JP4418336B2 - プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
このプロセスカートリッジの組立性を向上させるためには、帯電、クリーニング等の各作像プロセスを予めユニット化し、容易に着脱可能にしておくことが望ましい。しかし、そのような帯電ユニット単独の形態において、清掃部材と帯電部材との押圧力が大きいと、保管状態としている間に、清掃部材が変形してしまう。
上述したように、清掃部材と帯電部材との押圧力により清掃部材が変形した場合、その清掃性が損なわれるため、これらトナーが清掃部材をすり抜ける傾向はより顕著となる。
クリーニングできなかった残留トナーが多くなると、帯電ローラ表面に付着、堆積し、早期帯電不良等の不具合が生じやすい。
この場合、感光体により駆動される更新手段により、清掃手段の帯電部材への接触位置が更新され、初期加圧を解除することができる。
清掃性が損なわれず、長期に亘ってその性能を維持できる帯電装置を提供することを課題とする。また、該帯電装置を搭載し、小粒径トナーや重合トナーを使用しても、早期帯電不良防止することができ、高画質な画像を長期間にわたって提供することができる画像形成装置、及びプロセスカートリッジを提供することを課題とする。
1.本発明のプロセスカートリッジは、像担持体に接触もしくは近接し、像担持体表面を帯電する帯電ローラと、該帯電ローラを前記像担持体に向けて付勢するための帯電付勢部材と、前記帯電ローラ表面をクリーニングする帯電クリーニング部材と、該帯電クリーニング部材を前記帯電ローラに向けて付勢するためのクリーニング付勢部材と、これらを収納するハウジングとが一体化された帯電モジュールが、少なくとも像担持体を備えるプロセスカートリッジに対して交換可能に取り付けることができるプロセスカートリッジにおいて、前記帯電モジュールを、プロセスカートリッジに取り付けることにより、前記帯電ローラが前記像担持体に押圧されて前記帯電付勢部材が縮むことで、前記像担持体に対する前記帯電ローラの付勢状態が決まるとともに、前記帯電クリーニング部材が前記帯電ローラに押圧されて前記クリーニング付勢部材が縮むことで、前記帯電ローラに対する前記帯電クリーニング部材の付勢状態が決まるものであって、さらに、前記帯電付勢部材により前記帯電ローラが付勢される方向と、前記クリーニング付勢部材により前記帯電クリーニング部材が付勢される方向とが異なることを特徴とする。
2.また、本発明のプロセスカートリッジは、1.に記載の発明において、前記帯電モジュールをプロセスカートリッジに取り付けた状態で、前記帯電ローラは、前記像担持体に対して間隙を形成するものであることを特徴とする。
3.また、本発明のプロセスカートリッジは、1.又は2.に記載のプロセスカートリッジにおいて、前記帯電クリーニング部材は、帯電クリーニングローラであって、帯電ローラにつれ回りすることを特徴とする。
5.また、本発明の帯電装置は、1.に記載の発明において、前記帯電クリーニング部材は、繊維状部材からなることを特徴とする。
8.また、本発明の画像形成装置は、6.又は7.に記載の発明おいて、前記現像手段で用いられるトナーは、形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、形状係数SF−2が100〜180の範囲にあることを特徴とする。
9.また、本発明の画像形成装置は、6.ないし8.のいずれかに記載の発明において、前記現像手段で用いられるトナーは、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溶解又は分散させたトナー材料液を、水系媒体中で架橋及び/又は伸長反応させて得られるトナーであることを特徴とする。
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお以下の説明はこの発明における最良の形態であって、特許請求の範囲を限定するものではない。
図1は、フルカラー画像を形成する画像形成装置一例を示す断面図である。ここに示した画像形成装置100は、本体内に並列された4個のプロセスカートリッジ200(Y、C、M、K)、無端状の中間転写ベルト62、2次転写ローラ65、プロセスカートリッジにトナーを供給する各色のトナーボトル59などを備えている。なお、プロセスカートリッジ200は、像担持体10、クリーニング手段であるクリーニングモジュール20、帯電手段である帯電モジュール30、現像手段である現像モジュール50などを備える(図2参照)。
中間転写ベルト62は、各像担持体である感光体10の上方に位置し、中間転写ベルト62の下側の走行辺が各感光体10の周面に当接している。中間転写ベルト62は、各感光体10の表面にそれぞれ形成された互いに異なる色のトナー像が重ねて転写される転写材の一例を構成するものである。
各感光体10上にトナー像を形成し、そのトナー像を中間転写ベルト62に転写する構成は、そのトナー像の色が異なるだけで、実質的に全て同一である。
中間転写ベルト62を挟んで、感光体10と反対側に一次転写ローラ61が配置され、この一次転写ローラ61に転写電圧が印加されることにより、感光体10上のトナー像が、回転する中間転写ベルト62上に一次転写される。トナー像転写後の感光体10上に付着する転写残トナーはクリーニング手段であるクリーニングモジュール20によって除去される。クリーニング手段の下流側には感光体10上に潤滑剤を塗布し、感光体10表面の磨耗を低減し、クリーニング性を上げる潤滑剤の塗布手段70を備える。
