JP2004191743A

JP2004191743A - 画像形成装置、及びプロセスカートリッジ

Info

Publication number: JP2004191743A
Application number: JP2002360834A
Authority: JP
Inventors: Manabu Furuki; 学古木; Koji Fukushima; 浩次福島; Yoshihiro Maekawa; 佳洋前川; Naoki Onishi; 直樹大西; Jin Kasono; 仁加園
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2004-07-08
Also published as: US6898396B2; US20040126138A1

Abstract

【課題】球形状トナーを用いて、接触帯電手段表面のトナー汚染を防止し長期にわたって良好な帯電状態を持続させ、かつ像担持体表面のトナーフィルミングを防止し、安定した画像形成が行える画像形成装置、及び画像形成装置に脱着可能なプロセスカートリッジを提供すること。
【解決手段】像担持体と、この像担持体の表面に接触して該表面を帯電させる接触型帯電手段と、この接触型帯電手段により帯電させられた前記像担持体の表面に、画像情報に応じて露光することにより静電潜像を形成する露光手段と、この静電潜像を球形状トナーにより現像してトナー像とする現像手段と、このトナー像を前記像担持体の表面から転写材に静電的に転写させる転写手段と、を有する画像形成装置であって、前記像担持体と前記接触帯電手段との当接部を通過する前の像担持体表面上の滞留トナー粒子の数が、単位面積（ｍｍ²）あたり１００〜４００個の範囲内であることを特徴とする画像形成装置、及び画像形成装置に脱着可能なフプロセスカートリッジである。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真方式を利用した小型の複写機、プリンタ、複合機等の画像形成装置に関するものであり、さらに詳しくは、トナーとしてほぼ球状のトナーを使用した場合の不具合を解消するための改良が施された画像形成装置、及び画像形成装置に脱着可能なプロセスカートリッジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子写真方式を利用した画像形成装置では、ドラム又はベルト形態にした有機感光体等からなる像担持体の表面に公知の電子写真プロセスにより静電潜像を形成した後、その静電潜像をトナーを用いて現像してトナー像とし、次いで、このトナー像を直接又は中間転写体を介して記録用紙に静電的に転写した後、加熱等によりトナーを該記録用紙表面に融着させることにより画像形成が行われている。
【０００３】
このトナーとしては、主成分である樹脂中に着色剤や帯電制御剤等を必要に応じて分散させて粒子形状にした乾式トナーが主に使用されており、かかる乾式トナーは、一成分現像剤又は二成分現像剤という仕様形態にかかわらず、そのほとんどが、主成分である樹脂中に着色剤等を混練して均一に分散させてから機械的に粉砕した後、所望の粒子径及び粒度分布が得られるように分級するいわゆる機械粉砕法にて製造されている。
【０００４】
ところで、このような画像形成装置においては、近年の高画質化の要求から、トナーの小粒子径化が図られており、このようなトナーの粒度分布は狭いことが必要とされている。この粒度分布が広い場合には、相対的に粒子径の小さなトナー及び粒子径の大きなトナーの割合が増加し次のような不具合の発生を招く場合がある。すなわち粒子径の小さいトナーが多い場合には、このトナーが現像器から飛散しやすくなるため画像形成装置内の汚染等を発生させたり、また、二成分現像剤では前記トナーがキャリアへ付着しやすくなるためトナーの帯電性を低下させてしまう。一方、粒子径の大きいトナーが多い場合には画質の低下を招きやすくなる等の不具合が発生する。
【０００５】
しかし、このような粒度分布の狭い小粒径のトナーを上記した機械粉砕法により製造する場合には、生産能力や収率が大幅に低下し、コストが高くなってしまう。このため、かかるトナーを製造する方法として重合法あるいは溶解法等の湿式法が提案されている。
【０００６】
重合法は、モノマー材料に着色剤等を混入した状態で重合反応させて造粒させることによりトナー粒子を得るものであり、その反応時間等を調整することにより粒径をコントロールすることが可能であることから、原理上、粒度分布を非常に狭くすることが可能であるとされている。
【０００７】
また，溶解法には、結着樹脂と着色剤等を有機溶剤中に溶解又は分散させて油相を調製し、該油相成分を水相中で懸濁造粒するによりトナー粒子を得る製法であり，小粒径化や粒度分布制御が可能である。
【０００８】
これら重合法あるいは溶解法のような湿式法により得られるトナーは、その粒子形状がほぼ球径である点が特徴であるのに対し、上記した機械粉砕法により得られるトナーの粒子形状は一般に不定形である。このため機械粉砕法により得られる不定形状のトナーと比較して湿式法により得られるほぼ球形のトナーは、小粒径かつ球形上であるために該トナーと像担持体表面との接触面積が小さいために、前記トナーの像担持体表面に対する付着力が小さくなり転写効率が非常に良くなるというメリットがあることも知られている。このような良好な転写効率は画像を形成するために利用されることなく廃棄されるトナーが少なくなるため、従来のトナーと比較すると、トナーの使用量が節約でき、経済的で環境にもやさしい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この湿式法によるトナーは、その粒子形状がほぼ球形であるため、次のようなデメリットがあることが知られている。