JP2006215353A - 中間転写体および電子写真装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
印刷初期から各々の転写工程において、画像の乱れの発生が無く、安定した画像特性を長期間に渡って保持できる中間転写体及び電子写真装置を提供する。
【解決手段】
光導電体層を有する感光体表面のトナー画像を中間転写体に転写し、該中間転写体上の前記トナー画像を支持体上に転写して画像を形成する電子写真装置において、前記中間転写体最表面に少なくとも導電性微粒子及びトナーの外添剤の微粒子を１種含ませた層として用いることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子写真技術を用いた電子写真装置の中間転写体および該中間転写体を用いた電子写真装置に関する。

電子写真法は、各種の方法が提案されているが、一般的には光導電性物質からなる感光体の表面に静電潜像を形成し、該潜像をトナーを用いて現像後、紙等の転写材にトナーを転写する方法が用いられている。静電潜像を、トナーを用いて現像する方法としては、パウダークラフト法（例えば、特許文献１参照）、カスケード法（例えば、特許文献２参照）、磁気ブラシ法（例えば、特許文献３参照）、フアーブラシ法（例えば、特許文献４参照）、接触現像法（例えば、特許文献５参照）、加圧現像法（例えば、特許文献６参照）、磁性トナー法（例えば、特許文献７参照）など各種の乾式現像法が知られている。これらのうちで最も一般的な方法はカスケード法と磁気ブラシ法である。

一方、感光体に形成されたトナー画像を支持体上に転写する方法としては、カラー複写機等のカラー電子写真装置に採用されている、中間転写体を用いる方法がある。この方法は、感光体に形成されたトナー画像を支持体上に転写して画像を形成する方法である。この画像形成方式は、容易に多色画像を形成することができる。

前記の中間転写体を用いる画像形成方式では、トナー画像を一時的に保持する中間転写体には多くの特性が要求される。例えば、感光体と中間転写体とのニップ部に異物（キャリア等）が噛み込んだときに感光体表面の傷発生を抑制し感光体の寿命を延ばす手段として、中間転写体の表面に弾性層を設けることである。この方法の利点としては、感光体と中間転写体の転写点でのニップが安定して確保されることである（例えば、特許文献８参照）。また、トナー画像を一時的に安定に保持すると同時にトナー画像を支持体に均一に転写するという相反する両特性に対応するため、中間転写体表面にトナー粒径の１／２以下の微小粒子とそれ以下の微粒子、トナー粒径と同等若しくはそれ以下の粒子とトナー粒径の１／１０以下の粒子を機械的に固着させてトナーの付着力低減を図ることが提案されている（例えば、特許文献９、１０参照）。また、中間転写体表面に微粒子を湿式塗布して、２次転写効率を向上させる方法が提案されている（例えば、特許文献１１参照）。さらに、シリカ微粒子をシラン化合物により中間転写体表面に固着させ、転写効率向上並びに中間転写体表面の清掃性向上等の提案がなされている（例えば、特許文献１２参照）。

米国特許第２、２２１、７７６号

米国特許第２、６１８、５５２号

米国特許第２、８７４、０６３号

米国特許第２、９０２、９７４号

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特開平１−１９８７７３号広報

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特開平９−２８１８１３号

特開平１０−３１９７３０号

特開２００２−１６２７６７号

特公昭４２−２３９１０号公報

特公昭４３−２４７４８号公報

米国特許第２、２９７、６９１号明細書

上記従来技術のように、中間転写体に弾性を持たせることは有効な手段であり、また、中間転写体表面に微小粒子を固着させることは画像支持体への転写効率の向上に有効である。

しかしながら、前記従来技術の一つは、最終的に機械的に固着させるため、中間転写体表面に微小な傷を発生させてしまう。この傷が表面の状態（機械的、電気的）を変化させるため、感光体から中間転写体への転写並びに中間転写体から画像支持体への転写時に、画像乱れが発生する。

また、トナーの１／２以下あるいは同等以下という比較的大きな粒子を用いることにより、中間転写体表面にその粒子が存在しているため、感光体から中間転写体へのトナー画像転写時および中間転写体から画像支持体への転写時、画像乱れ、転写不良等が発生してしまう。

また、微小粒子が均一に固着されていない場合、各々の転写において画像全体において不均一となり転写ムラが発生するため、濃度ムラや文字・細線等の画像の中抜けによる画像欠陥、細線の太さ不均一等さまざまな問題が発生してしまう。

