JP2005010590A

JP2005010590A - 画像形成装置及び画像形成方法

Info

Publication number: JP2005010590A
Application number: JP2003176181A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Akagi; 秀行赤木; Satoshi Shigesaki; 聡重崎; Katsumi Nukada; 克己額田
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2003-06-20
Filing date: 2003-06-20
Publication date: 2005-01-13
Also published as: US20050019071A1; US7171152B2

Abstract

【課題】電子写真法、静電記録法において、高速、高画質の主としてフルカラータンデム方式を採用した画像形成装置、およびフルカラータンデム方式の画像形成方法に関し、長期にわたり良好なクリーニング特性を維持することができるクリーニング機構を備える。
【解決手段】転写位置よりも静電潜像担持体１１の回転方向下流側に静電潜像担持体１１表面に接触若しくは近接した状態で回転自在に配備され、表面に磁性粒子からなる磁性粒子層１５０１ａを有し、回転することにより静電潜像担持体１１表面に存在する非磁性トナーを磁性粒子層１５０１ａに付着させる、その回転方向に並んで配備された複数のクリーニングロール１５１，１５２とを備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真法、静電記録法において、高速、高画質の主としてフルカラータンデム方式を採用した画像形成装置、およびフルカラータンデム方式の画像形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子写真技術による複写機やプリンタ等の画像形成装置が知られている。
【０００３】
また、今日では、イエロー、マゼンタ、シアンのカラートナーと黒トナーによる、フルカラー複写機やフルカラープリンタ等が急速に普及してきている。
【０００４】
これらフルカラー複写機やフルカラープリンタ等には、画像形成速度や形成する画像の画質を向上するため中間転写ベルトが用いられることが多い。
【０００５】
中間転写ベルトが用いられたフルカラー画像形成装置は、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの４色のそれぞれの色に対応するトナー像形成ユニットを備えている。このトナー像形成ユニットには、静電潜像を担持して回転する静電潜像担持体と、静電潜像を担持した静電潜像担持体にトナーを供給することでその静電潜像を現像し、静電潜像担持体表面にトナー像を形成する現像器とが組み込まれている。この画像形成装置では、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの４色の各画像信号をそれぞれの色に対応するトナー像形成ユニットに入力し、各トナー像形成ユニットにおいて、静電潜像担持体を一様に帯電させた後、帯電させた静電潜像担持体に画像信号に基づく静電潜像を形成し、その静電潜像を現像することでトナー像を形成する。４つのトナー像形成ユニットは、中間転写ベルトの循環方向に並んで配備されており、各トナー像形成ユニットで形成されたトナー像は、循環移動する中間転写ベルト上に重ね合わせた状態に順次転写される（以下、この転写を一次転写と称する。）。その後、中間転写ベルト上のトナー像を記録媒体に２次転写および定着することで、記録媒体上に画像が形成される。
【０００６】
ところで、一次転写を終えた静電潜像担持体には、帯電する際に生じた放電生成物や転写されずに静電潜像担持体に残ったトナー等が存在する。従来より、これらの放電生成物や転写残トナー等を除去するため、ウレタンゴムなどからなるブレードを静電潜像担持体に当接させ、このブレードによって付着物を掻き取るブレードクリーニング方式が用いられている。このブレードクリーニング方式では、本来除去する必要がある転写残トナーを潤滑剤および研磨剤として利用し、良好なクリーニング特性を得ようとしている。そのため、転写残トナーが少ないと、本来好ましいはずであるが、逆に、潤滑性が悪化してしまいブレードの摩耗やカケが発生したり、あるいは、研磨能力が低下することで放電生成物を十分に掻き取ることができないといった不都合が生じる。さらに中間転写ベルトが用いられたフルカラー画像形成装置では、形成画像に依存した残留トナーの増減が生じやすい。例えば、高速に出力可能な性能からある単一の画像が多量に作製される場合が多くあり、この場合、作製する画像（名刺、ある特定色もしくは白黒のチラシなど）によってはいくつかの静電潜像担持体にはトナー像がほとんど形成されないことが発生し、極端な転写残トナー不足に陥ることがある。そこで、設定した出力枚数に到達した時点、あるいは画像密度と静電潜像担持体回転数の累積値との比が設定した閾値になった時点で画像形成を一旦中止し、作製する画像に関係なく静電潜像担持体にトナーを供給することで静電潜像担持体にトナーバンドを形成し、潤滑性の悪化と研磨能力の低下を防止しようとしたものがある。
【０００７】
ところが、実際には、画像形成を一旦中止することで画像形成の効率が低下してしまうことや、作製する画像に関係なく静電潜像担持体にトナーを供給することでトナー消費量が増加してしまうことから十分な効果を発揮できるほどトナーバンドを形成することができず、ブレードの摩耗やカケ、およびクリーニング能力不足が生じ、形成画像の画質欠陥につながる。
【０００８】
また、静電潜像担持体表面に固形潤滑剤としてＺｎＳｔ等の金属石鹸を塗布し、静電潜像担持体表面とブレードとの摩擦力の上昇を防止する技術が提案されている（例えば特許文献１参照。）。この技術では、静電潜像担持体表面とブレードの潤滑性が適正に保たれるよう、金属石鹸の、静電潜像担持体への塗布量が予め定められている。
【０００９】
しかしながら、静電潜像担持体表面に金属石鹸を塗布したトナー像形成ユニットでも、転写残トナーを研磨剤として利用するため、転写残トナーの量が多くなればなるほど、金属石鹸の掻き取り量も多くなる。また、複数のトナー像形成ユニットが中間転写ベルトの循環方向に並んで配備された画像形成装置では、中間転写ベルトに既に転写されたトナー像の一部が、これから転写されるトナー像を担持した静電潜像担持体表面に移行してしまうリトランスファーと称される現象が生じることが知られており、中間転写ベルトの循環方向下流側に配備された静電潜像担持体ほど、このリトランスファーによってトナーが多く付着してしまう。このリトランスファーによって付着したトナーも転写残トナーとともに研磨剤として機能することで、下流側の静電潜像担持体ほど、金属石鹸が多く掻き取られ、静電潜像担持体表面とブレードの潤滑性が悪化してしまう。そこで、下流側の静電潜像担持体ほど、金属石鹸の塗布量を多くする技術が提案されているが（例えば、特許文献２参照）、このような技術を採用したとしても、形成画像に依存した残留トナーの増減に対応することはできず、長期にわたり良好なクリーニング特性を維持することは困難である。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭５１−２２３８０号公報
【特許文献２】
特開２００１−３４１１１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑み、長期にわたり良好なクリーニング特性を維持することができるクリーニング機構を備えた画像形成装置、および長期にわたり良好なクリーニングを行うことができるクリーニング工程を有する画像形成方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の画像形成装置は、静電潜像を非磁性トナーと磁性キャリアとを含む現像剤で現像することでトナー像を形成するトナー像形成ユニットが複数配備され、各トナー像形成ユニットで形成されたトナー像が記録媒体上で最終的に一つに重なるようにこれらトナー像をその記録媒体上に転写し、転写したこれらトナー像をその記録媒体上に定着することによりその記録媒体上に定着トナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
上記トナー像形成ユニットが、静電潜像担持体と、静電潜像担持体表面に上記現像剤を供給しその静電潜像担持体表面に担持された静電潜像を現像する現像器と、静電潜像担持体表面に接触若しくは近接した状態で回転自在に配備され、表面に磁性粒子からなる磁性粒子層を有し、回転することによりその静電潜像担持体表面に存在する非磁性トナーをその磁性粒子層に付着させる、複数のクリーニングロールとを備えたものであり、
上記静電潜像担持体が、２００ｍｍ／ｓｅｃ以上の周速度で回転してなることを特徴とする。
【００１３】
本発明の画像形成装置によれば、上記クリーニングロールによって上記静電潜像担持体表面に付着した付着物を除去するため、上記静電潜像担持体表面との潤滑性は、ブレードを用いるものほど問題にならない。また、上記クリーニングロールは、磁気的な力を利用して上記静電潜像担持体表面に存在する非磁性トナーをクリーニングするため、形成画像に依存した残留トナーの増減はクリーニング性能に何ら影響することはない。しかも、上記クリーニングロールを複数備えることにより、クリーニング効率が大幅に向上している。したがって、本発明の画像形成装置は、長期にわたる良好なクリーニング特性を維持することができるクリーニング機構を備えたものである。
【００１４】
また、本発明の画像形成装置において、上記クリーニングロールは、磁性粒子が連なった磁性粒子群が外方に向けて複数伸びることでブラシ状に形成された磁性粒子層を有するものであることが好ましい。
【００１５】
上記磁性粒子層がいわゆる磁気ブラシであることにより、クリーニング効率がさらに向上する。
【００１６】
また、本発明の画像形成装置において、上記トナー像形成ユニットが、
上記クリーニングロールの磁性粒子層に近接若しくは接触した状態で回転し、周面に、その磁性粒子層に付着した非磁性トナーを電気的に吸着させる回収ロールと、
上記回収ロールの周面に接して、その周面に吸着されている非磁性トナーを掻き取るスクレーパとを備えた態様であることが好ましい。
【００１７】
この態様によれば、上記クリーニングロールからのトナーの回収も効率的に行われる。
【００１８】
また、本発明の画像形成装置において、上記現像器が、上記静電潜像担持体が担持する静電潜像を、磁性キャリアと、帯電極性が揃った非磁性トナーとを含む現像剤で現像するものであって、
上記複数のクリーニングロールが、上記非磁性トナーの帯電極性とは逆極性の直流バイアスが印加された第１クリーニングロールと、その非磁性トナーの帯電極性と同極性の直流バイアスが印加された第２クリーニングロールとを備えたものである態様が好適な態様である。
【００１９】
上記転写位置で転写したトナー像の一部が、これから転写されるトナー像を担持した上記静電潜像担持体の表面に移行してしまうリトランスファーと称される現象が生じても、この好適な態様によれば、リトランスファーによって移行してきたトナーは、上記第２クリーニングロールによってクリーニングされ、上記転写位置での転写によって残留したトナーは上記第１クリーニングロールによってクリーニングされる。
【００２０】
さらに、本発明の画像形成装置において、上記第１クリーニングロールおよび上記第２クリーニングロールはいずれも、直流バイアスとともに交流バイアスが印加されたものであることが好ましい。
【００２１】
交流バイアスが重畳印可されることで、クリーニング効率がより高められている。
【００２２】
また、本発明の画像形成装置において、上記トナー像形成ユニットが、上記複数のクリーニングロールのうち最も上記転写位置側に配備されたクリーニングロールとその転写位置との間に、上記静電潜像担持体の表面に存在する電荷を除去する除電装置を備えたものであることも好ましい。
【００２３】
上記除電装置を備えたことで、上記転写位置での転写を終えた上記静電潜像担持体の表面の電位をレベリングし、上記磁性粒子層を構成する磁性粒子が上記静電潜像担持体の表面に付着してしまうことを防止することができる。
【００２４】
また、本発明の画像形成装置において、上記クリーニングロールが、中心核をなす磁性体と該磁性体の周囲を覆う樹脂層とを有する磁性粒子からなる磁性粒子層を有するものであることが好ましい。
【００２５】
上記磁性粒子が上記樹脂層を有することで、クリーニング性能のさらなる長期維持および上記静電潜像担持体が傷つくことをより確実に防止することができる。
【００２６】
