JP2012113131A - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】現像剤に添加される外添剤に起因するフィルミングの発生を抑制できる画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像形成装置は、感光体１の表面を第１の極性の電荷で帯電させる帯電部２と、感光体の表面に現像剤像を形成する現像部７と、現像剤像を記録媒体１２の表面に転写させる像転写部５と、現像剤像が記録媒体１２の表面に転写された後、感光体１を露光する光源３０と、感光体１の表面が露光された後、感光体１の表面に残留している現像剤を除去するクリーニング部６とを備える。現像剤は、バインダー樹脂と着色剤とを含有してなる母材粒子と、第１の極性とは逆極性の帯電特性を有する外添剤とを含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンタまたはファクシミリなどの電子写真方式で記録媒体上に画像を形成する技術に関する。

電子写真方式による画像形成プロセスは、感光体の表面に一様な電荷を形成する帯電工程、感光体の表面に光を照射して静電潜像を形成する露光工程、帯電した現像剤を静電潜像に付着させて感光体上にトナー像を形成する現像工程、このトナー像を紙などの記録媒体に転写する転写工程、及び、転写されたトナー像を記録媒体に定着させる定着工程といった一連の工程からなる。現像剤には、たとえば、バインダー樹脂及び着色剤を含有してなる母材粒子と、母材粒子の表面構造を改質するための外添剤とを混合したものが使用される。外添剤は、現像剤の流動性向上やバインダー樹脂同士の融着防止や帯電特性の向上といった目的のために添加される微粒子である。現像剤に関する先行技術文献としては、たとえば、特開２００７−１８３４０３号公報（特許文献１）が挙げられる。

特開２００７−１８３４０３号公報

外添剤は、母材粒子（母核）の表面に付着してその表面構造を改質するものであり、たとえば、負帯電性のシリカ粒子や正帯電性のメラミン樹脂粒子を外添剤として使用することができる。しかしながら、画像形成プロセスにおいて、外添剤が母材粒子から離脱して感光体などの部材に固着し、フィルミングを発生させるという問題がある。特に、強い正帯電性を有するメラミン樹脂粒子などの外添剤を使用した場合には、連続通紙印刷といった長期の連続使用により感光体にフィルミングが生じやすいという問題がある。

上記に鑑みて本発明の目的は、現像剤に添加される外添剤に起因するフィルミングの発生を抑制することができる画像形成装置及び画像形成方法を提供することである。

本発明による画像形成装置は、感光体と、前記感光体の表面を第１の極性の電荷で帯電させる帯電部と、帯電した前記感光体に画像情報に応じた光を照射して前記感光体の表面に静電潜像を形成する露光部と、前記静電潜像を現像して前記感光体の表面に現像剤像を形成する現像部と、前記現像剤像を記録媒体の表面に転写させる像転写部と、前記現像剤像が前記記録媒体の表面に転写された後、前記感光体の表面を露光する光源と、前記光源により前記感光体の表面が露光された後、前記感光体の表面に残留している現像剤を除去するクリーニング部と、を備え、前記現像剤は、バインダー樹脂と着色剤とを含有してなる母材粒子と、前記第１の極性とは異なる第２の極性の帯電特性を有する第１の外添剤とを含む。

本発明による画像形成方法は、感光体の表面を第１の極性の電荷で帯電させるステップと、帯電した前記感光体に画像情報に応じた光を照射して前記感光体の表面に静電潜像を形成するステップと、前記静電潜像を現像して前記感光体の表面に現像剤像を形成するステップと、前記現像剤像を記録媒体の表面に転写させるステップと、前記現像剤像が前記記録媒体の表面に転写された後、前記感光体を露光するステップと、前記感光体の表面が露光された後に前記感光体の表面に残留している現像剤を除去するステップと、を備え、前記現像剤は、バインダー樹脂と着色剤とを含有してなる母材粒子と、前記第１の極性とは異なる第２の極性の帯電特性を有する第１の外添剤とを含む。

本発明によれば、現像剤に添加される外添剤に起因するフィルミングの発生を抑制することができる。

実施の形態１の画像形成装置の全体構成を概略的に示す図である。 実施の形態１の画像形成ユニットの基本構成を概略的に示す断面図である。 クリーニングブレードの各種パラメータを示す図である。 実施の形態１の除電光源の構成を概略的に示す図である。 実施の形態１の装置制御部の主要構成を概略的に示す機能ブロック図である。 除電光源を使用しない場合のドラムフィルミングの発生状況の評価結果を示すグラフである。 除電光源を使用しない場合の転写工程からクリーニング工程にかけての感光体ドラム上の現像剤の様子を示す模式図である。 転写工程とクリーニング工程との間に除電光源による除電工程を設けた場合の感光体ドラム上の現像剤の様子を示す模式図である。 除電光源を使用した場合のドラムフィルミングの発生状況の評価結果を示すグラフである。 本発明に係る実施の形態２の装置制御部の主要構成を概略的に示す機能ブロック図である。 感光体ドラムの表面に照射される光（除電光）と印刷濃度との関係を示すグラフである。 クリーニング工程の直前の各種条件下での感光体ドラムの平均表面電位と印刷濃度との関係を示すグラフである。 ドラムフィルミングの発生状況の評価結果を示すグラフである。 本発明に係る実施の形態３の画像形成ユニットの基本構成の一部を概略的に示す図である。 実施の形態３のクリーニングローラの構成を概略的に示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の画像形成装置１００の全体構成を概略的に示す図である。図１に示されるように、画像形成装置１００は、筐体１０１の中に、記録媒体１２が格納されるトレイ１８と、記録媒体１２を搬送路１２Ｒに沿って搬送する搬送機構と、記録媒体１２上にトナー画像（現像剤像）を形成する画像形成ユニット４Ｋ，４Ｙ，４Ｍ，４Ｃと、記録媒体１２にトナー画像を定着させる定着部１７とを備える。搬送機構は、転写ベルト１３及び各種の搬送ローラ１５Ａ，１５Ｂ，２０，２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂを含む。装置制御部４０は、画像形成装置１００の全体の動作を制御する機能を有している。

