JP2009300554A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】帯電ローラを用いたクリーナレスシステムにおいて、帯電ローラへのトナーの固着とそれに伴う異常画像の発生のな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３０と、感光体１に潜像を形成する潜像形成手段と、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のトナー像を中間転写ベルト１０に転写する一次転写ローラ１４と、を少なくとも有し、現像装置５は中間転写ベルト１０に転写した後に感光体上に残留したトナーを回収するクリーニング工程を兼ねている画像形成装置において、帯電ローラ３０と感光体１との間隙を変更可能である間隙制御手段を設けた。
【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関する。

電子写真式の画像形成装置においては、像担持体に現像されたトナーのほとんどは被転写体や記録材に転写されるものの、一部のトナーは転写されずに像担持体上に残る。多くの電子写真式の画像形成装置ではこの転写残トナーを回収廃棄するためのクリーニング部材を設けている。ただし、低コスト化、小型化、資源の有効利用などの観点から、この転写残トナーを回収廃棄せずに現像手段で回収し再利用するクリーナレス方式の画像形成装置がいくつか提案され実用化もされている。
転写残トナーを回収廃棄するクリーニング手段を持たないクリーナレス方式においては、通常のクリーニング回収手段を持つ方式に比べて多くのトナーが像担持体である感光体上に残ったまま帯電手段に来るため、これらトナーが帯電手段に付着して堆積し、帯電が不均一となって異常画像となってしまう問題が発生する可能性がある。

感光体の帯電手段としては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させ帯電させ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接触していることから、感光体上のクリーニング残トナーが付着しやすい。帯電ローラに付着したトナーが感光体との摩擦や圧力により経時でローラ表面に固着する。トナー固着により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スジ状又は帯状の異常画像が発生するという問題がある。このため帯電ローラにクリーニング部材を当接して除去する方法もとられているが、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急激に低下する問題があり、さらにクリーニング部材からのトナーの除去が必要となる。帯電ローラにいかにトナーを付着させないか、帯電ローラに付着したトナーをいかにして除去するかは帯電ローラの長寿命化において大きな課題である。

クリーナレス方式における帯電ローラのクリーニング方式として特許文献１が提案されている。帯電制御手段によりトナーの帯電量を制御し帯電ローラを通過させ現像で回収するのだが、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が提案されている。しかしながら、帯電ローラは感光体と接触しているため、感光体上の転写残トナーは全て帯電ローラと接触することになり、たとえそれ以前にトナーの電荷を制御していたとしても、多くの転写残トナーが帯電ローラ表面に付着することになる。本従来例のようにクリーニング方式として撓み部材のようなマイラーを常時帯電ローラに押し当てると帯電ローラにトナーが固着しやすくなり、それを長手方向に揺動させたとしても固着トナーを回避することは困難である。帯電ローラにトナーが固着するとその部分において感光体上の帯電電位が低下し、画像としては黒スジなどの不良が発生する。よって帯電ローラを交換しなければならず、交換サイクルが短くなり結果としてコスト増加に繋がる。

また一方で、帯電ローラにトナーが付着しないように、クリーナレス方式において帯電ローラを感光体と非接触で設置する方式もいくつか提案されている。
特許文献２にクリーナレス構成で感光体と非接触状態を保って帯電させる帯電ローラが提案されている。帯電ローラの表面および表面近傍部位に電気抵抗の高低差を設けるとともに、電気抵抗の高低差を上記帯電ローラの軸方向よりその回転方向で大きくし、かつ帯電部材への放電が最高抵抗部に対応するところでは起こらず低抵抗部で主に起こるように帯電ローラの素材、被帯電部材との間隙および帯電ローラへの印加電圧条件を組み合わせている。
特許文献３にも帯電ローラを感光体に対してトナー粒径より大きな隙間が形成されるよう近接配置する方式が提案されている。帯電ローラに対する感光体の回転方向上流に感光体表面のトナーを静電引力によって移動させて回収するクリーニングローラを設け、画像形成時以外の時にクリーニングローラと感光体との間の電位差の極性を切り替えて回収したトナーを感光体に付着させ、現像ローラにトナーを回収させる。