さらに、本発明の画像形成装置において、上記クリーニングロールが、中心核をなす磁性体と、その磁性体の周囲を覆う、導電性粒子が分散された樹脂層とを有する磁性粒子からなる磁性粒子層を有するものであることがより好ましい。
【００２７】
上記導電性粒子の分散量を調整することにより上記磁性粒子層の抵抗調整を行うことができる。
【００２８】
また、本発明の画像形成装置において、上記静電潜像担持体が、静電潜像を担持する表面にフッ素樹脂を含有した表面層を有するものである態様や、
上記静電潜像担持体が、静電潜像を担持する表面にシロキサン系樹脂を含有した表面層を有するものである態様であることが好ましい。
【００２９】
前者の態様においては、表面層がフッ素樹脂を含有したものであることにより、上記転写位置におけるトナー像の、上記静電潜像担持体からの離型性が向上するとともに上記静電潜像担持体表面の潤滑性も向上する。また、後者の態様においては、上記静電潜像担持体表面の耐摩耗性が向上する。
【００３０】
上記目的を達成する本発明の画像形成方法は、静電潜像担持体上の静電潜像を非磁性トナーと磁性キャリアとを含む現像剤で現像することでトナー像を形成するトナー像形成ユニットが複数配備され、各トナー像形成ユニットでトナー像を形成する工程、これらのトナー像をその記録媒体上に転写する工程、転写したこれらトナー像をその記録媒体上に定着する工程を有する画像形成方法において、
静電潜像担持体が２００ｍｍ／ｓｅｃ以上の周速度で回転してなり、
上記静電潜像担持体表面に上記現像剤を供給しその静電潜像担持体表面に担持された静電潜像を現像する現像器を用いて現像する工程、
上記現像工程により得られたトナー画像を転写する工程、ついで上記静電潜像担持体表面に残存する非磁性トナーを除去するクリーニング工程を有し、上記クリーニング工程が、その静電潜像担持体表面に接触若しくは近接した状態で回転自在に配備され、表面に磁性粒子からなる磁性粒子層を有する複数のクリーニングロールによるものであることを特徴とする。
【００３１】
【本発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００３２】
図１は、本発明の一実施形態である画像形成装置の概略構成を示す図である。
【００３３】
本実施形態の画像形成装置１は、フルカラータンデム方式を採用した画像形成装置であって、イエロー、マゼンタ、シアンおよびブラックの４色のトナーそれぞれに対応した、４つのトナー像形成ユニットを用いて、中間転写ベルトの送りに同期させて各トナー像形成ユニットでそれぞれの色のトナー像を形成し、それらトナー像を中間転写ベルト上に重ね合わせ（１次転写）、用紙に転写し、定着するものである。
【００３４】
図１に示された画像形成装置１は、４つの各トナー像形成ユニット１０、４つの一次転写ロール２０、２つの支持ロール３１に支持されて反時計回りの方向に循環移動する中間転写ベルト３０、バックアップロール４０、およびバックアップロール４０に対向するように設けられた二次転写ロール５０を備えている。互いに対向するバックアップロール４０と二次転写ロール５０との間には、記録媒体である不図示の用紙が送り込まれる。各トナー像形成ユニット１０で形成され、中間転写ベルト３０上に重ね合わされたトナー像は、送られてきた用紙上に一括転写される。その後不図示の定着装置により溶融定着される。
【００３５】
各トナー像形成ユニット１０には、時計回りに回転する感光体ドラム１１が配備されている。この感光体ドラム１１の周速は２００ｍｍ／ｓｅｃ以上の高速である。また、この感光体ドラム１１は、ドラム状の導電性支持体の周面に、導電性支持体側から下引層、電荷発生層、および電荷輸送層がこの記載順に積層された積層体を有するものであり、さらにこの感光体ドラム１１は、積層体の表面に、フッ素樹脂を含有した表面層１１１を有する。この表面層１１１は、感光体ドラム１１の最外層を成すものであり、単独のフッ素樹脂で構成されていてもよく、２種以上のフッ素樹脂で構成されていてもよい。また、この表面層１１１は、フッ素樹脂を含有していればよくフッ素樹脂以外に他の樹脂を含んでいてもよい。
【００３６】
この表面層１１１を形成する方法としては、特に限定されるものではないが、以下に示す含浸処理により行われることが好ましい。
【００３７】
ここでの含浸処理は、特定の組成を有する処理液を用い、その処理液を、例えば、含浸法やコーティング法など用い、積層体の表面に配置することで行われる。
【００３８】
前記処理液は、テトラフルオロエチレンのホモポリマー及び／又はコポリマーを含むフッ素樹脂（以下、適宜、特定フッ素樹脂と称する。）の分散液であることが好ましく、特に、テトラフルオロエチレンのホモポリマーとコポリマーとを適当な比率、例えば、（ホモポリマー）：（コポリマー）＝９５：５〜１０：９０の範囲で混合して用いられることが好ましく、９０：１０〜２０：８０の範囲で用いられることがより好ましい。
【００３９】
また、処理液中のフッ素樹脂としては、上記特定フッ素樹脂と共に、他のフッ素樹脂を併用することができる。併用可能なフッ素樹脂としては、フッ化ビニリデンのホモポリマー及び／又はコポリマー、クロロトリフルオロエチレンのホモポリマー及び／又はコポリマーなどが挙げられる。これらの併用可能なフッ素樹脂の配合量は、特定フッ素樹脂１００質量部に対して、５〜１００質量部の範囲であることが好ましい。
【００４０】
また、前記特定フッ素樹脂及び併用可能なフッ素樹脂のコポリマー中のコモノマーとしては、オレフィン、含フッ素オレフィン、パーフルオロオレフィン、フルオロアルキルビニルエーテルなどが例示される。これらのコモノマーの共重合比としては、コポリマー中での繰り返し単位を１モルとした時、０．０１〜１モル％の範囲であることが好ましく、０．０２〜０．９モル％の範囲であることがより好ましい。
【００４１】
さらに、フッ素樹脂含有層にフッ素樹脂以外の他の樹脂が含まれる場合の、他の樹脂としては、ポリオレフィン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂などが好ましく用いられる。また、これらの他の樹脂が含まれる場合の該他の樹脂の含有量は、上記フッ素樹脂１００質量部に対し、１〜１００質量部の範囲であることが好ましい。
【００４２】
上記特定フッ素樹脂を好ましい成分とする処理液は、水を主たる分散媒として用いた水性分散液の形態で、積層体の表面に配置するために用いられる。
【００４３】
水性分散液としての処理液の調製にあたっては、各種のアニオン系、ノニオン系、カチオン系あるいは両性の界面活性剤を配合して、上記特定のフッ素樹脂等を均一に分散させることが望ましい。また、水性分散液であっても適当な量の有機溶剤を併用することが好ましい。界面活性剤及び溶媒を最適なものに設定することにより、水性分散液中におけるフッ素樹脂の均一かつ安定な分散が図られる上、積層体の表面へのフッ素樹脂含有樹脂の分散、浸透が円滑となる。
【００４４】
上記特定フッ素樹脂を好ましい成分とする処理液には、そのほか、必要に応じて、ワックス、光沢剤、安定剤、紫外線吸収剤、ｐＨ調節剤、多価アルコール、柔軟剤、粘度調節剤などを配合することができる。
【００４５】
処理液中の固形分の濃度は１０〜７０質量％程度の範囲に設定し、更に処理液中のフッ素樹脂の濃度は０．１〜３０質量％の範囲に設定するのが好ましいが、必ずしもこの範囲に限られるものではない。
【００４６】
表面層１１１の形成方法としては、以下に示す、塗布含浸処理、加温含浸処理、真空含浸処理、又は加圧含浸処理を施すことで行われることが好ましい。
【００４７】
上記塗布含浸処理は、前記の処理液を、積層体の表面に塗布し、所定時間放置することで行われる。この際、積層体の表面への処理液の塗布量は、処理液の厚みが５〜２０μｍの範囲となるように調節されることが好ましい。このために、処理液の濃度の調節を行うことが望ましく、処理液中の固形分の濃度は、５〜５０質量％の範囲にすることが好ましい。その後、積層体の表面の処理液は、所定時間放置されることにより積層体内部に含浸され、乾燥することで表面層１１１が形成される。
【００４８】
従って、処理液の厚みが５μｍより薄い場合には、形成された表面層１１１に極端に薄い部分を生じ、離型性が不均一になってしまう場合があり、離型性の差に起因して局所的に転写効率が大きく異なる部位が存在することになり、その部位に応じて画像欠陥を生じる可能性がある。一方、処理液の塗布厚みが２０μｍを超える場合には、処理液が流れ易くなり、形成される表面層の厚みが不均一になり、その結果として、やはり画像欠陥を生じる可能性がある。
【００４９】
また、放置する所定時間は１５分以上が好ましく、より好ましくは３０分以上である。放置時間が１５分に満たない場合は、積層体内部に含浸されるフッ素樹脂量が少ないと共に、乾燥時間が不足のため、十分な強度を持った表面層を形成することができない場合がある。
【００５０】
前記加温含浸処理は、前記処理液を積層体の表面に配置し、常温より高い温度にすることで行われる。
【００５１】
また、前記真空含浸処理は、前記処理液を積層体の表面に配置し、常温以上の温度で減圧状態及び常圧状態を繰り返すことで行われる。
【００５２】
更に、前記加圧含浸処理は、前記処理液を積層体の表面に配置し、常温以上の温度で加圧状態及び常圧状態を繰り返すことで行われる。
【００５３】
上記加温含浸処理、真空含浸処理、及び加圧含浸処理において、処理液を積層体の表面に配置する方法としては、処理液中に積層体を浸漬させる方法、予め容器の内部に積層体を固定し、その容器中に処理液を流し込む方法、処理液をブレードコーティング法、ワイヤーバーコティング法、スプレーコーティング法、浸漬コーティング法、ビードコーティング法、エアーナイフコーティング法、カーテンコーティング法等により塗布する方法がある。
【００５４】
加温含浸処理、真空含浸処理、及び加圧含浸処理において、前記「常温以上の温度で」とは、１０〜１００℃の範囲であることが好ましく、４０〜８０℃の範囲であることがより好ましい。この温度が１００℃より高いと、熱膨張や熱収縮により、表面層に変形が生じる可能性がある。一方、この温度が１０℃より低いと、乾燥に長時間を要するため、製造性が悪くなる場合がある。
【００５５】
また、真空含浸処理における真空度は、０．０１ＭＰａ以上０．０９ＭＰａ以下であることが好ましく、０．０１５〜０．０９ＭＰａの範囲であることがより好ましい。
【００５６】
更に、加圧含浸処理における加圧力は、０．１〜１ＭＰａの範囲であることが好ましく、０．１１〜０．９ＭＰａの範囲であることがより好ましい。
【００５７】
真空含浸処理における真空度が０．０１ＭＰａより小さいと、処理液中の低沸点溶剤の蒸発量が多くなり、処理液の寿命が短くなる。また、真空度が０．０９ＭＰａより大きいと、含浸する層中の残留ガス除去が不充分となり、十分にフッ素樹脂が浸透しない場合がある。
【００５８】
同様に、加圧含浸処理における加圧力は、空隙の細部まで十分にフッ素樹脂を充填するために、０．１ＭＰａより高い圧力であることが好ましい。加圧力が１ＭＰａより大きいと、処理設備に高耐圧性が要求されるため、高コストとなる場合がある。
【００５９】
ここで、処理液中のフッ素樹脂含有樹脂濃度、処理液の固形分調整（粘度調整）、処理液の温度、真空度、加圧力、減圧状態及び常圧状態、加圧状態及び常圧状態を繰り返す回数等の処理条件は目的とする感光体ドラムに応じ任意に組み合わせることができる。
【００６０】
このようにして、積層体の表面に処理液を配置し、種々の含浸処理を終えた後、余分な処理液を除去し、４０〜８０℃、特に好ましくは５０〜７０℃で、５〜３０分程度で乾燥することで、目的とする表面層１１１を形成することができ、さらに積層体表面に凹部が存在したとしてもその凹部を充塞することもできる。
【００６１】
形成された表面層１１１は、優れた滑り性を発現させるという観点から、その表面の動摩擦係数が０．５以下であることが好ましく、０．３以下であることがより好ましい。
【００６２】
また、フッ素樹脂を含有した表面層１１１を、シロキサン系樹脂を含有した表面層に代えてもよい。
【００６３】
この表面層には、電荷輸送性を有し、架橋構造を有するシロキサン系樹脂を含有したものが、透明性、耐絶縁破壊性、光安定性等の点で特に好ましい。シロキサン結合を有する架橋樹脂は、シロキサン、ジメチルシロキサン、メチルフェニルシロキサン、その他必要な成分等を３次元的に架橋した樹脂であるが、本発明においては、光機能性化合物から誘導される有機基Ｆ、可とう性有機サブユニットＤ、及び加水分解性基を有する置換けい素基Ａを含む化合物を含有するシロキサン結合を有する架橋樹脂が、前記の特徴に加え、耐摩耗性、電荷輸送性等の点で特に優れており、好ましいものである。この場合、光機能性化合物から誘導される有機基Ｆ、可とう性有機サブユニットＤ、及び加水分解性基を有する置換けい素基Ａが存在すればよく、必ずしもその順で結合している必要はない。
【００６４】
【化１】

