JP2009069760A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クリーナレスシステムにおいて感光体から帯電ローラに付着したトナーを迅速に感光体へ戻し、経時での帯電ローラの汚れとそれに伴う異常画像の発生の無い安定した画像形成装置を提供する。
【解決手段】静電潜像を担持する感光体１と、感光体表面を帯電する帯電ローラ３と、帯電ローラ３をクリーニングする帯電クリーニングブラシ部材４と、感光体１に潜像を形成する露光装置と、感光体１の潜像にトナーを付着させてトナー像として顕像化する現像装置５と、感光体１のトナー像を記録媒体に転写する転写装置とを少なくとも備えた画像形成装置１００において、帯電クリーニングブラシ部材４は感光体１上の帯電ローラ３よりも下流側において感光体１と接している
【選択図】 図２

Description

本発明は、複写機、プリンター、ＦＡＸなどの画像形成装置に係り、詳しくは帯電ローラの汚れを押さえる画像形成装置に関するものである。

電子写真方式の画像形成装置においては、感光体の帯電装置としていくつかの方式が存在するが、導電性のローラを感光体に当接帯電するローラ帯電方式が、環境対応性(対オゾン発生)、スペース効率、帯電安定性などの観点から広く用いられている。一方で、帯電ローラは感光体に近接していることから、感光体上のクリーニング残トナーが付着しやすい。帯電ローラに付着／蓄積したトナーが経時でローラ表面に固着してローラ表面抵抗が不均一となると、感光体の均一な帯電ができずに筋状または帯状の異常画像が発生するという問題がある。
このため、感光体に接触した形で帯電する帯電部材と、感光体をクリーニングするためのクリーニング部材とを備えた画像形成装置であって、前記クリーニング部材は、帯電部材にも接触した形で配置されている画像形成装置が開示されている（特許文献１）。また、帯電ローラが感光体と接触する位置よりも帯電ローラの回転方向に対して上流側に、棒状の支持部材にテフロン製のブラシを放射状に取り付けて構成されたクリーニング部材を感光体および帯電ローラに接触させ、クリーニング部材を帯電ローラの長手方向に摺動させる画像形成装置が開示されている（特許文献２）。
しかし、クリーニング部材にトナーが蓄積するとクリーニング性が低下する問題があり、クリーニング部材からのトナーの除去が課題となる。さらに、帯電ローラに付着したトナーをいかにして感光体に戻すかは帯電ローラ及びこれらを一体化したプロセスカートリッジの長寿命化において大きな課題である。

一方、電子写真のクリーナレス方式としては多くの手段が考案され、実用化もされている。一つは回収ブラシを用いて転写残トナーをブラシ内に取り込んでおいて、有る程度溜まった後にタイミングを取って感光体上に吐き出し、それを現像部で回収し再利用するといった方式である。しかし、ブラシに溜まったトナーを感光体上に吐き出し、現像部で回収するためには途中で帯電ローラを通過する必要があり、帯電ローラへのトナーの付着が課題の一つとなる。
帯電制御手段によりトナーの帯電量を制御し、さらに帯電ローラにクリーニング手段を設置して帯電ローラに付着したトナーを摩擦帯電により帯電ローラから感光体に戻す構成の画像形成装置が提案されている（特許文献３）。ただし、帯電ローラに付着したトナーをいかに除去するかが帯電ローラ及びプロセスカートリッジの寿命に直結する。帯電ローラに付着したトナーを極力簡単な構成で確実に除去することはクリーナレス方式の大きな課題である。

特開平６−１０２８００号公報 特開平０５−２６５３０７号公報 特開２００１−２１５７９９号公報

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、クリーナレスシステムにおいて感光体から帯電ローラに付着したトナーを迅速に感光体へ戻し、経時での帯電ローラの汚れとそれに伴う異常画像の発生の無い安定した画像形成装置を提供することである。