画像形成ユニット４Ｋ，４Ｙ，４Ｍ，４Ｃは、被転写材である記録媒体１２の搬送路１２Ｒに沿って上流側から下流側にかけて順に配置されている。画像形成ユニット４Ｋ，４Ｙ，４Ｍ，４Ｃの各々は、帯電工程、露光工程、現像工程及び転写工程を実行する機能を有する。これら画像形成ユニット４Ｋ，４Ｙ，４Ｍ，４Ｃは、それぞれ、感光体ドラム１Ｋ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｃとカートリッジ８Ｋ，８Ｙ，８Ｍ，８Ｃとを有しており、カートリッジ８Ｋ，８Ｙ，８Ｍ，８Ｃの中にはそれぞれブラック色、イエロー色、マゼンタ色及びシアン色の着色剤を含む現像剤９Ｋ，９Ｙ，９Ｍ，９Ｃが収容されている。

画像形成装置１００では、一成分現像方式による現像工程が採用される。現像剤９Ｋ〜９Ｃとしては、一成分の微粉砕トナーを使用することができる。具体的には、現像剤９Ｋ〜９Ｃは、バインダー樹脂及び着色剤を含有してなる負帯電性の母材粒子と、シリカ粒子などの無機金属酸化物からなる負帯電性の外添剤と、メラミン樹脂粒子などの正帯電性の外添剤とを含むものである。外添剤は、母材粒子の平均粒径よりも小さい平均粒径を有する微粉末である。

また、画像形成ユニット４Ｋ，４Ｙ，４Ｍ，４Ｃは、それぞれ、ブラック色、イエロー色、マゼンタ色及びシアン色に対応する画像データに基づいて現像剤像（現像剤９Ｋ，９Ｙ，９Ｍ，９Ｃからなる像）を感光体ドラム１Ｋ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｃから記録媒体１２上に転写させる。これら画像形成ユニット４Ｋ，４Ｙ，４Ｍ，４Ｃの基本構成は同じである。

図２は、画像形成ユニット４（４Ｋ，４Ｙ，４Ｍまたは４Ｃ）の基本構成を概略的に示す断面図である。感光体ドラム１（１Ｋ，１Ｙ，１Ｍまたは１Ｃ）は、たとえば、アルミニウムなどの金属パイプ（導電性基体）と、この金属パイプの周りに形成された有機感光体（ＯＰＣ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの光導電層とで構成することができる。光導電層は、電荷発生層及び電荷輸送層を含む積層構造を有する。

帯電部２は、感光体ドラム１の表面を一様に帯電させる機能を有する。帯電部２は、たとえば、金属製シャフト２Ｓと、この金属製シャフト２Ｓの周りに形成された半導電性ゴム層２Ｃとで構成することができる。帯電部２は、感光体ドラム１の回転方向とは逆方向に回転しつつ感光体ドラム１の表面に接触することによりその表面を一様に帯電させる。

露光部３は、感光体ドラム１の表面に画像情報に基づいた光を照射して帯電電荷を消去して感光体ドラム１の表面に静電潜像のパターン（潜像パターン）を形成する。露光部３は、たとえば、ＬＥＤ素子（発光ダイオード素子）と、このＬＥＤ素子を駆動するＬＥＤ駆動部と、ＬＥＤ素子の出射光を感光体ドラム１の表面に導くレンズアレイとで構成することができる。

現像ローラ７は、感光体ドラム１上の潜像パターンに帯電した現像剤９（９Ｋ，９Ｙ，９Ｍまたは９Ｃ）を付着させて潜像パターンを可視化（現像）する機能を有する。現像ローラ７は、たとえば、金属シャフト７Ｓと、この金属シャフト７Ｓの周りに形成された半導電性樹脂層（たとえば、半導電性ウレタンゴム層）７Ｃとで構成することができる。現像ローラ７は、感光体ドラム１の表面と接触するように配置される。

供給ローラ１０は、カートリッジ８（４Ｋ，４Ｙ，４Ｍまたは４Ｃ）に収容されている現像剤９を現像ローラ７に供給する機能を有する。供給ローラ１０は、たとえば、金属シャフト１０Ｓと、この金属シャフト１０Ｓの周りに形成された樹脂層（シリコンゴム層など）とで構成することができる。現像ブレード１１は、現像ローラ７に付着する現像剤層を規制して現像ローラ７の表面上の現像剤層の厚みを均一にする部材である。現像ブレード１１は、たとえば、ステンレスなどの板状部材で構成することができ、その先端部が現像ローラ７の表面に僅かに当接するように配置される。

