JP2004333962A - Cleaning unit, image-forming apparatus and process cartridge - Google Patents

Cleaning unit, image-forming apparatus and process cartridge Download PDF

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JP2004333962A JP2003131113A JP2003131113A JP2004333962A JP 2004333962 A JP2004333962 A JP 2004333962A JP 2003131113 A JP2003131113 A JP 2003131113A JP 2003131113 A JP2003131113 A JP 2003131113A JP 2004333962 A JP2004333962 A JP 2004333962A
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cleaning
toner
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Toru Nakano
徹 仲野
Osamu Naruse
修 成瀬
Masanori Horiie
正紀 堀家
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the following problem: satisfactory cleaning performance to a spherical small-diameter toner is not ensured only by applying vibration to a cleaning blade. <P>SOLUTION: A cleaning blade 20 to which vibration is applied in the cleaning unit 16 comprises a blade member 21, a vibration member 22 to which the blade member 21 is attached, a vibration applying means 23 attached to the vibration member 22, and a driving circuit 28 which drives the vibration applying means 23 according to a driving signal Pv with a resonance frequency of the blade member 21 and an image carrier 11 as a driving frequency, whereby a vibration amount of the blade member 21 is secured and cleaning performance is improved. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明はクリーニング装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジに関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】特開2001−188452号公報
【特許文献2】特開2000−267536号公報
【特許文献3】特開昭62−111489号公報
【特許文献4】特開平6−51673号公報
【特許文献5】特開平11−30938号公報
【0003】
プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の電子写真法を用いる画像形成装置においては、像担持体表面を帯電、露光して形成した静電潜像に着色トナーで現像して可視像としてのトナー像を形成し、このトナー像を転写紙等の被転写体に転写し、あるいは、一旦中間転写部材に転写した後転写紙等の被転写体に転写し、これを熱ロール等で定着して画像を形成している。
【0004】
そして、トナー像の転写を終えた像担持体表面には、一般に未転写のトナーが残留するため、この残留トナーを、次の画像形成プロセスに先立って何らかのクリーニング手段により除去することが必要になる。また、一般的にクリーニング手段により、像担持体表面に付着した他の異物も、残留トナーと共に取り除いている。
【0005】
これら転写ごの残留トナー等を除去するクリーニング手段としては、ファーブラシ、磁気ブラシ等を使用する方法や、材質が弾性体であるクリーニングブレードを使用する方法等各種の方法が使用されているが、クリーニングブレードにて像担持体を摺擦してトナーを掻き落とす手段が、安価で且つ性能安定性が高いことより一般的に使用されている。クリーニングブレードの材質として用いられる弾性体には、耐摩耗性に優れていることよりポリウレタンゴムが多く使用されている。
【0006】
一方、近年、フルカラーの画像形成装置に対する高画像化のために、トナーの小粒径化、球形化が進んでいる。小径化により、像担持体表面に形成されるトナー画像のドットの再現性を向上させることができ、球形化することで現像性、転写性を向上させることができる。
【0007】
このように、高画質化のためのトナーを球形化させる方法として、従来の粉砕方法に変わり、化学反応である重合反応を伴う重合トナーの製法が行われてきている。この重合トナーの製法としては、同じ重合反応の範疇であるものでも、何種類か製法に違いがあるが、粉砕トナーに見られるような粉砕分級工程が必要ない、あるいはこの工程が大幅に軽減できるという面が有利である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述のような小粒径、球形のトナー(以下、これらを「球形トナー」と称する場合がある。)を使用した場合、特にブレードクリーニング方式では、良好なクリーニング性能が得られないという不具合が生じることがある。
【0009】
このクリーニング性能の不具合、クリーニング不良は、従来の粉砕トナーを機械的な処理(再粉砕)、あるいは熱処理などによって、小粒径化、球形化した場合でも起こることが明らかになっており、トナーの製造方法に関わらず、トナーが小粒径化、球形化した場合、ブレードクリーニングでは良好なクリーニング性能が得られない。
【0010】
このようなクリーニング不良を起こしたトナーは次に出力される画像形成時に画質欠陥となり、特に帯電装置がローラ形状の接触式帯電器の場合などは、クリーニングブレードにより取り切れなかった(クリーニングされなかった)トナーがロール状の帯電器に堆積し帯電不良を引き起こしてしまう場合があるため影響が大きい。
【0011】
とりわけトナーの円形度(円形度についての詳細は後述する。)が1に近くなるようなトナー、すなわち、球形(真球)に近いトナーでは顕著にクリーニング性が悪化する。また円形度が0.95以下の形状のトナーであっても、形状分布を有することから、ほぼ球形のトナーが存在し、経時でクリーニング性が悪化する傾向にある。
【0012】
また、このクリーニング性は、現像に用いるトナーの粒径が小さくなるほど悪化する傾向にある。画像形成装置は10℃〜30℃程度の温度範囲で使用されるが、特に低温下に於いてはこのクリーニング性の悪化が顕著に現れる。
【0013】
クリーニングブレードを用いたクリーニング方式では、前述のようにゴムブレードにて像担持体を摺擦してトナーを掻き落としているため、像担持体とゴムブレードとの摩擦抵抗によりゴムブレードのエッジ先端が変形し、両者間に微小なくさび状の空間を形成している。この空間には、小径のトナーであればあるほどエッジ先端に侵入しやすく、エッジ先端に侵入したトナーは入れ替わり難く、非流動領域を形成する。
【0014】
また、球形トナーは、不定形トナーと比較して最密充填し易いため、クリーニングブレードのエッジと像担持体との接触点近傍の微小な空間で圧密化されやすい。非流動領域のトナーと像担持体との摩擦抵抗が比較的小さく、トナーが像担持体に対して滑っている状態では、クリーニング不良は発生しないが、像担持体との摺擦による外添剤の離脱等によりトナーと像担持体の摩擦力が増加すると、球形トナーは転がり摩擦が従来の粉砕不定形トナーと比べて小さいため、クリーニングブレードと像担持体の間で転がり始め、すり抜けてしまうと考えられる。
【0015】
そこで、
【特許文献1】においては、重合法により製造された球形トナーを用いる画像形成装置の像担持体上の残留トナーを効率よく除去するために、転写後の感光体表面の残留トナーを掻き取るクリーニングブレードと、クリーニングブレードよりも感光体移動方向の上流側に配置され、残留トナーを粉砕して感光体上に微粒トナーを生成するクリーニングブラシとを備えたクリーニング装置が開示されている。
【0016】
また、
【特許文献2】においては、画像形成装置の像担持体クリーニングブレードの球形トナーに対するクリーニング性を向上させるために、球形トナーにより形成されたトナー像を担持する表面が転写領域およびクリーニング領域を通って回転移動するトナー像担持体と、前記転写領域を通過するトナー像担持体表面のトナー像を転写材に転写する転写器と、前記クリーニング領域を通過するトナー像担持体表面に摩擦接触して前記トナー像担持体表面の残留トナーを除去するブレードエッジを有する弾性部材製のクリーニングブレードと、前記ブレードエッジに塗布された粉体潤滑剤と前記球形トナーよりも平均粒径が小さい不定形トナーとの混合粉体材料とを有するトナー像担持体クリーナとから構成される画像形成装置が開示されている。
【0017】
一方、画像形成装置用のクリーニング装置としては、
【特許文献3】に開示されているように、クリーニングブレードに付着しようとするトナーや異物を落下させ、クリーニングブレードと感光体とのベタ当たりによる鳴きの発生を防止するために、クリーニングブレードを強制的に振動させるようにしたものがある。
【0018】
また、
【特許文献4】に開示されているように、感光体に接触して感光体に振
動を加え得る加振手段を備えたものがある。さらに、
【特許文献5】に開示されているように、クリーニングブレードの固定端(非クリーニング部)に対して振動を与えることで、表面の粒子を浮かせ、表面から粒子を除去する振動手段を備えたものもある。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、
【特許文献1】に記載のクリーニング装置にあっては、残留トナーを粉砕して感光体上に微粒トナーを生成するクリーニングブラシを備えるために装置が大型化するだけでなく、樹脂からなるトナーを粉砕することは非常に困難で、仮に粉砕できるとしても像担持体表面に対するダメージが発生し、画像品質が低下することになる。
【0020】
また、
【特許文献2】に記載のクリーニング装置にあっては、球形トナーよりも平均粒径が小さい不定形トナーとの混合粉体材料を用いるために、球形トナーを用いることによる画像品質の向上というメリットが低減し、結果的に画像品質が低下することになる。
【0021】
さらに、
【特許文献3】、
【特許文献4】及び
【特許文献5】に記載のクリーニング装置にあっては、クリーニングブレードに付着するトナー等を落下させるための振動を与えたり、像担持体表面からトナーを浮かせるための振動を与えるだけで、球形トナーのクリーニング不良の発生メカニズムに対応した振動を与えるものではないため、球形トナーについてはクリーニング不良が発生する。
【0022】
そこで、本発明者らは、まず、球形トナーを用いた場合にカウンタ方式のクリーングブレードではクリーニング不良が発生する原因について、そのメカニズムを研究し、これを解明した。
【0023】
すなわち、図15に示すように、代表的なカウンタ方式のクリーニングブレードを用いたクリーニング装置にあっては、金属ホルダ100に保持されたクリーニングブレード101の先端を、像担持体111に対して、その回転方向Aに対してカウンタとなるように、つまり、クリーニングブレード101の腹面101cと像担持体111表面が角度θになるよう当接させ、さらにクリーニングブレード101先端(自由端)を押付け量dで像担持体111に押し付けることによって、像担持体111上の残留トナーをクリーニングする。
【0024】
ここで、従来のクリーニングブレード101は、通常ポリウレタンゴムを主成分とするゴム弾性部材であり、JISA硬度65〜70°、厚さ1.5〜2.0mm程度、金属ホルダ100からのブレード自由長(突き出し量)8〜15mm、当接角度θを20〜30°とするのが一般的である。
【0025】
このように、像担持体111とクリーニングブレード101とが接触した状態で、像担持体111が回転すると、図16に示すように、クリーニングブレード101は弾性部材であるため、像担持体111の矢示A方向への移動によってブレード101のカット面101aのエッジ部101bが像担持体111との摩擦力により矢示A方向に引っ張られ、ブレード101のカット面101a(先端面)が変形してめくれた状態となる。このカット面101aのめくれによって、ブレード101先端のカット面101aと像担持体111との間でくさび形状のニップ部Nを形成する。
【0026】
この場合、使用するトナーが粉砕トナーであるときには、図17に示すように、粉砕トナーTaは形状が歪であるため、クリーニングブレード101と像担持体111で形成されるくさび形状となったニップ部でトナーTaのエッジ部が引っ掛かる。このとき、ブレード101の先端面の変形した部分は元の状態に戻ろうとする反発力が働き、いわゆるスティック・スリップ運動が発生する。
【0027】
このスティック・スリップ運動について図18を参照して説明する。ブレードニップが移動している像担持体表面にスティック状態(固着)になると、ブレードニップは同図に破線で示すように像担持体111の回転方向に強制的に引き伸ばされる。ブレードニップがある位置まで引き伸ばされるとブレードの反発力が大きくなり、静摩擦力と反発力が釣り合った時点でブレードニップが像担持体表面に対して滑る。ブレードニップと像担持体の間で滑りが生じる状態では、動摩擦係数が静摩擦係数より小さいため、ブレードニップは像担持体表面を滑りながら元の方向(実線図示の方向)へ戻ることになる。このスティック・スリップのくり返し運動(その範囲をSPで示している)の戻りの力によって、くさび形状のニップ部に滞在しているトナーTaが像担持体111の進行方向とは逆方向に戻される力を受けクリーニングされる。
【0028】
これに対して、トナーとして球形トナーを用いた場合について図19を参照して説明する。同図は、球形トナーTbがクリーニングブレード101と像担持体111により形成されるくさび形状のニップ部に侵入してきたときの挙動を示している。
【0029】
球形トナーTbを用いた場合、粉砕トナーTaのようにトナーに歪な部分がないため、ブレード101の先端部に引っ掛からないため、くさび形状のニップ部に侵入し、クリーニングブレード101と像担持体111に挟まれた状態となった球形トナーTbは、像担持体111との間の摩擦力により接触部を駆動源として回転するモーメントを受ける。したがって、球形トナーTbは像担持体111の進行方向と逆方向に回転しながら、像担持体111の回転方向と同じ方向に移動して、ブレード101と像担持体111との間をすり抜けるため、クリーニング不良となる。
【0030】
このとき、一旦球形トナーTbのすり抜けが発生すると、図20に示すように球形トナーTbはクリーニングブレード101と像担持体111との間で潤滑剤のように機能し、ブレード101の先端部と像担持体111の摩擦力を低下させ、ブレード101の先端(カット)面のめくれを解除する(ブレード101を初期の形状に戻す)働きをする。そのため、ブレード101によるクリーニングの基本機能となる上述したスティク・スリップ運動が生じなくなり、連続してトナーのクリーニング不良が生じる現象が発生する。
【0031】
以上では球形トナーのクリーニング不良の発生メカニズムについて説明したが、小径トナーについても図17に示したくさび形状のニップ部に対して、小径トナー程侵入しやすく、また侵入したトナーは歪であっても小径トナーほどエッジ部での引っ掛かりが少なくなるため、すり抜けが発生し易いことが確認された。
【0032】
本発明は、上記の課題及び知見に基づいてなされたものであり、クリーニング性を向上したクリーニング装置、このクリーニング装置を備えた画像形成装置及びプロセスカートリッジ、このプロセスカートリジを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【0033】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るクリーニング装置は、一個又は複数個の加振手段が取りつけられた幅方向に長い振動部材と、この振動部材の少なくとも先端領域に取付けられた幅方向に長いブレード部材と、加振手段を共振周波数で駆動させる駆動手段とを備え、振動部材によりブレード部材に対する振動及びブレード部材の像担持体に対する押し付け力を与える構成とした。
【0034】
ここで、駆動手段は駆動周波数を変化可能であることが好ましい。この場合、駆動周波数はブレード部材と像担持体との摩擦抵抗力に基づいて設定されることが好ましい。この場合、駆動周波数は像担持体表面の摩擦係数に基づいて設定されること、若しくは像担持体の回転トルクに基づいて設定されること、又は、クリーニング性の検出結果に基づいて設定されることが好ましい。
【0035】
また、加振手段が圧電素子であることが好ましい。さらに、トナーが重合法によって作製された重合トナーであることが好ましい。
【0036】
本発明に係るプロセスカートリッジは、像担持体、帯電手段、現像手段及び転写手段の少なくともいずれかと、クリーニング手段とを含み、画像形成装置本体に着脱自在であって、前記クリーニング手段が本発明に係るクリーニング装置である構成とした。
【0037】
本発明に係る画像形成装置は、像担持体表面に残留するトナーをクリーニングするための本発明に係るクリーニング装置又は本発明に係るプロセスカートリッジを備えている構成とした。
【0038】
本発明に係る画像形成装置は、本発明に係るプロセスカートリッジを複数備えている構成とした。
【0039】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
先ず、本発明に係るクリーニング装置によるクリーニングメカニズムについて図1を参照して説明する。
本発明に係るクリーニング装置は、ブレード部材(以下では「クリーニングブレード」ともいう。)1の先端領域に効率よく振動を与える構成である。そして、ブレード部材1の振動によってブレード部材1の先端と像担持体11の間にあるトナーTに振動を伝えること、また、ブレード部材1の先端領域の振動が像担持体1に伝わる構成とし、像担持体1からもトナーTに振動を伝える。
【0040】
これらの加振動作は、ブレード部材1のニップ部が従来の加振を用いるクリーニング装置とは異なる形状、動きとなるように振動させることで、ブレードニップ部への球形トナー、小径トナーの入り込みを防止することができ、球形トナー、小径トナーのクリーニング不良を無くすることが可能となる。
【0041】
すなわち、図1は、ブレード部材1が振動状態にあり、またその振動によって球形トナーTに振動が伝わり、トナーTが活性に振動している様子(図中白抜き矢印で示す。)を表した図である。これは、高倍率の顕微鏡を介して高速度ビデオカメラによる観察結果を図示したものである。このとき、同図に示すように、ブレード部材1にはカット面のめくれが発生せず、カット面1aのエッジ部1bが像担持体11表面に対して初期形状を維持する状態になることが分かる。なお、図中の1cはブレード部材1の腹面(像担持体11表面との対向面)である。
【0042】
そして、このとき、ブレード部材1の先端カット面1aと像担持体11の近傍にある球形トナーTがトナー数個分の範囲(図中のB部の範囲)わたって振動していることが判明した。
【0043】
このような状態では、ニップ部近傍の振動しているトナー群(B部のトナー)がバリヤーのような働き(振動トナー壁)をし、後続の像担持体11上トナーT(図中C部のトナー)の侵入を防止することになり、真球に近い様な球形トナーについても全くクリーニング不良が発生しない状態となる。
【0044】
このとき、ブレード部材1が振動していることにより、またブレード部材1から像担持体11にも振動を伝えることで、ブレード部材1と像担持体2との摩擦力が低下し、従来方式で発生していたブレード部材1のカット面1aのめくれる現象がなくなる条件が存在することが判明した。ここでいう「カット面のめくれ」とは、通常は成型した弾性部材を厚さ方向にカットしてそのエッジをバリ、欠け等がなくシャープな形状に仕上げたブレード部材を使用するが、そのカット面が像担持体の移動に伴って変形して像担持体表面に接する状態になること(前述した図23に示す状態になること)をいう。
【0045】
このブレード部材1のカット面のめくれの発生を無くすることで、像担持体11へのブレード部材1からのストレスも減少し、結果的にブレード部材1及び像担持体11の耐久性が格段に向上するという非常に大きな効果が得られることも判明した。
【0046】
このように、ブレード部材を加振することによって、ブレード部材表面と像担持体との間に接触部を生じさせることによって、クリーニング動作を行っている(このような加振されるブレード部材を全体として「加振クリーニングブレード」と称する。)。この部分をニップ部と呼ぶ。加振手段によって、クリーニングブレード(ブレード部材)は振動するが、その振動変位量とクリーニング性とには相関があることが本発明者らの鋭意研究により明らかになった。その相関とは、クリーニングブレードの振動変位量が大きいほどクリーニング性が良好である、というものである。
【0047】
ところが、加振手段はどのような加振条件でも加振さえすれば、クリーニング性が向上する、というわけではない。条件によっては、加振の効果が全く現れないといった現象も本発明者らの鋭意研究により判明した。
【0048】
ところで、上述したクリーニングブレードと像担持体との組み付け時には、クリーニングブレード、像担持体、それぞれの固有振動数とは異なる周波数に固有振動を持つことが知られている。これは、ブレード、像担持体に限ったことではなく、2体間で必ず起こる事象であり、この時の固有振動数を「共振周波数」と呼ぶ。
【0049】
上述したようにクリーニング性では、加振手段による振動変位量が大きいことがクリーニング性には良好であると説明した。振動変位量をできるだけ少ないエネルギーで確保する場合には、クリーニング動作時、すなわちクリーニングブレードと像担持体とを組み付けた時の共振周波数で加振手段を駆動させると良いことが判明した。そこで、本発明の一例では、加振手段として、駆動及びその制御が容易である圧電素子を用いて、共振周波数で駆動させることにより、小さな駆動電圧でより大きな振動変位量が得られるようにしている。。
【0050】
加振クリーニングブレードにおいて、クリーニング動作時に変化していく、あるいは、ブレードと像担持体とを組み付けた時である程度決定される共振周波数(ブレード、像担持体とで決定される固有振動数)を加振手段の駆動周波数として使用し、振動変位量を確保することでクリーニング性を維持することが可能となる。
【0051】
なお、ここで圧電素子を駆動するための駆動周波数は、可聴域外であることが好ましい。その理由としては、駆動周波数が可聴域の場合、人間にとって耳障りな音がクリーニング動作時に入ることになるため好ましくない。可能な限り、可聴域外、具体的には20Hz〜17kHzの周波数以外で駆動することが好ましいが、加振クリーニングブレード全体の防音が可能な構成を画像形成装置に搭載することができる場合には、可聴域に駆動周波数があっても差し支えない。
【0052】
そこで、以下に本発明に係るクリーニング装置を備えた本発明に係る画像形成装置について図2を参照して説明する。なお、同図は同画像形成装置の概略構成図である。
【0053】
この画像形成装置は、矢印A方向に回転する像担持体11を備え、その周囲に帯電手段12、露光手段13、現像手段14、転写手段15、クリーニング装置16、除電手段17が配置されている。また、像担持体11上から転写された転写材18上のトナー像を定着するための図示しない定着装置が配置されている。
【0054】
ここで、帯電手段12は、像担持体11表面に所定の距離で像担持体11と接触あるいは非接触で配置され、帯電手段12にバイアスを印加することによって像担持体11を所定の極性、所定の電位に帯電する。
【0055】
露光手段13は発光素子としてLDあるいはLEDを使用し、画像データに基づき像担持体11に光を照射し静電潜像を形成する。
【0056】
現像手段14は、内部に固定されたマグネットローラと回転自在の現像剤担持体14Aを備えており、現像剤を現像剤担持体14A上に保持させている。この画像形成装置では、現像剤としてトナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いて二成分磁気ブラシ現像を行うようにしている。その他の現像方式としてはキャリアを用いない一成分現像方式を用いてもよい。
【0057】
現像剤担持体14Aには、現像バイアス電源から電圧が印加される。この現像バイアスと像担持体11表面に形成された静電潜像の電位との電位差により、現像領域にて静電潜像に帯電したトナーを付着させて現像を行う。
【0058】
転写手段15は、転写時に像担持体11表面に所定の押圧力で接触し、電圧が印加されることにより、像担持体11と転写手段15との間の転写ニップ部で像担持体11表面のトナー像を転写材18に転写する。この画像形成装置では転写ローラを用いて転写を行っているが、コロトロン、転写ベルトなどの転写手段を用いてもよい。
【0059】
クリーニング装置16は、本発明に係るクリーニング装置であり、ブレード部材21と、振動部材22と、加振手段23と(これらの部材で構成される部分を「加振クリーニングブレード20」と称する)を備え、加振手段23を駆動することで振動部材22を振動させてブレード部材(以下「ブレード」という。)21に所要の振動を与えることで、像担持体11表面の残留トナーを除去する。
【0060】
このクリーニング装置16により像担持体11からクリーニングされたトナーは、トナー搬送部材によって、廃トナーとして図示していない廃トナーボトルに蓄えてサービスマンなどにより回収、あるいはリサイクルトナーとして現像装置などに運ばれ現像に使用される。
【0061】
除電手段17は、クリーニング装置16により残留トナーを除去された像担持体11の残留電荷を除電するもので、LEDなどを用いた光除電方式の除電装置を用いている。
【0062】
次に、クリーニング装置16の一例の構成の詳細について図3ないし図6を参照して説明する。なお、図3は同クリーニング装置の加振クリーニングブレードの要部拡大説明図、図4は図3の要部拡大説明図、図5は同加振クリーニングブレードの正面説明図、図6は同加振クリーニングブレードを先端側から見た説明図である。
【0063】
このクリーニング装置16の加振クリーニングブレード20は、前述したように、像担持体11の軸方向の幅と略同じ幅を有するブレード21と、このブレード21を先端領域に取り付けた同じく像担持体11の軸方向の幅と略同じ幅を有する振動部材22と、この振動部材22に取り付けられた加振手段23とを備えている。
【0064】
ブレード21は、像担持体11の回転方向に対してリーディング(カウンタ)方向で当接させて配置している。
【0065】
このブレード21は、例えばポリウレタンゴムを素材とした弾性体で、厚みは50〜2000μmの範囲内、好ましくは100〜500μmの範囲内とするのが良い。厚さが薄すぎると、像担持体11表面及びブレード21自体のうねり等によってブレード21の像担持体11への押しつけ量が確保しにくくなる。厚さが厚すぎると、振動部材22からの振動を吸収し、ブレード21先端部への振動が十分伝達されず、トナーのクリーニング性が低下する。ブレード21の厚さが厚い場合は、ブレード21の材料としてJISA硬度で85〜100°の範囲内の硬い部材を使用することで、振動の伝達効率を上げることができる。
