JP2024083784A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非磁性一成分現像方式を用いる構成において、トナーが摩擦帯電したときの逆帯電トナーの発生を抑制し、画像かぶりを抑制可能な画像形成装置を提供する。【解決手段】画像形成装置は、像担持体と、帯電装置と、露光装置と、現像装置と、を備える。現像装置は、非磁性一成分現像剤を収容する現像容器と、外周面にトナー層が形成される現像剤担持体と、現像剤担持体に形成されるトナー層の層厚を規制する規制ブレードと、を有する。画像形成装置は、像担持体と摩擦帯電させて帯電量［μＣ／ｇ］を測定したときの帯電極性が、正規の帯電極性とは逆極性となるようなトナーを用いる。現像剤担持体の周速をＳｄ［ｍｍ／ｓｅｃ］、像担持体の周速をＳｐ［ｍｍ／ｓｅｃ］とするとき、１．１≦Ｓｄ／Ｓｐ≦１．４を満たし、トナーには、数平均粒子径０．０５～０．８μｍの帯電性を有する樹脂製のスペーサー粒子が外添されている。【選択図】図２

Description

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置に関し、特に、非磁性一成分現像方式の現像装置を備えた画像形成装置に関する。

電子写真方式を利用した複写機、プリンター、ファクシミリ、それらの複合機などの画像形成装置において使用される現像装置は、現像剤にトナーとキャリアとを使用した二成分現像方式、キャリアを使用せずにトナーのみを使用した一成分現像方式のものが知られている。

非磁性トナーを用いる非磁性一成分現像方式の現像装置では、現像剤規制部材としての規制ブレードが現像剤担持体である現像ローラーの表面に接触するように配置されている。そしてトナーが現像ローラーの表面に設けられた微細な凹凸によって搬送され、余分なトナーは規制ブレードですり切られることでトナー薄層が形成される。また、規制ブレードの下をトナーが通過する際にトナーが規制ブレードおよび現像ローラーの表面と摩擦して帯電する。そして、感光体と現像ローラーを接触回転させ、現像ローラーの表面のトナーは電界により感光体に現像される。

上述したような非磁性一成分現像方式においては、トナーが摩擦帯電する際に、正規の帯電極性とは逆極性に帯電することがある。その結果、逆帯電トナーが発生し、画像の白地部にトナーが付着する、いわゆる画像かぶりが発生するという問題点があった。

非磁性一成分現像方式において画像かぶりを抑制する方法として、例えば特許文献１には、非磁性一成分トナーとして、第１回目のトナー薄層化で付与された帯電量Ｑ１が飽和時の帯電量Ｑ２の６５～９５％（好ましくは７５～９５％）で、かつ帯電量Ｑ１の絶対値が３μＣ／ｇ～２０μＣ／ｇ（好ましくは４μＣ／ｇ～１５μＣ／ｇ）である非磁性一成分トナーを用いるとともに、トナー層担持体の表面速度を１６０ｍｍ／ｓｅｃ以上に設定するか、あるいは非磁性一成分トナーの体積平均粒径を０．１～８．５μｍであるトナーを選択する画像形成方法が開示されている。

特開平９－２１１９８６号公報

特許文献１の画像形成方法は、接触現像であるか非接触現像であるかを限定していないが、感光体とトナーが摩擦帯電したときに正規の帯電極性とは逆帯電をしてしまう接触現像方式の画像形成装置においては、特許文献１の方法を用いたとしても逆帯電トナーの発生および画像かぶりを抑制できないという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑み、非磁性一成分現像方式を用いる構成において、トナーが摩擦帯電したときの逆帯電トナーの発生を抑制し、画像かぶりを抑制可能な画像形成装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の第１の構成は、像担持体と、帯電装置と、露光装置と、現像装置と、を備える。像担持体は、表面に感光層が形成される。帯電装置は、像担持体を所定の表面電位に帯電させる。露光装置は、帯電装置により帯電された像担持体の表面を露光して帯電を減衰させた静電潜像を形成する。現像装置は、トナーのみからなる非磁性一成分現像剤を収容する現像容器と、像担持体に所定の押圧力で圧接され、外周面にトナーを担持することによりトナー層が形成される現像剤担持体と、現像剤担持体の外周面に接触して現像剤担持体の外周面に形成されるトナー層の層厚を規制する規制ブレードと、を有し、静電潜像が形成された像担持体にトナーを供給する。画像形成装置は、像担持体と摩擦帯電させて帯電量［μＣ／ｇ］を測定したときの帯電極性が、正規の帯電極性とは逆極性となるようなトナーを用いる。現像剤担持体の周速をＳｄ［ｍｍ／ｓｅｃ］、像担持体の周速をＳｐ［ｍｍ／ｓｅｃ］とするとき、１．１≦Ｓｄ／Ｓｐ≦１．４を満たし、トナーには、数平均粒子径０．０５～０．８μｍの帯電性を有する樹脂製のスペーサー粒子が外添されている。

本発明の第１の構成によれば、像担持体に対する現像剤担持体の周速比Ｓｄ／Ｓｐを１．１以上１．４以下とし、トナーに数平均粒子径０．０５～０．８μｍの帯電性を有する樹脂製のスペーサー粒子を外添することにより、像担持体とトナーとの摩擦帯電が適正化される。その結果、逆帯電トナーの発生、およびそれに伴う画像かぶりの発生を効果的に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の概略構成を示す側面断面図 本実施形態の画像形成装置１の画像形成部３０の概略構成を示す側面断面図 感光体ドラム３１と現像部３３の現像ローラー３３１との接触部周辺を上方から見た平面図 現像部３３における現像ローラー３３１と規制ブレード３３４との接触部分周辺の断面拡大図 現像ローラー３３１と供給ローラー３３２の当接部分の断面拡大図 本実施形態の画像形成装置１に用いられる制御経路の一例を示すブロック図 現像ローラー３３１の表面自由エネルギーを変化させたときの現像ローラー３３１に印加する現像電圧と画像濃度との関係を示すグラフ

