JP2010061081A - 現像装置および画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一成分現像方式で、トナーに与えるストレスを抑制しつつ安定してトナーを帯電させることにより、経時のトナー劣化を抑制し、経時でも高品位の画像を得る。
【解決手段】トナーを供給するトナー供給部材６をトナー担持スリーブ３と所定の間隙を持って配置することによりトナーをトナー担持スリーブに対して押付けることなく供給し、現像領域よりも上流、且つ、トナー供給部材よりも下流に配置されたトナー帯電部材８をトナー担持スリーブ３上のトナー層表面の少なくとも一部に接触させ、トナー層に電荷注入することによりトナーを帯電する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置およびこれに採用される現像装置に関するものである。

従来、画像形成装置の現像手段として、一成分現像装置が広く用いられている。一成分現像装置の代表的な構成としては、トナー担持体にトナーを供給する供給部材として可撓性を有するスポンジローラを用い、スポンジローラによりトナーをトナー担持体に押付けることにより、トナーを摩擦帯電させつつトナー担持体上にトナーを供給する（図１０参照）。また、トナー担持体上に担持するトナー量を規制する規制部材を設け、規制部材によりトナーをトナー担持体に押付けることにより、トナーを摩擦帯電させつつトナー層を均一な薄層とする（図１１参照）。このようにして、帯電され、薄層化されたトナーはトナー担持体の表面移動により潜像担持体と対向部まで搬送され現像が行われる。

この一成分現像装置では、供給部材によるトナー供給時と、規制部材による規制時に、トナーをトナー担持体に押付けることによりトナーに強いストレスが与えられ、経時でトナー劣化を引き起こす。具体的には、トナーは樹脂を母体（バインダ）として周りに流動化粒子と呼ばれるシリカ、チタン等の添加剤を付着させているが、ストレスにより添加剤が母体（バインダ）内部へ埋没してしまい流動性が低下する。流動性の低下により、トナーはトナー担持体や規制部材へ付着しやすい状況となる。また、トナー担持体や規制部材には供給部や規制部で発生する摩擦熱が加わることにより、付着したトナーが溶解して剥がれなくなる、所謂、トナー担持体フィルミングや、規制部材へのトナー固着と言われる状態が発生する。このような状況では、経時でトナーの摩擦帯電が阻害され、所定の極性、帯電量が得られず地汚れが発生し易くなると共に、現像効率が低下し、画像品質が低下する。

特に、近年、環境問題から画像形成装置の消費エネルギーを低減させることが望まれており、消費エネルギーのおおきなトナー定着時エネルギーを低減するようトナーの溶解温度を低下させる傾向がある。さらに、定着時の離型性を良くするためにトナーにワックス材料を混合・添加するものが多くなっている。これらのトナーの特性変化も、上記問題を発生させやすい一因となっている。

そこで、トナーに与えるストレスを抑制するものが提案されている。例えば、特許文献１には、トナー供給部で供給部材をトナー担持体に対して非接触で配置し、予め帯電したトナーを、電位差を設けて供給部材からトナー担持体に静電的に供給し、規制部材により摩擦帯電をおこないトナーの帯電量をさらに安定させつつトナーを均一な薄層とするものが記載されている。

また、摩擦帯電以外の方法でトナーを帯電させるものも提案されている。例えば、特許文献２は、導電性トナーを用い、電荷付与部材として導電性塗料が塗布されたトナー容器の内壁に、電圧を印加することによってトナー容器内に収容される導電性トナーに電荷を付与して帯電させた後、トナーを接地したトナー担持体に飛翔させて供給するものが記載されている。
特開２００３−０８４５６５号公報 特開平９−３００６８５号公報

上記特許文献１の現像装置では、供給部でのストレスは抑制できるが、規制部でのストレスを抑制することはできず、ストレス低減効果としては十分とは言えない。また、特許文献２の電荷付与部材によりトナーに電荷を付与して帯電させる装置では、ストレスを抑制する効果は大きいが、容器内に収容される塊状のトナーに電荷を付与して帯電させているため、従来の摩擦帯電に比べて十分で安定したトナーの帯電量が得ることは難しい。

