JP5531377B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
中間転写体を用いた画像形成装置は、感光体上に形成したトナー像を一旦中間転写体上に転写してから記録媒体に転写、定着する方式であり、中間転写体を用いることで、多色の多重転写時の安定性向上、小型化やレイアウトの自由度増大、画像形成速度の向上など、多くの利点が得られる。
すなわち請求項1に係る発明は、
像保持体と、
前記像保持体表面を帯電する帯電手段と、
前記帯電手段によって帯電された前記像保持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
トナーを含む現像剤により前記静電潜像をトナー像に現像する現像手段と、
前記像保持体に接触し、前記トナー像が前記像保持体から一次転写される中間転写体と、
前記トナー像を前記中間転写体に一次転写する一次転写手段と、
前記中間転写体に転写された前記トナー像を記録媒体に二次転写する二次転写手段と、を備え、
前記中間転写体が前記像保持体表面に接触する接触部において、前記像保持体の移動速度と前記中間転写体の移動速度との間に速度差が常時設けられ、前記速度差の絶対値は10mm/secを超えて20mm/sec以下であり、
前記トナーは、トナー粒子及び数平均粒子径が50nm以上300nm以下の球形粒子を含み、前記球形粒子の遊離率が5体積%以上40体積%以下である画像形成装置である。
前記中間転写体は、中間転写ベルトであり、
前記一次転写手段は、前記中間転写ベルトを介して前記像保持体に押圧して配された剛性体の一次転写ロールである、請求項1に記載の画像形成装置である。
請求項3に係る発明は、
前記速度差の絶対値は18mm/sec以上20mm/sec以下である請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置である。
図1は、本発明の第1実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。
そして中間転写ベルト12の内周面側には、感光体ドラム10に対向する位置に一次転写ロール20が配設され、一次転写ロール20が中間転写ベルト12を介して感光体ドラム10に押圧することにより、接触部11に圧力がかけられている。このようにして一次転写部位が構成されている。
本実施形態では、一次転写ロール20が中間転写ベルト12を介して感光体ドラム10に押圧する構成を採用しているが、中間転写ベルト12が感光体ドラム10に接していればよく、一次転写ロール20が中間転写ベルト12に接していない構成や、コロトロンを用いた転写装置でもよい。
本実施形態においては、耐摩耗性を持ち高トルクになりやすい高硬度感光体、オーバーコート層感光体等が望ましい。
また、像保持体として感光体ドラム10の代わりに感光体ベルトを用いることもできる。
また、露光装置16は感光体ドラム10上に光によって像を書き込めるものであればよく、本実施形態では、例えばレーザービームをポリゴンミラーでスキャンするスキャナが用いられているが、これに限られるものではなく、ELを用いたプリントヘッドやLEDを用いたプリントヘッドなど適宜選択して差し支えない。
更に、現像装置18としては、例えばロータリー型の現像装置が用いられるが、ロータリー型の現像装置18は各色成分トナーを含む現像剤が収容された現像機を回転可能に搭載したものであり、例えば、感光体ドラム10上で露光によって、電位が低下した部分に各色成分トナーを付着させるものであれば適宜選定して差し支えなく、使用するトナー形状、粒径など特に制限無く、感光体ドラム10上の静電潜像上に正確に載るものであればよい。尚、本実施形態では、現像装置18としてロータリー型のものが用いられているが、4台の現像装置を用いるようにしてもよい。
更にまた、クリーニング装置22については、感光体ドラム10上の残留トナーを清掃するものであれば、ブレードクリーニング方式を採用したもの、ブラシ方式を採用したもの等適宜選定して差し支えなく、クリーニング装置22を使用しない態様もありえる。