【0066】
ここで薄いウレタンブレードの製造方法によっては、ブレード21と振動部材22との間に一層、または二層以上の他の部材を介在させた構成とすることもできる。例えば、薄いウレタンブレードを成型する時、ウレタンより硬度の高いPET等の既成樹脂フィルムに一体接合成型する。これによって、フレード21のニップ部はシャープなエッジが必要であるが、そのための切断作業のハンドリング性が向上する。この場合は、PETとウレタンとを一体にしたものを切断加工した後、PFT側を振動部材22に接合して取付けることになる。
【0067】
振動部材22は、振動が可能で弾性のブレード21よりも剛性の高い材料、例えば軟鋼板、SUS板、等の金属部材、またはカーボン、ガラス繊維を混合した樹脂成形部材、などから形成している。この振動部材22は一端部側を固定部24に固定し、他端部を自由端部23aとして、この自由端部にブレード21を取り付けている。なお、固定部24は図2に示すようにクリーニング装置の筐体25に固定している。
【0068】
この振動部材22は、ブレード21のホルダとしても機能し、像担持体11へのブレード21の押し付け力、当接角度を決める部材でもある。すなわち、従来のブレードでは、ブレードニップ部の像担持体への押し付け力は弾性ブレード自身の復元力で与えるようにしている。これに対して、本発明においては、振動の伝搬効率を上げるためブレード21は薄い部材構成とし、ブレード単体での押し付け力が確保できないことから、この実施形態では振動部材22がブレード21に対して像担持体11への押し付け力を付与する構成している。
【0069】
これにより、薄い弾性ブレード部材を使用しながら振動伝搬効率を高くし、且つブレード部材の反り、像担持体表面のうねりに対応するニップを安定して形成することができ、確実なクリーニング性能が得られる。
【0070】
加振手段23は、振動部材22に振動を与えるもので、ここでは電気機械変換素子としての圧電素子、特に板状(単板)圧電素子を用いている。加振手段23として板状圧電素子を用いることにより、低コストで変位量が容易に得られる加振手段を構成することができる。
【0071】
この加振手段23は、図5及び図6に示すように、ブレード21及び振動部材22を像担持体11の軸方向(幅方向)に長い構成として、振動部材22に複数個配置した構成としている。なお、加振手段23は1個でもよいが、複数個を間隔をおいて配置することにより、振動部材22の幅方向の振動の均一性を得られ易い。なお、1個の長尺の圧電素子を設けることも考えられるが、板状圧電素子の場合には板面方向の伸縮による撓み変形を用いるため、複数個を間隔をおいて配置する方が好ましい。
【0072】
この加振手段23は、振動部材22の像担持体1側先端寄り、すなわち自由端部22bのブレードと取り付け面と反対面に設けている。振動部材22の構成によっては、加振手段23は振動部材23の固定端とブレード21先端(自由端)の間で振動部材22を加振できる箇所であれば特に取り付け位置が限定されるものではない。
【0073】
加振手段23を構成する単板圧電素子は、図4に示すように、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電層23aの両面、即ち、振動部材22との接合面とその反対面に、印刷焼成したAgなどからなる電極23b、23cを有する。この電極23b、23cを用いて分極を行った厚さ0.3〜0.5mmの圧電素子(圧電層23a)に対して、100〜300Vの電圧を印加することで板面方向の縮み変形が発生し、その結果、振動部材22を撓ませる変形振動を与えることができる。この撓み振動は、圧電素子(加振手段23)と振動部材22の剛性がほぼ同じときに変形の効率がよく、例えば厚さ0.2〜0.4mmの金属振動部材22、あるいは厚さ0.3〜1.0mmの樹脂製振動部材を用いることが好ましい。
【0074】
そして、図7に示すように、このクリーニング装置16においては、図7に示すように、加振ブレード20の複数の加振手段23を構成する圧電素子に対して共通に駆動信号(駆動波形)Pvを印加するための本発明に係る駆動手段である駆動回路28を備えている。
【0075】
このようにブレード部材の幅方向に複数の加振手段を設けた場合に共通の駆動回路で駆動することによって、ブレード部材の幅方向における振動の均一性を高めることができる。
【0076】
なお、駆動回路28は画像形成装置の主制御部29によって制御されて、所定のタイミングで所要駆動周波数、ここでは、共振周波数の駆動信号Pvを加振手段23に与える。また、この実施形態では1つの加振クリーニングブレード20で像担持体11の幅方向全幅のクリーニングを行うようにしているが、複数の加振クリーニングブレード20を設けて幅方向全幅をカバーするように構成することもでき(この場合、ブレード21、振動部材22は像担持体11の軸方向の幅を複数に分割した長さになる。)、この場合にも複数の加振クリーニングブレード20の各加振手段を共通の駆動回路で駆動することが好ましい。
【0077】
ここで、この実施形態では、振動部材22として金属性部材(導電性部材)を用いて、複数の加振手段23を構成する圧電素子の電極23cを振動部材22に直接コンタクトして電気的に接続することによって、振動部材22を介して複数の加振手段23の電極23cを共通に接続している。これにより、駆動信号の印加を簡単な回路構成で行うことができる。なお、直接コンタクトは電極23cの接合面側を粗面に仕上げて、薄い接着層で振動部材22に接合することで容易に得られるが、この他、導電性接着剤を用いて接合してもよい。
【0078】
このように構成したクリーニング装置16において、複数の加振手段23に対して駆動回路28から加振クリーニングブレード20と像担持体11との相関で決まる共振周波数を駆動周波数とする駆動信号Pvを与えて、複数の加振手段23を構成する圧電素子に撓み変形を与えることで振動部材22が振動し、この振動部材22の振動によってブレード21が共振周波数で振動する。
【0079】
このように、加振手段を共振周波数で駆動して振動部材によりブレード部材に対する振動及びブレード部材の像担持体に対する押し付け力を与える構成とすることにより、振動変位量を確保することができ、像担持体表面に残留するトナーの加振クリーニングブレードによる高いクリーニング性を確保することができる。この場合、加振手段として圧電素子を用いることによって、共振周波数での駆動を容易に行うことができる。
【0080】
そこで、本発明の実施例についてより具体的に説明する。
(加振クリーニングブレードの駆動方法)
加振手段23である圧電素子には、設定された電圧値の一定の振動を行わせるための駆動波形(駆動信号)を駆動電源から印加した。この駆動電源としては、実験的に、パルス信号を発生させるためのファンクションジェネレータで構成し、これから発生した信号を増幅させる電源を通して、圧電素子に印加した。そして、実際に圧電素子に印加される電圧を観察するために、増幅された電圧を分岐させ、オシロスコープによってモニタした。
【0081】
なお、上述したように、複数の圧電素子を配列させて動作させる場合や、タンデム機のように、複数色の像担持体、クリーニングブレードを配置させる必要のある場合では、複数のファンクションジェネレータと電源を用意する必要があるが、同一の電源から複数に分岐させて、その各々から圧電素子に印加しても構わない。ただし、分岐させる数が多ければ、それだけ電源には出力に余裕のあるものが必要とされる。
【0082】
また、上述実施形態の画像形成装置や後述するプロセスカートリッジにおいては、より小スペースの電源が好ましいため、ファンクションジェネレータと電源を一体化したドライバ(駆動回路28)を用いて加振手段23を駆動する。このとき、画像形成装置やプロセスカートリッジ全体の制御を司る主制御部29によって、ドライバによる駆動条件を状況に応じて変化させたり、作像、もしくは非作像時の動作シーケンスと同期させて、加振手段23の駆動を制御することができる。
【0083】
次に、本発明の実施例で使用した顕像化粒子であるトナーについて説明する。(トナーの実施例)
本実施例では、高画質化を狙って球形度が高く、溶解懸濁方法で作られた重合トナーを用いた。特性は、次のとおりである。
円形度 0.980
重量平均粒径 5.41μm
キャリア 重量平均粒径50μmのシリコンコートキャリア
(マグネタイト芯材)
【0084】
ここで、トナーの円形度について説明する。球形トナーを使用する画像形成装置で高画質画像を形成するためには、トナーが特定の形状を有することが重要であり、平均円形度が0.95未満で、球形からあまりに離れた不定形の形状では、転写性やチリのない高画質画像が得られない。したがって、球形トナーの円形度としては、0.95以上であることが好ましい。
【0085】
なお、形状の計測方法としては、粒子を含む懸濁液を平板上の撮像部検知帯に通過させ、CCDカメラで光学的に粒子画像を検知し、解析する光学的検知帯の手法が適当である。この手法で得られる投影面積の等しい相当円の周囲長を実在粒子の周囲長で除した値である平均円形度が0.95以上のトナーが適正な濃度の再現性のある高精細な画像を形成するのに有効であることが判明した。なお、円形度の定義については図8に示している。
【0086】
トナーの円形度は、より好ましくは、平均円形度が0.960〜0.998である。この値はフロー式粒子像分析装置FPIA−2000(東亜医用電子株式会社製、商品名)により平均円形度として計測できる。具体的な測定方法としては、容器中の予め不純固形物を除去した水100〜150ml中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を0.1〜0.5ml加え、更に測定試料を0.1〜0.5g程度加える。試料を分散した懸濁液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行ない、分散液濃度を3000〜1万個/μlとして前記装置によりトナーの形状及び分布を測定することによって得られる。
【0087】
また、トナー粒径については次のようにして測定できる。トナーの平均粒径及び粒度分布は、コールターマルチサイザーIII(コールター社製、商品名)を用い、パーソナルコンピューター(IBM社製)を接続し専用解析ソフト(コールター社製)を用いてデータ解析した。Kd値は10μmの標準粒子を用いて設定し、アパーチャカレントはオートマティックの設定で行なった。電解液は1級塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液を調製する。その他に、ISOTON−II(コールターサイエンティフィックジャパン社製、商品名)が使用できる。
【0088】
測定法としては、前記電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を0.1〜5ml加え、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行ない、100μmアパーチャーチューブを用いて、2μm以上のトナー5万カウント測定して重量平均粒径を求めた。
【0089】
次に、重合・球形トナーの製造方法について説明する。
上記円形度0.960〜0.998のトナーを製造する方法としては、懸濁重合法、乳化凝集法、分散重合法、界面重合法、溶解懸濁法、転相乳化法等の湿式造粒による製造方法が挙げられる。溶融混練物の粉砕・分級によるトナーにおいても、トナーの加熱処理等により円形度の高いトナーを製造することができるが、エネルギー効率の点では好ましくない。
【0090】
前述の湿式造粒法のうち、円形度の高いトナーが安定して得られる点、シャープな粒径分布が得られる点、トナーの帯電制御の点で、懸濁重合法、分散重合法が優れている。また、トナーの低温定着性の点で有利なポリエステル樹脂が使用できる点で溶解懸濁法が優れている。以下、懸濁重合法、分散重合法、溶解懸濁法について詳述する。
【0091】
(懸濁重合法)
後述の特定モノマーに対して、分散安定剤、及び着色剤、さらに必要に応じて架橋剤や、荷電制御剤、離型剤等をボールミル等により均一に分散させた後、これに重合開始剤を加え、モノマー相を得、モノマー相とあらかじめ撹拌して作製しておいた水系分散媒相を撹拌槽に入れ、ホモジナイザー等により攪拌し、得られた懸濁液を窒素置換後に加熱して重合反応を完了させることにより着色樹脂粒子が得られ、これを洗浄、乾燥することにより円形度の高いトナー粒子が得られる。
【0092】
懸濁重合に使用される重合性単量体はビニル基を有するモノマーであり、具体的には以下のようなモノマーが挙げられる。即ち、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、ブチルスチレン、オクチルスチレンなどのスチレン及びその誘導体が挙げられ、なかでもスチレン単量体が最も好ましい。
【0093】
他のビニル系単量体として、プロピレン、ブチレン、イソブチレンなどのエチレン系不飽和モノオレフィン類、塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、フッ化ビニルなどのハロゲン化ビニル類、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニル、酪酸ビニルなどのビニルエステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸−n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸−2−クロルエチル、アクリル酸フェニル、α−クロルアクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルなどのα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、アクリルアミドなどのアクリル酸もしくはメタクリル酸誘導体、ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルなどのビニルエーテル類、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトンなどのビニルケトン類、N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドンなどのN−ビニル化合物類、ビニルナフタレンなどを挙げることができ、これらの単量体を単独あるいは混合して用いることができる。
【0094】
懸濁重合法では、単量体組成物中に、架橋重合体を生成させるために、次のような架橋剤を存在させて懸濁重合させてもよい。架橋剤としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ポリエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、1,6−ヘキサングリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジプロピレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、2,2′−ビス(4−メタクリルロキシジエトキシフェニル)プロパン、2,2′−ビス(4−アクリルオキシジエトキシフェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールメタンテトラアクリレート、ジブロムネオペンチルグリコールジメタクリレート、フタル酸ジアリルなどが挙げられる。
【0095】
架橋剤の使用量が多過ぎると、トナーが熱で溶融しにくくなり、熱定着性、熱圧定着性が劣ることになる。また、架橋剤の使用量が少くな過ぎると、トナーとして必要な耐ブロッキング性、耐久性などの性質が低下し、熱ロール定着において、トナーの一部が紙に完全に固着しないでロール表面に付着し、次の紙に転写するという、コールドオフセットが発生してしまう。したがって、用いる架橋剤量は、重合性単量体100重量部に対して0.001〜15重量部、好ましくは0.1〜10重量部である。
【0096】
懸濁重合法における分散安定剤としては次のものが使用可能である。即ち、ポリビニルアルコール、でん粉、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリメタクリル酸ナトリウム等の水溶性高分子、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシュウム、リン酸カルシュウム、タルク、粘土、けいそう土、金属酸化物粉末などが用いられる。これらは水に対して0.1〜10重量%の範囲で用いるのが好ましい。
【0097】
懸濁重合法における、重合開始剤は造粒後の単量体組成物を含む分散液中に添加してもよいが、個々の単量体組成物粒子に均一に重合開始剤を付与する点からは、造粒前の単量体組成物に含有させておくことが好ましい。このような重合開始剤としては、2,2′−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2′−アゾビスイソブチロニトリル、1,1′−アゾビス−(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2′−アゾビス−4−メチキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビスブチロニトリルなどのアゾ系またはジアゾ系重合開始剤、ベンゾイルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、イソプロピルパーオキサイド、2,4−ジクロリルベンゾイルパーオキサイド、ラウリルパーオキサイドなどの過酸化物系重合開始剤が挙げられる。
【0098】
懸濁重合法においては、磁性体を含有する型の磁性トナーが可能である。磁性トナーとするには、単量体組成物に磁性粒子を添加すればよい。本発明に用いることができる磁性体には、例えば、鉄、コバルト、ニッケルなどの強磁性金属の粉末、もしくはマグネタイト、ヘマタイト、フェライトなどの合金や化合物の粉末が挙げられる。
【0099】
磁性粒子としては、粒径が0.05〜5μm、好ましくは0.1〜1μmのものが用いられるが、小粒径トナーを生成する場合には、粒径0.8μm以下の磁性粒子を使用することが好ましい。この磁性粒子は、単量体組成物100重量部中に10〜60重量部含有されていることが好ましい。また、これら磁性粒子はシランカップリング剤、チタンカップリング剤などの表面処理剤、あるいは適当な反応性の樹脂などで処理されていてもよい。この場合、磁性粒子の表面積あるいは表面に存在する水酸基の密度にもよるが、通常、磁性粒子100重量部に対して表面処理剤が5重量部以下、好ましくは0.1〜3重量部の処理で、充分な重合性単量体への分散性が得られ、トナー物性に対しても悪影響を及ぼさない。
【0100】
(分散重合)
親水性有機液体に、その親水性有機液体に溶解する高分子分散剤を加え、これに前記親水性液体には溶解するが、生成する重合体は前記親水性液体にて膨潤されるか、あるいは殆ど溶解しない一種または二種以上のビニル単量体を加えて重合することにより製造される。また、予め目的とする粒径よりは小さく、粒度分布の狭い重合体粒子を利用して上述の系で成長させる反応も含まれる。成長反応に利用する単量体は、種粒子を製造したものと同じ単量体でもまた別の単量体でもよいが、重合体は親水性有機液体に溶解してはならない。
【0101】
前記の粒子の形成時及び種粒子の成長反応時に用いる単量体の希釈剤としての親水性有機液体としては、メチルアルコール、エチルアルコール、変性エチルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、t−ブチルアルコール、s−ブチルアルコール、t−アミルアルコール、3−ペンタノール、オクチルアルコール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、エチレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコールなどのアルコール類、メチルセロソルブ、セロソルブ、イソプロピルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルなどのエーテルアルコール類などが代表的なものとして挙げられる。
【0102】
これらの有機液体は単独で、もしくは二種以上の混合物して用いることができる。なお、アルコール類及びエーテルアルコール類以外の有機液体と、上述のアルコール類及びエーテルアルコール類とを併用することで、有機液体が生成重合体粒子に対して溶解性をもたせない条件下で、有機液体のSP値を種々変化させて重合を行なうことにより、生成される粒子の大きさ、種粒子同士の合一及び新粒子の発生を抑制することが可能である。
【0103】
この場合の併用する有機液体としては、ヘキサン、オクタン、石油エーテル、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの炭化水素類、四塩化炭素、トリクロルエチレン、テトラブロムエタンなどのハロゲン化炭化水素類、エチルエーテル、ジメチルグリコール、シリオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル類、メチラール、ジエチルアセタールなどのアセタール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサンなどのケトン類、ギ酸ブチル、酢酸ブチル、プロピオン酸エチル、セロソルブアセテートなどのエステル類、ギ酸、酢酸、プロピオン酸などの酸類、ニトロプロペン、ニトロベンゼン、ジメチルアミン、モノエタノールアミン、ピリジン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドなどの硫黄、窒素含有有機化合物類、その他水も含まれる。
【0104】
また、重合開始時、重合途中、重合末期とそれぞれ混合溶媒の種類及び組成を変化させ、生成する重合体粒子の平均粒径、粒径分布、乾燥条件などを調整することができる。
【0105】
種粒子製造時、または成長粒子の製造時に使用される高分子分散剤の適当な例としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマール酸、マレイン酸または無水マレイン酸などの酸類、あるいは水酸基を含有するアクリル系単量体、例えばアクリル酸β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸β−ヒドロキシエチル、アクリル酸β−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノ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、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窒素原子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、並びにメチルセルロース、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、または前記親水性モノマーとスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンなどのベンゼン核を有するものまたはその誘導体、またはアクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドなどのアクリル酸もしくはメタクリル酸誘導体との共重合体、さらに、架橋性モノマー、例えばエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、メタクリル酸アリル、ジビニルベンゼンなどとの共重合体も使用可能である。
【0106】
これらの高分子分散剤は、使用する親水性有機液体、目的とする重合体粒子の種、及び種粒子の製造か成長粒子の製造かにより適宜選択されるが、特に重合体粒子同士の合一を主に立体的に防ぐ意味で、重合体粒子表面への親和性、吸着性が高く、しかも親水性有機液体への親和性、溶解性の高いものが選ばれる。また、立体的に粒子同士の反撥を高めるために、分子鎖がある程度の長さのもの、好ましくは分子量が1万以上のものが選ばれる。しかし、あまり分子量が高いと、液粘度の上昇が著しく、操作性、撹拌性が悪くなり、生成重合体の粒子表面への析出確率のばらつきを与えるため注意を要する。また、先に挙げた高分子分散剤の単量体を一部、目的とする重合体粒子を構成する単量体に共存させておくことも安定化には効果がある。
【0107】
さらに、これら高分子分散剤とともにコバルト、鉄、ニッケル、アルミニウム、銅、錫、鉛、マグネシウムなどの金属またはその合金(特に粒径1μm以下のものが好ましい)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化珪素などの酸化物の無機化合物微粉体、高級アルコール硫酸エステル塩、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、燐酸エステルなどの陰イオン界面活性剤、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ウム塩、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四級アンモニウム塩型の陽イオン界面活性剤、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、アラニン型「例えばドデシルジ(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」などのアミノ酸型やベタイン型の両性界面活性剤を併用しても、生成重合体粒子の安定性及び粒径分布の改良をさらに高めることができる。
【0108】
一般に、種粒子製造時の高分子分散剤の使用量は目的とする重合体粒子形成用の重合性単量体の種類によって異なるが、親水性有機液体に対し0.1重量%〜10重量%、好ましくは1〜5重量%である。高分子分散安定剤の濃度が低い場合には、生成する重合体粒子は比較的大粒径のものが得られ、濃度の高い場合には小粒径のものが得られるが、10重量%を越えて用いても小径化への効果は少ない。
【0109】
また、前記のビニル単量体とは、親水性有機液体に溶解可能なものであり、例えば、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、p−エチルエチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレン、p−クロルスチレン、3,4−ジクロルスチレンなどのスチレン類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニル、α−クロルアクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルなどのα−メチル脂肪酸モノカルボン酸エステル類、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドなどのアクリル酸、もしくはメタクリル酸誘導体、塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、フッ化ビニルなどのハロゲン化ビニル類などからなる単独または相互の混合物及びこれらを50重量%以上含有し、これらと共重合し得る単量体との相互の混合物を意味する。
【0110】