本発明は、以上の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、一成分現像方式で、トナーに与えるストレスを抑制しつつ安定してトナーを帯電させることにより、経時のトナー劣化を抑制し、経時でも高品位の画像を得ることができる現像装置及び画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、トナーを担持して潜像担持体との対向部である現像領域まで搬送するトナー担持体と、該トナー担持体表面にトナーを供給するトナー供給手段と、該トナー担持体のトナー搬送方向に関して該現像領域よりも上流、且つ、該トナー供給手段よりも下流に配置され、該トナーを帯電するトナー帯電部材とを備えた現像装置において、上記トナー供給手段を上記トナー担持体と所定の間隙を持って配置することによりトナーを該トナー担持体に対して押付けることなく供給し、且つ、上記トナー帯電部材は該トナー担持体上のトナー層表面の少なくとも一部に接触して該トナー層に電荷注入することにより該トナーを帯電する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の現像装置において、装置内に収容されるトナーを流動化するトナー流動化手段を備え、該トナー流動化手段により流動化したトナーを上記トナー供給手段により上記トナー担持体表面に供給する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または２の現像装置において、上記トナー供給手段は板状部材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１、２または３の現像装置において、上記トナー帯電部材から上記トナー層を介して上記トナー担持体に電流が流れるように該トナー層の抵抗値を調整したことを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、請求項１、２または３の現像装置において、上記トナー帯電部材から上記トナー層を介して上記トナー担持体に電流が流れるように該トナー担持体の抵抗値を選択した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の何れかの現像装置において、上記トナー帯電部材の体積抵抗が１０^６［Ω・ｃｍ］以上であ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の何れかの現像装置において、上記トナーは、結着樹脂、顔料樹脂、および、電荷制御剤の混連により形成されるトナー母体粒子の周りに、無機材料の粒子で構成される添加剤を付着させたものであり、母体粒子の粉体での体積固有抵抗ＲＭＯと、添加剤を付着させたトナーとしての体積固有抵抗ＲＴの関係が、ＲＭＯ＞ＲＴ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の現像装置において、上記トナーの母体粒子表面に低抵抗領域が複数箇所設け、上記トナー層に十分な電流が流れるよう該低抵抗領域の面積と領域間距離とを選択したことを特徴とするものである。
また、請求項９の発明は、静電潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、該潜像担持体上の静電潜像を現像する現像手段とを備えた画像形成装置において、上記現像手段として、トナーを担持して上記潜像担持体との対向部である現像領域まで搬送するトナー担持体と、該トナー担持体と間隙を持って配置され該トナー担持体表面にトナーを押付けることなく供給するトナー供給手段と、該トナー担持体のトナー搬送方向に関して該現像領域よりも上流、且つ、該トナー供給手段よりも下流に配置され、該トナー層表面の少なくとも一部に接触して該トナー層に電荷注入することによりトナーを帯電するトナー帯電部材と、該現像領域で該トナー担持体と該潜像担持体との間に現像電界を形成する現像電界形成手段とを備えた現像装置を採用することを特徴とするものである。

本発明においては、トナー供給手段をトナー担持体と所定の間隙を持って配置し、トナーをトナー担持体表面に押付けることなく接触させて、摩擦帯電が生じないようにして供給する。摩擦帯電されずにトナー担持体上に供給されたほぼ未帯電状態のトナーには、トナー担持体による静電的拘束力が生じないため、トナー担持体表面付着力と、トナー担持体表面に付着したトナーと他のトナーとのファンデルワールス力とにより、トナー担持体に担持される。この際トナー担持体が担持できるトナー量は、トナーとトナー担持体との間の静電的拘束力がない分、帯電したトナーを担持するものに比べ少なくなり、トナーはトナー担持体上で薄層状態となる。そして、トナー担持体上のほぼ未帯電状態のトナー層表面の少なくとも一部に接触するトナー帯電部材より電荷注入することでトナーを帯電させる。ここで、トナー担持体上のトナー層は薄層であるので、トナー層が厚層の場合や、トナーが塊状である場合に比べて均一な帯電を行うことができる。すなわち、従来の現像装置では、供給部で帯電したトナーをトナー担持体に厚層状態で担持させ、規制部で規制部材を押付けてトナー担持量を規制して薄層化して現像領域に搬送する。これに対し、本発明では、供給部で摩擦帯電することなくほぼ未帯電状態のトナーを薄層状態で担持させ、薄層状態のトナー層にトナー帯電部材より電荷注入をおこなうことによりトナーを帯電させて現像領域に搬送する。なお、電荷注入を行う際、トナー帯電部材がトナー担持体上のトナー層表面に接触することによりトナー層にはわずかなストレスがかかるが、規制部材によりトナーをトナー担持体上に押付けて摩擦帯電させる際のストレスに比べて格段に小さいものである。このように、ストレスを抑制しつつ、摩擦帯電以外の方法で安定してトナーを帯電させることにより、経時のトナー劣化を抑制することができる。

以上、本発明によれば、一成分現像方式で、トナーに与えるストレスを抑制しつつ安定してトナーを帯電させることにより、経時のトナー劣化を抑制し、経時でも高品位の画像を得ることができるという優れた効果がある。

以下、本発明を適用した画像形成方法の実施形態について説明する。本発明に係る画像形成方法では、接触または非接触現像の一成分現像装置を用いる。例えば，アルミスリーブを用いた接触現像装置、導電性ゴムベルトを用いた接触現像装置、また、アルミ素管の表面にカーボンブラック、金属フィラー等を含む導電性樹脂層を形成した現像スリーブを用いる非接触現像装置等である。

本実施形態に係る一成分現像装置は、比較的低抵抗のトナーを用い、摩擦帯電によるストレスをかけずに、電荷注入によりトナーを帯電させるものである。図１は、本実施形態に係る一成分現像装置の概略構成図である。この現像装置２では、潜像担持体である感光体１に対向するよう、トナー担持体として回転可能なトナー担持スリーブ３が配置されている。現像装置２は、トナー１２を収容するホッパ部４と、ホッパ部４より斜め下方に配置されトナー担持スリーブ３を収容するスリーブ収容部１１とを備えている。

