(57)【要約】【課題】像担持体上の転写残トナーによる帯電ローラの汚れを防止し、長期間に亘り安定した画質の得られる画像形成装置を小型・低コストにて提供する。【解決手段】本発明は、静電潜像を担持する像担持体１と、像担持体に近接し非接触にて像担持体表面を帯電する帯電ローラ２と、像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、像担持体の潜像にトナーを付着させてトナー像として顕像化する現像手段５と、像担持体上のトナー像を記録材に直接又は中間転写体１０を介して転写する転写手段と、像担持体上の転写残トナーの帯電量を制御する帯電量制御手段４０と、を少なくとも備えた画像形成装置において、帯電量制御手段４０を、像担持体１か帯電ローラ２のどちらか一方のみに接触させるような接離機構４１を備えた構成としたので、転写残トナーの帯電量適正化と帯電ローラのクリーニングという２つの機能を一つの部材で行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電潜像を担持する像担持体と、
前記像担持体に近接し非接触にて像担持体表面を帯電する帯電ローラと、
前記像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、
前記像担持体の潜像にトナーを付着させてトナー像として顕像化する現像手段と、
前記像担持体上のトナー像を記録材に直接又は中間転写体を介して転写する転写手段と、
前記像担持体上の転写残トナーの帯電量を制御する帯電量制御手段と、
を少なくとも備えた画像形成装置において、
前記帯電量制御手段を、前記像担持体か前記帯電ローラのどちらか一方のみに接触させるような接離機構を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
請求項１記載の画像形成装置において、
前記転写手段にて転写されずに前記像担持体上に残った転写残トナーは、前記現像手段が現像と同時に回収す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記載の画像形成装置において、
前記接離機構による前記帯電量制御手段の前記帯電ローラへの接触は、非作像時に行われることを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
前記帯電量制御手段は回転可能なブラシ部材であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項５】
請求項４記載の画像形成装置において、
前記帯電量制御手段であるブラシ部材の回転方向は、前記帯電ローラの回転方向と対向位置において反対方向であることを特徴とする画像形成装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
前記帯電量制御手段が前記像担持体と接触しているときに、前記帯電量制御手段に印加される電圧Ｖbr1は、対向する前記像担持体の表面電位をＶpcとすると、
Ｖbr1＜Ｖpc
の関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
前記帯電量制御手段が前記帯電ローラと接触しているときに、前記帯電量制御手段に印加される電圧Ｖbr2は、対向する前記帯電ローラの芯金の電位をＶcとすると、
Ｖbr2＜Ｖc
の関係を満たすことを特徴とする画像形成装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
非作像時において前記帯電量制御手段が前記像担持体と接触しているときに、前記帯電量制御手段に印加される電圧Ｖbr3は、対向する前記像担持体の表面電位をＶpcとすると、
Ｖbr3＞Ｖpc
の関係を満たすように設定されるモード（排出モード）を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像形成装置において、
画像形成に用いられるトナーは、形状係数ＳＦ−１で１００〜１８０の範囲にあり、かつ形状係数ＳＦ−２で１００〜１８０の範囲にあることを特徴とする画像形成装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の画像形成装置に装備され、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されるプロセスカートリッジであって、
前記帯電ローラ、前記現像手段、前記帯電量制御手段のうちの少なくとも一つと、前記像担持体とを一体に構成したことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項１１】
請求項１０記載のプロセスカートリッジを複数備え、該複数のプロセスカートリッジの像担持体上に色の異なるトナー像を形成し、該トナー像を記録材に直接又は中間転写体を介して重ね合わせて転写し、多色またはフルカラー画像を形成することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真プロセスを用いて画像形成を行う画像形成装置に関し、さらに詳細には、像担持体上の残留トナーを廃棄するためのクリーニング装置を像担持体周りに有さない、所謂クリーナレス方式とよばれる画像形成装置と、その画像形成装置に装備されるプロセスカートリッジに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より複写機、ファクシミリ、プリンタ、プロッタあるいはこれらの複合機等の、電子写真プロセスを用いて画像形成を行う画像形成装置においては、装置の小型化の目的で、像担持体上の転写残トナーを像担持体に接触する回収部材にて一時的に回収した後、再び像担持体上に吐き出す構成の、所謂クリーナレスシステムが提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１（特開２００４−２５２２０３号公報）に記載の画像形成装置においては、逆帯電極性の転写残トナーを回収部材にて回収し、ジョブエンドなどの非作像動作時のタイミングでクリーニングモードなどを設けて回収した転写残トナーを像担持体へ戻すという方式が取られていた。
しかしながら、この方式では、吐き出されたトナーが帯電手段を通過する際に帯電手段に付着し帯電部材が汚れて、そのため感光体の帯電電位が低下することによる画像不良を引き起こし、帯電手段の交換サイクルが短くなるという不具合があった。
【０００４】
そこで、従来より帯電ローラにクリーニング部材を備えた構成が提案されているが、別途クリーニング部材や回収容器などが必要となり、装置が複雑化、大型化してしまうため、クリーナレスシステムのメリットである小型化や低コスト化に反してしまう。
【０００５】
一方、特許文献２（特開平６−１０２８００号公報）に記載の画像形成装置おいては、感光体をクリーニングするためのクリーニング部材が帯電部材にも接触している構成を提案している。この構成においては感光体と帯電部材からの排トナー手段が共通化されることが特徴である。
しかしながら、この構成においてはクリーナレスシステムの思想はなく、クリーニング部材によって感光体および帯電ローラ上から機械的にトナーを排トナー容器へと掻き落とす構成となっている。特にクリーニング手段としてブラシを用いた構成が記載されてはいるが、機械的な摺擦により感光体または帯電ローラからトナーを回収する構成であり、クリーニングしたトナーはブラシ中に蓄積されてしまい、そのブラシが帯電ローラに接触することでかえって帯電ローラを汚してしまう恐れがある。さらにはブラシへのトナー蓄積防止のためのフリッカが備えてあるが、フリッカによりトナー飛散を引き起こし、帯電ローラの汚れを招く恐れがある。また、クリーニング部材の感光体と帯電ローラとの接離機構を備えてはいるが、この機能は帯電ローラをクリーニングした際に溜まったトナーを重力を用いて下部の排トナー容器に落とすことが目的であり、本発明のトナー帯電量の制御および逆帯電トナーの静電的な回収という機構とは異なるものである。
【０００６】
以上のような従来技術の不具合は、転写残トナーの帯電量の不均一性に起因するものであり、これらの帯電量を制御することなしに、この構成をクリーナレスシステムへ適用することは困難である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２５２２０３号公報
【特許文献２】特開平６−１０２８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
像担持体（例えば感光体）と非接触の帯電ローラを用いた画像形成装置においては、感光体上の転写残トナーが帯電ローラへと付着しづらいというメリットがあるものの、一度付着してしまうと再び感光体上へ戻すことは困難であり、帯電ローラのトナー汚れによる感光体帯電不良を防止するためには帯電ローラに専用のクリーニング装置を備える必要があった。そのため装置が大型化し、部材が増えることでコストアップになるという問題が生じていた。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、像担持体上の転写残トナーによる帯電ローラの汚れを防止し、長期間に亘り安定した画質の得られる画像形成装置を小型・低コストにて提供することを目的とし、さらにはその画像形成装置に装備されるプロセスカートリッジ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】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明では以下のような手段を採っている。
本発明の第１の手段は、静電潜像を担持する像担持体と、前記像担持体に近接し非接触にて像担持体表面を帯電する帯電ローラと、前記像担持体に潜像を形成する潜像形成手段と、前記像担持体の潜像にトナーを付着させてトナー像として顕像化する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を記録材に直接又は中間転写体を介して転写する転写手段と、前記像担持体上の転写残トナーの帯電量を制御する帯電量制御手段と、を少なくとも備えた画像形成装置において、前記帯電量制御手段を、前記像担持体か前記帯電ローラのどちらか一方のみに接触させるような接離機構を備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第２の手段は、第１の手段の画像形成装置において、前記転写手段にて転写されずに前記像担持体上に残った転写残トナーは、前記現像手段が現像と同時に回収することを特徴とする。
また、本発明の第３の手段は、第１または第２の手段の画像形成装置において、前記接離機構による前記帯電量制御手段の前記帯電ローラへの接触は、非作像時に行われることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第４の手段は、第１乃至第３のいずれか１つの手段の画像形成装置において、前記帯電量制御手段は回転可能なブラシ部材であることを特徴とする。
また、本発明の第５の手段は、第４の手段の画像形成装置において、前記帯電量制御手段であるブラシ部材の回転方向は、前記帯電ローラの回転方向と対向位置において反対方向であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第６の手段は、第１乃至第５のいずれか１つの手段の画像形成装置において、前記帯電量制御手段が前記像担持体と接触しているときに、前記帯電量制御手段に印加される電圧Ｖbr1は、対向する前記像担持体の表面電位をＶpcとすると、Ｖbr1＜Ｖpcの関係を満たすことを特徴とする。
【００１４】
