JP2010085958A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の現像装置18を備える画像形成装置において、ブラックトナーを用いる現像装置18と、ブラック以外の色のトナーを用いる現像装置18とを備え、かつ、予めトナーとキャリアを一定濃度に分散させてある補給用現像剤を供給容器41から現像装置18に供給する補給用現像剤供給装置40を備え、前記ブラックトナーを用いる補給用現像剤中に含まれるキャリアの比率が、前記ブラック以外の色のトナーを用いる補給用現像剤に含まれるキャリアの比率より大きくした画像形成装置100である。
【選択図】図1
Description
一般市場では、フルカラー画像形成装置を使用するユーザーが使用する印刷原稿の種類が大きく変わることはなく、コスト面、出力速度面を考慮して、これまで通りの白黒印刷のニーズにフルカラー印刷のニーズが追加される状況にある。そのため、フルカラー画像形成装置では、フルカラー画像より白黒画像を印刷することが多いので、カラートナー用のキャリアより早くブラックトナー用のキャリアが劣化するのが早い。従って、カラー用現像剤に比べて、ブラック現像剤の交換回数の頻度が高く、これが現像剤交換作業によるダウンタイムの発生及びランニングコストのアップに繋がっている。
このプレミックストナー方式を用いると、キャリアの劣化速度が抑制されるので、現像剤交換時期の間隔が長くなる。しかし、そのために、画像形成装置の構成がやや複雑になるものの、画像形成装置の大幅な大型化は必要とせず、現像剤交換の頻度が小さくなり、現像剤交換作業による作業時間の短縮やランニングコストの増加を抑えることができる。
画像形成装置の大型化を抑止することができる技術として、現像ローラ上でのブラック用の現像剤のキャリアの膜厚をカラー用の現像剤のキャリアの膜厚より大きくする技術が知られている。しかし、この場合、現像装置の共通化を図るためにキャリアの物性を変えるので、画像品質に影響し画像品質が低下するおそれがある。
本発明の画像形成装置は、静電潜像を有する像担持体と、前記像担持体上の静電潜像を、トナーとキャリアと含む二成分現像剤を担持する現像剤担持体で現像して、トナー像とする複数の現像装置と を備える画像形成装置において、前記複数の現像装置には、ブラックトナーを用いる現像装置と、ブラック以外の色のトナーを用いる現像装置とが有り、かつ、予めトナーとキャリアを一定濃度に分散させてある補給用現像剤を前記複数の現像装置に供給する補給用現像剤供給装置を備え、前記ブラックトナーを用いる現像装置に補給される補給用現像剤中に含まれるキャリアの比率が、前記ブラック以外の色のトナーを用いる現像装置に補給される補給用現像剤に含まれるキャリアの比率より大きいことを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、さらに、前記ブラックトナーを用いる現像装置に補給される補給用現像剤に含まれるキャリアと、前記ブラック以外の色のトナーを用いる現像装置に補給される補給用現像剤に含まれるキャリアとは同じものであることを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、さらに、前記補給用現像剤を収容する複数の供給容器を備え、
前記供給容器が、交換可能であり、前記複数の供給容器にはブラックトナーを収容する供給容器と、ブラック以外の色のトナーを収容する供給容器があり、前記ブラックトナーを収容する供給容器に含まれるキャリアの比率が、前記ブラック以外の色のトナーを収容する供給容器に含まれるキャリアより大きいことを特徴とする。
まず、画像形成動作について説明する。プリント開始命令が入力されると、潜像担持体としての感光体1、中間転写ベルト2、及び給紙搬送経路にある各ローラなどが回転し始め、下部の給紙トレイ3から記録紙の給紙が開始される。感光体1は、帯電チャージャ4によってその表面が一様な電位に帯電され、露光手段としての書込ユニット5から照射される書込光によってその表面が露光される。露光された後の電位パターンは静電潜像と呼ばれるが、この静電潜像を表面に担持した感光体1は、乾式二成分方式の現像装置からトナーが供給されることにより、担持している静電潜像が特定色に現像される。
中間転写ベルト2に形成されたフルカラートナー像は、レジストローラ7でタイミングを合わせられてから搬送されてくる記録紙に転写される。このとき、二次転写ローラ8によって印加される二次転写バイアス、及び二次転写ローラ8の押圧力によって転写が行われる。フルカラートナー像が転写された記録紙は、定着ユニット9を通過することにより、表面に担持しているトナー像が加熱定着される。
一次転写ローラ8を通過した感光体1はその表面に一次転写残トナーを担持しているため、感光体クリーニングユニット12によって除去される。その後、QL(クエンチングランプ)13によってその表面が一様に除電されて、次の画像のための帯電に備える。また、二次転写部を通過した中間転写ベルト2に関しても、その表面に二次転写残トナーを担持しているが、こちらも中間転写ベルトクリーニングユニットによって二次転写残トナーが除去され、中間転写ベルト2は、次のトナー像の転写に備える。
以上の動作の繰り返しで、片面プリント又は両面プリントが行われる。
この供給容器41には最下部にノズル14が接続されるトナー排出口が設置されていて、供給容器41に充填されているプレミックストナー42は自重で落ちて、この排出口に集まる。トナー補給命令に従って、吸引型紛体ポンプ15が駆動する。この吸引型紛体ポンプ15の駆動によってノズル14と吸引型紛体ポンプ15を繋いでいるチューブ16を通りプレミックストナー42が吸引型粉体ポンプ15に吸引される。この吸引型粉体ポンプ15の下方には、サブホッパ17が設置されており、サブホッパ17の搬送スクリューにより現像装置18にトナーが供給される。なお、サブホッパ17を設けずに、吸引型粉体ポンプ15から直接トナーを現像装置18に供給する構成でもよい。現像装置18に必要量のプレミックストナー42が供給されると吸引型粉体ポンプ15の駆動が停止し、トナー補給が行われなくなる。
