JP4908835B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、接触帯電部材及びクリーニング部材を備えた画像形成装置に関する。

複写機，プリンタ等の画像形成装置の像担持体（例えば、感光ドラム）のクリーニング方式としては、クリーニング部材としてクリーニングブレードを用いる方式が広く採用されている。この方式では、像担持体表面に、例えばクリーニングブレードとしてウレタンゴム等の弾性板を圧接させる。すなわち、弾性板の片側をホルダ（保持部材）で支持し、弾性板の弾性を利用して反対側の切断エッジを像担持体表面に圧接させ、両者を相対的に移動させて上述のエッジ部で像担持体上の転写残トナーを摺擦して除去する方式である。

ところで近年、特にフルカラー画像形成装置において、重合法により作られたトナー（以下「重合トナー」という。）が多く用いられている。重合トナーは従来の粉砕法により作られたトナーと比較して球形度が高く、粒径の均一性、転写性に非常に優れているだけでなく、製造時のエネルギー消費量が粉砕トナーと比較して格段に少ないため、環境に対する影響も低減されることが知られている。

しかしながら、重合トナーは懸濁液中で分子の結合反応をさせるので表面に凹凸が無く、ほぼ真球に近い表面性を有しているため最密充填しやすい。このため、クリーニング性に寄与するトナーの対流が起こらないので、転写残トナーのクリーニングが非常に困難であった。特に大量のトナーが像担持体とクリーニングブレードとの当接部（クリーニングニップ部）に供給された場合には、画像には影響しない程度で少量のトナーがクリーニングブレードからすり抜ける。

ところで、従来、像担持体を帯電させる一次帯電手段として、棒状の芯金に発泡導電ゴムを基層として形成した多層の帯電ローラを用いた一次帯電器が広く用いられている。この帯電方式では、帯電ローラを像担持体に対して圧接させて従動回転させることにより接触帯電を行う。そして、帯電ローラには直流電圧に帯電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を持つ直流電圧を重畳したバイアスを印加する。この際、帯電ローラに印加するバイアスは、直流電圧は定電圧に制御し、交流電圧は定電流に制御する。帯電ローラに交流電圧を印加することによって、直流電圧のみを印加する場合に対して像担持体の表面電位を目的の電位により収束させやすくなり、高品位な画像を得ることが可能となる。

しかしながら、帯電ローラに直流電圧と交流電圧とを印加して像担持体の帯電処理を行う画像形成装置においては、帯電時間を長くすると像担持体表面に窒素酸化物等の放電生成物が付着して滑り性が低下する。さらに交流バイアスによってクリーニングブレードと像担持体とが振動することで、クリーニングニップ部に介在した微粒子が一度に多くすり抜ける。そして、クリーニングニップ部に対し、トナーから再度微粒子が供給されない場合には、クリーニングブレードと像担持体との間の摩擦が増加する。結果として、クリーニングブレードの鳴きやビビリ、めくれ等が発生し、クリーニング装置の機能低下が発生するおそれがある。そのため、無駄に帯電時間を長くすることを防止する必要がある。

一方で、クリーニングブレードに送られたトナーには正極と負極にそれぞれ帯電極性を持っている。正極に帯電したトナーは、負極に帯電している像担時体との静電的な付着力が強い。トナーがクリーニングニップ部へ送られると、ブレードと像担時体との潤滑性を付与するために微少量のトナーがクリーニングニップ部をすり抜ける。このとき、上述のように、正極に帯電したトナーは負極に帯電したトナーよりも像担時体との付着力が強いため、すり抜けるトナーに含まれる正極トナーの割合も多くなる傾向がある。

クリーニングニップ部からすり抜けた正側に帯電したトナーは、画像形成中に、同じ負極性でありながら、像担持体よりも絶対値が大きい帯電ローラ側に移動して保持される。

このように帯電ローラに付着したトナーは、帯電ローラのバイアスが０Ｖにしたときの感光ドラムとの電位差により、感光ドラムへ付着することになる。そのために、特許文献１に記載されているように帯電ローラに付着したトナーを帯電ローラと感光ドラムとの電位差を用いて除去している。

また、最近では画像形成可能な記録材の種類の増加により記録材として厚紙や特殊紙にトナー像が安定して定着する目的で、普通紙よりもプロセススピードや搬送速度を変更させるモードをもつものがある。例えば、速度を遅くするような低速モードでは、プリント時間を短くするために最初から速度を遅くするのではなく、途中までは通常の速度で画像形成を行い、記録材にトナー像を転写する前に速度を遅くする構成が好ましい。

このため、カラー画像形成装置では中間転写体上にカラー画像を担持させたときに、速度切換を行うことになる。
特開２００３−９１１４６号公報

ここで、速度切換を行う際には、感光ドラム上に画像を形成する工程は既に終了しているため、帯電ローラへのバイアス印加は停止させても問題ない。

しかし、帯電ローラへのバイアス印加を停止させると感光ドラム上の残電位との関係から、帯電ローラ上のトナーが感光ドラムに転移し、その後、中間転写体上のトナー像にトナーが付着して、画像が乱れる問題が生ずる。

逆に、帯電ローラにバイアスを印加していると、放電生成物によるクリーニング性への影響を考慮すると好ましくない。

そこで、本発明は、中間転写体上へのトナー像の形成後に帯電部材による帯電をＯＦＦしても、帯電部材に付着したトナーの影響を小さくすることができる画像形成装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、回転可能な像担持体と、前記像担持体と接触して前記像担持体を帯電する帯電部材と、前記像担持体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記像担持体から転写されたトナー像を担持する中間転写体と、転写後に前記像担持体上に残留したトナーをクリーニングするクリーニング部材と、前記中間転写体上から記録材に転写されたトナー像を定着する定着手段と、搬送される記録材の速度を高速モードと低速モードとに切換え可能な速度切換手段と、記録材の搬送速度が切換えられたとき、前記像担持体上のトナー像が前記中間転写体上に形成された後に前記中間転写体の回転速度を変更する中間転写体速度切換手段と、を有し、前記中間転写体へのトナー像の転写後かつ前記中間転写体がトナー像を担持している期間中に前記帯電部材による帯電がオフする画像形成装置において、前記中間転写体の速度の前記高速モードから前記低速モードへの切換えが行われる記録材に対する画像形成信号が入力されたときには、その画像形成開始前に前記帯電部材に付着したトナーを前記像担持体に吐き出すクリーニング処理の実行が可能である、ことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によると、中間転写体上にトナー像を形成した後に速度を切換た後に帯電部材による帯電をＯＦＦにしても、帯電部材に付着したトナーによる中間転写体上の画像への影響を小さくすることができる。

