JP2018109720A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表面粗さの小さいキャリアを使用することで高精細な画像を形成しつつ、現像剤担持体から像担持体へのキャリア現像も抑制可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、像担持体と、現像装置と、を備える。像担持体は、支持体と、該支持体の表面に形成されるアモルファスシリコン感光層と、を有する。現像装置は、像担持体に対向配置される現像剤担持体を有し、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤で現像剤担持体上に形成された磁気ブラシを用いて像担持体と現像剤担持体とが対向する現像領域において像担持体上の静電潜像をトナー像に現像する。使用初期における感光層表面の算術平均粗さＲａが４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下の範囲内にあり、キャリア表面の算術平均粗さＲａが１．０μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内にある。【選択図】図２

Description

本発明は、表面にトナー像が形成される像担持体と、像担持体上の静電潜像を現像する現像装置とを備える画像形成装置に関する。

コピー機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真方式を用いる画像形成装置においては、主に粉末の現像剤が使用され、感光体ドラム等の像担持体上に形成された静電潜像を現像剤によって可視化し、そのトナー像を記録媒体上に転写した後、定着処理を行うプロセスが一般的である。

現像剤は、トナー及び磁性キャリアから成る二成分現像剤と、磁性を帯びたトナーのみから成る一成分現像剤とに大別される。二成分現像剤を用いる二成分現像方式においては、感光体ドラム（像担持体）と現像ローラー（現像剤担持体）との対向領域（現像領域）にトナーカブリを抑制する方向（トナーと逆極性）の電界が付与される。このとき、現像ローラーに担持された磁気ブラシ（キャリア鎖）中のキャリアが感光体ドラムに移行する、いわゆるキャリア現像が発生しやすい。一旦感光体ドラムに移行したキャリアは付着力が強いため、現像ローラー側に戻ることなく印字画像に出力され、白点或いは黒点となって現れる。

一方、キャリアの表面粗さを小さく且つ均一にすることで、攪拌性能が向上し、磁気ブラシも安定して形成されるため、高精細な画像が得られる。そのため、特許文献１に記載されているように表面粗さが０．５μｍ以上１．０μｍ以下のキャリアが使用されることが多い。

特開２０１２−１６８２８４号公報

しかしながら、特許文献１のように表面粗さが小さく且つ均一なキャリアを使用した場合、感光体ドラムに対する付着力が増大してしまい、キャリア現像による画像不良が発生し易くなるという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、二成分現像方式において表面粗さの小さいキャリアを使用することで高精細な画像を形成しつつ、現像剤担持体から像担持体へのキャリア現像も抑制可能な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、像担持体と、現像装置と、を備えた画像形成装置である。像担持体は、支持体と、該支持体の表面に形成されるアモルファスシリコン感光層と、を有する。現像装置は、像担持体に対向配置される現像剤担持体を有し、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤で現像剤担持体上に形成された磁気ブラシを用いて像担持体と現像剤担持体とが対向する現像領域において像担持体上の静電潜像をトナー像に現像する。使用初期における感光層表面の算術平均粗さＲａが４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下の範囲内にあり、キャリア表面の算術平均粗さＲａが１．０μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内にある。

なお、本明細書中の「算術平均粗さＲａ」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、使用初期におけるアモルファスシリコン感光層の表面の算術平均粗さＲａが４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下の像担持体と、表面の算術平均粗さＲａが１．０μｍ以上３．０μｍ以下のキャリアを含む二成分現像剤とを併用することにより、感光層表面へのキャリアの付着力を低下させてキャリア現像を抑制するとともに、トナーの帯電性も維持可能であり、且つ外添剤のすり抜けによる画像不良の発生も抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の概略構成を示す側面断面図 図１における画像形成部Ｐの構成を示す部分拡大図 本実施形態の画像形成装置１００に搭載される現像装置８の側面断面図 本実施形態の画像形成装置１００に搭載される現像装置８の平面図 感光層１ｂ及びキャリアの表面粗さＲａとキャリア現像との関係を示すグラフ キャリアの表面粗さとトナーの帯電量との関係を示すグラフ

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、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の内部構造を示す側面断面図であり、図２は、図１における画像形成部Ｐの部分拡大図である。画像形成装置（ここではモノクロプリンター）１００内には、帯電、露光、現像及び転写の各工程によりモノクロ画像を形成する画像形成部Ｐが配設されている。画像形成部Ｐには、感光体ドラム１の回転方向（図１の反時計回り方向）に沿って、帯電装置４、露光ユニット（レーザー走査ユニット等）７、現像装置８、転写ローラー１４、クリーニング装置１９、及び除電装置６が配設されている。

