JP4724601B2 - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献3には、バイアス印加部材をブラシ状部材としたものが記載されている。
(式1)
添加剤埋没率X(%)={(Y1−Y2)/Y1}×100
また、請求項2の発明は、請求項1の画像形成装置において、前記バイアス印加ローラを前記像担持体よりもベルト移動方向下流側に配置したことを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1または2の画像形成装置において、前記ベルト部材の表面抵抗率を9.5〜12(LogΩ/□)としたことを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項3の画像形成装置において、前記ベルト部材の500Vの電圧を印加したときの電圧印加開始10秒後から5時間までの表面抵抗率の変化量が0.5(LogΩ/□)以下としたことを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項1乃至4いずれかの画像形成装置において、前記バイアス印加ローラを前記ベルト部材に対して位置決めする位置決め手段を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項1乃至5いずれかの画像形成装置において、前記ベルト部材として、ポリイミドまたはポリイミドアミドからなる単層ベルトを用いた特徴とする画像形成装置。
また、請求項7の発明は、請求項6の画像形成装置において、前記ベルト部材の厚みを40〜100μmにしたことを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、請求項1乃至7いずれかの画像形成装置において、前記トナーの結着樹脂として、ポリエステル樹脂を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項9の発明は、像担持体と、上記像担持体表面を帯電する帯電手段と、トナーを収容し、上記像担持体表面に形成された潜像に上記トナーを付着させて、像担持体にトナー像を形成する現像手段と、を備えたプロセスユニットを複数備え、各プロセスユニットで、上記帯電手段により表面が帯電した像担持体表面に潜像を形成し、トナーを収容した現像手段により像担持体表面に形成した潜像にトナーを付着させて像担持体表面にトナー像を形成する工程と、各プロセスユニットの像担持体に形成されたトナー像を、表面が無端移動し、前記表面が前記像担持体表面と順次接触してそれぞれ転写ニップを形成するベルト部材の裏面、かつ、各像担持体にそれぞれ個別に対応する位置にそれぞれ配置された各バイアス印加ローラから転写バイアスを印加して各プロセスユニットのトナー像を前記像担持体上から前記無端ベルト部材側に移動させる転写工程を実施する画像形成方法において、上記現像手段は、結着樹脂、着色剤を含有したトナー母体粒子表面に添加剤を外添したものであって、下記式で求められる前記添加剤の添加剤埋没率が40%以上のトナーを収容しており、前記像担持体の直径をA、前記バイアス印加ローラの直径をB、前記ベルト部材の厚みをCとしたとき、前記像担持体の軸方向に対して直交する仮想平面上において、前記像担持体軸中心から前記バイアス印加ローラの軸中心までの距離Lが、L>(A/2)+(B/2)+C、かつ、前記像担持体間の軸心間距離をWdとしたとき、前記像担持体と前記バイアス印加ローラとの前記ベルト部材移動方向の軸心間距離Dが、D<(wd/10)となるように前記バイアス印加ローラを配置したことを特徴とするものである。
添加剤埋没率X(%)={(Y1−Y2)/Y1}×100
Y1:添加剤埋没処理前のトナーBET比表面積
Y2:添加剤埋没処理後のトナーBET比表面積
添加剤埋没処理は、次のような処理を行うものである。すなわち、内容積300〜500mLのポリエチレン製軟膏瓶に、トナー10g、樹脂コートフェライト系キャリア100gを入れ、ターブラーミキサーを用いて100rpmで30分間混合処理するものである。