（１．画像形成装置１の全体構成）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る画像形成装置１の概略構成を示す側面断面図である。なお、図１において右側を画像形成装置１の前側、左側を後側とする。

画像形成装置１（ここではモノクロプリンター）は、略直方体形状の筐体構造を有する本体ハウジング１０、本体ハウジング１０内に収容される給紙部２０、画像形成部３０および定着部４０を含む。本体ハウジング１０の前面側には前カバー１１が、後面側には後カバー１２が各々備えられている。また、本体ハウジング１０の上面には、画像形成後のシートが排出される排紙部１３が備えられている。画像形成部３０の各ユニットは、排紙部１３を持ち上げて上部を開放することで、本体ハウジング１０の上面側から出し入れ可能となる。尚、以下の説明において、「シート」との用語は、コピー用紙、コート紙、ＯＨＰシート、厚紙、葉書、トレーシングペーパーや画像形成処理を受ける他のシート材料を意味する。

給紙部２０は、画像形成処理が施されるシートを収容する給紙カセット２１を含む。給紙カセット２１は、その一部が本体ハウジング１０の前面から更に前方に突出している。給紙カセット２１のうち、本体ハウジング１０内に収容されている部分の上面は、給紙カセット天板２１Ｕによって覆われている。給紙カセット２１には、シートの束が収容される用紙収容空間、シートの束を給紙のためにリフトアップするリフト板等が備えられている。給紙カセット２１の後端側の上部には用紙繰出部２１Ａが設けられている。この用紙繰出部２１Ａには、給紙カセット２１内のシート束の最上層のシートを１枚ずつ繰り出すための給紙ローラー２１Ｂが配置されている。

画像形成部３０は、給紙部２０から送り出されるシートにトナー像（現像剤像）を形成する画像形成動作を行う。画像形成部３０は、感光体ドラム３１と、感光体ドラム３１の周囲に配置された、帯電部３２、露光部３５、現像部３３および転写ローラー３４を含む。

感光体ドラム３１（像担持体）は、回転軸と、回転軸周りに回転する外周面（ドラム本体）と、を備える。感光体ドラム３１の外周面には、例えば公知の有機（ＯＰＣ）感光体で構成され、外周面に電荷発生層、電荷輸送層等で構成される感光層が形成される。感光層は、後述する帯電部３２により均一に帯電された後、露光部３５により光照射されて帯電を減衰させた静電潜像が形成され、現像部３３により静電潜像を顕在化したトナー像が担持される。

帯電部３２（帯電装置）は、感光体ドラム３１の外周面に対して所定の間隔を置いて配置され、感光体ドラム３１の外周面を非接触の状態で均一に帯電させる。具体的には、帯電部３２は、チャージワイヤー３２１およびグリッド電極３２２（いずれも図２参照）を有する。チャージワイヤー３２１は、感光体ドラム３１の回転軸方向に延びる線状の電極であり、感光体ドラム３１との間でコロナ放電を発生させる。グリッド電極３２２は、感光体ドラム３１の回転軸方向に延びる格子状の電極であり、チャージワイヤー３２１と感光体ドラム３１との間に配設される。帯電部３２は、チャージワイヤー３２１に所定の電流値の電流を流すことでコロナ放電を発生させ、且つ、グリッド電極３２２に所定電圧を印加することで、グリッド電極３２２に対向する感光体ドラム３１の外周面を、所定の表面電位に均一に帯電させる。

露光部３５（露光装置）は、レーザー光源とミラーやレンズ等の光学系機器とを有し、感光体ドラム３１の外周面に、パーソナルコンピューター等の外部装置から与えられる画像データに基づき変調された光を照射する。これにより、露光部３５は、感光体ドラム３１の外周面に、画像データに基づく画像に対応する静電潜像を形成する。

現像部３３（現像装置）は、本体ハウジング１０に着脱可能であり、感光体ドラム３１の外周面に非磁性一成分のトナー（現像剤）を供給することにより、感光体ドラム３１の外周面に形成された静電潜像を現像する。静電潜像を現像するとは、静電潜像を顕在化したトナー像（現像剤像）を形成することを示す。現像部３３の詳細な構成については後述する。

転写ローラー３４は、感光体ドラム３１の外周面に形成されたトナー像をシート上に転写させるためのローラーである。具体的には、転写ローラー３４は、軸周りに回転し、感光体ドラム３１の回転方向における現像ローラー３３１よりも下流側の位置で、感光体ドラム３１の外周面と対向する外周面を有する。転写ローラー３４は、感光体ドラム３１の外周面との間のニップ部を通過するシートに、感光体ドラム３１の外周面に担持されているトナー像を転写する。当該転写の際、転写ローラー３４にはトナーと逆極性の転写電圧が印加される。

定着部４０は、シートに転写されたトナー像を、シート上に定着させる定着処理を行う。定着部４０は、定着ローラー４１と加圧ローラー４２とを有する。定着ローラー４１は、加熱源を内部に備え、シートに転写されたトナーを所定温度で加熱する。加圧ローラー４２は、定着ローラー４１に対して圧接され、定着ローラー４１との間に定着ニップ部を形成する。トナー像が転写されたシートが定着ニップ部に通紙されると、トナー像は、定着ローラー４１による加熱、および加圧ローラー４２による加圧によりシート上に定着される。

本体ハウジング１０内には、シートを搬送するための主搬送路２２Ｆおよび反転搬送路２２Ｂが備えられている。主搬送路２２Ｆは、給紙部２０の用紙繰出部２１Ａから画像形成部３０および定着部４０を経由して、本体ハウジング１０上面の排紙部１３に対向して設けられている排紙口１４まで延びている。反転搬送路２２Ｂは、シートに対して両面印刷を行う場合に、片面印刷されたシートを主搬送路２２Ｆにおける画像形成部３０の上流側に戻すための搬送路である。