本発明の第７の手段は、第１乃至第６のいずれか１つの手段の画像形成装置において、前記帯電量制御手段が前記帯電ローラと接触しているときに、前記帯電量制御手段に印加される電圧Ｖbr2は、対向する前記帯電ローラの芯金の電位をＶcとすると、Ｖbr2＜Ｖcの関係を満たすことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第８の手段は、第１乃至第７のいずれか１つの手段の画像形成装置において、非作像時において前記帯電量制御手段が前記像担持体と接触しているときに、前記帯電量制御手段に印加される電圧Ｖbr3は、対向する前記像担持体の表面電位をＶpcとすると、Ｖbr3＞Ｖpcの関係を満たすように設定されるモード（排出モード）を備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の第９の手段は、第１乃至第８のいずれか１つの手段の画像形成装置において、画像形成に用いられるトナーは、形状係数ＳＦ−１で１００〜１８０の範囲にあり、かつ形状係数ＳＦ−２で１００〜１８０の範囲にあることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第１０の手段は、第１乃至第９のいずれか１つの手段の画像形成装置に装備され、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されるプロセスカートリッジであって、前記帯電ローラ、前記現像手段、前記帯電量制御手段のうちの少なくとも一つと、前記像担持体とを一体に構成したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の第１１の手段は、画像形成装置であって、第１０の手段のプロセスカートリッジを複数備え、該複数のプロセスカートリッジの像担持体上に色の異なるトナー像を形成し、該トナー像を記録材に直接又は中間転写体を介して重ね合わせて転写し、多色またはフルカラー画像を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
第１の手段の画像形成装置では、帯電量制御手段を、像担持体と帯電ローラのどちらか一方のみに接触させるような接離機構を設けたことにより、転写残トナーの帯電量適正化と帯電ローラのクリーニングという２つの機能を一つの部材で行うことができるようになり、小型化と低コスト化が達成される。それにより、像担持体上の転写残トナーの帯電量が正常化することで転写残トナーが帯電ローラにより付着しづらくなり、さらに帯電ローラに付着してしまった場合にも帯電量制御手段が帯電ローラに接触する際に回収され、再度像担持体へと戻すことが可能となる。
【００２０】
第２の手段の画像形成装置では、第１の手段の構成及び効果に加え、前記転写手段にて転写されずに像担持体上に残った転写残トナーは、前記現像手段が現像と同時に回収することを特徴としており、所謂クリーナレス構成にすることで像担持体周りの排トナー機構をなくすことができ、装置の大幅な小型化が図れる。また、転写残トナーを再利用することでランニングコストを削減でき、さらなる低コスト化が図れる。また、排トナーを大幅に削減でき、環境負荷低減にも寄与することができる。
【００２１】
第１または第２の手段の画像形成装置では、作像時において帯電量制御手段と帯電ローラを接触させると、放電電流が帯電量制御手段へ分配されることで感光体の帯電電位が不安定になる可能性がある。
そこで第３の手段の画像形成装置では、第１または第２の手段の構成及び効果に加え、前記接離機構による前記帯電量制御手段の帯電ローラへの接触は、非作像時に行われることを特徴としており、非作像時においてのみ帯電量制御手段と帯電ローラを接触させることで、帯電ローラの放電を妨げることなく帯電ローラに付着したトナーをクリーニングすることができる。また、転写残トナーの発生する作像時には常に帯電量制御手段は像担持体に接触しており、帯電ローラへの帯電量が適正でないトナーの進入を極力少なくすることができる。
【００２２】
第４の手段の画像形成装置では、第１乃至第３のいずれか１つの手段の構成及び効果に加え、前記帯電量制御手段は回転可能なブラシ部材であることを特徴としており、帯電量制御手段をブラシ部材（例えばブラシ状ローラ）とすることにより、回転数によりブラシ部材とトナーとの摺擦回数を変えて摩擦帯電性をコントロールすることができる。よって像担持体においては過剰にトナーを帯電させることなく適度に帯電することが可能となる。過剰にトナーを帯電すると鏡像力により像担持体からトナーが離れづらくなり、結果としてトナー固着や残像が引き起こされるが、上記の構成によりこれらの不具合がなくなる。また、帯電ローラにおいては回転により摺擦力を高めて確実に帯電ローラからトナーを回収することが可能となる。
【００２３】
第５の手段の画像形成装置では、第４の手段の構成及び効果に加えて、前記帯電量制御手段であるブラシ部材の回転方向は、前記帯電ローラの回転方向と対向位置において反対方向であることを特徴としており、カウンター方向にてブラシ部材と帯電ローラが当接するため、ブラシ部材と帯電ローラの接触回数が順方向よりも多くなり、トナーの回収効率が高い。また、同時にブラシ部材が帯電ローラ表面を適度に研磨することでトナーフィルミングの防止になる。
【００２４】
第６の手段の画像形成装置では、第１乃至第５のいずれか１つの手段の構成及び効果に加え、前記帯電量制御手段が像担持体と接触しているときに、帯電量制御手段に印加される電圧Ｖbr1は、対向する像担持体の表面電位をＶpcとすると、Ｖbr1＜Ｖpcの関係を満たすことを特徴としており、帯電量制御手段に印加するバイアスを像担持体の表面電位よりも小さくすることで、帯電量制御手段（ブラシ部材）を通過する転写残トナーに対して摩擦帯電の他に電荷注入をすることができ、より帯電量の制御が効率よく行われる。また、ブラシ部材通過中にも逆極性のまま正常化されないトナーは電界により一度ブラシ中に保持されるので、帯電ローラに付着することが無い。
【００２５】
第７の手段の画像形成装置では、第１乃至第６のいずれか１つの手段の構成及び効果に加え、前記帯電量制御手段が帯電ローラと接触しているときに、帯電量制御手段に印加される電圧Ｖbr2は、対向する帯電ローラの芯金の電位をＶcとすると、Ｖbr2＜Ｖcの関係を満たすことを特徴としており、帯電ローラに付着したトナーは逆極性の転写残トナーであるが、帯電量制御手段に印加するバイアスを帯電ローラの芯金の電位よりも小さくすることで、帯電量制御手段（ブラシ部材）を通過する際に付着トナーを帯電ローラからブラシ部材へと電界により回収することが可能となる。
【００２６】
第８の手段の画像形成装置では、第１乃至第７のいずれか１つの手段の構成及び効果に加え、非作像時において前記帯電量制御手段が像担持体と接触しているときに、帯電量制御手段に印加される電圧Ｖbr3は、対向する像担持体の表面電位をＶpcとすると、Ｖbr3＞Ｖpcの関係を満たすように設定されるモード（排出モード）を備えたことを特徴としており、非作像時において、帯電量制御手段に一時的に保持されている逆極性トナーを像担持体へ排出するような電界が形成されるように帯電量制御手段に電圧を印加することで、帯電量制御手段中のトナーが排出されてブラシ部材がリフレッシュされるので、長期的に像担持体上の転写残トナーの帯電量適正化、帯電ローラの付着トナーの回収を繰り返し行うことが可能となる。
【００２７】
第９の手段の画像形成装置では、第１乃至第８のいずれか１つの手段の構成及び効果に加え、画像形成に用いられるトナーは、形状係数ＳＦ−１で１００〜１８０の範囲にあり、かつ形状係数ＳＦ−２で１００〜１８０の範囲にあることを特徴としており、トナー形状が球により近づくことで転写率が向上するため、転写残トナー量の極小化が図れるため、より安定なクリーナレスシステムとなる。
【００２８】
第１０の手段のプロセスカートリッジは、第１乃至第９のいずれか１つの手段の画像形成装置に装備され、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されており、帯電ローラ、現像手段、帯電量制御手段のうちの少なくとも一つと、像担持体とを一体に構成したことにより、作像部の交換、組み付け等が容易になり、画像形成装置のメンテナンス性を向上することができる。
【００２９】
第１１の手段の画像形成装置では、第１０の手段のプロセスカートリッジを複数備え、該複数のプロセスカートリッジの像担持体上に色の異なるトナー像を形成し、該トナー像を記録材に直接又は中間転写体を介して重ね合わせて転写し、多色またはフルカラー画像を形成することにより、第１乃至第９のいずれか１つの手段の効果を有し、メンテナンス性も向上されたカラー画像形成装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の構成、動作及び作用効果を、図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例】
【００３１】
図１は本発明の一実施例を示す画像形成装置の概略構成図である。ここでは、電子写真方式の画像形成装置に適用した一実施例について説明する。
この画像形成装置は、イエロー（以下、「Ｙ」と記す）、シアン（以下、「Ｃ」と記す）、マゼンタ（以下、「Ｍ」と記す）、ブラック（以下、「Ｋ」と記す）の４色のトナーから、カラー画像を形成するものである。
【００３２】
まず、画像形成装置の基本的な構成について説明する。この画像形成装置は、画像形成ユニット３０内に像担持体として４つの感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋを備えている。なお、ここではドラム状の感光体を例に挙げているが、ベルト状の感光体を採用することもできる。各感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋは、中間転写体としての中間転写ベルト１０に沿って並設されており、それぞれ中間転写ベルト１０に接触しながら、図中の矢印の方向に回転駆動する。各感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋは、比較的薄い円筒状の導電性基体上に、光導電性の感光層を形成し、更にその感光層の上に保護層を形成したものである。また、感光層と保護層との間に中間層を設けても良い。
【００３３】
図２は、４つの感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋのうちの、一つの感光体周りの構成を示す概略図であり、一つの作像部の構成を示している。なお、各感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ周りの構成はすべて同じであるため、１つの作像部の構成についてのみ図示し、色分け用の符号Ｙ、Ｃ、Ｍ、Ｋについては省略してある。
【００３４】
感光体１の周りには、転写残トナーの帯電量を制御する帯電量制御手段４０、帯電手段としての帯電ローラ２を有する帯電装置３、現像手段としての現像装置５の順に配置されている。ここで、図２に示す作像部の帯電量制御手段４０、帯電装置３、現像装置５と、感光体１とは、図示しないカートリッジ内に一体に構成されており、プロセスカートリッジを構成している。そして、このプロセスカートリッジは、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されている。すなわち、図１に示す画像形成装置は、中間転写ベルト１０に沿って４つのプロセスカートリッジを着脱可能に並設した構成である。
【００３５】
また、図２に示す作像部（プロセスカートリッジ）の帯電装置３と現像装置５との間には、潜像形成手段としての露光装置４から発せられる光が感光体１まで通過できるようにスペースが確保されている。
【００３６】
図２に示す作像部（プロセスカートリッジ）の帯電量制御手段４０は接離手段４１と接続されており、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、感光体１と帯電ローラ２のどちらかに接離手段４１によって当接可能となっている。ここで接離機構としては、例えば接離手段４１の支点４１Ａを中心にして偏心コロ４１Ｂとバネ４１Ｃなどにより接離の切り替えを行うことができる。
【００３７】
帯電量制御手段４０は感光体１または帯電ローラ２に接触および摺擦させることで、トナーに接触する。この帯電量制御手段４０を構成する部材としてはブラシ部材が望ましく、特にブラシ状ローラにすることが好ましい。ブラシ状の方が表面積を大きくでき、感光体上および帯電ローラ上の転写残トナーの回収性を高くすることができる。
【００３８】
例えばブラシ状ローラ４０は、金属基材の周囲にブラシ繊維が植毛された構成となっている。ここでは導電性ナイロン繊維等を用い、ブラシの外径はφ１０mmとした。ブラシの密度は５００００（本／inch＾2）から１５００００（本／inch＾2）とした。これにより感光体１からのトナー回収および感光体１へのトナー放出を同時に行うことが可能となる。