また、本発明における前記の重合体は、耐オフセット性を高めるために、重合性の二重結合を二個以上有するいわゆる架橋剤の存在下に重合させたものであっても良い。好ましく用いられる架橋剤としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン及びそれらの誘導体である芳香族ジビニル化合物、その他エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールメタクリレート、トリエチレングリコールメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、アリルメタクリレート、tert−ブチルアミノエチルメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブタンジオールジメタクリレートなどのジエチレン性カルボン酸エステル、N,N−ジビニルアニリン、ジビニルエーテル、ジビニルスルフィド、ジビニルスルホンなど全てのジビニル化合物、及び三個以上のビニル基を持つ化合物が挙げられ、これらは単独または混合物などで用いられる。
【0111】
このように架橋された種粒子を用いて成長重合反応を引き続いて行った場合には、成長する重合体粒子の内部が架橋されたものとなる。また一方で、成長反応に用いるビニル単量体溶液に上記の架橋剤を含有させた場合には、粒子表面が硬化された重合体が得られる。
【0112】
また、平均分子量を調節する目的として、連鎖移動定数の大きな化合物を共存させて重合を行わせるものに、例えば、メルカプト基をもつ低分子化合物や四塩化炭素、四臭化炭素が挙げられる。
【0113】
また、前記単量体の重合開始剤としては、例えば2,2′−アゾビスイソブチロニトリル、2,2′−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)などのアゾ系重合開始剤、ラウリルパーオキシド、ベンゾイルパーオキシド、t−ブチルパーオクトエートなどの過酸化物系重合開始剤、過硫酸カリウムなどの過硫酸化物系重合開始剤、これにチオ硫酸ナトリウム、アミンなどを併用した系などが用いられる。重合開始剤濃度は、ビニル単量体100重量部に対して0.1〜10重量部が好ましい。
【0114】
種粒子を得るための重合条件は、重合体粒子の目標平均粒径、目標粒径分布に合わせて、親水性有機液体中の高分子分散剤、ビニル単量体の濃度、及び配合比が決定される。一般に、粒子の平均粒径を小さくしようとするならば、高分子分散剤の濃度を高く、また平均粒径を大きくしようとするならば、高分子分散剤の濃度が低く設定される。一方、粒子径分布を非常に鋭くしようとするならば、ビニル単量体濃度を低く、また、比較的広い分布でもよい場合は、ビニル単量体濃度は高く設定される。
【0115】
粒子の製造は親水性有機液体に、高分子分散安定剤を完全に溶解した後、一種または二種以上のビニル単量体、重合開始剤、その他必要ならば無機微粉末、界面活性剤、染料、顔料などを添加し、30〜300rpmの通常の撹拌にて、好ましくはなるべく低速で、しかもパドル型よりもタービン型の撹拌翼を用いて、槽内の流れが均一になるような速度で撹拌しながら、用いた重合開始剤の重合速度に対応した温度にて加熱し重合が行なわれる。
【0116】
なお、重合初期の温度が生成する粒子種に大きな影響を与えるため、単量体を添加した後に温度を重合温度まで上げ、重合開始剤を小量の溶媒に溶解して投入した方が好ましい。重合の際には窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性気体にて反応容器内の空気中の酸素を充分に追い出す必要がある。もし、酸素パージが不充分であると微粒子が発生し易い。重合を高重合率域で行なうには5〜40時間の重合時間が必要であるが、所望の粒子径、粒子径分布の状態で重合を停止させたり、また重合開始剤を順次添加したり、高圧下で反応を行なうことにより重合速度を速めることができる。
【0117】
重合終了後は、そのまま染着工程に用いてもよいし、沈降分離、遠心分離、デカンテーションなどの操作により不必要な微粒子、残存モノマー、高分子分散安定剤などを除いた後に、重合体スラリーとして回収して染着を行なってもよいが、分散安定剤を除去しない方が染着の安定性は高く、不要な凝集が抑制される。
【0118】
分散重合法における染着は次のようなものである。即ち、樹脂粒子を溶解せしめない有機溶媒中に樹脂粒子を分散し、この前または後に前記溶媒中に染料を溶解させ、前記染料を樹脂粒子中に浸透させ着色せしめた後、前記有機溶媒を除去して染着トナーを製造する方法において、前記染料の前記有機溶媒に対する液解度(D1)及び前記樹脂粒子Aの樹脂に対する前記染料の溶解度(D2)の関係が、(D1)/(D2)≦0.5となる染料を選択使用する。これにより、樹脂粒子の深部まで染料が浸透(拡散)したトナーを効率よく製造することができる。
【0119】
本明細書における溶解度は25℃の温度で測定されたものと定義される。なお、染料の樹脂中への溶解度とは、染料の溶媒中への溶解度と全く同じ定義であり、樹脂中に染料が相溶状態で含有させることができる最大量を意味する。この溶解状態あるいは染料の析出状態の観察は顕微鏡を用いることにより容易に行なうことができる。樹脂に対する染料の溶解性を知るには、上記した直接観察による方法の代わりに間接的な観察方法によってもよい。この方法は樹脂と溶解度係数が近似する液体、即ち樹脂をよく溶解する溶媒を用い、この溶媒に対する染料の溶解度を樹脂に対する溶解度として定めてもよい。
【0120】
着色に使用する染料としては、前述のように使用する有機溶媒への該染料の溶解度(D1)より樹脂粒子を構成する樹脂への該染料の比(D1)/(D2)が0.5以下である必要がある。さらに、(D1)/(D2)が0.2以下とすることが好ましい。染料としては、上記の溶解特性を満たせば特に制限はないが、カチオン染料、アニオン染料などの水溶性染料は環境変動が大きいおそれがあり、またトナーの電気抵抗が低くなり、転写率が低下するおそれがあるので、バット染料、分散染料、油溶性染料の使用が好ましく、特に油溶性染料が好ましい。また、所望の色調に応じて数種の染料が併用することもできる。
【0121】
染着される染料と樹脂粒子との比率(重量)は、着色度に応じて任意に選択されるが、通常は樹脂粒子1重量部に対して、染料1〜50重量部の割合で用いるのが好ましい。例えば、染着溶媒にSP値の高いメタノール、エタノールなどのアルコール類を使用し、樹脂粒子としてSP値が9程度のスチレン−アクリル系樹脂を使用した場合、使用し得る染料としては、例えば、以下のような染料が挙げられる。
【0122】
C.I. SOLVENT YELLOW(6,9,17,31,35,1,102,103,105)
C.I. SOLVENT ORANGE(2,7,13,14,66)
C.I. SOLVENT RED(5,16,17,18,19,22,23,143,145,146,149,150,151,157,158)
C.I. SOLVENT VIOLET(31,32,33,37)
C.I. SOLVENT BLUE(22,63,78,83〜86,91,94,95,104)
C.I. SOLVENT GREEN(24,25)
C.I. SOLVENT BROWN(3,9)など。
【0123】
市販染料では例えば保土谷化学工業社製の愛染SOT染料Yellow−1,3,4、Orange−1,2,3、Scarlet−1、Red−1,2,3、Brown−2、Blue−1,2、Violet−1、Green−1,2,3、Black−1,4,6,8やBASF社製のsudan染料、Yellow−140,150、Orange−220、Red−290,380,460、Blue−670や三菱化成社製のダイアレジン、Yellow−3G,F,H2G,HG,HC,HL、Orange−HS,G、Red−GG,S,HS,A,K,H5B、Violet−D、Blue−J,G,N,K,P,H3G,4G、Green−C、Brown−Aやオリエント化学社製のオイルカラー、Yellow−3G,GG−S,#105、Orange−PS,PR,#201、Scarlet−#308、Red−5B、Brown−GR,#416、Green−BG,#502、Blue−BOS,HN、Black−HBB,#803,EE,EX、住友化学工業社製のスミプラスト、ブルーGP,OR、レッドFB,3B、イエローFL7G,GC、日本化薬社製のカヤロン、ポリエステルブラックEX−SH3、カヤセットRed−BのブルーA−2Rなどを使用することができる。もちろん染料は樹脂粒子と染着時に使用する溶媒の組み合わせで適宜選択されるため、上記例に限られるものではない。
【0124】
染料を樹脂粒子に染着させるために用いる染着用有機溶媒としては、使用する樹脂粒子が溶解しないもの、あるいは若干の膨潤をきたすもの、具体的には溶解性パラメーター(SP値)の差が1.0以上、好ましくは2.0以上のものが使用される。例えば、スチレン−アクリル系樹脂粒子に対しては、SP値が高いメタノール、エタノール、n−プロパノールなどのアルコール系、あるいはSP値が低いn−ヘキサン、n−ヘプタンなどを使用する。SP値の差があまりに大きすぎると、樹脂粒子に対する濡れが悪くなり、樹脂粒子の良好な分散が得られないため、最適なSP値の差は2〜5が好ましい。
【0125】
染料を溶解した有機溶媒中に樹脂粒子を分散させた後、液温度を樹脂粒子のガラス転移温度以下に保ち、撹拌することが好ましい。これにより、樹脂粒子の凝集を防ぎながら染着することが可能となる。撹拌の方法は市販されている撹拌機、例えばホモミキサー、マグネチックスタラーなどを用いて撹拌すればよい。また、分散重合などで重合終了時得られるスラリー、つまり有機溶媒中に重合樹脂粒子が分散している状態の分散液に、染料を直接添加して前記の条件にて加熱撹拌してもよい。加熱温度がガラス転移温度超過の場合は樹脂粒子同士の融着が生じてしまう。染着後のスラリーを乾燥する方法としては、特に限定はされないが、濾過した後に減圧乾燥あるいは濾別しないで直接減圧乾燥すればよい。本発明において濾別した後に風乾または減圧乾燥して得られた着色粒子は、凝集は殆どなく、投入した樹脂粒子の粒度分布を殆ど損なわないで再現する。
【0126】
(溶解懸濁法)
次に、溶解懸濁法により球状トナー粒子を製造する方法について述べる。
溶解懸濁法は樹脂を溶媒に溶解して油相を作成し、水系媒体から成る水相中で乳化した後に、乳化分散体中の溶媒を除去して樹脂粒子を得る方法である。
【0127】
水系媒体として、水単独でもよいが、水と混和可能な溶剤を併用することもできる。混和可能な溶剤としては、アルコール(メタノール、イソプロパノール、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)などが挙げられる。
【0128】
用いる樹脂としては、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−クロル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、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族叉は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが挙げられ、単独あるいは混合して使用できる。
【0129】
油相作成に使用可能な溶剤としては、沸点が100℃未満の揮発性であることが除去が容易である点から好ましい。該溶媒としては、例えば、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。トナー組成物100部に対する溶剤の使用量は、通常10〜900部である。
【0130】
油相作成は、他のトナー組成物である着色剤(又は着色剤マスターバッチ)、離型剤、荷電制御剤を、水系媒体中で分散体を形成させる際に同時に添加して、混合してもよいが、あらかじめ油相中に混合する方がより好ましい。
【0131】
また、着色剤、離型剤、荷電制御剤などの他のトナー原料は、必ずしも、水系媒体中で粒子を形成させる時に混合しておく必要はなく、粒子を形成せしめた後、添加してもよい。たとえば、着色剤を含まない粒子を形成させた後、公知の染着の方法で着色剤を添加することもできる。
【0132】
油相と水相の分散には通常の攪拌による混合機が全て使用可能だが、より好ましくは高速回転体とステータを有すホモジナイザー、高圧ホモジナイザーの他ボールミル、ビーズミル、サンドミルといったメディアを用いた分散機などが用いられる。
【0133】
分散の方法としては特に限定されるものではないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波などの公知の設備が適用できる。分散体の粒径を2〜20μmにするために高速せん断式が好ましい。回転羽根を有する乳化機としては、特に限定されるものではなく、乳化機、分散機として一般に市販されているものであれば使用することができる。例えば、ウルトラタラックス(IKA社製)、ポリトロン(キネマティカ社製)、TKオートホモミクサー(特殊機化工業(株)製)、エバラマイルダー(荏原製作所(株)製)、TKパイプラインホモミクサー、TKホモミックラインフロー(特殊機化工業(株)製)、コロイドミル(神鋼パンテック社製)、スラッシャー、トリゴナル湿式微粉砕機(三井三池化工機(株)製)、キャビトロン(ユーロテック社製)、ファインフローミル(太平洋機工(株)製)等の連続式乳化機、クレアミックス(エムテクニック社製) 、フィルミックス(特殊機化工業(株)製)等のバッチまたは連続両用乳化機等が挙げられる。
【0134】
高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は特に限定はないが、通常1000〜30000rpm、好ましくは5000〜20000rpmである。分散時間は特に限定はないが、バッチ方式の場合は、通常0.1〜5分である。分散時の温度としては、通常、0〜150℃(加圧下)、好ましくは10〜98℃である。高温の条件の法が分散体の粘度が適度に低くなり、分散が容易な点で好ましい。
【0135】
溶解懸濁法では、分散した油相を安定化させる目的で、あらかじめ水系媒体に固体微粒子を分散する方法が用いられる。
【0136】
さらに固体微粒子分散剤の液滴への吸着性を調整するためにその他の分散剤を併用することができる。その他の分散剤はトナー組成物を乳化する前や乳化後揮発成分を除去する時などに添加できる。
【0137】
次に、トナーを二成分系現像剤として用いる場合の二成分現像剤用キャリアについて説明する。
この場合には、磁性キャリアと混合して用いれば良く、現像剤中のキャリアとトナーの含有比は、キャリア100重量部に対してトナー1〜10重量部が好ましい。
【0138】
磁性キャリアとしては、粒子径20〜200μm程度の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリアなど従来から公知のものが使用できる。
【0139】
また、被覆材料としては、アミノ系樹脂、例えば尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等があげられる。またポリビニルおよびポリビニリデン系樹脂、例えばアクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリスチレン樹脂およびスチレンアクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル等のハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂およびポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ弗化ビニル樹脂、ポリ弗化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、弗化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体、弗化ビニリデンと弗化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンと弗化ビニリデンと非弗化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、およびシリコーン樹脂等が使用できる。
【0140】
また、必要に応じて、導電粉等を被覆樹脂中に含有させてもよい。導電粉としては、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛等が使用できる。これらの導電粉は、平均粒子径1μm以下のものが好ましい。平均粒子径が1μmよりも大きくなると、電気抵抗の制御が困難になる。
【0141】
次に、上述した実施例のトナーの製造方法について説明する。
(トナーバインダーの合成)
冷却管、攪拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物724部、テレフタル酸276部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧で230℃で8時間重縮合反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応して、ピーク分子量5300のポリエステル樹脂を得た。このポリエステル樹脂100部を 酢酸エチル100部に溶解、混合し、トナーバインダーの酢酸エチル溶液を得た。
【0142】
(トナーの作製)
密閉されたポット内に前記のトナーバインダーの酢酸エチル溶液200部、カルナウバワックス5部、銅フタロシアニンブルー顔料4部、ジターシャリーブチルサリチル酸亜鉛塩、1部を入れ、5mmmφのジルコニアビーズを用いて24時間ボールミル分散を行ないトナー組成物を得た。
【0143】
ビーカー内にイオン交換水600部、部分ケン化ポリビニルアルコール6部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.3部を入れ均一に溶解分散した。
【0144】
次いで、20℃にビーカー内温を保ち、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)で12000rpmに攪拌しながら、上記トナー組成物を投入し3分間攪拌乳化した。ついでこの混合液を攪拌棒および温度計付のフラスコに移し、ラウリル硫酸ナトリウムを0.3部加え、30分室温下で攪拌溶解した。ついで30℃、50mmHgの減圧下で溶剤を除去した。ガスクロマトグラフィーによって分散液を分析したところ残存酢酸エチルはトナー粒子に対して50ppmであった。35%濃塩酸を120部加え、リン酸三カルシウムを溶解した後に、濾別、得られたケーキを蒸留水に再分散してろ過する操作を3回繰り返し洗浄した後に、40℃24時間減圧乾燥し着色粒子を得た。
【0145】
得られた着色粒子95重量部に対して、3重量部のシリカ、2重量部の酸化チタン粒子をヘンシェルミキサーで2分間混合し、篩にかけ、トナーを得た。
【0146】
そして、このトナー重量平均粒径50μのシリコーンコートキャリア(マグネタイト芯材)95重量部に対して、トナー5重量部をロッキングミキサーで混合し、二成分現像剤を得た。
【0147】
このように、球形度が高い溶解懸濁法で作られたトナーを使用することによって、高画質でかつトナー生産コストを抑えた画像形成装置を構成することができる。
【0148】
(クリーニング性の比較)
本発明の加振クリーニングブレードを搭載して、クリーニング性及び感光体(像担持体)とブレード間の摩擦抵抗力(置き換えられる感光体そのものの表面摩擦係数、感光体回転トルク)を評価・測定した。
【0149】
帯電及び現像の条件は以下のとおりにし、評価時は一定とした。

Figure 2004333962
【0150】
(転写率評価)
転写率の評価(測定)には、像担持体表面にべたの画像を出力している途中で、動作を止め、現像部と転写部との間、及び転写クリーニング部との間のトナー像をスコッチテープ(住友3M株式会社製、商品名)で白い紙に転写させて、それをマクベス反射濃度計RD514型(商品名)で測定した。
【0151】
このとき、
現像部―転写部間のテープ濃度:Ddt
転写部―クリーニング部間のテープ濃度:Dtc
白い紙にスコッチテープを転写しただけの濃度:Dref
とし、転写効率を、次の(1)式で算出した。
【0152】
【数1】
Figure 2004333962
【0153】
(クリーニング性評価)
クリーニング性評価についても、先の転写率と同じように、スコッチテープを使って評価した。
像担持体である感光体表面上の転写工程後のトナー(転写残留トナー)をスコッチテープ(住友3M株式会社製、商品名)で白い紙に転写させて、それを同じようにマクベス反射濃度計RD514型(商品名)で測定し、ブランク(白い紙にスコッチテープだけを貼ったもの)との差が、0.01以下のものを良好(評価結果の表では「○」と記載)とし、それを超えるもの(濃度が高いもの)をNG(不良)とした。
【0154】
実際の出力は、感光体上に付着量が0.1mg/cmとなるような画像パターンを用意し、これをA3用紙縦方向で50000枚分出力させる。50000枚の出力が終了した段階で、先の転写率、クリーニング率の測定方法で示したように、べた画像となるような画像パターンを途中まで出力させ評価した。
【0155】
(共振周波数の測定)
図9に示すように、共振周波数を診るための振動計測装置41を配置し、この振動計測装置41の出力信号を振動解析用パソコン42に取り込んだ。この振動計測装置41は、レーザドップラ測定と呼ばれる測定原理で振動時の周波数特性を計測する。実際に使用したレーザドップラ振動計は、次のとおりである。
レーザドップラ振動計 : (ピーアイ)ポリテック社製
レーザドップラ変位計 OFV−303(商品名)
【0156】
そして、振動解析用パソコン52の振動解析ソフトによって、FFT解析を行うことによって、どの周波数に共振周波数があるか測定した。
【0157】
共振周波数を検知測定する時間を短縮するために、圧電素子に印加する波形としてある程度の振幅を持ったノイズを入力することがある。通常のクリーニング動作時は正弦波や矩形波を入力して駆動させているが、共振周波数を検知する場合にはノイズ(ホワイトノイズを呼ばれていることが多い)を入力する。
【0158】
(摩擦抵抗力と共振周波数)
上述したレーザドップラ振動計を含めた画像形成装置において、意図的に摩擦抵抗力を変化させたときの共振周波数の変化について説明する。
摩擦抵抗力の測定装置を実際の画像形成装置に組み込んで、ブレードと像担持体との摩擦抵抗力を直接測定することは困難である。そこで、ここでは、比較的測定が容易な像担持体の摩擦係数、あるいは、像担持体の回転トルクに基づいて加振手段の駆動周波数を設定制御する構成について説明する。なお、摩擦係数、トルクともに摩擦抵抗力と相関があり、根本的な意味では2つとも同値である。
【0159】
(1)感光体(像担持体)摩擦係数
初期の感光体摩擦係数の値を測定し(紙に対するオイラーベルト法)、これに対して図3に示す加振クリーニングブレード20を一定の条件下(ホワイトノイズの振幅量が同じ)で駆動させたときの共振周波数の測定結果を図10に示している。
【0160】
この図10に示すように、24kHz付近(このときの正確な周波数を周波数bとする。)に振動変位量が大きくなる共振周波数を持つことが分かる。しかし、感光体摩擦係数の違いにより、その変位が最大の周波数が1kHz程度の幅(周波数a、b、c)で変化していることが分かる。この原因についての詳細は未だ明らかではないが、感光体の摩擦係数が上がることによって、ブレード先端であって、クリーニングを行うニップ部が下流側に持っていかれ、結果的に圧電素子の駆動条件が同じでも、ブレード、感光体との組み合わせで共振周波数を変化させるため、このような結果になったと推測される。
【0161】
次に、各摩擦係数の値に対して、先に得られた共振周波数を駆動周波数とし、波形として正弦波を入力したときの感光体上のクリーニング性を判定した結果と、周波数bで固定して、感光体摩擦係数の値だけを変化させたときの結果を合わせて表1に示している。
【0162】
【表1】
Figure 2004333962
【0163】
この表1によれば、感光体摩擦係数が変化しても、そのときに発生する共振周波数で圧電素子を駆動させればクリーニング性は良好であるが、感光体摩擦係数が変化しても固定の周波数で駆動させれば、クリーニング性が良好にはならないことが分かる。
【0164】
この原因としては、上述したように、加振クリーニングブレードでクリーニングする場合、ある程度の振動変位量が必要であり、これを実現するためには共振周波数を使ったほうが良い。仮に、共振周波数を使うことができない場合、一定の駆動条件で加振することは可能であるが、非常に微小であり、駆動させるに必要な電圧も大きくなりやすいため、圧電素子への負荷となったり、駆動させるに必要な電源も容量の大きなものが余計に必要なため好ましくない。
【0165】
この感光体の摩擦係数によって、共振周波数を変化させる方法は、実際に画像形成装置で作像させるような場合であって、途中から共振周波数を変えることが装置の関係上、たとえばコストを抑えるために周波数を変化させることができない駆動回路を搭載する場合や、共振周波数の広がりが割合大きい場合(中心位置である周波数に対し、裾が大きくなるようなブレード)では、共振周波数近傍で圧電素子を駆動させれば、ある程度の振動変位量を確保でき、クリーニング性も良好になるため、初期の感光体表面と加振クリーニングブレードの組み合わせで決まる共振周波数を検出(測定)しておき、その共振周波数で圧電素子を駆動させる構成が好ましい。
【0166】
(2)像担持体回転トルク
図2に示す画像形成装置内に取り付けられるドラム状の像担持体の軸に回転トルクメータを取り付け、回転動作時にトルクを測定した。この測定の際に、像担持体に当接するのは加振手段を設けたクリーニングブレード23のみとして回転トルクを測定した。なお、クリーニング性の評価は、前述したように、帯電工程、現像工程、転写工程の顕像化させるために必要な工程を組み込んだ。ブレードと像担持体との摩擦抵抗力に相当する測定手段(検出手段)としては、このトルクメータを画像形成装置に取り込むことが、直接的に摩擦抵抗力を診る、という点で最適である。
【0167】
ここでは、ドラム状のOPCについて行ったが、ベルト状の感光体についても同じように測定が可能である。しかし、ブレードが当接し、トナーをクリーニングするためには、感光体との接触が必要であるため、できるだけブレードに近い位置にトルクメータを配置させることが好ましい。ベルト感光体の場合、クリーニングにはある程度のベルトとブレードとの圧力が必要であるため、ベルトを懸架させるローラ等が設けられている場合が多い。トルクメータの配置箇所は、このブレードに最も近接する懸架ローラの軸に取りつけることが好ましい。
【0168】
先の感光体摩擦係数の変化と同じように、感光体回転トルクを意図的に変化させたときであって、加振クリーニングブレード20を動作させたときの振動解析とクリーニング性を評価した。これも、前述したと同様に、ホワイトノイズを圧電素子に入力しパソコン上での振動解析を行った。
【0169】
振動解析の結果は図示はしないがに示すように、先の結果と同じようにトルクの違いによって、24kHz付近(このときの正確な周波数を周波数eとすると、ここでの周波数eは前述した周波数bと同じ値となった。)に振動変位量が大きくなる共振周波数を持つことが分かった。しかし、トルクの違いにより、その変位が最大の周波数がやはり先と同じように1kHz程度の幅(d、e、f)で変化していることが分かった。
【0170】
この原因についての詳細は、先の感光体そのものの摩擦係数と同じ理由であると考えられる。すなわち、トルクが上がる、という現象をブレードニップと感光体表面とでの負荷が増加することによって、引き起こされると考えられる。その負荷は、クリーニングを行うニップ部が下流側に持っていかれることにより発生すると推測される。
【0171】
