JP2013164540A - 現像装置、および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】装置への通紙枚数が増加したり、高速回転で使用したりしても現像性を維持する。
【解決手段】静電潜像を担持する感光体2に対向して感光体2と所定距離だけ離して配置されるとともに、周期的に配列された複数の凸部42aおよび該凸部42aを取り囲む凹部42bを備え、一成分現像剤を担持する金属製の現像ローラ42と、前記現像剤担持体に接触して付着する一成分現像剤の量を規制する金属製のドクタブレード45とを備える現像装置4において、現像ローラ42の凹部42bにのみ帯電制御剤を添加した合成樹脂層51を形成する。
【選択図】図14
【解決手段】静電潜像を担持する感光体2に対向して感光体2と所定距離だけ離して配置されるとともに、周期的に配列された複数の凸部42aおよび該凸部42aを取り囲む凹部42bを備え、一成分現像剤を担持する金属製の現像ローラ42と、前記現像剤担持体に接触して付着する一成分現像剤の量を規制する金属製のドクタブレード45とを備える現像装置4において、現像ローラ42の凹部42bにのみ帯電制御剤を添加した合成樹脂層51を形成する。
【選択図】図14
Description
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等に用いられる現像装置、およびこれを用いた画像形成装置に関する。
近年、一成分現像を用いたカラープリンターも高速化の要求が強まっている。図22は従来の画像形成装置を示す模式図である。この画像形成装置600は、中間転写体上にカラー画像を形成して2次転写部で転写紙に転写する構成を備える。画像形成装置600は、複数色例えば4色の作像ユニット611、612、613、614を並列に配置して、カラー画像を形成する構成を備える。なお、画像形成装置として、直接転写紙上に感光体から転写する構成を採用する場合もある。
このような画像形成装置600では、ユーザーが作像ユニットの交換をしやすいように、現像ユニットと感光体ユニットを一体化する構成が多い。現像ユニットを縦に長い構成にすることにより、必要なトナー量が収容可能で図の横幅方向の装置幅を短くできる。ここで、各作像ユニット611、612、613、614はトナー色が異なるだけで同じ構造を備える。
画像形成装置600では、作像ユニット611、612、613、614において、帯電ローラ622で感光体621を帯電した後、図示されていない書き込み光学系により露光して潜像を形成し、一成分現像装置630で所定色のトナー像を形成して中間転写ベルト623に転写する。中間転写ベルト623上で各色のトナー像が重ね合わされ、2次転写部624で図示されていない紙搬送ユニットにより搬送されてきた転写紙に転写され、定着ユニット625でトナー像を定着する。
図23は図22に示した画像形成装置の一成分現像装置を示す断面図である。一成分現像装置630の現像容器631内に、所定量の非磁性一成分トナーを収容し、現像ユニット下部に配置されている発泡体からなる供給ローラ632にトナーを供給する。供給ローラ632と現像ローラ633とは図中の矢印の方向に所定の線速比で回転し、供給ローラ632から現像ローラ633にトナーを供給する。現像ローラ633として、一般的には、ゴム等で弾性層を形成したローラや、金属の表面をブラスト処理して粗さを付けたようなローラを用いる。現像ローラ633に付着したトナーは、規制ブレード634と現像ローラ633とのニップ部で現像ローラと摩擦帯電してマイナス極性に帯電し、ニップ部を通過した後は現像ローラ633上に必要な量のトナー層を形成する。現像ローラ633は感光体621に接触あるいは非接触で感光体の線速に対して所定の線速比ηで回転し、感光体621の静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する。
最近では、小型で低コスト化に向く一成分現像装置を用いたカラー形成装置においても、高画質化の要求が強くなっている。そのため一成分現像装置でも、トナーの小粒径化による高画質化が必要となっている。トナーの小粒径化に対しては重合トナーによる小粒径化が主流であるが、粉砕トナーでも粒径6μm以下の小粒径トナーが実用化されている。しかし小粒径トナーはストレスにより凝集体ができやすく、規制ブレードと現像ローラにニップ部で凝集体が発生してニップ部に滞留し、やがてブレードにトナー固着となるという現象が発生しやすい。
図24は従来の現像装置の現像ローラ表面状態を示す拡大断面図である。この現像ローラ640は、金属製であり、その表面に周期的に配列された潤滑微粒子による微細な凹凸すなわち、複数凸部641および該凸部641を取り囲む凹部642を備える。
また、現像装置4では、規制ブレード634の設置条件を、凸部表面に付着したトナーを除去するような条件に設定する。図25はトナーの除去状態を示す断面図である。規制ブレード634で凸部641のトナーを除去すると、図26に示すように規制ブレードが入り込まない凹部642にのみトナーTが残留した状態となる。
この現像ローラ640では、規制ブレード634と接触する凸部641に付着したトナーを除去する条件になっているのでトナー凝集体が滞留せず、凹部642のトナーには規制ブレード634の強い圧力がかからないのでトナーがブレードに固着しない。
このような現像装置として、特許文献1は、トナーを小粒径化しても、現像ローラから感光体へのトナーの飛翔性を優れたものとするため、現像ローラを円筒状または円柱状をなし外周面に凹凸部を形成した基材と、基材の外周面上に形成され、金属とトナーに対して潤滑性を有する潤滑微粒子を含んで構成した表層とを有し、表層の基材とは反対側の面には、接触面積を低減しつつトナーを担持できるように形成したものを開示する。
しかし、特許文献1に記載の現像装置では、使用により凸部652の表層が摩耗して現像性が低下するという問題がある。図26は同現像ローラの表層が摩耗した状態を示す断面図である。現像ローラ650の基材651の外周面は凸部652と凹部653を形成し、厚さ寸法d0の表層654を形成している。しかし凸部652に形成した表層654は、規制ブレードが加圧されつつ接触しているため、装置への通紙枚数が増えたり、高速で回転して使用したりすると摩耗する。
これにより、表層654が図26中状態C(破線)から状態D(実線)に変化し、表層654の厚さ寸法はd0からd1に減少する。一方、凹部642に形成された表層654は摩耗せずd0のままであるので、凸部652と凹部653とで形成する溝部の深さが減少する(図26中D0からD1)。このためトナー層を形成する空間の体積が減り、トナーの搬送量が減少して現像性が低下するのである。
本発明は上述の点にかんがみてなされたものであり、装置への通紙枚数が増加したり高速回転で使用したりしても現像性を維持できる現像装置、および画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明に係る現像装置は、静電潜像を担持する像担持体に対向して配置されるとともに、周期的に配列された複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部を備え、一成分現像剤を担持する金属製の現像剤担持体と、前記現像剤担持体に接触して付着する一成分現像剤の量を規制する金属製のブレードとを備える現像装置において、前記現像剤担持体の凹部にのみ帯電制御剤を添加した合成樹脂層を形成したことを特徴とする。
本発明によれば、凸部が摩耗しないので、装置への通紙枚数が増加しても現像剤担持体に付着するトナーの搬送量を一定にして現像性が劣化することを防止することができる。
次に本発明の実施の形態に係る現像装置、および画像形成装置を図面に基づいて説明する。以下、実施形態に係る画像形成装置を複写機500として説明する。図2は実施形態に係る画像形成装置の概略構成図である。複写機500は、複写装置本体(以下、プリンター部100という)、給紙テーブル(以下、給紙部200という)およびプリンター部100上に取り付けるスキャナー(以下、スキャナー部300という)を備える。
プリンター部100は、4台のプロセスユニットとしてのプロセスカートリッジ1(Y,M,C,K)、複数の張り渡しローラに張り渡されて図1中の矢印A方向に移動する中間転写体としての中間転写ベルト7、露光手段としての露光装置6、定着手段としての定着装置12等を備える。4台のプロセスカートリッジ1の、符号の後に付されたY,M,C,Kという添え字は、イエロー,マゼンタ,シアン,黒用の仕様であることを示す。4台のプロセスカートリッジ1(Y,M,C,K)は、それぞれ使用するトナーの色が異なるほかはほぼ同様の構成になっているので、以下、K,Y,M,Cという添え字を省略して説明する。
プロセスカートリッジ1は、潜像担持体である感光体2、帯電手段である帯電部材3、現像手段である現像装置4、および、クリーニング手段である感光体クリーニング装置5を一体的に支持してユニット状とした構成を備える。各プロセスカートリッジ1は、それぞれの不図示のストッパーを解除することにより、複写機500本体に対して着脱可能である。
感光体2は、図中の矢印で示すように、図中の時計周り方向に回転する。帯電部材3は、ローラ状の帯電ローラであり、感光体2の表面に圧力を掛けた状態で接触しており、感光体2の回転により従動回転する。作像時には、帯電部材3には図示しない高圧電源により所定のバイアスが印加され、感光体2の表面を帯電する。プロセスカートリッジ1は、帯電手段として、感光体2の表面に接触するローラ状の帯電部材3を用いている。帯電手段としてはこれに限るものではなく、コロナ帯電などの非接触帯電方式を用いてもよい。
露光装置6は、スキャナー部300で読み込んだ原稿画像の画像情報またはパーソナルコンピュータ等の外部装置からの画像情報に基づいて、感光体2の表面に対して露光し、感光体2の表面に静電潜像を形成する。プリンター部100が備える露光装置6は、レーザーダイオードを用いたレーザービームスキャナー方式を用いているが、露光手段としてはLEDアレイを用いるものなど、他の構成でもよい。感光体クリーニング装置5は、中間転写ベルト7と対向する位置を通過した感光体2の表面上に残留する転写残トナーのクリーニングを行う。
4台のプロセスカートリッジ1は、それぞれイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの各色のトナー像を感光体2上に形成する。4台のプロセスカートリッジ1は、中間転写ベルト7の表面移動方向に並列に配置され、それぞれの感光体2上に形成されたトナー像を中間転写ベルト7に順に重ね合わせるように転写し、中間転写ベルト7上に可視像を形成する。
