JP2005077587A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 粉体トナーを用いて現像を行うことにより像担持体上にトナー像を形成し、そのトナー像を転写して後、熱を加えて定着を行い、転写材上に画像を記録する電子写真方式を用いた画像形成装置において、平均粒状度０．２５以下のオフセット印刷同等以上の滑らかな画像を得る。
【解決手段】 粉体トナーを用いて現像装置１２で現像を行うことにより感光体（像担持体）１０上にトナー像を形成し、そのトナー像を転写装置１３で転写して後、定着装置１６で熱を加えて定着を行い、転写材２２上に画像を記録する。そのような画像形成装置において、画像のハーフトーン部で、平均明度４０〜８０における粒状度の平均値を求めて平均粒状度とし、その平均粒状度を０．２５以下、好ましくは０．１５以下とするとともに、光沢度を８％以下とする。
【選択図】 図５

Description

この発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリまたはそれらの複合機などの画像形成装置に関する。そのうち特に、粉体トナーを用いて現像を行うことにより像担持体上にトナー像を形成し、そのトナー像を直接または間接的に転写して後、熱を加えて定着を行い、シート・ＯＨＰフィルム等の転写材に画像を記録する、電子写真方式を用いた画像形成装置に関する。

近年、電子写真方式のカラー画像形成装置においては、高画質が要求され、トナーの小径化、現像の改良などで画質の改善がなされてきている。しかし、作像工程毎に観察すると、潜像形成、現像、中間転写、転写材への転写、定着と各工程で順に劣化していることは明らかである。特に、転写工程、定着工程での劣化が大きく、転写工程では、転写進入時のプレ転写と、転写後の剥離時の放電によるチリが大きな原因となり、定着工程では、トナーの広がり、光沢のムラが原因となる。

このような劣化に対し、多くの提案がなされてきた。
例えば特許文献１に記載されるように、画像の粒状度を向上させるため、転写材上のトナーに熱と圧力を作用させて転写材にトナーを浸透させ、定着工程前に転写紙上のトナーを均すようにする定着方法が提案されている。
特開２００２−２７８３３１号公報

また、例えば特許文献２に記載されるように、省資源化で粒状度の良い画像を得るために加熱ローラ表面をフッ素樹脂で構成し、分子量１０万以上の結着樹脂比率が２０重量％以下、体積平均粒径が９．０μｍ以上で、かつ着色剤の比率が５．０重量％以下のトナーを使用することが提案されている。
特開２００２−２８７５４５号公報

ところが、このような従来のものでは、粉体トナーを用いて現像を行うことにより像担持体上にトナー像を形成し、そのトナー像を転写して後、熱を加えて定着を行い、電子写真方式を用いて転写材上に画像を記録する場合、ドット形状のバラツキ、チリなどで大きく劣化する。特に、ハーフトーン部で大きく劣化してぼそついた画像になる。このため、高画質の重要な指標である粒状度、つまり後述する平均明度４０〜８０における粒状度の平均値である平均粒状度が０．３以上となり、印刷画像に比して大きく劣って、印刷並みの高画質を得ることができなかった。

特許文献１には、定着時の画像面を加圧しないオーブン定着方式を採用することで、平均粒状度０．２５以下の高画質を得ることが記載されている。しかし、輻射熱定着が困難な方式であることは、周知である。

そこで、この発明の目的は、粉体トナーを用いて現像を行うことにより像担持体上にトナー像を形成し、そのトナー像を転写して後、熱を加えて定着を行い、転写材上に画像を記録する電子写真方式を用いた画像形成装置において、平均粒状度０．２５以下のオフセット印刷同等以上の滑らかな画像を得ることにある。

この発明の第２の目的は、粉体トナーを用いた電子写真現像工程で最良のドット再現性を得るため、潜像に忠実に現像することにある。

転写工程では、転写入り口、転写出口での放電による転写ムラがあり、ドットの形状を乱してしまう。また、チリによっても劣化する。
そこで、この発明の第３の目的は、放電による劣化を防止し、また像担持体と転写ローラとのズレをなくし、忠実に現像像を転写することにある。

定着でのトナードットの形状劣化と広がりをなくし、部分的な光沢ムラがでない定着を行う必要がある。また、Ｓｉゴムを定着ローラ表層に設けると、粒状度の劣化を押さえることはできるが、ローラ寿命が短かくなる。
そこで、この発明の第４の目的は、寿命を向上し、定着による粒状度の劣化を防止し、光沢ムラを低減して高画質を得ることにある。

