JP2010002552A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】たとえ小粒径のキャリアを使用した場合であっても、中間転写ベルトなどの中間転写体の表面がキャリアで傷付くことによる画像不良が抑制された画像形成装置の提供。
【解決手段】トナーとキャリアとを含む二成分現像剤により感光体ドラム（感光体）１２上にトナー像を形成した後、前記トナー像を中間転写ベルト（中間転写体）１６に転写する画像形成装置１０において、前記中間転写ベルト１６の前記トナー像が転写される転写面１６ａには、フッ素ポリマーを含有する表面層が形成され、前記キャリアは、キャリア芯材粒子と該キャリア芯材粒子の表面に形成されたフッ素ポリマーを含有する被覆層とを有し、前記トナーは正帯電性であることを特徴とする画像形成装置１０。
【選択図】図１

Description

本発明は、二成分現像剤を使用し、中間転写体を備えた画像形成装置に関する。

複写機やプリンタに採用される画像形成方法として、感光体上に形成されたトナー像をまず中間転写体に転写し（１次転写）、ついで、中間転写体に転写されたトナー像を紙などの記録媒体に転写する（２次転写）方法があり、特にフルカラーの画像形成装置に多く採用されている。このような画像形成装置において、中間転写体としては、樹脂やゴムなどの弾性体からなる中間転写ベルトが使用されることが多く、例えば、特許文献１および２には、中間転写ベルトの表面層に、耐久性に優れ離型性の良いフッ素ポリマーを使用したものが記載されている。
また、画像形成装置には、トナーとキャリアとを有する二成分現像剤が使用される装置がある。このような装置のうち特にフルカラーの画像形成装置においては、画像を高画質にするためにトナーを小粒径化する傾向にあり、それに伴って、キャリアも小粒径化している。
特開平１１−２４４２９号公報 特開平０８−５０４１９号公報

しかしながら、キャリアが小粒径の場合、感光体上にトナー像を形成する際にキャリア飛びが生じて、現像装置から感光体にキャリアが移行しやすく、さらには感光体から中間転写ベルトにも移行しやすいという傾向があった。キャリアには磁性体の粒子など硬度の高いものが使用される場合が多いため、キャリアが中間転写ベルトの表面に強く付着してしまうと、中間転写ベルトの表面に傷が付き、その結果、画像不良が生じてしまう。
なかでも、フッ素ポリマーを使用した表面層が形成された中間転写ベルトの場合、表面層はフッ素ポリマーに起因した強い負帯電性を帯び、そのため、付着したキャリアが摩擦帯電し、電気的にも付着してしまう場合があった。

さらに、特に画質重視のフルカラーの画像形成装置においては、現像装置内部の劣化したトナーを感光体に強制排出する機能を備えたものが多く、このような装置においては、強制排出時に一度に大量のトナーが感光体上に移行されるため、トナーとともにキャリアも感光体上に移行し、さらには中間転写ベルトにも移行しやすく、上述のような画像不良が生じやすいという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、たとえ小粒径のキャリアを使用した場合であっても、中間転写ベルトなどの中間転写体の表面がキャリアで傷付くことによる画像不良が抑制された画像形成装置の提供を課題とする。

本発明の画像形成装置は、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤により感光体上にトナー像を形成した後、前記トナー像を中間転写体に転写する画像形成装置において、前記中間転写体の前記トナー像が転写される転写面には、フッ素ポリマーを含有する表面層が形成され、前記キャリアは、キャリア芯材粒子と該キャリア芯材粒子の表面に形成されたフッ素ポリマーを含有する被覆層とを有し、前記トナーは正帯電性であることを特徴とする。
前記表面層と前記被覆層とは、同一種類の前記フッ素ポリマーを含有することが好ましい。
本発明の画像形成装置は、前記キャリア芯材粒子の質量平均粒子径が４０μｍ以下である場合にも好適である。

本発明によれば、たとえ小粒径のキャリアを使用した場合であっても、中間転写体の表面がキャリアで傷付くことによる画像不良が抑制された画像形成装置を提供できる。

以下、本発明の一例の画像形成装置について、図面を用いて詳細に説明する。
図１は、タンデム型フルカラー画像形成装置（以下、画像形成装置という。）１０の要部を示す概略構成図であって、この画像形成装置１０は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）の各色にそれぞれ対応した画像形成ユニット１１を備えている。