図2において、各感光体2に対して中間転写ベルト7を挟んで対向する位置には一次転写手段としての一次転写ローラ8を配置している。一次転写ローラ8には不図示の高圧電源により一次転写バイアスを印加し、感光体2との間で一次転写電界を形成する。感光体2と一次転写ローラ8との間に一次転写電界を形成することにより、感光体2の表面上に形成したトナー像を中間転写ベルト7の表面に転写する。中間転写ベルト7をかけた複数の張り渡しローラのうちの一つが不図示の駆動モータによって回転することによって中間転写ベルト7が図中の矢印A方向に表面移動する。表面移動する中間転写ベルト7の表面上に各色のトナー像を順次重ねて転写することによって、中間転写ベルト7の表面上にフルカラー画像を形成する。
4台のプロセスカートリッジ1が中間転写ベルト7と対向する位置に対して、中間転写ベルト7の表面移動方向下流側には、張り渡しローラの一つである二次転写対向ローラ9aに対して中間転写ベルト7を挟んで対向する位置に二次転写ローラ9を配置し、中間転写ベルト7との間で二次転写ニップを形成する。二次転写ローラ9と二次転写対向ローラ9aとの間に所定の電圧を印加して二次転写電界を形成する。給紙部200から給紙し、図1中の矢印C方向に搬送した転写材である転写紙Pが二次転写ニップを通過する際に、中間転写ベルト7の表面上に形成したフルカラー画像を、二次転写ローラ9と二次転写対向ローラ9aとの間に形成された二次転写電界で転写紙Pに転写する。
二次転写ニップに対して転写紙Pの搬送方向下流側に、定着装置12を配置する。二次転写ニップを通過した転写紙Pは定着装置12に到達し、定着装置12における加熱および加圧によって転写紙P上に転写されたフルカラー画像を定着し、画像を定着した転写紙Pを複写機500の装置外に出力する。一方、二次転写ニップで転写紙Pに転写せず中間転写ベルト7の表面上に残留したトナーを、転写ベルトクリーニング装置11によって回収する。
図2に示すように、各色トナーを収容するトナーボトル400(Y,M,C,K)を、中間転写ベルト7の上方に、複写機500本体に対して着脱可能に配置している。各色トナーボトル400に収容したトナーを、各色に対応する不図示のトナー補給装置によって、各色の現像装置4に供給する。
次に現像装置4について説明する。図1は実施形態に係る現像装置の概略構成図である。図1は、図2中の紙面奥側から見た断面図に相当する。図3および図4は現像装置の斜視説明図であり、それぞれ異なる方向の斜め上方から現像装置4を見たものである。
現像装置4の外形を形成する現像ケーシング41は、上ケース411、中ケース412および下ケース413を組み合わせて形成する。中ケース412はトナー収容部43を形成し、上ケース411にはトナー収容部43と外部とを連通する現像剤補給部であるトナー補給口55を形成する。また、上ケース411には、現像剤担持体である現像ローラ42と上ケース411との隙間をシールする入口シール47を設けている。
図5は、図1と同じ方向から見た現像装置4の断面説明図であり、図6は、現像装置4の一部を拡大した斜視図であり、その一部をZ−X断面図で示す説明図である。中ケース412には、現像ローラ42、供給ローラ44、ドクタブレード45、パドル46、供給スクリュ48およびトナー残量センサー49等を設けている。現像装置4には、内部と外部とを連通する開口部56を長手方向(図中Y軸方向)に沿って設けている。開口部56内にはトナーを内部から外部(感光体と対向する現像領域α)まで担持搬送する円筒状の現像ローラ42を設けている。現像装置4では、ドクタブレード45を金属製の板材で構成し、その先端部が現像ローラ42に接触するように配置する。
図7は、下ケース413の図示を省略した現像装置4の一方の端部(図2中の奥側端部)近傍の拡大斜視図であり、図8は、図7の状態から現像ローラ42の図示を省略した現像装置4の拡大斜視図である。また、図9は、下ケース413の図示を省略した現像装置4の他方の端部(図2中の手前側端部)近傍の拡大斜視図であり、図10は、図9の状態から現像ローラ42の図示を省略した現像装置4の拡大斜視図である。
現像装置4では、供給ローラ44が図1中の矢印C方向(図1中の時計回り方向)に回転して表面移動することにより、トナー収容部43内のトナーTを現像ローラ42に対向する領域である供給ニップβに搬送し、現像ローラ42の表面にトナーを供給する。現像ローラ42は、供給されたトナーを表面上に担持して、図1中の矢印B方向(図1中の時計回り方向)に回転して表面移動することにより、現像ローラ42上のトナーを所定量に規制する規制ブレードであるドクタブレード45との対向部までトナーを搬送する。ドクタブレード45との対向部で所定量に規制されたトナーは、現像ローラ42の回転によって感光体2との対向部である現像領域αに到達する。また、供給ニップβでは、供給ローラ44の表面は下方から上方に向かって移動し、現像ローラ42の表面は上方から下方に向かって移動する。
現像領域αでは、現像バイアス電源142から現像ローラ42に印加された現像バイアスと感光体2表面上の潜像との電位差によって形成される現像電界に応じて、現像ローラ42の表面上のトナーTが感光体2の表面に移動する。これにより、感光体2の表面上の静電潜像部分にトナーが付着し、現像を行う。感光体2は、現像ローラ42に対して非接触で、図1中の矢印D方向に回転する。このため、現像領域αにおいて、現像ローラ42の表面移動方向と感光体2の表面移動方向とは同方向となる。
また、現像バイアス電源142は、現像領域αに搬送されたトナーによる潜像の現像のために、現像ローラ42から感光体2へトナーを向かわせるための第1電圧と、感光体2から現像ローラ42へトナーを向かわせるための第2電圧とを備えた交番電圧を現像ローラ42に印加する。
詳細は後述するが、現像ローラ42の表面には凸部42aの高さや凹部42bの深さが実質的に一定の規則的な凹凸形状を有している。また、現像ローラ42に形成した凹部42bには合成樹脂層51をコーティングしている(図14参照)。現像領域αで現像に寄与せず、現像領域αを通過した現像ローラ42の表面上のトナーTを、供給ニップβで供給ローラ44によって回収し、現像ローラ42表面をリセットする。
現像ローラ42の表面上に規則的に形成した凹部42bに担持したトナーTを回収し難い。そして、現像領域αを通過したトナーTが供給ニップβを通過し、現像ローラ42で担持したままとなると、トナーTが現像ローラ42に固着してトナーフィルミングが発生する。トナーフィルミングが発生すると、現像ローラ42上のトナーTの単位重量当たりの帯電量や現像ローラ42の単位面積当たりのトナー量が不安定になり、現像時の濃度ムラの発生の原因となる。
現像装置4では、現像ローラ42と供給ローラ44とが対向する供給ニップβにおいて、現像ローラ42の表面移動方向と供給ローラ44の表面移動方向とを逆方向としている。これにより、供給ニップβにおける現像ローラ42の表面と供給ローラ44の表面との線速差が大きくなり、供給ニップβでの供給ローラ44による回収性能の向上を図ることができる。よって、トナーを現像ローラ42に担持したままとなることを抑制し、現像ローラ42の表面にトナーが固着することを抑制でき、現像剤担持体の表面に現像剤が固着することに起因する現像時の濃度ムラの発生を抑制することができる。
また、図1に示すように、現像装置4では供給ローラ44をトナー収容部43の上部に配置し、供給ローラ44の少なくとも一部がパドル46の回転を停止した状態のトナー収容部43内のトナーTの剤面よりも上方としている。そして、供給ニップβに対して供給ローラ44の表面移動方向下流側の領域(以下、供給ニップ下流側領域と呼ぶ。)をトナーTの剤面よりも上方としている。供給ニップ下流側領域にトナーが充填していると、供給ニップ下流側領域に充填した状態のトナーが新たなトナーが供給ニップ下流側領域に入ってくることを阻害し、供給ニップβにおける現像ローラ42からのトナーの回収効率を低下させるおそれがある。
一方、本実施形態に係る現像装置4は図1に示すように、供給ニップ下流側領域がトナーTの剤面よりも上方となっているため、供給ニップ下流側領域にはトナーを充填しておらず、供給ニップ下流側領域に存在するトナーによって、供給ニップβにおける現像ローラ42からのトナーの回収を阻害されることがなく、効率的にトナーの回収を行うことができ、トナーのリセット性を向上できる。
さらに、ドクタブレード45の現像ローラ42の表面に対する接触状態としては、図22に示すように、先端当て状態であるほうが、凸部42aの頂面に存在するトナーTをすり切ることができ、より好ましい。先端当てとは、ドクタブレード45をエッジ当ての状態で現像ローラ42に接触させる状態をいう。ここで、エッジ当てとは、ドクタブレード45の対向面45bと先端面45aとの間の稜線を形成するエッジ部が現像ローラ42の表面(凸部表面)に接触する状態である。ここで稜線を形成するエッジ部において、稜線は丸みを帯びていてもよいし、面取りされていてもよい。
ドクタブレードの対向面と、先端面とを延長させた面が交差する箇所近傍を示す。具体的には平板状のドクタブレードの自由端側の先端の現像ローラ側の角部(丸みがあっても、面取りされててもよい)が現像ローラの凸部に接触するようになっていればよい。
ここで、ブレードを折り曲げてその曲げ部分を接触させる方法もあるが、トナーをすり切る効果については上記の自由端側の先端を接触させるほうが、効果が高く望ましい。
ここで、ブレードを折り曲げてその曲げ部分を接触させる方法もあるが、トナーをすり切る効果については上記の自由端側の先端を接触させるほうが、効果が高く望ましい。
次に、現像ローラ42について説明する。図11は現像ローラ42の斜視説明図、図12は現像ローラ42の側面図である。また、図13は現像ローラ42の表面形状の説明図であり、図13(a)は、現像ローラ42全体の概略図、図13(b)は、図13(a)に示した現像ローラ42の表面の一部の拡大図である。
現像ローラ42は、現像ローラ軸421に表面にトナーを担持する現像ローラ円筒部420を設けた構成であり、現像ローラ円筒部420に対して軸方向外側である軸方向両端部近傍の現像ローラ軸421には、スペーサー422を備える。現像ローラ42は、現像ローラ軸421を中心に回転可能に設けており、現像ローラ軸421の軸方向が現像装置4の長手方向(図中Y軸方向)と平行になるように配置している。現像ローラ42の現像ローラ軸421の軸方向両端を中ケース412の側壁部412sに対して回転可能に取り付けている。現像ローラ42の表面の一部は開口部56から現像装置4の外部に露出し、この露出した表面が下方から上方に表面移動してトナーを搬送するように、現像ローラ42は図1中の矢印B方向に回転する。
また、現像ローラ42は、軸方向両端部近傍に設けられたスペーサー422が感光体2の表面に接触することにより、現像領域αにおける現像ローラ円筒部420の表面と感光体2の表面との距離(現像ギャップ)を一定に保っている。
