JP4941026B2 - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
トナーとキャリアを含み、上記トナーとキャリアの相互の摩擦接触によって上記トナーが第1の極性に帯電されると共に上記キャリアが上記第1の極性とは異なる第2の極性に帯電される現像剤と、
上記現像剤を収容する現像槽の開口部に配置された第1の搬送部材と、
第1の領域を介して上記第1の搬送部材に対向し、第2の領域を介して上記静電潜像担持体に対向する第2の搬送部材と、
上記第1の搬送部材と上記第2の搬送部材との間に第1の電界を形成して、上記第1の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを上記第2の搬送部材に移動させる第1の電界形成手段と、
上記第2の搬送部材と上記静電潜像担持体との間に第2の電界を形成して、上記第2の搬送部材が保持している上記トナーを上記静電潜像担持体の静電潜像に移動させて上記静電潜像を可視像化する第2の電界形成手段を備えており、
上記現像剤は、上記トナーとの摩擦接触によって上記トナーの帯電極性とは逆の極性に帯電される荷電粒子をさらに含み、
上記第2の搬送部材は、上記トナーとの摩擦接触によって上記トナーの帯電極性とは逆の極性に帯電される表面を有することを特徴とする現像装置、ならびに上記現像装置を含む画像形成装置に関する。
図1は、本発明に係る電子写真式画像形成装置の画像形成に関連する部分を示す。画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリ、およびそれらの機能を複合的に備えた複合機のいずれであってもよい。画像形成装置1は、静電潜像坦持体である感光体12を有する。実施形態において、感光体12は円筒体で構成されているが、本発明はそのような形態に限定されるものでなく、代わりに無端ベルト式の感光体も使用可能である。感光体12は、図示しないモータに駆動連結されており、モータの駆動に基づいて矢印14方向に回転するようにしてある。感光体12の周囲には、感光体12の回転方向に沿って、帯電ステーション16、露光ステーション18、現像ステーション20、転写ステーション22、およびクリーニングステーション24が配置されている。
現像装置34は、第1の成分粒子である非磁性トナーと第2の成分粒子である磁性キャリアを含む2成分現像剤と以下に説明する種々の部材を収容する現像槽(ハウジング)42を備えている。図面を簡略化することで発明の理解を容易にするため、現像槽42の一部は削除してある。現像槽42は感光体12に向けて開放された一連の開口部(44、52)を備えており、この開口部44の近傍に形成された空間46にトナー搬送部材(第2の搬送部材)である現像ローラ48が設けてある。現像ローラ48は、円筒状の部材(第2の回転円筒体)であり、感光体12と平行に且つ感光体12の外周面と所定の現像ギャップ50を介して、回転可能に配置されている。
R4は炭素数1〜3のアルキレン基であり、好ましくはエチレン基である。
R5は炭素数1〜3のアルキル基である。好ましいアルキル基の具体例として、例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、n−プロピル基が挙げられる。
mは10〜25である。
nは40〜180である。
(負帯電性トナー−正帯電性表面層)
スチレン−メタクリレートエステル樹脂−窒素含有シリコーン樹脂(特に上記一般式(I)で表されるアミノアクリル変性シリコーン樹脂)
スチレン−メタクリレートエステル樹脂−窒素含有アクリル樹脂(特に一般式(II)で表されるポリアミノアクリル酸エステル樹脂)
スチレン−メタクリレートエステル樹脂−ポリイミド
ポリエステル−窒素含有シリコーン樹脂(特に上記一般式(I)で表されるアミノアクリル変性シリコーン樹脂)
ポリエステル−窒素含有アクリル樹脂(特に一般式(II)で表されるポリアミノアクリル酸エステル樹脂)
ポリエステル−ポリイミド
(正帯電性トナー−負帯電性表面層)
スチレンアクリル樹脂−フッ素含有オレフィン樹脂(特にPTFE)
エポキシ樹脂−フッ素含有オレフィン樹脂(特にPTFE)
