JP2008152074A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光照射とバイアス印加により、感光体の除電だけでなく、トナーの除電も同時に行ない鏡像力を抑える画像形成装置を提供する。
【解決手段】静電潜像を形成する感光体１と露光と帯電ローラ３と、潜像を現像してトナー画像を形成する現像装置５と、トナー画像を像担持体ベルト１０に転写する転写ローラ１４と、転写残トナーをかきとるクリーニング部材７からなる画像形成ユニットを少なくとも１つ具備する画像形成装置であって、クリーニング時もしくはクリーニング前の転写残トナーを、電圧印加したもしくはグランドに落とした電極であるクリーニング部材７に接触させると同時に光を照射する光源６を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の静電複写プロセスによる画像形成に用いられる画像形成装置に関するものである。

転写残トナーのクリーニング方法としてクリーニングブレードが広く用いられているが、このクリーニングブレードと感光体の接触圧によりクリーニングブレードや感光体は経時で磨耗する。特に、近年のトナーは球径化・小粒径化の傾向にあり、さらに接触圧を上げなければトナーがクリーニングブレードをすり抜けてしまう、という状況になっている。感光体やクリーニングブレードの長寿命化のためには、接触圧をさげなければならない。
そのためには、トナーの帯電量を下げトナーと感光体間の鏡像力を下げることにより、感光体とトナーとの付着力や摩擦力をさげることによりブレードへトナーが食い込む力をさげなければならない。

これまで、トナーの帯電量を下げトナーと感光体間の鏡像力を下げる技術としては、例えば、特許文献１では、光導電性着色粒子を負帯電させた後、電界により、粒子搬送体表面の孔内に充填させる。そして、透光性導電層側から露光すると、光導電性着色粒子内に正孔−電子対が生成され、透光性導電層とスクリーン電極との間に形成された１０^４Ｖ/ｃｍ以上の高電界によりこの正孔−電子対が解離し、負帯電していた着色粒子内の電子が透光性導電層側へリークし、着色粒子が正帯電して記録媒体背面の対向電極と透光性導電層との間に形成された電界により記録媒体側へ飛翔し、記録媒体に付着し画像形成される。しかし、光導電性トナーによるものものである。しかし、本発明の光バイアスでは、転写等のバイアス電界が印加されていて、かつ導電性であるＩＴＯ電極上の絶縁性トナーに、光を照射したときにのみ帯電しているトナーの電荷に変化が見られる点とは大きく違う。

特許文献２では、所定の物理的刺激（光照射等）が付与された状態で体積抵抗率が低下する抵抗率変化層を有する中間転写体が２次転写された後に除電領域を通過する際、前記中間転写体に物理的刺激を付与して中間転写体の体積抵抗率を低下させた状態で中間転写体の除電を行う画像形成装置が開示されている。これは、転写電界を発生する転写器を用いて１次転写および２次転写を行う際には中間転写体の体積抵抗率が高い状態でトナーの飛散の少ない転写を行えるようにするとともに、前記転写電界により発生する中間転写体の帯電電荷の除電を容易に行えるようにしている。
しかし、中間転写体に感光性を持たせたことに関するもので、本発明の光バイアスの転写等のバイアス電界が印加されていて、かつ既に導電性であるＩＴＯ電極上トナーに、光を照射したときにのみトナー帯電電荷に変化が見られる技術とは違う。

特許文献３では、光によって導電性が変化する光導電性材料または光により帯電特性が変化する光帯電制御材料を含有する非磁性一成分トナーを用い、トナーを用いる現像機のトナーを帯電するトナー帯電部材の上流側にトナー層に光を照射する光照射手段を配置し、光を照射する機構の発光量または発光頻度を制御する。しかし、光導電性トナーによるものである。
本発明の光バイアスでは転写等のバイアス電界が印加されていて、かつ導電性であるＩＴＯ電極上の絶縁性トナーに、光を照射したときにのみトナー帯電電荷に変化が見られる点とは大きく異なる。