以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一の図面又は異なる図面において同一の符合を付したものは、同様の構成あるいは同様の作用をなすものであり、これらについては、適宜、重複説明を省略している。

＜実施の形態１＞
〔画像形成装置の全体構成・動作〕
図１に、本発明を適用することができる画像形成装置を示す。同図に示す画像形成装置は、電子写真方式、中間転写体方式のカラーのプリンタ（以下「画像形成装置」という。）である。同図は、この画像形成装置を正面側、すなわち画像形成装置の操作時にユーザが位置する側から見た縦断面図に相当する模式図である。なお、画像形成装置としては、上述のプリンタの外に、複写機，ファクシミリ等が挙げられる。

画像形成装置１００は、像担持体として、回転ドラム形の電子写真感光体（以下「感光ドラム」という。）１を備えている。本実施の形態では、一のドラムに異なる色のトナー像を形成するタイプの画像形成装置である。感光ドラム１は、駆動手段（不図示）によって、同図中の矢印Ｒ１方向（反時計回り）に、所定のプロセススピード（周速度）をもって回転駆動される。本実施の形態では、高速モード（通常モード）と低速モードとの２種類のプロセススピードを具備している。高速モードでのプロセススピードは約１３８ｍｍ／ｓｅｃである。これに対し、遅い方のプロセススピードは半分の約６９ｍｍ／ｓｅｃである。後述するように、一次帯電から一次転写までの画像形成動作は、低速モードにおいても高速モードと同様に１３８ｍｍ／ｓｅｃのプロセススピードで行った。プロセススピードの変更に伴って、当然記録材の搬送速度は変更する。本実施の形態として速度切換手段は、駆動源であるモータの回転速度を切換えるものである。

〔高速モードでの画像形成〕
高速モードでの画像形成時には、感光ドラム１は、プロセススピード１３８ｍｍ／ｓｅｃで回転駆動される。感光ドラム１は、回転過程で一次帯電器（一次帯電手段）としての帯電ローラ２によって所定の極性・電位に一様に一次帯電処理される。本実施の形態では、帯電ローラ２として、棒状の芯金に発泡導電ゴムを基層として形成した多層のものを用いた。この帯電ローラ２を感光ドラム１に対して圧接し、従動回転させる。このとき帯電ローラ２に対し、帯電バイアス印加電源（不図示）により、直流電圧に交流電圧を重畳した帯電バイアスを印加する。ここで、重畳する交流電圧としては、帯電開始電圧の２倍以上のピーク間電圧を持つ交流電圧を用いた。この際、直流電圧は定電圧に制御し、交流電圧は定電流に制御する。交流電圧を印加することで、直流電圧のみを印加する場合と比較して、感光ドラム１の表面電位を目的の電位により一層収束させやすくなる。本実施の形態では交流電圧として、周波数約１３００Ｈｚの正弦波を使用し、電流値は約１９００μＡとした。直流電圧は約−６００Ｖである。

次いで、帯電後の感光ドラム１の表面は、潜像形成手段としての露光装置３による画像露光Ｌを受ける。これにより、露光部分の電荷が除去されて目的の成分像に対応した静電潜像が形成される。ここで露光装置３は、カラー原稿画像の色分解・結像露光光学系や、画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応して変調されたレーザビームを出力するレーザスキャナによる走査露光系などが用いられる。その後、静電潜像は、現像手段としての現像装置４によってトナー（着色微粒子）が付着されて現像される。

現像装置４は、回転式の現像装置４Ａとこれとは独立した現像装置４Ｂとによって構成されている。回転式の現像装置４Ａは、回転自在なロータリ４ａとこのロータリ４ａに搭載された３色の現像器、すなわちそれぞれ現像剤としてイエロー（Ｙ），マゼンタ（Ｍ），シアン（Ｃ）の各色のトナーを収納した現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃとを有している。これら現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃは、現像に供される色の現像器が感光ドラム１に対向する現像位置に配置される。一方、独立の現像装置４Ｂは、ブラック（Ｋ）のトナーを収納して感光ドラム１に対して接離可能な現像器４Ｋであり、ブラックのトナーによる現像を行う際に感光ドラム１表面に近接される。

感光ドラム１上の順次に形成された各色の静電潜像は、各色の現像器４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋによって順次に現像される。

また、画像形成装置１００には、被転写体としての中間転写ベルト（中間転写体）５が複数のローラに掛け渡されて配設されている。中間転写ベルト５は、感光ドラム１に対して所定の押圧力をもって圧接した状態に保持されており、感光ドラム１との間には一次転写部としての一次転写ニップ部Ｎ１が形成されている。中間転写ベルト５は、駆動手段（不図示）により、矢印Ｒ１方向に感光ドラム１と若干異なる周速度を持って回転駆動されている。一次転写ニップ部Ｎ１では、中間転写ベルト５を介して一次転写手段としての一次転写ローラ６が感光ドラム１に当接されている。この一次転写ローラ６に、一次転写バイアス印加電源（不図示）から感光ドラム１上のトナーの帯電極性（本実施の形態ではマイナス）とは逆極性（本実施の形態ではプラス）の一次転写バイアスが印加される。これにより、感光ドラム１に順次に形成された各色のトナー像が、中間転写ベルト５上に順次に一次転写されて重ね合わされる（合成される）。当然、中間転写ベルトの周長は、画像形成装置が搬送可能な記録材上に形成可能な画像の記録材の搬送方向の長さよりも長い。

