JP2005148409A - 導電性トナー及びこれを用いた現像装置並びに画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 現像性能や転写性能を向上した導電性トナー、更に、この導電性トナーを用いた現像装置並びに画像形成装置を提供する。
【解決手段】 静電潜像1を担持した像担持体2に対向配置され、帯電された導電性トナー3を担持搬送するトナー担持体4と、このトナー担持体4と像担持体2との間に現像電界が形成され、この現像電界領域にて像担持体2上の静電潜像1をトナー現像する現像電界形成手段5とを備えた現像装置に用いられる導電性トナー3であって、絶縁性トナー基体6の表面部には現像電界において高抵抗に変化し且つ現像電界より大きな電荷注入電界において低抵抗に変化する抵抗可変部7を備え、この抵抗可変部7は、絶縁性を有する絶縁性最外層8及び導電性を有する導電性内層9が含まれる少なくとも二層以上の積層構造で構成される被覆層を設ける。
【選択図】 図1
【解決手段】 静電潜像1を担持した像担持体2に対向配置され、帯電された導電性トナー3を担持搬送するトナー担持体4と、このトナー担持体4と像担持体2との間に現像電界が形成され、この現像電界領域にて像担持体2上の静電潜像1をトナー現像する現像電界形成手段5とを備えた現像装置に用いられる導電性トナー3であって、絶縁性トナー基体6の表面部には現像電界において高抵抗に変化し且つ現像電界より大きな電荷注入電界において低抵抗に変化する抵抗可変部7を備え、この抵抗可変部7は、絶縁性を有する絶縁性最外層8及び導電性を有する導電性内層9が含まれる少なくとも二層以上の積層構造で構成される被覆層を設ける。
【選択図】 図1
Description
本発明は、電子写真方式等の現像工程で用いられる可視材料であるトナーに係り、特に、導電性トナー及びこれを用いた現像装置、更には、この現像装置を用いた画像形成装置に関する。
従来、この種の電子写真方式などを適用した複写機やプリンタ等の画像形成装置においては、感光体ドラム等の像担持体上に形成された静電潜像を現像する現像剤として、絶縁性のトナーを使用し、この絶縁性トナーを摩擦帯電することによって所定の極性の電荷を与え、像担持体上の静電潜像を現像する方法が一般に広く用いられている。
ここで、絶縁性トナーを帯電させる方法としては、トナー中のバインダ樹脂や添加剤を適宜組合わせることにより、トナーの摩擦帯電特性を予め制御しておき、現像装置内でトナーが撹拌されたり搬送される際に、搬送経路の途中におけるトナーの撹拌動作や搬送動作によりトナー同士を摩擦させることで、摩擦帯電を生じやすい物質とトナーとの摩擦によってトナーを帯電させる方法が多く採用されている。
ここで、絶縁性トナーを帯電させる方法としては、トナー中のバインダ樹脂や添加剤を適宜組合わせることにより、トナーの摩擦帯電特性を予め制御しておき、現像装置内でトナーが撹拌されたり搬送される際に、搬送経路の途中におけるトナーの撹拌動作や搬送動作によりトナー同士を摩擦させることで、摩擦帯電を生じやすい物質とトナーとの摩擦によってトナーを帯電させる方法が多く採用されている。
このようなトナーの帯電方法においては、トナーの摩擦状態が個々のトナー粒子によって異なるため、摩擦によって帯電したトナーの帯電量には、ある程度の帯電分布が存在する。そのため、トナーには、帯電量が少ない低帯電トナーや、トナー全体の帯電極性とは逆極性に帯電した逆極性トナーが含まれることが多い。
このうち、低帯電トナーは、現像装置内の現像ロール等のトナー担持体から離れて画像形成装置内を漂う所謂トナークラウドとなりやすく、このトナークラウドは、画像形成装置の種々の不良発生の原因となるという不具合を有している。
また、逆極性トナーは、像担持体上の静電潜像のうち、本来トナーが付着しない背景部に静電的に引きつけられ、背景部の一様な汚れである所謂かぶりを発生させるという不具合を有している。
更に、この種の摩擦帯電方法にあっては、温度や湿度等の環境変化や、現像装置の使用に伴う経時変化の影響を受けやすく、トナーや撹拌部材等の摩擦帯電機構の表面状態の変化に伴って、結果的に、トナーの帯電状態が不安定になり易いという不具合を有している。
このうち、低帯電トナーは、現像装置内の現像ロール等のトナー担持体から離れて画像形成装置内を漂う所謂トナークラウドとなりやすく、このトナークラウドは、画像形成装置の種々の不良発生の原因となるという不具合を有している。
また、逆極性トナーは、像担持体上の静電潜像のうち、本来トナーが付着しない背景部に静電的に引きつけられ、背景部の一様な汚れである所謂かぶりを発生させるという不具合を有している。
更に、この種の摩擦帯電方法にあっては、温度や湿度等の環境変化や、現像装置の使用に伴う経時変化の影響を受けやすく、トナーや撹拌部材等の摩擦帯電機構の表面状態の変化に伴って、結果的に、トナーの帯電状態が不安定になり易いという不具合を有している。
そこで、このような不具合を解消するために、絶縁性トナーの代わりに導電性トナーを使用する方法、具体的には、導電性トナーへ電荷を注入して帯電させ、現像に供する方法が知られている。
この導電性トナーを用いる方法は、摩擦帯電を利用しないため、種々の利点がある。
特に、導電性トナーは電荷が移動し易く、均一な電荷をトナーに与えることができるため、かぶりやトナークラウドを防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくいことは最大の特長である。また、摩擦帯電機構が不要なため、現像装置の構造が簡単で、小型化、低価格化が可能であることも、大きな魅力である。
この導電性トナーを用いる方法は、摩擦帯電を利用しないため、種々の利点がある。
特に、導電性トナーは電荷が移動し易く、均一な電荷をトナーに与えることができるため、かぶりやトナークラウドを防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくいことは最大の特長である。また、摩擦帯電機構が不要なため、現像装置の構造が簡単で、小型化、低価格化が可能であることも、大きな魅力である。
ところが、導電性トナーが汎用的にならない最大の理由は、コロトロンやバイアスロールといった汎用的な静電転写方式を使用すると、吸湿した記録紙へのトナー像の転写が困難なためである。
また、カラー画像を形成する場合、色材の異なるカラートナーを重ねて種々の色を再現する必要があるが、導電性トナーではトナーを重ねることができず、カラー化に対応できないためである。この原因は、トナーが導電性であるが故に、吸湿して低抵抗になった記録紙やトナー相互間でトナー電荷の移動が起こり、トナーへの静電吸着力が失われてしまうことによる。
更に、別の技術的課題として、導電性トナーは容易に電荷注入が可能なため、静電潜像の電位が不安定になると、現像バイアスと静電潜像の背景部との間の小さな電位差(クリーニング電位と呼ぶ)でも、トナーへ逆極性の電荷が電荷注入されてしまい、かぶりの原因になり易い。
また、カラー画像を形成する場合、色材の異なるカラートナーを重ねて種々の色を再現する必要があるが、導電性トナーではトナーを重ねることができず、カラー化に対応できないためである。この原因は、トナーが導電性であるが故に、吸湿して低抵抗になった記録紙やトナー相互間でトナー電荷の移動が起こり、トナーへの静電吸着力が失われてしまうことによる。
更に、別の技術的課題として、導電性トナーは容易に電荷注入が可能なため、静電潜像の電位が不安定になると、現像バイアスと静電潜像の背景部との間の小さな電位差(クリーニング電位と呼ぶ)でも、トナーへ逆極性の電荷が電荷注入されてしまい、かぶりの原因になり易い。
このような技術的課題を解決するために、種々の技術が既に提案されている。
例えば、トナーとして、正負両極性のうち一方の極性に帯電し易く、かつ、当該極性に帯電した後は他方の極性に帯電し難い特性を具備させた提案、言い換えれば、電荷を注入しやすいが、リークしにくいトナー材料に関する提案がなされている(例えば特許文献1参照)。
また、基体の少なくとも一方の面に絶縁性媒質を所定量塗工し、所望の体積固有抵抗を備えた記録紙(転写媒体)を用いることで、記録紙の電荷保持を安定にすると共に電荷保持量を均一とする提案がなされている(例えば特許文献2参照)。
更に、現像後かつ転写に先立ち、静電潜像の画像部電位を現像時画像部電位の所定のレベルまで低減させ、トナーの飛び散りを抑制する提案がなされている(例えば特許文献3参照)。
更にまた、導電性トナーと絶縁性トナーとの混合により、転写時に、記録紙からの導電性トナーへの電荷注入を絶縁性トナー(絶縁体)にて防ぎ、導電性トナーと記録紙との接触確率を低減することで、導電性トナーの電荷保持力を改善するようにした提案がなされている(例えば特許文献4参照)。
また、像担持体上の導電性トナーを加熱することでトナーを軟化・溶融させ、この軟化・溶融されたトナーの機械的な粘着力を利用することにより、像担持体から記録紙への転写性を良好に保つようにした非静電転写技術に関する提案がなされている(例えば特許文献5参照)。
例えば、トナーとして、正負両極性のうち一方の極性に帯電し易く、かつ、当該極性に帯電した後は他方の極性に帯電し難い特性を具備させた提案、言い換えれば、電荷を注入しやすいが、リークしにくいトナー材料に関する提案がなされている(例えば特許文献1参照)。
また、基体の少なくとも一方の面に絶縁性媒質を所定量塗工し、所望の体積固有抵抗を備えた記録紙(転写媒体)を用いることで、記録紙の電荷保持を安定にすると共に電荷保持量を均一とする提案がなされている(例えば特許文献2参照)。
更に、現像後かつ転写に先立ち、静電潜像の画像部電位を現像時画像部電位の所定のレベルまで低減させ、トナーの飛び散りを抑制する提案がなされている(例えば特許文献3参照)。
更にまた、導電性トナーと絶縁性トナーとの混合により、転写時に、記録紙からの導電性トナーへの電荷注入を絶縁性トナー(絶縁体)にて防ぎ、導電性トナーと記録紙との接触確率を低減することで、導電性トナーの電荷保持力を改善するようにした提案がなされている(例えば特許文献4参照)。
また、像担持体上の導電性トナーを加熱することでトナーを軟化・溶融させ、この軟化・溶融されたトナーの機械的な粘着力を利用することにより、像担持体から記録紙への転写性を良好に保つようにした非静電転写技術に関する提案がなされている(例えば特許文献5参照)。
しかしながら、いずれの先行技術においても、絶縁性トナー同等の転写性を得ることができないばかりでなく、例えば、特許文献1及び特許文献4にて開示された先行技術にあっては、特殊な材料を使用しなければならず、また、特許文献2に開示された技術にあっては、特殊な記録紙を使用しなければならず、更に、特許文献3及び特許文献5にて開示された技術にあっては、特殊な作像プロセスが必要不可欠になる等の問題がある。
そのため、いずれの先行技術にあっても、汎用性を大きく損なう懸念があり、現段階において実用化には至っていないのが実情である。
そのため、いずれの先行技術にあっても、汎用性を大きく損なう懸念があり、現段階において実用化には至っていないのが実情である。
更に、従来の導電性トナーにあっては、絶縁性トナー中に添加する導電性フィラー(例えばカーボンブラック等)を多量に含有させるため、導電性トナーの溶融がしづらくなると共に、カラーに対する発色性が悪く、カラー適正が劣る等の欠点がある。
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであり、従前の導電性トナーを使用する際の不具合である静電転写性の改善、カラー適性の改善を行い、かぶりやトナークラウドを有効に防止できる導電性トナーを提供するものである。