現像ローラ42は、一般滴にはアルミ合金、鉄合金等が使用される。本実施形態に係る現像装置4ではSTKM等の鉄系素材を使用する。現像ローラ42の現像ローラ円筒部420は、図13(a)に示すように、その表面の構造の相違に基づき、主として、二つの部分(溝形成部420a、非溝形成部420b)に分けられる。溝形成部420aは、現像ローラ42の軸方向において中央部を含む部分であり、トナーを適切に担持させるために凹凸加工をその表面に施している。本実施形態に係る現像装置4では、凹凸加工としていわゆる転造加工を用い、凸部42aを、互いに巻き方向の異なる螺旋状の第1溝L1および第2溝L2に囲まれて形成している。本実施形態の現像ローラ42では、凸部42aの軸方向のピッチ幅W1を80[μm]とし、凸部42aの頂面の軸方向長さW2を40[μm]とした。さらに、凹部42bから凸部42aの頂面までの高さである凹部深さを10[μm]とした。ピッチ幅W1、頂面の軸方向長さW2および凹部深さの値は一例であり、この値に限られるものではない。
現像ローラ42としては、その表面がトナーを正規帯電させる材料であることが望ましい。フィルミングによって低帯電トナーが生まれた場合においても、ジャンピングしたトナーTによってたたき出された低帯電トナーが、凸部42aや凹部42bのフィルミングがおきていない部分で帯電できるため、低帯電トナーを減少させることができ、画像濃度が安定化する。
また、非接触現像では、トナーと現像ローラの付着力が大きくなるとAC電圧の振幅を大きくしなければ現像性が低下するが、振幅を大きくすると感光体の非画像部の電位と現像バイアスの最大になる電位との差が大きくなり、その部分で放電が発生して画像のノイズとなる。そのためトナーと現像ローラとの付着力を小さくする必要がある。トナーの帯電量が高いと現像ローラへのトナーのクーロン力による付着力が大きくなり、現像性が低下しやすい。このため例えば平均のトナーQ/Mが−30(μC/g)〜−40(μC/g)程度になるようにすると、所望の現像性が得られるようになる。このため所望の現像性が得にくい。
そこで、本実施形態に係る現像装置4では、凹部42bのみの表面に合成樹脂層51をコーティングした。図14は現像ローラの合成樹脂層の状態を示す図13中のB−B線に相当する断面図である。実施形態では、現像ローラ42の金属部分をSTKM等の鉄系素材としたので、ドクタブレード45の接触でほとんど摩耗することない。また、合成樹脂層51は摩耗しないので現像ローラ42を高速回転で用いても、溝部の深さが変化せずトナーの搬送量が低下することがない。合成樹脂層51は、帯電制御剤を添加しその種類や量を変えることにより、トナーの帯電性と合わせて最適化を行うことにより所望の帯電性が得られる。合成樹脂層を形成する素材しては例えばポリカーボネート樹脂やフッソ系樹脂が好適である。また帯電抑制剤としては、界面活性剤系、無機材料系、高分子系等がある。
現像ローラ42上の凸部42aに表層を設けると、規制ブレード634により摩耗する。一方、凹部は摩耗しないため溝部の深さが減少し、トナー層ができる空間の体積が減り、トナーの搬送量が低下して現像性が低下する。本実施形態ではこのような事態を防止することができる。
このように、本実施形態では現像ローラ42を、凸部42aがドクタブレード45(ブレード部材450)よりも硬い材質でSTKM等の鉄系素材で形成している。これにより、現像ローラ42の表面の凸部42aがドクタブレード45によって削り難く、凸部42aとドクタブレード45で囲まれる凹部42bの体積が変わりにくくなり、M/A値(現像ローラ表面上の単位面積当たりのトナーの担持量)が安定する。
また、現像ローラ42の凸部42aと合成樹脂層51とが形成する溝部の深さは、使用するトナーTの重量平均粒径よりも大きいことが望ましい。平均的な大きさのトナーTが凹部42b内に収まるため、粒径の選択が起こりにくくなり、経時でのM/A値(現像ローラ表面上の単位面積当たりのトナーの担持量)が安定する。
ここで、現像ローラ42に合成樹脂層51を設けると、カウンターチャージが発生し、現像性の低下や画像に残像が発生するなどの現象が発生することがある。これに対処するため、合成樹脂層51に導電性微粒子を添加することが望ましい。これにより樹脂の抵抗を下げてカウンターチャージが金属部分に流れやすくする。
また、本実施形態に係る現像装置4では、感光体2と現像ローラ42とを非接触とし、線速比することによりトナーは潜像の電界により現像ローラ上で凸部に対向する感光体上の潜像にも付着し、かつ現像ローラは感光体と線速比ηで回転するので、現像ローラの凹凸のピッチがあまり大きくなければ、画像上でピッチムラになることはない。
ここで、トナーを小粒径にすることにより画像の粒状性やドット再現性をよくすることができる。しかし、トナーを小粒径にしたときに、前述したクーロン力によるトナーと現像ローラの付着力以外に、非静電付着力の寄与が大きくなる傾向がある。トナーの帯電量を所定の値にしても、非静電付着力が大きいとトナーを小粒径にしたときに現像性が低下する。本実施形態に係る現像装置4では、現像ローラ42に形成する合成樹脂層の素材を選択して、非静電付着力を小さくすることができる。小粒径のトナーを用いても現像性の低下を防止することができる。
次に、供給ローラ44について説明する。図15は供給ローラ44の斜視説明図、図16は供給ローラ44の側面図である。現像装置4の内部のトナー収容部43の上方の現像ローラ42側には、円筒状の供給ローラ44を設けている。供給ローラ44は、その軸部である供給ローラ軸441を中心に円筒状の発泡材が巻きついた構成であり、この円筒状の発泡材が表面にトナーを担持する供給ローラ円筒部440となる。
供給ローラ44を供給ローラ軸441を中心に回転可能に構成し、当該軸を中ケース412の側壁部412sに対して回転可能に取り付けている。供給ローラ44を、供給ローラ円筒部440の外周面の一部が、現像ローラ42の現像ローラ円筒部420の外周面と供給ニップβで接触するように配置しており、図1および図5に示すように、供給ローラ軸441を現像ローラ軸421よりも上方に配置している。また、上述したように、供給ローラ44は現像ローラ42と対向する箇所である供給ニップβで現像ローラ42の表面移動方向に対して逆方向に表面が移動するように回転する。さらに、現像装置4を、図1に示すように、供給ニップβの位置が現像ローラ42に対するドクタブレード45の接触位置に対して、上方に位置する配置としている。
供給ローラ44の供給ローラ円筒部440に発泡材料を用いており、現像ローラ42に接触する表面層を表面に多数の微小孔が分散しているスポンジ層としている。供給ローラ44の表面層をスポンジ状にすることで、凹部42bの底まで供給ローラ44が届きやすくなるため、現像ローラ42上トナーのリセット性が向上する。
また、供給ローラ44の現像ローラ42に対する食い込み量(「現像ローラ42の半径」+「供給ローラ44の半径」−「現像ローラ42と供給ローラ44との軸間距離」)を、現像ローラ42の凸部42aの高さよりも大きくなるように設定している。凸部42aの高さよりも供給ローラ44の食い込み量を大きくすることで、凹部42bにおけるトナーのリセット性を向上できる。なお、供給ローラ44の現像ローラ42に対する食い込み量が凸部42aの高さに対して大きすぎると、トナーが凹部42bに押し込まれてしまい、凝集の原因となるため、食い込み量が大きくなりすぎないように設定する必要がある。
供給ローラ44の供給ローラ円筒部440に用いる発泡材料を103〜1014[Ω]の電気抵抗値に設定している。供給ローラ44には、供給バイアス電源144によって供給バイアスを印加し、供給ニップβで予備帯電されたトナーを現像ローラ42に押し付ける作用を補助する。供給ローラ44は図1および図5中の時計回りの方向に回転し、表面に付着させた現像剤を現像ローラ42の表面に塗布供給する。
また、供給バイアス電源144が供給ローラ44に印加する電圧を、現像ローラ42に印加された交番電圧に対して、トナーの正規帯電極性(本実施形態のトナーTではマイナス極性)に対して逆極性(プラス極性)の直流電圧とする。このとき、現像ローラ42に印加する電圧よりも供給ローラ44に印加する電圧のほうがトナーの正規帯電極性に対して逆極性(プラス極性)となる。これにより、現像ローラ42に対して供給ローラ44側にトナーTを引き付ける方向の電界を供給ニップβに形成し、現像ローラ42上トナーのリセット性を向上することができる。なお、供給バイアス電源144を備える構成では、直流電源を別途必要となり、コスト高となるため、現像装置4の仕様に応じて、供給バイアス電源144を設けない構成としてもよい。
次に、ドクタブレード45について説明する。図17はドクタブレード45の斜視説明図であり、図18はドクタブレード45の側面図である。図5〜図10に示すように、ドクタブレード45を、現像ローラ42の下方で下ケース413の内側となる中ケース412に、設けている。ドクタブレード45は、薄い板状の金属部材であるブレード部材450と、ブレード部材450の一端が固定されている金属製の台座部452とを有する。
そして、ブレード部材450の他端側が現像ローラ42に接触するように構成している。ブレード部材450の現像ローラ42に対する接触状態は、先端が接触する先端当て状態、および、先端よりも根元側の面部が接触する腹当て状態、のいずれでもよい。しかし、先端当て状態のほうが、凸部42aの頂面に存在するトナーをすり切ることができ、凹部42bに存在するトナーのみを現像領域αに搬送することで、現像領域αに搬送するトナー量が安定するため、より好ましい。
ドクタブレード45のブレード部材450を、台座部452に対して複数のリベット451で固定している。台座部452をブレード部材450よりも厚い金属で構成しており、ブレード部材450を現像装置4の本体(中ケース412の側面部)に固定するための基板として機能させる。台座部452の長手方向端部にピン穴454を設けており、一方を真円形状の主基準穴454a、もう一方を主基準穴454a方向に長径を有する楕円形状の従基準穴454bとする。
主基準穴454aに不図示のピンを入れることで台座部452の現像装置4本体に対する位置を決定し、従基準穴454bで支える。ブレード部材450を固定した台座部452を、現像装置4本体(中ケース412)にドクタ固定ネジ455で固定することによってブレード部材450を現像装置4に固定する。
ドクタブレード45のブレード部材450は、SUS304CSPやSUS301CSP、またはリン青銅等の金属板バネ材料を用い、自由端側を現像ローラ42表面に10〜100[N/m]の押付力で接触させる。その押付力下を通過したトナーを所定量に規制すると共に摩擦帯電によって電荷を付与する。さらにブレード部材450には、摩擦帯電を補助するために、ドクタバイアス電源145からバイアスを印加する。
また、ドクタブレード45のブレード部材450としては、導電性を有する材質とすることが望ましい。ブレード部材450が導電性であることにより、Q/M値(単位体積当たりの帯電量)が大きなトナーTの帯電量を下げることができ、トナーTのQ/M値の均一化を図ることができる。これにより、トナーTの現像ローラ42に対する張り付きを防ぐことができる。