特許文献４では、透明導電性担持体２に塗布された光導電性トナーのトナー層厚を弾性ブレードによって、均一な薄層とし、摩擦帯電によってマイナスに帯電させる。担持体から所定距離を介して対向電極を配置し、電源によって転写領域に転写電界を形成する。露光手段にてトナーを照射すると、照射を受けたトナーの抵抗が低下し、担持体からプラス電荷が注入される。プラス帯電したトナーは、転写電界によって、担持体から対向電極上の転写材に転写される。転写時に、担持体上のトナー層と、記録材とが非接触なため、接触転写方式と異なり、接触圧の微妙な調整が不要で、トナー融着、かぶり等がない。しかし、光導電性トナーによるものである。
本発明の光バイアスでは転写等のバイアス電界が印加されていて、かつ導電性であるＩＴＯ電極上の絶縁性トナーに、光を照射したときにのみトナー帯電電荷に変化が見られる点とは大きく違う。

特許文献５では、感光性トナー層を画像露光して除電トナーと帯電トナーとの組合わせを形成させ、次いで除電トナーを磁気ブラシとの接触により導電性基板から除去するに際し、現像スリーブと導電性基板とのニップ位置近傍を中心として上流側と下流側とに分離された二山分布の接線方向磁束密度分布を有し、且つ上流側ピークに比して下流側ピークが小さい値を有するように現像スリーブでの主極の磁束密度分布を設定する。しかし、感光性トナーによるものである。
本発明の光バイアスでは転写等のバイアス電界が印加されていて、かつ導電性であるＩＴＯ電極上の絶縁性トナーに、光を照射したときにのみトナー帯電電荷に変化が見られる点とは大きく違う。

特許文献６では、導電性ドラム上に帯電された感光性トナー層を形成し、感光性トナー層を画像露光し、形成されるトナー静電像を転写材に静電転写することからなる画像形成法において、画像露光域と静電転写域とをドラム上での開き角度が８０度以内となるように設定したことが開示されている。しかし、感光性トナーによるものである。
本発明の光バイアスでは転写等のバイアス電界が印加されていて、かつ既に導電性であるＩＴＯ電極上の絶縁性トナーに、光を照射したときにのみトナー帯電電荷に変化が見られる点とは大きく違う。

特許文献７では、透明支持体背面露光で２成分現像装置から供給された光導電性トナーが、現像時に電荷注入された電荷を維持する光導電性物質を含んで成るものである。低抵抗光導電性トナーでも逆電荷注入の緩和時間が長くなるので、転写時間内にトナー電荷が中和される事を防ぐためである。転写性改善効果を奏する理由として、バイアス＋光照射現像時は低抵抗で、転写時の光の無い状態（暗所）では高抵抗とは記載されていない。光導電性トナーが光照射時（光バイアス）に低抵抗化してトナー電荷が変化することは周知であるが、トナー電荷と反対極性の転写コロナマイナスイオンの注入時間が長いので、トナーのプラス電荷が転写時間内で中和されずに、転写される。
本発明の光バイアスでは転写等のバイアス電界が印加されていて、かつ導電性であるＩＴＯ電極上トナーに、光を照射したときにのみトナー帯電電荷に変化が見られる点とは大きく違う。

特許文献８では、現像機と透明導電層の間に電圧印加する。光導電層を厚くしておくことで電気的な付着力を弱め、感光体に付着するトナーを少なくしてある。画像部である露光部分は、光ビーム照射時の光導電層で発生したフォトキャリアがトナー側に移動してトナーに逆電荷が誘起され、静電引力によってトナーが感光体上に付着する。しかし、導電性磁性トナーへの電荷誘導による現像で、光ビームが照射されると、光導電層で、発生したフォトキャリアがトナー側に移動する。この結果、トナーに誘起された逆電荷との静電引力によってトナーを感光体上に付着させるものである。
本発明の光バイアスでは転写等のバイアス電界が印加されていて、かつ導電性であるＩＴＯ電極上トナーに、光を照射したときにのみトナー帯電電荷に変化が見られる点とは大きく違う。

特許文献９では、一様なトナー層を持つ感光体の背面から像露光し、この像露光部に対向して転写材とコロナ転写手段をこの順に配置し、露光でトナー電荷を失わせるかまたは逆極性電荷を注入し、もって転写材にトナーが転移されるようにしたものである。（転写）電界中トナーへの光照射の構成がある。光の影響でトナー電荷が変わる。しかし、トナー電荷を失わせるかまたは逆極性電荷注入の作用機構は、トナー支持体である感光体の絶縁性を露光で変えて導電体にする事によるものである。
本発明の光バイアスでは転写等のバイアス電界が印加されていて、かつ導電性であるＩＴＯ電極上トナーに、光を照射したときにのみトナー帯電電荷に変化が見られる点とは大きく違う。

