JP2006084524A - Developing system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は正帯電性外添剤を有するトナーを用いる現像システムに関する。 The present invention relates to a development system using a toner having a positively chargeable external additive.
流動性付与のためにシリカ(SiO2)を外添し、荷電制御剤として酸化チタン(TiO2)を外添したトナーにおいて、Si原子、Ti原子の遊離率を0.5〜10%とするもの(特許文献1)、酸化チタンの個数遊離率を1.0〜50%、シリカの個数遊離率を0.01〜4%とすることにより画像濃度が低下しないようにして長期間良好な画像が得られるようにしたものが提案されている(特許文献2)。
特許文献1、特許文献2に示されている遊離外添剤を規定した従来の技術においても、遊離外添剤は特に現像ローラ等の現像装置の特定部位に凝集し易く、かつ静電的に現像ローラ表面に付着しやすくリセットしにくいため、現像ローラのフィルミングや遊離外添剤凝集部に起因する過帯電によって帯電均一性が乱れる等の問題があった。
Even in the conventional techniques that define the free external additives shown in
本発明は上記課題を解決しようとするもので、遊離正帯電外添剤により、帯電均一性、トナー飛翔性を向上させ、連続印字においてもフィルミングの発生がなく、画質の均一化を図れる現像システムを提供することを目的とする。
そのために本発明は、遊離率0.5〜5%の正帯電性外添剤を有するトナーの現像システムにおいて、現像ローラと供給ローラ間に交流成分を重畳した供給バイアスを印加するとともに、供給ローラ表面電圧波形と現像ローラ表面電圧波形とを異ならせることを特徴とする。
また、本発明は、供給ローラ表面電圧波形の電位が現像ローラ表面電圧波形の電位より高いことを特徴とする。
また、本発明は、現像ローラと供給ローラの下部に開口部を有し、現像ローラと供給ローラ間で剥離し、自由落下する遊離外添剤を受けるトナー容器を有することを特徴とする。
また、本発明は、自由落下した遊離外添剤をトナー容器内で循環させて再利用することを特徴とする。
また、本発明は、遊離外添剤が100nm〜200nmであることを特徴とする。
また、本発明は、ニップ部における現像ローラと供給ローラ周面の回転移動方向が開口部に対して自由落下側になるようにしたことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is to solve the above-mentioned problems, and by using a free positively charged external additive, it is possible to improve charging uniformity and toner flying property, and to develop a uniform image quality without causing filming even in continuous printing. The purpose is to provide a system.
To this end, the present invention applies a supply bias in which an AC component is superimposed between a developing roller and a supply roller in a toner development system having a positively chargeable external additive having a liberation rate of 0.5 to 5%. The surface voltage waveform is different from the developing roller surface voltage waveform.
Further, the present invention is characterized in that the potential of the supply roller surface voltage waveform is higher than the potential of the development roller surface voltage waveform.
Further, the present invention is characterized by having a toner container that has an opening under the developing roller and the supply roller, receives a free external additive that is peeled off between the developing roller and the supply roller and freely falls.
Further, the present invention is characterized in that the free external additive that has fallen freely is circulated in the toner container and reused.
Further, the present invention is characterized in that the free external additive is 100 nm to 200 nm.
Further, the present invention is characterized in that the rotational movement direction of the developing roller and the supply roller peripheral surface in the nip portion is on the free fall side with respect to the opening.
本発明は、遊離率0.5〜5%の正帯電性外添剤を有するトナーを使用し、現像ローラと供給ローラ間に交流成分を重畳した供給バイアスを印加するとともに、供給ローラ表面電圧波形と現像ローラ表面電圧波形とを異ならせることにより、外添剤のマイクロキャリア効果とスペーサ効果でトナーの帯電性、トナーの飛翔性を向上させ、フィルミングの発生を防止し、連続印字においても画質の均一化を図ることが可能となる。 The present invention uses a toner having a positively chargeable external additive having a liberation rate of 0.5 to 5%, applies a supply bias in which an AC component is superimposed between the developing roller and the supply roller, and also supplies a supply roller surface voltage waveform. And the development roller surface voltage waveform, the microcarrier effect and spacer effect of external additives improve toner chargeability and toner flying performance, prevent filming, and improve image quality even in continuous printing. Can be made uniform.