JP2007094232A

JP2007094232A - 電子写真用トナー及び現像装置

Info

Publication number: JP2007094232A
Application number: JP2005285956A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Tsubaki; 忠洋椿; Akira Fujisawa; 亮藤澤; Kenji Kihira; 顕治紀平
Original assignee: Casio Computer Co Ltd; Casio Electronics Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd; Casio Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: JP4747767B2

Abstract

【課題】ドクターブレードへのトナーの融着やカブリが生ずることがなく、耐久性及びベタ追従性に優れた電子写真用トナー及び現像装置を提供すること。
【解決手段】静電潜像を有する静電像担持体に対向して配置され、トナーを前記静電像担持体に搬送現像する現像ローラと、前記トナーを前記現像ローラ上に薄層状に形成するように規制するドクターブレードとを具備し、前記ドクターブレードに印加されるバイアス電圧Ａと前記現像ローラに印加されるバイアス電圧Ｂは、同極性であり、それらの絶対値は、Ａ＜Ｂの関係にある現像装置に使用される電子写真用トナーにおいて、樹脂、着色剤、及び帯電制御剤を混合・混練、粉砕、分級してなる着色微粒子に、外添剤として粒径１５〜３００ｎｍの強誘電物質を０．１〜５質量％添加したことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真用トナー及び現像装置に係り、特に、強誘電体粒子を外添した電子写真用トナー及びこの電子写真用トナーを用いる現像装置に関する。

一般に、電子写真用トナーは、結着樹脂、着色剤、及び荷電制御剤を含む原料混合物を溶融混練し、粉砕し、分級することにより製造される。電子写真方式のカラープリンターでは、このようなトナーを用いて画像形成が行われる。即ち、帯電したトナーを現像ローラにより静電像担持体に搬送し、静電像担持体の表面に形成された静電潜像に供給することにより静電潜像を現像して可視化し、得られたトナー像を用紙に転写した後、加熱ローラーにて用紙に溶融結着することにより定着する。

このような画像形成に用いられるトナーとして、ドクターブレードにより現像ローラ上のトナーの層厚を規制し、トナーとドクターブレード及び現像ローラとの摩擦によりトナーを帯電する非磁性一成分粉砕トナーがあるが、この非磁性一成分粉砕トナーに重要なことは、摩擦帯電によりトナー粒子を瞬時に均一に帯電させることである。即ち、ドクターブレードにより現像ローラ上にトナー薄層を形成する際に、トナー粒子への帯電が瞬時に立ち上がる必要がある。このようなトナー粒子への瞬時の帯電が不足すると、このトナーを用いて画像形成を行った場合に、画像にカブリが発生してしまうという問題がある。

この場合、トナー粒子の帯電に際し、ドクターブレードの現像ローラへの押し当て力が強すぎると、ドクターブレードにトナーが融着してしまい、一方、ドクターブレードの現像ローラへの押し当て力が弱すぎると、帯電が不均一となり、トナー薄層の形成不良によるカブリが発生する。

以上のようなドクターブレードへのトナーの融着やカブリの発生は、トナーに添加される外添剤により改善することが可能である。外添剤を添加する例として、無機微粒子を添加する例（例えば、特許文献１参照）、アモルファス疎水性酸化チタンを添加する例（例えば、特許文献２参照）、シリコンオイル処理酸化チタンを添加する例（例えば、特許文献３参照）、強誘電物質を添加する例（例えば、特許文献４参照）が知られている。

しかし、このような外添剤を使用すると、外添剤の種類、粒径、添加量、ドクターブレード及び現像ローラへの印加バイアス等により、耐久性やベタ追従性が低下する場合がある。
特公平８−２７５４９号公報特許第２６７０４６７号公報特許第２８０５４１７号公報特開平５−２２４４５４号公報

