JP5240551B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ、画像形成装置 - Google Patents
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Description
請求項2の発明は、請求項1の現像装置において、上記現像剤撹拌部材が複数個設けられたことを特徴とするものである。
請求項3の発明は、請求項1又は2の現像装置において、上記現像剤供給部材の最も近傍に設けられた上記現像剤撹拌部材は、回転軸中心から最も遠い距離にある作用軸の回転軌跡最外周と該現像剤供給部材との間隔が1mm以下となる位置に配置されることを特徴とするものである。
請求項4の発明は、請求項1、2又は3の現像装置において、上記現像剤には、体積平均粒径が3〜8ΜMで、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の範囲にあるトナーを用いることを特徴とするものである。
請求項5の発明は、請求項1、2、3又は4の現像装置において、上記現像剤には、形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、形状係数SF−2が100〜180の範囲にあるトナーを用いることを特徴とするものである。
請求項6の発明は、請求項1、2、3、4又は5の現像装置において、上記現像剤には、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と、ポリエステルと、着色剤と、離型剤とを有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系媒体中で架橋及び/又は伸長反応させて得られるトナーを用いることを特徴とするものである。
請求項7の発明は、潜像担持体と現像手段とを一体的に形成し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカ−トリッジにおいて、上記現像手段として請求項1、2、3、4、5又は6の何れかの現像装置を採用することを特徴とするものである。
請求項8の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体に静電潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像担持体上の潜像を現像する現像手段とを備えた画像形成装置において、上記現像手段として請求項1、2、3、4、5又は6の何れかの現像装置を採用することを特徴とするものである。
この発明においては、現像剤攪拌部材の複数の作用軸が回転軸中心から互いに異なる距離に設けられている。そのため、作用軸が1本の場合や複数の作用軸が回転軸中心から等距離の位置に設けられている場合に比べ、作用軸の回転軌跡が占める領域が大きくなり、作用軸による攪拌作用を直接受ける現像剤が多くなる。その結果、現像剤が滞留しやすい領域が少なくなり、現像剤収容部内の現像剤を安定して現像剤供給部材へ補給することができる。特に、回転軸中心から最も近い距離にある作用軸の回転軌跡が回転軸中心を通るため、トナーが最も滞留しやすい回転軸中心領域のトナーを攪拌することができ、回転軸中心領域でトナーが滞留することを防止できる。
600dpi以上の微少ドットを再現するために、トナーの重量平均粒径は3〜8[μm]が好ましい。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散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。
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。
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。
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。
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。
(PIC)を反応させる際、及び(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)などのイソシアネート(PIC)に対して不活性なものが挙げられる。
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。
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。
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。
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。
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。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。
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。
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。
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。
また、本実施形態に係る現像装置23によれば、アジテータ6、7、8の回転軸中心6A、7A、8Aから最も近い距離にある作用軸6b、7b、8bの回転軌跡6B、7B、8Bの回転軌跡が回転軸中心6A、7A、8Aを通る構成となっている。そのため、トナーが最も滞留しやすい回転軸中心6A、7A領域のトナーを攪拌することができ、回転軸中心6A、7A領域でトナーが滞留することを防止できる。
