(57)【要約】【課題】電荷減衰係数の大きいトナーを使用することでトナー層の層乱れを抑制しつつ、像担持体から記録媒体上へのトナー像の転写性も維持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、現像装置と、を備える。像担持体は、支持体と、支持体の表面に形成されるアモルファスシリコン感光層と、を有する。現像装置は、像担持体に対向配置され、磁性トナーのみから成る磁性一成分現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤担持体に対して所定の間隔を隔てて配置され、現像剤担持体に担持された磁性一成分現像剤の層厚を規制する金属製の規制部材と、を有する。使用初期における感光層表面の算術平均粗さＲａが４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下の範囲内にあり、磁性トナーの電荷減衰係数が０．００８以上０．０５以下の範囲内にある。【選択図】図２
2018112580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体と、該支持体の表面に形成されるアモルファスシリコン感光層と、を有する像担持体と、
該像担持体に対向配置され、磁性トナーのみから成る磁性一成分現像剤を担持する現像剤担持体と、該現像剤担持体に対して所定の間隔を隔てて配置され、前記現像剤担持体に担持された前記磁性一成分現像剤の層厚を規制する金属製の規制部材と、を有する現像装置と、
を備えた画像形成装置において、
使用初期における前記感光層表面の算術平均粗さＲａが４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下の範囲内にあり、前記磁性トナーの電荷減衰係数が０．００８以上０．０５以下の範囲内にあることを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
使用初期における前記感光層表面の算術平均粗さＲａが４０ｎｍ以上５５ｎｍ以下の範囲内にあり、前記磁性トナーの電荷減衰係数が０．０２２以上０．０５以下の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記磁性トナーは、アニオン性を有するコアと、前記コアの表面を被覆するように形成されたカチオン性を有するシェルと、を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
前記像担持体の表面に接触するように配置され、前記像担持体の表面をクリーニングするクリーニング部材を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項５】
前記像担持体の表面に接触又は近接して配置され、前記像担持体を帯電させる帯電部材を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面にトナー像が形成される像担持体と、像担持体上の静電潜像を現像する現像装置とを備える画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コピー機、プリンター、ファクシミリ等の電子写真方式を用いる画像形成装置においては、主に粉末の現像剤が使用され、感光体ドラム等の像担持体上に形成された静電潜像を現像剤によって可視化し、そのトナー像を記録媒体上に転写した後、定着処理を行うプロセスが一般的である。
【０００３】
現像剤は、トナー及び磁性キャリアから成る二成分現像剤と、磁性を帯びたトナーのみから成る一成分現像剤とに大別され、磁性を有する規制ブレードにより現像ローラー（現像剤担持体）に担持された現像剤の摩擦帯電を促進させる。また、規制ブレードは現像ローラー上に形成される現像剤層の層厚を規制する規制部の役割を果たすものであり、規制ブレードと現像ローラーとの隙間（ギャップ）は厳密に調整する必要がある。
【０００４】
一成分現像剤を用いる磁性一成分現像方式においては、規制部における過帯電によって現像ローラー上のトナー層が乱れ、ハーフ画像が不均一となる不具合が生じ易い。そこで、電荷が抜けやすいトナー、具体的には、電荷減衰係数が大きいトナーを使用することで、規制ブレード通過時に過帯電になるのが抑えられて層乱れを抑えることができる。
【０００５】
例えば特許文献１には、電荷減衰係数が大きい磁性トナーと、現像ローラーとして表面に酸化膜層が形成された鏡面マグローラーとを組み合わせた現像装置が開示されている。特許文献１に記載の構成では、電荷減衰係数が大きいトナーを使用することでトナー層の層乱れを抑制することができる。また、鏡面マグローラーを用いることでトナー層を低搬送量にすることによって、トナーの帯電が向上し、帯電量のばらつきが小さくなる。その結果、トナー飛散が抑制されるとともに、高湿環境における現像性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１３３６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、鏡面マグローラーがトナーの帯電に寄与するのは、ローラー表面と接触するトナー層の下層部（ローラー近傍）に存在するトナーに限られ、トナー層の上層部に存在するトナーの帯電には寄与しない。