【００６５】
一般式（Ｉ）中、Ｆは光機能性化合物から誘導される有機基を表す。Ｄは可とう性有機サブユニットを表す。Ａは−Ｓｉ（Ｒ_１）_{（３−ａ）}Ｑ_ａで示される加水分解性基を有する置換けい素基を表す（ここで、Ｒ_１は水素、アルキル基、置換あるいは未置換のアリール基を表し、Ｑは加水分解性基を表す。ａは１〜３の整数を表す）。ｂは１〜４の整数を表す。
【００６６】
一般式（Ｉ）におけるＦは、正孔輸送能を有する基、または電子輸送能を有する基であることが好ましく、特に、電子輸送能を有する基として具体的には、キノン系化合物、フルオレノン系化合物、キサントン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、シアノビニル系化合物、エチレン系化合物などから誘導される有機基が挙げられる。正孔輸送能を有する基として具体的には、トリアリールアミン系化合物、ベンジジン系化合物、アリールアルカン系化合物、アリール置換エチレン系化合物、スチルベン系化合物、アントラセン系化合物、ヒドラゾン系化合物や、およびキノン系化合物、フルオレノン化合物、キサントン系化合物、ベンゾフェノン系化合物、シアノビニル系化合物、エチレン系化合物など光キャリア輸送特性を有する構造が挙げられる。
【００６７】
一般式（Ｉ）におけるＡは、−Ｓｉ（Ｒ_１）_{（３−ａ）}Ｑ_ａで表される加水分解性基を有する置換けい素基を表すが、この置換けい素基は、Ｓｉ基により、互いに架橋反応を起こして、３次元的なＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合、すなわち無機ガラス質ネットワークを形成するためのものである。一般式（Ｉ）におけるＤとは、光電特性を付与するためのＦを、３次元的な無機ガラス質ネットワークに直接結合で結びつけるためのものである。また、堅さの反面、脆さも有する無機ガラス質ネットワークに適度な可とう性を付与し、膜としての強度を向上させるという働きもある。具体的には、ｎを１から１５の整数とした場合の −Ｃ_ｎＨ_２ｎ−、−Ｃ_ｎＨ_{（２ｎ−２）}−、−Ｃ_ｎＨ_{（２ｎ−４）}−で表わされる２価の炭化水素基、−ＣＯＯ−、−Ｓ−、−Ｏ−、−ＣＨ_２−Ｃ_６Ｈ_４−、−Ｎ＝ＣＨ−、−（Ｃ_６Ｈ_４）−（Ｃ_６Ｈ_４）−、及びこれらの組み合わせや、置換基を導入したものなどが使用される。
【００６８】
一般式（Ｉ）に示される化合物の中で、Ｆが一般式（ＩＩ）で表わされる化合物は、特に優れた正孔輸送性と機械的特性を示す。一般式（ＩＩ）におけるＡｒ_１〜Ａｒ_４はそれぞれ独立に置換または未置換のアリール基を表し、具体的には、下記構造群１に挙げられるものが好ましい。
【００６９】
【化２】

