JP2003084489A

JP2003084489A - 画像形成装置

Info

Publication number: JP2003084489A
Application number: JP2001279911A
Authority: JP
Inventors: Mikio Furumizu; 幹央古水
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2003-03-19

Abstract

(57)【要約】【課題】トナーの使用履歴にかかわらず、安定した転
写特性が得られるようにすることを目的とする。【解決手段】樹脂母粒子表面に外添剤を被覆したトナ
ーを用いたクリーナレスシステムの画像形成装置におい
て、第１転写体（１９）とトナーとの付着力が像担持体
（１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｙ，１０Ｂｋ）とトナーとの付
着力より大きく、かつ第１転写体と樹脂母粒子の付着力
が像担持体と樹脂母粒子の付着よりよりも大きいように
したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は樹脂母粒子表面に外
添剤を被覆したトナーを用いたクリーナレスシステムの
画像形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー電子写真においては、感光体の摩
耗を防止し、カラー像の重ね合わせを容易にするために
中間転写体が使用されている。また、２０μｍ以下、あ
るいは１０μｍ以下の小粒径トナーを用いて解像度を向
上させることが行われている。しかし、小粒径トナーは
大粒径トナーに比して転写性が悪く、転写性向上のため
に転写電界を強めると絶縁破壊が発生し、像欠陥が生じ
てしまうという問題がある。この転写性はトナーと感光
体、トナーと中間転写体との間の付着力（ファンデルワ
ース力、鏡像力）に依存している。

【０００３】そこで、転写性を向上させるために、感光
体とトナーの付着力よりも中間転写体とトナーの付着力
を大きくし、さらに中間転写体とトナーの付着力よりも
トナーと転写枚葉紙との付着力を大きくするものが提案
されている（特表平５ー５０３３７号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一成分非磁
性トナーにおいては、樹脂母粒子表面に外添剤を被覆し
てトナーの付着力を弱めるとともに、帯電性能を上げる
ようにしている。このようなトナーを用いた現像器にお
いて、攪拌しながら供給ローラにより現像ローラにトナ
ーを供給し、規制ブレードによって現像ローラ上のトナ
ー層を一定厚みにしながら摩擦帯電させ、感光体とのニ
ップ部にトナーを搬送しているが、一般的な使用状態で
は現像ローラから感光体へ移行して消費されるトナーは
せいぜい数％程度で、残りは再度現像器内に戻って攪拌
され、摩擦帯電される工程が繰り返される。こうした過
程で外添剤が充分被覆された帯電性能が良好なトナーは
優先的に消費される（選択現像）ことになる。

【０００５】このような選択現像の結果、現像器内の耐
久劣化したトナーは、その表面の外添剤が一部樹脂母粒
子内に埋め込まれ、一部表面から剥離して樹脂表面が露
出する。また、新しいトナーにおいても全てのトナー粒
子表面に外添剤が充分に被覆されているということはな
く、外添剤の被覆が充分でない遊離母粒子が数％は存在
する。その結果、外添剤が充分に被覆されているトナー
の付着力は外添剤の影響が大きく、使用耐久と共にトナ
ー表面の外添剤量が少なくなったトナー、あるいは遊離
母粒子の付着力では、樹脂母粒子の影響が大きくなる。

【０００６】しかし、上記提案の特表平５ー５０３３７
号では、このような使用耐久に伴うトナー表面の外添剤
量の変化、遊離母粒子を考慮しておらず、その結果十分
な転写効率を上げることができず、転写効率が低下す
る。クリーナ付きの場合には残留トナーをクリーニング
することにより転写効率の低下に伴う問題は発生しない
が、クリーナレスプロセスとする場合には、転写効率の
低下は、色差以外にゴーストや逆転写による混色等が発
生してしまう。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためのもので、トナーの使用履歴にかかわらず、安
定した転写特性が得られるようにすることを目的とす
る。そのために本発明は、樹脂母粒子表面に外添剤を被
覆したトナーを用いたクリーナレスシステムの画像形成
装置において、第１転写体とトナーの付着力が像担持体
とトナーの付着力より大きく、かつ第１転写体と樹脂母
粒子の付着力が像担持体と樹脂母粒子の付着よりよりも
大きいことを特徴とする。また、本発明は、第２転写体
とトナーの付着力が第１転写体とトナーの付着力より大
きく、かつ第２転写体と樹脂母粒子の付着力が第１転写
体と樹脂母粒子の付着力よりも大きいことを特徴とす
る。また、本発明は、画像形成装置が、それぞれ像担持
体を有する複数の画像形成ユニットを備えたタンデム構
成を有していることを特徴とする。また、本発明は、ト
ナーの球形度が０．９５以上であることを特徴とする。
また、本発明は、重合トナーを用いることを特徴とす
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１は本発明が適用されるタン
デム構成のクリーナレスの画像形成装置の構成例を示す
図である。なお、本発明はタンデム構成に限定されるも
のではなく、任意の画像形成装置に適用できることは言
うまでもない。

