JP2008129498A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、画像面積率が少ない画像を大量に印刷した場合でも、逆極性粒子の消費を抑え、キャリア劣化によるトナー帯電量低下を抑止し、長期に渡って高画質な画像を形成することのできる画像形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】逆極性粒子を含む現像剤と、現像剤担持体と、トナー担持体と、トナー担持体と像担持体との間に交流重畳バイアス電圧を印可する電圧印加手段と、を有する画像形成装置であって、交流重畳バイアス電圧は、その振動波形が台形波を含む振動波形であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、画像形成装置に関する。

従来より、電子写真方式を用いた画像形成装置において、像担持体上に形成された静電潜像の現像方式としては現像剤としてトナーのみを用いる一成分現像方式およびトナーとキャリアを用いる二成分現像方式が知られている。

一成分現像方式では一般的に、トナー担持体とトナー担持体側に押圧された規制板とを用い、トナー担持体上のトナーを規制板により押圧しながら膜厚規制することにより、所定の帯電量のトナー薄層を形成することができる。このトナー薄層により、像担持体上の静電潜像を現像する。この方式は、ドットの再現性に優れ、画像のムラの少ない均一な画像が得られやすい方式である。また、装置の簡略化、小型化、低コスト化の面で有利と考えられている。しかし、規制部において強いストレスをトナーに与えるため、トナー表面が変質したり、トナー規制部材やトナー担持体表面にトナーや外添剤が付着し、トナーの帯電量が低下して、帯電不良トナーによる画像上へのかぶりや飛散による機内の汚れ等の問題を引き起こす。その結果、現像装置の寿命が短くなるという問題がある。

一方、二成分現像方式ではトナーをキャリアとの混合による摩擦帯電で帯電するため、ストレスが小さく、トナーの劣化に対して有利である。さらにトナーへの電荷付与部材であるキャリアも、その表面積が大きいため、トナーや外添剤による汚染に対しても相対的に強く、長寿命化に関しては有利である。

しかしながら、二成分現像剤を用いた場合においても、トナーや外添剤によってキャリア表面の汚染が生じることには変わりなく、長期に渡る使用によりトナー帯電量の低下を引き起こし、かぶりやトナー飛散などの問題が生じ、その寿命は決して十分とは言えず、より長寿命化が望まれる。

二成分現像剤を長寿命化する方法として、特許文献１には、トナーと共に、もしくは単独でキャリアを少量ずつ補給し、それに応じて、荷電性の低下した劣化現像剤を排出し、キャリアの入れ替えを行い、劣化キャリアの比率を抑える現像装置が開示されている。この装置ではキャリアを入れ替えているため、キャリア劣化によるトナーの帯電量低下を一定のレベルで抑えることが可能となり、長寿命化に有利である。

また、特許文献２には、トナー帯電極性と逆極性の帯電性を有する逆極性粒子を外添したトナーとキャリアからなる二成分現像剤およびこれを用いた現像方法が開示されている。この現像方法における逆極性粒子は研磨剤およびスペーサ粒子として作用し、キャリア表面のスペント物を取り除く効果により、キャリア劣化を抑制する効果が示されている。

また、特許文献３には、二成分現像剤からトナーのみを担持するトナー担持体を用いて、像担持体上の潜像を現像する所謂ハイブリッド現像方式が開示されている。ハイブリッド現像方式は、磁気ブラシによる画像の刷毛ムラが発生せず、ドット再現性や画像の均一性に優れ、像担持体と磁気ブラシが直接接触しないため像担持体へのキャリアの移行（キャリア消費）も起こらないなど、通常の二成分現像方式にはない特徴がある。ハイブリッド現像方式では、トナーの帯電はキャリアとの摩擦帯電によって行われるため、キャリアの電荷付与性能の維持はトナーの荷電性を安定させ、長期にわたり画像品質を保つ上で重要である。
特開昭５９−１００４７１号公報 特開２００３−２１５８５５号公報 特開平９−１８５２４７号公報

しかしながら、特許文献１では、排出されたキャリヤを回収する機構が必要であることや、キャリヤが消耗品となることからコスト、環境面などの問題がある。また、キャリヤの新旧比率が安定するまでに所定量の印刷を繰り返す必要があり、必ずしも初期の特性を維持できていない。また、特許文献２では、出力画像の画像部の面積率（画像面積率）が小さい場合に、像担持体上の画像部へのトナーの消費量に比べて、非画像部への逆極性粒子の消費量が多くなり、画像面積率の小さい画像を大量に印刷した場合に現像装置内の逆極性粒子の量が少なくなる。その結果、キャリア劣化を抑制するという逆極性粒子の効果を十分に発揮できず、トナー帯電量が低下し、画像劣化を引き起こすという問題がある。また。特許文献３では、耐刷枚数とともにキャリア表面がトナーや後処理剤等によって汚染され、キャリアの電荷付与性能が低下していく問題が残る。