【００７０】
一般式（ＩＩ）中、Ａｒ_１〜Ａｒ_４は、それぞれ独立に置換又は未置換のアリール基を表し、Ａｒ_５は、置換若しくは未置換のアリール基又はアリーレン基を表す。但し、Ａｒ_１〜Ａｒ_５のうち１〜４個は、前記一般式（Ｉ）中の−Ｄ−Ａで表される結合基と結合可能な結合手を有する。ｋは０または１を表す。
【００７１】
【化３】

【００７２】
上記中、Ａｒは下記構造群２に挙げられるものが好ましい。
【００７３】
【化４】

【００７４】
また、前記Ｚ’は下記構造群３に挙げられるものが好ましい。
【００７５】
【化５】

【００７６】
ここで、Ｒ_６は、水素、炭素数１〜４のアルキル基、炭素数１〜４のアルキル基もしくは炭素数１〜４のアルコキシ基で置換されたフェニル基、または未置換のフェニル基、炭素数７〜１０のアラルキル基を表す。Ｒ_７〜Ｒ_１３は、水素、炭素数１〜４のアルキル基、炭素数１〜４のアルコキシ基、もしくは炭素数１〜４のアルコキシ基で置換されたフェニル基、または未置換のフェニル基、炭素数７〜１０のアラルキル基、ハロゲンを表す。ｍ及びｓはそれぞれ独立に０または１を表し、ｑ及びｒはそれぞれ独立に１〜１０の整数、ｔ、ｔ’はそれぞれ独立に１〜３の整数を表す。ここで、Ｘは一般式（Ｉ）の定義で既に示した−Ｄ−Ａと同様である。
【００７７】
また、前記Ｗは下記に構造群４挙げられるものが好ましい。
【００７８】
【化６】

【００７９】
ここで、ｓ’は０〜３の整数を表す。
【００８０】
一般式（ＩＩ）におけるＡｒ_５の具体的構造としては、ｋ＝０の時は、上記Ａｒ_１〜Ａｒ_４のｍ＝１の構造が、ｋ＝１の時の時は、上記Ａｒ_１〜Ａｒ_４のｍ＝０の構造が挙げられる。
【００８１】
一般式（Ｉ）で表される光機能性有機けい素化合物は、１種単独で使用してもよいし、２種以上併用してもよい。
【００８２】
表面層形成に際しては、硬化膜の機械的強度をさらに向上させる目的で、一般式（Ｉ）で表される化合物と結合可能な基を有する化合物の少なくとも１種を添加することが好ましい。
【００８３】
一般式（Ｉ）で表される化合物と結合可能な基とは、一般式（Ｉ）で表される化合物を加水分解した際に生じるシラノール基と結合可能な基を意味し、具体的には、−Ｓｉ（Ｒ_１）_{（３−ａ）}Ｑ_ａで示される基、エポキシ基、イソシアネート基、カルボキシル基、ヒドロキシ基、ハロゲンなどを意味する。これらのうち、−Ｓｉ（Ｒ_１）_{（３−ａ）}Ｑ_ａで示される加水分解性基、エポキシ基、イソシアネート基を有する化合物が、より強い機械的強度を有するため好ましい。
【００８４】
さらに、一般式（Ｉ）で表される化合物と結合可能な基を有する化合物としては、これらの基を分子内に２つ以上持つものが、硬化膜の架橋構造を３次元的にし、膜により強い機械的強度を与えるため好ましい。これらのうち、最も好ましい化合物例として一般式（ＩＩＩ）で示される化合物が挙げられる。
【００８５】
【化７】