トナー像の一次転写後の感光ドラム１は、表面に残ったトナー（一次転写残トナー）がブレード方式のドラムクリーニング装置のクリーニングブレード（クリーニング部材）１４によって除去されて、次の画像形成に供される。

次いで、給紙カセット９から給紙ローラ１０によって、転写材（記録媒体）２４が１枚づつ分離搬送され、レジストローラ対１１、転写ガイド１２を経て、二次転写部としての二次転写ニップ部Ｎ２に所定のタイミングで給送される。このタイミングに合わせて、二次転写ニップ部Ｎ２では、中間転写ベルト５に対して二次転写手段としての二次転写ローラ７が転写ベルト７ａを介して当接される。そして、中間転写ベルト５上に一次転写されて重ね合わされた複数色のトナー像のトナーと同極性（本実施の形態ではマイナス）の転写バイアスが、二次転写バイアス印加電源（不図示）から二次転写ローラ７に印加される。これにより、二次転写ニップ部Ｎ２に対して給送された記録材２４の表面（中間転写ベルト５側の面）に中間転写ベルト５上のトナー像が一括して二次転写される。

二次転写ニップ部Ｎ２を通過する際に中間転写ベルト５上からトナー像の転写を受けた記録材２４は、つづいて定着手段である定着器１５へ搬送される。記録材２４は、定着器１５において所定に加熱温調された定着ローラ１６と加圧ローラ１７とにより加熱・加圧されて、トナー像の定着処理を受け、画像形成物として画像形成装置１００の外部に出力される。

一方、二次転写終了後に中間転写ベルト５上に残ったトナー（二次転写残トナー）は、ブレード方式のベルトクリーニング装置１８を用いて除去される。

なお、上述の画像形成装置１００を構成する各部材の動作や動作タイミング、印加電圧の大きさ等については、制御手段（不図示）によって制御されているものとする。

〔低速モードでの画像形成〕
本実施の形態の画像形成装置１００において採用している、定着性確保のための、低速モードでの画像形成について説明する。なお、一次帯電から一次転写までの画像形成動作は、上述の高速モードでの画像形成と同様であるので説明は省略する。特殊紙モードや高画質モードの場合のように、低速で記録材を搬送した方が好ましい場合には、そのモードの選択が画像形成装置に入力される。入力方法は、画像形成装置を操作する操作部やパソコン上の処理や画像形成装置が記録材等を検知して自動的に入力する方法などがある。

一次転写によって中間転写ベルト５上で４色のトナー像が重ね合わされると、帯電ローラ２の交流バイアス、直流バイアスの順にオフされ、その約６００ｍｓｅｃ後に中間転写体速度切換手段によりプロセススピードが約６９ｍｍ／ｓｅｃに減速される。なお、中間転写体速度切換手段は例えばステッピングモータ等の駆動手段であってもいいし、駆動電圧系列を変更するものであってもいい。

中間転写ベルト５上に一次転写されたトナー像は、最後の色のトナー像の一次転写を通過した時点では、すでに二次転写部Ｎ１を通過している。そこで、中間転写ベルト５上のトナー像は減速された状態の中間転写ベルト５上に担持された状態で一次転写ニップ部Ｎ１を通過してから二次転写ニップ部Ｎ２へ送られる。ここで、トナー像が一次転写ニップ部Ｎ１を通過するときの一次転写ローラ６には、トナー像が中間転写ベルト５から感光ドラム１に再転写されることを防止のために約＋５０Ｖの電圧が印加されている。なお本実施の形態では、減速時は、帯電ローラ２の交流バイアス、直流バイアスともにオフにしたが、中間転写ベルト５から感光ドラム１への再転写が起こらないような電位に調整するために転写ローラにバイアスを印加するようにしてもよい。

中間転写ベルト５上のトナー像が二次転写部に送られるタイミングに合わせて、二次転写ニップ部Ｎ２では、中間転写ベルト５に対して二次転写ローラ７が転写ベルト７ａを介して当接される。そして、二次転写ニップ部Ｎ２に対して、レジストローラ１１から記録材２４が供給される。このとき、トナーと同極性（本実施の形態ではマイナス）のバイアスが、二次転写バイアス印加電源から二次転写ローラ７に印加される。これにより、中間転写ベルト５上の複数色のトナー像は、二次転写ニップ部Ｎ２において記録材２４上に一括で二次転写される。

二次転写ニップ部Ｎ２を通過する際に中間転写ベルト５上からトナー像の転写を受けた記録材２４は、つづいて定着器１５へ搬送される。記録材２４は、定着器１５において所定に加熱温調された定着ローラ１６と加圧ローラ１７とにより加熱・加圧されて、トナー像の定着処理を受け、画像形成物として画像形成装置１００の外部に出力される。

記録材２４が画像形成装置１００の外部に出力されると、プロセススピードは低速モードの約６９ｍｍ／ｓｅｃから高速モードの約１３８ｍｍ／ｓｅｃに増速される。その後、帯電ローラ２に直流バイアス、交流バイアスの順で印加され、次の画像形成動作に入る。

一方、二次転写終了後の中間転写ベルト５は、表面に残った二次転写残トナーがベルトクリーニング装置１８によって除去される。

〔トナー〕
本実施の形態では、トナーとして以下のものを使用した。すなわち、重合法によって製造された、形状係数ＳＦ１が１００以上１２０以下で、円形度が０．９７以上１．００以下の略球形のトナーである。なお、形状係数ＳＦ１及び円形度の定義については後に説明する。このような条件を満たすトナーは、現像性、転写性に優れ、高品位な画像を形成することが可能である。ここで、形状係数ＳＦ１が１２０以上、また円形度が０．９７以下では転写性が低下するため、満足する画像を得ることができなかった。以下にトナーの製造法とトナーの測定法を説明する。

