JP4643317B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、複写機、プリンタ及びファクシミリ等の画像形成装置において、像担持体の周りに帯電装置と現像装置と像担持体クリーニング装置とを備えた単色作像手段を有し、前記単色作像手段が備える複数の現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。

従来、画像形成装置には、用紙やＯＨＰフィルム等の転写材に、単色のモノクロトナー画像を形成するものと、多色の２色トナー画像またはカラートナー画像を形成するものとがある。多色のトナー画像を形成する画像形成装置には、像担持体上に形成したトナー画像を直接転写して転写材上に画像を形成するものと、像担持体上に形成したトナー画像をいったん中間転写体上に転写して後、その中間転写体上のトナー画像を転写して転写材上に画像を形成するものとがある。しかしながら、画像形成装置の使用頻度が多くなるにつれ、現像剤が劣化し、転写材上に形成した画像の濃度が薄くなる画像濃度むらが生じるなど、画像品質が低下するといった問題が生じている。

上記画像不良を防ぐために改良を施した従来技術としては、濃淡の度合いを表す画像情報に応じて静電潜像の電位を変化させて、前記潜像画素の各々を形成し、変化させた前記静電潜像の電位に対応する濃淡レベルのトナーで現像するとした例がある。この場合、同一のトナーを使用するものではないため、一方の現像装置で画像を形成できなくなると画像品質が低下するといった問題がある（例えば、特許文献１参照）。また、湿式画像形成装置において単色の像担持体に対して現像ローラを２本有するものであって、第２現像ローラは現像位置と非現像位置との間で移動できるよう移動機構を設けた例がある。この場合、トナーの供給性向上の効果はあるが、トナーの特性が同一なので変化させることはできない（例えば、特許文献２参照）。さらに、同一色相で濃度の異なるトナーを組み合わせて画像形成可能で、像担持体上に形成された可視像を転写材に転写する画像形成装置は、更に環境検知手段を有し、前記環境検知手段の検知結果に基づき、同一色相で濃度の異なるトナーの使用比率を変更する構成とした例がある。この場合、低湿環境下などの画像劣化を防止し、又、低濃度部の粒状感を低減させることを目的としている（例えば、特許文献３参照）。

特開平１１−０８４７６４号公報 特開２００１−３５６６０７号公報 特開２００５−０５５４６３号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、同一トナーを使用した場合においても像担持体上のトナー層の充填率を高くして、現像・転写工程において生ずる画像劣化を防ぎ、使用初期から長期に渡って高品位の画像を形成できる現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の特徴を有している。
本発明の画像形成装置は、帯電装置と現像装置と像担持体クリーニング装置とをその周囲に備えた像担持体を有する複数の単色作像手段と、前記像担持体上に形成したトナー画像を転写材上に転写する転写手段とを備えた画像形成装置であって、前記転写手段の回転搬送方向に沿って前記複数の単色作像手段を並べて前記転写材上に多色画像を形成する作像装置を構成し、前記単色作像手段はそれぞれ複数の前記現像装置を備え、一つの前記単色作像手段における前記複数の現像装置には同一のトナーが使用され、前記複数の現像装置は、先の現像工程を担う現像装置におけるトナー帯電量分布よりも、後の現像工程を担う現像装置におけるトナー帯電量分布の方が広いことを特徴とする。
複数回に分けて単色トナー顕像を形成し、像担持体上のトナー層の充填率を高い状態にすることにより、複数現像におけるそれぞれに必要な現像特性を実現することができ、高品質な画像が得られる。
トナー帯電量、現像バイアス等の現像条件をそれぞれの現像装置で変化させることにより、地汚れを防止し、十分な付着量のトナー顕像を形成できるので高品質な画像が得られる。
本発明の画像形成装置は、さらに、前記複数の現像装置は、先の現像工程を担う現像装置よりも、後の現像工程を担う現像装置の方が、トナー帯電量の半値を示す分布の巾が大きいことを特徴とする。
本発明の現像装置は、帯電装置と現像装置と像担持体クリーニング装置とをその周囲に備えた像担持体を有する作像手段と、前記像担持体上に形成したトナー画像を転写材上に転写する転写手段とを備えた画像形成装置に用いる現像装置であって、一つの前記作像手段に複数の現像装置を備え、現像方式が、前記像担持体を帯電させ、露光して前記像担持体上に潜像を形成し、前記複数の現像装置のうちの一つの現像装置で現像してトナー顕像を得、中間転写体に前記トナー顕像を転移させ、前記像担持体をクリーニングし、前記像担持体を帯電させ、露光して前記像担持体上に前記潜像と同じ潜像を形成し、前記複数の現像装置のうちの前記一つの現像装置とは別の現像装置で現像してトナー顕像を得、前記中間転写体に前記トナー顕像を転移させ、前記中間転写体上のトナー顕像を転写材に二次転写して定着する現像方式であり、一つの前記作像手段における前記複数の現像装置は、印加するバイアス電圧を調整して、先の現像工程を担う現像装置による像担持体へのトナー付着能力よりも、後の現像工程を担う現像装置による像担持体へのトナー付着能力が小さくなるように制御されることを特徴とする。
像担持体上で複数のトナー顕像を形成することにより、転写時の散り等に強い画像形成システムが得られる。
中間転写体上で複数のトナー顕像を形成することにより、一度の転写量を少なくできることから転写バイアス電圧を抑えられ、十分な余裕をもって転写が行えるため、高品質な画像が得られる。
本発明は、プロセスカートリッジが、像担持体と少なくとも前記現像装置を一体に支持し、画像形成装置本体から着脱自在であることを特徴とする。
ユーザーによるプロセスカートリッジの交換が可能になり、画像形成装置のメンテナンス性を向上させることができる。
本発明は、前記画像形成装置が、前記プロセスカートリッジを有することを特徴とする。

