JP2006017962A - Nip-forming member, and developing device, transfer device, charging device, image forming apparatus and process cartridge provided with the nip-forming member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トナー像を担持する像担持体を押し圧して像担持体との間にニップを形成するニップ形成部材に関するものである。具体的には、現像ローラ、転写ローラ、帯電ローラ等の像担持体としての感光体とニップを形成するニップ形成部材、並びに、該ニップ形成部材を備えた現像装置、転写装置、帯電装置、画像形成装置およびプロセスカートリッジに関するものである。 The present invention relates to a nip forming member that presses an image carrier that carries a toner image to form a nip with the image carrier. Specifically, a nip forming member that forms a nip with a photosensitive member as an image carrier such as a developing roller, a transfer roller, and a charging roller, and a developing device, a transfer device, a charging device, and an image provided with the nip forming member The present invention relates to a forming apparatus and a process cartridge.
従来から像担持体としての感光体と当接するニップ形成部材でニップを形成して、このニップで帯電を行ったり、転写を行ったり、現像を行ったりすることが知られている。このようなニップ形成部材は、感光体と良好なニップを形成するため、表層をゴム材料で形成し、表層を柔軟で弾性変形可能としている。例えば、感光体と当接させてニップを形成するニップ形成部材としての現像ローラの表層をゴム材料で形成するものがある(特許文献1)。このように、現像ローラの表層を柔軟で弾性変形可能なゴムで形成することで、軸方向で均一な接触圧で感光体と接触させることができ、軸方向で均一な現像を行うことができる。その結果、濃度ムラなどの画像の劣化を抑制することができる。 Conventionally, it is known that a nip is formed by a nip forming member that comes into contact with a photoconductor as an image carrier, and charging, transfer, or development is performed at the nip. In order to form a good nip with the photosensitive member, such a nip forming member is formed of a rubber layer as a surface layer so that the surface layer is flexible and elastically deformable. For example, there is a type in which a surface layer of a developing roller as a nip forming member that is brought into contact with a photosensitive member to form a nip is formed of a rubber material (Patent Document 1). In this way, by forming the surface layer of the developing roller with a flexible and elastically deformable rubber, it is possible to make contact with the photosensitive member with a uniform contact pressure in the axial direction, and to perform uniform development in the axial direction. . As a result, image degradation such as density unevenness can be suppressed.
しかしながら、ゴム材料は摩耗し易く、現像ローラの寿命が短い。そのため、頻繁に装置の交換などを行う必要があった。また、ゴム材料が摩耗していく結果、所望の弾力性や柔軟性が確保できなくなり、表層が感光体とほとんどたわまずに(非弾性的)に当接する。その結果、感光体や現像ローラに軸方向の製造誤差や組付け誤差があった場合、感光体との当接圧を軸方向均一に保つことができず、現像能力が軸方向で一定とならず、濃度ムラなどの画像の劣化を引き起こしてしまう。 However, the rubber material is easily worn and the life of the developing roller is short. Therefore, it has been necessary to frequently replace the apparatus. As a result of wear of the rubber material, the desired elasticity and flexibility cannot be ensured, and the surface layer comes into contact with the photoconductor almost without bending (inelastically). As a result, when there is a manufacturing error or assembly error in the axial direction of the photosensitive member or the developing roller, the contact pressure with the photosensitive member cannot be kept uniform in the axial direction, and the developing ability is constant in the axial direction. In other words, image deterioration such as density unevenness is caused.
また、転写ローラの場合は、表層をゴム材料で形成し高い当接圧で感光体に接触させることで、表層をたわませて転写ニップを形成している。そして、ゴム材料の弾性反発力により感光体と転写ローラとの密着性を高めて、転写ニップ部でトナーの凝集力を高めている。これにより、転写ニップ出口での転写チリの発生を抑えることができ、画像の劣化を抑制している。
しかし、ゴム材料が摩耗する結果、所望の弾性反発力が確保できなくなり、トナー凝集力が低下し、径時で転写チリの発生が増し、良好な画像を維持することができないという問題があった。
In the case of a transfer roller, the surface layer is formed of a rubber material and brought into contact with the photosensitive member with a high contact pressure, whereby the surface layer is bent to form a transfer nip. Further, the adhesive force between the photosensitive member and the transfer roller is enhanced by the elastic repulsive force of the rubber material, and the cohesive force of the toner is increased at the transfer nip portion. Thereby, generation | occurrence | production of the transfer dust at the transfer nip exit can be suppressed, and deterioration of the image is suppressed.
However, as a result of wear of the rubber material, the desired elastic repulsion force cannot be secured, the toner cohesive force is reduced, the generation of transfer dust is increased at the time of diameter, and a good image cannot be maintained. .
また、帯電ローラの場合は、表層をゴム材料で形成し表層をたわませて、感光体周方向に帯電ニップを形成し、帯電ニップの前後で帯電ローラ表面と感光体表面との間にギャップを形成する。帯電ニップを形成して感光体と帯電ローラとの間にギャップを形成することで、コロトロン帯電器やスコロトロン帯電器のようにワイヤーを所定の間隙で感光体に対向配設するものに比べて、微小なギャップとすることができる。これにより、コロトロン帯電器やスコロトロン帯電器に比べて帯電バイアスを小さくすることができる。
しかし、ゴム材料が摩耗する結果、所望の柔軟性が確保できなくなると、表層が感光体とほとんどたわまずに(非弾性的)に当接する。その結果、感光体や帯電ローラに軸方向の製造誤差や組付け誤差があった場合、感光体と帯電ローラとの微小ギャップを軸方向一定に保つことができず、帯電不良等を生じて、画像の劣化を引き起こしてしまう。
In the case of a charging roller, the surface layer is formed of a rubber material, the surface layer is bent, a charging nip is formed in the circumferential direction of the photosensitive member, and a gap is formed between the charging roller surface and the photosensitive member surface before and after the charging nip. Form. By forming a charging nip to form a gap between the photoconductor and the charging roller, compared to a device in which the wire is disposed opposite to the photoconductor with a predetermined gap like a corotron charger or a scorotron charger, A minute gap can be obtained. Thereby, the charging bias can be reduced as compared with the corotron charger and the scorotron charger.
However, if the desired flexibility cannot be ensured as a result of wear of the rubber material, the surface layer abuts (inelastically) almost without bending with the photoreceptor. As a result, if there is a manufacturing error or assembly error in the axial direction on the photosensitive member or charging roller, the minute gap between the photosensitive member and the charging roller cannot be kept constant in the axial direction, resulting in charging failure, It will cause image degradation.
このように、感光体を押し圧して感光体との間にニップを形成するニップ形成部材の表層が摩耗する結果、表層の柔軟性や弾力性が確保できなくなり種々の問題から画像の劣化を引き起こしてしまうことがわかる。 As described above, the surface layer of the nip forming member that presses the photoconductor to form a nip with the photoconductor wears, and as a result, the flexibility and elasticity of the surface layer cannot be ensured and various problems cause image deterioration. You can see that
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、耐磨耗性と柔軟性に優れたニップ形成部材、並びに、該ニップ形成部材を備えた現像装置、転写装置、帯電装置、画像形成装置およびプロセスカートリッジを提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a nip forming member excellent in wear resistance and flexibility, as well as a developing device, a transfer device, and the like provided with the nip forming member. A charging device, an image forming apparatus, and a process cartridge are provided.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、トナー像を担持する像担持体に圧接して像担持体との間にニップを形成するニップ形成部材において、表層をヤング率70[GPa]以下の金属材料としたことを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1または2のニップ形成部材において、上記金属材料の0.2%耐力を700[MPa]以上としたことを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1、2または3のニップ形成部材において、上記金属材料をVa族(バナジウム族)元素とチタンとを焼結させた焼結チタン合金であることを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項4のニップ形成部材において、上記焼結チタン合金には、冷間加工が施されていることを特徴するニップ形成部材。
また、請求項5の発明は、請求項4または5のニップ形成部材において、上記焼結チタン合金には、錫が2〜8質量%含有されていることを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項1、2、3、4または5のニップ形成部材において、該ニップ形成部材は、弾性層を有することを特徴とするものである。
また、請求項7の発明は、請求項1、2、3、4、5または6のニップ形成部材において、該ニップ形成部材が現像剤担持体であることを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、請求項7のニップ形成部材において、上記表層の表面を樹脂でコートすることを特徴とするものである。
また、請求項9の発明は、請求項8のニップ形成部材において、上記樹脂が導電性樹脂であることを特徴とするものである。
また、請求項10の発明は、請求項1、2、3、4、5または6のニップ形成部材において、該ニップ形成部材が帯電部材であることを特徴とするものである。
また、請求項11の発明は、請求項1、2、3、4、5または6のニップ形成部材において、該ニップ形成部材が転写部材であることを特徴とするものである。
また、請求項12の発明は、像担持体に対向して回動可能に配置され、該像担持体にトナーを供給する現像剤担持体を備えた現像装置において、該現像剤担持体は、該像担持体を押し圧して該像担持体との間にニップを形成するニップ形成部材であり、該現像剤担持体として、請求項7、8または9のニップ形成部材を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項13の発明は、請求項12の現像装置において、上記像担持体上にトナー像を形成するためのトナーとして、粒子の平均円形度が1.00〜0.96であるものを用いることを特徴とするものである。
また、請求項14の発明は、請求項12または13の現像装置において、上記トナーとして、体積平均粒径が4[μm]以上10[μm]以下で、該トナーに添加する添加剤の粒子径を50[nm]以上150[nm]以下のものを用いることを特徴とするものである。
また、請求項15の発明は、像担持体に対向配置される帯電部材を具備し、該帯電部材に電圧を印加して像担持体を帯電する帯電装置において、該帯電部材は、該像担持体を押し圧して該像担持体との間にニップを形成するニップ形成部材であり、該帯電部材として、請求項10のニップ形成部材を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項16の発明は、像担持体表面に形成されたトナー像を転写材に転写する転写部材を有する転写装置において、該転写部材は、該像担持体を押し圧して該像担持体との間にニップを形成するニップ形成部材であり、該転写部材として、請求項11のニップ形成部材を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項17の発明は、像担持体と、帯電部材を備え該帯電部材に電圧を印加して該像担持体を帯電する帯電装置と、該像担持体に現像剤を供給する現像剤担持体を備えた現像装置と、該像担持体表面に形成されたトナー像を転写材に転写する転写部材を有する転写装置とを有する画像形成装置において、該帯電装置として請求項15の帯電装置、該現像装置として請求項12、13、14の現像装置、または該転写装置として請求項16の転写装置のうちすくなくともいずれかひとつを用いていることを特徴とするものである。
また、請求項18の発明は、像担持体と、帯電部材を備え該帯電部材に電圧を印加して像担持体を帯電する帯電装置、該像担持体に現像剤を供給する現像剤担持体を備えた現像装置のうち少なくともひとつとを備え、画像形成装置本体に対して着脱可能に一体構造物として構成されたプロセスカートリッジにおいて、該帯電装置が請求項15の帯電装置、または該現像装置が請求項12、13、14の現像装置であることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the invention according to
According to a second aspect of the present invention, in the nip forming member according to the first or second aspect, the 0.2% proof stress of the metal material is set to 700 [MPa] or more.