ホッパ部４には、回転軸の周りに羽根をつけたアジテータ５が配設されており、収容されるトナー１２を攪拌する。この攪拌により、トナー１２は当初凝集状態にあっても解された状態になり、トナー間距離が広がる。これにより、トナー１２の流動性が高く動き易い流動化状態となる。ホッパ部４で攪拌された流動化状態となったトナー１２は、トナー間付着力が小さいのでホッパ部４から落下して、スリーブ収容部１１のトナー担持スリーブ３の近傍に流れ出す。なお、ホッパ部４には、トナーが１００〜１５０［ｇ］存在している。

スリーブ収容部１１には、トナーをトナー担持スリーブ３表面に供給するトナー供給手段として板状のトナー供給部材６が設けられている。この板状のトナー供給部材６は、ホッパ部４から流入したトナーをガイドしてトナー担持スリーブ３表面に押付けることなく接触させるよう、トナー担持スリーブ３と所定の間隙を持って対向するよう配置されている。このトナー供給部材６とトナー担持スリーブ３との距離Ｌ１は０．５［ｍｍ］〜１．５［ｍｍ］程度が良い。また、トナー担持スリーブ３の回転方向に関してトナー供給部材６よりも下流で、感光体１と対向する現像領域より上流には、トナー担持スリーブ３表面に対向するようトナー帯電部材８が配置されており、電源１３よりトナーの帯電極性である負の電圧が印加される。このトナー帯電部材８とトナー担持スリーブ３の距離Ｌ２は０.１［ｍｍ］〜０.３［ｍｍ］程度が良い。

ホッパ部４から流入したトナーは、トナー供給部材６によりガイドされ、トナー担持スリーブ３表面に押付けられることなく接触する。このように、トナーはトナー担持スリーブ３へ押付けられることがないため、摩擦帯電は生じず、ほとんど帯電していないほぼ未帯電状態である。ほぼ未帯電状態のトナーは、トナー担持スリーブ３への表面付着力や、トナー粒子同士のファンデルワールス力等によってトナー担持スリーブ３表面に担持される。言い換えれば、従来の現像装置は、トナー供給部材によりトナーをトナー担持スリーブ３に押付けてトナーを摩擦帯電させつつ供給するものや、帯電したトナーを静電的に供給するものであった。このような従来の現像装置では、帯電トナーがトナー担持スリーブ３に静電的拘束力を含めた力で担持されるため、担持量が増加し層厚が厚い状態となる。これに対し、本実施形態の現像装置２では、ほぼ未帯電状態のトナーをトナー担持スリーブ３からの静電的拘束力を含まないの力で担持しているので、従来の現像装置に比べトナー層は薄層となる。この時、トナー担持スリーブ３上の帯電量測定値は吸引法で実質０［μＣ／ｇ］である。

さらに、トナーを流動化状態としているため、トナー担持スリーブ３との接触確率が増加する。また、トナーの対トナー担持体付着力＞トナー間付着力の関係になるため、トナー層は厚層とはならず、具体的には１〜３層の薄層となる。

このようにしてトナー担持スリーブ３に薄層状態で担持されたトナーは、トナー担持スリーブ３の回転により、トナー帯電部材８まで搬送される。図２は、トナー帯電部材８によるトナー帯電の説明図である。トナー層は、トナー担持スリーブ３上とトナー帯電部材８とに挟まれた状態であり、トナー層表面の少なくとも一部が負の電荷が印加されたトナー帯電部材８に接触してトナー帯電部材８より電荷注入されることで帯電する。例えば、トナー帯電部材８に電圧−１０００［Ｖ］を印加すると、トナー電位で−３３５Ｖ、トナー帯電量として約―９[μＣ／ｇ]程度得られる。図３に、印加電圧とトナー層電位の関係を示す。なお、図３の関係はトナー粒径に依存してその範囲は移動すると予測される。

また、図４のように、トナー帯電部材８に対向するトナー担持スリーブ３の内側には、高抵抗部材１０を配置し、電源１４より高抵抗部材１０に正の電圧が印加することにより、対向するトナー担持スリーブ３上のトナーに負の電荷を付与してもよい。高抵抗部材は厚み５０［μｍ］〜２００［μｍ］の範囲が適当である。

ここで、トナー層抵抗について詳しく説明する。上述のようにトナーを帯電させるためには、トナー層に十分な電流を流して電荷を注入したのち、その電荷を保持できるようなにすることが必要である。トナー層抵抗を制御するためには、トナーそのものの特性と、電荷注入時のトナー担持スリーブ上のトナー薄層状態を管理する必要がある。

