JP2008122442A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転写ムラおよび画質ディフェクトの発生を効果的に抑制するとともに、これらの効果を長期にわたり維持することができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】画像情報に応じた静電潜像を形成する像保持体と、前記像保持体に形成された静電潜像をトナーによりトナー像として可視化する現像手段１０４と、前記像保持体上に形成されたトナー像が一次転写される中間転写ベルト１１０と、前記中間転写ベルトに前記トナー像を一次転写する一次転写手段と、中間転写ベルトに一次転写されたトナー像を記録媒体に二次転写する二次転写手段１２０と、を備え、前記一次転写手段として、前記中間転写ベルトの内周面側に一次転写ロール１０５を備え、前記一次転写ロールが表面に、アモルファスカーボン（より好ましくは、水素原子含有量が１０ａｔｍ％以下で且つ炭素原子のｓｐ３結合比率が５０％以上）を主成分とするコート層を有する画像形成装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子写真複写機等の画像形成装置に係り、特に中間転写ベルトにトナー像を一次転写した後、該トナー像を記録媒体に二次転写するタイプの画像形成装置に関する。

従来、例えば中間転写型の画像形成装置としては、静電潜像に応じたトナー像が形成される感光体ドラムと、この感光体ドラム上のトナー像が中間的に転写される中間転写ベルトと、この中間転写ベルトに対して感光体ドラム上のトナー像を転写させる一次転写装置と、中間転写ベルト上に転写されたトナー像を用紙等の記録媒体に一括して二次転写させる二次転写装置とを備えたものが知られている。ここで、一次転写装置としては、例えば前記中間転写ベルトに接触配置される転写ロール等が用いられている。この転写ロールは、感光体ドラムと中間転写ベルトとの間に、感光体ドラム上のトナー像を中間転写ベルト側に移動させる電界を形成するものである。
前記一次転写ロールとしては、従来、ゴム組成物に化学発泡剤を添加して発泡させた導電性発泡ロールが用いられていた（例えば、特許文献１参照）。

前記一次転写ロールにおける問題としてロール汚れがある。画像形成装置内のトナークラウドなどによりロール表面にトナーが固着すると一次転写ロールには抵抗ムラが生じ、トナー固着部の表面電位が増加してしまい、その結果として転写ムラや放電による画質ディフェクトが発生する。
また画像形成装置の製造工程や機内エアフローにより、ホコリなどの異物が一次転写ロール表面に付着すると、該異物によって一次転写ロールと中間転写ベルト内周面との間に空隙が生じ、放電による画質ディフェクトが発生する。
尚、上記「画質ディフェクト」とは、ハーフトーン画像をプリントした際に発生する白点や黒点の欠陥をさす。

これらの問題は、特に前記導電性発泡ロールよりもコストを抑えることができる金属ロールを用いた場合には、より顕著となる問題であった。

これらの問題を解決するため、一次転写ロール表面にフッ素樹脂などの離型性のよいコート層を施す方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、経時での中間転写ベルトとの摺擦による磨耗が激しく、経時での維持性に問題があった。また、キャリアなどの硬い異物が付着した場合、中間転写ベルトから受ける荷重が前記異物に応力集中し、フッ素樹脂などのコート層に埋まりこみ、放電の起点となる場合があった。
特開２００４−３５４７２３号公報 特開２００２−２２９３５０号公報

本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、転写ムラおよび画質ディフェクトの発生を効果的に抑制するとともに、これらの効果を長期にわたり維持することができる画像形成装置を提供することを目的とする。

上述の目的は、以下の手段によって達成される。即ち、本発明の画像形成装置は、
＜１＞ 少なくとも、画像情報に応じた静電潜像を形成する像保持体と、前記像保持体に形成された静電潜像をトナーによりトナー像として可視化する現像手段と、前記像保持体上に形成されたトナー像が一次転写される中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトに前記トナー像を一次転写する一次転写手段と、中間転写ベルトに一次転写された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、前記一次転写手段として、前記中間転写ベルトの内周面側に一次転写ロールを備え、前記一次転写ロールが表面に、アモルファスカーボンを主成分とするコート層を有する画像形成装置である。
＜２＞ 前記コート層に含まれるアモルファスカーボンは、水素原子の含有量が１０ａｔｍ％以下で、且つｓｐ３結合している炭素原子の比率が５０％以上である前記＜１＞に記載の画像形成装置である。
＜３＞ 前記コート層の厚みは５μｍ以下である前記＜１＞又は＜２＞に記載の画像形成装置である。
＜４＞ 前記一次転写ロールは、基材として金属ロールを用いている前記＜１＞〜＜３＞の何れか１項に記載の画像形成装置である。
＜５＞ 前記金属ロールの表面粗さＲａは１．０以下である前記＜４＞に記載の画像形成装置である。

本発明によれば、転写ムラおよび画質ディフェクトの発生を効果的に抑制するとともに、これらの効果を長期にわたり維持することができる画像形成装置を提供することができる。