供給ローラ１０と現像ローラ７とは、周速比を一定に保ちながら互いに摺動しつつ反時計周りに回転している。供給ローラ１０の表面と現像ローラ７の表面との間には電位差が付与されており、この電位差により現像剤９は現像ローラ７の表面に付着して現像剤層を形成する。現像ローラ７の回転に伴い、現像ローラ７上の現像剤層は現像ブレード１１により規定の厚みに薄層化された後、感光体ドラム１と現像ローラ７とが接触する現像領域に搬送される。この現像領域において、感光体ドラム１上の静電潜像に現像ローラ７上の薄層化された現像剤９が吸着して現像剤像が形成される。

なお、図１のカートリッジ８Ｋ〜８Ｃの内部には、図示されない現像剤供給口と、この現像剤供給口を開閉自在にするシャッター部とが設けられている。シャッター部が現像剤供給口を開くと、所定量の現像剤９Ｋ〜９Ｃが現像剤供給口から落下して供給ローラ１０に供給される。また、カートリッジ８Ｋ〜８Ｃの内部には、図示されない攪拌部材が設けられている。現像剤９Ｋ〜９Ｃは、回転する攪拌部材により流動させられて供給ローラ１０に供給される。

転写ローラ１４は、感光体ドラム１上の現像剤像を記録媒体１２に転写（移動）させる部材である。転写ローラ１４は、たとえば、発泡性の弾性体からなる表面層を有しており、転写ベルト１３を介して感光体ドラム１の表面に圧力を加えるように配置されている。また、転写ローラ１４には、高圧電源（図示せず）により電圧が印加されている。

除電光源３０は、転写工程の後の感光体ドラム１の全表面を露光して感光体ドラム１の表面電位を減衰させることで除電する機能を有する。これにより、転写工程後に感光体ドラム１の表面に残留している現像剤９と感光体ドラム１との間の束縛力が弱められる。

クリーニング部６は、クリーニングブレード６Ｂと、このクリーニングブレード６Ｂを支持する支持部材（固定部）６Ｃと、回収ボックス６Ｒとからなる。クリーニングブレード６Ｂは、たとえば、ウレタンゴムなどの樹脂製の板状部材からなり、クリーニングブレード６Ｂの先端部は、感光体ドラム１の表面に所定のクリーニング角度θ１で圧接して、除電後の感光体ドラム１の表面に残留している現像剤９を拭き取る機能を有する。拭き取られた現像剤９は、回収ボックス６Ｒに収容される。

図３は、円筒状の感光体ドラム１の回転中心軸の方向から視たクリーニングブレード６Ｂを概略的に示す図である。また、図３には、感光体ドラム１の表面に圧接された状態のクリーニングブレード６Ｂの各種パラメータ、すなわち、自由端長Ｌｆ、食い込み量Ｙ、取り付け角度θ２、たわみ角度θ３及びクリーニング角度θ１が示されている。図３に示されるように、「自由端長Ｌｆ」は、仮にクリーニングブレード６Ｂの先端部が圧接されていない状態（点線で示された状態）のときに、支持部材６Ｃの先端からクリーニングブレード６Ｂの先端までの長さをいう。「食い込み量Ｙ」は、感光体ドラム１の表面に圧接されて撓んだ状態のクリーニングブレード６Ｂの先端と、クリーニングブレード６Ｂが剛体であると仮定した場合（クリーニングブレード６Ｂの先端部のたわみが無いと仮定した場合）のクリーニングブレード６Ｂの先端との間の位置ズレをいう。「取り付け角度θ２」は、クリーニングブレード６Ｂが剛体であると仮定した場合のその先端位置Ｂと感光体ドラム１の回転中心Ｏとを通る線に対する垂線と、クリーニングブレード６Ｂの本体部とがなす角度である。

たわみ角度θ３（単位：°）は、次式を用いて算出することができる。
θ３＝（（３×Ｙ）／（２×Ｌｆ））×（１８０°／π）
ここで、πは、円周率である。

そして、クリーニング角度θ１は、次式を用いて算出することができる。
θ１＝θ２−θ３

図１に示されるように、像転写部は、感光体ドラム１Ｋ，１Ｙ，１Ｍ，１Ｃの表面にそれぞれ対応する位置に配置された転写ローラ１４Ｋ，１４Ｙ，１４Ｍ，１４Ｃと、転写ベルト１３と、この転写ベルト１３を駆動させる一対の搬送ローラ１５Ａ，１５Ｂとで構成されている。転写ベルト１３上に残留する現像剤は、転写クリーニング部１６によって回収される。

ホッピングローラ１９は、トレイ１８に収納されている記録媒体１２に圧接した状態で回転することにより、トレイ１８から記録媒体１２を１枚ずつ取り出して搬送ローラ２０に送出する。搬送ローラ２０，２１Ａ，２１Ｂは、トレイ１８から送出された記録媒体１２を転写ベルト１３の表面上に搬送する機能を有する。転写ベルト１３は、記録媒体１２を画像形成ユニット４Ｋ，４Ｙ，４Ｍ，４Ｃを順次通過させた後に、定着部１７に送出する。定着部１７は、バックアップローラ（加圧ローラ）１７Ａと、加熱部（図示せず）により加熱されたヒートローラ１７Ｂとを含む。バックアップローラ１７Ａとヒートローラ１７Ｂは、熱と圧力とで現像剤像を溶かして記録媒体１２に定着させる。その後、記録媒体１２は、排出ローラ２２Ａ，２２Ｂによって外部に排出される。