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず、本願発明で製造されるトナーを使用する画像形成装置、現像装置を説明する。図1はタンデムタイプを例とした画像形成装置の全体構成を示す断面図であり、画像形成装置1は、ハウジング3と、ハウジング3の上部に形成された排紙トレイ5と、ハウジング前面に開閉可能に設けられた扉体7とを備え、ハウジング3内には、露光ユニット9、画像形成ユニット11、送風ファン13、転写ベルトユニット15及び給紙ユニット17が設けられ、扉体7内には用紙搬送ユニット19が設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, an image forming apparatus and a developing apparatus using the toner manufactured in the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of an image forming apparatus taking a tandem type as an example. The
画像形成ユニット11は、異なる色のトナーを収納する4つの現像装置をセットすることができる4つの画像形成ステーション21を備えている。4つの画像形成ステーション21は、イエロー、マゼンタ、シアン及びブラックの各現像装置用であり、図中、符号21Y、21M、21C及び21Kで示している。各画像形成ステーション21Y、21M、21C及び21Kには、感光ドラム23と、感光ドラム23の周囲に設けられた、コロナ帯電手段25と、本発明の現像装置100とが配設されている。
The
転写ベルトユニット15は、図示しない駆動源に回転駆動される駆動ローラ27と、駆動ローラ27の斜め上方に設けられる従動ローラ29と、テンションローラ31と、これら各ローラ間に張架され、図1の反時計方向Xへ循環駆動される中間転写ベルト33と、中間転写ベルト33の表面に当接するクリーニング手段34とを備えている。従動ローラ29、テンションローラ31および中間転写ベルト33は、駆動ローラ27に対して傾斜するように並んで配設されており、これにより中間転写ベルト33が駆動されるとき、ベルト搬送方向Xが下向きになるベルト面35が下側に位置し、搬送方向が上向きとなるベルト面37が上側に位置するようになっている。
The
感光ドラム23は、アーチ状のラインに沿ってベルト面35に圧接され、図1中、矢印で示す方向に回転駆動される。テンションローラ31の位置を調節することにより、中間転写ベルト33の張力、アーチの曲率等を制御することができる。
The
駆動ローラ27は、2次転写ローラ39のバックアップローラを兼ねている。
また駆動ローラ27の周面には、例えば厚さ3mm程度、体積抵抗率105Ω・cm以下のゴム層が形成されており、金属製の軸を介して接地することにより、2次転写ローラ39を介して供給される2次転写バイアスの導電経路を構成している。また駆動ローラ27の径は従動ローラ29及びテンションローラ31の径より小さく、これにより2次転写後の記録紙が記録紙自身の弾性力で剥離し易くすることができる。従動ローラ29はクリーニング手段34のバックアップローラとしても機能している。
The
Further, on the peripheral surface of the
クリーニング手段34は、搬送方向下向きのベルト面35側に設けられ、2次転写後に中間転写ベルト33の表面に残留しているトナーを除去するクリーニングブレード41と、回収したトナーを搬送するトナー搬送経路42とを備えている。クリーニングブレード41は、従動ローラ29に中間転写ベルト33が巻回している箇所に当接している。また中間転写ベルト33の裏面には、各画像形成ステーション21Y、21M、21C及び21Kの感光ドラム23に対向する位置に1次転写部材43が当接し、1次転写部材43には転写バイアスが印加されるようになっている。
The
露光ユニット9は、画像形成ユニット11の斜め下方の空間に設けられており、その斜め上方には送風ファン13が設けられている。露光ユニット9の下方には給紙ユニット17が設けられている。露光ユニット9は、底部にポリゴンミラーモータ45及びポリゴンミラー47からなるスキャナ手段49を垂直に配設している。また光路Bには、単一のf−θレンズ51及び反射ミラー53が設けられ、反射ミラー53の上方には各色の走査光路が感光ドラム23にそれぞれ非平行となって折り返すように複数の折り返しミラー55が設けられている。
The exposure unit 9 is provided in a space obliquely below the
露光ユニット9では、ポリゴンミラー47から各色に対応した画像信号が、共通のデータクロック周波数に基づいて変調形成されたレーザビームで射出され、f−θレンズ51、反射ミラー53、折り返しミラー55を経て、各画像形成ステーション21Y、21M、21C及び21Kの感光ドラム23に照射され、潜像が形成される。各画像形成ユニット11に対する露光ユニット9のポリゴンミラー47から感光ドラム23までの光路長がほぼ同一の長さになるように構成されており、そのため各光路で走査された光ビームの走査幅もほぼ同一になり、画像信号の形成にも特別な構成を必要としない。従ってレーザ光源は、それぞれ異なる画像信号によってそれぞれ異なる色の画像に対応して変調されるにも関わらず、共通のデータクロック周波数に基づいて変調形成可能であり、共通の反射面を用いるために副走査方向の相対差から生じる色ずれを防止し、構造が簡単で安価なカラー画像形成装置を構成することができる。
In the exposure unit 9, an image signal corresponding to each color is emitted from the
送風ファン13は、冷却手段として機能し、矢印の方向へ空気を導き、露光ユニット9やその他の発熱部からの熱を放出する機能を果たす。
これによりポリゴンミラーモータ45の温度上昇を抑制し、画質劣化の防止とポリゴンミラーモータ45の寿命の長期化を図ることができる。
The
As a result, the temperature rise of the
給紙ユニット17は、記録媒体Pが積層されている給紙カセット57と、給紙カセット57から記録媒体Pを1枚ずつ給送するピックアップローラ59とを備えている。用紙搬送ユニット19は、2次転写部への記録媒体Pの給紙タイミングを規定するゲートローラ対61と、駆動ローラ27及び中間転写ベルト33に圧接される2次転写ローラ39と、定着手段63と、排紙ローラ対65と、両面プリント用搬送路67とを備えている。
The
定着手段63は、少なくとも一方にハロゲンヒータ等の発熱体を内蔵した回転自在な定着ローラ対69と、定着ローラ対69の少なくとも一方側のローラを他方側へ押圧付勢してシート材に2次転写された2次画像を記録媒体Pに押圧する押圧手段とを有し、記録媒体に2次転写された2次画像は、定着ローラ対69の形成するニップ部において所定温度で記録媒体に定着される。
The
本発明で使用する現像装置100は、トナーを循環して使用するタイプのものであり、各画像形成ステーション21Y、21M、21C及び21Kにセットして使用する。これら現像装置の構成は基本的に同じである。
The developing