中間転写体として中間転写ベルト12を用いる場合、中間転写ベルト12は単層でも複層でもよいが、ベルト基材と、このベルト基材の表面を被覆する導電性保護層とを備えていることがよい。ベルト基材としては、例えばエチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム(EPDM)、天然ゴム(NR)、クロロプレンゴム(CR)、イソプレンゴム(IR)、スチレン−ブタジエン共重合ゴム(SBR)、フッ素ゴム(FKM)、シリコーンゴム、エピクロロヒドリンゴム(CHR,ECO)、多硫化ゴム、ウレタンゴム、ポリイミド、ポリエーテルケトン、ポリフッ化ビニリデン、ポリカーボネートなどのエンジニアリングプラスチックス及びこれらの2種類以上をブレンドしてなる材料等に、導電材料、例えばカーボン、その他金属粒子により抵抗調整された材料が用いられているが、これに限定されるものではない。
一次転写手段として一次転写ロール20を用いる場合、一次転写ロール20として、
具体的には、例えば、金属芯にゴムや発泡ゴムなどの弾性層を付けたロールや、表面を樹脂やめっきでコートした剛性体金属ロール等の従来公知の基材を用いることができる。
しかし本実施形態においては、上記構成のトナーを用いているため、感光体ドラム10及び中間転写ベルト12の損傷が抑制され、画質低下が抑制される。
また金属素管にコートする薄層の材料としては、具体的には、例えば、ガラス繊維強化プラスチックス、ナイロン、ポリカーボネート、シランカップリング剤等が挙げられ、金属素管に薄層コートする方法としては、例えば、溶液ディップ法、粉体塗料焼付ける方法、フィルムを巻きつけて接着する方法などが挙げられる。
さらに上記硬質ゴムとしては、具体的には、例えば、炭素粉末や繊維などで強化したゴム、エボナイト、ウレタンゴム、スチレンブタジエンゴム等が挙げられる。
また、めっきや酸化膜などの表面層を形成しても良い。
トナーは、トナー粒子及び数平均粒子径が50nm以上300nm以下の球形粒子を含み、前記球形粒子の遊離率が5体積%以上40体積%以下であり、感光体ドラム10と中間転写ドラム12の接触部において速度差を設けることで、感光体ドラム10表面への汚染物質(トナー成分等)の固着が抑制されると共に、接触部11における摺動性が向上されることにより、感光体ドラム10及び中間転写ベルト12の損傷、並びに、画像欠陥が抑制される。
ここで「球形粒子」とは、形状係数SF1が100以上135以下である粒子を言う。
球形粒子の形状係数SF1は、100以上125以下が望ましい。粒子の形状係数SF1が上記範囲であると、例えば粒子が鋭角な角を有する形状である場合等に比べ、接触部11における感光体ドラム10や中間転写ベルト12の損傷が抑制される。
具体的には、走査型電子顕微鏡(日立株式会社製:S−4100)によって撮影したトナー画像を画像解析装置(LUZEXIII、ニレコ社製)に取り込み円相当径を測定し、最大長及び面積から、個々の粒子について下記式により形状係数SF1の値を求める。
式:SF1=(ML2/A)×(π/4)×100
ここで、ML:トナー粒子の絶対最大長、A:トナー粒子の投影面積、π:円周率であり、真球の場合、SF1=100で最小となる。
一方、球形粒子の数平均粒子径が上記範囲よりも大きいと、接触部11において感光体ドラム10や中間転写ベルト12の表面に傷をつけやすくなる。
具体的には、走査型電子顕微鏡(日立株式会社製:S−4100)を用いて球形粒子を観察し、300個の一次粒子の粒子径を測定してその平均値を求め、球形粒子の数平均粒子径とした。
本実施形態においては、トナー粒子に適度な量の球形粒子が付着しているため、トナーの劣化が抑制される。外添剤が埋没したり表面層がむけて内部の離型剤などが露出した劣化トナーは付着性が高く、部材を汚染しやすいが、本発明のトナーは劣化しにくいため、感光体ドラム10及び中間転写ベルト12への汚染物質の付着が抑制される。
具体的には、トナー粒子と球形粒子を含む測定サンプル(以後、トナーと表記)を、清浄なガラス板の上に載せ、1L/minの速度で吸引する。吸引経路中に開口径0.1μm、Whatmanジャパン社製ポリカーボネートのメンブレンフィルタを設置し、トナーをメンブレンフィルタ上に捕集して測定サンプルとする。この測定サンプルを堀場製作所製パーティクルアナライザDP1000に設置し、トナー粒子に起因する元素と球形粒子に起因する元素についてそれぞれチャンネルに設定し、測定を行なう。測定時の粒子カウント濃度は1測定スキャン当たり、500から1000個に調整する。