そのため、特に高温高湿環境においてはトナーの帯電量が低下するため、トナー像を感光体ドラムから用紙上に転写させるのが困難となり、転写不良が発生し易くなる。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑み、電荷減衰係数の大きいトナーを使用することでトナー層の層乱れを抑制しつつ、像担持体から記録媒体上へのトナー像の転写性も維持可能な画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、現像装置と、を備えた画像形成装置である。像担持体は、支持体と、支持体の表面に形成されるアモルファスシリコン感光層と、を有する。現像装置は、像担持体に対向配置され、磁性トナーのみから成る磁性一成分現像剤を担持する現像剤担持体と、現像剤担持体に対して所定の間隔を隔てて配置され、現像剤担持体に担持された磁性一成分現像剤の層厚を規制する金属製の規制部材と、を有する。使用初期における感光層表面の算術平均粗さＲａが４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下の範囲内にあり、磁性トナーの電荷減衰係数が０．００８以上０．０５以下の範囲内にある。
【００１０】
なお、本明細書中の「算術平均粗さＲａ」は、１９９４年版のＪＩＳＢ０６０１で規定されている表面粗さに基づいている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の第１の構成によれば、電荷減衰係数が０．００８以上０．０５以下の磁性トナーを用いることにより、現像剤担持体からトナーへ注入される電荷量と像担持体側へ流出する電荷量とのバランスが調整される。その結果、トナーの帯電量低下に起因するカブリの発生やトナーの過帯電に起因する転写不良の発生を効果的に抑制することができる。また、感光層の算術表面粗さが４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下の像担持体と併用することで、感光層の表面に対するトナーの接触面積が小さくなり、像担持体に対するトナーの付着力を低減させることができる。その結果、高温高湿環境下においても転写性が向上し、転写不良の発生が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る画像形成装置１００の概略構成を示す側面断面図
【図２】図１における画像形成部Ｐの構成を示す部分拡大図
【図３】本実施形態の画像形成装置１００に搭載される現像装置８の側面断面図
【図４】本実施形態の画像形成装置１００に搭載される現像装置８の平面図
【図５】本実施形態の画像形成装置１００に用いられるトナーのコア−シェル構造を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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１００の内部構造を示す側面断面図であり、図２は、図１における画像形成部Ｐの部分拡大図である。画像形成装置（ここではモノクロプリンター）１００内には、帯電、露光、現像及び転写の各工程によりモノクロ画像を形成する画像形成部Ｐが配設されている。画像形成部Ｐには、感光体ドラム１の回転方向（図１の反時計回り方向）に沿って、帯電装置４、露光ユニット（レーザー走査ユニット等）７、現像装置８、転写ローラー１４、クリーニング装置１９、及び除電装置６が配設されている。
【００１４】
画像形成動作を行う場合、反時計回り方向に回転する感光体ドラム１が帯電装置４により一様に帯電され、原稿画像データに基づく露光ユニット７からのレーザービームにより感光体ドラム１上に静電潜像が形成され、現像装置８により静電潜像に現像剤（トナー）が付着されてトナー像が形成される。
【００１５】
この現像装置８へのトナーの供給はトナーコンテナ９から行われる。なお、画像データはパーソナルコンピューター（図示せず）のような上位機器から送信される。また、感光体ドラム１の表面の残留電荷を除去する除電装置６が、感光体ドラム１の回転方向に対しクリーニング装置１９の下流側に設けられている。
【００１６】
上記のようにトナー像が形成された感光体ドラム１に向けて、用紙が給紙カセット１０又は手差し給紙装置１１から用紙搬送路１２及びレジストローラー対１３を経由して搬送され、転写ローラー１４（画像転写部）により感光体ドラム１の表面に形成されたトナー像が用紙に転写される。トナー像が転写された用紙は感光体ドラム１から分離され、定着装置１５に搬送されてトナー像が定着される。定着装置１５を通過した用紙は、用紙搬送路１６により装置上部に搬送され、用紙の片面のみに画像を形成する場合（片面印字時）は、排出ローラー対１７により排出トレイ１８に排出される。
【００１７】
感光体ドラム１は、金属製の円筒状の素管（支持体）１ａと、素管１ａの表面に形成された感光層１ｂとからなる。素管１ａを形成する金属としては、アルミニウム、鉄、チタン、マグネシウム等が挙げられる。感光層１ｂとしては、有機光伝導体を利用した有機感光層や無機光電体を利用した無機感光層等を利用できるが、耐久性の高さからシランガス等の蒸着等により製膜されたアモルファスシリコン感光層が好ましい。なお、感光体ドラム１の感光層１ｂの特性については後述する。