図2は現像装置100の断面図である。現像装置100は、内部にほぼ円筒状のトナー収容部101が形成されたハウジング103を備え、ハウジング103に対して供給ローラ105および現像ローラ107が設けられている。現像装置100が画像形成ステーションにセットされた状態(図1参照)では、現像ローラ107は感光ドラム23に対して僅かな間隔(例えば100〜300μm)を開けて隣接しており、感光ドラム23の回転方向(図中の矢印参照)と反対方向へ回転駆動しながら、現像ローラ107の周面に供給されたトナーで感光ドラム23上に形成された潜像を現像する機能を有する。このような現像作用は、現像ローラ107に現像バイアス電源(図示しない)から直流電圧に交流電圧が重畳された現像バイアスを印加させて、現像ローラと感光ドラムとの間に振動電圧を作用させ、感光ドラム23に形成された静電潜像部分に現像ローラ107からトナーが供給されることにより行われる。尚、現像ローラ107を感光ドラム23の周面に接触させて現像を行うことも可能である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the developing
供給ローラ105は、表面がウレタンスポンジで形成されており、供給ローラ105の周面が現像ローラ107に接触した状態で現像ローラ107の周面と同方向に回転移動する。供給ローラ105にも現像ローラ107に印加される現像バイアス電圧に同期した直流電圧に交流電圧を重畳した電圧波形が印加されているが、詳細は後述するように、現像ローラと供給ローラへ印加する電圧波形を異ならせている。
The
現像ローラ107には、規制ブレード109が、板バネ部材111及びその下側に設けられる弾性部材112の作用により、常時現像ローラ107の周面の長手方向に亘って均一となるように圧接されており、現像ローラ107の周面に付着したトナーのうち余分な分を掻き落として、一定量のトナーが現像ローラ107の周面に担持されるようにしている。また規制ブレード109は、トナー113を適切に帯電させる機能をも有する。
A
掻き落とされたトナーは、自然落下してトナー収容部101内のトナー113に混入され、同時に正帯電正外添剤も現像ローラと供給ローラ間で剥離されたものが自然落下してトナー収容部101内を循環して再利用されるが、この点については後で詳述する。また現像ローラ107周面の上側には、ハウジング103に一端が固定されているシール部材115の他端側が圧接しており、これによりハウジング103内のトナー113が外部へ飛散することを防止している。
The toner that has been scraped off naturally falls and is mixed into the
トナー収容部101内には、回転軸117を中心として図2の時計回り方向に回転するアジテータ119が設けられている。アジテータ119は、回転軸117を中心に互いに反対方向へ延びる2つのアーム部材121を備え、各アーム部材121はトナー収容部101の断面の円の直径よりも若干短い寸法に設定されている。各アーム部材121の先端からはアジテータ119の回転方向と反対方向へ撹拌フィン123が延びている。撹拌フィン123は、可撓性を有するシート部材から構成されており、その先端側は可撓性に起因する弾性力により円筒状のトナー収容部101の内周面に圧接している。このような構成によりアジテータ119が回転するとき、トナー収容部101の内周面と撹拌フィン123との間の領域125に存在するトナー113を撹拌フィン123で掻き上げるようにして、後述するトナーガイド部材上に搬送することができる。
An
トナー収容部101内に収容されるトナー113の上面114は、規制ブレード109が現像ローラ107の周面に当接している箇所127よりも低い位置となるように設定されている。これはトナー量が規制ブレード109を埋没させる程多いと、規制ブレード109によって掻き落とされたトナーが当該規制ブレードの近くに存在することになる結果、トナー収容部101内へ戻される循環経路が阻害され、また規制ブレード109が現像ローラ107から余分なトナーを掻き落として現像領域に搬送するトナー量を規制する機能およびトナーを適切に帯電させる機能が阻害されるからである。
The
本実施の形態では、トナー収容部101内に収容されるトナー113の上面114の位置は、より具体的には、規制ブレード109の下端より下方であって、板バネ部材111と弾性部材112との交点128の位置を上限として設定されている。トナー収容部101内のトナー113の上面114の位置が、前記交点128より上にまでくると板バネ部材111の動きを拘束する虞があり、これにより適正な規制圧が得られなくなる虞があり、その結果として、「一定量のトナーを現像ローラ107の周面に担持させる機能」や「トナーを適正に帯電させる機能」が阻害される虞がある。しかし、上記の如く、トナー113の上面114位置の上限を前記交点128の位置とすることにより、前記各機能が阻害される虞をなくすことができる。
In the present embodiment, the position of the
規制ブレード109が現像ローラ107の周面に当接している箇所127と、トナー収容部101内に収容されるトナー113の上面114との間には、トナー113の安息角以上の傾斜角度でトナーの上面114側へ斜めに傾斜しているトナー案内面129がハウジング103の一部として形成されている。トナー案内面129は、規制ブレード109によって現像ローラ107の周面から掻き落とされたトナー113をトナー収容部101側へ案内する機能を有する。
The toner between the
規制ブレード109によって現像ローラ107の周面から掻き落とされたトナー113は、必ずしもトナー案内面129によってトナー収容部101に案内される必要はなく、掻き落とされたトナー113が直接、トナー収容部101に落下するような構成としてもよい。このように規制ブレード109が現像ローラ107の周面に当接している箇所127の下方には、規制ブレード109によって現像ローラ107の周面から掻き落とされたトナー113がトナー収容部101へ導かれるためのトナー案内空間部131が形成されている。
The
トナー収容部101の上方にはトナーガイド部材133が設けられている。トナーガイド部材133は、供給ローラ105から離れた側の端部134に設けられ、撹拌フィン123によって搬送されたトナー113を掻き取るための鋭角的に形成されたスクレーパ135と、該スクレーパ135よりも供給ローラ105側において上面側がトナー113の安息角以上の角度で傾斜し且つ平面的に形成された平坦搬送部137と、該平坦搬送部137の下流側に形成され、上面側が凹曲面を形成するように湾曲している湾曲部141と、該湾曲部141より下流側において供給ローラ105の周面に設定された適切な線圧で接触している当接部143とを備えて成る。前記平坦搬送部137、前記湾曲部141および前記当接部143を含むトナーガイド部材133の表面粗さは、トナー平均粒径未満に形成されている。
A
また、上記の当接部143の存在により、供給ローラ105の下面側に付着しているトナー113が重力により落下し、現像ローラへ供給できるトナーの量が減少することによる画像濃度低下を防止することができる。また湾曲部141と供給ローラ105の周面との間には、断面が楔形に狭まるようなトナーの一時貯留部139が形成されている。ここで断面が楔状とは、入口側が相対的に大きく、トナーの進行方向に向かって狭くなっていき、且つ楔の先端側においてトナーが自然滑落しない程度に十分狭くなっていることを意味する。
Further, the presence of the