上記従来例のように帯電ローラを感光体と非接触に設置することで帯電ローラ汚れやトナー固着が大幅に改善されることがわかったが、感光体の帯電電位は場所によるムラが生じやすく、ある程度強い電界を印加する必要がある。そうすると放電生成物がそれだけ多く発生し、感光体に付着することでフィルミングによる画像流れ（画像ボケ）など多くの不具合が生じる。そこで非接触の帯電ローラにおいても交流成分を含んだ電圧を印加することで感光体の帯電電位の安定性が大幅に向上することがわかった。その一方で、帯電ローラと感光体の間隙を通過するトナーは前記の交流電圧により振動しながら飛翔するため、微量ながらトナーが帯電ローラに付着してしまい、徐々に蓄積していく。非接触帯電ローラに付着したトナーは感光体に戻すのは困難なため、何らかの手段で帯電ローラに付着したトナーを感光体に戻す必要がある。

特開２００１−２１５７９９号公報 特許３４４２５７４号公報 特開２００１−２４９５２５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、帯電ローラを用いたクリーナレスシステムにおいて、帯電ローラへのトナーの固着とそれに伴う異常画像の発生のな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。
本発明の画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体と、像担持体表面を帯電する帯電手段と、像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、像担持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手段と、像担持体のトナー像を記録材に転写する転写手段と、を少なくとも有し、前記現像手段は記録材に転写した後に像担持体上に残留したトナーを回収するクリーニング工程を兼ねている画像形成装置において、前記帯電部材と像担持体との間隙を変更可能である間隙制御手段を備えたことを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、画像形成時において前記帯電部材と前記像担持体との間隙を広げることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、画像形成以外のタイミングにおいて前記帯電部材と前記像担持体との間隙を狭めることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、画像形成以外のタイミングにおいて前記帯電部材と前記像担持体を接触させることを特徴とする。

また、本発明の画像形成装置は、さらに、画像形成時において、帯電ローラには直流成分に交流成分を重畳した電圧を印加することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、画像形成時以外のタイミングにおいて、帯電ローラには直流成分のみの電圧を印加することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記間隙制御手段は、像担持体と帯電ローラとの隙間を０〜８０μｍで制御することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、画像形成時以外のタイミングにおいて帯電ローラのクリーニング動作を行うクリーニングモードを備え、前記クリーニングモードにて前記間隙制御手段が像担持体と帯電ローラとの間隙を画像形成時のそれよりも狭めることを特徴とする。
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画像形成装置では、以下の効果を奏する。
請求項１に記載の発明によれば、帯電ローラと像担持体の間隙を制御し、転写残トナーが帯電ローラに付着しないように間隙を広げたり、帯電ローラ上のトナーを像担持体に戻すように間隙を狭めたりすることで、帯電ローラへのトナー固着を防止できる。これにより帯電ローラが汚れにくく長期に渡って均一な帯電が可能であり安定した画像を得ることができる。また装置の高信頼化、長寿命化が達成できる。
請求項２に記載の発明によれば、帯電ローラと像担持体との間隙を広げることで、転写残トナーの帯電ローラへの接触機会を減らすことができ、帯電ローラに蓄積するトナーを減らすことができる。よって帯電ローラが汚れにくく、長期に渡って均一な帯電が可能であり安定した画像を得ることができる。また装置の高信頼化、長寿命化が達成できる。
請求項３に記載の発明によれば、像担持体上に転写残トナーのない画像形成時以外のタイミングにおいて、帯電ローラと像担持体との間隙を狭めることで、帯電ローラに付着したトナーをより多く像担持体に戻すことができる。それにより帯電ローラに蓄積するトナーを減らすことができる。よって帯電ローラが汚れにくく、長期に渡って均一な帯電が可能であり安定した画像を得ることができる。また装置の高信頼化、長寿命化が達成できる。