懸濁重合によるトナー（重合トナー）は、液体のモノマーを重合して製造するため、せん断力や造粒温度などの制御によって容易に粒径をコントロールすることが可能である。

ここで使用し得るトナーは、少なくともＡ及びＢの２種の樹脂成分Ａ，Ｂを重量比においてＡ：Ｂ＝５０：５０〜９５：５の範囲で含有し、樹脂成分Ａを主体とする相と樹脂成分Ｂを主体とする相とに分離した構造を有する。樹脂成分Ａを主体とする相が表層部となり、樹脂成分Ｂを主体とする相が中心部に存在する。樹脂成分Ａを主体とする相が高軟化点で、樹脂成分Ｂを主体とする相が低軟化点である場合に好ましい組合せとなる。しかしこれに限らず、トナーとなったときに樹脂成分Ａを主体とする相と樹脂成分Ｂを主体とする相とに相分離する組合せであればよい。

樹脂成分Ａは、ＧＰＣ（ゲル浸透クロマトグラフ）によるＭｗ（分子量）が５，０００〜２００，０００の範囲であり、フローテスターによる流出開始点が６５〜１００℃の範囲であることが好ましい。樹脂成分Ａは、懸濁重合で得られる樹脂であれば、いずれの樹脂も用いることができるが、帯電サイトとなり得る官能基や紙との接着性を高める官能基を有していてもよい。

上述の懸濁重合に使用できる重合性単量体としては、スチレン系単量体が挙げられる。スチレン系単量体としては、スチレン、ｏ−メチルスチレン、ｍ−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、ｐ−メトキシスチレン、ｐ−エチルスチレン等のスチレン系単量体がある。また、重合性単量体としては、アクリル酸エステル類が挙げられる。アクリル酸エステル類としては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ｎ−プロピル、アクリル酸ｎ−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸２−エチルヘキシルがある。さらに、アクリル酸ステアリル、アクリル酸２−クロルエチル、アクリル酸フェニル等がある。また、重合性単量体としては、メタクリル酸エステル類が挙げられる。メタクリル酸エステル類としては、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ｎ−プロピル、メタクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸ｎ−オクチル、メタクリル酸ドデシルがある。さらに、メタクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル等がある。また、重合性単量体として、その他のアクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド等が挙げられる。

これらの単量体は単独、又は混合して使用し得る。上述の単量体の中でも、スチレン又はスチレン誘導体を単独で、又は他の単量体と混合して使用することがトナーの現像特性及び耐久性の点から好ましい。

樹脂成分Ｂは、ＧＰＣによるＭｗが３００〜１０，０００の範囲であることが好ましく、また融点が３０〜１３０℃の範囲であることが好ましく、６０〜１００℃がより好ましい。融点が３０℃よりも低いと、定着時に低温オフセットなどを助長して悪影響を与えてしまう。また、融点が１３０℃よりも高いと、トナー製造時に樹脂成分Ｂが固化し、造粒性が悪化する。

樹脂成分Ｂとしてワックスを用いることができる。ワックス類としては、パラフィン、ポリオレフィン系ワックス及びこれらの変性物、例えば、酸化物やグラフト処理物の他、高級脂肪酸及びその金属塩、アミドワックスなどが挙げられる。

樹脂成分Ａと樹脂成分Ｂの成分比としては、Ａ：Ｂ＝５０：５０〜９５：５である必要があり、好ましくはＡ：Ｂ＝７０：３０〜９０：１０である。この比が５０：５０よりも樹脂成分Ｂが多いとカプセル構造が保てなくなり、また９５：５よりも樹脂成分Ｂが少ないと樹脂成分Ｂの作用効果が発揮されなくなる。

本実施の形態では、トナー表面からトナー粒径の０．１５倍の深さまでの表面近傍には、樹脂成分Ｂを主体とする相が存在しない。すなわち、概念的には表面層がトナー粒径の０．１５倍の厚みがあるということであるが、例えばクラック等があり、０．１５倍の厚さがない部分があっても、その部分に樹脂成分Ｂを主体とする相が存在しなければよい。トナー表面からトナー粒径の０．１５倍の深さまでの表面近傍に樹脂成分Ｂを主体とする相が存在すると、カプセル構造が不安定となり、例えば耐ブロッキング性が悪化してしまう。

トナー粒子は、転写性等の点から実質的に球形であることが好ましい。本発明で用いるトナーの形状を示す形状係数ＳＦ１は、以下のように定義した。日立製作所（株）製ＦＥ−ＳＥＭ（Ｓ−８００）を用い、２００〜５，０００倍に拡大したトナー像を１００個無作為にサンプリングする。そして、その画像情報をインターフェースを介してニレコ社製の画像解析装置（Ｌｕｚｅｘ３）に導入して解析を行い、下式より算出し得られた値を形状係数ＳＦ１と定義した。

ＳＦ１＝｛（ＭＸＬＮＧ）^２／（ＡＲＥＡ）｝×（π／４）×１００
ここで、「ＭＸＬＮＧ」とはトナー粒子の絶対最大長を示し、「ＡＲＥＡ」とはトナー粒子の投影面積を示す。トナー粒子の絶対最大長は投影されたトナー像の径の最大長さである。また投影面積は、投影されたトナー像の面積である。

形状係数ＳＦ１は球形度合いを示す。完全な球形の場合は１００となり、数値が大きいほど、球形から離れて不定形となる。このトナーの形状係数ＳＦ１は、１００から１５０、より好ましくは１００から１２０の範囲であるとよい。形状係数ＳＦ１の値が、１５０を超える場合、トナーの転写効率の低下が生じ好ましくない。形状係数ＳＦ１が大きくなるとその形状は球形から離れる方向であり、１２０を超えると、球形トナーの特徴が現れなくなる。

