JP2012027282A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨粒子ｍを添加したトナー１１を用いる場合において、出力枚数の増加に伴ってカブリ値が増加しても、現像領域Ｄのカブリ値が許容値を超える事が無く、且つ、放電生成物に起因する画像流れや、ドラム融着等の画像不良を抑制出来る画像形成装置を提供する事を目的とする。
【解決手段】トナー劣化によるカブリ対策として、出力枚数に応じて画像形成時のＶｂａｃｋを切り替える制御を行っている画像形成装置において、非画像形成時における研磨粒子ｍのドラム１上への供給量を増やす為に、Ｖｂａｃｋ変更タイミングと同期して非画像形成時の現像バイアスの設定を変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、像担持体に形成された静電潜像が現像剤によって現像される電子写真方式、静電記録方式を利用した画像形成装置に関するものである。

従来、複写機、レーザービームプリンタ等の画像形成装置は静電転写プロセスを採用した装置が一般的である。この装置は、像担持体の表面に静電的に形成した静電潜像に現像剤であるトナーを供給してトナー像として現像する。そのトナー像を紙などのシート（記録材）に転写部材で転写する。そして、シート上の未定着のトナー像を定着手段により固着像としてシートに定着する。シートに対するトナー像転写後の像担持体はクリーニング手段により転写残トナー等の残留付着物が除去されて繰り返して画像形成に供される。

ところで、画像形成装置内おける帯電部材、転写部材など高電圧が印加される部材の存在に起因して発生する放電生成物が像担持体（以下、感光体と記す）の表面に異物として付着することがある。そして、特に、高湿環境下において、その付着異物が電気的に低抵抗化して、鮮明な静電潜像の形成を妨げ、画像流れ等を発生させる事が知られている。

このような画像流れなどの、放電生成物に起因する画像不良を防止する方法として、特許文献１では、感光体の表面を研磨するための研磨粒子を現像手段内の現像剤中に添加する方法が提案されている。この方法では、現像手段から感光体を経由して、感光体に当接しているクリーニング手段に研磨粒子を貯めることによって、研磨粒子により感光体の表面を摺擦して放電生成物を除去している。

研磨粒子は、帯電特性がトナーと逆極性である。そして、感光体上の白地部（非画像部）において、感光体の暗部電位（以後、Ｖｄと表す）と現像バイアスの直流電圧成分の電圧値（以後、Ｖｄｅｖと表す）との差電位（以後、Ｖｂａｃｋと表す）に応じて現像手段から感光体に供給される量が増える。例えば、トナーの正規の帯電極性が負極性の場合は、研磨粒子の正規の帯電極性は正極性とされる。そして、この研磨粒子は、トナーと逆極性であるため、転写部においてシートに対して実質的に転写されずにクリーニング手段に捕集されている。

特開２０００−４７５４５号公報

一成分現像剤を用いる場合には、トナーが変質する“トナー劣化”が生じ、濃度薄やカブリ等の画像不良が発生するという問題が生じている。これは、プリント出力枚数が増えるに連れて、トナーが機械的に磨耗したり、外添剤がトナーヘ埋め込まれたり、外添状態が変化する等の事由によるものである。具体的には、現像手段（現像装置）としては、トナーの帯電量を高くする為に現像スリーブに現像ブレードを高い線圧で押し付けて使う。そのため、現像スリーブと現像ブレードの当接部において、圧力や熱等により、トナーに与えられるダメージが大きくなっている。

上記の“トナー劣化”が生じた場合の画質不良に関して説明する。図５の（ａ）は、ＶｄとＶｄｅｖとの差であるＶｂａｃｋと、ベタ白画像における紙上反射濃度（所謂、カブリ値）の関係を示している。トータルプリント枚数（出力枚数：積算プリント枚数）が増加していくと、トナー劣化が促進される為、Ｖｂａｃｋが同じ値であっても紙上カブリ値が大きくなるという傾向を示している。つまり、トナー劣化が促進されると、逆極性に帯電したトナーの割合が増加し、結果としてカブリが検出される傾向に有る事が解っている。

また、現像バイアスの設計値を決定する際には、Ｖｂａｃｋの値が小さくなると、正規カブリトナー量が大幅に増加してしまう。特に、１００Ｖ以下で顕著に増加する。故に、現像バイアス設定を決める際には公差を考慮してＶｂａｃｋを出来る限り大きめに設定している。尚、交差とは、現像バイアスや帯電バイアスの高圧印加手段が有する交差を意味している。そこで、図５の（ａ）のＡ→Ｂ→Ｃのように、出力枚数が増えるに連れて、Ｖｂａｃｋ設定値（Ｖｂａｃｋ設定範囲）をＲＡ→ＲＢ→ＲＣのように低目に切り替える。これにより、カブリを示す反射濃度をカブリ許容値上限である紙上平均値で３．０％以内に保つという制御方法が採用されている。

しかしながら、上述のように研磨粒子の帯電特性をトナーと逆極性として、白地部に現像することで感光体上へ研磨粒子を供給する場合、次のような問題がある。ここでは、一例として、トナーの正規の帯電極性が負極性、研磨粒子の正規の帯電極性が正極性であるものとして説明する。

図５の（ｂ）に示す様に、従来例にて示した様に、トナー劣化起因のカブリ対策として出力枚数の増加に応じてＶｂａｃｋを減らしていくと、感光体上への研磨粒子供給量が減ってしまい、感光体上に存在する研磨粒子が不足する。このことによって、画像流れ等の放電生成物に起因する画像不良が生じるという問題がある。また、感光体上にトナーや外添剤が固着して、露光部において露光を遮ってしまう事によってベタ黒画像上で白ポチがドラム周期で発生する現象“ドラム融着”が発生する事が有る。

