JP2011028051A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 近接露光系とクリーニングレスシステムを用いた装置において、露光部の汚染の抑制と、良好な転写性を実現する。
【解決手段】 露光により潜像が形成される感光体と、複数の発光部を前記感光体の長手方向に沿って配列し、該感光体との最近接距離が１０〜５０００μｍで配置され前記感光体を露光する露光装置と、前記感光体の潜像を現像剤で現像すると同時に前記感光体の上に残留した現像剤を回収する現像装置と、現像された現像剤像を被転写体に転写する転写装置と、を備える画像形成装置において、２７℃／７０％ＲＨの環境下での該感光体に現像剤像が形成された後の現像剤の平均電荷量の絶対値は５０μＣ／ｇ〜９０μＣ／ｇであり、前記感光体の表面の水に対する接触角が９０°以上１８０°未満であることを特徴とする画像形成装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は電子写真画像形成装置に関するものである。

近年、小型、低コスト、環境配慮の観点から省エネ、廃トナーレスの要望が高まっている。また、従来用いられているレーザー光学系に比較して、ＬＥＤを用いた露光では、光路長が短いため本体小型化に寄与するとともに、ポリゴンモーターを必要とせず省エネとなる技術である。ただし、現状は、ＬＥＤは光量の関係上被露光体に対して近接して配置する必要があり、近接露光系となる。また通常電子写真の工程は、感光体上に帯電、露光工程を行い潜像形成後、現像で感光体上に現像像を形成後、転写工程で現像像を転写する。そして、感光体上に残留した転写残トナーをＣＬＮ（クリーニング）機構を用いて転写残トナーを除去し、再度帯電工程から繰り返しされる。この場合、転写残トナーは廃トナーとなる。一方、ＣＬＮ機構を用いず転写残トナーを現像工程で現像像を形成しながら転写残トナーを回収するいわゆるＣＬＮレスシステムが提案されている。廃トナーレスを実現できるとともに、感光体駆動トルクの主要因であったＣＬＮ機構を用いないため、駆動電力の低減が図れる省エネ技術でもある。

しかしながら、近接露光系とＣＬＮレスシステムの組み合わせでは、露光部で感光体上にトナーが存在し通過するため、露光部にトナーが付着し画像不良にいたることが例えば特開平１１−１８４２１６に開示されている。特に露光部通過のトナーの電荷量が小さいと光学系にトナーが飛散付着し濃度ムラという画像不良が発生しやすくなる。この現象を低減するためには、露光部前もしくは帯電前に転写残トナーの電荷量を増加すればよい。

転写後で帯電工程前に転写残トナーに帯電を施す現像剤帯電量制御手段を設けること等が特開２００３−１２２１９３に開示されており、帯電部材の汚れ防止と該現像剤帯電量制御手段による帯電後の電位ムラの両立が必要であることが記載されている。すなわち、該現像剤帯電量制御手段により、転写残トナーの電荷量を上げて帯電部材の汚れを防止する場合、帯電ムラを考慮すると転写残トナーの電荷量アップには限界があることが理解できる。
一方、高着色トナーを用いると、同一濃度を得るために必要なトナー量を低減できトナー消費量低減となるとともに、定着に必要な電力を低減できるため省エネとなる技術である。また、最大濃度を得るために必要なトナー量が低減すると、転写部における転写残トナーの電荷量低下を小さくできる利点もある。

特開平１１−１８４２１６ 特開２００３−１２２１９３

近接露光系とＣＬＮレスシステムの組み合わせでは、露光部で感光体上にトナーが存在し通過するため、露光部にトナーが付着し画像不良にいたることを防止するには、露光前もしくは帯電前の転写残トナーの電荷量を大きくすることが必要となる。転写後、帯電前の間に現像剤帯電量制御手段を設けることで、対応しようとすると、装置が必要となりコストアップする。また、転写残トナーの電荷量アップにも限界があり、帯電部材のよごれのみならず露光部にトナーが付着し画像不良の防止、低減に効果が不十分である。

また、感光体上現像像の平均電荷量の絶対値を大きくすることで転写残トナーの電荷量アップが図れるが、５０μＣ／ｇ以上９０μＣ／ｇ以下のように高い値にすると、転写工程で感光体から現像像を転写しづらくなる。

上記課題解決のため、下記記載の様態を特徴とする。

露光により潜像が形成される感光体と、該感光体との最近接距離が１０〜５０００μｍで配置され前記感光体を露光する露光装置と、該感光体の潜像を現像剤で現像すると同時に前記感光体の上に残留した現像剤を回収する現像装置と、現像された現像剤像を被転写体に転写する転写装置と、を備える画像形成装置において、２７℃／７０％ＲＨの環境下での該感光体に現像剤像が形成された後の現像剤の平均電荷量の絶対値（以下、平均電荷量とは、平均電荷量の絶対値とする）は５０μＣ／ｇ〜９０μＣ／ｇであり、該感光体の表面の水に対する接触角が９０°以上１５０°以下であることを特徴とする画像形成装置。