上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
１．本発明の画像形成装置は、静電潜像を担持する感光体と、感光体表面を帯電する帯電ローラと、前記帯電ローラをクリーニングする回転ブラシ部材と、感光体に潜像を形成する露光装置と、感光体の潜像にトナーを付着させてトナー像として顕像化する現像装置と、感光体のトナー像を記録媒体に転写する転写装置とを少なくとも備えた画像形成装置において、前記ブラシ部材は感光体上の帯電ローラよりも下流側において感光体と接していることを特徴とする。
２．また、本発明の画像形成装置は、さらに、帯電ローラは感光体に近接し、非接触にて感光体を帯電することを特徴とする。
３．また、本発明の画像形成装置は、さらに、帯電ローラは、導電剤を含む樹脂から構成されていることを特徴とする。
４．また、本発明の画像形成装置は、さらに、クリーニングブラシの回転方向は、帯電ローラの回転方向と逆方向で感光体の回転方向と同方向であることを特徴とする。
５．また、本発明の画像形成装置は、さらに、感光体上の帯電ローラの上流位置に、感光体上のトナー帯電量を制御する帯電制御部材が設置されていることを特徴とする。
6．また、本発明の画像形成装置は、さらに、クリーニングブラシには電圧が印加されていることを特徴とする。
7．また、本発明の画像形成装置は、さらに、クリーニングブラシに印加されている電圧Ｖｃｌは帯電ローラに印加されている電圧Ｖｃと同電位であり、クリーニングブラシの軸と最表面との抵抗値Ｒｃｌは、帯電ローラの軸と最表面との抵抗値Ｒｃより大きいことを特徴とする。
8．また、本発明の画像形成装置は、さらに、クリーニングブラシは長手方向に揺動することを特徴とする。
9．また、本発明の画像形成装置は、さらに、非画像形成時にクリーニングブラシの回転数及びバイアス条件の異なるクリーニングモードを持つことを特徴とする。
１０．また、本発明の画像形成装置は、さらに、帯電通過後に感光体上に残ったトナーは、前記現像装置が現像と同時に回収することを特徴とする。
１１．また、本発明の画像形成装置は、さらに、画像形成に用いられるトナーは形状係数ＳＦ−１で１００〜１５０の範囲にあり、かつ形状係数ＳＦ−２で１００〜１５０の範囲にあることを特徴とする。

上記解決する手段としての本発明によれば、クリーナレスシステムにおいて、帯電ローラに付着したトナーを効率的に感光体に戻すことができ、帯電ローラ汚れによる異常画像の発生などの無い安定した画像を長期に渡って得ることができる。クリーナレスにより現像にトナーを回収し再使用するためランニングコストを低くすることができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。

以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。
ここでは、電子写真方式の画像形成装置に適用した一実施形態について説明する。画像形成装置１００は、イエロー(以下「Ｙ」と記す)、シアン(以下「Ｃ」と記す)、マゼンタ(以下「Ｍ」と記す)、ブラック(以下「Ｋ」と記す)の４色のトナーから、カラー画像を形成するものである。まず、画像形成装置１００の基本的な構成について説明する。この画像形成装置１００は、潜感光体として４つの感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋを備えている。なお、ここではドラム状の感光体１を例に挙げているが、ベルト状の感光体を採用することもできる。各感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋは、それぞれ中間転写ベルト１０に接触しながら、図中矢印の方向に回転駆動する。各感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋは、それぞれ中間転写ベルト１０に接触しながら、図中矢印の方向に回転駆動する。各感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋは、例えば直径３０〜１２０ｍｍ程度のアルミニウム円筒基体上に感光層を形成し、更にその感光層の上に保護層を形成したものであり、また、感光層と保護層との間に中間層を設けても良い。

図２は、本実施形態の感光体周りの構成を示す概略図である。なお、各感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ周りの構成はすべて同じであるため、１つの感光体１についてのみ図示し、色分け用の符号Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋについては省略してある。感光体１の周りには、その表面移動方向に沿って、帯電装置３、帯電クリーニングブラシ４、現像装置５の順に配置されている。
帯電ローラ３０は、感光体１の表面を負極性に帯電する。帯電ローラ３０を感光体１の表面に接触近接させ、その帯電ローラ３０に負極性バイアスV１を印加することで、感光体１の表面を帯電する。感光体１の表面電位が−５００Ｖとなるような直流もしくは、交流を重畳した直流の帯電バイアスを帯電ローラ３０に印加している。