本発明は、上記のように、研磨粒子を含有（添加）した現像剤を用いる画像形成装置の改善に関する。その目的は、出力枚数の増加に伴ってカブリ値が増加しても、現像領域のカブリ値が許容値を超える事が無く、且つ、放電生成物に起因する画像流れや、ドラム融着等の画像不良を低減させる事の出来る画像形成装置を提供する事である。

上記目的を達成するための本発明に係る画像形成装置の代表的な構成は、静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体に接触して前記像担持体の帯電を行う帯電手段と、前記静電潜像を現像剤により現像する現像手段と、前記帯電手段に対して帯電バイアスを出力する帯電バイアス出力手段と、前記現像手段に対して現像バイアスを出力する現像バイアス出力手段と、を備え、前記現像剤は、前記像担持体の表面を研磨する為の研磨粒子を含有しており、前記研磨粒子は、前記現像剤の正規帯電極性とは逆極性に帯電する性質を有している、画像形成装置において、前記研磨粒子が前記像担持体へ供給される量を増やす為に、前記現像剤の消費量に関わる情報に応じて、前記現像バイアス出力手段の設定条件が非画像形成時と画像形成時において異なる事を特徴とする。

本発明によれば、出力枚数が増えてトナー劣化が促進されても、現像領域のカブリ値が許容値を超える事無く、且つ、像担持体表面を研磨するのに十分な量の研磨粒子を供給する事が出来る。これにより、画像形成装置の寿命を通して、画像流れなどの放電生成物に起因する画像不良を低減させる事が出来る。

（ａ）は実施例１における画像形成装置の概略構成を示す縦断面図、（ｂ）は制御系統のブロック回路図である。 画像形成装置の動作工程図である。 （ａ）は耐久を通したカブリ対策の効果を示す図、（ｂ）は現像バイアスのＶｐｐを変化させた時の研磨粒子飛翔量の一例を示す図である。 （ａ）は現像バイアスの周波数を変化させた時の研磨粒子飛翔量の一例を示す図、（ｂ）は現像バイアスのＶｂａｃｋを変化させた時の研磨粒子飛翔量の一例を示す図である。 （ａ）はトナー劣化に応じて変化するカブリとＶｂａｃｋの関係図、（ｂ）は研磨粒子飛翔量と画像弊害の関係を示す図である。 硬度計で測定された例を示す図である。 帯電量測定装置の説明図である。

［実施例１］
＜画像形成装置の全体構成及び動作＞
図１の（ａ）は本実施例における画像形成装置１００の概略構成を示す縦断面図、（ｂ）は制御系統のブロック回路図である。本実施例の装置１００は、転写方式の電子写真プロセスを用いたレーザプリンタである。即ち、装置１００は、パソコン等の外部ホスト装置２００から制御回路部（コントローラ）１０１に入力する電気的な画像情報に基づいてシート状の記録材１３に画像を形成して出力することができる。制御回路部１０１は装置１００の動作を統括的に制御しており、ホスト装置２００や操作部１０２からのプリント指令に応じて所定の画像形成シーケンスに従って装置１００の画像形成動作を実行する。

プリンタエンジンとしての装置１００は、内部に、回転可能な像担持体としてのドラム型の電子写真感光体ドラム（以下、ドラムと）１を備えている。ドラム１は駆動源Ｍから駆動力が伝達されることにより、軸１ａを中心に矢印Ｒ１の時計方向に所定のプロセススピードで回転駆動される。本実施例では、１５０ｍｍ／秒のプロセススピードを有している。

回転するドラム１は、その表面が帯電装置（帯電手段）としての帯電ローラ（接触帯電部材）２によって所定の極性・電位に一様に帯電される。帯電ローラ２は、ドラム１の表面に接触配置されており、ドラム１の回転に従動して回転する。帯電ローラ２には帯電バイアス印加電源（バイアス出力手段）Ｅ２から出力される所定の帯電バイアスが摺動接点を介して印加される。これにより、ドラム１の表面が所定の極性、所定の電位に均一に接触帯電される。本実施例では、電源Ｅ２は交流電源部ＡＣと直流電源部ＤＣを有し、帯電ローラ２にはＡＣ電圧（交流電圧成分）とＤＣ電圧（直流電圧成分：直流成分の電位Ｖｐｒｅ）とが重畳された振動電圧である帯電バイアスを印加した。具体的には、正弦波であるＡＣ電圧をpeak to peakで１６００Ｖ、周波数を６２０Ｈｚ、ＤＣ電圧を−５００Ｖに印加して、ドラム１の表面が−５００Ｖ前後の電位（暗部電位Ｖｄ）に均一に帯電される。尚、本実施例では、ドラム１の帯電は、接触帯電ローラ２にＡＣ電圧とＤＣ電圧を重畳させて印加したＡＣ帯電方式であるが、ＤＣ電圧のみの印加によるＤＣ帯電方式であっても良い。また、他の帯電方式であるコロナ帯電であっても良い。

帯電後のドラム１の表面は、露光装置１６による画像情報の露光Ｌによって静電潜像が形成される。本実施例における露光装置１６はレーザ露光装置である。レーザスキャナ１６ａ、ポリゴンミラー（不図示）、反射レンズ１６ｂ等を有している。この装置１６は、画像情報に基づいて変調されたレーザ光Ｌをドラム１の表面に照射（主走査露光）して照射部分の電荷を除去し、静電潜像を形成するものである。本実施例では、レーザ光Ｌによる除電部分の電位（明部電位Ｖｌ）は−１５０Ｖ程度である。こうして、ドラム１の表面に形成された静電潜像（暗部電位Ｖｄと明部電位Ｖｌとの静電コントラスト像）は、現像装置４内の現像剤（トナー）により現像剤像（トナー像）として現像される。