すなわち画像形成装置、特にクリーナーレスの画像形成装置において像担持体表面に滞留しているトナー粒子の数（転写後像担持体表面に残留しつづけるトナー粒子数又はかぶりトナー粒子数又はクラウドトナー粒子数の総計）が多いと接触帯電器と像担持体との当接部を通過した際にこのトナーが接触帯電器表面に付着する。この際、このような付着が繰り返されることにより、接触帯電器表面が汚染され良好な帯電状態を持続することができなくなり、接触帯電器汚染が発生した状態で画像形成が行われた場合には、得られた画像に白抜けが発生して画質低下を招くことになる。また、像担持体に表面に滞留しているトナー粒子の数が少ない場合、接触帯電器と像担持体あるいは転写部材と像担持体の当接部からの圧力を滞留トナー粒子が受けやすくなり、通過したさいこの滞留トナーは変形して像担持体表面に付着する。この際、このような付着が繰り返されることにより、像担持体表面にトナーが異物として固着するトナーフィルミングが発生する。このトナーフィルミングが発生した状態で画像形成が行われた場合には、得られた画像に残像や筋が発生して画質低下を招くことになる。
【００１０】
本発明は、前記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明の目的は、球形状トナーを用いて、接触帯電手段表面のトナー汚染を防止し長期にわたって良好な帯電状態を持続させ、かつ像担持体表面のトナーフィルミングを防止し、安定した画像形成が行える画像形成装置、及び画像形成装置に脱着可能なプロセスカートリッジを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、本発明は、
（１）像担持体と、この像担持体の表面に接触して該表面を帯電させる接触型帯電手段と、この接触型帯電手段により帯電させられた前記像担持体の表面に、画像情報に応じて露光することにより静電潜像を形成する露光手段と、この静電潜像を球形状トナーにより現像してトナー像とする現像手段と、このトナー像を前記像担持体の表面から転写材に静電的に転写させる転写手段と、を有する画像形成装置であって、
前記像担持体と前記接触帯電手段との当接部を通過する前の像担持体表面上の滞留トナー粒子の数が、単位面積（ｍｍ²）あたり１００〜４００個の範囲内であることを特徴とする画像形成装置。
【００１２】
（２）前記像担持体と前記接触帯電手段との当接部を通過する前の像担持体表面上の滞留トナー粒子の下記式（１）で表されるトナー形状変化率（Ｔｔ）が、５０％〜１００％の範囲内であることを特徴とする前記（１）に記載の画像形成装置。
式（１）Ｔｔ（％）＝（ｈ／ｘ）×１００
〔式（１）において、ｘは、トナー粒子投影像の最大長さ（μｍ）を表し、ｈは、該トナー粒子投影像の最大長さ方向の軸と垂直な面に形成される滞留トナー粒子投影像の最大長さ（μｍ）を表し、ｘ≧ｈである。〕
【００１３】
（３）前記球形状トナーの下式（２）で表される形状指数（ＳＦ）が、１３５以下であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の画像形成装置。
式（２）ＳＦ＝（２πＬ²／４Ａ）×１００
〔式（２）において、Ｌは、球形状トナー粒子投影像の最大長さ（μｍ）を表し、Ａは、該球形状トナー粒子投影像の面積（μｍ²）を表す。〕
【００１４】
（４）前記球形状トナーの体積平均粒径が、２μｍ〜９μｍの範囲内であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の画像形成装置。
【００１５】
（５）少なくとも、像担持体と、この像担持体の表面に接触して該表面を帯電させる接触型帯電手段と、を備えるプロセスカートリッジであって、
前記像担持体と前記接触帯電手段との当接部を通過する前の像担持体上の滞留トナー粒子の数が、単位面積（ｍｍ²）あたり１００〜４００個の範囲内であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
【００１６】
（６）前記像担持体と前記接触帯電手段との当接部を通過する前の像担持体上の滞留トナー粒子の下式（１）で表されるトナー形状変化率（Ｔｔ）が、５０％〜１００％の範囲内であることを特徴とする前記（５）に記載のプロセスカートリッジ。
式（１）Ｔｔ（％）＝（ｈ／ｘ）×１００
〔式（１）において、ｘは、トナー粒子投影像の最大長さ（μｍ）を表し、ｈは、該トナー粒子投影像の最大長さ方向の軸と垂直な面に形成される滞留トナー粒子投影像の最大長さ（μｍ）を表し、ｘ≧ｈである。〕
【００１７】
【発明の実施形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の画像形成装置は、像担持体と接触帯電手段との当接部を通過する前の像担持体上の滞留トナー粒子の数が、単位面積（ｍｍ²）あたり、１００〜４００個の範囲内であることを特徴とする。この滞留トナー粒子の数は、単位面積（ｍｍ²）あたり１５０〜３５０個の範囲が好ましく、２００〜３００個の範囲がより好ましい。
【００１８】
本発明の画像形成装置は、滞留トナー粒子の数を上記範囲に制御することで、接触帯電手段表面のトナー汚染を防止し長期にわたって良好な帯電状態を持続させ、かつ像担持体表面のトナーフィルミングを防止し、安定した画像形成が行えるという、効果を奏するものである。また、球形状トナーを用いているため、廃棄トナーの発生が少なく環境にもやさしい。
【００１９】
この滞留トナー粒子の数が上記範囲より多い場合は、接触帯電器と像担持体との当接部を通過した際に滞留トナー多いために接触帯電器表面に付着する。この際、このような付着が繰り返されることにより、接触帯電器表面が汚染され良好な帯電状態を持続することができなくなり、接触帯電器汚染が発生した状態で画像形成が行われた場合には、得られた画像に白抜けが発生して画質低下を招くことになる。