【００８６】
一般式（ＩＩＩ）中、Ａ’は−Ｓｉ（Ｒ_１）_{（３−ａ）}Ｑ_ａで表される加水分解性基を有する置換けい素基、Ｂは枝分かれを含んでも良いｎ価の炭化水素基、ｎ価のフェニル基、−ＮＨ−、−Ｏ−Ｓｉ−から選ばれる基の少なくとも１つ、あるいはこれらの組み合わせから構成される。ａは１〜３の整数、ｎは２以上の整数を表す。
【００８７】
一般式（ＩＩＩ）で示される化合物は、−Ｓｉ（Ｒ_１）_{（３−ａ）}Ｑ_ａで表される加水分解性基を有する置換けい素基Ａ’を２個以上有している化合物である。Ａ’に含まれるＳｉ基の部分が、一般式（Ｉ）の化合物あるいは化合物（ＩＩＩ）自身と反応し、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合となって３次元的な架橋硬化膜を形成していく。一般式（Ｉ）の化合物も同様のＳｉ基を有しているので、それのみで硬化膜を形成することも可能であるが、化合物（ＩＩＩ）は２個以上のＡ’を有しているので硬化膜の架橋構造が３次元的になり、より強い機械的強度を有するようになると考えられる。また、一般式（Ｉ）の化合物におけるＤ部分と同様、架橋硬化膜に適度な可とう性を与える役割もある。
【００８８】
化合物（ＩＩＩ）としては、下記構造群５に示されるものがより好ましい。
【００８９】
【化８】

【００９０】
上記式中、Ｔ_１、Ｔ_２はそれぞれ独立に枝分かれしていてもよい２価あるいは３価の炭化水素基、Ａ’は前記した置換基を表わす。ｈ、ｉ、ｊは１〜３の整数であり、かつ、分子内のＡ’の数が２以上となるように選ばれる。
【００９１】
これらの式で表わされる一般式（ＩＩＩ）の化合物の具体例を以下に示すが、これらに限定されるわけではない。
【００９２】
【化９】