The invention according to claim 3 is the nip forming member according to
The invention according to claim 4 is the nip forming member according to claim 4, wherein the sintered titanium alloy is cold worked.
The invention of
According to a sixth aspect of the present invention, in the nip forming member according to the first, second, third, fourth, or fifth aspect, the nip forming member has an elastic layer.
According to a seventh aspect of the present invention, in the nip forming member according to the first, second, third, fourth, fifth or sixth aspect, the nip forming member is a developer carrying member.
According to an eighth aspect of the present invention, in the nip forming member according to the seventh aspect, the surface of the surface layer is coated with a resin.
According to a ninth aspect of the present invention, in the nip forming member according to the eighth aspect, the resin is a conductive resin.
According to a tenth aspect of the present invention, in the nip forming member according to the first, second, third, fourth, fifth or sixth aspect, the nip forming member is a charging member.
The invention of claim 11 is the nip forming member according to
Further, the invention of
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the developing device of the twelfth aspect, the toner having an average circularity of 1.00 to 0.96 is used as a toner for forming a toner image on the image carrier. It is characterized by using.
The invention according to claim 14 is the developing device according to claim 12 or 13, wherein the toner has a volume average particle diameter of 4 [μm] or more and 10 [μm] or less, and a particle diameter of an additive added to the toner. 50 [nm] or more and 150 [nm] or less is used.
According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a charging device including a charging member disposed opposite to the image carrier, and charging the image carrier by applying a voltage to the charging member, wherein the charging member is the image carrier. A nip forming member that presses a body to form a nip with the image carrier, and the nip forming member according to
According to a sixteenth aspect of the present invention, in the transfer device having a transfer member for transferring a toner image formed on the surface of the image carrier to a transfer material, the transfer member presses the image carrier to press the image carrier. A nip forming member that forms a nip between the nip forming member and the nip forming member according to claim 11 as the transfer member.
According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided an image carrier, a charging device comprising a charging member and applying a voltage to the charging member to charge the image carrier, and a developer supplying the developer to the image carrier. 16. The charging device according to claim 15, wherein the charging device is a developing device having a carrier and a transfer device having a transfer member that transfers a toner image formed on the surface of the image carrier to a transfer material. The developing device is characterized in that at least one of the developing device according to
The invention according to
請求項1乃至18の発明によれば、表層をヤング率70[GPa]以下の金属材料で形成することで、柔軟で弾性的にたわむことのできるニップ形成部材とすることができる。このため、所定の当接圧によりニップ形成部材が弾性的にたわんで感光体と当接することができ、所望のニップ幅、軸方向均一な接触圧をもって像担持体と接触することができる。また、従来のように、ゴム材料に比べて、摩耗しにくい金属材料で形成するので、従来に比べてニップ形成部材の摩耗を抑制することができる。その結果、ニップ形成部材の柔軟性や弾力性が径時で変化することがなくなる。
According to invention of
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るプリンタの全体の概略構成図である。このプリンタは、像担持体としての感光体ドラム1の周辺に、感光体ドラム1の表面を一様帯電する帯電ローラ2、画像情報に基づいて変調されたレーザー光線等を感光体ドラム1に照射する露光装置3、感光体ドラム1に形成された静電潜像に対し現像ローラ41上の帯電トナーを付着させることでトナー像を形成する現像装置4、感光体ドラム1上に形成されたトナー像を転写材としての転写紙20に転写する転写ローラ5、転写後に感光体ドラム1上に残ったトナーを除去するクリーニング装置6等が順に配設されている。また、感光体ドラム1上に静電潜像を形成する潜像形成手段は、上記帯電ローラ2及び露光装置3により構成されている。
また、図示しない給紙トレイ等から転写紙を給紙・搬送する図示しない給紙搬送装置と、転写ローラ5で転写されたトナー像を転写紙Pに定着する図示しない定着装置とが備えられている。
なお、上記プリンタを構成する複数の装置の一部は、図中点線で示すようにプリンタ本体に対して着脱可能に一体構造物(ユニット)として構成してもよい。例えば、感光体ドラム1と帯電装置2と現像装置4とクリーニング装置6とを、プリンタ本体に対して着脱可能に、一体構造物である画像形成用プロセスカートリッジ9として構成してもよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an entire printer according to an embodiment of the present invention. This printer irradiates the
In addition, a paper feeding / conveying device (not shown) that feeds and conveys transfer paper from a paper feeding tray (not shown) and a fixing device (not shown) that fixes the toner image transferred by the
Note that a part of the plurality of devices constituting the printer may be configured as an integral structure (unit) so as to be detachable from the printer body as indicated by a dotted line in the drawing. For example, the
上記構成のプリンタにおいて、矢印a方向に回転する感光体ドラム1の表面は、帯電ローラ2で一様帯電された後、画像情報に基づいて変調されたレーザー光線が感光体軸方向にスキャンされて照射される。これにより、感光体ドラム1上に静電潜像が形成される。感光体ドラム1上に形成された静電潜像は、現像領域において、現像装置4により帯電したトナーを付着させることで現像され、トナー像となる。一方、転写紙Pは図示しない給紙搬送装置で給紙・搬送され、レジストローラ7により所定のタイミングで感光体ドラム1と転写ローラ5とが対向する転写部に送出・搬送される。そして、転写ローラ5により、転写紙20に感光体ドラム1上のトナー像とは逆極性の電荷を付与することで、感光体ドラム1上に形成されたトナー像が転写紙Pに転写される。次いで、転写紙Pは、感光体ドラム1から分離され、図示しない定着装置に送られ、定着装置でトナー像が定着された転写紙Pが出力される。転写ローラ5でトナー像が転写された後の感光体ドラム1の表面は、クリーニング装置6でクリーニングされ、感光体ドラム1上に残ったトナーが除去される。
In the printer configured as described above, the surface of the