無機層は所定の無機物質を用いて真空蒸着法等を実施することにより製造可能である。
供給領域90でスリーブ60から現像ローラ48にトナー6を効率的に移動させるために、現像ローラ48とスリーブ60は電界形成装置110と電気的に接続されている。電源の具体例が図5A〜図9に示してある。
一般に、トナーとキャリアを主成分とする2成分現像剤は、キャリアの表面にトナーが付着してできる汚れ(スペント)が発生し、これがキャリアの寿命を低下させる。そこで、この問題を解消するために、本発明では、2成分現像剤に第3の成分として荷電粒子(インプラント粒子)が添加されている。
トナー、キャリア、荷電粒子、および現像剤に含まれる他の粒子の具体的な材料を説明する。
好適に使用される荷電粒子は、トナーの帯電極性に応じて適宜選択され、トナーとの摩擦接触によりトナーの帯電極性とは逆の極性に帯電される粒子が使用され、通常はキャリアとの摩擦接触により、トナーの帯電極性と逆極性に帯電される粒子が使用される。荷電粒子の平均一次粒径は、例えば、100〜1000nmである。詳しくは例えば、キャリアとの摩擦接触により負極性に帯電されるトナーを用いる場合、荷電粒子は、トナーとの接触により正極性に帯電される粒子が用いられ、通常はキャリアとの摩擦接触により正極性に帯電される粒子が使用される。そのような粒子は、例えば、チタン酸ストロンチウム、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、アルミナ等の無機粒子やアクリル樹脂、ベンゾグァナミン樹脂、ナイロン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の、熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成できる。荷電粒子を構成する樹脂にトナーとの接触により正極性に帯電する正荷電制御剤を含有させてもよい。正荷電制御剤には、例えば、ニグロシン染料、四級アンモニウム塩等が使用できる。荷電粒子は含窒素モノマーで構成してもよい。含窒素モノマーを構成する材料には、例えば、アクリル酸2−ジメチルアミノエチル、アクリル酸2−ジエチルアミノエチル、メタクリル酸2−ジメチルアミノエチル、メタクリル酸2−ジエチルアミノエチル、ビニールピリジン、N−ビニールカルバゾール、ビニールイミダゾールがある。負帯電性トナーを構成するバインダー樹脂と正帯電性荷電粒子を構成する材料との好ましい組み合わせは以下の通りである。
(負帯電性トナー−正帯電性荷電粒子)
ポリエステル−SrTiO3
スチレン−メタクリレート樹脂−SrTiO3
ポリエステル−CaTiO3
スチレン−メタクリレート樹脂−CaTiO3
(正帯電性トナーバインダー樹脂−負帯電性荷電粒子)
スチレンアクリル樹脂−シリカ
ポリアミノアクリル酸エステル−ポリフッ化アクリルビーズ
ポリアミノアクリル酸エステル−PTFEビーズ
スチレンアクリル樹脂−ポリフッ化アクリルビーズ
スチレンアクリル樹脂−PTFEビーズ
トナーには、画像形成装置で従来から一般に使用されている公知のトナーを使用できる。トナー粒径は、例えば約3〜15μmである。バインダー樹脂中に着色剤を含有させたトナー、荷電制御剤や離型剤を含有するトナー、表面に添加剤を保持するトナーも使用できる。
トナーに使用されるバインダー樹脂は、限定的ではないが、例えば、スチレン系樹脂(スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体)、ポリエステル樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、スチレンアクリル樹脂、窒素含有アクリル樹脂またはそれらの樹脂を任意に混ぜ合わせたものである。バインダー樹脂は、軟化温度が約80〜160℃の範囲、ガラス転移点が約50〜75℃の範囲であることが好ましい。
着色剤は、公知の材料、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキーレッド等を用いることができる。着色剤の添加量は、一般に、バインダー樹脂100重量部に対して、2〜20重量部であることが好ましい。