以上説明したように、本発明によれば、装置の小型化及び省エネ、廃トナーレスによる環境配慮を達成しつつ、露光系の汚れによる画質低下を低減・防止可能な画像形成装置を提供することができる。また、感光体上現像像の平均電荷量を高い値にすることで、必要な潜像におけるコントラストが大きくなり、外乱等による電位変動等に対し濃度変動が小さくなり色味変動を低減でき安定した画像形成装置となる。

第１の実施例を説明するための図 転写電流と転写残トナー量及び帯電ローラ付着トナー量の関係を示した例 転写電流と浮遊粒子数及びＳＬＡ付着トナー量の関係を示した例 トナー平均電荷量を変化させたときの転写電流と転写残トナー量及びＳＬＡ付着トナー量の関係を示した例 感光体上トナー平均電荷量測定方法を説明するための図 キヤリアの動的抵抗率とトナー平均電荷量の関係を示した例 感光体表面に作成した微細構造の例 微細構造の断面例 微細構造と接触角の関係を示した例 微細構造の有無による転写電流と転写残トナー量の関係を示した例 トナー平均電荷量を変化させたときのＳＬＡ付着トナー量の関係を示した例 着色剤の重量部数を変化させたときのトナー量と濃度の関係を示した例 着色剤の重量部数を変化させたときの転写電流と転写残トナー量の関係を示した例 着色剤の重量部数及びトナー平均電荷量を変化させたときの転写電流とＳＬＡ付着トナー量の関係を示した例

（実施例１）
図１は本発明に係る画像形成装置要部の断面図である。図示の画像形成装置は、転写方式電子写真プロセス利用、接触帯電方式、反転現像方式、クリーナレスを採用する最大通紙サイズがＡ３サイズのＬＥＤプリンタである。感光体である感光ドラム１に対して、帯電工程、露光工程、現像工程を行い画像データに基づくトナー像（現像剤像）を形成する。そして、当該現像剤像を被転写体である中間転写ベルト（中間転写体）に転写をし、その後さらに転写材である記録紙にトナー像を転写する。記録紙に転写されたトナー像は定着装置により熱定着され永久画像として画像形成がされる。

反転現像方式であるため、現像剤の正規の極性（現像に供される現像剤の帯電極性）と、転写部材に印加される電圧の極性は逆の極性となる。また、現像剤の正規の極性と帯電部材に印加される電圧の極性とは同じ極性となる。

本画像形成装置では、露光装置としてＬＥＤを用いており、複数のＬＥＤ（発光部）を感光ドラム１の長手方向に沿って配列している。ＬＥＤを用いた露光の場合、現在の所ＬＥＤの光量が関係上感光体と露光部を近接させなければならない。そのため、露光部と感光体との距離は、５０００μｍ以下に近接させる必要がある。一方、露光部と感光体との距離が近すぎると、焦点を結べず潜像ボケひいては画像ボケとなってしまう。そのため、露光部と感光体との距離が１０μｍ以上であることが好ましい。本実施の形態に係るＬＥＤプリンタは、クリーナレスであり、中間転写ベルトＰに対するトナー画像転写後の感光ドラム１面に若干量残留する転写残トナーを除去する専用のクリーニング装置は具備されていない。転写後の感光ドラム１面上の転写残トナーは、引き続く感光ドラム１の回転に伴って帯電部ａと露光部ｂを通って現像部ｃに持ち運ばれ、現像装置３により現像同時クリーニング（回収）される（クリーナレスシステム）。

感光ドラム１面上の転写残トナーは露光部ｂを通るために露光工程はその転写残トナー上からなされるが、転写残トナーの量は少ないため、大きな影響は現れない。但し、転写残トナーには帯電極性が正規極性のもの、逆極性のもの（反転トナー）、帯電量が少ないものが混在している。そのうちの反転トナーや帯電量が少ないトナーが帯電部ａを通過する際に、トナーが帯電ローラ２に付着し帯電ローラが許容以上にトナー汚染して帯電不良を生じたりすることがある。特に帯電前のトナーの電荷が逆極性である場合、帯電部の通過前後で帯電ローラにより帯電電荷を受けても、トナーの電荷量が不十分で感光ドラムに対する静電付着力が弱くなる。そのため、露光部ｂの前でトナーが浮遊しやすく、感光ドラム１に近接して配置されている露光部に付着してしまう。

又、感光ドラム１面上の転写残トナーを、現像装置３による回収（現像同時クリーニング）を効果的に行わせるためには次のような条件が必要である。即ち、現像部ｃに持ち運ばれる感光ドラム１上の転写残トナーの帯電極性が正規極性であること、且つ、その帯電量が現像装置３によって感光ドラム１の静電潜像を現像できるトナーの帯電量であることが必要である。反転トナーや帯電量が適切でないトナーについては感光ドラム１上から現像装置３に除去・回収できず、不良画像の原因となってしまう。

