画像形成装置
【課題】 転写残トナーを現像装置によって回収する画像形成装置において、放電生成物の発生量を少なくするとともに、帯電不良を防止して長期に渡り高画質な画像を得る。
【解決手段】 感光体１を帯電装置３により帯電した後静電潜像を形成し、この静電潜像を感光体と帯電極性と同極性に帯電したトナーでトナー像化する現像装置と、感光体と被転写体との間に転写電界を形成してトナー像を被転写体上に転写する転写装置６とを備えた画像形成装置において、転写装置６により転写されずに感光体上に残った転写残トナーを感光体表面に散布する転写残トナー散布手段４０と、感光体表面に金属石鹸を塗布する金属石鹸塗布手段とを備え、帯電装置は感光体表面に近接して配置された帯電ローラ３ａに所定極性のＤＣにＡＣを重畳した電圧を印加するものであり、該ＡＣの周波数を３ＫＨｚ以上３０ＫＨｚ以下とする。
【解決手段】 感光体１を帯電装置３により帯電した後静電潜像を形成し、この静電潜像を感光体と帯電極性と同極性に帯電したトナーでトナー像化する現像装置と、感光体と被転写体との間に転写電界を形成してトナー像を被転写体上に転写する転写装置６とを備えた画像形成装置において、転写装置６により転写されずに感光体上に残った転写残トナーを感光体表面に散布する転写残トナー散布手段４０と、感光体表面に金属石鹸を塗布する金属石鹸塗布手段とを備え、帯電装置は感光体表面に近接して配置された帯電ローラ３ａに所定極性のＤＣにＡＣを重畳した電圧を印加するものであり、該ＡＣの周波数を３ＫＨｚ以上３０ＫＨｚ以下とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真プロセスにより画像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記画像形成装置として、帯電装置により帯電した像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置によりトナー像化し、トナー像を転写装置により被転写体に転写するものが広く用いられている。転写装置としては、像担持体とこれに接触しつつ表面移動する被転写体との間に転写電界を形成して像担持体上のトナー像を被転写体に転写する静電方式のものが知られている。静電方式の転写装置では、主に正規帯電極性とは逆極性に帯電したトナーが被転写体に転写されずに像担持体表面に残留してしまう。この転写残トナーが除去されないまま像担持体が次の画像形成工程に供されると、転写残トナーが残った像担持体の部分で帯電ムラ等の帯電不良が生じ、画質が劣化してしまう。そこで、転写領域から帯電領域までの像担持体表面に対向する位置にクリーニング装置を設け、転写残トナーを除去することが広くおこなわれている。
【０００３】
しかし、クリーニング装置には像担持体表面から回収した転写残トナーを収容する廃トナータンクや回収した転写残トナーを再利用するために搬送するリサイクルトナー搬送通路などを設けるスペースが必要になる。このため、画像形成装置が大型化してしまうという問題があった。特に、近年ではカラー画像の画像形成スピードの高速化が強く要求されているため、像担持体を色ごとに備えたいわゆるタンデム型の画像形成装置が主流になりつつある。このタンデム型の画像形成装置において、複数ある像担持体の色ごとにクリーニング装置を個別に設ける必要があるため、装置の大型化がより顕著な問題となっている。
【０００４】
このような装置の大型化の問題に対処できるものとして、例えば特許文献１に開示された画像形成装置があげられる。この画像形成装置は、像担持体表面に残留した転写残トナーを現像装置にて回収する、いわゆる現像同時クリーニング方式を採用したものである。現像同時クリーニング方式では、クリーニングとは別の目的で設置されている現像装置をクリーニング手段として利用しており、別個に従来のようなクリーニング装置を設ける必要がない。よって、装置の小型化に大きく貢献することができる。
【０００５】
特許文献１に開示された画像形成装置では、像担持体の帯電極性と同極性に帯電したトナーを像担持体に付着させてトナー像化している。また、帯電装置として像担持体に接触する帯電ローラが記載されている。帯電装置としては、このように帯電ローラ当の帯電部材を像担持体表面に接触させる接触帯電方式と、帯電部材を像担持体表面に近接させる近接帯電方式と、コロナチャージャ等のチャージャ帯電方式とが知られている。チャージャ帯電方式ではオゾンやＮＯｘ等の放電生成物が大量に発生するため環境面で問題がある。これに対し、接触帯電方式や近接帯電方式は発生する放電生成物の量が少ないため環境面で有利である。これらのことから、上記特許文献１に開示された画像形成装置は、装置の小型化を図りつつ、放電生成物の発生量が少なく環境面で優れた装置といえる。
【０００６】
ところが、現像同時クリーニング方式と接触帯電方式とを採用した画像形成装置においては、像担持体上の転写残トナーを現像領域まで搬送する間に、転写残トナーと帯電ローラとが接触することになる。転写残トナーにはトナーの正規帯電極性と逆極性に帯電したトナーが多く含まれており、逆極性に帯電した転写残トナーが、帯電バイアスが印加される帯電ローラに付着してしまう。これにより、帯電ローラによる像担持体の一様帯電が妨げられ、像担持体の表面電位を所望の電位にできなかったり、帯電ムラ等の帯電不良が生じたりする。このため、画像濃度の低下や地肌汚れなどが発生し、画質劣化が生じるという問題があった。
【０００７】
また、像担持体上の転写残トナーは画像のパターン状になっており、このような転写残トナーが帯電ローラにパターン状に付着するとパターンに対応した帯電不良が起こり、画像濃度低下や地肌汚れなどがパターン状に残像となって顕れてしまう。そこで、帯電ローラとの接触部よりも上流で像担持体上の転写残トナーのパターンを散布する転写残トナー散布手段を設け、帯電ローラへのパターン状のトナー付着を防ぎ、残像を目立たなくする方法が知られている。
【０００８】
また、帯電ローラの帯電性能を低下させることなく、現像装置によって転写残トナーを良好に除去できるようにする種々の提案がなされている。例えば特許文献２では、被帯電面に接触配置された帯電部材に直流電圧を印加して被帯電面を所定の電位に帯電する帯電装置と、被帯電面から帯電部材に転移した転写残トナーを、被帯電面の帯電中に帯電部材から被帯電面に転移させる転移手段とを備えた装置が提案されている。詳しくは、転移手段として、帯電部材としての帯電ローラの周速度と被帯電面（像担持体表面）の周速度との間に速度差を設けて、摺擦による摩擦帯電により転写残トナーに帯電ローラへ印加する直流電圧と同極性の電荷を付与して、転写残トナーが帯電ローラ側から像担持体表面に転移するようにしたものが提案されている。また、転移手段として、帯電ローラに転移した帯電部材汚染物に電荷付与すべく帯電部材に接触配置された電荷付与部材を設けた装置が提案されている。この電荷付与部材は現像剤に対して帯電系列の異なる材料から成っており、帯電ローラとの摺擦による摩擦帯電により帯電ローラ上の転写残トナーに帯電部材へ印加する直流電圧と同極性の電荷を付与する。これにより、帯電ローラ上の転写残トナーが帯電ローラ側から像担持体表面に転移するようにしたものである。しかし、摩擦帯電により逆帯電しているトナーを完全に帯電ローラへ印加する直流電圧と同極性に帯電させることは難しく、画像濃度低下や地肌汚れの解決には至っていない。
【０００９】
また、特許文献３では、像担持体に接触する帯電ローラの像担持体との接触部より下流にトナー掻き取り部材を設け、帯電ローラはトナー電荷を像担持体の帯電極性と同極性に制御する極性制御剤を有するものを提案している。
【００１０】
さらに、特許文献４では、帯電部材よりも上流に、像担持体の長手方向に移動可能で、転写工程後の像担持体上に残留した現像剤を正規極性に帯電処理する現像剤帯電極性制御手段を設けたものが提案されている。これは、像担持体上に残留した現像剤を正規極性に帯電処理する際、微小な転写残トナーの過帯電や帯電不足を防止するために、現像剤帯電極性制御手段を像担持体の長手方向に移動可能としたものである。さらに、現像剤帯電極性制御手段による極性制御の均一化を図るために、現像剤帯電極性制御手段よりも上流でかつ転写装置よりも下流で、転写残トナーを均一化する残留現像剤均一化手段を設けたものも提案されている。しかしながら、このような移動可能な機構を設けることは、装置の複雑化を招いてしまう。また、このような現像剤帯電極性制御手段を用いても、逆帯電しているトナーを完全に正規極性に帯電させることは難しく、画像濃度低下や地肌汚れの解決には至っていない。
【００１１】
また、特許文献５では、画像形成時以外のタイミングで帯電周波数を通常の画像形成時よりも高く設定することで、帯電ローラに付着したトナーを像担持体に戻す工程をもうけたものを提案している。この方法は、帯電ローラに付着したトナーを像担持体に戻すことが可能であるが、粒径の小さな添加剤まで潜像担持体に戻すことは難しかった。また、連続画像を出力するときには、途中にこの工程が入るため出力が完了するのに時間を要してしまうという欠点がある。
【００１２】
【特許文献１】特許第３０９１３２３号公報
【特許文献２】特開平１０-２１３９４５号公報
【特許文献３】特開２０００−１８１２００号公報
【特許文献４】特開２００１−２１５７９９号公報
【特許文献５】特開２００３−１３６９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記特許文献２、３、４、５の装置は、接触型の帯電ローラに付着する多量の転写残トナーによる汚れを改善するものであり、これらにより汚れはある程度改善することはできる。しかしながら、接触型の帯電ローラでは完全に汚れを除去することは難しく、画像濃度低下や地肌汚れをはまだ不十分なレベルであった。
【００１４】
本発明は上記背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、転写残トナーを現像装置によって回収する画像形成装置において、放電生成物の発生量を少なくするとともに、帯電不良を防止して長期に渡り高画質な画像を得ることのできる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置と、該帯電した像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、該像担持体の帯電極性と同極性に帯電したトナーを該像担持体に付着させてトナー像化する現像装置と、該像担持体と被転写体との間に転写電界を形成して該像担持体上のトナー像を被転写体上に転写する転写装置とを備えた画像形成装置において、上記転写装置により転写されずに該像担持体上に残った転写残トナーを該像担持体表面に散布する転写残トナー散布手段と、該像担持体表面に金属石鹸を塗布する金属石鹸塗布手段とを備え、上記帯電手段は該像担持体表面に近接して配置された帯電部材に所定極性のＤＣにＡＣを重畳した電圧を印加するものであり、該ＡＣの周波数が３ＫＨｚ以上３０ＫＨｚ以下であることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記帯電部材が樹脂製であることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の画像形成装置において、上記帯電部材がローラ形状であることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項３の画像形成装置において、上記ローラ形状の帯電部材表面粗さRaが０．１μｍ以下であることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の画像形成装置において、上記帯電部材へ金属石鹸を塗布する手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１、２、３、４または５の画像形成装置において、上記トナー表面に存在する添加剤はトナーに固定化処理されていることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５または６の画像形成装置において、上記帯電部材に印加するＡＣのピーク間電圧が１ＫＶ以上２ＫＶ以下であることを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６または７の画像形成装置において、上記像担持体と、上記帯電部材と、上記現像手段とが一体になって構成され、画像形成装置本体に脱着可能なプロセスカートリッジであることを特徴とするものである。