まず、この複写機の基本的な構成について説明する。図1は、本実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置は、プリンタ部100、給紙部200、プリンタ部100の上部に固定されたスキャナ部300、これに取り付けされた原稿自動搬送装置(以下、ADFという)400などを備えている。また、複写機内の各装置の動作を制御する図示しない制御部も備えている。
(式2)
L>(A/2)+(B/2)+C・・・・(式2)
(式3)
D<wd/10・・・・(式3)
また、中間転写ベルト10を用いた画像形成装置は専用の除電機構を設けず、回動中に導電性張架ローラとの接触により除電を行うことが一般的である。
導電性張架ローラによる中間転写ベルト10の除電速度は、中間転写ベルト10の表面抵抗率により異なり、表面抵抗率が高いと電位減衰の時定数も大きくなり、表面抵抗率が低いと時定数も小さくなる。また、図5に示すように、中間転写ベルト10の導電性張架ローラと巻きついてない部分からも導電性張架ローラへ電荷が流れる。このとき、表面抵抗率の低い中間転写ベルトは、電荷が流れ易いため、導電性張架ローラからかなり離間した位置からでも、電荷が導電性張架ローラへ流れ中間転写ベルトの除電が行われる。すなわち、表面抵抗率の低い中間転写ベルトは、表面抵抗率の高いものに比べて導電性張架ローラによる除電領域が広いため、除電速度が速くなる。一方、図に示すように、表面抵抗率が高い中間転写ベルト10は、電荷が流れ難いため除電領域が狭く、除電速度が遅くなり残留電荷が増える。残留電荷が増えると、中間転写ベルト10が回動中に近接部材との放電現象が発生しやすくなる。特に、表面抵抗率が12.0(LogΩ/□)を越えることで放電現象が顕著に発生しやすい。
また、表面抵抗率の変化量は、上述同様、加重2Kgにて、内側電極101aに500[V]印加し、リング電極101bに流れる電流を電流計にて測定し、電圧印加開始から、10秒後と5時間後の表面抵抗率を求める。そして、5時間後の表面抵抗率から、10秒後の表面抵抗率を差し引くことで、表面抵抗率の変化量を求めた。
図7は、中間転写ベルト10が厚膜のときの中間転写ベルト10のトナー像周りの様子を示す模式図である。図8は、中間転写ベルト10が薄膜ときの中間転写ベルト10のトナー像周りの様子を示す模式図である。
図7、図8に示すように中間転写ニップにおいて、トナー像周りの中間転写ベルト10は変形し感光体40と接触するのがわかる。そして、図7に示す厚膜の中間転写ベルト10は、図8に示す薄膜の中間転写ベルト10に比べて、感光体40との非接触領域が広いことがわかる。これは、中間転写ベルト10の厚みが厚くなると剛性が高くなり、変形しにくくなるためである。図7に示すように、感光体40との非接触領域が広くなると、トナー像にかかるニップ圧が増加し、トナーが凝集して、転写性が低下してしまう。特に、添加剤埋没度が40%以上のトナーの場合は、凝集し易いため、このようにニップ圧が高くなるような厚膜の中間転写ベルトは、好ましくない。また、中間転写ローラの硬度を低くして柔らかくして、トナー像の厚みによって中間転写ローラを変形させて、トナー像にかかるニップ圧を低減させることも考えられる。しかし、その効果は、わずかである。
ポリイミドは、一般的には芳香族多価カルボン酸無水物或いはその誘導体と芳香族ジアミンとの縮合反応によって得られる。しかし、その剛直な主鎖構造により不溶、不融の性質を持つため、酸無水物と芳香族ジアミンからまず有機溶媒に可溶なポリアミック酸(又はポリアミド酸〜ポリイミド前駆体)を合成し、この段階で様々な方法で成型加工が行われ、その後加熱若しくは化学的な方法で脱水環化(イミド化)することでポリイミドが得られる。
例えば芳香族多価カルボン酸無水物を具体的に挙げるなら
エチレンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水物、3、3´、4、4´−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3、3´、4、4´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。これらは単独あるいは2種以上混合して用いられる。