また、上記問題点はトナーおよびその表面に着目していないため、高精細化、高速化、高精度化時に顕著に現れる。

実際、高解像度（１２００ドット／インチ）パターンにて確認したところ、画像支持体上の微小な傷が付いた場所のトナー画像周辺は若干のトナー飛び散りが発生し、細線の不均一性、画像乱れが見られた。また、この現象は初期段階から見られ、印刷枚数をかさねることにより早い段階で顕著になった。更に、高速化対応を確認するため中間転写体ユニットのみの速度を上げ、表面に付与された粒子の存在を確認したところ、２倍、３倍と高速化するとその微粒子は中間転写体のクリーナ等により早い段階で脱落し、求める効果が大幅に低下することが確認できた。つまり、前記方策は低速時には非常に有効であるが、さらなる高速化、高精彩化、高精度化には未だ不十分である事が推察できる。

また、他の一つの従来技術では、湿式により均一に付着させることを提案している。この方法は、微粒子を均一に付着させるのに有効であるが、中間転写体表面への付着力が弱いため、印刷初期にクリーナ等により剥がれてしまい、より信頼性の高い高精細、高速機には対応できないという問題が発生してしまう。

さらに、他のもう一つの公知例では、疎水化された微粒子（シリカ粒子）をシラン化合物（沸点が１５０℃以下の液体）を用い、中間転写体表面に塗布し、乾燥（１００℃以下）して用いることが提案されている。また、マシン内に微粒子供給装置あるいは現像剤内にその微粒子を添加して各々の表面に供給する方式を提案している。

微粒子を中間転写体表面に均一に付着させることは、前記と同様の効果が得られる。しかしながら、この供給手段並びに現像剤内への微粒子添加は、装置構成の複雑化、現像剤設計の複雑化となるため低コスト、低エネルギー化には好ましくない。また、シラン化合物を用いて疎水化された微粒子を中間転写体表面に付着させても、多少の優位差はあるにしても、やはり前記と同様に付着力が弱いため、印刷初期にクリーナや現像剤等の摩擦により剥がれてしまい、より信頼性の高い高精細、高速機には対応できないという問題が発生してしまう。

特に、今後の高速化、高精細化、高精度に対応するには、中間転写体表面をさらに均一化し高性能化しなければならない。さらに、新しい中間転写体を用いると、上記問題点は初期において顕著に現れるため装置全体の信頼性を失うことになる。

本発明の解決しようとする課題は、今後の高速化、高精細化、高精度に対応するため、感光体から中間転写体並びに中間転写体から画像支持体へのトナーの転写効率を向上させ、各々の転写時に画像欠陥をなくし長期的に再現性の良い画像を出力できる中間転写体およびそれを用いた電子写真装置を提供することである。

本発明は、光導電体層を有する感光体表面のトナー画像を転写し、転写されたトナー画像を支持体上に転写する中間転写体において、表面に少なくとも導電性微粒子とトナーの外添剤を含む最表面層を設け、前記導電性微粒子はカーボンブラックあるいは金属粉あるいは帯電制御剤の１種以上、シリカ微粉末あるいはチタン系微粉末を１種以上含み、前記最表面層は有機材料にて形成され、前記有機材料はフッ素の材料あるいはポリイミド系材料の弾性層であり、前記有機材料の中に含まれる前記導電性微粒子と前記トナーの外添剤の配合が重量で１０：１〜４０：１になるように調整され、且つ前記導電性微粒子と前記トナーの外添剤の合計量が前記最表面層全体の３〜２０重量％であることを特徴とする。

本発明によれば、感光体から中間転写体並びに中間転写体から画像支持体へのトナーの転写効率を向上させ、各々の転写時に画像欠陥をなくし長期的に再現性の良い画像を出力できる中間転写体およびそれを用いた電子写真装置を提供することができる。

以下、本発明を実施例により説明する。

本発明は、上記の課題を解決するため、トナー及びその表面と中間転写体表面に着目し、その中間転写体表面状態と中間転写体表面に転写されたトナーの状態、中間転写体から画像支持体に転写されるトナーの状態、転写ムラ発生状況、画像濃度ムラ、文字・細線等の画像の中抜けによる画像欠陥、細線の太さ不均一等との関係について鋭意検討を重ねた。

