JP5239555B2 - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、現像装置および画像形成装置に関し、さらに詳しくは、現像剤の供給構造に関する。

複写機やファクシミリあるいはプリンタさらには印刷機などの画像形成装置においては、潜像担持体である感光体上に担持されている静電潜像が現像剤中に含まれるトナーにより可視像処理される。

可視像処理に寄与しなかったトナーは、廃棄タンクに排出されたり、あるいは現像装置に向け帰還させてリサイクルトナーとして用いられるようになっている。

現像剤には、トナーとキャリアとを混合した二成分系現像剤およびキャリアを含まない一成分系現像剤が知られている。
いずれの場合にも可視像処理に用いられる前のトナーは、潜像への静電付着ができるに必要な帯電量を持たせるようになっている。このための方法としては、二成分系現像剤の場合には攪拌ローラなどを用いた攪拌混合があり、一成分系現像剤の場合には現像スリーブなどの現像剤担持体に担持された際の層厚規制用のドクターブレードによる層厚規制時での攪拌および摺擦がある。

しかし、攪拌や摺擦が繰り返されると、トナーに機械的な負荷が強く作用してしまい、次のような不具合が発生する。
一成分系現像剤の場合には、トナー樹脂に流動化粒子となるシリカやチタンが外添されているが、これらの物質が剥がれたり、トナー樹脂内に埋没することがある。このため、流動化粒子による流動性が確保できなくなり、現像剤を担持する部材の表面に固着し易くなるばかりでなく、固着したトナーが堆積して薄層化するトナーフィルミングが発生して現像バイアス不良による現像不良が発生する。

しかも、トナーが繰り返し衝突する部材である、層厚規制部材側にも機械的な負荷が繰り返し作用することになるので、摩耗を引き起こして正確な層厚の規定が行えなくなることや、変質したトナーが付着した場合にはその部分での画像に異常を来すという問題がある。

一方、二成分系現像剤の場合には、磁性キャリアに付着して磁気ブラシを形成する現像剤が攪拌混合時に機械的なストレスを繰り返して受けることになるので、トナーの皮膜が剥がれて帯電性能に悪影響が出たり、特にトナーに比べて質量が大きい磁性キャリアを用いることで機械的なストレスが大きくなり、現像剤の劣化を来すという問題がある。

そこで、トナーに対する機械的ストレスを与えないようにして搬送する方法として、気流搬送を用いる方法（例えば、特許文献１）、静電的に搬送する方法（例えば、特許文献２）が提案されている。

また、機械的なストレスを与えることなくトナーを帯電させる方法としては、静電搬送時での誘電により帯電を行わせる方法（例えば、特許文献３）、トナーの搬送路中に電界形成手段を用いて帯電する方法（例えば、特許文献４）が提案されている。

特許文献１には、現像剤担持体に形成される磁気ブラシに対向する吐出口を備えた気流搬送手段を設け、気流搬送手段に用いられるトナーの流路内には帯電手段が配置されている構成が開示されている。

特許文献２には、トナーの通路となる気泡内のトナーを静電搬送するためのバイアス手段を設け、静電搬送されるトナーが気泡内面に接触する機会を利用してトナーの帯電を行うようにした構成が開示されている。

特許文献３には、現像剤担持体に向け搬送されるトナーの搬送路に静電搬送手段を設け、この静電搬送手段にトナーが接触しながら移動するときにトナーの摩擦帯電を行うようにした構成が開示されている。

特許文献４には、一軸スクリューポンプを設け、このスクリューポンプ内の通路をトナーが移動する際の摩擦帯電が行える構成が開示されている。

特許第３９２０８４５号 特開２００６−１７９６５号 特開２００４−２８００６８号 特開２００５−２２１６３１号

上記各特許文献に開示された構成では、攪拌混合や層厚規制などのトナーに対する機械的ストレスを発生させる構成がない。そして、搬送過程でトナーの帯電が行えるようにもなっている。

しかし、いずれの構成においても、トナーの搬送過程を対象としてトナーの帯電を行う構成となっている。このため、現像剤担持体に供給されるまでの間の搬送過程においては、帯電したトナーが搬送路や搬送部材に接触しながら移動することになるので、トナーの外添剤が剥がれたりする虞は完全に解消されない。

