍ］、１０［μｍ］≦Ｓｍ２≦２０［μｍ］を満たすことを特徴とする電子写真感光体。
2. 前記ＲａがＲａ≧２０［ｎｍ］を満たすことを特徴とする請求項１に記載の電子写真感光体。
3. 前記感光層表面のＤＵＨ硬度が５００ｋｇｆ／ｍｍ ² 以上１２００ｋｇｆ／ｍｍ ² 以下の範囲にあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子写真感光体。
4. 前記感光層は、アモルファスシリコンにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電子写真感光体。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電子写真感光体と、
   前記電子写真感光体の表面に接触するように配置され、前記電子写真感光体の表面をクリーニングするクリーニング部材と、
   を備える画像形成装置。
6. 前記電子写真感光体にトナーを供給する現像装置を備え、
   前記トナーは、結着樹脂と着色剤とを含むトナー母粒子と、該トナー母粒子の表面に付着する外添剤とを含み、
   前記外添剤の一次平均粒子径が１０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項５に記載の画像形成装置。

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