本発明は、以上の事情の下になされ、ドクターブレードへのトナーの融着やカブリが生ずることがなく、耐久性及びベタ追従性に優れた電子写真用トナー及び現像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、第１の発明は、静電潜像を有する静電像担持体に対向して配置され、トナーを前記静電像担持体に搬送現像する現像ローラと、前記トナーを前記現像ローラ上に薄層状に形成するように規制するドクターブレードとを具備し、前記ドクターブレードに印加されるバイアス電圧Ａと前記現像ローラに印加されるバイアス電圧Ｂは、同極性であり、それらの絶対値は、Ａ＜Ｂの関係にある現像装置に使用される電子写真用トナーにおいて、樹脂、着色剤、及び帯電制御剤を混合・混練、粉砕、分級してなる着色微粒子に、外添剤として粒径１５〜３００ｎｍの強誘電物質を０．１〜５質量％添加したことを特徴とする電子写真用トナーを提供する。

第２の発明は、樹脂、着色剤、及び帯電制御剤を混合・混練、粉砕、分級してなる着色微粒子に、外添剤として粒径１５〜３００ｎｍの強誘電物質を０．１〜５質量％添加した電子写真用トナーを用いる現像装置において、静電潜像を有する静電像担持体に対向して配置され、前記トナーを前記静電像担持体に搬送現像する現像ローラと、前記トナーを前記現像ローラ上に薄層状に形成するように規制するドクターブレードとを具備し、前記ドクターブレードに印加されるバイアス電圧Ａと前記現像ローラに印加されるバイアスＢは、同極性であり、それらの絶対値は、Ａ＜Ｂの関係にあることを特徴とする現像装置を提供する。

以上の第１及び第２の発明において、前記強誘電物質として、酸化チタン又はチタン酸ストロンチウムを用いることが出来る。

本発明によると、トナー粒子に強誘電物質を外添するとともに、ドクターブレード及び現像ローラに印加するバイアス電圧を所定の関係にすることにより、帯電性能が改善され、ドクターブレードへのトナーの融着やカブリが生ずることがなく、耐久性及びベタ追従性に優れた電子写真用トナー及び現像装置が提供される。

即ち、トナー粒子の表面に付着している強誘電物質は、トナー粒子から離脱し、現像ローラ及びドクターブレードに印加されたバイアス電圧とは逆極性のバイアス電圧が誘起されるとともに、現像ローラにはドクターブレードに印加されるよりも絶対値で大きいバイアス電圧が印加されているため、現像ローラ上に付着することにより、トナーの搬送性が向上し、そのため耐久性及びベタ追従性が改善される。

以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーは、ドクターブレード及び現像ローラに印加するバイアス電圧を所定の関係に設定した現像装置に使用されるトナーであって、強誘電物質を外部添加したことを特徴とする。このようなトナーは、以下のように製造される。

最初に、結着樹脂、着色剤、及び荷電制御剤を含むトナー原料を混合機により混合する。混合機としては、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、Ｖ型ブレンダー、ナウターミキサー等、任意のものを用いることが出来る。

次いで、原料混合物を混練機に供給し、そこで溶融混練する。混練機としては、二軸押出し混練機及び単軸押出し混練機等の押出し混練機、連続式２本ロールミル、連続式３本ロールミル及びバッチ式ロールミル等のオープンロール型混練機等、任意の型のものを用いることができる。

次に、混練機からの溶融混練物を、通常トナーの製造に用いられる方法に従って冷却し、粉砕し、所定の粒度に分級して、着色微粒子を得る。冷却手段、粉砕手段及び分級手段は、特に限定されず、通常トナーの製造に用いられるものを採用することが出来る。例えば、冷却は、圧延や空気流の吹き付けによる冷却手段を用いることができ、粉砕は、衝突板式粉砕機等の気流粉砕機を用いることができ、分級は、様々な気流分級機を用いることができる。

その後、着色微粒子に、外添剤として粒径１５〜３００ｎｍの強誘電物質を０．１〜５質量％添加する。この強誘電物質の外添は、着色微粒子に外添剤を加えて攪拌することにより行うことができる。

強誘電物質としては、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸鉛、チタン酸リチウム、チタン酸カリウム、チタン酸ビスマス、チタン酸カルシウム、酸化チタン、アルミナ、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウム、ニオブ酸ナトリウム、ジルコン酸鉛、ジルコン酸ベリリウム、及びこれらの２種以上の固溶体を用いることができる。これらの中では、特に、酸化チタン又はチタン酸ストロンチウムを好ましく用いることができる。