しかも、搬送路中を移動する際の摩擦帯電が前提となっているので、帯電に必要な搬送路長が必要となることもあり、搬送路長が影響する装置の小型化を期待できなくなる。搬送路長が長くなれば、それだけ静電搬送に必要な電極も長くなることから部品コストの上昇を招く虞もある。さらに、トナーを静電搬送するには、極性の異なる電極を多数並置して各電極に対するバイアス制御が必要となることから、トナー搬送に要する構成が複雑化する虞もある。

本発明の目的は、上記従来の現像装置、特に機械的なストレスを与えないようにして帯電させる構成を備えた現像装置における問題に鑑み、簡単な構成で現像剤担持体に対して均一供給が可能でかつ設定すべき帯電量を維持することができる構成を備えた現像装置および画像形成装置を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明は次の構成よりなる。
（１）像担持体上に形成された静電潜像に対して現像剤担持体に担持されたトナーを静電的に吸着させて可視像処理を行う現像装置であって、前記現像剤担持体に向け供給されるトナーは、該現像剤担持体に達する直前の位置に形成されている、前記静電潜像と同極性あるいは逆極性の電界内を飛翔したうえで、前記現像剤担持体に直接噴射され、該トナーを飛翔させる直接噴射に用いられる構成として、前記トナーを空気圧によって搬送する気流搬送部を備え、前記気流搬送部には、前記現像剤担持体に向けトナーを噴射する噴射口および前記現像剤担持体からのトナーの回収部を延長方向端部に備えた管路、該管路内に配置された前記端部間出空気を循環させるエアーポンプ、該エアーポンプで生起される正圧によって搬送されるトナーを分散させる分散装置が配置され、前記噴射口の内部には、前記現像剤担持体に対向する電界形成用の電極針が絶縁材を介して配置されて電源からの給電路に接続され、前記電極針は、前記噴射口内部との間で、前記トナーが飛翔する直前の位置でトナーに対してコロナ放電が可能な対向電極を構成していることを特徴とする現像装置。
（２）前記電極針は、前記潜像担持体上の静電潜像と同極性あるいは逆極性のコロナ放電が可能であることを特徴とする（１）に記載の現像装置。
（３）前記気流搬送部は、延長方向一端を前記現像剤担持体に対向させ、延長方向他端が前記現像剤担持体への噴射を終えたトナーを回収できる位置に配置されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の現像装置。
（４）前記気流搬送部に用いられる管路は、前記エアーポンプの位置を境にして前記トナーの回収部側が負圧化されていることを特徴とする（１）または（３）に記載の現像装置。
（５）前記噴射口は、前記現像剤担持体に対するトナーの噴射方向を変更可能であることを特徴とする（１）に記載の現像装置。
（６）前記噴射口は、前記現像剤担持体の長手方向に沿って複数並置されていることを特徴とする（１）または（５）に記載の現像装置。
（７）前記気流搬送部は、前記管路内で気流を層流あるいは渦流を含む乱流に設定可能であることを特徴とする請求項１，（３），（４）のうちのいずれか一つに記載の現像装置。
（８）（１）乃至（７）のうちのいずれか一つ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。

本発明によれば、気流搬送されるトナーが現像剤担持体に達する直前に形成されている電界内を飛翔するようになっているので、現像担持体に達する以前に帯電された場合と違って、搬送過程での帯電量の変化などを生じることがない。これにより、現像剤担持体に達した際の帯電量として潜像の可視像処理に必要な帯電量に設定することができる。

しかも、電界形成のための構成として、現像剤担持体に先端が対向している電極針を用いたコロナ放電であるので、電極板との接触などで起こる誘電ではなく電荷注入であるので、帯電量を正確に規定することができる。さらに電極針による先端放電が可能であるので、現像剤担持体に付着したトナーの帯電量の低下を防止することができる。

以下、図面により本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明による現像装置を備えた画像形成装置の構成を説明するための模式図である。なお、以下の説明では、トナーを対象として説明するが、キャリアを含む現像剤を対象とすることも可能である。

図１において画像形成装置１は、潜像担持体であるドラム状の感光体２を備えており、感光体の周囲には、矢印で示す感光体２の回転方向に沿って画像形成処理を実行する帯電装置３，書き込み装置（図では、光路のみが示されている）４，現像装置５，クリーニング装置６が配置されている。これ以外の装置としては、図示しないが、現像装置５を通過した感光体上のトナー像を記録紙などに転写する転写装置、転写後のトナー像を定着する定着装置が設けられている。