画像形成動作を行う場合、反時計回り方向に回転する感光体ドラム１が帯電装置４により一様に帯電され、原稿画像データに基づく露光ユニット７からのレーザービームにより感光体ドラム１上に静電潜像が形成され、現像装置８により静電潜像に現像剤（トナー）が付着されてトナー像が形成される。

この現像装置８へのトナーの供給はトナーコンテナ９から行われる。なお、画像データはパーソナルコンピューター（図示せず）のような上位機器から送信される。また、感光体ドラム１の表面の残留電荷を除去する除電装置６が、感光体ドラム１の回転方向に対しクリーニング装置１９の下流側に設けられている。

上記のようにトナー像が形成された感光体ドラム１に向けて、用紙が給紙カセット１０又は手差し給紙装置１１から用紙搬送路１２及びレジストローラー対１３を経由して搬送され、転写ローラー１４（画像転写部）により感光体ドラム１の表面に形成されたトナー像が用紙に転写される。トナー像が転写された用紙は感光体ドラム１から分離され、定着装置１５に搬送されてトナー像が定着される。定着装置１５を通過した用紙は、用紙搬送路１６により装置上部に搬送され、用紙の片面のみに画像を形成する場合（片面印字時）は、排出ローラー対１７により排出トレイ１８に排出される。

感光体ドラム１は、金属製の円筒状の素管（支持体）１ａと、素管１ａの表面に形成された感光層１ｂとからなる。素管１ａ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１ｂ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。なお、感光体ドラム１の感光層１ｂの特性については後述する。

帯電装置４は、帯電ハウジング内に、感光体ドラム１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４１と、帯電ローラー４１をクリーニングするための帯電クリーニングローラー４２とを有している。

帯電ローラー４１は例えば導電性ゴムで形成されており、感光体ドラム１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１が反時計回り方向に回転すると、感光体ドラム１の表面に接触する帯電ローラー４１が時計回り方向に従動回転する。このとき、帯電ローラー４１に所定の電圧を印加することにより、感光体ドラム１の表面が一様に帯電される。また、帯電ローラー４１の回転に伴い、帯電ローラー４１に接触する帯電クリーニングローラー４２が反時計回り方向に従動回転して帯電ローラー４１の表面に付着した異物を除去する。

クリーニング装置１９は、クリーニングブレード５１と回収スパイラル５２とを備える。クリーニングブレード５１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５１の先端は、感光体ドラム１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。回収スパイラル５２は、ハウジングの内部下方寄りに配置され、回転することでハウジングの長手方向（図２の紙面と垂直な方向）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。

図３及び図４は、画像形成装置１００に搭載される現像装置８の側面断面図及び平面図である。なお、図３は現像装置８を図１の裏面側から見た状態を示している。また、図４では便宜上、上面カバーを取り外して現像装置８の内部が見える状態を表現している。図３及び図４に示すように、現像装置８は、トナーと磁性キャリアとから構成される二成分現像剤（以下、単に現像剤という）を収容する現像容器２２と、現像剤を攪拌および搬送する第１攪拌スクリュー２３及び第２攪拌スクリュー２４と、現像ローラー２５と、規制ブレード２９とを備えている。

現像容器２２内は現像容器２２と一体形成された仕切壁２２ａによって、第１搬送室２２ｂと第２搬送室２２ｃとに区画されている。仕切壁２２ａは、現像容器２２の長手方向に延びて第１搬送室２２ｂと第２搬送室２２ｃを並列させるように仕切っている。なお、図３に示すように、現像容器２２の長手方向の両端部においては仕切壁２２ａが存在せず、仕切壁２２ａの長手方向の右側端部は、現像容器２２の側壁部とともに第１連通部２２ｅを形成し、一方、仕切壁２２ａの長手方向の左側端部は、現像容器２２の側壁部とともに第２連通部２２ｆを形成している。第１及び第２連通部２２ｅ、２２ｆは、第１搬送室２２ｂと第２搬送室２２ｃとの間において現像剤の受け渡しが可能なように開放されている。