ポリアミック酸の重合反応に使用される有機極性溶媒としては、ポリアミック酸を溶解するものであれば特に限定されないが、N、N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンが特に好ましい。
それらは例えば、トレニース(東レ社製)、U−ワニス(宇部興産社製)、リカコート(新日本理化社製)、オプトマー(JSR社製)、SE812(日産化学社製)、CRC8000(住友ベークライト社製)等を代表的に挙げることが出来る。
なお、連続通電における表面抵抗率の上昇量は導電剤の分散状態で変化し、分散性を向上させることで上昇量を低減することが出来る。
本実施形態においては、下記の条件で埋没処理した後のトナー表面に外添された添加剤たる無機微粒子の添加剤埋没率Xが40%以上となるトナーが用いられる。無機微粒子の添加剤埋没率Xが40%以上となるようなトナーを用いることで、低温定着性に優れた画像形成装置を提供することができる。
次に添加剤埋没率Xを算出するときに行われる添加剤埋没処理について説明する。
内容積300〜500mLのポリエチレン製軟膏瓶に、トナー10g、樹脂コートフェライト系キャリア100gを入れ、ターブラーミキサーを用いて100rpmで30分間混合する。これにより、トナーの添加剤の埋没の進行が収まる(飽和)する。そして、樹脂コートフェライト系キャリアとしては、従来から公知のものが使用できるが、本発明においてはシリコーン系樹脂でコートされたフェライトキャリアEF963−60B(粒径35〜85μm、パウダーテック(株)製)を使用した。また、ターブラーミキサーはターブラーミキサーT2F型(ウィリー・エ・バッコーフェン(WAB)社製)を使用した。その後、軟膏瓶中に水300mLを加え、撹拌棒で軽く撹拌して水中でトナーとキャリアを分離させ、上澄み液であるトナー分散液を濾過処理した。濾過で得られたトナーは、室温環境で減圧乾燥し、添加剤埋没処理後のトナーを得た。
添加剤埋没処理前のトナー、および添加剤埋没処理後のトナーのBET比表面積は、自動比表面積/細孔分布測定装置TriStar3000(島津製作所製)を使用して測定した。具体的には、トナー1gを専用セルに入れ、TriStar用脱ガス専用ユニット バキュプレップ061(島津製作所製)を用いて、前記専用セル内の脱気処理を行った。脱気処理は室温で少なくとも100mtorr以下の減圧条件下で20時間行った。脱気処理を行った専用セルは、TriStar3000を用いて自動でBET比表面積を得ることが出来る。なお、吸着ガスとしては窒素ガスを用いて行った。
ポリエステルプレポリマーと、上記非反応性ポリエステルとともに、着色剤もしくは着色剤マスターバッチ、離型剤および荷電制御剤は、予め有機溶媒相中に溶解または分散させておくことが好ましい。
得られた分散液から有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に昇温させ、液滴中の有機溶媒を完全に蒸発除去する方法を用いるのが好ましい。
また、必要に応じて、導電粉等を被覆樹脂中に含有させてもよい。導電粉としては、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛等が使用できる。これらの導電粉は、平均粒子径1μm以下のものが好ましい。平均粒子径が1μmよりも大きくなると、電気抵抗の制御が困難になる。
芳香族多価カルボン酸無水物に3、3´、4、4´−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、芳香族ジアミンとしてp−フェニレンジアミン、有機極性溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンを用い重合を行いポリアミック酸溶液を得る。固形分濃度に対して17%のアセチレンブラックを添加しアクアマイザー(細川ミクロン社製)を用いて混合撹拌させ、最終固形分濃度が18%のポリイミド樹脂の前駆体であるポリアミック酸を得た。
導電剤の添加量等を変更して、表面抵抗率の異なるNo.2〜9の中間転写ベルトを作成した。なお、No.2〜9の中間転写ベルトの弾性率4200MPaとした。また、中間転写ベルトNo.5以外の中間転写ベルトの連続測定(10秒−5時間)における表面抵抗率の変化量は、0.2(LogΩ/□)にし、中間転写ベルトNo.5の連続測定(10秒−5時間)における表面抵抗率の変化量は、他の中間転写ベルトよりも分散条件を下げて、0.5(LogΩ/□)にした。