【００１６】
これらの画像形成装置においては、像担持体に近接する帯電部材を用いることで、像担持体上の転写残トナーと帯電部材とが接触しないようにする。像担持体上の転写残トナーは近接した帯電部材に静電的に転移して付着するものはあるものの、その量は帯電部材を接触させた時に較べ格段に少なくなる。
さらに、以下のような構成とすることで、近接する帯電部材の汚れを抑制し、帯電不良を防止する。
この画像形成装置では、金属石鹸塗布手段により像担持体表面に金属石鹸を塗布することで像担持体の表面エネルギーを下げ、像担持体とトナーとの付着力を弱くして転写率を改善し、転写残トナー量を低減させる。
また、像担持体上に残った転写残トナーを像担持体表面に散布する転写残トナー散布手段を備えており、転写残トナーがパターン状になっていてもこれを散布する。これにより、帯電部材へのパターン状のトナー付着を防ぎ、局所的に帯電不良が発生することを抑制する。
さらに、帯電部材に印加する電圧をＤＣにＡＣを重畳したものとして帯電を安定させる。また、後述する実験で示すように、ＡＣの周波数が３ＫＨｚ以上３０ＫＨｚ以下とすることで、帯電部材へのトナーおよび添加剤の付着が抑制された。これは、帯電部材に印加するＡＣの周波数を高周波に設定することで、像担持体上のトナーおよび添加剤が帯電部材近傍を通過するときに微小運動を起こし、見かけ上帯電部材表面にバリア層を形成する。これにより、トナーおよび添加剤の帯電部材表面への付着を抑制する。
このように、上記条件を組み合わせた構成とすることで、転写残トナーの帯電部材への付着を抑制し、帯電不良を防止することができる。また、近接の帯電部材を用いたものは発生する放電量が少なく環境面でも有利である。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１乃至８の発明によれば、転写残トナーを現像装置によって回収する画像形成装置において、放電生成物の発生量を少なくするとともに、帯電不良を防止して長期に渡り高画質な画像を得ることができるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を、画像形成装置であるフルカラーレーザプリンタ（以下、単に「プリンタ」という）に適用した実施形態について説明する。図１は、プリンタの概略構成図である。このプリンタは、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの４つのトナー像形成手段２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋを横に並べて配置してタンデム画像形成部を構成する。このタンデム画像形成部においては、個々のトナー像形成手段２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋが、図中左から順に配置されている。ここで、各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、黒用の部材であることを示す。また、タンデム画像形成部においては、個々のトナー像形成手段２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを備えている。そして、ドラム状の感光体１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋのまわりには、それぞれ後述する帯電装置、現像装置等を備えている。
【００１９】
各色のトナー像形成手段２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、本体に着脱可能なプロセスカートリッジとして形成されている。これらのプロセスカートリッジは、プリンタ本体に固定された図示しないガイドレールに沿って、プリンタ本体から引き出すことができる。また、このプロセスカートリッジをプリンタ本体に押し込むことによって、トナー像形成手段２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを所定の位置に装填することができる。
【００２０】
ここで、トナー像形成手段２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、それぞれ同じ構成、動作をおこなうものとなっている。そこで、以下各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを省略し、このトナー像形成手段２の説明を詳細におこなう。図２は、トナー像形成手段の概略構成図である。図中時計方向に回転する感光体１のまわりに、帯電装置３、現像装置５が順に配置されている。帯電装置３は、帯電部材としての帯電ローラ３ａを備えている。帯電ローラ３ａは、導電性の回転軸上に表層を導電性の樹脂またはゴムを設けたものであり、感光体１との間に微小ギャップを維持して近接対向するよう配置されている。帯電ローラ３ｂの回転軸に接続された帯電用高圧電源３ｂより電圧を印加することで感光体１の表面を一様に帯電する。現像装置５は、現像剤を収容する現像剤収容部と、感光体１表面に近接対向するように配置された現像剤担持体としての現像ローラ５ａとを備えている。現像剤収容部内には、現像剤を攪拌しながら現像ローラ５ａ近傍へ現像剤を搬送する現像剤攪拌搬送部材５ｂを設けている。現像ローラ５ａはこの現像剤を担持して感光体１と対向する位置まで搬送し、感光体１上の静電潜像にトナーを供給することによりこれを現像するよう構成されている。
【００２１】
また、プリンタの上部には、イエロー、シアン、マゼンタ、黒の各色トナーが充填されたトナーボトル３１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋが配置されている。そして、このトナーボトル３１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋから図示しない搬送経路によって、所定の補給量だけ各色現像装置５に各色トナーが補給される。
【００２２】
また、タンデム画像形成部の下部に潜像形成手段としての露光装置４を設ける。この露光装置２０は、画像データに基づいて各感光体１の表面にレーザ光を走査しながら照射するように構成されている。
【００２３】
また、タンデム画像形成部の直ぐ上には、中間転写ユニット６を設ける。中間転写ユニット６は、中間転写体として無端ベルト状の中間転写ベルト１０を備えている。また、中間転写ベルト１０を回転可能に支持する支持ローラ１１，１２，１３と、感光体１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ上に形成されたトナー像を中間転写ベルト１０上に転写するための一次転写ローラ１４Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを設ける。また、中間転写ベルト１０の駆動方向に関して１次転写ローラ１４Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋより下流に２次転写装置としての２次転写ローラ１６を設ける。この２次転写ローラ１６と中間転写ベルト１０を挟んで反対の側には、支持ローラ１３が配置されており、押部材としての機能を果たしている。また、中間転写ベルト１０の駆動方向に関して２次転写ローラ１６より下流にベルトクリーニング装置１５を設ける。
【００２４】
また、プリンタ下部には、給紙ユニットを備えている。給紙ユニットは、給紙カセット２０から記録紙Ｐを二次転写領域に搬送する給紙ローラ２１、レジストローラ２２等を備えている。
【００２５】
さらに、２次転写ローラ１６よりトナー像を転写された記録媒体Ｐの進行方向に関して２次転写ローラ１６より下流部には、記録媒体Ｐ上の画像を定着する定着装置ユニット２３を備えている。定着ユニット２３は、定着ローラ２３ａ及び加圧ローラ２３ｂを備え、記録紙Ｐ上のトナー像に熱と圧を加えることで定着を行う。
【００２６】
つぎに、上記プリンタの動作を説明する。個々のトナー像形成手段２で各感光体１を回転し、感光体１の回転とともに、帯電ローラ３ａで感光体１の表面を一様に帯電する。次いで、画像データを露光装置４からのレーザによる書込み光を照射して感光体１上に静電潜像を形成する。その後、現像装置５によりトナーが付着され静電潜像を可視像化することで各感光体１上にそれぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの単色画像を形成する。また、不図示の駆動モータで中間転写ベルト１０を回転搬送して、その可視像を各一次転写装置１４で中間転写ベルト１０上に順次転写する。これによって中間転写ベルト１０上に合成カラー画像を形成する。
【００２７】
また、上記画像形成のタイミングにあわせて、給紙カセット２０内の記録紙Ｐの先端が給紙ローラ２１により繰り出され、レジストローラ２２まで搬送され、一旦停止する。そして、上記画像形成動作とタイミングを取りながら、二次転写ローラ１６と中間転写ベルト１０の間に搬送される。ここで、中間転写ベルト１０と２次転写対向ローラ１６とは記録媒体Ｐを挟んでいわゆる２次転写ニップを形成し、２次転写ローラ１６にて中間転写ベルト１６上のトナー像を記録媒体Ｐ上に２次転写する。
【００２８】
画像転写後の記録媒体Ｐは定着ユニット２３へと送り込まれ、定着装置で熱と圧力とを加えて転写画像を定着して機外へ排出される。一方、画像転写後の中間転写ベルト１０は、ベルトクリーニング装置１５で、画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成部による再度の画像形成に備える。
【００２９】
なお、このプリンタは、転写領域から帯電領域までの間に、感光体１上の可視像を一次転写装置１４で中間転写ベルト１０上に転写する際に感光体１残った転写残トナーを除去する手段としてのクリーニング装置を設けていない。このようなクリーニング装置をもたないプリンタでは、手段として利用しており、感光体１上の転写残トナーを現像ローラ５ａで回収するいわゆる現像同時クリーニング方式が採用されている。
【００３０】
次に、本実施形態の特徴部について説明する。
本実施形態のプリンタでは、上述のように、帯電ローラ３ａは感光体１との間に微小ギャップを維持して近接対向するよう配置されている。そこで、感光体１上の転写残トナーは、現像ローラ５ａで回収されるまでに通過する帯電部において帯電ローラ３ａと接触しない。このため、感光体１上の転写残トナーは静電的に近接した帯電ローラ３ａに転移して付着するものはあるものの、接触型の帯電部材を用いたものに較べその量は少なくなる。また、この近接の帯電ローラ３ａを用いたものでは、接触型の帯電部材を用いたものと同様に発生する放電量がチャージャ帯電方式のものと較べて少なく環境面で有利である。また、高画質な画像を達成するために、帯電ローラ３ａに帯電用高圧電源３ｂよりＤＣにＡＣを重畳した電圧を印加する。
【００３１】
また、このプリンタでは、感光体１の回転方向に関して１次転写部よりも下流で帯電部よりも上流に、感光体１上の転写残トナーを感光体１表面に散布する転写残トナー散布手段４０を設けている。転写残トナー散布手段４０は、帯電部よりも上流で転写残トナーが画像によりパターン化している場合でも散布して非パターン化する。これにより、近接する帯電ローラ３ａに転写残トナーがパターン状に転移して、局所的に集中して付着してしまうことを防ぎ、局所的な帯電不良の発生を抑制する。転写残トナー散布手段としては、芯金上に直毛またはループ状毛を貼り付けブラシ状としたブラシローラを用いた。また、ブラシの直毛またはループ状毛としては中抵抗の材料が好ましく、ナイロン、ポリエステル等が用いられる。