本発明の画像形成装置は、少なくとも、画像情報に応じた静電潜像を形成する像保持体と、前記像保持体に形成された静電潜像をトナーによりトナー像として可視化する現像手段と、前記像保持体上に形成されたトナー像が一次転写される中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトに前記トナー像を一次転写する一次転写手段と、中間転写ベルトに一次転写されたトナー像を記録媒体に二次転写する二次転写手段と、を備えてなる。前記一次転写手段としては、前記中間転写ベルトの内周面側に一次転写ロールを備え、且つ前記一次転写ロールが表面に、アモルファスカーボンを主成分とするコート層を有することを特徴とする。

本発明の画像形成装置は、一次転写ロールの表面にアモルファスカーボンを主成分とするコート層（以下、「アモルファスカーボン層」と称す場合がある）を有していることから、トナークラウド等によるトナーの固着や、機内エアフロー等によるホコリなどの異物の付着を防止し、転写ムラの発生や、放電による画質ディフェクトを効果的に抑制することができる。これは、アモルファスカーボン層を表面に形成することによって表面付着力が低減されているためと考えられる。
また、アモルファスカーボン層は硬度が高いことから、キャリアなどの硬い異物の埋まりこみを防止し、放電による画質ディフェクトを効果的に抑制することができる。
更に、アモルファスカーボン層は耐久性に優れていることから、コート層の磨耗を効果的に防止し、上記転写ムラや画質ディフェクトの抑制効果を長期に渡って維持することができる。

ここで、「アモルファスカーボンを主成分とする」とは、コート層におけるアモルファスカーボンの含有量が８０質量％以上であることを意味し、本発明の効果をより顕著に発揮するとの観点から、上記含有量は更に９０質量％以上であることが好ましく、９５質量％以上であることが特に好ましい。

＜一次転写ロール＞
−アモルファスカーボン層の形成−
まず、前記アモルファスカーボンについて図を用いて説明する。図１は本発明における前記アモルファスカーボンの結合の違いによる関係を分かり易く示した概念図である。
炭素は混成軌道の違いにより結合できる原子の数が異なり、図１に示すように、その結晶構造によりｓｐ２結合している炭素原子からなるグラファイトから、ｓｐ３結合している炭素原子からなる高硬度のダイヤモンドに分類できる。そして、本発明における前記アモルファスカーボンはｓｐ２結合とｓｐ３結合とが混在した炭素原子からなるアモルファス膜（即ち、図１において三角で囲われている領域）である。

これらの中でも、本発明におけるアモルファスカーボンとしては、後述の理由から、水素原子の含有量が１０ａｔｍ％以下であり、且つｓｐ３結合している炭素原子の比率が５０％以上であるテトラヘドラルアモルファスカーボン（図１に示す「Ｔａ−Ｃ」）が特に好ましい。
尚ここで、図１における「Ｇａ−Ｃ」はグラファイト系（グラファイトに近い）のアモルファスカーボン（即ち、ｓｐ３結合が５０％未満のアモルファスカーボン）を表し、「ａＣＨ」はａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎを表す。

上記アモルファスカーボン層は、炭素原子の結合状態を制御することによって硬度を制御することができる。炭素原子の結合状態を制御するためには、基材表面に到達した時のスパッタ炭素原子のエネルギー状態を制御することが必要であり、このためにはイオン照射によりカーボン原子のエネルギー状態を制御する手法が有効と考えられる。

本発明に係るアモルファスカーボンを主成分とするコート層は、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、物理気相成長法（ＰＶＤ法）、フィルター・カソード・バキューム・アーク法（ＦＣＶＡ法）等によって形成することができる。これらの中でも、炭素原子のエネルギー状態のばらつきを良好に抑制し、後述するようにｓｐ３結合の比率を高めることができるとの観点から、前記ＦＣＶＡ法が特に好ましい。ＦＣＶＡ法ではフィルタリングしたばらつきのないイオンを照射することができ、ｓｐ３結合比率の高い薄層を形成することができる。またＦＣＶＡ法によれば、厚みが均一で基材形状に忠実に成膜することができる。

ここで、ＦＣＶＡ装置について図を用いて説明する。
図２は、ＦＣＶＡ装置を説明する概念図である。４０は炭素イオン発生源であり、カソード４１とアノード４２との間の真空アーク放電により炭素イオンＣ^＋を生じさせる。カソード４１はディスク状の高純度グラファイトから成る。炭素イオン発生源４０で生じた炭素イオンＣ^＋は、フィルター４３を通過した後に試料Ｔ上に成膜される。フィルター４３は電場および磁場を利用して必要とされる炭素イオンのみを通過させるものであり、不必要に大きな炭素粒子や中性の炭素原子はこのフィルター４３によって取り除かれる。

フィルター４３の出口付近には磁気コイル４４が設けられており、この磁気コイル４４で炭素イオンビームをスキャンすることにより試料Ｔに形成されるアモルファスカーボン膜が均一となるようにする。なお、試料Ｔにはバイアス電圧を印加することができる。試料Ｔに到達するイオンのエネルギーはこのバイアス電圧に依存しており、バイアス電圧により膜特性を変えることができる。