まず、トナーに十分な電荷が注入されるように、トナー帯電部材８からトナー層を介してトナー担持スリーブ３に十分な電流が流れるよう、トナー層抵抗を調整することが必要である。本実施形態で用いたトナーは、トナーの母体に低抵抗特性を有する金属系材料を１重量部、表面には低抵抗添加剤を５重量部混ぜる。トナーの体積平均粒径は６［μｍ］であり、層厚は１．５層の約９［μｍ］であった。この時、充填状態は十分２層が埋まるレベルのものであり、若干の圧を付与しつつトナー帯電部材８に電圧を印加する。上述のように、−１０００［Ｖ］印加時は、トナー層電位が−３５５［Ｖ］で、流れた電流は約１１０［μＡ］であった。この時のトナー層の体積固有抵抗が１０＾^１２[Ω・ｃｍ]であった。ここでトナー帯電部材８の当接圧は線圧で２［ｇｆ／ｍｍ］であったが、これを上げることでさらに充填密度が増加してトナー層抵抗は低減する。これはトナー粒径を変化させても同様の傾向を示すもので、適宜、トナー層抵抗を調整することが可能となる。図５に、トナー帯電部材８の当接圧によるトナー層抵抗（ただし、厚み９［μｍ］の場合）を示す。トナー粒径が大きくなると空隙が大きくなるため、トナー層抵抗は高めになる。

この時、トナー帯電部材８の抵抗は１０＾^６[Ω・ｃｍ]以上とする。これは、トナー帯電部材８からトナー層を介してトナー担持スリーブ３に流れる電流が、大きくなりすぎることを抑えるためである。具体的には、トナー帯電部材８に接続される電源の電流出力が１［ｍＡ］を越えないようにするためで、装置自体の消費電力を制限し、必要十分な電流で帯電を行う事を狙う。

トナー帯電部材８により帯電したトナーは、トナー担持スリーブ３の回転により、現像領域へ搬送される。感光体１上には、公知の帯電、露光工程（不図示）により、ネガポジプロセスに対応する静電潜像が形成されている。現像領域では、トナー担持スリーブ３と感光体１との間に現像電界が形成されており、トナー担持スリーブ３上のトナーが感光体１上の静電潜像の画像部に移動する。

ここで、従来の一成分接触現像方式では、トナー層における空気層といわれる、所謂、エアギャップの存在で電界の形成状態が変化するため、当接圧は高めている。また、一旦、感光体１の地肌領域に付着したトナーをトナー担持スリーブ３に戻すために当接圧を作用させて、所謂、スキャベンジ効果を得ようとしている。本実施形態の現像装置２では、感光体１とトナー担持スリーブ３の当接圧を４［ｇｆ／ｍｍ］に設定しており、通常の接触現像が行われる。また、当接圧が０．５［ｇｆ／ｍｍ］を下回るとエアギャップが大きくなり過ぎて現像電界が十分作用しない部分ができてしまう。また１０［ｇｆ／ｍｍ］を越えると通常の接触現像の条件を逸脱してしまい、現像能力の低下が見られる。

感光体１上に現像されたトナー像は、その後、転写、定着工程を経て画像が形成される。なお、現像領域の下流部には、トナー担持スリーブ３上のトナーを回収する回収バイアスが印加され、トナー担持スリーブ３と同速、同方向に回転する回収部材としての回収ローラ９が当接している。現像されなかったトナーは、回収ローラ９により回収されて適宜ホッパ部４へ戻される。

図６に、本実施形態の現像装置２と従来の摩擦帯電によりトナーを帯電させる現像装置の、経時におけるトナーの添加剤埋没ランクを比較した実験結果を示す。本実施形態の現像装置２では、１００［ｋ枚（千枚）］を越えても添加剤埋没ランクは４を維持しているのに対して、従来の現像装置では２０［ｋ枚］でランク３になり、４０［ｋ枚］ではランク１となった。これより、トナー担持スリーブ３へのトナーの供給及びトナーの電荷付与を、従来の摩擦帯電を利用せずに電荷注入による電荷付与を行うことで、機械的なストレスを抑制できるため、経時でも劣化することなく、画像品質を維持することができる。

次に、図１の現像装置２に採用されるトナー担持スリーブ３について説明する。図１では、感光体１としてアルミ素管をベースとした剛体のドラム状の感光体１を用いているので、トナー担持スリーブ３は、弾性を有するゴム材料を用いる。硬度は１０〜７０°（ＪＩＳ−Ａ）の範囲が良好である。

また、トナー担持スリーブ３は、ゴム材料からなるベース層に表面コート層を施したものである。ベース層のゴム材料としては、シリコン、ブタジエン、ＮＢＲ、ヒドリン、ＥＰＤＭ等を挙げることができる。また、トナー担持スリーブ３の硬度を更に下げるために、ゴム、金属薄板を使用した無端状ベルト等も使用可能である。