図1に示すように、画像形成装置100本体内の下部には、例えば転写紙より成る記録媒体を収容した給紙カセットを有する給紙装置130が配置され、所定のタイミングで中間転写ベルト62の部分と、これに対置された二次転写ローラ65との間に給送される。このとき、二次転写ローラ65には図示しない電源から所定の転写電圧が印加され、これによって中間転写ベルト62上の合成トナー像が記録媒体に二次転写される。
合成トナー像を二次転写された記録媒体はさらに上方に搬送されて定着装置90を通り、このとき記録媒体上のトナー像が熱と圧力の作用により定着される。定着装置90を通過した記録媒体は、排紙ローラ対によって、画像形成装置本体100の上部の排紙部に排出される。
このようにプロセスカートリッジ化することにより、該プロセスカートリッジに含まれる上記の部品又は装置に起因する故障が起こった場合、プロセスカートリッジの交換を行うだけで、早期に現状を回復させることができるため、サービス時間を短縮することができ、メンテナンスの面で有利である。
帯電モジュール30は、図3に示すように、感光体10に対向して配設される帯電部材(以下、帯電ローラと記すことがある。)31、帯電部材31の端部に固定される図示しないギア、帯電部材31が振動するのを防止するバネ材32、帯電部材31の汚れを除去する清掃部材としての帯電クリーニング部材(以下、帯電クリーニングローラと記すことがある。)33、帯電クリーニングローラ33の軸受37、帯電クリーニングローラ33を帯電部材31に当接するよう押圧するバネ材38、感光体10との間隙を設けるためのスペーサ部材34、帯電部材31の端部に付けられ、帯電部材31を帯電モジュール30のハウジングに支持する支持部材35、これらを収納するハウジング39からなっている。帯電部材31のギアは、後述の駆動機構により回転駆動され、帯電クリーニングローラ33は帯電部材31に連れ回るよう、回転自在に軸支されている。支持部材35は、バネ材32により、ハウジング39から離間する方向(感光体10のドラム軸に向かう方向)へ押圧され、ハウジング39に形成された規制部材により移動を規制される。この構成により、帯電モジュール30のプロセスカートリッジ200への装着時、帯電部材31は、スペーサ部材34によって感光体10と適切な距離を保ち、かつ帯電部材31を感光体10に押圧する。また、帯電モジュール30の取り外し時には、帯電モジュール30自体での取り扱いを可能とする。
また、帯電部材31は、駆動機構により駆動させるようにしたが、感光体10の駆動によって従動するよう構成してもよい。
上述の帯電モジュール30は、例えば帯電クリーニングローラ33を変形しやすい材質で構成した場合、ユニット化した状態での帯電クリーニングローラ33と帯電部材31との押圧力が大きいと、装置100本体装着前の保管状態において、清掃部材33が変形し、圧縮ひずみが生じてしまう。この場合、ひずみ部の押圧力が低下するため、清掃能力が低下する。帯電ユニットを交換ユニットとした場合、帯電ユニット単独での保管期間が長期にわたる場合もあり、交換直後に上記不具合が発生する可能性がある。
本発明の帯電モジュール30は、図5(A)に示すとおり、帯電クリーニングローラ33がバネ材38により付勢される方向が、帯電部材31がバネ材32により付勢されてハウジング内に規制される位置における、帯電部材31の回転中心から距離Xだけずれている。したがって、帯電モジュール30の取り付け前において、帯電クリーニングローラ33が帯電部材31に圧接されることによる変形を低減することができる。
なお、本発明の帯電モジュール30をプロセスカートリッジ200に取り付ける前における、帯電部材31と帯電クリーニングローラ33との位置関係は、図5(B)で示すように、接触した状態となっていても良く、この場合も上記(A)のときと同様の効果が得られる。
また、帯電モジュール30の取り付けがされた後は、帯電部材31が感光体10に押圧されてバネ部材32が縮むことにより、帯電クリーニングローラ33が帯電部材31の回転中心に向かう方向に付勢される(図4参照)。したがって、帯電クリーニングローラ33と帯電部材31が適切に当接され、クリーニング性が良好となる。
なお、本発明の帯電装置は、図3及び図4に示すように、帯電クリーニングローラ33が帯電部材31の回転につれ回る構成となっている。帯電クリーニングローラ33の変形が大きいと、帯電部材31とのつれ回りが困難となるが、上記手法により帯電クリーニングローラ33の変形が防止されるため、帯電部材31につれ回りさせることができ、帯電クリーニングローラ33を回転させる部材を設けることなく、駆動させることができる。
前記発泡部材又は繊維状部材により構成される帯電クリーニングローラ33は、清掃性、つれ回り性に優れるが、両部材は圧縮ひずみを生じやすく、特に繊維状部材は押圧による毛倒れを生じやすい。
本発明の帯電装置30は、本体に組み込んだ状態よりも、帯電ユニットとして組み立てたのみの状態の時、帯電クリーニングローラ33の帯電部材31に対する押圧力を低下させることで、清掃部材33として繊維状部材や樹脂発泡体を選択しても、帯電クリーニングローラ33の圧縮ひずみを抑制することができる。
なお、上述の帯電クリーニングローラ33は、樹脂発泡体を採用したが、本発明の帯電クリーニングローラ33はこれに限るものではなく、ブラシやローラなどによりクリーニングすることとしてもよい。
このプロセスカートリッジの組立性を向上させるためには、帯電、クリーニング等の各作像プロセスをユニット化し、容易に着脱可能にしておくことが望ましく、その為には、これらユニット単独の形態で保管しても、各部材の変形が起こらない構成とすることが必要である。
本発明の帯電ユニットは、上述の機構により、帯電ユニット単独の形態では、清掃部材
