(57)【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、樹脂母粒子間の付着力が樹脂母粒子と像担持体との付着力よりも大きく、速度差を設けて転写することにより像担持体と樹脂母粒子との付着力を小さくして像担持体上のトナーを遊離母粒子も含めて全て転写させるようにしたことを特徴とする画像形成装置。
【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）に大きく依存している。
【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、トナーには帯電性を改善するために外添剤が被覆されているが、外添剤の被覆が充分でない数％の遊離母粒子が存在する。また、一成分現像方式において、使用耐久劣化によりトナー表面から外添剤が剥離したり、樹脂母粒子内に埋め込まれて表面の外添剤の量が減少する。このような遊離母粒子や耐久劣化したトナーでは帯電性が劣化し、そのため帯電不良が生じると、電気力による感光体から中間転写体あるいは用紙への転写性が低下し、転写残りが発生してしまう。従来の画像形成装置においては、転写残りトナーはクリーナにより除去してしているが、クリーナレス画像形成装置においては、このような転写残りの発生は許されない。
【０００５】
【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、遊離母粒子や耐久劣化により外添剤量が減少した劣化トナー等による帯電不良に起因した転写残りを防止し、画像形成装置におけるクリーナレスを実現することを目的する。
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、樹脂母粒子間の付着力が樹脂母粒子と像担持体との付着力よりも大きく、速度差を設けて転写することにより像担持体と樹脂母粒子との付着力を小さくして像担持体上のトナーを遊離母粒子も含めて全て転写させるようにしたことを特徴とする。
【０００６】
【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モノクロ画像形成装置の構成例を説明する概略図である。
感光体（像担持体）１０の周囲には、帯電器１１、露光ユニット１２、現像器１３、転写ローラ１８が配置され、帯電器１１、露光ユニット１２により形成された感光体１０上の静電潜像は現像器１３によりトナー現像される。現像器１３においては、樹脂母粒子表面に外添剤が被覆された１０μｍ以下の小粒径トナー１５が攪拌機（図示省略）で攪拌され、供給ローラ１４により現像ローラ１６表面上に供給されてその際ローラ間の摩擦により帯電し、さらに規制ブレード１７で一定の層厚に規制されてこの際にも摩擦帯電し、感光体１０とのニップ部に搬送される。ニップ部において、帯電トナーは現像電界により現像ローラから感光体に移行してトナー現像が行われる。このとき、現像に供されるトナーは数％程度で、残りのトナーは現像器１３内に回収され、再度供給ローラ１４により現像ローラに供給されて現像に供される。感光体上のトナー像は転写ローラ１８による転写電界により中間転写体あるいは用紙１９に転写され、定着器２０により定着される。
【０００７】
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１０μｍ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。
【０００８】
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、帯電性能も低下する。
【０００９】
このように帯電性が劣化したトナーが現像されると、帯電電荷量が少ないため、転写ローラ１８により転写電界が加えられたとき転写性が充分でなく、転写残りが発生してしまう。従来においては、転写残りトナーはクリーナにより除去していたが、本発明においては、クリーナレスシステムを採用しているため、ほぼ１００％の転写効率を達成するようにする。この点について図４〜図６により説明する。
【００１０】
図４は感光体から中間転写体または用紙への転写を模式的に示す図である。
通常、トナー現像は現像ローラの周面速度を感光体の周面速度より大きくして現像を行っている。そのため、感光体表面上のトナーは１層以上で現像されることになる。例えば、図４に示すように、トナーが２層で現像された場合、樹脂母粒子３０と感光体１０との間の付着力（ファンデルワース力、鏡像力）をＦ１、樹脂母粒子同士の付着力をＦ２、樹脂母粒子と中間転写体または用紙との間の付着力をＦ３としたとき、
Ｆ１＜Ｆ２                                                ……（１）
が成立するようにする。（１）式が成立しているとき、
Ｆ１＜Ｆ３                                                ……（２）
が成立するような付着力が転写電界により樹脂母粒子と中間転写体または用紙との間に加えられると、トナーは層間分離を起こすことなく転写される。
【００１１】
図５は帯電が十分でないトナーと正常に帯電したトナーとが相互の付着力により層間分離せずに転写する様子を模式的に示した図である。
トナー３１が耐久劣化により、或いは遊離母粒子で外添剤が少なく、帯電性が劣化していて充分な帯電が行われていないトナーであり、トナー３２が正常に帯電しているトナーとすると、樹脂母粒子と中間転写体または用紙との間の付着力Ｆ３により、トナーが中間転写体または用紙に引き付けられたとき、樹脂母粒子相互の付着力Ｆ２が樹脂母粒子と感光体との付着力Ｆ１よりも大きいため、トナー３１、３２ともに転写される。
【００１２】
