CN101627342A - 显影装置及图像形成装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及显影装置,其具有收容调色剂的调色剂收容部和在外周面具备担载调色剂的凹凸部的显影辊,调色剂是在含有着色剂及粘合树脂而构成的树脂母粒子中添加硅油及/或氟油而构成的,树脂母粒子的体积平均粒径为2~4μm,硅油及/或氟油相对于树脂母粒子的添加量为0.05~2质量%,凹凸部由规则且均匀地排列的凹部及/或凸部构成。
Description
技术领域
本发明涉及显影装置及图像形成装置。
背景技术
采用电子照相方式的打印机、复印机、传真装置等图像形成装置通常通过带电工序、曝光工序、显影工序、转印工序、定影工序一系列的图像形成工艺,在纸等记录介质上形成包括调色剂的图像。
这种图像形成装置具备具有担载调色剂的显影辊的显影装置。这样的显影装置在使担载静电的潜影的感光鼓与显影辊对置的状态下使用,通过从显影辊向感光鼓赋予调色剂,以感光鼓上的潜影为调色剂像进行可视化(显影)。
但是,近年来,随着印刷图像的高分辨率化,提出了使用粒径为4μm以下的小粒径调色剂。但是,产生如下问题:在干式的调色剂中仅进行小粒径化时,容易飞散,另外,难以担载在显影辊上,输送性困难。
另一方面,目前,为了防止调色剂对感光鼓或显影辊的成膜,已知有在含有粘合树脂及着色剂而构成的树脂母粒子中少量添加(外添加)油的调色剂(例如,参照专利文献1:日本特开2001-166527号公报)。
通常认为,这样添加有油的调色剂,即使进行小粒径化,树脂母粒子也会因油而凝聚并形成凝聚体,可谋求表观上的大粒径化,可以解决上述的调色剂的小粒径化引起的问题。
但是,由于这样的调色剂在树脂母粒子的凝聚体的粒径上产生偏差,因此,调色剂的带电性容易不均匀,有可能对显影特性或转印特性带来恶劣影响。这种恶劣影响在小粒径调色剂中特别显著,即使在小粒径调色剂中仅添加油,也难以实现印刷图像的高分辨率化。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种可以解决小粒径调色剂的各种问题,并且实现印刷图像的高分辨率化,能够得到高品质的印刷图像的显影装置及图像形成装置。
这种目的通过下述的本发明来实现。
本发明的显影装置的特征在于,具有:
收容调色剂的调色剂收容部;
在外周面具备担载所述调色剂的凹凸部的显影辊,
所述调色剂是在含有着色剂及粘合树脂而构成的树脂母粒子中添加硅油及/或氟油而构成的,所述树脂母粒子的体积平均粒径为2~4μm,所述硅油及/或氟油相对于所述树脂母粒子的添加量为0.05~2质量%,
所述凹凸部由规则且均匀地排列的凹部及/或凸部构成。
由此,虽然树脂母粒子为小粒径,但是,树脂母粒子的凝聚体可以在调色剂收容部内或显影辊上模拟大粒径的树脂母粒子那样动作,同时,在感光鼓上如小粒径调色剂那样动作。而且,通过凝聚体与由规则且均匀地排列的凹部及/或凸部构成的凹凸部接触,可以实现凝聚体的粒径的均匀化和调色剂中的硅油或氟油的均匀分散化。因此,可以解决小粒径调色剂的各种问题,并且实现印刷图像的高分辨率化,可得到高品质的印刷图像。
本发明的显影装置中,优选的是,所述凹凸部由相互平行地形成的多个第一槽和与该各第一槽交叉并且相互平行地形成的多个第二槽构成。
由此,可以以比较简单的结构规则地排列凹部及/或凸部。
本发明的显影装置中,优选的是,所述凹凸部是通过滚压成形法而形成的。
由此,可以比较简单且可靠地、规则地排列凹部及/或凸部。
本发明的显影装置中,优选的是,所述各第一槽及/或所述各第二槽的深度大于所述树脂母粒子的体积平均粒径。
由此,通过使树脂母粒子的凝聚体与凹凸部接触,可以做成对应于凹凸部的凹部的深度的粒径。因此,能够更可靠地在显影辊上形成树脂母粒子的凝聚体,防止调色剂的飞散。
本发明的显影装置中,优选的是,所述各第一槽及/或所述各第二槽的深度为所述树脂母粒子的体积平均粒径的2倍以下。
由此,可以实现凝聚体的粒径的最佳化,防止调色剂飞散,并且使调色剂的带电特性提高。
本发明的显影装置中,优选的是,具有调色剂供给辊,该调色剂供给辊以与所述显影辊接触的方式设置,且在外周面担载所述调色剂,并将该调色剂向所述凹凸部供给。
由此,可以在显影辊和调色剂供给辊之间使树脂母粒子的凝聚体与凹凸部接触。因此,可以更可靠地实现凝聚体的粒径的均匀化和调色剂中的硅油或氟油的均匀分散化。
本发明的显影装置中,优选的是,所述调色剂供给辊具备构成圆筒状或圆柱状的主体和设置在该主体上的弹性多孔质体层,所述第一槽之间的间距及所述第二槽之间的间距分别小于所述弹性多孔质体层的空穴的平均直径。
由此,可以通过与凹凸部的接触而解开调色剂供给辊的空穴内的树脂母粒子的凝聚体。因此,可以使调色剂中的硅油或氟油更均匀地分散。
本发明的显影装置中,优选的是,具有限制板,该限制板与所述显影辊的外周面抵接,且将所述凹凸部上的调色剂量限制为规定量。
由此,可以在显影辊和限制板之间使树脂母粒子的凝聚体与凹凸部接触。因此,可以更可靠地实现凝聚体的粒径的均匀化和调色剂中的硅油或氟油的均匀分散化。
本发明的显影装置中,优选的是,所述各第一槽及所述各第二槽分别沿相对于所述显影辊的周向倾斜的方向延伸。
由此,可以一边使调色剂随着显影辊的旋转沿显影辊的轴线方向移动,一边进行输送。因此,可以在显影辊的轴线方向实现凝聚体的粒径的均匀化和调色剂中的硅油或氟油的均匀分散化。
本发明的显影装置中,优选的是,在将所述调色剂的体积平均粒径设定为Dv,将所述调色剂的个数平均粒径设定为Dn时,Dv/Dn为1~1.1。
由此,可以在凝聚体中的树脂母粒子间形成适当的间隙。因此,可以将凝聚体做成在期望时(具体而言,位于感光鼓和显影辊之间时)容易被粉碎的凝聚体。
本发明的显影装置中,优选的是,所述硅油为二甲基硅油。
二甲基硅油由于润滑性、化学稳定性、热稳定性优异,并且对人体无害,因此,作为调色剂的添加剂,稳定性和安全性优异。
本发明的显影装置中,优选的是,所述二甲基硅油在25℃时的运动粘度为50~300mm2/s。
由此,可以稳定地发挥优异的显影特性。
本发明的图像形成装置的特征在于,具有:
担载潜影的潜影担载体;
通过对所述潜影担载体赋予调色剂而将所述潜影作为调色剂像进行可视化的显影装置,
所述显影装置具有:收容调色剂的调色剂收容部;与所述潜影担载体接近并对置,且在外周面具备担载所述调色剂的凹凸部的显影辊,
所述调色剂是在含有着色剂及粘合树脂而构成的树脂母粒子中添加硅油及/或氟油而构成的,所述树脂母粒子的体积平均粒径为2~4μm,所述硅油及/或氟油相对于所述树脂母粒子的添加量为0.05~2质量%,
所述凹凸部由规则且均匀地排列的凹部及/或凸部构成。
由此,可以解决小粒径调色剂的各种问题,并且实现印刷图像的高分辨率化,能够得到高品质的印刷图像。
附图说明
图1是表示本发明的图像形成装置的一实施方式的整体结构的示意剖面图;
图2是表示图1所示的图像形成装置所具备的显影装置的立体图;
图3是表示图2所示的显影装置的概略结构的示意剖面图;
图4是表示图2及图3所示的显影装置所具备的显影辊的概略结构的俯视图;
图5是表示图4所示的显影辊的外周面的放大图;
图6是图5中的A-A线剖面图。
具体实施方式
以下,基于附图对本发明的显影装置及图像形成装置的优选的实施方式进行说明。
<图像形成装置>
图1是表示本发明的图像形成装置的一实施方式的整体结构的示意剖面图。
图1所示的本实施方式的图像形成装置10主要通过含有曝光、显影、转印、定影一系列的图像形成工艺将图像记录在记录介质上。如图1所示,这种图像形成装置10具有担载静电的潜影并沿图示箭头方向旋转的感光鼓20,沿其旋转方向依次配设带电单元30、带电单元40、显影单元50、中间转印体61、清洁单元75。另外,图像形成装置10在图1中下部设置收容纸等记录介质P的送纸盒82,相对该送纸盒82,在记录介质P的输送方向下游沿记录介质P的输送方向依次配设有中间转印体61、定影装置90。另外,图像形成装置10在记录介质的两面形成图像时,利用定影装置90使在一面上定影处理过的记录介质P进行内外翻转,设置用于反馈到后述的二次转印位置的输送部88。