33と帯電部材31との押圧力を低下させる機構としているため、清掃部材33の圧縮ひ
ずみを防止することができ、予めユニットとして組立てておいても、長期にわたり保管す
る事が可能である。
このプロセスカートリッジ枠体210は、図示手前側の側板220(第1側板)から感光体10の長手方向に一体的に設けられ、帯電モジュール30が取り付けられる位置決め板211、および塗布手段70と粉体潤滑剤を収納する潤滑剤収納部270とで構成される。第1側板220は、感光体10のフランジ13から突出した感光体10の回転軸14を軸支するための軸受244、現像モジュール50を装着するガイド溝223、現像モジュール50を固定する固定穴225、226が設けられている。また、奥側には、感光体10の回転軸14が側板250に組みつけられるときに、感光体10を仮置きするための仮置き部232が設けられる。また、この第1側板220は、後述するクリーニング手段の保持板21を当接する当接部としての第1当接面221が設けられる。
円筒状の像担持体である感光体10は、図9に示すように、円筒内部の両端にフランジ13、15が設けられ、両フランジを貫通する回転軸14が設けられている。
図11に示すように、クリーニングモジュール20は、クリーニング手段であるクリーニングブレード22、これを保持する保持板21、感光体10から回収したトナーが飛散しないようハウジング26内をシールする入り口シール23、回収されたトナーを収納するハウジング26、ハウジング26内に回収されたトナーを画像形成装置100本体内まで搬送する搬送オーガ25が設けられている。なお、保持板21は、長手方向の略中間位置において、ネジ27によりハウジング26を固定している。
また、保持板21の両側には位置決めガイド28として、当接面221、251に設けられる位置決め用の棒状の突起に対応する穴部281と固定ネジ用の穴282が設けられている。なお、位置決めには、これに限定するものではなく、例えば、弾性を有する部材を穴又は窪み状にした部分に押し当てるものでもよい。また、固定には、ネジに限定するものではなく、棒状の突起にEリング等を用いてもよい。
ここでは、クリーニング手段であるクリーニングブレード22を感光体10に当接する保持板21の両端を保持する当接部を面として形成された当接面221、251とした。しかしながら、本発明はこの構成に限られず、クリーニング手段を感光体10へ当接状態を決定できるものであれば当接部の形状には限定されないことは明白である。
また、その材質は、厚み2.0mmのSUS鋼板によりなり、強度を持たせている。なお、保持板21は、鉄板、アルミニウム板、リン青銅等の銅板を用いてもよい。
また、クリーニングブレード22の保持板21への固着は、保持部21に接着剤を塗布し貼り合わせ加熱又は加圧して接着している。しかしながら、両面テープや接着剤による固定なども便宜採用できる。
また、クリーニングブレード22は、硬度(JIS―A)が、60〜85°の範囲が好ましい。硬度が60°未満ではクリーニングブレード22の変形が大きくトナー等のクリーニングが困難になり、硬度が85°を越えると感光体10の摩耗が大きくなり、画像形成装置の寿命を短くする。さらに、クリーニングブレード22の当接条件のうち当接圧は、10〜60gf/cmの範囲にあることが好ましい。当接圧が10gf/cm未満では粒径が2μm未満のトナーのクリーニングが困難であり、60gf/cmを越えるとクリーニングブレード22先端がめくれたりやバウンディングが生じやすくなり、ビビリ等のクリーニング不良が生じやすくなって、クリーニング性が低下する。クリーニングブレードの弾性率は4.5〜10MPa、クリーニングブレード22の自由長は5〜12mm、クリーニングブレード22の厚さは1〜2mm、当接角度は5〜25度、食い込み量は0.1〜2.0mmが好ましい。クリーニングブレード22の当接角度は、当接位置の接線から5〜25°以下の範囲になることが好ましい。当接角度が5°未満ではトナーのすり抜けによるクリーニング不良が発生しやすく、25°を越えるとクリーニング時にブレードまくれが生じることがある。クリーニングブレード22の感光体10への食い込み量は、0.1〜2.0mmの範囲にあることが好ましい。0.1mm未満では、クリーニングブレード22と感光体10の接触する面積が小さく、トナーがすり抜けるクリーニング不良が生じ、2.0mmを越えると感光体10との摩擦力が大きくなりブレードめくれやバウンディングが生じやすくなる。また、ブレードの振動による鳴き、ビビリ等のクリーニング不良が生ずる。
なお、現像剤は、磁性キャリアとトナーによる二成分現像剤の他、磁性一成分現像剤、非磁性一成分現像剤を適宜選択して使用することができ、この場合、現像スリーブの仕様は変えることで対応することができる。
面板240は、感光体10の回転軸14を支持する軸受244の外周に嵌合し、感光体10の軸に対して位置決めされる穴部241、現像モジュール50の現像スリーブ51のシャフト511が挿入される挿入部242、面板240をプロセスカートリッジ枠体210の側板220に固定するネジ用の穴243が設けられている。
図16は、プロセスカートリッジ枠体前側の側板に対し、面板により現像モジュールを位置決めしたときの状態を示す図である。感光体10の回転軸14は、図16に示すように、プロセスカートリッジ枠体210の側板220に設けられた軸受244を貫通することで感光体10の回転軸14が位置決めされている。面板240は、当該軸受244の外周に位置決めの穴部241が嵌合し、かつ現像スリーブ51のシャフト511に挿入部242が挿入されることにより、感光体10の回転軸14と現像スリーブ51の位置が決定される。このように位置決めがなされた後、固定穴225、226からそれぞれ現像モジュール50のガイド521、522が固定され、現像モジュール50の枠体への固定が行われる。