【０００９】図１において、ＵＭはマゼンタ画像を形
成する画像形成ユニット、ＵＣはシアン画像を形成する
画像形成ユニット、ＵＹはイエロー画像を形成する画像
形成ユニット、ＵＢｋはブラック画像を形成する画像形
成ユニットであり、それぞれ感光体ドラム（像担持体）
１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｙ，１０Ｂｋを有している。各感
光体ドラムの周囲には、それぞれ帯電器１２Ｍ，１２
Ｃ，１２Ｙ，１２Ｂｋ、除電光ユニット１３Ｍ，１３
Ｃ，１３Ｙ，１３Ｂｋ、露光ユニット１４Ｍ，１４Ｃ，
１４Ｙ，１４Ｂｋ、現像器１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｙ，１
６Ｂｋが配置され、各感光体ドラム上にはそれぞれＭ，
Ｃ，Ｙ，Ｂｋの像が形成される。各感光体ドラムはベル
ト駆動ローラ２１，２２で駆動される中間転写体１９と
接触し、中間転写体を挟んで各感光体ドラムと対向配置
された転写ブレード２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｙ，２０Ｂｋ
により転写電界が加えられ、各感光体ドラム上の像は順
次中間転写体１９上に転写されて色重ねされる。なお、
転写ブレードは転写ローラとしてもよい。

【００１０】中間転写体１９上で色重ねされた像は、バ
ックアップローラ２３と対向する２次転写ローラ２６に
より加えられる転写電界により、給紙ローラ２５により
供給される転写材２４上に転写され、定着器３０により
定着される。中間転写体上の転写残りトナーはベルトク
リーナ３１によって除去される。

【００１１】このタンデム構成の画像形成装置において
は、感光体ドラムから中間転写体への転写効率はほぼ１
００％近い値が達成され、感光体ドラムに対してクリー
ナレスであり、その結果、各画像形成ユニット間の間隔
を狭くし、装置全体の小型化が達成されている。

【００１２】図２は本発明において使用されるトナーを
模式的に示した図である。トナー４０は高解像度用の１
０μｍ以下の小粒径トナーであり、樹脂母粒子４０ａの
表面に帯電性を向上させると共に、付着力を弱めるため
の外添剤４０ｂが被覆されている。

【００１３】図３は一成分非磁性現像方式の現像器の例
を説明する図である。図２に示したトナー４０は、攪拌
棒４１で攪拌されると共に、供給ローラ４２により現像
ローラ４４に供給されてその表面に擦り付けられて摩擦
帯電され、さらに規制ブレード４３で一定の厚みに規制
されて摩擦帯電されて感光体とのニップ部に搬送され
る。現像に供されなかったトナーは現像器内に戻り、再
度、攪拌と供給ローラ、規制ブレードによる摩擦帯電が
くり返される。現像においては帯電性能が良好で帯電分
布の揃った新しいトナーが優先的に消費される選択現像
が行われている。そして現像器寿命までのトナー消費量
と印字枚数を比較すると、各現像において９５％程度は
消費されずに現像器内に戻される状態が繰り返されてい
る。このような使用耐久の結果、トナー表面外添剤は母
粒子内に埋め込まれたり、剥離し、トナー表面の外添剤
量は減少する。また、新しいトナーにおいても外添剤の
被覆が充分でない遊離母粒子が数％は存在する。外添剤
が充分に被覆されているトナーにおいては、帯電性能が
よく付着力が弱いため転写効率が良いが、使用耐久につ
れて表面の外添剤量が減ったトナー、遊離母粒子では付
着力が増大し、帯電性能も低下して転写効率が低下す
る。