図４は、除電光源３０の構成を概略的に示す図である。図４に示されるように、除電光源３０は、多数のＬＥＤ素子（発光ダイオード素子）３３，…，３３と、これらＬＥＤ素子３３，…，３３から放射されたレーザ光束を感光体ドラム１の表面に照射する光学系（レンズアレイ）３２とを含む。ＬＥＤ素子３３は、装置制御部４０により信号供給ライン３４を介して供給された駆動信号電圧に応じたパワーで発光する。

図５は、装置制御部４０の主要構成を概略的に示す機能ブロック図である。図５に示されるように、装置制御部４０は、インターフェイス部４３、画像形成制御部４４、除電制御部４５及び駆動部４６を有する。インターフェイス部４３は、パーソナル・コンピュータやサーバ装置などの上位装置５０から画像データを受信し、この画像データを画像形成制御部４４に出力する機能を有する。画像形成制御部４４は、画像形成装置１００における画像形成プロセス全体を制御する。除電制御部４５は、画像形成制御部４４からの指令に応じて駆動部４６を制御し、駆動部４６から除電光源３０に駆動信号電圧を供給させる機能を有している。

近年、画像形成速度（印刷速度）の高速化や高画質化を実現するために、現像剤の微粒子化が進んでいる。本実施の形態の場合のように現像剤９として微粉砕トナーを使用する場合、微粉砕トナーの粒径が小さくなると、たとえば、現像剤９の流動性が低下する。流動性が低下すれば、いわゆる画像カスレやカブリなどの不具合が発生しやすくなる。この種の不具合の対策として、正帯電性のメラミン樹脂粒子や負帯電性のシリカ粒子などの外添剤を添加することが有効である。

特に、メラミン樹脂粒子を外添することは、画像カスレやカブリなどの不具合を防止する点でシリカ粒子よりも効果的であるが、感光体ドラム１にフィルミングが生じやすくなる。本実施の形態では、転写工程の後、クリーニング部６によるクリーニングが行われる前に、除電光源３０が感光体ドラム１の表面を露光する。これにより、感光体ドラム１の表面の帯電電位が減衰するために、感光体ドラム１と外添剤との間の束縛力が減少する。このため、クリーニング部６は、感光体ドラム１から外添剤を容易に回収することができ、フィルミングの発生を抑制することができる。

次に、実施例１，２の現像剤（トナー）と比較例１の現像剤（トナー）を使用した場合のフィルミングの発生状況の評価結果を説明する。実施例１，２及び比較例１のトナーは、微粉砕トナーであり、平均粒径１２ｎｍの小シリカ粒子と、平均粒径４０ｎｍの大シリカ粒子と、平均粒径１５０ｎｍのメラミン樹脂粒子とを外添剤として添加したものである。以下の表１に、実施例１，２及び比較例１のトナーの平均粒径（単位：μｍ）と、外添剤である微粒子の含量（単位：重量パーセント（ｗｔ％））とを示す。

実施例２のトナーは、実施例１のトナーと比べて外添剤の含量の合計が多い。また、外添剤であるメラミン樹脂粒子やシリカ粒子の平均粒径は、表１に示されるように、１２ｎｍ〜１５０ｎｍと微小である。よって、このような微粒子である外添剤をクリーニング部６で完全にクリーニングすることは困難である。また、感光体ドラム１上に外添剤が堆積すれば、現像ローラ７などの部材が感光体ドラム１に圧接することで、堆積した外添剤が感光体ドラム１の表面に融着し、印刷画像に白抜けを発生させる。本実施の形態では、このような現象をドラムフィルミングと呼ぶこととする。

以下の表２にドラムフィルミングのレベル（ＯＰＣフィルミングレベル）の評価基準を示す。

図６は、除電光源３０を使用せずに、実施例２及び比較例１のトナーを使用した場合のドラムフィルミングの発生状況の評価結果を示すグラフである。この評価に際しては、印刷速度３０ｐｐｍ、画像濃度５％、ＮＮ環境（温度２０℃及び相対湿度６０％の環境）の条件下で千枚単位で連続印刷が行われた。

図６に示されるように、実施例２のトナーでは、印刷枚数が増加するにつれてフィルミングレベルが低下し、特に、８千（８Ｋ）枚〜１万（１０Ｋ）枚のときにフィルミングレベルが顕著に低下していることが分かる。これに対し、メラミン樹脂粒子が添加されていない比較例１のトナーでは、印刷枚数に関係無くフィルミングレベルは最高レベルに維持されている。したがって、除電光源３０を使用しない場合は、メラミン樹脂粒子を添加することで、ドラムフィルミングが悪化することが分かる。よって、外添剤がシリカ粒子だけからなる場合、ドラムフィルミングはほとんど発生せず、メラミン樹脂粒子がドラムフィルミングの要因となっていることが確認された。