図１において現像装置５は、現像槽５Ａ内において感光体２に対向する現像剤担持体として用いられる現像スリーブ５Ｂと、現像処理後の現像スリーブ２表面からトナーを回収するブラシローラなどが用いられるトナー回収装置５Ｃと、トナーを現像スリーブ５Ｂに噴射するための気流搬送部５０とで構成されている。

気流搬送部５０は、現像剤担持体である現像スリーブ５Ｂに対向する噴射口を有する現像剤噴射装置５１と、噴射口を延長方向一端に位置させて延長方向他端が現像槽５Ａ内で現像スリーブ５Ｂからのトナーの回収部５Ａ１に接続された管路５０Ａとを備え、管路５０Ａ中には、エアーポンプ５２およびトナー分散装置５３が配置されている。この場合のトナー分散装置５３は、トナー補給タンクなどを用いることがある。

エアーポンプ５２は、この配置位置を境にして、現像剤噴射装置５１の噴射口に至る範囲を正圧とし、トナーの回収部５Ａ１に至る範囲を負圧とする機能を持ち、これにより、トナー分散装置５３を途中に配置した管路５０Ａ内でトナーを循環させることができる。

エアーポンプ５２は、例えば、図２に示すように、管路５０Ａに連結された気流生成管５０Ａ１に設置され、管路５０Ａ内に向け外気を取り込める構成とされている。これにより、管路５０Ａの内部にエアーポンプ５２を配置した場合と違って、エアーポンプ５２の構成部品にトナーが衝突しないようにしてトナーへの機械的ストレスの発生を防止できる。

一方、現像剤噴射装置５１は、現像剤担持体である現像スリーブ５Ｂに向けトナーを噴射する機能を持ち、その構成が図３に示されている。
図３において現像剤噴射装置５１は、現像スリーブ５Ｂに対向する先端部が絞り込まれたノズル構造（以下、この部分をノズル部５０Ｂとする）を備え、その内部には電界形成のための電極針５１Ａが設けられている。

この場合のノズル先端の形状としては、現像スリーブ５Ｂの長手方向に相当する軸方向に平行する長手を有する扁平形状あるいは楕円形状とする。

また、ノズルの先端形状を上述した形状以外、例えば、円形などとした場合には、現像スリーブ５Ｂの軸方向に沿って複数箇所にノズル部５０Ｂを並置することが望ましい。これにより、現像スリーブ５Ｂに噴射されるトナーが現像スリーブ５Ｂの軸方向で均一に供給されることになる。

電極針５１Ａは、管路５０Ａ内を搬送されるトナーが現像スリーブ５Ｂに向けて飛翔する直前に相当する位置に設けられており、電界内を飛翔した上で現像スリーブ５Ｂにトナーが達する関係とされている。

電極針５１Ａは、管路５０Ａの内面に対し、絶縁材５１Ｂを介して支持されており、バイアス電源５１Ｃからの給電路５１Ｄが接続されている。

給電路５１Ｄは、電極針５１Ａの後端側が電源５１Ｃを配置した給電側とされ、管路５０Ａのノズル部５０Ｂの先端側が接地側となる配線が用いられている。これにより、電極針５１Ａとノズル部５０Ｂの先端側内面とが対向電極を構成し、現像スリーブ５Ｂに向けてトナーが飛翔する直前に相当する位置で電極間でのコロナ放電による電界が形成される。

バイアス電源５１Ｃは、トナーの帯電特性に応じた極性のバイアス電圧を印加するためのものであり、本実施形態の場合には、負極性で標準的な環境下（２３℃、５０％ＲＨ）でのトナーの帯電量である、−５〜−５０μＣ／ｇ、好ましくは、−１０〜−３０μＣ／ｇの帯電量が得られるバイアス電圧が設定されている。
なお、電界形成のために用いられるバイアス電源からのバイアス電圧極性は、現像プロセスの内容に応じて上述した逆極性に限られるものではないこともちろんである。例えば、現像プロセスにおいて、いわゆる、ポジ−ポジ画像の形成やネガ−ポジ画像の形成に対応して、また、感光体として用いられる材質との関連などを考慮してトナーの帯電特性に応じて逆極性に限らず、同極性とすることもできる。