主搬送路２２Ｆは、感光体ドラム３１および転写ローラー３４によって形成される転写ニップ部を、下方から上方に向かって通過するように延設される。また、主搬送路２２Ｆの、転写ニップ部よりも上流側には、レジストローラー対２３が配置されている。シートは、レジストローラー対２３にて一旦停止され、スキュー矯正が行われた後、画像転写のための所定のタイミングで転写ニップ部に送り出される。主搬送路２２Ｆおよび反転搬送路２２Ｂの適所には、シートを搬送するための搬送ローラーが複数配置されている。排紙口１４の近傍には排紙ローラー対２４が配置されている。

反転搬送路２２Ｂは、反転ユニット２５の外側面と、本体ハウジング１０の後カバー１２の内面との間に形成されている。尚、反転ユニット２５の内側面には、転写ローラー３４およびレジストローラー対２３の一方のローラーが搭載されている。後カバー１２および反転ユニット２５は、それらの下端に設けられた支点部１２１の軸回りに各々回動可能である。反転搬送路２２Ｂにおいてジャム（紙詰まり）が発生した場合、後カバー１２が開放される。主搬送路２２Ｆでジャムが発生した場合、或いは感光体ドラム３１のユニットや現像部３３が外部に取り出される場合には、後カバー１２に加えて反転ユニット２５も開放される。

（２．画像形成部３０の構成）
図２は、本実施形態の画像形成装置１における画像形成部３０の断面図である。図３は、感光体ドラム３１と現像部３３の現像ローラー３３１との接触部周辺を上方から見た平面図である。図４は、現像部３３における現像ローラー３３１と規制ブレード３３４との接触部分周辺の断面拡大図である。図５は、現像ローラー３３１と供給ローラー３３２の当接部分の断面拡大図である。

図２および図３に示すように、現像部３３は、現像ハウジング３３０（現像容器）と、現像ローラー３３１（現像剤担持体）と、供給ローラー３３２と、攪拌パドル３３３と、規制ブレード３３４と、を備える。

現像ハウジング３３０は、内部にトナーのみからなる非磁性一成分現像剤を収容すると共に、現像ローラー３３１、供給ローラー３３２、規制ブレード３３４等を収容する。現像ハウジング３３０は、攪拌された状態の現像剤（トナー）を収容する攪拌室３３５を備える。攪拌室３３５には攪拌パドル３３３が配置される。攪拌パドル３３３は、攪拌室３３５内のトナーを攪拌する。

現像ローラー３３１は、回転軸３３１ａと、ローラー部３３１ｂを備える。回転軸３３１ａは、現像ハウジング３３０の軸受部（不図示）に回転可能に支持される。ローラー部３３１ｂは、回転軸３３１ａの外周面に積層される円筒状の部材であり、基材ゴム（例えばシリコーンゴム）の表面にウレタン等の凹凸のあるコーティング材によってコート層を積層した構成である。ローラー部３３１ｂは、回転軸３３１ａの回転に伴って回転軸３３１ａと一体的に回転する。ローラー部３３１ｂの表面には、所定厚さのトナー層（現像剤層）が形成される。トナー層は、後述する規制ブレード３３４により層厚が規制（所定厚さに均一に調整）される。トナー層は、規制ブレード３３４とローラー部３３１ｂとの当接（摩擦）により生じる静電気により帯電する。

現像ローラー３３１は、感光体ドラム３１と対向する位置において、感光体ドラム３１の回転方向（図２の時計回り方向）における上流側から下流側に向かう方向（図２の反時計回り方向）に回転する。つまり、現像ローラー３３１は、感光体ドラム３１と対向する位置では、感光体ドラム３１と同方向に回転する。

供給ローラー３３２は、現像ローラー３３１に対向して配置される。供給ローラー３３２は、攪拌室３３５に収容された現像剤を外周面に保持する。また、供給ローラー３３２は、外周面に保持した現像剤を現像ローラー３３１に供給する。

供給ローラー３３２は、現像ローラー３３１と対向する位置において、現像ローラー３３１の回転方向（図２の反時計回り方向）における下流側から上流側に向かう方向（図２の反時計回り方向）に回転する。つまり、供給ローラー３３２は、現像ローラー３３１と対向する位置では、現像ローラー３３１と逆方向に回転する。供給ローラー３３２から現像ローラー３３１にトナーを移動させるために、供給ローラー３３２に所定の供給電圧（直流電圧）が印加される。

現像ローラー３３１は、供給ローラー３３２から現像剤の供給を受けると共に、外周面にトナー層を保持する。そして、現像ローラー３３１は、感光体ドラム３１に現像剤を供給する。現像ローラー３３１および供給ローラー３３２の軸方向（図２の紙面と直交する方向）の長さは、感光体ドラム３１の軸方向長さと略同一である。現像ローラー３３１から感光体ドラム３１にトナーを移動させるために、現像ローラー３３１に所定の現像電圧（直流電圧）が印加される。

画像形成部３０には、現像ハウジング３３０を挟んで感光体ドラム３１と反対側（図２の右下側、図３の下側）に、押圧部材３６１と押圧バネ３６２から成る押圧機構３６が配置されている。押圧機構３６は、現像ハウジング３３０の長手方向の２箇所（感光体ドラム３１の軸方向中央からそれぞれ８５ｍｍの位置）に配置されている。画像形成部３０に現像部３３を装着すると、現像ハウジング３３０に押圧部材３６１が圧接されて感光体ドラム３１に近づく方向（図２の左上方向、図３の上方向）に押圧され、現像ローラー３３１が感光体ドラム３１に所定の押圧力で押圧される。なお、本実施形態では、現像部３３および感光体ドラム３１には現像ローラー３３１と感光体ドラム３１との間の距離を規制する機構、即ち、感光体ドラム３１に対する現像ローラー３３１の押圧力を規制する機構は存在しない。但し、感光体ドラム３１に対する現像ローラー３３１の押圧力を規制する機構を設けてもよい。

規制ブレード３３４は、金属製の薄板状の部材である。規制ブレード３３４は、基端部３３４ａが現像ハウジング３３０に固定され、先端部３３４ｂが自由端となるよう構成される。規制ブレード３３４は、感光体ドラム３１と現像ローラー３３１とが対向する位置よりも現像ローラー３３１の回転方向における上流側の位置で現像ローラー３３１の外周面に接触する。