【００２０】
また、像担持体に表面に滞留しているトナー粒子の数が上記範囲より少ない場合、接触帯電器と像担持体あるいは転写部材と像担持体の当接部からの圧力を受けやすくなり、通過したさいこの滞留トナーは変形量が増加し（具体的には例えば後述する滞留トナー変化量（Ｔｔ）が５０％未満と成り易くなる）、前記変形量が大きいために像担持体表面に付着する。この際、このような付着が繰り返されることにより、像担持体表面にトナーが異物として固着するトナーフィルミングが発生する。このトナーフィルミングが発生した状態で画像形成が行われた場合には、得られた画像に残像や筋が発生して画質低下を招くことになる。
【００２１】
ここで、「滞留トナー粒子」とは、転写後に、像担持体表面に残留しつづけているトナー、非画像形成時に現像され滞留するかぶりトナー、現像器よりクラウドし滞留するトナー、現像器に回収されないトナー等を示し、滞留トナー粒子数は、これらの単位面積（ｍｍ²）当りの総数を示す。
【００２２】
なお、像担持体単位面積（ｍｍ²）当たりの滞留トナー粒子数は、レーザー顕微鏡（株式会社キーエンス製：ＶＫ８５００）を用いて任意の箇所を１０箇所以上測定し、その粒子数の平均値を算出される。
【００２３】
このような滞留トナー粒子数を制御する方法としては、使用する球形状トナーを用いた現像剤、接触帯電器、像担持体、現像条件、転写条件等のさまざまな要素を制御することにより所望の値を得ることが可能である。このような要素として、特に限定されるものではないが、例えば、以下に示す要素を考慮して制御される。
・ファーブラシなどによる像担持体表面のトナークリーニング性能として、ブラシ材質、ブラシ抵抗、ブラシ外径、ブラシ密度、ブラシパイル長、デニール（太さ）、ブラシ先端力、像担持体とのニップ幅、像担持体との食い込み量、荷重、印可電圧（直流、交流）等。
・転写部材の転写性能として、抵抗、硬度、ニップ幅、荷重、印可電圧、用紙突入角度、像担持体上のトナー帯電量等。
・現像剤の帯電性能や現像性能として、トナー粒子の帯電量、キャリア粒子の帯電量、キャリア粒子の抵抗、現像剤抵抗、トナー濃度、現像ロール（磁力、現像表面粗さ、材質、外径、速度、現像剤量、抵抗）、現像ロールと像担持体との距離等
・接触帯電器として用いる帯電ロールの表面硬度を、ＭＤ１硬度計で７０以下とすること。
・その他として接触帯電器の材質、抵抗、ニップ幅、荷重、印可電圧等
【００２４】
本発明の画像形成装置では、さらに、像担持体と接触帯電手段との当接部を通過する前の像担持体表面上の滞留トナー粒子の下記式（１）で表される滞留トナー形状変化率（Ｔｔ）が５０％〜１００％の範囲内とすることで、滞留トナーの変形量が小さく制御し、より効果的にトナーフィルミングの発生を防止し長期間にわたり欠陥のない安定した画像を得ることができる。このトナー形状変化率（Ｔｔ）は、６５％〜１００％の範囲が好ましく、８０％〜１００％の範囲がより好ましい。
【００２５】
式（１）Ｔｔ（％）＝（ｈ／ｘ）×１００
〔式（１）において、ｘは、トナー粒子投影像の最大長さ（μｍ）を表し、ｈは、該トナー粒子投影像の最大長さ方向の軸と垂直な面に形成される滞留トナー粒子投影像の最大長さ（μｍ）を表し、ｘ≧ｈである。〕
【００２６】
ここで、「滞留トナー形状変化率（Ｔｔ）」とは、像担持体と、接触帯電器あるいは転写部材との当接部を通過する前位置において、滞留トナー粒子を、少なくとも０〜５０個以上サンプリングしこれら個々の滞留トナー粒子の投影像の最大長さｘ（μｍ）、及び、該滞留トナー粒子投影像の最大長さｈ（μｍ）、を上記式（１）に代入して得られた個々の値を平均して求めたものである。
【００２７】
なお、サンプリングされた個々の滞留トナー粒子のｘ値及びｈ値は、画像解析装置（株式会社ネクサス製：ＮＥＸＵＳ）を用いて測定する。
【００２８】
また、ｘ値及びｈ値の定義において、「トナー粒子投影像」とは、平面スクリーンとこれに対して、光を実質的に垂直に照射する光源と、の間に球形状トナーや変形トナー等のトナー粒子を設置したときに、前記平面スクリーン表面に形成される前記トナー粒子の投影像のことを意味する。
【００２９】
このような、滞留トナーのトナー形状変化率（Ｔｔ）は、球形状トナーを用いた現像剤、接触帯電器、像担持体、現像条件、転写条件等のさまざまな要素を制御することにより所望の値を得ることが可能である。このような要素としては特に限定されるものではないが、例えば、以下に示す要素を考慮して制御される。
・球形状トナーの硬度を適宜選択すること。
・接触帯電手段として用いる帯電ロールの表面硬度を、ＭＤ１硬度計で７０以下とすること。なお、必ずしもトナー形状変化率と相関するわけではない。
【００３０】
本発明の画像形成装置は、像担持体と、この像担持体の表面に接触して該表面を帯電させる接触型帯電手段と、この接触型帯電手段により帯電させられた前記像担持体の表面に、画像情報に応じて露光することにより静電潜像を形成する露光手段と、この静電潜像を球形状トナーにより現像してトナー像とする現像手段と、このトナー像を前記像担持体の表面から転写材に静電的に転写させる転写手段と、を有するものであり、必要に応じてその他の手段を有することができる。特に、本発明の画像形成装置として、ブレードクリーナーレスシステムの画像形成装置を適用すると、滞留トナー数は２００〜３００個でトナー形状変化率は８０％以上となるため、接触帯電手段表面のトナー汚染を防止し長期にわたって良好な帯電状態を持続させ、かつ像担持体表面のトナーフィルミングを防止し、安定した画像形成が行えるという、効果をより効果的に奏することが可能となる。