以下に、各部材の一部を対象とした特性について説明する。
本実施形態での現像方式は、一成分系現像剤が用いられる接触現像であり、感光体２は、Φ３０のアルミ素管をベースとした剛体のドラムで構成され、現像スリーブ５Ｂは、硬度が１０〜７０°（ＪＩＳ−Ａ）の弾性体が用いられ、その直径が１０〜３０ｍｍとされている。

電極針５１Ａとこれに対向するノズル部５０Ｂ内面との間には間隙が設定されており、その間隙は、２．５ｍｍ以下とされている。このような間隙を設けた理由は、これ以上の間隙を設定した場合、電極針５１Ａからの放電に必要な電圧が１００ＫＶを超えてしまうことになり、消費電力の点で不利となることや、ノズル部５０Ｂと電極針５１Ａとの間以外での放電が誘起される可能性があるのを避けるためである。

エアーポンプ５２で生起される圧力は、搬送対処となる現像剤の質量にもよるが、概ね、０．１〜０．７ＭＰａに設定され、空気とともにトナーを噴射できるとともに、トナーを回収することができる。

本実施形態は以上のような構成であるから、エアーポンプ５２が起動されると、管路５０Ａ内に気流が発生し、トナー分散装置５３で分散されたトナーが管路５０Ａのノズル部５０Ｂに達する。当然ではあるが、このとき、現像槽５Ａでのトナー回収部５Ａ１からは吸引圧力（負圧）が生起されてトナーがトナー分散装置５３に向けて搬送されることになる。

ノズル部５０Ｂに達したトナーは、現像スリーブ５Ｂに向け飛翔する直前に電極針５１Ａによるコロナ放電によって形成された電界内を飛翔し、現像スリーブ５Ｂに噴射される。このとき、電荷注入されることで規定の帯電量に設定されることになる。しかも、電極針５１Ａの先端放電により現像スリーブ５Ｂに達したトナーは帯電量の低下が抑えられて均一帯電量を維持されることになる。

一方、現像スリーブ５Ｂに噴射されたトナーは、現像スリーブ５Ｂ上で層状に形成されると層内での電位が現像スリーブ５Ｂ側の現像バイアスと相殺され、このときの層厚以上には付着しなくなる。

そこで、現像スリーブ５Ｂに付着しなかったトナーが回収されることにより、層厚を均一化されたトナー層が現像スリーブ５Ｂ上の担持されることになる。
現像スリーブ５Ｂからのトナーの回収は、トナー回収装置５Ｃのブラシに対してバイアスを印加した状態で行えば効率よく回収することができる。

次に別の実施形態について説明する。
図４に示す実施形態は、図１に示した構成において、トナー分散装置５２を現像スリーブ４Ｂにトナーが噴射される前方に配置したことを特徴としている。

この場合の現像剤噴射装置５１の構成は、図５に示すように、現像剤噴射装置５１にトナー分散装置５３が連結され、そして、図１に示した場合と同様に、内部に電極針５１Ａが配置されている。

この構成においては、ノズル部５０Ｂ内でトナー分散装置５３から供給されるトナーが気流により分散されるので、トナーが管路５０Ａ内を搬送される距離を少なくでき、これによって、管路との接触などによるトナーへの機械的なストレスを低減することができる。

なお、現像剤噴射装置５１に装備されているノズル部５０Ｂは、前述したように、現像スリーブ５Ｂの軸方向で均一噴射ができる形状および個数を設定する他に、噴射方向を現像スリーブ５Ｂの軸方向および周方向で変更できるようにすることも可能である。つまり、現像スリーブ５Ｂに対する均一なトナー層を形成するためには、現像スリーブ５Ｂの軸方向だけでなく、周方向も対象となる。このため、ノズル部５０Ｂは、図示しない駆動装置によって現像スリーブ５Ｂの周方向に沿って揺動できるようにしても良い。

このようなノズル部５０Ｂの噴射角度を変更することにより、ノズル部５０Ｂを現像スリーブ５Ｂに接近させても均一なトナー層を形成することができるようになる。

これにより、現像剤噴射装置５１の噴射口を現像スリーブ５Ｂに接近させた場合でも、現像スリーブ５Ｂ上での均一なトナー層を形成することができるので、現像剤噴射装置５１を装備した場合でも現像装置５の大型化を防ぐことができる。