規制ブレード３３４は撓み変形可能であり、現像ローラー３３１の周方向において規制ブレード３３４と現像ローラー３３１の接触部分（規制ニップ）が存在する。規制ブレード３３４は、所定の規制圧および規制ニップ幅Ｗで現像ローラー３３１（ローラー部３３１ｂ）の外周面に当接する。なお、後述するように規制ブレード３３４に所定の規制電圧（直流電圧）を印加する構成としてもよい。

規制ブレード３３４の材質は、例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）であり、本実施形態では自由長を１０ｍｍとしている。規制ブレード３３４の先端部３３４ｂには曲げ加工が施され、湾曲部分３３４ｃが形成される。この湾曲部分３３４ｃが現像ローラー３３１の外周面に当接する。湾曲部分３３４ｃの曲率半径は０．１ｍｍ以上である。

図４に示すように、規制ブレード３３４が一定の規制圧（接触線圧）で現像ローラー３３１に当接するので、現像ローラー３３１の外周面に担持されたトナー層が均一な厚さに調整される。これにより、規制ブレード３３４は、現像ローラー３３１の外周面トナーの量を規制する。また、規制ブレード３３４は、現像ローラー３３１の外周面に担持されたトナーを摩擦することで、トナーを帯電させる。規制ブレード３３４の現像ローラー３３１に対する接触線圧とは、規制ブレード３３４と現像ローラー３３１の外周面との接触位置における規制ブレード３３４の単位長さ当たりの接触圧である。

図５に示すように、現像ローラー３３１と供給ローラー３３２の当接部分（供給ニップＮ）では現像ローラー３３１が供給ローラー３３２に喰い込んだ構成となっている。また、現像ローラー３３１の回転方向に対し供給ニップＮの下流側（図５の右上側）にはトナー溜まりＴが形成されている。

現像ローラー３３１と供給ローラー３３２が供給ニップＮで線接触していると、トナー溜まりＴが形成されずトナー供給性が著しく低下することが知られている。そこで、現像ローラー３３１と供給ローラー３３２が適度な喰い込み量になるように現像ローラー３３１と供給ローラー３３２の軸間距離、直径および硬度を設計する必要がある。現像ローラー３３１は感光体ドラム３１という硬い部材と接触するためアスカーＣ硬度で５０～８０程度に設計する。そのため、現像ローラー３３１が供給ローラー３３２に喰い込んだ構成にするためには、供給ローラー３３２の硬度を現像ローラー３３１より下げる必要がある。

供給ローラー３３２と現像ローラー３３１との間に電位差を発生させることで、トナーが供給ローラー３３２から現像ローラー３３１へ移動する方向の電界エネルギーが発生する。また、トナー粒子間には電位差に関係なくファンデルワールス力が作用する。この電界エネルギーやファンデルワールス力により供給ローラー３３２から現像ローラー３３１へトナーが供給される。ベタ画像の濃度追随性（画像の先端と後端の濃度差がないこと）を向上させるためには、供給ローラー３３２を現像ローラー３３１に押圧する力である圧縮荷重を最適な範囲にすることも重要である。

（３．画像形成装置１の制御経路）
図６は、本実施形態の画像形成装置１に用いられる制御経路の一例を示すブロック図である。なお、画像形成装置１を使用する上で装置各部の様々な制御がなされるため、画像形成装置１全体の制御経路は複雑なものとなる。そこで、ここでは制御経路のうち、本発明の実施に必要となる部分を重点的に説明する。

メインモーター５０は、制御部９０からの出力信号により給紙ローラー２１Ｂ、感光体ドラム３１、現像部３３内の現像ローラー３３１、供給ローラー３３２、攪拌パドル３３３、定着部４０内の定着ローラー４１等を所定の回転速度で回転駆動する。

電圧制御回路５１は、帯電電圧電源５２、現像電圧電源５３、転写電圧電源５４と接続され、制御部９０からの出力信号によりこれらの各電源を作動させる。電圧制御回路５１からの制御信号によって、帯電電圧電源５２は帯電部３２内のチャージワイヤー３２１に帯電電圧を印加する。現像電圧電源５３は現像部３３内の現像ローラー３３１に現像電圧を印加し、供給ローラー３３２に供給電圧を印加する。現像部３３内の規制ブレード３３４に規制電圧を印加する場合、現像電圧電源は規制ブレード３３４に規制電圧を印加する。転写電圧電源５４は転写ローラー３４に転写電圧を印加する。

画像入力部６０は、画像形成装置１にパソコン等から送信される画像データを受信する受信部である。画像入力部６０より入力された画像信号はデジタル信号に変換された後、一時記憶部９４に送出される。

機内温湿度センサー６１は、画像形成装置１内部の温度および湿度、特に現像部３３周辺の温度および湿度を検知するものであり、画像形成部３０の近傍に配置される。

操作部７０には、液晶表示部７１、各種の状態を示すＬＥＤ７２が設けられており、画像形成装置１の状態を示したり、画像形成状況や印刷部数を表示したりするようになっている。画像形成装置１の各種設定はパソコンのプリンタードライバーから行われる。

制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）９１、読み出し専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９２、読み書き可能な記憶部であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３、一時的に画像データ等を記憶する一時記憶部９４、カウンター９５、画像形成装置１内の各装置に制御信号を送信したり操作部７０からの入力信号を受信したりする複数（ここでは２つ）のＩ／Ｆ（インターフェイス）９６を少なくとも備えている。

ＲＯＭ９２には、画像形成装置１の制御用プログラムや、制御上の必要な数値等、画像形成装置１の使用中に変更されることがないようなデータ等が収められている。ＲＡＭ９３には、画像形成装置１の制御途中で発生した必要なデータや、画像形成装置１の制御に一時的に必要となるデータ等が記憶される。

一時記憶部９４は、パソコン等から送信される画像データを受信する画像入力部６０より入力され、デジタル信号に変換された画像信号を一時的に記憶する。カウンター９５は、印刷枚数を累積してカウントする。