この発明の第５の目的は、トナーの凝集度が最適であり、潜像に忠実に現像し得るようにすることにある。

この発明の第６の目的は、トナーの粒径が揃っていることにより、同様に潜像に忠実に現像し得るようにすることにある。

この発明の第７の目的は、球形であることにより、現像工程でトナーが細密重点状に現像でき、Ｚ軸方向にも良好な現像を行い得るようにすることにある。

この発明の第８の目的は、定着におけるトナーの溶け過ぎを防いで、粒状度の劣化を防止することにある。

この発明の第９の目的は、現像、転写、定着の各工程でのドット形状の劣化を押さえ、最適な粒状度で滑らかな画像を得ることにある。

この発明は、粉体トナーを用いて現像を行うことにより像担持体上にトナー像を形成し、そのトナー像を転写して後、熱を加えて定着を行い、転写材上に画像を記録する画像形成装置において、
画像のハーフトーン部で、平均明度４０〜８０における粒状度の平均値を求めて平均粒状度とし、その平均粒状度を０．２５以下、好ましくは０．１５以下とするとともに、
光沢度を８％以下とする、ことを特徴とする。

粒状性とは、一般に高画質の指標と考えられており、画質の基本特性であって、「均一であるべき画像がどれだけざらついているかを表す主観評価値」と定義される。この主観的な評価値である粒状性を客観的に表した量が粒状性の評価尺度であり、粒状度である。粒状度として標準化されているものとしてＲＭＳ粒状度があり、ANSI PH-2.40-1985で標準化されている。

ＲＭＳ粒状度（σＤ）＝［１／Ｎ Σ（Ｄｉ−Ｄ）２］１／２
ここで、Ｄｉは濃度分布、Ｄは平均濃度（Ｄ＝１／ＮΣＤｉ）である。

このほか、画像の濃度変動のパワースペクトラムであるワイナースペクトラム（Winer Spectrum）を用いた粒状度が定義されている。ゼロックス（Xerox）のドーレイ（Dooley）とショー（Shaw）はワイナースペクトラムを適用し、視覚の空間周波数特性（Visual Transfer Function : VTF）とカスケードした後、積分した値を粒状度（ＧＳ）とした（詳細はDooley,Rshaw Noise Perception in lectrophotography, J.Appl.Photogr.Eng.,5,4(1979),pp190-196）。

ＧＳ＝ｅｘｐ（−１．８Ｄ）∫（ＷＳ（ｆ））１／２ＶＴＦ（ｆ）ｄｆ
Ｄ：平均濃度
ｆ：空間周波数（ｃ／ｍｍ）
ＷＳ（ｆ）：ワイナースペクトラム
ＶＴＦ（ｆ）：視覚の空間周波数特性

この発明では、粒状度を、このドーレイとショーの粒状度をさらに発展させ、次の式によって定義する。
粒状度＝ｅｘｐ（ａＬ＋ｂ）∫（ＷＳＬ（ｆ））１／２ＶＴＦ（ｆ）ｄｆ
Ｌ＊：平均明度
ｆ：空間周波数（ｃ／ｍｍ）
ＷＳＬ（ｆ）：明度変動のパワースペクロトラム
ＶＴＦ（ｆ）：視覚の空間周波数特性
ａ：係数（＝０．１０４４）
ｂ：係数（＝０．８９４４）

この場合には、画像の濃度Ｄではなく、明度Ｌ＊を使用する。後者の方が色空間のリニアリティーに優れ、カラー画像への適応性も優れる点が特徴である。以下、粒状度をこの式によって求めたものとする。（詳細は“ＪａｐａｎＨａｒｄｃｏｐｙ‘９６”論文集ｐ１８９「ハーフトーンカラー画像のノイズ評価方法」参照）。

粒状度は、その定義からして画像のノイズ特性を表している。出力画像の粒状度を上述の手法によって測定することによって、画像のノイズ特性（ざらつき）を数値化することが可能である。粒状度の数値は、その定義からも分かるように、ざらつきが良好である場合には値が小さく、ざらつきが悪くなるにしたがって値が大きくなる。発明者らは、出力画像をスキャナー（Nexscan4100:ハイデンベルグ社製）で読み込んだ後に、上述の計算式にもとづき粒状度の計算を行った。

図１に、各種画像の粒状度を計算した結果を示す。横軸が平均明度、縦軸が粒状度となっている。粒状度は、各明度ごとに与えられるものであり、実験では１５水準（スクリーン線数１０６線のディザ処理を施した１５水準のパッチを作成した。図２参照）の各明度ごとに計算した。

上記のように粒状度は、各明度ごとにプロットされ、グラフ上にアウトプットされる。粒状度の計測用のパターンからも判るように、明度の数値の小さい方は、ベタ画像に近い画像である。また、明度の数値が大きい方は、ドット面積が小さく、ほとんどがトナー担時体である。すなわち、画像のざらつきが悪くなる度合いが小さい部分である。電子写真で、特に粉体トナーを用いる方式では、明度が４０〜８０の明るさでトナーの大きさのバラツキ、トナードットまわりのチリなどの影響で粒状度が高くなりざらつき感が強く出る。この粒状度を数値化するには、目視で感度の高い平均明度４０〜８０の間の平均値で扱うとその画像の良さを明確に表現できる。