本発明における一次転写ロールは、前記試料Ｔの位置に基材を配置することによってコート層を形成することができる。詳しくは、黒鉛のバキュームアーク放電により炭素プラズマを発生させ、そこからイオン化した炭素を抽出・堆積させる、フィルター・カソード・バキューム・アーク（ＦＣＶＡ）法により行うことができ、島津製作所製のＦＣＶＡ装置を用いて行うことができる。形成条件としては、成膜温度０〜８０℃（より好ましくは２０〜８０℃、特に好ましくは４０〜８０℃）、成膜速度１．５ｎｍ／ｓが好ましい。

−アモルファスカーボン層の物性−
(1)水素原子の含有量
前記一次転写ロールは、表面にアモルファスカーボンを主成分とするコート層で被覆される。該アモルファスカーボンにおける水素原子の含有量は１０ａｔｍ％以下であることが好ましい。また、７ａｔｍ％以下であることがより好ましく、５ａｔｍ％以下であることが特に好ましい。本発明に係るアモルファスカーボンにおける水素原子の含有量が１０ａｔｍ％以下であることにより、キャリアなどの硬い異物の埋まりこみをより良好に防止できると共に、コート層の磨耗をより効果的に低減することができる。
ここで、上記アモルファスカーボンにおける水素原子の含有量は、コート層から深さ１ｎｍまでを水素前方散乱法（ＨＦＳ）により測定したものである。

(2)炭素原子ｓｐ３比率
また、本発明に係るアモルファスカーボンは、構成する炭素原子の内、ｓｐ３結合している炭素原子の比率が５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましく、８０％以上であることが更に好ましい。前記ｓｐ３結合している炭素原子の比率が５０％以上であることにより、結合力の強いｓｐ３比率が高いため、キャリアなどの硬い異物の埋まりこみをより良好に防止できると共に、コート層の経時での磨耗をより効果的に低減することができ、またキズも受けにくい。また、ｓｐ３比率が高いため電気抵抗が上昇し、トナーの固着をより良好に防止でき抵抗ムラの低減効果をより顕著に発揮することができる。
ここで、上記ｓｐ３結合している炭素原子の比率は、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）に接続した電子線エネルギー損失スペクトルでエネルギー損失関数によるピークを波形分離し、その各ピークの面積比から算出することができる。

尚、水素原子の含有量を１０ａｔｍ％以下とし、かつ炭素原子ｓｐ３比率５０％以上とするためには、アモルファスカーボン層の形成を前記ＦＣＶＡ装置によって行う場合であれば、印加電圧のバイアスや波形を変えてイオン粒子のエネルギーレベルを調整することにより、制御可能である。具体的には、後述する。

(3)摩擦係数
また、本発明に係るアモルファスカーボン層の摩擦係数は、０．２以下であることが好ましく、０．１以下であることがより好ましい。上記摩擦係数が０．２以下であることにより、一次転写ロールの表面付着力をより効果的に低減することができ、トナー固着防止やその他異物の付着防止の効果を、より顕著に発揮することができる。
尚、上記摩擦係数とは、新東科学製のポータブル摩擦計（ヘイドン・トライボギア）Ｔｙｐｅ：９４ｉにより静摩擦係数を測定したものである

(4)接触角
また、本発明に係るアモルファスカーボン層の接触角は７０°以上であることが好ましく、８０°以上であることがより好ましい。接触角が７０°以上であることにより、トナーなどの異物が付着しにくくなり、ロール表面の抵抗ムラや凹凸の発生を防ぐことが出来る。
尚、上記接触角は、協和界面化学株式会社製；接触角計ＣＡ−Ｘロール型を用いて蒸留水の液滴をθ／２法で測定することができる。

ここで、上記摩擦係数や接触角を上記範囲とするための条件も、前記ＦＣＶＡ装置によって行う場合であれば、印加電圧のバイアスや波形を変えてイオン粒子のエネルギーレベルを調整することにより、制御可能である。具体的な印加電圧のバイアスや波形の調製方法としては、電圧０〜３５００Ｖ，パルス電流０〜２０Ａ，パルス周波数１００〜２０００Ｈｚ，パルス幅５〜２０ｍＳの条件でそれぞれを調整して行うことにより制御することができる。
ＦＣＶＡ法により不純物を取り除いたイオン粒子で成膜することにより、純度の高い、きめ細かい薄膜が成形され、結果として摩擦係数が低くなり、接触角を高くすることができる。ただし摩擦係数と接触角には下地の表面粗さが影響するとの観点から、基材の表面粗さは後述の通り、Ｒａ＝１．０以下であることが好ましい。

(5)膜厚
また、コート層の膜厚は５μｍ以下であることが好ましく、更には２μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以下であることが特に好ましい。コート層膜厚が５μｍ以下であることにより、一次転写ロールの抵抗上昇を効果的に抑制することができ、放電による画質ディフェクト発生をより良好に防止することができる。