各画像形成ユニット１１は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）感光体、有機感光体（ＯＰＣ）などからなり、トナー像が形成される感光体ドラム（感光体）１２と、帯電ユニット１３と、露光ユニット１４と、現像装置１５とを具備して構成され、現像装置１５には、トナーとキャリアとを含有する二成分現像剤が収容されている。
そして、各画像形成ユニット１１においては、帯電ユニット１３で帯電された感光体ドラム１２の表面が露光ユニット１４で露光されて静電潜像が形成され、この静電潜像を現像装置１５で現像することによって、感光体ドラム１２にトナー像が形成されるようになっている。

また、この画像形成装置１０は、このように感光体ドラム１２に形成されたトナー像が転写される中間転写ベルト（中間転写体）１６を具備し、感光体ドラム１２上に形成されたトナー像は、各画像形成ユニット１１に対向配置された一次転写ロール１７の作用により、中間転写ベルト１６の表面、すなわち転写面１６ａに転写されるようになっている。
こうして中間転写ベルト１６の転写面１６ａに転写されたトナー像は、二次転写ロール１８の作用により、さらに紙などの最終記録媒体１９に転写されるようになっている。

また、この例の画像形成装置１０は、図示略の強制排出手段を備え、現像装置１５内部の劣化したトナーを感光体ドラム１２に強制排出できるようになっているとともに、さらに図示略のクリーニングユニットを具備し、強制排出されたトナーを回収できるようになっている。

なお、図中符号２０は中間転写ベルト１６の駆動ロール、符号２１は二次転写ロール１８のバックアップロール、符号２２はテンションロール、符号２３はクリーニングブレード、符号２４は定着装置である。

そして、この画像形成装置１０においては、中間転写ベルト１６の転写面１６ａに、フッ素ポリマーを含有する表面層が形成されているとともに、現像装置１５に収容されたキャリアとして、キャリア芯材粒子とこのキャリア芯材粒子の表面に形成されたフッ素ポリマーを含有する被覆層とを有するものを備えている。よって、中間転写ベルト１６の転写面１６ａ、キャリアの表面のいずれもが離型性に優れている。
そのため、感光体ドラム１２にトナー像を形成する際にキャリア飛びが生じて、現像装置１５から感光体ドラム１２にキャリアが移行し、さらには感光体ドラム１２から中間転写ベルト１６の転写面１６ａにもキャリアが移行した場合でも、キャリアが転写面１６ａに強く付着しにくい。さらに、キャリアの被覆層と中間転写ベルトの表面層とがいずれもフッ素ポリマーを有しているため、キャリアが摩擦帯電しにくく、これらの間に電気的な付着が起きにくい。その結果、中間転写ベルト１６の転写面１６ａにキャリアが付着したとしても容易に除去され、転写面１６ａがキャリアで傷付くことによる画像不良を抑制できる。

ここで中間転写ベルト１６の表面層やキャリアの被覆層に使用されるフッ素ポリマーとしては、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、モノクロロトリフルオロエチレン、モノフルオロエチレン、トリフルオロエチレン等の重合体または共重合体などが挙げられるが、なかでも、耐熱性や強度の点から、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が好ましい。

この際、中間転写ベルト１６の表面層とキャリアの被覆層とで、異なる種類のフッ素ポリマーを使用してもよいが、摩擦帯電がより起こりにくいことから、同一種類のフッ素ポリマーを使用することが好ましい。

中間転写ベルト１６の表面層を形成する方法としては、例えば、上述のフッ素ポリマーを含有する樹脂組成物を適当な溶剤に分散させて塗布液を調製し、この塗布液を例えばクロロプレンゴム、ポリアミドイミド、ポリウレタン、アクリル樹脂などからなるベルト基材の表面にスプレー、浸漬、刷毛塗りなど公知の方法で塗布後、乾燥、焼付け、光照射による硬化などにより、塗膜（表面層）を形成する方法が挙げられる。こうして形成される表面層の厚さは、３〜３０μｍが好ましく、より好ましくは１０〜２５μｍである。

ここで塗布液には、フッ素ポリマー以外に、バインダーとして作用する樹脂成分が含まれることが好適であり、このような樹脂成分としては、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリスチレン樹脂などの樹脂が挙げられ、１種以上を使用できるが、なかでも、フッ素ポリマーとの相溶性の点から、ポリウレタン樹脂が好ましい。また、塗布液には、さらに他の成分が含まれてもよく、このような成分としては、カーボンブラック、チタン酸バリウムなどが挙げられる。