【００３２】
また、このプリンタでは、感光体１表面に金属石鹸を塗布する金属石鹸塗布手段を設ける。感光体１から記録媒体Ｐへの転写率を向上させ、転写残トナーの量を減少させるためには、感光体１表面全体に金属石鹸を塗布して感光体１の表面エネルギーを下げることが有効である。特に、本実施形態のように帯電ローラ３ａにより感光体１にＡＣを重畳した電圧を与えたものでは、感光体１がＡＣのハザードでフィルミングしやすくなるので、滑剤の塗布は必要になる。金属石鹸としてはいくつかの種類が上げられるが、炭素数１８前後のアルキル鎖を有する化合物が好ましく、特にステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等が効果的である。また、金属石鹸塗布手段としては、金属石鹸の粉体をブラシ等で塗布したり、固形状の金属石鹸を圧縮スプリングで加圧してブラシに塗布し、このブラシを介して徐々に感光体１表面に塗布したりするものが挙げられる。このプリンタでは、転写残トナー散布手段４０のブラシに固形状の金属石鹸を圧縮スプリングで加圧して転写残トナー散布手段４０のブラシに塗布し、このブラシを介して徐々に感光体１表面に塗布している。このようにして転写残トナーの量を減少させることで、帯電ローラ３ａへ転移する転写残トナーの量を減少させることができる。
【００３３】
次に、本実施形態のプリンタに用いられるトナーの製造方法について説明する。
「樹脂微粒子エマルションの合成」
製造例１
撹拌棒および温度計をセットした反応容器に、イオン交換水６８３部、メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩(エレミノールＲＳ−３０：三洋化成工業製)）１１部・スチレン８３部、メタクリル酸６０部、アクリル酸ｔｅｒｔ−ブチル１０５部、過硫酸アンモニウム１部を仕込み、５００回転／分で３０分間撹拌したところ、白色の乳濁液が得られた。加熱して、系内温度８０℃まで昇温し６時間反応させた。さらに、１％過硫酸アンモニウム水溶液５０部を滴下して加え、７０℃で１５時間熟成してビニル系樹脂（スチレン−メタクリル酸−アクリル酸ｔｅｒｔ−ブチル−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体）の水性分散液［微粒子分散液１］を得た。［微粒子分散液１］をＬＡ−９２０で測定した体積平均粒径は、０．０８μmであった［微粒子分散液１］の一部を乾燥して樹脂分を単離した。該樹脂分のＴｇは６２℃であった。
【００３４】
「水相の調整」
製造例２
イオン交換水１０００部、［微粒子分散液１］８３部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの４８．５%水溶液（エレミノールMON−７：三洋化成工業製）５０部、酢酸エチル１００部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを［水相１］とする。
製造例３
イオン交換水１０００部、［微粒子分散液２］８３部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの４８．５%水溶液（エレミノールMON−７：三洋化成工業製）３７部、酢酸エチル８０部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを［水相２］とする。
製造例４
イオン交換水１０００部、シリカ微粒子（ＡＥＲＯＳＩＬ１３０：一次粒子の平均径は約１６ｎｍ、日本アエロジル株製）８部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの４８．５%水溶液（エレミノールMON−７：三洋化成工業製）３７部、酢酸エチル１００部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを［水相３］とする。
製造例５
イオン交換水１０００部、二酸化チタン微粒子（P−25：一次粒子の平均径は約２１ｎｍ、日本アエロジル株製）6部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの４８．５%水溶液（エレミノールMON−７：三洋化成工業製）３７部、酢酸エチル１１０部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを［水相４］とする。
製造例６
イオン交換水１０００部、［微粒子分散液1］４５部、二酸化チタン微粒子（Ｐ−２５：日本アエロジル株製）２部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの４８．５%水溶液（エレミノールMON−７：三洋化成工業製）３７部、酢酸エチル９０部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを［水相５］とする。
製造例７
イオン交換水１０００部、［微粒子分散液３］８３部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの４８．５5%水溶液（エレミノールMON−７：三洋化成工業製）３７部、酢酸エチル９０部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを［水相６］とする。
製造例８
イオン交換水１０００部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの４８．５%水溶液（エレミノールMON−７：三洋化成工業製）４０部、酢酸エチル１００部を混合撹拌し微粒子を含有しない液体を得た。これを［水相７］とする。
【００３５】
「低分子ポリエステルの合成」
製造例９
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールＡエチレンオキサイド２モル付加物３８８部、ビスフェノールＡプロピレンオキサイド３モル付加物５５０部、テレフタル酸３３３部、アジピン酸６６部およびジブチルチンオキサイド２部を入れ、常圧２３０℃で８時間反応し、さらに１０〜１５mmHgの減圧で５時聞反応した後、反応容器に無水トリメリット酸５４部を入れ、１８０℃、常圧で２時間反応し、［低分子ポリエステル1］を得た。［低分子ポリエステル1］は、数平均分子量２５００、重量平均分子量６７００、Ｔｇ４８℃、酸価３０であった。
製造例１０
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールＡエチレンオキサイド２モル付加物２６２部、ビスフェノールＡプロピレンオキサイド２モル付加物１８０部、ビスフェノールＡプロピレンオキサイド３モル付加物２３６部、テレフタル酸２６６部、アジピン酸４８部およびジブチルチンオキサイド２部を入れ、常圧２３０℃で８時間反応し、さらに１０〜１５mmHgの減圧で５時聞反応した後、反応容器に無水トリメリット酸３４部を入れ、１８０℃、常圧で２時間反応し、［低分子ポリエステル2］を得た。［低分子ポリエステル２］は、数平均分子量２３９０、重量平均分子量６０１０、Ｔｇ５８℃、酸価２２であった。
【００３６】
「イソシアネート基を有するプレポリマーの合成」
製造例１１
冷却管、撹拌機および窒索導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールＡエチレンオキサイド２モル付加物６９８部、ビスフェノールＡプロピレンオキサイド２モル付加物８１部、テレフタル酸２８３部、無水トリメリット酸２２部およびジブチルチンオキサイド５部を入れ、常圧２２０℃で１０時間反応し、さらに１０〜１５mmHgの減圧５時間反応した［中間体ポリエステル1］を得た。［中間体ポリエステル1］は、数平均分子量２１００、重量平均分子量９５００、Ｔｇ６１℃、酸価１、水酸基価５４であった。次に、冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、［中間体ポリエステル1］４５０部、イソホロンジイソシアネート８０部、酢酸エチル５００部を入９０℃で８時間反応し、［プレポリマー1］を得た。［プレポリマー1］の遊離イソシアネート重量%は、０．９８%であった。
【００３７】
「ケチミンの合成」
製造例１２
撹拌棒および温度計をセットした反応容器に、イソホロンジアミン１７０部とメチルエチルケトン７５部を仕込み、４０℃で１０時間反応を行い、[ケチミン化合物1]を得た。[ケチミン化合物1]のアミン価は３５６であった。
【００３８】
「顔料マスターバッチの調整」
製造例１３
水１２００部、カーボンブラック（Ｐｒｉｎｔｅｘ６０、デクサ製）４４０部、低分子ポリエステル１ １２００部を加え、ヘンシェルミキサー（三井鉱山社製）で混合し、混合物を２本ロールを用いて１３０℃で４５分混練後、急冷して圧延冷却しパルペライザーで１ｍｍφ以下に粉砕し[マスターバッチ1]を得た。
【００３９】
「油相の作成」
撹拌棒および温度計をセットした容器に、［低分子ポリエステル１］４００部、合成エステルワックス１００部、ＣＣＡ(サリチル酸金属錯体Ｅ−４８：オリエント化学工業社製)１０部、酢酸エチル１０００部を仕込み、撹拌下８０℃に昇温し、８０℃のまま５時間保持した後、1時間で３０℃に冷却した。次いで容器に［マスターバッチ１］５００部、酢酸エチル５００部を仕込み、1時間混合し［原料溶解液1］を得た。
［原料溶解液１］１３２４部を容器に移し、ビーズミル（ウルトラビスコミル、アイメックス社製）を用いて、送液速度1ｋｇ/ｈｒ、ディスク周速度６ｍ／秒、０．５mmジルコニアビーズを８０体積%充填、3パスの条件で、カーボンブラック、WAXの分散を行った。次いで、［低分子ポリエステル1］の６５％酢酸エチル溶液１３２４部を加え、上記条件のビーズミルで1パスし、[顔料・WAX分散液1]を得た。[顔料・WAX分散液1]の固形分濃度(１３０℃、３０分)は５０%であった。
【００４０】
「乳化→脱溶剤」
[顔料・WAX分散液1]７００部、[プレポリマー１]を１６０0部、[ケチミン化合物1]６．０部を容器に入れ、ＴKホモミキサー(特殊機化製)で６０００ｒｐｍ、1分間混合した後、容器に[水相1]１２００部を加え、TKホモミキサーで回転数１３０００ｒｐｍ、２０分間混合し[乳化スラリー1]を得た。撹拌機および温度計をセットした容器に、[乳化スラリー1]を投入し、３０℃で８時間脱溶剤した後、４０℃で８時間熟成を行い、[分散スラリー1]を得た。
【００４１】
「洗浄→乾燥」
[乳化スラリー1]１００部を減圧濾過した後、
（１）：濾過ケーキにイオン交換水１００部を加え、TKホモミキサーで混合（回転数１２０００ｒｐｍで１０分間）した後、濾過した。
（２）：（１）の濾過ケーキに１０％水酸化ナトリウム水溶液１００部を加え、ＴKホモミキサーで混合(回転数１２０００ｒｐｍで３０分間)した後、減圧濾過した。
（３）：（２）の濾過ケーキに１０％塩酸１００部を加え、ＴKホモミキサーで混合（回転数１２０００ｒｐｍで１０分間）した後濾過した．
（４）：（３）の濾過ケーキにイオン交換水３００部を加え、ＴKホモミキサーで混合（回転数１２０００ｒｐｍで１０分間）した後濾過する操作を２回行い［濾過ケーキ1］を得た。
［濾過ケーキ1］を循風乾燥機にて４０℃で４８時間乾燥し、目開き７５μmメッシュで篩った後、トナー粒子１００部に疎水性シリカ（ヘキサメチルジシラザン表面処理品、比表面積：２００ｍ２／ｇ）０．５部と、疎水化ルチル型酸化チタン（イソブチルトリメトキシシラン表面処理品、平均一次粒子径：０．０２μｍ）０．５部をヘンシェルミキサーにて混合して、トナーＡを得た。この時、混合を１分撹拌５分静置のサイクルで２０回行った。
【００４２】
このトナーの体積平均粒径は４．５５μｍ、Ｔｇは５３℃、樹脂成分のＴＨＦ不溶分は８％であった。
【００４３】