特許文献１０では、面露光現像方式。転写器に対向した光照射手段で、感光体に付着した帯電トナーに電荷を注入しながら帯電トナーを記録紙上に転写する構成を追加したものである。しかし、低抵抗の導電性トナーが支持基盤の透明感光体が導通することで電荷を失うことである。
本発明の光バイアスでは転写等のバイアス電界が印加されていて、かつ導電性であるＩＴＯ電極上の絶縁性トナーに、光を照射したときにのみトナー帯電電荷に変化が見られる点とは大きく違う。

特許文献１０では、特公平０６−０４６３２２では、透明基体側より画像露光し、光導電膜)にトラップ電荷を形成する。そしてトラップ電荷に低抵抗の帯電磁性トナーを静電力で付着させ転写後トナーに光照射を行なってトナー除去と、光導電膜の残留トラップ電荷を除去。トナーと光導電膜間の静電力を弱めて磁気ブラシ現像機に回収するもの。電界中トナーへの光照射の構成がある。バイアス印加されている導電性支持体上トナー電荷が、トナーが持つ光導電性を利用し、光照射をトリガにして変化するものではない。しかし、低抵抗の導電性トナーが支持基盤の透明感光体が導通することで電荷を失うことである。
本発明の光バイアスでは転写等のバイアス電界が印加されていて、かつ導電性であるＩＴＯ電極上の絶縁性トナーに、光を照射したときにのみトナー帯電電荷に変化が見られる点とは大きく違う。

特許文献１１では、支持体上（導電層―誘電層―導電層）に光導電性トナー層を形成して帯電、露光して帯電トナーを転写する。トナーは光に感応して導電化し、電荷を失うことが開示されている。しかし、支持体上の光導電性トナー光が当たらず電荷を保持する粒子のみを一次転写体に選択転写して支持体上に混入したマイクロキャリアの転写を防ぐものであり、光の影響でトナー電荷が変わる記述としては、従来の光導電化特性を利用したものである。トナーを電界に置いて光照射を行なう構成は無い。光導電性の無いトナーでこの様な現象は想像できるものではない。
本発明の光バイアスでは転写等のバイアス電界が印加されていて、かつ導電性であるＩＴＯ電極上トナーに、光を照射したときにのみトナー帯電電荷に変化が見られる点とは大きく違う。

特許文献１２では、像担持体上のトナーの帯電量の調整を的確に行うことで、帯電手段のトナー汚れを防止して、このトナー汚れに起因するプリントサンプル上のディフェクトを防止可能な画像形成装置を得る。しかし、光除電による感光体の導通化促進により放電電流が増加するので、感光体上トナーも影響を受けて十分にマイナス帯電するようになることといえる。
同じ光照射環境であっても、本発明の光バイアスでは転写等のバイアス電界が印加されていて、かつ導電性であるＩＴＯ電極上トナーに、光を照射したときにのみトナー帯電電荷に変化が見られる点とは大きく違う。

また、特許文献１３では、クリーニング前除電機構を設け、感光体ドラムに対する転写残トナーの静電力を弱めて、クリーニング手段の負荷を低減させる技術が開示されている。しかし、光照射により単に感光体を除電し、転写残トナーの感光体に対する静電力を弱めている。これでは、トナーの付着力を無くしてクリーニング性を向上させ、又は、クリーナレス方式に用いるのは困難である。

特開２００１−２７７５９４ 特開平１１−３０５５５７ 特開平０９−００６１３２ 特開平０７−２５３７０４ 特開平０４−２４９２６６ 特開平０４−０５１１７７ 特開平０３−１２２６５７ 特許第２６１７９１２号 特開昭６１−２６２７７８ 特公平０６−０４６３２２ 特開昭６１−０１８９７３ 特開２００５−２５８３２３ 特開平１０−０４９０１７