【００１８】
帯電装置４は、帯電ハウジング内に、感光体ドラム１に接触してドラム表面に帯電バイアスを印加する帯電ローラー４１と、帯電ローラー４１をクリーニングするための帯電クリーニングローラー４２とを有している。
【００１９】
帯電ローラー４１は例えば導電性ゴムで形成されており、感光体ドラム１に当接するように配置されている。そして、図２に示すように、感光体ドラム１が反時計回り方向に回転すると、感光体ドラム１の表面に接触する帯電ローラー４１が時計回り方向に従動回転する。このとき、帯電ローラー４１に所定の電圧を印加することにより、感光体ドラム１の表面が一様に帯電される。また、帯電ローラー４１の回転に伴い、帯電ローラー４１に接触する帯電クリーニングローラー４２が反時計回り方向に従動回転して帯電ローラー４１の表面に付着した異物を除去する。
【００２０】
クリーニング装置１９は、クリーニングブレード５１と回収スパイラル５２とを備える。クリーニングブレード５１はウレタンゴム等から構成されている。クリーニングブレード５１の先端は、感光体ドラム１の回転方向（図２の矢印参照）に対してカウンター方向に当接している。回収スパイラル５２は、ハウジングの内部下方寄りに配置され、回転することでハウジングの長手方向（図２の紙面と垂直な方向）の一方に回収トナーを搬送して廃トナー容器（図示せず）へと送り出す。
【００２１】
図３及び図４は、画像形成装置１００に搭載される現像装置８の側面断面図及び平面図である。なお、図３は現像装置８を図１の裏面側から見た状態を示している。また、図４では便宜上、上面カバーを取り外して現像装置８の内部が見える状態を表現している。図３及び図４に示すように、現像装置８は、磁性トナーのみから成る磁性一成分現像剤（以下、単に現像剤という）を収容する現像容器２２と、現像剤を攪拌および搬送する第１攪拌スクリュー２３及び第２攪拌スクリュー２４と、現像ローラー２５と、規制ブレード２９とを備えている。
【００２２】
現像容器２２内は現像容器２２と一体形成された仕切壁２２ａによって、第１搬送室２２ｂと第２搬送室２２ｃとに区画されている。仕切壁２２ａは、現像容器２２の長手方向に延びて第１搬送室２２ｂと第２搬送室２２ｃを並列させるように仕切っている。なお、図３に示すように、現像容器２２の長手方向の両端部においては仕切壁２２ａが存在せず、仕切壁２２ａの長手方向の右側端部は、現像容器２２の側壁部とともに第１連通部２２ｅを形成し、一方、仕切壁２２ａの長手方向の左側端部は、現像容器２２の側壁部とともに第２連通部２２ｆを形成している。第１及び第２連通部２２ｅ、２２ｆは、第１搬送室２２ｂと第２搬送室２２ｃとの間において現像剤の受け渡しが可能なように開放されている。
【００２３】
第１搬送室２２ｂには第１攪拌スクリュー２３が、第２搬送室２２ｃには第２攪拌スクリュー２４が配設されている。第１及び第２攪拌スクリュー２３、２４は、軸方向に螺旋状に形成される螺旋羽根を備える。第１攪拌スクリュー２３は、第１搬送室２２ｂ内の現像剤を攪拌しながら矢印Ｐ方向へと搬送して第２搬送室２２ｃに搬送し、第２攪拌スクリュー２４は、第２搬送室２２ｃに搬送されてきた現像剤を攪拌しながら矢印Ｑ方向へと搬送して現像ローラー２５に供給する。即ち、現像容器２２内には、第１搬送室２２ｂと、第１連通部２２ｅと、第２搬送室２２ｃ、及び第２連通部２２ｆとで現像剤の循環経路が形成されている。また、第１攪拌スクリュー２３および第２攪拌スクリュー２４は、現像剤を攪拌混合して現像剤を摩擦帯電させる。
【００２４】
現像ローラー２５は、アルミニウム等の非磁性材料で円筒状に形成され、磁極部材２６を内蔵している。また、現像ローラー２５は、第２攪拌スクリュー２４に隣接する位置で現像容器２２内に回転可能に支持される。また、現像ローラー２５は、現像容器２２の開口から露出し、像担持体である感光体ドラム１に一定の間隔を有して対向している。そして、感光体ドラム１（図１参照）の回転に応じて回転することで、感光体ドラム１の感光層１ｂにトナーを供給する。現像ローラー２５の詳細な構成については後述する。
【００２５】
現像ローラー２５の内部には複数の磁極を有する永久磁石から成る磁極部材２６が固定されている。この磁極部材２６の磁力により現像ローラー２５の表面に現像剤を付着（担持）させて磁気ブラシを形成する。現像ローラー２５は、第１攪拌スクリュー２３、第２攪拌スクリュー２４と平行な状態で、現像容器２２に回転可能に軸支されている。第１攪拌スクリュー２３、第２攪拌スクリュー２４、及び現像ローラー２５は、モーター（図示せず）により回転駆動される。また、現像ローラー２５の両端部には現像容器２２と現像ローラー２５との隙間からの現像剤の漏出を防止するための磁気シール部材２７が配設されている。
【００２６】
規制ブレード２９は、その長手方向（図３の紙面と垂直な方向）が現像ローラー２５の最大現像幅よりも大きく形成されており、現像ローラー２５と所定の間隔を隔てて配置されることにより、感光体ドラム１に供給するトナー量を規制する。規制ブレード２９の材質としては、磁性体のＳＵＳ（ステンレス）等が用いられる。なお、非磁性体の規制ブレード２９に永久磁石を装着して磁性を付与しても良い。