第１搬送室２２ｂには第１攪拌スクリュー２３が、第２搬送室２２ｃには第２攪拌スクリュー２４が配設されている。第１及び第２攪拌スクリュー２３、２４は、軸方向に螺旋状に形成される螺旋羽根を備える。第１攪拌スクリュー２３は、第１搬送室２２ｂ内の現像剤を攪拌しながら矢印Ｐ方向へと搬送して第２搬送室２２ｃに搬送し、第２攪拌スクリュー２４は、第２搬送室２２ｃに搬送されてきた現像剤を攪拌しながら矢印Ｑ方向へと搬送して現像ローラー２５に供給する。即ち、現像容器２２内には、第１搬送室２２ｂと、第１連通部２２ｅと、第２搬送室２２ｃ、及び第２連通部２２ｆとで現像剤の循環経路が形成されている。また、第１攪拌スクリュー２３および第２攪拌スクリュー２４は、現像剤を攪拌混合してトナーとキャリアとを摩擦させることによって現像剤を帯電させる。本発明で用いる二成分現像剤の詳細な構成については後述する。

現像ローラー２５は、アルミニウム等の非磁性材料で円筒状に形成され、磁極部材２６を内蔵している。また、現像ローラー２５は、第２攪拌スクリュー２４に隣接する位置で現像容器２２内に回転可能に支持される。また、現像ローラー２５は、現像容器２２の開口から露出し、像担持体である感光体ドラム１に一定の間隔を有して対向している。そして、感光体ドラム１（図１参照）の回転に応じて回転することで、感光体ドラム１の感光層１ｂにトナーを供給する。

現像ローラー２５の内部には複数の磁極を有する永久磁石から成る磁極部材２６が固定されている。この磁極部材２６の磁力により現像ローラー２５の表面に現像剤を付着（担持）させて磁気ブラシを形成する。現像ローラー２５は、第１攪拌スクリュー２３、第２攪拌スクリュー２４と平行な状態で、現像容器２２に回転可能に軸支されている。第１攪拌スクリュー２３、第２攪拌スクリュー２４、及び現像ローラー２５は、モーター（図示せず）により回転駆動される。また、現像ローラー２５の両端部には現像容器２２と現像ローラー２５との隙間からの現像剤の漏出を防止するための磁気シール部材２７が配設されている。

規制ブレード２９は、その長手方向（図４の左右方向）が最大現像幅よりも大きく形成されており、現像ローラー２５と所定の間隔を隔てて配置されることにより、感光体ドラム１に供給するトナー量を規制する。規制ブレード２９の材質としては、磁性体のＳＵＳ（ステンレス）等が用いられる。なお、非磁性体の規制ブレード２９に永久磁石を装着して磁性を付与しても良い。

第２攪拌スクリュー２４に対向する第２搬送室２２ｃの底面には、現像容器２２内に貯留される現像剤中のトナー濃度Ｔ／Ｃ（キャリアに対するトナーの割合）を検知するトナー濃度センサー（図示せず）が設けられている。このトナー濃度センサーの検知結果に応じて、トナーコンテナ９（図１参照）に貯留されたトナーが現像容器２２の上部に設けられたトナー補給口２２ｄを介して第１搬送室２２ｂの上流端（図４参照）に供給される。

現像ローラー２５の回転軸にはＤＳコロ３１ａ、３１ｂが回転可能に外挿されている。ＤＳコロ３１ａ、３１ｂは、感光体ドラム１の外周面の両端部に当接することにより現像ローラー２５と感光体ドラム１との距離を厳密に規制している。ＤＳコロ３１ａ、３１ｂにはベアリングが内蔵されており、感光体ドラム１に従動して回転することでドラム表面の摩耗を防止できるようになっている。

第２攪拌スクリュー２４から供給された現像剤は、現像ローラー２５の表面に担持されて磁気ブラシを形成する。磁気ブラシは規制ブレード２９により一定の層厚に規制され、さらに、現像ローラー２５の回転によって現像ローラー２５と感光体ドラム１との対向領域（現像領域）に向けて搬送される。現像ローラー２５に所定のバイアス電圧が印加されることにより、現像ローラー２５と感光体ドラム１との間に電位差が生じ、現像領域において、現像ローラー２５上に形成された磁気ブラシ中のトナーが感光体ドラム１に供給され、感光体ドラム１上の静電潜像はトナー像に現像される。

（感光体ドラム１の感光層１ｂの特性）
以下、本実施形態の感光体ドラム１の特徴部分である感光層１ｂの特性について説明する。本実施形態の感光体ドラム１は、使用初期における感光層１ｂの表面の算術平均粗さＲａが４０［ｎｍ］以上７０［ｎｍ］以下の範囲内である表面粗さを有する。なお、この表面状態は、少なくとも感光体ドラム１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、算術平均粗さＲａ及び後述する十点平均粗さＲｚ、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。