−一次転写ロールの基材−
本発明における一次転写ロールの基材としては、導電性発泡ロールや金属ロール等の従来公知の基材を用いることができるが、特に本発明においては、トナー固着やその他異物の付着が顕著な問題となる金属ロールを用いることにより、前述の本発明の効果をより良好に発揮することができる。尚、金属ロールを用いることにより前記導電性発泡ロール等の他の基材よりもコストを抑えることができるとの観点で好ましい。

前記金属ロールとしては、銅、アルミニウム、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、硫黄複合鋼材（ＳＵＭ）、各種合金等が挙げられ、特に表面に形成されるアモルファスカーボン層との相性と加工性の観点ではＳＵＳが好ましい。

尚、上記金属ロール基材の表面粗さＲａは１．０以下であることが好ましく、更には０．８以下であることがより好ましく、０．４以下であることが特に好ましい。金属ロールの表面粗さＲａが１．０以下であることにより、ベルト裏面との空隙が小さくなり放電を防ぐことが出来、また表面凹凸を減らすことによりトナーや異物の埋まりこみを防ぐことが出来る。
ここで、上記表面粗さＲａは、ＪＩＳ−Ｂ０６３３（２００１年）に則して測定することができる。また、金属ロール基材の表面粗さＲａを上記範囲とするためには、サンドブラスト等の公知の研磨手段によって調整可能である。

＜画像形成装置＞
本発明の画像形成装置は、少なくとも、画像情報に応じた静電潜像を形成する像保持体と、前記像保持体に形成された静電潜像をトナーによりトナー像として可視化する現像手段と、前記像保持体上に形成されたトナー像が一次転写される中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトに前記トナー像を一次転写する一次転写手段と、中間転写ベルトに一次転写された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、前記一次転写手段として、前記中間転写ベルトの内周面側に、前述の一次転写ロールを備えることを特徴とする。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいて、本発明の画像形成装置を説明する。
図３は本発明が適用されたカラー画像形成装置の一実施の形態を示す。同図において、本実施の形態に係るカラー画像形成装置は、例えば電子写真方式にて各色成分トナー像が形成される複数の画像形成ユニット１００（具体的には１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋ）と、各画像形成ユニット１００にて形成された各色成分トナー像を順次転写（一次転写）保持させる中間転写ベルト１１０と、中間転写ベルト１１０上に転写された重ね画像を記録媒体としての用紙Ｐに一括転写（二次転写）させる二次転写装置１２０と、一括転写された画像を用紙Ｐ上に定着させる定着装置１５０とを備えたものである。

本実施の形態において、各色成分の画像形成ユニット１００は、中間転写ベルト１１０の搬送方向Ｂの上流側からイエロー画像形成ユニット１００Ｙ、マゼンタ画像形成ユニット１００Ｍ、シアン画像形成ユニット１００Ｃ、ブラック画像形成ユニット１００Ｋの順番で配設されている。そして、各画像形成ユニット１００は、矢線Ａ方向に回転する像保持体としての感光体ドラム１０１の周囲に、感光体ドラム１０１が帯電される一様帯電器１０２、感光体ドラム１０１上に静電潜像が書込まれるレーザ露光器１０３（図中露光ビームを符号Ｂｍで示す）、各色成分トナーが収容されて感光体ドラム１０１上の静電潜像が可視像化される現像装置１０４、感光体ドラム１０１上の各色成分トナー像が中間転写ベルト１１０に転写される転写装置としての一次転写ロール１０５及び感光体ドラム１０１上の残留トナーが除去されるドラムクリーナ１０６などの電子写真用デバイスを順次配設したものである。

そして、図４に示すように、各一次転写ロール１０５（具体的には１０５Ｙ、１０５Ｍ、１０５Ｃ、１０５Ｋ）には、夫々トナーの帯電極性とは逆極性（本実施の形態では正極性）の直流バイアスが印加される転写バイアス電源１０７（具体的には１０７Ｙ、１０７Ｍ、１０７Ｃ、１０７Ｋ）が設けられている。これら各転写バイアス電源１０７は、各一次転写ロール１０５に定電流（本実施の形態では３０μＡ）を印加するようになっている。

また、中間転写ベルト１１０は、図３に示すように、複数（本実施の形態では５つ）の支持ロール１３１〜１３５に掛け渡されている。ここで、支持ロール１３１は中間転写ベルト１１０の駆動ロール、支持ロール１３２、１３５は従動ロール、支持ロール１３３が中間転写ベルト１１０の張力を調整するテンションロール、支持ロール１３４が後述するように二次転写装置１２０のバックアップロールである。

そして、中間転写ベルト１１０は、ポリイミドあるいはポリアミド等の樹脂にカーボンブラック等の帯電防止剤を適当量含有させたものを用い、その体積抵抗率が１０^１０〜１０^１３Ωｃｍとなるように形成され、その厚みは例えば０．１ｍｍに設定される。

更に、二次転写装置１２０は、中間転写ベルト１１０のトナー保持面側に圧接配置される二次転写ロール１１３と、中間転写ベルト１１０の裏面側に配置されて二次転写ロール１１３の対向電極をなすバックアップロール１１４（支持ロール１３４と兼用）とを備えており、このバックアップロール１１４には、図４に示すように、バイアス電源１１２からトナーの帯電極性と同極性のバイアスが安定的に印加される金属製の給電ロール１１５が接触配置されている。