また、制御部９０は、画像形成装置１における各部分、装置に対し、ＣＰＵ９１からＩ／Ｆ９６を通じて制御信号を送信する。また、各部分、装置からその状態を示す信号や入力信号がＩ／Ｆ９６を通じてＣＰＵ９１に送信される。制御部９０が制御する各部分、装置としては、例えば、画像形成部３０、定着部４０、メインモーター５０、電圧制御回路５１、画像入力部６０、操作部７０等が挙げられる。

（４．画像形成動作における現像部の設定）
以下、本実施形態の画像形成装置１の特徴部分である、画像形成時（現像時）における現像部３３の設定について説明する。前述したように、非磁性一成分現像方式では、感光体ドラム３１とトナーが摩擦帯電したときに、トナーが正規の帯電極性（本実施形態では正極性）とは逆極性（負極性）に帯電してしまうという問題があった。より詳細には、感光体ドラム３１とトナーを摩擦帯電させ、トナー全体の電荷量［μＣ］をトナーの全体重量［ｇ］で除算してトナーの帯電量［μＣ／ｇ］を測定したとき、トナーの帯電極性が正規の帯電極性（正極性）とは逆極性（負極性）となる。この逆極性に帯電したトナー（逆帯電トナー）が感光体ドラム３１の白地部に付着し、画像かぶりが発生する。

そこで、本実施形態では、感光体ドラム３１と摩擦帯電したときに、帯電量分布の中心値が正規の帯電極性（本実施形態では正極性）とは逆極性（負極性）となるようなトナーを用いる一成分現像方式において、現像ローラー３３１の周速をＳｄ［ｍｍ／ｓｅｃ］、感光体ドラム３１の周速をＳｐ［ｍｍ／ｓｅｃ］とするとき、以下の式（１）を満たすとともに、トナーに平均粒子径０．０５～０．８μｍのスペーサー粒子を外添している。
１．１≦Ｓｄ／Ｓｐ≦１．４ ・・・（１）

式（１）は、感光体ドラム３１に対する現像ローラー３３１の周速比（線速比）Ｓｄ／Ｓｐの適正な関係について示している。Ｓｄ／Ｓｐが大きくなり過ぎると、現像ローラー３３１に担持されたトナーと感光体ドラム３１との摩擦が必要以上に大きくなり、トナーが過剰帯電されて逆帯電トナーが発生し易くなる。一方、Ｓｄ／Ｓｐが小さくなり過ぎると、現像ローラー３３１に対するトナー付着量が少なくなり、ベタ画像の適正濃度が維持できず画像均一性（粒状度）が低下する。Ｓｄ／Ｓｐを１．１以上１．４以下の範囲に設定することで、トナー帯電量を維持しつつ、逆帯電トナーの発生を抑制することができる。

さらに、トナーにスペーサー粒子を外添することにより、感光体ドラム３１とトナー母粒子との接触頻度が減少する。その結果、トナーと感光体ドラム３１との摩擦帯電が適正化されるため、逆帯電トナーの発生を抑制することができる。

なお、本明細書でいうスペーサー粒子とは、シリカ等のトナー外添剤に比べて粒子径が大きく、トナー母粒子へのシリカの埋没を抑制する機能を持つ粒子をいう。本実施形態では、スペーサー粒子として帯電性を有する樹脂製の微粒子を用いる。

スペーサー粒子の粒子径が小さすぎると、感光体ドラム３１とトナー母粒子との接触頻度を十分に減少させることができない。一方、スペーサー粒子の粒子径が大きすぎると、トナー母粒子の表面に均一に外添させることが困難となる。そこで、本実施形態ではスペーサー粒子の数平均粒子径を０．０５～０．８μｍとしている。

また、後述する実施例に示すように、スペーサー粒子の極性をトナーの帯電極性と逆極性（ここでは負極性）にすることで、さらに感光体ドラム３１とトナーの逆帯電を抑制することができる。これは、トナー母粒子から離脱したトナーの帯電極性と逆極性のスペーサー粒子が感光体ドラム３１に付着することで、感光体ドラム３１とトナーとの摩擦帯電による逆帯電トナーの発生を抑制するためであると考えられる。

さらに、粒子径の異なる２種以上のスペーサー粒子を外添することで、トナー母粒子から離脱した小径のスペーサー粒子が感光体ドラム３１に付着して逆帯電トナーの発生を抑制するとともに、トナー母粒子の表面に残存する大径のスペーサー粒子が感光体ドラム３１とトナー母粒子との接触頻度を減少させる。その結果、逆帯電トナーの発生をより効果的に抑制することもでき、耐久印刷後の高温高湿環境においても画像かぶりの発生を抑制することができる。ここで、２種以上のスペーサー粒子のうち少なくとも１種はトナーの帯電極性と逆極性であることが好ましい。また、感光体ドラム３１に付着し易い粒子径の小さいスペーサー粒子がトナーの帯電極性と逆極性であることが好ましい。

感光体ドラム３１との摩擦によるトナーの摩擦帯電量については、回転ディスク治具を用いて感光体シート（感光体ドラムの感光層をシート状にしたもの）でトナーを挟んで所定時間（１０～２０秒間）摩擦帯電させ、トナーを吸引することで測定することができる。一般的には感光体ドラム３１と摩擦帯電したトナーは正規の極性（ここでは正極性）に帯電するが、逆帯電する場合には、上記のように構成することで画像かぶりを抑制することができる。

本実施形態では、非磁性トナーとして低温定着トナーを使用することを想定している。より詳細には、現像ハウジング３３０に収容されるトナーの９５℃における溶融粘度［Ｐａ・ｓ］は、１０，０００以上２００，０００以下の範囲であることが好ましい。溶融粘度が上限の２００，０００を超える範囲では、本実施形態に係る周速比Ｓｄ／Ｓｐの条件が設定されなくても、容易に画像品質を維持することが可能であるが、定着処理に必要な電力が本実施形態よりも大きくなる。また、下限値の１０，０００未満のトナーは、製造上の理由から使用が困難である。以下、本実施形態の現像部３３において用いるトナーの製造例について説明する。