更に、近年のユーザニーズの多様化に伴い、写真画像等の高印字率な画像の連続の印字動作等により一度に大量の転写残トナーが発生する場合がある。このように転写残トナーが大量に発生すると、上述のような問題を更に助長させてしまう。

ここでは、中間転写体を用いる系で説明したが、中間転写体の代わりに紙等の転写材、もしくは転写搬送ベルト体上の転写材にトナー画像を転写するいわゆる直接転写系でも同様である。

図２に、一次転写電流を変化させた場合の、単位面積あたりの転写残トナー量を破線で、帯電ローラに付着するトナー量を実線で示す。転写残トナー量は、転写後感光体上に残ったトナーを粘着テープにより捕集し、捕集前後の重量変化を面積換算した値を用いた。帯電ローラに付着するトナー量については、最大濃度のべた１００％画像をＡ４サイズで１００枚連続通紙した前後での帯電ローラに付着したトナーを同様に粘着テープで捕集し面積換算した値を用いた。図２の実験において、トナーの平均電荷量は３０μＣ／ｇ（以下、電荷量、電流値は極性表記はせず絶対値で表記する）で、感光体表面の水に対する接触角は８５°である。またトナーには、着色剤が６部入っている。

これより、転写電流を上げると、転写残トナー量は低減するといえる。しかし、転写Ｎｉｐ部及びその前後での放電により、感光体上トナーがトナーとは逆極性の電荷を受け逆極性トナーとして、転写残トナーとなるものがあり、帯電部の電界により感光体から帯電ローラへ転移し易くなっているといえる。

さらに転写電流を上げると転写残トナー量も増加し始め、帯電ローラに付着するトナー量を増加させる要因となる。

適正転写電流値は、少なくとも目標とする転写残トナー量以下で極力小さい転写電流値を設定することが望ましい。転写残トナー量目標値をＡ（５ｍｇ／ｃｍ２）とすると、適正電写電流値はＢ（２５μＡ）とする。転写残トナー量目標値は、いわゆる普通紙において、紙の地合いによる転写ムラが見えない状態になるトナー量を確保できる値であり、転写残トナー量目標値を超えると転写ムラ発生の確率が高まる。

適正な転写電流値Ｂより、転写電流を下げると、転写Ｎｉｐ部及びその前後での放電は弱く、転写残トナーは増加するものの、帯電ローラへの転移する量の比率は、転写電流を上げた場合に比べ小さいことが分かる。

図３に、転写電流を変化させたときの、帯電後の浮遊粒子の計測を行った粒子数を破線で、ＬＥＤ光学系であるセルフォックレンズ（ＳＬＡ）の感光体面に付着したトナー量を実線で示す。感光体と露光系の最近接距離は２．４ｍｍと設定して行った。

ＳＬＡのトナー付着確認条件としては、最大濃度のべた１００％画像をＡ４サイズで１００枚連続通紙を行った間での浮遊粒子をパーティクルカウンターで計測された値を用いた。また、ＳＬＡに付着したトナー量は通紙前後でのＳＬＡに付着したトナーを粘着テープで捕集し面積換算した値を用いた。

浮遊粒子数については、パーティクルカウンター（ＣＡＰＡ−７００、（株）堀場製）を用い、帯電ローラとＬＥＤの間の感光体表面近傍に捕集口を設置し、０．５ｌ／ｍｉｎの吸引条件で１００枚通紙の間、計測を行った。これより、適正転写電流を上げることにより、ＳＬＡの感光体面に付着するトナー量が増加することが分かる。これは、転写残トナーの反転トナー等が帯電部で正規の帯電電荷を受けるものの、帯電が不十分であり帯電ローラもしくは感光体に静電的に強固に付着しないトナー粒子が、帯電後に感光体の近傍の層流に乗って飛散しているためと考えられる。

図４に、転写電流を変化させた場合の、転写残トナー量（破線）とＳＬＡの付着量（実線）について示す。現像後の感光体上のトナーの平均電荷量（２７℃／７０％ＲＨの環境下での測定）を変化させて実験を行い、当該平均電荷量が、９０μＣ／ｇを（１）、５０μＣ／ｇを（２）、３０μＣ／ｇを（３）として示す。適正転写電流値は、少なくとも目標とする転写残トナー量以下で極力小さい転写電流値を設定することが望ましい。転写残トナー量目標値をＡ（０．０５ｍｇ／ｃｍ^２）とすると、トナーの平均電荷量を３０μＣ／ｇの場合、適正転写電流値は（３）で示した矢印の転写電流値である。５０μＣ／ｇ、９０μＣ／ｇの各々の適正転写電流値は（２）、（１）の矢印で示している。