本実施の形態において、二次転写ロール１１３は、表面にカーボンを分散したウレタンゴムのチューブ、内部はカーボンを分散した発泡ウレタンゴムからなり、さらにロール表面にフッ素コートを施し、その体積抵抗が１０^３〜１０^１０Ωでロール径が２８ｍｍとなるように形成され、硬度は例えば３０°（アスカＣ）に設定される。

また、バックアップロール１１４は、表面にカーボンを分散したＥＰＤＭとＮＢＲのブレンドゴムのチューブ、内部はＥＰＤＭゴムからなり、その表面抵抗率が１０^７〜１０^１０Ω／□でロール径が２８ｍｍとなるように形成され、硬度は例えば７０°（アスカＣ）に設定される。

尚、二次転写ロール１１３には、ロールブラシ１６１が付設され、二次転写ロール１１３に付着した汚れを除去することにより用紙Ｐの裏面汚れを防止している。また、符号１３６は、二次転写後の中間転写ベルト１１０表面をクリーニングするベルトクリーナであり、１３７は中間転写ベルト１１０上に形成された画像の画像濃度を検出する画像濃度センサである。

更に、本実施の形態において、用紙搬送系は、用紙容器（いわゆるトレイ）１１６からの用紙Ｐをピックアップロール１１７にて所定のタイミングで繰り出し、搬送ロール１１８及び用紙搬送路１１９を介して二次転写位置へと送り込むようになっており、そして、二次転写後の用紙Ｐを搬送ベルト１４０へと導き、この搬送ベルト１４０にて定着装置１５０へと搬送するようになっている。

次に、本実施の形態に係るカラー画像形成装置の作像プロセスについて説明する。図示外のスタートスイッチがオン操作されると、所定の作像プロセスが実行される。具体的には、カラー画像形成装置をデジタルカラー複写機として構成する場合には、図示しない原稿台にセットされる原稿をカラー画像読み取り装置により読み取り、その読み取り信号を画像信号処理手段によりデジタル画像信号に変換してメモリーに一時的に蓄積し、その蓄積されている４色（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）のデジタル画像信号に基づいて各色のトナー像形成を行なわせるようにする。

すなわち、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各画像形成ユニット１００（具体的には１００Ｙ、１００Ｍ、１００Ｃ、１００Ｋ）を夫々駆動する。そして、各画像形成ユニット１００では、一様帯電器１０２により一様に帯電された感光体ドラム１０１に前記デジタル信号に応じた静電潜像をレーザ露光器１０３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１０４により現像して上記各色のトナー像を形成させる。尚、このカラー画像形成装置をプリンタ等の装置として構成する場合には、外部などから画像信号処理手段に入力される画像信号に基づいて各色のトナー像形成を行うようにすればよい。

そして、各感光体ドラム１０１上に形成されたトナー像は、各感光体ドラム１０１と中間転写ベルト１１０とが接する一次転写位置で一次転写ロール１０５によって感光体ドラム１０１から中間転写ベルト１１０の表面に順次転写される。また、一次転写後に感光体ドラム１０１上に残留するトナーは、ドラムクリーナ１０６にてクリーニングされる。

このようにして中間転写ベルト１１０に一次転写されたトナー像は中間転写ベルト１１０上で重ね合わされ、中間転写ベルト１１０の回転に伴って二次転写位置へと搬送される。一方、用紙Ｐは所定のタイミングで二次転写位置へと供給され、バックアップロール１１４に対して二次転写ロール１１３が用紙Ｐを挟持する。

そして、二次転写位置において、二次転写装置１２０としての二次転写ロール１１３とバックアップロール１１４との間に形成される転写電界の作用で、中間転写ベルト１１０上に保持されたトナー像が用紙Ｐに一括転写される。このトナー像が転写された用紙Ｐは、搬送ベルト１４０により定着装置１５０へと搬送されトナー像の定着が行われる。また、二次転写後の中間転写ベルト１１０上に残留したトナーは、ベルトクリーナ１３６によってクリーニングされる。

−現像剤−
ここで、現像装置１０４で用いられる現像剤について説明する。
本発明における現像剤に用いられるトナーの製造方法は、例えば、混練粉砕法、懸濁重合法、乳化重合法、液中乾燥造粒法、等が挙げられるが、超小粒径トナーを工業的な製造コストで得るためには懸濁重合法、乳化重合法、液中乾燥造粒法が望ましく、乳化重合法によるトナー製造法が最も望ましい。

乳化重合法を用いたトナーの製造法は、特開平６−２５０４３９号公報などに記載されている。この方法は、界面活性剤を用いて乳化重合させ樹脂粒子分散液を調製し、他方、着色剤を分散させた着色剤分散液を調製し、これらの分散液を混合した後、前記の界面活性剤と反対の電気極性を有する界面活性剤を添加して、上記の樹脂粒子と着色剤を所望の粒子径になるまで凝集させ（凝集工程）、その後、凝集粒子を所望の粒子径で安定化させた後、凝集粒子を樹脂粒子のガラス転移点（Ｔｇ）以上の温度で融合させ（融合工程）、トナーを作製するものである。非イオン性界面活性剤は、乳化重合や着色剤分散液を調製するときに、粒子の分散安定性を確保するために添加する。

