JP3758272B2 - 画像形成装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、像担持体上に静電潜像を形成し、これにトナーを選択的に付着して可視像とした後、この像を記録シート等に転写する画像形成装置に係り、具体的には電子写真記録装置、静電記録装置、イオノグラフィー、磁気潜像を利用する画像形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より知られている画像形成装置では、像担持体上に形成したトナー像を記録用紙等に転写し、定着することによって記録画像を得る。そして、転写後に像担持体上に残留するトナーは回収して廃棄するのが一般的である。
例えば電子写真式の画像形成装置においては、表面に感光体層を有する像担持体を均一に帯電する帯電工程、帯電された像担持体表面に像光を照射することで静電潜像を形成する露光工程、該静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する現像工程、該トナー像を記録材に転写する転写工程、該記録材上のトナー像を定着する定着工程、及び前記転写工程後の像担持体上に残留したトナーを除去するクリーニング工程によって画像が形成される。このクリーニング工程では、弾性を有するゴムブレードもしくはブラシを像担持体表面に押し当てて、残留したトナーを回収するようになっており、回収されたトナーは回収容器に蓄積され定期的に廃棄される。
【０００３】
このような装置では、回収容器に蓄積される回収トナー量を常に検知または測定しておき、回収容器が満杯になる前にトナーの廃棄または回収容器の交換を行わなければならない。
また、回収されたトナーは環境保護や資源の消費削減等の観点から再利用が進められているが、分別の問題、運搬・再生のためのエネルギーの問題、回収方法・集積場所の問題等多くの問題を含んでいる。
【０００４】
このような問題点を解決するための手段としては次のようなものが考えられる。
（１）第１の手段は、トナー像を記録材へ転写する際の転写効率を改善するものである。記録材への転写効率が向上すればそれだけ像担持体上の残留トナーが減少し、回収して処理しなければならないトナー量も低減される。
（２）第２の手段は、廃棄トナーを発生させないという観点から、像担持体上に残留したトナーを清掃するためのクリーニング装置を設けずに、残留トナーを現像と同時に現像装置に回収して、現像に再利用するものである。回収トナーのすべてを再利用することによって、トナーを廃棄する必要はなくなる。
【０００５】
〈転写効率を改善する従来技術〉
上記（１）の転写効率を改善する手段としては次のようなものが開示されている。
（ａ）特開昭５６−１２６８７２号公報に記載されている技術は、転写を行うための電界が形成される領域を大きくし、転写効率を改善しようとするものである。
（ｂ）特開昭５８−８８７７０号公報、特開昭５８−１４０７６９号公報に記載されている技術は、転写位置に交番電界を形成するものである。この交番電界により像担持体上のトナーに揺り動かすような力を付与し、像担持体からの離脱を促進しようとするものである。
（ｃ）特開平２−１８７０号公報、特開平２−８１０５３号公報、特開平２−１１８６７１号公報、特開平２−１１８６７２号公報、特開平２−１５７７６６号公報に記載の技術は、現像剤中にシリカ等の剥離性微粒子を含ませることで、これらの微粒子をトナーと像担持体との間に介在させ、トナーと像担持体との付着力を低減してトナーの転写効率を上げるものである。
【０００６】
上記（ａ）（ｂ）に示す手段はいずれも転写効率を改善する効果を奏するものではあるが、転写後の像担持体にはある程度のトナーが残留し、廃棄トナーを低減するという目的のためには充分なものではない。
【０００７】
（ｃ）に示す技術では、長期間にわたって高転写効率を維持するためには、現像剤へ剥離性微粒子を多量に添加しておく必要がある。しかし、その反面、トナーの剥離性が高くなるために現像時にトナークラウドが発生しやすくなり、プリント画像のカブリや、機内汚れなどの二次障害が発生する。また、長く使用するうちに剥離性微粒子がトナー表面やキャリア表面に付着して現像剤の帯電性が低下したり、遊離した剥離性微粒子同士が凝集して塊状の塊となり、それが原因で現像剤の流動性が低下して画像ムラを引き起こすことがある。また、現像剤から剥離性微粒子が遊離して現像剤の帯電性が変化することで画像濃度が変動することがある。さらに、剥離性微粒子が多量に添加されたトナーは流動性に富むために、転写工程でトナー像が記録材に接触した際にトナー像が乱れやすくなり、転写による画像乱れといった現象も生じやすくなる。
【０００８】
〈回収トナーを再利用する技術〉
上記（２）の回収したトナーを再利用する技術として、クリーニング装置を備えずに、像担持体上の残留トナーを現像装置によって回収する技術が、例えば特開昭５９−１３３５７３号公報、特開昭５９−１５７６６１号公報等に記載されている。
これらの装置は、トナー像を転写した後、次の画像を現像する際に、背景部に残ったトナーを現像領域の電界内で現像ロールに転移させて回収するものである。