上述のトナーには正に帯電し易いもの、負に帯電し易いものがある（以下、それぞれ「ポジトナー」、「ネガトナー」という）。現像スリーブや現像ローラ上には、トナーが塗布され、ＤＣ成分（現像ＤＣバイアス）とＡＣ成分（現像ＡＣバイアス）を重畳したバイアスが印加される。現像スリーブや現像ローラからは、ネガトナーを用いた系の画像形成装置であれば除電部分に、またポジトナーを用いた系の画像形成装置であれば非除電部分に、トナーが付着される。このようにして、感光ドラム１上の静電潜像に対して現像装置４によって現像位置で現像が行なわれ、感光ドラム１上にはトナー像が形成される。尚、現像装置４については、後に詳述する。

ドラム１の表面に形成されたトナー像は、転写装置としての転写ローラ５によってシート１３上に転写される。シート１３は、給紙カセット１４に積載して収納されている。給紙ローラ１２が所定の制御タイミングで駆動されることで、カセット１４内のシート１３が一枚分離給送されてシートパスａを通ってレジストローラ１５に至る。そして、そのシート１３は、ローラ１５によりドラム１上のトナー像と同期をとってドラム１とローラ５との圧接部である転写ニップ部Ｎに導入されて挟持搬送される。ローラ５にはシート１３がニップ部Ｎを挟持搬送されている間、転写バイアス印加電源Ｅ５からトナーの帯電極性とは逆極性で所定電位のＤＣ電圧である転写バイアスが摺動接点を介して印加される。これにより、ドラム１上のトナー像がシート１３上に順次に静電転写される。ニップ部Ｎを出たシート１３はドラム１から分離されて定着装置８へ搬送される。また、シート分離後のドラム１は表面に残ったトナーや紙粉等の残留物がクリーニング装置６によって除去されて清掃され、繰り返して画像形成に供される。本実施例において、クリーニング装置６はブレード方式であり、クリーニング部材としてクリーニングブレード７を備えている。ブレード７は先端エッジ部をドラム１の回転方向Ｒ１に対しカウンタ方向に当接して配設されている。ブレード７とドラム１との当接部がクリーニング部ｂである。回転するドラム１の表面はクリーニング部ｂにおいてブレードエッジ部でしごかれる。これにより、ドラム表面の転写残トナー等の付着残留物が掻き落とされてドラム表面から除去される。定着装置８に搬送されたシート１３は、定着ローラ８ａと加圧ローラ８ｂとの圧接部である定着ニップ部で加熱、加圧を受けて、未定着トナー像が固着像として定着される。トナー像定着後のシート１３は画像形成物（プリント、コピー）として排出ローラ１７により装置本体外部の排紙トレイ１８に排出される。

本実施例の装置１００は、画像形成プロセスを行う上記部材のうち、ドラム１、帯電ローラ２、現像装置４及びクリーニング装置６は、プロセスカートリッジ（以下、カートリッジと記す）２０としてある。カートリッジ２０は上記の部材１、２、４、６をカートリッジ枠体２０ａに所定の配置関係をもって一体的に組付けてあり、装置本体１００Ａのカートリッジ装着機構部（不図示）対して所定の要領にて取り外し可能に装着される。

また、カートリッジ２０には、現像剤の消費量に関わる情報を指示するための手段として、記憶手段（メモリ）２１が設けられている。メモリ２１としては、通常の半導体による電子的なメモリが特に制限なく使用する事が可能である。例えば、接触不揮発性メモリ、非接触不揮発性メモリ、電源を有する揮発性メモリなど、任意の形態を用いることができる。本実施例では、非接触不揮発性メモリ２１がカートリッジ３に搭載されている。メモリ２１は、メモリ２１側の情報伝達手段であるアンテナ（不図示）を有し、無線で装置本体１００Ａが備えた本体側情報伝達手段１０３と通信する。カートリッジ２０が装置本体１００Ａに所定に装着された状態において、メモリ２１が本体側情報伝達手段１０３に所定に正対した状態になっている。これにより、制御回路部１０１とメモリ２１との間で電気的情報の授受（情報の読み出し及び書き込み）が可能となる。本実施例では、制御回路部１０１は、制御部、演算部、記憶部（ＲＯＭ）、時計機能部などを備え、更に、本体側情報伝達手段１０３を介してメモリ２１への情報の読み書き機能を備えている。本実施例においては、メモリ２１には、少なくとも、ドラム１の駆動時間（ドラム１の積算回転時間）に関わる情報が制御回路部１０１から入力されて記憶（保持）される。そして記憶される情報は更新される。

＜装置１００の動作工程＞
図２に上記装置１００の動作工程図を示した。

１）前多回転工程：画像形成装置の始動（起動）動作期間（ウォーミング期間）である。画像形成装置のメイン電源スイッチのＯｎにより、画像形成装置のメインモータを起動させて、所要のプロセス機器の準備動作を実行する。

２）スタンバイ：所定の始動動作期間終了後、メインモータの駆動を停止させて、プリントジョブ開始信号が入力されるまで画像形成装置をスタンバイ（待機）状態に保持する。

３）前回転工程：プリントジョブ開始信号の入力に基づいて、メインモータを再駆動させて、所要のプロセス機器のプリントジョブ前動作を実行する期間である。より実際的は、ａ：画像形成装置がプリントジョブ開始信号を受信、ｂ：フォーマッタで画像を展開（画像のデータ量やフォーマッタの処理速度により展開時間は変わる）、ｃ：前回転工程開始、という順序になる。

なお、前記１）の前多回転工程中にプリントジョブ開始信号が入力している場合は、前多回転工程の終了後、前記２）のスタンバイ無しに、引き続き前回転工程に移行する。

４）プリントジョブ実行：所定の前回転工程が終了すると、引き続いて前記の画像形成プロセス（モノプリント又はマルチプリント）が実行されて、画像形成済みの記録材が出力される。マルチプリント（連続プリントジョブ）の場合は前記の画像形成プロセスが繰返えされて所定枚数分の画像形成済みの記録材が順次に出力される。