また、前記凝集工程と融合工程との間に、凝集粒子分散液中に、粒子を分散させた粒子分散液を添加混合して前記凝集粒子に粒子を付着させて付着粒子を形成する工程（付着工程）を設けたものであってもよい。この付着工程では、凝集工程で調製された凝集粒子分散液中に、粒子分散液を添加混合して、凝集粒子に粒子を付着させて付着粒子を形成するが、添加される粒子は、凝集粒子に凝集粒子から見て新たに追加される粒子に該当するので、追加粒子とされる場合がある。

追加粒子としては、樹脂粒子の他に離型剤粒子、着色剤粒子等を単独もしくは複数組み合わせたものであってもよい。粒子分散液を追加混合する方法としては、特に制限はなく、例えば徐々に連続的に行ってもよいし、複数回に分割して段階的に行ってもよい。このようにして、粒子（追加粒子）を添加混合することにより、微小な粒子の発生を抑制し、得られるトナー粒子の粒度分布をシャープにすることができ、高画質化に寄与することが可能となる。

また、付着工程を設けることにより、擬似的なシェル構造を形成することができ、着色剤や離型剤などの内添物のトナー表面露出を低減でき、結果として帯電性や寿命を向上させることができることや、融合工程における融合時において、粒度分布を維持し、その変動を抑制することができると共に、融合時の安定性を高めるための界面活性剤や塩基または酸等の安定剤の添加を不要にしたり、それらの添加量を最少限度に抑制することができ、コストの削減や品質の改善可能となる点で有利である。従って、離型剤を使用するときには、樹脂粒子を主体とした追加粒子を添加することが好ましい。さらにこの方法を用いれば、融合工程において、温度、攪拌数、ｐＨなどの調整により、トナー形状制御を簡単に行うことができる。

本発明に用いられるトナーは、体積平均粒径Ｄ_５０Ｖが２〜９μｍの範囲であることが好ましく、２．０〜５．０μｍの範囲がより好ましい。トナーの体積平均粒径が９．０μｍを超えると、粗大粒子の比率が高くなり、定着工程を経て得られる画像の細線や微小ドットの再現性、および階調性が低下することがある。一方、トナーの体積平均粒径が、２．０μｍ未満となると、トナーの粉体流動性、現像性、あるいは転写性が悪化し、像保持体表面等に残留するトナーのクリーニング性が低下する等、粉体特性低下に伴う他の工程における種々の不具合が生じる場合がある。

本発明におけるトナーの体積粒度分布指標ＧＳＤｖは１．３以下であることが好ましく、１．２５以下であることがより好ましい。また、個数粒度分布指標ＧＳＤｐは１．４以下であることが好ましく、１．３以下であることがより好ましい。
ＧＳＤｖが１．３よりも大きいと、トナー中の粗粉が多くなり、画像の飛び散りが発生する場合がある。ＧＳＤｐが１．４よりも大きいと、トナー中の微粉が多くなり、トナー飛散による機内のトナー汚染が多くなる場合がある。

前記体積平均粒径、ＧＳＤｖ、及びＧＳＤｐは、以下のように求められる。まず、例えば、コールターカウンターＴＡII（ベックマン−コールター社製）、などの測定器で測定される粒度分布を基にして、体積、数をそれぞれ小粒径側から累積分布を引いて、累積１６％となる粒径をＤ_１６ｖ、Ｄ_１６ｐ、累積５０％となる粒径をＤ_５０ｖ（これを体積平均粒径とする）、Ｄ_５０ｐ、累積８４％となる粒径をＤ_８４ｖ、Ｄ_８４ｐと定義する。
そして、体積粒度分布指数ＧＳＤｖは、（Ｄ_８４ｖ／Ｄ_１６ｖ）^１／２として算出され、数平均粒度分布指数ＧＳＤｐは、（Ｄ_８４ｐ／Ｄ_１６ｐ）^１／２として算出される。

さらに、本発明におけるトナーの形状係数ＳＦ１は１０５〜１６０の範囲にあることが好ましい。形状係数ＳＦ１が１０５より小さいと、形状が球形に極めて近いため、水のような流動性を持つようになり、搬送性が悪化する場合がある。形状係数ＳＦ１が１６０より大きいと、トナーの流動性が低下し、部分的に強いストレスが加わったり、搬送力、攪拌力を上げる必要が生ずるなどして、現像剤の劣化が促進される場合がある。
なお、上記ＳＦ１は１１０〜１４５の範囲がより好ましい。

ここで上記形状係数ＳＦ１は、下記式（１）により求められる。
ＳＦ１＝（ＭＬ²／Ａ）×（π／４）×１００ ・・・ 式（１）
上記式（１）中、ＭＬはトナー粒子の絶対最大長、Ａはトナー粒子の投影面積を各々示す。