上記課題を解決するための手段により、本発明は、複数回に分けて単色トナー顕像を形成し、像担持体上のトナー層の充填率を高い状態にすることにより、複数現像におけるそれぞれに必要な現像特性を実現することができ、高品質な画像が得られるようにした。すなわち、トナー帯電量、現像バイアス等の現像条件をそれぞれの現像装置で変化させることによって、地汚れを防止し、十分な付着量のトナー顕像を形成することができた。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を、図１から図９にもとづいて説明する。ただし、これらは一実施形態にすぎず本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。

図１は、画像形成装置の全体構成図である。
画像形成装置の構成としては、画像形成装置本体１００、それを載せる給紙テーブル２００、画像形成装置本体１００上に取り付けるスキャナ３００、さらにその上に取り付ける原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）４００からなる。
画像形成装置本体１００には、中央に、無端ベルト状の中間転写体１０を設け、３つの支持ローラ１４、１５、１６に掛け渡して時計回りに回転させ、搬送可能とする。中間転写体１０は、ベース層を、例えばフッ素樹脂や帆布など伸びにくい材料で作り、その上に弾性層を設ける。弾性層は、例えばフッ素ゴムやアクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴムなど作る。その弾性層の表面には、例えばフッ素系樹脂をコーティングして平滑性があるコート層を形成する。
画像転写後に中間転写体１０上に残留する残留トナーを除去する中間転写体クリーニング装置１７を設ける。第１の支持ローラ１４と第２の支持ローラ１５間に張り渡した中間転写体１０上には、その搬送方向に沿って、イエロＹ、シアンＣ、マゼンタＭ、ブラックＢＫの４つの単色作像手段１８を横に並べて配置してタンデム型作像装置２０を構成する。タンデム型作像装置２０の上には、さらに露光装置２１を設ける。
中間転写体１０を挟んでタンデム型作像装置２０と反対の側には、二次転写装置２２を設ける。二次転写装置２２は、２つの支持ローラ２３に、無端ベルトである二次転写ベルト２４を掛け渡して構成し、中間転写体１０を介して第３の支持ローラ１６に押し当てて配置し、中間転写体１０上の画像を転写材に転写する。
転写材上の転写画像を定着する定着装置２５は、無端ベルトである定着ベルト２６に加圧ローラ２７を押し当てる構成とする。前記二次転写装置２２には、画像転写後の転写材をこの定着装置２５へと搬送する転写材搬送機能も備える。なお、二次転写装置２２として非接触のチャージャを配置してもよいが、この転写材搬送機能を併せて備えることは難しくなる。また、このような二次転写装置２２及び定着装置２５の下に、上述したタンデム型作像装置２０と平行に、転写材の両面に画像を形成すべく転写材を反転する転写材反転装置２８を備える。