【００２７】
現像ローラー２５の回転軸にはＤＳコロ３１ａ、３１ｂが回転可能に外挿されている。ＤＳコロ３１ａ、３１ｂは、感光体ドラム１の外周面の両端部に当接することにより現像ローラー２５と感光体ドラム１との距離を厳密に規制している。ＤＳコロ３１ａ、３１ｂにはベアリングが内蔵されており、感光体ドラム１に従動して回転することでドラム表面の摩耗を防止できるようになっている。
【００２８】
第２攪拌スクリュー２４から供給された現像剤は、現像ローラー２５の表面に担持されて磁気ブラシを形成する。磁気ブラシは規制ブレード２９により一定の層厚に規制され、さらに、現像ローラー２５の回転によって現像ローラー２５と感光体ドラム１との対向領域（現像領域）に向けて搬送される。現像ローラー２５に所定のバイアス電圧が印加されることにより、現像ローラー２５と感光体ドラム１との間に電位差が生じ、現像領域において、現像ローラー２５上に形成された磁気ブラシ中のトナーが感光体ドラム１に供給され、感光体ドラム１上の静電潜像はトナー像に現像される。また、現像ローラー２５の回転に伴い磁気ブラシが感光体ドラム１から離間する際に、現像バイアスの交流成分によって感光体ドラム１上の余剰現像剤が磁気ブラシに回収される。
【００２９】
なお、現像容器２２内のトナーが現像によって減少したときは、トナーコンテナ９（図１参照）内に貯留されたトナー（現像剤）がトナー補給口２２ｄ（図４参照）を介して第１搬送室２２ｂの上流端に補給される。
【００３０】
（感光体ドラム１の感光層の特性）
以下、本実施形態の感光体ドラム１の特徴部分である感光層１ｂの特性について説明する。本実施形態の感光体ドラム１は、使用初期における感光層１ｂの表面の算術平均粗さＲａが４０［ｎｍ］以上７０［ｎｍ］以下の範囲内である表面粗さを有する。なお、この表面状態は、少なくとも感光体ドラム１の使用初期（使用開始時の状態であり、換言すると、工場出荷後の状態である。）に有していればよい。また、算術平均粗さＲａ及び後述する十点平均粗さＲｚ、平均間隔Ｓｍは、触針式２次元粗さ測定器を用いて１９９４年版のＪＩＳＢ０６０１で規定されている表面粗さ測定法により測定される。
【００３１】
使用初期の感光層１ｂの表面の算術平均粗さＲａが４０［ｎｍ］より小さい場合、高温高湿環境下においてトナーの帯電性が低下した場合に感光層に対するトナーの付着力が増大し、転写不良による濃度低下が発生する。算術平均粗さＲａが７０［ｎｍ］より大きい場合、クリーニングブレード５１と感光層１ｂの表面との隙間が大きくなる。そのため、耐久印字の比較的早い段階から外添剤のすり抜け、およびそれに起因する帯電ローラー４１の汚染が始まってしまい、感光体ドラム１の表面の帯電ムラによる縦筋等の画像不良が発生する。感光体ドラム１の使用初期における感光層１ｂの表面の算術平均粗さＲａは、４０［ｎｍ］以上７０［ｎｍ］以下の範囲内にあるのが好ましく、４０［ｎｍ］以上５５［ｎｍ］以下の範囲内にあるのがより好ましい。
【００３２】
感光体ドラム１の使用初期における感光層１ｂの表面の算術平均粗さＲａが、４０［ｎｍ］以上７０［ｎｍ］以下の範囲にある場合、感光体ドラム１の使用初期における感光層１ｂの表面の十点平均粗さＲｚは、０．４［μｍ］以上０．９［μｍ］以下の範囲にあることが好ましい。
【００３３】
これは、算術平均粗さＲａが上記範囲内にあっても、大きな凹凸が存在する場合、クリーニングブレード５１はある程度変形するものの感光ドラム１の表面形状に追従できず、感光体ドラム１とクリーニングブレード５１との間に生じる隙間が大きくなる傾向にあり、これを防ぐための規定である。なお、感光体ドラム１とクリーニングブレード５１との隙間が大きくなると、外添剤等のすり抜けが発生する。
【００３４】
換言すると、大きな凸部分が感光体ドラム１の表面に存在して、この凸部分の先端がクリーニングブレード５１に接触してしまうと、大きな凸部分の間に位置する凹部分がクリーニングブレード５１と接触しないことになり、算術平均粗さＲａの大きさを規定した意味がなくなるからである。つまり、感光体ドラム１の表面は、突飛的な凹凸が存在せず、微小な凹凸が存在するのが好ましく、この条件を十点平均粗さＲｚと算術平均粗さＲａとで規定している。なお、突飛的な凹凸が存在しないことを十点平均粗さＲｚで規定している。
【００３５】
感光体ドラム１の使用初期における感光層１ｂの表面の算術平均粗さＲａが４０［ｎｍ］以上７０［ｎｍ］以下の範囲であり、十点平均粗さＲｚが０．４［μｍ］以上０．９［μｍ］以下の範囲にある場合、凹凸の平均間隔Ｓｍは１４［μｍ］以下が好ましい。
【００３６】
これは以下の理由による。算術平均粗さＲａや十点平均粗さＲｚが上記範囲内にあっても大きな凸部分が離れて存在する場合、クリーニングブレード５１は大きな凸部分に接触する（支持される）ことになる。ここでは、大きな凸部分が離れているか否かの判断に凹凸の平均間隔Ｓｍを利用している。
【００３７】