図１に示すように、銀塩写真やインクジェットでは、明度に対し大きな変化はない。これは、色剤が液体のインクや銀塩のように超微粒子での画像であるからで、ドット形成で画像を作っている印刷画像や５μｍ以上の粒径のトナーでは、トナーで形成されている電子写真法でのドットの形状のバラツキ、トナー転移でのチリ現象が発生し、平均明度４０〜８０で高い（悪い）粒状度となる。特に、ドットの形状のバラツキ、トナー転移でのチリ現象は電子写真方式で大きく、平均明度４０〜８０での平均粒状度は乾式トナーを用いる電子写真方式では最良の高画質の指標である。

画像粒状度の数値の目安としては、平均粒状度で０．２５程度までに収まっていれば明視距離での滑らかさでは問題ない。さらに好ましくは、同じドット形成で画像ができているオフセット印刷並の粒状度０．１５以下の画像で印刷物同等の画像といえる。

定着後の最終画像での粒状度が良好であれば良いことは当然である。しかし、電子写真法では、潜像形成から定着までの各作像工程で順次劣化する。そこで、各工程での粒状度測定法を簡単に説明する。

１．最終工程の定着画像
これまで述べてきたような方法で画像をハイデンベルグ社製のスキャナーで１２００dpiの解像度で画像を読み取り、上記の計算式により各明度ごとの粒状度を算出した。そして、平均明度４０〜８０の平均粒状度を得る。

２．定着前の粒状度測定
未定着画像は、トナーが転写紙に静電的に付着している状態で、擦ればとれてしまう状態である。また、静電気などでも容易に乱れてしまう。この状態の画像を約０．１ｍｍのフィルムに画像部分に当たるところを切り出し、スキャナーの上にまず測定部に穴のあいたフィルムを置き、その上にコンタクト硝子に接触しないように未定着画像を置く。トナー付着部は、少しのエアーギャップを持っている。この状態で、定着後の画像と同様に１２００ｄｐｉの解像度で読み取り、上記の計算式により各明度ごとの粒状度を測定し、平均粒状度を得る。

３．中間転写ベルトまたは感光体上の粒状度測定
カラー作像法で用いる中間転写ベルトや感光体上の粒状度は、上記のスキャナーを用いた測定法では測定が困難である。そこで、以下のような方法で、粒状度を推定した。６００dpiの２×２ドットのパターン４０個のデータを図３のように等間隔に切り出し、各ドットを２値化して、トナーの付着部の面積を計測し、各面積データのσを算出する。この方法により、定着後と未定着の画像で平均粒状度の相関を求めた。図４にその結果を示めしたが、良好な相関が得られた。その近似式により、定着後、未定着画像の前工程である中間転写ベルト上の粒状度、感光体の粒状度を算出し、推定平均粒状度として評価に用いた。

請求項１に記載の発明によれば、粉体トナーを用いて現像を行うことにより像担持体上にトナー像を形成し、そのトナー像を転写して後、熱を加えて定着を行い、転写材上に画像を記録する電子写真方式を用いた画像形成装置において、平均粒状度０．２５以下のオフセット印刷同等以上の従来にない滑らかな画像を容易に得ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、粉体トナーを用いた電子写真現像工程で、現像ギャップを最大限に小さくして潜像の現像電界を忠実に現像し、デジタル画像のドット再現性を高めて画像に滑らかさを出すことができる。

請求項３に記載の発明によれば、転写による平均粒状度の劣化が従来０．１から０．１５程度あったものが、この方式で０．５未満に押さえることができ、放電による劣化を防止し、また像担持体と転写ローラとのズレをなくして等速転写で、低電位転写バイアスにより、忠実に現像像を転写することができる。

請求項４に記載の発明によれば、粒状度を０．８程度まで押さえ、光沢度を８％以下とし、寿命を向上するとともに、定着による粒状度の劣化を防止し、光沢ムラを低減して高画質を得ることができる。

請求項５に記載の発明によれば、均一現像を可能とし、平均粒状度を改善し、潜像に忠実に現像することができる。

請求項６に記載の発明によれば、同様に均一現像を可能とし、平均粒状度を改善し、潜像に忠実に現像することができる。

請求項７に記載の発明によれば、現像工程で均一現像ができ、平均粒状度を改善し、潜像に忠実に現像することができる。

請求項８に記載の発明によれば、定着におけるトナーの溶け過ぎを防いで、粒状度の劣化を防止することができる。

請求項９に記載の発明によれば、現像、転写、定着の各工程でのドット形状の劣化を押さえ、平均粒状度が０．２５以下の最適な粒状度で、従来にない滑らかな画像を得ることができる。