表面層中のフッ素ポリマーの含有量としては、２０〜９０質量％が好ましい。このような範囲未満であると、フッ素ポリマーを含有することによる効果が十分に得られない傾向があり、このような範囲を超えると、ベルト基材との接着性が悪く、表面層がベルト基材からはがれてしまう傾向がある。より好ましい含有量は３０〜８０質量％である。

キャリアの被覆層を形成する方法としては、例えば、上述のフッ素ポリマーを含有する樹脂組成物を適当な溶剤に分散させて被覆用分散液を調製し、この被覆用分散液とキャリア芯材粒子とを接触させてキャリア芯材粒子の表面に被覆用分散液を付着させた後、適宜乾燥、焼付けする方法などが挙げられる。被覆用分散液とキャリア芯材粒子とを接触させる際には、流動床による被覆装置、浸漬法による被覆装置などを使用できる。

ここで被覆用分散液には、フッ素ポリマー以外に、バインダーとして作用する樹脂成分が含まれることが好適であり、このような樹脂成分としては、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリスチレン樹脂などの樹脂が挙げられ、１種以上を使用できるが、なかでも、フッ素ポリマーとの相溶性の点から、ポリウレタン樹脂が好ましい。

被覆用分散液中のフッ素ポリマーのキャリア芯材粒子に対する質量比率は、フッ素ポリマー／キャリア芯材粒子＝１０／１００〜０．１／１００が好ましい。
また、フッ素ポリマーとバインダーとして作用する樹脂成分との質量比率は、１０／１〜１／１０が好ましい。

キャリア芯材粒子としては、磁性体の粒子、または結着樹脂中に磁性体を分散させた樹脂粒子など公知のものを使用できる。
磁性体としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体金属、これらの合金、あるいは希土類を含有する合金類、ヘマタイト、マグネタイト、マンガン−亜鉛系フェライト、ニッケル−亜鉛系フェライト、マンガン−マグネシウム系フェライト、リチウム系フェライトなどのソフトフェライト、銅−亜鉛系フェライト等の鉄系酸化物、これらの混合物が挙げられ、磁性体の粒子は、焼結法、アトマイズ法等の公知の方法によって製造される。
結着樹脂としては、例えば、ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂、これらの混合物等が挙げられる。

表面に被覆層が形成されたキャリアの粒子径は、キャリアとしての使用に適した範囲であればよいが、特に高い画質が要求されるフルカラーの画像形成装置においては、小粒径のキャリアが使用される場合が多い。小粒径のキャリアはキャリア飛びが起こりやすい傾向にあるが、その際にも、中間転写ベルト１６の転写面１６ａにはフッ素ポリマーを含有する表面層が形成され、キャリアの表面にはフッ素ポリマーを含有する被覆層が形成されていると、現像装置１５から感光体ドラム１２にキャリアが移行し、さらには感光体ドラム１２から中間転写ベルト１６の転写面１６ａにキャリアが移行した場合でも、キャリアは転写面１６ａに強く付着しない。その結果、転写面１６ａがキャリアで傷付くことによる画像不良を抑制できる。
よって、このような画像形成装置１０によれば、キャリア芯材粒子の質量平均粒子径が４０μｍ以下の小粒径のキャリアを使用した場合でも、十分に画像不良を抑制できる。

さらに、この例のように、現像装置１５内部の劣化したトナーを感光体ドラム１２に強制排出する図示略の強制排出手段を備えるとともに、強制排出されたトナーを回収する図示略のクリーニングユニットを具備している画像形成装置１０の場合には、強制排出時において、劣化したトナーが一度に大量に感光体ドラム１２上に移行するおそれがあるが、その場合でも、中間転写ベルト１６の転写面１６ａにはフッ素ポリマーを含有する表面層が形成され、キャリアの表面にはフッ素ポリマーを含有する被覆層が形成されていると、キャリアは転写面１６ａに強く付着せず、それに起因する画像不良を抑制できる。

このような画像形成装置１０において、キャリアとともに二成分現像剤を構成するトナーとしては、正帯電性のものが使用され、例えば結着樹脂中に着色剤、正帯電性の電荷制御剤、離型剤等を分散して造粒し、所望により公知の帯電制御剤、流動性向上剤等を外添したものを用いることができる。この画像形成装置１０では、正帯電性のトナーが使用されるため、例えば、正帯電性のシリカ微粒子などを外添することもできる。
トナーとして正帯電性のものを採用するとともに、フッ素ポリマーを含むために強い負帯電性を示すキャリアを使用すると、帯電性能が高く安定した帯電量が得られると同時に、トナーのキャリアからの離型性も良好となるため、トナーのスペント（キャリア表面へのトナー成分の付着）も防止できる。