本発明は、画像面積率が少ない画像を大量に印刷した場合でも、逆極性粒子の消費を抑え、キャリア劣化によるトナー帯電量低下を抑止し、長期に渡って高画質な画像を形成することのできる画像形成装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。

１．
トナーと、該トナーを帯電するためのキャリアと、該トナーの帯電極性と逆極性に帯電する逆極性粒子とを含む現像剤と、該現像剤を表面に担持搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体と対向して現像剤担持体上の現像剤中から分離されたトナーを担持搬送するトナー担持体と、
前記トナー担持体と対向して配置され、前記トナー担持体の担持するトナーで現像される静電潜像を表面に担持する像担持体と、
前記トナー担持体と前記像担持体との間に交流重畳バイアス電圧を印可する電圧印加手段と、を有する画像形成装置であって、
前記交流重畳バイアス電圧は、その振動波形が台形波を含む振動波形であることを特徴とする画像形成装置。

２．
前記振動波形は前記台形波の立ち上がり部分に傾斜を有する振動波形であることを特徴とする１に記載の画像形成装置。

本発明の画像形成装置によれば、トナーと、該トナーを帯電するためのキャリアと、該トナーの帯電極性と逆極性に帯電する逆極性粒子とを含む現像剤と、該現像剤を表面に担持搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体と対向して現像剤担持体上の現像剤中から分離されたトナーを担持搬送するトナー担持体と、前記トナー担持体と対向して配置され、前記トナー担持体の担持するトナーで現像される静電潜像を表面に担持する像担持体と、前記トナー担持体と前記像担持体との間に交流重畳バイアス電圧を印可する電圧印加手段と、を有する画像形成装置であって、前記交流重畳バイアス電圧は、その振動波形が台形波を含む振動波形としたので、画像面積率が少ない画像を大量に印刷した場合でも、像担持体への逆極性粒子の消費を抑え、キャリア劣化によるトナー帯電量低下を抑止し、長期に渡って高画質な画像を形成することができる。

これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１に本発明の一実施形態による画像形成装置の主要部を示す。この画像形成装置は、電子写真方式により像担持体１に形成されたトナー像を用紙等の転写媒体Ｐに転写して画像形成を行うプリンタである。この画像形成装置は画像を担持するための像担持体１を有しており、像担持体１の周辺には、像担持体１を帯電するための帯電手段３、像担持体１上の静電潜像を現像する現像装置２、像担持体１上のトナー像を転写するための転写ローラ４、及び像担持体１上の残留トナー除去用のクリーニングブレード５が、像担持体１の回転方向Ａに沿って順に配置されている。

像担持体１は、帯電手段３で帯電された後に、図中のＥ点の位置で不図示の露光手段により露光されて、その表面上に静電潜像が形成される。現像装置２は、この静電潜像をトナー像に現像する。転写ローラ４は、この像担持体１上のトナー像を転写媒体Ｐに転写した後、図中の矢印Ｃ方向に排出する。クリーニングブレード５は、転写後の像担持体１上の残留トナーを、その機械的な力で除去する。画像形成装置に用いられる像担持体１、帯電手段３、露光手段、転写ローラ４、クリーニングブレード５等は、周知の電子写真方式の技術を任意に使用してよい。例えば、帯電手段として図中、帯電ローラが示されているが、像担持体１と非接触の帯電装置であってもよい。また例えば、クリーニングブレードはなくてもよい。

本実施形態において現像装置２は、現像剤２４を収容する現像剤槽１６、該現像剤槽から供給された現像剤２４を表面に担持して搬送する現像剤担持体１１、および該現像剤担持体上の現像剤からトナーを分離するトナー担持体２５を備えたことを特徴とする。

また、本実施形態において現像剤２４はトナー、該トナーを帯電するためのキャリアおよび逆極性粒子を含んでなるものである。

トナー担持体２５は、現像剤担持体１１と像担持体１との間に設けられている。トナー担持体２５と現像剤担持体１１との間には、現像剤担持体１１上の現像剤からトナーを分離して、トナー担持体側に移動するような電界が形成されている。この時の現像剤中の逆極性粒子は、電界による力により現像剤担持体１１側に移動し、現像槽１６に戻されるが、トナーに強く付着している一部の逆極性粒子はトナーとともにトナー担持体２５側に移動する。