図６は帯電が十分でないトナーと正常に帯電したトナーとが相互の付着力により塊として転写する様子を模式的に示した図である。
帯電性の悪いトナー３１と正常に帯電をしたトナー３２とが塊となっているとき、樹脂母粒子と中間転写体または用紙との間の付着力Ｆ３により、トナーが中間転写体または用紙に引き付けられたとき、樹脂母粒子と感光体との付着力Ｆ１よりも樹脂母粒子相互の付着力Ｆ２が大きいため、トナー３１、３２ともに塊として転写される。
【００１３】
このように、樹脂母粒子同士の付着力を感光体と樹脂母粒子間の付着力より大きくしておくことにより、帯電不良のトナーが原因となる転写残りを防止することができる。もちろん、外添剤が充分に被覆され、充分な帯電が行われたトナーについては、転写電界により転写されるため転写残りを生ずることはない。
【００１４】
このように樹脂母粒子と感光体の付着力を樹脂母粒子間の付着力より小さくするための感光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。
▲１▼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。
▲２▼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。
▲３▼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。
【００１５】
上記▲１▼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。
【００１６】
上記▲２▼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）。
【００１７】
上記▲３▼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。
【００１８】
感光体として上記▲１▼、▲２▼、▲３▼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など（ＰＥＴにフッ素、シリコン含有基を含むものも可）を用い、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、これを感光体またはこれと同じ材質のシートに押圧し、またタブレット同士を押圧して滑らせたときの摩擦係数を測定した実施例を説明する。
【００１９】
〔実施例〕
トナーＸを１０００〜５０００ｋｇｆ／ｃｍ2 で圧縮（トナーを高圧で圧縮することにより付着力に関して母粒子の影響が支配的になる）し、タブレット化したものを２０ｇｆ／ｃｍ2 〜４００ｇｆ／ｃｍ2 で像担持体と表面材質が同じシートに押圧し、シート（固定）上でトナータブレットを滑らせた時の摩擦係数が、トナータブレット同士の一方を固定し、同様に滑らせたときの摩擦係数より小さいトナーを用い、転写効率を測定したところ、初期で９９．６〜１００％、耐久後でも９９．３〜９９．７％を確保できた。
【００２０】
ＰＴ−１０００（横川電気製作所製）用い、パーティクルアナライザー法により初期トナーについて測定したところ、遊離母粒子５％（個数比）というトナー表層のデータが得られた。
【００２１】
なお、上記の例においては、モノクロの画像形成装置を例にとって説明したが、感光体をそれぞれ有する複数の画像形成ユニットを有するタンデム構成の画像形成装置をモノカラーとして使用する場合にも本発明は適用可能である。
【００２２】
また、感光体とトナー母粒子との付着力を小さくするために、速度差を設けた転写を行い、トナーに剪断力を作用させるようにすることが好ましい。
【００２３】
【発明の効果】
一般にトナーはポリエステル、スチレン、アクリル等の樹脂を主成分とする母粒子とその表面を被覆する外添剤で構成され、外添剤はトナーと接触する部材との付着力を小さくする働きやトナーを帯電させる働きもある。そして、転写効率を１００％に近づけ、クリーナ機構を除いた構成の画像形成装置を達成するためには、接触する部材との付着力が大きく、かつ帯電能力の少ない（帯電量がほぼ０）母粒子が表面に露出した遊離母粒子や耐久劣化したトナーの転写効率も考慮しなければならない。
【００２４】
そこで、本発明においては、トナーを構成する樹脂母粒子相互の付着力が像担持体と樹脂母粒子間の付着力より大きくすることによって、電気的な力で転写されにくいトナーは付着力で周りのトナーに引きつられて転写されるので、高転写効率でかつ装置の使用履歴（耐久）にかかわらず、安定した転写特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明が適用されるモノクロ画像形成装置の構成例を示す概略図である。
【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】  感光体から中間転写体や用紙への転写を模式的に示す図である。
【図５】  帯電が十分でないトナーと正常に帯電したトナーとが相互の付着力により層間分離せずに転写する様子を模式的に示した図である。
【図６】  帯電が十分でないトナーと正常に帯電したトナーとが相互の付着力により塊として転写する様子を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１０…感光体、１１…帯電器、１２…露光ユニット、１３…現像器１、１４…供給ローラ、１５…トナー、１６…現像ローラ、１７…規制ブレード、１８…転写ローラ、１９…中間転写体または用紙、２０…定着器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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