〔トナー平均円形度の測定〕
また、本発明においては、トナーの平均円形度Ｃは、以下のように測定した。

トナーの平均円形度Ｃは、フロー式粒子像測定装置「ＦＰＩＡ−２１００型」（シスメックス社製）を用いて測定を行い、下式を用いて算出する。

円相当径＝（粒子投影面積／π）^１／２×２
円形度＝（粒子投影面積と同じ面積の円の周囲長）／（粒子投影像の周囲長）
ここで、「粒子投影面積」とは二値化されたトナー粒子像の面積であり、「粒子投影像の周囲長」とはこのトナー粒子像のエッジ点を結んで得られる輪郭線の長さと定義する。

測定は、５１２×５１２の画像処理解像度（０．３μｍ×０．３μｍの画素）で画像処理したときの粒子像の周囲長を用いる。

本発明における円形度はトナー粒子の凹凸の度合いを示す指標であり、トナー粒子が完全な球形の場合に１．０００を示し、表面形状が複雑になる程、円形度は小さな値となる。

また、円形度頻度分布の平均値を意味する平均円形度Ｃは、粒度分布の分割点ｉでの円形度（中心値）をｃｉ、測定粒子数をｍとすると、図２に示す式から算出される。

なお、本発明で用いている測定装置である「ＦＰＩＡ−２１００」は、各粒子の円形度を算出後、平均円形度及び円形度標準偏差の算出に当たって、得られた円形度によって、粒子を円形度０．４〜１．０を０．０１ごとに等分割したクラスに分ける。その分割点の中心値と測定粒子数を用いて平均円形度の算出を行う。

具体的な測定方法としては、容器中に予め不純固形物などを除去したイオン交換水１０ｍｌを用意し、その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ホン酸塩を加えた後、さらに測定試料を０．０２ｇ加え、均一に分散させる。分散させる手段としては、超音波分散機「Ｔｅｔｏｒａ１５０型」（日科機バイオス社製）を用い、２分間分散処理を行い、測定用の分散液とする。その際、この分散液の温度が４０℃以上とならないように適宜冷却する。また、円形度のバラツキを抑えるため、フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２１００の機内温度が２６〜２７℃になるよう装置の設置環境を２３℃±０．５℃にコントロールする。そして、一定時間おきに、好ましくは２時間おきに２μｍラテックス粒子を用いて自動焦点調整を行う。

トナー粒子の円形度測定には、上述のフロー式粒子像測定装置を用い、測定時のトナー粒子濃度が３０００〜１万個／μｌとなるようにこの分散液の濃度を再調整し、トナー粒子を１０００個以上計測する。計測後、このデータを用いて、円相当径２μｍ未満のデータをカットして、トナー粒子の平均円形度を求める。

また、トナーの帯電性を制御する目的でトナー材料中に荷電制御剤を添加しておくことが望ましい。これら荷電制御剤としては、公知のもののうち、重合阻害性、水相移行性のほとんど無いものが用いられる。例えば正荷電制御剤としてニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、四級アンモニウム塩、アミン系及びポリアミン系化合物等が挙げられる。また、負荷電制御剤としては、含金属サリチル酸系化合物、含金属モノアゾ系染料化合物、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体等が挙げられる。

着色剤としては公知のものが使用でき、例えば、カーボンブラック、鉄黒の他、Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド１、Ｃ．Ｉ．ダイレクトレッド４、Ｃ．Ｉ．アシッドレッド１、Ｃ．Ｉ．ベーシックレッド１、Ｃ．Ｉ．モーダントレッド３０等の染料がある。また、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー１、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー２、Ｃ．Ｉ．アシッドブルー９、Ｃ．Ｉ．アシッドブルー１５、Ｃ．Ｉ．ベーシックブルー３、Ｃ．Ｉ．ベーシックブルー５、Ｃ．Ｉ．モーダントブルー７等の染料がある。また、Ｃ．Ｉ．ダイレクトグリーン６、Ｃ．Ｉ．ベーシックグリーン４、Ｃ．Ｉ．ベーシックグリーン６等の染料がある。さらに、、黄鉛、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ネーブルイエロー、ナフトールイエローＳ、ハンザイエローＧ、パーマネントイエローＮＣＧ等の顔料がある。また、タートラジンレーキ、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジＧＴＲ、ベンジジンオレンジＧ、カドミウムレッド、パーマネントレッド４Ｒ、ウォッチングレッドカルシウム塩、ブリリアントカーミン３Ｂ、ファストバイオレットＢ等の顔料がある。また、メチルバイオレットレーキ、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、キナクリドン等の顔料がある。また、ローダミンレーキ、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ピグメントグリーンＢ、マラカイトグリーンレーキ、ファイナルイエローグリーンＧ等の顔料がある。

重合法を用いてトナーを得る場合、着色剤の持つ重合阻害性や水相移行性に注意を払う必要があり、好ましくは、表面改質、例えば、重合阻害のない物質による疎水化処理を施しておいた方がよい。特に、染料系やカーボンブラックは、重合阻害性を有しているものが多いので使用の際に注意を要する。染料系を表面処理する好ましい方法としては、予めこれら染料の存在下に重合性単量体を重合せしめる方法が挙げられ、得られた着色重合体を単量体系に添加する。また、カーボンブラックについては、上述の染料と同様の処理の他、カーボンブラックの表面官能基と反応する物質、例えば、ポリオルガノシロキサン等でグラフト処理を行ってもよい。

〔クリーニング部材〕
本実施の形態にて用いるクリーニングブレード１４についてさらに説明する。本実施の形態において、クリーニングブレード１４は図２に示すような形状を有する。

クリーニングブレード１４は、本実施の形態では、弾性材料であるウレタンゴムを、厚さ１．６ｍｍの板状に形成した弾性板を用いた。弾性板は、感光ドラム１の軸方向（母線方向）に沿って長く形成されている。本実施の形態ではクリーニングブレード１４のウォーレス硬度（後述）は約７０°であり、感光ドラム１に対して設定角θ＝３０°、侵入量λ＝１．２ｍｍで当接している。静止状態でのニップ幅（クリーニングニップ幅：感光ドラム１とクリーニングブレード１４との感光ドラム周方向の当接部の幅）は約１００μｍである。弾性板は、長手方向に直交する方向の一方の端部が保持部材であるホルダ１４ａで支持され、反対側の自由端が、感光ドラム１の回転方向上流側に向けて感光ドラム１に当接されている。いわゆるカウンタ方向に当接されている。