図３は、帯電ローラの構成・構造を示す概略図である。
帯電ローラ３０は、図３（ａ）の長手方向の断面図に示すようにスペーサ部材３１により感光体１と所定のギャップ(５０μｍ〜１００μｍ)で近接配置されている。感光体１と近接放電を起こすことにより感光体表面を帯電させている。非接触近接方式は帯電ローラ３０の表面が感光体１の表面に残留したトナー等によって汚染されにくいというメリットがある。
図３（ｂ）は、帯電ローラの半径方向の断面図である。帯電部材としての帯電ローラ３０は、中心に金属製芯金による軸部３０ａ、その外側に中抵抗層３０ｃと最外層に表面層３０ｄとを有する本体部３０ｂからなる構造をしている。軸部３０ａは、例えば、直径が8〜２０ｍｍのステンレス、アルミニウムの高い剛性と導電性を有している金属製又は１×１０^３Ω・ｃｍ以下、好ましくは１×１０^２Ω・ｃｍ以下で高い剛性を有する導電性の樹脂等で構成される。中抵抗層３０ｃは、１×１０^５Ω・ｃｍ〜１×１０⁹Ω・ｃｍの体積抵抗率で、１〜２ｍｍ程度の厚さにすることが好ましい。表面層３０ｄは、１×１０⁶Ω・ｃｍ〜１×１０^１０Ω・ｃｍの体積抵抗率で、１０μｍ程度の厚さが好ましい。表面層３０ｄの体積抵抗率は、中抵抗層３０ｃの電気抵抗率より高くすることが好ましい。ここで、本体部３０ｂは、中抵抗層３０ｃと表面層３０ｄとの２層構造で示したが、特にこの構造に限定されるものではなく、単層でも３層であっても良い。

中抵抗層３０ｃには、従来は、ヒドリンゴム等のゴムを用いていたが、ここでは、ゴムより膨張係数の低い樹脂を用いて、導電剤を混入して電気抵抗を調整する。樹脂の方が膨張係数が小さく感光体とのギャップを維持しやすいことと、クリーニングブラシ４との摺擦による磨耗を抑えることができる。
中抵抗層３０ｃの樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィン樹脂、ポリスチレン及びその共重合体等のスチレン系樹脂、ポリメタクリル酸メチル等のアクリル系樹脂等を用いることができる。樹脂には、導電剤のほかに強度を向上、寸法の精度を向上させるためにカーボンファイバー、グラスファイバー、炭化物、硼化物等のセラミックスを混入することにより膨張係数を小さくすることができる。導電剤としては、過酸化リチウム等のアルカリ金属塩、過塩素酸ナトリウム等の過塩素酸塩、テトラブチルアンモニウム塩等の４級アンモニウム塩、高分子導電剤等のイオン系導電剤、カーボンブラック、銀粉、銅粉等の金属粉、ＩＴＯ等のセラミックス粉を用いることができる。 表面層３０ｄは、表面張力が小さいフッ素系樹脂に導電剤を混入して電気抵抗を調整する。フッ素系樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレンの共重合体を用いることができる。導電剤としては、中抵抗層３０ｃと同様に、カーボンブラック、銀粉、銅粉等の金属粉、ＩＴＯ等のセラミックス粉を用いることができる。

帯電クリーニングブラシ４（以下、単に「クリーニングブラシ」と記す。）は、カーボンブラックなどの導電性物質を配合したアクリルやナイロン、ＰＥＴなどの繊維を用いた導電性ブラシを使用する。クリーニングブラシ４には負極性のバイアスＶｃｌを印加して、帯電ローラ３０に付着したトナーを静電的に回収する。また、クリーニングブラシ４は帯電ローラ３０に対して逆方向に回転しており、帯電ローラ３０に付着した弱帯電トナーを機械的に回収する。
帯電ローラ３０には前記のように負極性バイアスが印加されているため、転写残トナーのうち負極性のトナーはそのまま通過することができるが、正極性を持つトナーは静電的に帯電ローラ３０に付着する。帯電ローラ３０が感光体と接触している場合は、極性が正帯電トナーだけでなく弱帯電トナーも帯電ローラ３０に付着するが、非接触近接に配置していることで帯電ローラ３０に付着するトナーの量を抑えることができる。
本実施例では、さらに帯電ローラ３０に付着した正帯電トナーをクリーニングブラシ４で回収するとともに、帯電ローラ３０及び感光体１との摩擦により負帯電に揃えて、クリーニングブラシ４と感光体１とのバイアスにより感光体上に戻される。感光体上に戻されたトナーは現像装置５にて回収される。