ドラムフィルミングは、画像形成ユニット４内でトナーが攪拌、消費されるうちにダメージを受け、母材粒子から外添剤が剥離して感光体ドラム１上に堆積することで起こる。このため、元々母材粒子から剥離しやすい性質を持つメラミン樹脂粒子は、感光体ドラム１の表面に堆積しやすく、さらに正帯電性のメラミン樹脂粒子とは電気的に対極である負帯電性のシリカ粒子と一緒に母材粒子から剥離しやすいため、ドラムフィルミングが生じやすい。

図７は、除電光源３０を使用しない場合の転写工程からクリーニング工程にかけての感光体ドラム１上の現像剤９の様子を示す模式図である。転写工程の後、感光体ドラム１上には、母材粒子９ｂと、メラミン樹脂粒子を主体とする外添剤９ａとが残留している。このとき、感光体ドラム１の平均表面電位は低く、感光体ドラム１の表面はマイナス帯電している。感光体ドラム１の表面は、プラス帯電するメラミン樹脂粒子とは電気的に対極となるので、外添剤９ａは、感光体ドラム１に束縛される。このため、クリーニング部６は、外添剤９ａを完全に回収することが困難であり、外添剤９ａはクリーニング部６をすり抜けてしまう。

一方、図８は、転写工程とクリーニング工程との間に除電光源３０による除電工程を設けた場合の感光体ドラム１上の現像剤９の様子を示す模式図である。除電光源３０が感光体ドラム１表面を露光すると、感光体ドラム１表面の帯電電位が減衰するために、感光体ドラム１と外添剤９ａとの間の束縛力が減少する。このため、クリーニング部６は、感光体ドラム１の表面から外添剤９ａを容易に回収することができる。したがって、ドラムフィルミングの発生を抑制することができる。

図９は、実施例２のトナーを使用する場合のドラムフィルミングの発生状況の評価結果を示すグラフである。図９には、除電光源３０を使用する場合（「光源有り」）の結果と、除電光源３０を使用しない場合（「光源無し」）の結果とが示されている。この評価に際しては、印刷速度３０ｐｐｍ、画像濃度５％、ＮＮ環境（温度２０℃及び相対湿度６０％の環境）の条件下で千枚単位で連続印刷が行われた。図９に示されるように、光源有りの場合は、光源無しの場合よりもドラムフィルミングの発生が抑制されることが分かる。

以上説明したように、メラミン樹脂粒子を外添剤とする現像剤９が使用される場合、除電光源３０を設けて転写工程とクリーニング工程との間で感光体ドラム１の表面を除電することで、クリーニング部６は、感光体ドラム１から外添剤９ａを除去しやすくなる。したがって、フィルミングの発生を抑制することができる。

実施の形態２．
次に、本発明に係る実施の形態２について説明する。図１０は、実施の形態２の装置制御部４０Ａの主要構成を概略的に示す機能ブロック図である。実施の形態２の画像形成装置の構成は、この装置制御部４０Ａの構成を除いて、図１の画像形成装置１００の構成と同じである。

図１０に示されるように、装置制御部４０Ａは、実施の形態１の装置制御部４０（図５）と同様に、インターフェイス部４３、画像形成制御部４４、除電制御部４５及び駆動部４６を有する。本実施の形態の装置制御部４０Ａは、さらに、ドットカウンタ４７、印刷濃度演算部４８及び信号処理部４９を有している。

信号処理部４９は、たとえば１枚分の各色の画像データを、ドットの有無で表現されるドットデータに変換する。ドットカウンタ４７は、ドットデータに基づいて２値化画像の中のドットを計数し、その計数結果を印刷濃度演算部４８に与える。印刷濃度演算部４８は、その計数結果に基づいて、記録媒体１２上に形成される画像の濃度（印刷濃度）を算出することができる。たとえば、各色の画像データ１枚分におけるドットの割合（単位：％）を印刷濃度として算出することができる。

除電制御部４５は、印刷濃度演算部４８で算出された印刷濃度に基づいて、感光体ドラム１の表面を除電するための露光量を制御する。除電制御部４５は、印刷濃度が高いほど露光量が少なくなり、印刷濃度が低いほど露光量が多くなるように除電光源３０に供給される駆動信号電圧を決定する。除電光源３０への供給電圧が高いほど、除電光源３０の発光量が増大し、感光体ドラム１の表面の露光量が大きくなる。図１１は、除電光源３０から感光体ドラム１の表面に照射される光（除電光）と印刷濃度との関係を示すグラフである。図１１の横軸は、印刷濃度（単位：％）を表し、縦軸は、除電光の光量（単位：μＪ／ｃｍ^２）を表している。

たとえば、以下の表３に示されるように、装置制御部４０Ａは、印刷濃度０％の場合は、露光量５μＪ／ｃｍ^２の光を出力させる駆動信号電圧Ｖ１を供給し、印刷濃度６０％の場合は、露光量２．５μＪ／ｃｍ^２の光を出力させる駆動信号電圧Ｖ２を供給し、印刷濃度１００％の場合は、露光量１μＪ／ｃｍ^２の光を出力させる駆動信号電圧Ｖ３を供給することができる。ここで、駆動信号電圧の値は、除電光源３０のＬＥＤ素子３３の特性（供給電圧と光量との関係）によって決められるものである。一般に、ＬＥＤ素子３３の光量と駆動信号電圧の値とは１対１で対応しており、電圧値が大きいほど光量も大きくなる。