表面コート層の材料は、シリコン、アクリル、ポリウレタン等の樹脂、ゴムを含有する材料を挙げることができる。また別の材料としては、フッ素を含有する材料を挙げることができる。フッ素を含んだいわゆるテフロン（登録商標）系材料は表面エネルギーが低く、離型性が優れるため、経時におけるトナーフィルミングが極めて発生しにくい。また、表面コート層の材料に用いることができる一般的な樹脂材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニールエーテル（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン重合体（ＦＥＰ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）等を挙げることができる。これに導電性を得るために適宜カ−ボンブラック等の導電性材料を含有させることが多い。更に均一にトナー担持体にコートできるように、他の樹脂を混ぜ合わせることもある。

電気抵抗は、表面コート層を含めてバルクの体積抵抗率を設定するもので、１０^２〜１０^６［Ω・ｃｍ］に設定できるようにベース層の抵抗と調整を行う。本実施形態で使用するベース層の体積抵抗率は１０^１〜１０^５［Ω・ｃｍ］なので、表面層の体積抵抗率は少し高めに設定することがある。

トナー担持スリーブ３の直径は１０〜３０［ｍｍ］が好適である。本実施形態では直径１６［ｍｍ］のものを用いた。また、トナー担持スリーブ３の表面は適宜あらして粗さＲｚ（十点平均粗さ）を１〜４［μｍ］とした。この表面粗さＲｚの範囲は、トナー１０の体積平均粒径に対して１３〜８０％となり、トナー担持スリーブ３の表面に埋没することなくトナー１２が搬送される範囲である。

また、本実施形態で用いるトナーは、高画質画像を実現するために、体積平均粒径が４〜８［μｍ］であることが有利である。本トナーの重量平均粒径は３〜８［μｍ］であり、さらに好ましくは５〜７［μｍ］である。重量平均粒径３［μｍ］未満では長期間の使用でのトナー飛散による機内の汚れ、低湿環境下での画像濃度低下、感光体クリーニング不良等という問題が生じやすく、人体への影響も懸念される。また重量平均粒径が８［μｍ］を超える場合では１００［μｍ］以下の微小スポットの解像度が充分でなく非画像部への飛び散りも多く画像品位が劣る傾向となる。

トナーの詳細を以下に示す。樹脂としては、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンアクリル樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコン樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等がある。ビニル樹脂としては、ポリスチレン、ポリ−ｐ−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の単重合体：スチレン−ｐ−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロロメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体：ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル等がある。

ポリエステル樹脂としては以下のＡ群に示したような２価のアルコールと、Ｂ群に示したような二塩基酸塩からなるものであり、さらにＣ群に示したような３価以上のアルコールあるいはカルボン酸を第三成分として加えてもよい。Ａ群：エチレングリコール、トリエチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４ブテンジオール、１，４−ビス（ヒドロキシメチル）シクロヘキサン、ビスフェノールＡ、水素添加ビスフェノールＡ、ポリオキシエチレン化ビスフェノールＡ、ポリオキシプロピレン（２，２）−２，２’−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシプロピレン（３，３）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシエチレン（２，０）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシプロピレン（２，０）−２，２’−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン等。
Ｂ群：マレイン酸、フマール酸、メサコニン酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタール酸、イソフタール酸、テレフタール酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、マロン酸、リノレイン酸、またはこれらの酸無水物または低級アルコールのエステル等。
Ｃ群：グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の３価以上のアルコール、トリメリト酸、ピロメリト酸等の３価以上のカルボン酸等。ポリオール樹脂としては、エポキシ樹脂と２価フェノールのアルキレンオキサイド付加物、もしくはそのグリシジルエーテルとエポキシ基と反応する活性水素を分子中に１個有する化合物と、エポキシ樹脂と反応する活性水素を分子中に２個以上有する化合物を反応してなるものなどがある。

また、顔料としては以下のものが用いられる。黒色顔料としては、カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物が挙げられる。黄色顔料としては、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ニッケルンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローＳ、ハンザイエローＧ、ハンザイエロー１０Ｇ、ベンジジンイエローＧＲ、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローＮＣＧ、タートラジンレーキが挙げられる。また、橙色顔料としては、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジＧＴＲ、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダンスレンブリリアントオレンジＲＫ、ベンジジンオレンジＧ、インダンスレンブリリアントオレンジＧＫが挙げられる。赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、パーマネントレッド４Ｒ、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドＤ、ブリリアントカーミン６Ｂ、エオシンレーキ、ローダミンレーキＢ、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン３Ｂが挙げられる。

紫色顔料としては、ファストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキが挙げられる。青色顔料としては、コバルトブルー、アルカリブルー、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーＢＣが挙げられる。緑色顔料としては、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンＢ、マラカイトグリーンレーキ等がある。これらは１種または２種以上を使用することができる。特にカラートナーにおいては、良好な顔料の均一分散が必須となり、顔料を直接大量の樹脂中に投入するのではなく、一度高濃度に顔料を分散させたマスターバッチを作製し、それを希釈する形で投入する方式が用いられている。この場合、一般的には、分散性を助けるために溶剤が使用されていたが、環境等の問題があり、本実施形態では水を使用して分散させた。水を使用する場合、マスターバッチ中の残水分が問題にならないように、温度コントロールが重要になる。