次にシリコーン樹脂（ＳＲ２４１１：東レダウコーニングシリコーン社製）の固形分に対してカーボン（ライオンアクゾ社製、ケッチェンブラックＥＣ−ＤＪ６００）７ｗｔ％を、ボールミルを使用して１０分間分散し、この分散液を固形分１０ｗｔ％になるよう希釈し分散液を得た。平均粒径３０μmのマグネタイト粉芯材の５Ｋｇに対して、上記の分散液を流動床型コーティング装置を用いて１００℃の雰囲気下で約５０ｇ／ｍｉｎの割合で塗布し、さらに２５０℃で２時間加熱して膜厚０．５μｍのキャリアを得た。膜厚の調整はコート液量により行った。このキャリアの体積固有抵抗は４．３×１０１０Ω・cmであった。得られたキャリアは最終工程で脱気処理を３０分間行った。キャリア抵抗は、２ｍｍの間隔で平行に配置した電極を有する容器に芯材を充填し両極間の１０００Ｖでの直流抵抗を横川ヒューレットパッカード株式会社製４３２９Ａ Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｍｅｔｅｒにて測定した。
【００４４】
また、現像剤は上記キャリア９５重量部に対してトナー５重量部を混合し、現像剤を作製した。この現像剤を用い、図１のプリンタで画像出しをおこなった。
【００４５】
［実施例１］
帯電ローラ３ａとしては、ゴム製のローラを使用した。帯電条件として、帯電ローラ３ａには、−４５０ＶのＤＣにピーク間電圧を２ＫＶ、帯電周波数を３．２ＫＨｚのＡＣを重畳した電圧を印加して、感光体１を帯電した。この状態で画像出しを行ったところ、帯電ローラ３ａにはトナーおよび添加剤は付着せず、高画質な画像を得ることができた。また、帯電ローラ３ａの寿命は１５０Ｋであった。
【００４６】
［実施例２］
実施例１で使用したゴム製の帯電ローラの代わりに、樹脂製のローラを使用した。帯電条件は実施例１と同じである。この状態で画像出しを行ったところ、帯電ローラ３ａにはトナーおよび添加剤は付着せず、高画質な画像をえることができた。また、帯電ローラ寿命は２００Ｋと延びた。
【００４７】
［実施例３］
実施例１で使用したゴム製の帯電ローラの代わりに、樹脂製帯電ローラを使用した。帯電条件として、帯電ローラ３ａに印加する電圧は帯電周波数を２８ＫＨｚに設定した。この状態で画像出しを行ったところ、帯電ローラ３ａにはトナーおよび添加剤は付着せず、高画質な画像をえることができた。また、帯電ローラ寿命は１２０Ｋであった。
【００４８】
［比較例１］
帯電条件は実施例１と同じである。現像剤としては、トナーへの添加剤の添加方法として混合を１分撹拌５分静置のサイクルで３回行ったものを用いた現像剤を使用した。この状態で画像出しを行ったところ、帯電ローラ３ａにはトナーおよび添加剤は付着して、高画質な画像を得ることができなかった。また、帯電ローラ寿命は３０Ｋであった。
【００４９】
［比較例２］
実施例１と同じ現像剤を使用して、ゴム製の帯電ローラ３ａを用い、帯電条件として帯電周波数を２．７ＫＨｚに設定した。この状態で画像出しを行ったところ、帯電ローラ３ａにはトナーおよび添加剤は比較例１よりも多く付着して、高画質な画像を得ることができなかった。
【００５０】
［比較例３］
実施例１と同じ現像剤を使用して、ゴム製の帯電ローラ３ａを用い、帯電条件として帯電周波数を３３ＫＨｚに設定した。この状態で画像出しを行ったところ、帯電ローラ３ａにはトナーおよび添加剤は比較例２よりも多く付着して、高画質な画像を得ることができなかった。
【００５１】
このように、帯電ローラ３ａを感光体１に非接触にした場合は、所定極性のＤＣにＡＣを重畳した電圧を印加し、このＡＣの周波数を３ＫＨｚ以上３０ＫＨｚ以下とすることで、帯電ローラ３ａへのトナーおよび添加剤の付着は抑えられる。さらに、帯電ローラ３ａの材質としては、ゴム製でも樹脂製でもあるレベルの画像品質を達成することが可能であるが、より長寿命な画像を得るためには、樹脂製の帯電ローラ３ａを用いることが好ましいことが実験から確認された。樹脂製の帯電ローラはゴム製に比べて表面硬度が高く、接触したトナーおよび添加剤の付着性が低いためと考えられる。
【００５２】
また、上記樹脂製の帯電部材としては、ローラ形状のほか、平板形状、凹凸形状等の各種形状を使用することが可能である。しかし、部品の耐久性を向上させ高信頼なシステムとするためには、感光体１に常に同じ表面が対向しているものに較べ、ローラ形状にして回転させることが有効である。また、帯電ローラ３ａの表面粗さＲａは、トナーおよび添加剤の付着性に影響し、粗さが大きいほど帯電ローラ３ａにトナーや添加剤が付着し易いことがわかった。実験により、帯電ローラ３ａの表面粗さＲａは０．１μｍ以下であるとトナーおよび添加剤の付着性が低減され、高信頼なシステムが達成できることが確認できた。
【００５３】
また、帯電ローラ３ａにも金属石鹸を塗布する金属石鹸塗布手段を設ける。帯電ローラ３ａへのトナーおよび添加剤の付着を抑制するためには帯電ローラ３ａの表面エネルギーを下げることも有効である。金属石鹸としてはいくつかの種類が上げられるが、炭素数１８前後のアルキル鎖を有する化合物が好ましく、特にステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等が効果的である。金属石鹸を帯電ローラ３ａに塗布する手段としては、金属石鹸の粉体をブラシ等で塗布したり、固形状の金属石鹸を圧縮スプリングで加圧してブラシに塗布し、このブラシを介して徐々に帯電ローラ３ａ表面に塗布したりするものが挙げられる。
【００５４】
また、実施例１と比較例１との結果からわかるように、トナーへの添加剤の添加方法として混合をサイクルが少ないトナーを用いた現像剤では、帯電ローラ３ａの寿命が短くなった。混合のサイクルが少ないと添加剤の固定化処理が十分おこなえず、帯電ローラ３ａには添加剤のなかで逆極性に帯電したものが静電的に付着する。混合のサイクルを多くし、添加剤のトナーへの固定化処理を行うことによって、このような添加剤が帯電ローラ３ａに付着し難くすることができる。なお、固定化された状態は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にてトナー表面を観察し、添加剤がトナーに半分埋没している状態で判断する。これより、トナー表面に存在する添加剤を固定化処理したトナーを用いることが好ましい。
【００５５】
また、均一な帯電をおこなうには、帯電ローラ３ａに印加するＡＣのピーク間電圧を高くするが好ましいが、ピーク間電圧が高すぎるとオゾン発生量が増大したり、感光体１にトナー等がフィルミングする現象が発生したりする。ピーク間電圧は、電位が均一になる１ＫＶ以上、オゾン発生量を抑制できる２ＫＶ以下の範囲にすることが好ましい。
【００５６】
以上、本実施形態で述べたように、感光体１表面に金属石鹸を塗布して感光体１の表面エネルギーを下げ、転写率を改善し、転写残トナー量を低減させる。感光体１上に残った転写残トナーを感光体表面に散布する転写残トナー散布手段４０を備え、転写残トナーが帯電部材としての帯電ローラ３ａに局所的に多く転移して付着してしまうことを防ぐ。また、感光体１に近接する帯電ローラ３ａを用いて感光体１と接触しないようにすることで、接触型の帯電部材を用いたものに較べ、帯電部材に転移付着する転写残トナーを少なくする。さらに、帯電ローラ３ａに印加する電圧をＤＣにＡＣを重畳したものとして帯電を安定させ、ＡＣの周波数が３ＫＨｚ以上３０ＫＨｚ以下とすることで、帯電部材へのトナーおよび添加剤の付着を抑制する。このような条件を組み合わせることで、発生する放電量が少なくしながら、転写残トナーの帯電ローラ３ａへの付着を抑制し、帯電不良を防止することができる。
また、帯電ローラ３ａの材質を樹脂製とすることで、帯電ローラ３ａの表面硬度がゴム製に比べて高くし、転移したトナーおよび添加剤の付着性を低くする。これにより、転写残トナーの帯電ローラ３ａへの付着を抑制し、帯電不良を防止することができる。
また、帯電部材はローラ形状とすることで、感光体１に常に同じ表面が対向しているものに較べ、部品の耐久性を向上させ高信頼なシステムとすることができる。
また、帯電ローラ３ａの表面粗さＲａは、トナーおよび添加剤の付着性に影響し、粗さが大きいほど帯電ローラ３ａにトナーや添加剤が付着し易い。表面粗さＲａは０．１μｍ以下であるとトナーおよび添加剤の付着性が低減され、高信頼なシステムが達成できる。
また、金属石鹸塗布手段により金属石鹸を帯電ローラ３ａに塗布することで、帯電ローラ３ａの表面エネルギーを下げ帯電ローラ３ａへのトナーおよび添加剤の付着を抑制する。
また、帯電ローラ３ａにはトナーだけではなく添加剤も多く付着する。添加剤を固定化処理ことにより添加剤の帯電ローラ３ａへの付着を抑制し、帯電ローラの汚れを抑制することができる。
また、近接帯電方式のもので高画質な画像を達成し、かつ、オゾン発生量を抑制するには、ＡＣのピーク間電圧は電位が均一になる１ＫＶ以上２ＫＶ以下にする。
また、プリンタ本体に対して着脱可能であって、感光体１と、帯電ローラ３ａと、現像装置とが一体になって構成されたプロセスカートリッジとすることで、ユーザーメンテが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態に係るプリンタの概略構成図。
【図２】トナー像形成手段の概略構成図。
【符号の説明】
【００５８】
１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ 感光体
２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ トナー像形成手段
３ 帯電装置
３ａ 帯電ローラ
３ｂ 帯電用高圧電源
４ 露光装置
５ 現像装置
６ 中間転写ユニット
１０ 中間転写ベルト
１１、１２、１３ 支持ローラ
１４Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ 一次転写ローラ
１５ ベルトクリーニング装置
１６ 二次転写ローラ
２０ 給紙カセット
２１ 給紙ローラ
２２ レジストローラ
２３ 定着ユニット
２３ａ 定着ローラ
２３ｂ 加圧ローラ
２４ 排紙ローラ
３１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ トナーボトル
４０ 転写残トナー散布手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真プロセスにより画像を形成する複写機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記画像形成装置として、帯電装置により帯電した像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像を現像装置によりトナー像化し、トナー像を転写装置により被転写体に転写するものが広く用いられている。転写装置としては、像担持体とこれに接触しつつ表面移動する被転写体との間に転写電界を形成して像担持体上のトナー像を被転写体に転写する静電方式のものが知られている。静電方式の転写装置では、主に正規帯電極性とは逆極性に帯電したトナーが被転写体に転写されずに像担持体表面に残留してしまう。この転写残トナーが除去されないまま像担持体が次の画像形成工程に供されると、転写残トナーが残った像担持体の部分で帯電ムラ等の帯電不良が生じ、画質が劣化してしまう。そこで、転写領域から帯電領域までの像担持体表面に対向する位置にクリーニング装置を設け、転写残トナーを除去することが広くおこなわれている。
【０００３】
しかし、クリーニング装置には像担持体表面から回収した転写残トナーを収容する廃トナータンクや回収した転写残トナーを再利用するために搬送するリサイクルトナー搬送通路などを設けるスペースが必要になる。このため、画像形成装置が大型化してしまうという問題があった。特に、近年ではカラー画像の画像形成スピードの高速化が強く要求されているため、像担持体を色ごとに備えたいわゆるタンデム型の画像形成装置が主流になりつつある。このタンデム型の画像形成装置において、複数ある像担持体の色ごとにクリーニング装置を個別に設ける必要があるため、装置の大型化がより顕著な問題となっている。
【０００４】