図2は、本実施形態の現像装置4である。この現像装置4は、現像ローラ41と、現像ローラ41にトナーを供給するため、現像ローラ41に摺接するトナー供給ローラ42とを有している。また、現像ローラ41上のトナーを薄層化するために現像ローラ41に当接する薄層規制部材43と、トナーを保持するトナー保持部44と、トナー保持部44内のトナーを撹拌しながらトナー供給ローラ42に表面に供給する撹拌部材としてのアジテータ46なども有している。供給ロ−ラ42は発泡ポリウレタン等で形成されていて、可撓性を有し、50〜500μmの径のセルでトナ−を保持し易い構造となっている。また、硬度は10〜30゜(JIS−A)と比較的低く、現像ローラ41とも均一に当接させることができる。
FIG. 2 shows the developing device 4 of this embodiment. The developing device 4 includes a developing
この現像装置4において、トナー保持部44内に保持されているトナーは、上記アジテータ46により撹拌されながら、トナー供給ローラ42の表面に機械的に供給され担持される。トナー供給ローラ42は、トナーを担持しながら現像ローラ41との対向部まで搬送し、現像ローラ41に摺察しながらトナーを供給する。現像ローラ41に供給されたトナーは、現像ローラ41にトナーを介して当接している薄層規制部材43により適当な層厚に薄層化されるとともに所望の極性に摩擦帯電される。そして、現像ローラ41の矢印方向の回転により、感光体1との対向部である現像領域に搬送される。
In the developing device 4, the toner held in the
薄層規制部材43は、図示しないホルダに取り付けられており、ホルダからの自由端長を10〜15[mm]としている。15[mm]以上に設定すると、現像装置4が大型化してしまう。また、10[mm]以下に設定すると、現像ローラ41表面と接触するときに、振動が生じやすくなり、画像上に段々ムラなどの異常画像が発生する。薄層規制部材43の当接圧は、0.049〜2.45[N・cm]の範囲が好ましい。当接圧が上限を越えると薄層規制部材43通過後の現像ローラ41上のトナー付着量が低下し、且つ、トナ−帯電量が増加し過ぎてしまう結果、現像に付与する現像剤量が減少して画像濃度が低くなる。また、下限を下回ると薄層が均一に形成されずにトナ−の固まりが薄層規制部材43を通過する事もあり、画像品質が著しく低下する。薄層規制部材43の当接角度は先端が現像ローラ41の下流側を向く方向で現像ローラ41の接線に対して10〜45゜が良好である。なお、本実施形態の現像装置4においては、薄層規制部材43を厚み0.1[mm]のSUS板とし、当接圧は60[gf/cm]に設定することで、薄層規制部材43通過後のトナーを単位面積当たり0.4〜0.8[mg/cm2]の均一な厚みを持った薄層とすることができた。また、この時のトナ−帯電は−10〜−30[μC/g]の範囲であった。
The thin
図3は、本実施形態の現像ローラ41の断面図である。図3に示す現像ローラ41は、径が11[mm]の芯金41aに厚み2.4[mm]のゴムからなる弾性層41bを有し、さらにこの弾性層上に厚さ0.1[mm]のチタン合金からなる表層41cを有している。このチタン合金としては、ヤング率が70[GPa]以下で、0.2%耐力が700[MPa]以上のものを用いている。具体的には、豊田中央研究所社製のゴムメタルが挙げられる。このゴムメタルは、30〜60重量%のVa族(バナジウム族)元素と、残部が実質的にチタンからなるものであり、上記Va族(バナジウム族)元素とチタンとを焼結させた焼結チタン合金である。また、現像ローラ41の表層に使用される焼結チタン合金は、冷間加工を施されたものであることが好ましい。焼結チタン合金に冷間加工を施すことでヤング率の低下と0.2%耐力を向上させることができ、より弾性的な性質をもつ金属とすることができる。具体的には、冷間加工により焼結チタン合金が10%以上圧縮されたものが好ましく、圧縮率が高ければ高いほどヤング率が低下し0.2%耐力を向上させることができる。さらに、表層に使用される焼結チタン合金は、錫が含有されたものであると好ましい。錫を2〜8質量%配合すると、焼結チタン合金のヤング率を低下させるとともに、強度を向上させることができる。
なお、現像ローラ41を芯金41aと弾性層41bと表層41cとで構成しているが、これに限定されず、芯金41aと表層41cのみで構成してもよく、また、弾性層41bを2層としてもよい。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the developing
The developing
上記現像ローラ41の作成は、例えば、上記ゴムメタルを筒状に形成し、この筒状に形成したゴムメタルの中心に芯金を挿入する。そして、芯金とゴムメタルとの間にゴムを充填して加硫させることで作成することができる。
また、上記現像ローラ41の表層面を樹脂でコートしても良い。コートする樹脂は、トナーとの離型性の優れた材料であることが好ましい。従来の摩耗し易いゴム材料の場合は、摩耗とともに付着したトナーも削られて、トナーのフィルミングはあまり問題にはならない。しかし、本実施形態の現像ローラ41は、表層41cを金属材料で構成しているため、摩耗しにくいため、現像ローラ表面に付着したトナーが径時にわたって除去されない。よって、上記のように離型性に優れた樹脂をコートすることでトナー付着によるフィルミングの発生を抑制することで、径時にわたって良好な表層面を維持することができる。また、上記表面層をコートする樹脂材が導電性を有する材料であると、さらに好ましい。表面層をコートする樹脂材を導電性樹脂とすることで、現像ローラと感光体との間に形成される現像電界を低下させることがない。
The developing
Further, the surface layer of the developing
図4は、一般的な合金の応力−歪み線図の一例としてチタン合金の応力−歪み線図を示した図である。一般的な合金などの金属は、応力がσA以下のときは、図3に示すように伸び(歪み)と応力が比例関係にあり、応力に比例して伸びが直線的に増加する。そして、応力に対して直線的に伸びが増加する領域では、金属が弾性変形し、応力を除去すれば金属の伸びが0となる。一般的に、この伸びに対して応力が比例的に変化する領域の傾きをヤング率としている。そして、応力がσA以上となると、伸びが応力に対して比例的に増加しなくなり、金属が塑性変形を始める。そして、応力が耐力のσPとなると、除荷したときに0.2%の永久伸びを生じる。一般的にこの除荷したときの永久伸びが0.2%以下となるまでの領域を金属が弾性的に振る舞う領域と規定している。 FIG. 4 is a diagram showing a stress-strain diagram of a titanium alloy as an example of a stress-strain diagram of a general alloy. In a metal such as a general alloy, when the stress is σA or less, the elongation (strain) and the stress are in a proportional relationship as shown in FIG. 3, and the elongation increases linearly in proportion to the stress. In a region where the elongation increases linearly with respect to the stress, the metal is elastically deformed, and if the stress is removed, the elongation of the metal becomes zero. In general, the Young's modulus is the slope of the region in which the stress changes proportionally to this elongation. And when stress becomes more than (sigma) A, elongation will not increase proportionally with respect to stress, and a metal will start plastic deformation. When the stress reaches the proof stress σP, a permanent elongation of 0.2% occurs when the load is unloaded. Generally, the region until the permanent elongation at the time of unloading becomes 0.2% or less is defined as the region where the metal behaves elastically.
図4に示すように、0.2%耐力とは金属が塑性変形して0.2%永久伸びを生じる応力のことであり、これ以上金属に応力をかけると、金属が塑性変形を始め、応力を除荷しても伸びが0に戻らず永久伸びを生じてしまう。言い換えれば、0.2%耐力以下であれば、金属が弾性的に変形し、応力を除荷すれば金属伸びが0に戻ることができる。また、ヤング率が小さい方が応力に対する伸びが大きくなり、より弾性的な性質をもつ金属であると言える。しかし、金属が弾性的に振る舞う限界値としての0.2%耐力が低いと、低い応力で直ぐに材料が塑性変形を開始してしまい、使用に耐えうる十分な弾性変形性能を有することができない。 As shown in FIG. 4, 0.2% proof stress is a stress that causes a metal to plastically deform to cause 0.2% permanent elongation. When stress is applied to the metal any more, the metal starts plastic deformation, Even if the stress is unloaded, the elongation does not return to zero and permanent elongation occurs. In other words, if the yield strength is 0.2% or less, the metal is elastically deformed, and if the stress is removed, the metal elongation can return to zero. Further, it can be said that the smaller the Young's modulus, the larger the elongation with respect to stress, and the more elastic the metal. However, if the 0.2% proof stress as the limit value at which the metal behaves elastically is low, the material immediately starts plastic deformation with a low stress, and it cannot have sufficient elastic deformation performance that can withstand use.