【０００９】
しかし、このような方式では、残留トナーを現像装置内に回収するときに、紙粉その他の異物を同時に現像装置内に送り込んでしまい、現像剤の寿命に悪影響を与えることがある。
また、転写後の像担持体をクリーニングしないと、残留トナーが次の画像形成工程でプリントアウトされるポジゴーストや、残留トナーの遮光効果によるネガゴーストの発生が問題となる。このようなゴーストへの対策として、特開平３−１１４０６３号公報では転写残りトナー量を０．３５ｍｇ／ｃｍ² 以下とすることでゴーストを回避でき、また特開平３−１７２８８０号公報では転写工程におけるトナーの転写効率を８０％以上とすることでゴーストを回避できることが記載されており、このような装置においてもトナーの転写効率を上げることが必要となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、像担持体上に形成されたトナー像は、主としてトナーと像担持体間に生じる静電的な力で付着しているが、像担持体と接触しているトナーには、この他にファンデルワールス力等の非静電的な付着力も加わっている。従って、通常の静電転写を行っても、なかなか１００％の転写は達成困難である。このような状況において、トナーと像担持体間の非静電的付着力を軽減するために、種々のアプローチが検討されてきたことは前に述べた。
【００１１】
しかし、上述のように従来の画像形成装置では、回収・廃棄されるトナーを極力低減し、またはトナーの廃棄・処理を不要とするためには、いずれも２次障害が大きく実現化が難しい。
また、廃棄しなければならないトナーを皆無とするためには、転写後の残留トナーをクリーニングしなくてもゴーストやかぶり等の画像欠陥が発生しない程度まで転写効率を改善しなければならず、実現が困難であった。
【００１２】
このような従来の方法を検討すると、いずれも像担持体上にトナー画像を形成するいわゆる現像時に、あるいは中間転写体へトナー像を転写するのと同時に、トナーと像担持体等との間の低付着状態を実現しようとするものであり、これが、技術の許容幅を極端に狭くしているか、あるいは確実に低付着状態を実現するのを困難にしている。さらには、一時的に比較的低付着の状態が実現できたとしても、帯電、現像、転写等のプロセスにおけるストレスにより、長期にわたる使用においてこのような状態を維持することが難しい。特に、上記トナーの低付着状態を維持することは、像担持体と接触する帯電方式および現像方式を採用する画像形成装置で難しく、あるいは転写時の通紙等によっても阻害される。
【００１３】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、トナー像を記録材または中間体へ転写する際の効率を改善し、回収・廃棄するトナーを低減もしくは皆無とすること、これに加えてクリーニング装置を不要として装置を簡素化すること、さらに上記転写性の低下を防止して長期にわたり画質劣化のない画像を得ることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本願発明は、確実にトナーと像担持体との間の付着力を低減する手段として、トナーと像担持体との間に微粒子を介在させることにより、ほぼ１００％転写を実現しようとするものである。更には、付着力が低減した状態を、上述した微粒子の形状を制御することにより、長期に渡り安定して維持しようとするものである。
【００１５】
トナーと像担持体との付着力を確実に低減させるための考え方としては、トナーと像担持体上間の距離を空ける（離す）ことと、トナーと像担持体との接触面積を小さくすることが挙げられる。これらを実現する手段は、トナーより小粒径の粉状体の微粒子を像担持体上に予め付着させておき、その後、潜像を可視化するトナーを該微粒子の上に転移してトナー像を形成することである。このとき、像担持体の表面は、微細な表面観察により、トナーサイズ即ち約１０平方μｍに、微粒子が少なくとも１個、好ましくは２個以上存在する状態に準備される。従って、その後の現像工程により形成されるトナーは確実に微粒子上に配置されるため、トナーと像担持体との距離が空けられ、これら相互間に作用する非静電的な力が低減される。これにより、転写工程で電界が作用するとトナー粒子は容易に像担持体から脱離して記録シート又は中間体に転移し、高い転写効率を達成することが可能となる。
【００１６】
次に接触式の帯電方式や現像方式、および転写時の通紙等のプロセスにおけるストレスに対して、長期に渡り安定して微粒子を像担持体上に維持するための考え方としては、トナーと像担持体間における付着効果と全く逆の考え方で良い。即ち、微粒子の形状を制御することにより、微粒子と像担持体との接触面積を大きくすれば良い。これを実現する手段としては、非球形（不定型）の微粒子、例えば、ほぼ平坦な表面に対する接触面積が大きくなるような扁平な形状の微粒子を用いることにより、球形の微粒子に比べて、像担持体とのファンデルワールス力および静電的な力を増加することができる。
【００１７】