このような装置の大型化の問題に対処できるものとして、例えば特許文献１に開示された画像形成装置があげられる。この画像形成装置は、像担持体表面に残留した転写残トナーを現像装置にて回収する、いわゆる現像同時クリーニング方式を採用したものである。現像同時クリーニング方式では、クリーニングとは別の目的で設置されている現像装置をクリーニング手段として利用しており、別個に従来のようなクリーニング装置を設ける必要がない。よって、装置の小型化に大きく貢献することができる。
【０００５】
特許文献１に開示された画像形成装置では、像担持体の帯電極性と同極性に帯電したトナーを像担持体に付着させてトナー像化している。また、帯電装置として像担持体に接触する帯電ローラが記載されている。帯電装置としては、このように帯電ローラ当の帯電部材を像担持体表面に接触させる接触帯電方式と、帯電部材を像担持体表面に近接させる近接帯電方式と、コロナチャージャ等のチャージャ帯電方式とが知られている。チャージャ帯電方式ではオゾンやＮＯｘ等の放電生成物が大量に発生するため環境面で問題がある。これに対し、接触帯電方式や近接帯電方式は発生する放電生成物の量が少ないため環境面で有利である。これらのことから、上記特許文献１に開示された画像形成装置は、装置の小型化を図りつつ、放電生成物の発生量が少なく環境面で優れた装置といえる。
【０００６】
ところが、現像同時クリーニング方式と接触帯電方式とを採用した画像形成装置においては、像担持体上の転写残トナーを現像領域まで搬送する間に、転写残トナーと帯電ローラとが接触することになる。転写残トナーにはトナーの正規帯電極性と逆極性に帯電したトナーが多く含まれており、逆極性に帯電した転写残トナーが、帯電バイアスが印加される帯電ローラに付着してしまう。これにより、帯電ローラによる像担持体の一様帯電が妨げられ、像担持体の表面電位を所望の電位にできなかったり、帯電ムラ等の帯電不良が生じたりする。このため、画像濃度の低下や地肌汚れなどが発生し、画質劣化が生じるという問題があった。
【０００７】
また、像担持体上の転写残トナーは画像のパターン状になっており、このような転写残トナーが帯電ローラにパターン状に付着するとパターンに対応した帯電不良が起こり、画像濃度低下や地肌汚れなどがパターン状に残像となって顕れてしまう。そこで、帯電ローラとの接触部よりも上流で像担持体上の転写残トナーのパターンを散布する転写残トナー散布手段を設け、帯電ローラへのパターン状のトナー付着を防ぎ、残像を目立たなくする方法が知られている。
【０００８】
また、帯電ローラの帯電性能を低下させることなく、現像装置によって転写残トナーを良好に除去できるようにする種々の提案がなされている。例えば特許文献２では、被帯電面に接触配置された帯電部材に直流電圧を印加して被帯電面を所定の電位に帯電する帯電装置と、被帯電面から帯電部材に転移した転写残トナーを、被帯電面の帯電中に帯電部材から被帯電面に転移させる転移手段とを備えた装置が提案されている。詳しくは、転移手段として、帯電部材としての帯電ローラの周速度と被帯電面（像担持体表面）の周速度との間に速度差を設けて、摺擦による摩擦帯電により転写残トナーに帯電ローラへ印加する直流電圧と同極性の電荷を付与して、転写残トナーが帯電ローラ側から像担持体表面に転移するようにしたものが提案されている。また、転移手段として、帯電ローラに転移した帯電部材汚染物に電荷付与すべく帯電部材に接触配置された電荷付与部材を設けた装置が提案されている。この電荷付与部材は現像剤に対して帯電系列の異なる材料から成っており、帯電ローラとの摺擦による摩擦帯電により帯電ローラ上の転写残トナーに帯電部材へ印加する直流電圧と同極性の電荷を付与する。これにより、帯電ローラ上の転写残トナーが帯電ローラ側から像担持体表面に転移するようにしたものである。しかし、摩擦帯電により逆帯電しているトナーを完全に帯電ローラへ印加する直流電圧と同極性に帯電させることは難しく、画像濃度低下や地肌汚れの解決には至っていない。
【０００９】
また、特許文献３では、像担持体に接触する帯電ローラの像担持体との接触部より下流にトナー掻き取り部材を設け、帯電ローラはトナー電荷を像担持体の帯電極性と同極性に制御する極性制御剤を有するものを提案している。
【００１０】
さらに、特許文献４では、帯電部材よりも上流に、像担持体の長手方向に移動可能で、転写工程後の像担持体上に残留した現像剤を正規極性に帯電処理する現像剤帯電極性制御手段を設けたものが提案されている。これは、像担持体上に残留した現像剤を正規極性に帯電処理する際、微小な転写残トナーの過帯電や帯電不足を防止するために、現像剤帯電極性制御手段を像担持体の長手方向に移動可能としたものである。さらに、現像剤帯電極性制御手段による極性制御の均一化を図るために、現像剤帯電極性制御手段よりも上流でかつ転写装置よりも下流で、転写残トナーを均一化する残留現像剤均一化手段を設けたものも提案されている。しかしながら、このような移動可能な機構を設けることは、装置の複雑化を招いてしまう。また、このような現像剤帯電極性制御手段を用いても、逆帯電しているトナーを完全に正規極性に帯電させることは難しく、画像濃度低下や地肌汚れの解決には至っていない。
【００１１】
また、特許文献５では、画像形成時以外のタイミングで帯電周波数を通常の画像形成時よりも高く設定することで、帯電ローラに付着したトナーを像担持体に戻す工程をもうけたものを提案している。この方法は、帯電ローラに付着したトナーを像担持体に戻すことが可能であるが、粒径の小さな添加剤まで潜像担持体に戻すことは難しかった。また、連続画像を出力するときには、途中にこの工程が入るため出力が完了するのに時間を要してしまうという欠点がある。
【００１２】
【特許文献１】特許第３０９１３２３号公報
【特許文献２】特開平１０-２１３９４５号公報
【特許文献３】特開２０００−１８１２００号公報
【特許文献４】特開２００１−２１５７９９号公報
【特許文献５】特開２００３−１３６９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記特許文献２、３、４、５の装置は、接触型の帯電ローラに付着する多量の転写残トナーによる汚れを改善するものであり、これらにより汚れはある程度改善することはできる。しかしながら、接触型の帯電ローラでは完全に汚れを除去することは難しく、画像濃度低下や地肌汚れをはまだ不十分なレベルであった。
【００１４】
本発明は上記背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、転写残トナーを現像装置によって回収する画像形成装置において、放電生成物の発生量を少なくするとともに、帯電不良を防止して長期に渡り高画質な画像を得ることのできる画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置と、該帯電した像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、該像担持体の帯電極性と同極性に帯電したトナーを該像担持体に付着させてトナー像化する現像装置と、該像担持体と被転写体との間に転写電界を形成して該像担持体上のトナー像を被転写体上に転写する転写装置とを備えた画像形成装置において、上記転写装置により転写されずに該像担持体上に残った転写残トナーを該像担持体表面に散布する転写残トナー散布手段と、該像担持体表面に金属石鹸を塗布する金属石鹸塗布手段とを備え、上記帯電手段は該像担持体表面に近接して配置された帯電部材に所定極性のＤＣにＡＣを重畳した電圧を印加するものであり、該ＡＣの周波数が３ＫＨｚ以上３０ＫＨｚ以下であることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の画像形成装置において、上記帯電部材が樹脂製であることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項１または２の画像形成装置において、上記帯電部材がローラ形状であることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項３の画像形成装置において、上記ローラ形状の帯電部材表面粗さRaが０．１μｍ以下であることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２、３または４の画像形成装置において、上記帯電部材へ金属石鹸を塗布する手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１、２、３、４または５の画像形成装置において、上記トナー表面に存在する添加剤はトナーに固定化処理されていることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、請求項１、２、３、４、５または６の画像形成装置において、上記帯電部材に印加するＡＣのピーク間電圧が１ＫＶ以上２ＫＶ以下であることを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、請求項１、２、３、４、５、６または７の画像形成装置において、上記像担持体と、上記帯電部材と、上記現像手段とが一体になって構成され、画像形成装置本体に脱着可能なプロセスカートリッジであることを特徴とするものである。
【００１６】
これらの画像形成装置においては、像担持体に近接する帯電部材を用いることで、像担持体上の転写残トナーと帯電部材とが接触しないようにする。像担持体上の転写残トナーは近接した帯電部材に静電的に転移して付着するものはあるものの、その量は帯電部材を接触させた時に較べ格段に少なくなる。
さらに、以下のような構成とすることで、近接する帯電部材の汚れを抑制し、帯電不良を防止する。
この画像形成装置では、金属石鹸塗布手段により像担持体表面に金属石鹸を塗布することで像担持体の表面エネルギーを下げ、像担持体とトナーとの付着力を弱くして転写率を改善し、転写残トナー量を低減させる。
また、像担持体上に残った転写残トナーを像担持体表面に散布する転写残トナー散布手段を備えており、転写残トナーがパターン状になっていてもこれを散布する。これにより、帯電部材へのパターン状のトナー付着を防ぎ、局所的に帯電不良が発生することを抑制する。
さらに、帯電部材に印加する電圧をＤＣにＡＣを重畳したものとして帯電を安定させる。また、後述する実験で示すように、ＡＣの周波数が３ＫＨｚ以上３０ＫＨｚ以下とすることで、帯電部材へのトナーおよび添加剤の付着が抑制された。これは、帯電部材に印加するＡＣの周波数を高周波に設定することで、像担持体上のトナーおよび添加剤が帯電部材近傍を通過するときに微小運動を起こし、見かけ上帯電部材表面にバリア層を形成する。これにより、トナーおよび添加剤の帯電部材表面への付着を抑制する。
このように、上記条件を組み合わせた構成とすることで、転写残トナーの帯電部材への付着を抑制し、帯電不良を防止することができる。また、近接の帯電部材を用いたものは発生する放電量が少なく環境面でも有利である。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１乃至８の発明によれば、転写残トナーを現像装置によって回収する画像形成装置において、放電生成物の発生量を少なくするとともに、帯電不良を防止して長期に渡り高画質な画像を得ることができるという優れた効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を、画像形成装置であるフルカラーレーザプリンタ（以下、単に「プリンタ」という）に適用した実施形態について説明する。図１は、プリンタの概略構成図である。このプリンタは、イエロー・シアン・マゼンタ・ブラックの４つのトナー像形成手段２Ｙ、２Ｃ、２Ｍ、２Ｋを横に並べて配置してタンデム画像形成部を構成する。このタンデム画像形成部においては、個々のトナー像形成手段２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋが、図中左から順に配置されている。ここで、各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、それぞれイエロー、マゼンダ、シアン、黒用の部材であることを示す。また、タンデム画像形成部においては、個々のトナー像形成手段２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、潜像担持体としてのドラム状の感光体１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを備えている。そして、ドラム状の感光体１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋのまわりには、それぞれ後述する帯電装置、現像装置等を備えている。