円筒型にディスペンサにより投入するポリアミック酸の量を変更して、膜厚の異なるNo.10〜16の中間転写ベルトを作成した。なお、No.10〜16の中間転写ベルトの表面抵抗率は、11.1(LogΩ/□)、弾性率4200MPa、連続測定(10秒−5時間)における表面抵抗率の変化量を0.2(LogΩ/□)に調整した。
水950部、ビニル系樹脂(スチレン−メタクリル酸−アクリル酸ブチル−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体)の水分散液(三洋化成工業製)20部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5%水溶液(エレミノールMON−7、三洋化成工業製)16部、高分子保護コロイド カルボキシメチルセルロース(セロゲンBSH、三洋化成工業製)の3.0%水溶液を12部、および酢酸エチル130部を混合撹拌させ、乳白色の液体を得た。これを水相とする。
水1200部、カーボンブラック(リーガル400R、キャボット社製)50部、ポリエステル樹脂(RS801、三洋化成工業製、重量平均分子量 19、000、Tg64)50部を、更には水30部を加え、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)で混合し、混合物を2本ロールで150℃、30分混練後、圧延冷却しパルペライザーで粉砕して、カーボンブラックマスターバッチを得た。
得られたトナーAの重量平均粒径(D4)は5.8μm、個数平均粒径(Dn)は5.1μ、平均円形度は0.97、添加剤埋没率X(埋没度)は42%であった。
上記トナーAにおける、「ポリエステル樹脂(RS801、三洋化成製重量平均分子量 19、000、Tg64)500部」を「ポリエステル樹脂(三洋化成工業製、数平均分子量9、800、重量平均分子量33、000、Tg68℃)500部」に変更して、重量平均粒径(D4)は5.9μm、個数平均粒径(Dn)は5.2μ、平均円形度は0.97、添加剤埋没率X(埋没度)30%のトナーを得た。
上記トナーAにおける、「ポリエステル樹脂(RS801、三洋化成製)500部」を「ポリエステル樹脂(三洋化成工業製、数平均分子量2、500、重量平均分子量6、700、Tg44℃)500部」に変更して、重量平均粒径(D4)は5.8μm、個数平均粒径(Dn)は5.1μ、平均円形度は0.97、添加剤埋没率X(埋没度)70%のトナーを得た。
上記トナーAにおける、「ポリエステル樹脂(RS801、三洋化成製)500部」を「ポリエステル樹脂(三洋化成製、重量平均分子量 12、000、Tg56)500部」に変更して、重量平均粒径(D4)は5.7μm、個数平均粒径(Dn)は5.1μ、平均円形度は0.98、添加剤埋没率X(埋没度)56%のトナーを得た。
上記トナーAにおける、「ポリエステル樹脂(RS801、三洋化成製)500部」を「ポリエステル樹脂(三洋化成製、重量平均分子量 27、000、Tg66)500部」に変更して、重量平均粒径(D4)は5.7μm、個数平均粒径(Dn)は5.1μ、平均円形度は0.98、添加剤埋没率X(埋没度)38%のトナーを得た。
まず、電解水溶液100〜150ml中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ホン酸塩)を0.1〜5ml加える。ここで、電解液とは1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。ここで、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径(D4)、個数平均粒径(Dn)を求めることができる。
図10(a)、(b)は、実施例および比較例に使用した画像形成装置の感光体40と中間転写ローラ62との配置関係を示した模式図である。
図に示すように、感光体の直径40mm、中間転写ローラの直径16mm、感光体間距離Wd=100mmの画像形成装置を使用した。