トナー粒子に起因する元素と同期せずに発光した球形粒子に起因する元素の発光を、遊離球形粒子によるものとし、その発光強度を粒子の体積に換算して、遊離した球形粒子の体積率を求める、これを球形粒子の遊離率とする。
無機球形粒子としては、具体的には、例えば、シリカ粒子、アルミナ粒子、チタニア粒子、金属粒子等が挙げられる。
有機球形粒子としては、具体的には、例えば、PMMA(ポリメチルメタクリレート)粒子、ポリスチレン粒子、ナイロン粒子等が挙げられる。粒子の強度を挙げるために架橋することがより好ましく、前述のMMAやスチレンとともに架橋性のジビニルベンゼンを用いて重合を行なったり、メラミン樹脂粒子やウレタン樹脂粒子などを用いたりすることなどが挙げられる。
シランカップリング剤としては、例えば、ジメチルジクロルシラン,トリメチルクロルシラン,アリルジメチルクロルシラン,ヘキサメチルジシラザン,アリルフェニルジクロルシラン,ベンジルジメチルクロルシラン,ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメキシシラン,ビニルトリアセトキシシラン,ジビニルクロルシラン,ジメチルビニルクロルシラン等が挙げられる。
さらに感光体ドラム10表面への汚染物質の固着抑制効果を高めるために、上記速度差を有する接触部11における押圧を大きくしすぎると、接触部11において感光体ドラム10と中間転写ベルト12との間に働く摩擦抵抗が大きくなる。すると接触部11において円滑な摺擦状態を保てなくなり、「びびり状態」になり、その結果、横縞状の濃度ムラ等の画質異常(バンディング)や細線の乱れが発生し、出力画像の品質を大きく低下させてしまう。
トナー粒子は、少なくとも結着樹脂を含み、必要に応じて、着色剤、離型剤、その他の内添剤を含んでもよい。
スチレン系単量体としては、具体的には、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルナフタレンや、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2−エチルスチレン、3−エチルスチレン、4−エチルスチレン等のアルキル鎖を持つアルキル置換スチレン、2−クロロスチレン、3−クロロスチレン、4−クロロスチレン等のハロゲン置換スチレン、4−フルオロスチレン、2,5−ジフルオロスチレン等のフッ素置換スチレン等が挙げられる。また、(メタ)アクリル酸系単量体としては、具体的には、例えば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸n−メチル、(メタ)アクリル酸n−エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸n−ペンチル、(メタ)アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸n−ヘプチル、(メタ)アクリル酸n−オクチル、(メタ)アクリル酸n−デシル、(メタ)アクリル酸n−ドデシル、(メタ)アクリル酸n−ラウリル、(メタ)アクリル酸n−テトラデシル、(メタ)アクリル酸n−ヘキサデシル、(メタ)アクリル酸n−オクタデシル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸イソペンチル、(メタ)アクリル酸アミル、(メタ)アクリル酸ネオペンチル、(メタ)アクリル酸イソヘキシル、(メタ)アクリル酸イソヘプチル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ビフェニル、(メタ)アクリル酸ジフェニルエチル、(メタ)アクリル酸t−ブチルフェニル、(メタ)アクリル酸ターフェニル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸t−ブチルシクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸メトキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸−βカルボキシエチル、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。これらのモノマーを適宜組み合わせて公知の方法により製造することができる。