本実施例の現像は、トナーとキャリアからなるニ成分現像剤を採用している現像方式である。負荷電の感光体１に対しレーザビームにより各感光体１の表面に形成された色毎の静電潜像は、感光体１の帯電極性と同極性（マイナス極性）の所定の色のトナーで現像され、顕像となる反転現像がおこなわれる。複数のローラ１１、１２、１３により支持されて矢印方向に走行する、転写ベルト１０が、感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの上部に設けられている。この転写ベルト１０は無端状で、各感光体の現像工程後の一部が接触するように張架、配置されている。また転写ベルト１０の内周部には各感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋに対向させて１次転写ローラ１４Ｙ、１４Ｃ、１４Ｍ、１４Ｋが設けられている。
転写ベルト１０の外周部には、ローラ１１に対向する位置にクリーニング装置１５が設けられている。このクリーニング装置１５は、転写ベルト１０の表面に残留する不要なトナーや、紙粉などの異物を拭い去る。上記の転写ベルト１０に関連する部材は、感光体ユニットとして一体的に構成してあり、画像形成装置１００に対し着脱が可能となっている。
さらに上記転写ベルト１０の外周で、支持ローラ１３の近傍には、２次転写ローラ１６が設けてある。転写ベルト１０と２次転写ローラ１６の間に記録媒体Ｐ（以下、「用紙」と記す。）を通過させながら、２次転写ローラ１６にバイアスを印加することで転写ベルト１０が担持するトナー画像が用紙Ｐに転写される。転写ローラ１６に印加される転写電流の極性は、トナーの極性と逆のプラス極性である。
画像形成装置１００の下側には用紙Ｐを供給可能に収納した給紙装置２０が配備されており、確実に一枚だけが搬送ローラ２１によりレジストローラ２２に送られる。更に、転写ローラ１６を通過した用紙は記録体の搬送方向下流に備えられた定着装置２３まで搬送される。
加熱手段を有する定着装置２３はローラ内部にヒータを備えるタイプ、加熱されるベルトを走行させるベルト定着装置、また加熱の方式に誘導加熱を採用した定着装置２３などが採用できる。定着装置はフルカラーとモノクロ画像、あるいは片面か両面かにより定着条件を制御したり、用紙の種類に応じて最適な定着条件となるよう、不図示の制御手段により制御される。定着後の用紙は、排紙ローラ２４により、画像形成装置１００の上部に設けた排紙スタック部に排紙、スタックさせる。
未使用のトナーが収納された各色のトナーカートリッジ３１Ｙ、３１Ｃ、３１Ｍ、３１Ｋが、着脱可能に感光体１上部の空間に収納される。図示しないモーノポンプやエアーポンプなどのトナー搬送手段により、各現像装置５に必要に応じトナーを供給するようになっている。消耗の多いブラックトナー用のトナーカートリッジ３１Ｋを、特に大容量としておくことも可能である。

上記の構成においてフルカラー画像を形成する動作について説明する。感光体１の表面に残留する転写残トナーについて説明する。転写残トナーの中には、正規の極性に帯電した正規帯電トナーＴ０と、正規の極性とは逆極性に帯電した逆帯電トナーＴ１が存在する。図４（ａ）は、感光体１上に担持されたトナーの転写直前におけるトナー帯電量分布を示すグラフであり、（ｂ）は、転写後に感光体１上に残留した転写残トナーのトナー帯電量分布を示すグラフである。図４（ａ）に示すように、転写直前におけるトナーの帯電量は、ほぼ−３０（μＣ／ｇ）を中心に分布しており、そのほとんどが負極性に正規帯電している正規帯電トナーＴ０である。一方、転写残トナーの帯電量は、およそ−２（μＣ／ｇ）を中心に分布したものとなる。転写残トナーの一部は、転写領域近傍において一次転写ローラ１４に印加された正極性バイアスと感光体電位との電位差による放電などにより、トナーの帯電極性が正極性に反転する。その結果、転写残トナーの中には、図４（ｂ）中斜線部分で示すような正極性に反転してしまった逆帯電トナーＴ１が存在してしまう。