以下、図面を参照しつつ、この発明を実施するための最良の形態につき説明する。
図５には、この発明に係る画像形成装置の内部機構の全体概略構成を示す。

図中符号１０は、像担持体であるドラム状の感光体である。感光体１０のまわりには、上にある帯電装置１１から、矢印で示す回転方向に順に、正面から見て右に現像装置１２、下に転写装置１３、左にクリーニング装置１４を備える。転写装置１３の左には、ベルト搬送装置１５、定着装置１６を配置する。定着装置１６の上には、露光装置１７を設ける。

露光装置１７では、図示省略するが、ポリゴンモータでポリゴンミラーを回転してレーザ光源からのレーザ光を走査し、その走査光をミラー１８で反射して感光体１０に向け、感光体１０上に書込みを行う。また、転写装置１３は、金属ローラ１３ａの周囲に中抵抗ゴム層１３ｂを設けた転写ローラで構成する。ベルト搬送装置１５は、２つのローラ１５ａに搬送ベルト１５ｂを掛けまわして構成する。

そして、画像形成時は、感光体１０の回転とともに、その表面を帯電装置１１で一様に帯電し、露光装置１７で書込みを行って感光体１０の表面に静電潜像を形成し、現像装置１２でトナーを付着してその静電潜像を可視像化し、感光体１０上にトナー像を形成する。一方、タイミングを取って送出コロ２０の１つを選択的に回転し、対応する転写材バンク２１からその中に収納する転写材２２を繰り出し、分離コロ対２３で一枚ずつ分離して転写材搬送路２４に送り込み、複数の搬送ローラ対２５で搬送してレジストローラ対２６に突き当てて止める。

それから、上述したごとく形成した感光体１０上のトナー像にタイミングを合わせてレジストローラ対２６を回転し、転写位置へと送り込み、転写バイアスを印加して転写装置１３で感光体１０上のトナー像を転写材２２に転写する。画像転写後の転写材２２は、ベルト搬送装置１５で定着装置１６へと搬送し、定着装置１６で熱と圧とを加えて転写画像を転写材２２に定着して後、装置本体外に排出して排出トレイ２７上にスタックする。他方、画像転写後の感光体１０の表面は、クリーニング装置１４で清掃し、帯電装置１１からはじまる再度の画像形成に備える。

さて、定着装置１６は、定着ローラ３０と加圧ローラ３１とで構成する。定着ローラ３０は、アルミニウムの芯金３２の上にゴム硬度１０度（ＪＩＳＡ）で厚さが１．０mmのＳｉゴム３３を設け、さらにその上に２０μのＰＦＡテフロン（登録商標）を設け、内部にハロゲンランプ等の熱源３４を有する。一方、加圧ローラ３１も、同一構成で、芯金３２の上にＳｉゴム３３を設け、さらにその上にＰＦＡテフロン（登録商標）を設け、内部にハロゲンランプ等の熱源３４を有する。

そして、定着ローラ３０に加圧ローラ３１を面圧１〜４km／cm^２で押し当てて定着ニップを形成し、不図示の駆動モータの回転を伝達して定着ローラ３０を回転し、それに加圧ローラ３１を従動回転してそれらの間で挟んで転写材２２を搬送する。定着ローラ３０および加圧ローラ３１は、熱源３４で所定の定着温度に保持し、搬送する転写材２２に圧力とともに熱を加えて転写材２２上のトナーを熱溶融し、永久像として転写材２２上に定着する。この定着装置１６によって定着後のベタ画像の表面粗さを１４μｍとし、光沢を８％以下の低光沢画像とする。

この発明で用いるトナーは、従来公知の方法で製造したものでよく、結着樹脂、離型剤、着色剤、帯電制御剤等をミキサーで混合し、熱ロール、エクストレーダー等の混練機で混練した後、冷却固化し、これをジェットミル、ターボジェット、クリプトロン等の粉砕で粉砕し、その後分級して得る。さらに、無機微粉末を添加し、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサー等で混合して得る。また、重合法によるトナーでも、何ら問題はなく、トナー特性として同じ扱いである。

次に、この発明での評価方法について説明する。
評価機は、リコーImagio NEO７５０転写部を改造して用いた。図５に示す構成と同じである。現像装置１２として二成分方式のものを用い、転写装置１３としては転写ローラを用い、画像転写後は転写材２２をベルト搬送装置１５で搬送する。定着装置１６としては、加熱ローラ３０と加圧ローラ３１とを用いて定着を行った。