使用初期の感光層１ｂの表面の算術平均粗さＲａが４０［ｎｍ］より小さい場合、感光層１ｂに対するキャリアの付着力が増大し、キャリア現像による白点や黒点等の画像不具合が発生する。算術平均粗さＲａが７０［ｎｍ］より大きい場合、クリーニングブレード５１と感光層１ｂの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４１の汚染が始まってしまい、感光体ドラム１の表面の帯電ムラによる縦筋等の画像不良が発生する。感光体ドラム１の使用初期における感光層１ｂの表面の算術平均粗さＲａは、４０［ｎｍ］以上７０［ｎｍ］以下の範囲内にあるのが好ましい。

感光体ドラム１の使用初期における感光層１ｂの表面の算術平均粗さＲａが、４０［ｎｍ］以上７０［ｎｍ］以下の範囲にある場合、感光体ドラム１の使用初期における感光層１ｂの表面の十点平均粗さＲｚは、０．４［μｍ］以上０．９［μｍ］以下の範囲にあることが好ましい。

これは、算術平均粗さＲａが上記範囲内にあっても、大きな凹凸が存在する場合、クリーニングブレード５１はある程度変形するものの感光ドラム１の表面形状に追従できず、感光体ドラム１とクリーニングブレード５１との間に生じる隙間が大きくなる傾向にあり、これを防ぐための規定である。なお、感光体ドラム１とクリーニングブレード５１との隙間が大きくなると、外添剤等のすり抜けが発生する。

換言すると、大きな凸部分が感光体ドラム１の表面に存在して、この凸部分の先端がクリーニングブレード５１に接触してしまうと、大きな凸部分の間に位置する凹部分がクリーニングブレード５１と接触しないことになり、算術平均粗さＲａの大きさを規定した意味がなくなるからである。つまり、感光体ドラム１の表面は、突飛的な凹凸が存在せず、微小な凹凸が存在するのが好ましく、この条件を十点平均粗さＲｚと算術平均粗さＲａとで規定している。なお、突飛的な凹凸が存在しないことを十点平均粗さＲｚで規定している。

感光体ドラム１の使用初期における感光層１ｂの表面の算術平均粗さＲａが４０［ｎｍ］以上７０［ｎｍ］以下の範囲であり、十点平均粗さＲｚが０．４［μｍ］以上０．９［μｍ］以下の範囲にある場合、凹凸の平均間隔Ｓｍは１４［μｍ］以下が好ましい。

これは以下の理由による。算術平均粗さＲａや十点平均粗さＲｚが上記範囲内にあっても大きな凸部分が離れて存在する場合、クリーニングブレード５１は大きな凸部分に接触する（支持される）ことになる。ここでは、大きな凸部分が離れているか否かの判断に凹凸の平均間隔Ｓｍを利用している。

クリーニングブレード５１は、弾性変形可能であり、大きな凸（部分）間では感光体ドラム１に接触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５１と感光体ドラム１との接触面積が増大することとなる。接触面積が増大すると、クリーニングブレード５１との摩擦により感光体ドラム１の駆動トルクが増大すると共に、クリーニングブレード５１の摩耗がひどくなり、やがて、クリーニングブレード５１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５１のエッジが欠損したりする。なお、クリーニングブレード５１のエッジが欠損すると、良好な画像が得られないのは言うまでもない。

また、平均間隔Ｓｍが大きくなると、凸部分（山）が大きく（山の裾が広く）なり、長期使用により凸部分の頂部が摩耗すると、頂部に広い平坦部分が生じ、クリーニングブレード５１との接触面積が増大してしまう。

感光体ドラム１の使用初期における感光層１ｂの表面の算術平均粗さＲａが４０［ｎｍ］以上７０［ｎｍ］以下の範囲内にあり、十点平均粗さＲｚが０．４［μｍ］以上０．９［μｍ］以下の範囲内にある場合、スキューネスＲｓｋが０．３以上であることが好ましい。

ここで、スキューネスＲｓｋとは表面粗さの強弱を表すパラメーターの一つであり、平均線を中心としたときの山部と谷部の対称性（凹凸のゆがみ度）を表し、以下の式（１）のように二乗平均平方根高さＲｑの三乗によって無次元化した基準長さにおいて、Ｚ（ｘ）の三乗平均で表される。