ここで、ウォーレス硬度とは、測定装置として、ウォーレス社製のウォーレス硬度計（型式：Ｈ１２）を用いて、ＩＲＨＤ硬さ試験法Ｍ法（マイクロ法）で測定したものである。測定条件は、温度２５℃、相対湿度５０％ＲＨである。本発明のクリーニングブレードの硬度は約６５°から８０°（ＩＲＨＤウォーレス硬度）の範囲である。

なお、クリーニングブレード１４は、感光ドラム１表面から転写残トナーを良好に除去して感光ドラム１表面をクリーニングできるものであれば、特に、その形状は問わない。

〔トナー帯供給モード〕
本実施の形態において用いたトナー帯供給モードについて説明する。

画像形成装置１００は、画像形成動作時にイメージ数を積算するイメージ数カウンタ（不図示）を有している。本実施の形態では、例えば１つの色成分のトナー像を形成するごとに１カウントずつ積算していき、任意に設定した所定のイメージ数になると、トナー帯を供給するための信号が送られる（トナー帯供給モードが実行される）。４色フルカラーの画像を形成した場合には、イメージ数は４カウントが積算される。本実施の形態ではトナー帯を供給するまでのカウンタを５０に設定している。

トナー帯は、本実施の形態では、非画像形成時にブラックの現像器４Ｋによって感光ドラム１表面の所定の領域のみに形成する。非画像形成時に形成する。具体的には、非画像形成時に、帯電ローラ２に印加する一次帯電バイアスを約−１０Ｖとし、現像器４Ｋに印加する現像バイアスを約−１５０Ｖとする。これにより、感光ドラム１表面には、感光ドラム１表面の母線に沿って、周方向幅約６０ｍｍ、母線方向長さ約３１０ｍｍの帯状のトナー帯がアナログ現像される。このトナー帯のトナーのり量は約０．２ｍｇ／ｃｍ^２となる。その後、一次転写ローラ６に印加する一次転写バイアスをフロートにすることで一次転写残量約９０％のトナーがクリーニング装置のクリーニングブレード１４に供給される。トナー帯が供給されると、上述のイメージ数カウンタはリセットされる。

〔吐き出し動作〕
本実施の形態の画像形成装置において、クリーニング装置のクリーニングブレード１４にトナー帯が供給されると、クリーニングブレード１４のニップからトナーのすり抜けが徐々に発生する。すり抜けたトナーを担持した感光ドラム１表面のうち帯電ローラ２上流側での表面電位Ｖｄが約−３００Ｖである。このとき帯電ローラの電位Ｖｃは約−６００Ｖである。このため、すり抜けたトナーのうち正極性に帯電しているトナーは、帯電ローラ２表面に付着する。この帯電ローラ２に付着したトナーは、吐き出し動作によって感光ドラム１上に吐き出すようにしている。

図５は、上述の画像形成装置１００における画像形成動作及び吐き出し動作の動作タイミングを示すタイムチャートであり、図６は、同じくフローチャートである。

まず図６のフローチャートを参照して、吐き出し動作の流れを説明する。

上述構成の画像形成装置１００において、ユーザによって画像形成信号（画像形成ジョブ信号）が入力（プリント命令）された場合（図６のステップＳ１。以下単に「Ｓ１」のように記す。）に、制御手段は、速度切換モードである低速モードが選択されたか否かを判断する（Ｓ２）。ここで、画像形成の指示や低速モードの選択は、画像形成装置本体（不図示）に設けたれた操作パネル（不図示）を使用してユーザが行うものとする。低速モードが選択されない場合（Ｓ２のＮｏ）は、通常の画像形成動作（高速モードでの画像形成動作）を行う（Ｓ３）。上述のＳ２において、低速モードが選択された場合（Ｓ２のＹｅｓ）は、画像形成装置の動作履歴であるトナー帯の実行履歴があるか否かを判断する（Ｓ４）。すなわち、トナー帯が実行されてから所定の画像形成回数、が経過しているかどうかの判断を行うものである。具体的には、本実施の形態ではトナーのすり抜け量が多い５０回としている。実行履歴がない場合（Ｓ４のＮｏ）には、画像形成動作に移る。なお、このＳ５における画像形成動作は、前述の一次転写までの画像形成動作であり、高速モードと同じプロセススピードで行われる。一次転写終了後、前述のように低速モードに移行し（Ｓ７）、残りの画像形成動作、つまり二次転写、定着等を行う。上述のＳ４において、トナー帯の実行履歴がある場合（Ｓ４のＹｅｓ）には、トナーの吐き出しモードを実施する（Ｓ６）。ここで、低速モードが、トナー帯実行後の所定画像形成動作回数以内に選択された場合には、吐き出しモードを実行し、所定画像形成動作回数経過後に選択されている場合には、吐き出しモードを実行しないようにした。前者の場合は、トナー帯実行後の画像形成動作回数が少ないので、クリーニングブレード１４に比較的多くのトナーが溜まっていて、この状態で低速モードが実行されると、クリーニングブレード１４をすり抜けるトナーが多くなる。このため、帯電ローラ２に付着するトナーも多くなるので、その前にトナーの吐き出しモードを実行するのである。逆に、後者の場合は、トナー帯実行後の画像形成動作回数が多いので、クリーニングブレード１４に溜まっているトナーが少なく、この状態で低速モードが実行されてもクリーニングブレード１４をすり抜けるトナーは少ない。したがって、帯電ローラ２に付着するトナーも少ないので、特にトナーの吐き出しモードを実行する必要がない。