【００１４】そこで、本発明においては、外添剤が充分
に被覆されている初期の状態および耐久劣化した状態の
トナーや遊離母粒子においても充分な転写効率が得られ
るようにしており、これを図４により説明する。図４は
トナーと感光体間、トナー同士間の付着力の関係を模式
的に示した図であり、図４（ａ）、図４（ｃ）は表面に
外添剤が充分被覆されているトナーの場合、図４
（ｂ）、図４（ｄ）は耐久劣化し、或いは遊離母粒子で
表面の外添剤が減少したトナーの場合を示し、ここで
は、感光体５０から第１転写体５１、第２転写体５２に
順次像が転写される場合を想定する。

【００１５】図４（ａ）において、外添剤が充分被覆さ
れているトナー６０と感光体５０との付着力をＦ１、ト
ナー６０と第１転写体５１との付着力をＦ２としたと
き、Ｆ１＜Ｆ２ ……（１）の関係が成立するようにする。また、図４（ｂ）におい
て、耐久劣化後や遊離母粒子で外添剤の被覆が充分でな
い樹脂母粒子６１と感光体５０との付着力をｆ１、樹脂
母粒子６１と第１転写体５１との付着力をｆ２としたと
き、ｆ１＜ｆ２ ……（２）の関係が成立するようにする。（１）、（２）の関係が
成立すれば、外添剤が充分に被覆されているトナー、耐
久劣化したトナー、あるいは遊離母粒子であっても理論
的には１００％の転写効率が達成される。

【００１６】（１）、（２）の関係が成立し、さらに次
の関係が成立すれば第１転写体から第２転写体への転写
も理論的には１００％達成される。すなわち、図４
（ｃ）において、外添剤が充分被覆されているトナー６
０と第１転写体５１との付着力をＦ２、トナー６０と第
２転写体５２との付着力をＦ３としたとき、Ｆ２＜Ｆ３ ……（３）の関係が成立するようにする。

【００１７】また、図４（ｄ）において、耐久劣化後や
遊離母粒子で外添剤の被覆が充分でない樹脂母粒子６１
と第１転写体５１との付着力をｆ２、樹脂母粒子６１と
第２転写体との付着力をｆ３としたとき、ｆ２＜ｆ３ ……（４）の関係が成立するようにする。（３）、（４）の関係が
成立すれば、外添剤が充分に被覆されているトナー、耐
久劣化したトナー、あるいは遊離母粒子であっても理論
的には１００％第１転写体から第２転写体へ転写され
る。上記のような関係を保つことにより、常に充分な転
写効率が得られ、少なくとも感光体のクリーナレスを達
成することができる。

【００１８】次に、上記のような条件を成立させる感光
体、中間転写体の構成例について説明する。上記条件を
成立させるための感光体として、以下のような例が挙げ
られる。感光体の最表層樹脂自体に表面エネルギーの小さい物
を選ぶ。感光体の最表層に撥水、親油性を付与するような界面
活性剤を加える。感光体の最表層に高い離型性を有する材料を分散させ
る。

【００１９】上記の例としては、樹脂の構造中にフッ
素含有基、シリコン含有基を導入する。

【００２０】上記の例としては、ｅｘポリオキシアル
ケンアルキルエーテル、ポリオキシアルケンアルキルフ
ェニルエーテル、ポリオキシアルケンソルビタン脂肪酸
エステル、脂肪酸モノグリセライドポリエチレングリコ
ール脂肪酸エステル等を添加する。ステアリン酸カルシ
ウム、ステアリン酸カリウム、ステアリン酸亜鉛、ステ
アリン酸鉄、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸ニッ
ケル、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸銅、ステア
リン酸ストロンチウム、ステアリン酸カドニウム、ステ
アリン酸マグネシウム、オレイン酸コバルト、オレイン
酸亜鉛、オレイン酸マンガン、オレイン酸鉄、パルチミ
ン酸亜鉛、パルチミン酸コバルト、パルチミン酸銅、パ
ルチミン酸マグネシウム、パルチミン酸アルミニウム、
パルチミン酸カルシウム、カプリル酸鉛、カプリル酸
銅、リノレン酸亜鉛、リノレン酸コバルト、リノレン酸
カルシウム等を塗る（特開２０００−２６７３０３、特
開平６−３３２３２４）。