また、この導電性トナーを用いることで、環境変化や経時劣化の影響を受けにくく、簡単で且つ汎用性のある現像装置及びこの現像装置を用いた画像形成装置を提供するものである。
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであり、従前の導電性トナーを使用する際の不具合である静電転写性の改善、カラー適性の改善を行い、かぶりやトナークラウドを有効に防止できる導電性トナーを提供するものである。
また、この導電性トナーを用いることで、環境変化や経時劣化の影響を受けにくく、簡単で且つ汎用性のある現像装置及びこの現像装置を用いた画像形成装置を提供するものである。
すなわち、本発明は、図1(a)(b)に示すように、静電潜像1を担持した像担持体2に対向配置され、帯電された導電性トナー3を担持搬送するトナー担持体4と、このトナー担持体4と像担持体2との間に現像電界が形成され、この現像電界領域にて像担持体2上の静電潜像1をトナー現像する現像電界形成手段5とを備えた現像装置に用いられる導電性トナー3であって、絶縁性トナー基体6の表面部には現像電界において高抵抗に変化し且つ現像電界より大きな電荷注入電界において低抵抗に変化する抵抗可変部7を備え、この抵抗可変部7は、絶縁性を有する絶縁性最外層8及び導電性を有する導電性内層9が含まれる少なくとも二層以上の積層構造で構成される被覆層であることを特徴とするものである。
このような技術的手段において、導電性トナー3を扱う現像方式としては、例えば一成分現像方式や二成分現像方式等のいずれの現像方式であってもよい。
また、トナー担持体4としては、導電性トナー3を担持搬送できるものであれば、ロール状、ベルト状等任意の形状でよく、磁極のレイアウト等も任意に設定して差し支えない。
更に、現像電界形成手段5は、像担持体2とトナー担持体4との間に現像電界を形成するものを広く含み、ここでいう現像電界としては直流電界のみ、あるいは、交番電界を重畳した直流電界など適宜選定してよい。
また、トナー担持体4としては、導電性トナー3を担持搬送できるものであれば、ロール状、ベルト状等任意の形状でよく、磁極のレイアウト等も任意に設定して差し支えない。
更に、現像電界形成手段5は、像担持体2とトナー担持体4との間に現像電界を形成するものを広く含み、ここでいう現像電界としては直流電界のみ、あるいは、交番電界を重畳した直流電界など適宜選定してよい。
そして、抵抗可変部7の抵抗変化の代表的態様としては、静電潜像1の画像部電位と現像バイアス電位とで形成される現像電界より大きく且つ電荷注入電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へスイッチング(抵抗変化)する態様が挙げられる。
本態様によれば、現像電界と電荷注入電界との中間電界にて、抵抗可変部7は高抵抗から低抵抗へスイッチングするようになっている。
そのため、導電性トナー3への電荷注入時は、電荷注入電界で抵抗可変部7の抵抗が低くなることで容易に電荷注入される。一方、現像時には、電荷注入電界より小さい現像電界で抵抗可変部7の抵抗が高く保たれ、トナー相互間での電荷移動が抑制される結果、導電性トナー3の電荷保持性が向上する。このため、導電性トナー3は、現像電界作用領域で均一に帯電した状態を保つこととなり、かぶりやトナークラウド等を抑制することが可能となる。
尚、本願での電荷注入電界や現像電界等は、電界強度の大きさを意味する。
本態様によれば、現像電界と電荷注入電界との中間電界にて、抵抗可変部7は高抵抗から低抵抗へスイッチングするようになっている。
そのため、導電性トナー3への電荷注入時は、電荷注入電界で抵抗可変部7の抵抗が低くなることで容易に電荷注入される。一方、現像時には、電荷注入電界より小さい現像電界で抵抗可変部7の抵抗が高く保たれ、トナー相互間での電荷移動が抑制される結果、導電性トナー3の電荷保持性が向上する。このため、導電性トナー3は、現像電界作用領域で均一に帯電した状態を保つこととなり、かぶりやトナークラウド等を抑制することが可能となる。
尚、本願での電荷注入電界や現像電界等は、電界強度の大きさを意味する。
また、抵抗可変部7の抵抗変化の好ましい態様としては、例えば静電潜像1の背景部電位と現像バイアス電位とで形成されるクリーニング電界より大きく且つ電荷注入電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へスイッチング(抵抗変化)するものが挙げられる。
本態様によれば、クリーニング電界と電荷注入電界との中間電界で抵抗可変部7は高抵抗から低抵抗へスイッチングするため、クリーニング電界の作用領域においては、抵抗可変部7は高抵抗に保たれることになり、トナー担持体4上の先端の導電性トナー3に逆極性の電荷が誘導されることはない。
このため、トナー担持体4上の導電性トナー3に逆極性電荷が誘導され、静電潜像1の背景部に付着するという所謂かぶり現象は有効に抑制される。
本態様によれば、クリーニング電界と電荷注入電界との中間電界で抵抗可変部7は高抵抗から低抵抗へスイッチングするため、クリーニング電界の作用領域においては、抵抗可変部7は高抵抗に保たれることになり、トナー担持体4上の先端の導電性トナー3に逆極性の電荷が誘導されることはない。
このため、トナー担持体4上の導電性トナー3に逆極性電荷が誘導され、静電潜像1の背景部に付着するという所謂かぶり現象は有効に抑制される。
更に、抵抗可変部7の抵抗変化の好ましい態様としては、転写時に形成される転写電界よりも大きく且つ電荷注入電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へスイッチングする態様が挙げられる。
本態様によれば、転写電界と電荷注入電荷との中間電界にて抵抗可変部7は高抵抗から低抵抗へとスイッチングするため、転写電界の作用領域では、抵抗可変部7は高抵抗に保たれることになり、転写時において、導電性トナー3と記録紙との間で電荷の移動が発生することはなく、例えば高含水紙などに対しても導電性トナー3の電荷が保持され、良好な転写性能が得られるようになる。
本態様によれば、転写電界と電荷注入電荷との中間電界にて抵抗可変部7は高抵抗から低抵抗へとスイッチングするため、転写電界の作用領域では、抵抗可変部7は高抵抗に保たれることになり、転写時において、導電性トナー3と記録紙との間で電荷の移動が発生することはなく、例えば高含水紙などに対しても導電性トナー3の電荷が保持され、良好な転写性能が得られるようになる。
また、本願での抵抗可変部7の代表的態様としては、導電性内層9の少なくとも一部を絶縁性最外層8が被覆した態様が挙げられる。この態様において、絶縁性最外層8による被覆率を調整したり、絶縁性最外層8の厚さを調整することで、抵抗可変部7の抵抗がスイッチングする電界を調整することが可能となる。
仮に、導電性トナー3の導電性内層9が他の導電性トナーの導電性内層と接触すると、電荷注入電界や現像電界が加わったときにリーク等により所望の効果が上がらず、かぶりやトナークラウド等を引き起こす可能性がある。
尚、本態様においては、導電性内層9が密着強度を向上する目的等により複数構成であっても差し支えなく、更に、絶縁性最外層8が縁強度を高める目的等により複数構成であっても差し支えない。
仮に、導電性トナー3の導電性内層9が他の導電性トナーの導電性内層と接触すると、電荷注入電界や現像電界が加わったときにリーク等により所望の効果が上がらず、かぶりやトナークラウド等を引き起こす可能性がある。
尚、本態様においては、導電性内層9が密着強度を向上する目的等により複数構成であっても差し支えなく、更に、絶縁性最外層8が縁強度を高める目的等により複数構成であっても差し支えない。
また、抵抗可変部7の好ましい抵抗条件としては、例えば導電性トナー3の体積抵抗率を電荷注入電界にて1010Ω・cm以下にし且つ現像電界にて1011Ω・cm以上にすればよい。このような範囲の抵抗条件に設定すれば、導電性トナー3に対し、電荷注入電界の作用領域での電荷注入動作、及び、現像電界の作用領域での電荷保持動作は、極めて良好に行われる。また、これにより、多層トナーの現像が可能になる。
更に、導電性トナー3を低温で溶融する観点から、導電性内層9を薄く構成することが好ましく、導電性内層9として導電性微粒子によって形成する態様が好ましい。
この導電微粒子としては、例えば、大きさがサブミクロンのITO、酸化すず、酸化亜鉛、酸化チタン等が挙げられる。
そして、この導電性微粒子を使用した態様にあっては、導電性微粒子が、例えば、ITOや酸化すずのように透明性を備えることがより好ましく、カラートナーに適用した場合の色の彩度が向上する利点がある。
この導電微粒子としては、例えば、大きさがサブミクロンのITO、酸化すず、酸化亜鉛、酸化チタン等が挙げられる。
そして、この導電性微粒子を使用した態様にあっては、導電性微粒子が、例えば、ITOや酸化すずのように透明性を備えることがより好ましく、カラートナーに適用した場合の色の彩度が向上する利点がある。
一方、導電性内層9として、金属又は金属酸化物の薄層めっきによって形成する態様も好ましい。ここでいう「めっき」とは、例えば無電解めっき等の化学めっきや蒸着等の物理めっきを含み、適用される材料としては、例えば、ニッケルや金等の化学めっき品や酸化すず、酸化チタン、ITO、酸化亜鉛等の物理めっき品が挙げられる。
また、絶縁性トナー基体6の代表的態様としては、通常の電子写真方式等で使用される絶縁性トナーであればよく、例えば、スチレンアクリル系樹脂やポリエステル系樹脂等を使用したものが挙げられる。
更に、本発明における導電性トナー3を作製する方法としての第一の態様は、絶縁性トナー基体6と導電性微粒子とを撹拌混合する工程と、この撹拌混合された粒子と絶縁性微粒子とを撹拌混合する工程とを備えていることが好ましく、これらの仕込量及び撹拌混合時間を調整することで抵抗可変部7の抵抗がスイッチングする電界を調整することが可能になり、導電性トナー3としての所望の特性を得ることができる。このとき、絶縁性微粒子としては、絶縁性トナー基体6と同様の、例えば、スチレンアクリル系樹脂やポリエステル系樹脂等を使用したものが挙げられる。
また、第二の態様としては、絶縁性トナー基体6の外表面に導電性内層9が形成された粒子と、上述の絶縁性微粒子とを撹拌混合する工程を備えていることが好ましく、これらの仕込量及び撹拌混合時間を調整することで抵抗可変部7の抵抗がスイッチングする電界を調整することが可能になり、導電性トナー3としての所望の特性を得ることができる。
また、第二の態様としては、絶縁性トナー基体6の外表面に導電性内層9が形成された粒子と、上述の絶縁性微粒子とを撹拌混合する工程を備えていることが好ましく、これらの仕込量及び撹拌混合時間を調整することで抵抗可変部7の抵抗がスイッチングする電界を調整することが可能になり、導電性トナー3としての所望の特性を得ることができる。
また、本発明を現像装置の観点から捉えると、図1(b)に示すように、静電潜像1を担持した像担持体2に対向配置されて帯電された導電性トナー3を担持搬送するトナー担持体4と、このトナー担持体4と像担持体2との間に現像電界が形成され、この現像電界領域にて像担持体2上の静電潜像1をトナー現像する現像電界形成手段5とを備え、導電性トナー3として上述の導電性トナーを用いた態様が挙げられる。
このとき、現像電界形成手段5は、現像電界を発生させるものであり、例えば、直流電界のみ、あるいは、交流電界を重畳した直流電界など適宜選定してよい。