【００３９】
また、ブラシ状ローラ４０の金属基材には図示しない電源が接続されており電圧Ｖbrを印加することが可能である。この電源には複数の電圧を印加できるような切り替え器が設けられている。また、ブラシ状ローラ４０のブラシ繊維には、スチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂等から選択することができる。特に、摩耗に強く、強度が高いポリアミド樹脂が好ましい。このブラシに、バイアス印加の効果を大きくするために、導電性粉末を含有させても良い。導電性粉末としては、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラック、黒鉛、または、銅、銀等の金属粉末を用いることができる。一方ブラシ部材の他の形態として回転体でないブラシバーを用いても良い。
【００４０】
なお、このブラシ状ローラ４０は回転可能に設置されており、帯電ローラ２とブラシとの接触位置にて反対方向に回転する。これにより帯電ローラ上のトナー回収効率を高められるとともに、帯電ローラ表面を適度に研磨する機能を付加できるため、帯電ローラ２のトナーフィルミングを防止でき、長期間にわたる使用が可能となる。
【００４１】
次に本発明の画像形成装置に用いる帯電装置３について説明する。この帯電装置３は、近接放電を用いて感光体１を帯電する。近接放電を用いて感光体１を帯電する方法としては、回動可能なローラ状の帯電部材（以下、帯電ローラという）２を感光体１に接触させて配置する接触帯電方式と、帯電ローラ２を感光体１に非接触に配置する非接触帯電方式とがある。ここで、本発明を接触帯電方式に適用した場合には、感光体表面との接触性を向上させてかつ感光体に機械的ストレスを与えない弾性部材を用いる必要があるが、弾性部材を用いた場合には帯電ニップ幅が広くなり、これによって帯電ローラ側にトナーや異物が付着しやすくなる。特にクリーナレス構成においては転写残トナーが帯電部を通過するために帯電ローラ２との接触機会が多いと帯電ローラの汚れが多くなりクリーナレスシステムの成立が困難となる。よって本発明においては、感光体表面における少なくとも画像形成領域に対して所定の帯電ギャップ１１４をもって対向するよう帯電ローラ２を配置した非接触帯電方式を用いた。それにより接触帯電ローラで問題となる帯電ローラ汚れの問題を大幅に解消できる。
【００４２】
図４は、本発明の画像形成装置に用いる帯電装置の構成説明図である。この帯電装置の帯電ローラ２を構成するローラ１２１は、軸部１２１ａとローラ部１２１ｂとからなる。ローラ部１２１ｂは軸部１２１ａの回転によって回動可能であり、感光体１表面のうち画像が形成される画像形成領域１１１に対向する部分は感光体１と非接触である。帯電ローラ２のローラ１２１は、その長手方向（軸方向）の寸法が画像形成領域よりも少し長く設定されており、その長手方向の両端部にスペーサ１２２を設けている。これら２つのスペーサ１２２を感光体表面両端部の非画像形成領域１１２に当接させることによって、感光体１と帯電ローラ２のローラ部１２１ｂとの間に微小なギャップ（帯電ギャップ）１１４を形成している。この微小なギャップ１１４は、帯電ローラ２のローラ部１２１ｂと感光体１との最近接部における距離が５〜１００［μｍ］に維持できるよう構成している。このギャップ１１４のより好ましい範囲は、３０〜６５［μｍ］であり、本発明の装置では、５０μｍに設定した。また、軸部１２１ａをスプリングからなる加圧バネ１１５によって感光体側に加圧している。これにより、微小なギャップ１１４を精度よく維持することができる。また、帯電ローラ２のローラ１２１は、スペーサ１２２を介して感光体表面に連れ回って回転する。
【００４３】
帯電ローラ２のローラ１２１には帯電用の電源１１６を接続している。これにより、感光体表面と帯電ローラ表面との間の微小な空隙での近接放電により、感光体表面を均一に帯電する。印加電圧は、本発明においては直流成分であるＤＣ電圧のみを印加した。なお交流成分であるＡＣ電圧を重畳した交番電圧を用いてもよい。ただし、その場合にはＡＣ電圧による感光体表面の劣化を考慮した対策（ＺｎＳｔの塗布による保護膜形成等）が必要となる。
【００４４】
また、帯電ローラ２のローラ１２１は、円柱状を呈する導電性支持体としての芯金（軸部）１２１ａと、芯金の外周面上に形成された抵抗調整層からなるローラ部１２１ｂを有するが、帯電ローラ２のローラ部１２１ｂの表面は硬質であることが望ましい。ローラ部１２１ｂを構成する部材としてはゴム部材も使用できるが、ゴム部材のように変形しやすい部材であると感光体１との微小ギャップ１１４の均一な維持が困難となり、作像条件によっては帯電ローラ２の中央部のみが感光体表面に突発的に接触する可能性がある。帯電ローラ２が感光体表面に局所的／突発的に接触する事によって生じる、トナーやフッ素含有樹脂の乱れに対応することは困難であるため、非接触帯電方式を使用する場合には、たわみが少ない硬質の部材が望ましい。
【００４５】
表面が硬質な帯電ローラ２のローラ１２１ｂの具体例としては、例えば、抵抗調整層を高分子型イオン導電剤が分散する熱可塑性樹脂組成物（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン及びその共重合体等）により形成し、抵抗調整層の表面を硬化剤により硬化皮膜処理されたものが挙げられる。また、硬化皮膜処理は、例えば、イソシアネート含有化合物を含む処理溶液に抵抗調整層を浸漬させることにより行われるが、抵抗調整層の表面に改めて硬化処理皮膜層を形成することにより行われてもよい。本実施例では、帯電ローラ２のローラ１２１をφ１０ｍｍ（直径１０ｍｍ）で形成した。
【００４６】
以上のような帯電ローラ２を用いて非接触帯電方式で帯電した感光体１の表面には、露光装置４によって露光されて各色に対応した静電潜像が形成される。この露光装置４は、各色に対応した画像情報に基づき、感光体１に対して各色に対応した静電潜像を書き込む。なお、本実施例の露光装置４は、半導体レーザ等からなるレーザ光源と、カップリング光学系、光偏向器、走査光学系等から構成されるレーザ走査方式の露光装置であるが、発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイと結像手段からなるライン状の露光装置などの他の方式の露光装置を採用することもできる。
【００４７】
現像装置５は、図２に示すように、そのケーシングの開口から現像剤担持体としての現像ローラ５ａが部分的に露出している。また、ここでは、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いているが、キャリアを含まない一成分現像剤を使用してもよい。現像装置５は、図１に示したトナーボトル３１Ｙ、３１Ｃ、３１Ｍ、３１Ｋから、対応する色のトナーの補給を受けてこれを内部に収容している。このトナーボトル３１Ｙ、３１Ｃ、３１Ｍ、３１Ｋは、それぞれが単体で交換できるように、画像形成装置本体に対して着脱可能に構成されている。このような構成とすることで、トナーエンド時にはトナーボトル３１Ｙ、３１Ｃ、３１Ｍ、３１Ｋだけを交換すればよい。したがって、トナーエンド時にまだ寿命になっていない他の構成部材はそのまま利用でき、ユーザーの出費を抑えることができる。
【００４８】
トナーボトル３１Ｙ、３１Ｃ、３１Ｍ、３１Ｋから現像装置５内に補給されたトナーは、攪拌搬送スクリュー５ｂによってキャリアと撹拌されながら搬送され、現像ローラ５ａ上に担持されることになる。この現像ローラ５ａは、磁界発生手段としての固定されたマグネットローラと、そのマグネットローラの周りを同軸回転する現像スリーブとから構成されている。現像剤中のキャリアは、マグネットローラが発生させる磁力により現像ローラ５ａの現像スリーブ上に穂立ちした状態となって感光体１と対向する現像領域に搬送される。
【００４９】
ここで、現像ローラ５ａは、感光体１と対向する領域（以下、「現像領域」と記す）において感光体１の表面よりも速い線速で同方向に表面移動する。そして、現像ローラ５ａのスリーブ上に穂立ちしたキャリアは、感光体１の表面を摺擦しながら、キャリア表面に付着したトナーを感光体１の表面に供給する。このとき、現像ローラ５ａには、図示しない電源から−３００Ｖの現像バイアスＶBが印加され、これにより現像領域には現像電界が形成される。そして、感光体１上の静電潜像と現像ローラ５ａとの間では、現像ローラ５ａ上のトナーに静電潜像側に向かう静電力が働くことになる。これにより、現像ローラ５ａ上のトナーは、感光体１上の静電潜像に付着することになる。この付着によって感光体１上の静電潜像は、それぞれ対応する色のトナー像に現像される。
【００５０】
また、この現像装置５は転写後の転写残トナーを現像と同時に回収している。後述するように帯電が正常化された感光体上の転写残トナーは、現像領域に運ばれると、現像領域のキャリア表面のプラス電荷により静電的に回収される。これによりクリーニング装置のいらない所謂クリーナレスシステムとなり、感光体回りが省スペース化されて、装置の小型化・低コスト化がなされる。また、トナーの再利用により、さらなる低コスト化がなされる。
【００５１】
転写装置６における中間転写ベルト１０は、３つの支持ローラ１１、１２、１３に張架されており、図中矢印の方向に無端移動する構成となっている。この中間転写ベルト１０上には、各感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ上のトナー像が静電転写方式により互いに重なり合うように転写される。静電転写方式には、転写チャージャを用いた構成もあるが、ここでは転写チリの発生が少ない転写ローラを用いた構成を採用している。具体的には、各感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋと接触する中間転写ベルト１０の部分の裏面に、それぞれ転写装置６としての一次転写ローラ１４Ｙ、１４Ｃ、１４Ｍ、１４Ｋを配置している。ここでは、各一次転写ローラ１４Ｙ、１４Ｃ、１４Ｍ、１４Ｋにより押圧された中間転写ベルト１０の部分と各感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋとによって、一次転写ニップ部が形成される。そして、各感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ上のトナー像を中間転写ベルト１０上に転写する際には、各一次転写ローラ１４に正極性のバイアスが印加される。これにより、各一次転写ニップ部には転写電界が形成され、各感光体１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ上のトナー像は、中間転写ベルト１０上に静電的に付着し、転写される。
【００５２】
中間転写ベルト１０の周りには、その表面に残留したトナーを除去するためのベルトクリーニング装置１５が設けられている。このベルトクリーニング装置１５は、中間転写ベルト１０の表面に付着した不要なトナーをファーブラシ及びクリーニングブレードで回収する構成となっている。なお、回収した不要トナーは、ベルトクリーニング装置１５内から図示しない搬送手段により図示しない廃トナータンクまで搬送される。
【００５３】
また、支持ローラ１３に張架された中間転写ベルト１０の部分には、二次転写ローラ１６が接触して配置されている。この中間転写ベルト１０と二次転写ローラ１６との間には二次転写ニップ部が形成され、この部分に、所定のタイミングで記録材としての転写紙が送り込まれるようになっている。この転写紙は、露光装置４の図中下側にある給紙カセット２０内に収容されており、給紙ローラ２１、レジストローラ対２２等によって、二次転写ニップ部まで搬送される。そして、中間転写ベルト１０上に重ね合わされたトナー像は、二次転写ニップ部において、転写紙上に一括して転写される。この二次転写時には、二次転写ローラ１６に正極性のバイアスが印加され、これにより形成される転写電界によって中間転写ベルト１０上のトナー像が転写紙上に転写される。
【００５４】