図17に示すように、プロセスカートリッジ枠体210に、側板220に設ける軸受244に感光体10のシャフト14を挿入し、さらに、第2側板250の軸受254に感光体10のシャフト14を挿入してからプロセスカートリッジ枠体210の側板230に固定する。さらに、クリーニングブレード22を保持する保持板21に設けるガイド部28をプロセスカートリッジ枠体210の側板220と第2側板250に設けられる第1当接面221、第2当接面251にそれぞれ位置決めして取り付け、これにより、クリーニングブレード22を備える筐体26が同時に組み立てられる。これによって、少ない部品で精度の高い位置決め、ねじれ、たわみの発生の少ない取付が可能になる。
以下、各モジュール、部分の取付について詳述する。
この塗布装置70は、潤滑剤収納部270にある潤滑剤を供給部材72のフィルム721に乗せて、感光体10に潤滑剤を供給し、感光体10に当接された塗布ブレード711で潤滑剤を薄層化して塗布する。これによって、感光体10の摩擦係数を低くすることができ、トナーの転写率を向上させて廃棄するトナー量を減少させることができる。
さらに、感光体10の表面の摩擦係数を小さくすることによって、クリーニングしにくい球形形状のトナーであってもクリーニングすることができる。また、潤滑剤の薄層形成を塗布ブレード711で行うことで、不必要な潤滑剤は塗布ブレード711でせき止められ、感光体10に薄膜を形成する量をできるだけ少なくすることで最小厚さの膜を形成することができる。また、このときに、薄層にならなかった潤滑剤は、塗布ブレード711上からこぼれて潤滑剤収納部270に戻るので、潤滑剤を長く使用することができる。
また、潤滑剤は、粉体状であって、体積平均粒径が、0.1〜3.0mmの範囲にあるものを用いる。成型した潤滑剤では、ブラシで強く摺擦して粉体状に掻き取り感光体10に供給しなければならず、ブラシの寿命が短くなり、また、駆動させるための軸、ギアの強度を高くしなければならず、製造上のコスト低減が困難である。粉体状の潤滑剤を用い、また、粉体状潤滑剤の体積平均粒径を小さくすることで、塗布ブレード711による薄層化を容易にすることができる。0.1mm未満では、薄層化されることなく塗布ブレード711をすり抜けてしまう。3.0mmを越えると、塗布ブレード711でクリーニングされてしまい、薄層化することができない。
なお、本実施形態では、潤滑剤を供給する供給部材72の回転速度は、感光体10の回転速度よりも早く設定している。したがって、感光体10表面への潤滑剤塗布量が不足することはない。しかしながら、ギア比を調整することにより、感光体10の回転速度と供給部材の回転速度を調整し、潤滑剤塗布量を適当になるよう設定することができる。
このプロセスカートリッジ200では、組立性を向上させるために、帯電、クリーニング等の各作像プロセスを予めユニット化し、容易に着脱可能にできるように構成されている。本発明の帯電モジュール30は、帯電ユニット単独の形態では、清掃部材である帯電クリーニングローラ33と帯電部材である帯電ローラ31との押圧力を低下させる機構としているため、清掃部材である帯電クリーニングローラ33の圧縮ひずみを防止することができ、予めユニットとして組立てておいても、長期にわたり保管することが可能である。
これにより、帯電クリーニングローラ33による清掃性が維持されるため、小粒径トナーや重合トナーを使用しても、これらを帯電部材31表面から確実に除去することができ、帯電部材31の早期帯電不良を防止することができるため、長期に亘ってその性能を維持することができる。
本発明に係るトナーはバインダ樹脂として変性ポリエステル(i)を含む。変性ポリエステル(i)としては、ポリエステル樹脂中にエステル結合以外の結合基が存在したり、またポリエステル樹脂中に構成の異なる樹脂成分が共有結合、イオン結合などで結合した状態をさす。具体的には、ポリエステル末端に、カルボン酸基、水酸基と反応するイソシアネート基などの官能基を導入し、さらに活性水素含有化合物と反応させ、ポリエステル末端を変性したものを指す。
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)が挙げられ、(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)付加物などが挙げられる。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挙げられる。
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。
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)などが挙げられる。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挙げられる。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挙げられる。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挙げられる。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挙げられる。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挙げられる。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。