このとき、現像電界形成手段5は、現像電界を発生させるものであり、例えば、直流電界のみ、あるいは、交流電界を重畳した直流電界など適宜選定してよい。
そして、本発明における導電性トナー3は、上述したような構成を備えているため、このような導電性トナー3に効果的に電荷注入を行い、トナー担持体4へ担持するには、例えば、以下のようにすればよい。
すなわち、トナー担持体4に対向配置される電荷注入部材10を備え、トナー担持体4と電荷注入部材10との間に現像電界より大きな電荷注入電界を作用させることにより、導電性トナー3に電荷を注入するようにすればよい。このとき、電荷注入電界は、直流電界が好ましいが、交流電界を重畳した直流電界等適宜選定してよい。
すなわち、トナー担持体4に対向配置される電荷注入部材10を備え、トナー担持体4と電荷注入部材10との間に現像電界より大きな電荷注入電界を作用させることにより、導電性トナー3に電荷を注入するようにすればよい。このとき、電荷注入電界は、直流電界が好ましいが、交流電界を重畳した直流電界等適宜選定してよい。
更に、トナー担持体4に対する導電性トナー3の供給担持をやり易くする観点からは、電荷注入部材10に対し、トナー担持体4のトナー搬送方向上流側にトナー供給部材を配設し、このトナー供給部材によってトナー担持体4に導電性トナー3を供給する態様が好ましい。
また、装置を簡略化する観点からは、電荷注入部材10が、トナー担持体4に導電性トナー3を供給担持するトナー供給部材を兼用する態様が好ましい。
また、装置を簡略化する観点からは、電荷注入部材10が、トナー担持体4に導電性トナー3を供給担持するトナー供給部材を兼用する態様が好ましい。
そして、電荷注入部材10とトナー供給部材とを備える態様にあっては、トナー供給部材は、導電性トナー3に接触する構成であればよく、例えば、ロール状、ブレード状等の形状が挙げられる。また、電荷注入部材10としては、トナー担持体4上に担持された導電性トナー3に電荷注入電界を印加できる態様であればよく、例えば、導電性ロールや導電性ゴムを接着した導電板等が好ましいが、これに限らず適宜選定して差し支えない。
一方、電荷注入部材10がトナー供給部材を兼用する態様においては、電荷注入部材10はトナー担持体4に対向配置される部材であって、トナー担持体4に導電性トナー3を供給担持させると共に、トナー担持体4との間に電荷注入電界を作用させるための電極として働くものであればよく、例えばロール状やプレート状のもの等適宜選定して差し支えない。また、電荷注入部材10の態様としては、導電性トナー3をトナー担持体4に供給担持させる観点からは、導電性フォームロールや表面に小さく均一な凹凸面を形成した導電性ロール等が好ましいが、これに限らず適宜選定して差し支えない。
次に、本発明に係る現像装置の作用について説明する。
本発明において、導電性トナー3は、図2(b)に示すように、例えば、トナー担持体4と電荷注入部材10との間に、現像電界よりも高電界である電荷注入電界を加えることで、この電荷注入作用領域(電荷注入領域)において導電性トナー3が電荷注入される(電荷注入工程)。
このとき、図2(a)に示すように、電荷注入電界においては、抵抗可変部7が低抵抗に変化することから導電性トナー3の被覆層が低抵抗層として働くことになり、導電性トナー3には容易に電荷が注入される。
本発明において、導電性トナー3は、図2(b)に示すように、例えば、トナー担持体4と電荷注入部材10との間に、現像電界よりも高電界である電荷注入電界を加えることで、この電荷注入作用領域(電荷注入領域)において導電性トナー3が電荷注入される(電荷注入工程)。
このとき、図2(a)に示すように、電荷注入電界においては、抵抗可変部7が低抵抗に変化することから導電性トナー3の被覆層が低抵抗層として働くことになり、導電性トナー3には容易に電荷が注入される。
この後、トナー担持体4上を担持搬送された導電性トナー3は、図2(b)に示すように、像担持体2とトナー担持体4との間の現像領域へ搬送され、現像電界形成手段5による現像電界の作用領域に入り、像担持体2へと移動して像担持体2上の静電潜像1を可視像化する(可視像化工程)。
このとき、図2(a)に示すように、現像電界においては、抵抗可変部7が高抵抗に変化することから高絶縁性被膜として働くことになり、導電性トナー3には電荷が注入され難くなり、その分、導電性トナー3は、電荷を保持した状態を保ち、導電性トナー3相互間等で電荷の移動は行われないようになる。
このとき、図2(a)に示すように、現像電界においては、抵抗可変部7が高抵抗に変化することから高絶縁性被膜として働くことになり、導電性トナー3には電荷が注入され難くなり、その分、導電性トナー3は、電荷を保持した状態を保ち、導電性トナー3相互間等で電荷の移動は行われないようになる。
更に、本発明は、上述した現像装置に限られるものではなく、これらの現像装置を組み込んだ画像形成装置をも対象とするものである。
特に、画像形成装置において、現像性能及び転写性能を両立させるには、抵抗可変部7が、転写時に形成される転写電界よりも大きく且つ電荷注入電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へ抵抗変化する現像装置と、像担持体上のトナー像を電荷注入電界よりも小さい転写電界にて記録媒体に転写する転写装置とを備えたものが好ましい。
特に、画像形成装置において、現像性能及び転写性能を両立させるには、抵抗可変部7が、転写時に形成される転写電界よりも大きく且つ電荷注入電界よりも小さい電界で高抵抗から低抵抗へ抵抗変化する現像装置と、像担持体上のトナー像を電荷注入電界よりも小さい転写電界にて記録媒体に転写する転写装置とを備えたものが好ましい。
本発明に係る導電性トナーは、現像電界より大きい電荷注入電界で低抵抗化し、現像電界にて高抵抗化する抵抗可変部を備えたので、電荷を注入する場合は抵抗可変部を低抵抗化させ容易に電荷の注入ができ、現像をする場合は抵抗可変部を高抵抗化させることで電荷保持性を向上させることができる。
更に、本発明に係る導電性トナーを用いることで、導電性トナーに対する電荷注入性と、注入された電荷の電荷保持性とを両立させることが可能になり、導電性トナーに対する電荷注入性を良好に保ちながら、現像電界作用領域において不要に電荷注入される事態を有効に回避することができる。このため、現像電界作用領域において、低電荷トナーや逆極性トナーが生成されることが少なく、かぶりやトナークラウドを有効に防止でき、導電性トナーに対する現像性能を良好に保つことができる。
また、本発明に係る導電性トナーによれば、作用電界により抵抗変化する抵抗可変部を具備しているため、例えば、転写電界作用領域において抵抗可変部の抵抗を高くすることにより、転写時における導電性トナーの電荷保持性を良好に保つことができる。このため、導電性トナーに保持している電荷が吸湿した記録紙やトナー相互間で移動することを有効に防止することができ、トナーへの静電吸着力を維持することができる。
よって、高含水紙などへのトナー像の転写も可能となり、しかも、カラートナーの重ねによるカラー画像を形成することも可能になる。
特に、本発明では、抵抗可変部を絶縁性最外層と導電性内層との少なくとも二層以上の積層構造で構成される被覆層で形成したため、抵抗可変部の機能分離が明確となり、所望の特性を簡単に構築できる。また、導電性内層の導電性トナー全体に占める割合も小さくて済むことから、低温でのトナー溶融が可能になる。
よって、高含水紙などへのトナー像の転写も可能となり、しかも、カラートナーの重ねによるカラー画像を形成することも可能になる。
特に、本発明では、抵抗可変部を絶縁性最外層と導電性内層との少なくとも二層以上の積層構造で構成される被覆層で形成したため、抵抗可変部の機能分離が明確となり、所望の特性を簡単に構築できる。また、導電性内層の導電性トナー全体に占める割合も小さくて済むことから、低温でのトナー溶融が可能になる。
また、本発明に係る導電性トナーは、通常の絶縁性トナーと導電性微粒子とを撹拌混合させ、導電性内層を形成した後、この導電性内層が形成された粒子と絶縁性微粒子を撹拌混合させ、仕込量及び撹拌混合時間を調整することで所望の特性を得るようにできるので、簡単な製造方法で導電性トナーが実現可能となる。
更に、他の製造方法として、絶縁性トナー表面に導電性内層がめっきにて形成された粒子と、絶縁性微粒子を撹拌混合させ、仕込量及び撹拌混合時間を調整することで所望の特性を得ることができるので、簡単な製造方法で導電性トナーが実現可能になる。
そして、このような導電性トナーの製造方法によれば、導電性トナーの特性も安定し且つ安価な導電性トナーが実現可能となる。
更に、従来トナーを利用できるため新規導電性トナー開発に際して、開発工数を低減できるという利点がある。
更に、他の製造方法として、絶縁性トナー表面に導電性内層がめっきにて形成された粒子と、絶縁性微粒子を撹拌混合させ、仕込量及び撹拌混合時間を調整することで所望の特性を得ることができるので、簡単な製造方法で導電性トナーが実現可能になる。
そして、このような導電性トナーの製造方法によれば、導電性トナーの特性も安定し且つ安価な導電性トナーが実現可能となる。
更に、従来トナーを利用できるため新規導電性トナー開発に際して、開発工数を低減できるという利点がある。
また、本発明に係る現像装置によれば、従前の導電性トナーを使用する際の不具合である、静電転写性の改善、カラー適性の改善を行い、かぶりやトナークラウドを有効に防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくく、簡単で且つ汎用性のある現像装置を提供することができる。
更に、このような現像装置を用いた画像形成装置によれば、導電性トナーに対する現像性能を良好に保つことができ、しかも、導電性トナーに対する良好な転写性能を簡単に実現することができるため、導電性トナーを用いた良好な作像性能を簡単且つ確実に実現することができる。
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
◎実施の形態1
図3は、本発明が適用された現像装置を含む画像形成装置の実施の形態1を示す。
同図において、本実施の形態に係る画像形成装置は、所定方向に回転する像担持体としての感光体ドラム20を有し、この感光体ドラム20の周囲には、感光体ドラム20を帯電する帯電装置21と、この感光体ドラム20上に静電潜像Zを形成する潜像書込装置としての例えば露光装置22と、感光体ドラム20上に形成された静電潜像Zを可視像化する現像装置30と、感光体ドラム20上で可視像化されたトナー像を記録媒体である記録紙28に転写する転写装置24と、感光体ドラム20上の残留トナーを清掃するクリーニング装置25とを順次配設したものである。
◎実施の形態1
図3は、本発明が適用された現像装置を含む画像形成装置の実施の形態1を示す。
同図において、本実施の形態に係る画像形成装置は、所定方向に回転する像担持体としての感光体ドラム20を有し、この感光体ドラム20の周囲には、感光体ドラム20を帯電する帯電装置21と、この感光体ドラム20上に静電潜像Zを形成する潜像書込装置としての例えば露光装置22と、感光体ドラム20上に形成された静電潜像Zを可視像化する現像装置30と、感光体ドラム20上で可視像化されたトナー像を記録媒体である記録紙28に転写する転写装置24と、感光体ドラム20上の残留トナーを清掃するクリーニング装置25とを順次配設したものである。