このような形状を有するトナーガイド部材133では、撹拌フィン123によって搬送されたトナー113をスクレーパ135で掻き取った後、トナー113は平坦搬送部137に沿って、その幅方向に亘って及びその傾斜方向の任意の地点において均一の速度で重力落下してゆき、一旦トナーの一時貯留部139に貯留される。楔形に狭まるトナーの一時貯留部139では、トナー113が狭い領域に進行していくのに伴い、供給ローラ105の周面に対する圧接力が徐々に増加するため、供給ローラ105の周面にトナー113が押し付けられて、該周面にトナー113が担持され易くなる。尚、トナー113が当接部143を越えて押し出された場合には、トナー案内空間部131を落下して、直接にまたはトナー案内面129に案内されてトナー収容部101に戻される。
In the
次に、本発明の現像システムの詳細について説明する。評価項目および評価方法は、以下の通りである。
〔評価方法〕
(1)正帯電性外添剤の遊離率
外添剤(酸化チタン微粒子)の遊離率は、PT1000パーティクルアナライザー(横河電気(株)製)を用いて遊離率を測定した。この外添剤の遊離率の測定方法の詳細は、特許文献(特開2002−202622号公報等)に記載されているが、簡単に述べると、この原理は、トナー粒子をプラズマ中に導入して、トナー粒子を励起・発光させる。このとき母材と外添剤とは発光スペクトルが異なるので、それぞれその強さと発光タイミンイグを測定することにより、遊離率が求められる。即ち、TiO2の遊離率は、TiO2が外添されたトナー粒子をプラズマ中に導入し、トナー粒子中のTiO2の発光強度を測定する。その発光強度から、TiO2が外添されたトナー粒子を真球粒子と仮定して、TiO2の粒径(等価粒径)が求められる(このとき母材の発光強度からは母材の粒径(等価粒径)が求められる)。遊離したTiO2も、トナー粒子の場合と同様に、その発光強度からTiO2の等価粒径が求められる。ただし、遊離したTiO2の発光強度は小さいので、等価粒径は小さくなる。従って、等価粒径を比較することにより、トナー粒子に外添しているものと遊離している外添剤とが区別される。従って、外添剤TiO2の全検出個数を求め、等価粒径の小さい個体を遊離外添剤粒子数とすると、以下の数1式により求められる。
Next, details of the developing system of the present invention will be described. Evaluation items and evaluation methods are as follows.
〔Evaluation methods〕
(1) Release rate of positively chargeable external additive The release rate of the external additive (titanium oxide fine particles) was measured using a PT1000 particle analyzer (manufactured by Yokogawa Electric Corporation). Details of the method for measuring the liberation rate of the external additive are described in a patent document (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-202622, etc.), but briefly described, this principle is that toner particles are introduced into plasma. The toner particles are excited and emitted. At this time, since the emission spectrum is different between the base material and the external additive, the liberation rate is determined by measuring the intensity and the emission timing. That is, the isolation rate of TiO 2 introduces toner particles TiO 2 was externally added to the plasma, measuring the emission intensity of the TiO 2 in the toner particles. From the light emission intensity, the particle diameter (equivalent particle diameter) of TiO 2 is obtained assuming that the toner particles to which TiO 2 is externally added are true spherical particles. Diameter (equivalent particle diameter) is required). Liberated TiO 2 also, as in the case of the toner particles, the equivalent diameter of the TiO 2 is determined from the emission intensity. However, since the emission intensity of liberated TiO 2 is small, the equivalent particle size is small. Therefore, by comparing the equivalent particle diameters, the external additive added to the toner particles is distinguished from the free external additive. Therefore, when the total number of detected external additives TiO 2 is determined and an individual having a small equivalent particle diameter is defined as the number of free external additive particles, the following
また、トナー粒子に付着したTiO2は、トナー粒子(母材)と同期して同時に発光するが、トナー粒子に付着していないTiO2は、トナー粒子とは同時に発光せず、時間がずれて発光する(非同期)。これを利用して、TiO2がトナー粒子に付着しているか、遊離しているかを区別する。この測定値をもとに、遊離率は以下の数2式により求められる。 Further, TiO 2 adhering to the toner particles emits light at the same time in synchronism with the toner particles (base material), but TiO 2 not adhering to the toner particles does not emit light at the same time as the toner particles, and the time is shifted. Emits light (asynchronous). Using this, it is discriminated whether TiO 2 is attached to the toner particles or free. Based on this measured value, the liberation rate is obtained by the following equation (2).