また、本発明におけるトナーには定着時のオフセット防止のために離型剤を内添することが可能である。離型剤としては、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックスなどの天然ワックス、モンタンワックスおよびその誘導体、パラフィンワックスおよびその誘導体、ポリオレフィンワックスおよびその誘導体、サゾールワックス、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、アルキルリン酸エステル等がある。これら離型剤の融点は６５〜９０℃であることが好ましい。この範囲より低い場合には、トナーの保存時のブロッキングが発生しやすくなり、この範囲より高い場合には定着ローラ温度が低い領域でオフセットが発生しやすくなる場合がある。

離型剤等の分散性を向上させるなどの目的の為に、添加剤を加えても良い。添加剤としては、スチレンアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリスチレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、スチレンメタクリレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ビニル樹脂、ポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、ポリオール樹脂等があり、それぞれの樹脂を２種以上混合した物でも良い。樹脂は、結晶性ポリエステルを用いても良い。結晶性を有し、分子量分布がシャープでかつその低分子量分の絶対量を可能な限り多くした脂肪族系ポリエステルである。この樹脂はガラス転移温度（Ｔｇ）において結晶転移を起こすと同時に、固体状態から急激に溶融粘度が低下し、紙への定着機能を発現する。この結晶性ポリエステル樹脂の使用により、樹脂のＴｇや分子量を下げ過ぎることなく低温定着化を達成することができる。そのため、Ｔｇ低下に伴う保存性の低下はない。また、低分子量化に伴う高すぎる光沢や耐オフセット性の悪化もない。したがってこの結晶性ポリエステル樹脂の導入は、トナーの低温定着性の向上に非常に有効である。

また、前述したように本実施形態のトナーは流動性向上剤として無機微粉体をトナー表面に付着または固着させる。この無機微粉体の平均粒径は１０〜２００［ｎｍ］が適している。１０［ｎｍ］より小さい粒径の場合には流動性に効果のある凹凸表面を作り出すことが難しく、２００［ｎｍ］より大きい粒径の場合には粉体形状がラフになり、トナー形状の問題が生じる。本発明の無機微粉体としてはＳｉ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｗ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｖ、Ｚｒ等の酸化物や複合酸化物が挙げられる。これらのうち二酸化珪素（シリカ）、二酸化チタン（チタニア）、アルミナの微粒子が好適に用いられる。さらに、疎水化処理剤等により表面改質処理することが有効である。疎水化処理剤の代表例としては以下のものが挙げられる。ジメチルジクロルシラン、トリメチルクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルジクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、ｐ−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、クロルメチルトリクロルシラン、ヘキサフェニルジシラザン、ヘキサトリルジシラザン等。

無機微粉体はトナーに対して０．１〜３重量％使用されるのが好ましい。０．１重量％未満では、トナー凝集を改善する効果が乏しくなり、３重量％を超える場合は、細線間のトナー飛び散り、機内の汚染、感光体の傷や摩耗等の問題が生じやすい傾向がある。また、少なくとも樹脂、顔料からなる粉体の表面に電荷制御剤を付着または固着させ、粉体表面形状を小さな周期と大きな周期を持つようにしても良い。その平均粒径は１０〜２００［ｎｍ］の小さい粒径のものが最適である。１０［ｎｍ］より小さい粒径の場合には流動性に効果のある凹凸表面を作り出すことが難しく、２００［ｎｍ］より大きい粒径の場合には粉体形状がラフになり、トナー形状の問題が生じる。

また、本実施形態のトナーには、実質的な悪影響を与えない範囲内で更に他の添加剤、例えばテフロン粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末；あるいは酸化セリウム粉末、炭化珪素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末などの研磨剤を現像性向上剤として少量用いることもできる。また、本評価法は混練り工程や粉砕工程を用いないで作製するスプレードライ法などで作製したトナー、カプセルトナーにも使用できる。

トナーの抵抗調整は導電性材料の含有、分散による行う。材料はカーボン系ではアセチルブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック、炭素繊維、黒鉛等を上げる事ができる。また金属系では酸化スズ(ＳｎＯ２)、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属粉末がある。これを、適宜、トナーの母体（バインダ）樹脂に分散する事で抵抗調整が可能である。また、上述の材料は粉体層抵抗でも１０^３[Ω・cm]以下であるので、通常、母体粒子の粉体での体積固有抵抗ＲＭＯと、添加剤を付着させたトナーとしての体積固有抵抗ＲＴの関係が、ＲＭＯ＞ＲＴの関係にある。このように、トナーは母体粒子が高抵抗であるので電荷が保持されやすく、画像形成速度の対応領域が広げることができる。また、次工程である転写工程まで電荷を保持することができるため、良好な転写性能が得られる。