荷電制御剤は、従来から荷電制御剤として知られている材料が使用できる。具体的に、正極性に帯電するトナーには、例えばニグロシン系染料、4級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂が荷電制御剤として使用できる。負極性に帯電するトナーには、Cr、Co、Al、Fe等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレーン化合物が荷電制御剤として使用できる。荷電制御剤は、バインダー樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の割合で用いることが好ましい。
その他、現像剤の流動化を促進する流動化剤を添加してもよい。流動化剤には、例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子が使用できる。特にシランカップリング剤、チタンカップリング剤、およびシリコーンオイル等で疎水化した材料を用いるのが好ましい。流動化剤は、トナー100重量部に対して、0.1〜5重量部の割合で添加させることが好ましい。これら添加剤の個数平均一次粒径は9〜100nm、特に9〜100nm未満であることが好ましい。
キャリアは、従来から一般に使用されている公知のキャリアを使用できる。バインダー型キャリアやコート型キャリアのいずれを用いてもよい。キャリア粒径は、限定的ではないが、約15〜100μmが好ましい。
粒径40μmのMn・Znフェライト球にポリアクリル樹脂がコートされているものをキャリアAとして用いた。
ポリエステル樹脂100部に対し、粒径が0.3〜0.6μmの亜鉛系フェライト粉500部をスーパーミキサーで混合し、この混合物を溶融混練する。冷却後、2mmに粗粉砕し、更に微粉砕・分級により平均径が40μmのキャリアを得る。
メチルエチルケトン400gに、下記の構造式;
現像ローラR2〜R4はそれぞれ、塗布・乾燥を2度、5度および8度行うこと以外、現像ローラR1と同様の方法によって製造した。
現像ローラR5は、以下の方法で作製した溶液を用いたこと以外、現像ローラR1と同様の方法によって製造した。
メチルエチルケトン400gに、アミノ基含有アクリル変性シリコーン樹脂5gを溶解して溶液を調製した。
現像ローラR6は、以下の方法で調製した溶液を用いたこと、および塗布・乾燥を5度行うこと以外、現像ローラR1と同様の方法によって製造した。
メチルエチルケトン400gに、アミノ基含有アクリル変性シリコーン樹脂100gを溶解して溶液を調製した。
現像ローラR7は、以下の方法で調製した溶液を用いたこと、および塗布・乾燥を6度行うこと以外、現像ローラR1と同様の方法によって製造した。
メチルエチルケトン400gに、アミノ基含有アクリル変性シリコーン樹脂40gを溶解して溶液を調製した。
現像ローラR8は、以下の方法で調製した溶液を用いたこと以外、現像ローラR1と同様の方法によって製造した。
メチルエチルケトン400gに、アミノ基含有アクリル変性シリコーン樹脂10gを溶解して溶液を調製した。
現像ローラR1の製造で用いたアルミ管をそのまま用いた。
メチルエチルケトン400gに、下記の構造式;
現像ローラR10は、塗布・乾燥を3度行うこと以外、現像ローラR9と同様の方法によって製造した。
現像ローラR11〜R12は、以下の方法で作製した溶液を用いたこと、および塗布・乾燥をそれぞれ1度および6度行うこと以外、現像ローラR9と同様の方法によって製造した。
メチルエチルケトン400gに、ポリアミノアクリル酸エステル樹脂100gを溶解して溶液を調製した。
メチルエチルケトンにビスアリルジイミド(丸善石油化学社製BANI−M)を40g溶解し、ディッピングによりアルミ管に塗布する。これを250℃下で24時間放置し硬化させる。ローラーの表面電位を現像ローラR1と同様の方法により検出する。本ローラの表面電位は+65Vであり、本材料はキャリアAに対して正帯電性であることが明らかであった。
現像ローラR14は、塗布・硬化を3回繰り返すこと以外、現像ローラ13と同様の方法によって、製造した。