また、トナー担持体２５と像担持体１との間には、トナー担持体２５上のトナーが、像担持体１上の静電潜像の画像部を現像するように電圧印加手段である電源５２により電界が形成されている。電源５２は、トナー担持体２５と像担持体１との間で直流に交流を重畳した交流重畳バイアス電圧を印加しており、この交流重畳バイアス電圧の振動波形は、図２に示すような台形波を含んでいる。このような台形波を含む交流重畳バイアス電圧を印可することで、徐々に電界が強くなる過程で、弱い電界でも移動できるトナーが移動する。

図３に振動波形として、矩形波の電圧を印加した場合について、トナー担持体２５表面から像担持体１の表面にトナーが移動するときに、像担持体１に流れる過渡電流を測定した結果を示す。また、図４には、Ａ、Ｂの２つの台形波を振動波形として、印加した場合の像担持体１に流れる過渡電流の測定結果を示す。この時のトナー担持体２５と像担持体１との間隔は、０．２μｍに設定した。また、トナーが移動するときの電流を図るため、像担持体１と表面にトナー層を形成したトナー担持体２５以外の構成部品は、取り外し、静止した状態で電圧を印加した。また、印加後の像担持体１上に付着したトナーの量は、すべてほぼ同じであった。この結果から、台形波を用いることにより、移動するトナーの多くは、初期の立ち上がりの傾斜部で移動していることが分かる。すなわち、トナー担持体２５と像担持体１との電界強度がピークに達する前に移動することにより、トナーが像担持体１の表面に到達したときの衝突力は、矩形波より台形波の方が弱められることが分かる。

このようにトナーの衝突力を弱めることにより、トナーからの逆極性粒子の分離を防ぐことができる。トナーから逆極性粒子が分離しないと、像担持体１上の非画像領域に本来は逆極性粒子は付着しようとするが、トナーとの付着力（ファンデルワールス力＋クーロン力）が強く分離しないため、非画像領域に逆極性粒子が付着するのを防止することができる。その結果、現像装置２から逆極性粒子が消費されるのを防ぐことができ、画像面積率の少ない画像を大量にプリントした場合でも、逆極性粒子が過剰に現像装置２から消費されることがない。また、画像領域に現像されるトナーに付着している逆極性粒子の消費分は、予め逆極性粒子を外添した補給トナーをトナーセンサーなどの信号を基に現像装置２に補給することができる。このようにプリントする画像の面積率によるトナーの消費に対応した逆極性粒子の補給が適切に行え、画像面積率が極端に少ない場合でも、現像装置内の逆極性粒子の量を減少させることがない。このように現像装置内の逆極性粒子の量を保つことにより、プリントを重ねる毎に徐々に劣化していくキャリアのトナー帯電能を逆極性粒子が補うことができ、長期渡ってトナー帯電量が安定し、高画質な画像を形成することができる。

また、電源５２による交流重畳バイアス電圧の台形波は、図２のように立ち上がり部分に傾斜を有する形状がより効果的である。立ち上がり時の電圧を徐々に上げていく構成とすることで、より多くのトナーが像担持体１やトナー担持体２５の表面に衝突する力を弱くすることができる。

逆極性粒子は、使用されるキャリアとの摩擦帯電により、トナーの帯電極性に対して逆極性に帯電され得るものである。例えば、トナーがキャリアによって負に帯電されるとき、逆極性粒子は現像剤中で正に帯電されている正帯電性粒子である。また例えば、トナーがキャリアによって正に帯電されるとき、逆極性粒子は現像剤中で負に帯電されている負帯電性粒子である。逆極性粒子を二成分系現像剤に含有させ、かつ分離手段により耐久に伴い現像剤中に逆極性粒子を蓄積させることにより、トナーや後処理剤のキャリアへのスペント等によりキャリアの荷電性が低下しても、逆極性粒子もトナーを正規極性に荷電し得るため、キャリアの荷電性を有効に補うことができ、結果としてキャリアの劣化を抑制できる。