感光鼓20具有圆筒状的导电性基材(未图示)和形成于其外周面的感光层(未图示),可以绕其轴线沿图1中箭头方向旋转。
带电单元30是用于通过电晕带电等将感光鼓20的表面同样地带电的装置。
带电单元40为如下装置:从未图示的个人电脑等主机接受图像信息,与其对应,在同样带电的感光鼓20上照射激光,由此形成静电的潜影。
显影单元50为如下装置:具有黑色显影装置51、洋红色显影装置52、青色显影装置53、黄色显影装置54计4个显影装置,与感光鼓20上的潜影相适应并选择性地使用这些显影装置,以所述潜影为调色剂像进行可视化。黑色显影装置51使用黑色(K)调色剂进行显影,洋红色显影装置52使用洋红色(M)调色剂进行显影,青色显影装置使用青色(C)调色剂进行显影,黄色显影装置54使用黄色(Y)调色剂进行显影。
本实施方式的YMCK显影单元50能够旋转,以使上述4个显影装置51、52、53、54选择性地与感光鼓20对置。具体而言,该YMCK显影单元50以轴50a为中心,在可以旋转的保持体55的4个保持部55a、55b、55c、55d上分别保持有4个显影装置51、52、53、54,通过保持体55的旋转,4个显影装置51、52、53、54在维持相对位置关系的同时,选择性地与感光鼓20对置。此外,关于各显影装置51、52、53、54,以后进行详述。
中间转印体61具有环形带状的中间转印带70,该中间转印带70由一次转印辊60、从动辊72、驱动辊71张挂,利用驱动辊71的旋转,沿图1所示的箭头方向,以与感光鼓20大致相同的周速度进行旋转驱动。
一次转印辊60是用于将形成于感光鼓20的单色的调色剂像转印于中间转印带70的装置。
在中间转印带70上担载黑色、洋红色、青色、黄色中的至少1色的调色剂像,在形成例如全彩色图像时,依次重叠黑色、洋红色、青色、黄色的4色调色剂像进行转印,形成全彩色的调色剂像。在本实施方式中,从动辊71也作为后述的二次转印辊80的支承辊起作用。另外,一次转印辊60、驱动辊71、从动辊72利用基体73支承。
二次转印辊80是用于将形成于中间转印带70上的单色或全彩色等的调色剂像转印于纸、膜、布等记录介质P上的装置。
定影装置90是用于通过对接受了所述调色剂像的转印的记录介质P进行加热及加压而使所述调色剂像与记录介质P融合、作为永久像定影的装置。
清洁单元75为如下装置:在一次转印辊60和带电单元30之间具有与感光鼓20的表面连接的橡胶制的清洁板76,在利用一次转印辊60将调色剂像转印于中间转印带70上后,利用清洁板76刮掉并除去残存在感光鼓20上的调色剂。
输送部88具备输送辊对88A、88B和输送路径88C,所述输送辊对88A、88B夹持输送利用定影装置90在一面上定影处理过的记录介质P,所述输送路径88C将利用输送辊对88A、88B输送的记录介质P进行内外翻转,并且向保护辊86引导。由此,在记录介质的两面形成图像时,将利用定影装置90在一面上定影处理过的记录介质P进行内外翻转,反馈到二次转印辊80。
接着,对如此构成的图像形成装置10的动作进行说明。
首先,利用来自未图示的主机的指令,感光鼓20、设置在显影单元50的显影辊(未图示)及中间转印带70开始旋转。而且,感光鼓20一边旋转,一边利用带电单元30依次带电。
感光鼓20的带电的区域随着感光鼓20的旋转达到曝光位置,利用带电单元40在所述区域形成对应于第1色、例如黄色Y的图像信息的潜影。
在感光鼓20上形成的潜影随着感光鼓20的旋转到达显影位置,利用黄色显影装置54由黄色调色剂进行显影。由此,在感光鼓20上形成黄色调色剂像。此时,YMCK显影单元50的黄色显影装置54在所述显影位置与感光鼓20对置。
在感光鼓20上形成的黄色调色剂像随着感光鼓20的旋转到达一次转印位置(即感光鼓20和一次转印辊60的对置部),利用一次转印辊60被转印(一次转印)到中间转印带70。此时,对一次转印辊60施加与调色剂的带电极性相反的极性的一次转印电压(一次转印偏压)。此外,该期间,二次转印辊80从中间转印带70离开。
通过对第2色、第3色及第4色重复执行与上述处理同样的处理,对应于各图像信号的各色的调色剂像与中间转印带70重叠而被转印。由此,在中间转印带70上形成全彩色调色剂像。
另一方面,记录介质P从送纸盒82利用送纸辊84、保护辊86输送到二次转印辊80。
在中间转印带70上形成的全彩色调色剂像随着中间转印带70的旋转到达二次转印位置(即二次转印辊80和驱动辊71的对置部),利用二次转印辊80被转印(二次转印)到记录介质P。此时,二次转印辊80被挤压在中间转印带70,同时被施加二次转印电压(二次转印偏压)。
被转印到记录介质P上的全彩色调色剂像通过定影装置90进行加热及加压并与记录介质P融合。其后,记录介质P利用排纸辊对87被排出到图像形成装置10的外部。
另一方面,在感光鼓20经过一次转印位置后,利用清洁单元75的清洁板76刮掉附着在其表面的调色剂,供用于形成下面的潜影的带电。被刮掉的调色剂回收到清洁单元75的残存调色剂回收部。
在记录介质的两面形成图像时,在暂时利用排纸辊对87夹持利用定影装置90在一面上定影处理过的记录介质P后,反转驱动排纸辊对87,同时,驱动输送辊对88A、88B,通过输送路径88C将该记录介质P进行内外翻转,使其反馈到二次转印辊80,通过与上述同样的操作,在记录介质P的另一面上形成图像。
<显影装置>
在此,基于附图,对作为本发明的显影装置的一例的显影装置54进行详细说明。需要说明的是,关于显影装置51、52、53,除使用的调色剂的颜色不同之外,与显影装置54同样,因此,省略其说明。
图2是表示图1所示的图像形成装置所具备的显影装置的立体图,图3是表示图2所示的显影装置的概略结构的示意剖面图。
如图3所示,显影装置54具有形成收容作为显影剂的调色剂T的调色剂收容部21的壳体2、担载调色剂T的显影辊3、对显影辊3供给调色剂T的调色剂供给辊4、限制担载在显影辊3上的调色剂T的层厚的限制板5。
壳体2在作为其内部空间形成的调色剂收容部21内收容调色剂T。
调色剂T是在含有粘合树脂及着色剂而构成的树脂母粒子中少量添加(外添加)硅油或氟油而构成的。尤其是在该调色剂T中,树脂母粒子的体积平均粒径为2~4μm,且硅油或氟油相对于树脂母粒子的添加量为0.05~2质量%。需要说明的是,关于所述的调色剂T,以后进行详述。
而且,壳体2在图2中右方开口,在其开口部附近支承调色剂供给辊4及显影辊3并使其可旋转。另外,在壳体2上安装有限制板5。而且,在壳体2上安装有用于防止来自所述开口中的壳体2和显影辊3之间的调色剂的泄漏的密封部件6。
显影辊3在其外周面担载调色剂T,并且向显影辊3和感光鼓20之间的显影位置(以下简称为“显影位置”)输送调色剂T。另外,显影辊3构成圆筒状,可以绕其轴线旋转。在本实施方式中,显影辊3沿与感光鼓20的旋转方向相反的方向旋转。另外,如图2所示,在显影辊3的两端部的外周面上遍及其全周长设置带状的衬垫39。该衬垫39压接在感光鼓20的像非担载面上,在显影辊3和感光鼓20之间形成显影缝隙g。该显影缝隙g可以根据衬垫39的厚度调节为期望的大小。作为衬垫39的构成材料,并没有特别限定,优选使用具有弹性、同时具有比显影辊3大的吸湿性的材料。另外,衬垫39和显影辊3优选通过具有弹性的粘接剂固定。此外,关于显影辊3,以后进行详述。
这样,显影辊3和感光鼓20具有微小的间隙(显影缝隙g),并在非接触状态下对置。而且,通过在显影辊3和感光鼓20之间施加交流偏压(交替电场)作为显影偏压,使调色剂T从显影辊3飞行到感光鼓20,将感光鼓20上的潜影作为调色剂像显影。即,在本实施方式中,进行所谓的非接触跳跃显影。在非接触跳跃显影中,在显影辊3和感光鼓20之间,随着交流偏压(显影偏压)的电压变化,调色剂T进行飞行往返运动。
调色剂供给辊4从调色剂收容部21将经由引导部件7上的调色剂T供给于显影辊3。该调色剂供给辊4具备构成圆筒状或圆柱状的主体41、设置在主体41上的弹性多孔质体层42。弹性多孔质体层42由聚氨酯泡沫等形成,进行弹性变形,并且压接在显影辊3上。在本实施方式中,调色剂供给辊4沿与显影辊3的旋转方向相反的方向旋转。此外,调色剂供给辊4不仅具有将调色剂T供给于显影辊3的功能,而且还具有将显影后残存于显影辊3的调色剂T从显影辊3剥掉的功能。另外,对调色剂供给辊4也施加与施加于显影辊3的显影偏压同等的电压。