Ｒｓｋが０より大きいときは、凹凸は平均線に対して下側に偏った形状となる 。一方、Ｒｓｋが０より小さいときは、凹凸は平均線に対して上側に偏った形状となる。つまり、感光層のスキューネスＲｓｋが０より大きい方がクリーニングブレード５１に対してより点接触となるため、接触面積が減少すると考えられる。本実施形態ではＲｓｋ≧０．３を満たすことで、感光体ドラム１とクリーニングブレード５１との接触面積が減少し、摩擦が効果的に低減される。

感光体ドラム１の使用初期における感光層１ｂの表面の算術平均粗さＲａが４０［ｎｍ］以上７０［ｎｍ］以下の範囲内にあり、十点平均粗さＲｚが０．４［μｍ］以上０．９［μｍ］以下の範囲内にある場合、凹凸の平均間隔Ｓｍ［μｍ］に対する算術平均粗さＲａ［ｎｍ］の比（Ｒａ［ｎｍ］／Ｓｍ［μｍ］）が３以上であることが好ましい。

表面粗さが上記範囲を満たすような凹凸を、感光層１ｂの表面に感光体ドラム１の軸方向及び周方向に不規則的に形成することで、感光体ドラム１とクリーニングブレード５１との摩擦を低減し、感光体ドラム１の駆動トルク及びクリーニングブレード５１のエッジの摩耗の低減を達成することができる。特に、Ｒａ［ｎｍ］／Ｓｍ［μｍ］≧３を満たすことで、平均間隔Ｓｍに対して３倍以上の高さ（深さ）を有する凹凸形状となるため、感光体ドラム１とクリーニングブレード５１との接触面積が減少し、摩擦が効果的に低減される。

感光体ドラム１の感光層１ｂ表面の凹凸は、不規則的に存在するのが好ましい。不規則的とは、ある面内の任意の一方向で凹凸を見たときに、凹凸の存在に一定の規則性がないことをいう。ある方向に凹凸が存在しない場合（設計上は凹凸がないが、実際には微小な凹凸が存在するような場合が、凹凸が存在しない場合の一例に相当する）は不規則である。

また、算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ及び平均間隔Ｓｍは、感光体ドラム１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。

（現像装置８に用いる二成分現像剤の特性）
次に、現像装置８で使用される、トナーとキャリアとで構成される二成分現像剤について詳細に説明する。トナーはトナー母粒子に外添剤を添加したものである。トナー母粒子は、結着樹脂および着色剤を含有するものである。トナー母粒子には、必要に応じて離型剤、電荷制御剤、磁性粉等を含有させてもよい。トナー母粒子の重量平均粒子径は、５〜１２μｍが好ましく、６〜１０μｍがより好ましい。トナー母粒子の重量平均粒子径は、粒度分布測定装置（例えば、コールター社製、マルチサイザーＩＩ型）によって測定する。トナー母粒子は、粉砕分級法、溶融造粒法、スプレー造粒法、重合法等の公知の方法で製造される。

外添剤としては、シリカ、酸化チタン、アルミナ等の無機酸化物、ステアリン酸カルシウム等の金属石鹸等が挙げられる。外添剤の量は、トナー母粒子１００重量部に対して、通常０．１〜５重量部である。

キャリアとしては、磁性体の粒子、または結着樹脂中に磁性体を分散させた樹脂粒子が挙げられる。磁性体としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体金属、これらの合金、あるいは希土類を含有する合金類、ヘマタイト、マグネタイト、マンガン−亜鉛系フェライト、ニッケル−亜鉛系フェライト、マンガン−マグネシウム系フェライト、リチウム系フェライトなどのソフトフェライト、銅−亜鉛系フェライト等の鉄系酸化物、これらの混合物が挙げられる。

結着樹脂としては、例えば、ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂、これらの混合物等が挙げられる。磁性体の粒子は、焼結法、アトマイズ法等の公知の方法によって製造される。キャリアは、その表面を樹脂製のコート層で被覆されていてもよい。

キャリアの体積平均粒径は２０〜５０μｍが好ましい。キャリアの体積平均粒径を２０μｍ以上とすることにより、二成分現像剤の流動性の低下が抑えられ、トナーの帯電量が過剰になることがなく、濃度ムラが抑えられる。キャリアの体積平均粒径を５０μｍ以下とすることにより、キャリアの比表面積が大きくなり、キャリアが担持できるトナーの量が増える。これにより、磁気ブラシ中のトナー濃度を高い状態で維持することができ、現像ローラー２５へのトナー供給が十分に行われるため、トナー層の厚さを十分に確保できる。その結果、トナー層から感光体ドラム１の静電潜像に飛翔するトナーの量を十分に確保でき、画像濃度の低下が抑えられ、さらには画像の濃度ムラが抑えられる。また、現像ローラー２５へのトナー供給が十分に行われるため、現像ローラー２５のトナー層にトナー欠落部分が形成されにくくなり、履歴現像（ゴースト）の発生が抑えられる。