画像形成装置の動作としては、例えば、複写するときは、原稿自動搬送装置４００の原稿台３０上に原稿をセット、又は、原稿自動搬送装置４００を開いてスキャナ３００のコンタクトガラス３２上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置４００を閉じてそれで押さえる。そして、図示しないスタートスイッチを押すと、原稿自動搬送装置４００に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス３２上へと移動して後、コンタクトガラス３２上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナ３００を駆動し、第一走行体３３及び第二走行体３４を走行する。そして、第一走行体３３で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第二走行体３４に向け、第二走行体３４のミラーで反射して結像レンズ３５を通して読み取りセンサ３６に入れ原稿内容を読み取る。中間転写体１０が回転搬送されると同時に、個々の単色作像手段１８でその像担持体４０を回転して各像担持体４０上にそれぞれ、イエロＹ、シアンＣ、マゼンタＭ、ブラックＢＫの単色画像を形成する。そして、中間転写体１０の搬送とともに、各色の単色画像を順次転写して中間転写体１０上に合成カラー画像を形成する。
一方、図示しないスタートスイッチを押すと、給紙テーブル２００の給紙ローラ４２の１つを選択回転し、ペーパーバンク４３に多段に備える給紙カセット４４の１つから転写材を繰り出し、分離ローラ４５で１枚ずつ分離して給紙路４６に入れ、搬送ローラ４７で搬送して画像形成装置本体１００内の給紙路４８に導き、レジストローラ４９に突き当てて止める。または、給紙ローラ５０を回転して手差しトレー５１上の転写材を繰り出し、分離ローラ５２で１枚ずつ分離して手差し給紙路５３に入れ、同じくレジストローラ４９に突き当てて止める。転写材としては、用紙やＯＨＰフィルム等を用いる。
そして、中間転写体１０上の合成カラー画像にタイミングを合わせてレジストローラ４９を回転し、中間転写体１０と二次転写装置２２との間に転写材を送り、二次転写装置２２で転写して転写材上にカラー画像を形成する。画像転写後の転写材は、二次転写装置２２で搬送して定着装置２５へと送り、定着装置２５で熱と圧力とを加えて転写画像を定着した後、切換爪５５で切り換えて排出ローラ５６で排出し、排紙トレー５７上にスタックする。または、切換爪５５で切り換えて転写材反転装置２８に入れ、そこで反転して再び転写位置へと導き、裏面にも画像を形成した後、排出ローラ５６で排紙トレー５７上に排出する。一方、画像転写後の中間転写体１０は、中間転写体クリーニング装置１７で、画像転写後に中間転写体１０上に残留する残留トナーを除去し、タンデム型作像装置２０による次の画像形成に備える。

図２は、タンデム型作像装置の概略図である。
タンデム型作像装置２０の各単色作像手段１８は、像担持体４０、帯電装置６０、現像装置６１、一次転写装置６２、像担持体クリーニング装置６３、図示しない除電装置などからなる。図２のタンデム型作像装置２０では、中間転写体１０の回転方向に沿って上流から下流へと、単色作像手段１８をイエロＹ、シアンＣ、マゼンタＭ、ブラックＢＫの順に配置する。
像担持体４０は、アルミニウム等の素管に、感光性を有する有機像担持体を塗布し、感光層を形成したドラム状であるが、無端ベルト状であってもよい。
帯電装置６０には、帯電部材として帯電ローラを使用し、像担持体４０に接触して電圧を印加することにより、像担持体４０を帯電する。
現像装置６１については、図３を用いて、後述する。
一次転写装置６２は、ローラ状とし、中間転写体１０を挟んで像担持体４０に押し当てて設ける。なお、ローラ状に限らず、非接触のチャージャであってもよい。中間転写体１０を介して間接転写して転写材上に画像を形成すると、転写材に直接転写する直接転写方式に比べて環境変化に対する抵抗変動を少なくして転写率を安定化することができる。これは、転写率は、抵抗に大きく依存するためである。転写材は、一般に吸湿性が高く、温湿度等の環境変化に対する抵抗変動が大きい。一方、中間転写体１０は、主として樹脂材料等、転写材より抵抗の大きなものを用いることが多く、環境変化に対する抵抗変動が小さいため、転写率を安定化することができる。
像担持体クリーニング装置６３は、先端を像担持体４０に押し当てて、例えばポリウレタンゴム製のクリーニングブレードを備えるとともに、外周を像担持体４０に接触して導電性のファーブラシを回転自在に備える。また、ファーブラシにバイアスを印加する金属製電界ローラを回転自在に備え、その電界ローラにスクレーパブレードの先端を押し当てる。さらに、除去したトナーを回収する回収スクリューを設ける。そして、像担持体４０に対してカウンタ方向に回転するファーブラシで、像担持体４０上の残留トナーを除去する。ファーブラシに付着したトナーは、ファーブラシに対してカウンタ方向に回転してバイアスを印加する電界ローラで取り除く。電界ローラは、スクレーパブレードでクリーニングする。
除電装置６４は、例えば、ランプであり、光を照射して像担持体４０の表面電位を初期化する。そして、像担持体４０の回転とともに、まず帯電装置６０で像担持体４０の表面を一様に帯電し、次いでスキャナ３００の読み取り内容に応じて上述した露光装置２１からレーザやＬＥＤ等による書込み光Ｌを照射して像担持体４０上に静電潜像を形成する。
静電潜像は現像装置６１によりトナーを付着させて可視像化し、その可視像を一次転写装置６２で中間転写体１０上に転写する。画像転写後の像担持体４０の表面は、像担持体クリーニング装置６３で残留トナーを除去して清掃し、除電装置６４で除電して再度の画像形成に備える。