限制板5控制担载在显影辊3上的调色剂T的层厚,同时,在其控制时通过摩擦带电对调色剂T赋予电荷,该限制板5作为密封壳体2和显影辊3之间的密封部件起作用。
该限制板5具有沿显影辊3的轴线方向抵接的弹性体56和支持该弹性体56的支持部件57。弹性体56以例如硅橡胶、聚氨酯橡胶等为主要材料构成。另外,支持部件57使用例如磷青铜、不锈钢等具有弹性(弹性)的片状的薄板,具有将弹性体56向显影辊3施力的功能。
在本实施方式中,限制板5以其前端(自由端)向显影辊3的旋转方向的上游侧的方式配置,进行所谓的对应抵接。另外,本实施方式的显影装置54利用限制板5使显影辊3上的剩余调色剂降落在下方,反馈到收容部21。
<显影辊>
在此,基于图4~图6,作为本发明的显影装置所具备的显影辊的一例,对显影辊3进行详细说明。
图4是表示图2及图3所示的显影装置所具备的显影辊的概略结构的俯视图,图5是表示图4所示的显影辊的外周面的放大图,图6是图5中的A-A线剖面图。
图4所示的显影辊3具有圆筒状或圆柱状的主体31和分别从该主体31的两端突出的1对轴支承部32。
如图3所示,在主体31的外周面上形成有用于担载调色剂的凹凸部33。
如图5所示,该凹凸部33由相互大致平行的多个第一槽34和与该各第一槽34交叉,并且相互大致平行的多个第二槽35构成。如此构成的凹凸部33在由相互邻接的两个第一槽34(凹部)和相互邻接的两个第二槽35(凹部)包围的区域形成凸部38。
更具体地进行说明,如图4所示,各第一槽34以沿主体31的外周面构成螺旋状的方式形成。换言之,如图5所示,各第一槽34沿相对于主体31的外周面的与轴线X平行的线段倾斜的方向延伸。
另外,如图6所示,第一槽34其横截面形状构成梯形状。此外,第一槽34的横截面形状不限于此,可以是例如U字状、V字状等其它形状。
另一方面,各第二槽35以沿主体31的外周面构成围绕与上述各第一槽34相反的方向旋转的螺旋状的方式形成。换言之,各第二槽35沿相对于主体31的外周面的与轴线X平行的线段倾斜的方向延伸。此外,第二槽35的构成除如上所述延伸方向不同之外,与第一槽34的构成同样。
在本实施方式中,第一槽34之间的间距和第二槽35之间的间距相同。
另外,在第一槽34和第二槽35,相对于主体31的外周面的与轴线X平行的线段的倾斜的程度相同。即,如图5所示,各第一槽34相对于主体31的外周面的与轴线X平行的线段的倾斜角θ1和各第二槽35相对于主体31的外周面的与轴线X平行的线段的倾斜角θ2相同。
这样,凹凸部33是由规则且均匀地排列的凹部及/或凸部构成的。因此,虽然如上所述构成调色剂T的树脂母粒子为小粒径,但是,树脂母粒子的凝聚体可以在调色剂收容部21内或显影辊3上模拟大粒径的树脂母粒子那样动作,同时,在感光鼓20上如小粒径调色剂那样动作。而且,通过凝聚体与由规则且均匀地排列的凹部及/或凸部构成的凹凸部33接触,可以实现凝聚体的粒径的均匀化和调色剂T中的硅油或氟油的均匀分散化。尤其是通过在显影辊3和调色剂供给辊4之间或显影辊3和限制板5之间使树脂母粒子的凝聚体与凹凸部33接触,可以更可靠地实现凝聚体的粒径的均匀化和调色剂中的硅油或氟油的均匀分散化。因此,可以解决小粒径调色剂的各种问题,并且实现印刷图像的高分辨率化,可以得到高品质的印刷图像。
另外,由多个第一槽34及多个第二槽35构成凹凸部33时,可以以比较简单的结构规则地排列凹部及/或凸部。另外,这种凹凸部33通过滚压成形法而形成,由此,可以形成比较简单且可靠地、规则地排列有凹部及/或凸部的凹凸部33。
另外,由于这种凹凸部33规则且均匀,因此,可以在显影辊3上担载均匀且最佳量的调色剂T,另外,可以做成在显影辊3的外周面的调色剂T的滚动性(滚动容易程度)也均匀的凹凸部。其结果是,可以防止调色剂T的局部的带电不良或输送不良,可以发挥优异的显影特性。
另外,与通过等离子体处理而得到的凹凸部不同,这种凹凸部33由于其凸部38的前端的宽度比较粗,因此具有优异的机械强度。尤其是凹凸部33通过使用有模型的转印(滚压成形)那样的处理而形成,由此被挤压的部分的强度提高,与以切削加工那样的处理得到的凹凸部相比,也具有优异的机械强度。即使具有这种凹凸部33的显影辊3接受如上所述的限制板5或调色剂供给辊4等的滑动,也可以发挥优异的耐久性。因此,这种显影辊3可以优选用于使用干式单成分非磁性调色剂的显影装置。另外,凹凸部33的凸部的前端的宽度比较粗时,即使磨损形状变化也少,因此,可以也防止显影特性急剧降低,长期发挥优异的显影特性。
另外,由于各第一槽34及各第二槽35分别沿相对于主体31的周向倾斜的方向延伸,因此,凹凸部33上的调色剂随着显影辊3的旋转,一边向主体31的两端移动,一边输送。因此,可以防止或抑制偏在于主体31的轴线X方向中的一侧。尤其是在显影辊3的轴线方向,可以实现树脂母粒子的凝聚体的粒径的均匀化和调色剂T中的硅油或氟油的均匀分散化。其结果可以使画质进一步提高。
这种显影辊3的主体31以铝、不锈钢、铁等之类的金属材料为主要材料构成。特别是,主体31的构成材料尤其优选使用STK、SGP等铁类材料或A6063、A5056等铝类材料。
此外,可以根据需要对主体31的外周面实施镀镍、镀铬等。
另外,主体31的外径(直径)并没有特别限定,例如优选为10~30mm,更优选为15~20mm。
另外,第一槽34之间的间距P(P1)及第二槽35之间的间距P(P2)优选分别小于弹性多孔质体层的空穴的平均直径。由此,可以通过与凹凸部33的接触而解开调色剂供给辊4的弹性多孔质体层42空穴内的树脂母粒子的凝聚体。因此,可以使调色剂T中的硅油或氟油更均匀地分散。
另外,作为第一槽34之间的间距及第二槽35之间的间距各自没有特别限定,优选为50~150μm,更优选为50~100μm。
另外,将第一槽34之间及/或第二槽35之间的间距设定为p(p1、p2)时,p优选小于所使用的分辨率(图像的分辨率)的间距,更具体而言,例如,在所述分辨率为150dpi时,p优选小于169μm,在所述分辨率为200dpi时,p优选小于127μm,在所述分辨率为300dpi时,p优选小于85μm。由此,可以防止通过显影而得到的调色剂像的不均。
另外,各第一槽34及/或各第二槽35的深度、即凹凸部33的凹部的深度优选大于调色剂T的树脂母粒子的体积平均粒径。由此,通过使树脂母粒子的凝聚体与凹凸部33接触,可以做成对应于凹凸部33的凹部的深度的粒径。因此,可以更可靠地在显影辊33上形成树脂母粒子的凝聚体,防止调色剂飞散。
另外,各第一槽34及/或各第二槽35的深度优选为树脂母粒子的体积平均粒径的2倍以下。由此,可以实现凝聚体的粒径的最佳化,防止调色剂飞散,并且使调色剂的带电特性提高。
另外,将第一槽34及/或第二槽35的深度设定为D,调色剂T(显影剂)的平均粒径设定为d时,D/d优选为0.5~2,更优选为0.9~1.3。由此,得到的显影辊3可以在其凹凸部33上以均匀且最佳的量担载调色剂T。与此相对,D/d低于所述下限值时,由于凹凸部33的形状等,难以钩挂在凹凸部33的凸部,从而调色剂的转动性恶化,容易产生带电不良。另一方面,D/d超过所述上限值时,由于凹凸部33的形状等,有时槽内(凹凸部33的凹部内)的调色剂不与显影辊3及限制板5的任一个接触,产生带电不良。
另外,将第一槽34及/或第二槽35的宽度设定为W(W1、W2),调色剂T(显影剂)的平均粒径设定为d时,W/d优选为2~20,W/d更优选为4~10。由此,显影辊3可以在其凹凸部33上以均匀且最佳的量担载调色剂T(显影剂)。与此相对,W/d低于所述下限值时,成为如下倾向:由于凹凸部33的形状等,调色剂不进入槽内,而转动性恶化,产生带电不良,或即使调色剂进入槽内也不在槽内滞留,产生成膜。另一方面,W/d超过所述上限值时,由于凹凸部33的形状等,有时担载在显影辊3上的调色剂量少,产生输送不良,或调色剂与凹凸部33的凸部接触的机会变少,转动性恶化,产生带电不良。