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。
変性ポリエステル(i)を得るためのポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との架橋及び/又は伸長反応には、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)などが挙げられる。
本発明においては、前記変性されたポリエステル(i)単独使用だけでなく、この(i)と共に、未変性ポリエステル(ii)をバインダ樹脂成分として含有させることもできる。(ii)を併用することで、低温定着性及びフルカラー装置に用いた場合の光沢性が向上し、単独使用より好ましい。(ii)としては、前記(i)のポリエステル成分と同様な多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)との重縮合物などが挙げられ、好ましいものも(i)と同様である。また、(ii)は無変性のポリエステルだけでなく、ウレア結合以外の化学結合で変性されているものでもよく、例えばウレタン結合で変性されていてもよい。(i)と(ii)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、(i)のポリエステル成分と(ii)は類似の組成が好ましい。(ii)を含有させる場合の(i)と(ii)の重量比は、通常5/95〜80/20、好ましくは5/95〜30/70、さらに好ましくは5/95〜25/75、特に好ましくは7/93〜20/80である。(i)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。
着色剤としては、公知の染料及び顔料が全て使用でき、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、リトボン及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。
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、サリチル酸金属塩及び、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挙げられる。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、現像ローラとの静電気的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
離型剤としては、融点が50〜120℃の低融点のワックスが、バインダ樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に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、以下のものが挙げられる。ロウ類及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、及びおよびパラフィン、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挙げられる。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挙げられる。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及び、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良い。
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、5×10−3〜2μmであることが好ましく、特に5×10−3〜0.5μmであることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500m2/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0.01〜5wt%であることが好ましく、特に0.01〜2.0wt%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、窒化ケイ素などを挙げることができる。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5×10−2μm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及び疎水性酸化チタン微粒子の添加量が0.3〜1.5wt%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。
(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種以上組合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。
水系媒体は、水単独でも良いし、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。
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べタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