前記ＳＦ１は、主に顕微鏡画像または走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を画像解析装置を用いて解析することによって数値化され、例えば、以下のようにして算出することができる。すなわち、スライドガラス表面に散布したトナーの光学顕微鏡像をビデオカメラを通じてルーゼックス画像解析装置に取り込み、１００個以上のトナー粒子の最大長と投影面積を求め、上記式（１）によって計算し、その平均値を求めることにより得られる。

得られたトナー粒子には、流動性助剤、クリーニング助剤、研磨剤等として、無機粒体および有機粒体を添加しトナーとすることができる。無機粒体としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、リン酸三カルシウム、酸化セリウム等の通常トナー表面の外添剤として使用される総ての粒子があげられ、有機粒体としては、例えば、ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂等の通常トナー表面の外添剤として使用される総ての粒子が挙げられる。

キャリアは、フェライトの芯材表面に、カーボンブラック等の導電材料が分散された樹脂被膜層を有する樹脂コートキャリアで、体積平均粒径が４５μｍである。
トナーとキャリアとを混合した２成分現像剤としては、例えば、トナー濃度（ＴＣ：Ｔｏｎｅｒ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）を８質量％とし、現像剤中トナー帯電量を絶対値で２０〜３０μＣ／ｇとしたものを適用することができる。ここで、ＴＣは次式で求められる。

ＴＣ（質量％）＝（（現像剤に含まれるトナーの質量（ｇ））
／（現像剤の総質量（ｇ））×１００
トナーとキャリアとを混合して現像剤としたときのトナーの電荷量は、高すぎるとトナーのキャリアに対する付着力が高くなりすぎてトナーが現像されないという現象が発生する。一方、電荷量が低すぎると、トナーのキャリアに対する付着力が弱くなり、遊離トナーによるトナークラウドが発生し、プリント時に本来白抜けとなるべき非画像部にトナーが付着して濃度が高くなる現象（かぶり）が発生して問題となる。トナーを転移して良好な現像を行うためには、現像剤中のトナーの電荷量は、絶対値で５〜５０μＣ／ｇとするのが好ましく、より好ましくは、１０〜４０μＣ／ｇであり、本実施形態では、３０μＣ／ｇとした。

ここで、二成分現像方式であり且つ低温低湿環境下でプリントを行う画像形成装置では、トナー電荷量を抑えるために現像剤中のトナー比率を上げて対処する方法がある。この場合トナークラウドが発生しやすいという欠点を有するが、前述の通り、アモルファスカーボン層を表面に形成した一次転写ロールを備える本発明の画像形成装置においては、トナークラウド等によって発生する一次転写ロール表面へのトナー固着が良好に抑制されるため、本発明の効果はより顕著に発揮される。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

〔実施例１〕
＜一次転写ロールの作製＞
まず、基材としてＳＵＳ製の直径（外径）８ｍｍ金属ロールを準備した。
上記金属ロールの表面粗さＲａを、ＪＩＳ−Ｂ０６３３（２００１年）に則して測定したところ、０．４であった。

次いで、前記基材表面に、島津製作所製のＦＣＶＡ装置を用いて成膜温度を８０℃、成膜速度を１．５ｍｍ／ｓｅｃの条件とし、印加電圧のバイアスや波形を調整して、ｔａ−Ｃ（テトラヘドラルアモルファスカーボン）層を形成した。
上記ｔａ−Ｃ層の厚みは０．５μｍであり、アモルファスカーボン比率は９０質量％であった。

形成されたｔａ−Ｃ層の物性値を前述の方法により測定したところ、下記のような数値であった。
・水素原子の含有量 １ａｔｍ％
・ｓｐ３結合している炭素原子の比率 ８５％
・摩擦係数 ０．１
・接触角 ８５°

＜画像形成装置の作製＞
まずタンデム方式の画像形成装置として、富士ゼロックス(株)社製の商品名：ＤｏｃｕＣｅｎｔｒｅＣｏｌｏｒ ａ４５０を準備し、この画像形成装置の４つの一次転写装置（Ｙ，Ｍ，Ｃ，Ｋの画像形成ユニットにおける各々の一次転写装置）に、上記一次転写ロールを搭載した。

＜評価＞
上記画像形成装置を用いて、下記の条件により５０万枚のプリントテストを実施した。
（テスト条件）
Ａ４用紙に、ＹＭＣＫ４色の単色パッチ（濃度１００％、２ｃｍ角）を印字した画像を、２２℃５５％ＲＨ環境下で連続プリントした。

１万枚のプリントテスト後および５０万枚のプリントテスト後において、下記の評価基準に従って、転写ムラおよび画質ディフェクトの発生状況を確認した。
（１）転写ムラの評価基準
単色（ＹＭＣＫ）および２次色（ＲＧＢ）の２ｃｍ角の１００％濃度パッチをプリントし、パッチ内の濃度ムラ、見た目のムラ、トナー表面の凹凸などを総合的に観察し、下記基準により評価した。
○：濃度ムラ、見た目のムラ、トナー表面の凹凸が発生していないもの
△：若干発生してはいるが製品として許容レベルのもの
×：製品としての許容レベルを満たさず、顕著に発生しているもの