【００１９】
各色のトナー像形成手段２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、本体に着脱可能なプロセスカートリッジとして形成されている。これらのプロセスカートリッジは、プリンタ本体に固定された図示しないガイドレールに沿って、プリンタ本体から引き出すことができる。また、このプロセスカートリッジをプリンタ本体に押し込むことによって、トナー像形成手段２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを所定の位置に装填することができる。
【００２０】
ここで、トナー像形成手段２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋは、それぞれ同じ構成、動作をおこなうものとなっている。そこで、以下各符号の添字Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを省略し、このトナー像形成手段２の説明を詳細におこなう。図２は、トナー像形成手段の概略構成図である。図中時計方向に回転する感光体１のまわりに、帯電装置３、現像装置５が順に配置されている。帯電装置３は、帯電部材としての帯電ローラ３ａを備えている。帯電ローラ３ａは、導電性の回転軸上に表層を導電性の樹脂またはゴムを設けたものであり、感光体１との間に微小ギャップを維持して近接対向するよう配置されている。帯電ローラ３ｂの回転軸に接続された帯電用高圧電源３ｂより電圧を印加することで感光体１の表面を一様に帯電する。現像装置５は、現像剤を収容する現像剤収容部と、感光体１表面に近接対向するように配置された現像剤担持体としての現像ローラ５ａとを備えている。現像剤収容部内には、現像剤を攪拌しながら現像ローラ５ａ近傍へ現像剤を搬送する現像剤攪拌搬送部材５ｂを設けている。現像ローラ５ａはこの現像剤を担持して感光体１と対向する位置まで搬送し、感光体１上の静電潜像にトナーを供給することによりこれを現像するよう構成されている。
【００２１】
また、プリンタの上部には、イエロー、シアン、マゼンタ、黒の各色トナーが充填されたトナーボトル３１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋが配置されている。そして、このトナーボトル３１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋから図示しない搬送経路によって、所定の補給量だけ各色現像装置５に各色トナーが補給される。
【００２２】
また、タンデム画像形成部の下部に潜像形成手段としての露光装置４を設ける。この露光装置２０は、画像データに基づいて各感光体１の表面にレーザ光を走査しながら照射するように構成されている。
【００２３】
また、タンデム画像形成部の直ぐ上には、中間転写ユニット６を設ける。中間転写ユニット６は、中間転写体として無端ベルト状の中間転写ベルト１０を備えている。また、中間転写ベルト１０を回転可能に支持する支持ローラ１１，１２，１３と、感光体１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ上に形成されたトナー像を中間転写ベルト１０上に転写するための一次転写ローラ１４Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋを設ける。また、中間転写ベルト１０の駆動方向に関して１次転写ローラ１４Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋより下流に２次転写装置としての２次転写ローラ１６を設ける。この２次転写ローラ１６と中間転写ベルト１０を挟んで反対の側には、支持ローラ１３が配置されており、押部材としての機能を果たしている。また、中間転写ベルト１０の駆動方向に関して２次転写ローラ１６より下流にベルトクリーニング装置１５を設ける。
【００２４】
また、プリンタ下部には、給紙ユニットを備えている。給紙ユニットは、給紙カセット２０から記録紙Ｐを二次転写領域に搬送する給紙ローラ２１、レジストローラ２２等を備えている。
【００２５】
さらに、２次転写ローラ１６よりトナー像を転写された記録媒体Ｐの進行方向に関して２次転写ローラ１６より下流部には、記録媒体Ｐ上の画像を定着する定着装置ユニット２３を備えている。定着ユニット２３は、定着ローラ２３ａ及び加圧ローラ２３ｂを備え、記録紙Ｐ上のトナー像に熱と圧を加えることで定着を行う。
【００２６】
つぎに、上記プリンタの動作を説明する。個々のトナー像形成手段２で各感光体１を回転し、感光体１の回転とともに、帯電ローラ３ａで感光体１の表面を一様に帯電する。次いで、画像データを露光装置４からのレーザによる書込み光を照射して感光体１上に静電潜像を形成する。その後、現像装置５によりトナーが付着され静電潜像を可視像化することで各感光体１上にそれぞれ、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの単色画像を形成する。また、不図示の駆動モータで中間転写ベルト１０を回転搬送して、その可視像を各一次転写装置１４で中間転写ベルト１０上に順次転写する。これによって中間転写ベルト１０上に合成カラー画像を形成する。
【００２７】
また、上記画像形成のタイミングにあわせて、給紙カセット２０内の記録紙Ｐの先端が給紙ローラ２１により繰り出され、レジストローラ２２まで搬送され、一旦停止する。そして、上記画像形成動作とタイミングを取りながら、二次転写ローラ１６と中間転写ベルト１０の間に搬送される。ここで、中間転写ベルト１０と２次転写対向ローラ１６とは記録媒体Ｐを挟んでいわゆる２次転写ニップを形成し、２次転写ローラ１６にて中間転写ベルト１６上のトナー像を記録媒体Ｐ上に２次転写する。
【００２８】
画像転写後の記録媒体Ｐは定着ユニット２３へと送り込まれ、定着装置で熱と圧力とを加えて転写画像を定着して機外へ排出される。一方、画像転写後の中間転写ベルト１０は、ベルトクリーニング装置１５で、画像転写後に中間転写ベルト１０上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成部による再度の画像形成に備える。
【００２９】
なお、このプリンタは、転写領域から帯電領域までの間に、感光体１上の可視像を一次転写装置１４で中間転写ベルト１０上に転写する際に感光体１残った転写残トナーを除去する手段としてのクリーニング装置を設けていない。このようなクリーニング装置をもたないプリンタでは、手段として利用しており、感光体１上の転写残トナーを現像ローラ５ａで回収するいわゆる現像同時クリーニング方式が採用されている。
【００３０】
次に、本実施形態の特徴部について説明する。
本実施形態のプリンタでは、上述のように、帯電ローラ３ａは感光体１との間に微小ギャップを維持して近接対向するよう配置されている。そこで、感光体１上の転写残トナーは、現像ローラ５ａで回収されるまでに通過する帯電部において帯電ローラ３ａと接触しない。このため、感光体１上の転写残トナーは静電的に近接した帯電ローラ３ａに転移して付着するものはあるものの、接触型の帯電部材を用いたものに較べその量は少なくなる。また、この近接の帯電ローラ３ａを用いたものでは、接触型の帯電部材を用いたものと同様に発生する放電量がチャージャ帯電方式のものと較べて少なく環境面で有利である。また、高画質な画像を達成するために、帯電ローラ３ａに帯電用高圧電源３ｂよりＤＣにＡＣを重畳した電圧を印加する。
【００３１】
また、このプリンタでは、感光体１の回転方向に関して１次転写部よりも下流で帯電部よりも上流に、感光体１上の転写残トナーを感光体１表面に散布する転写残トナー散布手段４０を設けている。転写残トナー散布手段４０は、帯電部よりも上流で転写残トナーが画像によりパターン化している場合でも散布して非パターン化する。これにより、近接する帯電ローラ３ａに転写残トナーがパターン状に転移して、局所的に集中して付着してしまうことを防ぎ、局所的な帯電不良の発生を抑制する。転写残トナー散布手段としては、芯金上に直毛またはループ状毛を貼り付けブラシ状としたブラシローラを用いた。また、ブラシの直毛またはループ状毛としては中抵抗の材料が好ましく、ナイロン、ポリエステル等が用いられる。
【００３２】
また、このプリンタでは、感光体１表面に金属石鹸を塗布する金属石鹸塗布手段を設ける。感光体１から記録媒体Ｐへの転写率を向上させ、転写残トナーの量を減少させるためには、感光体１表面全体に金属石鹸を塗布して感光体１の表面エネルギーを下げることが有効である。特に、本実施形態のように帯電ローラ３ａにより感光体１にＡＣを重畳した電圧を与えたものでは、感光体１がＡＣのハザードでフィルミングしやすくなるので、滑剤の塗布は必要になる。金属石鹸としてはいくつかの種類が上げられるが、炭素数１８前後のアルキル鎖を有する化合物が好ましく、特にステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等が効果的である。また、金属石鹸塗布手段としては、金属石鹸の粉体をブラシ等で塗布したり、固形状の金属石鹸を圧縮スプリングで加圧してブラシに塗布し、このブラシを介して徐々に感光体１表面に塗布したりするものが挙げられる。このプリンタでは、転写残トナー散布手段４０のブラシに固形状の金属石鹸を圧縮スプリングで加圧して転写残トナー散布手段４０のブラシに塗布し、このブラシを介して徐々に感光体１表面に塗布している。このようにして転写残トナーの量を減少させることで、帯電ローラ３ａへ転移する転写残トナーの量を減少させることができる。
【００３３】
次に、本実施形態のプリンタに用いられるトナーの製造方法について説明する。
「樹脂微粒子エマルションの合成」
製造例１
撹拌棒および温度計をセットした反応容器に、イオン交換水６８３部、メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩(エレミノールＲＳ−３０：三洋化成工業製)）１１部・スチレン８３部、メタクリル酸６０部、アクリル酸ｔｅｒｔ−ブチル１０５部、過硫酸アンモニウム１部を仕込み、５００回転／分で３０分間撹拌したところ、白色の乳濁液が得られた。加熱して、系内温度８０℃まで昇温し６時間反応させた。さらに、１％過硫酸アンモニウム水溶液５０部を滴下して加え、７０℃で１５時間熟成してビニル系樹脂（スチレン−メタクリル酸−アクリル酸ｔｅｒｔ−ブチル−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体）の水性分散液［微粒子分散液１］を得た。［微粒子分散液１］をＬＡ−９２０で測定した体積平均粒径は、０．０８μmであった［微粒子分散液１］の一部を乾燥して樹脂分を単離した。該樹脂分のＴｇは６２℃であった。
【００３４】
「水相の調整」
製造例２
イオン交換水１０００部、［微粒子分散液１］８３部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの４８．５%水溶液（エレミノールMON−７：三洋化成工業製）５０部、酢酸エチル１００部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを［水相１］とする。
製造例３
イオン交換水１０００部、［微粒子分散液２］８３部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの４８．５%水溶液（エレミノールMON−７：三洋化成工業製）３７部、酢酸エチル８０部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを［水相２］とする。