本発明において使用される逆極性粒子はトナーの帯電極性によって適宜選択される。トナーとして負帯電性トナーを用いる場合、逆極性粒子としては、正帯電性を有する微粒子が用いられ、例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、アルミナ等の無機微粒子やアクリル樹脂、ベンゾグァナミン樹脂、ナイロン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成された微粒子を使用することができ、また樹脂中に正帯電性を付与する正荷電制御剤を含有させたり、含窒素モノマーの共重合体を構成するようにしてもよい。ここで、上記の正荷電制御剤としては、例えば、ニグロシン染料、四級アンモニウム塩等を使用することができ、また上記の含窒素モノマーとしては、アクリル酸２−ジメチルアミノエチル、アクリル酸２−ジエチルアミノエチル、メタクリル酸２−ジメチルアミノエチル、メタクリル酸２−ジエチルアミノエチル、ビニールピリジン、Ｎ−ビニールカルバゾール、ビニールイミダゾール等を使用することができる。

一方、正帯電性トナーを用いる場合、逆極性粒子としては、負帯電性を有する微粒子が用いられ、例えば、シリカ、酸化チタン等の無機微粒子に加え、フッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成された微粒子を使用することができ、また樹脂中に負帯電性を付与する負荷電制御剤を含有させたり、含フッ素アクリル系モノマーや含フッ素メタクリル系モノマーの共重合体を構成するようにしてもよい。ここで、上記の負荷電制御剤としては、例えば、サリチル酸系、ナフトール系のクロム錯体、アルミニウム錯体、鉄錯体、亜鉛錯体等を使用することができる。

また、逆極性粒子の帯電性および疎水性を制御するために、無機微粒子の表面をシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイル等で表面処理するようにしてもよく、特に、無機微粒子に正帯電性を付与する場合には、アミノ基含有カップリング剤で表面処理することが好ましく、また負帯電性を付与する場合には、フッ素基含有カップリング剤で表面処理することが好ましい。

本発明に使用するトナーとしては、特に限定されず、一般に使用されている公知のトナーを使用することができ、バインダー樹脂中に着色剤や必要に応じて、荷電制御剤や離型剤等を含有させ、外添剤を処理させたものを使用できる。トナー粒径としてはこれに限定されるものではないが、３〜１５μｍ程度が好ましい。

このようなトナーを製造するにあたっては、一般に使用されている公知の方法で製造することができ、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等を用いて製造することができる。

また、上記の外添剤としても、一般に使用されている公知のものを用いることができ、流動性改善例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子を使用することができ、特にシランカップリング剤やチタンカップリング剤やシリコンオイル等で疎水化したものを用いるのが好ましい。そして、このような流動化剤を上記のトナー１００質量部に対して０．１〜５質量部の割合で添加させて用いるようにする。

本発明に使用するキャリアとしては、特に限定されず、一般に使用されている公知のキャリアを使用することができ、バインダー型キャリアやコート型キャリアなどが使用できる。キャリア粒径としてはこれに限定されるものではないが、１５〜１００μｍが好ましい。

一方、コート型キャリアは磁性体からなるキャリアコア粒子に樹脂コートがなされてなるキャリアであり、コート型キャリアにおいてもバインダー型キャリア同様、キャリア表面に正または負帯電性の帯電性微粒子を固着させたりできる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子により制御することができる。

逆極性粒子、トナーおよびキャリヤの組み合わせによるトナーおよび逆極性粒子の帯電極性は、それぞれを混合撹拌し現像剤とした後、図５に示すような装置を用いて現像剤からトナーまたは逆極性粒子を分離するときの電界の方向から容易に知見できる。図５は、トナーなどの帯電粒子の帯電量を測定する装置の概略図である。

すなわち図５に示す装置において、トナー及びキャリヤ、逆極性粒子からなる現像剤を導電性スリーブ３１の表面全体に均一になる様に載せると共に、この導電性スリーブ３１内に設けられたマグネットロール３２の回転数を１０００ｒｐｍにセットし、バイアス電源３３よりバイアス電圧をトナーの帯電電位と同じ極性に２ｋＶ印加し、１５秒間上記導電性スリーブ３１を回転させ、この導電性スリーブ３１を停止させた時点での円筒電極３４における電位Ｖｍを読み取ると共に、円筒電極３４に付着したトナーの質量を精密天秤で計量して、トナーの帯電量を求めることができる。

またトナー及びキャリヤ以外の添加する粒子の極性は、バイアス電源３３より印加するバイアス電圧の極性により判別することができる。つまりバイアス電源３３より印加するバイアス電圧をトナーの帯電電位と逆の極性に印加したときに、円筒電極３４に付着する粒子はトナーの帯電極性と逆帯電、すなわち逆極性粒子である。