次に、各トルクの値に対して、先に得られた共振周波数を駆動周波数とし、波形として正弦波を入力した時の感光体上のクリーニング性を判定した結果と、周波数eで固定して、トルクの値だけを変化させたときの結果も合わせて表2に示している。
【0172】
【表2】
Figure 2004333962
【0173】
この表2によれば、感光体回転のトルクが変化しても、そのときに発生する共振周波数で圧電素子を駆動させればクリーニング性は良好であるが、感光体回転のトルクが変化しても固定の周波数で駆動させた場合、クリーニング性が良好にはならないことが分かる。この原因としては、先に記載した理由と同じであると考えられる。
【0174】
このように、感光体が回転する時のトルクの変化によって、共振周波数を変化させる方法は、実際に画像形成装置で作像させるような場合であって、ある程度の耐久性を持たせる場合、すなわち感光体の表面がトナーの付着などによって変化しやすく、ブレードと感光体の摩擦力が変化しやすい場合に、トルク計の変化から共振周波数の変化を見積もって振動変位量をある程度確保できる最適な共振周波数に駆動条件を変化させ、クリーニングを最適にすることが可能となる。
【0175】
(クリーニング性と共振周波数)
これまでの加振クリーニングブレードを構成する圧電素子の駆動を制御する方法は、画像形成装置内に設けられた検知方法にレーザドップラ振動計を使用しているが、さらにコストを抑える必要がある場合にはクリーニング性そのものから共振周波数を見積もって最適なクリーニング状態にすることが可能である。その方法について説明する。
【0176】
これまで、表1及び表2に示すように加振クリーニングブレードと感光体との相関で決まる共振周波数以外ので圧電素子を駆動させても振動変位量が得られず、クリーニング性が不良になることが分かった。そこで、クリーニング性の評価結果から共振周波数の変化を読み取り、クリーニング性が悪く、出力される画像上に影響が出る傾向がある場合(たとえば、出力される画像上であって、非画像部にもトナーが付着する等)に圧電素子を駆動する周波数を共振周波数に近い値まで制御し、振動変位量を確保することでクリーニング性を向上することができる。
【0177】
この場合、図10に示すように共振周波数に対して、前後のどちらかに周波数が移動しているか分からないが(ほぼ同じクリーニング性のレベルであった場合、共振周波数に対し、高い周波数、低い周波数ともに変化した可能性があるため)、数枚を出力し、クリーニング性がさらに悪化するようだったら、反対側に駆動周波数を制御すれば良い。このとき、操作する人間が実際に出力された画像を直接みて、クリーニング性の判定結果を画像形成装置へ反映させる方法が簡単である。
【0178】
また、画像形成装置がプリンタである場合には、プリンタにデータを転送するホスト側のプリンタドライバによって設定条件を変化させることもできる。
【0179】
さらに、自動化させたい場合には、多少のコストはかかるが、感光体の回転方向であって、加振クリーニングブレードの下流側に残トナーを検知するラインセンサを配置させ、感光体表面上のクリーニング性を検知し、この結果を信号として主制御部に入力して、加振手段の駆動周波数を変化させることで、クリーニング性を向上あるいは維持することが可能となる。
【0180】
このように、自動化、あるいは人間の設定が必要な非自動化いずれもクリーニングの結果から圧電素子の駆動周波数を変化させ、クリーニングに最適な条件にすることが可能になる。
【0181】
このように、駆動手段は駆動周波数を変化可能とすることによって、共振周波数に対応した駆動周波数で加振手段を駆動することができるようになる。
【0182】
そして、駆動周波数をブレード部材と像担持体との摩擦抵抗力に基づいて設定することで、装置内では実際に測定しにくい共振周波数に相関する摩擦抵抗力を用いることができて、容易に共振周波数に対応する駆動周波数で駆動することができ、クリーニングに最適な条件に設定することができる。
【0183】
この場合、摩擦抵抗力に相関する像担持体表面の摩擦係数に基づいて駆動周波数が設定(自動的あるいは半自動的、若しくは手動で設定)されるようにすることで、摩擦抵抗力を簡易的に把握する(低耐久性の像担持体での簡易的な把握:膜剥がれが進行する像担持体について検知する)ことができるようようになり、大掛かりな測定装置を備えることなく、簡単な構成で、容易に共振周波数に対応する駆動周波数に設定、制御して駆動することができ、クリーニングに最適な条件に設定することができる。
【0184】
また、摩擦抵抗力に相関する像担持体の回転トルクに基づいて駆動周波数が設定されるようにすることで、摩擦抵抗力の経時的な変化に対する追従性の向上を図る(及び、耐久性の高い像担持体における摩擦抵抗力を検知する)ことができ、経時的に像担持体表面状態の変動の大きい画像形成装置、あるいは、像担持体の交換がなく高耐久性の像担持体を有する画像形成装置であっても、正確に回転トルクで回転負荷を把握し、その負荷変動に応じて、駆動する駆動周波数の設定制御が可能で、クリーニングに最適な条件に設定することができる。
【0185】
さらに、駆動周波数をクリーニング性の検出結果に基づいて設定されるようにすることで、画像形成装置内での加振手段によるクリーニングブレードの共振周波数変化を検知することができ、クリーニングに最適な条件に設定することが可能となる。なお、一般にクリーニング性はブレード通過後の感光体上のトナー量で評価される。
【0186】
次に、クリーニング装置16の加振クリーニングブレード20の他の例について図11及び図12を参照して説明する。
この実施形態では、振動部材22に振動を与える加振手段33として積層型圧電素子を用いている。積層型圧電素子は、それ自体の固有振動数が50〜100kHzと高く、また発生変位力が非常に大きいので、積層型圧電素子を用いることで、振動部材22の板厚を厚くしても高い振動数まで応答が可能な構成が容易となる。
【0187】
ここでは、加振手段33を構成する積層型圧電素子は、例えば一層あたり100μmの圧電層33aと内部電極33bとを交互に積層し、内部電極33bは交互に両端面に引き出して端面電極(外部電極)に接続したものであり、その積層方向の変位であるd33方向変位を利用する構成としている。
【0188】
なお、積層型圧電素子を用いて複数層積層した積層方向に対して直角となる面方向の変位、即ちd31方向変位を利用する構成とすることもでき、この場合変位量が大きくとれ、低電圧化を図れ、ドライバ(駆動回路)コストの低減を図れる。この構成を採用する場合、加振手段23を構成する積層型圧電素子以外図9と同様の構成である。
【0189】
ここで、振動部材22は弾性変形可能な薄板状であり、この振動部材22と対向しする支持部35aを有する剛性の高いホルダである固定部材35に振動部材22の固定端を固定し、固定部材35の支持部35aと振動部材22との間に加振手段33である積層型圧電素子が挟まれるように配置している。ブレード部材21は加振手段33からの振動が振動部材22を介して伝わるように、振動部材22の加振手段233とは反対面の先端領域に配置している。
【0190】
このように、加振手段を固定部と振動部材との間に設けた構成とすることで、効率的に振動部材に振動を伝えることができる。
【0191】
また、加振手段33は、図12に示すように、像担持体1の幅方向で複数個設けている。加振手段33は、比較的幅が狭いブレード部材21の場合、積層圧電素子の断面積の大きいものを使用すれば、1個とする構成も可能である。
【0192】
次に、本発明に係るクリーニング装置を含む本発明に係るプロセスカ−トリッジについて図13を参照して説明する。なお、同図は同プロセスカートリッジの概略構成断面図である。
【0193】
このプロセスカートリッジ50は、像担持体51、帯電手段52、現像手段54、本発明に係るクリーニング装置56等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカ−トリッジを複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。
【0194】
クリ−ニング装置56を着脱自在であるプロセスカ−トリッジ内に具備させることにより、メンテナンス性の向上、他の装置との一体交換が容易に行うことができるようになる。
【0195】
次に、本発明に係るプロセスカートリッジを用いたカラー画像形成装置について図14を参照して説明する。
この画像形成装置は、水平に延在する転写ベルト(像担持体)61に沿って、各色の上述したプロセスカ−トリッジ50を並置した形式のカラー画像形成装置である。
【0196】
プロセスカ−トリッジ50は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色ごとに4つ配置されている。各プロセスカ−トリッジ50で現像された像担持体61上の現像トナーは水平に延在する転写電圧が印加された転写ベルト61に順次転写される。
【0197】
このようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと画像の形成が行なわれ、転写ベルト61上に多重に転写され、転写手段62で転写材18にまとめて転写される。そして、転写材18上の多重トナー像は図示しない定着装置によって定着される。プロセスカ−トリッジ50は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの順で説明したが、この順番に特定されるものではなく、どの順番で並置してもよい。
【0198】
通常、カラーの画像形成装置は複数の画像形成部を有するため装置が大きくなってしまう。また、クリーニングや帯電などの各ユニットが個別で故障したり、寿命による交換時期がきた場合は、装置が複雑でユニットの交換に非常に手間がかかっていた。
【0199】
そこで、本実施形態のように、像担持体、帯電手段、現像手段の構成要素をプロセスカ−トリッジ50として一体に結合して構成することによって、ユーザーによる交換も可能な小型で高耐久のカラー画像形成装置を提供することができる。
【0200】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るクリーニング装置によれば、クリーニングブレード部材を振動させるための加振手段を共振周波数を駆動周波数として駆動するようにしたので、振動量を確保することができてクリーニング性を維持することができる。
【0201】
本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係るクリーニング装置を備えているので、クリーニング不良がなく、高画質画像を形成することができる。
【0202】
本発明に係るプロセスカートリッジによれば、本発明に係るクリーニング装置を備えているので、クリーニング不良がなく、高画質画像を形成することが可能になる。
【0203】
本発明に係る画像形成装置によれば、本発明に係る複数のプロセスカートリッジを備えているので、クリーニング不良がなく、高画質カラー画像を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るクリーニング装置のクリーニングメカニズムを説明するための説明図
【図2】本発明に係るクリーニング装置を備えた本発明に係る画像形成装置の概略構成図
【図3】同画像形成装置のクリーニング装置の一例を示す加振クリーニングブレードの要部拡大説明図
【図4】図3の要部拡大説明図
【図5】同加振クリーニングブレードの正面説明図
【図6】同加振クリーニングブレードを先端側から見た説明図である。
【図7】同クリーニング装置の駆動制御系の一例を説明する説明図
【図8】トナーの円形度の説明に供する説明図
【図9】共振周波数の測定の説明に供する説明図
【図10】周波数と変位量の関係の測定結果の一例を示す説明図
【図11】本発明に係るクリーニング装置の加振クリーニングブレードの他の例の説明に供する説明図
【図12】同加振クリーニングブレードの像担持体幅方向の説明図
【図13】本発明に係るプロセスカートリッジの説明に供する説明図
【図14】本発明に係るプロセスカートリッジを備えた本発明に係る画像形成装置の概略構成図
【図15】従来のクリーニングブレードの説明に供する説明図
【図16】同クリーニングブレードの像担持体が移動しているときの状態を示す要部拡大説明図
【図17】同クリーニングブレードを用いた粉砕トナーのクリーニングメカニズムの説明に供する説明図
【図18】同クリーニングブレードを用いた粉砕トナーのクリーニングメカニズムにおけるスティック・スリップ運動の説明に供する説明図
【図19】同クリーニングブレードを用いた球形トナーのクリーニング不良の発生メカニズを説明する説明図
【図20】同クリーニングブレードを用いた球形トナーのクリーニング不良の発生メカニズを説明する説明図
【符号の説明】
1…ブレード部材、11…像担持体、20…加振クリーニングブレード、21…ブレード部材、22…振動部材、23…加振手段、28…駆動回路、50…プロセスカートリッジ。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a cleaning device, an image forming apparatus, and a process cartridge.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-188452
[Patent Document 2] JP-A-2000-267536
[Patent Document 3] JP-A-62-111489
[Patent Document 4] JP-A-6-51673
[Patent Document 5] JP-A-11-30938
[0003]
2. Description of the Related Art In an image forming apparatus using an electrophotographic method, such as a printer, a facsimile, and a copier, an electrostatic latent image formed by charging and exposing an image carrier surface is developed with a colored toner to form a toner image as a visible image. The toner image is formed and transferred to a transfer target such as transfer paper, or once transferred to an intermediate transfer member, and then transferred to a transfer target such as transfer paper, and fixed with a hot roll or the like to form an image. Has formed.
[0004]
Since untransferred toner generally remains on the surface of the image carrier after the transfer of the toner image, it is necessary to remove the residual toner by some cleaning means prior to the next image forming process. . In general, other foreign substances adhering to the surface of the image carrier are removed together with the residual toner by a cleaning unit.
[0005]
Various methods such as a method using a fur brush, a magnetic brush and the like, and a method using a cleaning blade made of an elastic material are used as cleaning means for removing the residual toner and the like of the transfer. Means for scraping off the toner by rubbing the image carrier with a cleaning blade is generally used because of its low cost and high performance stability. As an elastic body used as a material of the cleaning blade, polyurethane rubber is often used because of its excellent wear resistance.
[0006]
On the other hand, in recent years, in order to improve the image quality of a full-color image forming apparatus, toner particles have been reduced in particle size and made spherical. By reducing the diameter, the reproducibility of the dots of the toner image formed on the surface of the image carrier can be improved, and by making the particles spherical, the developability and transferability can be improved.
[0007]
As described above, instead of the conventional pulverization method, a method of producing a polymerized toner accompanied by a polymerization reaction, which is a chemical reaction, has been performed as a method of forming a toner into a spherical shape for improving image quality. As a method for producing this polymerized toner, even if it is in the same category of the polymerization reaction, there are some differences in the production method, but there is no need for a pulverizing and classification step as in the case of a pulverized toner, or this step can be greatly reduced. This is advantageous.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of using the above-described spherical toner having a small particle diameter (hereinafter, these may be referred to as “spherical toner”), a problem that good cleaning performance cannot be obtained, particularly in a blade cleaning system. May occur.
[0009]
It has been clarified that this cleaning performance defect and cleaning defect occur even when the conventional pulverized toner is reduced in particle size and sphere by mechanical treatment (re-pulverization) or heat treatment. Regardless of the manufacturing method, when the toner has a small particle size and a spherical shape, good cleaning performance cannot be obtained by blade cleaning.
[0010]
The toner having such a cleaning defect becomes an image quality defect at the time of forming the next output image. In particular, when the charging device is a roller-type contact type charger, the toner cannot be removed by the cleaning blade (not cleaned). ) The effect is large because toner may accumulate on the roll-shaped charger and cause charging failure.
[0011]
In particular, in the case of a toner in which the circularity of the toner (the details of the circularity will be described later) is close to 1, that is, in the case of a toner having a spherical shape (true sphere), the cleaning property is significantly deteriorated. Even a toner having a circularity of 0.95 or less has a shape distribution, and therefore has a substantially spherical toner, and the cleaning property tends to deteriorate over time.
[0012]
In addition, the cleaning property tends to deteriorate as the particle size of the toner used for development decreases. The image forming apparatus is used in a temperature range of about 10 ° C. to 30 ° C., and especially at a low temperature, the deterioration of the cleaning property becomes remarkable.
[0013]
In the cleaning method using a cleaning blade, since the toner is scraped off by rubbing the image carrier with the rubber blade as described above, the edge tip of the rubber blade is caused by frictional resistance between the image carrier and the rubber blade. It is deformed, forming a small wedge-shaped space between the two. In this space, the smaller the diameter of the toner is, the more easily the toner enters the edge tip, and the toner that has entered the edge tip is hard to be replaced, and forms a non-flow area.
[0014]
Further, since spherical toner is more likely to be packed closest than irregular toner, it is likely to be compacted in a minute space near the contact point between the edge of the cleaning blade and the image carrier. In a state where the frictional resistance between the toner in the non-flow area and the image carrier is relatively small and the toner is slipping on the image carrier, no cleaning failure occurs, but the external additive due to the rubbing with the image carrier. When the frictional force between the toner and the image carrier increases due to separation of the toner, the spherical toner starts to roll between the cleaning blade and the image carrier and slips through because the rolling friction is smaller than that of the conventional crushed irregular-shaped toner. Conceivable.
[0015]
Therefore,
In Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-157, cleaning is performed by scraping off residual toner on the surface of a photoreceptor after transfer in order to efficiently remove residual toner on an image carrier of an image forming apparatus using a spherical toner manufactured by a polymerization method. There is disclosed a cleaning device that includes a blade and a cleaning brush that is disposed upstream of the cleaning blade in the moving direction of the photoconductor and that crushes residual toner to generate fine toner on the photoconductor.