上記磁性体を含有させて磁性トナーとして用いる場合、これらの強磁性体は体積平均粒子径が2μm以下であることが望ましく、0.1μm以上0.5μm以下程度のものがより望ましい。トナー中に含有させる磁性体の量としては、樹脂成分100質量部に対し20質量部以上200質量部以下が望ましく、特に樹脂成分100質量部に対し40質量部以上150質量部以下が望ましい。また磁性体は、10Kエルステッド印加での磁気特性が保磁力(Hc)20エルステッド以上300エルステッド以下、飽和磁化(σs)50emu/g以上200emu/g以下、残留磁化(σr)2emu/g以上20emu/g以下のものが望ましい。
トナー粒子の体積平均粒径の測定は、コールターマルチサイザー−II型(ベックマン−コールター社製)を用いて、50μmのアパーチャー径で測定する。この時、測定は、トナー粒子を電解質水溶液(アイソトン水溶液)に分散させ、超音波により30秒以上分散させた後に行う。
すなわち、「球形粒子」の一部とその他の外部添加剤とトナー粒子とをヘンシェルミキサーに入れて高周速で攪拌したり温度をかけながら攪拌したり長い間攪拌し続けたりする。ヘンシェルミキサー停止後に残りの「球形粒子」をさらにヘンシェルミキサーに投入し、低周速で短時間攪拌したり、冷却しながら短時間攪拌したりする。このとき先に投入する「球形粒子」の割合を変えることで体積遊離率を調整したり、攪拌条件を変更することで「球形粒子」の体積遊離率を調整したりすることができる。
他には、「球形粒子」の一部とその他の外部添加剤とトナー粒子とをハイブリタイザで混合してから取り出し、篩分して粗大粉を除去後にさらに残りの「球形粒子」とVブレンダーで混合したりするなどの方法で、「球形粒子」の体積遊離率を調整することができる。
好ましいブレンド条件、周速度や温度、時間、混合する順番や量などは、用いる「球形粒子」、トナー粒子、その他の外部添加剤などによって調整することができる。
キャリアとしては、特に制限はなく、公知のキャリアを用いることができる。例えば酸化鉄、ニッケル、コバルト等の磁性金属、フェライト、マグネタイト等の磁性酸化物や、これら芯材表面に樹脂被覆層を有する樹脂コートキャリア、磁性分散型キャリア等を挙げることができる。またマトリックス樹脂に導電材料などが分散された樹脂分散型キャリアであってもよい。
本実施形態に係る画像形成装置では、次のような作像プロセスによりトナー画像を形成する。不図示の画像信号処理手段から入力される各色のデジタル画像信号に応じて作像プロセスが行われるが、具体的には、まず、帯電装置14により一様に帯電された感光体ドラム10にデジタル信号に応じた静電潜像を露光装置16にて夫々書き込ませる。そして、これらの各静電潜像を各色のトナーを収容した現像装置18により現像して上記各色のトナー像を形成させる。
上記速度差の絶対値を上記範囲とすることにより、より感光体ドラム10表面への汚染物質の固着が抑制されると共に、接触部11における摺動性が向上することにより画像欠陥が抑制される。
上記速度差の絶対値が上記範囲よりも小さいと、感光体ドラム10の表面から汚染物質を除去する能力を十分に得ることが出来なくなることがある。また上記速度差の絶対値が上記範囲よりも大きいと、一次転写時におけるトナー像の乱れが顕著になり、正常な出力画像を得ることが困難になることがある。
―樹脂粒子分散液の調整―
・スチレン 308質量部
・n−ブチルアクリレート 100質量部
・アクリル酸 4質量部
・ドデカンチオール 6質量部
・プロパンジオールアクリレート 1.5質量部
次いで、系内を十分に窒素で置換した後、フラスコを攪拌しながらオイルバスで加熱し、乳化重合を行った。
これにより、樹脂粒子の中心粒径(体積平均粒径)178nm、ガラス転移温度52℃、重量平均分子量Mw32000の樹脂粒子分散液を得た。