本実施の形態において、現像装置30は、図3に示すように、導電性トナー40を含む現像剤Gが収容される現像ハウジング31を有し、この現像ハウジング31には感光体ドラム20に対向して現像用開口32を開設すると共に、この現像用開口32に面して現像ロール33を配設し、この現像ロール33に所定の現像バイアスを印加することで、感光体ドラム20と現像ロール33との間の現像領域に現像電界を作用させ、更に、現像ハウジング31内には前記現像ロール33と対向して電荷注入ロール34を設けたものである。
更に、この現像装置30には、図4(a)に示すように、現像ハウジング31内の電荷注入ロール34の表面には、導電性トナー40の薄層を形成する層形成部材35を備えており、また、現像ハウジング31内の電荷注入ロール34の奥側に設けられて導電性トナー40を含む現像剤Gを撹拌するアジテータ36を備えている。
そして、現像ロール33には現像バイアス電源37からの現像バイアスが印加される一方、電荷注入ロール34には電荷注入バイアス電源38からの電荷注入バイアスが印加されるようになっている。それにより、感光体ドラム20の静電潜像Zと現像ロール33との間には現像電界が、現像ロール33と電荷注入ロール34との間には電荷注入電界が作用するようになっている。
そして、現像ロール33には現像バイアス電源37からの現像バイアスが印加される一方、電荷注入ロール34には電荷注入バイアス電源38からの電荷注入バイアスが印加されるようになっている。それにより、感光体ドラム20の静電潜像Zと現像ロール33との間には現像電界が、現像ロール33と電荷注入ロール34との間には電荷注入電界が作用するようになっている。
また、本実施の形態において、現像ロール33は、例えば表面をアルマイト処理したアルミニウム製のロールで構成され、電荷注入ロール34は、サンドブラスト法や化学エッチング法等により表面に小さく均一な凹凸面を形成したアルミニウム製のロールから構成され、現像ロール33と電荷注入ロール34とは軽く接触又は微小間隙をもって支持されている。
更に、層形成部材35は例えば厚さ0.03〜0.3mm程度のステンレスの板バネにシリコーンゴムやEPDMを接着剤等により接着したものである。この層形成部材35の一端は、電荷注入ロール34の表面に軽く接触し、他端は現像ハウジング31の一部に支持されている。
尚、図4(b)は、図4(a)の要部を示す模式図である。
更に、層形成部材35は例えば厚さ0.03〜0.3mm程度のステンレスの板バネにシリコーンゴムやEPDMを接着剤等により接着したものである。この層形成部材35の一端は、電荷注入ロール34の表面に軽く接触し、他端は現像ハウジング31の一部に支持されている。
尚、図4(b)は、図4(a)の要部を示す模式図である。
ここで、本実施の形態における導電性トナー40としては、図5に示すように、通常の絶縁性トナーからなる絶縁性コア201と、この絶縁性コア201の周囲を導電性内層202で覆い、更に、この導電性内層202の周囲を薄い絶縁性最外層203で覆った構成が採られている。
このとき、絶縁性最外層203は導電性内層202の外周を必ずしも全面覆っている必要はなく、例えば図6(a)のように微小間隙204を備えていても、絶縁性最外層203によって、トナー間での導電性内層202同士の接触等が起こらないような微小間隙204であればよい。また、図6(b)のように絶縁性最外層203が導電性内層202を全面覆う場合は、絶縁性最外層203の厚さを調整することにより実現できる。
そして、このような構成の導電性トナー40には、本件の特徴点である抵抗可変部が導電性内層202及び絶縁性最外層203で構成されているため、高電界を印加すると急激に低抵抗化する傾向を示す。尚、低抵抗化する電界の大きさについては、導電性トナー40の主として絶縁性最外層203の厚さ、被覆率や導電性内層202の分布状態等に依存する。
このとき、絶縁性最外層203は導電性内層202の外周を必ずしも全面覆っている必要はなく、例えば図6(a)のように微小間隙204を備えていても、絶縁性最外層203によって、トナー間での導電性内層202同士の接触等が起こらないような微小間隙204であればよい。また、図6(b)のように絶縁性最外層203が導電性内層202を全面覆う場合は、絶縁性最外層203の厚さを調整することにより実現できる。
そして、このような構成の導電性トナー40には、本件の特徴点である抵抗可変部が導電性内層202及び絶縁性最外層203で構成されているため、高電界を印加すると急激に低抵抗化する傾向を示す。尚、低抵抗化する電界の大きさについては、導電性トナー40の主として絶縁性最外層203の厚さ、被覆率や導電性内層202の分布状態等に依存する。
このメカニズムについては、導電性内層202が絶縁性最外層203にて被覆されているため、導電性内層202は、直接的にトナー相互や電極部材等に接触することがなく、絶縁性最外層203を介して一定の微小間隙204を保つことになり、この結果、例えば高電界が印加された時、トンネル効果や微小間隙204での気中放電等により低抵抗化することになる、と推測される。
このような導電性トナー40は、図7(a)に示すように、スチレンアクリル系樹脂やポリエステル系樹脂の絶縁性トナー401と、ITOや酸化すず等の導電性微粒子402との所定量を撹拌混合機403に投入し、所定の時間撹拌混合させ、表面に導電性微粒子402が付着した粒子404を作製する。その後、この粒子404とスチレンアクリル系樹脂やポリエステル系樹脂の絶縁性微粒子405との所定量を撹拌混合機403に投入し、所定の時間撹拌混合させることで作製している。このとき、撹拌混合機403は同一のものを使用し、粒子404が作製された状態で絶縁性微粒子405を投入することを行っても差し支えない。
一方、導電性トナー40を図7(b)のように作製することも可能である。
これは、絶縁性トナー401の外周面に、例えば、無電解めっきにてニッケル被膜が形成された導電性粒子406と前述の絶縁性微粒子405との所定量を撹拌混合機403に投入し、所定の時間撹拌混合することで作製できる。ここで、導電性粒子406としては、ニッケル被膜の代わりに、例えば、透明導電性被膜(例えばITO等)を物理めっきによって形成したものであっても差し支えない。
尚、撹拌混合機403としては、撹拌混合する機能を有するものであればよく、ミルのような粉砕機等を利用することもできる。
これは、絶縁性トナー401の外周面に、例えば、無電解めっきにてニッケル被膜が形成された導電性粒子406と前述の絶縁性微粒子405との所定量を撹拌混合機403に投入し、所定の時間撹拌混合することで作製できる。ここで、導電性粒子406としては、ニッケル被膜の代わりに、例えば、透明導電性被膜(例えばITO等)を物理めっきによって形成したものであっても差し支えない。
尚、撹拌混合機403としては、撹拌混合する機能を有するものであればよく、ミルのような粉砕機等を利用することもできる。
更に、本実施の形態において、図3に示すように、転写装置24は、例えば感光体ドラム20に対向して転写ロール(図示せず)を配設し、この転写ロールに転写バイアスを印加することで感光体ドラム20と転写ロールとの間に転写電界を作用させ、記録媒体である記録紙28に感光体ドラム20上のトナー像を静電的に転写させるものである。
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作動について説明する。
今、作像プロセスが開始されると、先ず、感光体ドラム20表面が帯電装置21により帯電され、露光装置22が帯電された感光体ドラム20上に静電潜像Zを書き込み、現像装置30が前記静電潜像Zを可視像化する。
しかる後、感光体ドラム20上のトナー像は転写部位へと搬送され、転写装置24が記録媒体である記録紙28に感光体ドラム20上のトナー像を静電的に転写する。
尚、感光体ドラム20上の残留トナーはクリーニング装置25にて清掃される。
今、作像プロセスが開始されると、先ず、感光体ドラム20表面が帯電装置21により帯電され、露光装置22が帯電された感光体ドラム20上に静電潜像Zを書き込み、現像装置30が前記静電潜像Zを可視像化する。
しかる後、感光体ドラム20上のトナー像は転写部位へと搬送され、転写装置24が記録媒体である記録紙28に感光体ドラム20上のトナー像を静電的に転写する。
尚、感光体ドラム20上の残留トナーはクリーニング装置25にて清掃される。
ここで、本実施の形態における現像装置30の作動について図4(a)(b)を基に詳述する。
同図において、本実施の形態における現像装置30は、アジテータ36により撹拌された導電性トナー40が、電荷注入ロール34表面に供給され、この電荷注入ロール34と層形成部材35との間を通過することにより、電荷注入ロール34の表面に均一なトナー層を形成する。更に、この形成されたトナー層は、電荷注入ロール34の回転により、現像ロール33と電荷注入ロール34との対向位置に搬送される。
このとき、現像ロール33に接続している現像バイアス電源37の現像バイアスと、電荷注入ロール34に接続している電荷注入バイアス電源38による電荷注入バイアスとの差により形成された電荷注入電界によって、導電性トナー40に所定の電荷が注入される。
同図において、本実施の形態における現像装置30は、アジテータ36により撹拌された導電性トナー40が、電荷注入ロール34表面に供給され、この電荷注入ロール34と層形成部材35との間を通過することにより、電荷注入ロール34の表面に均一なトナー層を形成する。更に、この形成されたトナー層は、電荷注入ロール34の回転により、現像ロール33と電荷注入ロール34との対向位置に搬送される。
このとき、現像ロール33に接続している現像バイアス電源37の現像バイアスと、電荷注入ロール34に接続している電荷注入バイアス電源38による電荷注入バイアスとの差により形成された電荷注入電界によって、導電性トナー40に所定の電荷が注入される。
そして、電荷注入された導電性トナー40は、そのまま現像ロール33上を搬送され、
現像ロール33と感光体ドラム20との対向部位に進む。ここで、感光体ドラム20上の静電潜像Zと、現像ロール33に接続している現像バイアス電源37の現像バイアスとの差により形成された現像電界が、導電性トナー40に加わることとなる。
また、感光体ドラム20上に露光装置22(図3参照)によって書き込まれた静電潜像部分は、表面帯電が除電されていることから、現像電界によって、この部分のみ導電性トナー40が感光体ドラム20に移動し、静電潜像Zを可視像化する。
本実施の形態において、この現像電界は電荷注入電界より低電界となっているため、電荷注入電界にて導電性トナー40に注入された電荷が、現像電界で逃げることもなく、良好な現像が実施できる。
現像ロール33と感光体ドラム20との対向部位に進む。ここで、感光体ドラム20上の静電潜像Zと、現像ロール33に接続している現像バイアス電源37の現像バイアスとの差により形成された現像電界が、導電性トナー40に加わることとなる。
また、感光体ドラム20上に露光装置22(図3参照)によって書き込まれた静電潜像部分は、表面帯電が除電されていることから、現像電界によって、この部分のみ導電性トナー40が感光体ドラム20に移動し、静電潜像Zを可視像化する。
本実施の形態において、この現像電界は電荷注入電界より低電界となっているため、電荷注入電界にて導電性トナー40に注入された電荷が、現像電界で逃げることもなく、良好な現像が実施できる。
更に、感光体ドラム20上で可視像化されたトナー像は、図3に示すように、感光体ドラム20と転写装置24との対向する位置で、記録紙28に転写される。
本実施の形態においては、この転写工程においても、感光体ドラム20と転写装置24とで形成される転写電界が、前述の電荷注入電界より低電界で行われるため、良好な転写ができる。