[0016]
Also,
In Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163, in order to improve the cleaning performance of an image carrier cleaning blade of an image forming apparatus for spherical toner, a surface carrying a toner image formed by spherical toner passes through a transfer area and a cleaning area. A rotatable toner image carrier, a transfer device for transferring a toner image on the surface of the toner image carrier passing through the transfer area to a transfer material, and a frictional contact with the toner image carrier surface passing through the cleaning area. A cleaning blade made of an elastic member having a blade edge for removing residual toner on the surface of the toner image carrier; and a powder lubricant applied to the blade edge and an irregular toner having an average particle diameter smaller than the spherical toner. There is disclosed an image forming apparatus including a toner image carrier cleaner having a mixed powder material.
[0017]
On the other hand, as a cleaning device for an image forming apparatus,
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163, the cleaning blade is forcibly applied to drop toner or foreign matter that is to adhere to the cleaning blade and to prevent squeal due to solid contact between the cleaning blade and the photoconductor. Some are made to vibrate dynamically.
[0018]
Also,
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-157, the photosensitive member is brought into contact with the photosensitive member and shaken.
There is one provided with a vibration means capable of adding motion. further,
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-157, the vibration blade is provided with vibration means for applying vibration to a fixed end (non-cleaning portion) of a cleaning blade to float particles on the surface and remove the particles from the surface. There is also.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
However,
The cleaning device described in Patent Document 1 has a cleaning brush that crushes residual toner to generate fine toner on a photoreceptor, thus not only increasing the size of the device, but also cleaning the resin toner. It is very difficult to pulverize, and even if it can be pulverized, damage to the surface of the image carrier occurs, and the image quality deteriorates.
[0020]
Also,
In the cleaning device described in Patent Document 2, since a mixed powder material with an irregular toner having an average particle diameter smaller than that of the spherical toner is used, the image quality is improved by using the spherical toner. Is reduced, and as a result, image quality is reduced.
[0021]
further,
[Patent Document 3],
[Patent Document 4] and
In the cleaning device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163, only a vibration for dropping toner or the like adhering to a cleaning blade or a vibration for floating toner from the surface of an image carrier is applied, and a spherical toner is used. Since the vibration corresponding to the mechanism of the occurrence of the cleaning failure is not given, the cleaning failure occurs for the spherical toner.
[0022]
Therefore, the present inventors first studied the mechanism of the cause of the occurrence of cleaning failure in the counter-type cleaning blade when spherical toner was used, and clarified the mechanism.
[0023]
That is, as shown in FIG. 15, in a typical cleaning apparatus using a counter-type cleaning blade, the tip of the cleaning blade 101 held by the metal holder 100 is moved relative to the image carrier 111. An abutment surface 101c of the cleaning blade 101 and the surface of the image carrier 111 are brought into contact with each other so as to form a counter with respect to the rotation direction A, and the tip (free end) of the cleaning blade 101 is pressed by a pressing amount d. By pressing against the image carrier 111, the residual toner on the image carrier 111 is cleaned.
[0024]
Here, the conventional cleaning blade 101 is usually a rubber elastic member mainly composed of polyurethane rubber, and has a JIS hardness of 65 to 70 °, a thickness of about 1.5 to 2.0 mm, and a free length of the blade from the metal holder 100. Generally, the protrusion amount is 8 to 15 mm, and the contact angle θ is 20 to 30 °.
[0025]
When the image carrier 111 rotates in a state where the image carrier 111 and the cleaning blade 101 are in contact with each other, as shown in FIG. 16, the cleaning blade 101 is an elastic member. By moving in the direction A, the edge 101b of the cut surface 101a of the blade 101 is pulled in the direction A by the frictional force with the image carrier 111, and the cut surface 101a (tip surface) of the blade 101 is deformed and turned up. State. By turning up the cut surface 101a, a wedge-shaped nip portion N is formed between the cut surface 101a at the tip of the blade 101 and the image carrier 111.
[0026]
In this case, when the toner to be used is the pulverized toner, as shown in FIG. 17, the pulverized toner Ta has a distorted shape, and thus the wedge-shaped nip formed by the cleaning blade 101 and the image carrier 111 is used. As a result, the edge of the toner Ta is caught. At this time, a repelling force acts to return the deformed portion of the tip end surface of the blade 101 to the original state, and a so-called stick-slip motion occurs.
[0027]
This stick-slip motion will be described with reference to FIG. When the blade nip becomes sticky (fixed) on the surface of the moving image carrier, the blade nip is forcibly stretched in the rotation direction of the image carrier 111 as shown by a broken line in FIG. When the blade nip is extended to a certain position, the repulsive force of the blade increases, and when the static friction force and the repulsive force are balanced, the blade nip slides on the surface of the image carrier. In a state in which slippage occurs between the blade nip and the image carrier, the blade nip returns to the original direction (the direction shown by the solid line) while sliding on the surface of the image carrier because the dynamic friction coefficient is smaller than the static friction coefficient. Due to the returning force of the repetitive motion of the stick-slip (the range is indicated by SP), the toner Ta staying in the wedge-shaped nip portion is returned in the direction opposite to the traveling direction of the image carrier 111. It is cleaned by receiving force.
[0028]
In contrast, a case where spherical toner is used as the toner will be described with reference to FIG. This figure shows the behavior when the spherical toner Tb enters the wedge-shaped nip formed by the cleaning blade 101 and the image carrier 111.
[0029]
When the spherical toner Tb is used, since the toner does not have a distorted portion unlike the pulverized toner Ta, the toner does not catch on the tip of the blade 101, so that the toner enters the wedge-shaped nip portion, and the cleaning blade 101 and the image carrier 111. The spherical toner Tb sandwiched between the rollers receives a moment of rotation using the contact portion as a drive source due to frictional force with the image carrier 111. Therefore, the spherical toner Tb moves in the same direction as the rotation direction of the image carrier 111 while rotating in the direction opposite to the traveling direction of the image carrier 111, and passes through between the blade 101 and the image carrier 111. Cleaning failure occurs.
[0030]
At this time, once the spherical toner Tb slips through, the spherical toner Tb functions as a lubricant between the cleaning blade 101 and the image carrier 111 as shown in FIG. It functions to reduce the frictional force of the carrier 111 and release the curl of the tip (cut) surface of the blade 101 (return the blade 101 to its initial shape). Therefore, the above-described stick-slip motion, which is a basic function of cleaning by the blade 101, does not occur, and a phenomenon that toner cleaning failure occurs continuously occurs.
[0031]
Although the mechanism of the occurrence of defective cleaning of the spherical toner has been described above, the small-diameter toner is more likely to enter the wedge-shaped nip portion shown in FIG. It has been confirmed that the smaller the diameter of the toner is, the less the toner is caught at the edge portion, so that the toner easily passes through.
[0032]
The present invention has been made based on the above problems and knowledge, and provides a cleaning device having improved cleaning properties, an image forming apparatus and a process cartridge including the cleaning device, and an image forming apparatus including the process cartridge. The purpose is to do.
[0033]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, a cleaning device according to the present invention includes a vibration member that is long in the width direction to which one or a plurality of vibration units are attached, and a vibration member that is long in the width direction attached to at least a distal end region of the vibration member. A blade member and driving means for driving the vibrating means at the resonance frequency are provided, and the vibration member applies vibration to the blade member and presses the blade member against the image carrier.
[0034]
Here, it is preferable that the driving means can change the driving frequency. In this case, the driving frequency is preferably set based on the frictional resistance between the blade member and the image carrier. In this case, the drive frequency is set based on the friction coefficient of the surface of the image carrier, or set based on the rotational torque of the image carrier, or set based on the detection result of the cleaning property. Is preferred.
[0035]
Preferably, the vibrating means is a piezoelectric element. Further, it is preferable that the toner is a polymerized toner produced by a polymerization method.
[0036]
The process cartridge according to the present invention includes an image carrier, a charging unit, a developing unit, and a transfer unit, and a cleaning unit, and is detachable from an image forming apparatus main body. It was configured as a cleaning device.
[0037]
An image forming apparatus according to the present invention is configured to include the cleaning device according to the present invention or the process cartridge according to the present invention for cleaning toner remaining on the surface of an image carrier.
[0038]
An image forming apparatus according to the present invention is configured to include a plurality of process cartridges according to the present invention.
[0039]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First, a cleaning mechanism by the cleaning device according to the present invention will be described with reference to FIG.
The cleaning device according to the present invention has a configuration in which vibration is efficiently applied to a tip region of a blade member (hereinafter, also referred to as a “cleaning blade”) 1. Then, the vibration of the blade member 1 is transmitted to the toner T between the tip of the blade member 1 and the image carrier 11, and the vibration of the tip region of the blade member 1 is transmitted to the image carrier 1. Vibration is also transmitted from the image carrier 1 to the toner T.
[0040]
These vibrating operations are performed by vibrating the nip portion of the blade member 1 so that the nip portion has a shape and movement different from those of a conventional cleaning device using vibration, so that spherical toner and small-diameter toner enter the blade nip portion. Thus, it is possible to eliminate defective cleaning of the spherical toner and the small-diameter toner.
[0041]
That is, FIG. 1 illustrates a state in which the blade member 1 is in a vibrating state, the vibration is transmitted to the spherical toner T, and the toner T is actively vibrating (indicated by a white arrow in the figure). FIG. This illustrates the result of observation with a high-speed video camera through a high-power microscope. At this time, as shown in the figure, the blade member 1 is not turned up in the cut surface, and the edge 1b of the cut surface 1a may be in a state of maintaining the initial shape with respect to the surface of the image carrier 11. I understand. Incidentally, reference numeral 1c in the figure denotes an abdominal surface of the blade member 1 (a surface facing the surface of the image carrier 11).
[0042]
Then, at this time, it is found that the spherical toner T in the vicinity of the tip cut surface 1a of the blade member 1 and the image carrier 11 oscillates over a range of several toners (range B in the drawing). did.
[0043]
In such a state, the vibrating toner group (toner of the portion B) near the nip portion acts like a barrier (oscillating toner wall), and the toner T (the portion C in FIG. ) Is prevented, and cleaning failure does not occur at all even for a spherical toner that is close to a true sphere.
[0044]
At this time, the frictional force between the blade member 1 and the image carrier 2 is reduced by vibrating the blade member 1 and transmitting the vibration from the blade member 1 to the image carrier 11. It has been found that there is a condition that eliminates the phenomenon in which the cut surface 1a of the blade member 1 that has occurred is eliminated. The term "turning of the cut surface" used here means that a molded elastic member is usually cut in the thickness direction and its edge is finished with a sharp shape without burrs, chips, etc. This means that the surface is deformed as the image carrier moves and comes into contact with the surface of the image carrier (the state shown in FIG. 23 described above).
[0045]
Eliminating the occurrence of the turning of the cut surface of the blade member 1 reduces the stress from the blade member 1 to the image carrier 11, and as a result, the durability of the blade member 1 and the image carrier 11 is significantly improved. It was also found that a very great effect of improvement was obtained.
[0046]
As described above, the cleaning operation is performed by vibrating the blade member to generate a contact portion between the surface of the blade member and the image carrier. As a “vibration cleaning blade”). This portion is called a nip portion. The inventor's earnest research has shown that the cleaning blade (blade member) is vibrated by the vibrating means, and the amount of vibration displacement has a correlation with the cleaning performance. The correlation means that the greater the vibration displacement of the cleaning blade, the better the cleaning performance.
[0047]
However, as long as the vibration means vibrates under any vibration conditions, the cleaning property is not improved. Depending on the conditions, a phenomenon in which the effect of the vibration does not appear at all has also been found by the inventors' earnest research.
[0048]
By the way, when the cleaning blade and the image carrier are assembled, it is known that the cleaning blade and the image carrier have natural vibrations at frequencies different from the natural frequencies of the respective members. This is not limited to the blade and the image carrier, and is an event that always occurs between the two bodies. The natural frequency at this time is called a “resonance frequency”.
[0049]
As described above, in the cleaning property, it has been described that the larger the vibration displacement amount by the vibrating means, the better the cleaning property. In order to secure the vibration displacement amount with as little energy as possible, it has been found that the vibration means should be driven at the resonance frequency at the time of the cleaning operation, that is, when the cleaning blade and the image carrier are assembled. Therefore, in one example of the present invention, by using a piezoelectric element, which is easy to drive and control, as a vibration means, and driving at a resonance frequency, a larger vibration displacement can be obtained with a small driving voltage. I have. .
[0050]
In the vibrating cleaning blade, a resonance frequency (a natural frequency determined by the blade and the image carrier) that changes during the cleaning operation or is determined to some extent when the blade and the image carrier are assembled is applied. The cleaning property can be maintained by using the driving frequency of the vibration means and securing the vibration displacement amount.
[0051]
Here, it is preferable that the driving frequency for driving the piezoelectric element is outside the audible range. The reason for this is that if the driving frequency is in the audible range, unpleasant sounds for humans will enter the cleaning operation, which is not preferable. It is preferable to drive as much as possible outside the audible range, specifically at a frequency other than 20 Hz to 17 kHz. However, if a configuration capable of soundproofing the entire vibrating cleaning blade can be mounted on the image forming apparatus, The drive frequency may be in the audible range.
[0052]
Thus, an image forming apparatus according to the present invention including the cleaning device according to the present invention will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the image forming apparatus.
[0053]
This image forming apparatus includes an image carrier 11 that rotates in the direction of arrow A, and a charging unit 12, an exposure unit 13, a developing unit 14, a transfer unit 15, a cleaning device 16, and a charge removing unit 17 are arranged around the image carrier 11. . Further, a fixing device (not shown) for fixing the toner image on the transfer material 18 transferred from the image carrier 11 is provided.
[0054]
Here, the charging unit 12 is disposed on the surface of the image carrier 11 at a predetermined distance in contact with or not in contact with the image carrier 11. By applying a bias to the charging unit 12, the image carrier 11 has a predetermined polarity, It is charged to a predetermined potential.
[0055]
The exposing unit 13 uses an LD or LED as a light emitting element, and irradiates the image carrier 11 with light based on image data to form an electrostatic latent image.
[0056]
The developing means 14 includes a magnet roller fixed inside and a rotatable developer carrier 14A, and holds the developer on the developer carrier 14A. In this image forming apparatus, two-component magnetic brush development is performed using a two-component developer composed of a toner and a carrier as a developer. As another developing method, a one-component developing method using no carrier may be used.
[0057]
A voltage is applied to the developer carrier 14A from a developing bias power supply. Due to the potential difference between the developing bias and the potential of the electrostatic latent image formed on the surface of the image carrier 11, the charged toner is attached to the electrostatic latent image in the developing area to perform development.
[0058]
The transfer means 15 comes into contact with the surface of the image carrier 11 with a predetermined pressing force at the time of transfer, and a voltage is applied, so that the surface of the image carrier 11 is transferred at a transfer nip portion between the image carrier 11 and the transfer means 15. Is transferred to the transfer material 18. In this image forming apparatus, transfer is performed using a transfer roller, but transfer means such as a corotron or a transfer belt may be used.
[0059]
The cleaning device 16 is a cleaning device according to the present invention, and includes a blade member 21, a vibrating member 22, a vibrating means 23, and a portion composed of these members is referred to as a "vibrating cleaning blade 20". By driving the vibrating means 23 to vibrate the vibration member 22 and apply a required vibration to the blade member (hereinafter referred to as “blade”) 21, the residual toner on the surface of the image carrier 11 is removed.
[0060]
The toner cleaned from the image carrier 11 by the cleaning device 16 is stored in a waste toner bottle (not shown) as waste toner by a toner transport member, collected by a service person or the like, or transported to a developing device or the like as recycled toner. Used for development.
[0061]
The charge removing means 17 removes the residual charge of the image carrier 11 from which the residual toner has been removed by the cleaning device 16, and uses an optical charge removing device using an LED or the like.
[0062]
Next, details of an example of the configuration of the cleaning device 16 will be described with reference to FIGS. 3 is an enlarged view of a main part of the vibrating cleaning blade of the cleaning device, FIG. 4 is an enlarged explanatory view of a main part of FIG. 3, FIG. 5 is a front view of the vibrating cleaning blade, and FIG. FIG. 4 is an explanatory view of the vibration cleaning blade viewed from a tip end side.
[0063]
As described above, the vibrating cleaning blade 20 of the cleaning device 16 includes a blade 21 having substantially the same width as the axial direction of the image carrier 11, and the same image carrier 11 having the blade 21 attached to the distal end region. A vibration member 22 having substantially the same width as the axial width of the vibration member 22 and vibration means 23 attached to the vibration member 22.
[0064]
The blade 21 is arranged in contact with the rotating direction of the image carrier 11 in a leading (counter) direction.
[0065]
The blade 21 is an elastic body made of, for example, polyurethane rubber and has a thickness in the range of 50 to 2000 μm, preferably in the range of 100 to 500 μm. If the thickness is too small, it is difficult to secure the pressing amount of the blade 21 against the image carrier 11 due to the undulation of the surface of the image carrier 11 and the blade 21 itself. If the thickness is too large, the vibration from the vibration member 22 will be absorbed, and the vibration to the tip of the blade 21 will not be sufficiently transmitted, and the cleaning property of the toner will decrease. When the thickness of the blade 21 is large, the vibration transmission efficiency can be increased by using a hard member having a JISA hardness in the range of 85 to 100 ° as the material of the blade 21.
[0066]
Here, depending on the method of manufacturing the thin urethane blade, a structure in which one or more members are interposed between the blade 21 and the vibration member 22 may be employed. For example, when molding a thin urethane blade, it is integrally joined to an existing resin film such as PET having a higher hardness than urethane. As a result, the nip portion of the flade 21 needs a sharp edge, but the handling of the cutting operation for that purpose is improved. In this case, after integrally cutting PET and urethane, the PFT side is joined to the vibration member 22 and attached.
[0067]
The vibrating member 22 is formed of a material that can vibrate and has higher rigidity than the elastic blade 21, such as a metal member such as a soft steel plate or a SUS plate, or a resin molded member mixed with carbon or glass fiber. . The vibrating member 22 has one end fixed to the fixing portion 24 and the other end as a free end 23a, and the blade 21 is attached to the free end. The fixing portion 24 is fixed to a housing 25 of the cleaning device as shown in FIG.
[0068]
The vibrating member 22 also functions as a holder for the blade 21 and is a member that determines a pressing force of the blade 21 against the image carrier 11 and a contact angle. That is, in the conventional blade, the pressing force of the blade nip against the image carrier is given by the restoring force of the elastic blade itself. On the other hand, in the present invention, the blade 21 has a thin member configuration in order to increase the propagation efficiency of vibration, and the pressing force of the blade alone cannot be secured. It is configured to apply a pressing force to the image carrier 11.
[0069]
As a result, the vibration propagation efficiency can be increased while using a thin elastic blade member, and the nip corresponding to the warpage of the blade member and the undulation of the surface of the image carrier can be formed stably, and the reliable cleaning performance can be obtained. Can be
[0070]
The vibration means 23 applies vibration to the vibration member 22, and here uses a piezoelectric element as an electromechanical conversion element, particularly a plate-like (single-plate) piezoelectric element. By using a plate-shaped piezoelectric element as the vibration means 23, a vibration means capable of easily obtaining a displacement amount at low cost can be configured.
[0071]
As shown in FIGS. 5 and 6, the vibrating means 23 has a configuration in which the blade 21 and the vibration member 22 are long in the axial direction (width direction) of the image carrier 11 and a plurality of vibration members 22 are arranged on the vibration member 22. I have. The number of the vibrating means 23 may be one, but by arranging a plurality of them at intervals, it is easy to obtain the uniformity of the vibration of the vibration member 22 in the width direction. Although it is conceivable to provide one long piezoelectric element, in the case of a plate-shaped piezoelectric element, it is preferable to arrange a plurality of piezoelectric elements at an interval in order to use bending deformation due to expansion and contraction in the plate surface direction. .
[0072]
The vibrating means 23 is provided near the tip of the vibrating member 22 on the image carrier 1 side, that is, on the surface of the free end 22b opposite to the blade and the mounting surface. Depending on the configuration of the vibration member 22, the mounting position is not particularly limited as long as the vibration means 23 can vibrate the vibration member 22 between the fixed end of the vibration member 23 and the tip (free end) of the blade 21. Absent.
[0073]
As shown in FIG. 4, the single-plate piezoelectric element constituting the vibration means 23 is formed by printing and firing on both surfaces of a piezoelectric layer 23a of lead zirconate titanate or the like, that is, on the bonding surface with the vibration member 22 and the opposite surface. Electrodes 23b and 23c made of Ag or the like. By applying a voltage of 100 to 300 V to a piezoelectric element (piezoelectric layer 23a) having a thickness of 0.3 to 0.5 mm, which is polarized by using the electrodes 23b and 23c, the contraction deformation in the plate surface direction is reduced. As a result, deformation vibration that causes the vibration member 22 to bend can be given. This bending vibration has a high deformation efficiency when the rigidity of the piezoelectric element (vibration means 23) and the vibration member 22 are substantially the same. For example, the metal vibration member 22 having a thickness of 0.2 to 0.4 mm or the thickness of 0 is used. It is preferable to use a resin vibration member having a thickness of 0.3 to 1.0 mm.
[0074]
As shown in FIG. 7, in the cleaning device 16, as shown in FIG. 7, a driving signal (driving waveform) is commonly applied to the piezoelectric elements constituting the plurality of vibrating means 23 of the vibrating blade 20. There is provided a drive circuit 28 which is a drive unit according to the present invention for applying Pv.