この減容式のトナー補給方式では、供給容器41の上層部の空隙の空気を徐々に排出しながらプレミックストナー42を排出する。空隙率(空気の体積/容器内の体積)が0%では真空パックのようにプレミックストナー42がパッキングされるため、トナーカートリッジ内でトナーが全く動かなくなる。12%以上の空隙率があるとトナーがなくなるまで安定してプレミックストナー42を供給容器41から排出することができる。そこで、前記プレミックストナーが収容された供給容器41の使用を開始する前の供給容器41内の空隙率は、0%より大きく12%より小さくする。
また、プレミックストナー42におけるキャリアの量は3wt%以上とすることが好ましい。キャリアの混合率が小さいと、トナーの混合率が大きくなり、トナーカートリッジ内でプレミックストナー42が出口近傍にラッシュしやすくなるからである。また、添加したキャリアは、潤滑剤として働くので、キャリアの混合率が大きいと、ラッシュしたプレミックストナー42がスムーズに流れ、より少ない空隙量でトナー供給が可能になる。従って、トナーカートリッジ容積を小さくした状態で安定的にトナー補給が可能となる。逆にキャリアの量を30wt%を超えると流動性が低下するため、安定的にプレミックストナー42を供給することができなくなる。このことから、プレミックストナー中のキャリアの量を3〜30wt%とすることが好ましい。
現像ローラ19の供給スクリュー20との対向部から表面移動方向下流側には、現像ローラ19に供給されたプレミックストナーを現像に適した厚さに規制する現像ドクタを備えている。
現像ローラ19の感光体1との対向部である現像部から表面移動方向下流側には、現像部を通過した現像済みの現像剤を回収し、回収した現像剤を供給スクリュー20と同方向に搬送する回収スクリュー21を備えている。供給スクリュー20を備えた供給搬送路51は現像ローラ19の横方向に、回収スクリュー21を備えた回収搬送路52は現像ローラ19の下方に並設されている。
供給搬送路51と攪拌搬送路53とは、現像装置本体23の断面円弧状の仕切り壁231によって仕切られている。仕切り壁23aの長手方向両端部には開口部が形成され、供給搬送路51と攪拌搬送路53とが連通している。
なお、供給搬送路51と回収搬送路52とも同じく仕切り壁231によって仕切られているが、この部分の仕切り壁231には、開口部が形成されていない。
供給スクリュー20、回収スクリュー21及び攪拌スクリュー22は樹脂製又は金属製のスクリューからなっており、各スクリューの径は、例えば全てφ22mmとされる。また、スクリューピッチは、例えば供給スクリュー20が50mmの2条巻き、回収スクリュー21及び攪拌スクリュー22が25mmの1条巻きとされる。現像装置18の作動時のスクリューの回転数は全て約600rpmに設定されている。
現像後の現像剤は、回収搬送路52にて回収及び搬送され、非画像領域部に設けられた仕切り壁232の開口部で、攪拌搬送路53へ移送される。なお、攪拌搬送路53における現像剤搬送方向上流側の仕切り壁231の開口部付近には、現像剤補給口31が形成され、この現像剤補給口31から攪拌搬送路53に現像剤が補給される。
現像剤排出口32は供給搬送路51と排出搬送路54とを連通するように仕切り壁に設けられた開口である。現像装置内の現像剤は絶えず一定の嵩量になると現像剤排出口32を介して外部へ排出される。そのため、現像剤補給口31からの新しいプレミックストナーの補給量と、現像剤排出口から排出される現像剤の排出量とが同一量となる。そして、キャリアの一部が常時自動交換されることからキャリアの劣化が抑制され、長期間に渡り現像剤の交換を行わなくても安定した現像剤の機能が得られる。
キャリアは、その経時的な使用に伴って膜削れなどによって、電気抵抗が低下することが劣化の一つに挙げられる。電気抵抗が小さくなると、現像時に現像ローラから離脱して感光体の静電潜像部に付着する現象(キャリア付着)が発生しやすくなり、ソリッド画像部においていわゆる白抜けが発生する。したがって、キャリアの劣化度合いを評価する方法として、現像装置の稼働時間に対するキャリアの静抵抗の推移からキャリアの膜削れの推移を推定する。
この膜削れは、コピー枚数に依存する経時的なものである。そこで、ブラック用のプレミックストナー中に含まれるキャリアの比率を、カラー用のプレミックストナー中に含まれるキャリアの比率より大きくした。これで、ブラックトナーに用いられるキャリアの量がカラートナーに用いられるキャリアの量より多くすることで、使用頻度が高く劣化の早いブラックトナーに用いられるキャリアの劣化を遅くすることができる。そして、各色のトナーに用いられるキャリアの交換時期の幅を狭めることができる。そのため、現像剤交換作業のインターバルを延ばすことができる。従って、現像剤交換作業によるダウンタイムの発生及びランニングコストの増加を十分に抑えることができる。このときに、図2に図示していないが、キャリアとトナーとを別個の供給容器41にして、各色のトナーに供給する直前で混合させて、混合率(プレミックス率)を決定するものであっても良い。
また、カラートナーの各色によって、使用頻度は異なることから交換時期にも若干のずれがある。そこで、このキャリアの比率を、各色に対応させることで、各色の交換時期を完全に一致させることができる。
また、このキャリアとトナーとを含むプレミックストナーを、プレミックストナー供給装置40における現像剤の供給容器41に充填する。この供給容器41は、図2に示すように、ノズル14が接続されていて、交換可能になっている。これによって、供給容器41を交換しながら使用して、現像装置18内の現像剤の寿命に至るまで、プレミックストナーの補給をすることができる。このときに、供給容器41に収納されているブラックトナーを用いる補給用現像剤に含まれるキャリアと、ブラック以外の色のトナーを用いる補給用現像剤に含まれるキャリアとを一定の混合率(プレミックス率)にするものであっても良い。これによって、さらに、保管・管理を容易にすることができる。