二次転写ニップ部の転写紙搬送方向下流側には、定着手段としての加熱定着装置２３が配置されている。この加熱定着装置２３は、ヒータを内蔵した加熱ローラ２３ａと、圧力を加えるための加圧ローラ２３ｂとを備えている。二次転写ニップ部を通過した転写紙は、これらのローラ間に挟み込まれ、熱と圧力を受けることになる。これにより、転写紙上に載っていたトナーが溶融し、トナー像が転写紙に定着される。そして、定着後の転写紙は、排紙ローラ２４によって、装置上面の排紙トレイ上に排出される。
【００５５】
次に、上記の画像形成後に感光体１の表面に残留する転写残トナーについて説明する。転写残トナーの中には、正規の極性に帯電した正規帯電トナーＴ０と、正規の極性とは逆極性に帯電した逆帯電トナーＴ１が存在する。図５（ａ）は、感光体１上に担持されたトナーの転写直前におけるトナー帯電量分布を示すグラフである。また、図５（ｂ）は、転写後に感光体１上に残留した転写残トナーのトナー帯電量分布を示すグラフである。図５（ａ）に示すように、転写直前におけるトナーの帯電量は、ほぼ−３０（μＣ／ｇ）を中心に分布しており、そのほとんどが負極性に正規帯電している正規帯電トナーＴ０である。一方、転写残トナーの帯電量は、およそ＋５（μＣ／ｇ）を中心に分布したものとなる。転写残トナーの一部は、転写領域近傍において一次転写ローラ１４に印加された正極性バイアスと感光体電位との電位差による放電などにより、トナーの帯電極性が正極性に反転する。その結果、転写残トナーの中には、図５（ｂ）中の斜線部分で示すような正極性に反転してしまった逆帯電トナーＴ１が存在してしまう。
【００５６】
このような逆帯電トナーＴ１は、感光体１に付着したまま帯電装置３の帯電領域まで搬送されると、前述したように非接触の帯電ローラ２を用いた場合でもその電界によりトナーが飛翔して、負極性の帯電バイアスが印加された帯電ローラ２の表面に静電的に吸引されて付着してしまう。さらには非接触の帯電ローラ２であるため、一度ローラに付着したトナーは感光体１へ戻ることは困難となり、ローラ上に蓄積されていくことになる。そして、帯電ローラ２の表面にトナーが付着すると、帯電ローラ２の抵抗値や表面状態が変化するため、感光体１の表面との間の帯電開始電圧にムラが生じる。これにより、逆帯電トナーＴ１が付着していない場合と同じ帯電バイアスを帯電ローラ２に印加しても、感光体１の表面が所望の電位−５００（Ｖ）に均一にならなくなる。その結果、画像濃度ムラも生じる恐れがある。
【００５７】
また、帯電ローラ２の表面のごく一部にトナーが付着した場合、トナーが付着していない箇所に向けて帯電バイアスによる電流が集中することがある。これにより、トナーが付着していない場合と同じ帯電バイアスを帯電ローラ２に印加すると、感光体１表面の帯電電位が所望の電位よりも高くなる。その結果、露光装置４による露光を受けた部分、すなわち静電潜像部分の電位が負極性側にシフトし、画像濃度が低下してしまう。
【００５８】
また、帯電ローラ２の表面のほぼ全域にトナーが付着して、帯電ローラ２の表面にトナーがコーティングされた状態になると、帯電能力が低下し、感光体１の表面電位が所望の電位よりも下がる。これにより、露光装置４による露光を受けない部分すなわち非静電潜像部分（白地背景部）の電位が、現像ローラ５ａに印加される現像バイアスに近づいてしまう。その結果、十分に帯電されていないトナーが感光体１上の地肌部分に付着して、地肌汚れ等の異常画像が発生してしまう。特に非接触の帯電ローラ２の場合は接触帯電ローラに比べて帯電ローラ汚れによる感光体帯電電位の変化が大きいことが問題となる。
【００５９】
一方で、転写残トナーの中には負極性のままの正規帯電トナーＴ０も存在する。この正規帯電トナーＴ０は、帯電装置３の帯電ローラ２との対向位置まで搬送されても、帯電バイアスが印加されていれば、その帯電ローラ２の表面に付着することはなく、現像領域に達することで、現像装置５の現像ローラ５ａ上のキャリアに付着してほとんどの正規帯電トナーＴ０は回収される。
【００６０】
よって以下の３つのプロセスを行うことで小型で安定したクリーナレスシステムを構築することができる。
まず第一の工程として、逆極性の転写残トナーを帯電量制御手段であるブラシ状ローラ４０によって正規帯電してから帯電部を通過させて現像にて回収する。確率的には少し存在する逆極性トナーは帯電ローラ２に付着するが、第二の工程として、前述の接離機構によりブラシ状ローラ４０を帯電ローラ２に当接させて帯電ローラ２に付着したトナーをブラシ状ローラ４０へと回収する。ブラシ状ローラ４０で回収され蓄積した逆極性トナーは、感光体１とブラシ状ローラ４０との接触により徐々に正規帯電されて感光体１に放出されるが、蓄積される逆極性トナーも存在する。そこで、第三の工程として、そのブラシ状ローラ４０に蓄積した逆極性トナーを、排出モードを用いてブラシ状ローラ４０から感光体１上へと排出してブラシ状ローラ４０をリフレッシュする。
【００６１】
これらのプロセスについて以下に詳細に説明する。
ここで本実施例の画像形成装置の各作像部の感光体周りの部材には、図６に示すように、各バイアスが印加できるように電圧が印加されている。具体的には、帯電量制御手段であるブラシ状ローラ４０には電圧Ｖbr、帯電装置３の帯電ローラ２には電圧Ｖc、現像装置５の現像ローラ５ａには電圧Ｖb、一次転写ローラ１４には電圧Ｖtが印加されている。
【００６２】
まず第一の工程である、逆極性の転写残トナーを帯電量制御手段であるブラシ状ローラ４０により正規帯電化する工程について以下に説明する。この工程は画像形成が行われる画像形成モード時に行われ、図７に示すように、ブラシ状ローラ４０が感光体１に接触し、各バイアスが設定されている。なお、図７に示すバイアスは主に極性の向きを示すものであり、バイアスの大きさは場所によってそれぞれ異なっている。
【００６３】
ブラシ状ローラ４０は、図７の矢印方向に感光体１と周速差をもって回転し、そのとき対向する感光体１の表面電位をＶpcとすると、
Ｖbr1＜Ｖpc
の関係を満たすように電圧が印加される。これによりブラシ状ローラ４０と感光体１の接触するブラシ接触領域において、感光体上の逆極性（プラス）の転写残トナーに対しマイナスの電荷注入が行われる電界が形成されるので、図５において、（ｂ）から（ｃ）の状態へと帯電量分布を変化させることができる。さらにはブラシ状ローラ４０の摺擦による摩擦帯電によっても帯電量を正常化させる働きがある。また、ここで正規化されずに逆極性のままのトナーはこの電界によりブラシ状ローラ４０へと回収されて蓄積される。これにより逆極性トナーの帯電装置３への進入を極力少なくすることができる。
本実施例におけるバイアス値としては、Ｖbr1＝−５００［Ｖ］、Ｖpc＝−５０［Ｖ］、Ｖc ＝−１３００［Ｖ］、Ｖb ＝−３５０［Ｖ］、Ｖt ＝１０００［Ｖ］としている。
【００６４】
次に第二の工程である帯電ローラ２に付着したトナーをブラシ状ローラ４０にて回収する工程について以下に説明する。この工程は画像形成が行われない非画像領域での動作時である非作像時に行われ、図８に示すように、ブラシ状ローラ４０が帯電ローラ２に接触し、各バイアスが切り替えられるように設定されている。作像時において帯電量制御手段であるブラシ状ローラ４０と帯電ローラ２を接触させてしまうと、放電電流が帯電量制御手段へ分配されることで感光体１の帯電電位が不安定になる可能性がある。そこで非作像時においてのみ帯電量制御手段であるブラシ状ローラ４０と帯電ローラ２を接触させることで、帯電ローラ２の放電を妨げることなく帯電ローラ２に付着したトナーを回収することができる。また、転写残トナーの発生する作像時には常に帯電量制御手段であるブラシ状ローラ４０は感光体１に接触しているため、帯電ローラ２への逆極性トナーの進入を極力少なくすることができる。
【００６５】
帯電量制御手段であるブラシ状ローラ４０は、図８の矢印方向にて帯電ローラ２とカウンター方向に回転し、そのとき対向する帯電ローラ２の芯金（軸部）に印加される電位をＶcとすると、
Ｖbr2＜Ｖc
の関係を満たしている。これによりブラシ状ローラ４０と帯電ローラ２の接触するブラシ接触領域において、帯電ローラ２に付着した逆極性（プラス）の転写残トナーは電界によりブラシ状ローラ４０の方向へ引かれるので、帯電ローラ２からブラシ状ローラ４０へと移動する。ただし、この電界は前工程のブラシ状ローラ４０と感光体１間の電界よりも大きさの小さい電界にすることが好ましい。なぜならば強い電界を形成して電荷注入すると、帯電ローラ上で転写残トナーがマイナス化されてしまうことでブラシ状ローラ４０で回収されなくなる恐れがあるからである。ここでは弱い電界による逆極性トナーの移動と機械的なブラシ状ローラ４０の摺擦により帯電ローラ２からブラシ状ローラ４０に逆極性トナーのまま移動させる。
本実施例におけるバイアス値は、Ｖbr2＝−２００［Ｖ］、Ｖc’＝０［Ｖ］、Ｖb’＝＋２００［Ｖ］、Ｖt’＝−５００［Ｖ］としている。
【００６６】
この第二の工程が終わると再びブラシ状ローラ４０は感光体１と接触し、第一の工程に戻って画像形成が行われる。このときブラシ状ローラ４０には帯電ローラ２から回収した逆極性トナーが蓄積されているが、第一の工程ではブラシ接触領域にて常に電荷注入が行われるため、ほとんどの逆極性トナーは正規帯電となり、感光体上に放出されることになる。ただし、それでも正規帯電とならない逆極性トナーに対しては、次に示す第三の工程である排出工程を行ってブラシ状ローラ４０より排出する。
【００６７】
次に第三の工程であるブラシ状ローラ４０に蓄積した逆極性トナーの排出工程について以下に説明する。この工程は画像形成が行われない非画像領域での動作時である非作像時に行われ、図９に示すように、ブラシ状ローラ４０が感光体１に接触し、各バイアスが切り替えられるように設定されている。
【００６８】
ブラシ状ローラ４０は、図９の矢印方向に回転し、そのとき対向する感光体１の表面電位をＶpcとすると、
Ｖbr3＞Ｖpc
の関係を満たすように電圧が印加される。これによりブラシ状ローラ４０と感光体１の接触するブラシ接触領域において、ブラシ状ローラ４０に付着している逆極性（プラス）のトナーは電界により感光体１の方向へ引かれてブラシ状ローラ４０から感光体１へと移動する。ブラシ状ローラから感光体１に戻された逆極性トナーは、まず帯電ローラ２を通過する。この際、帯電ローラ２に印加しているバイアスは図９に示すように０［Ｖ］に切り替えられているため、電界にて帯電ローラ２に逆帯電トナーが引きつけられることはなく、そのまま帯電ローラ２と感光体１の空隙を通過する。次に帯電ローラ２を通過した逆極性トナーは現像装置５の現像部を通過する。このとき現像ローラ５ａに印加するバイアスは図９に示すようにプラス極性に切り替えられているため、逆極性トナーが現像装置内に戻ることなく通過する。そのため混色や帯電不良トナーによるトナー飛散などが発生する恐れが無い。次に現像部を通過した逆極性トナーは転写部に進入する。ここで図９に示すように転写バイアスは通常の画像形成時とは逆極性に設定されており、逆極性トナーを感光体上から転写する方向に転写電界が形成されて中間転写ベルトなどの転写材に逆極性トナーが転写される。その後、中間転写ベルト下流に設置されているクリーニング部材によって逆極性トナーが回収されることになる。
本実施例におけるバイアス値としては、Ｖbr3＝＋３００［Ｖ］、Ｖc’＝０［Ｖ］、Ｖb’＝＋２００［Ｖ］、Ｖt’＝−５００［Ｖ］としている。
【００６９】
次に上記の第二の工程と第三の工程を行う際の実施可能な具体的なタイミングについて説明する。
第二の工程と第三の工程を行う具体的なタイミングとしては、基本的には画像形成領域以外での動作時（非作像時）にて感光体１が動く、以下のような場合に実施可能である。
１）前処理（プリントジョブを開始してから画像形成をする前まで）
２）紙間（連続プリントジョブ時の画像形成領域間）
３）後処理（画像形成終了からプリントジョブが終わり感光体が停止するまで）
４）電源投入時およびスリープ状態から復帰動作時
５）作像ジョブ以外における定期的なプロコン動作時（いわゆるお待ち時間で、色調整、レジスト補正、作像条件調整などが行われる）
６）ジャム処理やカバーオープンなどの異常停止後の復帰動作時
【００７０】
次に上記の第二の工程後に、第一の工程に戻るか、それとも第三の工程に進むのかという具体的な条件と、その制御の実施例を以下に示す。
本実施例の画像形成装置では、ブラシ状ローラ４０に付着したトナー量を検知する検知手段を備えており、図示しない画像形成装置の制御部は、その検知手段の判断により第三の工程を行うか否かを図１０に示すフローチャートのように決定する。
なお、図１０のフローチャートにおいて、