本実施の形態においては、この転写工程においても、感光体ドラム20と転写装置24とで形成される転写電界が、前述の電荷注入電界より低電界で行われるため、良好な転写ができる。
◎実施の形態2
図8(a)は、本発明に係る実施の形態2の現像装置を示し、図8(b)は、図8(a)の要部を示す模式図である。
同図において、本実施の形態における現像装置30は、実施の形態1における現像装置と略同様に構成されているが、電荷注入ロール34の他に、導電性トナー40を現像ロール33上に供給担持するトナー供給ロール101を備えている点が実施の形態1と異なる。
尚、実施の形態1と同様な構成要素には同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図8(a)は、本発明に係る実施の形態2の現像装置を示し、図8(b)は、図8(a)の要部を示す模式図である。
同図において、本実施の形態における現像装置30は、実施の形態1における現像装置と略同様に構成されているが、電荷注入ロール34の他に、導電性トナー40を現像ロール33上に供給担持するトナー供給ロール101を備えている点が実施の形態1と異なる。
尚、実施の形態1と同様な構成要素には同様の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本実施の形態での現像装置30は、現像ロール33に対向する位置に、導電性トナー40を現像ロール33上に供給担持するトナー供給ロール101及び現像ロール33上に担持された導電性トナー40に電荷を注入する電荷注入ロール34が設けられている。
そして、現像ロール33には現像バイアス電源37からの現像バイアスが印加される一方、この現像バイアス電源37がトナー供給ロール101にも接続され、トナー供給ロール101と現像ロール33とが同電位になるようになっている。
また、本実施の形態におけるトナー供給ロール101は、表面をサンドブラスト法や化学エッチング法等により小さく均一な凹凸面が形成されたアルミニウム製のロールから構成され、現像ロール33とトナー供給ロール101とは軽く接触又は微小間隙をもって支持されている。
そして、現像ロール33には現像バイアス電源37からの現像バイアスが印加される一方、この現像バイアス電源37がトナー供給ロール101にも接続され、トナー供給ロール101と現像ロール33とが同電位になるようになっている。
また、本実施の形態におけるトナー供給ロール101は、表面をサンドブラスト法や化学エッチング法等により小さく均一な凹凸面が形成されたアルミニウム製のロールから構成され、現像ロール33とトナー供給ロール101とは軽く接触又は微小間隙をもって支持されている。
次に、本実施の形態に係る現像装置30の作動について説明する。
現像装置30は、現像ハウジング31内において導電性トナー40がアジテータ36により撹拌され、撹拌された導電性トナー40は、トナー供給ロール101と層形成部材35との間を通過することにより、トナー供給ロール101の表面に均一なトナー層を形成する。
更に、トナー層は、トナー供給ロール101の回転により、現像ロール33とトナー供給ロール101との対向位置に搬送され、現像ロール33上に供給担持される。
そして、現像ロール33上に担持された導電性トナー40は、現像ロール33と電荷注入ロール34との対向部位で、この間に形成される電荷注入電界により電荷が注入される。
現像ロール33上で電荷が注入された導電性トナー40は、そのまま現像ロール33上を搬送され、現像ロール33と感光体ドラム20との対向部位に進む。ここで、感光体ドラム20上の静電潜像Zと、現像ロール33に接続している現像バイアス電源37の現像バイアスとの差により形成された現像電界が、導電性トナー40に加わることとなる。
このため、感光体ドラム20上の静電潜像Zに導電性トナー40が移動し、静電潜像Zを可視像化する。本実施の形態において、この現像電界は電荷注入電界より低電界となっているため、電荷注入電界にて導電性トナー40に注入された電荷が、現像電界で逃げることもなく、良好な現像が実施できる。
本実施の形態における現像装置30は、実施の形態1と同様の作動を行うことから、画像形成装置の現像装置としては、いずれの現像装置30をも利用することができる。
現像装置30は、現像ハウジング31内において導電性トナー40がアジテータ36により撹拌され、撹拌された導電性トナー40は、トナー供給ロール101と層形成部材35との間を通過することにより、トナー供給ロール101の表面に均一なトナー層を形成する。
更に、トナー層は、トナー供給ロール101の回転により、現像ロール33とトナー供給ロール101との対向位置に搬送され、現像ロール33上に供給担持される。
そして、現像ロール33上に担持された導電性トナー40は、現像ロール33と電荷注入ロール34との対向部位で、この間に形成される電荷注入電界により電荷が注入される。
現像ロール33上で電荷が注入された導電性トナー40は、そのまま現像ロール33上を搬送され、現像ロール33と感光体ドラム20との対向部位に進む。ここで、感光体ドラム20上の静電潜像Zと、現像ロール33に接続している現像バイアス電源37の現像バイアスとの差により形成された現像電界が、導電性トナー40に加わることとなる。
このため、感光体ドラム20上の静電潜像Zに導電性トナー40が移動し、静電潜像Zを可視像化する。本実施の形態において、この現像電界は電荷注入電界より低電界となっているため、電荷注入電界にて導電性トナー40に注入された電荷が、現像電界で逃げることもなく、良好な現像が実施できる。
本実施の形態における現像装置30は、実施の形態1と同様の作動を行うことから、画像形成装置の現像装置としては、いずれの現像装置30をも利用することができる。
◎実施の形態3
図9は、本発明に係る現像装置が適用された実施の形態3の画像形成装置を示す。
同図において、本実施の形態に係る画像形成装置は、所謂タンデム型と称されるものであり、装置本体60の上方に原稿を読み取る画像読取ユニット61を配設する一方、装置本体60内に四つの色成分(本実施の形態ではY:イエロ、M:マゼンタ、C:シアン、K:ブラック)の作像エンジン62(具体的には62a〜62d)を横方向に配列し、その下方には各作像エンジン62の配列方向に沿って循環搬送される中間転写ベルト63を配設すると共に、この中間転写ベルト63には当該中間転写ベルト63上の画像を記録媒体としての例えば記録紙64に転写させる二次転写装置65を配設し、更に、装置本体60の下方には前記記録紙64が収容される供給カセット66を配設し、この供給カセット66からの記録紙64を二次転写装置65を経て定着装置67へと導くようにしたものである。
図9は、本発明に係る現像装置が適用された実施の形態3の画像形成装置を示す。
同図において、本実施の形態に係る画像形成装置は、所謂タンデム型と称されるものであり、装置本体60の上方に原稿を読み取る画像読取ユニット61を配設する一方、装置本体60内に四つの色成分(本実施の形態ではY:イエロ、M:マゼンタ、C:シアン、K:ブラック)の作像エンジン62(具体的には62a〜62d)を横方向に配列し、その下方には各作像エンジン62の配列方向に沿って循環搬送される中間転写ベルト63を配設すると共に、この中間転写ベルト63には当該中間転写ベルト63上の画像を記録媒体としての例えば記録紙64に転写させる二次転写装置65を配設し、更に、装置本体60の下方には前記記録紙64が収容される供給カセット66を配設し、この供給カセット66からの記録紙64を二次転写装置65を経て定着装置67へと導くようにしたものである。
本実施の形態において、作像エンジン62は、例えば感光体ドラム71を有し、この感光体ドラム71の周囲に、感光体ドラム71を帯電する帯電器72、帯電された感光体ドラム71上に静電潜像を書き込むレーザ装置等の潜像書込装置73、感光体ドラム71上の静電潜像を各色成分トナーにて可視像化する現像装置74(具体的には74a〜74d)、感光体ドラム71上のトナー像を中間転写ベルト63に一次転写させる一次転写装置75及び感光体ドラム71上の残留トナーを除去するドラムクリーナ76を順次配設したものである。
一方、中間転写ベルト63は、複数(本例では四つ)の張架ロール81〜84に掛け渡されており、張架ロール81は駆動ロール、その他の張架ロール82〜84は従動ロールとして機能するようになっている。
更に、本実施の形態に係る現像装置74は、実施の形態1の現像装置を使用しており、その詳細な説明は省略する。
一方、中間転写ベルト63は、複数(本例では四つ)の張架ロール81〜84に掛け渡されており、張架ロール81は駆動ロール、その他の張架ロール82〜84は従動ロールとして機能するようになっている。
更に、本実施の形態に係る現像装置74は、実施の形態1の現像装置を使用しており、その詳細な説明は省略する。
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作動について説明する。
夫々の現像装置74(具体的には74a〜74d)によって、感光体ドラム71上の静電潜像は現像され、可視像化(トナー像)される。
そして、感光体ドラム71と中間転写ベルト63とが接する位置にある一次転写装置75には、感光体ドラム71上のトナー像と逆極性の電圧が印加されているため、感光体ドラム71上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト63上に一次転写される。
更に、中間転写ベルト63上に一次転写されたトナー像は、中間転写ベルト63の回動に伴って、二次転写装置65へ搬送されると共に、給紙カセット66から搬送された記録紙64が、中間転写ベルト63と二次転写装置65との接触領域へ搬送され、二次転写装置65にトナーの帯電極性と逆極性の電圧を印加することで、中間転写ベルト63上のトナー像は、記録紙64に静電吸引される。この後、トナー像が転写された記録紙64は定着装置67により定着され、記録紙64へのトナー像の定着が行われる。
夫々の現像装置74(具体的には74a〜74d)によって、感光体ドラム71上の静電潜像は現像され、可視像化(トナー像)される。
そして、感光体ドラム71と中間転写ベルト63とが接する位置にある一次転写装置75には、感光体ドラム71上のトナー像と逆極性の電圧が印加されているため、感光体ドラム71上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト63上に一次転写される。
更に、中間転写ベルト63上に一次転写されたトナー像は、中間転写ベルト63の回動に伴って、二次転写装置65へ搬送されると共に、給紙カセット66から搬送された記録紙64が、中間転写ベルト63と二次転写装置65との接触領域へ搬送され、二次転写装置65にトナーの帯電極性と逆極性の電圧を印加することで、中間転写ベルト63上のトナー像は、記録紙64に静電吸引される。この後、トナー像が転写された記録紙64は定着装置67により定着され、記録紙64へのトナー像の定着が行われる。
本実施の形態においても、導電性トナーは、実施の形態1と同様の特性を備えていることから、電荷注入領域では電荷注入電界(高電界)を印加することにより低抵抗へ変化する。そのため、導電性トナーへの電荷注入が容易に行われる。一方、現像領域及び転写領域では、現像電界及び転写電界(いずれも低電界)が印加されても、導電性トナーは高抵抗を保つため、現像電界及び転写電界が印加されたときに導電性トナーの注入電荷が逃げることもなく、安定して現像、転写が可能になる。