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、光照射とバイアス印加により、感光体の除電だけでなく、トナーの除電も同時に行ない鏡像力を抑える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では、静電潜像を形成する静電潜像形成手段（感光体と露光と帯電ローラから成る）と、前記潜像を現像してトナー画像を形成する現像手段と、前記トナー画像を像担持体に転写する転写手段と、転写残トナー（像担持体に転写できずに感光体に残ってしまったトナー）をかきとるクリーニング部材からなる画像形成ユニットを少なくとも１つ具備する画像形成装置であって、クリーニング時もしくはクリーニング前の転写残トナーを、電圧印加したもしくはグランドに落とした電極に接触させると同時に光を照射する光照射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では、さらに、電極の電位はプラスであることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置では、さらに、電極の電位はマイナスであることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置では、さらに、電極の少なくとも一部は光が透過可能な導電性部材であることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置では、さらに、光照射は電極のトナー接触面とは逆側から照射し、電極を光透過してトナーを照射していることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置では、さらに、電極とクリーニング部材とは同一のものであることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置では、さらに、適用されるトナーは光によって導電性が変化する光導電性材料光帯電制御材料を含有することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置では、さらに、光照射手段の発光光量、発光波長、発光頻度のうち少なくとも１つをトナー量及びトナーへ付与する電荷量に応じて制御する光制御手段を有していることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置では、さらに、電極に印加する電圧をトナー量及びトナーへ付与する電荷量に応じて制御する電圧制御手段を有していることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置では、さらに、光制御手段及び電圧制御手段は感光体周辺部の環境条件（温湿度）を検知することにより行うことを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置では、さらに、本システムに用いられるトナーは、体積平均粒径が４〜１０μｍで、体積平均粒径（Ｄ４）と個数平均粒径（Ｄ１）との比（Ｄ４／Ｄ１）が１.００〜１.４０の範囲にあることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置では、さらに、本システムに用いられるトナーは、形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲にあり、計上係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にあることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置では、さらに、本システムに用いられるトナーは、トナー母体粒子表面に均一一次粒径が５０〜５００ｎｍで、嵩密度が０.３g/cｍ３以上の微粒子を外添させて得られたトナーであることを特徴とする。

本発明によりトナーと感光体間の鏡像力を下げることにより、トナーのブレード方向へ食い込む方向の力を激減させることにより、クリーニングブレードの接触圧を下げてもクリーニングを行うことができるようになる。

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。

図１は、本発明の実施形態で感光体周りの構成を示す概略図である。本発明のクリーニング部材廻りについて、図１を用いて詳細に説明して行く。
転写ローラ３により像担持体ベルトへ転写されなかった転写残トナーが、感光体１の回転に伴いクリーニング部材７の方向に送られてくる。クリーニング部材は、導電粒子（酸化スズ等の金属酸化物、イオン導電剤等）を分散させたウレタンゴムを用いたクリーニングブレード７であり、電位を調節することができる。そのクリーニング部材７を透過してトナーを照射するための光照射手段である光源６が配置されている。転写残トナーはクリーニング部材７へと搬送されてくる。ここで転写残トナーは光源６から照射され透明電極であるクリーニング部材７を透過した光を同時に受ける。しかも、転写残トナーはクリーニング部材７と感光体１の間に形成された楔形部を通過する時に弾性力で薄層化されると同時に均一にならされる事になる。この状態ですべてのトナーが光を均一に受けトナー抵抗値が下がるため、トナーとクリーニング部材７との間に生じたバイアスによりトナーとクリーニング部材７間で電子の出入りが生じる。

この電子の移動方向を調節するのが、図示されていないクリーニング部材７の電位コントローラである。トナーの電位よりクリーニング部材７の電位の方が高い場合には、電子はトナーから流出するため、トナーの帯電量は上がり、また逆にトナーの電位よりクリーニング部材７の電位の方が低い場合には、トナーが流入し、トナーの帯電量は下がる。
また、電子の移動量を調節するのが、図示されていない光制御コントローラである。光の強度や波長等によりトナーの抵抗が変化させることにより、単位時間あたりに流入・流出するトナーの量を調節することができる。これらの制御を、トナーの帯電量、環境条件・転写残トナー量等に応じて行う。
弱帯電化したトナーは、クリーニング部材７と感光体１との接触圧を必要以上に上げなくても感光体１から容易に剥ぎ取ることができる。剥ぎ取られたトナーは、搬送路８を通り廃トナーボトルへと送られる。