【００２１】上記の例としては、フッ素微粒子を分散
させる。ポリカーポネート樹脂にホール搬送性トリフェ
ノルアミン化合物を１０：８の重量比で溶解したものに
ポリ四フッ化エチレン粉体（粒径０．１〜０．３μｍ）
を総固形分に対して５〜５０重量部分散させる。ｅｘ四
フッ化エチレン樹脂、三フッ化塩化エチレン樹脂、六フ
ッ化エチレンプロピレン樹脂、フッ化ビニル樹脂、フッ
化ビニリデン樹脂、二フッ化二塩化エチレン樹脂、及び
これらの共重合体の中から１種或いは２種以上を適宜選
定する。

【００２２】感光体として上記、、のいずれかの
ものを用い、中間転写体のベルト材料としてウレタン、
ポリエステル、ポリカーボネート、ＰＥＴ等にフッ素、
シリコン含有基を含む構成のものを用い、また、感光体
の表面粗さ（Ｒａ＝０．０７μｍ）＜中間転写体の表面
粗さ（Ｒａ＝０．３μｍ）とし、新しいトナー、使用耐
久後のトナーそれぞれについて、トナーの付着力をトナ
ーを圧縮してタブレット化し、これを感光体や中間転写
体に押圧してこれを駆動したときのトルクから求めた実
施例を説明する。

【００２３】〔実施例〕トナーＸの初期状態（状態α）
のものを１００〜５００ｋｇｆ／ｃｍ²で圧縮し、タブ
レット化したものを、２０ｇｆ／ｃｍ²〜４００ｇｆ／
ｃｍ²で像担持体に押圧したときの像担持体駆動トルク
と像担持体のみを駆動したときのトルクの差（Ａ）と、
前記タブレットを第１中間転写体に前記荷重で押圧した
ときの第１中間転写体駆動トルクと第１中間転写体のみ
を駆動したときのトルクの差（Ｂ）と、前記タブレット
を第２中間転写体（転写材）に前記荷重で押圧したとき
の第２中間転写体（転写材）駆動トルクと第２中間転写
体（転写材）のみを駆動したときのトルクの差（Ｃ）に
おいて、Ａ＜Ｂ＜Ｃの関係が成立し、かつ、上記トナーＸを現像ローラ周速
３５０ｍｍ／ｓｅｃで５０分空回し（白ベタ連続印字
（Ａ４）２０００枚相当）後（状態β）、上記と同様に
タブレット化し、それぞれ同様に測定した駆動トルクの
差をＡ′、Ｂ′、Ｃ′としたとき、Ａ′＜Ｂ′＜Ｃ′ の関係が成立するトナーＸを使用して転写効率を測定し
たところ、初期（状態α）で９９．８〜１００％、耐久
後（状態β）でも９９．４〜９９．８％を確保できた。
なお、トナーＸは球形度０．９６の重合トナーである。

【００２４】また、パーティクル・アナライザ（ＰＴ−
１０００（横河電機製作所製））を用い、新しいトナ
ー、耐久後のトナーについて、トナー表面に外添剤が被
覆している（同期外添剤）か、トナー表面から外添剤が
遊離している（遊離外添剤）かを測定したところ、というトナー表層データが得られた。また、トナーの断
面を電子顕微鏡写真で観察すると、新しいトナーに比
べ、耐久後のトナー表面の外添剤は母粒子に埋め込まれ
ていることが観察された。

【００２５】なお、トナーの形状としては球形であれ
ば、表面エネルギーが小さく、かつ部材との接触面積が
小さくなるので、トナーとトナーが接する部材間の物理
的な付着力軽減される。そこで、トナーの球形度を０．
９５以上とすることにより、転写効率を上げ、クリーナ
レスに寄与させることができる。ここでのトナーの球形
度はシスメックス社製ＦＰＩＡ−２１００測定器により
測定した平均球形度であり、トナーの２次元投影像の円
形度（投影像と同じ面積をもつ円の周囲長／投影像の周
囲長）から求めたものである。