本実施例においては、数1式で示される方法を採用した。
ここで、PT1000パーティクルアナライザーで得られる発光電圧と外添剤の粒径との関係について説明する。理想的な外添のモデルとして、母材の大きさによらず、ある均一な厚みで外添剤が付着し、このときの母材の粒径を2R、外添剤の厚みをDとし、Dが外添剤の粒径に相当とすると仮定する。パーティクルアナライザーでは、母材の三乗根電圧Vxは次の数3式で得られる。
In this embodiment, the method represented by the
Here, the relationship between the light emission voltage obtained by the PT1000 particle analyzer and the particle size of the external additive will be described. As an ideal external addition model, the external additive adheres with a certain uniform thickness regardless of the size of the base material. The particle size of the base material at this time is 2R, and the thickness of the external additive is D. Assume that D corresponds to the particle size of the external additive. In the particle analyzer, the cube root voltage Vx of the base material is obtained by the following equation (3).
また、外添剤の三乗根電圧Vyは次の数4式で得られる。 Further, the third root voltage Vy of the external additive is obtained by the following equation (4).
数3式と数4式からRを消去すると、外添剤の三乗根電圧VyとDとの関係が次の数5式で得られる。
When R is eliminated from
本実施例のトナーは正帯電正であって、平均粒径の小さい第1のチタニア、平均粒径の大きい第2のチタニアを外添剤として有しており、以下において、第2のチタニアの三乗根電圧の下限を3Vに限定した理由は、数5式において、Dに第2のチタニアの平均粒径である0.1μm、母材の三乗根電圧Vxに横軸レンジの最大値である10を代入することにより、凡そ100nmの相当粒子径に当る三乗根電圧は3V程度と判断したものである。
(2)具体的なPT1000の測定方法
横河電気(株)製 パーティクルアナライザー PT1000
1回の測定におけるC(母材)検出数:4000〜6000個
1サンプルにおけるスキャン数(測定回数):6回
ノイズカットレベル:1.5V以下
ソート時間:30digit
使用ガス:0.1%O2 を含むHeガス
(3)帯電量および帯電の均一性
トナーの帯電量は、ホソカワミクロン(株)製のE−SPARTアナライザーを用いて以下の様にして測定した。以下に示す実施例および比較例で調製したトナーとキャリアとを混合し、攪拌してトナーを帯電させた。その後、窒素ガスを、トナーとキャリアとの混合物に吹き付けることにより、トナーとキャリアとを分離した。ついで、トナー1個毎の帯電量(Q/m)を測定してトナーの帯電量の分布を求めた。トナーの帯電量の均一性は、トナー1個の帯電量(Q/m)の個数分布において、最大頻度の帯電量(Q1/m1)と、測定したトナーの総帯電量を測定カウント(個数)で除した値(Q2/m2)との差、すなわち、(Q1/m1)−(Q2/m2)の絶対値が小さい程、帯電量の分布はシャープ(均一)であり、(Q1/m1)−(Q2/m2)の絶対値が大きい程、帯電量の分布はブロード(不均一)であると判断する。なお、キャリアとしては、日立金属(株)製KBN100フェライトキャリアを用いた。
(4)トナー飛翔性評価
トナーを、セイコーエプソン(株)製LP−9000C機(プリンタ)に投入し、5%消費印字パターンで3000枚の印字を行い、印字前後の画像の均一性より、トナーの飛翔性の評価を行った。
(5)フィルミング性評価
DR上のフィルミングの評価は、上記(4)のトナー飛翔性評価に合わせて、3000枚印字後のDR上のフィルミング評価を行った。DR上にフィルミングが発生する場合、DR上の回転方向に摺察跡が発生するため、フィルミングの発生の有無が確認できる。
<トナー調製方法>
(母粒子)
スチレンモノマー80質量部、アクリル酸ブチルモノマー20質量部、アクリル酸モノマー5質量部からなるモノマー混合物を準備した。この混合物を、水105質量部、ノニオン系乳化剤(ニューコール506:日本乳化剤(株)製)1質量部、アニオン系乳化剤(リボタックTE:ライオン(株)製)1.5質量部、および過硫酸カリウム0.55質量部からなる水溶液に加え、分散・乳化して、乳化重合を行い、乳白色の粒径0.25μmの樹脂エマルジョンを得た。得られた樹脂エマルジョンを200質量部、ポリエチレンワックスエマルジョン(三洋化成工業(株)製)を20重量部およびフタロシアニンブルー7質量部を、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(界面活性剤)を0.2質量部含有する水中に分散した。次に、ジエチルアミンを添加してpHを5.5に調整した後、攪拌しながら電解質である硫酸アルミニウムを0.3質量部加えた。ついで、TKホモミキサーで高速攪拌し、分散を行った。さらに、スチレンモノマー40質量部、アクリル酸ブチル10質量部、およびサリチル酸亜鉛5質量部を水40質量部とともに追加し、窒素気流下で攪拌しながら、90℃に加熱し、過酸化水素水を加えて5時間重合させ、粒子を成長させた。重合停止後、会合粒子の結合強度を向上させるためにpHを5以上に調整しながら、95℃に昇温し、95℃で5時間保持した。得られた粒子を水洗し、45℃で真空乾燥を10時間行った。この方法で、体積平均粒径が7.0μmのトナー母粒子を調製した。得られたトナー母粒子の平均円形度は、0.97であった。
(外添剤)
本実施例においてトナー母粒子に外添する外添剤を、表1に示す。
The toner of the present embodiment is positively charged and positive, and has first titania having a small average particle diameter and second titania having a large average particle diameter as external additives. The reason why the lower limit of the cube root voltage is limited to 3V is that in
(2) Specific PT1000 Measuring Method Particle Analyzer PT1000 manufactured by Yokogawa Electric Corporation
Number of C (base material) detected in one measurement: 4000 to 6000 Number of scans per sample (number of measurements): 6 Noise cut level: 1.5 V or less Sort time: 30 digits
Gas used: He gas containing 0.1% O 2 (3) Charge amount and charge uniformity The charge amount of the toner was measured as follows using an E-SPART analyzer manufactured by Hosokawa Micron Corporation. The toner prepared in Examples and Comparative Examples shown below and a carrier were mixed and stirred to charge the toner. Thereafter, the toner and the carrier were separated by blowing nitrogen gas onto the mixture of the toner and the carrier. Next, the charge amount (Q / m) for each toner was measured to determine the distribution of the toner charge amount. The toner charge amount uniformity is determined by measuring the maximum charge amount (Q 1 / m 1 ) and the measured total charge amount of toner in the number distribution of the charge amount (Q / m) of one toner. The smaller the absolute value of (Q 1 / m 1 ) − (Q 2 / m 2 ), the sharper the distribution of the charge amount (uniform), the difference from the value divided by (number) (Q 2 / m 2 ). The larger the absolute value of (Q 1 / m 1 ) − (Q 2 / m 2 ), the wider the charge amount distribution is determined to be broader (non-uniform). In addition, as a carrier, Hitachi Metals Co., Ltd. KBN100 ferrite carrier was used.