また、本実施形態に係る現像装置23によれば、複数個のアジテータ6、7が設けられているため、現像剤収容部5内のトナー攪拌性を向上させることができる。
また、本実施形態に係る現像装置23によれば、供給ローラ4の最も近傍に設けられたアジテータ6は、回転軸中心6Aから最も遠い距離にある作用軸6cの回転軌跡6Cの最外周と供給ローラ4との間隔が1mm以下となる位置に配置される。これにより、供給ローラ4へのトナー供給性を向上させることができる。
また、上記現像装置23で用いられるトナーは、体積平均粒径が3〜8[μm]、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ものである。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーを用いることで、トナー帯電量分布が均一で、地肌かぶりの少ない高品位の画像を得るとともに、高転写率を得ることができる。一方、このような小粒径のトナーは凝集度が高いので、本発明の課題が顕著に発生するため、上記現像装置23を用いることは有効である。
また、トナーの形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、形状係数SF−2が100〜180の範囲とする。このような形状のトナーを用いることで、流動性を良好にし、トナーの供給性を向上させ、また、トナー層の均一化を保ちムラのない高品位な画像を得ることができる。さらに、トナー間の吸着力、感光体1とトナー吸着力を弱め、高転写率を得ることができる。一方、このようなトナーは、本発明の課題が顕著に発生するため、上記現像装置23を用いることは有効である。
また、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と、ポリエステルと、着色剤と、離型剤とを有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系媒体中で架橋及び/又は伸長反応させて得られるものとする。これは、形状及び表面のモフォロジー制御可能なトナーの工法であり、小粒径で、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。これにより、高品位の画像を得るとともに、高転写率を得ることができる。
また、本実施形態に係るプロセスカートリッジは、感光体1と上記現像装置23とを一体的に形成し、画像形成装置本体に脱着可能なプロセスカ−トリッジとして構成することにより、メンテナンス性の向上が図れる。
また、本実施形態に係る画像形成装置は、上述したように良好な現像動作を行うことができる現像装置を備えていることから、画像濃度が急激に変化することを抑制して高品質な画像を得ることができる。
2 現像ローラ
3 ドクタブレード
4 供給ローラ
5 現像剤収容部
6 第1のアジテータ
6a 回転軸
6A 回転軸中心
6b、6c 作用軸
7 第2のアジテータ
7a 回転軸
7A 回転軸中心
7b、7c、7d 作用軸
20 作像ユニット
21 露光装置
22 帯電装置
23 現像装置
24 クリーニング装置
30 中間転写ベルト
Claims (8)
- 現像剤を担持して潜像担持体との対向部まで搬送する現像剤担持体と、回転しながら該現像剤担持体に当接して現像剤を供給する現像剤供給部材と、該現像剤供給部材の上方に設けられ現像剤を収容する現像剤収容部と、回転しながら該現像剤収容部内の現像剤を攪拌する現像剤攪拌部材とを備える現像装置において、
上記現像剤攪拌部材は、回転軸と、該回転軸中心から互いに異なる距離をもつ位置にあって上記現像剤収容部内の現像剤に攪拌作用を及ぼす複数の作用軸とからなり、該複数の作用軸のうち回転軸中心から最も近い距離にある作用軸の回転軌跡が回転軸中心を通る構成であることを特徴とする現像装置。 - 請求項1の現像装置において、
上記現像剤撹拌部材が複数個設けられたことを特徴とする現像装置。 - 請求項1又は2の現像装置において、
上記現像剤供給部材の最も近傍に設けられた上記現像剤撹拌部材は、回転軸中心から最も遠い距離にある作用軸の回転軌跡最外周と該現像剤供給部材との間隔が1mm以下となる位置に配置されることを特徴とする現像装置。 - 請求項1、2又は3の現像装置において、
上記現像剤には、体積平均粒径が3〜8μmで、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の範囲にあるトナーを用いることを特徴とする現像装置。 - 請求項1、2、3又は4の現像装置において、
上記現像剤には、形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、形状係数SF−2が100〜180の範囲にあるトナーを用いることを特徴とする現像成装置。 - 請求項1、2、3、4又は5の現像装置において、
上記現像剤には、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と、ポリエステルと、着色剤と、離型剤とを有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系媒体中で架橋及び/又は伸長反応させて得られるトナーを用いることを特徴とする画像形成装置。 - 潜像担持体と現像手段とを一体的に形成し、画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカ−トリッジにおいて、
上記現像手段として請求項1、2、3、4、5又は6の何れかの現像装置を採用することを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 潜像担持体と、該潜像担持体に静電潜像を形成する潜像形成手段と、該潜像担持体上の潜像を現像する現像手段とを備えた画像形成装置において、
上記現像手段として請求項1、2、3、4、5又は6の何れかの現像装置を採用することを特徴とする画像形成装置。
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