（製造例１）
攪拌機、冷却管、温度計及び窒素導入管を備えた１０００ｍＬの四つ口フラスコ内に、アクリル酸単量体としてメタクリル酸ブチル（ＢＭＡ）８０ｇと、スチレン単量体としてスチレン８０ｇと、ビニル基を２個以上有する単量体としてジビニルベンゼン（ＤＶＢ）４０ｇと、乳化剤としてラウリル硫酸ナトリウム（ＳＬＳ）１７ｇと、重合開始剤としてベンゾイルパーオキサイド（ＢＰＯ）１５ｇと、イオン交換水６００ｇとを、攪拌しながら投入した。フラスコ内に窒素ガスを導入しながら、フラスコの内容物を９０℃で３時間、攪拌下で反応（共重合）させた。攪拌条件を調整することにより、得られる樹脂微粒子の数平均一次粒子径を調整した。その結果、反応生成物（樹脂微粒子）のエマルションが得られた。樹脂微粒子のエマルションを冷却し、洗浄し、脱水した。エマルションから共重合体粒子を分離し、正帯電性樹脂微粒子Ｆ（数平均一次粒子径３０ｎｍ）を得た。

（製造例２）
乳化剤であるＳＬＳの添加量を１５ｇとする以外は製造例１と同様の方法により、正帯電性樹脂微粒子Ｄ（数平均一次粒子径５０ｎｍ）を得た。

（製造例３）
乳化剤であるＳＬＳの添加量を１２ｇとする以外は製造例１と同様の方法により、正帯電性樹脂微粒子Ａ（数平均一次粒子径８０ｎｍ）を得た。

（製造例４）
乳化剤として塩化セチルトリメチルアンモニウム（ＣＴＡＣ）３ｇ、エマルゲン１０６（花王社製）１７ｇを添加する以外は製造例１と同様の方法により、負帯電性樹脂微粒子Ｃ（数平均一次粒子径８０ｎｍ）を得た。

（製造例５）
オートクレーブ内に、イオン交換水と、乳化剤（例えばパーフルオロヘキサン酸アンモニウム等）と、パラフィンワックスとを投入した。次いで、オートクレーブ内温を４０℃以上９０℃以下の温度に維持しつつ、窒素ガスおよびフッ素樹脂の原料ガス（例えばテトラフルオロエチレンガス等）でオートクレーブ内を置換した。

次いで、重合開始剤水溶液（例えば過硫酸アンモニウム水溶液、ジコハク酸パーオキサイド水溶液等）を、オートクレーブ内に圧入した後、フッ素樹脂の原料ガスを連続的にオートクレーブ内に供給し、重合反応を行った。重合反応中は、オートクレーブ内温を４０℃以上９０℃以下の温度に維持し、回転速度２００ｒｐｍ以上３００ｒｐｍ以下でオートクレーブ内容物を攪拌した。そして、重合開始剤水溶液の圧入開始（オートクレーブ内容物の攪拌開始）から所定時間（例えば３０分以上１５０分以内）が経過した後、原料ガスの供給を停止するとともに、オートクレーブ内容物の攪拌を停止し、重合反応を終了させた。

次いで、上記重合反応後の分散液（オートクレーブ内容物）に濃硝酸を加えた後、濃硝酸を加えた分散液を、回転速度２００ｒｐｍ以上６００ｒｐｍ以下で所定時間（例えば３０分以上２時間以内）攪拌することにより重合物を凝析させた。次いで、凝析後の分散液を固液分離し、得られた固形物を乾燥させることにより、フッ素樹脂粒子の粉体を得た。

（製造例６）
シアントナーの未外添品１００部に、外添剤としてシリカ（ＣＡＢ－Ｏ－ＳＩＬ（登録商標）ＴＧ－３０８Ｆ、キャボット社製）２．０部、製造例１で製造した正帯電性樹脂微粒子Ｆ０．５部、製造例５で製造したフッ素微粒子０．５部を外添し、トナーを製造した。

（製造例７）
負帯電性樹脂微粒子Ｆに代えて、製造例２で製造した正帯電性樹脂微粒子Ｄ０．５部を添加する以外は製造例６と同様の方法により、トナーを製造した。

（製造例８）
負帯電性樹脂微粒子Ｆに代えて、製造例３で製造した正帯電性樹脂微粒子Ａ０．５部を添加する以外は製造例６と同様の方法により、トナーを製造した。

（製造例９）
負帯電性樹脂微粒子Ｆに代えて、正帯電性のスペーサー粒子として数平均粒子径０．８μｍのアルミナ（ＡＫＰ－２０、住友化学工業社製）０．５部を添加する以外は製造例６と同様の方法により、トナーを製造した。

（製造例１０）
負帯電性樹脂微粒子Ｆに代えて、製造例４で製造した負帯電性樹脂微粒子Ｃ０．５部を添加する以外は製造例６と同様の方法により、トナーを製造した。

（製造例１１）
負帯電性樹脂微粒子Ｆに代えて、製造例４で製造した負帯電性樹脂微粒子Ｃ０．５部、数平均粒子径０．８μｍのアルミナ（ＡＫＰ－２０、住友化学工業社製）０．５部を添加する以外は製造例６と同様の方法により、トナーを製造した。

（製造例１２）
負帯電性樹脂微粒子Ｆを添加しない以外は製造例６と同様の方法により、トナーを製造した。

（６．現像部の設定による画像評価）
以下、本実施形態のように現像部３３を設定した場合の画像評価結果について説明する。先ず、印刷条件（周速比Ｓｄ／Ｓｐ、トナーに外添するスペーサー粒子の種類）を変化させて耐久印刷試験を行い、画像かぶりの発生に対する効果を検証した。試験機として、図１に示したような画像形成装置１（京セラドキュメントソリューションズ社製）を用いた。