(4) Toner flying property evaluation The toner is put into an LP-9000C machine (printer) manufactured by Seiko Epson Corporation and 3000 sheets are printed with a 5% consumption printing pattern. From the uniformity of the image before and after printing, the toner The flight performance was evaluated.
(5) Filming evaluation The filming evaluation on DR was performed by filming evaluation on DR after printing 3000 sheets in accordance with the toner flying property evaluation of (4) above. When filming occurs on the DR, since a scrutiny is generated in the rotational direction on the DR, it can be confirmed whether filming has occurred.
<Toner preparation method>
(Mother particles)
A monomer mixture comprising 80 parts by mass of styrene monomer, 20 parts by mass of butyl acrylate monomer, and 5 parts by mass of acrylic acid monomer was prepared. This mixture was mixed with 105 parts by weight of water, 1 part by weight of a nonionic emulsifier (New Coal 506: manufactured by Nippon Emulsifier Co., Ltd.), 1.5 parts by weight of an anionic emulsifier (Ribotac TE: manufactured by Lion Corporation), and persulfate. In addition to an aqueous solution consisting of 0.55 parts by mass of potassium, dispersion and emulsification were carried out to carry out emulsion polymerization to obtain a milky white resin emulsion having a particle size of 0.25 μm. 200 parts by weight of the obtained resin emulsion, 20 parts by weight of polyethylene wax emulsion (manufactured by Sanyo Chemical Industries, Ltd.) and 7 parts by weight of phthalocyanine blue, 0.2 parts by weight of sodium dodecylbenzenesulfonate (surfactant) Dispersed in the contained water. Next, after adding diethylamine and adjusting pH to 5.5, 0.3 mass part of aluminum sulfate which is electrolyte was added, stirring. Subsequently, the mixture was stirred at a high speed with a TK homomixer and dispersed. Furthermore, 40 parts by mass of styrene monomer, 10 parts by mass of butyl acrylate, and 5 parts by mass of zinc salicylate were added together with 40 parts by mass of water, and the mixture was heated to 90 ° C. while stirring under a nitrogen stream, and hydrogen peroxide was added. For 5 hours to grow particles. After the polymerization was stopped, the temperature was raised to 95 ° C. and maintained at 95 ° C. for 5 hours while adjusting the pH to 5 or more in order to improve the bond strength of the associated particles. The obtained particles were washed with water and vacuum-dried at 45 ° C. for 10 hours. By this method, toner base particles having a volume average particle diameter of 7.0 μm were prepared. The obtained toner base particles had an average circularity of 0.97.
(External additive)
Table 1 shows external additives that are externally added to the toner base particles in this embodiment.
表1において、シリカは流動性付与のために使用し、ルチルアナターゼ形の平均粒径が長軸20nmの第1の酸化チタン(B1)、平均粒径が100〜120nmでルチルアナターゼ形の第2の酸化チタン(B2)を使用する。粒径の大きい第2の酸化チタンは第1の酸化チタンよりも母粒子に付着しにくく、第1の酸化チタンに比して遊離率が大きい(同期率が小さい)ため、図2に示した容器内でトナーを循環させて使用する現像機においてマイクロキャリア的な働きをしてトナーの帯電に寄与し、現像ローラ上においてトナーに対してスペーサ的な働きをしてトナーの飛翔性向上に寄与している。
(外添処理)
外添処理は、三井鉱山社製FM20B型ヘンシェルミキサー、三井鉱山社製Q20L型ミキサーを用いた。
トナー母粒子と外添剤との混合処理としては混合処理槽が用いられるが、外添剤粒子の投入重量はトナー母粒子の投入重量に対して数%で、混合槽内での付着を回避するために、混合槽内への投入順序としては、外添剤粒子はトナー母粒子の後に投入される。
In Table 1, silica is used for imparting fluidity, the first titanium oxide (B1) having an average particle size of 20 nm in the major axis of the rutile anatase type, the second of the rutile anatase type having an average particle size of 100 to 120 nm. Titanium oxide (B2) is used. Since the second titanium oxide having a large particle size is less likely to adhere to the mother particles than the first titanium oxide and has a higher liberation rate (small synchronization rate) than the first titanium oxide, it is shown in FIG. In a developing machine that circulates toner in a container, it acts as a microcarrier to contribute to the charging of the toner, and acts as a spacer on the developing roller to contribute to an improvement in toner flying performance. is doing.