此外,第一槽34和第二槽35的宽度可以相同,也可以不同。
<调色剂>
用于所述的图像形成装置10的调色剂T在含有着色剂及粘合树脂而构成的树脂母粒子中添加有(外添加)硅油及/或氟油。
尤其是在这样的调色剂T中,树脂母粒子的体积平均粒径为2~4μm,硅油及/或氟油相对于树脂母粒子的添加量为0.05~2质量%。
虽然这种调色剂T的树脂母粒子为小粒径,但是,外添加硅油或氟油,因此,利用其液体交联力,树脂母粒子作为二次粒子形成凝聚体,在调色剂收容部21内或显影辊3上模拟大粒径的树脂母粒子那样动作。因此,可以防止调色剂飞散,同时使调色剂的输送性提高。而且,通过将硅油及/或氟油相对于树脂母粒子的添加量设定为0.05~2质量%,可以将硅油或氟油产生的液体交联力最佳化,确保带电时需要的流动性,同时,将树脂母粒子的凝聚体作为软凝聚体形成,在如上所述的非接触跳跃显影时,可以做成在显影辊3和感光鼓20之间进行往返运动而容易被粉碎的凝聚体。因此,可以在感光鼓20上如小粒径调色剂那样动作,其结果,可以提高印刷图像的分辨率或灰度等级性。
(树脂母粒子)
树脂母粒子含有着色剂及粘合树脂而构成。
作为粘合树脂,没有特别限定,但优选使用交联型聚酯树脂、直链型聚酯树脂等聚酯树脂。
作为着色剂,没有特别限定,可以使用各种颜料、各种染料等。
另外,着色剂相对树脂母粒子的含量没有特别限定,优选为10~20质量%。
在这种树脂母粒子中,除所述的着色剂及粘合树脂之外,优选含有蜡。
此外,在树脂母粒子中可以含有所述的成分之外的成分。
这种树脂母粒子其体积平均粒径为2~4μm。
这样,通过将树脂母粒子的体积平均粒径设定为4μm以下而进行小粒径化,可以提高印刷图像的分辨率或灰度等级性。另外,可以将形成印刷图像的调色剂层的厚度变薄,抑制定影时需要的热量及调色剂消耗量。
与此相对,将树脂母粒子的体积平均粒径设定为不足2μm时,需要在树脂母粒子中含有20质量%以上的着色剂,由于粘合树脂的含量不足,故而使定影性大幅度降低。
另外,在将树脂母粒子的体积平均粒径设定为Dv,将树脂母粒子的个数平均粒径设定为Dn时,Dv/Dn优选为1~1.1。由此,树脂母粒子彼此可以在它们之间形成适当的间隙,并且利用硅油或氟油产生的液体交联力而凝聚形成凝聚体(软凝聚体)。这种凝聚体在调色剂收容部21内或显影辊3上难以粉碎,与大粒径的调色剂一起动作,在如上所述的非接触跳跃显影时,在显影辊3和感光鼓20之间进行往返运动而容易被粉碎。因此,可以在感光鼓20上如小粒径调色剂那样可靠地动作,其结果可以提高印刷图像的分辨率或灰度等级性。
与此相对,Dv/Dn低于1或超过1.1时,小粒径的树脂母粒子容易进入到大粒径的树脂母粒子之间,这些小粒径及大粒径的树脂母粒子形成凝聚体。由于这种凝聚体的树脂母粒子间的间隙小,因此,利用硅油或氟油产生的液体交联力,使树脂母粒子之间牢固地凝聚。因此,这种凝聚体在如上所述的非接触跳跃显影时,即使在显影辊3和感光鼓20之间进行往返运动也不被粉碎,不能提高印刷图像的分辨率或灰度等级性。
另外,如上所述,Dv/Dn为1~1.1时,树脂母粒子单独而言,其体积密度不超过0.25g/cm3,但通过在树脂母粒子中添加硅油或氟油,可以将调色剂T的体积密度设定为0.25g/cm3以上。
另外,调色剂T的体积密度的上限优选为不足0.35g/cm3。调色剂T的体积密度超过0.35g/cm3时,树脂母粒子间的缝隙变小,利用硅油或氟油产生的液体交联力,形成树脂母粒子之间牢固地凝聚成的凝聚体。这种凝聚体在如上所述的非接触跳跃显影时,即使在显影辊3和感光鼓20之间进行往返运动也不被粉碎,不能提高印刷图像的分辨率或灰度等级性。
(硅油、氟油)
作为调色剂T中所含的硅油,没有特别限定,可以使用例如:二甲基硅油、含氢硅油、苯基硅油、氨基硅油、环氧硅油、羧基硅油、聚醚硅油、亲水性硅油、甲基丙烯酰基硅油、巯基硅油、单侧末端反应性硅油、高级烷氧基硅油、烷基硅油等。
在上述的硅油中,作为调色剂T中所含的硅油,特别优选使用二甲基硅油。二甲基硅油由于润滑性、化学稳定性、热稳定性优异,并且对人体无害,因此,作为调色剂的添加剂,稳定性和安全性优异。
另外,在二甲基硅油中,优选25℃时的运动粘度(以下简称为“运动粘度”)为50mm2/s以上300mm2/s以下的二甲基硅油。由此,可以稳定地发挥优异的显影特性。
与此相对,运动粘度不足50mm2/s时,有可能二甲基硅油容易挥发,调色剂物性发生变化(进而显影特性变化)。尤其是在担载于树脂母粒子(调色剂粒子)上的状态下,表面积增大,另外,发动机内(显影装置附近)温度上升,因此,与通常的状态相比,二甲基硅油更容易挥发。另一方面,运动粘度超过300mm2/s时,在二甲基硅油添加于调色剂时,使树脂母粒子在需要以上凝聚。大至需要以上的凝聚体产生显影不良,成为不均的原因。
另外,作为调色剂T中所含的氟油,没有特别限定,可以使用例如全氟聚酯、聚三氟氯乙烯等。
特别是硅油或氟油相对树脂母粒子的添加量为0.05~2质量%。由此,可以适当地湿润树脂母粒子,防止调色剂T的飞散,并且,在如上所述的非接触跳跃显影时,在显影辊和感光鼓之间进行往返运动而容易被粉碎。
与此相对,硅油或氟油相对树脂母粒子的添加量不足0.05质量%时,树脂母粒子之间不发生软凝聚,不能得到树脂母粒子凝聚成的凝聚体(二次粒子)。另一方面,硅油或氟油相对树脂母粒子的添加量超过2质量%时,树脂母粒子之间牢固地凝聚,得到的凝聚体(二次粒子)在如上所述的非接触跳跃显影时,即使在显影辊3和感光鼓20之间进行往返运动也不被粉碎,而不能提高印刷图像的分辨率或灰度等级性。
另外,在调色剂中添加硅石、二氧化钛等微粒子或将其进行了疏水化处理的微粒子作为外添剂,可以调制调色剂的流动性、静电性等。
这种调色剂例如可以如下制造。
这样的调色剂的制造方法具有以下工序:
第一工序(着色树脂液调制工序),使粘合树脂、着色剂和蜡溶解或分散在有机溶剂中,得到着色树脂液;
第二工序(乳化工序),通过在着色树脂液中依次添加碱性化合物、水,得到在水性介质中使着色树脂液乳化了的乳化悬浮液;
第三工序(合并工序),通过在乳化悬浮液中添加电解质水溶液,使乳化悬浮液中的分散质合并,得到合并粒子;
第四工序(分离、干燥工序),在除去有机溶剂后,将合并粒子从水性介质分离、洗涤,使其干燥,得到树脂母粒子;
第五工序(外添加工序),在得到的树脂母粒子中添加硅石微粒子那样的外添剂和硅油及/或氟油,得到调色剂。
下面,对各工序依次进行详细说明。
<第一工序>
在本工序(着色树脂液调制工序)中,最初在有机溶剂中投入粘合树脂、蜡和着色剂,使其溶解或分散,得到着色树脂液。
在将粘合树脂、蜡和着色剂溶解或分散在有机溶剂中时,优选使用高速搅拌机。此时,可以使用预分散有着色剂的主控混炼片。另外,可以使用预分散有蜡的主控混炼片或使用介质并通过湿式分散微分散为调色剂粒径以下的制蜡溶液。
作为用于着色树脂液调制工序的高速搅拌机,可列举迪斯啪(デスパ一)(Asada(アサダ)铁工所株式会社制)、T.K.均质混合机(primix(プライミクス)株式会社制)等。这种高速搅拌机的翼前端速度优选为4~30m/s,更优选为8~25m/s。通过使用这种高速搅拌机,可以有效地进行对粘合树脂的有机溶剂的溶解,同时,可以实现着色剂的粘合树脂溶液中的均匀微分散。即,可以通过高速搅拌而在粘合树脂溶液中也保持预先微分散了的着色剂的状态。
与此相对,翼前端速度不足所述下限值时,根据使用的有机溶剂或着色剂等种类,有时粘合树脂溶液中的着色剂的微分散不充分。另一方面,翼前端速度超过所述上限值时,剪切引起的放热变大,与有机溶剂的挥发相结合,均匀搅拌困难。
另外,着色树脂液调整工序中的处理温度没有特别限定,优选为20~60℃的范围,更优选30~50℃的范围。
有机溶剂相对25℃时的水的溶解度没有特别限定,优选为0.1~30质量%,更优选为0.1~25质量%。
由于常压下的有机溶剂的沸点低于水的沸点,因此,作为具有所述的溶解度的有机溶剂,可列举例如:甲基乙基酮、甲基异丙酮之类的酮类;醋酸乙酯、醋酸异丙酯之类的酯类等。这些有机溶剂也可以混合使用两种以上的有机溶剂,但从溶剂的回收方面考虑,优选单独使用一种有机溶剂。另外,作为有机溶剂,优选溶解粘合树脂、在后工序中容易进行脱溶剂的低沸点的有机溶剂。