START：画像形成ジョブの開始
1st Process：第一の工程
2nd Process：第二の工程
3rd Process：第三の工程
Ｍb：検知したブラシのトナー量
Ｍ0：所定のトナー量
END：画像形成ジョブの終了（連続プリントの時はSTARTに戻る）
である。
【００７１】
ここで検知手段の判断により第三の工程を行うか否かを制御する具体的な実施例としては、以下の（１）のように、間接的にブラシ状ローラ４０のトナー量を推定する手段を用いて制御する方式と、（２）のように、直接的にブラシ状ローラ４０の特性値を計測してトナー量を検知する手段を用いて制御する方式とがある。
【００７２】
（１）間接的な検知手段を用いた制御
間接的な検知手段を用いた制御としては、以下の３つがある。
(1-1) 印刷枚数を積算するカウンタを備え、所定枚数に達したら第三の工程へ進む。
(1-2) 感光体の回転回数を積算するカウンタを備え、所定回数に達したら第三の工程へ進む。
(1-3) 各色毎に出力画像面積を積算できる画素カウンタを備え、所定画素数に達したら第三の工程へ進む。
【００７３】
（２）直接的な検知手段を用いた制御
直接的な検知手段を用いた制御としては、以下の２つがある。
(2-1) ブラシ状ローラ４０のブラシの抵抗値を計測する抵抗計測手段を備え、所定の抵抗値に達したら第三の工程へ進む（ブラシに付着したトナーが増加すると、ブラシの抵抗値が増加する）。抵抗計測手段としては例えば図１１に示すように、ブラシ状ローラ４０に当接する電極Ｅと、その電極Ｅへ電圧を印加する電源（電極バイアス印加電源）Ｖeと、その電源Ｖeに流れる電流を検知する電流計Ａを備えて、所定のタイミングにてブラシバイアス印加電源Ｖbrによりブラシ状ローラ４０に電圧を印加してブラシの抵抗値を計測する。
(2-2) ブラシ状ローラ４０のブラシに付着するトナーの量を計測するトナー量計測手段を備え、所定のトナー量に達したら第三の工程へ進む。トナー量計測手段としては、例えば図１２に示すように、光の乱反射成分を検出する光センサＰＤと、透明な電極ＴＥと、その電極に電圧を印加する電源（電極バイアス印加電源）Ｖeを備えて、所定のタイミングにて透明電極ＴＥにトナーが付着する電圧を印加し、透明電極ＴＥに付着したトナーに対して、ブラシ状ローラ４０と反対側から光センサＰＤの発光部ｄ１で光を投射し、その乱反射成分を光センサＰＤの受光部ｄ２で受光することによって、トナー量を検知することができる（トナー量に応じて乱反射光の強度が増加する）。ここで透明電極ＴＥに付着するトナー量はブラシ状ローラ４０のブラシに付着しているトナー量と比例すると考えて、ブラシに付着したトナー量を検知する。
【００７４】
以上に説明したように、本実施例の画像形成装置では、帯電量制御手段であるブラシ状ローラ４０を、感光体１と帯電ローラ２のどちらか一方のみに接触させるような接離機構を設けたことにより、転写残トナーの帯電量適正化と帯電ローラ２のクリーニングという２つの機能を一つの部材で行うことができるようになり、小型化と低コスト化が達成される。それにより、感光体上の転写残トナーの帯電量が正常化することで転写残トナーが帯電ローラ２により付着しづらくなり、さらに帯電ローラ２に付着してしまった場合にもブラシ状ローラ４０が帯電ローラ２に接触する際に回収され、再度感光体１へと戻すことができる。
【００７５】
また、本実施例の画像形成装置では、転写手段にて転写されずに感光体上に残った転写残トナーは、現像装置５が現像と同時に回収するので、所謂クリーナレス構成にすることで感光体周りの排トナー機構をなくすことができ、装置の大幅な小型化が図れる。また、転写残トナーを再利用することでランニングコストを削減でき、さらなる低コスト化が図れる。また、排トナーを大幅に削減でき、環境負荷低減にも寄与することができる。
【００７６】
さらに本実施例の画像形成装置では、接離機構によるブラシ状ローラ４０の帯電ローラ２への接触は、非作像時に行われ、非作像時においてのみブラシ状ローラ４０と帯電ローラ２を接触させることで、帯電ローラ２の放電を妨げることなく帯電ローラ２に付着したトナーをクリーニングすることができる。また、転写残トナーの発生する作像時には常にブラシ状ローラ４０は感光体１に接触しており、帯電ローラ２への帯電量が適正でないトナーの進入を極力少なくすることができる。
【００７７】
さらに本実施例の画像形成装置では、帯電量制御手段を例えばブラシ状ローラ４０とすることにより、回転数によりブラシ状ローラ４０とトナーとの摺擦回数を変えて摩擦帯電性をコントロールすることができる。よって感光体１においては過剰にトナーを帯電させることなく適度に帯電することができる。また、過剰にトナーを帯電すると鏡像力により感光体１からトナーが離れづらくなり、結果としてトナー固着や残像が引き起こされるが、上記の構成によりこれらの不具合がなくなる。また、帯電ローラ２においては回転により摺擦力を高めて確実に帯電ローラ２からトナーを回収することができる。
【００７８】
さらに本実施例の画像形成装置では、カウンター方向にてブラシ状ローラ４０と帯電ローラ２が当接するため、ブラシ状ローラ４０と帯電ローラ２の接触回数が順方向よりも多くなり、トナーの回収効率が高い。また、同時にブラシ状ローラが帯電ローラ表面を適度に研磨することでトナーフィルミングの防止になる。
【００７９】
さらに本実施例の画像形成装置では、ブラシ状ローラ４０が感光体１と接触しているときに、ブラシ状ローラ４０に印加される電圧Ｖbr1は、対向する感光体１の表面電位をＶpcとすると、Ｖbr1＜Ｖpcの関係を満たすようにしており、ブラシ状ローラ４０に印加するバイアスを感光体１の表面電位よりも小さくすることで、ブラシ状ローラ４０を通過する転写残トナーに対して摩擦帯電の他に電荷注入をすることができ、より帯電量の制御が効率よく行われる。また、ブラシ状ローラ４０通過中にも逆極性のまま正常化されないトナーは電界により一度ブラシ中に保持されるので、帯電ローラ２に付着することが無い。
【００８０】
さらに本実施例の画像形成装置では、ブラシ状ローラ４０が帯電ローラ２と接触しているときに、ブラシ状ローラ４０に印加される電圧Ｖbr2は、対向する帯電ローラ２の芯金の電位をＶcとすると、Ｖbr2＜Ｖcの関係を満たすようにしており、帯電ローラ２に付着したトナーは逆極性の転写残トナーであるが、ブラシ状ローラ４０に印加するバイアスを帯電ローラ２の芯金の電位よりも小さくすることで、ブラシ状ローラ４０を通過する際に付着トナーを帯電ローラ２からブラシ状ローラ４０へと電界により回収することができる。
【００８１】
さらに本実施例の画像形成装置では、非作像時においてブラシ状ローラ４０が感光体１と接触しているときに、ブラシ状ローラ４０に印加される電圧Ｖbr3は、対向する感光体１の表面電位をＶpcとすると、Ｖbr3＞Ｖpcの関係を満たすように設定されるモード（排出モード）を備えたことにより、非作像時において、ブラシ状ローラ４０に一時的に保持されている逆極性トナーを感光体１へ排出するような電界が形成されるようにブラシ状ローラ４０に電圧を印加することで、ブラシ状ローラ４０中のトナーが排出されてブラシ状ローラ４０がリフレッシュされるので、長期的に感光体上の転写残トナーの帯電量適正化、帯電ローラ２の付着トナーの回収を繰り返し行うことができる。
【００８２】
次に、以上に説明した構成の画像形成装置に用いるトナーについて説明する。
本実施例の画像形成装置に好適に用いられるトナーは、少なくとも、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤、離型剤とを有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系溶媒中で架橋及び／又は伸長反応させて得られるトナーである。以下に、トナーの構成材料及び製造方法について説明する。
【００８３】
（ポリエステル）
ポリエステルは、多価アルコール化合物と多価カルボン酸化合物との重縮合反応によって得られる。
多価アルコール化合物（ＰＯ）としては、２価アルコール（ＤＩＯ）および３価以上の多価アルコール（ＴＯ）が挙げられ、（ＤＩＯ）単独、または（ＤＩＯ）と少量の（ＴＯ）との混合物が好ましい。２価アルコール（ＤＩＯ）としては、アルキレングリコール（エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオールなど）；アルキレンエーテルグリコール（ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど）；脂環式ジオール（１，４−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールＡなど）；ビスフェノール類（ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳなど）；上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド（エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど）付加物；上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド（エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど）付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数２〜１２のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数２〜１２のアルキレングリコールとの併用である。３価以上の多価アルコール（ＴＯ）としては、３〜８価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール（グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど）；３価以上のフェノール類（トリスフェノールＰＡ、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど）；上記３価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
【００８４】
多価カルボン酸（ＰＣ）としては、２価カルボン酸（ＤＩＣ）および３価以上の多価カルボン酸（ＴＣ）が挙げられ、（ＤＩＣ）単独、および（ＤＩＣ）と少量の（ＴＣ）との混合物が好ましい。２価カルボン酸（ＤＩＣ）としては、アルキレンジカルボン酸（コハク酸、アジピン酸、セバシン酸など）；アルケニレンジカルボン酸（マレイン酸、フマール酸など）；芳香族ジカルボン酸（フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸など）などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数４〜２０のアルケニレンジカルボン酸および炭素数８〜２０の芳香族ジカルボン酸である。３価以上の多価カルボン酸（ＴＣ）としては、炭素数９〜２０の芳香族多価カルボン酸（トリメリット酸、ピロメリット酸など）などが挙げられる。なお、多価カルボン酸（ＰＣ）として
は、上述のものの酸無水物または低級アルキルエステル（メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど）を用いて多価アルコール（ＰＯ）と反応させてもよい。
【００８５】
多価アルコール（ＰＯ）と多価カルボン酸（ＰＣ）の比率は、水酸基［ＯＨ］とカルボキシル基［ＣＯＯＨ］の当量比［ＯＨ］／［ＣＯＯＨ］として、通常２／１〜１／１、好ましくは１．５／１〜１／１、さらに好ましくは１．３／１〜１．０２／１である。
【００８６】
多価アルコール（ＰＯ）と多価カルボン酸（ＰＣ）の重縮合反応は、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、１５０〜２８０℃に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。ポリエステルの水酸基価は５以上であることが好ましく、ポリエステルの酸価は通常１〜３０、好ましくは５〜２０である。酸価を持たせることで負帯電性となりやすく、さらには記録紙への定着時、記録紙とトナーの親和性がよく低温定着性が向上する。しかし、酸価が３０を超えると帯電の安定性、特に環境変動に対し悪化傾向がある。