・マゼンダ顔料(C.I.ピグメント・レッド57) 40質量部
・アニオン性界面活性剤(ネオゲンSC、第一工業製薬社製) 5質量部
・イオン交換水 200質量部
・ポリエチレンワックス(炭化水素系ワックス、融点88℃) 50質量部
・アニオン性界面活性剤
(ネオゲンSC、第一工業製薬社製 固形分65%) 2.3質量部
・イオン交換水 200質量部
・樹脂粒子分散液 187質量部
・着色剤粒子分散液 42.7質量部
・離型剤粒子分散液 60.0質量部
・ポリ塩化アルミニウム(10%水溶液) 2.6質量部
・イオン交換水 375質量部
上記において調整されたトナー粒子100質量部、球形粒子としてシリカ粒子(形状係数SF1:112、数平均粒子径:100nm)を1.8質量部、数平均粒子径12nmのジメチルシリコーンオイル処理シリカ0.5質量部、数平均粒子径30nmのシリコーンオイル処理シリカ1質量部、を粉体処理装置(ノビルタNOB130、ホソカワミクロン社製)でクリアランス3mm、周速1500rpm、ジャケットに冷却水を流しながら15分間攪拌混合を行った後、45μmの目開きの篩を用いて粗大粒子を除去し、混合粉体1を得た。この工程をブレンド1と呼ぶ。
次に得られた混合粉体1と、ブレンド1で用いたものと同じ球形粒子としてシリカ粒子(形状係数SF1:112、数平均粒子径:100nm)を0.2質量部を、ジャケットに冷却水を流した5Lヘンシェルミキサーに投入し、攪拌翼回転速度が周速15m/sで15分間ブレンドを行った後、45μmの目開きのシーブを用いて粗大粒子を除去しトナー1を得た。この混合工程をブレンド2と呼ぶ。
外添剤(球形粒子)の含有量は2質量%、遊離率は、13体積%であった。
球形粒子の材料、形状係数SF1、数平均粒子径、含有量、外添条件(ブレンド1の攪拌混合条件、ブレンド1の球形粒子添加量、ブレンド2の攪拌混合条件、ブレンド2の球形粒子添加量)を表1のようにした以外は、トナー1と同様に調整し、トナー2からトナー15を調整した。外添剤の遊離率を表1に示す。
50μmのフェライトコアにポリメチルメタクリレート(総研化学社製)を1質量%コートしてキャリアを調製した。これらのキャリアとトナー1を混合し、トナー濃度が8質量%となるように調製して現像剤1を作製した。
トナー1を300g、Docu Centre Color 400のトナーカートリッジに入れて、トナーカートリッジ1を得た。
トナー1の代わりに、それぞれトナー2からトナー15を用いた以外は、現像剤1と同様にして現像剤2から現像剤15を作製した
トナー1の代わりに、それぞれトナー2からトナー15を用いた以外は、トナーカートリッジ1と同様にしてトナーカートリッジ2からトナーカートリッジ15を作成した。
富士ゼロックス社製複写機:Docu Centre Color400に、単色でも画像出力が行なえる用に改造し、Magenta位置に上記において調整した現像剤1が収容されたテスト用の現像装置を設置し、残りのYellow位置、Cyan位置、Kuro位置にはDCC400そのままの現像装置を設置した。また、Magenta位置に上記において調整したトナーカートリッジ1を、Magenta位置に設置し、Yellow位置、Cyan位置、Kuro位置にはDCC400そのままのトナーカートリッジを設置した。
また一次転写手段として、直径5mmのステンレス円筒の表面に厚さ5mmの独立気泡発泡ウレタンゴム(JIS K 6253 デュロメータ タイプAスプリング式測定でHardness Spring 43度、カーボン含有)を巻きつけた一次転写ロールを用いた。
さらに画像形成を制御するためのコンピュータをDocu Centre Color400に接続し、改造型のDocu Centre Color400を作製した。
用いたトナー、接触部における速度差、一次転写装置を表2のようにした以外は、実施例1と同様にして画像形成を行った。なお、実施例12において用いた一次転写手段は、直径15mmのステンレスパイプにカーボンを分散したポリカーボネート樹脂を溶液ディップ法で40μmの厚さにコーティングし、端部は直径5mmの軸と接合するステンレスのフランジを取りつけた一次転写ロールを用いた。また、得られたハイライト画像のプロセス方向筋筋状画像乱れと横方向濃度むら、格子状ライン画像のラインの乱れ画像形成後における感光体の表面における損傷の評価を行った。これらの評価結果について表2に示す。