另外,在着色树脂液调整工序中,可以在有机溶剂中与粘合树脂、着色剂和蜡同时投入乳化剂。
为了在后述的合并工序中使乳化剂起作用,需要在以后添加的电解质的存在下也可以保持分散稳定性的特性。作为具有这种特性的乳化剂,可列举例如:聚氧乙烯壬基苯基醚、聚氧乙烯辛基苯基醚、聚氧乙烯十二烷基苯基醚、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯脂肪酸酯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、各种普路罗尼克(Pluronic)类等非离子型乳化剂;烷基硫酸酯盐型、烷基磺酸盐型的阴离子型乳化剂;季铵盐型的阳离子型乳化剂;烷基苯磺酸盐型乳化剂、直链烷基苯磺酸型乳化剂等。这种乳化剂可以单独使用,也可以两种以上混合使用。即,可以通过在后述的合并工序中、在乳化剂的存在下添加电解质来防止不均匀的合并。由此,可得到优选的粒度分布。
相对固体成分含量,使用的乳化剂的量优选为0.1~3.0质量%,更优选为0.3~2.0质量%,进一步优选为0.3~1.5质量%。
使用的乳化剂的量为不足所述下限值时,根据乳化剂的种类等,有时不能够得到对作为目的的粗大粒子产生的防止效果。另一方面,使用的乳化剂的量超过所述上限值时,根据乳化剂的种类等,有时即使增加电解质的量,乳化剂悬浮液中的分散质的合并也不充分进行,而不能得到规定粒径的粒子,结果是有时微粒子残存而降低收率。
另外,如上所述,作为粘合树脂,没有特别限定,优选使用交联型聚酯树脂、直链型聚酯树脂等聚酯树脂。
作为聚酯树脂,优选使用酸值为3~30KOHmg/g的聚酯树脂,更优选使用酸值为5~20KOHmg/g的聚酯树脂。
这样,酸值为3~30KOHmg/g的聚酯树脂通过利用碱性化合物中和羧基而成为阴离子型。因此,粘合树脂的亲水性增加,可以使其稳定地溶解或分散。
与此相对,聚酯树脂的酸值不足3时,难以制造树脂母粒子。另一方面,聚酯树脂的酸值大于30时,得到的调色剂在调色剂使用环境下的带电量不稳定。
这种聚酯树脂如下得到。
交联型聚酯树脂可以通过使2元酸或其衍生物、2元醇和多元化合物(交联剂)反应来制造。另外,直链型聚酯树脂可以通过2元酸类和2元醇反应来制造。
在制造交联型聚酯树脂或直链型聚酯树脂时,作为2元酸,可列举例如:邻苯二甲酸酐、对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、己二酸、马来酸、马来酸酐、富马酸、衣康酸、柠康酸、六氢邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、环己烷二羧酸、琥珀酸、丙二酸、戊二酸、壬二酸、癸二酸等。
另外,在制造交联型聚酯树脂时,作为2元醇,优选使用2元脂肪族醇。使用2元脂肪族醇制造成的聚酯树脂,与蜡类的相溶性良好,含有以该聚酯树脂为粘合树脂的母粒子的显影剂的耐偏移性高。另外,通过将聚酯主链软质化,可改善低温下的定影性。
作为2元芳香族醇,可列举例如:1,4-环己烷二甲醇、乙二醇、二甘醇、丙二醇、三甘醇、二丙二醇、三丙二醇、新戊二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、环氧乙烷-环氧丙烷无规共聚物二醇、环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物二醇、环氧乙烷-四氢呋喃共聚物二醇、聚己内酯二醇等。
另外,在制造交联型聚酯树脂时,作为多元化合物(交联剂),优选使用多元环氧化合物。
作为多元环氧化合物,可列举例如:双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、乙二醇二缩水甘油醚、对苯二酚二缩水甘油醚、N,N-二缩水甘油基苯胺、甘油三缩水甘油酯、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、三羟甲基乙烷三缩水甘油醚、季戊四醇四缩水甘油醚、四1,1,2,2-(对羟苯基)乙烷四缩水甘油醚、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧树脂、具有环氧基的乙烯基化合物的聚合物、环氧化间苯二酚-丙酮缩合物、部分环氧化聚丁二烯、具有环氧基的乙烯基化合物的聚合物、半干性或干性脂肪酸酯环氧化合物等。
在上述化合物中,作为多元环氧化合物,优选使用双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂、苯酚酚醛清漆型环氧树脂、甘油三缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、三羟甲基乙烷三缩水甘油醚、季戊四醇四缩水甘油醚。
作为双酚A型环氧树脂,可列举例如:大日本油墨化学工业株式会社制Epiclon(エピクロン)850、Epiclon 1050、Epiclon 2050、Epiclon 3050等。
作为双酚F型环氧树脂,可列举例如:大日本油墨化学工业株式会社制Epiclon 830、Epiclon 520等。
作为邻甲酚酚醛清漆型环氧树脂,可列举例如:大日本油墨化学工业株式会社制Epiclon N-660、N-665、N-667、N-670、N-673、N-680、N-690、N-695等。
作为苯酚酚醛清漆型环氧树脂,可列举例如:大日本油墨化学工业株式会社制Epiclon N-740、N-770、N-750、N-865等。
作为具有环氧基的乙烯基化合物的聚合物,可列举例如:(甲基)丙烯酸缩水甘油酯的均聚物、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯-丙烯酸共聚物、(甲基)丙烯酸缩水甘油酯-苯乙烯共聚物等。
另外,上述的多元环氧化合物可以单独使用1种,也可以组合使用2种以上。
另外,在使用多元环氧化合物时,作为树脂的改性剂,可以并用单环氧化合物。通过并用单环氧化合物,可以使调色剂的定影性、高温下的耐偏移性提高。
作为单环氧化合物,可列举例如:苯基缩水甘油醚、烷基苯基缩水甘油醚、烷基缩水甘油醚、烷基缩水甘油酯、烷基苯酚环氧烷加成物的缩水甘油醚、α-烯烃氧化物、单环氧脂肪酸烷基酯等。
其中,作为单环氧化合物,优选使用烷基缩水甘油酯。
作为烷基缩水甘油酯,可列举例如卡纠拉(カ一ジユラ)E(壳牌化学(shell chemicals)日本公司制新癸(neodecanic)酸缩水甘油酯)等。
交联型聚酯树脂及直链型聚酯树脂分别通过使用上述的原料成分、在催化剂的存在下进行脱水缩合反应或酯交换反应来得到。
反应温度及反应时间分别没有特别限定,通常在150~300℃下为2~24小时。
另外,在所述的反应中可以使用催化剂。作为该催化剂,可列举例如:四丁基钛酸酯、氧化锌、氧化亚锡、二丁基氧化锡、二月桂酸二丁基锡、对甲苯磺酸等。
作为粘合树脂,在使用交联型聚酯树脂及直链型聚酯树脂的混合物时,其混合比(交联型聚酯树脂的质量)/(直链型聚酯树脂的质量)没有特别限定,优选为5/95~60/40,更优选为10/90~40/60,进一步优选为20/80~40/60。
(交联型聚酯树脂的质量)/(直链型聚酯树脂的质量)小于5/95时,调色剂的耐偏移性、后述的合并工序中的合并速度、蜡或着色剂等添加剂对树脂母粒子的分散性降低,另一方面,另外,(交联型聚酯树脂的质量)/(直链型聚酯树脂的质量)大于60/40时,树脂母粒子的熔融粘度(T1/2温度)上升,树脂母粒子的低温定影性降低。
交联型聚酯树脂的玻璃化转变温度(Tg)没有特别限定,优选为40~85℃,更优选为60~80℃。
交联型聚酯树脂的Tg低于40℃时,树脂母粒子在保存、搬运或在显影装置内部暴露于高温下时,容易产生堵塞现象(热凝聚)。另一方面,交联型聚酯树脂的Tg高于85℃时,树脂母粒子的低温定影性降低。