一方、その際、非球形微粒子とトナーとの付着力が増加し、トナーと共に微粒子が像担持体から剥離し微粒子の維持性が劣化したり、あるいは微粒子が像担持体に留まりトナーも微粒子から剥離せず、結果的に転写率が低下する等の現象が懸念される。これらの現象は、像担持体、微粒子、トナーそれぞれの最表層の材料物性に起因するもの、あるいはそれぞれの帯電量、極性等の電気特性に起因するものがある。これらは、両者とも像担持体、微粒子、トナー相互間の接触面積に依存しているため、本願発明では、像担持体と微粒子間の接触面積、およびトナーと微粒子間の接触面積に着目し、相互の付着力を制御するようにしたものである。
【００１８】
即ち、図５に示すように、像担持体（例えば感光体）は、通常２０ｍｍφ〜１００ｍｍφであるのに対し、トナー粒径は５μｍ〜１０μｍでしかも表層は微小な凹凸があるため、トナー表面に比べ像担持体表面はほぼ平坦と見なすことができる。その際、非球形微粒子、例えば、図５に示すような扁平状の微粒子は、像担持体と十分な接触面積を確保できることからその上に留まることができ（吸着力Ｆ３が関与）、その一方でトナーと微粒子の接触面積は極端に小さいので、トナーは微粒子から容易に剥離する（吸着力Ｆ２が関与）。また扁平状微粒子の粒径をトナー粒径より小さくし、理想的には粒径を５００ｎｍ程度まで小さくし、上述のように約１０平方μｍに、扁平状微粒子が少なくとも１個、好ましくは２個以上存在する状態にすれば、トナーと像担持体上間の距離を空ける（離す）ことができ、相互の付着力は低下する（吸着力Ｆ１が関与）。このため、トナーは転写電界の作用によって像担持体上から容易に剥離可能となるとともに、微粒子は像担持体上に安定して付着し、長期にわたり高転写率を維持することができる。
【００１９】
このような微粒子は、上記図５に示すような扁平状の微粒子に限らず、粒形がほぼ平坦な面に対する接触面積が大きくなるような形状であれば、使用可能である。微粒子の形状の表現法には種々あり、大きく分けて二つに分類される。幾何学的な形状を数値でまたは数式で表現する方法と、何らかの物理量と等価な球の直径に置き換えた相当径を用いる方法である。本願発明では、微粒子の形状に着目し、その形状効果により微粒子の付着力の維持性を高めようとするものであるので、前者の形状表現法を用いて微粒子の形状を規定する。例えば、図６に示すように、微粒子の長軸方向の寸法をｌ、厚さをｔとしたときに、ｌ／ｔがほぼ２以上となるような形状の微粒子が用いられる。この他、微粒子の具体的形状として、棒状、俵形または米粒形のものや、針状または紡錘状のものが使用可能である。さらに、多面体型、好ましくは八面体など、面数ｎが８以下の多面体状微粒子も使用可能である。
【００２０】
このような非球形（不定型）の微粒子の形状については、それぞれの微粒子の材料および製造方法によって、例えば、扁平状（薄片状、円盤状を含む）、棒状、針状、紡錘状、あるいは多面体状などを選択することができる。製造方法については、原料を機械的に粉砕する方法から化学的あるいは物理的に成長させる気相または液相成長法、あるいは両者を組み合せた方法があり、目的にあった方法が選択される。微粒子については、針状又は紡錘状の微粒子として、軽質炭酸カルシウムがある。これは化学的方法によって製造される沈降炭酸カルシウムで、製法には、石灰乳と炭酸ガスを反応させる炭酸ガス化合法と、塩化カルシウムとソーダ灰を反応させる炭酸塩溶液化合法がある。多面体状の微粒子には、酸化インジウムがあり、これはインジウムを酸素とアルゴンの混合気体中で加熱燃焼させることにより得られる。これは粒径が５００ｎｍ程度で正八面体構造の微粒子である。
【００２１】
また、上記微粒子はトナーよりも小粒径で、最大寸法がほぼ５００ｎｍ以下のものが好ましい。すなわち、微粒子の粒径をトナー粒径よりかなり小さくすることで、上述のように約１０平方μｍに、微粒子が少なくとも１個、好ましくは２個以上存在する状態にすることができる。これにより、トナーと像担持体との間に確実に微粒子を介在させ、トナーと像担持体上間の距離を空ける（離す）ことができる。
【００２２】
また、上記微粒子を像担持体上に付着させる画像形成装置は、クリーナレスシステムとすることで像担持体上に付着させた微粒子を長期間像担持体上に留めておくことができ、トナーの転写性向上効果を維持し続けることができる。また、クリーナレスとすることで像担持体上に付着させた微粒子がクリーナによって像担持体上に強く押しつけられることがないために、微粒子の変形による転写性の低下、微粒子の像担持体への融着による像担持体の特性変化、微粒子による像担持体の磨耗、傷といった心配もなくなる。
【００２３】
この場合、残留トナーのクリーニングを現像装置で行う（兼用する）こともできるし、更に好ましくは、残留トナーの回収を現像装置で行わずに、現像するトナーがほぼ一方向に転移する方式を採用することで、紙粉その他の異物混入の問題をも解決可能となる。
以上のような手段によって、ゴースト等の画像欠陥を有効に防止することができるとともに、回収して廃棄すべきトナーの発生を皆無とすることができる。
【００２４】