その結果、トナー表面に外添されている材料と中間転写体の最表面の絶縁性と表面状態との関係が、上記画像特性に大きな影響を及ぼすことを見出した。

特に、今後の高速化、高精細化、高精度に対応するには、中間転写体表面の表面状態を高精度に制御し、磨耗しても長期間初期と同じような表面状態を維持する必要があることも見出した。

前記課題は、中間転写体表面に少なくとも導電性微粒子とトナーの外添剤を含む最表面層を設けることにより解決できることが判明した。

微粒子材料の平均粒径は、画像を形成する画像粒子の１／１０以下が好ましい。より好ましくは、１／１５以下が良い。微粒子材料の平均粒径が、画像を形成する画像粒子の１／１０以上となると、最表面層が磨耗したとき、微粒子を含む層の上に画像を形成する画像粒子が転写された時、その微粒子の粒径の影響が大きく関与する為、その粒子に邪魔されて画像乱れが発生する。また、転写体への画像転写時においても同様の画像乱れが発生しやすくなり好ましくない。高解像度を要求される画像には致命的となる。

また、有機材料により構成された最表面層弾性層の中に含まれる導電性微粒子及びトナーの外添剤に用いられる微粒子の合計が３〜２０重量％が好ましい。有機材料の配合量が低下すると、弾性層として成り立たなくなる。また、その配合量を増加させると、その効果が薄れてしまい当初の目的とする効果が半減してしまうので好ましくない。

導電性微粒子とトナーの外添剤との比は、重量比で１０：１から４０：１が好ましい。トナーの外添剤の量が増加すると、より表面に現れやすくなり逆に画像を乱す恐れがある。さらに、最表面層を調合する際高粘度となり取り扱いが難しくなる。また、その添加量が低下すると、中間転写体表面に乗ったトナーとの離型性が低下して画像乱れや清掃不良が発生しやすくなる。

中間転写体の最表面層を構成する有機材料としては、弾性を有するフッ素系材料、ポリイミド系材料を用いるのが好ましい。

つまり、最表面を構成する弾性を有する材料の中に、導電性微粒子及びトナーの外添剤となる微粒子を含有させることにより、トナーが転写される時適度な静電的付着力を与えるとともに、転写時、画像支持体へスムーズに転写される様にする。つまり、各々の転写時における表面に存在するトナーへの機械的、静電的圧力を緩和するため、トナー粒子１個１個が画像支持体上にスムーズに転写される様になる。さらには、中間転写体表面に微小な離型性の良い凹凸が形成されるため、トナーが離れる際の剥離放電が抑えられると共に剥離がスムーズに行われるため、剥離時のトナーの静電的画像乱れも抑制される。また、その表面が磨耗しても、その層が失われるまで同じ表面状態を維持できるため、長期間安定した状態を保つことが出来る。

以下、本発明の実施例について説明するが、これによって本発明が限定されるものではない。

本発明の一実施例を図１の概略構成を用いて説明する。

図１は、本発明に用いた電子写真装置の概略断面図を示したもので、図に従って装置構成を説明する。

本体には、プリンタを制御する上位装置（図示せず）が設置されている。この上位装置には、画像信号処理部とプリント指令制御部が内蔵されている。

本体右より中央部に３箇所の回転可能な軸によって張架されたベルト状感光体１が設けられている。ベルト状感光体１は、表面に感光層（例えば有機光導電体：ＯＰＣ）があり、その下部に導電層（例えばアルミ）とを持つ多層構造になっている。ベルト状感光体１は、図１中の矢印方向に走行するようになっており、ベルト状感光体１周辺には、矢印方向に沿って順番に帯電器２、露光手段３、現像手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、中間転写体５、イレーズ光６、感光体クリーニング機構７が設けられている。

帯電器２によってベルト状感光体１表面を帯電し、露光手段３によりベルト状感光体１表面に静電潜像を形成する。

現像手段４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの４台の現像機は、同型の物であるがそれぞれ異なる色のトナー、例えば、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックが収納されており、各々の色を現像する。また、それぞれ独立に作動するようになっている。

中間転写体５は、直径８０〜１５０ｍｍの円筒で、導電性の円筒基体（例えばアルミニウムのドラム）とそれを覆う表面層（詳細は後で説明）から構成されている。

導電性の円筒基体は、アースに接続されている。この中間転写体５は、ベルト状感光体１と適度な圧力で押しつけられていて、ニップ巾２〜２０ｍｍで接触し、ベルト状感光体１上に形成されたトナー像は、このニップ部においてベルト状感光体１の導電層に印加した電圧により中間転写体５上に転写される。