また、ニップ幅は、次のようにして測定した。まず、中間転写ベルト上に均一なトナー像を形成し、用紙に転写される前に機械の電源を切る。次に、転写ユニットを機械から外し、中間転写ベルト上のトナー像を転写ニップ測定する感光体の位置へ手動で移動させる。次に、中間転写ベルトが回転しないように駆動ギア等外す。次に、中間転写ローラに電圧が印加されないように電極等を外し転写ユニットを機械本体にセットする。次に、装置の電源投入させ停止状態の中間転写ベルトと感光体と摺擦させ、中間転写ベルト上のトナー像に摺擦跡を形成させる。なお、外部から手動で感光体を回転させてもよい。そして、転写ユニットを機械から取り出し摺擦トナー像からニップ幅Wnを測定する。実施例および比較例に使用した画像形成装置においては、ニップ幅Wnが2.5mmとなるように中間転写ローラ62の中間転写ベルト10に対する当接圧や、中間転写ベルト10への食い込み量を調整している。具体的には、実施例10以外の画像形成装置においては、先の図4に示すように、軸受62aを長穴71の上面に突き当てて、中間転写ローラ62の中間転写ベルト10に対する当接圧が2.5N/cmとなるようにしている。一方、実施例11の画像形成装置は、図11に示すように、バネ62aの付勢力で、中間転写ローラ62の中間転写ベルト10への食い込み量が0.5mmとなるようにしている。
転写率は、次のようにして求める。まず、一定画像形状の単色トナー像を中間転写ベルト移動方向に複数形成させる。画像形状は面積が大きいほど測定精度が高くなるが、感光体径によって異ならせる必要がある。最初のトナー像が中間転写され最終トナー像が感光体上に形成されている状態で電源を瞬断し、感光体、転写ユニットを機械本体から取り出す。感光体上トナー量Ktと、中間転写ベルト上トナー量Btとをフィルターを介して吸引し、トナー重量を計測し転写率を以下の式から計算する。
(式4)
転写率=Bt/Kt×100・・・・・・・(式4)
(式5)
逆転写率=(Bt1−Bt2)/Bt1×100・・・・・・・(式5)
また、表4に示すように、ベルト膜厚が100μmを越えた膜厚を有する中間転写ベルトを用いた比較例10、11の画像形成装置において、逆転写率が7.0%以上になっているのは、次にような理由によるものだと考えられる。すなわち、比較例10、11の画像形成装置は、上述したように、転写性が悪いため、93%の転写率を得るために、中間転写ローラ62に印加する電圧が高く設定されている。しかし、印加する電圧を高くすると、中間転写ベルト上のトナーが複数の中間転写ニップを通過する間に逆帯電してしまい、中間転写ベルト上の多くのトナーが感光体に逆転写してしまう。このため、逆転写率が7.0%以上となってしまったと考えられる。一方、ベルト膜厚が100μm以下の中間転写ベルトを用いた実施例10〜実施例15の画像形成装置においては、ベタ部転写性が良好なので、転写バイアスが低く抑えることができるため、逆転写率が抑えられ、良好な画像を得ることができた。また、先の図11に示すように、バネの付勢力で中間転写ローラを中間転写ベルトに当接させた実施例10の画像形成装置も、低温定着することができ、かつ、転写不良などのない良好な画像を得ることができることがわかる。
10 中間転写ベルト
10a 転写搬送ベルト
18C、M、Y、K 画像形成手段
20 タンデム画像形成部
22 二次転写装置
25 定着装置
26 定着ローラ
27 加圧ローラ
40Y、C、M、K 感光体
62Y、C、M、K 中間転写ローラ
Claims (9)
- トナー像を担持する像担持体と、
上記像担持体表面を帯電する帯電手段と、
トナーを収容し、上記像担持体表面に形成された潜像に上記トナーを付着させて、像担持体にトナー像を形成する現像手段と、を備えた複数のプロセスユニットと、
各プロセスユニットの帯電した像担持体表面に潜像を形成する潜像形成手段と、
表面が無端移動し、各プロセスユニットの像担持体と順次接触させてそれぞれ転写ニップを形成するベルト部材と、
各像担持体にそれぞれ個別に対応する位置にそれぞれベルト部材の裏面から転写バイアスを印加して前記トナー像を前記像担持体上から前記無端ベルト部材側に移動させるバイアス印加ローラとを備えた画像形成装置において、
上記各現像手段は、結着樹脂および着色剤を含有したトナー母体粒子表面に添加剤を外添したものであって、下記式で求められる前記添加剤の添加剤埋没率が40%以上のトナーを収容しており、