図２は、トナーの帯電量の大小によって、トナーの受ける力を説明するための図である。
図２（ａ）に示すように、トナーの帯電量が大きいときには、トナーと感光体１との間に作用する鏡像力Ｆ１は、大きくなる。これに、トナーの帯電量と感光体１における残留電位との間で作用するクーロン力もあるが、ここでは、それは省略した。
さらに、白い矢印で示した感光体１の移動方向と反対方向に、ハッチングした矢印で示したようにトナーが移動している。そのために、このトナーと感光体１との間で作用する電気的な力によって、トナーと感光体１との間の摩擦係数に応じて、トナーと感光体１との間に作用する摩擦力Ｆ３１も、大きくなる。
また、クリーニング部材７と当たっているトナーは、クリーニング部材７から押圧された反発力Ｆ２を受ける。この反発力Ｆ２は、感光体１の周速、クリーニング部材７／トナーの硬度等によるもので、トナーの電気的な性質、帯電量等には関係なく決定される値である。さらに、トナーとクリーニング部材７との間にも、摩擦係数に応じて、トナーとクリーニング部材７との間に作用する摩擦力Ｆ３２があるが、トナーの帯電量等には関係なく決定される値である。
したがって、大きくとらえると、反発力Ｆ２と摩擦力Ｆ３１との差によって、トナーの移動方向におけるトナーに作用する力Ｆ４が決まることになる。
同様に、図２（ｂ）に示すように、トナーの帯電量が小さいときには、トナーと感光体１との間に作用する鏡像力Ｆ１は小さくなり、これに対応した摩擦力Ｆ３１も小さくなる。クリーニング部材７がトナーに作用する反発力Ｆ２は、帯電量に関係ないために、同じ大きさである。このために、反発力Ｆ２と摩擦力Ｆ３１との差によるトナーの移動方向に作用する力Ｆ４が大きくなり、結果としてトナーはクリーニングされやすくなる。

次に本発明に用いるトナー特性について説明する。
本発明に用いる光導電性トナーは有機物としては感光体１に用いられるフタロシアニン系の各種化合物を又無機物としては酸化亜鉛、アモルファスシリコン等の微粉末をトナー用の樹脂中に適宜溶融混合し必要に応じて増感材を添加し均一に分散する事で容易に作成できる。
粒径について、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、現像剤のかさ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、現像剤の流動性が良く、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。更に、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・吐き出し及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良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、同時に重量平均粒径（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）があげられる。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、更に測定試料を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分間分散処理を行ない、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、トナーの重量平均粒径（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１００〜１８０、形状係数ＳＦ−２は１００〜１８０の範囲にあることが好ましい。図３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１との接触状態が点接触になるために、トナーと感光体１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。更に、透明電極であるクリーニング部材７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。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１、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。さらに、コロの役割を果たすため、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。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、長期間にわた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、トナー及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_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、ＣｅＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＢａＯ、ＣａＯ、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、ＺｒＯ_２、ＣａＯ・ＳｉＯ_２、Ｋ_２Ｏ（ＴｉＯ_２）ｎ、Ａｌ_２Ｏ_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があげられる。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、ポリエステル樹脂及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。

本発明に係る実施の形態をまず構成、あとで作動を図により詳細に説明する。図４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４に示す画像形成装置本体の内部において、矢印方向に無端移動する像担持ベルト１０を備えた像担持体ユニットが配備されている。像担持ベルト１０の下部張架面に、４個の画像形成ユニット１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋが配備されている。これら画像形成ユニットの番号に沿えたＹ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、扱うトナーの色と対応させているもので、Ｙはイエロー、Ｃはシアン、Ｍはマゼンタ、Ｋはブラックを意味している。画像形成ユニットに備えられ、像担持ベルト１０とともに回転する感光体１に対向して像担持ベルト１０の内側に１４Ｙ、１４Ｃ、１４Ｍ、１４Ｋの転写ローラを沿えている。なお感光体１Ｙから１Ｋは同間隔で配置され、少なくとも画像形成時にはそれぞれ像担持ベルト１０との張架部の一部と接触する。
図１において、画像形成装置の動作時に、不図示の駆動源により、矢印方向に回転するよう回転可能に支持された円筒状の感光体１の周囲に、静電写真プロセスに従い帯電手段である帯電ローラ３、現像装置５、透明電極であるクリ−ニング部材７、光源６等の作像部材や像担持ベルト１０を介して転写ローラ１４が配設されている。
感光体１は、例えば直径３０〜１２０ｍｍ 程度のアルミニウム円筒表面に光導電性物質である有機感光層（ＯＰＣ）を形成したものである。アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）層を形成した感光体１も採用可能である。またベルト状の感光体１も採用できる。回収ブラシ２は感光体表面に残留するトナー回収する。