製造例４
イオン交換水１０００部、シリカ微粒子（ＡＥＲＯＳＩＬ１３０：一次粒子の平均径は約１６ｎｍ、日本アエロジル株製）８部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの４８．５%水溶液（エレミノールMON−７：三洋化成工業製）３７部、酢酸エチル１００部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを［水相３］とする。
製造例５
イオン交換水１０００部、二酸化チタン微粒子（P−25：一次粒子の平均径は約２１ｎｍ、日本アエロジル株製）6部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの４８．５%水溶液（エレミノールMON−７：三洋化成工業製）３７部、酢酸エチル１１０部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを［水相４］とする。
製造例６
イオン交換水１０００部、［微粒子分散液1］４５部、二酸化チタン微粒子（Ｐ−２５：日本アエロジル株製）２部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの４８．５%水溶液（エレミノールMON−７：三洋化成工業製）３７部、酢酸エチル９０部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを［水相５］とする。
製造例７
イオン交換水１０００部、［微粒子分散液３］８３部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの４８．５5%水溶液（エレミノールMON−７：三洋化成工業製）３７部、酢酸エチル９０部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを［水相６］とする。
製造例８
イオン交換水１０００部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの４８．５%水溶液（エレミノールMON−７：三洋化成工業製）４０部、酢酸エチル１００部を混合撹拌し微粒子を含有しない液体を得た。これを［水相７］とする。
【００３５】
「低分子ポリエステルの合成」
製造例９
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールＡエチレンオキサイド２モル付加物３８８部、ビスフェノールＡプロピレンオキサイド３モル付加物５５０部、テレフタル酸３３３部、アジピン酸６６部およびジブチルチンオキサイド２部を入れ、常圧２３０℃で８時間反応し、さらに１０〜１５mmHgの減圧で５時聞反応した後、反応容器に無水トリメリット酸５４部を入れ、１８０℃、常圧で２時間反応し、［低分子ポリエステル1］を得た。［低分子ポリエステル1］は、数平均分子量２５００、重量平均分子量６７００、Ｔｇ４８℃、酸価３０であった。
製造例１０
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールＡエチレンオキサイド２モル付加物２６２部、ビスフェノールＡプロピレンオキサイド２モル付加物１８０部、ビスフェノールＡプロピレンオキサイド３モル付加物２３６部、テレフタル酸２６６部、アジピン酸４８部およびジブチルチンオキサイド２部を入れ、常圧２３０℃で８時間反応し、さらに１０〜１５mmHgの減圧で５時聞反応した後、反応容器に無水トリメリット酸３４部を入れ、１８０℃、常圧で２時間反応し、［低分子ポリエステル2］を得た。［低分子ポリエステル２］は、数平均分子量２３９０、重量平均分子量６０１０、Ｔｇ５８℃、酸価２２であった。
【００３６】
「イソシアネート基を有するプレポリマーの合成」
製造例１１
冷却管、撹拌機および窒索導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールＡエチレンオキサイド２モル付加物６９８部、ビスフェノールＡプロピレンオキサイド２モル付加物８１部、テレフタル酸２８３部、無水トリメリット酸２２部およびジブチルチンオキサイド５部を入れ、常圧２２０℃で１０時間反応し、さらに１０〜１５mmHgの減圧５時間反応した［中間体ポリエステル1］を得た。［中間体ポリエステル1］は、数平均分子量２１００、重量平均分子量９５００、Ｔｇ６１℃、酸価１、水酸基価５４であった。次に、冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、［中間体ポリエステル1］４５０部、イソホロンジイソシアネート８０部、酢酸エチル５００部を入９０℃で８時間反応し、［プレポリマー1］を得た。［プレポリマー1］の遊離イソシアネート重量%は、０．９８%であった。
【００３７】
「ケチミンの合成」
製造例１２
撹拌棒および温度計をセットした反応容器に、イソホロンジアミン１７０部とメチルエチルケトン７５部を仕込み、４０℃で１０時間反応を行い、[ケチミン化合物1]を得た。[ケチミン化合物1]のアミン価は３５６であった。
【００３８】
「顔料マスターバッチの調整」
製造例１３
水１２００部、カーボンブラック（Ｐｒｉｎｔｅｘ６０、デクサ製）４４０部、低分子ポリエステル１ １２００部を加え、ヘンシェルミキサー（三井鉱山社製）で混合し、混合物を２本ロールを用いて１３０℃で４５分混練後、急冷して圧延冷却しパルペライザーで１ｍｍφ以下に粉砕し[マスターバッチ1]を得た。
【００３９】
「油相の作成」
撹拌棒および温度計をセットした容器に、［低分子ポリエステル１］４００部、合成エステルワックス１００部、ＣＣＡ(サリチル酸金属錯体Ｅ−４８：オリエント化学工業社製)１０部、酢酸エチル１０００部を仕込み、撹拌下８０℃に昇温し、８０℃のまま５時間保持した後、1時間で３０℃に冷却した。次いで容器に［マスターバッチ１］５００部、酢酸エチル５００部を仕込み、1時間混合し［原料溶解液1］を得た。
［原料溶解液１］１３２４部を容器に移し、ビーズミル（ウルトラビスコミル、アイメックス社製）を用いて、送液速度1ｋｇ/ｈｒ、ディスク周速度６ｍ／秒、０．５mmジルコニアビーズを８０体積%充填、3パスの条件で、カーボンブラック、WAXの分散を行った。次いで、［低分子ポリエステル1］の６５％酢酸エチル溶液１３２４部を加え、上記条件のビーズミルで1パスし、[顔料・WAX分散液1]を得た。[顔料・WAX分散液1]の固形分濃度(１３０℃、３０分)は５０%であった。
【００４０】
「乳化→脱溶剤」
[顔料・WAX分散液1]７００部、[プレポリマー１]を１６０0部、[ケチミン化合物1]６．０部を容器に入れ、ＴKホモミキサー(特殊機化製)で６０００ｒｐｍ、1分間混合した後、容器に[水相1]１２００部を加え、TKホモミキサーで回転数１３０００ｒｐｍ、２０分間混合し[乳化スラリー1]を得た。撹拌機および温度計をセットした容器に、[乳化スラリー1]を投入し、３０℃で８時間脱溶剤した後、４０℃で８時間熟成を行い、[分散スラリー1]を得た。
【００４１】
「洗浄→乾燥」
[乳化スラリー1]１００部を減圧濾過した後、
（１）：濾過ケーキにイオン交換水１００部を加え、TKホモミキサーで混合（回転数１２０００ｒｐｍで１０分間）した後、濾過した。
（２）：（１）の濾過ケーキに１０％水酸化ナトリウム水溶液１００部を加え、ＴKホモミキサーで混合(回転数１２０００ｒｐｍで３０分間)した後、減圧濾過した。
（３）：（２）の濾過ケーキに１０％塩酸１００部を加え、ＴKホモミキサーで混合（回転数１２０００ｒｐｍで１０分間）した後濾過した．
（４）：（３）の濾過ケーキにイオン交換水３００部を加え、ＴKホモミキサーで混合（回転数１２０００ｒｐｍで１０分間）した後濾過する操作を２回行い［濾過ケーキ1］を得た。
［濾過ケーキ1］を循風乾燥機にて４０℃で４８時間乾燥し、目開き７５μmメッシュで篩った後、トナー粒子１００部に疎水性シリカ（ヘキサメチルジシラザン表面処理品、比表面積：２００ｍ２／ｇ）０．５部と、疎水化ルチル型酸化チタン（イソブチルトリメトキシシラン表面処理品、平均一次粒子径：０．０２μｍ）０．５部をヘンシェルミキサーにて混合して、トナーＡを得た。この時、混合を１分撹拌５分静置のサイクルで２０回行った。
【００４２】
このトナーの体積平均粒径は４．５５μｍ、Ｔｇは５３℃、樹脂成分のＴＨＦ不溶分は８％であった。
【００４３】
次にシリコーン樹脂（ＳＲ２４１１：東レダウコーニングシリコーン社製）の固形分に対してカーボン（ライオンアクゾ社製、ケッチェンブラックＥＣ−ＤＪ６００）７ｗｔ％を、ボールミルを使用して１０分間分散し、この分散液を固形分１０ｗｔ％になるよう希釈し分散液を得た。平均粒径３０μmのマグネタイト粉芯材の５Ｋｇに対して、上記の分散液を流動床型コーティング装置を用いて１００℃の雰囲気下で約５０ｇ／ｍｉｎの割合で塗布し、さらに２５０℃で２時間加熱して膜厚０．５μｍのキャリアを得た。膜厚の調整はコート液量により行った。このキャリアの体積固有抵抗は４．３×１０１０Ω・cmであった。得られたキャリアは最終工程で脱気処理を３０分間行った。キャリア抵抗は、２ｍｍの間隔で平行に配置した電極を有する容器に芯材を充填し両極間の１０００Ｖでの直流抵抗を横川ヒューレットパッカード株式会社製４３２９Ａ Ｈｉｇｈ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ Ｍｅｔｅｒにて測定した。
【００４４】
また、現像剤は上記キャリア９５重量部に対してトナー５重量部を混合し、現像剤を作製した。この現像剤を用い、図１のプリンタで画像出しをおこなった。
【００４５】
［実施例１］
帯電ローラ３ａとしては、ゴム製のローラを使用した。帯電条件として、帯電ローラ３ａには、−４５０ＶのＤＣにピーク間電圧を２ＫＶ、帯電周波数を３．２ＫＨｚのＡＣを重畳した電圧を印加して、感光体１を帯電した。この状態で画像出しを行ったところ、帯電ローラ３ａにはトナーおよび添加剤は付着せず、高画質な画像を得ることができた。また、帯電ローラ３ａの寿命は１５０Ｋであった。
【００４６】
［実施例２］
実施例１で使用したゴム製の帯電ローラの代わりに、樹脂製のローラを使用した。帯電条件は実施例１と同じである。この状態で画像出しを行ったところ、帯電ローラ３ａにはトナーおよび添加剤は付着せず、高画質な画像をえることができた。また、帯電ローラ寿命は２００Ｋと延びた。
【００４７】
［実施例３］
実施例１で使用したゴム製の帯電ローラの代わりに、樹脂製帯電ローラを使用した。帯電条件として、帯電ローラ３ａに印加する電圧は帯電周波数を２８ＫＨｚに設定した。この状態で画像出しを行ったところ、帯電ローラ３ａにはトナーおよび添加剤は付着せず、高画質な画像をえることができた。また、帯電ローラ寿命は１２０Ｋであった。
【００４８】
［比較例１］
帯電条件は実施例１と同じである。現像剤としては、トナーへの添加剤の添加方法として混合を１分撹拌５分静置のサイクルで３回行ったものを用いた現像剤を使用した。この状態で画像出しを行ったところ、帯電ローラ３ａにはトナーおよび添加剤は付着して、高画質な画像を得ることができなかった。また、帯電ローラ寿命は３０Ｋであった。
【００４９】
［比較例２］
実施例１と同じ現像剤を使用して、ゴム製の帯電ローラ３ａを用い、帯電条件として帯電周波数を２．７ＫＨｚに設定した。この状態で画像出しを行ったところ、帯電ローラ３ａにはトナーおよび添加剤は比較例１よりも多く付着して、高画質な画像を得ることができなかった。
【００５０】
［比較例３］
実施例１と同じ現像剤を使用して、ゴム製の帯電ローラ３ａを用い、帯電条件として帯電周波数を３３ＫＨｚに設定した。この状態で画像出しを行ったところ、帯電ローラ３ａにはトナーおよび添加剤は比較例２よりも多く付着して、高画質な画像を得ることができなかった。
【００５１】