図６は、図１に示した構成の要部変形例を示す模式図であり、同図に示す構成は、図１に示された電極針の代わりに、現像剤噴射装置５１のノズル部５１Ｂ（図３，５参照）から噴射されるトナーあるいは現像スリーブ５Ｂに担持されるトナーに対向させて帯電装置を設けたことを特徴としている。

図６において、現像剤噴射装置５１におけるノズル部の噴射口近傍には、現像スリーブ５Ｂに向け飛翔するトナーに対面してあるいは現像スリーブ５Ｂに対向して帯電装置５４が配置されている。帯電装置５４は、コロトロン方式あるいはスコロトロン方式などの非接触帯電方式が用いられる。なお、現像スリーブ５Ｂに担持されているトナーはすでに帯電しているので、逆転移することは少ないと考えられる場合には、現像スリーブ５Ｂを対象とした帯電ローラを接触させて帯電させることも可能である。これにより、現像スリーブ５Ｂに担持されるトナーの帯電量を安定化させることができる。

このように、放電による電界形成を介してトナーに電荷注入する場合には、誘電による帯電と違って電極板との接触などが不要となる。さらには、現像スリーブ５Ｂで消費されることによりトナーの層厚が変化した部分を対象としてトナーの電荷と現像スリーブ５Ｂ側の電荷との静電吸着が可能であるので、トナーの補充に際しても無駄に補充量を増やすということがないようにできる。

なお、トナーを帯電させるための構成としては、気流搬送部５０において管路５０Ａ内を流動するトナーを摩擦接触させるようにすることも可能である。

図７は、この場合の構成を示している。
図７において、エアーポンプ５２によって管路内に生起される気流として、層流とするほかに渦流などの乱流とすることで、管路５０Ａ内を移動するトナーが管路内面およびトナー同士と接触しやすくなり、このときの摩擦によりトナーが帯電される。渦流を起こす方法としては、図２に示した構成を対象とした場合に、気流生起路５０Ａ１内のエアーポンプ５２の気流方向前方側に不動の螺旋羽根を設けて気流を螺旋状に誘導することや、あるいは、気流生起路５０Ａ１と管路５０Ａとの連結位置を、管路の中心から偏心させた位置とするなどがある。乱流は、エアーポンプからの気流が層流であっても、管路内面との摩擦により管路内面側と管路中心側との気流速度が変化することを利用しても良い。

この場合の現像剤噴射装置５１の構成によれば、トナーの気流搬送時にトナーの帯電が行われるので、トナーの帯電用のコロナ放電を行う電極針５１Ａをなくすことが可能となる。

なお、気流搬送部５０のエアーポンプの圧力設定によって、現像スリーブ５Ｂが配置されている現像槽５Ａ内が圧力上昇することも考えられるので、この場合には、現像槽５Ａに圧力抜き構造を設けて現像槽５Ａ内を負圧化しておくと良い。

以上の説明においては、現像剤担持体として円筒状を意味する現像スリーブを対象としたが、これに限らず、ベルト状とすることも可能である。

また、本発明による現像装置は、非接触現像方式における一成分系現像剤が対象となっているが、これに限らず、接触または非接触現像方式はさまざまな公知のものが使用できる。例えば，アルミスリーブを用いた接触現像法、導電性ゴムベルトを用いた接触現像法、アルミ素管の表面にカーボンブラック、金属フィラー等を含む導電性樹脂層を形成した現像剤担持体を用いる非接触現像法等が対象となる。

次に、本実施形態に用いた現像担持体およびトナーの特性を以下に挙げる。
（現像剤担持体５Ｂ）
上記トナー担持体の表層コート材料は、シリコン、アクリル、ポリウレタン等の樹脂、ゴムを含有する材料を挙げることができる。また別の材料としては、フッ素を含有する材料を挙げることができる。フッ素を含んだいわゆるテフロン（登録商標）系材料は表面エネルギーが低く、離型性が優れるため、経時におけるトナーフィルミングが極めて発生しにくい。また、上記表層コート材料に用いることができる一般的な樹脂材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニールエーテル（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）等を挙げることができる。これに導電性を得るために適宜カ−ボンブラック等の導電性材料を含有させることが多い。また、ドーピングしたポリアセチレン、ポリチオフェン等の導電性高分子の樹脂を混ぜて、低抵抗化することも可能である。更に均一にトナー担持体にコートできるように、他の樹脂を混ぜ合わせることもある。電気抵抗に関してはコート層を含めてバルクの体積抵抗率を設定するもので、１０^３〜１０^８Ω・ｃｍに設定できるようにベース層の抵抗と調整を行う。本実施形態で使用するベース層の体積抵抗率は１０^３〜１０^５Ω・ｃｍなので、表層の体積抵抗率は少し高めに設定することがある。