本実施形態の現像ローラ41の表層41cに使用される金属材料は、ヤング率が70[GPa]以下であり、弾性的な性質の強い金属材料を用いている。このため、表層41cが感光体1と弾性的に柔軟に変形接触することができる。また、0.2%耐力が700[MPa]以上の金属材料を用いるので、感光体との当接圧が大きくても塑性変形しないような金属層とすることができる。
The metal material used for the
また、近年、図5に示すように伸びが応力に対して比例的に増加しなくとも、応力を除去すると伸びが0となり、弾性的に変形する金属材料がある。このような金属の場合においては、上記図4に示した一般的な金属材料と異なる方法でヤング率を求める必要がある。そこで、このような性質をもつ金属に対しては、0.2%耐力σeの(1/2)σeにおける傾きをヤング率として規定する。このような性質をもつ現像ローラ41の表層41cに使用する場合でも、耐力σeの(1/2)σeにおけるヤング率が70[GPa]以下で、0.2%耐力が700[MPa]以上の金属材料であれば、表層41cを感光体との当接圧で塑性変形せず、良好な弾性変形性能を有する金属層とすることができる。なお、上述したゴムメタルは、図5の応力−歪み線図を有している。
Further, in recent years, as shown in FIG. 5, even if the elongation does not increase proportionally with respect to the stress, there is a metal material in which the elongation becomes 0 when the stress is removed and elastically deforms. In the case of such a metal, it is necessary to obtain the Young's modulus by a method different from the general metal material shown in FIG. Therefore, for a metal having such properties, the slope of 0.2% proof stress σe at (½) σe is defined as the Young's modulus. Even when used for the
図6は、感光体1と、これに向けて十分な圧力で押圧される現像ローラ41とによって形成される現像ニップを示す拡大模式図である。図6に示すように感光体1と現像ローラ41とは、トナーを介して当接圧のかかった状態で接触している。感光体1は、アルミの素管に感光性材料を含む樹脂をコートしているため、非弾性的でありたわみにくい。一方、現像ローラ41は、比較的柔軟な、弾性層41bと、弾性的な性質を持つ金属からなる表層41cからなっている。このため、現像ローラ41を当接圧によって柔軟に変形せしめて、周方向に現像ニップが形成される。表層41cは、弾性的な性質を持つ金属部材で構成されているため、たわんだ形状を弾性的に戻そうとする力が働き(反発力)、表層41cが感光体1を弾性的に押し圧する。この表面層41cの押し圧力によって、感光体と現像ローラとの接触圧を軸方向均一に保つことができる。その結果、画像の濃度ムラなどを防止することができる。
[検証試験1]
FIG. 6 is an enlarged schematic view showing a developing nip formed by the
[Verification test 1]
現像ローラ41の検証を行うため、表1に示すように、表層のヤング率の異なる4つの現像ローラA、B、C、Dを用意し、初期画像の品質について検証試験1を行った。現像ローラAは、径が16[mm]で芯金にゴムからなる弾性層を有し、さらにこの弾性層上に厚さ0.1[mm]、ヤング率3.63[MPa]、硬度60°(JIS−A)からなるゴムの表層を有している。現像ローラBは、現像ローラA同様の芯金と弾性層を有し、厚さ0.1[mm]でヤング率70[GPa]のチタン合金の表層を有している。現像ローラCは、現像ローラAと同様の芯金と弾性層を有し、厚さ0.1[mm]でヤング率100[GPa]のチタン合金の表層を有している。現像ローラDは、現像ローラAと同様の芯金と弾性層を有し、厚さ0.1[mm]でヤング率100[GPa]のチタン合金の表層を有している。
感光体の径は、30[mm]とし、現像ローラ、感光体の幅をそれぞれ300[mm]とした。また、現像ローラを3〜20[gf/mm]の線圧で感光体に当接させて、初期時の画像品質を調べた。その結果を図7に示す。
[検証試験2]
In order to verify the developing
The diameter of the photoconductor was 30 [mm], and the width of the developing roller and the photoconductor was 300 [mm]. Further, the image quality at the initial stage was examined by bringing the developing roller into contact with the photosensitive member with a linear pressure of 3 to 20 [gf / mm]. The result is shown in FIG.
[Verification test 2]
上記検証試験1において初期画像が良好な表層がヤング率70[GPa]のチタン合金からなる現像ローラBと、表層がヤング率3.63[MPa]のゴムからなる現像ローラAについて、径時にわたる画像変化について検証試験2を行った。検証試験2においても、感光体と現像ローラ径および幅、現像ローラと感光体との間の線圧は、検証1と同じにしている。その結果を図8に示す。また、チタン合金からなる現像ローラBと、ゴムからなる現像ローラAにおける表層厚さの時間変化も調べた。その結果を図9に示す。
In the
図8からわかるように、表層がチタン合金の現像ローラBは、径時にわたって画像のランクに変化がない。しかし、表層がゴムの現像ローラAにおいては、径時の使用により画像ランクが低下している。また、図9に示すように、表層がチタン合金からなる現像ローラBにおいては表層厚さがほとんど変化してないが、表層がゴムの現像ローラAについては、表層厚さが使用により低下しているのがわかる。つまり、図9から、表層がチタン合金からなる現像ローラBは、ほとんど摩耗しておらず、初期時の状態を維持しているが、表層がゴムからなる現像ローラAは径時で摩耗していることがわかる。摩耗により表層厚さが変化すると、表層の体積抵抗が変化して所望の現像バイアスを得ることができなくなる。その結果、表層がゴムの現像ローラAは、図8に示すように径時で画像が悪化したと考えられる。一方、表層がチタン合金の現像ローラBは、金属材料で形成されているので、ゴムに比べて耐磨耗性が優れている。よって、図8に示すように、径時にわたり表層の摩耗が抑制され、表層の厚みに変化が生じていない。その結果、表層がチタン合金からなる現像ローラBの体積抵抗が変化することがない。したがって、表層がチタン合金からなる現像ローラBは、図9に示すように、画像ランクの低下を抑制することができたと考えられる。 As can be seen from FIG. 8, the developing roller B whose surface layer is a titanium alloy has no change in the rank of the image over time. However, in the developing roller A having a rubber surface layer, the image rank is lowered due to the use of the diameter. Further, as shown in FIG. 9, the surface thickness of the developing roller B whose surface layer is made of a titanium alloy is hardly changed, but the surface layer thickness of the developing roller A whose surface layer is rubber is reduced by use. I can see that That is, from FIG. 9, the developing roller B whose surface layer is made of a titanium alloy is hardly worn and maintains the initial state, but the developing roller A whose surface layer is made of rubber is worn at the time of diameter. I understand that. When the surface layer thickness changes due to wear, the volume resistance of the surface layer changes, making it impossible to obtain a desired development bias. As a result, it is considered that the image of the developing roller A having a rubber surface layer deteriorated with time as shown in FIG. On the other hand, the developing roller B whose surface layer is made of a titanium alloy is formed of a metal material, and therefore has higher wear resistance than rubber. Therefore, as shown in FIG. 8, the wear of the surface layer is suppressed over time, and the thickness of the surface layer does not change. As a result, the volume resistance of the developing roller B whose surface layer is made of a titanium alloy does not change. Therefore, it is considered that the developing roller B whose surface layer is made of a titanium alloy was able to suppress a decrease in image rank as shown in FIG.
上記、検証1および検証2からわかるように、現像ローラの表層をヤング率70[GPa]以下のチタン合金とすることで、径時にわたり良好な画像を維持することができる現像ローラが得られることがわかる。
As can be seen from
上述までは、現像ローラ41について説明したが、感光体1などのトナー像を担持する像担持体とニップを形成するニップ形成部材としての転写ローラ5や帯電ローラ2等の表層をヤング率が70[GPa]以下で、0.2%耐力が700[MPa]以上の金属材料で形成すれば、耐磨耗性、柔軟性に優れた転写ローラ5や帯電ローラ2とすることができる。
Up to this point, the developing
まず、転写ローラ5の表層をヤング率70[GPa]以下で、0.2%耐力が700[MPa]以上の金属材料とした例について図10に基づき説明する。
First, an example in which the surface layer of the
図10は、転写ローラ5とその周囲とを示す側面図である。感光体1に向けて押圧される転写ローラ5は、ステンレス、鉄等の剛性部材からなる芯金ローラと、これに被覆されたEPDM、シリコン、NBR、ウレタン等からなる弾性層5aとを有している。また、この弾性層4aの上には、例えば、ゴムメタルなどのヤング率70[GPa]以下で、0.2%耐力が700[MPa]以上の金属部材からなる表層5bを有している。また、上記芯金ローラの両端面に突設せしめられた軸4cを有している。両端の軸4cは、それぞれ軸受18によって回動可能に支持されており、これら軸受18はバネ19によって感光体1に向けて付勢されている。この付勢により、転写ローラ5が感光体1に向けて高圧力で押圧される。
FIG. 10 is a side view showing the
図11は、感光体1と、これに向けて十分な圧力で押圧される転写ローラ5とによって形成される転写ニップを示す拡大模式図である。同図に示すように、転写ローラ5が感光体1に向けて十分な圧力で押圧される。転写ニップでは、転写ローラ5の弾性層5aや表層5bが柔軟に弾性変形する。この表層5bと弾性層5aの弾性変形により転写紙Pが、感光体1表面に担持されているトナー像Iの表層5bに接触するだけでなく、互いに隣り合っているトナー像Iの間の凹部に食い込むように押圧されて、感光体1表面やトナー像Iとの密着性が高められる。なお、転写ニップで転写紙Pと感光体との十分な密着性を得るためには、少なくとも表層5bを、上述の条件、ヤング率70[GPa]以下で、0.2%耐力が700[MPa]以上に設定する必要がある。このことにより、感光体1と転写紙Pとの間に形成されるエアーギャップが低減されて、転写ニップ内やニップ前後における転写チリが抑えられる。また、転写ローラ5の表面層5bを金属で形成しているので、耐磨耗性に優れた転写ローラ5とすることができる。このように、表層が摩耗しにくいため、径時の使用により、表層や弾性層が削れ、転写ローラの柔軟性や弾力性が低下させることがない。このため、径時にわたり、エアギャップや弾性力が維持され、転写チリを抑制することができる。また、摩耗により表層の厚みが変化することがないので、表層の体積抵抗が変化することがない。このため、感光体と転写ローラとの間の転写電界が径時にわたり変化することがないので、転写不良等の画像の劣化が起こることがない。
なお、転写ローラ5を芯金と弾性層と表層とで構成しているが、これに限定されず、ヤング率70[GPa]以下で、0.2%耐力が700[MPa]以上の表層のみで構成してもよく、また、弾性層を2層としてもよい。
FIG. 11 is an enlarged schematic view showing a transfer nip formed by the
The