この装置を用いて、６００dpiのドットで形成されるグレースケールを中心としたテストチャート（図２参照）をプリントアウトし、サンプル画像を得た。また、転写する前に機械を停止し、数時間放置した後にトナーの付着した感光体１０を取り出し、上記の測定法で推定粒状度を測定した。ここで、数時間放置してから測定する理由は、デジタル電子写真方式ではネガ／ポジ方式を採用しているため、地肌部に電荷が乗っている状態で明るいところに感光体１０を出すと、電荷の放電でトナーが散ってしまい問題となるからである。このため、数時間放置して地肌部の電荷が減衰した状態で測定する。また、転写材２２上の未定着像の粒状度は、感光体１０から転写材２２に転写した時点で機械を停止させ、転写材２２を取り出し、上記の測定法で平均粒状度を測定した。

現像に用いる現像剤を次にように作成した。
トナー処方
ポリエステル樹脂（重量平均分子量：１８５０００、Ｔｇ：６５℃） ８０重量部
カルナウバワックス（平均粒径：３００μｍ） ４重量部
カーボンブラック（＃４４：三菱化学） １５重量部
荷電制御剤（スピロンブラックＴＲ−Ｈ：保土ヶ谷化学） １重量部

以上の処方で２軸エクストルーダーを用いて１６０℃で混練後、機械式粉砕機により粉砕条件を変化させ粉砕し、分級し重量平均粒径４．２μｍ、６．８μｍ、９．０μｍのトナーを得た。さらに、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ（Ｒ−９７２ 日本アエロジル）を各々１．５、１．０、０．８重量％を混合し、３種類の粒径の異なるトナーを得た。キャリアは、重量平均粒径５０μの球形フェライトを用い、表面にシリコーン樹脂をコートして熱乾燥し、キャリアを得た。

４．２μｍトナーはキャリアに対し５．０ｗ％、６．８μｍトナーはキャリアに対し４．０ｗ％、９．０μｍのトナーはキャリアに対し３．０ｗ％を混合し、現像剤３種を得た。重量平均粒径、個数平均粒径の測定は、Coulter MULTISIZER IIｅを使用した。

上記トナーの特性は、以下のとおりである。ゆるみ見掛け密度０．３５ｃｃ／ｇ、トナー粒径分散度（重量平均粒径／個数平均粒径）１．２、トナーのガラス転移温度Ｔｇは６４℃、円形度は０．９４であった。

以上のトナー、キャリアを用いた現像剤を図６の現像装置１２に入れ、図２のパターンの潜像を作成し（地肌部電位−８００ｖ、画像部−１５０ｖ、６００dpi２値）現像を行った。像担持体であるドラム状感光体１０のドラム径が１００ｍｍで、ドラム線速が３３０ｍｍ／秒に設定され、現像スリーブ３６のスリーブ径が２５ｍｍで、スリーブ線速が６６０ｍｍ／秒に設定されている。したがって、ドラム線速に対するスリーブ線速の比は２．０である。また、感光体１０と現像スリーブ３６との間隔である現像ギャップは、０．５ｍｍに設定されている。現像ギャップは０．５ｍｍ、ドクターギャップは０．４８ｍｍである。また、現像主極の磁力は、１２０ｍTである。

以上の現像剤を用いて、画像濃度と感光体推定粒状度を確認した。同時に感光体１０上に得られたトナー像のＺ軸方向の平均高さ、０．１×０．１ｍｍの面積の表面粗さを測定し併記した。感光体１０上トナーのＺ軸のデータはキーエンス社製、超深度形状測定顕微鏡ＶＫ８５００を用い、対物レンズ５０倍（１５インチのＣＲＴ上倍率１０００倍）で、断面高さの平均値と面粗さ測定値を用いた。その結果を表１に示す。また、図７には、データパターンの代表として、４１％のハーフトーン部における感光体１０上のドットの形状を示した。

以上の結果より、トナーの平均高さはほぼ同じであるが、表面粗さが均一であると感光体１０上の粒状度が良いことが分かる。これは、トナー粒径が小さい場合、現像によるトナー層構成が均一になり、潜像に対し良好な現像をしていることになる。このことは、図８に示めしたサンプルからも容易に判断できる。

現像ギャップは０．５ｍｍを用いたが、潜像を忠実に現像するためには感光体１０上の電荷による現像電界が大きいほど良好な現像を行う。しかし、もう一つ重要な因子として、トナーの供給がある。あまりギャップが狭いとベタ画像の現像にトナーが足りなくなり、ベタ追従性が悪い結果となる。これらより、最適な現像ギャップは、０．３〜０．５mmの範囲となる。

トナー粒径は小径であれば良い方向であるが、あまり小さすぎるとトナー材料によっては分散状態からトナー個々の特性が異なり、帯電量の安定化が欠ける場合がある。また、３μｍ以下の場合、環境上の問題も絡んでくるので、最適な粒径は４〜７μｍの範囲である。また、現像されたトナーの表面粗さは、１２μｍ以下であれが良いことが判る。これは、潜像に忠実に現像していることの裏付けとなる。