吐き出しモードＳ６を実施した後、上述の画像形成動作Ｓ５、低速モードＳ７に移行する。

低速モードが選択された場合も、されなかった場合も、画像形成後、Ｓ８において、トナー帯を実行するか否かを判断する（Ｓ８）。実行しない場合（Ｓ８のＮｏ）には、次の画像形成の指示の有無を判断し（Ｓ９）、ない場合（Ｓ９のＮｏ）には、駆動を停止して（Ｓ１１）、スタンバイ状態の入る。一方、ある場合（Ｓ９のＹｅｓ）には、前述のＳ１に戻る。Ｓ８において、トナー帯現像実行がある場合（Ｓ８のＹｅｓ）には、クリーニングブレード（クリーナ）１４にトナー帯を供給してＳ９に移る。

次に、図５のタイミングチャートを参照して、トナー帯供給、吐き出しモード、画像形成動作、低速モードについて、各電位関係、及びその印加タイミングについて説明する。なお、動図中のＶｄは、一次帯電上流側の感光ドラム表面電位を示す。またＶｃは一次帯電電位（直流成分電圧）、Ｖｄｃは現像電位を示す。またＶｔは一次転写電位を示す。また、同図中の左から右に時間が流れる。ＶｃのＯＦＦ時にはＡＣ電圧を印加しても感光ドラム上に電位がのらないため問題ない。

トナー帯を供給する際、感光ドラム１は、通常のプロセススピードである１３８ｍｍ／ｓｅｃである。Ｖｄは−３００Ｖから−１０Ｖに、Ｖｃは−６００Ｖから−１０Ｖに、Ｖｄｃは０Ｖから−１５０Ｖに変更される。Ｖｔは０Ｖのままである。これにより感光ドラム１上のトナー帯が形成される。トナー帯が形成された後は、Ｖｄ，Ｖｃ，Ｖｄｃ，Ｖｔのいずれも０Ｖに設定され、Ｖｃはその後、−６００Ｖに設定される。

プリント命令を受けて、吐き出しモードを実行する際には、以下のタイミングとなる。すなわち、吐出しモードに入る前に予め帯電させる領域をもうけておく。すなわち、Ｖｃを−６００Ｖから−１５０Ｖに切換え、所定期間−１５０Ｖで帯電した後に、ＶｃをＯＦＦにする。その結果、ドラム電位は、−１５０Ｖくらいの電位が残るため、この電位と帯電電位とのコントラストにより帯電ローラに付着したトナーを吐き出すことができる。

画像形成動作においては、Ｖｄは−１５０Ｖから−６００Ｖに、ＶｃはＯＦＦから−６００Ｖに、Ｖｄｃは、これらよりも少し遅れて０Ｖから−３５０Ｖに、そしてＶｔはこれよりもさらに少し遅れて０Ｖから＋７００Ｖに設定される。これにより、画像形成動作全体のうちの、一次転写までが終了する。なお、画像形成中のドラム電位は露光がＯＮになるため、画像により一定ではないが、本実施の形態では−３００Ｖとして一例を示している。

低速モードにおいては、感光ドラム１のプロセススピードが１３８ｍｍ／ｓｅｃから６９ｍｍ／ｓｅｃに落とされる。低速モードに入って、プロセススピードが切換わる前に、ＶｃをＯＦＦ、Ｖｄを０Ｖに切換えておく。その結果、中間転写体上のトナー像が形成されているときに、ＶｃをＯＦＦにしても帯電ローラに付着したトナーが感光ドラムに転移することはない。

上述のトナー帯の供給、トナーの吐き出しモードについてさらに説明する。

上述のトナー帯がクリーニングブレード１４に供給されたことは、上述の制御手段によって検知される。制御手段は、これを検知すると、次の画像形成動作を一旦中止し、帯電ローラ２により感光ドラム１を約２周分バイアスを印加して表面電位約−１５０Ｖにする。帯電ローラ２のバイアスをオフすることで帯電ローラ２の電位は０Ｖとなる。この状態で空回転を行うことで、図４に示したように、帯電ローラ２に付着しているトナーは感光ドラム１の表面へ移動する。空回転は少なくとも帯電ローラ２の１周分以上行う必要があり、さらに時間が長い方が帯電ローラ２から吐き出されるトナー量は増加し、帯電ローラ２表面に付着したトナーは減少する。しかし、長時間行うことで次の画像形成動作に入るまでの時間が延びるので、本実施の形態では感光ドラム１の６周分の空回転を行った。帯電ローラ２から感光ドラム１に吐き出されたトナーは、感光ドラム１のクリーニングブレード１４又は中間転写ベルト５のベルトクリーニング装置１８によって回収される。

吐き出し動作時の現像装置４は、単色の画像形成装置や、複数の画像形成部を有するタンデム型のフルカラー画像形成装置においては、現像バイアスを印加することで現像装置内に回収されて再利用される。これに対して、図１に示すような１ドラム型のカラーの画像形成装置においては、混色のおそれがあるため現像装置は、吐き出し動作時には感光ドラム１表面から離間させることが望ましい。

〔本発明の効果確認〕
図８に、本実施の形態の画像形成装置によって、坪量が１６５ｇ／ｃｍ^２の厚紙を連続１０００枚画像形成した場合の画像汚れを確認した結果を示す。

同図中の条件１は、吐き出し動作時の感光ドラムの電位が−１５０Ｖ、帯電ローラの一次帯電電位が０Ｖ（オフ）で、１０秒間空回転を行った結果である。この間にトナー帯が５０枚ごとに２０回現像され、そのたびに吐き出し動作が行われたが、トナー帯供給の次の画像上に付着トナーによる画像汚れは検出されなかった。一方、条件２では吐き出し動作を任意にオフした状態で同様の連続画像形成を行ったところ、トナー帯供給後の画像において細いスジ状の画像汚れが検出された。条件３では、条件１の吐き出し動作の空回転時間を２秒と短くしたところ、ほとんど見えないレベルではあるが画像汚れが発生した。条件４では、条件１の吐き出し動作の空回転時間を３０秒と長くしたところ、画像汚れ及びその他の弊害も発生しなかった。最後に条件５において、感光ドラムの電位を０Ｖと一次帯電電位と同等にしたところ、画像汚れが発生した。以上の結果から、本発明の効果を確認することができる。