強誘電物質の粒径は１５〜３００ｎｍであり、１５ｎｍ未満のものは入手が困難であり、３００ｎｍを越えると、耐久性及びベタ追従性が低下してしまう。強誘電物質の添加量は、トナー全体の０．１〜５質量％であり、０．１質量％未満では添加による効果が得られず、５質量％を越えると、耐久性及びベタ追従性が低下してしまう。

本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーに使用可能な結着樹脂としては、公知のものを含む広い範囲から選択することができる。具体的には、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、およびスチレン−ブタジエン共重合体などのスチレン系樹脂をはじめ、飽和ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、クマロン樹脂、キシレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂などが例示でき、これらの樹脂を二種類以上組み合わせて用いてもよい。なお、これらの樹脂のうち、ポリエステル系樹脂が好ましい。

本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーは、結着樹脂、着色剤、及びシリコーンオイル処理されたシリカ粒子又は酸化チタン粒子以外に、荷電制御剤及び離型材を含むことができる。荷電制御剤及び離型剤としては、通常、電子写真用トナーに使用される任意のものを使用可能である。

次に、以上説明した本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーが使用される現像装置について図１を参照して説明する。

図１に示す現像装置１は、カラー画像形成装置に着脱自在であり、ドラムユニットとともに一つの画像形成ユニットを構成する現像ユニットとされている。現像装置１は、トナーホッパーを兼ねる匡体１１を備え、その匡体１１の下部開口に導電性ゴムローラからなる現像ローラ２を回転可能に保持し、匡体１１の内部には、トナー１２を収容し、このトナー１２に埋没するように配設されたトナー攪拌部材１３を備えている。

また、現像装置１の最下部には、スポンジ体から成る供給ローラ１４が現像ローラ２に圧接して配置されている。現像ローラ２には、その斜め右上周面に圧接して金属製の板バネ状のドクターブレード１５が配設され、下部周面に当接して現像部掬いシート（導電性規制シート）１６が配設されている。この現像部掬いシート１６には、バイアス電源２１を含む後述する導電性規制シートバイアス手段が設けられている。ドクターブレード１５の両側部には、匡体１１開口部の内部と外部を隔絶してトナー１２の漏出を防止するための封止部材１７が配設されている。

なお、図１に示す現像装置では、現像ローラ２を、芯金とこの芯金を取り巻く円筒状の半導電性（１０^６Ωｃｍ）のウレタンゴムとで形成し、芯金には「−３５０Ｖ」の現像バイアス電圧をバイアス電源１８から印加している。また、供給ローラ１４を、芯金とこの芯金を取り巻く円筒状の半導電性（１０^６Ωｃｍ）のウレタンスポンジとで構成し、芯金には「−３００Ｖ」の供給バイアス電圧をバイアス電源１９から印加している。

更に、ドクターブレード１５には上記バイアス電源１９から「−３００Ｖ」のドクターバイアス電圧を印加する。そして、供給ローラ１４の上流側に位置する現像部掬いシート１６を導電性部材（１０^３Ωｃｍ）で構成して、これに０Ｖ（０ボルト）から現像ローラ２の現像バイアス電圧までの範囲のシートバイアス電圧をバイアス電源２１により印加するようにしている。

このように、現像部掬いシート１６を導電性部材で構成して、これに０Ｖから現像ローラ２の現像バイアス電圧までの範囲のシートバイアス電圧を印加するのは、現像ローラ２上に付着するトナー１２の電荷を減少させるためである。これにより、供給ローラ１４による弱い摺擦力によっても、容易に現像ローラ２上に付着して戻ってきた非現像部分のトナーを掻き取ることができるようにしている。

図１に示す現像装置１においては、便宜上、上記現像ローラ２への現像バイアス電圧の印加をバイアス電源１８により行い、上記現像部掬いシート１６へのシートバイアス電圧の印加をバイアス電源２１により個別に行う例で説明しているが、電源はこのように個別に設ける必要はない。すなわち、本発明における実際の現像ユニット構成では、例えばユニット内に抵抗素子を含む分圧回路を備え、装置本体の共通バイアス電源により現像ローラ２と現像部掬いシート１６の各々に分圧されたバイアス電圧を印加するようにしている。