請求項４に記載の発明によれば、像担持体上に転写残トナーのない画像形成時以外のタイミングにおいて、帯電ローラと像担持体を接触させることで、帯電ローラに付着したトナーを直接像担持体に接触させて、より多くを像担持体に戻すことができる。それにより帯電ローラに蓄積するトナーを減らすことができる。よって帯電ローラが汚れにくく、長期に渡って均一な帯電が可能であり安定した画像を得ることができる。また装置の高信頼化、長寿命化が達成できる。
請求項５に記載の発明によれば、画像形成時に帯電ローラに交流電圧を印加することで、帯電ローラと像担持体に間隙がある場合でも十分に放電が行われ、像担持体上において均一な帯電電位を得ることが可能となる。よって長期に渡って均一な帯電が可能でありより安定した画像を得ることができる。
請求項６に記載の発明によれば、像担持体上に転写残トナーのない画像形成時以外のタイミングにおいて、帯電ローラにトナーと同じ極性の直流電圧を印加することで、帯電ローラに付着したトナーが電界により一方向に像担持体へ移動しやすくなる。よってより多くのトナーを像担持体に戻すことができる。それにより帯電ローラに蓄積するトナーを減らすことができる。よって帯電ローラが汚れにくく、長期に渡って均一な帯電が可能であり安定した画像を得ることができる。また装置の高信頼化、長寿命化が達成できる。

請求項７に記載の発明によれば、像担持体と帯電ローラの隙間を上記の値の間で設定することで、画像形成時には均一な画像を長期に渡って得ることができる。隙間が１００μｍ以上ではパッシェン則の放電開始電圧が大きくなり、さらに放電空間が大きくなることで放電生成物の量が多くなりこれが残留し付着することで像担持体の経時劣化を促進してしまう。
請求項８に記載の発明によれば、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像担持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な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。
請求項９に記載の発明によれば、トナー形状が球により近づくことで転写率が向上するため、転写残トナー量の極小化が図れるためより安定なクリーナレスシステムとなる。

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。

＜装置全体および感光体ドラム周りの説明＞
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。図２は、感光体ドラム周りの構造を示している。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、画像形成装置の基本的な構成について説明する。この画像形成装置は、静電潜像を担持する像担持体として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１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３０〜９０ｍｍ程度のアルミニウム円筒基体上に感光層を形成し、さら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よい。ここでは図１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周りの構成は全て同じであるため、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、ブラシローラ４、感光体表面を帯電する帯電手段としての帯電ローラ３０、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手段としての現像装置５、の順に配置されている。帯電ローラ３０と現像装置５との間には、感光体１に潜像を形成する潜像形成手段から露光光Ｌが入射する。

図２に示す帯電ローラ３０は、感光体１の表面を負極性に帯電する。帯電ローラ３０は外径が１２ｍｍで感光体１に対向して設置され、その帯電ローラ３０に負極性バイアスＶｃ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Ｖｄ（−６００Ｖ）となるよう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（ａ）は帯電ローラ３０の長手方向に沿った断面を示している。この帯電ローラ３０は感光体１に沿って配置されており、径方向の断面は図３（ｂ）に示すようになる。帯電ローラ３０は、中心に金属製芯金による軸部３０ａ、その外側に抵抗調整層３０ｃと最外層に保護層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のステンレス合金やアルミニウム合金等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。抵抗調整層３０ｃは、１×１０^５〜１×１０^９Ω・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。保護層３０ｄは、１×１０^６〜１×１０^１０Ω・ｃｍの体積抵抗率で、１０μｍ程度の厚さが好ましい。保護層３０ｄの体積抵抗率は、抵抗調整層３０ｃの電気抵抗率より高くすることが好ましい。

抵抗調整層３０ｃには、ゴムや樹脂を用いることができる。ここでは抵抗調整層３０ｃは高分子型イオン導電材料を含有する熱可塑性樹脂組成物で構成されている。熱可塑性樹脂組成物を組成するベース樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体を用いることができる。熱可塑性樹脂組成物に含有される高分子型イオン導電材料は好ましくはポリエーテルエステルアミド成分を含有する高分子化合物で構成されている。
保護層３０ｄは、好ましくはアクリルシリコン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂およびポリビニルブチラール樹脂から選ばれる樹脂で構成されている。これらの樹脂は非粘着性に優れているので、トナー固着性に優れた帯電ローラ３０が得られる。また、これらの樹脂は電気的に絶縁性があるので、単体で保護層３０ｄを形成すると帯電ローラ３０としての特性が得られない。そこで本発明においては保護層を形成する樹脂組成物は導電性粒子を含有している。例えば酸化スズ、酸化鉄等の金属酸化物およびアセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラックが好適に用いられる。
帯電ローラ３０は、間隙制御手段により感光体１と所定のギャップ(０〜８０μｍ)になるように近接配置される。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。