[0075]
As described above, when a plurality of vibrating units are provided in the width direction of the blade member, by driving with a common drive circuit, the uniformity of vibration in the width direction of the blade member can be improved.
[0076]
The driving circuit 28 is controlled by the main control unit 29 of the image forming apparatus, and supplies a driving signal Pv having a required driving frequency, here a resonance frequency, to the vibration means 23 at a predetermined timing. Further, in this embodiment, one vibration cleaning blade 20 is used to clean the entire width of the image carrier 11 in the width direction. However, a plurality of vibration cleaning blades 20 are provided to cover the entire width in the width direction. (In this case, the blade 21 and the vibration member 22 have a length obtained by dividing the width of the image carrier 11 in the axial direction into a plurality of parts.) In this case as well, each of the plurality of vibrating cleaning blades 20 is provided. It is preferable that the vibration means is driven by a common driving circuit.
[0077]
Here, in this embodiment, a metallic member (conductive member) is used as the vibration member 22, and the electrodes 23 c of the piezoelectric elements constituting the plurality of vibration means 23 are directly contacted with the vibration member 22 to electrically connect the vibration members 22. By connecting, the electrodes 23c of the plurality of vibrating means 23 are commonly connected via the vibrating member 22. This makes it possible to apply the drive signal with a simple circuit configuration. The direct contact can be easily obtained by finishing the bonding surface side of the electrode 23c to a rough surface and bonding the electrode 23c to the vibration member 22 with a thin adhesive layer. Alternatively, the direct contact may be performed using a conductive adhesive. Good.
[0078]
In the cleaning device 16 configured as described above, the driving circuit 28 supplies the driving signal Pv having the resonance frequency determined by the correlation between the vibration cleaning blade 20 and the image carrier 11 to the plurality of vibration means 23. The vibrating member 22 vibrates by giving bending deformation to the piezoelectric elements constituting the plurality of vibrating means 23, and the blade 21 vibrates at the resonance frequency by the vibration of the vibrating member 22.
[0079]
In this way, by driving the vibration means at the resonance frequency to apply the vibration to the blade member and the pressing force of the blade member against the image carrier by the vibration member, the vibration displacement amount can be secured, High cleaning performance of the vibrating cleaning blade for toner remaining on the surface of the carrier can be ensured. In this case, the drive at the resonance frequency can be easily performed by using the piezoelectric element as the vibration means.
[0080]
Therefore, embodiments of the present invention will be described more specifically.
(How to drive the vibrating cleaning blade)
A driving waveform (driving signal) for causing a constant vibration of a set voltage value to be applied to the piezoelectric element serving as the vibration means 23 from a driving power supply. The drive power supply was experimentally constituted by a function generator for generating a pulse signal, and was applied to the piezoelectric element through a power supply for amplifying a signal generated from the function generator. Then, in order to observe the voltage actually applied to the piezoelectric element, the amplified voltage was branched and monitored by an oscilloscope.
[0081]
As described above, when a plurality of piezoelectric elements are arranged and operated, or when a plurality of color image carriers and cleaning blades need to be arranged as in a tandem machine, a plurality of function generators and power However, the same power supply may be divided into a plurality of power supplies, and each of them may be applied to the piezoelectric element. However, if the number of branches is large, a power supply having a sufficient output is required.
[0082]
In the image forming apparatus of the above-described embodiment and a process cartridge described later, a power supply in a smaller space is preferable. Therefore, the vibration means 23 is driven using a driver (drive circuit 28) in which a function generator and a power supply are integrated. . At this time, the main control unit 29, which controls the entire image forming apparatus and the process cartridge, changes the driving condition of the driver according to the situation, or synchronizes the driving condition with the operation sequence at the time of image formation or non-image formation. The driving of the vibration means 23 can be controlled.
[0083]
Next, the toner as the visualized particles used in the examples of the present invention will be described. (Example of Toner)
In this embodiment, a polymer toner having a high sphericity and produced by a solution suspension method was used in order to improve the image quality. The characteristics are as follows.
Circularity 0.980
Weight average particle size 5.41 μm
Carrier Silicon coated carrier with a weight average particle size of 50 μm
(Magnetite core material)
[0084]
Here, the circularity of the toner will be described. In order to form a high-quality image in an image forming apparatus using a spherical toner, it is important that the toner has a specific shape, the average circularity is less than 0.95, and the irregular shape is too far from the spherical shape. With the shape, a high quality image without transferability and dust cannot be obtained. Therefore, the circularity of the spherical toner is preferably 0.95 or more.
[0085]
As a method of measuring the shape, a method of an optical detection zone in which a suspension containing particles is passed through an imaging unit detection zone on a flat plate, and a particle image is optically detected and analyzed by a CCD camera is appropriate. is there. A toner having an average circularity of 0.95 or more, which is a value obtained by dividing the perimeter of an equivalent circle having the same projected area obtained by this method by the perimeter of an actual particle, has a reproducible high-definition image with an appropriate density. It has been found to be effective in forming. FIG. 8 shows the definition of the circularity.
[0086]
More preferably, the average circularity of the toner is 0.960 to 0.998. This value can be measured as an average circularity by a flow type particle image analyzer FPIA-2000 (trade name, manufactured by Toa Medical Electronics Co., Ltd.). As a specific measuring method, 0.1 to 0.5 ml of a surfactant, preferably an alkylbenzene sulfonate, is added as a dispersing agent to 100 to 150 ml of water from which impurity solids have been removed in advance in a container. About 0.1 to 0.5 g. The suspension in which the sample is dispersed is subjected to a dispersion treatment with an ultrasonic disperser for about 1 to 3 minutes, and the concentration of the dispersion is set to 3000 to 10,000 / μl, and the shape and distribution of the toner are measured by the above apparatus. .
[0087]
Further, the toner particle size can be measured as follows. The average particle size and particle size distribution of the toner were analyzed using a Coulter Multisizer III (manufactured by Coulter, trade name), connected to a personal computer (manufactured by IBM), and using dedicated analysis software (manufactured by Coulter). The Kd value was set using 10 μm standard particles, and the aperture current was set by automatic setting. As the electrolyte, a 1% NaCl aqueous solution is prepared using primary sodium chloride. In addition, ISOTON-II (trade name, manufactured by Coulter Scientific Japan) can be used.
[0088]
As a measurement method, 0.1 to 5 ml of a surfactant, preferably an alkylbenzene sulfonate, is added as a dispersant to 100 to 150 ml of the aqueous electrolytic solution, and 2 to 20 mg of a measurement sample is further added. The electrolytic solution in which the sample was suspended was subjected to dispersion treatment for about 1 to 3 minutes using an ultrasonic disperser, and 50,000 counts of toner of 2 μm or more were measured using a 100 μm aperture tube to obtain a weight average particle diameter.
[0089]
Next, a method for producing the polymerized and spherical toner will be described.
Examples of the method for producing the toner having a circularity of 0.960 to 0.998 include wet granulation such as suspension polymerization, emulsion aggregation, dispersion polymerization, interfacial polymerization, dissolution suspension, and phase inversion emulsification. Manufacturing method. In the case of a toner obtained by pulverizing and classifying a melt-kneaded product, a toner having a high circularity can be produced by heat treatment of the toner, but this is not preferable in terms of energy efficiency.
[0090]
Among the above-mentioned wet granulation methods, the suspension polymerization method and the dispersion polymerization method are superior in that a toner having a high circularity is stably obtained, a sharp particle size distribution is obtained, and the charge of the toner is controlled. ing. Further, the dissolution suspension method is excellent in that a polyester resin which is advantageous in terms of low-temperature fixability of the toner can be used. Hereinafter, the suspension polymerization method, the dispersion polymerization method, and the dissolution suspension method will be described in detail.
[0091]
(Suspension polymerization method)
For a specific monomer described below, a dispersion stabilizer, and a coloring agent, and further, if necessary, a crosslinking agent, a charge control agent, and a release agent are uniformly dispersed by a ball mill or the like, and then a polymerization initiator is added thereto. In addition, a monomer phase was obtained, and the aqueous dispersion medium phase prepared in advance by stirring with the monomer phase was placed in a stirring tank, stirred by a homogenizer, etc., and the resulting suspension was heated after replacement with nitrogen to carry out a polymerization reaction. Is completed to obtain colored resin particles, which are washed and dried to obtain toner particles having a high circularity.
[0092]
The polymerizable monomer used for suspension polymerization is a monomer having a vinyl group, and specific examples thereof include the following monomers. That is, styrene, o-methyl styrene, m-methyl styrene, p-methyl styrene, 2,4-dimethyl styrene, butyl styrene, styrene such as octyl styrene, and derivatives thereof, among which styrene monomers are most preferred .
[0093]
Other vinyl monomers include ethylenically unsaturated monoolefins such as propylene, butylene and isobutylene, vinyl halides such as vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl bromide and vinyl fluoride, vinyl acetate, and vinyl propionate. , Vinyl esters such as vinyl benzoate and vinyl butyrate, methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, propyl acrylate, n-octyl acrylate, dodecyl acrylate, acrylic acid-2 -Ethylhexyl, stearyl acrylate, 2-chloroethyl acrylate, phenyl acrylate, α-methyl methacrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-methacrylic acid Acrylic acid or methacrylic acid such as octyl, dodecyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, stearyl methacrylate, phenyl methacrylate, diethylaminoethyl methacrylate, etc., α-methylene aliphatic monocarboxylic esters, acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylamide Derivatives, vinyl ethers such as vinyl methyl ether and vinyl isobutyl ether, vinyl ketones such as vinyl methyl ketone, vinyl hexyl ketone and methyl isopropenyl ketone, N-vinyl pyrrole, N-vinyl carbazole, N-vinyl indole, N-vinyl pyrrolidone N-vinyl compounds, vinyl naphthalene, and the like, and these monomers can be used alone or in combination.
[0094]
In the suspension polymerization method, in order to form a crosslinked polymer in the monomer composition, the following crosslinker may be used to carry out suspension polymerization. As the crosslinking agent, divinylbenzene, divinylnaphthalene, polyethylene glycol diacrylate, diethylene glycol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, 1,3-butylene glycol diacrylate, 1,6-hexane glycol dimethacrylate, neopentyl glycol diacrylate, Dipropylene glycol dimethacrylate, polypropylene glycol dimethacrylate, 2,2'-bis (4-methacryloxydiethoxyphenyl) propane, 2,2'-bis (4-acryloxydiethoxyphenyl) propane, trimethylolpropane trimethacrylate , Trimethylol methane tetraacrylate, dibromoneopentyl glycol dimethacrylate, diallyl phthalate and the like.
[0095]
If the amount of the cross-linking agent is too large, the toner is less likely to be melted by heat, and the heat fixing property and the heat pressure fixing property are inferior. If the amount of the cross-linking agent is too small, the properties required for the toner, such as blocking resistance and durability, are reduced. A cold offset occurs in which the toner adheres and is transferred to the next paper. Therefore, the amount of the crosslinking agent used is 0.001 to 15 parts by weight, preferably 0.1 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the polymerizable monomer.
[0096]
The following can be used as the dispersion stabilizer in the suspension polymerization method. That is, polyvinyl alcohol, starch, methylcellulose, carboxymethylcellulose, hydroxymethylcellulose, water-soluble polymers such as sodium polyacrylate, sodium polymethacrylate, barium sulfate, calcium sulfate, barium carbonate, magnesium carbonate, calcium phosphate, talc, clay Diatomaceous earth, metal oxide powder and the like are used. These are preferably used in the range of 0.1 to 10% by weight based on water.
[0097]
In the suspension polymerization method, the polymerization initiator may be added to the dispersion liquid containing the monomer composition after granulation, but the point of imparting the polymerization initiator uniformly to the individual monomer composition particles. Therefore, it is preferable to include the monomer composition in the monomer composition before granulation. Examples of such a polymerization initiator include 2,2'-azobis- (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobisisobutyronitrile, and 1,1'-azobis- (cyclohexane-1-yl). Azo-based or diazo-based polymerization initiators such as carbonitrile), 2,2'-azobis-4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile and azobisbutyronitrile, benzoyl peroxide, methyl ethyl ketone peroxide, and isopropyl peroxide And peroxide polymerization initiators such as 2,4-dichlorylbenzoyl peroxide and lauryl peroxide.
[0098]
In the suspension polymerization method, a magnetic toner containing a magnetic substance can be used. In order to obtain a magnetic toner, magnetic particles may be added to the monomer composition. Examples of the magnetic substance that can be used in the present invention include powders of ferromagnetic metals such as iron, cobalt, and nickel, and powders of alloys and compounds such as magnetite, hematite, and ferrite.
[0099]
As the magnetic particles, particles having a particle size of 0.05 to 5 μm, preferably 0.1 to 1 μm are used. In the case of producing a small particle size toner, magnetic particles having a particle size of 0.8 μm or less are used. Is preferred. The magnetic particles are preferably contained in an amount of 10 to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the monomer composition. Further, these magnetic particles may be treated with a surface treating agent such as a silane coupling agent or a titanium coupling agent, or an appropriate reactive resin. In this case, although it depends on the surface area of the magnetic particles or the density of the hydroxyl group present on the surface, usually, the surface treatment agent is used in an amount of 5 parts by weight or less, preferably 0.1 to 3 parts by weight per 100 parts by weight of the magnetic particles. Thus, sufficient dispersibility in the polymerizable monomer can be obtained, and the physical properties of the toner are not adversely affected.
[0100]
(Dispersion polymerization)
To the hydrophilic organic liquid, a polymer dispersant that dissolves in the hydrophilic organic liquid is added, and the polymer is dissolved in the hydrophilic liquid, but the resulting polymer is swollen by the hydrophilic liquid, or It is produced by adding one or more vinyl monomers that hardly dissolve and polymerizing. In addition, a reaction in which polymer particles having a particle size smaller than a target particle size and having a narrow particle size distribution are grown in the above-described system is also included. The monomer used for the growth reaction may be the same monomer as that used to produce the seed particles or another monomer, but the polymer must not be dissolved in the hydrophilic organic liquid.
[0101]
As the hydrophilic organic liquid as a diluent for the monomer used during the formation of the particles and during the growth reaction of the seed particles, methyl alcohol, ethyl alcohol, denatured ethyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, isobutyl alcohol, alcohols such as t-butyl alcohol, s-butyl alcohol, t-amyl alcohol, 3-pentanol, octyl alcohol, benzyl alcohol, cyclohexanol, furfuryl alcohol, tetrahydrofurfuryl alcohol, ethylene glycol, glycerin, diethylene glycol, methyl Cellosolve, cellosolve, isopropyl cellosolve, butyl cellosolve, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monomer Ethers, such as ether alcohols such as diethylene glycol monoethyl ether as a representative.
[0102]
These organic liquids can be used alone or as a mixture of two or more. In addition, by using an organic liquid other than alcohols and ether alcohols in combination with the above-mentioned alcohols and ether alcohols, the organic liquid can be used under the condition that the organic liquid does not have solubility in the produced polymer particles. By varying the SP value of the polymer in various ways, it is possible to suppress the size of the produced particles, the union of seed particles and the generation of new particles.
[0103]
Examples of the organic liquid used in this case include hydrocarbons such as hexane, octane, petroleum ether, cyclohexane, benzene, toluene, and xylene; carbon tetrachloride, halogenated hydrocarbons such as trichloroethylene and tetrabromoethane, and ethyl ether. , Ethers such as dimethyl glycol, silioxane and tetrahydrofuran, acetales such as methylal and diethyl acetal, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and cyclohexane, esters such as butyl formate, butyl acetate, ethyl propionate and cellosolve acetate , Acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, nitropropene, nitrobenzene, dimethylamine, monoethanolamine, pyridine, dimethylsulfoxide, dimethylforma Sulfur, such as de, nitrogen-containing organic compounds, other water is also included.
[0104]
In addition, the type and composition of the mixed solvent may be changed at the start of polymerization, during the polymerization, and at the end of the polymerization to adjust the average particle size, particle size distribution, drying conditions, and the like of the polymer particles to be produced.
[0105]
Suitable examples of the polymer dispersant used in producing seed particles or in producing grown particles include, for example, acrylic acid, methacrylic acid, α-cyanoacrylic acid, α-cyanomethacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, Acids such as fumaric acid, maleic acid or maleic anhydride, or an acrylic monomer containing a hydroxyl group, for example, β-hydroxyethyl acrylate, β-hydroxyethyl methacrylate, β-hydroxypropyl acrylate, β-methacrylic acid Hydroxypropyl, γ-hydroxypropyl acrylate, γ-hydroxypropyl methacrylate, 3-chloro-2-hydroxypropyl acrylate, 3-chloro-2-hydroxypropyl methacrylate, diethylene glycol monoacrylate, diethylene glycol monomethacrylate Glycerin monoacrylate, glycerin monomethacrylate, N-methylol acrylamide, N-methylol methacrylamide, etc., vinyl alcohol or ethers with vinyl alcohol, such as vinyl methyl ether, vinyl ethyl ether, vinyl propyl ether, or Esters of compounds containing a vinyl alcohol and a carboxyl group, for example, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, acrylamide, methacrylamide, diacetone acrylamide or their methylol compounds, acid chlorides such as acrylic acid chloride and methacrylic acid chloride , Vinylpyridine, vinylpyrrolidone, vinylimidazole, ethyleneimine, etc. Limmer or copolymer, polyoxyethylene, polyoxypropylene, polyoxyethylene alkylamine, polyoxypropylene alkylamine, polyoxyethylene alkylamide, polyoxypropylene alkylamide, polyoxyethylene nonylphenyl ether, polyoxyethylene laurylphenyl Ether, polyoxyethylene stearyl phenyl ester, polyoxyethylene series such as polyoxyethylene nonyl phenyl ester, and celluloses such as methylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, or the hydrophilic monomer and styrene, α-methylstyrene, vinyl Those having a benzene nucleus such as toluene or derivatives thereof, or acrylonitrile, methacrylonitrile, Copolymers with acrylic acid or methacrylic acid derivatives such as acrylamide, and copolymers with crosslinkable monomers such as ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, allyl methacrylate, and divinylbenzene can also be used.
[0106]
These polymer dispersants are appropriately selected depending on the hydrophilic organic liquid to be used, the seed of the target polymer particles, and whether the seed particles or the grown particles are to be produced. In order to mainly prevent steric effects, those having high affinity and adsorptivity to the polymer particle surface and high affinity and solubility to the hydrophilic organic liquid are selected. Further, in order to three-dimensionally increase the repulsion between the particles, those having a certain length of the molecular chain, preferably those having a molecular weight of 10,000 or more are selected. However, if the molecular weight is too high, the viscosity of the solution will increase significantly, the operability and the agitation properties will be poor, and the resulting polymer will have a variation in the probability of precipitation on the particle surface, so care must be taken. It is also effective to stabilize that a part of the above-mentioned monomer of the polymer dispersant coexists with the monomer constituting the target polymer particle.
[0107]
Further, together with these polymer dispersants, metals such as cobalt, iron, nickel, aluminum, copper, tin, lead and magnesium or alloys thereof (particularly those having a particle size of 1 μm or less are preferable), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, Inorganic oxide fine powders of oxides such as zinc oxide, titanium oxide and silicon oxide, higher alcohol sulfates, alkylbenzene sulfonates, α-olefin sulfonates, anionic surfactants such as phosphates, alkylamine salts, Amino alcohol fatty acid derivatives, polyamine fatty acid derivatives, amine salt types such as imidazoline, and quaternary ammonium salts such as alkyltrimethylammonium salt, dialkyldimethylammonium salt, alkyldimethylbenzylammonium salt, pyridium salt, alkylisoquinolinium salt, and benzethonium chloride Nonionic surfactants such as cation salt surfactants, fatty acid amide derivatives and polyhydric alcohol derivatives of um salt type, for example, amino acids such as alanine type "for example dodecyldi (aminoethyl) glycine, di (octylaminoethyl) glycine" The stability of the resulting polymer particles and the improvement in the particle size distribution can be further improved by using a combination of a type and a betaine type amphoteric surfactant.
[0108]
In general, the amount of the polymer dispersant used during the production of the seed particles varies depending on the type of the polymerizable monomer for forming the desired polymer particles, but is preferably 0.1% by weight to 10% by weight based on the hydrophilic organic liquid. , Preferably 1 to 5% by weight. When the concentration of the polymer dispersion stabilizer is low, the resulting polymer particles have a relatively large particle size, and when the concentration is high, a small particle size is obtained. Even if it is used beyond this, the effect on reducing the diameter is small.
[0109]
The vinyl monomer is soluble in a hydrophilic organic liquid and includes, for example, styrene, o-methylstyrene, m-methylstyrene, p-methylstyrene, α-methylstyrene, and p-ethyl. Ethylene, 2,4-dimethylstyrene, p-n-butylstyrene, p-tert-butylstyrene, p-n-hexylstyrene, p-n-octylstyrene, p-n-nonylstyrene, p-n-decylstyrene Styrenes such as pn-dodecylstyrene, p-methoxystyrene, p-phenylstyrene, p-chlorostyrene, 3,4-dichlorostyrene, methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate, acrylic Isobutyl acrylate, propyl acrylate, n-octyl acrylate, dodecyl acrylate, lauryl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, stearyl acrylate, 2-chloroethyl acrylate, phenyl acrylate, α-methyl methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, methacryl Α-methyl fatty acid monocarboxylic acid esters such as n-octyl acid, dodecyl methacrylate, lauryl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, stearyl methacrylate, phenyl methacrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, diethylaminoethyl methacrylate, acrylonitrile , Acrylic acid such as methacrylonitrile and acrylamide, or methacrylic acid derivatives, vinyl chloride such as vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl bromide and vinyl fluoride Mixtures of singly or cross made of and their containing more than 50 wt% means a mixture of mutual with monomers capable of copolymerizable therewith.