このような逆帯電トナーＴ１は、感光体１に付着したまま帯電装置３の帯電領域まで搬送されると、負極性の帯電バイアスが印加された帯電ローラ３０の表面に静電的に吸引されて付着してしまう。そして、帯電ローラ３０の表面にトナーが付着すると、帯電ローラ３０の抵抗値や表面状態が変化するため、感光体１の表面との間の帯電開始電圧にムラが生じる。これにより、逆帯電トナーＴ１が付着していない場合と同じ帯電バイアスを帯電ローラ３０に印加しても、感光体１の表面が所望の電位−５００（Ｖ）に均一にならなくなる。その結果、画像濃度ムラも生じるおそれがある。また、帯電ローラ３０の表面のごく一部にトナーが付着した場合、トナーが付着していない箇所に向けて帯電バイアスによる電流が集中することにある。これにより、トナーが付着していない場合と同じ帯電バイアスを帯電ローラ３０に印加すると、感光体１表面の帯電電位が所望の電位よりも高くなる。その結果、露光装置７による露光を受けた部分すなわち静電潜像部分の電位が負極性側にシフトし、画像濃度が低下してしまう。また、帯電ローラ３０の表面のほぼ全域にトナーが付着して、帯電ローラ３０の表面にトナーがコーティングされた状態になると、帯電能力が低下し、感光体１の表面電位が所望の電位よりも下がる。これにより、露光装置7による露光を受けない部分すなわち非静電潜像部分（白地背景部）の電位が、現像ローラ５ａに印加される現像バイアスに近づいてしまう。その結果、十分に帯電されていないトナーが感光体１上の地肌部分に付着して、地肌汚れ等の異常画像が発生してしまう。
一方で、転写残トナーの中には負極性のままの正規帯電トナーＴ０も存在する。この正規帯電トナーＴ０は、帯電装置３の帯電ローラ３０との対向位置まで搬送されても、帯電バイアスが印加されていれば、その帯電ローラ３０の表面に付着することはなく、現像領域に達することで、現像装置５の現像ローラ５ａ上のキャリアに付着してほとんどの正規帯電トナーＴ０は回収される。

次に、逆帯電トナーＴ１の回収について詳細に説明する。
帯電クリーニングブラシ４は、図１に示すように、図示しない駆動装置によって矢印の方向に回転駆動する。そして、前述したようにこのクリーニングブラシ４には、電源からバイアスＶｃｌが印加される構成になっている。このような保持バイアスが印加されたクリーニングブラシ４が帯電ローラ３０に接触することで、帯電ローラ表面に接触することで、表面に付着した逆帯電トナーがクリーニングブラシ４に付着し、保持されることになる。また、クリーニングブラシ４は帯電ローラ３０に対して逆方向に回転しており、帯電ローラ上の付着物を全て掻き取って感光体に吐き出すことができる。

さらに詳しく説明すると、感光体１は、帯電装置３によってその表面が一様に−５００（Ｖ）に帯電された後、露光装置の露光を受けることにより潜像部分の電位は−５０（Ｖ）程度になる。そして、その潜像部分にトナーを付着させる現像工程を経て、次いで転写工程を終えると、その潜像部分の電位は更に０（Ｖ）に近づくことになる。この電位をV０とする。転写残トナーのほとんどは、潜像部分であった感光体１の表面部分に付着している。よって、この表面部分に付着した正極性をもつ逆帯電トナーＴ１は、帯電領域において、約-8００（Ｖ）のバイアスV１が印加された帯電ローラ３０側に向かう静電力を受けることになる。一方で、潜像部分以外の地肌部分の電位−５００（Ｖ）も転写工程を経ることで、その電位が０（Ｖ）側にシフトする。この地肌部分にも僅かながら転写残トナーが付着することがあるが、この地肌部分に付着する正極性をもつ逆帯電トナーＴ１にも、帯電領域において帯電ローラ３０側に向かう静電力が働くことになる。したがって、感光体１の表面に付着した転写残トナーのうち、逆帯電トナーＴ１に関しては、帯電領域において帯電ローラ３０に付着する。

クリーニングブレードを用いて感光体上の転写残トナーを除去する方式に比べると、通過トナーが多くなるため、帯電ローラ汚れの課題は大きくなる。本実施例では帯電ローラ３０に付着した逆帯電トナーを電圧を印加したクリーニングブラシ４で回収し摩擦帯電により適正帯電量にして感光体１に戻すことが可能となる。また、何らかの原因で画像形成途中で電源が切れた後の再開時などにおいては感光体上に現像されたトナーがそのまま転写されずに感光体上に残留することも考えられるが、クリーナレスシステムの場合は、クリーニングブレードで機械的にトナーをせき止める手段がないため、大量のトナー入力に対しての余裕度が低い。その際に帯電ローラ３０に大量のトナーが付着する可能性があるが、本実施例では帯電ローラ上のトナーを感光体１に戻すことができるので、トラブル時などによる帯電ローラ汚れを防止できる。
帯電ローラ３０に逆帯電トナーが溜まってくると、所定の枚数（数十枚〜数百枚）にて吐出しモードを設定する。その際はクリーニングブラシ４のバイアスを正極性と負極性とに切り替えることで静電的にクリーニングブラシ４から感光体へトナーを戻し現像で回収する。吐出しモードにおいてはトナーが帯電ローラ３０に付着しないように帯電ローラ３０のバイアスＶ１は正極性に切り替える。