５）紙間工程：連続プリントジョブの場合において、一の記録材Ｐの後端と次の記録材Ｐの先端との間隔工程であり、転写部や定着装置においては非通紙状態期間である。

６）後回転工程：１枚だけのモノプリントジョブの場合にその画像形成済みの記録材が出力された後、あるいはマルチプリントの場合に最後の画像形成済みの記録材が出力された後もメインモータを引き続き所定の時間駆動させる。これにより所要のプロセス機器のプリントジョブ後動作を実行する期間である。

７）スタンバイ：所定の後回転工程終了後、メインモータの駆動が停止し、次のプリントジョブ開始信号が入力されるまで画像形成装置をスタンバイ状態に保持する。

上記において、４）のプリントジョブ実行時が画像形成時であり、１）の前多回転工程時、３）の前回転工程時、５）の紙間工程時、６）の後回転工程時が非画像形成時である。非画像形成時とは、上記の前多回転工程時、前回転工程時、紙間工程時、後回転工程時のうちの少なくとも１つの工程時、さらにはその工程時内の少なくとも所定時間である。

＜現像装置＞
本実施例の現像装置４は、現像剤として磁性一成分トナーを用いた現像装置である。装置４は、トナー１１を収納するトナー容器４ａ、容器４ａに収納されたトナー１１をほぐしながら搬送するための攪拌部材３、搬送されたトナー１１を担持搬送する現像スリーブ１０、スリーブ１０に担持されたトナーの層厚規制を行う現像ブレード９を有する。

攪拌部材３は、駆動源Ｍによって回転速度３０ｒｐｍで、矢印Ｒ３の時計方向に回転駆動される。攪拌部材３は容器４ａに回転自在に支持された取付軸３ａに厚み５０μｍ、材質：ポリフェニルサルファイドの攪拌シートを設けたものである。攪拌部材３はスリーブ１０と同一の駆動系により駆動される。

スリーブ１０は、アルミニウムやステンレススチールのパイプによって形成された非磁性スリーブであり、容器４ａによって矢印Ｒ２の反時計方向に回転自在に支持されている。本実施例ではスリーブ１０にアルミ製の１６．０ｍｍ径の中空円筒管を用いた。スリーブ１０の軸方向の両端部にはそれぞれコロ（不図示）が固定されている。スリーブ１０は、コロの外周面を対向するドラム１に突き当てることにより、ドラム表面との間に所定のギャップ（間隙）α：３２０μｍを確保するようにしている。スリーブ１０の表面は、フェノール樹脂にカーボン、電荷制御剤、表面を荒らすための微粒子を分散させた溶剤で塗装して、所望量のトナーを担持した時に適正な電荷を与えられるようにした。また、塗料コートによってスリーブ１０の表面上は粗さをもっており、本実施例では算術平均粗さＲａ：１．２μｍのものを使用した。スリーブ１０の内側には、マグネット（不図示）が配設されている。マグネットは、円筒状に形成されていり、その周方向にＮ極とＳ極とが交互に複数個形成されている。マグネットは、スリーブ１０が矢印Ｒ２方向に回転するのとは異なり、スリーブ１０の内側に固定的に配置されている。

ブレード９は、支持部材と弾性ブレードとを有して構成され、弾性ブレードがスリーブ１０の表面に当接するように設けられている。弾性ブレードは、例えば、ウレタンゴムを板状に形成したものであり、その基端部が支持板金に固定されるとともに、その先端部をスリーブ１０の表面に所定の圧力で当接させて弾性変形している。弾性ブレードは、上述のマグネットの磁力によってスリーブ１０の表面に引き付けられたトナー１１の層厚を規制するものである。

スリーブ１０の表面に担持されたトナーは、スリーブ１０の回転によって搬送されることによるトナー相互の摩擦帯電、及び、ブレード９によって層厚が規制される際のスリーブ１０と弾性ブレード間での摺擦による摩擦帯電により、適切な電荷が付与される。そして、スリーブ１０の引き続く回転によりドラム１の表面に対向する現像領域Ｄへと搬送されていく。この時、スリーブ１０には、現像バイアス印加電源（バイアス出力手段）Ｅ１０から出力される所定の現像バイアスが摺動接点を介して印加される。本実施例では、電源Ｅ１０は交流電源部ＡＣと直流電源部ＤＣを有し、ＡＣ電圧（交流電圧成分）とＤＣ電圧（直流電圧成分）とが重畳された振動電圧である所定の現像バイアスが印加される。これにより、スリーブ１０上のトナーが現像領域Ｄにおいてドラム１に飛翔して静電的に静電潜像に付着する。これにより、ドラム表面の静電潜像がトナー像として可視化（現像）される。

＜トナー及び外添剤＞
本実施例において用いたトナー１１は、懸濁重合法で作製された負帯電性の一成分磁性トナーであり、体積平均粒径は６．５μｍである。また、容器４ａ内のトナー１１中には、トナー１１の正規帯電極性とは逆極性に帯電する性質の研磨粒子ｍが含有されている。本実施例では、トナー１１の正規の帯電極性が負帯電極性であるので、研磨粒子ｍの正規の帯電極性は正極性である。特に、本実施例では、研磨粒子ｍとして正帯電極性を示すチタン酸ストロンチウムを用いた。

ここで、本実施例で用いたチタン酸ストロンチウムを更に具体的に説明する。即ち、本実施例で用いたチタン酸ストロンチウムは、一次粒子の平均粒径が３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲にあるもので、立方体状又は直方体状の粒子形状をしており、且つ、ぺロブスカイト型結晶構造を有している。このようなチタン酸ストロンチウムを用いると、例えばクリーニングブレード７のようにドラム１を強力に摺擦する部材を有していない画像形成装置においても、放電生成物を効果的に除去することができる。研磨粒子ｍのトナー１１に対する添加量は、トナー１１に対して０．１重量％以上、２．０重量％以下が好適である。本実施例では、研磨粒子ｍの添加量は、トナー１１に対して０．３重量％とした。