次に、トナーの抵抗測定について説明する。図７は、トナーの抵抗測定方法の説明図である。図７に示すように、トナーの抵抗測定は、トナーを真鍮の電極３０，３１で挟み込んで電圧をかけたときの電流値から抵抗を求め厚み、面積から粉体としての体積固有抵抗を求めるものである。このとき、下部電極３０に測定する粉体を乗せる。そしてタッピングするように振動を与えてなるべく充填率を上げるようにする。そして上部電極３１を置き、上より５００［ｇ］の錘（不図示）を乗せて上下電極３０，３１に１００［Ｖ］の電圧を印加し、その時に流れる電流を電流計で測定する。本実施形態で使用したトナーはポリエステルのバインダ樹脂にカーボンブラックを約３０部添加して分散させて作製したものである。なお、粒径は体積平均粒径６[μｍ]である。実験室の２２．５℃６５％環境での測定値は１×１０^１２[Ω・ｃｍ]であった。抵抗を変え測定を行った結果、一部粒径は２５[μｍ]のものも含むが１０^７[Ω・ｃｍ]以下の、所謂、低抵抗領域では電荷注入は行われたが、吸引して電荷量を測定したところ、粒子単独で電荷を保持できていなかった。また１０^１２[Ω・ｃｍ]より高抵抗領域では電荷注入ができなかった。この結果より本測定を使用したときに使用可能なトナー粉体の体積固有抵抗Ｒの範囲は１０^８≦Ｒ≦１０^１２[Ω・ｃｍ]と考えられる。

また、上述のようにトナーは、母体（バインダ）となる樹脂を主とした材料に、顔料、電荷制御剤等を混錬してトナー粒子とし、これに既出の添加剤を付着させるものであるが、母体表層に厚みのほとんどない低抵抗領域を形成してもよい。図８に、低抵抗領域を形成したトナーの概念図を示す。具体的には、トナー粒径６［μｍ］の場合、低抵抗領域としては、径を最大１［μｍ］程度、間隔は低抵抗領域の径と同程度に設定する。また、図９に、低抵抗領域の径を０．５［μｍ］、０．２５［μｍ］とし、それぞれの間隙を１［μｍ］、１．５［μｍ］として、トナー帯電部材８の当接圧を２［ｇｆ／ｍｍ］に設定してトナー層厚９［μｍ］でのトナー層抵抗を測定した結果を示す。このように、低抵抗領域の径および間隙を変化させることにより、上述の使用可能なトナー粉体の体積固有抵抗Ｒの範囲を得ることができる。これにより、電荷注入効率が向上し，良好な帯電量を得ることができる。

以上、本実施形態においては、トナー担持体としてトナー担持スリーブ３を用いて説明したが、ベルト状であってもよい。また、トナー担持体と潜像担持体とを接触させて現像する接触現像方式を用いて説明したが、トナー担持体と潜像担持体とが非接触で現像する非接触現像方式であってもよい。本実施形態では、本発明を実施するための最良の形態について説明した。しかし、このように、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすとは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、上記の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。

以上、本実施形態によれば、トナー供給部材６をトナー担持スリーブ３と所定の間隙を持って配置し、トナーをトナー担持スリーブ３表面に押付けることなく供給することにより、摩擦帯電が生じないようにしてほぼ未帯電状態で供給する。ほぼ未帯電状態のトナーは、トナー担持スリーブ表面付着力と、トナー担持スリーブ表面に付着したトナーと他のトナーとのファンデルワールス力とにより、トナー担持スリーブ３に薄層状態で担持される。そして、トナー担持体スリーブ３上のほぼ未帯電状態の薄層のトナー層に、トナー帯電部材８より電荷注入することで帯電させる。この際トナー層は薄層であるので、トナー層が厚い場合や、トナーが塊状である場合に比べて均一な帯電を行うことができる。なお、電荷注入を行う際、トナー担持スリーブ３上のトナー層表面にトナー帯電部材８が接触することによりトナー層にはわずかなストレスがかかるが、規制部材によりトナーをトナー担持体スリーブ３上に押付けて摩擦帯電させる際のストレスに比べて格段に小さいものである。このように、ストレスを抑制しつつ、摩擦帯電以外の方法で安定してトナーを帯電させることにより、経時のトナー劣化を抑制することができる。
また、トナーを流動化状態としてトナー担持スリーブ３に供給することにより、トナー担持スリーブ３表面との接触確率が増加する。また、トナーの対トナー担持体付着力＞トナー間付着力の関係になるため、トナー層は厚層とはならずさらに薄層を形成しやすくなる。
また、トナー供給手段として、板状のトナー供給部材６を用いることにより、回転部材を用いた場合に比べ、よりトナーを押付けずに供給することができる。
また、トナー帯電部材８からトナー層を介してトナー担持スリーブ３に電流が流れるように、トナー層の抵抗値を調整することにより、電荷注入効率が向上し、良好な帯電性を得ることができる。
また、トナー帯電部材８からトナー層を介してトナー担持スリーブ３に電流が流れるように、トナー担持体の抵抗値を選択することにより、トナー層に十分な電流を通過させることができる。よって、トナーに十分な電荷を供給でき、良好な帯電性を得ることができる。
また、トナー帯電部材８の体積抵抗が１０^６［Ω・ｃｍ］以上であることにより、流す電流量を必要最小限に抑えることができ、電力消費を低減することができる。
また、トナーは母体粒子の粉体での体積固有抵抗ＲＭＯと、添加剤を付着させたトナーとしての体積固有抵抗ＲＴの関係を、ＲＭＯ＞ＲＴとする。これにより、トナーは母体粒子が高抵抗であるので電荷が保持されやすくなる。よって、画像形成速度の対応領域が広げることができる。
また、トナーの母体粒子表面に低抵抗領域が複数箇所設け、トナー層に十分な電流が流れるように低抵抗領域の面積と領域間距離とを選択することにより、電荷注入効果が向上紙，良好な帯電性が得られる。