直链型聚酯树脂的玻璃化转变温度(Tg)没有特别限定,优选为35~70℃,更优选为50~65℃。
直链型聚酯树脂的Tg低于35℃时,树脂母粒子在保存、搬运或在显影装置内部暴露于高温下时,容易产生堵塞现象(热凝聚)。另一方面,直链型聚酯树脂的Tg高于70℃时,树脂母粒子的低温定影性降低。
交联型聚酯树脂的软化点没有特别限定,优选为150℃以上,更优选为150℃~220℃,进一步优选为170~190℃。
交联型聚酯树脂的软化点不足150℃时,容易产生树脂母粒子的凝聚,在保存时或印刷时容易发生故障。另一方面,交联型聚酯树脂的软化点超过220℃时,树脂母粒子的定影性降低。
直链型聚酯树脂的软化点没有特别限定,优选为90℃以上,更优选为90℃~130℃,进一步优选为90~110℃。
直链型聚酯树脂的软化点不足90℃时,直链型聚酯树脂的玻璃化转变温度降低,容易产生树脂母粒子的凝聚,在保存时或印刷时容易发生故障。另一方面,直链型聚酯树脂的软化点超过130℃时,树脂母粒子的定影性降低。
聚酯树脂的软化点为使用定载荷挤出细管式流变仪(岛津制作所制流动性测定仪CFT-500)测定的T1/2温度。该测定在活塞截面积1cm2、工作缸压力0.98MPa、模具长度1mm、模具孔径1mm、测定开始温度50℃、升温速度6℃/min、试样质量1.5g的条件下进行。
另外,聚酯树脂的玻璃化转变温度(Tg)的测定使用DSC(岛津制作所DSC-60A)进行测定。在铝制卷边槽中放入试样20mg,以升温速度10℃/min升温至180℃,从180℃以降温速度10℃/min冷却至常温,再次以升温速度10℃/min升温至180℃,将第二轮的值设定为Tg。
另外,如上所述的着色树脂液可以混合带电控制剂来调制。
<第二工序>
在本工序(乳化工序)中,通过在由所述的第一工序得到的着色树脂液中依次添加碱性化合物、水,在水性介质中使着色树脂液乳化。由此可得到分散(乳化及/或悬浮)有含有粘合树脂及着色剂而构成的分散质的分散液(乳化悬浮液)。
此时,优选在利用碱性化合物中和粘合树脂的羧基的着色树脂液中缓慢地添加水。可以通过中和羧基来提高粘合树脂的亲水性,使水和粘合树脂的亲水性提高。被添加的水与粘合树脂的羧基部分中和,与搅拌效果相结合,粘合树脂溶解或微细地分散。另一方面,粘合树脂介于水性介质之间,使酸-碱相互作用增强,随着水的添加,含有着色树脂液的体系的粘度上升。在添加一定量的水时,粘度降低,将其称为所谓的转相点。至转相点之前粘度上升,粘度达到最大值。粘度上升与碱性化合物的添加量有关,添加量越增加,粘度上升也越大。
另一方面,碱性化合物的量对不仅第二工序的乳化工序,而且后述的第三工序的合并工序中的着色树脂微粒子生成时的均匀性及速度也产生影响。碱性化合物相对粘合树脂的羧基的添加量优选为1~3当量的范围,更优选为1~2当量的范围。通过添加比为了中和粘合树脂的羧基的全部而需要的量过量的碱性化合物,可以防止在合并工序中生成异形的粒子,另外,可以将树脂母粒子的粒度分布设定为窄的范围。
有机溶剂相对乳化工序结束后的有机溶剂和水的总计量的比率优选为20~35质量%的范围,更优选为20~30质量%的范围。如上所述,着色树脂液调制工序中的有机溶剂量越少,至转相点的水的量越少,碱性化合物的量越多,至转相点的水的量越多。对转相点而言,有时乳化悬浮液的粘度高,有时着色树脂液不完全微分散在水性介质中,因此,优选进一步添加水。该水的添加量优选至转相点所添加的水的量和至转相点所使用的水的总计为50~80质量%的范围。
作为用于中和的碱性化合物,可列举例如:氢氧化钠、氢氧化钾、氨等无机碱;二乙基胺、三乙基胺、异丙基胺等有机碱等。作为碱性化合物,特别优选使用氢氧化钠、氢氧化钾、氨等无机碱的水溶液。
由上述的方法制造成的乳化悬浮液在着色树脂液乳化于水性介质中的状态下存在。该状态因有机溶剂的种类、使用量、粘合树脂的酸值、碱性化合物的使用量、搅拌条件等而不同,优选为树脂油滴、蜡分散质、着色剂分散质等分散质作为粒径低于1μm的油滴乳化的状态。如果为这种状态,则乳化悬浮液的稳定性、以后的工序中的合并的稳定性、着色树脂微粒子的粒度分布等良好。
<第三工序>
在本工序(合并工序)中,通过添加电解质,分散质(即由着色树脂液构成的微粒子)被盐析或不稳定化,分散质之间进行一体化,由此进行合并,制造合并粒子。
作为本工序中使用的电解质,可列举例如:硫酸钠、硫酸铵、硫酸钾、硫酸镁、磷酸钠、磷酸二氢钠、氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化钙、醋酸钠等水溶性盐等,其中,可以使用1种水溶性盐或2种以上的水溶性盐的混合物。尤其是在进行均匀的合并的基础上,作为电解质,优选使用硫酸钠或硫酸铵之类的1价阳离子的硫酸盐。
另外,得到的着色树脂微粒子通过溶剂膨胀,通过添加电解质,粒子的水和状态成为不稳定的状态,因此,优选在不发生着色树脂微粒子的分裂而仅进行合并的低剪切力下进行合并。
在进行均匀的合并的基础上,合并时的搅拌条件是重要的。搅拌翼的具体例为锚状翼、涡轮翼、三叶后弯式翼、泛能式(フルゾ一ン)翼、大型宽叶(マツクスブレンド)翼(注册商标、住友重机械工业株式会社制)、半月翼。特别优选的搅拌翼为大型宽叶翼或泛能式翼之类的即使为低旋转、均匀混合性也优异的大型翼。
用于生成均匀的合并体的搅拌翼的优选的周速为0.2~10m/s,更优选的周速为0.2~8m/s,进一步优选的周速为0.2~6m/s。
搅拌翼的周速大于10m/s时,分散质作为微粒子残存。另一方面,周速小于0.2m/s时,搅拌不均匀,部分地、过剩地进行合并,产生粗大粒子。如果为上述的条件,则仅通过分散质之间的冲撞进行合并,分散质不进行分离、分散。尤其是在合并工序中,微细粒子的产生少,且可以设定为窄的粒度分布。
即,在着色树脂液调制工序及乳化工序中,优选利用迪斯啪等高速搅拌机进行搅拌,在合并工序中,优选以大型宽叶翼等低速利用可以均匀混合的大型翼进行搅拌。因此,优选将由乳化工序得到的乳化悬浮液转移到带大型翼的其它容器而实施合并工序。
另外,相对固体成分含量的电解质的量优选为0.5~15质量%,更优选为1~12质量%,进一步优选为1~6质量%。
这样的电解质的量小于0.5质量%时,合并不充分地进行。另一方面,当其大于15质量%时,大量地需要后工序的停止水,或洗涤、干燥时花费时间等,使生产率降低。
另外,电解质溶液的浓度优选为1~15质量%,更优选为3~10质量%。
这样的浓度小于1质量%时,有时不充分发挥电解质的效果,为了使其盐析或合并而需要大量的电解质,不能生成合并粒子。另一方面,这样的浓度高于15质量%时,在体系内容易产生不均,在合并初期的合并粒子的生成时产生凝聚物,结果容易产生粗大粒子。
在合并工序中添加电解质水溶液时,为了在体系内均匀、快速地混合电解质,优选提高搅拌速度。
首先,在合并工序中,可以在比较低温的条件下生成合并粒子,温度优选为10~50℃的范围,更优选为20~40℃的范围,进一步优选为20~35℃的范围。
这样的温度低于10℃时,合并难以进行。另一方面,温度高于50℃时,合并速度加快,容易产生凝聚物或粗大粒子。
在合并工序中,利用有机溶剂膨胀了的分散质冲撞,分散质之间融合,由此粒子成长,另外,为了在一定条件下保持大致一定的成长速度,可以通过制作由时间和粒径标绘成的粒子成长曲线来表示粒子成长。因此,可以由该曲线推定目标粒径的到达时间。作为使合并停止的方法,优选使用添加水的方法。
<第四工序>
在本工序(分离、干燥工序)中,在负压下除去有机溶剂后,将合并粒子从水性介质分离、洗涤,使其干燥,得到树脂母粒子。
作为除去(脱溶剂)有机溶剂的方法,由于在低温条件下快速地进行,因此,优选在负压下进行。
在脱溶剂时,优选添加消泡剂。作为消泡剂,优选使用硅酮类的乳胶形态的消泡剂。作为硅酮类的消泡剂,可列举例如:BY22-517、SH5503、SM5572F、BY28-503(东丽道康宁(Toray Dow Corning)株式会社制)、KM75、KM89、KM98、KS604、KS538(信越化学株式会社制)等。其中,作为消泡剂,从对物性的影响少、消泡效果高的理由考虑,优选使用BY22-517。