また、ドクタバイアス電源145がブレード部材450に印加する電圧として、現像ローラ42に印加された交番電圧に対して、±200[V]の範囲で直流電圧を印加する構成とし、使用環境により直流電圧の値を制御する構成としてもよい。これにより、環境変動によるM/A値(現像ローラ表面上の単位面積当たりのトナーの担持量)の変動を抑制することができる。
次に、パドル46について説明する。図19はパドル46の斜視説明図、図20はパドル46の側面図である。現像装置4内には、トナーが収容される空間としてトナー収容部43を設けている。このトナー収容部43内にはパドル46を現像ケーシング41に対して回転可能に取り付けている。
パドル46は、その軸部であるパドル軸461と、マイラー等の弾性シート材からなる薄い羽部材としてのパドル羽460とを備える。パドル軸461は、向かい合う二つの平面部を有し、この二つの平面部にパドル羽460をそれぞれ取り付けている。二枚のパドル羽460を、パドル軸461を中心に互いに反対方向に突出するように、パドル軸461の平面部に固定する。
パドル羽460の付け根部分には複数の穴を、パドル軸461の軸方向に平行になるように並べて設けており、パドル軸461は、その軸方向に平行になるように複数の凸部を並べて設けている。そして、パドル羽460の穴にパドル軸461の凸部を挿入して、熱カシメすることによって、パドル軸461に対してパドル羽460を固定する。
パドル46を、パドル軸461の軸方向が現像装置4の長手方向(図中Y軸方向)と平行になるように配置している。パドル軸461の軸方向両端を中ケース412の側壁部412sに対して回転可能に取り付けている。
パドル46は、パドル軸461から伸びるパドル羽460の先端がトナー収容部43の内壁面に接触する程度の長さにパドル羽460の突出量を設定している。図1および図5等に示すように、トナー収容部43の底面部43bをパドル46の回転方向に沿った円弧状とし、パドル46の回転に伴う接触動作でパドル羽460がトナー収容部43の底面部43bに引っかからないようにしている。
トナー収容部43の現像ローラ42側には底面部43bから垂直に立ち上がる側壁面部43sを形成している。この側壁面部43sがパドル軸461の中心と同等もしくは若干低い程度のところでX軸に平行なローラに向かう方向に水平になり、段部50を形成する。
側壁面部43sとパドル軸461との距離を、底面部43bとパドル軸461との距離よりも短く設定している。そのため、底面部43bに接触してきたパドル羽460は、側壁面部43sに突き当たり、より大きくたわむことになる。その後、段部50にパドル羽460の先端部が差し掛かるとパドル羽460を押さえるものが無くなり、パドル羽460の先端部は開放されることで上方に跳ね上がる。このようなパドル羽460の動きによってトナーは上方へと跳ね上げられ攪拌、搬送、供給される。
段部50を、X−Y平面に平行な水平面で、現像装置4の長手方向(図中Y軸方向)に延びるように形成している。本実施形態の現像装置4では、段部50を幅方向の全域に設けているが、パドル羽460が跳ね上がるようにしていれば、現像装置4内の一部分に設けてもよい。
次に供給スクリュ48について説明する。図5および図6に示すように、供給スクリュ48は、供給スクリュ軸481と、この供給スクリュ軸481に固定された螺旋状の羽部である供給スクリュ羽部480とからなるスクリュ部材である。供給スクリュ軸481を中心に回転可能に設けており、供給スクリュ軸481の軸方向が現像装置4の長手方向(図中Y軸方向)と平行になるように配置している。供給スクリュ軸481の軸方向両端を中ケース412の側壁部412sに対して回転可能に取り付けている。
供給スクリュ48の軸方向端部は、現像装置4の長手方向端部に形成されたトナー補給口55の下方に位置している。そして、供給スクリュ48が回転することによって螺旋状の供給スクリュ羽部480がトナー補給口55から補給されたトナーを長手方向における現像装置4の中央部方向に搬送する。
次に入口シールについて説明する。図5、図7〜図10に示すように、上ケース411の開口部56を形成する縁部分には、入口シール47としてマイラー等のシート部材を長手方向に沿って貼り付けている。入口シール47は略長方形のシートであって、その短手の一端を上ケース411の縁部分に貼り付け、他端は自由端としている。入口シール47の自由端側を現像装置4の内部方向に突出しており、さらに、現像ローラ42に接触するように配置している。
入口シール47は、現像ローラ42の回転方向上流側が上ケース411に固定されており、現像ローラ42の回転方向下流側が自由端とされ、現像ローラ42に対して、入口シール47の面部分が接触するように配置している。また、上ケース411の現像装置4の内部側は供給ローラ44の上部形状に沿うように湾曲形状をなしており、上ケース411の湾曲形状の表面と供給ローラ44の表面との隙間は、1.0[mm]である。
次にサイドシールについて説明する。図7〜図10に示すように、現像装置4の開口部56の長手方向両端部にあたる中ケース412の一部にはサイドシール59を貼り付けている。サイドシール59は、現像ローラ42の軸方向両端近傍に設けられたスペーサー422よりも軸方向における内側で、かつ、現像ローラ42にドクタブレード45が接触する軸方向の端部が重なる領域に設けている。このようなサイドシール59によって現像ケーシング41における開口部56の長手方向端部からトナーが漏れ出ることを防止している。また、中ケース412に設けられたトナー残量センサー49は、トナー収容部43内のトナーの量を検知するものである。
次に、現像装置4内でのトナーの動きについて説明する。図5に示すように、トナー補給口55から現像装置4内に補給されたトナーは、供給スクリュ48によってトナー収容部43に供給され、パドル46によって攪拌される。また、トナーは、パドル46の跳ね上げによって現像ローラ42および供給ローラ44の方向に跳ね上げられ、搬送される。供給ローラ44に供給されたトナーは、供給ローラ44が現像ローラ42と接触する供給ニップβで現像ローラ42の表面に受け渡される。現像ローラ42の表面に受け渡されたトナーのうち現像領域αに搬送する所定量を超えた分のトナーは、ドクタブレード45によって現像ローラ42の表面からかき落とされる。
ドクタブレード45との対向部を通過した現像ローラ42の表面に残ったトナーは、そのまま現像ローラ42の回転による表面移動方によって搬送され、感光体2と対向する現像領域αに搬送される。現像に用いられることなく現像領域αを通過したトナーは、入口シール47が接触する位置を通過し、供給ローラ44との対向位置である供給ニップβにまで搬送される。現像ローラ42によって供給ニップβに到達したトナーは、供給ローラ44によって現像ローラ42の表面からかき取られ、供給ローラ44によって搬送される。
次に、本実施形態に係る複写機500に用いるトナーについて説明する。複写機500で用いるトナーとしては、高速のトナー搬送に対応できるよう流動性の高いトナーを用いている。具体的には、加速凝集度が40[%]以下のトナーを用いている。この加速凝集度とは、トナーの流動性を示す指数である。また、トナーとして平均粒径6μm以下で、個々の粒子を平面に投影したときの(投影面積の等しい相当円の周囲長/個々の粒子の周囲長)の値で定義される円形度の平均値が0.95以上のものを使用する。現像ローラ42に設けた合成樹脂層51、52として非静電付着力が小さいものを選択したので、小粒径トナーを使用できる。このような特性を備えるトナーは、製造に有利な重合法により製造できる。
トナーの加速凝集度の測定方法を以下に示す。
<測定装置>
・ホソカワミクロン製 パウダテスタ
<測定方法>
・測定対象サンプルを恒温槽に放置(35±2[℃],24±1[h])
・パウダテスタを用いて測定
・目開きの異なる三種のふるいを使用(例えば、75[μm],44[μm],22[μm])
・ふるったときのトナー残量から算出、以下の計算により、凝集度を求める。
{(上段のふるいに残ったトナー重量)/(試料採取量)}×100
{(中段のふるいに残ったトナー重量)/(試料採取量)}×100×3/5
{(下段のふるいに残ったトナー重量)/(試料採取量)}×100×1/5
上記三つの計算値の合計をもって加熱凝集度[%]とする。
<測定装置>
・ホソカワミクロン製 パウダテスタ
<測定方法>
・測定対象サンプルを恒温槽に放置(35±2[℃],24±1[h])
・パウダテスタを用いて測定
・目開きの異なる三種のふるいを使用(例えば、75[μm],44[μm],22[μm])
・ふるったときのトナー残量から算出、以下の計算により、凝集度を求める。
{(上段のふるいに残ったトナー重量)/(試料採取量)}×100
{(中段のふるいに残ったトナー重量)/(試料採取量)}×100×3/5
{(下段のふるいに残ったトナー重量)/(試料採取量)}×100×1/5
上記三つの計算値の合計をもって加熱凝集度[%]とする。
トナーの加速凝集度は上述のように目開きの異なる三種類のメッシュを目開きの大きい順に積み重ね、最上段に粒子をおき、一定の振動でふるい、各メッシュ上のトナー重量から求める指数である。
また、本実施形態では、平均円形度が0.95以上のトナー(0.95〜1.00のトナー)を用いる。ここでは、下記(1)式より得られた値を円形度aと定義する。この円形度はトナー粒子の凹凸の度合いの指標であり、トナーが完全な球形の場合1.00を示し、表面形状が複雑になるほど円形度は小さな値となる。
円形度a=L0/L・・・・(1)
(L0:粒子像と同じ投影面積をもつ円の周囲長、L:粒子の投影像の周囲長)
(L0:粒子像と同じ投影面積をもつ円の周囲長、L:粒子の投影像の周囲長)
平均円形度が0.95〜1.00の範囲では、トナー粒子の表面は滑らかであり、トナー粒子同士、トナー粒子と感光体2との接触面積が小さいために転写性に優れる。
平均円形度が0.95〜1.00の範囲では、トナー粒子に角がないため、現像装置4内での現像剤(トナー)の攪拌トルクが小さく、攪拌の駆動が安定するために異常画像の発生を防止できる。
また、ドットを形成するトナーの中に、角張ったトナー粒子がいないため、転写で転写媒体に圧接する際に、その圧がドットを形成するトナー全体に均一にかかり、転写中抜けが生じにくい。
さらに、トナー粒子が角張っていないことから、トナー粒子そのものの研磨力が小さく、感光体2や、帯電部材3等の表面を傷つけたり、摩耗させたりすることを防止できる。
平均円形度が0.95〜1.00の範囲では、トナー粒子に角がないため、現像装置4内での現像剤(トナー)の攪拌トルクが小さく、攪拌の駆動が安定するために異常画像の発生を防止できる。
また、ドットを形成するトナーの中に、角張ったトナー粒子がいないため、転写で転写媒体に圧接する際に、その圧がドットを形成するトナー全体に均一にかかり、転写中抜けが生じにくい。
さらに、トナー粒子が角張っていないことから、トナー粒子そのものの研磨力が小さく、感光体2や、帯電部材3等の表面を傷つけたり、摩耗させたりすることを防止できる。
次に円形度の測定方法について説明する。円形度は、東亜医用電子製フロー式粒子像分析装置FPIA−1000を用いて測定することができる。