テスト機は、図５のImagio NEO７５０の転写部を改造して用いた。図９に示すように、ドラム状感光体１０と転写装置１３の転写ローラ４０の接触が安定するように転写ローラ４０の表層弾性層４０ａに２５°（AskerＣ／１ｋｇ荷重時）で厚み０．１mm、１×１０^９〜１×１０^１１Ωcmのゴム層４０ｂを設けた。さらに、その下に内部弾性層４０ｃとして７０°（AskerＣ／１kg荷重時）、厚み２．０mm、抵抗で表層抵抗同等から１桁小さい値のものを用いた。

そして、図９のスプリング４１で転写圧力を0.05、0.2、1.0、5.0、10.0Ｎ／cmの５水準、転写ローラ４０と感光体１０間に印加する電圧を制御して、流れる電流を0.05、0.1、1.0、2.0μＡ／cmの４水準でプリンタにより、実施例１の感光体１０上のトナーを転写したときの転写前後の転写率と粒状度の劣化レベルを確認した。転写ローラ４０の対感光体速度比は０．９５〜１．０５の等速で駆動および、連れ回りで回転している。粒状度の劣化レベルとは、感光体１０上のトナーを転写材２２に静電的に転写したときの粒状度の低下分で、転写での劣化の大きさを表す。実験は、実施例１で最も良い粒状度を示している４．２μｍを用いた。現状値は転写電流０．３〜０．４μＡ／cmで、圧力は１．０〜２．０Ｎ／cm前後の条件である。

以上の表２、表３から、転写率は０．１μＡ未満では電流不足でＮＧ、圧力が小さく、電流も小さいと転写率が低下する。粒状度劣化では、転写電流が２．０μＡ以上で放電による形状変化やチリが大きくなる。また、転写圧力が１０Ｎ／cmでは転写白ぬけが発生しかかっており、機械的にも強度が問題となる。その結果、粒状度でも劣化度が大きい。以上の結果、最適条件として、圧力で１．０〜５．０Ｎ／ｃｍ、転写バイアス電流で０．１〜１．０μＡ／cmの組み合わせが良い条件であった。最良の粒状度劣化レベルは、０．０４である。

転写ローラ特性は、転写ローラ４０の表層弾性層４０ａは１５〜４０°、厚み０．０５〜０．２mmが最適であり、１５°未満では軟らかすぎで変形してしまう。また、４０°を大きく越えると、転写材２２の繊維の凹凸に対応できなくなり、エアーギャップが大きくなる。内部弾性層特性では、６０〜８０°、厚み０．５〜５．０mmが良い。硬度が軟らかく薄い弾性層では転写材２２を押す力が小さくなり、ニップが大きくなりトナーの転写ズレを起こしてしまう。また、硬すぎた場合、転写材２２に圧力を加えても接触点が増えず、実質のエアーギャップの低減には効果が薄くなる。

実施例１の現像と、実施例２の転写における粒状度の改善をさらに工程を進め、定着装置においても改善した。劣化レベルは、定着ローラの材料差で確認した。用いた転写後の画像は、４．２μｍの粒径のトナーである。転写工程まで平均粒状度は、０．１２（現像）＋０．０４（転写）で０．１６となっている。

用いた定着ローラの表面材料は、芯金にシリコーンゴム１mm（硬度２５度）を設けたシリコーンソフトローラ、芯金上に２００μｍの厚みに８度のシリコーンゴムを設け、その上に１０μのテフロン（登録商標）チューブを被覆させたローラ（軸上硬度７０度）、同じく１５、２０度のＳｉゴムにテフロン（登録商標）２０μを被服したローラと、芯金にテフロン（登録商標）樹脂をコートしたテフロン（登録商標）ハードローラの５種類の定着ローラを用い比較した。また、加圧ローラでは、芯金に５ｍｍのシリコーンゴムを設け、さらに２０μｍのテフロン（登録商標）チューブを被服したものを用いた。定着ローラ温度は１７０〜１９０℃で、定着した時の平均粒状度劣化レベルを確認した。

その結果を、表４に示す。

以上のとおり、シリコーンゴムを用いたローラでは、粒状度劣化レベルは少なく良好な結果であった。図１０に示すように、トナーの形状を残した状態でトナー同士を付着させ定着している。また、トナーの広がりも少なく、光沢も小さく、滑らかな画像となる。逆に、テフロン（登録商標）ハードローラでは完全に溶融し、トナーの広がりやチリトナーの広がりがあり、また光沢ムラが発生し、明視距離で見た場合ざらつきが大きい画像となる。最良の定着での粒状度劣化レベルは、０．０４であった。その他に、Ｓｉゴム硬度１５までは劣化レベル０．０８であり、２０度では０．１になり、劣化が大きい。

