JP2005352007A - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 中間転写体を用いた画像形成装置において、生ずる「中抜け」現象を防止して高画質の画像を形成する画像形成装置を提供する。
【解決手段】 像形成体表面の水との接触角と、中間転写体表面の水との接触角との差を１５°以上とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの機能を合わせ持つ複合機等の画像形成装置であって、電子写真方式の画像形成装置に関し、特に、中間転写体を有し、トナー像を２回転写する画像形成装置に関する。

電子写真方式の画像形成装置には、感光体上に帯電、露光及び現像によりトナー像を形成し、形成したトナー像を記録材に転写するものと、感光体得に帯電、露光及び現像により、トナー像を形成し、形成したトナー像を中間転写体に転写し、中間転写体上のトナー像を記録材に転写するものとがある。後者の画像形成装置は、カラー画像形成装置において多く用いられ、複数の感光体上に単色トナー像を形成し、中間転写体上に転写することにより、中間転写体上で単色トナー像を重ね合わせて多色トナー像を形成し、形成した多色トナー像を記録材に転写する。このように中間転写体を用いた画像形成装置を以下において、２回転写型画像形成装置と言う。

２回転写型画像形成装置では、細線やドット画像の中央部にトナーが乗らず、白く抜けて虫食い状態の画像が形成される「中抜け」現象が問題になることが知られており、この問題に対する対策としての発明が発表されている。

特許文献１では、感光体の表面エネルギー≦中間転写体の表面エネルギー、となるように条件設定をすることが開示されている。そして、この条件を満たす手段としては、感光体を構成する物質と中間転写体を構成する物質を選択することと、感光体にステアリン酸亜鉛等の潤滑剤を塗布することが示されている。特許文献１によれば、潤滑剤を塗布する「中抜け」防止手段は、長期間使用の結果、トナーフィルミングにより感光体及び中間転写体の表面特性の変化によって、前記条件が満たされなくなることに対して有効であるとされている。
特開平８−２１１７５５号公報

近年電子写真画像形成装置にも印刷並の高画質画像が要求されている。特に、カラー画像形成装置では、中間調の再現性等において、従来より厳しい条件をクリアすることが要求されている。このために小粒径トナーが用いられる傾向にあるが、小粒径トナーでは、特許文献１に開示されている技術、すなわち、単に、感光体の表面エネルギー≦中間転写体の表面エネルギー、という条件だけでは不十分であることが判明した。特に、装置の長期間作動により、感光体と中間転写体の表面状態が変化するので、前記条件を満たしたとしても、前記条件の中で両者の表面エネルギーの関係が大きく変動し画質が変化して所望の画質が得られなくなることが判明した。

本発明は、「中抜け」対策に関する従来技術におけるこのような問題を解決し、高画画質の画像、特に、高画質カラー画像を形成する画像形成装置を提供することを目的とする。

前記目的は、下記の発明により達成される。
１．
像形成体、該像形成体上にトナー像を形成する像形成手段、中間転写体、前記像形成体上のトナー像を前記中間転写体に転写する一次転写手段及び前記中間転写体上のトナー像を記録材に転写する二次転写手段を有する画像形成装置において、
前記像形成体及び前記中間転写体は、次の条件、
（１）前記像形成体の表面エネルギー＜前記中間転写体の表面エネルギー、
（２）前記像形成体の表面の水との接触角と、前記中間転写体の表面の水との接触角との差が１５°以上
を満たすことを特徴とする画像形成方法。
２．
前記像形成体に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段を有し、該潤滑剤塗布手段は、前記条件（１）及び（２）を満たすように潤滑剤を塗布することを特徴とする前記１に記載の画像形成装置。
３．
前記中間転写体上の潤滑剤を除去する除去手段を有することを特徴とする前記２に記載の画像形成装置。
４．
前記像形成手段は、体積平均粒径が３〜６μｍのトナーを用いて前記トナー像を形成することを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
５．
像形成体上にトナー像を形成し、形成したトナー像を中間転写体に転写し、中間転写体上のトナー像を記録材に転写する画像形成方法において、
次の条件、
（１）前記像形成体の表面エネルギー＜前記中間転写体の表面エネルギー、
（２）前記像形成体の表面の水との接触角と、前記中間転写体の表面の水との接触角との差が１５°以上、
を満たすことを特徴とする画像形成方法。
６．
潤滑剤塗布手段により、前記像形成体に潤滑剤を塗布することを特徴とする前記５に記載の画像形成方法。
７．
潤滑剤除去手段により、前記中間転写体上の潤滑剤を除去することを特徴とする前記６に記載の画像形成方法。