図３は、単色作像手段に対して複数の現像装置を備えた例である。本実施形態では、露光後の像担持体４０上の静電潜像に現像部が２回接触するように、現像装置６１として、現像装置Ｄ１と現像装置Ｄ２の２つを配置している。現像剤には一成分現像剤を使用してもよいが、磁性キャリアと非磁性トナーからなる二成分現像剤を使用する。現像器は、攪拌部と現像部より構成され、攪拌部は現像部より低い位置に配置する。
現像部には、現像器の開口を通して像担持体４０と対向した位置に現像スリーブ６５を設ける。また、現像器にトナー濃度センサを取り付ける。現像スリーブ６５は、非磁性の回転可能なスリーブ状の形状を持ち、内部には複数のマグネットローラを備える。マグネットローラは、ドクターブレード７３の箇所から現像スリーブ６５の回転方向にＮ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｓ２、Ｓ３の５磁極を有する。マグネットローラは、固定されているために現像剤が所定の場所を通過するときに磁気力を作用させられるようになっている。マグネットローラの磁気力で形成されたトナーと磁性キャリアは、現像剤として現像スリーブ６５上に担持され、トナーは、磁性キャリアと混合されることで所定の帯電量を得る。本実施形態では、−１０〜−３０［μＣ／ｇ］の範囲が適している。現像スリーブ６５は、現像剤の磁気ブラシを形成したマグネットローラのＳ１側の領域に、像担持体４０に対向して配置されている。
攪拌部には、平行な２本の搬送スクリュー６８を設ける。２本の搬送スクリュー６８の間は、両端部を除いて仕切り板６９で仕切る。そして、二成分現像剤を２本の搬送スクリュー６８で攪拌しながら搬送循環し、現像スリーブ６５に供給する。現像スリーブ６５に供給された現像剤は、マグネットローラにより汲み上げて保持し、現像スリーブ６５上に磁気ブラシを形成する。磁気ブラシは、現像スリーブ６５の回転とともに、ドクターブレード７３によって適正な量に穂切りされる。切り落とされた現像剤は、攪拌部に戻される。また、現像スリーブ６５上の現像剤中のトナーは、現像スリーブ６５に印加する現像バイアス電圧により像担持体４０に転移してその像担持体４０上の静電潜像を可視像化する。可視像化後、現像スリーブ６５上に残った現像剤は、マグネットローラの磁気力がないところで現像スリーブ６５から離れて攪拌部に戻る。この繰り返しにより、攪拌部内のトナー濃度が薄くなると、それをトナー濃度センサで検知して攪拌部にトナーを補給する。

図３の実施形態では、像担持体４０の直径を５０ｍｍ、現像スリーブ６５の直径を１８ｍｍとし、表面はサンドブラストまたは１〜数ｍｍの深さを有する複数の溝を形成する処理を行い、表面の十点平均粗さＲｚが１０〜３０μｍの範囲に入るようにしている。像担持体４０の線速度を２００ｍｍ／ｓ、現像スリーブ６５の線速度を２４０ｍｍ／ｓとしている。現像スリーブ６５上のトナー帯電量は、−１０〜−３０［μＣ／ｇ］の範囲である。像担持体４０と現像スリーブ６５との間のギャップは、従来の０．８ｍｍから値を小さくし、０．４ｍｍの範囲で設定でき、現像効率の向上を図ることができる。また、ドクターブレード７３と現像スリーブ６５間の最接近部における間隔は、５００μｍに設定している。また、像担持体４０の厚みは３０μｍとし、光学系のビームスポット径は５０×６０μｍ、光量は０．４７ｍＷとしている。像担持体４０への露光前の帯電電位Ｖ_Ｏは−７００Ｖ、露光後の電位Ｖ_Ｌは−１２０Ｖとし、現像バイアス電圧を−４７０Ｖすなわち現像ポテンシャル３５０Ｖとして現像装置Ｄ１で１回の現像工程が行われる。引き続き現像装置Ｄ２で現像が行われ、像担持体４０上に可視像化されたトナー像が形成される。
本発明は、現像装置Ｄ１と現像装置Ｄ２は、それぞれの現像条件を異ならせたことを特徴とする。現像条件には、トナーの帯電量分布と現像バイアス電圧がある。ここでそれぞれの現像装置は同一の現像剤を保持しているものとする。まず、トナーの帯電量分布の違いについて説明すると、現像装置Ｄ１は帯電量分布をシャープにし、現像装置Ｄ２は帯電量分布をややブロードな分布にする。ここで露光は１回とする。前記現像装置Ｄ１では静電潜像のポテンシャルの深い部分が現像されるため、帯電量分布はシャープな方が無帯電又は逆帯電のトナーの影響を受けないので優れている。また、前記現像装置Ｄ２では一度現像された残りの部分が現像されるため、比較的静電潜像のポテンシャルが小さく電界が弱くなることから、無帯電又は逆帯電のトナーが多少含まれていた場合でも影響を受けにくくなり地汚れが発生しにくくなる。像担持体４０上のトナー顕像が潜像に対して十分充填した状態になるので転写時にもそれが維持され易く、最終的に転写紙に転写した時も高品質なトナー顕像を維持できるため、高画質が得られる。
本実施形態における帯電量分布の条件は、図４のように、現像装置Ｄ１は半値幅１．９［ｆＣ／１０μｍ］とし、現像装置Ｄ２は半値幅２．１［ｆＣ／１０μｍ］としている。