図５は、クリーニングブラシの長手方向の揺動を示す概略図である。また、クリーニングブラシ４は回転すると同時に図５に示すような機構により、長手方向に揺動しながら回転する。この揺動により帯電ローラ３０に回転方向にスジ状にクリーニングの痕が残るのを防ぎ、帯電ローラ３０の寿命をさらに延ばすことができる。
現像装置５としては現像剤としてキャリアとトナーからなる２成分現像を用いることが好ましい。プラス帯電しているキャリアに正規帯電された転写残トナーが付着し、現像装置５内に回収される。また現像領域における磁気ブラシの感光体１の摺擦により感光体上のトナーが機械的にも回収されやすくなる。一方、現像装置５としてトナーのみからなる１成分現像装置を用いても良い。この場合小型化、低コスト化のメリットがあり、感光体１と現像ローラ５ａとの接触圧力および電界により正規帯電した転写残トナーは現像装置５内に回収される。このように、現像装置５により転写残トナーが回収されて現像に再利用されることにより、感光体１からクリーニングして集めたトナーを収容する廃トナータンクを設ける必要がなく、画像形成装置１００等の小型化を図ることができる。特に、４つの感光体１を並列に並べるタンデム型カラー画像形成装置１００では、各感光体１毎の個別の廃トナー経路を設ける場合と比べて大幅な小型化を図ることができる。さらにはトナーリサイクルにより低コスト化が図れ、ユーザーにとってランニングコストを低下させることができる。

図６は、他の実施形態の感光体周りの構成を示す概略図を示す。転写の後工程として、感光体上の転写残トナーの帯電量を適正化する帯電制御部材６を設置している。帯電制御部材６としてはテフロンやＰＥＴなどにカーボンブラックなどの導電剤が分散されたフィルム状部材（厚さ５０〜５００μｍ）が感光体１に当接しており、例えば、−３００Ｖ程度の電圧が印加されている。帯電ローラ３０の前工程で感光体上のトナーの極性をマイナス化することで、少しでも帯電ローラ３０に付着する逆帯電トナーを低減している。帯電ローラクリーニングブラシ４の回転数などを低減でき、帯電ローラ３０の耐久性向上を図ることができる。

次に本発明に用いるトナー特性について説明する。
トナーの体積平均粒径は４〜１０μｍが好ましい。平均粒径が１０μｍ以下の小粒径トナーを用いると、現像剤のかさ密度を高めることができるため、安定した剤の攪拌・搬送が可能となり、転写残トナーの回収効率も向上する。また粒径分布がシャープであることから、現像剤の流動性が良く、長期的に安定した剤循環を行うことが可能となり、補給トナーの拡散性が向上する。更に、透明電極部での薄層化も容易となり薄層化されたことでトナーへの光り照射・電極との接触が均一化し電荷注入が安定して行えるようになる。このためクリーニングブラシ４での回収・吐き出し及び現像部での捕集も容易となる。一方、トナー同士の間隙が小さくなり画像中のトナーのうまりが良くなるので必要なトナー付着量およびトナー像の高さ（パイルハイト）の低減が図れる。また６００ｄｐｉ以上の微少ドットの再現性について、この範囲では、微小な潜像ドットに対して、十分に小さい粒径のトナー粒子を有していることから、ドット再現性に優れる。画像の安定性が高くなる。

一方、体積平均粒径（Ｄ４）が４μｍ未満では、転写効率の低下、ブラシでの回収性の低下といった現象が発生しやすい。体積平均粒径（Ｄ４）が１０μｍを超えると、画像のパイルハイトが大きくなり、文字やラインの飛び散りを抑えることが難かしくなる。また、同時に重量平均粒径（Ｄ４）と個数平均粒径（Ｄ１）との比（Ｄ４／Ｄ１）は１．００〜１．３０の範囲が好ましい。
（Ｄ４／Ｄ１）が１．００に近いほど粒径分布がシャープであることを示す。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。

次に、トナー粒子の粒度分布の測定方法について説明する。
コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターＴＡ−ＩＩやコールターマルチサイザーＩＩ（いずれもコールター社製）があげられる。以下に測定方法について述べる。
まず、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フォン酸塩）を０．１〜５ｍｌ加える。ここで、電解液とは１級塩化ナトリウムを用いて約１％ＮａＣｌ水溶液を調製したもので、例えばＩＳＯＴＯＮ−ＩＩ（コールター社製）が使用できる。ここで、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、前記測定装置により、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径（Ｄ４）、個数平均粒径（Ｄ１）を求めることができる。