クリーニングブレード５１は、弾性変形可能であり、大きな凸（部分）間では感光体ドラム１に接触するように変形する。特に、凸部分の間隔が広い場合はクリーニングブレード５１と感光体ドラム１との接触面積が増大することとなる。接触面積が増大すると、クリーニングブレード５１との摩擦により感光体ドラム１の駆動トルクが増大すると共に、クリーニングブレード５１の摩耗がひどくなり、やがて、クリーニングブレード５１のスティックスリップを生じ、外添剤のすり抜けが生じたり、クリーニングブレード５１のエッジが欠損したりする。なお、クリーニングブレード５１のエッジが欠損すると、良好な画像が得られないのは言うまでもない。
【００３８】
また、平均間隔Ｓｍが大きくなると、凸部分（山）が大きく（山の裾が広く）なり、長期使用により凸部分の頂部が摩耗すると、頂部に広い平坦部分が生じ、クリーニングブレード５１との接触面積が増大してしまう。
【００３９】
感光体ドラム１の使用初期における感光層１ｂの表面の算術平均粗さＲａが４０［ｎｍ］以上７０［ｎｍ］以下の範囲内にあり、十点平均粗さＲｚが０．４［μｍ］以上０．９［μｍ］以下の範囲内にある場合、スキューネスＲｓｋが０．３以上であることが好ましい。
【００４０】
ここで、スキューネスＲｓｋとは表面粗さの強弱を表すパラメーターの一つであり、平均線を中心としたときの山部と谷部の対称性（凹凸のゆがみ度）を表し、以下の式（１）のように二乗平均平方根高さＲｑの三乗によって無次元化した基準長さにおいて、Ｚ（ｘ）の三乗平均で表される。
2018112580.tif 000003
【００４１】
Ｒｓｋが０より大きいときは、凹凸は平均線に対して下側に偏った形状となる 。一方、Ｒｓｋが０より小さいときは、凹凸は平均線に対して上側に偏った形状となる。つまり、感光層のスキューネスＲｓｋが０より大きい方がクリーニングブレード５１に対してより点接触となるため、接触面積が減少すると考えられる。本実施形態ではＲｓｋ≧０．３を満たすことで、感光体ドラム１とクリーニングブレード５１との接触面積が減少し、摩擦が効果的に低減される。
【００４２】
感光体ドラム１の使用初期における感光層１ｂの表面の算術平均粗さＲａが４０［ｎｍ］以上７０［ｎｍ］以下の範囲内にあり、十点平均粗さＲｚが０．４［μｍ］以上０．９［μｍ］以下の範囲内にある場合、凹凸の平均間隔Ｓｍ［μｍ］に対する算術平均粗さＲａ［ｎｍ］の比（Ｒａ［ｎｍ］／Ｓｍ［μｍ］）が３以上であることが好ましい。
【００４３】
表面粗さが上記範囲を満たすような凹凸を、感光層１ｂの表面に感光体ドラム１の軸方向及び周方向に不規則的に形成することで、感光体ドラム１とクリーニングブレード５１との摩擦を低減し、感光体ドラム１の駆動トルク及びクリーニングブレード５１のエッジの摩耗の低減を達成することができる。特に、Ｒａ［ｎｍ］／Ｓｍ［μｍ］≧３を満たすことで、平均間隔Ｓｍに対して３倍以上の高さ（深さ）を有する凹凸形状となるため、感光体ドラム１とクリーニングブレード５１との接触面積が減少し、摩擦が効果的に低減される。
【００４４】
感光体ドラム１の感光層１ｂ表面の凹凸は、不規則的に存在するのが好ましい。不規則的とは、ある面内の任意の一方向で凹凸を見たときに、凹凸の存在に一定の規則性がないことをいう。ある方向に凹凸が存在しない場合（設計上は凹凸がないが、実際には微小な凹凸が存在するような場合が、凹凸が存在しない場合の一例に相当する）は不規則である。
【００４５】
また、算術平均粗さＲａ、十点平均粗さＲｚ及び平均間隔Ｓｍは、感光体ドラム１の表面における画像形成領域の全域において、上記範囲であることが好ましい。
【００４６】
（現像装置８に用いるトナーの特性）
次に、現像装置８で使用される現像剤について詳細に説明する。現像装置８で使用される現像剤は、磁性一成分現像剤としての磁性トナーである。図５は、本実施形態の画像形成装置１００に用いられるトナーのコア−シェル構造を示す概略図である。磁性トナー９０は、トナーコア９２と、当該トナーコア９２の表面９２ａを被覆するように形成されたトナーシェル９３とからなるコア−シェル構造を有する。トナーコア９２は、磁性粉を含有し、粉砕法により作製される分級品である。トナーコア９２はアニオン性を有する。トナーコア９２のアニオン性は、例えば日本画像学会が提供する標準キャリアを用いた摩擦帯電において−１０μＣ／ｇ以上の負帯電性を示すか否かにより確認される。また水系媒体下でのトナーコア９２のアニオン性は、ゼータ電位測定において−１０ｍＶ以上の負帯電性を示すか否かにより確認される。
【００４７】
トナーシェル９３は例えばメラミン樹脂や尿素樹脂などの熱硬化性樹脂からなり、トナーコア９２の表面９２ａを被覆するように形成されている。トナーシェル９３はカチオン性を有する。
【００４８】
トナーシェル９３の形成方法としては、ｉｎ  ｓｉｔｕ重合法、液中硬化被覆法またはコアセルベーション法などが好ましく、反応性などの観点からｉｎ  ｓｉｔｕ重合法がより好ましい。ｉｎ  ｓｉｔｕ重合法では、水系媒体から供給される樹脂原料がトナーコア９２の表面２ａ上で反応して樹脂化することによりトナーシェル９３が形成される。なお、トナーシェル９３の形成方法は、所望の平均粒子径および粒子径分布を有する磁性トナー９０が得られる方法であればよく、特に限定されない。
【００４９】