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)などが挙げられる。
このうち好ましいのは、微細球状樹脂粒子の水性分散体が得られやすい点から、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びそれらの併用が好ましい。例えばビニル系樹脂としては、ビニル系モノマーを単独重合また共重合したポリマーで、例えば、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、(メタ)アクリル酸−アクリル酸エステル重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体等の樹脂が挙げられる。樹脂微粒子の平均粒径は5〜200nm、好ましくは20〜300nmである。
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。
この反応は、分子鎖の架橋及び/又は伸長を伴う。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挙げられる。
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昇温し、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物を用いた場合は、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。
荷電制御剤の打ち込み、及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、真球状からラクビーボール状の間の形状を制御することができ、さらに、表面のモル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。
SF−1={(MXLNG)2/AREA}×(100π/4) ・・・式(1)
SF−1の値が100の場合トナーの形状は真球となり、SF−1の値が大きくなるほど不定形になる。
また、形状係数SF−2は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式(2)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる図形の周長PERIの二乗を図形面積AREAで除して、100/4πを乗じた値である。
SF−2={(PERI)2/AREA}×(100/4π) ・・・式(2)
SF−2の値が100の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、SF−2の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡(S−800:日立製作所製)でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置(LUSEX3:ニレコ社製)に導入して解析して計算した。
トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと感光体との接触状態が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり従って流動性が高くなり、また、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。形状係数SF−1、SF−2のいずれかが180を超えると、転写率が低下するため好ましくない。
これら小粒径トナーや重合トナーは、帯電ローラ31表面に残留トナーとして付着、堆積し、早期帯電不良等を引き起こす原因となりやすい。
本発明の帯電装置は、清掃部材33の圧縮ひずみを抑制し、清掃性が損なわれない機構
としているため、このようなクリーニングし難いトナーを使用しても、確実に帯電ローラ
31表面から除去することができるため、長期に亘ってその性能を維持することができる。
また、本発明の画像形成装置は、このようなプロセスカートリッジ200を用いることで、高品位の画像を長期にわたって安定して供給することができる。
11 アルミニウム基板
12 感光層
121 電荷発生層
122 電荷輸送層
123 保護層
13 前側フランジ
14 奥側フランジ
141 カップリング
15 シャフト
16 カップリング
17 ギア
20 クリーニングモジュール
21 保持板
22 クリーニングブレード
23 フィルム
24 残トナー収納部
25 搬送オーガ
26 筐体
27 ネジ
28 位置決めガイド
281 ガイド
282 固定穴
30 帯電モジュール
31 帯電部材(帯電ローラ)
32 バネ材
33 帯電クリーニング部材(帯電クリーニングローラ)
34 スペーサ部材
35 バネ支持部材
37 軸受
39 ハウジング
40 露光装置
50 現像モジュール
51 現像スリーブ
511 回転軸
521、522 ガイド
53 混合ローラ
54 供給ローラ
55 規制部材
56 現像剤収納部
561 仕切板
60 転写装置
61 第1転写ローラ
62 中間転写ベルト
62、63、64 回転ローラ
65 テンションローラ
70 塗布装置
71 膜形成部材
711 薄層化ブレード
712 支持部材
72 供給部材
721 フィルム
90 定着装置
100 画像形成装置
110 読取部
120 画像形成部
130 給紙部
200 プロセスカートリッジ
210 プロセスカートリッジ枠体
211 補強板
220 第1側板
221 第1当接面