３０μＣ／ｇのトナーに対する適正電流値（３）においては、トナーの平均電荷量が高いもの（（１）、（２））ほど、転写に必要な転写電荷量が不足するため、転写残トナーは増加している。その一方、トナーの平均電荷量が高いもの（（１）、（２））ほどＳＬＡへのトナーの付着量は低減している。これは、トナーの平均電荷量が高いほど転写部で逆電荷を受けてもまだ正規電荷が残っている確率が高まり、転写残トナー中の反転トナー量は減少していると考えられる。

また、３０μＣ／ｇのトナーを用いた場合、３０μＣ／ｇにおける適正転写電流値より大きくすることでＳＬＡの汚れは増加する。これに対し、トナーの平均電荷量が５０μＣ／ｇ以上では、そのトナーの平均電荷量における適正転写電流値よりもある程度大きい転写電流値であっても、ＳＬＡの汚れ量はそれほど増加していない。したがって、トナーの平均電荷量が大きいほど、転写電流が振れた場合であっても、転写電流の振れに対するＳＬＡの汚れの変化量は小さくなり安定であるといえる。

ここで、現像後のトナー平均電荷量を変化させた例を記載する。

２成分現像剤は、良く知られているように、トナーとトナーを摩擦帯電するためのキヤリアを混合させて用いる。キヤリアには、磁性体であるフェライトを焼結させたものと、樹脂中に磁性体を分散させた磁性体分散型樹脂キャリアが知られているが、抵抗値を変化させやすい磁性体分散型樹脂キヤリアをここでは用いた。磁性体分散型樹脂キャリアは、バインダー樹脂及び少なくとも磁性金属酸化物粒子とからなる磁性体分散型粒子であるコア粒子と磁性キャリアコア粒子表面に設けられた樹脂被覆層とを有する磁性樹脂コートキャリアである。磁性体には、マグネタイトとヘマタイトを用い、キヤリアのメイン樹脂としてフェノール樹脂を用いている。キヤリア表面には、トナーとの離型性の高いシリコン系樹脂を用いた。

２成分現像剤を構成しているキヤリアの実使用状態に近い条件での体積抵抗率測定をここでは動的抵抗率と定義する。本実施ではキヤノン製ＣＬＣ５０００を用いた。２成分現像剤を現像器に装填する重量と同重量のキャリア（ここでは４００ｇ）を用意し、清掃したＣＬＣ５０００現像器にキャリアを入れ、現像剤担持体である現像ローラ上にキャリアをコートする。ローラ対向に感光体と同じ外径のアルミシリンダをセット（ここでは現像ローラに直流で、アルミシリンダと現像ローラの最近接間距離を４００μｍ）した。アルミシリンダは周方向に実使用での速度（ここでは、２００ｍｍ／ｓ）で、現像シリンダも同様に（ここでは３６０ｍｍ／ｓの速度）回転させる。なお、アルミシリンダはグランド（電位０Ｖ）に接地し、現像ローラに直流で、アルミシリンダと現像ローラの最近接間の電界が＋５０００Ｖ／ｃｍとなる電圧を加え、流れる電流値よりキヤリアの動的抵抗率を求めた。

本実施例で用いたキヤリアは、磁性体として低抵抗であるマグネタイトと高抵抗であるヘマタイトを用い、樹脂及びヘマタイトに対するマグネタイトの比率を変化させることで動的抵抗率が異なる試料を作成した。

次に感光体上トナー平均電荷量測定方法を記載する。図５に示したファラデーゲージは、軸径の異なる金属筒を同軸になるように配置した２重筒と、内筒内に更にトナーを取り入れるためのフィルターを備えている。ＡＩＲ吸引により、像担持体（感光体）上のトナーをフィルター内に取り込む。内筒と外筒が絶縁されているために、トナーの電荷量Ｑによる静電誘導を引き起こす。この誘起された電荷量をＫＥＩＴＨＬＥＹ ６１６ ＤＩＧＩＴＡＬ ＥＬＥＣＴＲＯＭＥＴＥＲにより測定し、内筒内のトナー重量Ｍで割った値（Ｑ／Ｍ）を感光体上トナー平均電荷量とした。

図６に、キヤリアの動的抵抗率と感光体上トナー平均電荷量の関係を示す。本実施例では、体積平均粒径５．５μｍのトナーを８％重量部数となるように、キヤリアと混合した。いわゆる潜像と現像の条件は一定下で行った。

５０μＣ／ｇ以上９０μＣ／ｇ以下であるには、動的抵抗率が１×１０^８〜１×１０^１３Ωｃｍの範囲であればよいことが分かる。動的抵抗率を更に高い１×１０^１３Ωｃｍ以上のキヤリアであると、感光体上のトナー平均電荷量は、略９０μＣ／ｇで感光体上に現像されたトナー量が減少した。これは、単位面積あたりの現像されたトナー電荷量が低下していることを示しており、静電付着力が増加したことにより現像効率が低減し望ましくない状態である。