請求項１〜７のいずれかの発明により、「中抜け」現象が良好に防止され、高画質の画像を形成する高耐久性の画像形成装置が実現される。

請求項２又は３の発明により、長期間の使用で感光体自体の表面特性又は中間転写体自体の表面特性が変化した場合でも、感光体と中間転写体間に一定の表面エネルギーの差が保たれるので、長期間に当たって高い画質が維持される。

請求項３の発明により、長期間の高画質維持性能が特に向上する。

請求項４の発明により、高解像度、高い中間調再現性、高濃度等優れた画像特性を有する高画質画像を形成する画像形成装置が実現される。

＜画像形成装置＞
図１は、本発明の一実施の形態に係るカラー画像形成装置を示す図である。

このカラー画像形成装置は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、中間転写ユニット７と、給紙搬送手段及び定着装置２４とから成る。カラー画像形成装置の上部には、原稿画像読み取り装置ＳＣが配置されている。

イエロー色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、感光体１Ｙの周囲に配置された帯電装置２Ｙ、露光装置３Ｙ、現像装置４Ｙ、一次転写手段５Ｙ、クリーニング装置６Ｙを有する。マゼンタ色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、感光体１Ｍ、帯電装置２Ｍ、露光装置３Ｍ、現像装置４Ｍ、一次転写手段５Ｍ、クリーニング装置６Ｍを有する。シアン色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、感光体１Ｃ、帯電装置２Ｃ、露光装置３Ｃ、現像装置４Ｃ、一次転写手段５Ｃ、クリーニング装置６Ｃを有する。黒色画像を形成する画像形成部１０Ｋは、感光体１Ｋ、帯電装置２Ｋ、露光装置３Ｋ、現像装置４Ｋ、一次転写手段５Ｋ、クリーニング装置６Ｋを有する。

中間転写ユニット７は、複数のローラ７１〜７４により支持され、循環移動する半導電性エンドレスベルト状の中間転写体７０を有する。

画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋにより形成された各色の画像は、一次転写手段５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋにより、循環する中間転写体７０上に逐次転写され重ね合わされて、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット２０内に収容された記録材Ｐは、給紙手段２１により給紙され、複数の中間ローラ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄ、レジストローラ２３を経て、二次転写手段５Ａに搬送され、記録材Ｐ上にカラー画像が一括転写される。カラー画像が転写された記録材Ｐは、定着装置２４により定着処理され、排紙ローラ２５に搬送されて機外の排紙トレイ２６上に排出される。二次転写手段５Ａは半導線性のゴムからなり記録材Ｐを中間転写体７に押圧する転写ローラ５ＡＲ及び転写電源５ＡＥからなり、転写電源５ＡＥはトナーの電荷と逆極性の電圧を転写ローラ５ＡＲに印加する。

一方、二次転写手段５Ａにより記録材Ｐにカラー画像を転写した後、中間転写体７０は、クリーニング装置６Ａを通過し、残留トナーが除去される。

画像形成処理中、一次転写手段５Ｋは常時、感光体１Ｋに圧接している。他の一次転写手段５Ｙ、５Ｍ、５Ｃはカラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃに圧接する。

図２は画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋの構成を示す。画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋは同一の構成であるので、図２においてはＹＭＣＫの符号を省略して示す。