図２は、図１に示す現像装置のドクターブレード１５の近傍の部分を拡大して示す図である。図２に示すように、トナー粒子３１の表面には強誘電物質３２が付着しており、このようなトナー粒子３１の集合であるトナー１２は、現像ローラ２の回転により搬送され、ドクターブレード１５により規制され、現像ローラ２上にトナー薄層３３が形成される。このとき、上述したように、ドクターブレード１５には−３００Ｖのバイアス電圧が印加され、現像ローラ２には−３５０Ｖのバイアス電圧が印加されている。

トナー粒子３１の表面に付着している強誘電物質３２は、１５〜３００ｎｍという比較的大きな粒径を有しているため、トナー粒子３１から離脱し易い。トナー粒子３１から離脱した強誘電物質３２には、現像ローラ２及びドクターブレード１５に印加されたバイアス電圧とは逆極性のバイアス電圧が誘起される。そのため、ドクターブレードによるトナーの摺擦は軽減し、従って、ドクターブレードへのトナーの融着は発生せず、しかもトナーに良好な帯電を付与することができる。

また、現像ローラ２にはドクターブレード１５に印加されるよりも絶対値で大きいバイアス電圧が印加されているので、強誘電物質３２は、現像ローラ２上に付着する。現像ローラ２に付着した強誘電物質３２は、トナーの搬送性を向上させ、耐久性及びベタ追従性を改善するように作用する。

以下に、本発明の実施例及び比較例を示し、本発明の効果について、より具体的に説明する。

実施例１
下記の配合割合の原材料をヘンシェルミキサー（三井鉱山社製）にて混合し、二軸押出混練機により溶融混練した。

架橋ポリエステル樹脂（軟化点１４１℃、ガラス転移点６２℃）：９３質量％
着色剤（Ｃ．Ｉピグメントレッド５７：１）：３質量％
離型剤（ビスコール６６０Ｐ：三洋化成社製）：３質量％
帯電制御剤（ＬＲ−１４７：日本カーリット社製）：１質量％
次いで、得られた溶融混練溶融物を冷却し、衝突板式粉砕機（日本ニューマチック工業社製「ＩＤＳ−２」）にて質量平均粒径８．８μｍに粉砕して、さらに分級機（日本ニューマチック工業社製「ＤＳＸ−２」で分級して、平均粒径９．０μｍの着色微粒子を得た。

次に、この着色微粒子１００質量部に、疎水性シリカ（日本アエロジル社製「Ｒ９７２」）１質量部および粒径１５ｎｍの酸化チタン０．１％を加え、ヘンシェルミキサーで混合し、トナーを得た。

得られたトナーを、ドクターブレードへの印加バイアス電圧を３００Ｖ、現像ローラへの印加バイアス電圧を３５０Ｖとした現像器に実装して印字し、耐久性及びベタ追従性についての評価を行った。その結果を下記表に示す。

実施例２〜６、比較例１〜３
外添剤としての酸化チタンの粒径及び添加量を種々変えたことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを作製し、現像ローラ印加バイアス電圧を変えたことを除いて、実施例１と同様にして耐久性及びベタ追従性についての評価を行った。その結果を下記表に示す。

比較例４
外添剤として、酸化チタンの代わりに強誘電物質ではないシリカを用いたことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを作製し、実施例１と同様にして耐久性及びベタ追従性についての評価を行った。その結果を下記表に示す。

実施例７
外添剤として、酸化チタンの代わりに、強誘電物質であるチタン酸ストロンチウムを用いたことを除いて、実施例１と同様にしてトナーを作製し、実施例１と同様にして耐久性及びベタ追従性についての評価を行った。その結果を下記表に示す。
なお、耐久性及びベタ追従性についての評価の方法及び基準は、次の通りである。