具体的に言えば、この研磨粒子ｍは無機微粉体であり、ドラム表面に付着する紙粉等の低電気抵抗物質およびトナー１１を削り取る働きを持つ。また、現像剤の帯電を補助する効果も有している。無機微粉体は、重量平均径が、一次粒子（個々の単位粒子に分離した状態の粒子）、若しくは二次粒子（一次粒子が凝集した状態）で、０．１〜５．０μｍ、好ましくは０．５〜５．０μｍ、より好ましくは１．０〜５．０μｍである。無機微粉体の重量平均径が上記範囲より大きくなると、現像されずに現像装置４内に残ってしまい、それが蓄積して画像劣化の原因となる。重量平均径が上記範囲より小さくなると、無機微粉体の感光ドラム１に対する研磨効果が減少したり、クリーニングブレード７が転写残トナーを掻き取れなくなってしまう現象である“クリーニング不良”を起こしたりして、画像劣化の原因となる。

本実施例において使用出来る他の研磨粒子ｍに関して、以下に例を挙げる。無機微粉体としては、マグネシウム、アルミニウム、チタン、鉄、ジルコニウム、セリウム等の金属酸化物及びチタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム等の複合金属酸化物などが挙げられる。中でも、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸マグネシウム、炭化ケイ素、炭化チタン等の炭化物、及び窒化ケイ素、窒化ゲルマニウム等の窒化物がよく用いられている。

＜トナー及び外添剤の帯電量測定方法＞
以下に、トナー及び外添剤の帯電量測定方法を説明する。測定には、図７に示す帯電量測定装置を用いる。温度２３℃、相対湿度６０％環境下である。鉄粉キャリアとして粒径１０６μｍ以上１５０μｍ以下の範囲に５０質量％以上７０質量％以下、粒径７５μｍ以上１０６μｍ未満の範囲に２０質量％以上５０質量％未満の分布を持つような鉄粉キャリア（例えばＤＳＰ１３８（同和鉄粉社製））を用いる。鉄粉キャリア９．０ｇに無機微粉体である外添剤、或いはトナー粒子１．０ｇを加えた混合物を５０〜１００ｍｌ容量のポリエチレン製の瓶に入れ５０回手で振盪する。

次いで、底に５００メッシュのスクリーン７３のある金属製の測定容器７２に前記混合物１．０〜１．２ｇを入れ、金属製のフタ７４をする。この時の測定容器７２全体の重量を秤りＷ１（ｇ）とする。次に吸引機７１（測定容器７２と接する部分は少なくとも絶縁体）において、吸引口７７から吸引し風量調節弁７６を調節して真空計７５の圧力を２ｋＰａとする。

この状態で１分間吸引を行ない、現像剤を吸引除去する。この時の電位計７９の電位をＶ（ボルト）とする。ここで７８はコンデンサーであり容量をＣ（μＦ）とする。また、吸引後の測定機全体の質量を秤りＷ２（ｇ）とする。無機微粉体或いはトナー粒子の摩擦帯電量Ｑ（μＣ／ｇ）は下式の如く計算される。

Ｑ＝ＣＶ／（Ｗ１−Ｗ２）
また、外添剤に求められる特性として、帯電極性だけでなく、感光ドラム１表層の硬度より高いものを用いればより好ましい。

その理由を以下に示す。まず、本実施の形態の画像形成装置で使用する感光ドラム１について説明する。感光ドラム１の削れ易さはドラムの硬度に相関し、ユニバーサル硬度によって表すことができる。本実施の形態で使用する感光ドラム１は、ユニバーサル硬度（Ｈｕ）が２３５のものである。また、他の感光ドラムでも適用可能である。

ユニバーサル硬度（Ｈｕ）は、ドイツ、フィッシャー（株）社製硬度計（Ｈ１００ＶＰ−ＨＣＵ）を用いて測定した。以後、これをフィッシャー硬度計と呼ぶ。測定環境は、すべて２３℃／５５％ＲＨで行った。フィッシャー硬度計は、従来のマイクロビッカース法のように、圧子を試料表面に押し込み、除荷後(荷重を除いた後)の残留くぼみを顕微鏡で測定し硬さを求める方法ではない。圧子に連続的に荷重をかけ、荷重下での押し込み深さを直読し、連続的硬さを求める方法である。

ユニバーサル硬度（Ｈｕ）は、次のように規定される。圧子は四角錐の先端の対面角度（１３６°）のダイヤモンド圧子（ビッカース圧子）を使用し、試験荷重下での押し込み深さを測定する。ユニバーサル硬度（Ｈｕ）は、試験荷重をその試験荷重で生じた圧痕（圧子の幾何学的形状から計算された）の表面積で除した比率で表示され、以下の式（１）で表される。即ち、
Ｈｕ＝（試験荷重（Ｎ））／（試験荷重下でのビッカース圧子の表面積（ｍｍ^２））
＝Ｆ／（２６．４３×ｈ2）（Ｎ／ｍｍ^２）…式（１）
ここで、Ｈｕ：ユニバーサル硬度（Ｎ／ｍｍ^２）、Ｆ：試験荷重（Ｎ）、ｈ：試験荷重下での押し込み深さ（ｍｍ）、である。

硬度計の測定条件は、四角錐で先端の対面角１３６゜のダイヤモンド圧子で荷重をかけて測定する膜に１μｍまで押し込み、加重をかけた状態での押し込み深さを電気的に検出して読みとる。硬度計で測定された例を図６に示す。横軸は押し込み深さ３（μｍ）で、縦軸は荷重Ｌ（ｍＮ）である。ここで得られた荷重Ｌと押し込み深さを式（１）に入れてユニバーサル硬度が求められる。