図７に、本実施例で用いた感光体表面に形成した微細構造の例を示す。Ｘ部は凸部であり、Ｙ部は凹部である。本実施例では、基本骨格を６角形にして繰り返し構造を作成しているが、繰り返し構造が作成されていれば良く６角形に限るものではない。効果の説明にあたり２次元での構造解析が望ましいが、１次元において条件を満たす構造を有することで効果が得られるため１次元で説明する。本実施例では、感光体ドラムのスラスト方向に相当するＡ−Ｂ断面の例を図８に示す。

感光体表層材料である物質Ｘはポリカーボネートを使用し、物質Ｙは空気である。それぞれの物質の幅の代表値をＨｘ、Ｈｙ、深さＤとする。繰り返し構造ではあるが、バラツキを考慮するため、Ｈｘ、Ｈｙの測定方法として、（株）小坂研究所製ＳＥ−３０Ｄを用いて表面形状プロファイルを測定しＦＦＴ解析（フーリエ変換）を行った。凹部に相当する周波数ピーク値を長さに換算した値をＨｙ、凸部に相当する周波数ピーク値を長さに換算した値をＨｘとした。なお、深さＤはトナーの平均粒径よりもある程度大きければ問題ない。

図９に、感光体表面に微細構造を用いた場合の接触角変化を示す。接触角の測定は、純水を用い、装置は、協和界面科学（株）、接触角計ＣＡ−ＤＳ型を用いた。測定環境は２３℃５０％Ｒｈで行った。感光体表面の接触角は、ローラ帯電等による帯電プロセスを受けつづけると低下することが知られている。微細構造の代表値Ｈｘ、Ｈｙに対し、Ｈｙを４μｍ、Ｈｙ／Ｈｘの値が０．５、１、２、４、７、１０となるように作成した感光体表面の使用前の接触角を点線で、使用後（Ａ４サイズで５０００枚印字を実施後）の接触角を実線で示した。使用前状態で微細構造を施していない場合の接触角は８０°であった。これより、Ｈｙ／Ｈｘの値が大きくなると、接触角は大きくなり、また使用前後の差分が小さくなる事がわかる。特にＨｙ／Ｈｘ＞１（Ｈｙ＞Ｈｘ）であると、使用後であっても接触角が９０°以上に保たれている事がわかる。但し、Ｈｙは、トナーの平均粒径以下であることが望ましい。これは、トナーが凹部の底面に接触する確率が高まると微細構造による接触角を高める効果が減少するためである。そのため、Ｈｙ／Ｈｘの値を大きくするにはＨｘの値を小さくする必要があり、強度の面から限界値が存在する。本実施例では、Ｈｙ／Ｈｘが１０の感光体表面の微細構造は使用後部分的に破損がみられ、接触角がやや低下したと考えられる。したがって、耐久性まで考慮すると本実施例ではＨｙ／Ｈｘを７以下とすることが望ましい。

また、初期接触角としては、構造耐久性を考慮するとＨｙ／Ｈｘの初期設定を７未満、すなわち接触角に置きなおすと１５０°以下が望ましい。

本実施例で用いた感光体表面は、熱硬化の途中工程で、微細構造を有する金属型を押し当てることで形成したが、形成手法には限定されない。また、接触角に対して感光体の表面材料への依存を低減できることより、微細構造が形成できれば、材料を限定するものではない。

図１０に、感光体表面に本実施例で用いたＨｙ／Ｈｘを７としたときの微細構造を形成した場合を実線で、微細構造を形成しない場合を破線で、転写電流と転写残トナー量の関係を示す。Ｈｙ／Ｈｘを７としたときの微細構造を形成した場合は、純水に対する初期接触角は１５０°であった。微細構造を形成しない場合は、純水の接触角は８５°であった。このように、微細構造を形成することにより、接触角を大きくすることが可能となっている。感光体上現像後トナー平均電荷量を３０μＣ／ｇとしたときを（１）、５０μＣ／ｇとしたときを（２）、９０μＣ／ｇとしたときを（３）で示した。感光体の表面の接触角を大きくすることで、小さい転写電流で転写残トナー量を少なくすることができる。つまり、小さい転写電流で転写効率の立ち上がりが早まり、小さい転写電流で所望の転写効率が得られることが分かる。したがって、現像後のトナー電荷量を大きくした場合、感光体の表面の接触角を大きくすることにより、適正転写電流をさほど大きくすること無く所望の転写効率を得られることになる。