結着樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂が挙げられ、例えば、ポリスチレン等のビニル芳香族樹脂、スチレン−アクリル共重合体、アクリル系樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。正帯電性の電荷制御剤としては、ニグロシンベース、四級アンモニウム塩等が挙げられる。
なお、電荷制御剤を使用せず、電荷制御作用の一部を結着樹脂に行わせる場合には、結着樹脂の一部として、カチオン性の極性基を有する樹脂を用いる。カチオン性極性基としは、第１級、第２級または第３級アミノ基、第４級アンモニウム基、アミド基、イミノ基、イミド基、ヒドラジノ基、グアニジノ基、アミジノ基等の塩基性窒素含有基が挙げられる。

着色剤としては、例えば、黒色顔料として、アセチレンブラック、ランブラック、アニリンブラック等のカーボンブラック；黄色顔料として、黄鉛、亜鉛黄、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローＳ、ハンザイエローＧ、ハンザイエロー１０Ｇ、ベンジジンイエローＧ、ベンジジンイエローＧＲ、キノリンイエローレーキ、パーマンネントイエローＮＣＧ、タートラジンレーキ；橙色顔料として、赤口黄鉛、モリブテンオレンジ、パーマネントオレンジＧＴＲ、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダスレンブリリアントオレンジＲＫ、ベンジジンオレンジＧ、インダスレンブリリアントオレンジＧＫ；赤色顔料として、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀カドミウム、パーマネントレッド４Ｒ、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウオッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドＤ、ブリリアントカーミン６Ｂ、エオシンレーキ、ローダミンレーキＢ、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン３Ｂ；紫色顔料として、マンガン紫、ファストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキ；青色顔料として、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダスレンブルーＢＣ；緑色顔料として、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンＢ、マラカイトグリーンレーキ、ファナルイエローグリーンＧ；白色顔料として、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛；白色顔料として、バライト粉、炭酸バリウム、クレー、シリカ、ホワイトカーボン、タルク、アルミナホワイト等が挙げられる。

離型剤としては、各種天然ワックス、ポリオレフィン系ワックス等の合成ワックスが挙げられる。ポリオレフィン系ワックスの数平均分量（Ｍｎ）は、１，０００〜１０，０００が好ましく、２，０００〜６，０００がより好ましい。ポリオレフィンとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン、プロピレン−エチレン共重合体等が挙げられ、ポリプロピレンが好ましい。

以上説明したように、図示のような画像形成装置１０によれば、たとえ小粒径のキャリアを使用した場合であっても、中間転写ベルト１６の表面、すなわち転写面１６ａへのキャリアの付着を防止でき、その結果、転写面１６ａがキャリアで傷付くことによる画像不良を抑制することができる。

以下本発明について、実施例を挙げて具体的に説明する。
（１）中間転写ベルトの製造
適当量のカーボンブラックが配合されたＰＦＡ含有のポリウレタン樹脂組成物を溶剤のテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に分散させ、塗布液を調製した。なお、塗布液中における各成分の割合は、カーボンブラック５質量％、ＰＦＡ６５質量％、ポリウレタン３０質量％である。ついで、この塗布液をベルト基材であるクロロプレンゴムベルト（厚み：５００μｍ、体積抵抗値；１×１０^１０Ω−ｃｍ、ＪＩＳ Ａ硬度；７５度）の表面に塗布し、１４０〜１６０℃で３０分間、焼き付けを行い、ベルト基材の表面に表面層を形成して中間転写ベルトとした。
得られた中間転写ベルトの体積抵抗値は１×１０^１２Ω−ｃｍ、表面粗さＲｚは５μｍ、表面層の厚さは２０μｍであった。

（２）トナー（正帯電性トナー）の製造
下記の材料をヘンシェルミキサーで攪拌混合した後、２軸押出し機による溶融混練、ジェットミル粉砕、分級機による風力分級を行って、平均体積粒径６．５μｍのトナー原粉粒子を得た。
このトナー原粉１００質量部に対し、正帯電性シリカ微粒子（ＲＡ２００ アエロジル製）１．２質量部を前記混合撹拌機中でまぶし処理して、トナーとした。
バインダー樹脂 ＳＥ−００４０（積水化学工業社製） １００質量部
カーボンブラック ＭＡ−１００ （三菱化学製） ６．０質量部
電荷制御剤 （Ｎ−０７ オリエント化学製） ４．０質量部
離型剤 （カルナバワックス 東亜化成社製） ４．０質量部