また、クリーニング電界においてかぶりの原因となる電荷の移動が発生することもなく、更に、記録紙64やトナー相互間で電荷の移動が発生しないことから、静電転写方式において、吸湿した記録紙64へのトナー像の転写が可能になり、また、カラートナーを重ねて、カラー画像を形成することが可能になる。
更に、導電性トナーが多量の導電性フィラー(例えばカーボンブラック等)を含んでいないため、トナーの溶融が均一になり、定着による良好な画質が実施可能となる。
また、クリーニング電界においてかぶりの原因となる電荷の移動が発生することもなく、更に、記録紙64やトナー相互間で電荷の移動が発生しないことから、静電転写方式において、吸湿した記録紙64へのトナー像の転写が可能になり、また、カラートナーを重ねて、カラー画像を形成することが可能になる。
更に、導電性トナーが多量の導電性フィラー(例えばカーボンブラック等)を含んでいないため、トナーの溶融が均一になり、定着による良好な画質が実施可能となる。
尚、本実施の形態では、複数の感光体ドラムを有するタンデム型の画像形成装置構成を例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、例えば1個の感光体ドラムに対し複数個の現像装置若しくはロータリ型現像装置を設け、1サイクル毎に1色のトナー像を形成すると共に中間転写体へ順次転写し、複数サイクルで各色成分トナー像を多重転写することで、カラー画像を形成する態様についても同様に適用できる。また、記録紙搬送体上に用紙を保持、搬送し転写を行う用紙搬送転写方式でも同様に適用できる。
また、本実施の形態では、カラー機で説明したが、モノクロ専用機でも同様に適用できることは勿論である。
更に、本実施の形態における現像装置74として、実施の形態1の現像装置を配設したが、実施の形態2の現像装置を用いても同様の効果を得られることは明らかである。
また、本実施の形態では、カラー機で説明したが、モノクロ専用機でも同様に適用できることは勿論である。
更に、本実施の形態における現像装置74として、実施の形態1の現像装置を配設したが、実施の形態2の現像装置を用いても同様の効果を得られることは明らかである。
◎実施の形態4
図10は、静電転写方式を用いない画像形成装置に本発明を適用した実施の形態4を示す。
本実施の形態に係る画像形成装置においては、感光体ドラム90の周囲に、感光体ドラム90を帯電する帯電装置91と、帯電された感光体ドラム90上に各色成分(本例ではイエロ、マゼンタ、シアン、ブラック)の静電潜像を書き込む露光装置92と、感光体ドラム90上に形成された各色成分潜像を各色成分トナーにて可視像化する現像装置93と、感光体ドラム90上のトナー像を転写させるための粘着中間転写ロール94と、感光体ドラム90上の残留トナーを清掃するクリーニング装置95とが配設されている。
また、粘着中間転写ロール94の下方には、加熱源を有する二次転写ロール96が配設されている。
尚、符号98は記録紙97を送出する記録紙供給装置、99は定着済みの記録紙97を搬送する搬送ベルトである。
図10は、静電転写方式を用いない画像形成装置に本発明を適用した実施の形態4を示す。
本実施の形態に係る画像形成装置においては、感光体ドラム90の周囲に、感光体ドラム90を帯電する帯電装置91と、帯電された感光体ドラム90上に各色成分(本例ではイエロ、マゼンタ、シアン、ブラック)の静電潜像を書き込む露光装置92と、感光体ドラム90上に形成された各色成分潜像を各色成分トナーにて可視像化する現像装置93と、感光体ドラム90上のトナー像を転写させるための粘着中間転写ロール94と、感光体ドラム90上の残留トナーを清掃するクリーニング装置95とが配設されている。
また、粘着中間転写ロール94の下方には、加熱源を有する二次転写ロール96が配設されている。
尚、符号98は記録紙97を送出する記録紙供給装置、99は定着済みの記録紙97を搬送する搬送ベルトである。
本実施の形態において、粘着中間転写ロール94は、例えば、シリコーンゴム等の弾性部材で構成されているため、感光体ドラム90と粘着中間転写ロール94との間、及び、二次転写ロール96と粘着中間転写ロール94との間は、所定のニップ域をもって弾性接触した状態となっている。
また、本実施の形態における現像装置93及び導電性トナーは、実施の形態1又は実施の形態2で用いたものと同様なものを使用することが可能であり、その他の装置についても、適宜選定して差し支えない。
また、本実施の形態における現像装置93及び導電性トナーは、実施の形態1又は実施の形態2で用いたものと同様なものを使用することが可能であり、その他の装置についても、適宜選定して差し支えない。
次に、本実施の形態に係る画像形成装置の作動について説明する。
本実施の形態において、感光体ドラム90上に担持された静電潜像は、現像装置93によって感光体ドラム90の一回転ごとに異なる色成分のトナー像を重ねられる。この重ねられたトナー像は、粘着中間転写ロール94上に押圧されることにより、粘着中間転写ロール94の粘着力によって一括して粘着中間転写ロール94上に転写される。
その後、粘着中間転写ロール94上に転写されたトナー像は、二次転写ロール96によって加熱されるとともに、粘着中間転写ロール94の離型性は向上し、また、トナー像も加熱されることにより粘性化する。これにより、トナー像は、粘着中間転写ロール94と二次転写ロール96との間にある記録紙97に再転写され、同時に定着も完了する。
本実施の形態において、感光体ドラム90上に担持された静電潜像は、現像装置93によって感光体ドラム90の一回転ごとに異なる色成分のトナー像を重ねられる。この重ねられたトナー像は、粘着中間転写ロール94上に押圧されることにより、粘着中間転写ロール94の粘着力によって一括して粘着中間転写ロール94上に転写される。
その後、粘着中間転写ロール94上に転写されたトナー像は、二次転写ロール96によって加熱されるとともに、粘着中間転写ロール94の離型性は向上し、また、トナー像も加熱されることにより粘性化する。これにより、トナー像は、粘着中間転写ロール94と二次転写ロール96との間にある記録紙97に再転写され、同時に定着も完了する。
このような作像過程において、本実施の形態で用いられる導電性トナーの特性は、静電潜像の画像部と現像バイアスとにより形成される現像電界より大きく、電荷注入電界より小さい電界で電気抵抗を高抵抗から低抵抗へスイッチングできるようになっているため、電荷注入された導電性トナーは現像電界作用領域では高抵抗化した状態で感光体ドラム90の静電潜像を可視像化し、感光体ドラム90上でトナー像を重ねることが可能になる。
また、導電性トナーが、多量の導電性フィラー(例えばカーボンブラック等)を含んでいないため、トナーの溶融が均一になり、一様な溶融転写が可能となる。
これにより、かぶりやトナークラウドを防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくく、構造が簡単で、小型化、低価格化が可能な静電転写方式を用いない画像形成装置を実現することができる。
また、静電転写方式を使用しない画像形成装置であって、カラー画像を形成する必要がないモノクロ専用機であれば、概ね単層のトナー像を形成すればよいので、背景部へのトナー付着のみを防止すればよい。
このとき、現像バイアスと背景部の電位差とによって形成される電界(クリーニング電界)によって、現像ロール上の先端のトナーに逆極性の電荷が誘導され、背景部に付着しかぶりになることを防止するため、導電性トナーの特性として、クリーニング電界より大きく且つ電荷注入電界より小さい電界で電気抵抗を高抵抗から低抵抗へスイッチングできるようにすればよい。
また、導電性トナーが、多量の導電性フィラー(例えばカーボンブラック等)を含んでいないため、トナーの溶融が均一になり、一様な溶融転写が可能となる。
これにより、かぶりやトナークラウドを防止でき、環境変化や経時劣化の影響を受けにくく、構造が簡単で、小型化、低価格化が可能な静電転写方式を用いない画像形成装置を実現することができる。
また、静電転写方式を使用しない画像形成装置であって、カラー画像を形成する必要がないモノクロ専用機であれば、概ね単層のトナー像を形成すればよいので、背景部へのトナー付着のみを防止すればよい。
このとき、現像バイアスと背景部の電位差とによって形成される電界(クリーニング電界)によって、現像ロール上の先端のトナーに逆極性の電荷が誘導され、背景部に付着しかぶりになることを防止するため、導電性トナーの特性として、クリーニング電界より大きく且つ電荷注入電界より小さい電界で電気抵抗を高抵抗から低抵抗へスイッチングできるようにすればよい。
◎実施例1
本実施例は、実施の形態1の作像プロセスにおいて、現像装置及び転写装置に要求される動作条件について詳細に検討したものである。
先ず、図4に示す現像装置30をモデル化すると、例えば図11のように表わされる。
図4及び図11において、符号41は電荷注入ロール34の一要素である電荷注入プレートであり、例えばアルミニウムプレートにて構成される。
そして、前記電荷注入プレート41には電荷注入バイアス電源45が接続されており、電荷注入バイアスV1が印加されている。
また、符号42は現像装置30の現像ロール33に相当するトナー担持ロールであり、例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムパイプにて構成されている。
そして、このトナー担持ロール42には現像バイアス電源46が接続されており、現像バイアスV2が印加されている。
更に、符号43は感光体ドラム20に相当する像担持プレートであり、例えば表面に50μm厚のPETフィルムを貼り付けたアルミニウムプレートにて構成され、トナー担持ロール42に対して所定の間隙を介して対向配置され、略水平方向に移動する。
そして、像担持プレート43には像担持バイアス電源47が接続されており、所定の像担持バイアスV3が印加されている。
本実施例は、実施の形態1の作像プロセスにおいて、現像装置及び転写装置に要求される動作条件について詳細に検討したものである。
先ず、図4に示す現像装置30をモデル化すると、例えば図11のように表わされる。
図4及び図11において、符号41は電荷注入ロール34の一要素である電荷注入プレートであり、例えばアルミニウムプレートにて構成される。
そして、前記電荷注入プレート41には電荷注入バイアス電源45が接続されており、電荷注入バイアスV1が印加されている。
また、符号42は現像装置30の現像ロール33に相当するトナー担持ロールであり、例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムパイプにて構成されている。
そして、このトナー担持ロール42には現像バイアス電源46が接続されており、現像バイアスV2が印加されている。
更に、符号43は感光体ドラム20に相当する像担持プレートであり、例えば表面に50μm厚のPETフィルムを貼り付けたアルミニウムプレートにて構成され、トナー担持ロール42に対して所定の間隙を介して対向配置され、略水平方向に移動する。
そして、像担持プレート43には像担持バイアス電源47が接続されており、所定の像担持バイアスV3が印加されている。
このような現像装置モデルにおいて、電荷注入プレート41上に、本実施の形態における導電性トナー40を約1層散布し、図11中の右方向へスライドさせる。