トナーの形状係数ＳＦ−１は１００〜１８０、形状係数ＳＦ−２は１００〜１８０の範囲にあることが好ましい。図７は、形状係数ＳＦ−１、形状係数ＳＦ−２を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。形状係数ＳＦ−１は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式（１）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる形状の最大長ＭＸＬＮＧの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００π／４を乗じた値である。
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）２／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４） ・・・式（１）
ＳＦ−１の値が１００の場合トナーの形状は真球となり、ＳＦ−１の値が大きくなるほど不定形になる。
また、形状係数ＳＦ−２は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式（２）で表される。トナーを２次元平面に投影してできる図形の周長ＰＥＲＩの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００／４πを乗じた値である。
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）２／ＡＲＥＡ｝×（１００／４π） ・・・式（２）
ＳＦ−２の値が１００の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、ＳＦ−２の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡（Ｓ−８００：日立製作所製）でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置（ＬＵＳＥＸ３：ニレコ社製）に導入して解析して計算した。

トナーの形状が球形に近くなると、トナー間の接触状態が点接触となるためにトナー同士の吸着力は弱まりしたがって流動性が高くなり剤とトナーの攪拌効率も向上する。
また、トナーと感光体１との接触状態が点接触になるために、トナーと感光体１との吸着力も弱くなって、転写率は高くなり高画質化に寄与する。一方、形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２のいずれかが１８０を超えると、流動性が悪化し、剤循環性および補給トナーの拡散性が悪いために好ましくない。また転写率が低下し薄層化が安定せず電荷注入も不安定になるため好ましくない。

本発明のトナーは、トナーの粒子表面に平均一次粒径が５０〜５００ｎｍで、嵩密度が０．３ｍｇ／ｃｍ^３以上の微粒子（以下、単に微粒子という）を付着させたものである。なお、通常の流動性向上剤にシリカ等がよく用いられるが、例えば、このシリカの平均一次粒径は通常１０〜３０ｎｍ、嵩密度が０．１〜０．２ｍｇ／ｃｍ^３である。
本発明において、トナーの表面に適切な特性の微粒子が存在することで、トナー粒子と対象体との間に適度な空隙が形成される。また、微粒子は、トナー粒子、感光体、搬送ベルト等との接触面積が非常に小さく、均等に接触するので付着力低減効果が大きく、搬送ベルトに面した未定着像のトナーが搬送ベルトに付着しづらいために画像の乱れが少ない。また現像・転写効率が向上し、ドットの再現性が向上するため画像が安定して搬送時の乱れに対して余裕度が高くなる。しかも、トナー粒子に埋没し難く、あるいは少々埋没しても離脱、復帰が可能であるので、長期間にわたって安定した特性を得ることができる。
これらの特性は、トナー粒子の受けるシェアを低減させる作用を示すので、高速定着（低エネルギー定着）のためトナーに含有されている低レオロジー成分によるトナー自身のフィルミングの低減効果を発揮する。さらに、詳細は明らかでないが、表面処理された微粒子はトナーに外部添加されても、仮にキャリアを汚染した場合においても現像剤劣化の度合が少ない。よって経時的にトナーの流動性および帯電性の変化が少ないため、長期的に現像剤の循環および補給トナーの拡散を安定に行うことができる。また画質の安定性も高くなる。

微粒子の平均一次粒径（以下、平均粒径という）は、５０〜５００ｎｍのものが用いられ、特に１００〜４００ｎｍのものが好ましい。５０ｎｍ未満であると、微粒子がトナー表面の凹凸の凹部分に埋没してコロの役割を低下する場合が生じる。一方、５００μｍよりも大きいとトナー自身の接触面積と同レベルのオーダーとなりトナーに対するコロの効果が減少する。
嵩密度が０．３ｍｇ／ｃｍ^３未満では、流動性向上への寄与はあるものの、トナー及び微粒子の飛散性および付着性が高くなるために、トナーとコロとしての効果や働きが低下してしまう。
本発明の微粒子において、無機化合物としては、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、ＣｅＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、ＺｒＯ_２、ＣａＯ・ＳｉＯ_２、Ｋ_２Ｏ（ＴｉＯ_２）ｎ、Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２、ＣａＣＯ_３、ＭｇＣＯ_３、ＢａＳＯ_４、Ｍｇ_ＳＯ_４、ＳｒＴｉＯ_３等を例示することができ、好ましくは、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３があげられる。特にこれら無機化合物は各種のカップリング剤、ヘキサメチルジシラザン、ジメチルジクロロシラン、オクチルトリメトキシシラン等で疎水化処理が施されていてもよい。