[0110]
Further, the polymer in the present invention may be polymerized in the presence of a so-called cross-linking agent having two or more polymerizable double bonds in order to enhance the offset resistance. Preferred crosslinking agents include divinylbenzene, divinylnaphthalene and aromatic divinyl compounds which are derivatives thereof, other ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol methacrylate, triethylene glycol methacrylate, trimethylolpropane triacrylate, allyl methacrylate, tert-butyl. Diethylenic carboxylic acid esters such as aminoethyl methacrylate, tetraethylene glycol dimethacrylate, 1,3-butanediol dimethacrylate, all divinyl compounds such as N, N-divinylaniline, divinyl ether, divinyl sulfide, divinyl sulfone, and three The above-mentioned compounds having a vinyl group are mentioned, and these are used alone or in a mixture.
[0111]
When the growth polymerization reaction is subsequently performed using the seed particles thus cross-linked, the inside of the growing polymer particles is cross-linked. On the other hand, when the above-mentioned crosslinking agent is contained in the vinyl monomer solution used for the growth reaction, a polymer having a cured particle surface is obtained.
[0112]
In addition, for the purpose of adjusting the average molecular weight, polymerization may be performed in the presence of a compound having a large chain transfer constant, for example, a low molecular compound having a mercapto group, carbon tetrachloride, or carbon tetrabromide.
[0113]
Examples of the polymerization initiator for the monomer include azo-based polymerization initiators such as 2,2'-azobisisobutyronitrile and 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), and lauryl. Peroxide, benzoyl peroxide, peroxide-based polymerization initiators such as t-butyl peroctoate, peroxide-based polymerization initiators such as potassium persulfate, and those using sodium thiosulfate, amine, etc. Used. The concentration of the polymerization initiator is preferably from 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the vinyl monomer.
[0114]
The polymerization conditions for obtaining the seed particles are determined according to the target average particle size and the target particle size distribution of the polymer particles, the concentration of the polymer dispersant and the vinyl monomer in the hydrophilic organic liquid, and the mixing ratio. Is done. In general, the concentration of the polymer dispersant is set high when the average particle size of the particles is to be reduced, and the concentration of the polymer dispersant is set low when the average particle size is to be increased. On the other hand, if the particle size distribution is to be made very sharp, the vinyl monomer concentration is set low, and if a relatively wide distribution is acceptable, the vinyl monomer concentration is set high.
[0115]
Particles are produced by completely dissolving a polymer dispersion stabilizer in a hydrophilic organic liquid, and then adding one or more vinyl monomers, a polymerization initiator, and, if necessary, an inorganic fine powder, a surfactant, and a dye. Add a pigment, etc., and stir with normal stirring at 30 to 300 rpm, preferably at a low speed as much as possible, and at a speed such that the flow in the tank becomes uniform using turbine-type stirring blades rather than paddle-type stirring blades. While heating, the polymerization is carried out at a temperature corresponding to the polymerization rate of the polymerization initiator used.
[0116]
In addition, since the temperature at the initial stage of polymerization has a great effect on the type of particles to be generated, it is preferable to raise the temperature to the polymerization temperature after adding the monomer, and to dissolve the polymerization initiator in a small amount of a solvent and then feed it. At the time of polymerization, it is necessary to sufficiently expel oxygen in the air in the reaction vessel with an inert gas such as nitrogen gas or argon gas. If the oxygen purge is insufficient, fine particles are likely to be generated. A polymerization time of 5 to 40 hours is required to carry out the polymerization in a high polymerization rate region, but the desired particle size, or stopping the polymerization in the state of the particle size distribution, or adding a polymerization initiator sequentially, The polymerization rate can be increased by performing the reaction under high pressure.
[0117]
After the completion of the polymerization, the polymer slurry may be used as it is in the dyeing step, or may be subjected to operations such as sedimentation, centrifugation, and decantation to remove unnecessary fine particles, residual monomers, a polymer dispersion stabilizer, and the like. The dye may be collected and dyed. However, when the dispersion stabilizer is not removed, the stability of the dyeing is high, and unnecessary aggregation is suppressed.
[0118]
The dyeing in the dispersion polymerization method is as follows. That is, the resin particles are dispersed in an organic solvent that does not dissolve the resin particles, and before or after dissolving the dye in the solvent, penetrating the dye into the resin particles and coloring, and then removing the organic solvent. In the method for producing a dyed toner, the relationship between the liquid solubility (D1) of the dye in the organic solvent and the solubility (D2) of the dye in the resin of the resin particles A is (D1) / (D2). A dye satisfying ≦ 0.5 is selectively used. This makes it possible to efficiently manufacture a toner in which the dye has penetrated (diffused) to the deep portion of the resin particles.
[0119]
Solubility herein is defined as measured at a temperature of 25 ° C. The solubility of the dye in the resin has exactly the same definition as the solubility of the dye in the solvent, and means the maximum amount of the dye that can be contained in the resin in a compatible state. The observation of the dissolution state or the precipitation state of the dye can be easily performed by using a microscope. In order to know the solubility of the dye in the resin, an indirect observation method may be used instead of the above-described direct observation method. In this method, a liquid having a solubility coefficient similar to that of the resin, that is, a solvent that dissolves the resin well may be used, and the solubility of the dye in the solvent may be determined as the solubility in the resin.
[0120]
As the dye used for coloring, the ratio (D1) / (D2) of the dye to the resin constituting the resin particles is 0.5 or less based on the solubility (D1) of the dye in the organic solvent used as described above. Need to be Further, it is preferable that (D1) / (D2) be 0.2 or less. The dye is not particularly limited as long as it satisfies the above-mentioned dissolving properties, but a water-soluble dye such as a cationic dye or an anionic dye may have a large environmental change, and the electrical resistance of the toner is lowered, and the transfer rate is lowered. Since there is a possibility that vat dyes, disperse dyes, and oil-soluble dyes are used, oil-soluble dyes are particularly preferable. Further, several kinds of dyes can be used in combination depending on a desired color tone.
[0121]
The ratio (weight) between the dye to be dyed and the resin particles is arbitrarily selected according to the degree of coloring, but usually 1 to 50 parts by weight of the dye is used per 1 part by weight of the resin particles. Is preferred. For example, when an alcohol such as methanol or ethanol having a high SP value is used as a dyeing solvent, and a styrene-acrylic resin having an SP value of about 9 is used as the resin particles, examples of the dye that can be used include the following. And the like.
[0122]
C. I. SOLVENT YELLOW (6, 9, 17, 31, 35, 1, 102, 103, 105)
C. I. SOLVENT ORANGE (2, 7, 13, 14, 66)
C. I. SOLVENT RED (5, 16, 17, 18, 19, 22, 23, 143, 145, 146, 149, 150, 151, 157, 158)
C. I. SOLVENT VIOLET (31, 32, 33, 37)
C. I. SOLVENT BLUE (22, 63, 78, 83-86, 91, 94, 95, 104)
C. I. SOLVENT GREEN (24, 25)
C. I. SOLVENT BROWN (3, 9).
[0123]
Commercially available dyes include, for example, Aizen SOT dyes Yellow-1,3,4, Orange-1,2,3, Scarlet-1, Red-1,2,3, Brown-2, Blue-1, manufactured by Hodogaya Chemical Industry Co., Ltd. 2, Violet-1, Green-1,2,3, Black-1,4,6,8, sudan dye manufactured by BASF, Yellow-140,150, Orange-220, Red-290,380,460, Blue -670 or a dialegin manufactured by Mitsubishi Kasei Corporation, Yellow-3G, F, H2G, HG, HC, HL, Orange-HS, G, Red-GG, S, HS, A, K, H5B, Violet-D, Blue- J, G, N, K, P, H3G, 4G, Green-C, Brown-A and Orient Chemical oil color, Yellow-3 , GG-S, # 105, Orange-PS, PR, # 201, Scarlet- # 308, Red-5B, Brown-GR, # 416, Green-BG, # 502, Blue-BOS, HN, Black-HBB, # 803, EE, EX, Sumiplast manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd., Blue GP, OR, Red FB, 3B, Yellow FL7G, GC, Kayaron manufactured by Nippon Kayaku, Polyester Black EX-SH3, Blue of Kayaset Red-B A-2R or the like can be used. Of course, the dye is appropriately selected depending on the combination of the resin particles and the solvent used for dyeing, and is not limited to the above examples.
[0124]
The dyeing organic solvent used for dyeing the dye on the resin particles may be one in which the resin particles used do not dissolve or slightly swells. Specifically, the difference in the solubility parameter (SP value) is one. 0.0 or more, preferably 2.0 or more. For example, for styrene-acrylic resin particles, use is made of an alcohol such as methanol, ethanol or n-propanol having a high SP value, or n-hexane or n-heptane having a low SP value. If the difference between the SP values is too large, the wetting of the resin particles becomes poor, and good dispersion of the resin particles cannot be obtained. Therefore, the optimum difference between the SP values is preferably 2 to 5.
[0125]
After dispersing the resin particles in the organic solvent in which the dye is dissolved, it is preferable to stir while maintaining the liquid temperature at or below the glass transition temperature of the resin particles. This makes it possible to dye while preventing aggregation of the resin particles. The stirring may be performed using a commercially available stirrer such as a homomixer or a magnetic stirrer. Alternatively, a dye may be directly added to a slurry obtained at the end of polymerization by dispersion polymerization or the like, that is, a dispersion in which polymer resin particles are dispersed in an organic solvent, and heated and stirred under the above-described conditions. When the heating temperature is higher than the glass transition temperature, fusion between resin particles occurs. The method of drying the slurry after dyeing is not particularly limited, but may be filtration and then dried under reduced pressure or directly dried under reduced pressure without filtering. In the present invention, the colored particles obtained by air-drying or drying under reduced pressure after filtration are hardly agglomerated and are reproduced without substantially impairing the particle size distribution of the charged resin particles.
[0126]
(Dissolution suspension method)
Next, a method for producing spherical toner particles by a solution suspension method will be described.
The solution suspension method is a method in which a resin is dissolved in a solvent to form an oil phase, emulsified in an aqueous phase composed of an aqueous medium, and then the solvent in the emulsified dispersion is removed to obtain resin particles.
[0127]
As the aqueous medium, water alone may be used, or a water-miscible solvent may be used in combination. Examples of miscible solvents include alcohols (eg, methanol, isopropanol, ethylene glycol), dimethylformamide, tetrahydrofuran, cellosolves (eg, methylcellosolve), lower ketones (eg, acetone, methylethylketone), and the like.
[0128]
Examples of the resin used include polymers of styrene such as polystyrene, poly p-chlorostyrene and polyvinyltoluene and their substituted polymers; styrene-p-chlorostyrene copolymer, styrene-propylene copolymer, and styrene-vinyltoluene copolymer. Styrene-vinyl naphthalene copolymer, styrene-methyl acrylate copolymer, styrene-ethyl acrylate copolymer, styrene-butyl acrylate copolymer, styrene-octyl acrylate copolymer, styrene-methyl methacrylate Copolymer, styrene-ethyl methacrylate copolymer, styrene-butyl methacrylate copolymer, styrene-α-chloromethyl methacrylate copolymer, styrene-acrylonitrile copolymer, styrene-vinyl methyl ketone copolymer, Styrene-butadiene copolymer, Styrene-based copolymers such as len-isoprene copolymer, styrene-acrylonitrile-indene copolymer, styrene-maleic acid copolymer, styrene-maleic acid ester copolymer; polymethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polychlorinated Vinyl, polyvinyl acetate, polyethylene, polypropylene, polyester, epoxy resin, epoxy polyol resin, polyurethane, polyamide, polyvinyl butyral, polyacrylic acid resin, rosin, modified rosin, terpene resin, aliphatic or alicyclic hydrocarbon resin, Aromatic petroleum resin, chlorinated paraffin, paraffin wax and the like can be mentioned, and they can be used alone or as a mixture.
[0129]
As a solvent that can be used for preparing an oil phase, a volatile solvent having a boiling point of less than 100 ° C. is preferable because it is easily removed. Examples of the solvent include toluene, xylene, benzene, carbon tetrachloride, methylene chloride, 1,2-dichloroethane, 1,1,2-trichloroethane, trichloroethylene, chloroform, monochlorobenzene, dichloroethylidene, methyl acetate, ethyl acetate, Methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and the like can be used alone or in combination of two or more. In particular, aromatic solvents such as toluene and xylene and halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, 1,2-dichloroethane, chloroform and carbon tetrachloride are preferred. The amount of the solvent to be used is usually 10 to 900 parts with respect to 100 parts of the toner composition.
[0130]
The oil phase is prepared by simultaneously adding and mixing a colorant (or a colorant masterbatch), a release agent, and a charge control agent, which are other toner compositions, when forming a dispersion in an aqueous medium. However, it is more preferable to mix them in the oil phase in advance.
[0131]
Further, other toner raw materials such as a colorant, a release agent, and a charge control agent do not necessarily need to be mixed when forming particles in an aqueous medium, and may be added after forming the particles. Good. For example, after forming particles containing no coloring agent, a coloring agent can be added by a known dyeing method.
[0132]
For dispersing the oil phase and the aqueous phase, all mixers with ordinary stirring can be used, but more preferably a homogenizer having a high-speed rotating body and a stator, a high-pressure homogenizer, and a disperser using media such as a ball mill, a bead mill, and a sand mill. Are used.
[0133]
The dispersing method is not particularly limited, but known equipment such as a low-speed shearing type, a high-speed shearing type, a friction type, a high-pressure jet type, and an ultrasonic wave can be applied. In order to make the particle size of the dispersion 2 to 20 μm, a high-speed shearing type is preferred. The emulsifier having a rotating blade is not particularly limited, and any emulsifier or disperser that is generally commercially available can be used. For example, Ultra Turrax (manufactured by IKA), Polytron (manufactured by Kinematica), TK Auto Homomixer (manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.), Ebara Milder (manufactured by Ebara Corporation), TK Pipeline Homomixer TK homomix line flow (manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.), colloid mill (manufactured by Shinko Pantech Co., Ltd.), slasher, trigonal wet pulverizer (manufactured by Mitsui Miike Kakoki Co., Ltd.) Batch or continuous emulsifying machine such as Fine Flow Mill (manufactured by Taiheiyo Kiko Co., Ltd.), CLEARMIX (manufactured by M-Technic), Fillmix (manufactured by Tokushu Kika Kogyo) And the like.
[0134]
When a high-speed shearing disperser is used, the number of rotations is not particularly limited, but is generally 1,000 to 30,000 rpm, preferably 5,000 to 20,000 rpm. The dispersion time is not particularly limited, but is usually 0.1 to 5 minutes in the case of a batch system. The temperature at the time of dispersion is usually 0 to 150 ° C (under pressure), preferably 10 to 98 ° C. The high temperature method is preferred because the viscosity of the dispersion becomes appropriately low and the dispersion is easy.
[0135]
In the dissolution suspension method, a method of previously dispersing solid fine particles in an aqueous medium is used for the purpose of stabilizing the dispersed oil phase.
[0136]
Further, other dispersants can be used in combination to adjust the adsorptivity of the solid fine particle dispersant to the droplets. Other dispersants can be added before emulsifying the toner composition or when removing volatile components after emulsification.
[0137]
Next, a carrier for a two-component developer when the toner is used as a two-component developer will be described.
In this case, the toner may be mixed with the magnetic carrier, and the content ratio of the carrier and the toner in the developer is preferably 1 to 10 parts by weight of the toner with respect to 100 parts by weight of the carrier.
[0138]
As the magnetic carrier, conventionally known ones such as iron powder, ferrite powder, magnetite powder, and magnetic resin carrier having a particle diameter of about 20 to 200 μm can be used.
[0139]
Examples of the coating material include amino resins such as urea-formaldehyde resin, melamine resin, benzoguanamine resin, urea resin, polyamide resin, and epoxy resin. Also, polyvinyl and polyvinylidene resins, for example, acrylic resins, polymethyl methacrylate resins, polyacrylonitrile resins, polyvinyl acetate resins, polyvinyl alcohol resins, polyvinyl butyral resins, polystyrene resins such as polystyrene resins and styrene acrylic copolymer resins, polychlorinated resins Halogenated olefin resin such as vinyl, polyester resin such as polyethylene terephthalate resin and polybutylene terephthalate resin, polycarbonate resin, polyethylene resin, polyvinyl fluoride resin, polyvinylidene fluoride resin, polytrifluoroethylene resin, polyhexafluoro Propylene resin, copolymer of vinylidene fluoride and acrylic monomer, copolymer of vinylidene fluoride and vinyl fluoride, tetrafluoroethylene and vinylidene fluoride And fluoro such as terpolymers of non-fluoride monomers including, and silicone resins.
[0140]
Further, if necessary, a conductive powder or the like may be contained in the coating resin. As the conductive powder, metal powder, carbon black, titanium oxide, tin oxide, zinc oxide and the like can be used. These conductive powders preferably have an average particle size of 1 μm or less. When the average particle diameter is larger than 1 μm, it becomes difficult to control the electric resistance.
[0141]
Next, a method for manufacturing the toner of the above-described embodiment will be described.
(Synthesis of toner binder)
724 parts of bisphenol A ethylene oxide 2 mol adduct, 276 parts of terephthalic acid and 2 parts of dibutyltin oxide are put in a reaction vessel equipped with a cooling pipe, a stirrer and a nitrogen introducing pipe, and subjected to polycondensation at 230 ° C. for 8 hours at normal pressure. The reaction was further performed at a reduced pressure of 10 to 15 mmHg for 5 hours to obtain a polyester resin having a peak molecular weight of 5300. 100 parts of this polyester resin was dissolved and mixed in 100 parts of ethyl acetate to obtain a solution of a toner binder in ethyl acetate.
[0142]
(Production of toner)
200 parts of the above ethyl acetate solution of the toner binder, 5 parts of carnauba wax, 4 parts of copper phthalocyanine blue pigment and 1 part of zinc ditertiary butylsalicylate were placed in a closed pot, and 1 part of zinc ditertiary butyl salicylate was added thereto using zirconia beads of 5 mm in diameter. The dispersion was dispersed in a ball mill for an hour to obtain a toner composition.
[0143]
In a beaker, 600 parts of ion-exchanged water, 6 parts of partially saponified polyvinyl alcohol, and 0.3 part of sodium dodecylbenzenesulfonate were added and uniformly dissolved and dispersed.
[0144]
Next, while maintaining the internal temperature of the beaker at 20 ° C. and stirring at 12,000 rpm with a TK homomixer (manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.), the toner composition was charged and emulsified with stirring for 3 minutes. Then, the mixed solution was transferred to a flask equipped with a stir bar and a thermometer, and 0.3 parts of sodium lauryl sulfate was added, followed by stirring and dissolving at room temperature for 30 minutes. Then, the solvent was removed at 30 ° C. under a reduced pressure of 50 mmHg. Analysis of the dispersion by gas chromatography revealed that the residual ethyl acetate was 50 ppm based on the toner particles. 120 parts of 35% concentrated hydrochloric acid was added to dissolve the tricalcium phosphate, followed by filtration. The obtained cake was repeatedly re-dispersed in distilled water and filtered three times, and then dried under reduced pressure at 40 ° C. for 24 hours. Then, colored particles were obtained.
[0145]
To 95 parts by weight of the obtained colored particles, 3 parts by weight of silica and 2 parts by weight of titanium oxide particles were mixed with a Henschel mixer for 2 minutes and sieved to obtain a toner.
[0146]
Then, 5 parts by weight of the toner was mixed with 95 parts by weight of the silicone-coated carrier (magnetite core material) having a toner weight average particle diameter of 50 μm by a rocking mixer to obtain a two-component developer.
[0147]
As described above, by using the toner formed by the solution suspension method having a high sphericity, it is possible to configure an image forming apparatus with high image quality and reduced toner production cost.
[0148]
(Comparison of cleaning properties)
The vibration cleaning blade of the present invention was mounted, and the cleaning performance and the frictional resistance between the photoconductor (image carrier) and the blade (the surface friction coefficient of the photoconductor itself to be replaced, the photoconductor rotation torque) were evaluated and measured. .
[0149]
The conditions of charging and development were as follows, and were fixed at the time of evaluation.
Figure 2004333962
[0150]
(Transfer rate evaluation)
In the evaluation (measurement) of the transfer rate, the operation is stopped while the solid image is being output on the surface of the image carrier, and the toner images between the developing section and the transfer section and between the transfer cleaning section are removed. The image was transferred to white paper with a scotch tape (trade name, manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd.), and measured with a Macbeth reflection densitometer RD514 (trade name).
[0151]
At this time,
Tape density between development part and transfer part: Ddt
Tape density between transfer part and cleaning part: Dtc
Density of scotch tape transferred to white paper: Dref
The transfer efficiency was calculated by the following equation (1).
[0152]
(Equation 1)
Figure 2004333962
[0153]
(Cleaning evaluation)
The cleaning property was evaluated using a scotch tape in the same manner as the above-described transfer rate.
The toner (transfer residual toner) after the transfer process on the surface of the photoreceptor, which is an image carrier, is transferred to white paper with a scotch tape (trade name, manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd.), and the same is applied to the Macbeth reflection densitometer Measured with RD514 type (trade name), the difference between the blank (white paper with only scotch tape) and 0.01 or less is considered good ("○" in the evaluation result table). Those exceeding this (high concentration) were regarded as NG (poor).
[0154]
The actual output is 0.1 mg / cm 2 Is prepared, and this is output for 50,000 A3 sheets in the vertical direction. When the output of 50,000 sheets has been completed, an image pattern that becomes a solid image is output and evaluated halfway as shown in the above-described methods of measuring the transfer rate and the cleaning rate.