【００９３】
一般式（Ｉ）で表される光機能性有機けい素化合物は、１種単独で使用してもよいし、２種以上併用してもよい。また、膜の成膜性、可とう性を調整するなどの目的から、他のカップリング剤、フッ素化合物などを混合して用いてもよい。このような化合物として、各種シランカップリング剤、および市販のシリコーン系ハードコート剤を用いることができる。
【００９４】
また、表面保護層として架橋膜を形成する場合は、有機金属化合物、あるいは硬化型マトリックスを添加することが好ましい。
【００９５】
これらのコーティング液の調製は、無溶媒で行うか、必要に応じてメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類；アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類；テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類等が使用できるが、好ましくは沸点が１００℃以下のものであり、任意に混合しての使用もできる。溶剤量は任意に設定できるが、少なすぎると一般式（Ｉ）で示される化合物が析出しやすくなるため、一般式（Ｉ）で示される化合物１質量部に対し０．５〜３０質量部、好ましくは１〜２０質量部で使用される。
【００９６】
コーティング液調製においては、一般式（Ｉ）の化合物と、必要に応じてその他の化合物と、を固体触媒に接触させて反応させるが、反応温度および時間は原料の種類によっても異なり、通常は０〜１００℃で行われ、０〜７０℃で行うことがより好ましく、１０〜３５℃の温度で行うことが特に好ましい。反応時間に特に制限はないが、反応時間が長くなるとゲル化を生じ易くなるため、１０分から１００時間の範囲で行うことが好ましい。
【００９７】
一般式（Ｉ）で表される化合物と結合可能な基を有するポリマーを添加する場合、固体触媒と上記ポリマーとが同時に存在すると著しくゲル化を促進し、コーティングが困難となる場合があるため、固体触媒を除去した後に添加することが好ましい。このような固体触媒は、触媒成分が一般式（Ｉ）の化合物溶液、その他の化合物、溶媒等のいずれにも不溶であるものであれば、特に限定されない。
【００９８】
加水分解縮合させる際の水の添加量は、特に限定されないが、生成物の保存安定性やさらに重合に供する際のゲル化抑制に影響するため、好ましくは、一般式（Ｉ）で示される化合物の加水分解性基をすべて加水分解するに必要な理論量に対して３０〜５００％、さらに５０〜３００％の範囲の割合で使用することが好ましい。水の量が５００％よりも多い場合、生成物の保存安定性が悪くなったり、析出しやすくなる。一方、水の量が３０％より少ない場合、未反応物が増大してコーティング液塗布時、硬化時に相分離を起こしたり、塗膜の強度低下を起こしやすい。
【００９９】
さらに硬化触媒として、塩酸、酢酸、リン酸、硫酸などのプロトン酸等を加え硬化させる。硬化温度は、任意に設定できるが、所望の強度を得るためには６０℃以上、より好ましくは８０℃以上に設定される。硬化時間は、必要に応じて任意に設定できるが、１０分〜５時間が好ましい。また、硬化反応を行ったのち、高湿度状態に保ち、特性の安定化を図ることも有効である。さらに、用途によっては、ヘキサメチルジシラザンや、トリメチルクロロシランなどを用いて表面処理を行い、疎水化することもできる。
【０１００】
塗布方法としては、ブレードコーティング法、ワイヤーバーコーティング法、スプレーコーティング法、浸漬コーティング法、ビードコーティング法、エアーナイフコーティング法、カーテンコーティング法等の通常の方法を用いることができる。
【０１０１】
さらに、帯電器で発生するオゾン等の酸化性ガスによる劣化を防止する目的で、酸化防止剤を添加することが好ましい。感光体ドラム１１表面の機械的強度を高め、感光体ドラム１１を長寿命化すると、感光体ドラム１１が酸化性ガスに長時間接触することになるため、従来より強い酸化耐性が要求される。
【０１０２】
酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール系あるいはヒンダードアミン系が望ましく、有機イオウ系酸化防止剤、フォスファイト系酸化防止剤、ジチオカルバミン酸塩系酸化防止剤、チオウレア系酸化防止剤、ベンズイミダゾール系酸化防止剤、などの公知の酸化防止剤を用いてもよい。酸化防止剤の添加量としては、表面層全体に対して１５ｗｔ％以下が望ましく、１０ｗｔ％以下がさらに望ましい。
【０１０３】
ヒンダードフェノール系酸化防止剤としては、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール、２，５−ジ−ｔ−ブチルヒドロキノン、Ｎ，Ｎ’−ヘキサメチレンビス（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシヒドロシンナマイド）、３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシ−ベンジルフォスフォネート−ジエチルエステル、２，４−ビス［（オクチルチオ）メチル］−ｏ−クレゾール、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−エチルフェノール、２，２′−メチレンビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、２，２′−メチレンビス（４−エチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、４，４′−ブチリデンビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、２，５−ジ−ｔ−アミルヒドロキノン、２−ｔ−ブチル−６−（３−ブチル−２−ヒドロキシ−５−メチルベンジル）−４−メチルフェニルアクリレート、４，４′−ブチリデンビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、などが挙げられる。
【０１０４】
電荷輸送性を有し、架橋構造を有するシロキサン系樹脂は、優れた機械強度を有する上に光電特性も十分であるため、これをそのまま電荷輸送層として用いることもできる。
【０１０５】
塗布方法としては、ブレードコーティング法、ワイヤーバーコーティング法、スプレーコーティング法、浸漬コーティング法、ビードコーティング法、エアーナイフコーティング法、カーテンコーティング法等の通常の方法を用いることができる。ただし、１回の塗布により必要な膜厚が得られない場合、複数回重ね塗布することにより必要な膜厚を得ることができる。複数回の重ね塗布を行なう場合、加熱処理は塗布の度に行なっても良いし、複数回重ね塗布した後でも良い。
【０１０６】
表面層の架橋の度合いは、表面層の硬さにより知ることができるが、この硬さは、感光体の硬度として求めることができる。感光体の硬度は、ダイナミック硬さで、１５〜３５ｍＮ／μｍ^２の範囲が好ましい。なお、ダイナミック硬さは、島津ダイナミック硬度計ＤＵＨ−２０１により測定することができる。
【０１０７】
４つのトナー像形成ユニット１０は、中間転写ベルト３０の循環方向に並んで配置されており、各感光体ドラム１１の表面は、中間転写ベルト３０に接している。１次転写ロール２０は、中間転写ベルト３０を挟んで感光体ドラム１１と対向する位置に配備されており、感光体ドラム１１と中間転写ベルト３０とが接する部分が１次転写位置であり、本発明にいう転写位置に相当する。
【０１０８】
また、各トナー像形成ユニット１０には、現像器１２、帯電器１３、光書き込みユニット１４、クリーニング装置１５、および除電ランプ１６が配備されている。現像器１２は、感光体ドラム１１の周囲の、１次転写位置の上流側に配備されており、この現像器１２が配備された位置が、本発明にいう現像位置に相当する。帯電器１３は、その現像器１２よりもさらに上流側に配備されている。また、光書き込みユニット１４は、現像器１２と帯電器１３との間に配備されている。さらに、クリーニング装置１５は、感光体ドラム１１の周囲の、１次転写位置の下流側に配備されており、除電ランプ１６は、そのクリーニング装置１５と１次転写位置との間に配備されている。
【０１０９】
感光体ドラム１１の表面は、帯電器１３によって一様に帯電される。光書き込みユニット１４には、図示省略したが、半導体レーザーとポリゴンミラーが内蔵されている。この光書き込みユニット１４は、帯電器１３により一様に帯電した感光体ドラム１１の表面にレーザ光を照射することで、感光体ドラム１１表面に静電潜像を形成する。現像器１２は、二成分現像方式を採用したものであり、この現像器１２には、磁性キャリアと一色の負側に帯電した非磁性トナーが収容されている。
【０１１０】
本実施形態に用いられる非磁性トナーは、従来公知の材料を使用し、公知の製造方法によって得ることができる。例えば、結着樹脂と着色剤、必要に応じて帯電制御剤、離型剤等を混練、粉砕、分級する混練粉砕法、結着樹脂の重合性単量体を乳化重合させ、形成された分散液と、着色剤、離型剤、必要に応じて帯電制御剤等の分散液とを混合し、凝集、加熱融着させ、トナー粒子を得る乳化重合凝集法、結着樹脂を得るための重合性単量体と着色剤、離型剤、必要に応じて帯電制御剤等の溶液を水系溶媒に懸濁させて重合する懸濁重合法、結着樹脂と着色剤、離型剤、必要に応じて帯電制御剤等の溶液を水系溶媒に懸濁させて造粒する溶解懸濁法等が使用できる。
【０１１１】
使用される結着樹脂としては、スチレン、クロロスチレン等のスチレン類、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソプレン等のモノオレフィン類、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ドデシル等のα―メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル類、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類等の単独重合体および共重合体を例示することができ、特に代表的な結着樹脂としては、ポリスチレン、スチレンーアクリル酸アルキル共重合体、スチレンーメタクリル酸アルキル共重合体、スチレンーアクリロニトリル共重合体、スチレンーブタジエン共重合体、スチレンー無水マレイン酸共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン等をあげることができる。さらに、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、変性ロジン、パラフィンワックス等をあげることができる。
【０１１２】
また、トナーの着色剤としては、マグネタイト、フェライト等の磁性粉、カーボンブラック、アニリンブルー、カルコオイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、フタロシアニンブルー、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド４８：１、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド１２２、Ｃ．Ｉ．ピグメント・レッド５７：１、Ｃ．Ｉ．ピグメント・イエロー９７、Ｃ．Ｉ．ピグメント・イエロー１７、Ｃ．Ｉ．ピグメント・ブルー１５：１、Ｃ．Ｉ．ピグメント・ブルー１５：３等を代表的なものとして例示することができる。
【０１１３】
離型剤としては低分子ポリエチレン、低分子ポリプロピレン、フィッシャートロプシュワックス、モンタンワックス、カルナバワックス、ライスワックス、マイクロクリスタリンワックス、キャンデリラワックス等を代表的なものとして例示することができる。
【０１１４】
上記で得られたトナー粒子には公知の粉体流動化剤、クリーニング助剤、転写助剤、研磨材等微粒子を外添混合して用いられる。
【０１１５】
また、図１に示す現像器１２にはマグロール１２１が配備されている。マグロール１２１の周面には、トナーが付着した磁性キャリアがブラシ状となった現像剤層（いわゆる磁気ブラシ）が形成され、非磁性トナーは、この現像剤層から静電潜像を担持した感光体ドラム１１の表面に移行する。静電潜像は非磁性トナーの移行を受けて現像されトナー像となる。除電ランプ１６は、１次転写を終えた感光体ドラム１１の表面の電位をレベリングし、磁気ブラシを構成する磁性粒子が感光体ドラム１１の表面に付着してしまうことを防止するためのものである。
【０１１６】
図２は、図１に示すクリーニング装置の構造を模式的に示した図である。
【０１１７】