実施形態に係る現像装置の概略構成図。 トナー帯電部材によるトナー帯電の説明図。 トナー帯電部材への印加電圧とトナー層電位の関係を示すグラフ。 電荷注入の変形例に係る現像装置の概略構成図。 トナー帯電部材の当接圧によるトナー層抵抗を示すグラフ。 経時のトナーの添加剤埋没ランクを示すグラフ。 トナーの抵抗測定方法の説明図。 低抵抗領域を形成したトナーの概念図。 トナー表面の低抵抗領域の径および間隙を変化させた際のトナー層抵抗を示すグラフ。 従来の一成分現像装置におけるトナー供給部の説明図。 従来の一成分現像装置におけるトナー規制部の説明図。

符号の説明

１ 感光体
２ 現像装置
３ トナー担持スリーブ
４ ホッパ部
５ アジテータ
６ トナー供給部材
８ トナー帯電部材
９ 回収ローラ
１０ 高抵抗体
１１ スリーブ収容部
１２ トナー
１３ 電源
１４ 電源
１５ 絶縁層
３０ 下部電極
３１ 上部電極
４０ トナー担持体
４１ 供給ローラ
４２ 規制ブレード

Claims (9)

1. トナーを担持して潜像担持体との対向部である現像領域まで搬送するトナー担持体と、該トナー担持体表面にトナーを供給するトナー供給手段と、該トナー担持体のトナー搬送方向に関して該現像領域よりも上流、且つ、該トナー供給手段よりも下流に配置され、該トナーを帯電するトナー帯電部材とを備えた現像装置において、
   上記トナー供給手段を上記トナー担持体と所定の間隙を持って配置することによりトナーを該トナー担持体に対して押付けることなく供給し、且つ、上記トナー帯電部材は該トナー担持体上のトナー層表面の少なくとも一部に接触して該トナー層に電荷注入することにより該トナーを帯電することを特徴とする現像装置。
2. 請求項１の現像装置において、装置内に収容されるトナーを流動化するトナー流動化手段を備え、該トナー流動化手段により流動化したトナーを上記トナー供給手段により上記トナー担持体表面に供給することを特徴とする現像装置。
3. 請求項１または２の現像装置において、上記トナー供給手段は板状部材であることを特徴とする現像装置。
4. 請求項１、２または３の現像装置において、上記トナー帯電部材から上記トナー層を介して上記トナー担持体に電流が流れるように該トナー層の抵抗値を調整したことを特徴とする現像装置。
5. 請求項１、２または３の現像装置において、上記トナー帯電部材から上記トナー層を介して上記トナー担持体に電流が流れるように該トナー担持体の抵抗値を選択したことを特徴とする現像装置。
6. 請求項１、２、３、４または５の何れかの現像装置において、上記トナー帯電部材の体積抵抗が１０^６［Ω・ｃｍ］以上であることを特徴とする現像装置。
7. 請求項１、２、３、４、５または６の何れかの現像装置において、上記トナーは、結着樹脂、顔料樹脂、および、電荷制御剤の混連により形成されるトナー母体粒子の周りに、無機材料の粒子で構成される添加剤を付着させたものであり、母体粒子の粉体での体積固有抵抗ＲＭＯと、添加剤を付着させたトナーとしての体積固有抵抗ＲＴの関係が、ＲＭＯ＞ＲＴであることを特徴とする現像装置。
8. 請求項７の現像装置において、上記トナーの母体粒子表面に低抵抗領域が複数箇所設け、上記トナー層に十分な電流が流れるよう該低抵抗領域の面積と領域間距離とを選択したことを特徴とする現像装置。
9. 静電潜像を担持する潜像担持体と、該潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、該潜像担持体上の静電潜像を現像する現像手段とを備えた画像形成装置において、
   上記現像手段として、トナーを担持して上記潜像担持体との対向部である現像領域まで搬送するトナー担持体と、該トナー担持体と間隙を持って配置され該トナー担持体表面にトナーを押付けることなく供給するトナー供給手段と、該トナー担持体のトナー搬送方向に関して該現像領域よりも上流、且つ、該トナー供給手段よりも下流に配置され、該トナー層表面の少なくとも一部に接触して該トナー層に電荷注入することによりトナーを帯電するトナー帯電部材と、該現像領域で該トナー担持体と該潜像担持体との間に現像電界を形成する現像電界形成手段とを備えた現像装置を採用することを特徴とする画像形成装置。

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