本実施形態では特に高精細なカラー画像を実現させるため、トナーの小粒径化及び球形化を意図とした重合トナーを用いている。以下において説明する。
600dpi以上の微小ドットを再現するために、トナーの体積平均粒径は3〜8μmであることが好ましい。体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)は1.00〜1.40の範囲にあることが好ましい。(Dv/Dn)が1.00に近いほど粒径分布がシャープであることを示す。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができる。また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。
まず、電界水溶液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フォン酸塩)を0.1〜5ml加える。ここで、電解液とは1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調整したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。ここで、さらに測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径(D4)、個数平均粒径を求めることができる。
SF−1={(MXLNG)2/AREA}×(100π/4) ・・・式(1)
SF−1の値が100の場合トナーの形状は真球となり、SF−1の値が大きくなるほど不定形になる。
また、形状係数SF−2は、(b)に示すように、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式(2)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる図形の周長PERIの二乗を図形面積AREAで除して、100/4πを乗じた値である。
SF−2={(PERI)2/AREA}×(100/4π) ・・・式(2)
SF−2の値が100の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、SF−2の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと感光体との接触状態が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり従って流動性が高くなり、また、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。形状係数SF−1、SF−2のいずれかが180を超えると、転写率が低下するため好ましくない。
本実施形態の画像形成装置100に好適に用いられるトナーは、少なくとも、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤、離型剤とを有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系溶媒中で架橋及び/又は伸長反応させて得られるトナーである。以下に、トナーの構成材料及び製造方法について説明する。
ポリエステルは、多価アルコール化合物と多価カルボン酸化合物との重縮合反応によって得られる。
多価アルコール化合物(PO)としては、2価アルコール(DIO)及び3価以上の多価アルコール(TO)が挙げられ、(DIO)単独、又は(DIO)と少量の(TO)との混合物が好ましい。2価アルコール(DIO)としては、アルキレングリコール(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、1,6−ヘキサンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコール及びビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、及びこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。3価以上の多価アルコール(TO)としては、3〜8価又はそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の重縮合反応は、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなどの公知のエステル化触媒の存在下、150〜280℃に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。ポリエステルの水酸基価は5以上であることが好ましく、ポリエステルの酸価は通常1〜30、好ましくは5〜20である。酸価を持たせることで負帯電性となりやすく、さらに記録紙への定着時、記録紙とトナーの親和性がよく低温定着性が向上する。しかし、酸価が30を超えると帯電の安定性、特に環境変動に対し悪化傾向がある。
また、重量平均分子量10,000〜400,000、好ましくは20,000〜200,000である。重量平均分子量が1万未満では、耐オフセット性が悪化するため好ましくない。また、400,000を超えると低温定着性が悪化するため好ましくない。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の多価イソシアネート化合物(PIC)構成成分の含有量は、通常0.5〜40wt%、好ましくは1〜30wt%、さらに好ましくは2〜20wt%である。0.5wt%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。また、40wt%を超えると低温定着性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の1分子当たりに含有されるイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