（２）画質ディフェクトの評価基準
単色ハーフトーン３０％濃度のＡ４全面画像をプリントし、白点または黒点の発生状況と、発生している場合の濃度、大きさを総合的に観察し、下記基準により評価した。
○：白点または黒点が発生していないもの
△：若干発生してはいるが、濃度や大きさが製品として許容レベルのもの
×：製品としての許容レベルを満たさず、顕著に発生しているもの

また、１万枚のプリントテスト後および５０万枚のプリントテスト後において、一次転写ロールを取り出して表面の磨耗状況を観察し、下記基準により評価した。
（３）磨耗の評価基準
キーエンス(株)製レーザー顕微鏡ＶＫ８５１０（対物レンズ５０倍）を用いて、磨耗形態、断面プロファイル形状を総合的に観察し、下記基準により評価した。
○：磨耗が著しく少ないもの
△：若干の磨耗が発生してはいるが、製品として許容レベルのもの
×：製品としての許容レベルを満たさず、顕著な磨耗が発生しているもの

評価結果を、下記表１に示す。

〔実施例２〕
実施例１において、一次転写ロールの基材表面に形成したｔａ−Ｃ層に替えて、以下の装置を用いてプラズマＣＶＤ法によりアモルファスカーボン（ａ−Ｃ）層を形成した以外は、実施例１と同様にして画像形成装置を作製し、プリントテストを行った。
装置名：株式会社オンワード技研製 ＤＬＣコーティング装置
型式：ＹＨ１２００Ｄ
成膜温度：２５０℃
上記ａ−Ｃ層の厚みは５μｍであり、アモルファスカーボン比率は８０質量％であった。

形成されたａ−Ｃ層の物性値を前述の方法により測定したところ、下記のような数値であった。
・水素原子の含有量 ２０ａｔｍ％
・ｓｐ３結合している炭素原子の比率 ４０％
・摩擦係数 ０．２
・接触角 ７０°

〔比較例１〕
実施例１において、一次転写ロールの基材表面にｔａ−Ｃ層を形成しなかった以外は、実施例１と同様にして画像形成装置を作製し、プリントテストを行った。

形成された一次転写ロール（即ち金属ロール）の物性値を前述の方法により測定したところ、下記のような数値であった。
・摩擦係数 ０．３
・接触角 ６５°

〔比較例２〕
実施例１において、一次転写ロールの基材表面に形成したｔａ−Ｃ層に替えて、下記の方法によりフッ素樹脂製の離型層を形成した以外は、実施例１と同様にして画像形成装置を作製し、プリントテストを行った。

−フッ素樹脂製離型層の形成−
ＰＴＦＥ微粒子を分散した低温焼成型のフッ素コート液を調整し、基材表面に塗布して１５０℃で焼成し、離型層を形成した。
形成された離型層の物性値を前述の方法により測定したところ、下記のような数値であった。
・摩擦係数 ０．０５
・接触角 ９０°

初期的には、転写ムラ、画質ディフェクト、磨耗の評価結果は○であったが、１万プリント後には摩擦係数０．３、接触角６５に変化し、５０万プリント後の各評価項目の評価結果は何れも×となった。

炭素の結晶構造の違いによる分類を示す説明図である。 ＦＣＶＡ装置を説明する概念図である。 本発明の画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。 図３に示す画像形成装置の一次転写ロール周辺を拡大した概略構成図である。

符号の説明

４０ 炭素イオン発生源
４１ カソード
４２ アノード
４３ フィルター
４４ 磁気コイル
１０１ 感光体ドラム
１０２ 一様帯電器
１０３ レーザー帯電器
１０４ 現像装置
１０５ 一次転写ロール
１０６ ドラムクリーナ
１１０ 中間転写ベルト
１１６ 用紙容器
１２０ 二次転写装置
１３６ ベルトクリーナ
１５０ 定着装置

Claims (5)

1. 少なくとも、画像情報に応じた静電潜像を形成する像保持体と、前記像保持体に形成された静電潜像をトナーによりトナー像として可視化する現像手段と、前記像保持体上に形成されたトナー像が一次転写される中間転写ベルトと、前記中間転写ベルトに前記トナー像を一次転写する一次転写手段と、中間転写ベルトに一次転写された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、
   前記一次転写手段として、前記中間転写ベルトの内周面側に一次転写ロールを備え、
   前記一次転写ロールが表面に、アモルファスカーボンを主成分とするコート層を有することを特徴とする画像形成装置。
2. 前記コート層に含まれるアモルファスカーボンは、水素原子の含有量が１０ａｔｍ％以下で、且つｓｐ３結合している炭素原子の比率が５０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記コート層の厚みは５μｍ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. 前記一次転写ロールは、基材として金属ロールを用いていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の画像形成装置。
5. 前記金属ロールの表面粗さＲａは１．０以下であることを特徴とする請求項４に記載の画像形成装置。

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