以上の結果より、実施例１から３の組み合わせで、４〜６μｍの小径トナーを用い、現像では現像ギャップ０．５ｍｍ以下の薄いブラシで潜像に忠実に現像し、転写ではローラ転写で１．０〜５．０Ｎ／ｃｍの圧を加えて転写を行い、定着ではトナーをつぶさず、光沢の少ないトナーの状態で定着する。これにより、従来にない滑らかな画像が得られる。そのときの平均粒状度は、０．１８であった。従来の市場機で最も平均粒状度の良いシステムとして、富士ゼロックス社のDocuCenre Color５００の平均粒状度は、０．２７であった。これらの粒状度のグラフを図１１に示す。

現像での平均粒状度は、トナー特性によって大きく左右される。現像時にトナーのゆるみ見掛け密度によりトナーの現像特性は変化する。実施例１のトナーの製法で、各粒径のトナーに外添剤としてシリカ（Ｒ−９７２ 日本アエロジル）の添加量を振り、ゆるみ見掛け密度の異なるトナーを作成した。ゆるみ見掛け密度は、パウダーテスター（ＰＴＮ型：ホソカワミクロン社製）を用いて測定する。実施例１と同じキャリアを用い、同じ条件で感光体上の平均粒状度を確認した。

そのときのゆるみ見掛け密度と平均粒状度を表５に示す。

以上の結果から、トナーのゆるみ見掛け密度は、０．３０ｃｃ／ｇ以上の特性が良好であることが判る。０．３０ｃｃ／ｇ未満の場合、トナーの凝集性が強くなり、感光体上でのトナー層厚みが不均一とり、感光体上の平均粒状度が悪い値になる。また、トナー層圧が不均一であれば、転写工程でも悪影響がでる。また、０．４５ｃｃ／ｇ以上になると凝集性が弱くなり、さらさら状のトナーとなり、現像チリ、転写チリなど問題となる。よってゆるみ見掛け密度としては０．３０〜０．４５ｃｃ／ｇが良好な条件となる。

さらに、現像での平均粒状度の影響を与える因子として、トナー粒径の分散度（重量平均粒径／個数平均粒径）がある。分散度は、トナーの粒径のバラツキを減らせば良い特性である。分散度の異なるトナーを得るには、分級工程での回転数、風量を振り込んで作成する。分散度の異なるトナーを４種作成した。分散度と感光体上平均粒状度の関係を確認した。その結果を表６に示す。トナー粒径は、４．２μｍを用いた。

以上の結果より、分散度は、１．３以下が好ましい。下限値は、体積平均粒径と個数平均粒径が同じで１．０になり、最も好ましい条件であるが、製造上困難であり、１．３以下の条件で問題ない。分散度が１．３を越えると、トナー粒径が不揃いになるため、帯電量のバラツキが発生し、現像、転写工程で悪影響がでる。

さらに、現像に大きく寄与するトナー特性として、円形度が上げられる。円形度の異なるトナーは、ハイブリタイゼーションシステム（ホソカワミクロン社製）を用いて、粉砕されたトナーに熱処理を行い、丸め処理を行う。条件として、温度５０〜６０℃で、２０００回転から８０００回転で処理を行う。

平均円形度は、（株）ＳＹＳＭＥＸ製フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２１００を用いて測定することができる。測定は、１級塩化ナトリウムを用いて１％ＮａＣｌ水溶液に調整した後、０．４５μｍのフィルターを通した液５０〜１００ｍｌに、分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩を０．１〜５ｍｌ加え、試料を１〜１０mg加える。これを、超音波分散機で１分間の分散処理を行い、粒子濃度を５０００〜１５０００個／μｌに調整した分散液を用いて行った。

ＣＣＤカメラで撮像した２次元の画像面積と、同一の面積を有する円の直径を円相当径として、円相当径で０．６μｍ以上をＣＣＤの画素の精度から有効とし平均円形度の算出に用いた。平均円形度は、各粒子の円形度の算出を行い、この各粒子の円形度を足し合わせ、全粒子数で割り算することによって得ることができる。各粒子の平均円形度は、粒子像と同じ投影面積をもつ円の周囲長を粒子投影像の周囲長で割ることにより算出することができる。

用いたトナーは、４．２μｍのトナーを用いた。各処理での円形度とテスト結果での感光体上推定平均粒状度を表７に示す。

以上の結果より、平均円形度０．９０以上で良好な現像ができる。上限は、完全球形で円形度１．０になるため、０．９以上と規定する。平均円形度が０．９０未満の場合、トナー粒子が不定型になり感光体上でのトナー像の集合状態が不均一となり、しかも潜像に忠実にＺ軸方向の均一性に欠けた現像となり、感光体上の推定平均粒状度が劣化する。また、高さ方向（Ｚ軸方向）が不揃いになり、転写特性に悪い影響を与える。