また、像担持体上へ微粒子を付着させる手段としては、機械的に付着させる方法、電気的に付着させる方法、両者を併用した方法等が考えられる。機械的に付着させる方法としては摺擦によるものが挙げられ、そのようなものとしては例えばロール状、ブラシ状、フェルト状、ウエブ状、刷毛状のもので摺擦する方法が挙げられる。ロール状のものとしては、金属あるいは硬質プラスティックのような剛体で形成された剛体ロールと、ゴムのような弾性を有する材料を用いた弾性ロールが挙げられるが、摺擦ニップでの圧力、ニップ幅の調整のしやすさからは弾性ロールの方が使いやすい。ブラシ状のものとしては具体的には、磁気を利用した磁気ブラシや、ファーブラシがある。このような機械的に付着させる方法に加えて電界をかけることで微粒子の付着状態をより安定化させることができる。
【００２５】
電気的に付着させる方法としては、微粒子をクラウド状に分散させて電界の力で像担持体へ微粒子を付着させる方法が挙げられる。微粒子をクラウド状に分散させて付着させる手段としては、例えば、機械的振動、エアー、超音波、交番電界を用いる方法や、例えばロール状、ブラシ状、ウエブ状、刷毛状のものに微粒子を付着させておいて、それらを回転、振動、移動させる方法が挙げられる。
【００２６】
なお、本願発明は、カールソンプロセスに基づく電子写真記録方式のみならず、チャージレス方式、背面露光方式等、記録紙に転写を行う間接記録方式であれば適用可能である。一方、いわゆる静電気録方式やイオノグラフィ方式等、感光体の代わりに誘電体を使用して、静電潜像を直接書き込み、これを現像して転写する場合にも有効である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本願に係る発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本願に係る発明の画像形成装置と同様に機能する画像形成装置の概略構成図である。
この画像形成装置は、一様帯電後に像光を照射することにより表面に静電潜像が形成される像担持体１と、この像担持体１の周囲に、像担持体の表面を一様に帯電する帯電器２と、画像データに基づき像担持体に像光を照射し潜像を形成する像書き込み装置３と、前記静電潜像にトナーを選択的に転移して可視化する現像装置４と、ペーパーガイド８より供給される用紙に像担持体表面のトナー像を転写する転写帯電器５と、転写された用紙を像担持体から剥離する剥離用帯電器６と、剥離された用紙を搬送する搬送ベルト９と、転写後の像担持体１を除電する除電露光装置７とを有している。なお、本画像形成装置はクリーナレス方式であり、クリーニング装置は設けられていない。
【００２８】
上記帯電器２は、電極ワイヤとグリット電極とからなるスコロトロン帯電器であり、電極ワイヤに高電圧を印加することにより像担持体１との間でコロナ放電を発生させ、像担持体１の表面を一様に帯電させるものである。
【００２９】
上記像書き込み装置３は、形成される画像の幅方向に配列された多数の発光素子（ＬＥＤ）を有し、この発光素子が画像信号に基づいて点滅することによって回転駆動される像担持体１に像露光を行なうようになっている。
【００３０】
上記現像装置４は、図２に示すようにハウジング３８内に、像担持体１と微小間隙をおいて配置された円筒状の現像ロール３１と、現像ロール３１上の現像剤量を規制する現像剤規制部材３２とを有している。
【００３１】
上記現像ロール３１は、周方向に複数の磁極を有する磁石ロール４０と、この周囲で回転可能に支持された非磁性の中空円筒状のスリーブ３９からなるものであり、スリーブ３９の外周面に現像剤を磁気的に吸着して搬送することができるようになっている。
また、現像ロール３１の後方には、現像剤を該現像ロールに供給するパドル３３が設けられ、さらにその後方は第１の攪拌室３６および第２の攪拌室３７となっている。この第１の攪拌室３６および第２の攪拌室３７にはそれぞれ現像剤を攪拌しながら現像ロールの軸線方向に搬送する第１のオーガー３４および第２のオーガー３５が備えられている。
【００３２】
この現像装置４で用いられる現像剤は磁性キャリアとトナーとを混合した二成分現像剤が用いられる。また、外添剤を加えたものであってもよい。この現像剤については後に詳述する。
上記現像装置４において、ハウジング３８内の現像剤は、オーガー３４，３５によりミキシングされて帯電されるとともに、パドル３３の回転によりスリーブ３９の周面に供給される。スリーブ３９上に供給された現像剤は、現像剤規制部材３２により均されて所定の厚みの現像剤層が形成され、これが像担持体１との対向領域に搬送され、現像に供されるようになっている。
【００３３】
一方、上記像担持体１の表面には、予め非球形の微粒子が付与されている。この微粒子の粒形は、図６に示すように、ほぼ平坦な面に対する接触面積が大きくなるような扁平な形状であり、微粒子の長軸方向の寸法（長軸径）を１、厚みをｔとしたときに、扁平度１／ｔがほぼ２以上のものが用いられている。上記例では、扁平度１／ｔが３程度の酸化チタン微粒子が用いられている。この酸化チタン微粒子は、前述したように、酸化チタン（チタニア）の原料鉱石を硫酸法あるいは塩素法により形成し、仕上粉砕を行ったものであり、最大粒径（長軸径）は約１００ｎｍとなっている。