具体的な測定方法としては、容器中のあらかじめ不純固形物を除去した水100〜150[ml]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フォン酸塩を0.1〜0.5[ml]加え、さらに測定試料を0.1〜0.5[g]程度加える。試料を分散した懸濁液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、分散液濃度を3000〜10000[個/μl]として前記装置によりトナーの形状、粒度を測定する。
600[dpi]以上の微少ドットを再現するためには、トナーの重量平均粒径(D4)として3〜8[μm]が好ましく、特に6〔μm〕以下のものが好ましい。本実施形態では6〔μm〕以下のトナーを用いている。この範囲では、微小な潜像ドットに対して、十分に小さい粒径のトナー粒子を有していることから、ドット再現性に優れる。重量平均粒径(D4)が3[μm]未満では、転写効率の低下、ブレードクリーニング性の低下といった現象が発生しやすい。
重量平均粒径(D4)が8[μm]を超えると、文字やラインの飛びちりを抑えることが難しい。また、重量平均粒径(D4)と個数平均粒径(D1)との比(D4/D1)は1.00〜1.40の範囲にあることが好ましい。(D4/D1)が1.00に近いほど粒径分布がシャープであることを示す。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。
次に、トナー粒子の粒度分布の測定方法について説明する。コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−IIやコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)があげられる。以下に測定方法について述べる。
まず、電解水溶液100〜150[ml]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0.1〜5[ml]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、さらに測定試料を2〜20[mg]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100[μm]アパーチャーを用いて、トナー粒子またはトナーの重量、個数を測定して、重量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(D1)を求めることができる。
チャンネルとしては、2.00〜2.52[μm]未満;2.52〜3.17[μm]未満;3.17〜4.00[μm]未満;4.00〜5.04[μm]未満;5.04〜6.35[μm]未満;6.35〜8.00[μm]未満;8.00〜10.08[μm]未満;10.08〜12.70[μm]未満;12.70〜16.00[μm]未満;16.00〜20.20[μm]未満;20.20〜25.40[μm]未満;25.40〜32.00[μm]未満;32.00〜40.30[μm]未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00[μm]以上乃至40.30[μm]未満の粒子を対象とする。
本実施形態で用いるトナーは、少なくとも、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤、離型剤とを有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系溶媒中で架橋および/または伸長反応させて得られるトナーであり、重合トナーと呼ばれる。以下に、トナーの構成材料および製造方法について説明する。
<ポリエステル>
ポリエステルは、多価アルコール化合物と多価カルボン酸化合物との重縮合反応によって得られる。多価アルコール化合物(PO)としては、2価アルコール(DIO)および3価以上の多価アルコール(TO)があげられ、(DIO)単独、または(DIO)と少量の(TO)との混合物が好ましい。2価アルコール(DIO)としては、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などがあげられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。3価以上の多価アルコール(TO)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などがあげられる。
ポリエステルは、多価アルコール化合物と多価カルボン酸化合物との重縮合反応によって得られる。多価アルコール化合物(PO)としては、2価アルコール(DIO)および3価以上の多価アルコール(TO)があげられ、(DIO)単独、または(DIO)と少量の(TO)との混合物が好ましい。2価アルコール(DIO)としては、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などがあげられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。3価以上の多価アルコール(TO)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などがあげられる。
多価カルボン酸(PC)としては、2価カルボン酸(DIC)および3価以上の多価カルボン酸(TC)があげられ、(DIC)単独、および(DIC)と少量の(TC)との混合物が好ましい。2価カルボン酸(DIC)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸など);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸など);芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸など)などがあげられる。これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。3価以上の多価カルボン酸(TC)としては、炭素数9〜20の芳香族多価カルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)などがあげられる。なお、多価カルボン酸(PC)としては、上述のものの酸無水物または低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いて多価アルコール(PO)と反応させてもよい。
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、通常2/1〜1/1、好ましくは1.5/1〜1/1、さらに好ましくは1.3/1〜1.02/1である。 多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の重縮合反応は、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150〜280[℃]に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。ポリエステルの水酸基価は5以上であることが好ましく、ポリエステルの酸価は通常1〜30、好ましくは5〜20である。酸価をもたせることで負帯電性となりやすく、さらには記録紙への定着時、記録紙とトナーの親和性がよく低温定着性が向上する。しかし、酸価が30を超えると帯電の安定性、特に環境変動に対し悪化傾向がある。
また、重量平均分子量1万〜40万、好ましくは2万〜20万である。重量平均分子量が1万未満では、耐オフセット性が悪化するため好ましくない。また、40万を超えると低温定着性が悪化するため好ましくない。
また、重量平均分子量1万〜40万、好ましくは2万〜20万である。重量平均分子量が1万未満では、耐オフセット性が悪化するため好ましくない。また、40万を超えると低温定着性が悪化するため好ましくない。
ポリエステルには、上記の重縮合反応で得られる未変性ポリエステルの他に、ウレア変性のポリエステルが好ましく含有される。ウレア変性のポリエステルは、上記の重縮合反応で得られるポリエステルの末端のカルボキシル基や水酸基等と多価イソシアネート化合物(PIC)とを反応させ、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)を得、これとアミン類との反応により分子鎖が架橋および/または伸長されて得られるものである。
多価イソシアネート化合物(PIC)としては、脂肪族多価イソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエートなど);脂環式ポリイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネートなど);芳香族ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなど);芳香脂肪族ジイソシアネート(α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなど);イソシアネート類;前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの;およびこれら2種以上の併用があげられる。
多価イソシアネート化合物(PIC)の比率は、イソシアネート基[NCO]と、水酸基を有するポリエステルの水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、通常5/1〜1/1、好ましくは4/1〜1.2/1、さらに好ましくは2.5/1〜1.5/1である。[NCO]/[OH]が5を超えると低温定着性が悪化する。[NCO]のモル比が1未満では、ウレア変性ポリエステルを用いる場合、そのエステル中のウレア含量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の多価イソシアネート化合物(PIC)構成成分の含有量は、通常0.5〜40[wt%]、好ましくは1〜30[wt%]、さらに好ましくは2〜20[wt%]である。0.5[wt%]未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。また、40[wt%]を超えると低温定着性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の1分子当たりに含有されるイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