2価アミン化合物(B1)としては、芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタンなど);脂環式ジアミン(4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど);及び脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)などが挙げられる。3価以上の多価アミン化合物(B2)としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。アミノアルコール(B3)としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。アミノメルカプタン(B4)としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどが挙げられる。アミノ酸(B5)としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。B1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)としては、前記B1〜B5のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリジン化合物などが挙げられる。これらアミン類(B)のうち好ましいものは、B1及びB1と少量のB2の混合物である。
また、ウレア変性ポリエステル中には、ウレア結合と共にウレタン結合を含有していてもよい。ウレア結合含有量とウレタン結合含有量のモル比は、通常100/0〜10/90であり、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは、60/40〜30/70である。ウレア結合のモル比が10%未満では、耐ホットオフセット性が悪化する。
また、ポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との架橋及び/又は伸長反応には、必要により反応停止剤を用い、得られるウレア変性ポリエステルの分子量を調整することができる。反応停止剤としては、モノアミン(ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミンなど)、及びそれらをブロックしたもの(ケチミン化合物)などが挙げられる。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは、少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。従って、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは類似の組成であることが好ましい。
また、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとの重量比は、通常20/80〜95/5、好ましくは70/30〜95/5、さらに好ましくは75/25〜95/5、特に好ましくは80/20〜93/7である。ウレア変性ポリエステルの重量比が5%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。
また、ウレア変性ポリエステルは、得られるトナー母体粒子の表面に存在しやすいため、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。
着色剤としては、公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15wt%、好ましくは3〜10wt%である。
荷電制御剤としては公知のものが使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体又は化合物、タングステンの単体又は化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
荷電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダー樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5重量部の範囲がよい。10重量部を超える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、荷電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電気的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
離型剤としては、融点が50〜120℃の低融点のワックスが、バインダー樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に定着ローラとトナー界面との間で働き、これにより定着ローラにオイルの如き離型剤を塗布することなく高温オフセットに対し効果を示す。このようなワックス成分としては、以下のものが挙げられる。ロウ類及びワックス類としては、カルナバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス、ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス、オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス、及びパラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス等が挙げられる。