図４は、現像スリーブ上のトナーの粒径と帯電量分布を測定した結果である。測定にはホソカワミクロン株式会社製Ｅ−ＳＰＡＲＴ ＡＮＡＬＹＺＥＲを使用した。現像スリーブ６５上のトナーにエアを吹き付けて飛ばし、電界中の動きを捉えることでトナー個々の粒径と帯電量のデータを得られるものである。本実験では、３０００個のトナーをサンプリングして分布の相違を見た。ここでは、主としてトナーの帯電量ｑをトナー粒径ｄで除したｑ／ｄの分布を比較する。これは、帯電量ｑがトナーの粒径ｄに依存するためである。
本実験で使用したトナーは、変成されたポリエステルを少なくともトナーバインダーとして含有する乾式トナーである。ここで現像剤中のキャリアによりトナー帯電特性を変化させた。条件Ａは通常の条件で粒径３５μｍのシリコンコートしたキャリアを使用し帯電能力は規定トナーを使用しトナー濃度５２ｗｔ％で帯電させたときの帯電量がおよそ−１５［μＣ／ｇ］となるようにコート層の焼成条件を変化させたものである。また条件Ｂキャリアの粒径を２５μｍとし該帯電能力を表す評価手順では帯電量がおよそ−１０［μＣ／ｇ］であった。
ここで、帯電量分布のシャープさに関する指標は、一般にはピーク帯電量の半値を示す分布の幅（以下、「半値幅」という。）で表され、半値幅の値が小さい方がシャープである。一般に、分布がシャープであると近い値のｑ／ｄを有するトナーが多く存在することとなり、現像能力が同じであることから均一な現像が達成できる。反対に、分布がブロードとなると存在するトナー帯電量の範囲が広がり、現像能力の範囲も広がることから、現像量の変動が生じるとともに、低帯電量側が増加すると地汚れが発生しやすくなる。そこで、初期的に現像スリーブ上のトナーの粒径及び帯電量分布を測定したところ、図４示すように帯電量分布が異なっていることが分かった。そして、その半値幅は、条件Ａでは１．９［ｆＣ／１０μｍ］であり、条件Ｂでは２．１［ｆＣ／１０μｍ］であった。なお、ｆは、単位における接頭辞の一つであるフェムトの意味で、１０^−１５を表す。

図５は、キャリア条件による像担持体上のトナーの充填率を測定した結果である。これは前記条件Ａ、Ｂを使用して、付着量とトナー層の高さ分布から計算したもので、高さ分布から得られる容積に対して付着量の比を１００％充填させたものに対して取った値である。その結果、図４での条件Ａよりも条件Ｂの方が充填率が高く画質も向上していることが分かった。