本実施形態での現像装置及び画像形成装置では、アルミ素管をベースとした剛体のドラム状の感光体を用いているので、トナー担持体は弾性体であるゴム材料の現像ローラが良好で、硬度は１０〜７０°（ＪＩＳ−Ａ）の範囲が良好である。また、トナー担持体の直径は１０〜３０ｍｍが好適である。本実施形態では直径１６ｍｍのものを用いた。また、トナー担持体の表面は適宜あらして粗さＲｚ（十点平均粗さ）を０．１〜４μｍとした。ここで、現像ローラのゴム材料として使用できるものとしてシリコン、ブタジエン、ＮＢＲ、ヒドリン、ＥＰＤＭ、ウレタンゴム等を挙げることができる。
また、接触現像を行うためにトナー担持体として、硬度を下げるために、金属薄板を使用した無端状ベルト等も使用可能である。

現像方法に用いるトナーは、高画質画像を実現するために、トナーの平均粒径が３〜８μｍであることが必要である。本トナーの重量平均粒径は４〜７μｍであり、さらに好ましくは４〜６μｍである。重量平均粒径４μｍ未満では長期間の使用でのトナー飛散による機内の汚れ、低湿環境下での画像濃度低下、感光体クリーニング不良等という問題が生じやすく、人体への影響も懸念される。また重量平均粒径が８μｍを超える場合では１００μｍ以下の微小スポットの解像度が充分でなく非画像部への飛び散りも多く画像品位が劣る傾向となる。

トナーの詳細を以下に示す。
樹脂としては、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンアクリル樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコン樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等がある。ビニル樹脂としては、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及びその置換体の単重合体：スチレン−ｐ−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロロメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体：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、ポリ酢酸ビニル等がある。

ポリエステル樹脂としては以下のＡ群に示したような２価のアルコールと、Ｂ群に示したような二塩基酸塩からなるものであり、さらにＣ群に示したような３価以上のアルコールあるいはカルボン酸を第三成分として加えてもよい。

Ａ群：エチレングリコール、トリ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、ネオペンチルグリコール、１，４ブテンジオール、１，４−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサン、ビスフェノールＡ、水素添加ビスフェノールＡ、ポリオキシエチレン化ビスフェノールＡ、ポリオキシプロピレン（２，２）−２，２’−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシプロピレン（３，３）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシエチレン（２，０）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシプロピレン（２，０）−２，２’−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン等。

Ｂ群：マレイン酸、フマール酸、メサコニン酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタール酸、イソフタール酸、テレフタール酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、マロン酸、リノレイン酸、またはこれらの酸無水物または低級アルコールのエステル等。

Ｃ群：グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の３価以上のアルコール、トリメリト酸、ピロメリト酸等の３価以上のカルボン酸等。ポリオール樹脂としては、エポキシ樹脂と２価フェノールのアルキレンオキサイド付加物、もしくはそのグリシジルエーテルとエポキシ基と反応する活性水素を分子中に１個有する化合物と、エポキシ樹脂と反応する活性水素を分子中に２個以上有する化合物を反応してなるものなどがある。

本実施形態でのトナーに用いる顔料としては以下のものがある。
黒色顔料としては、カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物が挙げられる。
黄色顔料としては、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ニッケルンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローＳ、ハンザイエローＧ、ハンザイエロー１０Ｇ、ベンジジンイエローＧＲ、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローＮＣＧ、タートラジンレーキが挙げられる。
また、橙色顔料としては、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジＧＴＲ、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダンスレンブリリアントオレンジＲＫ、ベンジジンオレンジＧ、インダンスレンブリリアントオレンジＧＫが挙げられる。

赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、パーマネントレッド４Ｒ、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドＤ、ブリリアントカーミン６Ｂ、エオシンレーキ、ローダミンレーキＢ、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン３Ｂが挙げられる。