また、これら天然ワックスの外に、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス、エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙げられる。さらに、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド及び、低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ−n−ステアリルメタクリレート、ポリ−n−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等)等、側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子等も用いることができる。
荷電制御剤、離型剤はマスターバッチ、バインダー樹脂とともに溶融混練することもできるし、もちろん有機溶剤に溶解、分散する際に加えてもよい。
トナー粒子の流動性や現像性、帯電性を補助するための外添剤として、無機微粒子が好ましく用いられる。この無機微粒子の一次粒子径は、5×10−3〜2μmであることが好ましく、特に5×10−3〜0.5μmであることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500m2/gであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01〜5wt%であることが好ましく、特に0.01〜2.0wt%であることが好ましい。
無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。中でも、流動性付与剤としては、疎水性シリカ微粒子と疎水性酸化チタン微粒子を併用するのが好ましい。特に両微粒子の平均粒径が5×10−2μm以下のものを使用して攪拌混合を行った場合、トナーとの静電力、ファンデルワールス力は格段に向上することより、所望の帯電レベルを得るために行われる現像装置内部の攪拌混合によっても、トナーから流動性付与剤が脱離することなく、ホタルなどが発生しない良好な画像品質が得られて、さらに転写残トナーの低減が図られる。
酸化チタン微粒子は、環境安定性、画像濃度安定性に優れている反面、帯電立ち上がり特性の悪化傾向にあることより、酸化チタン微粒子添加量がシリカ微粒子添加量よりも多くなると、この副作用の影響が大きくなることが考えられる。しかし、疎水性シリカ微粒子及び疎水性酸化チタン微粒子の添加量が0.3〜1.5wt%の範囲では、帯電立ち上がり特性が大きく損なわれず、所望の帯電立ち上がり特性が得られ、即ち、コピーの繰り返しを行っても、安定した画像品質が得られる。
(トナーの製造方法)
1)着色剤、未変性ポリエステル、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー、離型剤を有機溶媒中に分散させトナー材料液を作る。
有機溶媒は、沸点が100℃未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい。具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒及び塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー100重量部に対し、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100重量部、さらに好ましくは25〜70重量部である。
水系媒体は、水単独でもよいし、アルコール(メタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などの有機溶媒を含むものであってもよい。
トナー材料液100重量部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2,000重量部、好ましくは100〜1,000重量部である。50重量部未満ではトナー材料液の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。20,000重量部を超えると経済的でない。
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルフォン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルなどのアニオン性界面活性剤、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウムなどの4級アンモニウム塩型のカチオン性界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやN−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムベタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102(ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などが挙げられる。
また、リン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等の無機化合物分散剤も用いることができる。
この反応は、分子鎖の架橋及び/又は伸長を伴う。反応時間は、ポリエステルプレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)との反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは2〜24時間である。反応温度は、通常、0〜150℃、好ましくは40〜98℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどが挙げられる。