トナーとキャリアの混合比は所望のトナー帯電量が得られるよう調整されれば良く、トナー比はトナーとキャリアとの合計量に対して３〜５０質量％、好ましくは６〜３０質量％が適している。

初期の現像剤に含まれる逆極性粒子の量は、本発明の目的が達成される限り特に制限されず、例えば、キャリアに対して０．０１〜５．００質量％、特に０．０１〜２．００質量％が好ましい。

現像剤は、予めトナーに逆極性粒子を外添処理した後で、キャリアと混合することによって調整されることが好ましい。

現像剤担持体１１は、固定配置された磁石ローラ１３と、これを内包する回転自在なスリーブローラ１２とから構成される。磁石ローラ１３は、スリーブローラ１２の回転方向Ｂに沿ってＮ１，Ｓ１，Ｎ３，Ｎ２，Ｓ２の５つの磁極を有する。これらの磁極のうち、主磁極Ｎ１は、像担持体１と対向する現像領域６の位置に配されており、また、スリーブローラ１２上の現像剤２４を剥離するための反発磁界を発生させる同極部Ｎ３，Ｎ２は、現像槽１６内部に対向した位置に配置されている。

現像剤槽１６は、ケーシング１８より形成されており、通常は、内部に現像剤担持体１１への現像剤供給用のバケットローラ１７を収納している。ケーシング１８のバケットローラ１７に対向する位置には、好ましくは、トナー濃度検出用のＡＴＤＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｎｅｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）センサ２０が配設されている。

現像装置２は通常、現像領域６で消費される分のトナーを現像材槽１６内に補給するための補給部７、および現像剤担持体１１上の現像剤量を規制するための現像剤薄層化用の規制部材（規制ブレード）１５を有している。補給部７は、補給トナー２３を収納したホッパ２１と、現像剤槽１６内へのトナー補給用の補給ローラ１９とから構成される。

補給トナー２３としては逆極性粒子を外添処理されたトナーを用いる。逆極性粒子を外添されたトナーを用いることで、耐久によって徐々に劣化するキャリアの荷電性低下を有効に補助することが可能となる。補給トナー２３における逆極性粒子の外添量はトナーに対して０．１〜１０．０質量％、特に０．５〜５．０質量％が好ましい。

電源５１によりトナー担持体２５と現像剤担持体１１に印加される現像剤担持体１１上の現像剤からトナーをトナー担持体２５側に分離するトナー分離バイアス電圧はトナーの帯電極性によって異なる。すなわちトナーが負に帯電されるときは、現像剤担持体１１の電位の平均値よりもトナー担持体２５の電位の平均値が高く、トナーが正に帯電されるときは、現像剤担持体１１の電位の平均値よりもトナー担持体２５の電位の平均値が低い電位になるように印加される。トナーが正または負のいずれの極性に帯電されるときであっても、トナー担持体２５と現像剤担持体１１と平均化された電位の差は２０〜５００Ｖ、特に５０〜３００Ｖであることが好ましい。電位差が小さすぎると、トナーを十分に分離することが困難となる。一方、電位差が大きすぎると、現像剤担持体上に磁力で保持されているキャリアが電界により分離されてしまい、現像領域において本来の現像機能が損なわれる恐れがある。

現像装置２においては、さらに、トナー担持体２５と現像剤担持体１１との間に交流電界が形成されることが好ましい。交流電界が形成されることで、トナーが往復振動するため、トナーを有効に分離することができる。その際、２．５×１０⁶Ｖ／ｍ以上の電界が形成されることが好ましい。２．５×１０⁶Ｖ／ｍ以上の電界が形成されることで、電界によっても現像剤担持体からトナーを分離することが可能となり、より一層、トナーの分離性を向上させることが可能となる。

本明細書中、トナー担持体２５と現像剤担持体１１との間で形成される電界をトナー分離電界という。トナー担持体２５に印加される交流電圧を利用して、トナー分離電界を形成することが望ましい。このときトナー分離電界は絶対値の最大値が２．５×１０⁶Ｖ／ｍ以上の電界であればよい。