消泡剂的添加量相对固体成分优选为30~100ppm。
来自水性介质的树脂母粒子的分离可以用离心分离器、压滤机、带式过滤器等分离方法进行。
作为干燥,可以使用螺旋型干燥机(株式会社大川原制作所)、诺塔混合器(细川密克郎(hosokawa micron)株式会社)等混合真空干燥机、流动层干燥装置(株式会社大川原制作所)、振动流动层干燥机(中央加工机)等流动层型干燥机等而进行。
<第五工序>
在本工序(外添加工序)中,在得到的树脂母粒子中外添加硅石微粒子那样的外添剂和硅油及/或氟油,得到调色剂。
硅油或氟油相对树脂母粒子的添加量为0.05~2质量%。
在本工序中,将树脂母粒子和硅油或氟油混合而得到的调色剂T的体积密度可以利用树脂母粒子和硅油或氟油的混合时间来调整。该混合时间优选以调色剂T的体积密度为0.25g/cm3~0.35g/cm3的方式设定。
另外,在本工序中,相对树脂母粒子,除硅石微粒子那样的外添剂或硅油及/或氟油之外,可以添加其它成分。
可以如上所述得到调色剂T。
根据如上所述构成的显影装置54,虽然树脂母粒子为小粒径,但是,树脂母粒子的凝聚体在调色剂收容部21内或显影辊3上模拟大粒径的树脂母粒子那样动作,同时,在感光鼓20上如小粒径调色剂那样动作。而且,通过凝聚体与由规则且均匀地排列的凹部及/或凸部构成的凹凸部33接触,可以实现凝聚体的粒径的均匀化和调色剂中的硅油或氟油的均匀分散化。因此,可以解决小粒径调色剂的各种问题,并且可以实现印刷图像的高分辨率化,得到高品质的印刷图像。
以上,关于图示的实施方式,对本发明的显影装置及图像形成装置进行了说明,但本发明并不限定于此。另外,构成显影装置及图像形成装置的各部分可以取代为能够发挥同样的功能的任意的构成的各部分。另外,可以附加任意的构成物。
例如,在显影辊的外周面形成的凹凸部的形状并不限定于上述的实施方式的形状,相互邻接的2个第一槽和相互邻接的2个第二槽交叉的4个交叉部可以在显影辊的轴线方向为不同的位置,并不限定于上述的位置,为任意的。
实施例
下面,对本发明的具体的实施例进行说明。
(实施例1)
《调色剂的制造》
<粘合树脂(交联型聚酯树脂)的合成>
在50升的反应釜中加入下述组成的酸、醇成分、催化剂等原材料,在常压氮气流下以24℃反应12小时。其后,依次进行减压,在10mmHg下继续反应。反应基于ASTM E28-517,利用软化点进行追踪,在该软化点达到160℃的时刻结束反应。
对苯二甲酸 3.9质量份
间苯二甲酸 9.06质量份
乙二醇 2.54质量份
新戊二醇 4.26质量份
四丁基钛酸酯 0.1质量份
Epiclon 830 0.3质量份
(大日本油墨化学工业制双酚F型环氧树脂)环氧当量170(g/eq)
卡纠拉E 0.1质量份
(壳牌日本公司制烷基缩水甘油酯)环氧当量250(g/eq)
得到的聚合物为无色的固体,酸值为11.0,玻璃化转变温度(Tg)为60℃,软化点(T1/2)为178℃。
另外利用GPC测定装置(东丽制HLC-8120GPC),组合使用作为分离柱的东丽制TSK-GEL G5000HXL·G4000HXL·G3000HXL·G2000HXL,在柱温度:40℃、溶剂:四氢呋喃、溶剂浓度:0.5质量%、过滤器:0.2μm、流量:1ml/min下测定重量平均分子量,使用标准聚苯乙烯进行换算,求出分子量,结果重量平均分子量为250000。
<粘合树脂(直链型聚酯树脂)的合成>
在50升的反应釜中加入下述组成的酸、醇成分、催化剂等原材料,在常压氮气流下以210℃进行反应12小时。其后,依次进行减压,在10mmHg下继续反应。反应基于ASTM E28-517,利用软化点进行追踪,在该软化点达到87℃的时刻结束反应。
对苯二甲酸 5.31质量份
间苯二甲酸 7.97质量份
乙二醇 2.6质量份
新戊二醇 4.37质量份
四丁基钛酸酯 0.1质量份
得到的聚合物、即直链型聚酯树脂为无色的固体,酸值为10.0,玻璃化转变温度(Tg)为46℃,软化点(T1/2)为95℃。
另外,与得到的直链型聚酯树脂的分子量的测定同样地操作,测定分子量,结果重量平均分子量为5200。
<制蜡分散体的调制>
将巴西棕榈蜡(东亚化成制)30质量份、预先制作好的直链型聚酯树脂的70质量份和甲基乙基酮150质量份用迪斯啪预混合后,用湿式分散機LMZ-10(アジザワフアインテツクス制)进行微细化,制备固体成分含量40质量%的制蜡分散体1。此外,该组成为直链型聚酯树脂/蜡/甲基乙基酮=28/12/60。
<着色剂制片的调制>
将氰颜料(大日本油墨化学工业制氰颜料:Ket Blue111 C.I.Pigment B-15:3)2000质量份和直链型聚酯树脂2000质量份投入到安装有ST/AO搅拌叶片的20L亨舍尔(ヘンシユルミキサ一)混合机(三井矿山制),以698min-1搅拌2分钟,得到混合物。使用开放式辊连续挤出混炼机(三井矿山制Kneadex MOS 140-800)将该混合物进行熔融混炼,制备着色剂制片。
另外,将得到的制片用直链型聚酯树脂及甲基乙基酮稀释,用400倍光学显微镜观察着色剂的微分散状态、粗大粒子的有无,结果没有粗大粒子,均匀地进行微分散。制片的组成按质量比计为着色剂/树脂=50/50。
<着色树脂液制备工序>
加入制蜡分散液10.8质量份、着色剂制片10.4质量份、交联型聚酯树脂12质量份、直链型聚酯树脂10质量份、甲基乙基酮8.65质量份,将温度保持在40~45℃,利用搅拌机(Asada铁工所制迪斯啪翼径230mm),以777min-1的搅拌速度混合2小时,进行溶解、分散。
<乳化工序>
在备有具有翼径230mm的搅拌翼的搅拌机(Asada铁工所制迪斯啪)的圆筒型的容器中加入着色树脂溶液46.37质量份(固体成分30质量份),接着,加入作为碱性化合物的1当量氨水5质量份,以777min-1充分搅拌后,将温度调整为35℃。
接着,将搅拌速度变更为1100min-1,以1.0质量份/min的速度滴加37.25质量份的水。此时的搅拌翼的周速为13.2m/s。随着水的添加,体系的粘度上升,水可以与滴加同时取入到体系内,均匀地进行搅拌混合。
另外,在添加有26质量份的水的阶段观察粘度急剧降低的转相点。而且,添加水后,用光学显微镜观察浆液时,观察树脂溶解、着色剂分散质和蜡分散质分散的状态,但没有观察到未乳化物。由于着色剂分散质、蜡分散质稳定地分散在水性介质中,因此,认为是在分散质的表面树脂吸附的物质。此时,体系内的状态均匀,没有看到添加引起的粗大粒子的产生。
<合并工序>
将由乳化工序得到的乳化悬浮液转移到设有翼径340mm的搅拌翼(注册商标)的圆筒容器后,在将搅拌速度保持在85min-1的状态下,将温度调整为25℃。其后,使搅拌速度上升到120min-1,以1kg/min的速度滴加作为电解质水溶液的3.5质量%的硫酸钠水溶液12质量份。滴加结束5分钟后,使搅拌速度降低到85min-1,进行5分钟搅拌后,使搅拌速度降低到65min-1,进行5分钟搅拌。接着,使搅拌速度降低到47min-1,继续搅拌30分钟。此时,由着色树脂构成的微粒子的体积平均粒径Dv为3μm。在此,体积平均粒径Dv用流动式粒子像分析装置(Sysmex制PFIA-2100)进行测定。
<分离、干燥工序>
在固液分离后,进行水洗、干燥,制作树脂母粒子。得到的树脂母粒子的体积平均粒径Dv为2.9μm,个数平均粒径Dn为2.66μm,Dv/Dn为1.09。
<外添加工序>
在得到的树脂母粒子100g中加入负带电性硅石微粒子RX200(日本Aerosil制、平均粒径12nm、六甲基二硅氨烷处理)2质量份(重量份)、负带电性硅石微粒子RX50(日本Aerosil制、平均粒径40nm、六甲基二硅氨烷处理)1.5质量份(重量份),用COMMERCIAL公司制7012S的1升的搅拌机以10000rpm搅拌3分钟后,添加作为硅油的25℃时的运动粘度为200mm2/s的二甲基硅油(信越化学工业株式会社制KF-96-200CS)0.5质量%(重量%),同样地以10000rpm搅拌1分钟,制备调色剂。
《显影辊的制作》
如下制作显影辊。