図１１に示すように、上述のＳＬＡのトナー付着確認条件と同条件で、転写電流を変化させたときのＳＬＡの付着トナー量を示した。現像後の平均トナー電荷量を３０μＣ／ｇで、従来感光体表面を用いた場合のＳＬＡの汚れを１点破線で示し、現像後の平均トナー電荷量を５０μＣ／ｇ、９０μＣ／ｇで、感光体表面に接触角の大きいものを用いた場合のＳＬＡの汚れをそれぞれ破線、実線で示した。これにより転写後の感光体に残留するトナー量は微細構造を形成した感光体の方が少なくなり、現像後の平均トナー電荷量の高いトナーを用いることが可能となる。また、現像後の平均トナー電荷量が高いトナーを用いることで、転写残トナーの電荷は、反転する確率が非常に小さくなり、ＳＬＡに対するトナー付着が低減、防止可能となった事がわかる。表１に感光体上のトナー平均電荷量を３０μＣ／ｇ、５０μＣ／ｇ、９０μＣ／ｇに対して、感光体の接触角が変化した場合の、転写残トナー量、ＬＥＤ（ＳＬＡ）の汚れ、感光体表面構造耐久性の結果を示した。ＬＥＤ（ＳＬＡ）汚れに関しては、感光体表面とＳＬＡの最近接距離を２．４ｍｍ及び１０μｍとした場合の結果を示した。

ドラムＡは、感光体表層には微細構造を作成せず、図１で示した画像形成装置にて、べた白連続１０００枚通紙後の状態で使用した。画像形成工程を繰り返すことで、帯電工程により感光体表面が改質し接触角低下することは良く知られておりこの現象を用いている。ドラムＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅは、それぞれ感光体表層にＨｙ／Ｈｘを０．２５、０．５、７、１０とすることで作成した（連続通紙は、行わず）。

転写残トナー量は、下記のように評価した。上述した転写残トナー量目標値Ａ（０．０５ｍｇ／ｃｍ^２）に対し、転写電流の振れ（ここでは最低転写残トナーとなる転写電流値の±１０％）を考慮しても、下回るもの（Ａ（０．０５ｍｇ／ｃｍ^２）以下）を○とした。転写電流の２倍のふれを考慮しても、下回るものを◎、転写電流のふれの範囲で最低転写残トナー量が目標値を下回らないもの（Ａ（０．０５ｍｇ／ｃｍ^２）以上）をＸ、一部下回るものを△とした。ＬＥＤ汚れに関しては、最大濃度のべた１００％画像をＡ４サイズで１００枚連続通紙した前後での画像濃度ムラ変化を、画像処理違いにより評価した。
◎：濃度０．６誤差拡散処理で、濃度ムラ変化なし
○：濃度０．６ １６０線スクリーン処理で、濃度ムラ変化なし
△：濃度０．６ １００線、１６０線スクリーン処理で、濃度ムラ変化あり
Ｘ：最大べた濃度で、濃度ムラ変化あり
ＸＸ：最大べた濃度出ず
表面構造耐久性は、Ａ４サイズで５０００枚印字後に感光体表層を観察し、微細構造が維持されているものを○、維持されていないものをＸで表記した。

これよりトナー平均電荷量が５０μＣ／ｇ以上において、感光体表面の接触角が９０°〜１６０°の範囲で、転写残トナー量及びＬＥＤ（ＳＬＡ）汚れは良好であり、９０°未満においてはＮＧであることが分かる。さらに、感光体表面に微細構造を用い微細構造の耐久性を考慮すると、９０°以上１５０°以下の範囲が望ましい。

なお、上記実施例ではいわゆる不定形の粉砕トナーを使った。トナーの球形度合は、トナーの形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２を用いて示せることは、特開平０９−２７４３６４等に開示されている。本実施例で用いた粉砕トナーのＳＦ−１、ＳＦ−２はそれぞれ１６０、１３０であった。

トナーと本発明の影響をみるために、球形度が高い重合トナーで同様の実験を行った。重合トナーのＳＦ−１、ＳＦ−２はそれぞれ１２０、１１５であった。
実験結果を表２に示す。

トナー平均電荷量が５０μＣ／ｇ以上において、感光体表面の接触角が９０°以上１６０°以下の範囲で、転写残トナー量及びＬＥＤ（ＳＬＡ）汚れは良好である。なお、発明の効果からすれば、接触角が１６０°を超えるものであれば、転写残トナー量及びＬＥＤ（ＳＬＡ）汚れは良好であると考えられる。しかし接触角が、１６０°を超える感光体の場合、表面構造の耐久性が低下することが懸念される。したがって、本願発明では、実用的な範囲として、感光体の接触角は１５０°以下としている。接触角が小さい感光体を用いた場合、やや転写残トナーの改善が見られる。９０°未満においてはＮＧであることが分かる。重合トナーでも、粉砕トナーでも、同様の効果が得られたので本願発明はトナーの種類に影響されないことがわかった。ただ、重合トナーの方が粒度分布が一般的には狭く製造でき、トナーの電荷分布も狭くなるためトナーの平均電荷量の制御が容易であるので、本願発明に適している。