[0155]
(Measurement of resonance frequency)
As shown in FIG. 9, a vibration measuring device 41 for examining a resonance frequency was arranged, and an output signal of the vibration measuring device 41 was taken into a personal computer for vibration analysis. The vibration measuring device 41 measures frequency characteristics during vibration using a measurement principle called laser Doppler measurement. The laser Doppler vibrometer actually used is as follows.
Laser Doppler Vibrometer: (PI) Polytec
Laser Doppler displacement meter OFV-303 (trade name)
[0156]
Then, FFT analysis was performed using vibration analysis software of the vibration analysis personal computer 52 to measure which frequency has a resonance frequency.
[0157]
In order to shorten the time for detecting and measuring the resonance frequency, noise having a certain amplitude may be input as a waveform applied to the piezoelectric element. During a normal cleaning operation, a sine wave or a rectangular wave is input and driven, but when a resonance frequency is detected, noise (often called white noise) is input.
[0158]
(Friction resistance and resonance frequency)
A description will be given of a change in resonance frequency when the frictional resistance is intentionally changed in the image forming apparatus including the laser Doppler vibrometer described above.
It is difficult to directly measure the frictional resistance between the blade and the image carrier by incorporating the frictional resistance measuring device into an actual image forming apparatus. Therefore, here, a configuration will be described in which the drive frequency of the vibrating means is set and controlled based on the friction coefficient of the image carrier, which is relatively easy to measure, or the rotational torque of the image carrier. Note that both the coefficient of friction and the torque have a correlation with the frictional resistance, and in the fundamental sense, both have the same value.
[0159]
(1) Coefficient of friction of photoconductor (image carrier)
The initial friction coefficient of the photosensitive member was measured (Euler belt method for paper), and the vibrating cleaning blade 20 shown in FIG. 3 was driven under a constant condition (the amplitude of white noise was the same). FIG. 10 shows the measurement results of the resonance frequency at that time.
[0160]
As shown in FIG. 10, it can be seen that there is a resonance frequency at which the amount of vibration displacement increases around 24 kHz (the exact frequency at this time is frequency b). However, it can be seen that the frequency at which the displacement is maximum changes within a width (frequency a, b, c) of about 1 kHz due to the difference in the friction coefficient of the photoconductor. Although the details of this cause are not yet clear, the increase in the coefficient of friction of the photoreceptor causes the cleaning nip at the blade tip to be brought downstream, and as a result, the driving conditions of the piezoelectric element are reduced. Even if the same, the resonance frequency is changed by the combination of the blade and the photoconductor, so it is presumed that such a result is obtained.
[0161]
Next, for each value of the coefficient of friction, the resonance frequency obtained earlier is used as the drive frequency, and the result of determining the cleaning property on the photoconductor when a sine wave is input as a waveform is fixed at the frequency b. Table 1 also shows the results when only the friction coefficient of the photosensitive member was changed.
[0162]
[Table 1]
Figure 2004333962
[0163]
According to Table 1, even if the friction coefficient of the photosensitive member changes, the cleaning property is good if the piezoelectric element is driven at the resonance frequency generated at that time, but it is fixed even if the friction coefficient of the photosensitive member changes. It can be seen that the cleaning performance is not improved by driving at the frequency of.
[0164]
As described above, a certain amount of vibration displacement is required for cleaning with the vibrating cleaning blade as described above, and it is better to use the resonance frequency to achieve this. If the resonance frequency cannot be used, it is possible to vibrate under certain driving conditions.However, since the vibration is very small and the voltage required for driving tends to be large, the load on the piezoelectric element is reduced. In addition, the power source required for driving is not preferable because a large capacity is additionally required.
[0165]
The method of changing the resonance frequency based on the coefficient of friction of the photoreceptor is a case where an image is actually formed by an image forming apparatus. When a drive circuit that cannot change the frequency is mounted on the device, or when the resonance frequency spreads at a large rate (a blade whose skirt is larger than the frequency at the center position), the piezoelectric element is placed near the resonance frequency. When driven, a certain amount of vibration displacement can be secured and the cleaning property is also improved. Therefore, the resonance frequency determined by the combination of the initial photoreceptor surface and the vibration cleaning blade is detected (measured), and the resonance frequency is detected. It is preferable that the piezoelectric element is driven by the above.
[0166]
(2) Image carrier rotation torque
A rotating torque meter was attached to a shaft of a drum-shaped image carrier mounted in the image forming apparatus shown in FIG. 2, and torque was measured during a rotating operation. During this measurement, only the cleaning blade 23 provided with the vibrating means was in contact with the image carrier, and the rotational torque was measured. Note that, as described above, the evaluation of the cleaning property incorporated steps necessary for visualizing the charging step, the developing step, and the transfer step. As a measuring means (detecting means) corresponding to the frictional resistance between the blade and the image carrier, incorporating the torque meter into the image forming apparatus is optimal in that the frictional resistance is directly examined.
[0167]
Here, the measurement was performed on the drum-shaped OPC, but the measurement can be similarly performed on the belt-shaped photoconductor. However, in order for the blade to contact and clean the toner, contact with the photoreceptor is necessary. Therefore, it is preferable to dispose the torque meter as close to the blade as possible. In the case of a belt photoreceptor, since a certain amount of pressure between the belt and the blade is required for cleaning, a roller or the like for suspending the belt is often provided. The torque meter is preferably mounted on the shaft of the suspension roller closest to the blade.
[0168]
As in the case of the change in the friction coefficient of the photosensitive member, the vibration analysis and the cleaning performance were evaluated when the rotation torque of the photosensitive member was intentionally changed and when the vibration cleaning blade 20 was operated. Also in this case, white noise was input to the piezoelectric element and vibration analysis was performed on a personal computer in the same manner as described above.
[0169]
The results of the vibration analysis are not shown, but as shown in the figure, as in the previous results, due to the difference in torque, around 24 kHz (assuming that the exact frequency at this time is frequency e, the frequency e here is the frequency described above). It became the same value as b.) It was found that there was a resonance frequency at which the amount of vibration displacement increased. However, it was found that, due to the difference in torque, the frequency at which the displacement was the maximum changed in a width (d, e, f) of about 1 kHz, as before.
[0170]
It is considered that the reason for this cause is the same as the friction coefficient of the photoconductor itself. That is, it is considered that the phenomenon that the torque increases is caused by an increase in the load on the blade nip and the surface of the photoconductor. It is presumed that the load is caused by the nip portion for cleaning being brought downstream.
[0171]
Next, for each torque value, the resonance frequency obtained earlier is used as the drive frequency, and the result of determining the cleaning property on the photoconductor when a sine wave is input as a waveform is fixed at the frequency e. Table 2 also shows the results when only the torque value was changed.
[0172]
[Table 2]
Figure 2004333962
[0173]
According to Table 2, even if the torque of the rotation of the photoconductor changes, the cleaning property is good if the piezoelectric element is driven at the resonance frequency generated at that time, but the torque of the rotation of the photoconductor changes. It can be seen that the cleaning performance is not improved when driven at a fixed frequency. The cause is considered to be the same as the reason described above.
[0174]
As described above, the method of changing the resonance frequency by changing the torque when the photoreceptor rotates is a case where an image is actually formed by an image forming apparatus, and when a certain degree of durability is provided, When the surface of the photoconductor changes easily due to toner adhesion, etc., and the frictional force between the blade and the photoconductor changes easily, the optimum resonance that can secure a certain amount of vibration displacement by estimating the resonance frequency change from the torque meter change It is possible to optimize the cleaning by changing the driving conditions to the frequency.
[0175]
(Cleaning and resonance frequency)
Conventional methods for controlling the driving of the piezoelectric element that constitutes the vibrating cleaning blade use a laser Doppler vibrometer for the detection method provided in the image forming apparatus, but it is necessary to further reduce the cost. It is possible to set the optimum cleaning state by estimating the resonance frequency from the cleaning performance itself. The method will be described.
[0176]
Until now, as shown in Table 1 and Table 2, even if the piezoelectric element is driven at a frequency other than the resonance frequency determined by the correlation between the vibrating cleaning blade and the photosensitive member, no vibration displacement amount can be obtained, resulting in poor cleaning performance. I understood. Then, the change in the resonance frequency is read from the evaluation result of the cleaning performance, and the cleaning performance is poor, and there is a tendency to affect the output image (for example, on the output image and also on the non-image portion). The cleaning property can be improved by controlling the frequency for driving the piezoelectric element to a value close to the resonance frequency (for example, when toner adheres) and securing the vibration displacement amount.
[0177]
In this case, as shown in FIG. 10, it is not known whether the frequency has moved to the front or the back of the resonance frequency. If there is a possibility that the frequency has changed), several sheets are output, and if the cleaning performance is further deteriorated, the drive frequency may be controlled to the opposite side. At this time, a method is simple in which the operating person directly looks at the actually output image and reflects the determination result of the cleaning property to the image forming apparatus.
[0178]
When the image forming apparatus is a printer, the setting conditions can be changed by a printer driver on the host side that transfers data to the printer.
[0179]
Further, if it is desired to automate the process, a small cost is required, but a line sensor for detecting the remaining toner is arranged in the rotation direction of the photoconductor and downstream of the vibration cleaning blade, and the cleaning on the photoconductor surface is performed. The cleaning performance can be improved or maintained by detecting the cleaning performance and inputting the result as a signal to the main control unit to change the driving frequency of the vibrating means.
[0180]
As described above, it is possible to change the driving frequency of the piezoelectric element based on the result of cleaning, whether it is automation or non-automation requiring human setting, and to set the optimum conditions for cleaning.
[0181]
As described above, the driving unit can change the driving frequency, so that the vibration unit can be driven at a driving frequency corresponding to the resonance frequency.
[0182]
Then, by setting the drive frequency based on the frictional resistance between the blade member and the image carrier, the frictional resistance that is correlated with the resonance frequency that is difficult to actually measure in the apparatus can be used, and the resonance can be easily performed. Driving can be performed at a driving frequency corresponding to the frequency, so that conditions optimal for cleaning can be set.
[0183]
In this case, the driving frequency is set (automatically, semi-automatically, or manually set) based on the friction coefficient of the surface of the image carrier that is correlated with the frictional resistance, so that the frictional resistance can be simplified. It is possible to grasp (simple grasp with low-durability image carrier: detect the image carrier where film peeling progresses), with a simple configuration without having a large-scale measuring device. It is possible to easily set and control the drive frequency to the drive frequency corresponding to the resonance frequency and to drive, and to set the optimum conditions for cleaning.
[0184]
Further, by setting the drive frequency based on the rotational torque of the image carrier that is correlated with the frictional resistance, it is possible to improve the responsiveness to the temporal change in the frictional resistance (and to improve the durability). A high image bearing member capable of detecting the frictional resistance of a high image bearing member and having a large variation in the surface state of the image bearing member over time, or a highly durable image bearing member without replacement of the image bearing member. Even in the image forming apparatus, the rotational load can be accurately grasped by the rotational torque, and the setting of the driving frequency to be driven can be controlled in accordance with the fluctuation of the load, so that the optimum conditions for cleaning can be set.
[0185]
Further, by setting the driving frequency based on the detection result of the cleaning property, it is possible to detect a change in the resonance frequency of the cleaning blade by the vibrating means in the image forming apparatus, and the optimum condition for cleaning is obtained. Can be set. In general, the cleaning performance is evaluated based on the amount of toner on the photoconductor after passing through the blade.
[0186]
Next, another example of the vibration cleaning blade 20 of the cleaning device 16 will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, a laminated piezoelectric element is used as the vibration means 33 for applying vibration to the vibration member 22. Since the laminated piezoelectric element has a high natural frequency of 50 to 100 kHz and a very large displacement force, the laminated piezoelectric element is high even when the thickness of the vibration member 22 is increased by using the laminated piezoelectric element. A configuration capable of responding up to the frequency becomes easy.
[0187]
Here, the laminated piezoelectric element constituting the vibration means 33 has, for example, a 100 μm-per-layer piezoelectric layer 33 a and an internal electrode 33 b alternately laminated, and the internal electrodes 33 b are alternately drawn to both end faces and are connected to an end face electrode (external electrode). Electrodes), and uses a displacement in the d33 direction, which is a displacement in the laminating direction.
[0188]
It is to be noted that a configuration in which a displacement in a plane direction perpendicular to the laminating direction of the plurality of laminated layers using the laminated piezoelectric element, that is, a displacement in the d31 direction may be used. And the cost of the driver (drive circuit) can be reduced. When this configuration is adopted, the configuration is the same as that of FIG. 9 except for the laminated piezoelectric element constituting the vibration means 23.
[0189]
Here, the vibrating member 22 is a thin plate that can be elastically deformed, and the fixed end of the vibrating member 22 is fixed to a fixing member 35 that is a highly rigid holder having a support portion 35a that faces the vibrating member 22. The laminated piezoelectric element, which is the vibration means 33, is disposed between the supporting portion 35 a of the member 35 and the vibration member 22. The blade member 21 is disposed in the distal end region of the vibrating member 22 opposite to the vibrating means 233 so that the vibration from the vibrating means 33 is transmitted through the vibrating member 22.
[0190]
In this manner, by providing the vibration means between the fixed portion and the vibration member, vibration can be efficiently transmitted to the vibration member.
[0191]
Further, as shown in FIG. 12, a plurality of vibration means 33 are provided in the width direction of the image carrier 1. In the case of the blade member 21 having a relatively small width, a single vibrating means 33 may be used if a laminated piezoelectric element having a large sectional area is used.
[0192]
Next, a process cartridge according to the present invention including the cleaning device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic sectional view of the process cartridge.
[0193]
The process cartridge 50 includes a plurality of components, such as an image carrier 51, a charging unit 52, a developing unit 54, and a cleaning device 56 according to the present invention, which are integrally connected as a process cartridge. The process cartridge is configured to be detachable from a main body of an image forming apparatus such as a copying machine or a printer.
[0194]
By providing the cleaning device 56 in a detachable process cartridge, the maintenance can be improved and the unit can be easily exchanged with another device.
[0195]
Next, a color image forming apparatus using the process cartridge according to the present invention will be described with reference to FIG.
This image forming apparatus is a color image forming apparatus in which the above-described process cartridges 50 of respective colors are juxtaposed along a transfer belt (image carrier) 61 extending horizontally.
[0196]
Four process cartridges 50 are arranged for each of yellow, magenta, cyan, and black. The developed toner on the image carrier 61 developed by each process cartridge 50 is sequentially transferred to a transfer belt 61 to which a horizontally extending transfer voltage is applied.
[0197]
In this manner, the images of yellow, magenta, cyan, and black are formed, transferred onto the transfer belt 61 in a multiplex manner, and transferred collectively to the transfer material 18 by the transfer unit 62. Then, the multiple toner image on the transfer material 18 is fixed by a fixing device (not shown). Although the process cartridges 50 have been described in the order of yellow, magenta, cyan, and black, they are not specified in this order and may be arranged in any order.
[0198]
Normally, a color image forming apparatus has a plurality of image forming units, so that the apparatus becomes large. In addition, when each unit such as cleaning or charging is broken down individually or when the replacement time comes due to the end of its life, the device is complicated and the replacement of the unit is very troublesome.
[0199]
Therefore, as in the present embodiment, the components of the image bearing member, the charging means, and the developing means are integrally connected as a process cartridge 50, so that a small and highly durable color which can be replaced by a user. An image forming apparatus can be provided.
[0200]
【The invention's effect】
As described above, according to the cleaning device of the present invention, the vibration unit for vibrating the cleaning blade member is driven with the resonance frequency as the drive frequency, so that the vibration amount can be secured. Cleaning performance can be maintained.
[0201]
According to the image forming apparatus of the present invention, since the cleaning device of the present invention is provided, it is possible to form a high-quality image without cleaning failure.
[0202]
According to the process cartridge of the present invention, since the cleaning device of the present invention is provided, it is possible to form a high-quality image without cleaning failure.
[0203]
According to the image forming apparatus of the present invention, since the plurality of process cartridges of the present invention are provided, it is possible to form a high-quality color image without cleaning failure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a cleaning mechanism of a cleaning device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus according to the present invention including the cleaning device according to the present invention.
FIG. 3 is an enlarged explanatory view of a main part of a vibrating cleaning blade showing an example of a cleaning device of the image forming apparatus.
FIG. 4 is an enlarged explanatory view of a main part of FIG. 3;
FIG. 5 is an explanatory front view of the vibrating cleaning blade.
FIG. 6 is an explanatory view of the vibrating cleaning blade as viewed from a distal end side.
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of a drive control system of the cleaning device.
FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the circularity of the toner;
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining measurement of a resonance frequency;
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a measurement result of a relationship between a frequency and a displacement amount.
FIG. 11 is an explanatory view for explaining another example of the vibrating cleaning blade of the cleaning device according to the present invention.
FIG. 12 is an explanatory diagram of the vibrating cleaning blade in a width direction of an image carrier.
FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining a process cartridge according to the present invention.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus according to the present invention including the process cartridge according to the present invention.
FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining a conventional cleaning blade.
FIG. 16 is an enlarged explanatory view of a main part showing a state when the image carrier of the cleaning blade is moving.
FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining a cleaning mechanism of pulverized toner using the cleaning blade;
FIG. 18 is an explanatory diagram for explaining a stick-slip motion in a cleaning mechanism of the pulverized toner using the cleaning blade.
FIG. 19 is an explanatory view for explaining the mechanism of occurrence of defective cleaning of spherical toner using the cleaning blade.
FIG. 20 is an explanatory diagram illustrating the mechanism of occurrence of defective cleaning of spherical toner using the cleaning blade.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Blade member, 11 ... Image carrier, 20 ... Vibration cleaning blade, 21 ... Blade member, 22 ... Vibration member, 23 ... Vibration means, 28 ... Drive circuit, 50 ... Process cartridge.

Claims (11)

画像形成装置の像担持体表面に残留しているトナーをクリーニングするためのクリーニング装置であって、一個又は複数個の加振手段が取りつけられた幅方向に長い振動部材と、この振動部材の少なくとも先端領域に取付けられた幅方向に長いブレード部材と、前記加振手段を共振周波数の駆動周波数で駆動させる駆動手段とを備え、前記振動部材により前記ブレード部材に対する振動及びブレード部材の前記像担持体に対する押し付け力を与えることを特徴とするクリーニング装置。A cleaning device for cleaning toner remaining on the surface of an image carrier of an image forming apparatus, comprising a vibrating member having one or more vibrating means attached thereto, the vibrating member being long in a width direction, and at least one of the vibrating members. A widthwise long blade member attached to the distal end region; and a driving unit for driving the vibrating unit at a driving frequency of a resonance frequency, wherein the vibration member vibrates the blade member and the image carrier of the blade member. A cleaning device for applying a pressing force to the cleaning device. 請求項1に記載のクリーニング装置において、前記駆動手段は前記駆動周波数を変化可能であることを特徴とするクリーニング装置。2. The cleaning device according to claim 1, wherein said driving means is capable of changing said driving frequency. 請求項2に記載のクリーニング装置において、前記駆動手段の駆動周波数は前記ブレード部材と像担持体との摩擦抵抗力に基づいて設定されることを特徴とするクリーニング装置。3. The cleaning device according to claim 2, wherein a driving frequency of the driving unit is set based on a frictional resistance between the blade member and the image carrier. 請求項3に記載のクリーニング装置において、前記駆動手段の駆動周波数は前記像担持体表面の摩擦係数に基づいて設定されることを特徴とするクリーニング装置。4. The cleaning device according to claim 3, wherein a driving frequency of the driving unit is set based on a friction coefficient of the surface of the image carrier. 請求項3に記載のクリーニング装置において、前記駆動手段の駆動周波数は前記像担持体の回転トルクに基づいて設定されることを特徴とするクリーニング装置。4. The cleaning device according to claim 3, wherein a driving frequency of the driving unit is set based on a rotation torque of the image carrier. 請求項3に記載のクリーニング装置において、前記駆動手段の駆動周波数はクリーニング性の検出結果に基づいて設定されることを特徴とするクリーニング装置。4. The cleaning device according to claim 3, wherein the driving frequency of the driving unit is set based on a result of detecting the cleaning property. 請求項1ないし6のいずれかに記載のクリーニング装置において、前記加振手段が圧電素子であることを特徴とするクリーニング装置。7. The cleaning device according to claim 1, wherein said vibrating means is a piezoelectric element. 請求項1ないし7のいずれかに記載のクリーニング装置において、前記トナーが重合法によって作製された重合トナーであることを特徴とするクリーニング装置。8. The cleaning device according to claim 1, wherein the toner is a polymerized toner produced by a polymerization method. 像担持体、帯電手段、現像手段及び転写手段の少なくともいずれかと、クリーニング手段とを含み、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジにおいて、前記クリーニング手段が請求項1ないし7のいずれかに記載のクリーニング装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。8. A process cartridge including at least one of an image carrier, a charging unit, a developing unit, and a transfer unit, and a cleaning unit, wherein the cleaning unit is detachable from the image forming apparatus main body, wherein the cleaning unit is any one of claims 1 to 7. A process cartridge characterized by being a cleaning device of (1). 電子写真法を用いて画像を形成する画像形成装置において、像担持体表面に残留するトナーをクリーニングするための請求項1ないし7のいずれかに記載のクリーニング装置を備えていることを特徴とする画像形成装置。An image forming apparatus for forming an image by using an electrophotographic method, comprising a cleaning device according to any one of claims 1 to 7 for cleaning toner remaining on the surface of an image carrier. Image forming device. カラー画像を形成する画像形成装置において、請求項8に記載のプロセスカートリッジを複数備えていることを特徴とする画像形成装置。An image forming apparatus for forming a color image, comprising a plurality of the process cartridges according to claim 8.
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