【００２６】また、重合トナーの場合には、粒度分布が
粉砕トナーに比べてシャープになるので、トナーを摩擦
帯電する工程において全てのトナーが均一帯電部材に接
触し、均一な帯電量が確保されやすい。その結果、より
転写効率を上げることができ、クリーナレスに寄与させ
ることが可能である。

【００２７】また、感光体と第１転写体、或いは第１転
写体と第２転写体（または記録材）間で転写を行う場
合、両者間に速度差をもうけることにより、トナーに対
して剪断力を作用させ、転写効率を向上させることが可
能である。

【００２８】

【発明の効果】一成分現像を行う現像システムは、規制
ブレードでトナーを均一帯電、均一薄層面を形成しなけ
ればならないので、トナーの表面を被覆する外添剤が剥
がれたり、埋め込まれたりして、耐久の前後でトナーの
特性は外添剤の寄与率が大の状態から母粒子の寄与率が
大の状態に変化していくので、本発明のような付着力の
大小関係を満足させることによって、装置の使用履歴
（耐久）にかかわらず、安定した転写特性を実現するこ
とが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるタンデム構成のクリーナ
レス画像形成装置の構成例を示す図である。

【図２】本発明において使用されるトナーを模式的に
示した図である。

【図３】一成分非磁性現像方式の現像器の例を説明す
る図である。

【図４】トナーと感光体間、トナー同士間の付着力の
関係を模式的に示した図である。

【符号の説明】

１０Ｍ，１０Ｃ，１０Ｙ，１０Ｂｋ…感光体ドラム（像
担持体）、１２Ｍ，１２Ｃ，１２Ｙ，１２Ｂｋ…帯電
器、１３Ｍ，１３Ｃ，１３Ｙ，１３Ｂｋ…除電ユニッ
ト、１４Ｍ，１４Ｃ，１４Ｙ，１４Ｂｋ…露光ユニッ
ト、１６Ｍ，１６Ｃ，１６Ｙ，１６Ｂｋ…現像器、１９
…中間転写体、２０Ｍ，２０Ｃ，２０Ｙ，２０Ｂｋ…転
写ブレード、２１，２２…駆動ローラ、２３…バックア
ップローラ、２４…転写材、２５…給紙ローラ、２６…
２次転写ローラ、３０…定着器、３１…ベルトクリー
ナ、４０…トナー、４０ａ…樹脂母粒子、４０ｂ…外添
剤、４１…攪拌棒４１、４２…供給ローラ、４３…規制
ブレード、４４…現像ローラ、５０…感光体、５１…第
１転写体、５２…第２転写体、６０…トナー、６１…樹
脂母粒子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０３Ｇ 15/08 ５０７Ｇ０３Ｇ 9/08 ３８４ 15/16 15/08 ５０７Ｂ５０７ＬＦターム(参考） 2H005 AA08 AA15 DA07 2H030 AA05 AB02 AD01 BB42 2H077 AA37 EA15 GA03 GA13 2H200 FA02 FA16 GA09 GA12 GA16 GA23 GA47 HA12 JA02 JA09 JC04 JC15 JC17 MA04 MA20 MC06 MC08 MC09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】樹脂母粒子表面に外添剤を被覆したトナ
ーを用いたクリーナレスシステムの画像形成装置におい
て、第１転写体とトナーの付着力が像担持体とトナーの
付着力より大きく、かつ第１転写体と樹脂母粒子の付着
力が像担持体と樹脂母粒子の付着よりよりも大きいこと
を特徴とする画像形成装置。
【請求項２】第２転写体とトナーの付着力が第１転写
体とトナーの付着力より大きく、かつ第２転写体と樹脂
母粒子の付着力が第１転写体と樹脂母粒子の付着力より
も大きいことを特徴とする請求項１記載の画像形成装
置。
【請求項３】画像形成装置が、それぞれ像担持体を有
する複数の画像形成ユニットを備えたタンデム構成を有
していることを特徴とする請求項１または２記載の画像
形成装置。
【請求項４】トナーの球形度が０．９５以上であるこ
とを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の画像形成
装置。
【請求項５】重合トナーを用いることを特徴とする請
求項１乃至４いずれか記載の画像形成装置。