次に、ポリエステルプレポリマー(A)と反応させるアミン類(B)としては、2価アミン化合物(B1)、3価以上の多価アミン化合物(B2)、アミノアルコール(B3)、アミノメルカプタン(B4)、アミノ酸(B5)、およびB1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)などがあげられる。
2価アミン化合物(B1)としては、芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタンなど);脂環式ジアミン(4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど);および脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)などがあげられる。
3価以上の多価アミン化合物(B2)としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどがあげられる。アミノアルコール(B3)としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどがあげられる。アミノメルカプタン(B4)としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどがあげられる。
アミノ酸(B5)としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などがあげられる。B1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)としては、前記B1〜B5のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリジン化合物などがあげられる。これらアミン類(B)のうち好ましいものは、B1およびB1と少量のB2の混合物である。
アミン類(B)の比率は、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中のイソシアネート基[NCO]と、アミン類(B)中のアミノ基[NHx]の当量比[NCO]/[NHx]として、通常1/2〜2/1、好ましくは1.5/1〜1/1.5、さらに好ましくは1.2/1〜1/1.2である。
[NCO]/[NHx]が2を超える場合や、1/2未満の場合、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。また、ウレア変性ポリエステル中には、ウレア結合と共にウレタン結合を含有していてもよい。ウレア結合含有量とウレタン結合含有量のモル比は、通常100/0〜10/90であり、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは、60/40〜30/70である。ウレア結合のモル比が10[%]未満では、耐ホットオフセット性が悪化する。
ウレア変性ポリエステルは、ワンショット法、などにより製造される。多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)を、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150〜280[℃]に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。次いで40〜140[℃]にて、これに多価イソシアネート(PIC)を反応させ、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)を得る。さらにこの(A)にアミン類(B)を0〜140[℃]にて反応させ、ウレア変性ポリエステルを得る。
多価イソシアネート化合物(PIC)を反応させる際、および(A)と(B)を反応させる際には、必要により溶剤を用いることもできる。使用可能な溶剤としては、芳香族溶剤(トルエン、キシレンなど);ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど);エステル類(酢酸エチルなど);アミド類(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなど)およびエーテル類(テトラヒドロフランなど)などの多価イソシアネート化合物(PIC)に対して不活性なものがあげられる。
また、ポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との架橋および/または伸長反応には、必要により反応停止剤を用い、得られるウレア変性ポリエステルの分子量を調整することができる。反応停止剤としては、モノアミン(ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミンなど)、およびそれらをブロックしたもの(ケチミン化合物)などがあげられる。
ウレア変性ポリエステルの重量平均分子量は、通常1万以上、好ましくは2万〜1000万、さらに好ましくは3万〜100万である。1万未満では耐ホットオフセット性が悪化する。ウレア変性ポリエステル等の数平均分子量は、先の未変性ポリエステルを用いる場合は特に限定されるものではなく、前記重量平均分子量とするのに得やすい数平均分子量でよい。ウレア変性ポリエステルを単独で使用する場合は、その数平均分子量は、通常2000〜15000、好ましくは2000〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。20000を超えると低温定着性およびフルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとを併用することで、低温定着性および複写機500に用いた場合の光沢性が向上するので、ウレア変性ポリエステルを単独で使用するよりも好ましい。なお、未変性ポリエステルはウレア結合以外の化学結合で変性されたポリエステルを含んでもよい。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは、少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。従って、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは類似の組成であることが好ましい。
また、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとの重量比は、通常20/80〜95/5、好ましくは70/30〜95/5、さらに好ましくは75/25〜95/5、特に好ましくは80/20〜93/7である。ウレア変性ポリエステルの重量比が5[%]未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとを含むバインダー樹脂のガラス転移点(Tg)は、通常45〜65[℃]、好ましくは45〜60[℃]である。45[℃]未満ではトナーの耐熱性が悪化し、65[℃]を超えると低温定着性が不十分となる。
また、ウレア変性ポリエステルは、得られるトナー母体粒子の表面に存在しやすいため、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。
<着色剤>
着色剤としては、公知の染料および顔料がすべて使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボンおよびそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15重量[%]、好ましくは3〜10重量[%]である。
着色剤としては、公知の染料および顔料がすべて使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボンおよびそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15重量[%]、好ましくは3〜10重量[%]である。
着色剤は樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。マスターバッチの製造、またはマスターバッチとともに混練されるバインダー樹脂としては、ポリスチレン、ポリ−p−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレンおよびその置換体の重合体、あるいはこれらとビニル化合物との共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族または脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどがあげられ、単独あるいは混合して使用できる。
<荷電制御剤>
荷電制御剤としては公知のものが使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩および、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物があげられる。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
荷電制御剤としては公知のものが使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩および、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物があげられる。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
荷電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダー樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5重量部の範囲がよい。10重量部を超える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、荷電制御剤の効果を減退させ、現像ローラ42との静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
<離型剤>