像形成体としての感光体１の周囲には、帯電装置２、露光装置３、現像装置４、一次転写手段５及びクリーニング装置６が配置される。感光体１としては、ＯＰＣ感光体が好ましく用いられ、特に、負帯電性のＯＰＣ感光体が好ましい。露光装置３は、光ビームで感光体１を走査露光する露光装置が好ましく、レーザ、ＬＥＤアレイ等が好ましく用いられる。露光装置３は画像データに基づいた露光によりドット画像を感光体１上に形成する。現像装置４はトナーとキャリアを有する二成分現像剤を用いて現像し、トナー像を形成する二成分現像装置が好ましく、感光体１の帯電極性と同極性に帯電されたトナーで現像を行う反転現像方式の現像装置が特に好ましい。一次転写手段としては、転写ローラ５が好ましく用いられる。一次転写手段５は半導電性のゴムローラからなり、中間転写体７０を感光体１に押圧する転写ローラ５Ｒ及び転写ローラ５Ｒにトナーの帯電と逆極性の転写電圧を印加する転写電源５Ｅからなり、中間転写体７０を感光体１に押圧して、トナー像を感光体１から中間転写体７０に転写する。転写ローラ５Ｒをバネで付勢して、中間転写体７０を感光体１に押圧することが好ましい。クリーニング装置６はウレタンゴム等のゴムからなるクリーニングブレードで感光体１上のトナーを掻き取りクリーニングするクリーニング装置が好ましい。

感光体１の矢印で示す回転により、帯電、露光、現像により感光体１上にトナー像が形成され、転写ローラ５により、形成されたトナー像が中間転写体７０に転写される。帯電装置２、露光装置３及び現像装置４は像形成体上にトナー像を形成する像形成手段を構成する。

転写後の感光体１はクリーニング装置６によりクリーニングされるが、感光体１はクリーニング装置６の上流において潤滑剤塗布手段により潤滑剤を塗布される。潤滑材塗布手段は、ブラシローラ３０、潤滑剤供給体３１、バネ３２及び支持板３３を有する。

ブラシローラ３０は好ましくは導電性繊維のブラシ毛を有し、バネ３２の付勢力の元に所定の圧力、所定の食い込み量で潤滑剤供給体３１に接触し、また、所定の圧力、所定の食い込み量で感光体１に接触する用に設置される。ブラシローラ３０はその周面が感光体１の周面と同一方向に移動するように回転して、潤滑剤供給体３１から潤滑剤を少量づつ掻き取って感光体１に連続して塗布する。

図１に示すように、中間転写体７０の移動方向に関して、クリーニング装置６Ａの下流、且つ、一次転写手段の上流には、潤滑剤除去手段７５が設けられる。

図３は潤滑剤除去手段７５の構造を示す。

潤滑剤除去手段７５は中間転写体７０の移動方向に関してクリーニング装置６Ａの下流に設けられており、磁気ブラシ７５Ａ、磁気ブラシ７５Ａを支持するスリーブ７５Ｂ、スリーブ７５内に設けられた磁石７５Ｃ、パドル状の搬送羽を有する回転搬送部材７５Ｄ及び搬送・攪拌スクリュー７５Ｅからなる。スリーブ７５Ｂの回転により磁気ブラシ７５Ａが矢印のように回転して中間転写体７１上の潤滑剤をふき取り除去する。

磁気ブラシ７５Ａは図２における現像装置４において用いられる二成分現像剤とほぼ同様の粉体で形成され、該粉体は、磁性粒子と非磁性樹脂粒子からなり、該非磁性樹脂粒子はトナーからなる。

前記磁性粒子は、体積平均粒径が１０μｍ〜１００μｍのものが好ましく、前記非磁性樹脂粒子は、体積平均粒径が３μｍ〜８μｍのものが好ましい。

なお、体積平均粒径は、体積基準の平均粒径であって、湿式分散機を備えた「コールターカウンターＴＡ−ＩＩ」又は「コールターマルチサイザー」（いずれもコールター社製）により測定した値であり、本明細書中以下の説明において用いられる体積平均粒径は前記方法により測定されたものである。

前記磁性粒子の一般的な製法としては、磁性体として従来の現像に用いられる磁性キャリヤ粒子におけると同様の、鉄，クロム，ニッケル，コバルト等の金属、あるいはそれらの化合物や合金、例えば四三酸化鉄，γ−酸化第二鉄，二酸化クロム，酸化マンガン，フェライト，マンガン−銅系合金と云った強磁性体の粒子、又はそれらの磁性体粒子の表面をスチレン系樹脂，ビニル系樹脂，エチレン系樹脂，ロジン変性樹脂，アクリル系樹脂，ポリアミド樹脂，エポキシ樹脂，ポリエステル樹脂等の樹脂で被覆するか、あるいは、樹脂中に磁性体微粒子を分散含有した粒子を従来公知の平均粒径選別手段で粒径選別することによって得られる。