225、226 固定穴
230 側板
240 面板
241 穴部
242 挿入部
244 軸受
250 第2側板
251 第2当接面
254 軸受
253 シャフト支持部
255 ガイド溝
257 固定手段
270 潤滑剤収納部
Claims (9)
- 像担持体に接触もしくは近接し、像担持体表面を帯電する帯電ローラと、
該帯電ローラを前記像担持体に向けて付勢するための帯電付勢部材と、
前記帯電ローラ表面をクリーニングする帯電クリーニング部材と、
該帯電クリーニング部材を前記帯電ローラに向けて付勢するためのクリーニング付勢部材と、
これらを収納するハウジングとが一体化された帯電モジュールが、少なくとも像担持体を備えるプロセスカートリッジに対して交換可能に取り付けることができるプロセスカートリッジにおいて、
前記帯電モジュールを、プロセスカートリッジに取り付けることにより、前記帯電ローラが前記像担持体に押圧されて前記帯電付勢部材が縮むことで、前記像担持体に対する前記帯電ローラの付勢状態が決まるとともに、前記帯電クリーニング部材が前記帯電ローラに押圧されて前記クリーニング付勢部材が縮むことで、前記帯電ローラに対する前記帯電クリーニング部材の付勢状態が決まるものであって、
さらに、前記帯電付勢部材により前記帯電ローラが付勢される方向と、前記クリーニング付勢部材により前記帯電クリーニング部材が付勢される方向とが異なる
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 請求項1に記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記帯電モジュールをプロセスカートリッジに取り付けた状態で、前記帯電ローラは、前記像担持体に対して間隙を形成するものである
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 請求項1又は2に記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記帯電クリーニング部材は、帯電クリーニングローラであって、帯電ローラにつれ回りする
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記帯電クリーニング部材は、発泡部材からなる
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 請求項1に記載のプロセスカートリッジにおいて、
前記帯電クリーニング部材は、繊維状部材からなる
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 潜像を担持する像担持体と、
像担持体表面に均一に帯電を施す帯電ローラと、
帯電した像担持体の表面に画像データに基づいて露光し、潜像を書き込む露光手段と、
像担持体表面に形成された潜像にトナーを供給し、可視像化する現像手段と、
像担持体表面の可視像を転写媒体に転写する転写手段と、
転写後の像担持体表面をクリーニングするクリーニング手段とを備える画像形成装置において、
前記画像形成装置は、
像担持体に接触もしくは近接し、像担持体表面を帯電する帯電ローラと、
該帯電ローラを前記像担持体に向けて付勢するための帯電付勢部材と、
前記帯電ローラ表面をクリーニングする帯電クリーニング部材と、
該帯電クリーニング部材を前記帯電ローラに向けて付勢するためのクリーニング付勢部材と、
これらを収納するハウジングとが一体化された帯電モジュールが、少なくとも像担持体を備えるプロセスカートリッジに対して交換可能に取り付けることができるプロセスカートリッジであって、
前記帯電モジュールを、プロセスカートリッジに取り付けることにより、前記帯電ローラが前記像担持体に押圧されて前記帯電付勢部材が縮むことで、前記像担持体に対する前記帯電ローラの付勢状態が決まるとともに、前記帯電クリーニング部材が前記帯電ローラに押圧されて前記クリーニング付勢部材が縮むことで、前記帯電ローラに対する前記帯電クリーニング部材の付勢状態が決まるものであって、
さらに、前記帯電付勢部材により前記帯電ローラが付勢される方向と、前記クリーニング付勢部材により前記帯電クリーニング部材が付勢される方向とが異なる
プロセスカートリッジを備える
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項6に記載の画像形成装置において、
前記現像手段で用いられるトナーは、体積平均粒径が10μm以下であり、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲にある
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項6又は7に記載の画像形成装置において、
前記現像手段で用いられるトナーは、形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、形状係数SF−2が100〜180の範囲にある
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項項6ないし8のいずれかに記載の画像形成装置において、
前記現像手段で用いられるトナーは、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溶解又は分散させたトナー材料液を、水系媒体中で架橋及び/又は伸長反応させて得られるトナーである
ことを特徴とする画像形成装置。
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