【００８７】
また、重量平均分子量１万〜４０万、好ましくは２万〜２０万である。重量平均分子量が１万未満では、耐オフセット性が悪化するため好ましくない。また、４０万を超えると低温定着性が悪化するため好ましくない。
【００８８】
ポリエステルには、上記の重縮合反応で得られる未変性ポリエステルの他に、ウレア変性のポリエステルが好ましく含有される。ウレア変性のポリエステルは、上記の重縮合反応で得られるポリエステルの末端のカルボキシル基や水酸基等と多価イソシアネート化合物（ＰＩＣ）とを反応させ、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー（Ａ）を得、これとアミン類との反応により分子鎖が架橋及び／又は伸長されて得られるものである。
【００８９】
多価イソシアネート化合物（ＰＩＣ）としては、脂肪族多価イソシアネート（テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、２，６−ジイソシアナトメチルカプロエートなど）；脂環式ポリイソシアネート（イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネートなど）；芳香族ジイソシアネート（トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなど）；芳香脂肪族ジイソシアネート（α，α，α’，α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなど）；イソシアネート類；前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの；およびこれら２種以上の併用が挙げられる。
【００９０】
多価イソシアネート化合物（ＰＩＣ）の比率は、イソシアネート基［ＮＣＯ］と、水酸基を有するポリエステルの水酸基［ＯＨ］の当量比［ＮＣＯ］／［ＯＨ］として、通常５／１〜１／１、好ましくは４／１〜１．２／１、さらに好ましくは２．５／１〜１．５／１である。［ＮＣＯ］／［ＯＨ］が５を超えると低温定着性が悪化する。［ＮＣＯ］のモル比が１未満では、ウレア変性ポリエステルを用いる場合、そのエステル中のウレア含量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
【００９１】
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー（Ａ）中の多価イソシアネート化合物（ＰＩＣ）構成成分の含有量は、通常０．５〜４０ｗｔ％、好ましくは１〜３０ｗｔ％、さらに好ましくは２〜２０ｗｔ％である。０．５ｗｔ％未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。また、４０ｗｔ％を超えると低温定着性が悪化する。
【００９２】
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー（Ａ）中の１分子当たりに含有されるイソシアネート基は、通常１個以上、好ましくは、平均１．５〜３個、さらに好ましくは、平均１．８〜２．５個である。１分子当たり１個未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
【００９３】
次に、ポリエステルプレポリマー（Ａ）と反応させるアミン類（Ｂ）としては、２価アミン化合物（Ｂ１）、３価以上の多価アミン化合物（Ｂ２）、アミノアルコール（Ｂ３）、アミノメルカプタン（Ｂ４）、アミノ酸（Ｂ５）、およびＢ１〜Ｂ５のアミノ基をブロックしたもの（Ｂ６）などが挙げられる。
【００９４】
２価アミン化合物（Ｂ１）としては、芳香族ジアミン（フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、４，４’−ジアミノジフェニルメタンなど）；脂環式ジアミン（４，４’−ジアミノ−３，３’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど）；および脂肪族ジアミン（エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど）などが挙げられる。３価以上の多価アミン化合物（Ｂ２）としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。アミノアルコール（Ｂ３）としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。アミノメルカプタン（Ｂ４）としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどが挙げられる。アミノ酸（Ｂ５）としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。Ｂ１〜Ｂ５のアミノ基をブロックしたもの（Ｂ６）としては、前記Ｂ１〜Ｂ５のアミン類とケトン類（アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど）から得られるケチミン化合物、オキサゾリジン化合物などが挙げられる。これらアミン類（Ｂ）のうち好ましいものは、Ｂ１およびＢ１と少量のＢ２の混合物である。
【００９５】
アミン類（Ｂ）の比率は、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー（Ａ）中のイソシアネート基［ＮＣＯ］と、アミン類（Ｂ）中のアミノ基［ＮＨｘ］の当量比［ＮＣＯ］／［ＮＨｘ］として、通常１／２〜２／１、好ましくは１．５／１〜１／１．５、さらに好ましくは１．２／１〜１／１．２である。［ＮＣＯ］／［ＮＨｘ］が２を超えたり１／２未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
【００９６】
また、ウレア変性ポリエステル中には、ウレア結合と共にウレタン結合を含有していてもよい。ウレア結合含有量とウレタン結合含有量のモル比は、通常１００／０〜１０／９０であり、好ましくは８０／２０〜２０／８０、さらに好ましくは、６０／４０〜３０／７０である。ウレア結合のモル比が１０％未満では、耐ホットオフセット性が悪化する。
【００９７】
ウレア変性ポリエステルは、ワンショット法などにより製造される。多価アルコール（ＰＯ）と多価カルボン酸（ＰＣ）を、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、１５０〜２８０℃に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。次いで４０〜１４０℃にて、これに多価イソシアネート（ＰＩＣ）を反応させ、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー（Ａ）を得る。さらにこの（Ａ）にアミン類（Ｂ）を０〜１４０℃にて反応させ、ウレア変性ポリエステルを得る。
【００９８】
（ＰＩＣ）を反応させる際、及び（Ａ）と（Ｂ）を反応させる際には、必要により溶剤を用いることもできる。使用可能な溶剤としては、芳香族溶剤（トルエン、キシレンなど）；ケトン類（アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど）；エステル類（酢酸エチルなど）；アミド類（ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなど）およびエーテル類（テトラヒドロフランなど）などのイソシアネート（ＰＩＣ）に対して不活性なものが挙げられる。
【００９９】
また、ポリエステルプレポリマー（Ａ）とアミン類（Ｂ）との架橋及び／又は伸長反応には、必要により反応停止剤を用い、得られるウレア変性ポリエステルの分子量を調整することができる。反応停止剤としては、モノアミン（ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミンなど）、およびそれらをブロックしたもの（ケチミン化合物）などが挙げられる。
【０１００】
ウレア変性ポリエステルの重量平均分子量は、通常１万以上、好ましくは２万〜１０００万、さらに好ましくは３万〜１００万である。１万未満では耐ホットオフセット性が悪化する。ウレア変性ポリエステル等の数平均分子量は、先の未変性ポリエステルを用いる場合は特に限定されるものではなく、前記重量平均分子量とするのに得やすい数平均分子量でよい。ウレア変性ポリエステルを単独で使用する場合は、その数平均分子量は、通常２０００〜１５０００、好ましくは２０００〜１００００、さらに好ましくは２０００〜８０００である。２００００を超えると低温定着性およびフルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
【０１０１】
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとを併用することで、低温定着性およびフルカラー画像形成装置１００に用いた場合の光沢性が向上するので、ウレア変性ポリエステルを単独で使用するよりも好ましい。なお、未変性ポリエステルはウレア結合以外の化学結合で変性されたポリエステルを含んでも良い。
【０１０２】
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは、少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。従って、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは類似の組成であることが好ましい。
【０１０３】
また、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとの重量比は、通常２０／８０〜９５／５、好ましくは７０／３０〜９５／５、さらに好ましくは７５／２５〜９５／５、特に好ましくは８０／２０〜９３／７である。ウレア変性ポリエステルの重量比が５％未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。
【０１０４】
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとを含むバインダー樹脂のガラス転移点（Ｔｇ）は、通常４５〜６５℃、好ましくは４５〜６０℃である。４５℃未満ではトナーの耐熱性が悪化し、６５℃を超えると低温定着性が不十分となる。
また、ウレア変性ポリエステルは、得られるトナー母体粒子の表面に存在しやすいため、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。
【０１０５】
（着色剤）
着色剤としては、公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローＳ、ハンザイエロー（１０Ｇ、５Ｇ、Ｇ）、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー（ＧＲ、Ａ、ＲＮ、Ｒ）、ピグメントイエローＬ、ベンジジンイエロー（Ｇ、ＧＲ）、パーマネントイエロー（ＮＣＧ）、バルカンファストイエロー（５Ｇ、Ｒ）、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローＢＧＬ、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド４Ｒ、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットＧ、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンＢＳ、パーマネントレッド（Ｆ２Ｒ、Ｆ４Ｒ、ＦＲＬ、ＦＲＬＬ、Ｆ４ＲＨ）、ファストスカーレットＶＤ、ベルカンファストルビンＢ、ブリリアントスカーレットＧ、リソールルビンＧＸ、パーマネントレッドＦ５Ｒ、ブリリアントカーミン６Ｂ、ピグメントスカーレット３Ｂ、ボルドー５Ｂ、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーＦ２Ｋ、ヘリオボルドーＢＬ、ボルドー１０Ｂ、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキＢ、ローダミンレーキＹ、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドＢ、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー（ＲＳ、ＢＣ）、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンＢ、ナフトールグリーンＢ、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常１〜１５重量％、好ましくは３〜１０重量％である。