次に、帯電ローラ2が感光体と接触してニップを形成する接触帯電方式の帯電ローラ2の表層2bをヤング率70[GPa]以下で、0.2%耐力が700[MPa]以上の金属材料とした例について図12に基づき説明する。
Next, the surface layer 2b of the contact charging
図12は、帯電ローラ2とその周囲とを示す断面図である。帯電ローラ2は、金属製の軸芯2aと、これに被覆された弾性層2bと、更にこれに被覆された表層2cとを有している。金属製の軸芯2aには、図示しない電源によってマイナス極性の帯電バイアスが印加される。弾性層2bは、カーボンブラック等の導電性材料が分散せしめられたエピクロムヒドリンゴム、ニトリルゴム、クロロブレンゴム、アクリルゴム、熱可塑性エストラマー等の弾性材料から構成されている。導電性材料が分散せしめられることで弾性層2b全体が導電性を発揮して、軸芯2aと表層2cとを導通させる。表層2cは、ヤング率70[GPa]以下で、0.2%耐力が700[MPa]以上のゴムメタルが用いられている。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the charging
本実施形態の画像形成装置には、帯電ローラ2や、これを回動自在に支持する図示しない軸受け、帯電ローラ2を感光体1に向けて付勢するバネなどにより、帯電装置が構成されている。帯電ローラ2は、このバネによって感光体1に対して所定の圧力で当接せしめられることで、帯電ニップを形成している。帯電ローラ2に上記条件の表層2cを設けることにより、それを当接圧によって柔軟に変形せしめて、周方向に長い帯電ニップを形成することができる。また、表層2cを金属材料で形成するため、耐磨耗性に優れた帯電ローラ2とすることができる。
In the image forming apparatus of the present embodiment, a charging device is configured by the charging
このように、当接圧によって表層2cを柔軟にたわませて感光体に当接させることで、帯電ニップ近傍のギャップGmを微小にすることが可能となる。微小ギャップGmを形成すると、そこで帯電ローラ2表面から感光体1表面への放電を容易に生じせしめることが可能になる。このことにより、コロトロン帯電器やスコロトロン帯電器のようにワイヤーを所定の間隙で感光体に対向配設するものに比べ、帯電バイアスを小さくすることができる。更に、帯電ローラ2の劣化、感光体1の劣化、画像劣化、及びオゾンによる環境汚染を抑えることもできる。これは、次に説明する理由による。即ち、放電が生ずると帯電ローラ2や感光体1には不純物が付着する。付着量は帯電バイアスやギャップが大きくなるほど多くなる。付着した不純物は電離して活性酸素(酸素ラジカル、酸素イオン)やオゾンを発生させる。活性酸素が帯電ローラ2や感光体1に衝突すると、これらをスパッタリングしたり、酸化させたりして劣化させてしまう。また、オゾンや活性酸素と、窒素酸化物とが感光体1に吸着すると、吸着部の電気特性に異常をきたして画像ボケなどといった画像劣化を引き起こしてしまう。更に、発生したオゾンが大気中に放出されることで環境を汚染してしまう。帯電ローラ2を感光体1に当接させる方式では、上述のようにして微小ギャップを形成し、且つ帯電バイアスを小さくすることで、オゾンや活性酸素の発生量を大幅に低減する。このことにより、各種劣化やオゾンによる環境汚染を抑えることができる。
As described above, the
また、表層が摩耗しにくいため、径時の使用により、表層や弾性層が削れ、帯電ローラの柔軟性や弾力性が低下することがない。このため、径時にわたり、微小ギャップGmが維持される。また、摩耗により表層の厚みが変化することがないので、表層の体積抵抗が変化することがない。このため、感光体へ印加する帯電バイアスが径時にわたり変化することがないので、径時にわたり帯電不良等が起こることがない。 Further, since the surface layer is hard to be worn, the surface layer and the elastic layer are not scraped by use at the time of diameter, and the flexibility and elasticity of the charging roller are not deteriorated. For this reason, the minute gap Gm is maintained over time. Further, since the thickness of the surface layer does not change due to wear, the volume resistance of the surface layer does not change. For this reason, since the charging bias applied to the photosensitive member does not change over time, charging failure does not occur over time.
次に、本実施形態に好適に使用されるトナーについて説明する。本実施形態のトナーは、ポリエステル、ポリオ−ル、スチレンアクリル等の樹脂に帯電制御剤(CCM)及び色剤を混合したものであり、その周りにシリカ、酸化チタン等の外添剤を添加することで流動性を高めている。色剤としてはカーボンブラック、フタロシアニンブルー、キナクリドン、カーミン等を挙げることができる。トナー10は更に場合によってはワックス等を分散混合させた母体トナーに上記種類の添加剤を外添しているものも使用することができる。
トナーの体積平均粒径は3〜12μmの範囲が好適である。本実施形態で用いたトナーの体積平均粒径は7μmであり、1200dpi以上の高解像度の画像にも十分対応することが可能である。
また、本実施形態では、帯電極性が負極性のトナーを使用しているが、感光体1の帯電極性などに応じて帯電極性が正極性のトナーを使用してもよい。
Next, a toner that is preferably used in the present embodiment will be described. The toner of this embodiment is obtained by mixing a charge control agent (CCM) and a colorant in a resin such as polyester, polyol, or styrene acrylic, and an external additive such as silica or titanium oxide is added around the mixture. This improves the liquidity. Examples of the colorant include carbon black, phthalocyanine blue, quinacridone, and carmine. In some cases, the
The volume average particle diameter of the toner is preferably in the range of 3 to 12 μm. The toner used in this embodiment has a volume average particle diameter of 7 μm and can sufficiently cope with a high-resolution image of 1200 dpi or more.
Further, in this embodiment, toner having a negative charge polarity is used, but a toner having a positive charge polarity according to the charge polarity of the
トナーは特定の形状と形状の分布を有すことが重要である。トナーの形状は円形度で規定することができる。具体的には、トナーの平均円形度は、0.96以上、1.00以下が望ましい。実験によれば平均円形度が0.96未満、特に0.93より小さいと、球形から離れた不定形のトナーとなり、満足した転写性やチリのない高画質画像が得られなくなってしまう。また、円形度が高く回転しやすいので、トナーが現像ローラに付着しにくく、フィルミングなどの発生も抑制することができる。とくに、本実施形態の現像ローラのように、表層面を金属として摩耗しにくい材質である場合、径時で付着したトナー(フィルミング)が堆積して良好な画像が維持できなくなる場合がある。しかし、上述のように円形度の高いトナーを使用することで、現像ローラ表面へのトナー付着(フィルミング)を抑制することができるので、径時にわたり良好な画像を維持することができる。さらに、円形度が高く回転しやすいので、攪拌によるトナー劣化を抑制することができる。よって、径時にわたりトナーが凝集することがなく、この凝集したトナーによる現像ローラのフィルミングも抑制することができる。 It is important that the toner has a specific shape and shape distribution. The shape of the toner can be defined by circularity. Specifically, the average circularity of the toner is desirably 0.96 or more and 1.00 or less. According to experiments, if the average circularity is less than 0.96, particularly less than 0.93, the toner becomes irregularly shaped away from the spherical shape, and a satisfactory high transfer quality and a high-quality image without dust cannot be obtained. Further, since the degree of circularity is high and it is easy to rotate, the toner hardly adheres to the developing roller, and the occurrence of filming can be suppressed. In particular, when the surface layer is made of a metal that is hard to be worn like the developing roller of the present embodiment, toner (filming) that adheres at the time of diameter may accumulate and a good image may not be maintained. However, by using toner having a high degree of circularity as described above, toner adhesion (filming) to the surface of the developing roller can be suppressed, so that a good image can be maintained over time. Furthermore, since the degree of circularity is high and it is easy to rotate, toner deterioration due to stirring can be suppressed. Therefore, toner does not aggregate over time, and filming of the developing roller due to the aggregated toner can be suppressed.
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が平均円形度である。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)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。 As a method for measuring the shape, an optical detection band method is suitable in which a suspension containing particles is passed through an imaging unit detection band on a flat plate, and a particle image is optically detected and analyzed by a CCD camera. The average circularity 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 the actual particle. This value can be measured as an average circularity by a flow type particle image analyzer FPIA-2000 (manufactured by Toa Medical Electronics Co., Ltd.). As a specific measurement method, 0.1 to 0.5 ml of a surfactant, preferably an alkylbenzene sulfonate, is added as a dispersant to 100 to 150 ml of water from which impure solids have been removed in advance. About 0.1 to 0.5 g. The suspension in which the sample is dispersed is obtained by performing dispersion treatment for about 1 to 3 minutes with an ultrasonic disperser and measuring the shape and distribution of the toner with the above apparatus at a dispersion concentration of 3000 to 10,000 / μl. .