図６は、中間転写体上のトナーの付着量と現像ポテンシャルの関係から得られた現像特性を示した結果である。図４での条件Ａ、Ｂを使用し、像担持体４０が中間転写体１０である場合の実験結果である。中間転写体１０を用いると、一回の転写量が低減できるので散り等の不具合を発生させにくくして余裕度の高い状態で転写することができる。
本実験は、現像バイアス電圧Ｖ_ＢをＤ１とＤ２で変化させ、トナーの付着量を変えたものである。像担持体４０への露光前の帯電電圧Ｖ_Ｏを−７００Ｖ、露光後の電圧Ｖ_Ｌを−１２０Ｖ、現像バイアス電圧Ｖ_Ｂを−４７０Ｖとすると、現像ポテンシャル［Ｖ_Ｌ−Ｖ_Ｂ］は３５０Ｖとなり、現像装置Ｄ１で１回の現像工程が行われる。引き続き現像装置Ｄ２で現像が行われ、像担持体４０上に可視像化されたトナー像が形成される。
画像形成プロセスは、まず像担持体上に潜像を形成し、Ｄ１で現像を行う。この時の現像剤の条件は前記条件Ａでよい。この時にＤ１の現像能力を最大０．４［ｍｇ／ｃｍ^２］程度とする。この状態で一度中間転写体へトナー顕像を転移させ、像担持体はクリーニング、初期帯電工程を経て再び同一の潜像が形成される。次にＤ２で現像を行うが、この時に現像バイアス電圧Ｖ_Ｂを調整しＤ２の現像能力を最大０．２［ｍｇ／ｃｍ^２］程度とする。これにより、図６に示すように最終的に付着量が０．６［ｍｇ／ｃｍ^２］程度のトナー層が十分充填したトナー顕像が形成でき、画質が向上する。

本実施形態では、中間転写体１０として、比誘電率ε＝８、厚さ＝１５０μｍ、周長＝１０６０ｍｍのフッ素系樹脂シートからなるシームレスベルトを用いた。この中間転写体を抵抗値の異なるものを用意し、中間転写体の体積抵抗率ρ_Ｖと表面抵抗率ρ_Ｓを三菱化学製の測定器（商品名：ハイレスタ、プローブ：ＨＲＳ）で測定したとき、条件Ａのときの中間転写体Ａは体積抵抗率ρ_Ｖ＝１×１０¹¹〜５×１０¹¹Ωｃｍ、表面抵抗率ρ_Ｓ＝１×１０^９〜１×１０¹⁰Ω／（印加電圧：５００Ｖ、タイマー：１０秒）であった。また、条件Ｂのときの中間転写体Ｂは体積抵抗率ρ_Ｖ＝５×１０¹²〜１×１０¹³Ωｃｍ、及び表面抵抗率ρ_Ｓ＝５×１０¹⁰〜１×１０¹¹Ω／（印加電圧：５００Ｖ、タイマー：１０秒）であった。機械の動作速度は中間転写体の線速度がＬ＝３６０ｍｍ／ｓｅｃとなるようにし、画像を印刷してみたところ、中間転写体Ａでは比較的良好な画像であったが、中間転写体Ｂでは一次転写率が悪く、特に色を重ねていくに従って転写率が低下した。また、全面的に細かい斑点模様が見られた。

本実施形態の現像剤に使用するトナーについて、以下に詳述する。
トナーは、ポリエステル、ポリオール、スチレンアクリル等の樹脂に帯電制御剤（ＣＣＡ）、色剤を混合し、その周りにシリカ、酸化チタン等の物質を外添することでその帯電特性、流動性を高めたものを用いている。添加剤の粒径は、通常、０．１〜１．５μｍの範囲である。色剤は、カーボンブラック、フタロシアニンブルー、キナクリドン、カーミン等を上げることができる。帯電極性は、負帯電である。
トナーは、ワックス等を分散混合させた母体トナーに上記種類の添加剤を外添しているものも使用することができる。ここまでの説明で、トナーは、粉砕法で作成されたものであるが、重合法等で作成したものも使用可能である。一般に重合法、加熱法等で作成されたトナーは、形状係数を９０％以上に形成することが可能で、さらに形状による添加剤の被覆率も極めて高くなる。
トナーには、離型剤を含有するものも使用可能である。離型剤としては、ポリオレフィンワックス（ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなど）；長鎖炭化水素（パラフィンワッックス、サゾールワックスなど）；カルボニル基含有ワックスなどが挙げられる。これらのうち好ましいものは、カルボニル基含有ワックスである。カルボニル基含有ワックスとしては、ポリアルカン酸エステル（カルナバワックス、モンタンワックス、トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、１，１８−オクタデカンジオールジステアレートなど）；ポリアルカノールエステル（トリメリット酸トリスリステアリル、ジステアリルマレエートなど）；ポリアルカン酸アミド（エチレンジアミンジベヘニルアミドなど）；ポリアルキルアミド（トリメリット酸トリステアリルアミドなど）；及びジアルキルケトン（ジステアリルケトンなど）などが挙げられる。
これらカルボニル基含有ワックスのうち好ましいものは、ポリアルカン酸エステルである。本発明のワックスの融点は、通常４０〜１６０℃、好ましくは５０〜１２０℃、さらに好ましくは６０〜９０℃である。これは、融点が４０℃未満のワックスは耐熱保存性に悪影響を与え、１６０℃を超えるワックスは低温での定着時にコールドオフセットを起こしやすいためである。また、ワックスの溶解粘度は、融点より２０℃高い温度での測定値として、５〜１０００ｃｐｓが好ましく、さらに好ましくは１０〜１００ｃｐｓである。１０００ｃｐｓを超えるワックスは、耐ホットオフセット性、低温定着性への向上効果に乏しい。トナー中のワックスの含有量は通常の０〜４０ｗｔ％であり、好ましくは３〜３０ｗｔ％である。
トナーに離型剤を含有させると、定着装置２５でシリコンオイル等の離型剤を塗布することなくトナーを離型させることで、オイルレス定着が可能となる。また、トナー樹脂の外側にワックスが存在することによって、潤滑剤の役目を果たすこともできる。この効果により、トナー樹脂自体は劣化することなくクリーニング部材との接触でも粉砕されることはない。