【０１０６】
着色剤は樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。マスターバッチの製造、またはマスターバッチとともに混練されるバインダー樹脂としては、ポリスチレン、ポリ−ｐ−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の重合体、あるいはこれらとビニル化合物との共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが挙げられ、単独あるいは混合して使用できる。
【０１０７】
（荷電制御剤）
荷電制御剤としては公知のものが使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、４級アンモニウム塩（フッ素変性４級アンモニウム塩を含む）、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン０３、４級アンモニウム塩のボントロンＰ−５１、含金属アゾ染料のボントロンＳ−３４、オキシナフトエ酸系金属錯体のＥ−８２、サリチル酸系金属錯体のＥ−８４、フェノール系縮合物のＥ−８９（以上、オリエント化学工業社製）、４級アンモニウム塩モリブデン錯体のＴＰ−３０２、ＴＰ−４１５（以上、保土谷化学工業社製）、４級アンモニウム塩のコピーチャージＰＳＹ  ＶＰ２０３８、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーＰＲ、４級アンモニウム塩のコピーチャージ  ＮＥＧ  ＶＰ２０３６、コピーチャージ  ＮＸ  ＶＰ４３４（以上、ヘキスト社製）、ＬＲＡ−９０１、ホウ素錯体であるＬＲ−１４７（日本カーリット社製）、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、４級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
【０１０８】
荷電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダー樹脂１００重量部に対して、０．１〜１０重量部の範囲で用いられる。好ましくは、０．２〜５重量部の範囲がよい。１０重量部を超える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、荷電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
【０１０９】
（離型剤）
離型剤としては、融点が５０〜１２０℃の低融点のワックスが、バインダー樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に定着ローラとトナー界面との間で働き、これにより定着ローラにオイルの如き離型剤を塗布することなく高温オフセットに対し効果を示す。このようなワックス成分としては、以下のものが挙げられる。ロウ類及びワックス類としては、カルナバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス、ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス、オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス、及びパラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス等が挙げられる。また、これら天然ワックスの外に、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス、エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙げられる。さらに、１２−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド及び、低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ−ｎ−ステアリルメタクリレート、ポリ−ｎ−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体（例えば、ｎ−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等）等、側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子等も用いることができる。
【０１１０】
荷電制御剤、離型剤はマスターバッチ、バインダー樹脂とともに溶融混練することもできるし、もちろん有機溶剤に溶解、分散する際に加えても良い。
【０１１１】
（外添剤）
トナー粒子の流動性や現像性、帯電性を補助するための外添剤として、無機微粒子が好ましく用いられる。この無機微粒子の一次粒子径は、５×１０−３〜２μｍであることが好ましく、特に５×１０−３〜０．５μｍであることが好ましい。また、ＢＥＴ法による比表面積は、２０〜５００ｍ２／ｇであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの０．０１〜５ｗｔ％であることが好ましく、特に０．０１〜２．０ｗｔ％であることが好ましい。
【０１１２】
無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。中でも、流動性付与剤としては、疎水性シリカ微粒子と疎水性酸化チタン微粒子を併用するのが好ましい。特に両微粒子の平均粒径が５×１０−２μｍ以下のものを使用して攪拌混合を行った場合、トナーとの静電力、ファンデルワールス力は格段に向上することより、所望の帯電レベルを得るために行われる現像装置内部の攪拌混合によっても、トナーから流動性付与剤が脱離することなく、ホタルなどが発生しない良好な画像品質が得られて、さらに転写残トナーの低減が図られる。
【０１１３】
酸化チタン微粒子は、環境安定性、画像濃度安定性に優れている反面、帯電立ち上がり特性の悪化傾向にあることより、酸化チタン微粒子添加量がシリカ微粒子添加量よりも多くなると、この副作用の影響が大きくなることが考えられる。しかし、疎水性シリカ微粒子及び疎水性酸化チタン微粒子の添加量が０．３〜１．５ｗｔ％の範囲では、帯電立ち上がり特性が大きく損なわれず、所望の帯電立ち上がり特性が得られ、すなわち、プリントやコピーの繰り返しを行っても、安定した画像品質が得られる。
【０１１４】
次に、トナーの製造方法について説明する。ここでは、好ましい製造方法について示すが、これに限られるものではない。
【０１１５】
（トナーの製造方法）
（１）着色剤、未変性ポリエステル、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー、離型剤を有機溶媒中に分散させトナー材料液を作る。
有機溶媒は、沸点が１００℃未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい。具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、１，２−ジクロロエタン、１，１，２−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは２種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、１，２−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー１００重量部に対し、通常０〜３００重量部、好ましくは０〜１００重量部、さらに好ましくは２５〜７０重量部である。
【０１１６】
（２）トナー材料液を界面活性剤、樹脂微粒子の存在下、水系媒体中で乳化させる。
水系媒体は、水単独でも良いし、アルコール（メタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど）、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類（メチルセルソルブど）、低級ケトン類（アセトン、メチルエチルケトンなど）などの有機溶媒を含むものであってもよい。
トナー材料液１００重量部に対する水系媒体の使用量は、通常５０〜２０００重量部、好ましくは１００〜１０００重量部である。５０重量部未満ではトナー材料液の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。２００００重量部を超えると経済的でない。
【０１１７】
また、水系媒体中の分散を良好にするために、界面活性剤、樹脂微粒子等の分散剤を適宜加える。
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルなどのアニオン性界面活性剤、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウムなどの４級アンモニウム塩型のカチオン性界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ（アミノエチル）グリシン、ジ（オクチルアミノエチル）グリシンやＮ−アルキル−Ｎ，Ｎ−ジメチルアンモニウムべタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
【０１１８】
また、フルオロアルキル基を有する界面活性剤を用いることにより、非常に少量でその効果をあげることができる。好ましく用いられるフルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤としては、炭素数２〜１０のフルオロアルキルカルボン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、３−［ω−フルオロアルキル（Ｃ６〜Ｃ１１）オキシ］−１−アルキル（Ｃ３〜Ｃ４）スルホン酸ナトリウム、３−［ω−フルオロアルカノイル（Ｃ６〜Ｃ８）−Ｎ−エチルアミノ］−１−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル（Ｃ１１〜Ｃ２０）カルボン酸及び金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸（Ｃ７〜Ｃ１３）及びその金属塩、パーフルオロアルキル（Ｃ４〜Ｃ１２）スルホン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、Ｎ−プロピル−Ｎ−（２−ヒドロキシエチル）パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル（Ｃ６〜Ｃ１０）スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル（Ｃ６〜Ｃ１０）−Ｎ−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル（Ｃ６〜Ｃ１６）エチルリン酸エステルなどが挙げられる。
【０１１９】
商品名としては、サーフロンＳ−１１１、Ｓ−１１２、Ｓ−１１３（旭硝子社製）、フロラードＦＣ−９３、ＦＣ−９５、ＦＣ−９８、ＦＣ−１２９（住友３Ｍ社製）、ユニダインＤＳ−１０１、ＤＳ−１０２（ダイキン工業社製）、メガファックＦ−１１０、Ｆ−１２０、Ｆ−１１３、Ｆ−１９１、Ｆ−８１２、Ｆ−８３３（大日本インキ社製）、エクトップＥＦ−１０２、１０３、１０４、１０５、１１２、１２３Ａ、１２３Ｂ、３０６Ａ、５０１、２０１、２０４、（トーケムプロダクツ社製）、フタージェントＦ−１００、Ｆ１５０（ネオス社製）などが挙げられる。