【００３１】
本発明の画像形成方法は、球形状トナーを適用させるものであるが、この「球形状トナー」とは、完全な真球及び真球に近い形状を有するものの両方を意味する。また、前記球形状トナーは、通常は重合法あるいは溶解法等の湿式法により製造されるものであるが、ほぼ球形状のトナーが得られるのであれば、その製造方法は特に限定されず、例えば、機械粉砕法等の他の製法により製造されるものであってもよい。
【００３２】
このような球形状トナーは、下式（２）で表される形状指数（ＳＦ）によって定量的に表現され、この値が、１００である場合は真球を意味し、１００に近いほど、その形状が真球に近いことを意味する。本発明において、この形状指数（ＳＦ）は、１３５以下であることが好ましく、１２５以下がより好ましい。
式（２）ＳＦ＝（２πＬ²／４Ａ）×１００
〔式（２）において、Ｌは、球形状トナー粒子投影像の最大長さ（μｍ）を表し、Ａは、該球形状トナー粒子投影像の面積（μｍ²）を表す。〕
【００３３】
この形状指数（ＳＦ）が、１３５を超える場合は、球形状トナーの像担持体表面に対する接触面積が大きくなるために、この球形状トナーの像担持体表面に対する付着力が大きくなり、転写効率が低下する場合がある。従って、このような場合には、画像を形成するために利用されることなく廃棄されるトナーが増加し、経済的にも、環境上も好ましくない。
【００３４】
なお、形状係数（ＳＦ）は、上記の画像解析装置（株式会社ネクサス製：ＮＥＸＵＳ）を用いて、重合法等により得られた球形状トナー粒子１００個の各々について、その投影像の最大長さＬ（μｍ）及び該球形状トナー粒子投影像の面積Ａ（μｍ²）を計測し、これらの値を上記の式（２）に代入して得られた個々の値を平均して求めたものである。
【００３５】
また、球形状トナーの体積平均粒径は、２μｍ〜９μｍの範囲内であることが好ましく、５μｍ〜８μｍの範囲内であることがより好ましい。
体積平均粒径が２μｍ未満の場合では、球形状トナーが現像器から飛散しやすくなるため画像形成装置内の汚染等を発生させたり、また、二成分現像剤では前記トナーがキャリアへ付着しやすくなるためトナーの帯電性を低下させてしまう場合がある。一方、体積平均粒径が９μｍを超えた場合では、画質の低下を招きやすくなる等の不具合が発生する。
【００３６】
本発明の画像形成装置に用いられる「転写材」とは、像担持体表面のトナー像を、記録用紙やＯＨＰシート等の記録材に間接的に転写する際に用いる中間転写体、あるいは、直接的に転写する場合に用いる前記記録材の両方を意味する。
【００３７】
以下、本発明の画像形成装置の実施形態の一例を、図面を参照して説明するが、本発明は、図面に示される例に限定されるものではない。
図１は、本発明の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。図１に示す画像形成装置８は、４つの像担持体１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋと、４つの接触帯電器２ｙ、２ｍ、２ｃ、２ｋと、４つの現像器３ｙ、３ｍ、３ｃ、３ｋ、２つの１次転写ロール４ｙｍ、４ｃｋと、２次転写ロール５と、加圧ロール６と、各像担持体表面に備えるブラシ１５ｙ、１５ｍ，１５ｃ，１５ｋとからなるブレードクリーナーレス電子写真方式、レーザービーム走査露光方式のフルカラー画像形成装置であり、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（黒）の４色のトナー像を形成する個々の像担持体１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋを有する。これら４色の像担持体としては負極帯電性の有機感光体を使用している。
【００３８】
また、図１において示された矢印Ｌｙ、Ｌｍ、Ｌｃ、Ｌｋは、この矢印の方向にレーザービームが不図示の光源より照射されることを意味する。なお、各符号の小文字のアルファベット、すなわち、ｙ、ｍ、ｃ及びｋはカラー画像を記録材７表面に形成する過程において、画像形成装置８を構成する個々の部材が関与する色を表すものであり、ｙはイエロー、ｍはマゼンタ、ｃはシアン及びｋは黒を意味する。
【００３９】
個々の像担持体１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋの周囲には、その回転方向（図１中の個々の像担持体１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋに示された矢印方向）に沿って、接触帯電器２ｙ、２ｍ、２ｃ、２ｋ、現像器３ｙ、３ｍ、３ｃ、３ｋ、１次転写ロール４ｙｍ、４ｃｋが順次配設されている。各々の像担持体、接触帯電器及び現像器は各色毎にペアをなしており、例えば、イエローの場合は、像担持体１ｙの周囲に接触帯電器２ｙと現像器３ｙとが配設されている。なお、回転する像担持体１ｙ表面には、イエローの画像情報を静電潜像として形成するレーザービームＬｙが、前記表面が接触帯電器２ｙと接触した後、現像器３ｙと隣接して向き合うまでの間に、照射される。これらは、他の３色についても同様である。
【００４０】
１次転写ロール４ｙｍは、回転する像担持体１ｙ及び１ｍと連動して回転するように接触して配置されており、１次転写ロール４ｃｋは、回転する像担持体１ｃ及び１ｋと連動して回転するように接触して配置されている。また、２次転写ロール５は、１次転写ロール４ｙｍ及び４ｃｋに連動して回転するように接触して配置されている。さらに、２次転写ロール５と、加圧ロール６とが接しており、この当接部を記録材７が通過した際に、２転写ロール５側の記録材７表面に画像が形成される。