キャリアの飽和磁化は３０ｅｕｍ／ｇ〜９０ｅｕｍ／ｇが好ましい。キャリアの飽和磁化を上記範囲に設定することで、磁気ブラシの強度を上げると同時に、磁気ブラシ抵抗を下げることが可能となり、現像ローラー２５から感光体ドラム１への現像性と感光体ドラム１から現像ローラー２５へのトナー回収性を同時に改善することができる。

本実施形態においては、算術平均粗さＲａが１．０μｍ以上３．０μｍ以下のキャリアを使用する。キャリア表面のＲａが１．０μｍ未満になると、感光体ドラム１への付着力が増大してキャリア現像が発生し易くなる。キャリア表面のＲａが３．０μｍを超えると、キャリア表面に形成されたコート層が剥がれ易くなって帯電量が低下し、キャリアの耐久性が低下する。

キャリア表面のＲａは、例えば三次元顕微鏡（ＯＰＴＥＬＩＣＳ ＨＹＢＲＩＤ ＭＣ２０００、Ｌａｓｅｒｔｅｃ社製）を用いて倍率１８００倍で表面を観察して測定することができる。観察したキャリア表面の三次元形状から粗さ曲線を求め、粗さ曲線の基準長さ（７μｍ）における絶対値（５サンプル）を平均することで算出する。

また、キャリア表面のＲａが小さい場合は感光体ドラム１への付着力が増大し、現像ローラー２５から感光体ドラム１へのキャリア現像が発生するおそれがあるが、本実施形態では感光層１ｂのＲａが４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下の感光体ドラム１と併用することで、感光層１ｂの表面に対するキャリアの接触面積が小さくなり、感光体ドラム１に対するキャリアの付着力を低減させることができる。その結果、現像ローラー２５から感光体ドラム１にキャリアが移行しても、現像バイアスの交流成分によって現像ローラー２５に容易に戻すことができ、キャリア現像の発生が抑制される。また、感光層１ｂの算術表面粗さＲａが４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下と極めて小さいため、感光層１ｂとクリーニングブレード５１との隙間からのトナー外添剤のすり抜けによるクリーニング不良、及びそれに伴う帯電ローラー４１の汚染も発生しない。

さらに、感光層１ｂのＲａが４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下の感光体ドラム１と算術平均粗さＲａが１．０μｍ以上３．０μｍ以下のキャリアとを併用するとき、感光体ドラム−現像ローラー間（ＤＳ間）ギャップが狭すぎると画像のきめが粗くなり、ＤＳ間ギャップが広すぎるとピッチムラが見え易くなる。また、現像領域における現像剤搬送量（単位面積当たりの磁気ブラシ重量）が少なすぎると磁気ブラシの間隔が広がるため画像のきめが粗くなり、現像剤搬送量が多すぎるとＤＳ間ギャップの変動の影響を受け易くなるためピッチムラが見え易くなる。そのため、現像条件としてＤＳ間ギャップを２００〜５００μｍ、現像領域における現像剤搬送量を２０〜４０ｍｇ／ｃｍ²とすることが好ましい。

その他、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、画像形成装置１００の例として、モノクロプリンターについて説明したが、例えば、タンデム方式やロータリー式のカラー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。ただし、感光体ドラム１と、二成分現像方式の現像装置８とを備える必要はある。また、感光体ドラム１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５１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１は、支持体として円筒状の素管１ａを利用したが、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１は、感光層１ｂ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。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。

感光体ドラム１の感光層１ｂの表面粗さ及びキャリアの表面粗さとキャリア現像の関係について調査した。試験方法としては、感光層１ｂ及びキャリアの算術平均粗さＲａを変化させて、感光体ドラム１上に格子状のテスト画像を現像し、粘着テープで剥離した。テープで剥離した画像をマイクロスコープで観察し、画像に現像されているキャリアの個数を計測した。そして、画像０．２ｃｍ²当たりのキャリア個数が０．８５個未満であれば○、０．８５個以上であれば×とした。