帯電ローラ３０と感光体１との間隙を変更する間隙制御手段について以下に説明する。間隙制御手段の一例としては例えば図４に示すように帯電ローラ３０の軸位置を変えることができるような中心に長穴が開いていて感光体１の端部と接触している円形の軸位置調整部材４０と、帯電ローラ３０の軸を感光体側に常に押圧するような加圧部材４１を用いて、感光体１と帯電ローラ３０の間隙を制御することができる。この際に軸位置調整部材４０は感光体１に突き当ててあり、感光体１とは連れ回りせず、外部にこの軸位置調整部材４０の位置を回転させる駆動源が備えてある。例えば、軸位置調整部材４０の外周と軸位置の長い方の距離をａ、短い方の距離をｂとすると、所定のタイミングにてこの軸位置調整部材４０が半回転して固定されることで、図４（ａ）および図４（ｂ）のように帯電ローラ３０の軸中心位置と感光体１までの距離がａおよびｂになるように帯電ローラ３０の位置を決めることができる。例えば、帯電ローラ３０と感光体１と間の間隙を２０μｍと７０μｍのそれぞれで設定したい場合には、前記のａを（ｒ＋２０）に、ｂを（ｒ＋２０−５０）になるように軸位置調整部材４０を作り、所望のタイミングにてそれを半回転させればよい（ここでｒ[μｍ]は帯電ローラ３０の半径）。この軸位置を変える長穴には例えば５０μｍのシールを片側に張ることで簡単に製作することが可能である。なおここでは帯電ローラ３０は外部の図示しない駆動源から回転駆動を与えられているものとする。

次に前記間隙制御手段の制御であるが、通常の画像形成時には感光体１と帯電ローラ３０の間隙（帯電ギャップと呼ぶ）を広げ、画像出力を行っていない駆動タイミング（紙間やジョブ前および後の駆動時や電源投入時の動作時など）においては間隙を狭めるという制御を行う。それについて以下に説明する。
画像形成時においては帯電ギャップを広くすることで、画像形成中に転写で発生した転写残トナーが帯電ローラ３０を通過時に帯電ローラ３０に接触するおそれがないため帯電ローラ３０にトナーが付着しづらくなる。また、帯電ギャップが広くなると従来からの直流電圧による帯電バイアスでは感光体上に帯電電位ムラが生じやすかったが、帯電バイアスに交流成分を重畳した電圧を印加することで優れた帯電均一性を得ることができる。画像形成時に用いる帯電バイアスとしては、例えば直流成分−６００Ｖ、交流成分のピークツウピーク電圧２ｋＶ、周波数２．５ｋＨｚのサイン波形のパラメータのものを用いた。なお帯電ギャップであるが、８０μｍ以下に設定することが望ましい。帯電ギャップが１００μｍ以上ではパッシェン則の放電開始電圧が大きくなり、さらに放電空間が大きくなることで放電生成物の量が多くなりこれが残留し付着することで感光体１の経時劣化を促進してしまうことがあるからである。

一方、上記条件では画像形成時に帯電ローラ３０に付着するトナー量は少ないが、その微量なトナーが経時的には帯電ローラ３０に蓄積していってしまうため、それらを感光体１へ戻す必要がある。ここでは画像出力以外の駆動のタイミングにて帯電ギャップを狭めることで、転写残トナーが感光体上にない非画像部において帯電ローラ３０に付着したトナーが感光体１に近くなり、帯電ギャップにおける電界が強まるため、帯電ローラ３０上の付着トナーが電界により感光体１に戻りやすくなる。またその際に帯電ギャップを０、すなわち帯電ローラ３０と感光体１を接触させることでよりトナーを感光体１に戻す効率がよくなる。さらにその際の帯電バイアスは直流にすることで、一方向にトナーが感光体１に向かうような電界を形成できるため、さらにトナーを感光体１に戻す効率が上がる。
すなわち、画像形成時以外のタイミングにおいて帯電ローラ３０のクリーニング動作を行うクリーニングモードが設けられている。帯電ローラ３０と感光体１の間隙を狭めて帯電ローラ３０に付着したトナーを感光体１に戻す工程を所定時間をかけて行う。そして、確実に帯電ローラ３０のクリーニングを実行することができる。また、帯電ローラ３０に蓄積するトナーを減らすことができる。よって帯電ローラ３０が汚れにくく、長期に渡って均一な帯電が可能であり安定した画像を得ることができる。また装置の高信頼化、長寿命化が達成できる。
直流バイアスの一例としては、直流電圧を−１２００Ｖとした。なお、帯電ローラ３０上に付着しているトナーが正常なトナーの帯電量ではなく、弱帯電や逆帯電である場合もあるが、このようなトナーであっても強い電界が形成されている帯電ギャップを何度も通過させることで、トナーには電荷が注入されて正常な帯電量になり、感光体１に戻ることになる。そのため、この画像出力以外の駆動タイミングにおいて、別途クリーニングモードを設けて所定時間の間、帯電ギャップを狭めてトナーを感光体１へ戻す工程を行うことで、十分に帯電ローラ３０をクリーニングさせることが可能となる。

