JP2010002553A - 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、定着装置の定着部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から感光体ドラム（感光体）１２上にトナー像を形成した後、前記トナー像を記録媒体上に転写し、定着装置２７で定着させる画像形成装置１０において、前記定着装置２７の定着ロール（定着部）２５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た画像形成装置に関する。

複写機やプリンタなどの画像形成装置で採用されている画像形成方式としては、感光体上にトナー像を形成した後、このトナー像を紙などの記録媒体に直接転写する直接転写方式と、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（１次転写）し、ついで、中間転写体に転写されたトナー像を記録媒体に転写（２次転写）する中間転写方式がある（例えば特許文献１参照。）。
これらの方式で記録媒体に転写されたトナー像は、通常、定着装置により記録媒体に定着される。定着装置としては、ヒータを内蔵した定着ロール（定着部）と、これと対で設置される加圧ロール（加圧部）とを具備したものが広く採用されている。

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１１−１７４７３１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い。そして、感光体に移行したキャリアは、感光体から記録媒体の表面に転写され、さらには定着装置の定着ロールにまで移行してしまう場合があった。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、キャリアが定着ロールの表面に強く付着してしまうと、定着ロールの表面に傷が付き、その結果、画像不良が生じてしまう。
このような定着ロールへのキャリアの付着は、中間転写体を介さずにトナー像を感光体から記録媒体に転写する直接転写方式で、写真などの高濃度印刷を行った場合に特に起こりやすい。

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、定着装置の定着部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から感光体上にトナー像を形成した後、前記トナー像を記録媒体上に転写し、定着装置で定着させる画像形成装置において、前記定着装置の定着部には、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。
また、本発明の画像形成装置は、前記トナー像が前記感光体上から前記記録媒体上に直接転写される直接転写方式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、定着装置の定着部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、直接転写４連タンデム型カラー画像形成装置（以下、画像形成装置という。）１０の一例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）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、ブラック（Ｂ）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。各現像装置１５には、各色のトナーを補給するためのトナー供給容器１５ａが併設されている。
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、各画像形成ユニット１１は、各感光体ドラム１２に対向配置された転写ロール１６を具備するとともに、この画像形成装置１０は、各感光体ドラム１２と転写ロール１６との間を通過するように設けられ、紙などの記録媒体を搬送する用紙搬送ベルト１７を備えている。よって、各感光体ドラム１２に形成されたトナー像は、用紙搬送ベルト１７により給紙装置１８から用紙給紙路１９を経て給紙される記録媒体の表面に、各転写ロール１６の作用により順次転写されるようになっている。

なお、図中符号２０、２１、２２はそれぞれ、用紙搬送ベルトの駆動ロール、従動ロール、対向ロールであり、符号２３は、記録媒体を用紙搬送ベルトの表面に吸着させる吸着ロールである。また、符号２４はクリーニングユニットである。

ついで、こうしてトナー像が順次転写された記録媒体は、ヒータを内蔵した定着ロール（定着部）２５と、これに対向設置された加圧ロール（加圧部）２６とを具備した定着装置２７へと搬送され、定着ロール２５の表面（ロール面）と加圧ロール２６の表面（ロール面）とで挟まれて加圧され、トナー像が定着されるようになっている。この際、記録媒体の定着面（トナー像が形成された面）が定着ロール２５に接し、記録媒体の非定着面（トナー像が形成されていない面）が加圧ロール２６に接する。
ついで、定着装置２７でトナー像が定着された記録媒体は、用紙排出路２８を通過して、排出部２９から排出される。

ここで、この画像形成装置１０においては、定着部の表面、すなわち、定着ロール２５の表面に、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、定着ロール２５の表面、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、感光体ドラム１２に移行したキャリアが記録媒体の表面に転写され、さらには定着ロール２５の表面にまで移行した場合でも、キャリアが定着ロール２５の表面に強く付着しにくい。また、キャリアの被覆層と定着ロール２５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、定着ロール２５の表面にキャリアが付着したとしても容易に除去され、定着ロール２５の表面がキャリアで傷付くことによる画像不良を抑制できる。

ここで定着ロール２５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、定着ロール２５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。

定着ロール２５の表面層を形成する方法としては、定着ロール基材の外径と同程度の内径のフッ素ポリマーからなる収縮チューブを用意し、これを定着ロール基材の表面に被せて、適宜熱処理する方法が挙げられる。この方法によれば、フッ素ポリマーからなる収縮チューブが定着ロール基材の表面に密着し、収縮チューブからなる表面層を簡単に形成することができる。
このような収縮チューブとしては、例えば、日本バルカー工業（株）製のＰＦＡ収縮チューブ「バルフロン」などが挙げられる。
こうして形成される表面層の厚さは、３〜５００μｍが好ましい。

その他に定着ロール２５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、この塗布液を定着ロール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。
ここで塗布液には、フッ素系ポリマー以外に、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。

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、定着ロール２５の表面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を経て記録媒体の表面に転写されたキャリアが、さらに定着装置２７の定着ロール２５にまで移行した場合でも、キャリアが定着ロール２５の表面に強く付着しにくく、定着ロール２５の表面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、中間転写体を介さずにトナー像を感光体ドラム１２から記録媒体に転写する直接転写方式において、写真などの高濃度印刷を行った場合には、キャリアが定着ロール２５にまで移行しやすいが、その場合でも、定着ロール２５の表面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、キャリアは定着ロール２５の表面に強く付着せず、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、定着装置２７の定着ロール２５、すなわち定着部の表面へのキャリアの付着を防止でき、その結果、定着ロール２５の表面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。
（定着ロールの製造）
京セラミタ製の画像形成装置「ＫＭ−Ｃ２３６０改造機」を準備し、この装置の定着ロール（定着ロール基材）の表面に、ＰＦＡ収縮チューブ（日本バルカー工業（株）製のＰＦＡ収縮チューブ「バルフロン」を被せて、２００℃×３時間の条件で熱処理して、ＰＦＡからなる表面層（厚み：３００μｍ）を有する定着ロールを製造した。

［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、溶媒としてはテトラヒドロフラン（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、上記で製造した定着ロールを装着した装置（京セラミタ製の画像形成装置「ＫＭ−Ｃ２３６０改造機」）を用意し、その画像形成用ユニットの現像装置に、ＫＭ−Ｃ２３６０用の正帯電性トナーと得られたキャリアとからなる二成分現像剤をセットした。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、縦５ｃｍ×横２８ｃｍのベタ黒色の画像を連続で印字し、５０００枚毎にグレー画像を出力し、定着ロールに傷が生じたことによる白点が発生しているか確認した。
また、同時に定着ロールの表面を観察し、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。
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、ＫＭ−Ｃ２３６０用の正帯電性トナーは、以下のようにして得た。
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、質量平均粒子径が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、質量平均粒子径が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。

表１に示すように、各実施例によれば、白点の発生、定着ロール表面の傷、地肌かぶり、がいずれも抑制されていた。

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）
２５：定着ロール（定着部）
２７：定着装置

Claims (4)

1. トナーとキャリアとを含む二成分現像剤から感光体上にトナー像を形成した後、前記トナー像を記録媒体上に転写し、定着装置で定着させる画像形成装置において、
   前記定着装置の定着部には、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。
4. 前記トナー像は、前記感光体上から前記記録媒体上に直接転写されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の画像形成装置。

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