なお、実施例１では、感光体の表面に微細構造を備えることで接触角を大きくする様にしているがこれに限られるものではない。例えば、特開平０６−２５０４１３や特開平０７−２３０１７７に記載されているように、感光体の表面に撥水性の材料をもちいることで、使用後の接触角維持と言う観点では劣るものの、本実施例と同様の効果が得ることが可能となる。

また、本実施例では、２成分現像方式について、キヤリアの動的抵抗率を大きくすることで、感光体上のトナー平均電荷量を大きくするようにしているが、これに限られるものではない。例えば、特開２００１−１３７８８に記載されているような構成でもトナーの平均電荷量を大きくすることは可能である。即ち、現像装置のトナー規制ブレード対向部の下流側で、かつ感光体対向部より上流側に、現像ローラに当接するバイアス印加可能なトナーチャージローラを配設する。そして、トナーチャージローラにバイアスを印加すること等で、１成分現像方式においても感光体上のトナー平均電荷量を５０μＣ／ｇ以上９０μＣ／ｇにすることは可能であり、本字実施例と同様の効果が得られることが可能となる。

以上説明したように、本発明では、露光部と感光体との最近接距離が１０μｍ以上５０００μｍ以下のいわゆる近接露光系で、且つＣＬＮレスシステムにおいて、感光体上の現像像の平均電荷量を５０μＣ／ｇ以上９０μＣ／ｇ以下のように高い値にしている。このようにすることで、露光部が転写残トナーによる汚れをコストアップさせずに低減、防止が可能となる。なお、実験では、感光体と露光部との距離を１０μｍと２．４ｍｍ（２４０００μｍ）の二つの条件で設定している。露後部と感光体との距離が５０００μｍよりも、露光部に転写残トナーによる汚れが付着しやすい２４０００μｍの距離で効果が実証されているので、当然に露後部と感光体との距離が５０００μｍの範囲でも本願発明の効果は得られる。

感光体上現像像の平均電荷量を５０μＣ／ｇ以上９０μＣ／ｇ以下のように高い値にすると、転写工程で感光体から現像像を転写しづらくなるため、感光体に付着する非静電付着力を低減することが効果的である。なお、感光体上の現像像の平均電荷量が９０μＣ／ｇより大きくなると、静電付着力が大きくなりすぎ、現像電界のリーク限界以上には現像バイアスを大きくできないため、現像性の低下を招きやすくなるという理由で弊害がある。本願発明では、感光体上の現像剤の平均電荷量は現像後で転写前の位置で測定している。また、現像剤の平均電荷量は極性は関係ないため絶対値を用いて判断している。このため感光体の表面の純水に対する接触角を高める（即ちトナーの離形性を高める）ことにより転写性を確保する。特に、装置の使用により接触角が低下していくことを考慮すると、感光体の表面にいわゆる微細構造を形成することにより接触角を低下させるのが効果的である。

（実施例２）
トナー母体の、着色剤を増加させることにより、同等の濃度を得るための必要トナー量を低減できることは良く知られている。

図１２に、トナーの感光体上の単位面積あたりの現像量を変化させたときの紙上反射濃度を、着色剤の重量部数を６部とした場合を破線で、１０部とした場合を実線で示した。最大濃度を１．６とするために必要なトナー量は、６部の場合５０ｍｇ／ｃｍ２、１０部の場合３５ｍｇ／ｃｍ２であることがわかる。

一方、着色剤の重量比を増加してもトナー量を低減しすぎると、最大濃度は得られなくなり、少なくともトナーの平均粒径で、トナー１層で最密充填する量Ａ（ｍｇ／ｃｍ２）は必要である。ここでＡ＝２πｒρ／３√３（ここでｒ（ｃｍ）はトナー平均粒径に対する半径、ρはトナーの真比重（ｍｇ／ｃｍ３））である。トナーの定着部での溶け広がり量や、各プロセスでの工程たとえば現像工程での現像性の不均一性を考慮して、Ａ〜１．３Ａ（ｍｇ／ｃｍ２）程度現像することが望ましい。即ち、単位面積辺りの現像剤の最大量をＢとした時、Ａ＜Ｂ＜１．３Ａとする。単位面積辺りの現像剤量の測定方法としては、前述した感光体上トナー平均電荷量測定方法で記載した方法により測定する。具体的には、感光体上のトナーを吸引した面積を測定、もしくはあらかじめ決めた面積のべた画像を現像したうえでトナーを吸引し、吸引したトナー重量をその面積で割った値を用いる。