ブラシローラ４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（登録商標）、ＰＥＴなどの繊維を用いた導電性ブラシを使用する。ブラシには負極性のバイアスＶｃ１を印加している。ここではバイアスＶｃ１を−３００Ｖとした。
本実施形態の現像は、トナーとキャリヤからなる二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行われる。現像装置の構成の詳細説明については省略する。

図１に示すように、中間転写ベルト１０は、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、中間転写ベルト１０が、感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの上部に設けられている。この中間転写ベルト１０は無端状で、各感光体１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。また中間転写ベルト１０の内周部には各感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋに対向させて転写手段である一次転写ローラ１４Ｙ、１４Ｃ、１４Ｍ、１４Ｋが設けられている。一次転写ローラ１４Ｙ、１４Ｃ、１４Ｍ、１４Ｋは、感光体１のトナー像を記録材である中間転写ベルト１０に転写する。

中間転写ベルト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、中間転写ベルト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。上記の中間転写ベルト１０に関連する部材は、像担持体ユニットとして一体的に構成してあり、画像形成装置に対し着脱が可能となっている。
さらに上記中間転写ベルト１０の外周で、支持ローラ１３の近傍には、二次転写ローラ１６が設けてある。中間転写ベルト１０と二次転写ローラ１６の間に記録媒体（以下用紙Ｐ）を通過させながら、二次転写ローラ１６にバイアスを印加することで中間転写ベルト１０が担持するトナー画像が用紙Ｐに転写される。二次転写ローラ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。

画像形成装置の下側には用紙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。さらに、二次転写ローラ１６を通過した用紙Ｐは、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。
感光体１から中間転写ベルト１０に転写された後に感光体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５（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る。また、図５（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５（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５（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ローラ３０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Ｖｄ（−６００Ｖ）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の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上のキャリアに静電力により付着してほとんどの正規帯電トナーＴ０は回収される。
ブラシローラ４は、図２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。感光体１と所定の線速差を持って回転することで、感光体表面を研磨し、帯電ローラ３０と感光体１との放電により生成される放電生成物を掻き取り、感光体上に異物がフィルム上に異物が固着する問題を回避している。ブラシローラ４にトナーが蓄積されると、ブラシローラ自身が感光体１にトナーを押し付けて感光体上に固着してしまうため、ブラシローラ４には電源からバイアスＶｃ１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ブラシローラ４が接触することで、感光体１に付着した正極性トナーおよび弱帯電トナーがブラシローラ４と感光体１との間の摩擦帯電又はバイアスＶｃ１による電荷注入で負極性に変換され、ブラシへのトナー付着は制限できる。このようにしてブラシローラ通過後のトナーは負極性に変換されており帯電ローラ３０に付着しにくくなっている。

それでも帯電ローラ３０に僅かずつ付着したトナーは、帯電ローラ３０に印加されている交流電圧により振動を受け、帯電ローラ３０から感光体１に戻るものもあるが、本発明のように帯電ローラ３０と感光体１との間隙を狭めることにより付着したトナーを感光体１に確実に戻すことが可能となる。
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二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、現像装置内に回収される。また現像領域における磁気ブラシによる感光体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としては、現像剤がトナーのみからなる一成分系のものを用いてもよい。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。