【００４１】
各像担持体１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋはそれぞれの接触型帯電器２ｙ、２ｍ、２ｃ、２ｋにより一様に帯電されたあと、変調されたレーザビームＬｙ、Ｌｍ、Ｌｃ、Ｌｋにより、その表面に静電潜像が形成される。像担持体１ｙ，１ｍ，１ｃ，１ｋ表面の静電潜像は、現像器３ｙ、３ｍ、３ｃ、３ｋによりトナー像に現像される。その現像されたトナー像は、１次転写ロール４ｙｍにイエロー及びマゼンタが、１次転写ロール４ｃｋにシアン及び黒が二色づつ転写される。１次転写ロール４ｙｍ、４ｃｋにより転写されたトナー像は、２次転写ロール５に転写される。２次転写ロール５に転写されたカラートナー像は、２次転写ロール５と、加圧ロール６と、の当接部を記録材７が挿通する際に、その表面に一括して転写される。尚、１次転写ロール４ｙｍ、４ｃｋ、２次転写ロール５及び加圧ロール６には図示しない電源により正極性のバイアスが印加されるようになっており、負極性のトナーを静電転写できるようになっている。
【００４２】
そして、トナー転写後の担持体上の残留トナーをブレードクリーニングせずに、ブラシ１５ｙ、１５ｍ，１５ｃ，１５ｋで一度トラップさせ、ある程度溜め込んだ後に、その残留トナーを吐き出させる。
【００４３】
上記のような構成からなる画像形成装置８において、接触型帯電器２ｙ、２ｍ、２ｃ、２ｋが、導電性又は半導電性のローラ（以下、「帯電ロール」と略す）からなる場合は、像担持体１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋに対し、通常、直流電流を印加するが、交流電流をさらに重畳させて印加してもよい。
像担持体１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋは、上記したような帯電手段により、通常−３００〜−１０００Ｖに帯電される。なお、接触型帯電器２ｙ、２ｍ、２ｃ、２ｋが帯電ロールからなる場合は、本発明においては、回転体の表面に少なくとも１層以上からなる中間層と、さらにその表面に少なくとも弾性体からなる表面層が形成されてなるものである。しかし、回転体の表面に少なくとも弾性体からなる表面層のみを形成した構成であってもよい。
【００４４】
接触型帯電器２ｙ、２ｍ、２ｃ、２ｋは、例えば、金属等の剛性を有する材料からなるシャフト等の回転体表面に、少なくとも１層以上からなる中間層が形成され、さらにその表面に弾性体からなる表面層が形成されてなる。
【００４５】
表面層を形成する弾性体は、半導電性であり、また、この弾性体のバインダー材料としては、例えば、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）、ＢＲ（ポリブタジエンゴム）、ハイスチレンゴム（ＨｉＳｔｙｒｅｎｅｒｅｓｉｎｍａｓｔｅｒｂａｔｃｈ）、ＩＲ（イソプレンゴム）、ＩＩＲ（ブチルゴム）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｈａｌｏｇｅｎａｔｅｄｂｕｔｙｌｒｕｂｂｅｒ）、ＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）、水素化ＮＢＲ（Ｈ−ＮＢＲ）、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン３元共重合ゴム）、ＥＰＭ（エチレンプロピレンゴム）、ＮＢＲとＥＰＤＭとをブレンドしたゴム、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ＡＣＭ（アクリルゴム）、ＣＯ（ヒドリンゴム）、ＥＣＯ（エピクロルヒドリンゴム）、塩素化ポリエチレン（Ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ−ＰＥ）、ＶＡＭＡＣ（エチレン・アクリルゴム）、ＶＭＱ（シリコーンゴム）、ＡＵ（ウレタンゴム）、ＦＫＭ（ふっ素ゴム）、ＮＲ（天然ゴム）、ＣＳＭ（クロロスルフォン化ポリエチレンゴム）等のゴム材料が挙げられるが、上記に列挙したもの以外であってもゴム材料であれば特に限定されるものではない。
【００４６】
中間層は、導電性あるいは半導電性であり、また、中間層を構成するバインダー材料としては、ＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）、ＢＲ（ポリブタジエンゴム）、ハイスチレンゴム（ＨｉＳｔｙｒｅｎｅｒｅｓｉｎｍａｓｔｅｒｂａｔｃｈ）、ＩＲ（イソプレンゴム）、ＩＩＲ（ブチルゴム）、ハロゲン化ブチルゴム（Ｈａｌｏｇｅｎａｔｅｄｂｕｔｙｌｒｕｂｂｅｒ）、ＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）、水素化ＮＢＲ（Ｈ−ＮＢＲ）、ＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエン３元共重合ゴム）、ＥＰＭ（エチレンプロピレンゴム）、ＮＢＲとＥＰＤＭとをブレンドしたゴム、ＣＲ（クロロプレンゴム）、ＡＣＭ（アクリルゴム）、ＣＯ（ヒドリンゴム）、ＥＣＯ（エピクロルヒドリンゴム）、塩素化ポリエチレン（Ｃｈｌｏｒｉｎａｔｅｄ−ＰＥ）、ＶＡＭＡＣ（エチレン・アクリルゴム）、ＶＭＱ（シリコーンゴム）、ＡＵ（ウレタンゴム）、ＦＫＭ（ふっ素ゴム）、ＮＲ（天然ゴム）、ＣＳＭ（クロロスルフォン化ポリエチレンゴム）等のゴム材料が挙げられる。