上述したように、外添剤の特性としてトナーの帯電極性と逆の帯電極性を有していれば、トナーが感光ドラム１に付着しない非画像形成時において積極的に外添剤を感光ドラム１へ飛翔させる。この外添剤をクリーニングブレード７と感光ドラム１の当接部へ供給して、感光ドラム表面の研磨剤として用いることができる。

また、感光ドラム１を帯電部材で帯電させると、感光ドラム１表面に放電生成物が付着し、感光ドラム１表面の潜像が乱れる現象である、“画像流れ”が発生し易くなる。そこで、外添剤の硬度が感光ドラム１の表層の硬度以上（研磨粒子の硬度は、像担持体の表層の硬度より高い）であれば、感光ドラム１表面に付着した放電生成物を感光ドラム１表層と共に外添剤で削り取ることができる。従って、外添剤の特性としてトナーの帯電極性と逆の帯電極性を有し、且つその硬度が感光ドラム表面の硬度(ユニバーサル硬度)以上であればより好ましい。

トナー１１に含有された研磨粒子ｍは現像装置４からドラム１感光体を経由してクリーニング部ｂに運ばれて貯る。その研磨粒子ｍによりドラム１の表面を摺擦して放電生成物を除去している。研磨粒子ｍは、帯電特性がトナーと逆極性である。そして、ドラム１上の白地部（非画像部）において、ドラム１の暗部電位Ｖｄと現像バイアスの直流電圧成分の電圧値Ｖｄｅｖとの差電位Ｖｂａｃｋに応じて現像装置４からドラム１に供給される量が増える。研磨粒子ｍは、トナー１１と逆極性であるため、転写部においてシート１３に対して実質的に転写されずにクリーニング部ｂに捕集されている。

＜研磨粒子のドラムへの供給量制御＞
本実施例においては、現像装置４によるドラム表面の静電潜像の現像は、電源Ｅ１０からスリーブ１０に対して下記の現像バイアスを印加してジャンピング現像を実現している。

現像バイアス：ＤＣ成分（直流成分の電位Ｖｄｅｖ）-３５０Ｖに、ＡＣ成分１４００Ｖｐｐ（Ｖｐｐ：交流成分の電位振巾）、周波数２０００Ｈｚ、５０％Ｄｕｔｙ、矩形波の交流電圧を重畳させた振動電圧
ここで、本実施例において、温度３０℃、湿度９０％の高温高湿環境下において印字率２％の横線画像を２枚／１８秒で間欠耐久を公称寿である６０００枚まで行う。そして、５００枚毎に出力したベタ白画像の反射濃度平均値を測定した。その結果を、図３の（ａ）中の“カブリ未対策”に示す。また、トナー劣化起因のカブリ対策として、表１に挙げるテーブルの様にＶｂａｃｋの切り替えを行った場合、図３の（ａ）中の“Ｖｂａｃｋ変更”に示す様に、３０００枚以降においてカブリ未対策と比較すると、カブリが良化している。

上記の“カブリ対策”の制御を行った場合、４０００枚以降の耐久後半において、画像流れ、ドラム融着等が発生している。これは、３０００枚以降において、Ｖｂａｃｋが小さくなり、研磨粒子ｍの飛翔量が減って、耐久後半のドラム表面のクリーニング部ｂにおける研磨粒子ｍによる削れ量が少なくなっている為であると考えられる。ここで、研磨粒子ｍの飛翔量とは、現像領域Ｄにおいて、スリーブ１０からドラム１への研磨粒子ｍの飛翔量（ｍｇ／分）である。尚、本実施例では、Ｖｂａｃｋの切り替えを２回行っているが、カブリ値の変化に応じて切り替え回数や切り替えタイミングは、最適に設定する事が好ましい。

そこで、本実施例では、上述の“カブリ対策”の制御を行いながらも、研磨粒子ｍの飛翔量を減らさない様に、非画像形成時の現像バイアスのＡＣ成分を画像形成時よりも大きな設定として、非画像形成時の研磨剤ｍの飛翔量を増やす方法を用いた。

ここで、非画像形成時とは、シート１３に転写して出力するための画像の形成動作を行っている画像形成時以外のタイミングである。非画像形成時としては、例えば、画像形成動作前の準備動作時である前回転時、画像形成動作後の整理動作時である後回転時が挙げられる。また、複数のシート１３に対する一連の画像形成動作中（連続画像形成動作中）の先行のシート１３と次の後続のシート１３との間に対応する紙間時などが挙げられる。

このように、非画像形成時に、現像バイアスのＡＣ成分Ｖｐｐを大きくすることにより、研磨粒子ｍの飛翔量を増加させ、短時間で効率良くクリーニング部ｂに研磨粒子ｍを供給することができる。

また、本実施例では、上述の現像バイアスの切り替え制御は制御回路部１０１によって行われる。Ｖｂａｃｋ、又は、Ｖｐｐを変更するタイミングに関しては、制御回路部１０１は、ドラム駆動時間に関する情報を蓄積している、カートリッジ２０の有する不揮発性の記憶メモリ２１を用いて判断される。ここで、Ｖｂａｃｋ電位を１５０Ｖに固定したまま、現像バイアスのＡＣ成分のピーク間電圧Ｖｐｐを変化させることによって、ドラム上へ研磨粒子ｍの飛翔量がどの様に変化するかを検討した結果を、図３の（ｂ）に示す。画像形成時の現像バイアスは１４００Ｖｐｐ、非画像形成時の現像バイアスは３０００Ｖｐｐと設定した作用により、研磨粒子ｍがドラム１に供給される。そして、特に、現像バイアスの交流成分のピーク間電圧Ｖｐｐを３０００Ｖｐｐに上げると、１４００Ｖｐｐ時の約２倍の飛翔量を得ることが可能である。