トナーシェル９３の形成に用いられる樹脂原料としては、磁性トナー９０の凝集を十分に抑制し、かつ優れた成膜性を確保する観点からメラミン系、尿素レゾルシン系などの尿素系、ウレタン系、アミド系、オレフィン系またはゼラチン・アラビアゴム系の樹脂原料が好ましく、低吸水性および貯蔵安定性の観点からメラミン系または尿素レゾルシン系などの尿素系の樹脂原料が好ましい。メラミン樹脂および尿素樹脂は吸水性が低いため、シェル化後のトナーを乾燥させる際にトナー同士の結着が抑制され、トナーの平均粒子径および粒子径分布の変化を抑制することができる。
【００５０】
具体的には、メラミンとホルムアルデヒドとの付加反応により生成する前駆体（メチロール化物）であるメチロールメラミンの縮合重合によりメラミン樹脂からなるトナーシェル９３が形成されてもよい。また、尿素とホルムアルデヒドとの付加反応により生成する前駆体（メチロール化物）であるメチロール化尿素の縮合重合によりトナーシェル９３が形成されてもよい。なお、トナーシェル９３の形成に用いられる樹脂原料は、上記方法に用いられるものであれば、特に限定されない。
【００５１】
トナーシェル９３の形成は、メチロールメラミンやメチロール化尿素などのメチロール化物を溶解させることが可能な溶媒中で行われることが好ましい。この溶媒としては、例えば水、メタノールまたはエタノールを用いることが好ましい。
【００５２】
トナーシェル９３の形成においては、上記溶媒中に分散剤を含有させることが好ましい。これにより、溶媒中にトナーコア９２を高度に分散させることが可能となり、トナーコア９２の表面９２ａを上記メチロール化物により均一に被覆することができる。
【００５３】
分散剤としては、例えばポリアクリル酸ナトリウム、ポリパラビニルフェノール、部分鹸化ポリ酢酸ビニル、イソプレンスルホン酸、ポリエーテル、イソブチレン／無水マレイン酸共重合体、ポリアスパラギン酸ナトリウム、デンプン、アラビアゴム、ポリビニルピロリドンよびリグニンスルホン酸ナトリウムからなる群より選択される少なくとも一種類の分散剤を用いることができる。また、上記群から選択される一種類の分散剤が用いられてもよいし、上記群から選択される二種類以上の分散剤が組み合わされて用いられてもよい。また分散剤の濃度は特に限定されないが、１００質量部のトナーコア９２に対して７５質量部以下であることが好ましい。
【００５４】
トナーシェル９３が形成される温度は特に限定されないが、４０℃以上８０℃以下であることが好ましく、５５℃以上７０℃以下であることがより好ましい。この温度範囲では、トナーコア９２の表面９２ａにおけるトナーシェル９３の形成が良好に進行し、これによりシェル化された磁性トナー９０の分散液が得られる。その後、必要に応じて洗浄工程および乾燥工程を行うことにより、シェル化された磁性トナー９０の母粒子が得られる。
【００５５】
上記コア−シェル構造により、電荷減衰係数が０．００８以上０．０５以下の範囲内に調整された磁性トナー９０が得られる。また磁性トナー９０の電気抵抗値は、トナーシェル９３の厚みやトナーシェル９３の外側に添加されるシリカや酸化チタンなどの外添剤により調整される。
【００５６】
（トナーの電荷減衰係数）
磁性トナー９０は、電荷減衰係数が０．００８以上０．０５以下の範囲内に調整されている。以下、電荷減衰係数の測定について説明する。電荷減衰係数は、トナーの電荷減衰速度を表しており、具体的には以下のような静電気拡散率測定装置を用いて測定することができる。先ず、測定セルとして、内径１０ｍｍ、深さ１ｍｍの凹部が形成された、金属製の測定セルを用いる。この測定セルに、トナーを入れ、スライドガラスで、上から押し込む。そして、押し込んだスライドガラスで、測定セルの表面を往復させることによって、測定セルからあふれたトナーをすり切る。このとき、凹部へのトナーの充填量が、０．０４ｇ以上０．０６ｇ以下となるように、スライドガラスでの押し込み具合を調整する。
【００５７】
次に、トナーが充填された測定セルを、温度３２．５℃相対湿度８０％の環境下で１２時間放置し、その後、接地した状態で測定セルを静電気拡散率測定装置内に置き、コロナ放電を行う。そして、コロナ放電終了後０．７秒経過した後から、トナーの表面電位を連続的に測定する。この測定結果に基づいて、下記の式（１）から、電荷減衰係数（電荷減衰速度）αを算出する。
Ｖ＝Ｖ0ｅｘｐ（−α√ｔ）・・・（１）
上記式（１）中、Ｖは、表面電位（Ｖ）を示し、Ｖ0は、初期表面電位（Ｖ）を示し、αは、電荷減衰係数（電荷減衰速度）を示し、ｔは、減衰時間（秒）を示す。この静電気拡散率測定装置としては、具体的には、ＮＳ−Ｄ１００型（株式会社ナノシーズ製）等が挙げられる。
【００５８】
この電荷減衰は主に現像ローラー２５と感光体ドラム１の対向領域（現像領域）で発生している。現像ローラー２５に印加される現像バイアスと感光体ドラム１の表面電位との電位差が大きいと、現像ローラー２５からトナーへ注入される電荷量も多くなるが、同時に、感光体ドラム１側へ流出する（減衰）電荷量も大きくなる。この注入と減衰の比率に関係しているのがトナーの電荷減衰係数で、この値が大きくなるほど、トナーに電荷を溜め込む能力が低下するため、電荷減衰の比率が大きくなる。その結果、トナーの帯電量が一定以上上昇しなくなるといった現象が発生する。具体的には、電荷減衰係数が大きすぎると、この最大帯電量のレベル自体が低くなりすぎるため、カブリなどの不具合が発生してしまう。逆に、電荷減衰係数が小さいと、電荷が抜けにくく、トナーの過帯電による転写不良が発生してしまう。