【００３４】
また、上記微粒子を像担持体１の表面に付着させる方法としては、簡単でしかも効果があるダスティング法を用いた。具体的には、酸化チタン微粒子を綿製のポーチ内に入れ、像担持体１に対し軽くたたきながらダスティングし、像担持体１の全表面に付与したものである。このとき、微粒子の付着状態は、約１０平方μｍに、微粒子が約２個以上存在する状態となっている。
【００３５】
上記のような画像形成装置の主要部材のデータおよび設定は次のとおりである。

【００３６】
次に図２に示す現像装置４で用いられる現像剤について説明する。
〈トナー〉
トナーは、例えば次のようにして作成したものを用いることができる。
ポリエステル（数平均分子量：４，３００、重量平均分子量：９，８００、Ｔｇ＝５８℃）９４ｗｔ％、シアニンブルー４９３８（大日精化）６ｗｔ％を混練粉砕し、平均粒径７μｍの着色粒子を得る。この着色粒子に対し、平均粒径４０ｎｍの酸化チタン微粒子をトナー表面積に対する被覆率３０％の割合で外添してサイアントナーとする。このトナーの帯電極性は負極性であり、平均粒径はコールターカウンタ（コールター社製）で測定した値である。
【００３７】
なお、被覆率ｆ（％）は、トナーの平均粒径をdt( ｍ) 、酸化チタン微粒子の平均粒径をda( ｍ) 、トナーの比重をρt 、酸化チタン微粒子の比重をρa 、酸化チタン微粒子重量をＷａ（ｋｇ）、トナー重量をＷｔ（ｋｇ）とすると、次式で与えられる。
【数１】

また、本例のトナーの比重は１．０、酸化チタン微粒子の比重は４．５である。
【００３８】
〈キャリア〉
キャリアは、例えば次のようなものである。
スチレン−アクリル共重合体（数平均分子量：２３，０００、重量平均分子量：９８，０００、Ｔｇ＝７８°Ｃ）３０ｗｔ％、カーボンブラック（塩基性カーボンブラック：ｐＨ＝８．５）３ｗｔ％、粒状マグネタイト（最大磁化８０ｅｍｕ／ｇ、粒径０．５μｍ ）６７ｗｔ％を混練、粉砕、分級して平均粒径を４５μｍとしたものである。このキャリアの帯電極性は正極性で、電気抵抗値は１０¹²Ω・ｃｍであり、比重は２．２である。なお、平均粒径はマイクロトラック（日機装社製）で測定した値である。
【００３９】
〈現像剤〉
上記トナーとキャリアとを混合した現像剤としては、例えば、トナー濃度（ＴＣ：Ｔｏｎｅｒ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）を１５ｗｔ％、現像剤中のトナーの帯電量の値を−２０μＣ／ｇとしたものを用いることができる。ここでＴＣは次式で示される。
【数２】

【００４０】
次に上記のような構成の画像形成装置の動作について説明する。
像担持体１の表面には、予めほぼ一様に扁平状微粒子が付与されている。その際、微粒子と像担持体表面との接触面では鏡像力やファンデルワールス力等の付着力が作用し、この力によって微粒子が付着する。
画像形成プロセスが開始されると、像担持体１は回転駆動され、帯電器２によってほぼ一様に帯電された後、像書き込み装置３によって像光が照射される。像担持体１の感光体層の電荷は露光によって低減され、表面に静電電位の差による潜像が形成される。その後、像担持体１に形成された潜像は現像装置４との対向位置に移動する。この現像装置４が有する現像ロール３１の表面には、磁石ロール４０の磁力によってキャリアの磁気ブラシが形成されており、このキャリアの表面にトナーが付着している。像担持体１と現像装置４との対向位置では、現像電界の作用によって現像ロール３１からトナーが像担持体１に転移され、潜像が可視化されるが、転移されるトナーは扁平状微粒子の上に重ねて付着される。このようにして形成されたトナー像は、転写帯電器６によって記録用紙に転写される。このとき、トナー像は扁平状微粒子を介して像担持体１上に付着しており、ファンデルワールス力などの非静電的な付着力が小さくなる。このため、トナーは転写電界で容易に離脱し、用紙上に転写される。
【００４１】
その後、用紙上に転写されたトナー像は剥離用帯電器６により剥離され、用紙搬送ベルト９により図示しない定着装置に送られ、トナー像が用紙上に定着される。
一方、記録用紙上にトナー像が転写された後、像担持体上には微粒子が残る。この画像形成装置ではクリーニング装置は設けられておらず、微粒子が像担持体１上に維持されたまま次の画像形成工程に入り、再び現像工程で像担持体上の扁平状微粒子に重ねてトナー像が形成される。
【００４２】
このような画像形成装置では、扁平状微粒子を用いることにより、微粒子と像担持体との接触面積が大きくなり、球状の微粒子に比較して、像担持体とのファンデルワールス力および静電的な力が増加する。このため、扁平状微粒子を長期にわたり像担持体上に付着させておくことが可能となり、トナー像の転写効率を良好に維持することができる。
【００４３】