トナー担持体２５は電圧を印加可能な限りいかなる材料からなっていてよく、例えば、表面処理を施したアルミローラが挙げられる。そのほかアルミ等の導電性基体上に、例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂コートやシリコーンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、天然ゴム、イソプレンゴム等のゴムコーティングを施したものを用いてもよい。コーティング材料としては、これに限定されるものではない。さらに上記コーティングのバルクもしくは表面に導電剤が添加されていてもよい。導電剤としては、電子導電剤もしくはイオン導電剤が挙げられる。電子導電剤として、ケッチンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラックや、金属粉、金属酸化物の微粒子等が挙げられるが、これに制約されない。イオン導電剤として、四級アンモニウム塩等のカチオン性化合物や、両性化合物、その他イオン性高分子材料が挙げられるが、これにこだわらない。さらに、アルミ等の金属材料からなる導電性ローラであっても構わない。

図６に像担持体１の構成を模式的に示した。

像担持体（感光体）１は、アルミニウム円筒基体（導電性支持体）１０１上に下引き層１０２、感光層１０３を順次形成したものであり、感光層１０３は電荷発生層、続いて電荷輸送層からなる機能分離タイプであっても、電荷発生材と電荷輸送材を樹脂に分散した単層構成でもよい。以下に機能分離タイプの像担持体１について説明する。

まず、導電性支持体上に電荷発生層が形成される。電荷発生層は、電荷発生材料を真空蒸着するか、電荷発生材料をアミン系溶媒に溶解させて塗布し、乾燥させるか、あるいは電荷発生材料を適当な溶媒もしくは必要であれば結着樹脂を溶解させた溶液中に分散させて作製した塗布液を塗布し、乾燥させることにより形成される。電荷発生層の厚さは０．０１〜５μｍ、好ましくは０．１〜２μｍであることが望ましい。

導電性支持体１０１としては、押出加工後、冷間引き抜き加工したもの（ＥＤ管）、押し出し加工後、引き抜き加工を施したアルミニウムパイプを切断し、その外表面をダイヤモンドバイト等の切削工具を用いて約０．２〜０．３ｍｍで切削し仕上げたもの（切削管）、アルミニウム円板をインパクト加工してカップ状とした後、外表面をしごき加工により仕上げたもの（ＥＩ管）、アルミニウム円板を深絞り加工した後、外表面をしごき加工により仕上げたもの（ＤＩ管）等が挙げられる。また、これらの表面をさらに切削したもの、陽極酸化処理したもの、また、陽極酸化処理後、さらに封孔処理したものを用いてもよい。

導電性支持体１０１上には電荷発生層の形成に先だって、導電性支持体からの電荷注入の防止の目的から下引層１０２が形成されていてもよい。下引層を設ける場合、その材料としてはポリアミド、ポリビニルアルコール、共重合ナイロン等の水あるいはアルコール可溶性樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂等の硬化型樹脂、または酸化スズや酸化インジウムなどの低抵抗化合物を分散させたものが適当である。この場合、下引層の膜厚は１μｍ以下であることが望ましい。

電荷発生材料としては、例えば、ビスアゾ系顔料、ピリリウム系染料、アゾ系染料、ペリレン系顔料、スクアリリウム系顔料、フタロシアニン系顔料等が挙げられる。電荷発生層が電荷発生材料を結着樹脂中に分散させてなっている場合、当該層における電荷発生材料の含有量は結着樹脂１００質量部に対して１０〜４００質量部、好ましくは５０〜２５０質量部が好適である。またこの場合、結着樹脂としては、例えば、ブチラール樹脂（ポリビニルブチラール）、ポリエステル樹脂、等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。

次いで、電荷輸送層が形成される。電荷輸送層は少なくとも電荷輸送材料、結着樹脂および有機溶剤を含む塗布液を、上記電荷発生層上に塗布し、乾燥させることにより形成される。電荷輸送層の厚さは４〜５０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍであることが望ましい。

電荷輸送層の形成に使用され得る電荷輸送材料としては、例えば、ヒドラゾン化合物、スチリル化合物、スチルベン化合物、トリフェニルアミン化合物、テトラフェニルベンジジン化合物等が挙げられる。単独もしくは２種以上を併用して用いることができる。電荷輸送材料の含有量は結着樹脂１００質量部に対して２〜２００質量部、好ましくは５０〜１２０質量部が望ましい。電荷輸送層の形成に用いられる結着樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂等が挙げられる。耐久劣化の抑制の観点から、フェノール系、アミン系の酸化防止剤を添加することが好ましい。