(External processing)
For the external treatment, an FM20B type Henschel mixer manufactured by Mitsui Mining Co., Ltd. and a Q20L type mixer manufactured by Mitsui Mining Co., Ltd. were used.
A mixing tank is used to mix the toner base particles and the external additive. However, the weight of the external additive particles is a few percent of the weight of the toner base particles, avoiding adhesion in the mixing tank. In order to do this, the external additive particles are introduced after the toner base particles as the order of introduction into the mixing tank.
ヘンシェルミキサーの例を図3に す。混合処理槽200を円筒型とし、混合槽の底部に高速で回転する攪拌羽根を有するものであり、槽底で高速回転する下羽根201により発生する遠心力で被処理物を槽壁まで移動させ、円筒の垂直な槽壁を上昇させるものであり、被処理物は遠心力による上昇力の影響が衰えたところで重力により、被処理物自身の堆積により形成される傾斜面を滑り落ち、再度、高速回転する羽根により遠心力が与えられて上昇するという上下運動を繰り返すことにより混合が促進される。また、羽根を2段構造とし、被処理物自身の堆積による傾斜面を滑り落ちる途中で、上羽根202を回転させて被処理物を攪拌させて分散を促進させている。
Figure 3 shows an example of a Henschel mixer. The mixing
Q形ミキサの例を図4に示す。処理槽210は、比較的大きな水平円板状の槽底21を有する球形であり、上下に二分割できるように、中央部にフランジ218を備えている。また、球形部全体はジャケット219が設けられて二重構造となっており、ここに熱媒体を流すことにより、被処理物を加熱又は冷却することができる。処理槽210の上部には被処理物を投入するための投入口216が、また下部には製品を排出するための排出口217が設けられている。円板状の槽底211の中央には駆動軸215が貫通し、外部の動力によって回転可能となっている。駆動軸215には、尖端に丸みを与えた比較的大きな円錐型のボス212が取付けられ、ボス212の下端外周部には、撹拌羽根213が設けられている。その撹拌羽根213はボス212の外周の傾斜とは反対の勾配が付されており、その下側のエッジは処理槽210の球面状の内壁に沿った弧となっている。ボス212の上部には、撹拌羽根213より直径をやや小さくした補助羽根214が設けられている。この球形の処理槽においては、被処理物は撹拌羽根により球面状の槽壁に沿って滑らかに上昇して頂部近傍迄到達し、槽の頂部から落下した被処理物は、ボスの表面に沿って落下しボスの下端外周部の撹拌羽根に到達してボスの表面に沿って滑らかに流れる。そしてボスの表面に沿って落下し、撹拌羽根に到達した被処理物は、撹拌羽根の回転力により放出されて槽壁に沿って上昇し、処理槽内を循環する。
An example of a Q-type mixer is shown in FIG. The
混合条件を表2に示す。 Table 2 shows the mixing conditions.
具体的な外添剤の添加量及び処理条件を表3に示す。 Specific addition amounts of external additives and processing conditions are shown in Table 3.
本実施例では小粒径の第一のチタニア添加の後、大粒径の第二のチタニアを添加する。混合条件アは、Q形ミキサーを使用し、攪拌羽根の周速は60m/sec、攪拌時間は3分、混合条件イは、ヘンシェルミキサを使用し、攪拌羽根の周速は30m/sec、攪拌時間は5分である。 In this embodiment, the second titania having a large particle size is added after the addition of the first titania having a small particle size. Mixing condition A uses a Q-shaped mixer, the peripheral speed of the stirring blade is 60 m / sec, the stirring time is 3 minutes, and the mixing condition A uses a Henschel mixer, the peripheral speed of the stirring blade is 30 m / sec. The time is 5 minutes.
第一のチタニアの方が遊離しにくいのは、添加順番の効果で、先ず第1のチタニアの添加を行うことでチタニアを強くつけ、次いで第2のチタニアを添加する。この方法をとることにより、第2のチタニアの遊離率を所望の範囲内とすることが可能となる。
(SR/DRの表面波形の調整)
SR/DRのバイアス表面波形の波形調整は、例えば、2電源使用する場合はSR,DRにバイアス供給する電源の設定値の設定を変更することにより調整が可能となる。また1電源の場合、SR,DRへの供給前に抵抗を設置することにより可能となる。本実施例では、図5に示すように供給バイアスに抵抗をかます場合を述べる。
(現像バイアス条件)
現像機はトナー、外添剤を循環利用する図2に示した構成のものを使用した。
DRへの付与抵抗:200kΩ
ACバイアス:1500V
AC周波数:3kHz
ACduty:DR→OPCへの現像側40%,OPC→DRへの引き戻し側60%
DCバイアス:−200V
AC電源からDR側への供給バイアスに対し、200kΩの抵抗を挟むことにより、図6のようなバイアス波形が得られた。
(実施例1〜5および比較例1〜3)
トナーは、スチレン−アクリル系樹脂を結着樹脂とするトナー母粒子100質量部に対して、表1に示す外添剤を表3に示す所定量、処理方法で添加して得られたものである。
The first titania is less likely to be released due to the effect of the order of addition. First, the first titania is added to strongly strengthen the titania, and then the second titania is added. By adopting this method, the liberation rate of the second titania can be set within a desired range.