転写工程とクリーニング工程との間において感光体ドラム１の平均表面電位は、常に一定ではなく、主に印刷濃度に応じて変化しうる。図１２は、クリーニング工程の直前の各種条件下での感光体ドラム１の平均表面電位と印刷濃度との関係を示すグラフである。条件Ａは、実施の形態１の構成による条件を意味し、条件Ｂは、実施の形態２の構成による条件を意味する。図１２に示されるように、除電光源３０による除電がない場合は、印刷濃度が低いほど、感光体ドラム１の平均表面電位は高くなる。一方、除電光源３０を使用する条件Ａ，Ｂの場合は、除電がない場合と比べて、印刷濃度に対する平均表面電位が全体として低いことが分かる。条件Ｂでは、印刷濃度が低くなるにつれて、除電光源３０の発光量が大きくなることで、感光体ドラム１の平均表面電位が大幅に低下するので、転写工程とクリーニング工程との間の感光体ドラム１の平均表面電位がほぼゼロになることがわかる。このことは、感光体ドラム１と外添剤との間の束縛力が小さくなり、フィルミングの発生が抑制されることを意味する。

したがって、メラミン樹脂粒子を外添剤とする現像剤を使用する場合でも、転写工程とクリーニング工程との間で感光体ドラム１の表面の露光量を印刷濃度に応じて変えることで、感光体ドラム１の表面に残留する母材粒子だけでなく、外添剤に対するクリーニング性能が向上し、フィルミングの発生を抑制することができる。

図１３は、実施例２のトナーを使用したときに、条件Ａ（実施の形態１の条件）と条件Ｂ（実施の形態２の条件）との下でのドラムフィルミングの発生状況の評価結果を示すグラフである。この評価に際しては、印刷速度３０ｐｐｍ、画像濃度５％、ＮＮ環境（温度２０℃及び相対湿度６０％の環境）の条件下で千枚単位で連続印刷が行われた。

図１３に示されるように、条件Ａ，Ｂのいずれの場合でも、ドラムフィルミングの発生は抑制されているが、条件Ｂの場合の方が、よりドラムフィルミングの発生が抑制されていることが分かる。

以上説明したように、実施の形態２では、印刷濃度に応じて除電工程における露光量を変えることで、クリーニング部６は、感光体ドラム１に束縛される現像剤９を回収しやすくなる。したがって、実施の形態１の場合と比べると、フィルミングの発生をさらに抑制することができる。

実施の形態３．
次に、本発明に係る実施の形態３について説明する。図１４は、実施の形態３の画像形成ユニット４Ａの基本構成の一部を概略的に示す図である。実施の形態３の画像形成装置の構成は、帯電部２をクリーニングするクリーニングユニット６０を有する点と除電光源を含まない点とを除いて、図２の画像形成ユニット４の基本構成と同じである。また、実施の形態３の画像形成装置の構成は、画像形成ユニット４Ａを除いて、実施の形態１の画像形成装置の構成と同じである。

クリーニングユニット６０は、クリーニングローラ６０Ｃと、回収ボックス６０Ｒとを有する。クリーニングローラ６０Ｃは、帯電部２の表面と一定の圧力で接触するように配置されおり、帯電部２の回転に伴い、帯電部２と同一方向に回転する。図１５（Ａ）は、クリーニングローラ６０Ｃの構成を概略的に示す正面図であり、図１５（Ｂ）は、クリーニングローラ６０Ｃの側面図である。図１５（Ａ），（Ｂ）に示されるように、クリーニングローラ６０Ｃは、軸部６２と、この軸部６２の周りに形成された発泡体からなる発泡性表面層６１とで構成されている。この発泡性表面層６１の長手方向の長さＬは、帯電部２の長手方向の長さとほぼ同じである。発泡性表面層６１の構成材料としては、たとえば、エステル系の発泡ウレタンが使用される。図１５（Ｃ）に示されるように、発泡性表面層６１の表面には、多数の気泡６３が形成されている。

上述したように、小粒径の微粉砕トナーからなる現像剤９の場合、クリーニング部６は、母材粒子９ｂと外添剤９ａとを両方クリーニングすることが困難である。感光体ドラム１の表面に対してクリーニングブレード６Ｂを強く押し当てることで良好なクリーニング結果を得ることができるが、感光体ドラム１に対するクリーニングブレード６Ｂの圧接力が大きすぎるとクリーニングブレード６Ｂの磨耗が激しくなり、クリーニングブレード６Ｂの磨耗した部分から外添剤９ａがすり抜けてドラムフィルミングを発生させるおそれがある。

以下の表４に、クリーニングブレードの特性の例（実施例と比較例）を示す。

実施例と比較例とは、圧接力と反発弾性率を除いて同じ特性を有している。

以下の表５に、感光体ドラム１に対するクリーニングブレード６Ｂの圧接力に応じたフィルミングの発生状況の評価結果を示す。クリーニングブレード６Ｂの特性は、圧接力を除いて表４に示した特性と同じである。