本実施形態において好適に用いられ円型度0.96〜1.00のトナーを製造する方法について説明する。比較をわかりやすくするため、一般的な従来のトナーと比較して説明する。 A method for producing a toner suitably used in this embodiment and having a circularity of 0.96 to 1.00 will be described. In order to make the comparison easier to understand, it will be described in comparison with a general conventional toner.
従来トナーの調製:
下記原材料をヘンシェルミキサーで充分混合した後、小型二本ロールミルで、150℃、
2時間混練した。
結着樹脂(スチレン−アクリル酸メチル共重合体) 100.0重量部
着色剤(カーボンブラック#44、三菱カーボン社製) 10.0重量部
荷電制御剤(ジターシャリーブチルサリチル酸亜鉛塩)
(オリエント化学製ボントロンE−84) 2.0重量部
カルナバワックス 5.0重量部
得られた混練物を2mmのスクリーンを装着したパルベライザーで粗粉砕した後、ラボジ
ェットで粉砕し、100MZRで分級して4〜10μm径の着色粒子を得た。得られた着
色粒子95重量部に対して、トナーの流動性や現像性、転写性、クリーニング性、帯電性
を補助するための添加剤として3重量部のシリカ、2重量部の酸化チタン粒子(両添加剤
の平均粒径20nm)をヘンシェルミキサーで2分間混合し、篩にかけてトナーを得た。
これが従来トナーである。ここで、従来トナーの円形度をフロー式粒子像分析装置FPI
A−2000(東亜医用電子株式会社製)により計測したところ、0.93であった。ま
た、その重量平均粒径は5.73μmであった。
Conventional toner preparation:
After thoroughly mixing the following raw materials with a Henschel mixer,
Kneaded for 2 hours.
Binder resin (styrene-methyl acrylate copolymer) 100.0 parts by weight Colorant (
(Orient Chemical's Bontron E-84) 2.0 parts by weight carnauba wax 5.0 parts by weight The obtained kneaded product was roughly pulverized with a palverizer equipped with a 2 mm screen, then pulverized with a lab jet, and classified with 100 MZR. 4 to 10 μm diameter colored particles were obtained. With respect 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 (as additives for assisting the fluidity, developability, transferability, cleaning property, and chargeability of the toner) The average particle size of both additives (20 nm) was mixed with a Henschel mixer for 2 minutes and sieved to obtain a toner.
This is a conventional toner. Here, the circularity of the conventional toner is determined by the flow type particle image analyzer FPI.
It was 0.93 when measured by A-2000 (manufactured by Toa Medical Electronics Co., Ltd.). The weight average particle size was 5.73 μm.
本実施形態のトナーの調製:
従来トナーの製造過程で得られた着色粒子を、日本ニューマチック製サーフュージョンシ
ステムを用いて、熱処理温度250℃、熱風風量1000リットル/分、供給風量100
リットル/分で2回処理し、4〜10μm径の新たな着色粒子を得た。得られた着色粒子
95重量部に対して、トナーの流動性や現像性、転写性、クリーニング性、帯電性を補助
するための添加剤として3重量部のシリカ、2重量部の酸化チタン粒子(両添加剤の平均
粒径60nm)をヘンシェルミキサーで2分間混合し、篩にかけてトナーを得た。これが
新トナーである。新トナーの円形度は0.96、その重量平均粒径は5.56μmであっ
た。
Preparation of toner of this embodiment:
The colored particles obtained in the conventional toner manufacturing process are subjected to a heat treatment temperature of 250 ° C., a hot air flow rate of 1000 liters / minute, and a supply air flow rate of 100 using a Nippon Pneumatic Surffusion System.
Treatment was performed twice at a liter / minute to obtain new colored particles having a diameter of 4 to 10 μm. With respect 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 (as additives for assisting the fluidity, developability, transferability, cleaning property, and chargeability of the toner) The average particle size of both additives (60 nm) was mixed with a Henschel mixer for 2 minutes and sieved to obtain a toner. This is a new toner. The roundness of the new toner was 0.96, and its weight average particle size was 5.56 μm.
上記したように、粉砕トナーに熱処理を行うことにより、円形度0.96以上のトナーを得ることができる。また、熱処理に代えて、例えば特開平9−85741号公報に記載されたターボミル(ターボ工業製)を用いた方法やクリプトロン(川崎工業製)、Q型ミキサー(三井鉱山製)を用いた方法等、機械的な処理を行うことでトナー円形度を0.96以上にすることも可能である。その他には、懸濁重合法、分散重合法、溶解懸濁法等の湿式造粒による製法によって、円形度0.96以上のトナーを作製することもできる。これら製法の場合はエネルギー効率の点で優れるといったメリットがある。 As described above, by subjecting the pulverized toner to heat treatment, a toner having a circularity of 0.96 or more can be obtained. Further, instead of heat treatment, for example, a method using a turbo mill (manufactured by Turbo Kogyo) described in JP-A-9-85741, a method using a kryptron (manufactured by Kawasaki Kogyo), a Q-type mixer (manufactured by Mitsui Mine) For example, the toner circularity can be increased to 0.96 or more by performing mechanical processing. In addition, a toner having a circularity of 0.96 or more can be prepared by a wet granulation method such as a suspension polymerization method, a dispersion polymerization method, or a dissolution suspension method. In the case of these manufacturing methods, there is a merit that it is excellent in terms of energy efficiency.
また、本実施形態のトナーは、母体樹脂を4〜10μm、トナー母体に外添する添加剤の一次粒子の平均粒径として50〜150nmとしている。添加剤の一次粒子の平均粒径が50nmより小さいと、母体樹脂への添加剤の埋没が早まり、劣化しやすくなる。また、150nmを越えると現像ローラと規制部材の間にトナーが挟まりやすく、薄層が均一にできなくなり、画像では白スジになり易くなるためである。
図13は、添加剤の平均粒径が20nmの従来のトナーと、添加剤の平均粒径が60nmの本実施形態のトナーとの、径時における現像ローラ上トナー付着量を調べた結果である。図13に示すように球形トナーに大粒径添加剤を添加する事で従来のトナーと比較して径時にわたり現像ローラ上トナー付着量の増加を抑える事ができ、画像品質が維持できている。
In the toner of the present embodiment, the base resin is 4 to 10 μm, and the average particle diameter of primary particles of the additive externally added to the toner base is 50 to 150 nm. If the average particle size of the primary particles of the additive is smaller than 50 nm, the additive is buried in the base resin earlier and is likely to deteriorate. On the other hand, if the thickness exceeds 150 nm, the toner is likely to be sandwiched between the developing roller and the regulating member, the thin layer cannot be made uniform, and white streaks are likely to occur in the image.
FIG. 13 is a result of examining the toner adhesion amount on the developing roller at the time of the diameter of the conventional toner having an average particle diameter of the additive of 20 nm and the toner of the present embodiment having the average particle diameter of the additive of 60 nm. . As shown in FIG. 13, by adding a large particle size additive to the spherical toner, it is possible to suppress an increase in the toner adhesion amount on the developing roller over the diameter compared with the conventional toner, and the image quality can be maintained. .