現像ローラー３３１は、シャフト径６ｍｍの回転軸３３１ａと、基材層として層厚３．５ｍｍのシリコーンゴム層にコーティグを施した外径１３ｍｍ、軸方向長さ２３２ｍｍのローラー部３３１ｂとを有し、アスカーＣ硬度が５５°であるローラーを用いた。コーティングは、１００重量部の共重合ナイロン樹脂に１重量部のカーボンブラック若しくは４級アンモニウム塩を添加したもの、および添加しないものを５μｍコーティングし、ローラー抵抗を９～１１［ｌｏｇΩ］に調整した。ローラー抵抗は、金属ローラーＭに１ｋｇの荷重Ｆを加えて現像ローラー３３１に接触させて停止させた状態で、現像ローラー３３１と金属ローラーとの間に１００Ｖの直流電圧を印加して測定した。

感光体ドラム３１は、外径２４ｍｍ、感光層膜厚２２μｍの正帯電単層ＯＰＣ感光体ドラム（京セラドキュメントソリューションズ社製）を用いた。

（スペーサー粒子の種類と画像かぶりとの関係）
トナーに外添するスペーサー粒子の種類と画像かぶりとの関係について調査した。試験方法としては、製造例６に基づいて粒子径０．０５～０．８μｍの極性の異なるスペーサー粒子を外添した５種類（製造例７～１１）のトナーを現像部３３に充填した画像形成装置１（本発明１～５）、スペーサー粒子を外添しないトナー（製造例１２）、粒子径０．０３μｍのスペーサー粒子を外添したトナー（製造例６）を現像部３３に充填した画像形成装置１（比較例１、２）を準備した。

これらの画像形成装置１を用いて、感光体ドラム３１に対する現像ローラー３３１の周速比Ｓｄ／Ｓｐを１．４に設定し、テスト画像としてＩＳＯ／ＩＥＣ１９７５２に規定された標準データ（印字率３．９％の文字パターン）を１５００枚連続して印刷を行った後に、常温常湿環境（ＮＮ環境、２５℃、５０％ＲＨ）、または高温高湿環境（ＨＨ環境、３２．５℃、８０％ＲＨ）において白紙画像（印字率０％）を出力したときのかぶり濃度を反射濃度計（ＦＤ－９、コニカミノルタ社製）で測定した。評価基準は、かぶり濃度（ＩＤ）が０．０１以下である場合を○、０．０１～０．０１５である場合を△、０．０１５以上である場合を×とした。結果をスペーサー粒子の粒子径および極性と併せて表１に示す。

表１に示すように、粒子径０．０５～０．８μｍのスペーサー粒子を外添したトナーを用いた本発明１～５では、耐久印刷後のＮＮ環境におけるかぶり濃度が０．０１５未満であり、画像かぶりが発生しなかったか、或いは発生しても実用上問題のない範囲であった。また、耐久印刷後のＨＨ環境におけるかぶり濃度は、粒子径が０．０８のスペーサー粒子を外添した本発明２～５では０．０１５未満であり、画像かぶりが発生しなかったか、或いは発生しても実用上問題のない範囲であった。一方、粒子径が０．０５のスペーサー粒子を外添した本発明１では０．０１５以上であった。

また、トナーの帯電極性と逆極性（負極性）のスペーサー粒子を外添した本発明４では、耐久印刷後のＮＮ環境におけるかぶり濃度が０．０１以下、ＨＨ環境におけるかぶり濃度が０．０１～０．０１５であり、トナーの帯電極性と同極性（正極性）のスペーサー粒子を外添した本発明１～３に比べて画像かぶりの抑制効果が高くなった。

さらに、粒子径および帯電極性の異なる２種類のスペーサー粒子を外添した本発明５では、ＨＨ環境におけるかぶり濃度が０．０１以下であり、画像かぶりの抑制効果がより向上した。これは、トナーの帯電極性と逆極性の小径のスペーサー粒子が感光体ドラム３１の表面に付着してトナーの逆帯電を抑制するとともに、トナーの帯電極性と同極性の大径のスペーサー粒子が感光体ドラム３１とトナー母粒子との接触頻度を減少させることで、トナーの逆帯電をより効果的に抑制できたためであると考えられる。

これに対し、トナーにスペーサー粒子を外添しなかった比較例１、粒子径０．０３のスペーサー粒子を外添したトナーを用いた比較例２では、耐久印刷後のＮＮ環境およびＨＨ環境におけるかぶり濃度がいずれも０．０１５以上となり、画像かぶりが発生した。以上の結果より、１．１≦Ｓｐ／Ｓｄ≦１．４に設定するとともに、粒子径０．０５～０．８μｍの帯電性を有する樹脂製のスペーサー粒子を外添したトナーを用いることで、画像かぶりを抑制できることが確認された。また、トナーの帯電極性と逆極性のスペーサー粒子を用いることで、画像かぶりがより効果的に抑制され、粒子径の異なる２種以上のスペーサー粒子を用いることで、ＨＨ環境における画像かぶりも効果的に抑制されることが確認された。

（７．その他の構成）
図７は、現像ローラー３３１の表面自由エネルギーを変化させたときの現像ローラー３３１に印加する現像電圧と画像濃度（１Ｄ）との関係を示すグラフである。表面自由エネルギー（surface free energy）とは、固体における液体での表面張力に当たるもので、固体の表面自体がもつ分子のエネルギーのことである。図７において、現像ローラー３３１の表面自由エネルギーが１２ｍＪ／ｍ^２の場合を◇のデータ系列、２１ｍＪ／ｍ^２の場合を□のデータ系列、３０ｍＪ／ｍ^２の場合を△のデータ系列で示している。

図７に示すように、現像ローラー３３１の表面自由エネルギーが高くなるほど現像電圧の使用可能領域ＯＷは狭くなる傾向にある。これは、現像ローラー３３１の表面自由エネルギーが高くなるにつれてハーフトーン画像の白抜けが発生する現像ローラー３３１の押圧力の上限値が低下するためである。現像ローラー３３１の表面自由エネルギーは５ｍｊ／ｍ^２以上２７ｍｊ／ｍ^２以下が好ましい。