離型剤としては、融点が50〜120[℃]の低融点のワックスが、バインダー樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に定着装置12の定着ローラとトナー界面との間で働き、これにより定着ローラにオイルの如き離型剤を塗布することなく高温オフセットに対し効果を示す。このようなワックス成分としては、以下のものがあげられる。ロウ類およびワックス類としては、カルナバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス、ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス、オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス、およびパラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス等があげられる。また、これら天然ワックスの外に、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス、エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等があげられる。さらに、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミドおよび、低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ−n−ステアリルメタクリレート、ポリ−n−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等)等、側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子等も用いることができる。
離型剤としては、融点が50〜120[℃]の低融点のワックスが、バインダー樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に定着装置12の定着ローラとトナー界面との間で働き、これにより定着ローラにオイルの如き離型剤を塗布することなく高温オフセットに対し効果を示す。このようなワックス成分としては、以下のものがあげられる。ロウ類およびワックス類としては、カルナバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス、ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス、オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス、およびパラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス等があげられる。また、これら天然ワックスの外に、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス、エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等があげられる。さらに、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミドおよび、低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ−n−ステアリルメタクリレート、ポリ−n−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等)等、側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子等も用いることができる。
荷電制御剤、離型剤はマスターバッチ、バインダー樹脂とともに溶融混練することもできるし、もちろん有機溶剤に溶解、分散する際に加えてもよい。
<外添剤>
トナー粒子の流動性や現像性、帯電性を補助するための外添剤として、無機微粒子が好ましく用いられる。この無機微粒子の一次粒子径は、5×10−3〜2[μm]であることが好ましく、特に5×10−3〜0.5[μm]であることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500[m2/g]であることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01〜5[wt%]であることが好ましく、特に0.01〜2.0[wt%]であることが好ましい。
トナー粒子の流動性や現像性、帯電性を補助するための外添剤として、無機微粒子が好ましく用いられる。この無機微粒子の一次粒子径は、5×10−3〜2[μm]であることが好ましく、特に5×10−3〜0.5[μm]であることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500[m2/g]であることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01〜5[wt%]であることが好ましく、特に0.01〜2.0[wt%]であることが好ましい。
無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などをあげることができる。中でも、流動性付与剤としては、疎水性シリカ微粒子と疎水性酸化チタン微粒子を併用するのが好ましい。特に両微粒子の平均粒径が5×10−2[μm]以下のものを使用して攪拌混合を行った場合、トナーとの静電力、ファンデルワールス力は格段に向上することより、所望の帯電レベルを得るために行われる現像装置4内部の攪拌混合によっても、トナーから流動性付与剤が脱離することなく、ホタルなどが発生しない良好な画像品質が得られて、さらに転写残トナーの低減が図られる。
酸化チタン微粒子は、環境安定性、画像濃度安定性に優れている反面、帯電立ち上がり特性の悪化傾向にあることより、酸化チタン微粒子添加量がシリカ微粒子添加量よりも多くなると、この副作用の影響が大きくなることが考えられる。
しかし、疎水性シリカ微粒子および疎水性酸化チタン微粒子の添加量が0.3〜1.5[wt%]の範囲では、帯電立ち上がり特性が大きく損なわれず、所望の帯電立ち上がり特性が得られ、すなわち、コピーの繰り返しを行っても、安定した画像品質が得られる。
次に、トナーの製造方法について説明する。ここでは、好ましい製造方法について示すが、これに限られるものではない。
<トナーの製造方法>
(1)着色剤、未変性ポリエステル、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー、離型剤を有機溶媒中に分散させトナー材料液を作る。有機溶媒は、沸点が100[℃]未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい。具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組み合わせて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー100重量部に対し、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100重量部、さらに好ましくは25〜70重量部である。
(1)着色剤、未変性ポリエステル、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー、離型剤を有機溶媒中に分散させトナー材料液を作る。有機溶媒は、沸点が100[℃]未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい。具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組み合わせて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー100重量部に対し、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100重量部、さらに好ましくは25〜70重量部である。
(2)トナー材料液を界面活性剤、樹脂微粒子の存在下、水系媒体中で乳化させる。水系媒体は、水単独でもよいし、アルコール(メタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などの有機溶媒を含むものであってもよい。
トナー材料液100重量部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。50重量部未満ではトナー材料液の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。20000重量部を超えると経済的でない。
また、水系媒体中の分散を良好にするために、界面活性剤、樹脂微粒子等の分散剤を適宜加える。界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルなどのアニオン性界面活性剤、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウムなどの4級アンモニウム塩型のカチオン性界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやN−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムベタインなどの両性界面活性剤があげられる。
また、フルオロアルキル基を有する界面活性剤を用いることにより、非常に少量でその効果をあげることができる。好ましく用いられるフルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤としては、炭素数2〜10のフルオロアルキルカルボン酸およびその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[ω−フルオロアルキル(C6〜C11)オキシ]−1−アルキル(C3〜C4)スルホン酸ナトリウム、3−[ω−フルオロアルカノイル(C6〜C8)−N−エチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜C20)カルボン酸および金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜C13)およびその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜C12)スルホン酸およびその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、N−プロピル−N−(2−ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜C10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜C16)エチルリン酸エステルなどがあげられる。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102(ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などがあげられる。