非磁性粒子としては、従来周知のトナーが用いられ、例えば、下記に説明するトナーを用いることができる。

＜トナー＞
本発明においては、トナーとキャリアを主成分として有する現像剤を用いることが好ましく、本発明において好ましく用いられるトナーは、体積平均粒径が３〜６μｍの小粒径トナーである。

このような小粒径トナーにより高解像力を有する高画質の画像を形成することができる。体積平均粒径が６μｍより大のトナーでは、高画質の特徴が弱まる。

体積平均粒径が３μｍよりも小さいトナーを用いた場合、かぶり等による画質の低下が起きやすくなる。

また、本発明においては、球形トナーが望ましく、その球形化度が０．９４以上、０．９８以下であることが望ましい。球形化度は次の式で定義される。

球形化度＝（粒子投影像と同一面積の円の周囲長）／（粒子投影像の周囲長）
前記球形化度は、５００個の樹脂粒子について、走査型電子顕微鏡又はレーザ顕微鏡により５００倍に拡大した樹脂粒子の写真を撮影し、画像解析装置「ＳＣＡＮＮＩＮＧ ＩＭＡＧＥ ＡＮＡＬＹＳＥＲ」（日本電子社製）を使用して写真画像の解析を行って円形度を測定し、その算術平均値を求めることにより算出することができる。また簡便な測定方法としては、「ＦＰＩＡ−１０００」（東亜医用電子株式会社製）により測定することができる。

球形化度が０．９４より小の場合は、現像手段ないで強いストレスを受ける結果粉砕され、カブリやトナー飛散が発生し易くなる。また、球形化度が０．９８よりも大の場合には、クリーニング性能を高く維持することが困難になる場合がある。

前記のような小粒径、且つ、球形化度の高いトナーには重合トナーを用いることが望ましい。

重合トナーは、トナー用バインダー樹脂の生成とトナー形状がバインダー樹脂の原料モノマー又はプレポリマーの重合及びその後の化学的処理により形成されて得られるトナーを意味する。より具体的には、懸濁重合又は乳化重合等の重合反応と必要によりその後に行われる粒子同士の融着工程を経て得られるトナーを意味する。重合トナーでは、原料モノマー又はプレポリマーを水系で均一に分散した後に重合させトナーを製造することから、トナーの粒度分布及び形状の均一なトナーが得られる。

具体的には懸濁重合法により作製されるものや、乳化液を加えた水系媒体の液中にて単量体を乳化重合して微粒の重合粒子を製造し、その後に、有機溶媒、凝集剤等を添加して会合する方法で製造することができる。会合の際にトナーの構成に必要な離型剤や着色剤などの分散液と混合して会合させ調製する方法や、単量体中に離型剤や着色剤などのトナー構成成分を分散した上で乳化重合する方法などがあげられる。ここで会合とは樹脂粒子および着色剤粒子が複数個融着することをいう。

＜潤滑剤＞
潤滑剤は主として転写性及びクリーニング性を向上することを目的として感光体の表面に塗布されるものであり、一般に脂肪酸金属塩からなる。潤滑剤の具体例としては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸銅、ステアリン酸マグネシウム等のステアリン酸金属塩、オレイン酸亜鉛、オレイン酸マンガン、オレイン酸鉄、オレイン酸銅、オレイン酸マグネシウム等のオレイン酸金属塩、パルミチン酸亜鉛、パルミチン酸銅、パルミチン酸マグネシウム等のパルミチン酸金属塩、リノール酸亜鉛、リノール酸亜鉛等のリノール酸金属塩、リシノール酸亜鉛、リシノール酸リチウム等のリシノール酸金属塩等が挙げられ、ステアリン酸金属塩が好ましく、ステアリン酸亜鉛が特に好ましい。