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、現像剤の嵩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、現像剤の流動性がよく、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。さらに、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。このためブラシでの回収・吐き出しおよ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よ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、同時に体積平均粒径（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）が挙げられる。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、さらに測定試料を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、トナーの体積平均粒径（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１００〜１５０、形状係数ＳＦ−２は１００〜１５０の範囲にあることが好ましい。図６、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、トナーと感光体との接触状態が点接触になるために、トナーと感光体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、長期間に渡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、トナーおよ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_２ Ｏ_３ 、ＭｇＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２ 、ＣｅＯ_２ 、Ｆｅ_２ Ｏ_３ 、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、ＺｒＯ_２、ＣａＯ・ＳｉＯ_２ 、Ｋ_２Ｏ（ＴｉＯ_２）ｎ、Ａｌ_２ Ｏ_３ ・２ＳｉＯ_２ 、ＣａＣＯ_３、ＭｇＣＯ_３ 、ＢａＳＯ_４ 、ＭｇＳＯ_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が挙げられる。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、ポリエステル樹脂およ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／ｃｍ^３）＝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。

また、上述した実施形態の画像形成装置では、帯電ギャップを制御して帯電クリーニングを行って画像出力を行った結果、従来の帯電ギャップが固定のクリーナレス装置においては、帯電ローラ汚れによる画像不良により３万枚の出力で帯電ローラを交換せねばならなかったものが、本実施形態の帯電ギャップの制御を行い帯電クリーニングを行って画像出力を行った結果、５万枚まで交換せずに画像不良が起こさずに画像出力を行うことができた。よって帯電ローラの長寿命化が達成できた。

図１は、本発明の画像形成装置の一実施形態を示す説明図である。 図２は、像担持体周りの構成を示す説明図である。 図３は、帯電ローラの断面図である。図３（ａ）は長手方向断面図であり、図３（ｂ）は回転方向断面図である。 図４は、間隙制御手段の一例を示す説明図である。図４（ａ）は、帯電ローラの軸中心位置と感光体までの距離がａの場合を示しており、図４（ｂ）は、帯電ローラの軸中心位置と感光体までの距離がｂの場合を示している。 図５は、トナーの形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２を示す説明図である。 図６は、トナーの帯電量分布を示すグラフである。図６（ａ）はトナーの帯電量分布（転写前）を示しており、図６（ｂ）はトナー帯電量分布（転写後）を示している。

符号の説明

１ 感光体
４ ブラシローラ
５ 現像装置
５ａ 現像ローラ
７ 露光装置
１０ 中間転写ベルト
１１、１２、１３ ローラ
１４ 一次転写ローラ
１５ クリーニング装置
１６ 二次転写ローラ
２０ 給紙装置
２１ 搬送ローラ
２２ レジストローラ
２３ 定着装置
２４ 排紙ローラ
３０ 帯電ローラ
３０ａ 軸部
３０ｂ 本体部
３０ｃ 抵抗調整層
３０ｄ 保護層
３１ トナーカートリッジ
４０ 軸位置調整部材
４１ 加圧部材
Ｐ 用紙
Ｔ０ 正規帯電トナー
Ｔ１ 逆帯電トナー

Claims (9)

1. 静電潜像を担持する像担持体と、
   像担持体表面を帯電する帯電手段と、
   像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、
   像担持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手段と、
   像担持体のトナー像を記録材に転写する転写手段と、
   を少なくとも有し、
   前記現像手段は記録材に転写した後に像担持体上に残留したトナーを回収するクリーニング工程を兼ねている画像形成装置において、
   前記帯電手段と像担持体との間隙を変更可能である間隙制御手段を備えた
   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、
   画像形成時において前記帯電部材と前記像担持体との間隙を広げる
   ことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置おいて、
   画像形成以外のタイミングにおいて前記帯電部材と前記像担持体との間隙を狭める
   ことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の画像形成装置おいて、
   画像形成以外のタイミングにおいて前記帯電部材と前記像担持体を接触させる
   ことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の画像形成装置おいて、
   画像形成時において、帯電ローラには直流成分に交流成分を重畳した電圧を印加する
   ことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の画像形成装置おいて、
   画像形成時以外のタイミングにおいて、帯電ローラには直流成分のみの電圧を印加する
   ことを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の画像形成装置おいて、
   前記間隙制御手段は、像担持体と帯電ローラとの隙間を０〜８０μｍで制御する
   ことを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の画像形成装置おいて、
   画像形成時以外のタイミングにおいて帯電ローラのクリーニング動作を行うクリーニングモードを備え、
   前記クリーニングモードにて前記間隙制御手段が像担持体と帯電ローラとの間隙を画像形成時のそれよりも狭める
   ことを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の画像形成装置おいて、
   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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