なお、上記実施形態では、感光体1上に形成したトナー像を転写紙に直接転写する場合について説明したが、本発明は、図14や、図15に示す感光体上のトナー像を一旦中間転写体に転写し、その後、該中間転写体上のトナー像を転写紙に転写する画像形成装置にも適用できるものである。図14の画像形成装置は、一つの感光体21上に各色ごとのトナー像を順次形成し、該感光体21上の各色トナー像を中間転写体としての中間転写ベルト28に転写し、該中間転写ベルト28上の重ねトナー像を転写ローラ25で転写紙に一括転写するカラー画像形成装置である。上記カラー画像形成装置において、像担持体である感光体21とニップを形成する部材である現像ローラ241、帯電ローラ22にも適用することができる。また、中間転写ベルト28をヤング率が70[GPa]以下で、0.2%耐力が700[MPa]以上の金属材料で形成してもよい。また、トナー像を担持する中間転写ベルト28とニップを形成する転写ローラ25にも適用してもよい。
また図15の画像形成装置は、中間転写体としての中間転写ベルト10の直線状の移動経路部分に沿って感光体40を含む画像形成ユニット18を複数組並べて配置し、各画像形成ユニット18の感光体40上に互いに異なる色のトナー像を形成し、各感光体40上のトナー像を一次転写装置62で該中間転写ベルト10上に重ね合わせて転写し、該中間転写ベルト10上の重ねトナー像を図示しない2次転写装置で転写紙に一括転写するタンデム型のカラー画像形成装置に用いる現像ローラ、転写ローラ、帯電ローラにも適用することができる。また、上述同様、中間転写ベルト10にも適用することができる。
In the above embodiment, the case where the toner image formed on the
In the image forming apparatus of FIG. 15, a plurality of
(1)
以上、本実施形態のニップ形成部材によれば、表層をヤング率70[GPa]以下の金属材料としている。表層が金属部材であるので、表層が摩耗することが抑制される。その結果、ニップ形成部材の耐久性を向上させることができる。また、ヤング率が70[GPa]以下としているため、柔軟に弾性変形する表層とすることができる。このため、所定の当接圧により表層が柔軟に弾性変形して感光体と当接することができ、所望のニップ幅を形成することができる。
(2)
また、表層の金属材料の0.2%耐力を700[MPa]以上としている。金属のヤング率が低くて弾性的な性質を有していても、金属が弾性的ふるまう限界値である0.2%耐力が低いと、所定の当接圧で像担持体と当接して変形したときに塑性変形を起こしてしまい、ニップ形成部材が所定形状を維持できなくなってしまう。その結果、感光体との所望の接触圧やニップ幅を確保することができなくなる。例えば、このニップ形成部材が現像ローラである場合、薄層規制部材とのギャップが変動して、所望の厚さにトナーを形成することができず、濃度ムラが発生する。また、感光体との接触圧が変化し、現像能力が低下してしまい、画像が劣化してしまう。また、例えば、ニップ形成部材が転写ローラである場合は、像担持体と転写体とのエアギャップが変動して、転写チリが発生してしまう。また、転写ニップでトナーの凝集力を高めることができず、転写ニップ出口で転写チリが発生し、画像が劣化する。また、帯電ローラの場合は、感光体との微小ギャップが維持できず、画像の劣化等を引き起こしてしまう。
しかしながら、本実施形態においては、金属材料の0.2%耐力を700[MPa]以上としているので、所定の当接圧で像担持体と当接してニップ形成部材が変形したときに塑性変形を起こしてしまことが抑制される。よって、上述のような不具合が抑制され、画像の劣化を引き起こすことが抑制される。
(3)
また、本実施形態のニップ形成部材を焼結チタン合金(ゴムメタル)としている。このようにゴムメタルを用いることで、ヤング率が70[GPa]以下で、0.2%耐力が700[MPa]以上のニップ形成部材とすることができる。
(4)
また、冷間加工が施されている焼結チタン合金とすることで、ヤング率が低く、0.2%耐力が高いニップ形成部材とすることができる。これにより、より良好な弾力性をもつ表層とすることができる。
(5)
また、錫が2〜8質量%含有されている焼結チタン合金とすることで、ヤング率が低く、0.2%耐力が高いニップ形成部材とすることができる。これにより、より良好な弾力性をもつ表層とすることができる。
(6)
また、本実施形態のニップ形成部材は、弾性層を有し、表層を上記金属材料で構成している。これにより、ニップ形成部材をより柔軟性の高い部材とすることができる。よって、感光体への当接圧が低くても、所望のニップ幅を形成することができる。これにより、感光体のトルクを低減することができる。
(7)
また、本実施形態によれば、上記ニップ形成部材を現像剤担持体としての現像ローラに適用している。これにより、表層が柔軟で耐磨耗性の高い現像ローラとすることができる。よって、所定の当接圧により現像ローラが柔軟にたわんで感光体と当接するので、ある程度の現像ニップ幅を形成することができる。また、表層は良好な弾性変形性能を有するので、表層が感光体へ反発力をもって接触することができる。このように現像ニップにおいて、表層が反発力をもって感光体と当接することができるので、感光体や現像ローラに軸方向に組付け誤差や製造誤差があっても、感光体との接触圧が軸方向に大幅にずれることがない。よって、濃度ムラを抑制することができる。また、表層が金属であるので、従来のゴムに比べて耐磨耗性が良好であるので、現像ローラの耐久性を向上することができる。このため、現像ローラの厚みが変化することがないので、現像ローラの体積抵抗が変化することが抑制される。その結果、感光体と現像ローラとの間の現像電界が径時にわたり一定に保つことができ、径時に現像能力を低下させることがないので、径時にわたり良好な画像を維持することができる。
(8)
また、本実施形態によれば、ニップ形成部材としての現像ローラの表層面を樹脂でコートしている。例えば、トナーと離型性の高い樹脂を表面層にコートすれば、径時で現像ローラ表面のトナーフィルミングを抑制することができる。特に、本実施形態の現像ローラは、耐磨耗性の優れた金属で表層を形成しているので、従来の表層がゴムの現像ローラのように摩耗によりフィルミングとともに削れるようなことがないため、フィルミングが進行しやすい。しかし、上述のように、表層面をトナーに対して離型性の良い樹脂でコートすことで、金属で耐磨耗性の優れた表層であっても、フィルミングの進行が抑制され、径時で画像の劣化を抑制することができる。
(9)
さらに、上記樹脂材を導電性樹脂とすることで、現像ローラに印加される現像バイアスが現像ニップにおいて低下することがない。このため、現像ローラに印加する現像バイアスを高めなくても安定した現像を行うことができる。
(10)
また、本実施形態によれば、上記ニップ形成部材を帯電部材としての帯電ローラに適用している。これにより、表層が柔軟で耐磨耗性の高い帯電ローラとすることができる。よって、所定の当接圧により柔軟に感光体と当接して所望の帯電ニップを形成することができる。これにより、感光体と帯電ローラとの間に微小帯電ギャップを形成することができ、帯電バイアスを小さくして、帯電ローラ2や感光体の劣化、画像の劣化を抑えることができる。更に、オゾンによる環境汚染を抑えることもできる。また、感光体との摩耗を抑制することができ、高耐久の帯電ローラとすることができる。このため、帯電ローラの厚みが変化することがないので、帯電ローラの体積抵抗が変化することが抑制される。その結果、感光体へ印加する帯電バイアスを径時にわたり一定に保つことができ、径時にわたり良好な画像を維持することができる。また、表面層や弾性層が摩耗することがないので、径時にわたり、良好な弾性性能を維持することができる。このため、径時にわたり微小ギャップを維持することができ、帯電性能を低下させることがなく、径時にわたり良好な画像を維持することができる。
(11)
また、本実施形態によれば、上記ニップ形成部材を転写部材としての転写ローラに適用している。これにより、表層が柔軟で耐磨耗性の高い転写ローラとすることができる。よって、所定の当接圧により表層が柔軟に弾性変形して感光体と当接し、所望の転写ニップを形成することができる。これにより、像担持体と転写体とのエアギャップを低減でき、転写チリの発生を抑えることができる。また、転写ニップでトナーの凝集力を高めることができ、転写ニップ出口での転写チリの発生を抑えることができる。また、感光体との摩耗を抑制することができ、高耐久の転写ローラとすることができる。このため、転写ローラの厚みが変化することがないので、転写ローラの体積抵抗が変化することが抑制される。その結果、感光体と転写ローラとの間の転写電界を径時にわたり一定に保つことができ、径時にわたり良好な画像を維持することができる。また、表面層や弾性層が摩耗することがないので、径時にわたり、良好な弾性性能を維持することができる。このため、径時にわたりエアギャップを維持することができ、また、トナーの凝集力が変化することがないので、径時にわたり転写チリの発生を抑制でき、径時にわたり良好な画像を維持することができる。
(12)
また、本実施形態の現像装置によれば、上記現像ローラを備えているので、濃度ムラなどの画像の劣化を抑えることができる現像装置とすることができる。また、耐久性の高い現像装置とすることができる。
(13)
また、本実施形態の現像装置によれば、トナー粒子の平均円形度が1.0〜0.96としている。このようにトナーを円形上に近い形状とすることで、現像ローラ表面に付着しにくく、フィルミングの発生が抑制される。さらに、円形度が高く回転しやすいので、攪拌によるトナー劣化を抑制することができる。よって、径時にわたりトナーが凝集することがなく、この凝集したトナーによるフィルミングも抑制することができる。
(14)
また、本実施形態の現像装置によれば、体積平均粒径が4[μm]以上10[μm]以下で、トナーに添加する添加剤の粒子径を50[nm]以上150[nm]以下のものを用いている。添加剤の平均粒径が50[nm]より小さいと、母体樹脂への添加剤の埋没が早まり、トナーが劣化しやすくなる。また、150[nm]を越えると現像ローラと規制部材の間にトナーが挟まりやすく、薄層が均一にできなくなり、画像では白スジになる。よって、添加剤の粒子径を50[nm]以上150[nm]以下とすることで、白スジ画像と、トナー劣化を抑制することができる。
(15)
また、本実施形態の帯電装置によれば、上記帯電ローラを備えているので、感光体の劣化、画像の劣化を抑えることができる帯電装置とすることができる。また、オゾンによる環境汚染を抑えた帯電装置とすることができる。さらに、帯電ローラが高寿命化するので、耐久性に優れた帯電装置とすることができる。
(16)
また、本実施形態の転写装置によれば、上記転写ローラを備えているので、転写チリが抑制された転写装置とすることができる。
(17)
また、本実施形態の画像形成装置によれば、上述の帯電装置、現像装置、転写装置のうち、いずれかひとつを備えている。よって、画像劣化を抑制し、耐久性に優れた画像形成装置とすることができる。
(18)
また、本実施形態のプロセスカートリッジによれば、上述の帯電装置、現像装置のうち、いずれかひとつを備えている。よって、画像劣化を抑制し、耐久性に優れたプロセスカートリッジとすることができる。
(1)
As described above, according to the nip forming member of the present embodiment, the surface layer is made of a metal material having a Young's modulus of 70 [GPa] or less. Since the surface layer is a metal member, wear of the surface layer is suppressed. As a result, the durability of the nip forming member can be improved. In addition, since the Young's modulus is 70 [GPa] or less, the surface layer can be elastically deformed flexibly. For this reason, the surface layer can be flexibly elastically deformed by a predetermined abutting pressure to abut against the photoreceptor, and a desired nip width can be formed.