感光体：ＯＰＣ感光体
中間転写体：ポリアミドイミドの無端ベルト（体積抵抗：１０⁸Ω・ｃｍ、表面抵抗：１０¹¹Ω／□）
一次転写手段：転写ローラ：抵抗１０⁷Ω、ゴム硬度３０°押圧力７Ｎ、転写電流：３０μＡ
トナー：体積平均粒径４．５μｍ、球形化度０．９６０の重合トナー
潤滑剤：ステアリン酸亜鉛
このような設定の図１〜３に示す画像形成装置において、感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋのみを回転させ、感光体の回転量を種々変えて潤滑剤を感光体に塗布した後に、感光体の水との接触角と、中間転写体の水との接触角とを測定した。その結果、回転量に対応して接触角が変化したので、回転量により感光体に対する潤滑剤の塗布量を制御出来ることが確認された。

画像形成試験では、６ポイントのドットかなるトナー像を潤滑剤塗布量の異なる感光体上に形成し、中間転写体に転写することにより、中間転写体上にトナー像を形成し、中間転写体上に形成したトナー像における「中抜け」の有無を検査し、画像評価を行った。

試験結果を表１に示す。

なお、「中抜け」発生率は、総ドット中に占める「中抜け」発生ドットの割合（％）である。

なお、感光体の表面及び中間転写体の水との接触角は、協和界面科学（株）製、全自動接触角計を用いて測定した。

実施例から明らかなように、感光体の水との接触角を中間転写体の水との接触角よりも１５°以上高くすることにより、「中抜け」が良好に防止される。前記実施例では、中間転写体を停止させ、感光体のみを回転させることにより、感光体上に潤滑剤を塗布し、感光体の表面エネルギーを中間転写体の表面エネルギーよりも低く設定した。

実際に使用される画像形成装置においては、感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ及び１Ｋの各々に対して潤滑剤を塗布しつつ画像形成を行うとともに、感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ及び１Ｋから中間転写体７０に転移した潤滑剤を図３に示す潤滑剤除去手段７５で除去することにより、中間転写体７０の表面エネルギーの低下を抑制するという手段を用いて、感光体１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋの水との接触角と、中間転写体７０の水との接触角との差を１５°以上に維持することができる。

本発明の一実施の形態をに係るカラー画像形成装置を示す図である。 画像形成部の構成を示す図である。 潤滑剤除去手段の構造を示す図である。

符号の説明

１、１Ｙ、１Ｍ、１Ｃ、１Ｋ 感光体
５、５Ｙ、５Ｍ、５Ｃ、５Ｋ 一次転写手段
７０ 中間転写手段
３１ 潤滑剤供給体
７５ 潤滑剤除去手段

Claims (7)

1. 像形成体、該像形成体上にトナー像を形成する像形成手段、中間転写体、前記像形成体上のトナー像を前記中間転写体に転写する一次転写手段及び前記中間転写体上のトナー像を記録材に転写する二次転写手段を有する画像形成装置において、
   前記像形成体及び前記中間転写体は、次の条件、
   （１）前記像形成体の表面エネルギー＜前記中間転写体の表面エネルギー、
   （２）前記像形成体の表面の水との接触角と、前記中間転写体の表面の水との接触角との差が１５°以上
   を満たすことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記像形成体に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段を有し、該潤滑剤塗布手段は、前記条件（１）及び（２）を満たすように潤滑剤を塗布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. 前記中間転写体上の潤滑剤を除去する除去手段を有することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
4. 前記像形成手段は、体積平均粒径が３〜６μｍのトナーを用いて前記トナー像を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 像形成体上にトナー像を形成し、形成したトナー像を中間転写体に転写し、中間転写体上のトナー像を記録材に転写する画像形成方法において、
   次の条件、
   （１）前記像形成体の表面エネルギー＜前記中間転写体の表面エネルギー、
   （２）前記像形成体の表面の水との接触角と、前記中間転写体の表面の水との接触角との差が１５°以上、
   を満たすことを特徴とする画像形成方法。
6. 潤滑剤塗布手段により、前記像形成体に潤滑剤を塗布することを特徴とする請求項５に記載の画像形成方法。
7. 潤滑剤除去手段により、前記中間転写体上の潤滑剤を除去することを特徴とする請求項６に記載の画像形成方法。

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