首先,准备STKM制的圆筒状的基材。在此,作为基材,使用长度300mm、外径18mm、厚度3mm的材料。
而且,通过切削加工除去在基材的轴线方向的端部的内周部厚度1mm左右,进行薄片化,分别在基材的两端部压入STKM制的圆柱状部件。在此,作为圆柱状部件,使用长度50mm、外径14mm的材料,以从基材的端面露出30mm的方式将圆柱状部件压入基材的各端部。
其后,以使基材的轴线和圆柱部件的轴线一致的方式通过无心研磨研削由基材及一对圆柱状部件构成的结构体。
接着,使用SKD制的模具在基材的外周面实施用于多个第一槽和多个第二槽的凹凸加工后,实施厚度3μm的硬质镀铬,形成由多个第一槽和多个第二槽构成的凹凸部。在此,第一槽及第二槽以相互垂直、同时分别相对延伸到基材的周方向的线段倾斜45°的方式形成。另外,第一槽及第二槽分别间距为80μm、槽宽为26μm、深度为6μm。在此,第一槽及第二槽的深度为使用基恩士(keyence)的激光显微镜VK-9500、根据JISB0601-1994测定显影辊的表面粗糙度时的最大高度Ry。另外,第一槽及第二槽的间距为使用基恩士的激光显微镜VK-9500、根据JIS B0601-1994测定显影辊的表面粗糙度时的凹凸的平均间隔Sm。
《显影装置、图像形成装置的制作》
将如上所述得到的调色剂放入彩色打印机用墨盒,将该彩色打印机用墨盒和制成的显影辊分别装入彩色打印机(精工爱普生制LP9000C)。
在此,这样的彩色打印机所具备的调色剂供给辊的海绵层(弹性多孔质层)的槽直径(空穴的平均直径)为150μm。在此,槽直径为使用基恩士的激光显微镜VK-9500、根据JIS B0601-1994测定海绵层的表面而得到的平均间隔Sm。
另外,作为显影缝隙调整衬垫,使用厚度50μm的材料,作为显影偏压,使用在直流电压-300V上重叠有峰-峰电压1000V、频率6000Hz的矩形波电流的材料。此外,其它条件使用LP9000C的材料。
(实施例2~5)
除使硅油的添加量为表1所示之外,与上述的实施例1同样地操作,制作图像形成装置。
[表1]
(实施例6)
除使树脂母粒子的体积平均粒径为表1所示之外,与上述的实施例1同样地操作,制作图像形成装置。
在此,在本实施例中,通过在合并工序中将3.5质量%硫酸钠水溶液(电解质溶液)的滴加量设定为13质量份,做成表1所示的树脂母粒子的体积平均粒径。
(实施例7、8)
除使显影辊的凹凸部的凹部的深度为表1所示之外,与上述的实施例1同样地操作,制作图像形成装置。
(实施例9~12)
除使显影辊的凹凸部的凹部或凸部的间距为表1所示之外,与上述的实施例1同样地操作,制作图像形成装置。
(实施例13、14)
除将硅油的25℃时的运动粘度为表1所示之外,与上述的实施例1同样地操作,制作图像形成装置。
在此,在实施例13中,使用25℃时的运动粘度为20mm2/s的二甲基硅油(信越化学工业株式会社制KF-96-20CS)。另外,在实施例14中,使用25℃时的运动粘度为350mm2/s的二甲基硅油(信越化学工业株式会社制KF-96-350CS)。
(比较例1、2)
除使硅油的添加量为表1所示之外,与上述的实施例1同样地操作,制作图像形成装置。
(比较例3、4)
除使树脂母粒子的体积平均粒径为表1所示之外,与上述的实施例1同样地操作,制作图像形成装置。
在此,通过在合并工序中将3.5质量%硫酸钠水溶液(电解质溶液)的滴加量在比较例3中设定为8质量份、在比较例4中设定为16质量份,作成表1所示的树脂母粒子的体积平均粒径。
(比较例5)
除如表1所示那样用喷砂处理形成显影辊的凹凸部之外,与所述的实施例1同样地操作,制作图像形成装置。
《评价》
利用以下的评价试验方法进行评价,将其结果示于表1。
<显影效率>
在感光鼓和显影辊上分别粘贴胶粘带,测定粘贴有各胶粘带的调色剂的量,求出显影效率=(感光体上的调色剂的量)/(显影辊上的调色剂的量)。
<显影辊>
在A3版的电子照相用普通纸上进行β30%浓度的图像形成,测定任意的20处的OD值,用百分率表示相对其最大值的OD值的平均。
<线再现性>
在电子照相用普通纸上印刷由40μm的线构成的负图像,利用显微镜观察该线的再现性(图像再现性),按照以下的3阶段的基准进行评价。
○:40μm的线忠实地再现。
×:40μm的线不能忠实地再现,在线的中途产生损坏或变粗。
由表1表明,在本发明的各实施例中,线再现性优异(即为高分辨率),而且,显影效率高,也可以较低地抑制显影不均。尤其是就实施例1~4、6、9、10而言,显影效率非常高,另外,也可以非常低地抑制显影不均。
与此相对,在各比较例中,劣于各实施例。尤其是在比较例1、4、5中,线再现性差,在比较例2、3中,显影效率差。
工业上的可利用性
根据本发明,虽然树脂母粒子为小粒径,但是,树脂母粒子的凝聚体可以在调色剂收容部内或显影辊上模拟大粒径的树脂母粒子那样动作,同时,在感光鼓上如小粒径调色剂那样动作。而且,通过凝聚体与由规则且均匀地排列的凹部及/或凸部构成的显影辊的凹凸部接触,可以实现凝聚体的粒径的均匀化和调色剂中的硅油或氟油的均匀分散化。因此,可以解决小粒径调色剂的各种问题,并且实现印刷图像的高分辨率化,可以得到高品质的印刷图像。因此,本发明的显影装置及图像形成装置具有工业上应用的可能性。
Claims (13)
1、一种显影装置,其特征在于,具有:
收容调色剂的调色剂收容部;
在外周面具备担载所述调色剂的凹凸部的显影辊,
所述调色剂是在含有着色剂及粘合树脂而构成的树脂母粒子中添加硅油及/或氟油而构成的,所述树脂母粒子的体积平均粒径为2~4μm,所述硅油及/或氟油相对于所述树脂母粒子的添加量为0.05~2质量%,
所述凹凸部由规则且均匀地排列的凹部及/或凸部构成。
2、根据权利要求1所述的显影装置,其中,
所述凹凸部由相互平行地形成的多个第一槽和与该各第一槽交叉并且相互平行地形成的多个第二槽构成。
3、根据权利要求2所述的显影装置,其中,
所述凹凸部是通过滚压成形法而形成的。
4、根据权利要求2或3所述的显影装置,其中,
所述各第一槽及/或所述各第二槽的深度大于所述树脂母粒子的体积平均粒径。
5、根据权利要求4所述的显影装置,其中,
所述各第一槽及/或所述各第二槽的深度为所述树脂母粒子的体积平均粒径的2倍以下。
6、根据权利要求2~5中任一项所述的显影装置,其中,
具有调色剂供给辊,该调色剂供给辊以与所述显影辊接触的方式设置,且在外周面担载所述调色剂,并将该调色剂向所述凹凸部供给。
7、根据权利要求6所述的显影装置,其中,
所述调色剂供给辊具备构成圆筒状或圆柱状的主体和设置在该主体上的弹性多孔质体层,所述第一槽之间的间距及所述第二槽之间的间距分别小于所述弹性多孔质体层的空穴的平均直径。
8、根据权利要求2~7中任一项所述的显影装置,其中,
具有限制板,该限制板与所述显影辊的外周面抵接,且将所述凹凸部上的调色剂量限制为规定量。
9、根据权利要求2~8中任一项所述的显影装置,其中,
所述各第一槽及所述各第二槽分别沿相对于所述显影辊的周向倾斜的方向延伸。
10、根据权利要求1~9中任一项所述的显影装置,其中,
在将所述调色剂的体积平均粒径设定为Dv,将所述调色剂的个数平均粒径设定为Dn时,Dv/Dn为1~1.1。
11、根据权利要求1~10中任一项所述的显影装置,其中,
所述硅油为二甲基硅油。
12、根据权利要求11所述的显影装置,其中,
所述二甲基硅油在25℃时的运动粘度为50~300mm2/s。
13、一种图像形成装置,其特征在于,具有:
担载潜影的潜影担载体;
通过对所述潜影担载体赋予调色剂而将所述潜影作为调色剂像进行可视化的显影装置,
所述显影装置具有:收容调色剂的调色剂收容部;与所述潜影担载体接近并对置,且在外周面具备担载所述调色剂的凹凸部的显影辊,
所述调色剂是在含有着色剂及粘合树脂而构成的树脂母粒子中添加硅油及/或氟油而构成的,所述树脂母粒子的体积平均粒径为2~4μm,所述硅油及/或氟油相对于所述树脂母粒子的添加量为0.05~2质量%,
所述凹凸部由规则且均匀地排列的凹部及/或凸部构成。
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