【００５９】
そこで、本実施形態の画像形成装置１００では、電荷減衰係数が０．００８以上０．０５以下のトナー、より好ましくは電荷減衰係数が０．０２２以上０．０５以下のトナーを用いることにより、現像ローラー２５からトナーへ注入される電荷量と感光体ドラム１側へ流出する電荷量とのバランスが調整される。その結果、トナーの帯電量低下に起因するカブリの発生やトナーの過帯電に起因する転写不良の発生を効果的に抑制することができる。
【００６０】
また、トナーの電荷減衰係数が大きい場合は高温高湿環境下でトナーの帯電量が低下し、感光体ドラム１から用紙への転写不良が発生するおそれがあるが、本実施形態では感光層１ｂの算術表面粗さＲａが４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下の感光体ドラム１と併用することで、感光層１ｂの表面に対するトナーの接触面積が小さくなり、感光体ドラム１に対するトナーの付着力を低減させることができる。その結果、高温高湿環境下においても転写性が向上し、転写不良の発生が抑制される。また、感光層１ｂの算術表面粗さＲａが４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下と極めて小さいため、感光層１ｂとクリーニングブレード５１との隙間からのトナー外添剤のすり抜けによるクリーニング不良、及びそれに伴う帯電ローラー４１の汚染も発生しない。
【００６１】
なお、磁性一成分現像方式の場合、現像ローラー２５内の磁極部材２６に分離極が存在しないため、電荷減衰もしくは電荷注入されたトナーが現像ローラー２５から分離されず、帯電量が低下したトナーや過帯電トナーが現像ローラー２５上に存在し続ける。そのため、本発明は磁性一成分現像方式において特に有効である。
【００６２】
また、磁性一成分現像方式において、現像ローラー２５上のトナー層の層厚を規制する方法は、本実施形態のように規制ブレード２９として磁性の金属部材を用い、非接触で現像ローラー２５に対向させる方法と、規制ブレード２９としてゴム部材を用い、現像ローラー２５に接触させる方法とがある。磁性金属製の規制ブレード２９を現像ローラー２５に非接触で対向させる構成を用いた場合、規制ブレード２９からトナーへの電荷注入が可能となるため、本実施形態のように電荷減衰係数が大きいトナーを用いる場合に効果的である。
【００６３】
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１００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１と、一成分現像方式の現像装置８とを備える必要はある。また、感光体ドラム１をクリーニングするための手段としてクリーニングブレード５１を有しているのが好ましい。
【００６４】
上記実施形態における感光体ドラム１は、支持体として円筒状の素管１ａ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１は、感光層１ｂ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良い。以下、実施例により本発明の効果について更に詳細に説明する。
【実施例１】
【００６５】
感光体ドラム１の感光層１ｂの表面粗さと画像濃度及びクリーニング性との関係について調査した。試験方法としては、感光層１ｂの算術平均粗さＲａを変化させて、高温高湿環境下（３０℃、８０％）でソリッド（ベタ）画像を含む印字率５％のテスト画像を１０００枚連続印字した。現像性については、ソリッド画像の濃度（イメージデンシティ；ＩＤ）の平均値を算出し、目標値（１．０）以上であるかを判定した。クリーニング性については、画像にクリーニング不良に起因する縦筋等が発生していないかを目視により観察し、縦筋が認められない場合を○、縦筋が若干認められる場合を△、縦筋が顕著に認められる場合を×とした。
【００６６】
試験条件は、アルミニウム製の素管１ａの外周面に感光層１ｂとしてアモルファスシリコン感光層が形成された感光体ドラム１を用い、感光層１ｂのＲａを３０ｎｍ、４０ｎｍ、５５ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍとした。トナーとしては、平均粒子径６．８μｍ、電荷減衰係数が０．０５の正帯電性トナーを用いた。クリーニングブレード５１としては、基端部から先端部までの長さ（自由長）が１１．０ｍｍ、厚み２．０ｍｍであるウレタンゴム製のブレードを用い、感光体ドラム１の外周面に対する角度を２４°、喰い込み量を１．２ｍｍ、線圧を２０．０Ｎ／ｍに設定した。結果を表１に示す。
【００６７】
【表１】
2018112580.tif 000004
【００６８】
表１から明らかなように、トナーの電荷減衰係数が０．０５の場合、感光層１ｂのＲａが４０ｎｍよりも小さくなるとソリッド画像の濃度（ＩＤ）が目標値を下回った。これは、感光層１ｂのＲａが小さくなるとトナーの付着性が増大し、感光体ドラム１から用紙への転写性が低下するためである。一方、感光層１ｂのＲａが７０ｎｍよりも大きくなるとクリーニング不良による縦筋が発生した。これは、感光層１ｂのＲａが大きくなるとクリーニングブレード５１と感光層１ｂとの隙間からの外添剤のすり抜けが発生し、帯電ローラー４１に外添剤が付着することによる感光体ドラム１表面の帯電ムラが発生するためである。