また、有機化合物の微粒子としては、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよく、例えばビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ケイ素系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。樹脂微粒子としては、上記の樹脂を２種以上併用しても差し支えない。このうち好ましいのは、微細球状樹脂粒子の水性分散体が得られやすい点から、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びそれらの併用が好ましい。
ビニル系樹脂の具体的な例としては、ビニル系モノマーを単独重合また共重合したポリマーで、例えば、スチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、（メタ）アクリル酸−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−（メタ）アクリル酸共重合体等が挙げられる。
嵩密度（ｇ／ｃｍ３）＝微粒子量（ｇ／１００ｍｌ）÷１００
本発明の微粒子を、トナー表面に外添加し付着させる方法としては、トナー母体粒子と微粒子を各種の公知の混合装置を用いて、機械的に混合して付着させる方法や、液相中でトナー母体粒子と微粒子を界面活性剤などで均一に分散させ、付着処理後、乾燥させる方法などがある。

本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。 本実施形態の感光体周りの構成を示す概略図である。なお 帯電ローラの構成・構造を示す概略図である。 （ａ）は、感光体１上に担持されたトナーの転写直前におけるトナー帯電量分布を示すグラフであり、（ｂ）は、転写後に感光体１上に残留した転写残トナーのトナー帯電量分布を示すグラフである。 クリーニングブラシの長手方向の揺動を示す概略図である。 他の実施形態の感光体周りの構成を示す概略図を示す。 形状係数ＳＦ−１、形状係数ＳＦ−２を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。

符号の説明

１ 感光体
３ 帯電装置
３０ 帯電ローラ
３１ スペーサ部材
４ 帯電クリーニングブラシ
５ 現像装置
５ａ 現像ローラ
５ｂ 供給ローラ
６ 帯電制御部材
７ 露光装置
８ 転写装置
１０ 中間転写ベルト
１１、１２、１３ 支持ローラ
１４ 一次転写ローラ
１５ ベルトクリーニング装置
１６ 二次転写ローラ
１００ 画像形成装置

Claims (11)

1. 静電潜像を担持する感光体と、
   感光体表面を帯電する帯電装置と、
   感光体に潜像を形成する露光装置と、
   感光体の潜像にトナーを付着させてトナー像として顕像化する現像装置と、
   感光体のトナー像を記録媒体に転写する転写装置と、を少なくとも備えた画像形成装置において、
   前記帯電装置は、少なくとも、感光体表面を帯電する帯電ローラと前記帯電ローラを回転してクリーニングするブラシ部材とを備え、かつ、
   前記ブラシ部材は感光体上の帯電ローラよりも下流側において感光体と接している
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置おいて、
   前記帯電ローラは、感光体に近接し、非接触にて感光体を帯電する
   ことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は２に記載の画像形成装置おいて、
   前記帯電ローラは、導電剤を含む樹脂から構成されている
   ことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記ブラシ部材の回転方向は、帯電ローラの回転方向と逆方向であって、感光体の回転方向と同方向である
   ことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記画像形成装置は、感光体上のトナー帯電量を制御する帯電制御部材が、感光体上の帯電ローラの上流位置に設置されている
   ことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１ないし４のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記ブラシ部材は、電圧が印加されている
   ことを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項６に記載の画像形成装置において、
   前記ブラシ部材に印加されている電圧Ｖｃｌは、帯電ローラに印加されている電圧Ｖｃと同電位であり、
   前記ブラシ部材の軸と最表面との間の抵抗値Ｒｃｌは、帯電ローラの軸と最表面との間の抵抗値Ｒｃより大きい
   ことを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記ブラシ部材は、帯電ローラの長手方向に揺動する
   ことを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項６ないし８のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記ブラシ部材は、非画像形成時に、回転数及びバイアス条件を切り替えるクリーニングモードを持つ
   ことを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、帯電装置を通過後に感光体上に残っているトナーを、前記現像装置が現像と同時に回収する
    ことを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項１ないし９のいずれかに記載の画像形成装置において、
    前記画像形成に用いられるトナーは、形状係数ＳＦ−１で１００〜１５０の範囲にあり、かつ形状係数ＳＦ−２で１００〜１５０の範囲にある
    ことを特徴とする画像形成装置。

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