その一方で、扁平状微粒子を用いることによって、微粒子とトナーとの付着力が増加し、トナーと共に微粒子が像担持体から剥離して微粒子の維持性が劣化するか、あるいは微粒子が像担持体に留まりトナーも微粒子から剥離せず、結果的に転写率が低下する等の現象が懸念される。しかし、像担持体／微粒子間の接触面積とトナー／微粒子間の接触面積に着目し、相互の付着力を制御することにより、このような現象を回避することが可能となる。即ち、像担持体はφ８４ｍｍであるのに対し、トナー粒径は５μｍ〜１０μｍでしかも表層は微小な凹凸があるため、トナー表面に比べ像担持体表面はほぼ平坦と見なすことができ、扁平状微粒子は像担持体と十分な接触面積を確保できる。このため、扁平状微粒子は像担持体との付着力が増大することにより長期にわたりその表面に留まることができ、その一方で、トナーと微粒子との接触面積は極端に小さいので、トナーは微粒子から容易に剥離する。また扁平状微粒子の粒径は１００ｎｍ程度であるので、トナー面積である約１０平方μｍに、微粒子が少なくとも１個、好ましくは２個以上存在することになり、トナーと像担持体との距離を空けることができる。このためトナーと像担持体相互間の付着力は低下し、高転写率を維持することができる。
【００４４】
次に、本願発明の実施形態について説明する。
この画像形成装置は、上記図１に示す画像形成装置で用いられる扁平状微粒子に代えて、針状又は紡錘状の微粒子や、多面体型の微粒子、例えば八面体状微粒子を像担持体表面に付着させるものである。
【００４５】
針状又は紡錘状の微粒子としては、例えば長軸方向の寸法（長軸径）をｌ、厚みをｔとしたときの扁平度ｌ／ｔが１０程度で、粒径が約１００ｎｍの軽質炭酸カルシウムが用いられる。この軽質炭酸カルシウムは、石灰乳と炭酸ガスを反応させる炭酸ガス化合法や、塩化カルシウムとソーダ灰を反応させる炭酸塩溶液化合法などにより製造される。また、多面体型の微粒子としては、例えば粒径が５００ｎｍ程度の正八面体構造の酸化インジウムが用いられる。この酸化インジウム微粒子は、インジウムを酸素とアルゴンの混合気体中で加熱燃焼させることにより得られる。
なお、これらの微粒子を像担持体表面に付着させる方法、および画像形成装置の他の構成は図１に示す画像形成装置と同じである。
【００４６】
上記のような非球形の微粒子を用いることにより、像担持体との接触面積を大きくすることができ、球形の微粒子に比較すると、像担持体とのファンデルワールス力および静電的な力が増加する。このため、微粒子と像担持体との付着力が大きくなり、像担持体からの微粒子の剥離を防止することができる。このため、トナー像の転写率を長期にわたって良好に維持することが可能となる。
【００４７】
〈画像形成装置の経時安定性を確認するための実験〉
次に、上記実施形態に記載した画像形成装置の非球形微粒子付与による転写率とその維持性を確認するため、３０，０００枚連続プリントテストと６０，０００枚連続プリントテストを実施した結果を示す。
非球形の微粒子としては、扁平状微粒子、針状又は紡錘状微粒子、多面体状微粒子を用い、それぞれ像担持体表面にダスティングにより付与して実験を行った。扁平微粒子には、最大粒径（長軸径）が４０ｎｍ、１００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍであり、長軸径をｌ、厚みをｔとしたときのｌ／ｔが２〜４の酸化チタンを、針状又は紡錘状微粒子には、最大粒径（長軸径）が４０ｎｍ、１００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍであり、ｌ／ｔが７〜１０の軽質炭酸カルシウムを、多面体微粒子には、粒径が５００ｎｍであり、ｌ／ｔが約２の正八面体構造の酸化インジウム用いた。
【００４８】
また比較のため、球形微粒子を像担持体表面にダスティングにより付与したものと、扁平状微粒子を像担持体上に付与せずに現像剤にのみ添加したものを用い、同様に実験を行った。
球形微粒子には、粒径が４０ｎｍ、１００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍのシリカを用いた。製法は、気相成長や液相成長等種々あるが、本実施形態では液相成長である加水分解法を用いた。具体的には、Ｓｉアルコキシドを水と反応させ、酸化物を沈殿させる。沈殿物をそのまま乾燥させることによりシリカの粉末を得る。加水分解条件により粒径を制御でき、また粒径のそろった球形シリカを形成できる。
また、現像剤のみに外添する扁平状微粒子は酸化チタン微粒子を用い、現像剤中への添加量を増やして実験を行った。このときの被覆率は〜８０％である。
【００４９】
原稿は、Ａ３サイズの白紙に反射濃度が１．６と０．２、サイズが横２９７ｍｍ×縦４０ｍｍのソリッドパッチを貼りつけたものを使用した。また環境は２２°Ｃ／５５％ＲＨ、２８°Ｃ／８５％ＲＨ、１０°Ｃ／３０％ＲＨの３条件で行い、３０，０００枚連続プリントテストでは１０，０００枚毎に環境を変え、６０，０００枚連続プリントテストでは２０，０００枚毎に環境を変えて行った。
【００５０】