【実施例２】
【００６９】
トナーの電荷減衰係数と画像濃度及び現像ローラー２５上のトナー層の層乱れとの関係について調査した。試験方法としては、トナーの電荷減衰係数を変化させて、高温高湿環境下（３０℃、８０％）でソリッド（ベタ）画像及びハーフ画像を含む印字率５％のテスト画像を１０００枚連続印字した。現像性については、実施例１と同様にソリッド画像の濃度（イメージデンシティ；ＩＤ）の平均値を算出し、目標値（１．０）以上であるかを判定した。トナー層の層乱れについては、ハーフ画像にトナー層の層乱れに起因する濃度ムラが発生していないかを目視により観察し、濃度ムラが認められない場合を○、濃度ムラが若干認められる場合を△、濃度ムラが顕著に認められる場合を×とした。
【００７０】
試験条件は、アルミニウム製の素管１ａの外周面に感光層１ｂとしてアモルファスシリコン感光層が形成された実施例１と同様の感光体ドラム１を用い、感光層１ｂのＲａを４０ｎｍとした。また、平均粒子径６．８μｍ、電荷減衰係数が０．００２、０．００８、０．０２２、０．０３６、０．０５、０．０６４の正帯電性トナーを用いた。クリーニングブレード５１は実施例１と同様とした。結果を表２に示す。
【００７１】
【表２】
2018112580.tif 000005
【００７２】
表２から明らかなように、感光層１ｂのＲａが４０ｎｍの場合、トナーの電荷減衰係数が０．０５よりも大きくなるとソリッド画像の濃度（ＩＤ）が目標値を下回った。これは、トナーの電荷減衰係数が大きくなると、高温高湿環境下でトナーの帯電量が低下し、感光体ドラム１から用紙への転写性が低下するためである。一方、トナーの電荷減衰係数が０．００８よりも小さくなると現像ローラー２５上のトナー層の層乱れが発生した。これは、トナーの電荷減衰係数が小さい場合は現像ローラー２５上に担持された磁気ブラシが規制ブレード２９を通過する際にトナーが過帯電となり、現像ローラー２５上に強固に付着するためトナー層の層厚が不均一となるためである。
【００７３】
表１及び表２の結果より、感光体ドラム１の感光層１ｂのＲａ、およびトナーの電荷減衰係数を所定の範囲とすることで、画像濃度の低下、及びクリーニング不良やトナー層の層乱れに起因する画像不良の両方を効果的に抑制できることが確認された。表１及び表２の結果、及び感光層１ｂのＲａと電荷減衰係数の他の組み合わせも含めてまとめると表３のようになる。
【００７４】
【表３】
2018112580.tif 000006
＊１；層乱れ
＊２；クリーニング不良
【００７５】
感光層１ｂのＲａとトナーの電荷減衰係数の他の組み合わせについても同様に試験を行った結果、感光層１ｂのＲａが４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下の範囲であり、且つトナーの電荷減衰係数が０．００８以上０．０５以下の範囲（表３の網掛け領域）であるとき、画像濃度の低下が発生せず、画像不良も実用上問題のない範囲であった。さらに、感光層１ｂのＲａが４０ｎｍ以上５５ｎｍ以下の範囲であり、且つトナーの電荷減衰係数が０．０２２以上０．０５以下の範囲（表３の斜線領域）であるとき、画像濃度の低下、及び画像不良の発生がなかった。
【００７６】
以上より、感光層１ｂのＲａが４０ｎｍ以上７０ｎｍ以下、好ましくは４０ｎｍ以上５５ｎｍ以下である感光体ドラム１と、電荷減衰係数が０．００８以上０．０５以下、好ましくは０．０２２以上０．０５以下のトナーとを組み合わせることで、高温高湿環境下においても感光体ドラム１から用紙上へのトナーの転写性を向上させて画像濃度を維持しつつ、クリーニング不良やトナー層の層乱れに起因する画像不良も効果的に抑制できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、磁性トナーを用いた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、使用環境に係わらず転写不良による画像濃度低下を抑制し、且つ、クリーニング不良や現像ローラー上のトナー層の層乱れに起因する画像不具合も抑制可能な画像形成装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１      感光体ドラム（像担持体）
１ａ    素管（支持体）
１ｂ    感光層
８      現像装置
２５    現像ローラー（現像剤担持体）
２９    規制ブレード（規制部材）
４１    帯電ローラー（帯電部材）
５１    クリーニングブレード（クリーニング部材）
９０    磁性トナー
１００  画像形成装置
【図１】
2018112580.tif 000007
【図２】
2018112580.tif 000008
【図３】
2018112580.tif 000009
【図４】
2018112580.tif 000010
【図５】
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