評価は、良好な場合は「○」、普通の場合は「△」、悪い場合は「×」で表されている。

表５によれば、圧接力が１０ｇｆ／ｃｍ〜２５ｇｆ／ｃｍの範囲内であれば、母材粒子９ｂ及び外添剤９ａに対するクリーニング結果がおおむね良好であることが分かる。また、表４に示されるように、反発弾性率が大きすぎる値であると、クリーニングブレード６Ｂの摩耗が大きくなり、外添剤９ａに対するクリーニング性能が低下するので、５０℃での反発弾性率の上限が５０％、下限が１０％程度であることが望ましい。さらに、トナーのクリーニング性能を確保するためにクリーニング角度θ１の下限が１０°、その上限が１６°程度であることが好ましい。

ところで、帯電部２には、たとえば、−１０００Ｖ程度のバイアス電圧が印加されているので、正極性をもつメラミン樹脂粒子は、帯電部２の表面に蓄積されていき、帯電不良や筋帯などの画像上の不具合を引き起こすおそれがある。また、帯電部２に外添剤９ａが蓄積し過ぎると、感光体ドラム１上の外添剤９ａが帯電部２のほうへ移りにくくなることで、結果的に感光体ドラム１上に残留する外添剤９ａの量が増えるためにドラムフィルミングを引き起こすおそれがある。

そこで、帯電部２の表面に付着した外添剤９ａを、クリーニングローラ６０Ｃの発泡性表面層６１の無数の気泡で捕集することで、帯電部２上に堆積する外添剤９ａの量を減少させて印刷画像上の不具合を防止することができる。また、感光体ドラム１上の外添剤９ａが帯電部２で捕集しやすくなるため、結果的にドラムフィルミングを改善することができる。

また、クリーニングローラ６０Ｃの発泡性表面層６１に形成されている気泡のサイズ（セル径）を最適化することで、外添剤９ａの捕集許容量を増加させることができる。以下の表６は、クリーニングローラ６０Ｃのセル径と外添剤９ａの捕集量との関係を示す評価結果である。評価は、良好な場合は「○」、普通の場合は「△」、悪い場合は「×」で表されている。

セル径Ｒは、気泡の長径をＲ１、気泡の短径をＲ２とするときに、次式で定義される。
Ｒ＝（Ｒ１×Ｒ２）^１／２
言い換えれば、セル径Ｒは、気泡の長径Ｒ１と短径Ｒ２との相乗平均値である。

表６に示されるように、セル径が５０μｍ〜５００μｍの範囲内であれば、外添剤９ａの捕集量が増加し、印刷画像上の不具合の発生やドラムフィルミングの悪化を防止できる。

以上説明したように、実施の形態３では、感光体ドラム１に対するクリーニングブレード６Ｂの圧接力を最適化することでフィルミングの発生を抑制することができる。また、クリーニングローラ６０Ｃのセル径を最適化することで、感光体ドラム１上に付着する外添剤９ａの量を減少させることができ、フィルミングの発生を抑制することができ、帯電不良や筋帯などの画像上の不具合の発生も防止することができる。

実施の形態１〜３の変形例．
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。たとえば、多機能周辺装置（ＭＦＰ：Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｏｒ Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｒｉｎｔｅｒ）、複写機、ファクシミリ機器といった印刷機能を有する装置にも、上記プリンタ１００の構成を適用することができる。

また、実施の形態３の構成と実施の形態１，２の構成と組み合わせてもよい。これにより、フィルミングの発生をより効果的に抑制することができる。

１，１Ｃ，１Ｍ，１Ｋ，１Ｙ 感光体ドラム、 ２ 帯電部、 ３ 露光部、 ４，４Ｃ，４Ｍ，４Ｙ，４Ｋ 画像形成ユニット、 ５ 像転写部、 ６ クリーニング部、 ６Ｂ クリーニングブレード、 ７ 現像ローラ、 ９，９Ｃ，９Ｍ，９Ｙ，９Ｋ 現像剤（トナー）、 ９ａ 外添剤、 ９ｂ 母材粒子、 １０ 供給ローラ、 １１ 現像ブレード、 １２ 記録媒体、 １３ 転写ベルト、 １４，１４Ｃ，１４Ｍ，１４Ｙ，１４Ｋ 転写ローラ、 １７ 定着部、 ３０ 除電光源、 ３２ レンズアレイ、 ３３ ＬＥＤ素子、 ３４ 信号供給ライン、 ４０，４０Ａ 装置制御部、 ４４，４４Ａ 画像形成制御部、 ４５ 除電制御部、 ４６ 駆動部、 ４７ ドットカウンタ、 ４８ 印刷濃度演算部、 ４９ 信号処理部、 ５０ 上位装置、 ６０ クリーニングユニット、 ６０Ｃ クリーニングローラ（クリーニング部材）、 ６１ 発泡性表面層、 ６３ 気泡、 １００ 画像形成装置。

Claims (15)