本実施例では、研磨粒子ｍの飛翔量（単位は、ｍｇ／分である。）は、次のように測定した。上記画像形成時又は非画像形成時のバイアス条件に設定し、例えば５分間連続して装置を稼動し、その間にクリーニング装置６でトナーを回収する。その後、クリーニング装置６内のトナーを回収し、そのトナーの中から研摩粒子ｍを分離して重量ｍｇを測定し、５で割って１分間当たりの回収量ｍｇ／分を算出する。

このように、本実施例では、画像形成時にドラム１を経由してブレード７とドラム１の当接部であるクリーニング部ｂに研磨粒子ｍが供給されると共に、非画像形成時には、Ｖｐｐアップによって単位時間当たりのドラム１への研磨粒子供給量を増大させている。そして、ドラム１を介してクリーニング部ｂへ供給される研磨粒子ｍの量を増大させている。

画像形成装置１００の構成によって、ドラム１に付着する放電生成物量は異なり、また、研磨粒子のクリーニング部ｂへの所望の供給量は異なる。従って、画像形成装置の構成に応じて変更することができるものであるが、本発明者の検討によれば、上記測定方法で測定した研磨粒子ｍの飛翔量は、非画像形成時には１．５ｍｇ／分以上、６．０ｍｇ／分以下であることが好ましい。この範囲より研磨粒子ｍの飛翔量が少ないと、所望の研磨粒子ｍの供給量を得るために時間が掛かり過ぎたり、又十分な量の研磨粒子ｍを供給できなくなったりすることがある。一方、この範囲より研磨粒子ｍの飛翔量が多いと、現像装置４の現像剤中から過剰に研摩粒子が無くなり、現像装置４の現像能力そのものが大きく変化してしまうことがある。

尚、上述のように現像バイアスの交流成分のピーク間電圧を大きくすることによって、研磨粒子ｍの飛翔量が増大するが、リークの観点から、このピーク間は、４．０ＫＶ以下とすることが好ましい。即ち、非画像形成時における研磨粒子の供給時には、現像バイアスの交流成分のピーク間電圧は、画像形成時における現像バイアスの交流成分のピーク間電圧以上、且つ、４．０ＫＶ以下とすることが好ましい。

上述のように、本実施例では、カブリ対策としてＶｂａｃｋ設定を切り替えたタイミングに応じて、非画像形成時における現像バイアスのピーク間電圧Ｖｐｐを画像形成時よりも大きくする制御を行った。具体的には、非画像形成時の現像バイアスＡＣ成分に関して、表２に示す様に、３００１〜５０００枚出力時に２２００Ｖｐｐ、５００１〜６０００枚時に３０００Ｖｐｐへ変更した。これにより、耐久後半におけるトナー劣化要因の現像領域Ｄのカブリ値を低化させる事なく、研磨粒子ｍのドラム１への飛翔量を効果的に増加させることが可能である。

そして、耐久後半におけるカブリ対策としてＶｂａｃｋを小さくした場合でも、クリーニングブレード７とドラム１の当接部ｂへの研磨粒子供給量を常に一定量以上に維持することが可能となる。従って、長期の耐久に渡って、カブリを抑制しつつ、放電生成物による画像流れ、ドラム融着等の画像不良の発生を低減させる事が可能である。

上記の実施例１の装置１００をまとめると次のとおりである。静電潜像が形成される像担持体１と、像担持体１に接触して像担持体１の帯電を行う帯電手段２と、前記静電潜像を現像剤１１により現像する現像手段４を有する。また、帯電手段２に対して帯電バイアスを出力する帯電バイアス出力手段Ｅ２と、現像手段４に対して現像バイアスを出力する現像バイアス出力手段Ｅ１０を有する。現像剤１１は像担持体１の表面を研磨する為の研磨粒子ｍを含有しており、研磨粒子ｍは現像剤１１の正規帯電極性とは逆極性に帯電する性質を有している。そして、研磨粒子ｍが像担持体１へ供給される量を増やす為に、現像剤１１の消費量に関わる情報に応じて、現像バイアス出力手段の設定条件が非画像形成時と画像形成時において異なる。

また、現像剤１１は一成分磁性トナーである。現像バイアスは、直流電圧成分と交流電圧成分とが重畳された振動電圧である。現像バイアス出力手段の設定条件とは、交流成分の電位振巾Ｖｐｐ、または、直流成分の電位Ｖｄｅｖ、。現像剤の消費量に関わる情報を指示する為の手段として、メモリ２１が搭載されており、メモリ２１に像剤担持体の駆動時間に関わる情報を保持している。

［実施例２］
本実施例２では、実施例１と同じく、耐久後半のＶｂａｃｋを切り替えるタイミングにおいて、研磨粒子ｍのドラム１上への供給量を増やす手段として、非画像形成時における現像バイアスＡＣ成分の周波数を変更する方法を説明する。即ち、本実施例においては、現像バイアス出力手段の設定条件が周波数である。

具体的には、非画像形成時における現像バイアスＡＣ成分の周波数を大きくする制御を行う。これにより、更に短時間でドラム１への研磨粒子ｍの飛翔量を効果的に増加させる事が可能である。実施例１と同様な測定方法によって、研磨粒子ｍの飛翔量と現像バイアスＡＣ成分の周波数の関係を調べた結果を図４の（ａ）に示す。周波数を大きくすれば、ドラム１上への研磨剤供給量が増える傾向が確認出来る。

そこで、本実施例では、表３に示す様に、現像バイアスＡＣ成分の周波数が画像形成時の２０００Ｈｚに対して、３００１〜５０００枚時において２５００Ｈｚ、５００１〜６０００枚時において３０００Ｈｚに切り替える制御を行った。その効果として、耐久後半における画像流れ、ドラム融着等の画像弊害の発生を低減させる事が出来た。