試験条件は、アルミニウム製の素管１ａの外周面に感光層１ｂとしてアモルファスシリコン感光層が形成された感光体ドラム１を用い、感光層１ｂのＲａを４０ｎｍ≦Ｒａ≦７０ｎｍとした。また、二成分現像剤は、平均粒子径６．８μｍの正帯電性トナーと、飽和磁化３０〜９０ｅｍｕ／ｇ、平均粒子径２０〜５０μｍのキャリアとを、Ｔ／Ｃ（キャリアに対するトナーの重量比）８％で混合して用いた。現像条件は、現像領域における磁気ブラシ量を２０〜４０ｍｇ／ｃｍ²、感光体ドラム−現像ローラー間（ＤＳ間）ギャップを２００〜５００μｍ、現像ローラー２５に印加する現像バイアスの直流成分を３００Ｖ、交流成分のピークツーピーク値を１５００Ｖとした。結果を図５に示す。

図５から明らかなように、キャリア表面のＲａが１．０μｍ未満の場合は感光層１ｂのＲａに関係なくキャリア現像が発生した。これは、キャリアのＲａが小さくなると感光体ドラム１へのキャリアの付着力が増大し、感光体ドラム１に移行したキャリアが現像ローラー２５に回収されないためである。また、キャリア表面のＲａが３．０μｍを超える場合はコート層が剥がれ易くなって帯電量が低下し、キャリアの耐久性が低下した。一方、感光層１ｂのＲａが４０ｎｍ未満の場合はキャリア表面のＲａが１．０μｍ以上であってもキャリア現像が発生し、感光層１ｂのＲａが７０ｎｍを超える場合はキャリア現像が抑制されたものの、クリーニングブレード５１からのトナー外添剤のすり抜けによる不具合が発生した。従って、感光層１ｂのＲａを４０ｎｍ≦Ｒａ≦７０ｎｍ、キャリア表面のＲａを１．０μｍ≦Ｒａ≦３．０μｍの範囲（図５のハッチング領域）とすることで、キャリアの耐久性やクリーニングブレード５１によるクリーニング性を維持しつつキャリア現像を抑制できることが確認された。

キャリアの表面粗さとトナーの帯電量との関係について調査した。試験方法としては、トナーの電荷減衰係数を変化させて、常温常湿環境下（２５℃、５０％）で印字率１０％のテスト画像を１０ｋ（１００００）枚連続印字した。そして、１０ｋ枚印字後に単位重量当たりのトナー帯電量（Ｑ／Ｍ）をＱＭメータ（ＭＯＤＥＬ２１０ＨＳ、ＴＲＥＫ社製）で測定し、Ｔ／Ｃ＊Ｑ／Ｍが１５０以下のとき帯電量不足と判断した。試験条件、現像条件は実施例１と同様とした。結果を図６に示す。

図６から明らかなように、キャリアのＲａが３．０μｍを超える場合にＴ／Ｃ＊Ｑ／Ｍが目標値（１５０）を下回った。これは、キャリアのＲａが大きくなると、キャリア表面のコート層が剥がれ易くなり、耐久印字が進むにつれて帯電性能が低下するためである。

感光体ドラム１の感光層１ｂの表面粗さとクリーニング性との関係について評価した。試験方法としては、感光層１ｂのＲａを３６μｍ、４５μｍ、５６μｍ、６４μｍ、７５μｍ、８２μｍに変化させて、低温低湿環境下（１０℃、１５％）で印字率２０％のテスト画像（ハーフ画像）を２０ｋ（２００００）枚連続印字した。外添剤のすり抜けによる縦筋の発生を目視により観察し、縦筋が認められた場合は帯電ローラー４１表面の外添剤の付着位置と照合して確認した。観察は１ｋ（１０００）枚毎にテスト画像を出力して行い、２０ｋ枚印字終了時に最終判断した。耐久印字の終了時（２０ｋ枚印字後）において縦筋が発生しなかった場合を○、耐久印字の終了時までに縦筋が発生した場合を×とした。結果を表１に示す。

表１から明らかなように、感光層１ｂのＲａが７０ｎｍよりも大きくなるとクリーニング不良による縦筋が発生した。これは、感光層１ｂのＲａが大きくなるとクリーニングブレード５１と感光層１ｂとの隙間からの外添剤のすり抜けが発生し、帯電ローラー４１に外添剤が付着することによる感光体ドラム１表面の帯電ムラが発生するためである。