耐久性
非磁性一成分現像装置「カシオページプレストＮ−５」（カシオ計算機社製：カラープリンタ毎分２９枚機／Ａ４横機）にトナーを実装し、通常環境（２５℃、５０％ＲＨ）において、印字率５％画像を連続印字し、１００００枚印字した後ベタ画像を印字したときの白スジの発生を目視で評価した。プロセス速度は３４．１ｍｍ／ｓｅｃ、定着温度は１５０℃で行った。

（評価基準）
○：白スジ発生なし
△：白スジを数本確認できる
×：白スジを瞬時に確認できる
ベタ追従性
前記と同様にベタ画像を印字したときのベタ追従性を目視で評価した。プロセス速度は３４．１ｍｍ／ｓｅｃ、定着温度は１５０℃で行った。

（評価基準）
○：均一なベタ画像
△：やや搬送ムラがある
×：明らかに搬送ムラがある
以上の評価の結果を下記表に示す。

上記表から以下のことがわかる。すなわち、粒径１５〜３００ｎｍの酸化チタンを０．１〜５質量％外添したトナーを用い、現像ローラに印加されるバイアス電圧をドクターブレードに印加されるバイアス電圧よりも絶対値で高くしている実施例１〜７では、耐久性及びベタ追従性のいずれにおいても優れた性能を示している。

これに対し、酸化チタンの添加量が５．５質量％と５質量％を越えている比較例１では、耐久性及びベタ追従性のいずれにおいても劣っており、現像ローラに印加されるバイアス電圧がドクターブレードに印加されるバイアス電圧よりも絶対値で低い比較例２では、耐久性が劣っており、ドクターブレードに印加されるバイアス電圧と現像ローラに印加されるバイアス電圧とが等しい比較例３では、耐久性及びベタ追従性のいずれにおいても劣っており、強誘電物質ではないシリカを添加した比較例４では、耐久性及びベタ追従性のいずれにおいても劣っている。

本発明の一実施形態に係る現像装置を示す図である。図１に示す現像装置のドクターブレード１５の近傍の部分を拡大して示す図。

符号の説明

１・・・現像装置、２・・・現像ローラ、３・・・感光体ドラム、１１・・・匡体、１２・・・トナー、１３・・・トナー攪拌部材、１４・・・供給ローラ、１５・・・ドクターブレード、１６・・・現像部掬いシート、１７・・・封止部材、１８，１９，２１・・バイアス電源、３１・・・トナー粒子、３２・・・強誘電物質、３３・・・トナー薄層。

Claims

静電潜像を有する静電像担持体に対向して配置され、トナーを前記静電像担持体に搬送現像する現像ローラと、前記トナーを前記現像ローラ上に薄層状に形成するように規制するドクターブレードとを具備し、前記ドクターブレードに印加されるバイアス電圧Ａと前記現像ローラに印加されるバイアス電圧Ｂは、同極性であり、それらの絶対値は、Ａ＜Ｂの関係にある現像装置に使用される電子写真用トナーにおいて、
樹脂、着色剤、及び帯電制御剤を混練、粉砕、分級してなる着色微粒子に、外添剤として粒径１５〜３００ｎｍの強誘電物質を０．１〜５質量％添加したことを特徴とする電子写真用トナー。
前記強誘電物質は、酸化チタン又はチタン酸ストロンチウムであることを特徴とする請求項１に記載の電子写真用トナー。
樹脂、着色剤、及び帯電制御剤を混練、粉砕、分級してなる着色微粒子に、外添剤として粒径１５〜３００ｎｍの強誘電物質を０．１〜５質量％添加した電子写真用トナーを用いる現像装置において、
静電潜像を有する静電像担持体に対向して配置され、前記トナーを前記静電像担持体に搬送現像する現像ローラと、前記トナーを前記現像ローラ上に薄層状に形成するように規制するドクターブレードとを具備し、前記ドクターブレードに印加されるバイアス電圧Ａと前記現像ローラに印加されるバイアス電圧Ｂは、同極性であり、それらの絶対値は、Ａ＜Ｂの関係にあることを特徴とする現像装置。
前記強誘電物質は、酸化チタン又はチタン酸ストロンチウムであることを特徴とする請求項３に記載の現像装置。