図１３に、感光体上現像後平均トナー電荷量を３０μＣ／ｇとした場合の、転写電流にたいする転写残トナー量を、着色剤が６部のトナーの場合を破線で、１０部のトナーの場合を実線で示した。最適転写電流は、６部のトナーより１０部のトナーの方が低いことが分かる。感光体上のトナーの単位重量あたりの平均トナー電荷量（μＣ／ｇ）は６部のトナーより１０部のトナーは同じであり、感光体上の単位面積あたりのトナー量（ｇ／ｃｍ２）は１０部の方が小さい。そのため、トナーの単位面積あたりの、総トナー電荷量（μＣ／ｃｍ２）が小さくなり、必要な転写電流が小さくてすむ。この結果、転写部での放電も小さいため転写部でトナーに逆電荷を与える確率が小さくなると同時に逆電荷となるトナーが低減するためと考えられる。更には、適正転写電流よりも大きい転写電流値においてトナー載り量が少ない方が逆電荷となるトナー量が少ないことも寄与していることが考えられる。

図１４に、最大濃度が得られる感光体上トナー量を現像し、転写電流を変化させた場合の、ＳＬＡの汚れ量比較を示した。なお、着色剤を６部で感光体上トナー平均電荷量を３０μＣ／ｇのトナーを用いた場合を破線で、着色剤を１０部で感光体上のトナー平均電荷量を５０μＣ／ｇのトナーを用いた場合を実線で示している。これより、適正転写電流値の場合も含め、着色剤を多くして、感光体上のトナー量を少なくしかつトナーの平均電荷量を大きくすることで、ＳＬＡに付着するトナー量を小さくできることがわかる。

以上のように、着色剤の重量部数を、従来のように６部ではなく、それよりも多い１０部入れた場合、同一濃度を得るための必要トナー量が低減することで、トナー層が持つ電荷量が低減するため、最適転写電流を低くすることができる。そのため、転写部におけるトナーへの逆電荷付与を抑えることができ、結果ＳＬＡの汚れを防止することができる。即ち、実施例２のように、着色剤の重量比が多い場合は、実施例１よりもＳＬＡの汚染を防止しやすい状態であると言える。よって、実施例１で発明の効果が得られるような条件（平均電荷量は５０μＣ／ｇ〜９０μＣ／ｇであり、感光体の表面の水に対する接触角が９０°以上１８０°）であれば、実施例２においても当然に本願発明の効果は得られる。

一方、高着色トナーを用いる課題として、現像部で従来のトナー電荷量と同等であると、同一濃度を得るために必要な潜像におけるコントラストが小さくなり、潜像コントラスト電位に対する濃度階調を表すγ特性が急峻となる。これは、外乱等による電位変動等に対し濃度変動が大きくなり、特にカラー機においては色味変動を起こし画像不良となる課題があった。しかし、本願発明のように、トナーの平均電荷量が５０〜９０μＣ／ｇのように、従来よりも大きい電荷量を備えるトナーと顔料を多くするトナーとを組み合わせることにより、転写部での転写残トナーの電荷量を高めに維持することが可能となる。さらに、感光体上現像像の平均電荷量を５０μＣ／ｇ以上９０μＣ／ｇ以下のように高い値にすることで、必要な潜像におけるコントラストが大きくなり、外乱等による電位変動等に対し濃度変動が小さくなり色味変動を低減できる。したがって、本願発明と着色剤の重量比が多いトナーとは相性がよい。

また、実施例１と同じく、感光体上現像像の平均電荷量を５０μＣ／ｇ以上９０μＣ／ｇ以下のように高い値にすると、転写工程で感光体から現像像を転写しづらくなるため、感光体に付着する非静電付着力を低減することが効果的である。このため感光体の表面の水に対する接触角を高めることにより転写性を確保する。

１ 感光体ドラム
２ 帯電ローラ
３ 現像器
１０ 近接露光系（ＬＥＤ）
６ （一次）転写ローラ
Ｐ 中間転写ベルト

Claims (3)

1. 帯電された後に露光されることで潜像を形成される感光体と、複数の発光部を前記感光体の長手方向に沿って配列し、前記感光体との最近接距離が１０〜５０００μｍで配置され前記感光体を露光する露光装置と、
   前記感光体の潜像を現像剤で現像すると同時に前記感光体の上に残留した現像剤を回収する現像装置と、
   現像された現像剤像を被転写体に転写する転写装置と、
   を備える画像形成装置において、
   ２７℃／７０％ＲＨの環境下での該感光体に現像剤像が形成された後の現像剤の平均電荷量の絶対値は５０μＣ／ｇ〜９０μＣ／ｇであり、
   前記感光体の純水に対する接触角が９０°以上１５０°以下であることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記感光体の表面に微細構造を形成し、前記微細構造の表面形状をフーリエ変換したときの、凹部に相当する周波数ピーク値を長さに換算した値をＨｙ、凸部に相当する周波数ピーク値を長さに換算した値をＨｘとして、Ｈｙ＞ＨｘでかつＨｙは現像剤の平均粒径以下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。
3. 該感光体に形成される現像剤像の単位面積あたりの最大の現像剤量をＢとし、現像剤の平均粒径で１層で最密充填された量をＡとした場合、Ａ＜Ｂ＜１．３Ａ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。

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