(2)
Further, the 0.2% proof stress of the surface metal material is set to 700 [MPa] or more. Even if the Young's modulus of the metal is low and has an elastic property, if the 0.2% proof stress, which is the limit value for the metal to behave elastically, is low, it deforms by contacting the image carrier with a predetermined contact pressure. When this occurs, plastic deformation occurs, and the nip forming member cannot maintain a predetermined shape. As a result, a desired contact pressure and nip width with the photoreceptor cannot be secured. For example, when the nip forming member is a developing roller, the gap with the thin layer regulating member fluctuates, and toner cannot be formed to a desired thickness, resulting in density unevenness. Further, the contact pressure with the photoconductor changes, the developing ability is lowered, and the image is deteriorated. For example, when the nip forming member is a transfer roller, the air gap between the image carrier and the transfer body fluctuates and transfer dust occurs. Further, the cohesive force of the toner cannot be increased at the transfer nip, transfer dust is generated at the transfer nip exit, and the image is deteriorated. In the case of a charging roller, a minute gap with the photosensitive member cannot be maintained, which causes image deterioration and the like.
However, in the present embodiment, the 0.2% proof stress of the metal material is set to 700 [MPa] or more. Therefore, when the nip forming member is deformed by contact with the image carrier at a predetermined contact pressure, plastic deformation is caused. Waking up is suppressed. Thus, the above-described problems are suppressed and the deterioration of the image is suppressed.
(3)
Further, the nip forming member of the present embodiment is a sintered titanium alloy (rubber metal). By using rubber metal in this manner, a nip forming member having a Young's modulus of 70 [GPa] or less and a 0.2% proof stress of 700 [MPa] or more can be obtained.
(4)
Further, by using a sintered titanium alloy that has been cold worked, a nip forming member having a low Young's modulus and a high 0.2% proof stress can be obtained. Thereby, it can be set as the surface layer which has more favorable elasticity.
(5)
Moreover, by using a sintered titanium alloy containing 2 to 8% by mass of tin, a nip forming member having a low Young's modulus and a high 0.2% proof stress can be obtained. Thereby, it can be set as the surface layer which has more favorable elasticity.
(6)
Moreover, the nip forming member of this embodiment has an elastic layer, and the surface layer is comprised with the said metal material. Thereby, a nip formation member can be made into a more flexible member. Therefore, a desired nip width can be formed even if the contact pressure to the photosensitive member is low. Thereby, the torque of the photoconductor can be reduced.
(7)
According to this embodiment, the nip forming member is applied to a developing roller as a developer carrying member. Thereby, it can be set as the developing roller whose surface layer is flexible and has high wear resistance. Therefore, since the developing roller flexibly bends and contacts the photoconductor by a predetermined contact pressure, a certain development nip width can be formed. Further, since the surface layer has good elastic deformation performance, the surface layer can contact the photoreceptor with repulsive force. In this way, since the surface layer can abut against the photoconductor with a repulsive force in the development nip, even if there is an assembly error or a manufacturing error in the axial direction on the photoconductor or the developing roller, the contact pressure with the photoconductor is the axis. There is no significant shift in direction. Therefore, density unevenness can be suppressed. Further, since the surface layer is made of metal, the wear resistance is better than that of conventional rubber, so that the durability of the developing roller can be improved. For this reason, since the thickness of a developing roller does not change, it is suppressed that the volume resistance of a developing roller changes. As a result, the developing electric field between the photosensitive member and the developing roller can be kept constant over time, and the developing ability is not reduced over time, so that a good image can be maintained over time.
(8)
According to the present embodiment, the surface layer surface of the developing roller as the nip forming member is coated with the resin. For example, if the surface layer is coated with a toner and a resin having high releasability, toner filming on the surface of the developing roller can be suppressed even when the diameter is large. In particular, the developing roller of this embodiment has a surface layer formed of a metal having excellent wear resistance, and therefore, the conventional surface layer is not worn with filming due to wear unlike a rubber developing roller. Filming is easy to progress. However, as described above, the coating of the surface of the surface with a resin having a good releasability with respect to the toner suppresses the progress of filming even in the case of a metal and a surface layer with excellent wear resistance. It is possible to suppress image degradation at times.
(9)
Furthermore, by using the resin material as a conductive resin, the developing bias applied to the developing roller does not decrease in the developing nip. Therefore, stable development can be performed without increasing the developing bias applied to the developing roller.
(10)
According to the present embodiment, the nip forming member is applied to a charging roller as a charging member. Thereby, it can be set as a charging roller with a soft surface layer and high abrasion resistance. Accordingly, a desired charging nip can be formed by flexibly abutting the photosensitive member with a predetermined abutting pressure. Thereby, a minute charging gap can be formed between the photosensitive member and the charging roller, and the charging bias can be reduced to suppress the deterioration of the charging
(11)
According to this embodiment, the nip forming member is applied to a transfer roller as a transfer member. Thereby, it can be set as the transfer roller whose surface layer is flexible and has high wear resistance. Therefore, the surface layer can be flexibly elastically deformed by a predetermined contact pressure and contacted with the photoconductor to form a desired transfer nip. Thereby, the air gap between the image carrier and the transfer body can be reduced, and the generation of transfer dust can be suppressed. Further, the cohesive force of the toner can be increased at the transfer nip, and the generation of transfer dust at the transfer nip exit can be suppressed. Further, wear with the photoconductor can be suppressed, and a highly durable transfer roller can be obtained. For this reason, since the thickness of the transfer roller does not change, the volume resistance of the transfer roller is suppressed from changing. As a result, the transfer electric field between the photoconductor and the transfer roller can be kept constant over time, and a good image can be maintained over time. Further, since the surface layer and the elastic layer do not wear, good elastic performance can be maintained over time. For this reason, the air gap can be maintained over time, and the cohesive force of the toner does not change, so that generation of transfer dust can be suppressed over time, and a good image can be maintained over time. Can do.
(12)
Further, according to the developing device of the present embodiment, since the developing roller is provided, it is possible to provide a developing device that can suppress image deterioration such as density unevenness. Further, a highly durable developing device can be obtained.
(13)
Further, according to the developing device of this embodiment, the average circularity of the toner particles is set to 1.0 to 0.96. By setting the toner in a shape close to a circle in this way, it is difficult to adhere to the surface of the developing roller, and the occurrence of filming is suppressed. Furthermore, since the degree of circularity is high and it is easy to rotate, toner deterioration due to stirring can be suppressed. Therefore, the toner does not aggregate over time, and filming due to the aggregated toner can be suppressed.
(14)
Further, according to the developing device of this embodiment, the volume average particle diameter is 4 [μm] or more and 10 [μm] or less, and the particle diameter of the additive added to the toner is 50 [nm] or more and 150 [nm] or less. Something is used. When the average particle size of the additive is smaller than 50 [nm], the additive is quickly buried in the base resin, and the toner is easily deteriorated. On the other hand, if it exceeds 150 [nm], the toner is likely to be caught between the developing roller and the regulating member, and the thin layer cannot be made uniform, resulting in white streaks in the image. Therefore, by setting the particle diameter of the additive to 50 [nm] or more and 150 [nm] or less, white streak images and toner deterioration can be suppressed.
(15)
Further, according to the charging device of the present embodiment, since the charging roller is provided, it is possible to provide a charging device that can suppress deterioration of the photoreceptor and image. Moreover, it can be set as the charging device which suppressed the environmental pollution by ozone. Furthermore, since the life of the charging roller is extended, a charging device having excellent durability can be obtained.
(16)
Further, according to the transfer device of the present embodiment, since the transfer roller is provided, a transfer device in which transfer dust is suppressed can be obtained.
(17)
Further, according to the image forming apparatus of the present embodiment, any one of the above-described charging device, developing device, and transfer device is provided. Therefore, it is possible to obtain an image forming apparatus that suppresses image deterioration and has excellent durability.
(18)
Further, according to the process cartridge of this embodiment, any one of the above-described charging device and developing device is provided. Therefore, it is possible to obtain a process cartridge that suppresses image deterioration and has excellent durability.
1 感光体
2 帯電ローラ
3 露光装置
4 現像装置
5 転写ローラ
6 クリーニング装置
41 現像ローラ
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