PTFEをアルミ管にコーティングする。まずプライマー(デュポン社製PTFE塗料850−314)を該管にスプレー塗布し、150℃で乾燥させる。しかる後PTFEのエマルジョン(デュポン社製テフロン塗料851−214)をスプレーで塗布し、300℃下で乾燥・焼付けを行う。ローラーの表面電位を、キャリアBを用いたこと以外、現像ローラR1と同様の方法により検出する。本ローラの表面電位は−65Vであり、本材料はキャリアBに対して負帯電性であることが明らかであった。
荷電粒子Aとして平均一次粒径0.6μmのチタン酸ストロンチウム(SW−シリーズ;チタン工業社製)を用いた。このチタン酸ストロンチウムは、キャリアAと重量混合比(荷電粒子/キャリア)20/80で混合して、ブローオフ法で測定したところ、+70μC/gであり、キャリアAに対して正帯電性を示した。
荷電粒子Bとして平均一次粒径0.5μmのシリカ(日本アエロジル社製)を用いた。このシリカは、キャリアBと重量混合比(荷電粒子/キャリア)20/80で混合して、ブローオフ法で測定したところ、−45μC/gであり、キャリアBに対して負帯電性を示した。
スチレン−メタクリレートエステル系樹脂(Mw:220000,Mn:8300,Tg:58℃)100重量部にカーボンブラック6重量部、S34(オリエント化学社製)4重量部を高速せん断混合機で混合し、熱混練の後、冷却・粉砕・分級を行い、重量平均粒径6μmのトナー粒子を得た。トナー粒子に対して平均一次粒径30nmの疎水化処理シリカを0.5重量%、荷電粒子Aを2重量%混合処理してトナーAとする。
スチレンアクリル系樹脂(Mw:240000,Mn:9000,Tg:59℃)100重量部にカーボンブラック6重量部、ニグロシンベースEX(オリエント化学社製)4重量部を高速せん断混合機で混合し、熱混練の後、冷却・粉砕・分級を行い、重量平均粒径7μmのトナー粒子を得た。トナー粒子に対して平均一次粒径30nmの疎水化処理シリカを0.5重量%、荷電粒子Bを2重量%混合処理してトナーBとする。
表2に記載のトナーを混合比10%で混合して得られた現像剤、および表2に記載の現像ローラを、図1に示す形態の画像形成装置に搭載した。この画像形成装置を用いて、画像比率5%のサンプルを100000枚プリントした。
耐刷後の画像を目視により観察し、限界見本との比較により評価した。
×→△→○→◎の順でレベルがよい。◎はルーペでも地肌にトナーが殆ど見られないレベル、○は目では感知できないがルーペで見ると僅かに検出できるレベル、△は目では感知できないがルーペで見るとトナーがやや目立つレベル(実用上問題なし)、×は目でもかぶりが検出されるレベルである。
画像の濃度は、マクベス社製透過濃度計を使用して測定した。
◎;濃度≧1.5;
○;1.3≦濃度<1.5;
△;1.1≦濃度<1.3(実用上問題なし);
×;濃度<1.1。
Claims (2)
- トナーとキャリアを含む現像剤を用いて、静電潜像担持体上の静電潜像を可視像化する現像装置であって、
トナーとキャリアを含み、上記トナーとキャリアの相互の摩擦接触によって上記トナーが第1の極性に帯電されると共に上記キャリアが上記第1の極性とは異なる第2の極性に帯電される現像剤と、
上記現像剤を収容する現像槽の開口部に配置された第1の搬送部材と、
第1の領域を介して上記第1の搬送部材に対向し、第2の領域を介して上記静電潜像担持体に対向する第2の搬送部材と、
上記第1の搬送部材と上記第2の搬送部材との間に第1の電界を形成して、上記第1の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを上記第2の搬送部材に移動させる第1の電界形成手段と、
上記第2の搬送部材と上記静電潜像担持体との間に第2の電界を形成して、上記第2の搬送部材が保持している上記トナーを上記静電潜像担持体の静電潜像に移動させて上記静電潜像を可視像化する第2の電界形成手段を備えており、
上記現像剤は、上記キャリアとの摩擦接触によって上記トナーの帯電極性とは逆の極性に帯電される荷電粒子をさらに含み、
上記第2の搬送部材は、上記キャリアとの摩擦接触によって上記トナーの帯電極性とは逆の極性に帯電される表面を有することを特徴とする現像装置。 - 請求項1に記載の現像装置を含む画像形成装置。
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