［実施例３］
本実施例３では、耐久後半のＶｂａｃｋを切り替えるタイミングにおいて、研磨粒子ｍのドラム１上への供給量を増やす手段として、非画像形成時における現像バイアスＤＣ成分（直流成分の電位Ｖｄｅｖ）を変更してＶｂａｃｋを変更する方法を説明する。

具体的には、非画像形成時における現像バイアスＤＣ成分を変更することによって、Ｖｂａｃｋを変更して研磨粒子飛翔量を増やす方法である。尚、本実施例では、帯電バイアスは画像形成時と同じ設定とした。また、帯電バイアスを変更して感光ドラム上の帯電電位を変化させ、Ｖｂａｃｋを変化させる方法でも同様に研磨剤飛翔量を増やす事が可能である。図４の（ｂ）にＶｂａｃｋと研磨粒子の飛翔量の関係を調べた実験結果を示す。Ｖｂａｃｋを増やす事によって、感光ドラム１への研磨粒子の飛翔量を増加させる事が可能である事が解る。

また、画像形成時と非画像形成時におけるＶｂａｃｋを異なる設定とする手段としては、非画像形成時の帯電バイアスＤＣ成分を変更することによって、Ｖｂａｃｋを変更する手段も挙げられる。即ち、研磨粒子ｍが像担持体１へ供給される量を増やす為に、現像剤１１の消費量に関わる情報に応じて、帯電バイアス出力手段Ｅ２の設定条件が非画像形成時と画像形成時において異なる。つまり、像担持体を一様に帯電する電圧値Ｖｄと現像手段４に印加するバイアスの直流電圧成分の電圧値Ｖｄｅｖとの差Ｖｂａｃｋが変更されるタイミングに合わせて、帯電バイアス出力手段Ｅ２に関して、画像形成時と非画像形成時における設定条件が異なる。帯電バイアス出力手段Ｅ２の設定条件とは、直流成分の電位Ｖｐｒｅである。これによっても、現像バイアス出力手段Ｅ１０の設定条件が非画像形成時と画像形成時において異なる場合と同様の効果を得ることができる。

研磨粒子ｍが像担持体１へ供給される量を増やす為に、現像バイアス出力手段Ｅ１０の設定条件と帯電バイアス出力手段Ｅ２の設定条件の両方を非画像形成時と画像形成時において異ならせることもできる。

実施例の装置１００は像担持体として感光体を用いた電子写真方式の装置であるが、装置１００は静電記録方式の装置であってもよい。この装置は、像担持体として感光性の無い誘電体を用い、その表面を帯電手段で一様に帯電し、その帯電面を除電針アレイ等の除電手段で選択的に除電して画像情報に対応した静電潜像を形成する。その静電潜像を現像手段で現像剤像（トナー像）として現像する。以下、電子写真方式の装置と同様に、転写工程、定着工程により、画像形成物を出力する。像担持体はクリーニング手段で清掃して繰り返して画像形成に供するものである。このような装置にも本発明を適用して同様の効果を得ることができる。

１・・像担持体、２・・帯電手段、１１・・現像剤、４・・現像手段、Ｅ２・・帯電バイアス出力手段、Ｅ１０・・現像バイアス出力手段、ｍ・・研磨粒子

Claims (9)

1. 静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体に接触して前記像担持体の帯電を行う帯電手段と、前記静電潜像を現像剤により現像する現像手段と、前記帯電手段に対して帯電バイアスを出力する帯電バイアス出力手段と、前記現像手段に対して現像バイアスを出力する現像バイアス出力手段と、を備え、前記現像剤は、前記像担持体の表面を研磨する為の研磨粒子を含有しており、前記研磨粒子は、前記現像剤の正規帯電極性とは逆極性に帯電する性質を有している、画像形成装置において、
   前記研磨粒子が前記像担持体へ供給される量を増やす為に、前記現像剤の消費量に関わる情報に応じて、前記現像バイアス出力手段の設定条件が非画像形成時と画像形成時において異なる事を特徴とする画像形成装置。
2. 静電潜像が形成される像担持体と、前記像担持体に接触して前記像担持体の帯電を行う帯電手段と、前記静電潜像を現像剤により現像する現像手段と、前記帯電手段に対して帯電バイアスを出力する帯電バイアス出力手段と、前記現像手段に対して現像バイアスを出力する現像バイアス出力手段と、を備え、前記現像剤は、前記像担持体の表面を研磨する為の研磨粒子を含有しており、前記研磨粒子は、前記現像剤の正規帯電極性とは逆極性に帯電する性質を有している、画像形成装置において、
   前記研磨粒子が前記像担持体へ供給される量を増やす為に、前記現像剤の消費量に関わる情報に応じて、前記帯電バイアス出力手段の設定条件が非画像形成時と画像形成時において異なる事を特徴とする画像形成装置。
3. 前記現像剤は一成分磁性トナーである事を特徴とする請求項１または請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記現像バイアスは、直流電圧成分と交流電圧成分とが重畳された振動電圧である事を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の画像形成装置。
5. 前記現像バイアス出力手段の設定条件とは、交流成分の電位振巾Ｖｐｐ、または、直流成分の電位Ｖｄｅｖ、または、周波数である事を特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
6. 前記帯電バイアスは、直流電圧成分のみ、または、直流電圧成分と交流電圧成分とが重畳された振動電圧であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の画像形成装置。
7. 前記帯電バイアス出力手段の設定条件とは、直流成分の電位Ｖｐｒｅである事を特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
8. 前記現像剤の消費量に関わる情報を指示する為の手段として記憶手段が搭載されており、前記記憶手段に前記像担持体の駆動時間に関わる情報を保持していることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の画像形成装置。
9. 前記研磨粒子の硬度は、前記像担持体の表層の硬度より高い請求項１乃至８のいずれか一項に記載の画像形成装置。