上記のゴム材料に加えて、更に、ＰＶＣ、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、ナイロン、エチレン酢酸ビニル、エチレンエチルアクリレート、エチレンアクリル酸メチル、スチレンブタジエン、ポリアリレート、ポリカーボネート、テフロン（Ｒ）、シリコンなどの樹脂材料、加えて例えば、ポリスチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の単重合体；スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレンビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−アクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体、ポリメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、及び肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、パラフィンワックス、カルナバワックス等の各樹脂、上記に列挙した、共重合体、変性体、又は、これらの混合物から選ばれるものでもよいが、これら上記に列挙したもの以外であっても、ゴム材料、樹脂材料、共重合体材料、又は、これらの混合物であれば特に限定されるものではない。
【００４７】
像担持体１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋは、少なくとも潜像が形成される機能を有するものであれば限定されないが、電子写真用感光体が好ましく用いられる。該電子写真用感光体は、電荷発生物質の蒸着膜等による単層型電子写真用感光体であってもよいが、本発明では、機能分離型の積層型電子写真用感光体を好適に用いることができる。
【００４８】
露光手段としては、図１に示した画像形成装置８においては、レーザービームを用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、像担持体１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋ表面に、半導体レーザ光、ＬＥＤ光、液晶シャッタ光等の光源を、所望の像様に露光できる光学系機器等が挙げられる。
【００４９】
現像器３ｙ、３ｍ、３ｃ、３ｋは、像担持体１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋ表面に形成された静電潜像を、球形状トナーにより現像してトナー画像を形成する機能を有するものであれば特に限定されないが、例えば、球形状トナーをブラシ、ローラー等を用いて像担持体１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋに付着させる機能を有する公知の現像器等が挙げられる。
【００５０】
ブラシ１５ｙ、１５ｍ，１５ｃ，１５ｋは、例えば、導電性あるいは半導電性、絶縁性のブラシで特に限定されるものではないが、画像形成時は交流または直流バイアスを印可し、クリーニングシーケンス時は逆バイアスあるいはバイアスオフする。ブラシと像担持体の条件として、ニップ幅、食い込み量、荷重、速度差、回転方向等があげられる。
【００５１】
像担持体１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋから１次転写ロール４ｙｍ、４ｃｋ、及び、１次転写ロール４ｙｍ、４ｃｋから２次転写ロール５に付与される転写電流には、通常直流電流が使用されるが、本発明においては更に交流電流を重畳させて使用してもよい。１次転写ロール４ｙｍ、４ｃｋ及び２次転写ロール５の設定条件としては、帯電すべき画像領域幅、転写帯電器の形状、開口幅、プロセススピード（周速）等により、任意に設定することができる。
【００５２】
加圧ロール６から記録材７に付与される転写電流には、通常直流電流が使用されるが、本発明においては更に交流電流を重畳させて使用してもよい。加圧ロール６における設定条件としては、帯電すべき画像領域幅、転写帯電器の形状、開口幅、プロセススピード（周速）等により、任意に設定することができる。
【００５３】
また、本発明は、画像形成装置の消耗部品を適時交換する目的で、画像形成装置の構成部品のいくつかをカートリッジに組み込み、容易に交換作業を行えるよ画像形成装置に脱着可能なプロセスカートリッジにも適用させることができる。このプロセスカートリッジは、画像形成装置の中に装着された状態で取引される他、交換部品あるいは補修部品として、単体でも取引されている。
【００５４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例になんら限定されるものではない。
【００５５】
以下に示す実施例では、図１に示す画像形成装置８と同様な構成のブレードクリーナーレスシステムの画像形成装置を用いて画像形成を行なっている。なお、のあ、Ｙ（イエロー）、Ｍ（マゼンタ）、Ｃ（シアン）、Ｋ（黒）の４色の現像剤は、体積平均粒径が６〜７μｍ、形状係数値（ＳＦ）＝１１０のほぼ球形の重合を用いた湿式トナーを用いた負極帯電性の２成分現像剤した。
【００５６】
（実施例１）
実施例１の画像形成装置８には、キャリアに対するトナー濃度を１１％、このトナーのキャリアに対する帯電量が−３５μＣ／ｇの二成分現像剤を使用し、像担持体１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋ表面のブラシ１５ｙ、１５ｍ，１５ｃ，１５ｋとして、ナイロン繊維にカーボンを分散させた密度２３０ｋＦ／ｉｎｃｈ²、３デニールのファーブラシを具備したもの用いた。
【００５７】
この実施例１の画像形成装置８の滞留トナー粒子数は１３６個でかつ滞留トナー形状変化率（Ｔｔ）は７０％であった。
【００５８】