さらに、使用時におけるジャム発生を想定して、５００枚毎にソリッド画像の途中で画像形成装置をシャットダウンして、大量の現像トナ−を帯電、現像、転写の各装置と対向する位置に通過させた。評価尺度としては、現像剤劣化に関するものは、画像濃度および背景部のかぶり、黒点・白点、黒筋・白筋、画像抜け等の画質の変化、トナー帯電量の変化で確認した。転写性に関するものは、残留トナーの影響によるプリント上のポジ／ネガ残像の発生度合いの変化、転写率で確認した。尚、転写率は下記の式によって求めたものである。
【数３】

【００５１】
（１）３０，０００枚連続プリントテストの結果
図１に示すような構成の画像形成装置を用い、上記条件及び方法により３０，０００枚連続プリントテストを行った実験の結果を表１に示す。
（以下余白）
【表１】

表１に示すように、非球形微粒子、すなわち扁平状の酸化チタン微粒子、針状又は紡錘状の軽質炭酸カルシウム微粒子、八面体状の酸化インジウム微粒子を像担持体にダスティングにより付与した場合には、いずれも画質劣化、転写率の低下はなく、良好な結果が得られることが確認された。また、表１には記載しなかったが、現像剤の劣化に起因するトナー帯電量の低下は見られなかった。
【００５２】
但し、酸化チタン微粒子と軽質炭酸カルシウム微粒子において、粒径が１μｍの場合は、僅かにかぶりが発生した。粒径が、４０ｎｍ、１００ｎｍ、５００ｎｍのときには、かぶりが発生していないことから、微粒子を同量付与した場合では、粒径が大きいことにより像担持体と微粒子との接触面積が減少したためと考えられる。従って、画質の点で粒径は、５００ｎｍ以下が良いと考えられる。
【００５３】
一方、球形のシリカ微粒子をダスティングにより付与した場合は、テスト開始時は転写率がほぼ１００％であったが、プリントテスト後には、９０％程度まで低下し、維持性がないことが確認された。
また、酸化チタン微粒子において、あらかじめ像担持体へダスティングする方法を行わないで、現像剤中への添加量を増やした場合は、転写率がほぼ１００％を達成する被覆率は８０％であったが、この条件下では、現像剤の劣化により画像濃度が低下した。これは酸化チタン微粒子を増やしたことにより、トナー帯電量が低下（プラス側にシフト）し、像担持体に転写されたトナー重量が減少したことによる。トナー帯電量を所定の値に保つ被覆率の上限は５０％であったが、この条件下では転写率が９０％まで低下した。よって微粒子を現像剤にのみ添加する方法では、画質と転写率との両方を満足する条件は見い出せなかった。
【００５４】
（２）６０，０００枚連続プリントテストの結果
図１に示した画像形成装置を用い、上記条件及び方法により６０，０００枚連続プリントテストを行った実験の結果を表２に示す。
（以下余白）
【表２】

【００５５】
表２に示すように、非球形微粒子を付与した場合には、３０，０００枚連続ランテストとほぼ同様に、転写率および維持性ともに良好な結果が得られることが確認された。但し、八面体微粒子である酸化インジウムを用いた場合では、僅かにかぶりが発生し、転写率も多少低下し、９８％程度となった。これは酸化インジウムが八面体微粒子であるため、他の微粒子の形状に比べ、球型に近い形状をしていることによると考えられる。従って、望ましくは多面体の面数ｎが、小さい方が本願発明の効果をより発揮できると考えられる。
【００５６】
以上のことから、本実施形態の画像形成装置は、現像剤の劣化を防止することができるとともに、高転写効率を実現することができ、また微粒子の形状効果により維持性が非常に優れていることが分かる。
【００５７】
また、扁平状、針状あるいは紡錘状微粒子として、長軸径をｌ、厚みをｔとしたときのｌ／ｔが転写性にどのような影響を与えるかを確認するための実験を行った。
図３は、３０，０００枚の連続ランテスト後における、ｌ／ｔと像担持体上の残留微粒子の面積率および転写率との関係を調べた結果を示すグラフである。
この図に示すように、ｌ／ｔが２以上のときに残留微粒子の面積率が１０％以上で、微粒子の付着量が良好となり、転写率がほぼ１００％となることが分かる。このため、高転写率を得るためには、１／ｔが２以上が好ましいと考えられる。
【００５８】
なお、本実施形態では、接触式の２成分現像についての例を挙げて説明してきたが、本発明は、非接触式の２成分現像、非接触式の磁性１成分現像、非接触式の非磁性１成分現像を行うクリーナレス方式の画像形成装置に適用しても、同様な効果が得られる。
【００５９】
図４は、本願に係る発明の画像形成装置と同様に機能する画像形成装置の他の例を示す概略構成図である。
この装置は、図１に示す装置と同じ、像担持体５１、帯電器５２、像書き込み装置５３、現像装置５４、除電ランプ５７を備え、さらに複数の支持ロール６２によって周回可能に支持された中間転写体６１と、像担持体５１上のトナー像を上記中間転写体６１に転写する転写帯電器５５とを有している。
また、上記中間転写体６１の下流側には転写ロール６３を備え、これと対向する支持ロール６２との間にバイアス電圧が印加されるようになっており、支持ロール６２との間に中間転写体６１を介して記録用紙を挟み込み、トナー像を記録用紙に転写するようになっている。
【００６０】