【０１２０】
また、カチオン性界面活性剤としては、フルオロアルキル基を右する脂肪族１級、２級もしくは２級アミン酸、パーフルオロアルキル（Ｃ６−Ｃ１０）スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩などの脂肪族４級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩、商品名としてはサーフロンＳ−１２１（旭硝子社製）、フロラードＦＣ−１３５（住友３Ｍ社製）、ユニダインＤＳ−２０２（ダイキンエ業杜製）、メガファックＦ−１５０、Ｆ−８２４（大日本インキ社製）、エクトップＥＦ−１３２（トーケムプロダクツ社製）、フタージェントＦ−３００（ネオス社製）などが挙げられる。
【０１２１】
樹脂微粒子は、水系媒体中で形成されるトナー母体粒子を安定化させるために加えられる。このために、トナー母体粒子の表面上に存在する被覆率が１０〜９０％の範囲になるように加えられることが好ましい。例えば、ポリメタクリル酸メチル微粒子１μｍ、及び３μｍ、ポリスチレン微粒子０．５μｍ及び２μｍ、ポリ（スチレン―アクリロニトリル）微粒子１μｍ、商品名では、ＰＢ−２００Ｈ（花王社製）、ＳＧＰ（総研社製）、テクノポリマーＳＢ（積水化成品工業社製）、ＳＧＰ−３Ｇ（総研社製）、ミクロパール（積水ファインケミカル社製）等がある。
また、リン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等の無機化合物分散剤も用いることができる。
【０１２２】
上記の樹脂微粒子、無機化合物分散剤と併用して使用可能な分散剤として、高分子系保護コロイドにより分散液滴を安定化させても良い。例えばアクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマール酸、マレイン酸または無水マレイン酸などの酸類、あるいは水酸基を含有する（メタ）アクリル系単量体、例えばアクリル酸−β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸−β−ヒドロキシエチル、アクリル酸−β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−３−クロロ２−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−３−クロロ−２−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、Ｎ−メチロールアクリルアミド、Ｎ−メチロールメタクリルアミドなど、ビニルアルコールまたはビニルアルコールとのエーテル類、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテルなど、またはビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニルなど、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドあるいはこれらのメチロール化合物、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどの酸クロライド類、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミンなどの含窒素化合物、またはその複素環を有するものなどのホモポリマーまたは共重合体、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステルなどのポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類などが使用できる。
【０１２３】
分散の方法としては特に限定されるものではないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波などの公知の設備が適用できる。この中でも、分散体の粒径を２〜２０μｍにするために高速せん断式が好ましい。高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は特に限定はないが、通常１０００〜３００００ｒｐｍ、好ましくは５０００〜２００００ｒｐｍである。分散時間は特に限定はないが、バッチ方式の場合は、通常０．１〜５分である。分散時の温度としては、通常、０〜１５０℃（加圧下）、好ましくは４０〜９８℃である。
【０１２４】
（３）乳化液の作製と同時に、アミン類（Ｂ）を添加し、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー（Ａ）との反応を行わせる。
この反応は、分子鎖の架橋及び／又は伸長を伴う。反応時間は、ポリエステルプレポリマー（Ａ）の有するイソシアネート基構造とアミン類（Ｂ）との反応性により選択されるが、通常１０分〜４０時間、好ましくは２〜２４時間である。反応温度は、通常、０〜１５０℃、好ましくは４０〜９８℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどが挙げられる。
【０１２５】
（４）反応終了後、乳化分散体（反応物）から有機溶媒を除去し、洗浄、乾燥してトナー母体粒子を得る。
有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に層流の攪拌状態で昇温し、一定の温度域で強い攪拌を与えた後、脱溶媒を行うことで紡錘形のトナー母体粒子が作製できる。また、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能な物を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗するなどの方法によって、トナー母体粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
【０１２６】
（５）上記で得られたトナー母体粒子に、荷電制御剤を打ち込み、ついで、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子等の無機微粒子を外添させ、トナーを得る。
荷電制御剤の打ち込み、及び無機微粒子の外添は、ミキサー等を用いた公知の方法によって行われる。
これにより、小粒径であって、粒径分布のシャープなトナーを容易に得ることができる。さらに、有機溶媒を除去する工程で強い攪拌を与えることで、真球状からラクビーボール状の間の形状を制御することができ、さらに、表面のモフォロジーも滑らかなものから梅干形状の間で制御することができる。
【０１２７】
次に、トナーの形状について説明する。
トナーの形状係数ＳＦ−１は１００〜１８０、形状係数ＳＦ−２は１００〜１８０の範囲にあることが好ましい。図１３（Ａ），（Ｂ）は、形状係数ＳＦ−１と形状係数ＳＦ−２を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。形状係数ＳＦ−１は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記の式（１）で表される。これは、トナーを２次元平面に投影してできる形状の最大長ＭＸＬＮＧの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００π／４を乗じた値である。
ＳＦ−１＝｛（ＭＸＬＮＧ）２／ＡＲＥＡ｝×（１００π／４）  ・・・式（１）
ＳＦ−１の値が１００の場合トナーの形状は真球となり、ＳＦ−１の値が大きくなるほど不定形になる。
【０１２８】
また、形状係数ＳＦ−２は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記の式（２）で表される。これは、トナーを２次元平面に投影してできる図形の周長ＰＥＲＩの二乗を図形面積ＡＲＥＡで除して、１００／４πを乗じた値である。
ＳＦ−２＝｛（ＰＥＲＩ）２／ＡＲＥＡ｝×（１００／４π）    ・・・式（２）
ＳＦ−２の値が１００の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、ＳＦ−２の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
【０１２９】
形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡（Ｓ−８００：日立製作所製）でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置（ＬＵＳＥＸ３：ニレコ社製）に導入し該トナーの粒子１００個について解析して計算した。
トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと感光体との接触状態が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり、従って流動性が高くなり、また、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。一方、形状係数ＳＦ−１、ＳＦ−２のいずれかが１８０を超えると、転写率が低下するため好ましくない。
【０１３０】
本発明の画像形成装置では、画像形成に用いられるトナーは、形状係数ＳＦ−１で１００〜１８０の範囲にあり、かつ形状係数ＳＦ−２で１００〜１８０の範囲にあることにより、トナー形状が球により近づくことで転写率が向上するため、転写残トナー量の極小化が図れるため、より安定なクリーナレスシステムを構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の一実施例を示す画像形成装置の概略構成図である。
【図２】図１に示す画像形成装置の一つの作像部の構成を示す概略要部構成図である。
【図３】帯電量制御手段の接離手段の構成及び動作の一例を示す図である。
【図４】本発明の画像形成装置に用いる帯電装置の構成説明図である。
【図５】（ａ）は感光体上に担持されたトナーの転写直前におけるトナー帯電量分布を示すグラフ、（ｂ）は転写後に感光体上に残留した転写残トナーのトナー帯電量分布を示すグラフ、（ｃ）は感光体上の逆極性（プラス）の転写残トナーに対しマイナスの電荷注入が行われた場合のトナー帯電量分布を示すグラフである。
【図６】図２に示す作像部の感光体周りの部材に印加されるバイアス電圧の説明図である。
【図７】図６に示す作像部で第一の工程を行う際のバイアスの設定状態を示す図である。
【図８】図６に示す作像部で第二の工程を行う際のバイアスの設定状態を示す図である。
【図９】図６に示す作像部で第三の工程を行う際のバイアスの設定状態を示す図である。
【図１０】検知手段の判断により第三の工程を行うか否かを決定する制御の一例を示すフローチャートである。
【図１１】直接的な検知手段の一例を示す図であって、ブラシ状ローラのブラシの抵抗値を計測する抵抗計測手段の構成例を示す図である。
【図１２】直接的な検知手段の別の例を示す図であって、ブラシ状ローラのブラシに付着するトナーの量を計測するトナー量計測手段の構成例を示す図である。
【図１３】トナーの形状係数ＳＦ−１と形状係数ＳＦ−２を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１（１Ｙ、１Ｃ、１Ｍ、１Ｋ）：感光体（像担持体）
２：帯電ローラ
３：帯電装置
４：露光装置（潜像形成手段）
５：現像装置（現像手段）
５ａ：現像ローラ
５ｂ：攪拌搬送スクリュー
６：転写装置（転写手段）
１０：中間転写ベルト（中間転写体）
１１、１２、１３：支持ローラ
１４（１４Ｙ、１４Ｃ、１４Ｍ、１４Ｋ）：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：レジストローラ対
２３：加熱定着装置（定着手段）
２４：排紙ローラ
３１Ｙ、３１Ｃ、３１Ｍ、３１Ｋ：トナーボトル
４０：ブラシ状ローラ（帯電量制御手段）
４１：接離手段（接離機構）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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