1. 感光体と、
   前記感光体の表面を第１の極性の電荷で帯電させる帯電部と、
   帯電した前記感光体に画像情報に応じた光を照射して前記感光体の表面に静電潜像を形成する露光部と、
   前記静電潜像を現像して前記感光体の表面に現像剤像を形成する現像部と、
   前記現像剤像を記録媒体の表面に転写させる転写部と、
   前記現像剤像が前記記録媒体の表面に転写された後、前記感光体の表面を露光する光源と、
   前記光源により前記感光体の表面が露光された後、前記感光体の表面に残留している現像剤を除去するクリーニング部と、
   を備え、
   前記現像剤は、
   バインダー樹脂と着色剤とを含有してなる母材粒子と、
   前記第１の極性とは異なる第２の極性の帯電特性を有する第１の外添剤と
   を含む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であって、前記第１の外添剤は、メラミン樹脂粒子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であって、前記現像剤は、無機金属酸化物からなる第２の外添剤をさらに含むことを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の画像形成装置であって、
   前記画像情報に基づいて、前記記録媒体の表面に形成される画像の濃度を算出する濃度演算部と、
   前記濃度演算部により算出された濃度に基づいて、前記感光体の表面を除電するための露光量を制御する除電制御部と、
   をさらに備えることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項４に記載の画像形成装置であって、
   前記画像情報を、ドットの有無で表現される２値化画像からなるドットデータに変換する信号処理部と、
   前記ドットデータに基づいて前記２値化画像の中のドットを計数するドットカウンタと、
   をさらに備え、
   前記濃度演算部は、前記ドットカウンタの出力である計数値に基づいて前記濃度を算出する、
   ことを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項４または５に記載の画像形成装置であって、前記除電制御部は、前記濃度が高いほど、前記露光量を少なくし、前記濃度が低いほど、前記露光量を多くすることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１から６のうちのいずれか１項に記載の画像形成装置であって、
   前記除電光源は、
   発光ダイオード素子と、
   前記発光ダイオード素子から放射されたレーザ光束を前記感光体の表面に照射する光学系と
   を含むことを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項７に記載の画像形成装置であって、
   前記クリーニング部は、前記感光体の表面に圧接するクリーニングブレードを含み、
   前記感光体の表面に対する前記クリーニングブレードの圧接力は、１０ｇｆ／ｃｍ〜２５ｇｆ／ｃｍの範囲内に設定される
   ことを特徴とする画像形成装置。
9. 感光体と、
   前記感光体の表面を帯電させる帯電部と、
   帯電した前記感光体に画像情報に応じた光を照射して前記感光体の表面に静電潜像を形成する露光部と、
   前記静電潜像を現像して前記感光体の表面に現像剤像を形成する現像部と、
   前記現像剤像を記録媒体の表面に転写させる像転写部と、
   前記現像剤像が前記記録媒体の表面に転写された後、前記感光体の表面に圧接して当該表面に残留している現像剤を除去するクリーニングブレードと、
   を備え、
   前記現像剤は、
   バインダー樹脂と着色剤とを含有してなる負帯電性の母材粒子と、
   外添剤であるメラミン樹脂粒子と、
   外添剤であるシリカ粒子と、
   を含み、
   前記感光体の表面に対する前記クリーニングブレードの圧接力は、１０ｇｆ／ｃｍ〜２５ｇｆ／ｃｍの範囲内である
   ことを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項８または９に記載の画像形成装置であって、
    気泡を含む発泡性表面層を有して前記帯電部の表面をクリーニングするクリーニング部材をさらに備え、
    前記気泡の長径と短径との相乗平均値が５０μｍ〜５００μｍの範囲内である
    ことを特徴とする画像形成装置。
11. 感光体の表面を第１の極性の電荷で帯電させるステップと、
    帯電した前記感光体に画像情報に応じた光を照射して前記感光体の表面に静電潜像を形成するステップと、
    前記静電潜像を現像して前記感光体の表面に現像剤像を形成するステップと、
    前記現像剤像を記録媒体の表面に転写させるステップと、
    前記現像剤像が前記記録媒体の表面に転写された後、前記感光体を露光するステップと、
    前記感光体の表面が露光された後に前記感光体の表面に残留している現像剤を除去するステップと、
    を備え、
    前記現像剤は、
    バインダー樹脂と着色剤とを含有してなる母材粒子と、
    前記第１の極性とは異なる第２の極性の帯電特性を有する第１の外添剤と
    を含むことを特徴とする画像形成方法。
12. 請求項１１に記載の画像形成方法であって、前記第１の外添剤は、メラミン樹脂粒子であることを特徴とする画像形成方法。
13. 請求項１１または１２に記載の画像形成方法であって、前記現像剤は、無機金属酸化物からなる外添剤をさらに含むことを特徴とする画像形成方法。
14. 請求項１１から１３のうちのいずれか１項に記載の画像形成方法であって、
    前記画像情報に基づいて、前記記録媒体の表面に形成された画像の濃度を算出するステップと、
    当該算出された濃度に基づいて、前記感光体の表面を除電するための露光量を制御するステップと、
    をさらに備えることを特徴とする画像形成方法。
15. 請求項１１から１４のうちのいずれか１項に記載の画像形成方法であって、
    前記除電光源により前記感光体の表面が除電された後に前記感光体の表面に残留している現像剤は、クリーニングブレードを用いて除去され、
    前記感光体の表面に対する前記クリーニングブレードの圧接力は、１０ｇｆ／ｃｍ〜２５ｇｆ／ｃｍの範囲内に設定される
    ことを特徴とする画像形成方法。

Images