図示していない（矢印のみ）が露光装置は、各色毎の画像データ対応の光を、帯電ローラ３で一様に帯電済みの各感光体１の表面を走査し、静電潜像を形成する。露光装置はレーザ光とポリゴンミラーを用い、形成すべき画像データに応じて変調したビーム光によるレーザスキャン方式、又は発光素子としてＬＥＤ（発光ダイオード）アレイと結像素子の方式を採用できる。
帯電手段としてローラ帯電方式のほかに、感光体１に非接触のチャージ方式も採用できる。
本実施例の現像は、トナーとキャリヤからなるニ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おこなわれる。現像装置５の構成の詳細説明については省略する。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、像担持ベルト１０が、感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの上部に設けられている。この像担持ベルト１０は無端状で、各感光体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。また像担持ベルト１０の内周部には各感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋに対向させて１次転写ローラ１４Ｙ、１４Ｃ、１４Ｍ、１４Ｋが設けられている。

像担持ベルト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、像担持ベルトベルト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。上記の像担持ベルト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。
さらに上記像担持ベルト１０の外周で、支持ローラ１３の近傍には、２次転写ローラ１６が設けてある。像担持ベルト１０と２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、２次転写ローラ１６にバイアスを印加することで像担持ベルト１０が担持するトナー画像が用紙Ｐに転写される。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。更に、転写ローラ１６を通過した用紙は記録体の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、着脱可能に増担持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。

上記の構成においてフルカラー画像を形成する動作について説明する。
本実施の形態では画像形成装置の構成から像担持ベルト１０に担持させた画像を用紙に転写する場合は記録するべきデータが複数の頁になるケースでも、排紙スタック部上で頁が揃うように画像が用紙の下面に形成される。
画像形成装置を稼動させると、像担持ベルト１０画像形成ユニットにおける感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋが回動する。まず、画像形成ユニットによる画像形成から開始される。レーザーとポリゴンミラー駆動の露光装置の作動により、イエロー用の画像データ対応の光が、帯電ローラ３により一様帯電された感光体１Ｙの表面に照射されて静電潜像が形成される。
静電潜像は現像ローラ５ａによりイエロートナーで現像され、可視像となり、１次転写ローラ１４Ｙの転写作用により感光体１Ｙと同期して移動する像担持ベルト１０上に静電的に１次転写される。このような潜像形成、現像、１次転写動作が感光体１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ側でもタイミングをとって順次同様に行われる。
この結果、像担持ベルト１０上には、イエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの各色トナー画像が、順次重なり合ったフルカラートナー画像として担持され、像担持ベルト１０とともに矢印の方向に移動される。同時に給紙装置２０のなかの給紙カセットから、記録に使われる用紙Ｐがその供給のための給紙ローラ２１により繰り出され搬送される。用紙の先端がレジストローラ２２タイミングをとってレジストローラ２２が回転し、用紙を転写領域に搬送する。

像担持ベルト１０上のこのフルカラートナー画像は、像担持ベルト１０と同期して搬送される用紙Ｐの上面に、二次転写ローラ１６による転写作用を受けて転写される。二次転写ローラ１６に与えられるバイアスは、トナーの帯電極性と逆のプラス極性である。二次転写はローラ１３にトナーと同極性のバイアスを印加して行う事も可能である。
その後、像担持ベルト１０の表面が、ベルトクリーニング装置１５によりクリーニングされる。また１次転写を終了した画像形成ユニットにおける感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋの表面に残留するトナーは透明電極７から印加された逆極性のバイアスと光源６から透明電極を介して照射された光りを受けて電荷注入され注入電荷と逆極性のバイアスを印加された回収ブラシ２により、各感光体１の表面から除去される。回収ブラシに回収されたトナーは作像終了後の一定のタイミングでブラシに回収時と逆のバイアスを印加することで感光体１上に吐き出され、帯電ローラ３を通過して現像装置５に回収され再使用される。この時、帯電ローラ３は感光体１から離れている事が望ましい。