紫色顔料としては、ファストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキが挙げられる。
青色顔料としては、コバルトブルー、アルカリブルー、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーＢＣが挙げられる。
緑色顔料としては、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンＢ、マラカイトグリーンレーキ等がある。

これらは１種または２種以上を使用することができる。特にカラートナーにおいては、良好な顔料の均一分散が必須となり、顔料を直接大量の樹脂中に投入するのではなく、一度高濃度に顔料を分散させたマスターバッチを作製し、それを希釈する形で投入する方式が用いられている。この場合、一般的には、分散性を助けるために溶剤が使用されていたが、環境等の問題があり、本発明では水を使用して分散させた。水を使用する場合、マスターバッチ中の残水分が問題にならないように、温度コントロールが重要になる。

本実施形態に用いるトナーには電荷制御剤をトナー粒子内部に配合（内添）している。電荷制御剤によって、現像システムに応じた最適の電荷量コントロールが可能となり、特に本発明では、粒度分布と電荷量とのバランスを更に安定したものとすることが可能である。トナーを正電荷性に制御するものとして、ニグロシンおよび四級アンモニウム塩、トリフェニルメタン系染料、イミダゾール金属錯体や塩類を、単独あるいは２種類以上組み合わせて用いることができる。また、トナーを負電荷性に制御するものとしてサリチル酸金属錯体や塩類、有機ホウ素塩類、カリックスアレン系化合物等が用いられる。また、本発明におけるトナーには定着時のオフセット防止のために離型剤を内添することが可能である。離型剤としては、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックスなどの天然ワックス、モンタンワックスおよびその誘導体、パラフィンワックスおよびその誘導体、ポリオレフィンワックスおよびその誘導体、サゾールワックス、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキルリン酸エステル等がある。これら離型剤の融点は６５〜９０℃であることが好ましい。この範囲より低い場合には、トナーの保存時のブロッキングが発生しやすくなり、この範囲より高い場合には定着温度が低い領域でオフセットが発生しやすくなる場合がある。

離型剤等の分散性を向上させるなどの目的の為に、添加剤を加えても良い。添加剤としては、スチレンアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等があり、それぞれの樹脂を２種以上混合した物でも良い。

樹脂は、結晶性ポリエステルを用いても良い。結晶性を有し、分子量分布がシャープでかつその低分子量分の絶対量を可能な限り多くした脂肪族系ポリエステルである。この樹脂はガラス転移温度（Ｔｇ）において結晶転移を起こすと同時に、固体状態から急激に溶融粘度が低下し、紙への定着機能を発現する。この結晶性ポリエステル樹脂の使用により、樹脂のＴｇや分子量を下げ過ぎることなく低温定着化を達成することができる。そのため、Ｔｇ低下に伴なう保存性の低下はない。また、低分子量化に伴って高すぎる光沢や耐オフセット性の悪化もない。したがってこの結晶性ポリエステル樹脂の導入は、トナーの低温定着性の向上に非常に有効である。
また、前述したように本発明のトナーは流動性向上剤として無機微粉体をトナー表面に付着または固着させる。この無機微粉体の平均粒径は１０〜２００ｎｍが適している。１０ｎｍより小さい粒径の場合には流動性に効果のある凹凸表面を作り出すことが難しく、２００ｎｍより大きい粒径の場合には粉体形状がラフになり、トナー形状の問題が生じる。

本実施形態に用いるトナーの無機微粉体としてはＳｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｖ、Ｚｒ等の酸化物、水酸化物、炭酸化物、硫化物や複合酸化物が挙げられ、これらのうち安全性・安定性等から以下の酸化物を採用する事が多い。
特に、二酸化珪素（シリカ）、二酸化チタン（チタニア）、酸化アルミ（アルミナ、コランダム）の微粒子が好適に用いられる。
さらに、疎水化処理剤等により添加剤の表面改質処理することが有効である。疎水化処理剤の代表例はシランカップリング剤で、以下のものが挙げられる。
ジメチルジクロルシラン、トリメチルクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルジクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、ｐ−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、クロルメチルトリクロルシラン、ヘキサフェニルジシラザン、ヘキサトリルジシラザン等。