［実施例１］
ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）とポリウレタン樹脂の混合物（質量比１：１）を溶媒に分散させ、被覆用分散液を調製した。
なお、溶媒としてはＴＨＦを使用し、被覆用分散液中のＰＦＡとポリウレタン樹脂の濃度はそれぞれ２０質量％とした。ついで、フェライトからなるキャリア芯材粒子〔パウダーテック社製、質量平均粒子径：４０μｍ、飽和磁化：６５ｅｍｕ／ｇ〕１００質量部と、上記ＰＦＡとポリウレタン樹脂の混合物３質量部とを流動床法による被覆装置〔フロイント産業社製、ＳＰＩＲ−Ａ−ＦＬＯＷ「ＭＩＮＩ」〕に投入し、キャリア芯材粒子に被覆用分散液を付着（コーティング）させ、その後、２００℃のオーブンに３時間放置し、表面に被覆層が形成されたキャリアを得た。
ついで、上記（１）で製造した中間転写ベルトを装着した装置（京セラミタ製の画像形成装置「ＫＭ−Ｃ８５０改造機」）を用意し、そのブラック現像装置には、得られたキャリアと上記（２）で製造したトナーとからなる二成分現像剤をセットし、ブラックコンテナにはトナーをセットした。なお、二成分現像剤は、キャリア１００質量部に対してトナー８質量部をボールミルで混合して調製した。
そして、Ｄｕｔｙ２％の条件でＡ４原稿を連続で印字し、５０００枚毎にグレー画像を出力し、中間転写ベルトに傷が生じたことによる白点が発生しているかどうか確認した。
また、同時に中間転写ベルトの表面（転写面）を観察し、傷がついているかどうか確認した。
さらに、白紙を出力して、下記式（ｉ）による「地肌かぶり」を算出した。「地肌かぶり」が０．０１以上で、「地肌かぶり発生」とした。
また、ベタ画像も出力し、反射濃度（ＩＤ）が０．８以下になった場合をＩＤ不良とした。
なお、反射濃度は東京電色社製「ＴＣ−６ＤＳ」で測定した。これらの評価結果を表１に示す。
地肌かぶり＝白紙印字部の紙の反射濃度―出力前の紙の反射濃度・・・（ｉ）

なお、印字５０枚に一回の割合で、紙間に、Ｄｕｔｙ１００％分に相当するトナーを強制排出する操作を行った。

［実施例２］
被覆用分散液の調製において、ＰＦＡの代わりにＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）を使用した以外は実施例１と同様にし、評価した。評価結果を表１に示す。

［実施例３］
キャリア芯材粒子として、体積中心粒径が４５μｍのフェライトを使用した以外は実施例１と同様にし、評価した。評価結果を表１に示す。

［比較例1］
被覆用分散液の調製において、ＰＦＡの代わりにシリコーン樹脂を使用し、キャリア芯材粒子として、体積中心粒径が４５μｍのフェライトを使用した以外は実施例１と同様にし、評価した。評価結果を表１に示す。

［比較例２］
被覆用分散液の調製において、ＰＦＡの代わりにシリコーン樹脂を使用した以外は実施例１と同様にし、評価した。評価結果を表１に示す。

［比較例３］
トナーを強制排出する操作を実施しない以外は、比較例２と同様にし、評価した。評価結果を表１に示す。

表１に示すように、各実施例によれば、白点の発生、中間転写ベルトの傷、地肌かぶり、ＩＤ不良がバランスよく抑制されていた。

画像形成装置の一例を示す概略構成図である。

符号の説明

１０：画像形成装置
１２：感光体ドラム（感光体）
１６：中間転写ベルト（中間転写体）
１６ａ：中間転写ベルトの転写面

Claims (3)

1. トナーとキャリアとを含む二成分現像剤により感光体上にトナー像を形成した後、前記トナー像を中間転写体に転写する画像形成装置において、
   前記中間転写体の前記トナー像が転写される転写面には、フッ素ポリマーを含有する表面層が形成され、前記キャリアは、キャリア芯材粒子と該キャリア芯材粒子の表面に形成されたフッ素ポリマーを含有する被覆層とを有し、前記トナーは正帯電性であることを特徴とする画像形成装置。
2. 前記表面層と前記被覆層とは、同一種類の前記フッ素ポリマーを含有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. 前記キャリア芯材粒子は、質量平均粒子径が４０μｍ以下であ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。

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