また、規制ブレード３３４によって規制されるトナーの量は、現像ローラー３３１の外周面の接触面積率によっても変化する。現像ローラー３３１の外周面の接触面積率とは、現像ローラー３３１の外周面の面積に対する当該外周面における凹部（非接触部）を除いた領域の面積の占める割合である。つまり、現像ローラー３３１の周面の接触面積率は、現像ローラー３３１の外周面と規制ブレード３３４との見掛け上の接触面積に対する、真の接触面積を表すものである。接触面積率は４．５～１０％が好ましく、６～８％がより好ましい。

規制ブレード３３４の規制圧は１０～６０Ｎ／ｍが好ましく、２０～４０Ｎ／ｍがより好ましい。なお、現像ローラー３３１の製法は特に限定されず、現像ローラー３３１の表面粗さは粒子を含むコート層をコーティングして調整してもよいし、研磨のみで粗さを調整してもよい。

また、本実施形態では粉砕法により製造されたトナー（粉砕トナー）、重合法により製造されたトナー（重合トナー）の両方を使用することができる。重合トナーは円形度が高い真球形状のため付着力が低く、現像性が良いため使用可能領域ＯＷが広い。そのため、本発明は重合トナーに比べて低コストである粉砕トナーを用いる非磁性一成分現像方式において特に有効である。

また、本実施形態では中心粒径が６．０～８．０μｍのトナーで良好な結果が得られることを確認している。中心粒径の範囲の選択理由は、中心粒径が６．０μｍより小さくなるとトナーの製造コストアップにつながり、８．０μｍより大きいとトナー消費量が増えて定着性が悪化し、好ましくないためである。

また、本実施形態では円形度が０．９３～０．９７のトナーで良好な結果が得られることを確認している。円形度が０．９３以下の場合は画像品質が低下する傾向にある。円形度が０．９７以上である場合は製造コストが大幅にアップするため、それぞれ好ましくない。

また、本実施形態では９０℃における溶融粘度が１００，０００Ｐａ・ｓ以下のトナーで良好な結果が得られることを確認している。９０℃における溶融粘度が１００，０００Ｐａ・ｓを超える場合はトナーの定着性が悪くなるため、省エネルギーの観点から好ましくない。

また、感光体ドラム３１の表面電位Ｖ０は５００～８００Ｖ、露光後電位ＶＬは７０～２００Ｖの範囲で同様の結果が得られることを確認している。

その他、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、画像形成装置１の例として、モノクロプリンターについて説明したが、例えば、タンデム方式やロータリー式のカラープリンターにも適用できる。また、複写機、ファクシミリ或いはこれらの機能を備えた複合機等の画像形成装置にも適用できる。ただし、感光体ドラム３１と、非磁性一成分現像方式の現像部３３を備える必要はある。また、上記実施形態では、現像部３３の現像ハウジング３３０の内部に非磁性トナーを貯留する構成について説明したが、現像ハウジング３３０とは別に非磁性トナーを収容するトナーコンテナ、トナーカートリッジを有していてもよい。

また、上記実施形態における感光体ドラム３１は、支持体として円筒状の素管を利用したが、他の形状の支持体を利用しても良い。他の形状としては、板状、無端ベルト状であってもよい。また、上記実施形態における感光体ドラム３１は、感光層としてアモルファスシリコンを利用したが、例えば、支持体からの電荷の注入を阻止する電荷注入阻止層を有してもよい。

本発明は、非磁性トナーを用いた非磁性一成分現像方式の現像装置を備えた画像形成装置に利用可能である。本発明の利用により、非磁性一成分現像方式を用いる構成において、感光体の画像部電位が変化しても安定した画像形成が可能であり、且つベタ画像の均一性も確保可能な画像形成装置を提供することができる。

１ 画像形成装置
３０ 画像形成部
３１ 感光体ドラム（像担持体）
３２ 帯電部（帯電装置）
３３ 現像部（現像装置）
３３０ 現像ハウジング（現像容器）
３３１ 現像ローラー（現像剤担持体）
３３１ａ 回転軸
３３１ｂ ローラー部
３３２ 供給ローラー
３３４ 規制ブレード
３５ 露光部（露光装置）
５３ 現像電圧電源
６１ 機内温湿度センサー
９０ 制御部

Claims (6)

1. 表面に感光層が形成される像担持体と、
   前記像担持体を所定の表面電位に帯電させる帯電装置と、
   前記帯電装置により帯電された前記像担持体の表面を露光して帯電を減衰させた静電潜像を形成する露光装置と、
   トナーのみからなる非磁性一成分現像剤を収容する現像容器と、
   前記像担持体に所定の押圧力で圧接され、外周面に前記トナーを担持することによりトナー層が形成される現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体の外周面に接触して前記現像剤担持体の外周面に形成される前記トナー層の層厚を規制する規制ブレードと、
   を有し、前記静電潜像が形成された前記像担持体に前記トナーを供給する現像装置と、
   を備え、
   前記像担持体と摩擦帯電させて帯電量［μＣ／ｇ］を測定したときの帯電極性が、正規の帯電極性とは逆極性となるような前記トナーを用いる画像形成装置において、
   前記現像剤担持体の周速をＳｄ［ｍｍ／ｓｅｃ］、前記像担持体の周速をＳｐ［ｍｍ／ｓｅｃ］とするとき、１．１≦Ｓｄ／Ｓｐ≦１．４を満たし、
   前記トナーには、数平均粒子径０．０５～０．８μｍの帯電性を有する樹脂製のスペーサー粒子が外添されていることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記スペーサー粒子は、前記トナーの帯電極性と逆極性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. 前記トナーには、数平均粒子径の異なる２種以上の前記スペーサー粒子が外添されていることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
4. 前記スペーサー粒子のうち少なくとも１種は、前記トナーの帯電極性と逆極性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. 前記スペーサー粒子のうち数平均粒子径の小さい前記スペーサー粒子は、前記トナーの帯電極性と逆極性であることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。
6. 前記スペーサー粒子の数平均粒子径が、０．０８～０．８μｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の画像形成装置。

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