実施例１〜３の結果より、感光層１ｂのＲａが４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下である感光体ドラム１と、Ｒａが１．０μｍ以上３．０μｍ以下のキャリアを含む二成分現像剤とを組み合わせることで、長期間に亘ってキャリア現像が発生せずトナーの帯電性も良好となり、且つ外添剤のすり抜けに起因する画像不良も抑制できることが確認された。

キャリアの体積平均粒径、飽和磁化、ＤＳ間ギャップ及び現像剤搬送量と、画像のきめ、ピッチムラ及びキャリア現像との関係について調査した。キャリア現像については、実施例１と同様の方法によりキャリア現像の評価を行った。また、画像のきめ及びピッチムラについては、キャリアの体積平均粒径、飽和磁化、ＤＳ間ギャップ及び現像剤搬送量のいずれか一つを変化させて、常温常湿環境下（２５℃、５０％）で印字率１０％のテスト画像（ハーフ画像）を１０ｋ（１００００）枚連続印字した。そして、１ｋ（１０００）枚毎に画像のピッチムラ及びきめ細かさを目視により観察した。

評価基準は、キャリア現像については、耐久印字の全期間に亘って画像０．２ｃｍ²当たりのキャリア個数が０．１個未満である場合を◎、０．１個以上０．２個未満である場合を○、０．２個以上０．８５個未満である場合を△、０．８５個以上である場合を×とした。画像のきめについては、画像のきめ（ガサつき）を基準画像と比較し、耐久印字の全期間に亘ってきめが非常に細かい場合を◎、きめが細かい場合を○、きめがやや粗い場合を△、きめが粗い場合を×とした。ピッチムラについては、耐久印字の全期間に亘ってピッチムラが全く発生しなかった場合を◎、ピッチムラがごく僅かに発生した場合を○、視認できる程度の軽微なピッチムラが発生した場合を△、ピッチムラが顕著に発生した場合を×とした。結果を表２〜表５に示す。

実施例４の結果より、感光層１ｂのＲａが４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下である感光体ドラム１と、Ｒａが１．０μｍ以上３．０μｍ以下のキャリアを含む二成分現像剤とを組み合わせるとき、キャリアの体積平均粒径を２０〜５０μｍ、飽和磁化を３０〜９０ｅｍｕ／ｇ、ＤＳ間ギャップを２００〜５００μｍ、現像剤搬送量を２０〜４０ｍｇ／ｃｍ²とすることで、長期間に亘ってキャリア現像が発生せずトナーの帯電性も良好となり、且つ外添剤のすり抜けに起因する画像不良も抑制できることが確認された。

本発明は、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤を用いる二成分現像方式の現像装置を備えた画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、表面粗さの小さいキャリアを使用することで高精細な画像を形成しつつ、現像剤担持体から像担持体へのキャリア現像も抑制可能な画像形成装置を提供することができる。

１ 感光体ドラム（像担持体）
１ａ 素管（支持体）
１ｂ 感光層
８ 現像装置
２５ 現像ローラー（現像剤担持体）
２９ 規制ブレード
４１ 帯電ローラー（帯電部材）
５１ クリーニングブレード（クリーニング部材）
１００ 画像形成装置

Claims (6)

1. 支持体と、該支持体の表面に形成されるアモルファスシリコン感光層と、を有する像担持体と、
   該像担持体に対向配置される現像剤担持体を有し、該現像剤担持体上にトナーとキャリアとを含む二成分現像剤で形成された磁気ブラシを用いて前記像担持体と前記現像剤担持体とが対向する現像領域において前記像担持体上の静電潜像をトナー像に現像する現像装置と、
   を備えた画像形成装置において、
   使用初期における前記感光層表面の算術平均粗さＲａが４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下の範囲内にあり、前記キャリア表面の算術平均粗さＲａが１．０μｍ以上３．０μｍ以下の範囲内にあることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記キャリアの体積平均粒径が２０〜５０μｍ、飽和磁化が３０〜９０ｅｕｍ／ｇ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。
3. 前記現像領域における単位面積当たりの前記磁気ブラシの重量が２０〜４０ｍｇ／ｃｍ²であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記現像領域における前記像担持体と前記現像剤担持体との間隔が２００〜５００μｍであ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画像形成装置。
5. 前記像担持体の表面に接触するように配置され、前記像担持体の表面をクリーニングするクリーニング部材を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
6. 前記像担持体の表面に接触又は近接して配置され、前記像担持体を帯電させる帯電部材を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。