次に、実施例１の画像形成装置８により、記録剤７としてＡ４サイズのＰ紙（富士ゼロックス製）を用いて、文字、ハーフトーン、カラースキュー等の画像３パターンのフルカラー画像を３００００の走行テストを行い、接触帯電器汚染の発生あるいはトナーフィルミングの発生を評価した。表１に結果を示す。
【００５９】
（実施例２）
実施例２の画像形成装置８には、キャリアに対するトナー濃度を１１％、このトナーのキャリアに対する帯電量が−３５μＣ／ｇの二成分現像剤を使用し、像担持体１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋ表面のブラシ１５ｙ、１５ｍ，１５ｃ，１５ｋとして、アクリル繊維にカーボンを分散させた密度１００ｋＦ／ｉｎｃｈ²、２デニールのファーブラシを具備したもの用いた。
【００６０】
この実施例２の画像形成装置の滞留トナー粒子数は２１８個でかつ滞留トナー形状変化率（Ｔｔ）は８０％であった。
【００６１】
次に、実施例２の画像形成装置８により実施例１と同様のテストを実施した。結果を表１に示す。
【００６２】
（実施例３）
実施例３の画像形成装置８には、キャリアに対するトナー濃度を１０％、このトナーのキャリアに対する帯電量が−４０μＣ／ｇの二成分現像剤を使用した以外は、実施例１と同様のものを用いた。
【００６３】
この実施例３の画像形成装置の滞留トナー粒子数は２７０個でかつ滞留トナー形状変化率（Ｔｔ）は９５％であった。
【００６４】
次に、実施例３の画像形成装置８により実施例１と同様のテストを実施した。結果を表１に示す。
【００６５】
（実施例４）
実施例４の画像形成装置８には、キャリアに対するトナー濃度を１０％、このトナーのキャリアに対する帯電量が−４０μＣ／ｇの二成分現像剤を使用し、像担持体１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋ表面のブラシ１５ｙ、１５ｍ，１５ｃ，１５ｋとして、アクリル繊維にカーボンを分散させた密度１００ｋＦ／ｉｎｃｈ２、２デニールのファーブラシを具備したもの用いた。
【００６６】
この実施例４の画像形成装置の滞留トナー粒子数は１１０個でかつ滞留トナー形状変化率（Ｔｔ）は６０％であった。
【００６７】
次に、実施例４の画像形成装置８により実施例１と同様のテストを実施した。結果を表１に示す。
【００６８】
（実施例５）
実施例５の画像形成装置８には、キャリアに対するトナー濃度を７％、このトナーのキャリアに対する帯電量が−５０μＣ／ｇの二成分現像剤を使用し、現像器３ｙ、３ｍ、３ｃ、３ｋの現像スリーブ表面のキャリア及びトナーの重量を３００ｇ／ｍ²としてた以外は、実施例１と同様のものを用いた。
【００６９】
この実施例５の画像形成装置の滞留トナー数粒子が１６３個で、かつ滞留トナー形状変化率（Ｔｔ）は、６５％であった。
【００７０】
次に、実施例５の画像形成装置８により実施例１と同様のテストを実施した。結果を表１に示す。
【００７１】
（実施例６）
実施例６の画像形成装置８には、キャリアに対するトナー濃度を１１％、このトナーのキャリアに対する帯電量が−３０μＣ／ｇの二成分現像剤を使用し、像担持体１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋ表面のブラシ１５ｙ、１５ｍ，１５ｃ，１５ｋとして、アクリル繊維にカーボンを分散させた密度１００ｋＦ／ｉｎｃｈ²、２デニールのファーブラシを具備したもの用いた。
【００７２】
この実施例３の画像形成装置の滞留トナー数粒子は３８０個でかつ滞留トナー形状変化率は９７％であった。
【００７３】
次に、実施例６の画像形成装置８により実施例１と同様のテストを実施した。結果を表１に示す。
【００７４】
（比較例１）
比較例１の画像形成装置８には、キャリアに対するトナー濃度を１２％、このトナーのキャリアに対する帯電量が−３０μＣ／ｇの二成分現像剤を使用した以外は、実施例１と同様な構成のものを用いた。
【００７５】
この比較例１の画像形成装置８の滞留トナー数粒子は５４４個でかつ滞留トナー形状変化率は９５％であった。
【００７６】
次に、比較例１の画像形成装置８により実施例１と同様のテストを実施した。結果を表１に示す。
【００７７】
（比較例２）
比較例２の画像形成装置８には、キャリアに対するトナー濃度を５％、このトナーのキャリアに対する帯電量が−５５μＣ／ｇの二成分現像剤を使用した以外は、実施例１と同様なものを用いた。
この比較例２の画像形成装置の滞留トナー数粒子は５５個でかつ滞留トナー形状変化率は２５％であった。
【００７８】
次に、比較例２の画像形成装置８により実施例１と同様のテストを実施した。結果を表１に示す。
【００７９】
（比較例３）
比較例３の画像形成装置８には、キャリアに対するトナー濃度を１２％、このトナーのキャリアに対する帯電量が−３０μＣ／ｇの二成分現像剤を使用し、像担持体１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋ表面のブラシ１５ｙ、１５ｍ，１５ｃ，１５ｋとして、アクリル繊維にカーボンを分散させた密度１００ｋＦ／ｉｎｃｈ²、２デニールのファーブラシを具備したもの用いた。
【００８０】
この比較例３の画像形成装置の滞留トナー数粒子は４０８個でかつ滞留トナー形状変化率は９０％であった。
【００８１】
次に、比較例３の画像形成装置８により実施例１と同様のテストを実施した。結果を表１に示す。
【００８２】
（比較例４）
比較例４の画像形成装置８には、キャリアに対するトナー濃度を１２％、このトナーのキャリアに対する帯電量が−３０μＣ／ｇの二成分現像剤を使用し、現像器３ｙ、３ｍ、３ｃ、３ｋの現像スリーブ表面と像担持体１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋ表面との距離を０．４５ｍｍとした以外は、実施例１と同様なものを用いた。