無機微粉体はトナーに対して０．１〜２重量％使用されるのが好ましい。０．１重量％未満では、トナー凝集を改善する効果が乏しくなり、２重量％を超える場合は、細線間のトナー飛び散り、機内の汚染、感光体の傷や摩耗等の問題が生じやすい傾向がある。

また、少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に電荷制御剤を付着または固着させ、粉体表面形状を小さな周期と大きな周期を持つようにしても良い。その平均粒径は１０〜２００ｎｍの小さい粒径のものが最適である。１０ｎｍより小さい粒径の場合には流動性に効果のある凹凸表面を作り出すことが難しく、２００ｎｍより大きい粒径の場合には粉体形状がラフになり、トナー形状の問題が生じる。

また、本実施形態でのトナーには、実質的な悪影響を与えない範囲内で更に他の添加剤、例えばテフロン（登録商標）粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末；あるいは酸化セリウム粉末、炭化珪素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末などの研磨剤；あるいは例えばカーボンブラック粉末、酸化亜鉛粉末、酸化スズ粉末等の導電性付与剤を現像性向上剤として少量用いることもできる。
また、本評価法は混練り工程や粉砕工程を用いないで作製するスプレードライ法などで作製したトナー、カプセルトナーにも使用できる。

本発明による現像装置を用いた画像形成装置の構成を説明するための模式図である。 図１に示した現像装置に用いられる気流搬送部の一部構成を示す図である。 図１に示した現像装置に用いられる現像剤噴射装置の構成を説明するための模式図である。 図１に示した画像形成装置に用いられる現像装置の要部構成の変形例を説明するための模式図である。 図４に示した現像装置に用いられる現像剤噴射装置の構成を説明するための模式図である。 図１に示した現像装置の要部構成の他の例を説明するための模式図である。 図１に示した現像装置におけるトナーの帯電方式の変形例を説明するための図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
５ 現像装置
５Ａ 現像槽
５Ｂ 現像スリーブ
５Ｃ 回収装置
５０ 気流搬送部
５０Ａ 管路
５１ 現像剤噴射装置
５１Ａ 電極針
５２ エアーポンプ
５３ トナー分散装置

Claims (8)

1. 像担持体上に形成された静電潜像に対して現像剤担持体に担持されたトナーを静電的に吸着させて可視像処理を行う現像装置であって、
   前記現像剤担持体に向け供給されるトナーは、該現像剤担持体に達する直前の位置に形成されている、前記静電潜像と同極性あるいは逆極性の電界内を飛翔したうえで、前記現像剤担持体に直接噴射され、
   該トナーを飛翔させる直接噴射に用いられる構成として、前記トナーを空気圧によって搬送する気流搬送部を備え、
   前記気流搬送部には、前記現像剤担持体に向けトナーを噴射する噴射口および前記現像剤担持体からのトナーの回収部を延長方向端部に備えた管路、該管路内に配置された前記端部間出空気を循環させるエアーポンプ、該エアーポンプで生起される正圧によって搬送されるトナーを分散させる分散装置が配置され、
   前記噴射口の内部には、前記現像剤担持体に対向する電界形成用の電極針が絶縁材を介して配置されて電源からの給電路に接続され、
   前記電極針は、前記噴射口内部との間で、前記トナーが飛翔する直前の位置でトナーに対してコロナ放電が可能な対向電極を構成していることを特徴とする現像装置。
2. 前記電極針は、前記潜像担持体上の静電潜像と同極性あるいは逆極性のコロナ放電が可能であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記気流搬送部は、延長方向一端を前記現像剤担持体に対向させ、延長方向他端が前記現像剤担持体への噴射を終えたトナーを回収できる位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の現像装置。
4. 前記気流搬送部に用いられる管路は、前記エアーポンプの位置を境にして前記トナーの回収部側が負圧化されていることを特徴とする請求項１または３に記載の現像装置。
5. 前記噴射口は、前記現像剤担持体に対するトナーの噴射方向を変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
6. 前記噴射口は、前記現像剤担持体の長手方向に沿って複数並置されていることを特徴とする請求項１または５に記載の現像装置。
7. 前記気流搬送部は、前記管路内で気流を層流あるいは渦流を含む乱流に設定可能であることを特徴とする請求項１，３，４のうちのいずれか一つに記載の現像装置。
8. 請求項１乃至７のうちのいずれか一つ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。

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