本発明で用いたトナーを以下に記す。

湿式造粒法により作製された粒径約６．５μｍのトナー母材１００質量部に対し、第一の疎水性シリカ０．２質量部と第二の疎水性シリカ０．５質量部と疎水性酸化チタン０．５質量部をヘンシェルミキサ（三井金属鉱山社製）を用いて４０ｍ／ｓの速度で３分間表面処理を行って外添処理した。

ここで用いた第一の疎水性シリカは、平均一次粒径１６ｎｍのシリカ（＃１３０：日本アエロジル社製）を疎水化剤であるヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）により表面処理を施したものである。また、第二の疎水性シリカは、平均一次粒径２０ｎｍのシリカ（＃９０Ｇ：日本アエロジル社製）をＨＭＤＳにより表面処理したものである。疎水性酸化チタンは、平均一次粒径３０ｎｍのアナターゼ型酸化チタンを水系湿式中で疎水化剤であるイソブチルトリメトキシシランにより表面処理をしたものである。

続いて逆極性粒子として平均一次粒径３５０ｎｍのチタン酸ストロンチウムをトナー母材粒子１００質量部に対して２質量部を同じくヘンシェルミキサを用いて４０ｍ／ｓの速度で３分間外添処理しトナーを得た。
（実施例１）
実施例１で使用した感光体を以下に記す。

ＪＩＳ５６５７円筒状のアルミニウム合金（外径３０ｍｍ、厚さ１ｍｍ）の表面を切り刃に天然ダイヤモンドを用いたバイトで切削加工した後、脱脂処理を行い流水で洗浄し、続いて陽極酸化処理を行い、厚さ８μｍの陽極酸化層を形成した。これを、純水にて流水洗浄した後、酢酸ニッケル含有の封孔剤を用いて封孔処理を行った。このようにして陽極酸化層を封孔処理した感光体基体を得た。感光層の形成は以下のように行った。

テトラヒドロフラン１００部に対して、ブチラール樹脂（積水化学工業社製：エスレックＢＸ−１）１部、ｍ型チタニルフタロシアニン（東洋インキ製造社製：ａｍ−ＴｉＯＰｃ）１部加え、これらをサンドミルで５時間分散させて電荷発生層用塗液を調製し、この電荷発生層用塗液を上記の支持体上に浸漬塗布して膜厚が０．２μｍになった電荷発生層を形成した。そして、テトラヒドロフラン１０００部に対して、ポリカーボネート樹脂（帝人化成社製：パンライトＴＳ−２０２０）１００部、電荷輸送材としてスチリル化合物７０部、フェノール化合物ブチルヒドロキシトルエン８部を溶解して電荷輸送層用塗液を調製し、この電荷輸送層用塗液を上記の電荷発生層上に浸漬塗布し、これを送風乾燥させて膜厚が２０μｍになった電荷輸送層を形成した。

図１に示した現像装置を用い、現像剤としてはコニカミノルタ製ｂｉｚｈｕｂ Ｃ３５０用キャリア（粒径約３３μｍ）を用いた。現像剤中のトナー比率は８質量％とした。現像剤担持体には−４００Ｖの直流電圧を印加した。トナー担持体には振幅１．６ｋＶ、ＤＣ成分−３００Ｖ、Ｄｕｔｙ比５０％、周波数２ｋＨｚの台形波の現像バイアスを印加した。図７に台形波の形状を示す。現像剤担持体の電位に対してトナー担持体の平均電位は１００Ｖの電位差を有し、最大電位差は電位差９００Ｖである。トナー担持体には表面にアルマイト処理を施したアルミローラを用い、現像剤担持体とトナー担持体との最近接部のギャップは０．３ｍｍとした。像担持体１上に形成された静電潜像の背景部電位は−５５０Ｖ、画像部電位は−６０Ｖであり、像担持体１とトナー担持体２５との最近接部のギャップは０．１５ｍｍとした。トナー担持体２５と現像剤担持体１１との間に形成されるトナー分離電界の絶対値の最大値は９００Ｖ／０．３ｍｍ＝３．０×１０⁶Ｖ／ｍであった。
（実施例２）
実施例２においては、トナー担持体に振幅１６００Ｖ、Ｄｕｔｙ比５０％、周波数２０００Ｈｚで図８に示す台形波の振動バイアスを印加した他は実施例１と同様に行った。
（実施例３）
実施例３においては、トナー担持体に振幅１６００Ｖ、Ｄｕｔｙ比５０％、周波数２０００Ｈｚで図９に示す台形波の振動バイアスを印加した他は実施例１と同様に行った。
（比較例１）
比較例１においては、トナー担持体に振幅１６００Ｖ、Ｄｕｔｙ比５０％、周波数２０００Ｈｚで図１０に示す矩形波の振動バイアスを印加した他は実施例１と同様に行った。
（評価１）
上記の実施例および比較例ともに画像面積率を０％（白紙）のＡ４横を１０枚プリントし、１１枚目の面積率０％の画像の形成途中で強制的に稼動を停止して、現像後で転写前の像担持体１に付着した逆極性粒子を４箇所、ＳＥＭで観察し、比較した。表１に観察結果を示す。観察は、像担持体１の表面をＳＥＭで２万倍の倍率にして、１画面あたりの逆極性粒子の数を比較した。