このとき、電荷注入プレート41に印加された電荷注入バイアスV1とトナー担持ロール42に印加された現像バイアスV2とにより、電荷注入プレート41とトナー担持ロール42との間には電荷注入電界A(図中矢印方向)が形成されており、この電荷注入電界Aにより、電荷注入プレート41上の導電性トナー40に電荷が注入されると共に、導電性トナー40は静電吸引力によりトナー担持ロール42へ移動する。
次いで、トナー担持ロール42へ移動した導電性トナー40は、トナー担持ロール42の回転により現像領域まで搬送されると、像担持プレート43に印加された像担持バイアスV3とトナー担持ロール42に印加された現像バイアスV2とにより現像電界B(図中矢印方向)が形成され、この現像電界Bにより、導電性トナー40が像担持プレート43へ移動する。
このとき、電荷注入プレート41に印加された電荷注入バイアスV1とトナー担持ロール42に印加された現像バイアスV2とにより、電荷注入プレート41とトナー担持ロール42との間には電荷注入電界A(図中矢印方向)が形成されており、この電荷注入電界Aにより、電荷注入プレート41上の導電性トナー40に電荷が注入されると共に、導電性トナー40は静電吸引力によりトナー担持ロール42へ移動する。
次いで、トナー担持ロール42へ移動した導電性トナー40は、トナー担持ロール42の回転により現像領域まで搬送されると、像担持プレート43に印加された像担持バイアスV3とトナー担持ロール42に印加された現像バイアスV2とにより現像電界B(図中矢印方向)が形成され、この現像電界Bにより、導電性トナー40が像担持プレート43へ移動する。
このような現像動作過程において、現像装置30の現像性能を良好に保つには、電荷注入電界Aが現像電界Bよりも高電界であり、電荷注入電界Aと現像電界Bとの中間電界以上の高電界にて導電性トナー40の抵抗が高抵抗から低抵抗へとスイッチングすることが必要であることが確認された。
また、多層のトナー像を移動させる必要がない単色の作像プロセスであれば、感光体ドラム20の背景部へのトナー付着のみを防止するようにすればよい。
このとき、現像ロール33と背景部の電位差によって形成される電界(クリーニング電界)の影響で、現像ロール33上の先端のトナーに逆極性の電荷が誘導され、背景部に付着し、かぶりの原因になる可能性がある。
そこで、この場合には、導電性トナー40の特性として、クリーニング電界より大きく且つ電荷注入電界Aより小さい電界で、電気抵抗を高抵抗から低抵抗へスイッチングさせ、所望の範囲の電気抵抗を満たすようにすればよい。
通常、クリーニング電界は現像電界Bよりも小さいので、上述した導電性トナー40(電荷注入電界Aと現像電界Bとの中間電界以上の高電界にて抵抗が高抵抗から低抵抗へとスイッチングする特性を具備)はそのまま使用することができる。
また、多層のトナー像を移動させる必要がない単色の作像プロセスであれば、感光体ドラム20の背景部へのトナー付着のみを防止するようにすればよい。
このとき、現像ロール33と背景部の電位差によって形成される電界(クリーニング電界)の影響で、現像ロール33上の先端のトナーに逆極性の電荷が誘導され、背景部に付着し、かぶりの原因になる可能性がある。
そこで、この場合には、導電性トナー40の特性として、クリーニング電界より大きく且つ電荷注入電界Aより小さい電界で、電気抵抗を高抵抗から低抵抗へスイッチングさせ、所望の範囲の電気抵抗を満たすようにすればよい。
通常、クリーニング電界は現像電界Bよりも小さいので、上述した導電性トナー40(電荷注入電界Aと現像電界Bとの中間電界以上の高電界にて抵抗が高抵抗から低抵抗へとスイッチングする特性を具備)はそのまま使用することができる。
更に、転写装置24(図3参照)をモデル化すると、図12に示すように表わされる。
図4及び図12において、符号51は電荷注入ロール34の一要素である電荷注入プレートであり、例えばアルミニウムプレートにて構成される。
そして、前記電荷注入プレート51には電荷注入バイアス電源55が接続されており、電荷注入バイアスV4が印加されている。
また、符号52は感光体ドラム20に相当する像担持ロールであり、例えば表面に50μm厚のPETフィルムを貼り付けたアルミニウムパイプにて構成されている。
そして、この像担持ロール52には像担持バイアス電源56が接続されており、像担持バイアスV5が印加されている。
更に、符号53は転写装置の転写ロール等の電極部材に相当する記録媒体プレートであり、表面に記録媒体54(例えば図3中の記録紙28に相当)を貼り付けたアルミニウムプレートにて構成される。
そして、この記録媒体プレート53には転写バイアス電源57が接続され、転写バイアスV6が印加されている。
図4及び図12において、符号51は電荷注入ロール34の一要素である電荷注入プレートであり、例えばアルミニウムプレートにて構成される。
そして、前記電荷注入プレート51には電荷注入バイアス電源55が接続されており、電荷注入バイアスV4が印加されている。
また、符号52は感光体ドラム20に相当する像担持ロールであり、例えば表面に50μm厚のPETフィルムを貼り付けたアルミニウムパイプにて構成されている。
そして、この像担持ロール52には像担持バイアス電源56が接続されており、像担持バイアスV5が印加されている。
更に、符号53は転写装置の転写ロール等の電極部材に相当する記録媒体プレートであり、表面に記録媒体54(例えば図3中の記録紙28に相当)を貼り付けたアルミニウムプレートにて構成される。
そして、この記録媒体プレート53には転写バイアス電源57が接続され、転写バイアスV6が印加されている。
このような転写装置モデルにおいて、電荷注入プレート51上に、導電性トナー40を約1層散布し、図12中の右方向へスライドさせる。
このとき、電荷注入プレート51に印加された電荷注入バイアスV4と像担持ロール52に印加された像担持バイアスV5(静電潜像の代替として印加)とにより、電荷注入プレート51と像担持ロール52との間には電荷注入電界A(図中矢印方向)が形成されており、この電荷注入電界Aにより、電荷注入プレート51上の導電性トナー40に電荷が注入されると共に、導電性トナー40は静電吸引力により像担持ロール52へ移動する。
次いで、像担持ロール52へ移動した導電性トナー40は、像担持ロール52の回転により転写領域まで搬送されると、記録媒体プレート53に印加された転写バイアスV6と像担持ロール52に印加された像担持バイアスV5とにより転写電界C(図中矢印方向)が形成され、この転写電界Cにより、導電性トナー40が記録媒体プレート53へ移動する。
このとき、電荷注入プレート51に印加された電荷注入バイアスV4と像担持ロール52に印加された像担持バイアスV5(静電潜像の代替として印加)とにより、電荷注入プレート51と像担持ロール52との間には電荷注入電界A(図中矢印方向)が形成されており、この電荷注入電界Aにより、電荷注入プレート51上の導電性トナー40に電荷が注入されると共に、導電性トナー40は静電吸引力により像担持ロール52へ移動する。
次いで、像担持ロール52へ移動した導電性トナー40は、像担持ロール52の回転により転写領域まで搬送されると、記録媒体プレート53に印加された転写バイアスV6と像担持ロール52に印加された像担持バイアスV5とにより転写電界C(図中矢印方向)が形成され、この転写電界Cにより、導電性トナー40が記録媒体プレート53へ移動する。
このような転写動作過程において、転写装置の転写性能を良好に保つには、電荷注入電界Aが転写電界Cよりも高電界であり、電荷注入電界Aと転写電界Cとの中間電界以上の高電界にて導電性トナー40の抵抗が高抵抗から低抵抗へとスイッチングすることが必要であることが確認された。
◎実施例2
図13は、実施例1の現像装置モデル(図11参照)において、導電性トナーに電界を印加したとき、この導電性トナーの体積抵抗率変化を測定した結果である。
同図によれば、導電性トナーは、高電界が印加されると、高抵抗から低抵抗へと急激に低抵抗化することが理解される。
図13は、実施例1の現像装置モデル(図11参照)において、導電性トナーに電界を印加したとき、この導電性トナーの体積抵抗率変化を測定した結果である。
同図によれば、導電性トナーは、高電界が印加されると、高抵抗から低抵抗へと急激に低抵抗化することが理解される。
ここで、電荷注入電界A及び現像電界Bと、導電性トナーの電気抵抗との関係について説明する。
一般的に、導電性トナーに印加される電界Eは、以下のように表現される。
E=(V−VS)/εt(Dp+Dt+Dm+Dg)
但し、V:対向電極の電位、VS:移動前トナー層上の電位、Dp〜Dg:ニップを形成する各層の誘電厚さ(Dp:像担持体誘電厚さ、Dt:トナー層誘電厚さ、Dm:トナー担持体誘電厚さ、Dg:空隙層誘電厚さ)、εt:トナーの比誘電率である。
以上から予測すると、上記条件では、電荷注入時に導電性トナーへ印加される電界は5×104V/cm、現像時に導電性トナーに印加される電界は8×103V/cmであった。
このとき、図13に示すように、8×103V/cmと5×104V/cmとの間で、導電性トナーの体積抵抗率は、1012Ω・cmから109Ω・cmへ変化している。
一般的に、導電性トナーに印加される電界Eは、以下のように表現される。
E=(V−VS)/εt(Dp+Dt+Dm+Dg)
但し、V:対向電極の電位、VS:移動前トナー層上の電位、Dp〜Dg:ニップを形成する各層の誘電厚さ(Dp:像担持体誘電厚さ、Dt:トナー層誘電厚さ、Dm:トナー担持体誘電厚さ、Dg:空隙層誘電厚さ)、εt:トナーの比誘電率である。
以上から予測すると、上記条件では、電荷注入時に導電性トナーへ印加される電界は5×104V/cm、現像時に導電性トナーに印加される電界は8×103V/cmであった。
このとき、図13に示すように、8×103V/cmと5×104V/cmとの間で、導電性トナーの体積抵抗率は、1012Ω・cmから109Ω・cmへ変化している。
また、電荷注入電界A領域及び現像電界B領域の通過時間は0.01秒程度であるので、電荷を容易に注入するためには、時定数が0.01秒以下であることが好ましく、また、導電性トナーの体積抵抗率は1010Ω・cm以下であればよい。
更に、帯電した電荷を保持するためには、現像電界Bが印加されている時間内で、電荷移動等が起こらないことが必要なので、時定数で0.1秒以上であることが好ましく、また、導電性トナーの体積抵抗率は1011Ω・cm以上であればよい。
尚、導電性トナーの体積抵抗率は、φ30mmのセル中にトナーを充填し、トナー層厚、及び、上下面に電圧を印加したときに流れる電流を測定することにより算出した。
更に、帯電した電荷を保持するためには、現像電界Bが印加されている時間内で、電荷移動等が起こらないことが必要なので、時定数で0.1秒以上であることが好ましく、また、導電性トナーの体積抵抗率は1011Ω・cm以上であればよい。
尚、導電性トナーの体積抵抗率は、φ30mmのセル中にトナーを充填し、トナー層厚、及び、上下面に電圧を印加したときに流れる電流を測定することにより算出した。
◎実施例3
図14は、実施例1の現像装置モデル(図11参照)において、像担持プレート電圧(像担持バイアスV3)の変化に対する現像トナー量(層数に換算)を、本願に係る導電性トナーを用いた時と、比較例に係る導電性トナー(抵抗可変部を持たない導電性トナー)を用いた時とで比較測定した結果である。
本実施例は、現像バイアスV2を0V、電荷注入バイアスV1を−600Vに固定設定し、一連の作像プロセスを4回繰り返して、像担持プレート上に多重現像させた。