この図２にも、時計回りに回転する感光体ドラム１１が示されている。図２に示すクリーニング装置１５は、２本のクリーニングロール１５１，１５２と、２本の回収ロール１５３と、２枚のスクレーパ１５４を有する。２本のクリーニングロール１５１，１５２は、感光体ドラム１１の回転方向に並んで配備されており、以下、必要に応じて、感光体ドラム１１の回転方向上流側に配備されたクリーニングロールを第１クリーニングロール１５１と称し、回転方向下流側に配備されたクリーニングロールを第２クリーニングロール１５２と称することにする。これらのクリーニングロール１５１，１５２はともに、内部に固定磁石が配備され、感光体ドラム１１の回転方向に対してアゲインスト方向に回転駆動するスリーブロール１５０１を有する。スリーブロール１５０１の周面には、導電性の磁性粒子が連なった磁性粒子群が外方に向かって複数伸びることでブラシ状に形成された磁性粒子層１５０１ａ（磁気ブラシと称することがある）が配備されている。この磁性粒子層１５０１ａは、感光体ドラム１１の表面に接触する。なお、磁気ブラシに代えて他の磁性粒子層を有するクリーニングロールであってもよく、このような他の磁性粒子層を有するクリーニングロールを備えたクリーニング装置の中には、クリーニングロールが、感光体ドラム１１の表面に接触までしなくても近接する位置に配備されていればよいものもある。また、第１クリーニングロール１５１には、図１に示す現像器１２に収納された非磁性トナーの帯電極性とは逆極性の正側の直流バアイスを印加する直流電源１５５と、交流電源１５６とが接続されており、この第１クリーニングロール１５１の磁性粒子層１５０１ａを形成する磁性粒子には、非磁性の負極性物質が磁気的および電気的に引きつけられる。一方、第２クリーニングロール１５２には、負側の直流バイアスを印加する直流電源１５７と、交流電源１５６とが接続されており、この第２クリーニングロール１５２の磁性粒子層１５０１ａを形成する磁性粒子には、非磁性の正極性物質が磁気的および電気的に引きつけられる。また、図２に示すクリーニング装置１５には、導電性の磁性粒子が連なった磁性粒子群の長さを制御する規制トリマー１５８が設けられている。２本の回収ロール１５３それぞれは、各クリーニングロール１５１，１５２の磁性粒子層１５０１ａに接触する位置に配備されており、２枚のスクレーパ１５４それぞれは、先端が、各回収ロール１５３の表面に当接した状態で配備されている。また、２本の回収ロール１５３もともに回転駆動するものである。なお、回収ロールは、必ずしもクリーニングロールの磁性粒子層１５０１ａに接触する位置に配備される必要はなく、磁性粒子層１５０１ａに近接する位置に配備されていてもよい。
【０１１８】
図１に示す画像形成装置では、中間転写ベルト３０に既に転写されたトナー像の一部が、これから転写されるトナー像を担持した感光体ドラム１１表面に移行してしまうリトランスファーと称される現象が生じる。このリトランスファーによって感光体ドラム１１に戻ってきた非磁性トナーは、転写剥離時の放電を受けていることにより、現像器１２に収納されている非磁性トナーの帯電極性とは逆極性の正極性である。したがって、第２クリーニングロール１５２の磁性粒子層１５０１ａを形成する磁性粒子に引きつけられる。一方、１次転写によって残留した非磁性トナーは、現像器１２に収納されている非磁性トナーの帯電極性と同じ負極性であり、第１クリーニングロール１５１の磁性粒子層１５０１ａを形成する磁性粒子に引きつけられる。よって、このクリーニング装置１５では、感光体ドラム１１の回転方向に並んで配備された２本のクリーニングロール１５１，１５２によってクリーニング効率が上昇していることに加え、第１クリーニングロール１５１によって転写残トナーを除去することができるとともに、第２クリーニングロール１５２によってリトランスファーによって感光体ドラム１１表面に戻ってきたトナーも除去することができる。しかも、本実施形態のクリーニング装置１５では、帯電器１３による帯電によって生じた放電生成物等を、クリーニングロール１５１，１５２により除去するため、感光体ドラム１１表面との潤滑性は、ブレードを用いるものほど問題にならない。また、クリーニングロール１５１，１５２は、磁気的な力を利用して感光体ドラム１１表面に存在する非磁性トナーをクリーニングするため、形成画像に依存した残留トナーの増減はクリーニング性能に何ら影響することはない。この残留トナーの増減に無関係なことは、複数の感光体ドラムを備えた画像形成装置において、それらの感光体ドラム間における偏摩耗の発生防止につながり、特に、タンデム方式を採用し高速な画像形成能力を有する画像形成装置では大きな利点になる。さらに、各クリーニングロール１５１，１５２には、交流バイアスが重畳印可されているため、クリーニング効率がより高められている。
【０１１９】
続いて、磁性粒子層１５０１ａを形成する磁性粒子について詳述する。磁性粒子としては二成分現像剤に用いられる磁性キャリアを使用することができる。強磁性を示す公知の材料が使用でき、具体的には、鉄、鋼、ニッケル、コバルト等の磁性金属、及びフェライト、マグネタイト等の磁性酸化物等が挙げられる。磁性粒子の平均粒径は１０〜３００μｍであればよく、２０〜１５０μｍの粒子が好ましく用いられる。１０μｍ以下の粒子は磁気ブラシから感光体ドラム１０へ移行付着し易く、３００μｍ以上ではトナークリーニング性は確保できるものの磁気ブラシと感光体ドラム１１との接触点が減少し所謂帯電器により付着する放電生成物のクリーニングが不十分となり、高湿環境下で所謂画像流れが発生する。磁性粒子としてはそのままでも使用できるが長期クリーニング性能維持および感光体ドラム１１への傷防止のため表面に樹脂被覆層を設けることが望ましい。さらに樹脂被覆層には抵抗調整のためにマトリクス樹脂中に導電性微粉末を分散含有させることが望ましい。マトリックス樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、塩化ビニルー酢酸ビニル共重合体、スチレンーアクリル酸共重合体、オルガノシロキサン結合からなるストレートシリコーン樹脂又はその変性品、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、フェノール樹脂、アミノ樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、アミド樹脂、エポキシ樹脂等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。また、導電性微粉末に用いる導電材料としては、金、銀、銅といった金属、また酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム、酸化スズ、カーボンブラック等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。磁性粒子の電気抵抗値の下限値、上限値はプロセススピード、印加バイアス値により異なるが、下限値は、磁気ブラシへの電荷注入による磁性粒子の感光体ドラム１１への付着が発生しない範囲で調整することが望ましく、上限値は、磁性粒子とその磁性粒子に付着しているトナーとの接触摩擦により発生する電荷の蓄積が発生しない範囲で調整することが望ましい。
【０１２０】
次に、図２に示す２本の回収ロール１５３について詳述する。これらの回収ロール１５３は、周面に、クリーニングロールの磁性粒子層１５０１ａに付着した非磁性トナーを電気的に吸着させるものである。回収ロール１５３の材料としては、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を挙げる事が出来るが、中でもフェノール樹脂は寸法精度が高く、成形がし易く、且つ成形品の表面平滑性に優れ、更には安価である事から好適な材料である。また、剛性を増加させると共に電気抵抗を所定の範囲に調整する目的で、回収ロール１５３中に有機フィラー又は無機フィラーの何れかを単独又は複数、及び有機フィラーと無機フィラーの両方を各一種又は複数種充填しても良い。ここで言う有機フィラーとしては、カーボンブラック、炭素粉、グラファイト、磁性粉、酸化亜鉛、酸化すず、酸化チタン等の金属酸化物、硫化銅、硫化亜鉛等の金属硫化物、ストロンチウム、バリウム、希土類等の所謂ハードフェライト、マグネタイト、銅、亜鉛、ニッケル及びマンガン等のフェライト、またはこれらの表面を必要に応じ導電処理したもの、銅、鉄、マンガン、ニッケル、亜鉛、コバルト、バリウム、アルミニウム、錫、リチウム、マグネシウム、シリコン、リン等の異なる金属元素を含んだ酸化物、水酸化物、炭酸塩又は金属化合物等から選ばれ高温中で焼成して得られる金属酸化物の固溶体、所謂複合金属酸化物等が挙げられ、無機フィラーとしては錫、鉄、銅、アルミ等の金属粉体や金属繊維、ガラス繊維等が挙げられる。
【０１２１】
回収ロール１５３の電気抵抗が１×１０^５Ωより低い場合には、電荷注入が起こりクリーニングロール１５１，１５２に付着したトナーを電気的に吸着する事が出来なくなってしまう。逆に回収ロール１５３の電気抵抗が１×１０^１４Ωを上回ってしまうと、回収ロール１５３に電荷が蓄積される所謂チャージアップが起こり、やはり電気的にトナーを吸着出来なくなるため、回収ロール１５３の５００Ｖ印加時の電気抵抗は１×１０^５〜１×１０^１４Ωの範囲、より好ましくは１×１０^６〜１×１０^１２Ωにある事が好ましい。さらにまた、効率的にトナーを静電的に吸着移動させるため、クリーニングロール１５１，１５２の磁性粒子層１５０１ａと回収ロール１５とに電位差のある回収バイアスを印加することが好ましく、図２に示す２本の回収ロール１５３それぞれには、接触するクリーニングロール１５１，１５２に印加した直流バイアスの極性と同じ極性の直流電源１５９が接続されている。磁性粒子層１５０１ａと回収ロール１５３との好ましい電位差は、｜１００Ｖ｜以上、好ましくは｜２００Ｖ｜以上である。
【０１２２】
続いて、図２に示す２枚のスクレーパ１５４について詳述する。各スクレーパ１５４は、一端を固定し他端を自由端として、その自由端が回収ロール１５３の周面に当接するように配備されたものであって、当接した回収ロール１５３に吸着されている非磁性トナーを掻き取るものである。スクレーパ１５４は、高耐久性及び低コストの観点よりステンレスあるいはリン青銅の金属薄板から形成され、その厚さは０．０２〜２ｍｍ程度であるものが好適に用いられる。
【０１２３】
【実施例】
以下実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。
［実施例１］
図１に示す画像形成装置の構成と同じフルカラータンデム方式の画像形成装置を用いて画像形成を行った。具体的には、富士ゼロックス（株）製ＤｏｃｕＣｏｌｏｒ２０６０のブレードクリーニングシステムを、図２に示す構成と同じ構成のクリーニング装置に置き換え、プロセス方向に伸びた、濃度（トナー量）が異なる複数の領域からなるチャート画像を用い高温高湿（３０℃、８０％ＲＨ）の環境下で連続１０万枚の画像形成テストを行い、ついで低温低湿（１０℃、２０％ＲＨ）の環境下で同じく１０万枚の画像形成テストを行った。
【０１２４】
以下、この実施例１で用いたクリーニング装置の概要を示す。
＜第１クリーニングロール＞
スリーブロールとして５極マグネットを内部に保有した１８φＳＵＳスリーブを用いた。
【０１２５】
また、感光体ドラムに接触した領域における磁束密度を０．１３Ｗｂ／ｍ^２、に回収ロールに接触した領域における磁束密度が０．１Ｗｂ／ｍ^２であった。
【０１２６】
さらに、この第１クリーニングロールには、＋２００Ｖの直流バイアスを印加した。
【０１２７】
磁性粒子には、平均粒径５０μｍのフェライトコアの周囲を、カーボンブラックを分散させたメチルメタクリレート樹脂でコートしたものを用いた。
＜回収ロール＞
第１クリーニングロールに接する回収ロールとしては、フェノール樹脂に導電性カーボンを分散した材料からなるものを用いた。この回収ロールの電気抵抗は１×１０^８Ωであった。また、曲げ弾性率は１００Ｍｐａであり、ロックウェル硬度（Ｍ）は１２０であった。この回収ロールは、磁気ブラシ（磁性粒子層）への食い込み量が１．５ｍｍとなるように配置し、周速７０ｍｍ／ｓ、印加バイアス＋６００Ｖに設定した。
＜第２クリーニングロール＞
−４００Ｖの直流バイアスを印加した点を除いて、第１クリーニングロールと同じである。
＜回収ロール＞
第２クリーニングロールに接する回収ロールとしては、−８００Ｖの直流バイアスを印加した点を除いて、第１クリーニングロールに接するクリーニングロールと同じである。
＜スクレーパー＞
２枚のスクレーパとしてはそれぞれ、８０ミクロンのＳＵＳ３０４からなるものを用いた。これらのスクレーパを、回収ロールへの食い込み量が１．３ｍｍとなるようにそれぞれ配備した。各スクレーパの固定端から自由端までの長さ（フリーレングス）は８．０ｍｍに設定した。
【０１２８】
１０万枚の画像形成テストの間、高温高湿下での画像流れ、及び高温高湿下であっても低温低湿下であっても形成画像に依存した残留トナーの増減によるディフェクトの発生は見られなかった。
［実施例２］
実施例１では、フッ素樹脂を含有した表面層を有する感光体ドラムは用いなかったが、この実施例２では、実施例１で用いた画像形成装置の感光体を、フッ素樹脂を含有した表面層を有する感光体ドラムに代え、それ以外には手を加えず、連続５０万枚の画像テストを行ったが、高温高湿下であっても低温低湿下であっても、形成画像に依存した残留トナーの増減によるディフェクトの発生は見られなかった。
【０１２９】
フッ素樹脂を含有した表面層を有する感光体ドラムの作成方法
感光体の外周面に、以下に示す塗布含浸処理を施すことによりフッ素樹脂含有層を形成した。
【０１３０】
まず、前記感光体の外周面に、下記組成のフッ素樹脂を必須成分とする処理液Ａをディップコーティングにて塗布した。なお、ここで用いた処理液Ａの粘度は２００ｍＰａ・ｓであった。