得られたハイライト画像のプロセス方向の筋状の画像乱れを目視により観察し、画像形成開始から何枚目において筋状画像乱れが発生したかについて評価した。筋状画像乱れの発生枚数が50000枚目以上であれば実用上問題ない。
得られた格子状ライン画像を目視により観察し、横方向濃度ムラの有無を確認した。評価基準は以下の通りであり、◎又は○であれば実用上問題ない。
◎:全面ハイライト画像の横方向濃度ムラは見られない。
○:全面ハイライト画像の横方向濃度ムラが若干見られるが、実用上、問題ないレベル。
×:全面ハイライト画像の横方向濃度ムラが著しく、実用上、問題となるレベル。
得られた格子状ライン画像を目視により観察し、横方向濃度ムラの有無を確認した。評価基準は以下の通りであり、◎又は○であれば実用上問題ない。
◎:全面ハイライト画像の横方向濃度ムラは見られない。
○:全面ハイライト画像の横方向濃度ムラが若干見られるが、実用上、問題ないレベル。
△:全面ハイライト画像の横方向濃度ムラが所々見られ、実用上、問題となるレベル。
×:全面ハイライト画像の横方向濃度ムラが著しく、実用上、問題となるレベル。
10万枚画像形成後の全面格子状ライン画像のライン像の乱れを確認した。さらに上記画像形成を行った後に感光体を取り出し、エタノールで表面の汚れを除去してから、表面を目視により観察し、損傷の有無を確認した。評価基準は以下の通りであり、◎、又は○であれば実用上問題ない。
◎:ライン像の乱れは無く、感光体表面観察では損傷は確認できない。
○:ライン像の乱れは無く、感光体表面観察では損傷が若干見られこのまま使用を続けると将来的には画像欠陥が発生する可能性があるが、通常の使用では、問題ないレベル。
△:ライン像に若干のかすれがあり、感光体表面観察では損傷が所々見られ、実用上、問題となるレベル。
×:ライン像に途切れやかすれが見られ、感光体表面観察では損傷が多く見られ、実用上、問題となるレベル。
××:ライン像に途切れが顕著であり、感光体表面観察では損傷が著しく、使用を継続すると画像形成装置の故障に発展する可能性が高いレベル。
11 接触部
12 中間転写ベルト(中間転写体)
14 帯電装置(帯電手段)
16 露光装置(静電潜像形成手段)
18 現像装置(現像手段)
20 一次転写ロール(一次転写手段)
26 二次転写ロール(二次転写手段)
P 記録材(記録媒体)
Claims (3)
- 像保持体と、
前記像保持体表面を帯電する帯電手段と、
前記帯電手段によって帯電された前記像保持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
トナーを含む現像剤により前記静電潜像をトナー像に現像する現像手段と、
前記像保持体に接触し、前記トナー像が前記像保持体から一次転写される中間転写体と、
前記トナー像を前記中間転写体に一次転写する一次転写手段と、
前記中間転写体に転写された前記トナー像を記録媒体に二次転写する二次転写手段と、を備え、
前記中間転写体が前記像保持体表面に接触する接触部において、前記像保持体の移動速度と前記中間転写体の移動速度との間に速度差が常時設けられ、前記速度差の絶対値は10mm/secを超えて20mm/sec以下であり、
前記トナーは、トナー粒子及び数平均粒子径が50nm以上300nm以下の球形粒子を含み、前記球形粒子の遊離率が5体積%以上40体積%以下である画像形成装置。 - 前記中間転写体は、中間転写ベルトであり、
前記一次転写手段は、前記中間転写ベルトを介して前記像保持体に押圧して配された剛性体の一次転写ロールである、請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記速度差の絶対値は18mm/sec以上20mm/sec以下である請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置。
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