像担持ベルト１０に重ねられて担持されていたトナー画像が転写された用紙Ｐは、定着装置２３に向け移送される。用紙Ｐ上に重ねられていた各色のトナーが定着装置２３の熱による定着作用を受け、溶融、混色されて完全にカラー画像となる。制御手段で画像に応じて定着装置の使用する電力を最適に制御する場合もある。定着されたトナーも用紙上で完全に固着するまでは、搬送路のガイド部材等にこすられ、画像が欠落したり、乱れたりする事が有るので定着後の搬送にも注意が必要である。その後、排紙ローラ２４により排紙スタック部に、画像面が下向きとなって排紙される。排紙スタック部では後の頁の記録物が順次上に重ねられるようにスタックされるので、頁順が揃う。

本実施例におけるトナー帯電量分布測定には、ホソカワミクロン社製Ｅスパートアナライザーを用いた。測定原理は、音響振動する極性が互いに逆の２枚の電極間にトナー粒子を落下させることにより、トナー粒子を振動させ、また、電極の電界作用によりトナー粒子を電極へ移動させ、この時のトナーの振動数と移動距離をレーザードップラー法で同時に測定することにより、個々の粒子の粒子径と帯電量を算出するものである。本装置によれば特定の粒子径範囲にある粒子群の帯電量分布を測定できると共に、それら粒子群の総帯電量を容易に測定することができる。

本発明の実施形態で感光体周りの構成を示す概略図である。 トナーの帯電量の大小によって、トナーの受ける力を説明するための図である。 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。 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。

符号の説明

１ 感光体
３ 帯電ローラ
４ 露光装置
５ 現像装置
５ａ 現像ローラ
６ 光源
７ クリーニングブレード
８ 搬送スクリュー
１４ 転写ローラ

Claims (13)

1. 静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
   前記静電潜像をトナーで現像してトナー画像を形成する現像手段と、
   前記トナー画像を像担持体に転写する転写手段と、
   前記像担持体に転写されずに残った転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段とからなる画像形成ユニットを少なくとも１つ具備する画像形成装置であって、
   電圧を印加又はグランドに接地してあって、転写残トナーに接触させるための電極と
   同時に、転写残トナーに光を照射する光照射手段とを 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において、
   前記電極に印加する電位は、正極性である
   ことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記電極に印加する電位は、負極性である
   ことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記電極は、少なくとも一部が光が透過可能な導電性部材である
   ことを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記光照射手段は、電極のトナー接触面とは逆側から照射し、電極を透過してトナーに光を照射する
   ことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記電極は、クリーニング部材を兼ねる
   ことを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記トナーは、光によって導電性が変化する光導電性材料又は光帯電制御材料を含有する
   ことを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記光照射手段の発光光量、発光波長、発光頻度のうち少なくとも１つを、トナー量及びトナーへ付与する電荷量に応じて制御する光制御手段を有している
   ことを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の画像形成装置において、
   前記電極に印加する電圧をトナー量及びトナーへ付与する電荷量に応じて制御する電圧制御手段を有している
   ことを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項９に記載の画像形成装置において、
    前記光制御手段及び／又は電圧制御手段は、さらに、感光体周辺部の環境条件（温湿度）を検知して制御する
    ことを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項１〜１０のいずれかに記載の画像形成装置において、
    前記トナーは、体積平均粒径が４〜１０μｍで、体積平均粒径（Ｄ４）と個数平均粒径（Ｄ１）との比（Ｄ４／Ｄ１）が１.００〜１.４０の範囲にあることを特徴とする画像形成装置。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の画像形成装置において、
    前記トナーは、形状係数ＳＦ−１が１００〜１８０の範囲にあり、計上係数ＳＦ−２が１００〜１８０の範囲にある
    ことを特徴とする画像形成装置。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載の画像形成装置において、
    前記トナーは、トナー母体粒子表面に平均一次粒径が５０〜５００ｎｍで、嵩密度が０.３ｍｇ／ｃｍ^３以上である
    ことを特徴とする画像形成装置。