図14は、実施例1の現像装置モデル(図11参照)において、像担持プレート電圧(像担持バイアスV3)の変化に対する現像トナー量(層数に換算)を、本願に係る導電性トナーを用いた時と、比較例に係る導電性トナー(抵抗可変部を持たない導電性トナー)を用いた時とで比較測定した結果である。
本実施例は、現像バイアスV2を0V、電荷注入バイアスV1を−600Vに固定設定し、一連の作像プロセスを4回繰り返して、像担持プレート上に多重現像させた。
本実施例において、像担持バイアスV3を50〜150Vに変化させたとき、導電性トナーを用いた現像トナー量(層数)は増加するが、比較例に係る導電性トナーを用いた現像トナー量はほとんど増加していない。
これにより、カラー画像を形成する場合、本実施例に係る導電性トナーは、色材の異なるカラートナーを重ねて種々の色を再現できるが、比較例に係る導電性トナーでは、カラー化に対応できないことが理解される。
これにより、カラー画像を形成する場合、本実施例に係る導電性トナーは、色材の異なるカラートナーを重ねて種々の色を再現できるが、比較例に係る導電性トナーでは、カラー化に対応できないことが理解される。
◎実施例4
図15は、実施の形態1に係る転写装置モデル(図12参照)において、記録媒体プレート電圧(転写バイアスV6)と転写率との関係を測定した結果である。
本実施例において、記録媒体プレートの表面に貼り付けた記録媒体としては、絶縁紙、半導電紙(5×108Ω・cm、高含水紙状態)を使用した。
そして、像担持バイアスV5を0V、電荷注入バイアスV4を−600Vに固定設定し、また、半導電紙(高含水紙に相当)に対し比較例に係る導電性トナー(抵抗可変部を持たない導電性トナー)についても測定した。
本実施例の測定結果により、本実施例に係る導電性トナーは、絶縁紙及び半導電紙(高含水紙相当)において、80%以上の転写率が可能であるが、比較例に係る導電性トナーは、半導電紙(高含水紙相当)において30%前後の転写率しか得られず、転写不良を発生してしまう。
このように、本実施例に係る導電性トナー(転写時に形成される転写電界Cよりも大きく、電荷注入電界Aよりも小さい中間電界以上で、高抵抗から低抵抗へとスイッチングする抵抗可変部を具備)を用いれば、高含水転写、多重転写が可能になる。
図15は、実施の形態1に係る転写装置モデル(図12参照)において、記録媒体プレート電圧(転写バイアスV6)と転写率との関係を測定した結果である。
本実施例において、記録媒体プレートの表面に貼り付けた記録媒体としては、絶縁紙、半導電紙(5×108Ω・cm、高含水紙状態)を使用した。
そして、像担持バイアスV5を0V、電荷注入バイアスV4を−600Vに固定設定し、また、半導電紙(高含水紙に相当)に対し比較例に係る導電性トナー(抵抗可変部を持たない導電性トナー)についても測定した。
本実施例の測定結果により、本実施例に係る導電性トナーは、絶縁紙及び半導電紙(高含水紙相当)において、80%以上の転写率が可能であるが、比較例に係る導電性トナーは、半導電紙(高含水紙相当)において30%前後の転写率しか得られず、転写不良を発生してしまう。
このように、本実施例に係る導電性トナー(転写時に形成される転写電界Cよりも大きく、電荷注入電界Aよりも小さい中間電界以上で、高抵抗から低抵抗へとスイッチングする抵抗可変部を具備)を用いれば、高含水転写、多重転写が可能になる。
◎実施例5
本実施例は、導電性微粒子を使用して導電性トナーを作製したものである。
一般的なカラー絶縁性トナー粒子(平均粒径6.5μm)に、例えば、住友金属鉱山製ITO微粒子を15wt%加え、サンプルミル(協立理工製:SK−M 10型)により30秒間の撹拌混合を行った。そのとき得られた粒子は、絶縁性トナーに対する導電性微粒子の被覆率はほぼ100%であり、体積抵抗率は104Ω・cmのもので、十分な導電化が可能であることが判明した。尚、体積抵抗率は、実施例2と同様のφ30mmのセルを使用し測定した。
更に、この粒子に、スチレンアクリル系樹脂やポリエステル系樹脂からなる絶縁性微粒子(微粉トナー)を所定量加え、所定の時間撹拌混合することで、所望の特性(図13参照)が得られた。
本実施例は、導電性微粒子を使用して導電性トナーを作製したものである。
一般的なカラー絶縁性トナー粒子(平均粒径6.5μm)に、例えば、住友金属鉱山製ITO微粒子を15wt%加え、サンプルミル(協立理工製:SK−M 10型)により30秒間の撹拌混合を行った。そのとき得られた粒子は、絶縁性トナーに対する導電性微粒子の被覆率はほぼ100%であり、体積抵抗率は104Ω・cmのもので、十分な導電化が可能であることが判明した。尚、体積抵抗率は、実施例2と同様のφ30mmのセルを使用し測定した。
更に、この粒子に、スチレンアクリル系樹脂やポリエステル系樹脂からなる絶縁性微粒子(微粉トナー)を所定量加え、所定の時間撹拌混合することで、所望の特性(図13参照)が得られた。
◎実施例6
本実施例は、めっきにより導電性内層を形成した導電性粒子を使用して、導電性トナーを作製したものである。
一般的なカラー絶縁性トナー粒子(平均粒径6.5μm)に、無電解ニッケルめっき(例えばカニゼンめっき)にてニッケル被膜を形成し、めっき量6wt%で体積抵抗率109Ω・cmのものを得た。更に、この粒子にスチレンアクリル系樹脂やポリエステル系樹脂からなる絶縁性微粒子(微粉トナー)を所定量加え、所定の時間撹拌混合することで、所望の特性(図13参照)が得られた。
本実施例は、めっきにより導電性内層を形成した導電性粒子を使用して、導電性トナーを作製したものである。
一般的なカラー絶縁性トナー粒子(平均粒径6.5μm)に、無電解ニッケルめっき(例えばカニゼンめっき)にてニッケル被膜を形成し、めっき量6wt%で体積抵抗率109Ω・cmのものを得た。更に、この粒子にスチレンアクリル系樹脂やポリエステル系樹脂からなる絶縁性微粒子(微粉トナー)を所定量加え、所定の時間撹拌混合することで、所望の特性(図13参照)が得られた。
◎実施例7
本実施例は、実施例6同様、めっきにより導電性内層を形成した導電性粒子を使用して、導電性トナーを作製したものである。
一般的なカラー絶縁性トナー粒子(平均粒径6.5μm)に、電子ビーム蒸着等による物理めっきにより酸化亜鉛被膜を形成したもので、めっき量20wt%で体積抵抗率1010Ω・cmのものを得た。更に、この粒子にスチレンアクリル系樹脂やポリエステル系樹脂からなる絶縁性微粒子(微粉トナー)を所定量加え、所定の時間撹拌混合することで、所望の特性(図13参照)が得られた。
本実施例は、実施例6同様、めっきにより導電性内層を形成した導電性粒子を使用して、導電性トナーを作製したものである。
一般的なカラー絶縁性トナー粒子(平均粒径6.5μm)に、電子ビーム蒸着等による物理めっきにより酸化亜鉛被膜を形成したもので、めっき量20wt%で体積抵抗率1010Ω・cmのものを得た。更に、この粒子にスチレンアクリル系樹脂やポリエステル系樹脂からなる絶縁性微粒子(微粉トナー)を所定量加え、所定の時間撹拌混合することで、所望の特性(図13参照)が得られた。
1…静電潜像,2…像担持体,3…導電性トナー,4…トナー担持体,5…現像電界形成手段,6…絶縁性トナー基体,7…抵抗可変部,8…絶縁性最外層,9…導電性内層,10…電荷注入部材
Claims (12)
- 静電潜像を担持した像担持体に対向配置され、帯電された導電性トナーを担持搬送するトナー担持体と、このトナー担持体と像担持体との間に現像電界が形成され、この現像電界領域にて像担持体上の静電潜像をトナー現像する現像電界形成手段とを備えた現像装置に用いられる導電性トナーであって、
絶縁性トナー基体の表面部には、現像電界において高抵抗に変化し且つ現像電界より大きな電荷注入電界において低抵抗に変化する抵抗可変部を備え、
この抵抗可変部は、絶縁性を有する絶縁性最外層及び導電性を有する導電性内層が含まれる少なくとも二層以上の積層構造で構成される被覆層であることを特徴とする導電性トナー。 - 請求項1記載の導電性トナーにおいて、
抵抗可変部は、導電性内層の少なくとも一部を絶縁性最外層が被覆した積層構造にて構成されていることを特徴とする導電性トナー。 - 請求項1記載の導電性トナーにおいて、
抵抗可変部は、前記絶縁性最外層の厚さを調整することで抵抗設定されることを特徴とする導電性トナー。 - 請求項1記載の導電性トナーにおいて、
導電性内層は、導電性微粒子によって構成されていることを特徴とする導電性トナー。 - 請求項4記載の導電性トナーにおいて、
導電性微粒子は、透明性を備えていることを特徴とする導電性トナー。 - 請求項1記載の導電性トナーにおいて、
導電性内層は、金属又は金属酸化物の薄層をめっきによって形成したことを特徴とする導電性トナー。 - 請求項1記載の導電性トナーにおいて、
抵抗可変部は、導電性トナーの体積抵抗率が電荷注入電界にて1010Ω・cm以下であり且つ現像電界にて1011Ω・cm以上であることを特徴とする導電性トナー。 - 静電潜像を担持した像担持体に対向配置されて帯電された導電性トナーを担持搬送するトナー担持体と、
このトナー担持体と像担持体との間に現像電界が形成され、この現像電界領域にて像担持体上の静電潜像をトナー現像する現像電界形成手段とを備えた現像装置であって、
前記導電性トナーには、請求項1乃至7のいずれかに記載の導電性トナーを用いたことを特徴とする現像装置。 - 請求項8記載の現像装置において、
トナー担持体に対向配置される電荷注入部材を備え、
トナー担持体と電荷注入部材との間に現像電界より大きな電荷注入電界を作用させることにより、導電性トナーに電荷を注入することを特徴とする現像装置。 - 請求項9記載の現像装置において、
電荷注入部材に対し、トナー担持体のトナー搬送方向上流側にトナー供給部材を配設し、
このトナー供給部材はトナー担持体に導電性トナーを供給することを特徴とする現像装置。 - 請求項9記載の現像装置において、
電荷注入部材は、トナー担持体に導電性トナーが供給担持せしめられるトナー供給部材を兼用することを特徴とする現像装置。 - 請求項8乃至11のいずれかに記載の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
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JP2003385804A JP2005148409A (ja) | 2003-11-14 | 2003-11-14 | 導電性トナー及びこれを用いた現像装置並びに画像形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009157022A (ja) * | 2007-12-26 | 2009-07-16 | Kyocera Mita Corp | 画像形成装置 |
JP2013257404A (ja) * | 2012-06-12 | 2013-12-26 | Konica Minolta Inc | 静電荷像現像用トナー及びその製造方法 |
US9495794B2 (en) | 2012-09-13 | 2016-11-15 | Fujifilm Corporation | Three-dimensional image display apparatus, method, and program |
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-
2003
- 2003-11-14 JP JP2003385804A patent/JP2005148409A/ja active Pending
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