ベルト状感光体１と中間転写体５は、両方別駆動していても、一方が他方の従動であっても良い。

イレーズランプ６は、トナー像転写後のベルト状感光体１上の残留電位を光照射により除去する。

クリーニング機構７は、転写後にベルト状感光体１上に残っている残留トナーを除去する。また、クリーニング機構１５は、中間転写体５上に記録媒体転写後残留しているトナーを除去する。

クリーニング機構１５は、中間転写体５上にトナー画像が形成されている間は、上方に待避するようになっている。

転写前帯電器１０は、中間転写体５上のトナー表面の電位を一定にし、転写を行ないやすいようにする役目を持つ。

ベルト状感光体１下方には、用紙カセットが設けられている。この用紙カセット上方にはピックアップローラ９があり、これによって記録媒体８は用紙カセットから引出されレジストローラ１１、転写ローラ１２、除電器１３、定着器１４を通って排出される。

レジストローラ１１は、記録媒体８の先端を揃えるためのものである。

転写ローラ１２は、中間転写体５上に形成されたトナー画像を記録媒体８上に転写するためのもので、金属軸と適当な抵抗値（１Ｋ〜１０ＧΩ）を有する弾性層により形成されている。金属軸には、転写のための適切な電圧が印加され、トナー像の転写が行なわれる。また、転写ローラ１２は、中間転写体５上のトナー画像が形成されている間は、待避して中間転写体５上に接触しない様になっている。

次に、本実施例において用いた転写ベルトについて説明する。

図２に、転写ベルト概略断面図を示す。中間転写体５は、金属（アルミニウム等）の円形型素管を５ａ覆うように、柔軟性を有する無端のベルトが設置されている。中間転写体５は、図２に示すように柔軟性を持ち、弾性を有するポリウレタンゴム５ｂと、この弾性層５ｂの上下に、オゾンによるウレタンゴムの劣化防止、ベルトの機械的強度補強及び表面の離型性改良のため形成された補強・離型層５ｃが設けられている。さらにその表面に、本発明の表面層５ｄを設けた４層構成となっている。

ところで、中間転写体５は、弾性層５ｂのみの表面に本発明の表面層を施して用いても同様の効果が得られる。さらに弾性層５ｂは、柔軟性をもち弾性を有しかつ機械的特性が目的に合うものであれば、クロロプレンゴム、アクリルゴム、シリコンゴム、ニトリルゴム、ヒドリンゴム、フッ素ゴム等の物を用いることができ、目的によりこれらを１層ないし２層以上組み合わせても良い。

また、弾性層５ｂの表面、裏面あるいは上下に、オゾンによる弾性層５ｂの劣化防止、ベルトの機械的強度補強及び表面の離型性改良あるいは抵抗値調整等のために形成する材料として、フッ素系材料、半導電性プラスチック、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド等の柔軟性を有する一般的な材料を用いることができる。

これらを用いた中間転写体の作成は、公知の技術にて製造することが出来る。
（実験例１）

ポリウレタンゴム（２ｍｍ厚）の両面に、ダイエルラテックスＧＬＳ−２１３（Ａ）液（ダイキン工業（株）製）とダイエルラテックスＧＬＳ−２１３（Ｂ）液（ダイキン工業（株）製）とを所定量混合攪拌後、スプレーガンにてコーテイングを行い、自然乾燥後１７０℃にて１時間焼成して、表面層約２０ミクロン厚を有する転写ベルトを得た。

次に、再度上記の材料を用い、上記組成物が焼成後８２重量％となるように、その中にトナーの外添剤である無機材料のシリカ、アミノアルキルシリル基処理品のアエロジルＲＹ−２００Ｈ（日本アエロジル（株）製）を１重量％、カーボンブラック＃４４（三菱化学（株）製）を１７重量％添加し均一の混合分散した後、上記方法にて約２０ミクロン厚を有する最表面層を有する中間転写ベルトを得た。

この転写ベルトを用い、図１に示すような構成の電子写真装置、一例として１０ページ／分の印刷速度を有するカット紙のレーザプリンタを試作し、これを用いて画像支持体に転写されるトナーの状態、転写ムラ発生状況、画像濃度ムラ、文字・細線等の画像の中抜けによる画像欠陥、細線の太さ不均一等との関係について評価した。