また、カチオン性界面活性剤としては、フルオロアルキル基を有する脂肪族1級、2級もしくは2級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6−C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩などの脂肪族4級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩、商品名としてはサーフロンS−121(旭硝子社製)、フロラードFC−135(住友3M社製)、ユニダインDS−202(ダイキンエ業杜製)、メガファックF−150、F−824(大日本インキ社製)、エクトップEF−132(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−300(ネオス社製)などがあげられる。
樹脂微粒子は、水系媒体中で形成されるトナー母体粒子を安定化させるために加えられる。このために、トナー母体粒子の表面上に存在する被覆率が10〜90[%]の範囲になるように加えられることが好ましい。例えば、ポリメタクリル酸メチル微粒子1[μm]、および3[μm]、ポリスチレン微粒子0.5[μm]および2[μm]、ポリ(スチレン―アクリロニトリル)微粒子1[μm]、商品名では、PB−200H(花王社製)、SGP(総研社製)、テクノポリマーSB(積水化成品工業社製)、SGP−3G(総研社製)、ミクロパール(積水ファインケミカル社製)等がある。
また、リン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等の無機化合物分散剤も用いることができる。
上記の樹脂微粒子、無機化合物分散剤と併用して使用可能な分散剤として、高分子系保護コロイドにより分散液滴を安定化させてもよい。例えばアクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマール酸、マレイン酸または無水マレイン酸などの酸類、あるいは水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体、例えばアクリル酸−β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸−β−ヒドロキシエチル、アクリル酸−β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−3−クロロ2−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドなど、ビニルアルコールまたはビニルアルコールとのエーテル類、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテルなど、またはビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニルなど、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドあるいはこれらのメチロール化合物、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどの酸クロライド類、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミンなどの含窒素化合物、またはその複素環を有するものなどのホモポリマーまたは共重合体、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステルなどのポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類などが使用できる。
分散の方法としては特に限定されるものではないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波などの公知の設備が適用できる。この中でも、分散体の粒径を2〜20[μm]にするために高速せん断式が好ましい。高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は特に限定はないが、通常1000〜30000[rpm]、好ましくは5000〜20000[rpm]である。分散時間は特に限定はないが、バッチ方式の場合は、通常0.1〜5[分]である。分散時の温度としては、通常、0〜150[℃](加圧下)、好ましくは40〜98[℃]である。
(3)乳化液の作製と同時に、アミン類(B)を添加し、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)との反応を行わせる。この反応は、分子鎖の架橋および/または伸長を伴う。反応時間は、ポリエステルプレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)との反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは2〜24時間である。反応温度は、通常、0〜150[℃]、好ましくは40〜98[℃]である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどがあげられる。
(4)反応終了後、乳化分散体(反応物)から有機溶媒を除去し、洗浄、乾燥してトナー母体粒子を得る。有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に層流の攪拌状態で温度を上げ、一定の温度域で強い攪拌を与えた後、脱溶媒を行うことで紡錘形のトナー母体粒子が作製できる。また、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能なものを用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗するなどの方法によって、トナー母体粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
(5)上記で得られたトナー母体粒子に、荷電制御剤を打ち込み、次いで、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子等の無機微粒子を外添させ、トナーを得る。荷電制御剤の打ち込み、および無機微粒子の外添は、ミキサー等を用いた公知の方法によって行われる。これにより、小粒径であって、粒径分布のシャープなトナーを容易に得ることができる。さらに、有機溶媒を除去する工程で強い攪拌を与えることで、真球状からラグビーボール状の間の形状を制御することができ、さらに、表面のモフォロジーも滑らかなものから梅干形状の間で制御することができる。
1:プロセスカートリッジ
2:感光体(像担持体)
3:帯電部材
4:現像装置
5:感光体クリーニング装置
6:露光装置
7:中間転写ベルト
8:一次転写ローラ
9:二次転写ローラ
9a:二次転写対向ローラ
11:転写ベルトクリーニング装置
12:定着装置
41:現像ケーシング
42:現像ローラ(現像剤担持体)
42a:凸部
42b:凹部
43:トナー収容部
43b:底面部
43s:側壁面部
44:供給ローラ
45:ドクタブレード
45a:先端面
45b:対向面
200:給紙部
300:スキャナー部
400:トナーボトル
500:複写機(画像形成装置)
2:感光体(像担持体)
3:帯電部材
4:現像装置
5:感光体クリーニング装置
6:露光装置
7:中間転写ベルト
8:一次転写ローラ
9:二次転写ローラ
9a:二次転写対向ローラ
11:転写ベルトクリーニング装置
12:定着装置
41:現像ケーシング
42:現像ローラ(現像剤担持体)
42a:凸部
42b:凹部
43:トナー収容部
43b:底面部
43s:側壁面部
44:供給ローラ
45:ドクタブレード
45a:先端面
45b:対向面
200:給紙部
300:スキャナー部
400:トナーボトル
500:複写機(画像形成装置)
Claims (7)
- 静電潜像を担持する像担持体に対向して配置されるとともに、周期的に配列された複数の凸部および該凸部を取り囲む凹部を備え、一成分現像剤を担持する金属製の現像剤担持体と、前記現像剤担持体に接触して付着する一成分現像剤の量を規制する金属製のブレードとを備える現像装置において、
前記現像剤担持体の凹部にのみ合成樹脂層を形成したことを特徴とする現像装置。 - 合成樹脂層に帯電制御剤を添加することを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
- 合成樹脂層に導電性微粒子を添加することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の現像装置。
- 平均粒径6μm以下のトナーを使用することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の現像装置。
- 現像剤担持体を像担持体と一定の間隔を隔てて配置することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の現像装置。
- トナーの個々の粒子を平面に投影したとき、投影面積の等しい相当円の周囲長/個々の粒子の周囲長の値で定義される円形度の平均値が0.95以上のトナーを使用することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の現像装置。
- 少なくとも像担持体と、
該像担持体の表面を帯電させるための帯電手段と、
該像担持体上に静電潜像を形成するための潜像形成手段と、
該静電潜像を現像してトナー像化するための現像手段と、を有する画像形成装置において、
該現像手段として、請求項1から6のいずれかに記載の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012028324A JP2013164540A (ja) | 2012-02-13 | 2012-02-13 | 現像装置、および画像形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012028324A JP2013164540A (ja) | 2012-02-13 | 2012-02-13 | 現像装置、および画像形成装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013164540A true JP2013164540A (ja) | 2013-08-22 |
Family
ID=49175912
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012028324A Pending JP2013164540A (ja) | 2012-02-13 | 2012-02-13 | 現像装置、および画像形成装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013164540A (ja) |
-
2012
- 2012-02-13 JP JP2012028324A patent/JP2013164540A/ja active Pending
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