このように、帯電ローラ３ａを感光体１に非接触にした場合は、所定極性のＤＣにＡＣを重畳した電圧を印加し、このＡＣの周波数を３ＫＨｚ以上３０ＫＨｚ以下とすることで、帯電ローラ３ａへのトナーおよび添加剤の付着は抑えられる。さらに、帯電ローラ３ａの材質としては、ゴム製でも樹脂製でもあるレベルの画像品質を達成することが可能であるが、より長寿命な画像を得るためには、樹脂製の帯電ローラ３ａを用いることが好ましいことが実験から確認された。樹脂製の帯電ローラはゴム製に比べて表面硬度が高く、接触したトナーおよび添加剤の付着性が低いためと考えられる。
【００５２】
また、上記樹脂製の帯電部材としては、ローラ形状のほか、平板形状、凹凸形状等の各種形状を使用することが可能である。しかし、部品の耐久性を向上させ高信頼なシステムとするためには、感光体１に常に同じ表面が対向しているものに較べ、ローラ形状にして回転させることが有効である。また、帯電ローラ３ａの表面粗さＲａは、トナーおよび添加剤の付着性に影響し、粗さが大きいほど帯電ローラ３ａにトナーや添加剤が付着し易いことがわかった。実験により、帯電ローラ３ａの表面粗さＲａは０．１μｍ以下であるとトナーおよび添加剤の付着性が低減され、高信頼なシステムが達成できることが確認できた。
【００５３】
また、帯電ローラ３ａにも金属石鹸を塗布する金属石鹸塗布手段を設ける。帯電ローラ３ａへのトナーおよび添加剤の付着を抑制するためには帯電ローラ３ａの表面エネルギーを下げることも有効である。金属石鹸としてはいくつかの種類が上げられるが、炭素数１８前後のアルキル鎖を有する化合物が好ましく、特にステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛等が効果的である。金属石鹸を帯電ローラ３ａに塗布する手段としては、金属石鹸の粉体をブラシ等で塗布したり、固形状の金属石鹸を圧縮スプリングで加圧してブラシに塗布し、このブラシを介して徐々に帯電ローラ３ａ表面に塗布したりするものが挙げられる。
【００５４】
また、実施例１と比較例１との結果からわかるように、トナーへの添加剤の添加方法として混合をサイクルが少ないトナーを用いた現像剤では、帯電ローラ３ａの寿命が短くなった。混合のサイクルが少ないと添加剤の固定化処理が十分おこなえず、帯電ローラ３ａには添加剤のなかで逆極性に帯電したものが静電的に付着する。混合のサイクルを多くし、添加剤のトナーへの固定化処理を行うことによって、このような添加剤が帯電ローラ３ａに付着し難くすることができる。なお、固定化された状態は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にてトナー表面を観察し、添加剤がトナーに半分埋没している状態で判断する。これより、トナー表面に存在する添加剤を固定化処理したトナーを用いることが好ましい。
【００５５】
また、均一な帯電をおこなうには、帯電ローラ３ａに印加するＡＣのピーク間電圧を高くするが好ましいが、ピーク間電圧が高すぎるとオゾン発生量が増大したり、感光体１にトナー等がフィルミングする現象が発生したりする。ピーク間電圧は、電位が均一になる１ＫＶ以上、オゾン発生量を抑制できる２ＫＶ以下の範囲にすることが好ましい。
【００５６】
以上、本実施形態で述べたように、感光体１表面に金属石鹸を塗布して感光体１の表面エネルギーを下げ、転写率を改善し、転写残トナー量を低減させる。感光体１上に残った転写残トナーを感光体表面に散布する転写残トナー散布手段４０を備え、転写残トナーが帯電部材としての帯電ローラ３ａに局所的に多く転移して付着してしまうことを防ぐ。また、感光体１に近接する帯電ローラ３ａを用いて感光体１と接触しないようにすることで、接触型の帯電部材を用いたものに較べ、帯電部材に転移付着する転写残トナーを少なくする。さらに、帯電ローラ３ａに印加する電圧をＤＣにＡＣを重畳したものとして帯電を安定させ、ＡＣの周波数が３ＫＨｚ以上３０ＫＨｚ以下とすることで、帯電部材へのトナーおよび添加剤の付着を抑制する。このような条件を組み合わせることで、発生する放電量が少なくしながら、転写残トナーの帯電ローラ３ａへの付着を抑制し、帯電不良を防止することができる。
また、帯電ローラ３ａの材質を樹脂製とすることで、帯電ローラ３ａの表面硬度がゴム製に比べて高くし、転移したトナーおよび添加剤の付着性を低くする。これにより、転写残トナーの帯電ローラ３ａへの付着を抑制し、帯電不良を防止することができる。
また、帯電部材はローラ形状とすることで、感光体１に常に同じ表面が対向しているものに較べ、部品の耐久性を向上させ高信頼なシステムとすることができる。
また、帯電ローラ３ａの表面粗さＲａは、トナーおよび添加剤の付着性に影響し、粗さが大きいほど帯電ローラ３ａにトナーや添加剤が付着し易い。表面粗さＲａは０．１μｍ以下であるとトナーおよび添加剤の付着性が低減され、高信頼なシステムが達成できる。
また、金属石鹸塗布手段により金属石鹸を帯電ローラ３ａに塗布することで、帯電ローラ３ａの表面エネルギーを下げ帯電ローラ３ａへのトナーおよび添加剤の付着を抑制する。
また、帯電ローラ３ａにはトナーだけではなく添加剤も多く付着する。添加剤を固定化処理ことにより添加剤の帯電ローラ３ａへの付着を抑制し、帯電ローラの汚れを抑制することができる。
また、近接帯電方式のもので高画質な画像を達成し、かつ、オゾン発生量を抑制するには、ＡＣのピーク間電圧は電位が均一になる１ＫＶ以上２ＫＶ以下にする。
また、プリンタ本体に対して着脱可能であって、感光体１と、帯電ローラ３ａと、現像装置とが一体になって構成されたプロセスカートリッジとすることで、ユーザーメンテが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態に係るプリンタの概略構成図。
【図２】トナー像形成手段の概略構成図。
【符号の説明】
【００５８】
１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ 感光体
２Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ トナー像形成手段
３ 帯電装置
３ａ 帯電ローラ
３ｂ 帯電用高圧電源
４ 露光装置
５ 現像装置
６ 中間転写ユニット
１０ 中間転写ベルト
１１、１２、１３ 支持ローラ
１４Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ 一次転写ローラ
１５ ベルトクリーニング装置
１６ 二次転写ローラ
２０ 給紙カセット
２１ 給紙ローラ
２２ レジストローラ
２３ 定着ユニット
２３ａ 定着ローラ
２３ｂ 加圧ローラ
２４ 排紙ローラ
３１Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋ トナーボトル
４０ 転写残トナー散布手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置と、該帯電した像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、該像担持体の帯電極性と同極性に帯電したトナーを該像担持体に付着させてトナー像化する現像装置と、該像担持体と被転写体との間に転写電界を形成して該像担持体上のトナー像を被転写体上に転写する転写装置とを備えた画像形成装置において、
上記転写装置により転写されずに該像担持体上に残った転写残トナーを該像担持体表面に散布する転写残トナー散布手段と、該像担持体表面に金属石鹸を塗布する金属石鹸塗布手段とを備え、上記帯電手段は該像担持体表面に近接して配置された帯電部材に所定極性のＤＣにＡＣを重畳した電圧を印加するものであり、該ＡＣの周波数が３ＫＨｚ以上３０ＫＨｚ以下であることを特徴とするものである。
【請求項２】
請求項１の画像形成装置において、上記帯電部材が樹脂製であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２の画像形成装置において、上記帯電部材がローラ形状であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項３の画像形成装置において、上記ローラ形状の帯電部材表面粗さRaが０．１μｍ以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の画像形成装置において、上記帯電部材へ金属石鹸を塗布する手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５の画像形成装置において、上記トナー表面に存在する添加剤はトナーに固定化処理されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５または６の画像形成装置において、上記帯電部材に印加するＡＣのピーク間電圧が１ＫＶ以上２ＫＶ以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６または７の画像形成装置において、上記像担持体と、上記帯電部材と、上記現像手段とが一体になって構成され、画像形成装置本体に脱着可能なプロセスカートリッジであることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
像担持体と、該像担持体を帯電する帯電装置と、該帯電した像担持体表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、該像担持体の帯電極性と同極性に帯電したトナーを該像担持体に付着させてトナー像化する現像装置と、該像担持体と被転写体との間に転写電界を形成して該像担持体上のトナー像を被転写体上に転写する転写装置とを備えた画像形成装置において、
上記転写装置により転写されずに該像担持体上に残った転写残トナーを該像担持体表面に散布する転写残トナー散布手段と、該像担持体表面に金属石鹸を塗布する金属石鹸塗布手段とを備え、上記帯電手段は該像担持体表面に近接して配置された帯電部材に所定極性のＤＣにＡＣを重畳した電圧を印加するものであり、該ＡＣの周波数が３ＫＨｚ以上３０ＫＨｚ以下であることを特徴とするものである。
【請求項２】
請求項１の画像形成装置において、上記帯電部材が樹脂製であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項３】
請求項１または２の画像形成装置において、上記帯電部材がローラ形状であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項３の画像形成装置において、上記ローラ形状の帯電部材表面粗さRaが０．１μｍ以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４の画像形成装置において、上記帯電部材へ金属石鹸を塗布する手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５の画像形成装置において、上記トナー表面に存在する添加剤はトナーに固定化処理されていることを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５または６の画像形成装置において、上記帯電部材に印加するＡＣのピーク間電圧が１ＫＶ以上２ＫＶ以下であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１、２、３、４、５、６または７の画像形成装置において、上記像担持体と、上記帯電部材と、上記現像手段とが一体になって構成され、画像形成装置本体に脱着可能なプロセスカートリッジであることを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−２３４９１４（Ｐ２００６−２３４９１４Ａ）
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４５６６５（Ｐ２００５−４５６６５）
【出願日】平成１７年２月２２日（２００５．２．２２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２２日（２００５．２．２２）
【出願人】（０００００６７４７）株式会社リコー (37,907)
【Ｆターム（参考）】
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