用いた用紙は、プリンタに用いられているＨＩＮＩＰ・ＨＳ用紙（５５ｋｇ連量紙：小林記録（株）製）を用いた。

画像評価の結果、初期から転写ムラ、画像濃度ムラ、画像の中抜け等の画像欠陥は発生せず、細線の太さ不均一も無い良好な画像が得られ、１万頁印刷してもその状況は変化しなかった。

さらに、上記試作機を６０ページ／分の印刷速度を有する用に改造して、上記と同様の試験を５万頁行なったが、上記と同様問題は発生しなかった。
（実験例２）

中間転写体の最表面層の有機材料をポリイミド材とし、そのポリイミド剤が最終的に９５．４重量％となるように、その中にトナーの外添剤である無機材料のシリカ、Ｒ−９７２（日本アエロジル（株）製）を０．１重量％、酸化アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ｏｘｉｄ：日本アエロジル（株）製）を３．５重量％添加し均一の混合分散した後、上記方法にて約２０ミクロン厚を有する最表面層有する中間転写ベルトを得て評価実験を行った。
（実験例３）

有機材料を実施例１と同じにし、その最終的割合が８９．５重量％になるように調整し、トナーの外添剤Ｒ−９７２（日本アエロジル（株）製）を０．５重量％、カーボンブラック＃４４を１０重量％配合して実験例１同様の乾燥及び評価実験を行った。
（比較例１〜３）

中間転写体最表面の有機材料として、実験例１と同様のものを用い、表１に示すような組成にて作成し、実験例１と同様の乾燥及び評価実験を行った。

比較として、比較例１は本発明の表面層無し、比較例２は導電性微粒子無し、比較例３はトナー外添剤無しである。これら実験例１〜３及び比較例１〜３の評価結果を表２に示す。

表２からも明らかなように、中間転写体最表面に少なくとも導電性微粉末並びにトナーの外添材を１種以上含む弾性層を設けることにより、初期から画質の乱れが無く、画質安定性が良好で優れた画像品質を有している。なお、実験例１では、連続５万頁印刷試験において、画像乱れなどの問題点が発生せず、長時間に渡り安定していることも分かっている。

本発明における最表面層の作成方法は公知の方法で作成することが出来る。

微粒子の分散助剤として、必要に応じて公知の分散剤を用いることができる。

本発明に用いられるトナーは、公知のトナー用樹脂、着色剤、帯電制御剤、助剤等を配合し、公知の方法によりトナー化したもの、さらにはこれらのトナーに所望の特性を得るため、外添剤を組み合わせたものが使用できる。

本発明の中間転写体を備えた電子写真装置の概略構成図。 本発明における中間転写体の概略構成図。 本発明における中間転写体表面の模式図。

符号の説明

１はベルト状感光体、２は帯電器、３はレーザ光（露光手段）、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは現像機、５は中間転写体、５ａは金属円筒形素菅、５ｂはポリウレタンゴム、５ｃは補強・離型層、５ｄは本発明表面層、５ｅは導電性微粒子、５ｆはトナーの外添剤、６はイレーズ光、７、１５はクリーニング機構、８は記録媒体、９はピックアップローラ、１０は転写前帯電器、１１はレジストローラ、１２は転写ローラ、１３は除電器、１４は定着器である。

Claims (2)

1. 光導電体層を有する感光体表面のトナー画像を転写し、転写されたトナー画像を支持体上に転写する中間転写体において、表面に少なくとも導電性微粒子とトナーの外添剤を含む最表面層を設け、
   前記導電性微粒子はカーボンブラックあるいは金属粉あるいは帯電制御剤の１種以上、シリカ微粉末あるいはチタン系微粉末を１種以上含み、
   前記最表面層は有機材料にて形成され、前記有機材料はフッ素の材料あるいはポリイミド系材料の弾性層であり、
   前記有機材料の中に含まれる前記導電性微粒子と前記トナーの外添剤の配合が重量で１０：１〜４０：１になるように調整され、且つ前記導電性微粒子と前記トナーの外添剤の合計量が前記最表面層全体の３〜２０重量％であることを特徴とする中間転写体。
2. 請求項１記載の中間転写体を用いた電子写真装置。
   

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