なお本実施の形態では、帯電ローラ２からのトナーの吐き出しによる画像汚れが最も顕著に現れる低速モード、つまり良好な定着性を確保するためのモードについて説明した。しかしこれに限らず、通常の画像形成動作においても帯電ローラ２から感光ドラム１へトナーが付着するような電位の関係になった場合、画像汚れの問題が起こる可能性があるため、事前に同様の吐き出しモードを追加するのが望ましい。

本実施の形態では、吐き出しモードをトナー帯が現像された場合について説明したが、例えばジャム時や高濃度画像などはクリーニング装置のクリーニングブレード１４に大量の転写残トナーが送られることになる。即ち、ジャムが発生すると、未転写トナーがクリーニングブレードに送られるため、すり抜けるトナーが多くなり、帯電部材が汚れやすい。そのため、画像形成装置の動作履歴としてジャムが発生してから、予め設定した画像形成回数に達していない場合に、低速モードが選択されたときには、トナー吐き出しを行う構成にしてもいい。

また、帯電ローラのトナー吐出しは、低速モードの前以外にも画像形成装置が画像形成可能状態に移行するまでの準備段階等の非画像形成時に別に行っているものであってもいい。その際には、前回の吐出し実行時から画像形成された枚数やビデオカウントといった画像形成情報をカウントしてき、所定値に達しているときに低速モードが選択されたときには、吐出しモードを実行する構成であってもいい。

本実施の形態では、１ドラム方式の画像形成装置であった。それ以外にも、複数のドラムから中間転写体にトナー像が転写されるタンデム方式の画像形成装置であって、中間転写体上にトナー像が担持されたときに速度が切換わる構成に本発明を用いても問題ない。

本発明では、低速モード時に帯電部材へのバイアスをＯＦＦにしたが、必ずしもＯＦＦにする必要はなく、像担持体を帯電しなければ問題ない。

以上のように、本発明により、中間転写体上にトナー像を形成した後に速度を切換た後に帯電部材による帯電をＯＦＦにしても、帯電部材に付着したトナーによる中間転写体上の画像への影響を小さくすることができる。

画像形成装置の概略構成を模式的に示す図である。 感光ドラムに対するクリーニングブレードの侵入量λ、設定角θ、を説明する図である。 トナーが感光ドラムから帯電ローラへ移動するようすを説明する図である。 トナーが帯電ローラから感光ドラムへ吐き出されるようすを説明する図である。 画像形成全体の動作タイミングを示すタイムチャートである。 吐き出し動作の流れを示すフローチャートである。 平均円形度Ｃ算出するための数式を示す図である。 感光ドラム電位や吐き出し動作時間を変化させて、坪量が１６５ｇ／ｃｍ^２の厚紙を連続１０００枚画像形成した場合の画像汚れの発生状態を示す図である。

符号の説明

１ 感光ドラム（像担持体）
２ 帯電ローラ（接触帯電部材）
３ 露光装置（潜像形成手段）
４ 現像装置（現像手段）
５ 中間転写ベルト（被転写体）
１４ クリーニングブレード（クリーニング部材）
２４ 記録材

Claims (6)

1. 回転可能な像担持体と、前記像担持体と接触して前記像担持体を帯電する帯電部材と、前記像担持体にトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記像担持体から転写されたトナー像を担持する中間転写体と、転写後に前記像担持体上に残留したトナーをクリーニングするクリーニング部材と、前記中間転写体上から記録材に転写されたトナー像を定着する定着手段と、搬送される記録材の速度を高速モードと低速モードとに切換え可能な速度切換手段と、記録材の搬送速度が切換えられたとき、前記像担持体上のトナー像が前記中間転写体上に形成された後に前記中間転写体の回転速度を変更する中間転写体速度切換手段と、を有し、前記中間転写体へのトナー像の転写後かつ前記中間転写体がトナー像を担持している期間中に前記帯電部材による帯電がオフする画像形成装置において、
   前記中間転写体の速度の前記高速モードから前記低速モードへの切換えが行われる記録材に対する画像形成信号が入力されたときには、その画像形成開始前に前記帯電部材に付着したトナーを前記像担持体に吐き出すクリーニング処理の実行が可能である、
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記トナー像形成手段によりトナー帯を形成し、前記トナー帯を前記クリーニング部材に供給するトナー帯供給モードを実行可能で、
   前記クリーニング処理は、前記中間転写体の速度の前記高速モードから前記低速モードへの切換えが行われる記録材に対する画像形成信号が入力されたときに、前記トナー帯供給モードを実行してから所定の画像形成回数以内である場合に実行される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. トナーが重合によって形成された重合トナーであり、トナー粒子の絶対最大長をＭＸＬＮＧ、トナー粒子の投影面積をＡＲＥＡとしたときに、次式、
   ＳＦ１＝｛（ＭＸＬＮＧ） ^２ ／ＡＲＥＡ｝×（π／４）×１００
   で定義される形状係数ＳＦ１の値が１００以上１２０以下である、
   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。
4. 前記トナー粒子の円形度を、次式、
   円形度＝（トナー粒子の投影面積と同じ面積を有する円の周囲長）／（トナー粒子投影像の周囲長）
   で定義したときに、
   トナー粒子の平均円形度が０．９７以上１．００以下である、
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像形成装置。
5. 前記帯電部材に付着したトナーを前記像担持体に吐き出すクリーニング処理を、前記像担持体の表面電位の絶対値が、前記帯電部材に印加される直流電圧の絶対値よりも大きい状態で行う、
   ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の画像形成装置。
6. 前記クリーニング部材が、前記像担持体の回転方向に対してカウント方向に当接されたクリーニングブレードである、
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の画像形成装置。

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