【００８３】
この比較例４の画像形成装置の滞留トナー数粒子が８００個で、かつ滞留トナー形状変化率は、９８％であった。
【００８４】
次に、比較例４の画像形成装置８により実施例１と同様のテストを実施した。結果を表１に示す。
【００８５】
（比較例５）
比較例５の画像形成装置８には、キャリアに対するトナー濃度を５％、このトナーのキャリアに対する帯電量が−５５μＣ／ｇの二成分現像剤を使用し、像担持体１ｙ、１ｍ、１ｃ、１ｋ表面のブラシ１５ｙ、１５ｍ，１５ｃ，１５ｋとして、アクリル繊維にカーボンを分散させた密度１００ｋＦ／ｉｎｃｈ²、２デニールのファーブラシを具備したもの用いた。
【００８６】
この比較例５の画像形成装置の滞留トナー数粒子は３０個でかつ滞留トナー形状変化率（Ｔｔ）は１０％であった。
【００８７】
次に、比較例５の画像形成装置８により実施例１と同様のテストを実施した。結果を表１に示す。
【００８８】
（接触帯電器汚染及びトナーフィルミング評価）
走行テストにおける接触帯電器汚染及びトナーフィルミングによる画像欠陥を目視により評価した。
○：フルカラー画像の３００００枚において画像欠陥がなく良好である
×：フルカラー画像の３００００枚において画像欠陥が発生した。
なお、接触帯電器汚染により画像欠陥は、ハーフトーン画像時白抜け、または接触帯電器からのトナー飛散による画像欠陥を目視して判断し、一方、トナーフィルミングによる画像欠陥は、ハーフトーン画像時白抜けを目視して判断した。
【００８９】
【表１】

【００９０】
表１の結果から、滞留トナー数が１００〜４００に制御され画像形成装置は、長期に渡って、帯電器汚染、トナーフィルミングを抑制さていることがわせることが可能であることがわかる。また、滞留トナー数が１００〜４００に制御すると、滞留トナー形状変化率を５０％以上とすることがし易く、より効果的に上記効果を奏することがわかる。
【００９１】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、球形状トナーを用いて、接触帯電手段表面のトナー汚染を防止し長期にわたって良好な帯電状態を持続させ、かつ像担持体表面のトナーフィルミングを防止し、安定した画像形成が行える画像形成装置、及び画像形成装置に脱着可能なプロセスカートリッジを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１ｙ，１ｍ，１ｃ，１ｋ像担持体
２ｙ，２ｍ，２ｃ，２ｋ接触帯電器（帯電ロール）
３ｙ，３ｍ，３ｃ，３ｋ現像器
４ｙｍ，４ｃｋ１次転写ロール
５２次転写ロール
６加圧ロール
７記録材
８画像形成装置
Ｌｙ，Ｌｍ，Ｌｃ，Ｌｋレーザービーム
１１回転体
１２中間層
１３表面層
１４帯電ロール
１５ｙ、１５ｍ，１５ｃ，１５ｋブラシ

Claims

像担持体と、この像担持体の表面に接触して該表面を帯電させる接触型帯電手段と、この接触型帯電手段により帯電させられた前記像担持体の表面に、画像情報に応じて露光することにより静電潜像を形成する露光手段と、この静電潜像を球形状トナーにより現像してトナー像とする現像手段と、このトナー像を前記像担持体の表面から転写材に静電的に転写させる転写手段と、を有する画像形成装置であって、
前記像担持体と前記接触帯電手段との当接部を通過する前の像担持体表面上の滞留トナー粒子の数が、単位面積（ｍｍ²）あたり１００〜４００個の範囲内であることを特徴とする画像形成装置。
前記像担持体と前記接触帯電手段との当接部を通過する前の像担持体表面上の滞留トナー粒子の下記式（１）で表されるトナー形状変化率（Ｔｔ）が、５０％〜１００％の範囲内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。
式（１）Ｔｔ（％）＝（ｈ／ｘ）×１００
〔式（１）において、ｘは、トナー粒子投影像の最大長さ（μｍ）を表し、ｈは、該トナー粒子投影像の最大長さ方向の軸と垂直な面に形成される滞留トナー粒子投影像の最大長さ（μｍ）を表し、ｘ≧ｈである。〕
前記球形状トナーの下式（２）で表される形状指数（ＳＦ）が、１３５以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像形成装置。
式（２）ＳＦ＝（２πＬ²／４Ａ）×１００
〔式（２）において、Ｌは、球形状トナー粒子投影像の最大長さ（μｍ）を表し、Ａは、該球形状トナー粒子投影像の面積（μｍ²）を表す。〕
前記球形状トナーの体積平均粒径が、２μｍ〜９μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置。
少なくとも、像担持体と、この像担持体の表面に接触して該表面を帯電させる接触型帯電手段と、を備えるプロセスカートリッジであって、前記像担持体と前記接触帯電手段との当接部を通過する前の像担持体上の滞留トナー粒子の数が、単位面積（ｍｍ²）あたり１００〜４００個の範囲内であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
前記像担持体と前記接触帯電手段との当接部を通過する前の像担持体上の滞留トナー粒子の下式（１）で表されるトナー形状変化率（Ｔｔ）が、５０％〜１００％の範囲内であることを特徴とする請求項５に記載のプロセスカートリッジ。
式（１）Ｔｔ（％）＝（ｈ／ｘ）×１００
〔式（１）において、ｘは、トナー粒子投影像の最大長さ（μｍ）を表し、ｈは、該トナー粒子投影像の最大長さ方向の軸と垂直な面に形成される滞留トナー粒子投影像の最大長さ（μｍ）を表し、ｘ≧ｈである。〕