次に、本実施形態のトナー形状について、以下に詳述する。
本発明では、形状係数が９０％以上のトナーを使用する。転写率が向上し、更に高品質の画像が得られるためである。
トナーには、粉砕法及び重合法で作成したものを使用することができる。この方法で作成したトナーは、表面を滑らかにすることが可能で、形状係数すなわち円形度が９０％以上のトナーを作成することが可能である。球形化トナーは、一般にその指標を球形度で表せる。真球を１として粉砕トナーになるに従い球形度が下がる。
ここで、形状係数は、本来ならば球形度となって、「粒子と同体積の球の表面積／実粒子の表面積×１００％」で定義されるが、測定が困難になるため、円形度で算出する。球形度を投影された像の円形度をＳＲとすると、「ＳＲ＝粒子と同じ投影面積を持つ円の周長／実粒子の投影輪郭長さ×１００％」と定義でき、トナーが真球に近いほど１００％に近い値となる。
トナーの体積平均粒径の範囲は、３〜１２μｍが適し、本実施形態では６μｍとし、１２００ｄｐｉ以上の高解像度の画像にも十分対応することが可能である。
磁性粒子は、金属または樹脂をコアとしてフェライト等の磁性材料を含有し、表層はシリコン樹脂等で被覆されたものである。粒径は、２０〜５０μｍの範囲が良好である。また、抵抗は、ダイナミック抵抗で１０^４〜１０^１０Ωの範囲が最適である。ただし、測定方法は、磁石を内包したローラ（φ２０；６００ＲＰＭ）に担持して、幅６５ｍｍ、長さ１ｍｍの面積の電極をギャップ０．９ｍｍで接触させ、耐圧上限レベル（高抵抗シリコンコートキャリアでは４００Ｖから鉄粉キャリアでは数Ｖ）の電圧を印加した時の測定値である。

図７は、トナーの球形度と転写率との関係を示したグラフである。
従来の不定形の粉砕型トナーＡ（シリカ０．２ｗｔ％、酸化チタン０．３ｗｔ％）に対し、本実験例のトナーＢも同様に（シリカ０．５ｗｔ％、酸化チタン０．７ｗｔ％）である。添加剤の主機能の一つはトナー同士の凝集力を下げてトナーが凝集塊となることを防止し、なるべく“ほぐした状態”にして均一な現像、転写特性を得ることである。このとき、母体トナーのまわりに付着する割合を被覆率で考えるとトナーＢは球形に近いので従来トナーＡと比較して表面積が小さい。その分、トナーＢの添加剤による被覆率が高まり、流動性が向上することで現像スリーブ６５上を移動し易く現像能力が高まる。
図７から、円形度が９０以上のトナーを使用すると、表面が滑らかになることにより転写率が向上し、従来の粉砕型トナーで転写率が８９％に対して本実験では９１％という値が得られた。また、トナー粉砕等の影響でよくある凸部の劣化に伴う流動性の低下の影響を受けにくくなるので、画像が劣化しにくい。

図８は、トナーの帯電量分布の半値幅と地汚れの関係を示したグラフである。
半値幅２を越えると地汚れの限界値０．０３を超えることが分かった。図４での条件Ｂのほうが地汚れも少なかった。なお、地汚れには、ΔＩＤとして、現像後転写紙から現像前転写紙に対する反射濃度の差を使用している。

図９は、プロセスカートリッジの概略図である。プロセスカートリッジは、少なくとも像担持体４０と現像装置６１を一体に支持し、画像形成装置本体１００から着脱自在であることを特徴とする。プロセスカートリッジは、現像ユニットとして各単色作像手段１８を構成する。プロセスカートリッジ内のトナーがなくなったときがそのプロセスカートリッジの寿命になるので比較的短いサイクルで新しいユニットに交換していけるため、高画質を安定的に得ることができる。また、ユーザーによるプロセスカートリッジの交換が可能になり、画像形成装置のメンテナンス性を向上させることができる。