その後、処理液Ａを塗布した積層体を、６０℃の恒温槽内で１５分間乾燥し、電子写真用感光体を得た。
［実施例３］
この実施例３では、実施例１で用いた画像形成装置の感光体を、シロキサン系樹脂を含有した表面層を有する感光体ドラムに代え、それ以外には手を加えず、連続１００万枚の画像テストを行ったが、高温高湿下であっても低温低湿下であっても、形成画像に依存した残留トナーの増減によるディフェクトの発生は見られなかった。
【０１３１】
シロキサン系樹脂を含有した表面層を有する感光体ドラムの作成方法
下記一般式（ＩＶ）に示す化合物の中で、各置換基が表１に示される構造（表中、ｉＰｒはイソプロピル基を表す）である化合物（３）２部、メチルトリメトキシシラン２部、テトラメトキシシラン０．５部、コロイダルシリカ０．３部を、イソプロピルアルコール５部、テトラヒドロフラン３部、蒸留水０．３部に溶解させ、イオン交換樹脂（アンバーリスト１５Ｅ）０．５部を加え、室温で攪拌することにより２４時間加水分解を行った。
【０１３２】
【化１０】

【０１３３】
【表１】

【０１３４】
加水分解したものからイオン交換樹脂を濾過分離した液体２部に対し、アルミニウムトリスアセチルアセトナートを０．０４部、３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシトルエン（ＢＨＴ）０．１部を加え、表面保護層塗布液を調製した。この塗布液を前記電荷輸送層の上にリング型浸漬塗布法により塗布した。室温で３０分風乾した後、１７０℃で１時間加熱処理して硬化し、膜厚約３μｍの表面保護層を形成することにより、感光体ドラムを作製した。
［比較例１］
富士ゼロックス（株）製ＤｏｃｕＣｏｌｏｒ２０６０のブレードクリーニングシステムそのものを用い、実施例１と同様な画像形成テストを実施した。画像形成テスト終了後、全面ハーフトーンチャート画像を用紙に形成したところ、画像形成テストで用いた画像に依存した残留トナーの増減が原因と考えられる濃度むらが発生した。また、トナー像が形成されずに本来白色であるべき部分（非画像部）にすじが発生した。さらに、画像形成テスト終了後のブレードを観察したところ非画像部に対応する部分に多くのブレード欠けが観察された。また画像形成テスト終了後の感光体ドラムの膜厚測定の結果、トナー像が形成された部分（画像部）の膜べりが非画像部に対応する部分よりも３μｍも多めであった。
【０１３５】
以上の結果から、同一画像連続ランモード等が主流のフルカラー高速タンデムシステムにおいて従来のブレードクリーニング方式を用いると、ブレードへの潤滑剤（トナー、外添剤等）不足が発生し、ブレードライフが短くなってしまうが、各実施例で用いたいわゆる磁気ブラシクリーニングシステムを適用することにより、同一画像連続ラン等のストレスに十分に耐えることができ画像形成システムの長期にわたる維持性が得られることが確認された。
【０１３６】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、長期にわたり良好なクリーニング特性を維持することができるクリーニング機構を備えた画像形成装置、および長期にわたり良好なクリーニングを行うことができるクリーニング工程を有する画像形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である画像形成装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示すクリーニング装置の構造を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１画像形成装置
１０トナー像形成ユニット
１１感光体ドラム
１１１表面層
１２現像器
１３帯電器
１４光書き込みユニット
１５クリーニング装置
１６除電ランプ
１５０１スリーブロール
１５０１ａ磁性粒子層
１５１第１クリーニングロール
１５２第２クリーニングロール
１５３回収ロール
１５４スクレーパ
１５５直流電源
１５６交流電源
１５７直流電源
２０一次転写ロール
３０中間転写ベルト
３１支持ロール
４０定着ロール
５０圧力ロール

Claims

静電潜像を非磁性トナーと磁性キャリアとを含む現像剤で現像することでトナー像を形成するトナー像形成ユニットが複数配備され、各トナー像形成ユニットで形成されたトナー像が記録媒体上で最終的に一つに重なるようにこれらトナー像を該記録媒体上に転写し、転写したこれらトナー像を該記録媒体上に定着することにより該記録媒体上に定着トナー像からなる画像を形成する画像形成装置において、
前記トナー像形成ユニットが、静電潜像担持体と、静電潜像担持体表面に前記現像剤を供給し該静電潜像担持体表面に担持された静電潜像を現像する現像器と、静電潜像担持体表面に接触若しくは近接した状態で回転自在に配備され、表面に磁性粒子からなる磁性粒子層を有し、回転することにより該静電潜像担持体表面に存在する非磁性トナーを該磁性粒子層に付着させる、複数のクリーニングロールとを備えたものであり、
前記静電潜像担持体が、２００ｍｍ／ｓｅｃ以上の周速度で回転してなることを特徴とする画像形成装置。
静電潜像担持体上の静電潜像を非磁性トナーと磁性キャリアとを含む現像剤で現像することでトナー像を形成するトナー像形成ユニットが複数配備され、各トナー像形成ユニットでトナー像を形成する工程、これらのトナー像を該記録媒体上に転写する工程、転写したこれらトナー像を該記録媒体上に定着する工程を有する画像形成方法において、
静電潜像担持体が２００ｍｍ／ｓｅｃ以上の周速度で回転してなり、
前記静電潜像担持体表面に前記現像剤を供給し該静電潜像担持体表面に担持された静電潜像を現像する現像器を用いて現像する工程、
前記現像工程により得られたトナー画像を転写する工程、ついで前記静電潜像担持体表面に残存する非磁性トナーを除去するクリーニング工程を有し、前記クリーニング工程が、該静電潜像担持体表面に接触若しくは近接した状態で回転自在に配備され、表面に磁性粒子からなる磁性粒子層を有する複数のクリーニングロールによるものであることを特徴とする画像形成方法。