前記各像担持体の直径をA、前記各バイアス印加ローラの直径をB、前記ベルト部材の厚みをCとしたとき、前記像担持体の軸方向に対して直交する仮想平面上において、前記各像担持体軸中心から前記各バイアス印加ローラの軸中心までの距離Lが、
L>(A/2)+(B/2)+C
かつ、前記像担持体間の軸心間距離をWdとしたとき、前記像担持体と前記バイアス印加ローラとの前記ベルト部材移動方向の軸心間距離Dが、
D<(wd/10)
となるように前記バイアス印加ローラを配置したことを特徴とする画像形成装置。
添加剤埋没率X(%)={(Y1−Y2)/Y1}×100
Y1:添加剤埋没処理前のトナーBET比表面積
Y2:添加剤埋没処理後のトナーBET比表面積 - 請求項1の画像形成装置において、
前記バイアス印加ローラを前記像担持体よりもベルト移動方向下流側に配置したことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1または2の画像形成装置において、
前記ベルト部材の表面抵抗率を9.5〜12(LogΩ/□)としたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項3の画像形成装置において、
前記ベルト部材の500Vの電圧を印加したときの電圧印加開始10秒後から5時間までの表面抵抗率の変化量が0.5(LogΩ/□)以下としたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至4いずれかの画像形成装置において、
前記バイアス印加ローラを前記ベルト部材に対して位置決めする位置決め手段を設けたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至5いずれかの画像形成装置において、
前記ベルト部材として、ポリイミドまたはポリイミドアミドからなる単層ベルトを用いた特徴とする画像形成装置。 - 請求項6の画像形成装置において、
前記ベルト部材の厚みを40〜100μmにしたことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1乃至7いずれかの画像形成装置において、
前記トナーの結着樹脂として、ポリエステル樹脂を用いたことを特徴とする画像形成装置。 - 像担持体と、上記像担持体表面を帯電する帯電手段と、トナーを収容し、上記像担持体表面に形成された潜像に上記トナーを付着させて、像担持体にトナー像を形成する現像手段と、を備えたプロセスユニットを複数備え、
各プロセスユニットで、上記帯電手段により表面が帯電した像担持体表面に潜像を形成し、トナーを収容した現像手段により像担持体表面に形成した潜像にトナーを付着させて像担持体表面にトナー像を形成する工程と、
各プロセスユニットの像担持体に形成されたトナー像を、表面が無端移動し、前記表面が前記像担持体表面と順次接触してそれぞれ転写ニップを形成するベルト部材の裏面、かつ、各像担持体にそれぞれ個別に対応する位置にそれぞれ配置された各バイアス印加ローラから転写バイアスを印加して各プロセスユニットのトナー像を前記像担持体上から前記無端ベルト部材側に移動させる転写工程を実施する画像形成方法において、
上記現像手段は、結着樹脂、着色剤を含有したトナー母体粒子表面に添加剤を外添したものであって、下記式で求められる前記添加剤の添加剤埋没率が40%以上のトナーを収容しており、
前記像担持体の直径をA、前記バイアス印加ローラの直径をB、前記ベルト部材の厚みをCとしたとき、前記像担持体の軸方向に対して直交する仮想平面上において、前記像担持体軸中心から前記バイアス印加ローラの軸中心までの距離Lが、
L>(A/2)+(B/2)+C、
かつ、前記像担持体間の軸心間距離をWdとしたとき、前記像担持体と前記バイアス印加ローラとの前記ベルト部材移動方向の軸心間距離Dが、
D<(wd/10)
となるように前記バイアス印加ローラを配置したことを特徴とする画像形成方法。
添加剤埋没率X(%)={(Y1−Y2)/Y1}×100
Y1:添加剤埋没処理前のトナーBET比表面積
Y2:添加剤埋没処理後のトナーBET比表面積
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