比較例１に較べ実施例１〜３の方が像担持体１に付着する逆極性粒子量は少ないことが確認できる。このことからトナー担持体と前記像担持体との間に台形波を含む交流重畳バイアス電圧を印加することで、逆極性粒子が像担持体の非画像部へ付着しにくくなることがわかる。
（評価２）
上記の実施例１と２および比較例１ともに画像面積率を３％として５万枚の耐久試験を実施した。表２は、耐久前後におけるトナー帯電量を示したものである。

比較例１が若干の低下を示すのに対して、実施例１〜３は帯電性能を維持していることが確認できる。また、５万枚後の画像上に比較例１は、わずかにカブリが認められるのに比べ、実施例１と２では、全くカブリは認められなかった。

以上のようにトナー担持体と前記像担持体との間に立ち上がり時に傾斜を持つ台形波を含む交流重畳バイアス電圧を印加することで、画像面積率の低い画像を大量にプリントしても逆極性粒子の消費を抑えることができ、もって、キャリアの劣化に伴うトナー帯電量低下を逆極性粒子が補うことができた。その結果、高画質な画像を長期に形成できる画像形成装置を提供することができた。

本発明に係る一実施形態による画像形成装置の主要部を示す図である。 本発明に係るトナー担持体に印加した台形波を含む交流重畳バイアス電圧の振動波形を示す図である。 トナー担持体に矩形波を含む交流重畳バイアス電圧を印加したときの像担持体に流れる電流を示す図である。 本発明に係るトナー担持体に台形波を含む交流重畳バイアス電圧を印加したときの像担持体に流れる電流を示す図である。 帯電粒子の帯電量を測定する装置の概略図である。 本発明に係る像担持体の構成を模式的に示した図である。 本発明に係るトナー担持体に印加した台形波を含む交流重畳バイアス電圧の振動波形を示す図である。 本発明に係るトナー担持体に印加した台形波を含む交流重畳バイアス電圧の振動波形を示す図である。 本発明に係るトナー担持体に印加した台形波を含む交流重畳バイアス電圧の振動波形を示す図である。 トナー担持体に印加した矩形波を含む交流重畳バイアス電圧の振動波形を示す図である。

符号の説明

１ 像担持体（感光体ドラム）
２ 現像装置
３ 帯電装置
４ 転写ローラ
５ クリーニングブレード
６ 現像領域
７ トナー補給装置
１１ 現像剤担持体
１２ スリーブローラ
１３ 磁石ローラ
１５ 規制部材（規制ブレード）
１６ 現像剤槽
１７ バケットローラ
１８ ケーシング
１９ 補給ローラ
２０ ＡＴＤＣセンサ
２１ ホッパ
２３ 補給トナー
２４ 現像剤
２５ トナー担持体
３１ 導電性スリーブ
３２ マグネットロール
３３ バイアス電源
３４ 円筒電極
１０１ アルミニウム円筒基体（導電性支持体）
１０２ 下引き層
１０３ 感光層
１０４ オーバーコート層

Claims (2)

1. トナーと、該トナーを帯電するためのキャリアと、該トナーの帯電極性と逆極性に帯電する逆極性粒子とを含む現像剤と、該現像剤を表面に担持搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体と対向して現像剤担持体上の現像剤中から分離されたトナーを担持搬送するトナー担持体と、
   前記トナー担持体と対向して配置され、前記トナー担持体の担持するトナーで現像される静電潜像を表面に担持する像担持体と、
   前記トナー担持体と前記像担持体との間に交流重畳バイアス電圧を印可する電圧印加手段と、を有する画像形成装置であって、
   前記交流重畳バイアス電圧は、その振動波形が台形波を含む振動波形であることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記振動波形は前記台形波の立ち上がり部分に傾斜を有する振動波形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。

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