トナー特性で、定着特性に大きく効く因子として、ガラス転移温度Ｔｇ、軟化温度Ｔｍ、溶融粘度などが上げられる。画像上では、トナーを転写材に熱的に固定する時の溶融状態によって画像の滑らかさに大きな差が発生する。実験の結果から、図１０でも判るように、トナーの形状を残して定着する方法が最も良い結果となっている。この特性は、実施例３にて定着ローラの表面材質および硬度で規定したが、トナー特性でも大きく変化する。トナー特性の熱特性としてガラス転移温度で代表して規定する。

ガラス転移温度を可変にするには、ポリエステル樹脂の分子量の異なるもので実験できる。実施例１に示した処方のポリエステル樹脂の分子量とガラス転移温度の関係、さらに、このトナーを用いて実施例１と実施例２と同じテストを行って、定着前の平均粒状度０．１６（トナー粒径４．２μｍ）の、定着前後の平均粒状度劣化レベルを確認した。

定着ローラとしては、シリコーンゴムを用いた５０ｍｍφ弾性ローラを用いる。そして、１８５℃の定着温度で、線速は３３０ｍｍ／secで定着を行った。結果を表８に示す。

以上の結果より、ガラス転移温度は、６２〜６６℃である。この値より低いとトナーは溶け出し、ドットの広がりや光沢が出て光沢ムラになり、平均粒状度を劣化させる。一方、６８℃になると、トナーは溶けにくく、平均粒状度は良く劣化は非常に少ない。しかし、定着特性が悪く、こすれて剥離してしまう。

従来の各種画像の平均明度と粒状度との関係図である。 １５水準の明度ごとの粒状度測定テストチャートである。 ドットチリと平均粒状度を示す図である。 ブロック揺らぎと平均粒状度との関係図である。 この発明による画像形成装置の全体概略構成図である。 その画像形成装置に備える現像装置の構成図である。 ４１％ハーフトーン部における感光体上のドット形状拡大図である。 パターン４１％部のトナー付着状態を示す図である。 転写部分の拡大図である。 定着後のトナー付着状態を示す図である。 この発明と従来例との粒状度を比較する、平均明度と粒状度との関係図である。

符号の説明

１０ 感光体（像担持体）
１２ 現像装置
１３ 転写装置
１６ 定着装置
２２ 転写材
３０ 定着ローラ
４０ 転写ローラ

Claims (9)

1. 粉体トナーを用いて現像を行うことにより像担持体上にトナー像を形成し、そのトナー像を転写して後、熱を加えて定着を行い、転写材上に画像を記録する画像形成装置において、
   画像のハーフトーン部で、平均明度４０〜８０における粒状度の平均値を求めて平均粒状度とし、その平均粒状度を０．２５以下とするとともに、
   光沢度を８％以下とすることを特徴とする、画像形成装置。
2. 前記粉体トナーのトナー粒径を４．０〜７．０μｍとし、現像ギャップを０．３〜０．５mmとするとともに、前記像担持体上のトナー像の表面粗さを１２μｍ以下とすることを特徴とする、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 転写装置として表面に弾性層を有する転写ローラを用い、その転写ローラと前記像担持体との速度差が０．９５〜１．０５の等速転写とし、転写圧を１．０〜５．０Ｎ／cmとして、０．１〜１．０μＡの転写バイアスを印加することを特徴とする、請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 定着装置で、ＪＩＳＡ硬度８〜１５のゴム層を０．１〜２．０mmの厚さに設け、その表面にテフロン（登録商標）層を１０〜２０μｍ有する定着ローラを用い、ベタ画像の表面粗さを１．５以上としてトナー形状が残る状態で定着し、低光沢度画像とすることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１に記載の画像形成装置。
5. 前記粉体トナーのゆるみ見掛け密度を０．３０〜０．４５cc／ｇとすることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１に記載の画像形成装置。
6. 前記粉体トナーの重量平均粒径を個数平均粒径で除した値をトナー粒径の分散度とし、その分散度を１．３以下とすることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１に記載の画像形成装置。
7. 前記粉体トナーの平均円形度を０．９以上とすることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１に記載の画像形成装置。
8. 前記粉体トナーのガラス転移温度を６２〜６６℃とすることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１に記載の画像形成装置。
9. 前記粉体トナーのゆるみ見掛け密度を０．３０〜０．４５cc／ｇとし、重量平均粒径を個数平均粒径で除した分散度を１．３以下とし、平均円形度を０．９以上とし、ガラス転移温度を６２〜６６℃とすることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１に記載の画像形成装置。

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