画像形成装置の全体構成図である。 タンデム型のカラー画像形成装置の概略図である。 単色作像手段に対して複数の現像装置を備えた例である。 現像スリーブ上のトナーの粒径と帯電量分布を測定した結果である。 キャリア条件による像担持体上のトナーの充填率を測定した結果である。 中間転写体上のトナーの付着量と現像ポテンシャルの関係から得られた現像特性を示した結果である。 トナーの球形度と転写率との関係を示したグラフである。 トナーの帯電量分布の半値幅と地汚れの関係を示したグラフである。 プロセスカートリッジの概略図である。

１０ 中間転写体
１２ 弾性層
１３ コート層
１４、１５、１６ 支持ローラ
１７ 中間転写体クリーニング装置
１８ 単色作像手段
２０ タンデム型作像装置
２１ 露光装置
２２ 二次転写装置
２３ 支持ローラ
２４ 二次転写ベルト
２５ 定着装置
２６ 定着ベルト
２７ 加圧ローラ
２８ 転写材反転装置
３０ 原稿台
３２ コンタクトガラス
３３ 第一走行体
３４ 第二走行体
３５ 結像レンズ
３６ 読み取りセンサ
４０ 像担持体
４２ 給紙ローラ
４３ ペーパーバンク
４４ 給紙カセット
４５ 分離ローラ
４６ 給紙路
４７ 搬送ローラ
４８ 給紙路
４９ レジストローラ
５０ 給紙ローラ
５１ 手差しトレー
５２ 分離ローラ
５３ 手差し給紙路
５５ 切換爪
５６ 排出ローラ
５７ 排紙トレー
６０ 帯電装置
６１ 現像装置
６２ 一次転写装置
６３ 像担持体クリーニング装置
６４ 除電装置
６５ 現像スリーブ
６８ 搬送スクリュー
６９ 仕切り板
７３ ドクターブレード
９２ ファーブラシ
９３ クリーニングブレード
９６ 粒子結着体
９７ 粒子
９８ トナー付着力低減層
９９ トナー
１００ 画像形成装置本体
１１０ 発光素子
１１１ 受光素子
２００ 給紙テーブル
３００ スキャナ
４００ 原稿自動搬送装置（ＡＤＦ）

Claims (5)

1. 帯電装置と現像装置と像担持体クリーニング装置とをその周囲に備えた像担持体を有する複数の単色作像手段と、前記像担持体上に形成したトナー画像を転写材上に転写する転写手段とを備えた画像形成装置であって、
   前記転写手段の回転搬送方向に沿って前記複数の単色作像手段を並べて前記転写材上に多色画像を形成する作像装置を構成し、前記単色作像手段はそれぞれ複数の前記現像装置を備え、
   一つの前記単色作像手段における前記複数の現像装置には同一のトナーが使用され、
   前記複数の現像装置は、先の現像工程を担う現像装置におけるトナー帯電量分布よりも、後の現像工程を担う現像装置におけるトナー帯電量分布の方が広い
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記複数の現像装置は、先の現像工程を担う現像装置よりも、後の現像工程を担う現像装置の方が、トナー帯電量の半値を示す分布の巾が大きい
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 帯電装置と現像装置と像担持体クリーニング装置とをその周囲に備えた像担持体を有する作像手段と、前記像担持体上に形成したトナー画像を転写材上に転写する転写手段とを備えた画像形成装置に用いる現像装置であって、
   一つの前記作像手段に複数の現像装置を備え、
   現像方式が、
   前記像担持体を帯電させ、露光して前記像担持体上に潜像を形成し、前記複数の現像装置のうちの一つの現像装置で現像してトナー顕像を得、中間転写体に前記トナー顕像を転移させ、前記像担持体をクリーニングし、前記像担持体を帯電させ、露光して前記像担持体上に前記潜像と同じ潜像を形成し、前記複数の現像装置のうちの前記一つの現像装置とは別の現像装置で現像してトナー顕像を得、前記中間転写体に前記トナー顕像を転移させ、前記中間転写体上のトナー顕像を転写材に二次転写して定着する現像方式であり、
   一つの前記作像手段における前記複数の現像装置は、印加するバイアス電圧を調整して、先の現像工程を担う現像装置による像担持体へのトナー付着能力よりも、後の現像工程を担う現像装置による像担持体へのトナー付着能力が小さくなるように制御される
   ことを特徴とする現像装置。
4. 像担持体と、少なくとも請求項３に記載の現像装置とを一体に支持し、画像形成装置本体から着脱自在である
   ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
5. 請求項４に記載のプロセスカートリッジを有する
   ことを特徴とする画像形成装置。

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