上記像担持体５１の表面には、図１に示す装置と同様にあらかじめ扁平状の酸化チタン微粒子がダスティングにより付与されている。この微粒子は、扁平度１／ｔが２〜４で、粒径が５００μｍ以下のものである。
【００６１】
上記中間転写体６１は、ポリカーボネート樹脂中にカーボンブラックを分散したものを厚さ１３５μｍの無端状ベルトにしたもので、電気抵抗値は１０⁸ 〜１０⁹ Ω・ｃｍとなっている。この中間転写体６１および像担持体５１は図中に矢印で示す方向に１６０ｍｍ／ｓの周速で駆動され、これらの部材にはクリーニング装置が設けられていない。
なお、この画像形成装置の他の構成は図１に示す画像形成装置と同じである。
【００６２】
このような画像形成装置では、像担持体５１が回転駆動されると、図１に示す装置と同様に、像担持体５１の一様帯電、像露光による潜像の形成、トナーの転移による現像の各工程が行われ、形成されたトナー像は転写帯電器５５により中間転写体６１に転写される。このとき、像担持体５１上のトナー像は、あらかじめ付与された扁平状微粒子の上に形成されているので、高い効率で転写される。
その後、中間転写体６１に転写されたトナー像は転写ロール６３と支持ロール６２との間に導かれ、ここで記録用紙に転写される。
【００６３】
このような画像形成装置では、前述の実施形態に記載した効果と同様に、像担持体上のトナー像を転写する際に高転写効率を実現できるとともに、微粒子の形状効果により優れた維持性を得ることができる。
【００６４】
また、トナー像が形成される前の中間転写体表面にあらかじめ扁平状微粒子を付与しておくことにより、中間転写体から記録用紙へのトナー像の転写率を大幅に向上させることができる。
【００６５】
なお、像担持体や中間転写体に付与する微粒子は、上記例のような扁平状のものに限らず、棒状、俵形、米粒形ものや、針状、紡錘状、あるいは面数ｎが８以下の多面体構造のものも使用可能であり、同様に優れた転写性および維持性を得ることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、本願発明に係る画像形成装置では、像担持体の表面に、例えば扁平状、針状、紡錘状、もしくは多面体状等の非球形の微粒子を付着させ、その後、現像工程で像担持体上に該微粒子を介してトナー像を形成するので、トナーと像担持体との付着力を低減することができる。このため、トナー像の転写効率を著しく向上することができ、クリーナレス方式においてもゴーストやかぶりなどの無い良好な画像を得ることができる。
また上記のような非球形の微粒子を用いることにより、微粒子と像担持体との接触面積が増大し、微粒子の付着力が増加するので、像担持体から微粒子が剥離するのを防止することができる。このため、長期にわたり高転写効率を維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態である画像形成装置を示す概略構成図である。
【図２】上記画像形成装置で用いられる現像装置を示す概略構成図である。
【図３】上記画像形成装置で用いられる微粒子の長軸方向の寸法を１、厚みをｔとしたときの１／ｔと、像担持体上の残留微粒子の面積率及び転写率との関係を示す図である。
【図４】本願発明の他の実施形態である画像形成装置を示す概略構成図である。
【図５】像担持体上に微粒子を介してトナーを付着させた時の、像担持体、微粒子、トナー相互間の付着状態を示す図である。
【図６】上記画像形成装置で用いられる微粒子の形状を説明する図である。
【符号の説明】
１、５１ 像担持体（ＯＰＣ感光体）
２、５２ 帯電器
３、５３ 像書き込み装置
４、５４ 現像装置
５、５５ 転写帯電器
６ 剥離用帯電器
７、５７ 除電露光装置
８ ペーパーガイド
９ 搬送ベルト
３１ 現像ロール
３２ 現像剤規制部材
３３ パドル
３４、３５ オーガー
３６、３７ 現像剤撹拌室
３８ ハウジング
３９ スリーブ
４０ 磁石ロール
６１ 中間転写体
６２ 支持ロール
６３ 転写ロール
６４ ペーパーガイド
６５ 搬送ベルト

Claims (3)

1. 表面に潜像が形成される像担持体と、
   この像担持体にトナーを選択的に転移して前記潜像を可視化する現像装置と、
   前記トナー像を記録シート又は中間転写体に転写する転写装置とを有する画像形成装置において、
   前記像担持体の表面に、前記トナーより小粒径の粉状体の微粒子がほぼ一様に付着されており、
   前記微粒子は、軽質炭酸カルシウム又は酸化インジウムのいずれか一方からなるものであることを特徴とすると画像形成装置。
2. 請求項１に記載の画像形成装置において、
   前記微粒子は、軽質炭酸カルシウムからなるものであり、
   前記微粒子の粒形が針状又は紡錘状であって、長軸径を１、短軸径をｔとしたときに１／ｔが７から１０までの範囲となるものであることを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置において、
   前記粉状体の個々の微粒子の最大寸法が、５００ｎｍ以下であることを特徴とする画像形成装置。

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