(Adjustment of SR / DR surface waveform)
For example, when two power supplies are used, the SR / DR bias surface waveform can be adjusted by changing the setting value of the power supply for supplying bias to SR and DR. In the case of a single power supply, this can be achieved by installing a resistor before supply to SR and DR. In this embodiment, a case where a resistance is applied to the supply bias as shown in FIG. 5 will be described.
(Development bias condition)
A developing machine having the configuration shown in FIG. 2 in which toner and external additives are recycled is used.
Resistance applied to DR: 200 kΩ
AC bias: 1500V
AC frequency: 3 kHz
ACduty: 40% development side from DR to OPC, 60% withdrawal side from OPC to DR
DC bias: -200V
A bias waveform as shown in FIG. 6 was obtained by sandwiching a 200 kΩ resistor against the supply bias from the AC power source to the DR side.
(Examples 1-5 and Comparative Examples 1-3)
The toner was obtained by adding the external additive shown in Table 1 in a predetermined amount shown in Table 3 by a processing method to 100 parts by mass of toner base particles having a styrene-acrylic resin as a binder resin. is there.
表3において、トナーa、c、dの外添剤処理方法は、第1のチタニアB1を添加する第1段階、第2のチタニアB2を添加する第2段階とも表2の条件アによっている。トナーbは第1のチタニアB1を添加する第1段階、第2のチタニアB2を添加する第2段階とも表2の条件イによっている。トナーeは1回の処理でB1とB2を添加する外添処理方法、トナーfは第1段階で第1のチタニアB1を添加、第2段階でチタニアを添加してい場合である。 In Table 3, the external additive processing methods for the toners a, c, and d are based on the conditions in Table 2 for both the first stage in which the first titania B1 is added and the second stage in which the second titania B2 is added. In the toner b, the first stage of adding the first titania B1 and the second stage of adding the second titania B2 are in accordance with the conditions A in Table 2. The toner e is an external addition method in which B1 and B2 are added in one process, and the toner f is a case in which the first titania B1 is added in the first stage and titania is added in the second stage.
表1〜3の方法で作製されたトナーを用いて評価を行った。結果を表4に示す。 Evaluation was performed using toners prepared by the methods shown in Tables 1 to 3. The results are shown in Table 4.
第2のチタニアの遊離率が0.5〜5%内、SR/DRにバイアス表面波形差を形成し、循環利用型の現像機を使用した実施例1〜5では、(Q1/m1)−(Q2/m2)の絶対値は、比較例1〜3に比して小さく、帯電量の分布がシャープ(均一)となっており、3000枚印字で画質均一性が保持され、フィルミングの発生がみられなかった。第2のチタニアの遊離率が0.5〜5%の範囲外の比較例1、比較例2ではSR/DRにバイアス表面波形差を形成し、循環利用型の現像機を使用したが、フィルミングの発生は無いものの耐久後端部薄が発生した。また、第2のチタニアの遊離率は0.5〜5%の範囲内であるが、現像器が循環利用タイプのものでない場合には、フィルミングの発生は無いものの耐久後端部薄が発生した。 In Examples 1 to 5 in which the liberation rate of the second titania is within 0.5 to 5%, a bias surface waveform difference is formed in SR / DR, and a circulation type developing machine is used, (Q 1 / m 1 )-(Q 2 / m 2 ) is smaller than Comparative Examples 1 to 3, the charge amount distribution is sharp (uniform), and the image quality uniformity is maintained when printing 3000 sheets. No filming was observed. In Comparative Example 1 and Comparative Example 2 where the liberation rate of the second titania was outside the range of 0.5 to 5%, a bias surface waveform difference was formed in SR / DR, and a circulation type developing machine was used. Although there was no ming, end thinness at the end of durability occurred. In addition, the liberation rate of the second titania is in the range of 0.5 to 5%. However, when the developing device is not of the recycle type, there is no filming but a thin end of the rear end. did.
なお、上記実施例では平均粒径が20nmの第1の酸化チタンと平均粒径が100〜120nmの第2の酸化チタンを使用する例について説明したが、第1の酸化チタンの平均粒径としては10〜50nm、第2の酸化チタンの平均粒径としては100〜200nmであれば画質均一性を達成できることが確認できている。 In addition, although the said Example demonstrated the example which uses the 1st titanium oxide whose average particle diameter is 20 nm and the 2nd titanium oxide whose average particle diameter is 100-120 nm, as an average particle diameter of 1st titanium oxide, It has been confirmed that uniformity in image quality can be achieved if the average particle size of the second titanium oxide is 10 to 50 nm and the average particle size of the second titanium oxide is 100 to 200 nm.
本発明によれば、帯電均一性、トナー飛翔性を向上させ、連続印字においてもフィルミングの発生かなく、画質の均一化を図れるので、産業上の利用価値は大きい。 According to the present invention, the charging uniformity and toner flying property are improved, and even in continuous printing, filming does not occur, and the image quality can be made uniform. Therefore, the industrial utility value is great.
23…感光ドラム、100…現像装置、101…トナー収容部、103…ハウジング、105…供給ローラ、107…現像ローラ、109…規制ブレード、111…板バネ部材、112…弾性部材、113…トナー、200…混合処理槽、201…下羽根、202…上羽根、210…処理槽、212…ボス、213…撹拌羽根、214…補助羽根、215…駆動軸、216…投入口、217…排出口。
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