有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に層流の攪拌状態で昇温し、一定の温度域で強い攪拌を与えた後、脱溶媒を行うことで紡錘形のトナー母体粒子が作製できる。また、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能なものを用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗するなどの方法によって、トナー母体粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
荷電制御剤の打ち込み、及び無機微粒子の外添は、ミキサー等を用いた公知の方法によって行われる。
これにより、小粒径であって、粒径分布のシャープなトナーを容易に得ることができる。さらに、有機溶媒を除去する工程で強い攪拌を与えることで、真球状からラクビーボール状の間の形状を制御することができ、さらに、表面のモフォロジーも滑らかなものから梅干形状の間で制御することができる。
図7は、本実施形態に係るトナーの形状を模式的に示す図である。略球形状のトナーを長軸r1、短軸r2、厚さr3(但し、r1≧r2≧r3とする。)で規定するとき、本実施形態のトナーは、短軸と長軸との比(r2/r1)(図7(b)参照)が0.5〜1.0で、厚さと短軸との比(r3/r2)(図7(c)参照)が0.7〜1.0の範囲にあることが好ましい。短軸と長軸との比(r2/r1)が0.5未満では、真球形状から離れるためにドット再現性及び転写効率が劣り、高品位な画質が得られなくなる。また、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7未満では、扁平形状に近くなり、球形トナーのような高転写率は得られなくなる。特に、厚さと短軸との比(r3/r2)が1.0では、長軸を回転軸とする回転体となり、トナーの流動性を向上させることができる。
なお、r1、r2、r3は、例えば以下の方法により測定することができる。即ち、トナーを平滑な測定面上に均一に分散付着させ、該トナーの粒子100個について、カラーレーザー顕微鏡「VK−8500」(キーエンス社製)により500倍に拡大して、該100個のトナー粒子の長軸r1(μm)、短軸r2(μm)、厚さr3(μm)を測定し、それらの算術平均値から求めることができる。
<機械条件>
・感光体線速 383(mm/sec)
・現像ローラ線速 575(mm/sec)
・現像ローラ径 φ25(mm)
・現像剤汲み上げ量(現像領域内) 38(mg/cm2)
ブラック用とカラー(イエロー、シアン、マゼンタ)用のトナーは着色の相異以外は同一であり、またキャリアは各色共通である。キャリアの重量平均粒子径は、20〜65μmとすることが好ましい。重量平均粒子径が20μm未満である場合は、粒子の均一性が低下し、キャリア付着が発生しやすくなる。一方、重量平均粒子径が65μmを超える場合は、画像細部の再現性が低下し、精細な画像が得られにくい。なお、キャリアの重量平均粒子径は、マイクロトラック粒度分析計(日機装社製)のSRAタイプを用いて、0.7〜125μmの範囲内でレンジ設定して測定することができる。このとき、例えば、分散液の溶媒にはメタノールを使用し、その屈折率を1.33に設定し、キャリアの屈折率を2.42に設定する。
・シリコーン樹脂溶液(固形分15wt%)
・SR2411:東レ・ダウコーニング社製 227部
・γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン 6部
・アルミナ粒子[0.3μm、固有抵抗1014(Ω・cm)]160部
・トルエン 900部
・ブチルセロソルブ 900部
上記材料をホモミキサーで10分間分散させ、被覆膜形成溶液を調合した。芯材として焼成フェライト粉[F−300:平均粒径;50μm(パウダーテック社製)]を用い、上記被覆膜形成溶液を芯材表面に膜厚0.15μmになるようにスピラコーター(岡田精工社製)により塗布し乾燥した。得られたキャリアを電気炉中にて300℃で2時間放置して焼成した。冷却後フェライト粉バルクを目開き100μmの篩を用いて解砕し、キャリアとした。
プレミックス率: ブラック=20wt%、
マゼンタ、シアン、イエロー=10wt%
キャリアの劣化度合いを評価する方法として、現像装置の稼働時間に対するキャリアの静抵抗の推移からキャリアの膜削れの推移を推定する。このキャリア静抵抗値とは、現像剤中のトナーをブローオフ装置にて除去して得たキャリアを2本の抵抗計測平行電極(ギャップ2mm)の電極間に投入し、DC200Vを印加し、30秒後の抵抗値をハイレジスト計で計測した値を体積抵抗率に変換した値Rである。例えば、本実施例での現像条件においてこの静抵抗値Rの目標値はLogRで、10(Ω・cm)以上である。LogR<10となると特に現像ローラに印加される現像バイアス値と感光体上の静電潜像の電位間の電位差が大きい条件においてキャリアが現像ローラから離脱して感光体の静電潜像部に付着する現象(キャリア付着)が発生しやすくなり、ソリッド画像部においていわゆる白抜けが発生する。抵抗低下の原因はキャリアの膜削れであるため、膜削れを減らすことで抵抗低下量を抑えることができる。
図8は、実施例におけるキャリア静抵抗のコピー枚数に応じた経時推移を示すグラフである。コピーの通紙条件は、画像面積が黒化率が5%の画像で、A4サイズの用紙を横搬送で1ジョブとして実施した。図8に示すように、プレミックストナーを使用することによるキャリア劣化速度抑制の改善を確認することができる。
白抜けなどのキャリアコートの膜削れ劣化による異常を考慮して、プレミックス率(プレミックストナー中のキャリアの割合)が10%の現像剤を補給するときの現像剤の交換時期のリミットを450,000枚とすると、実際に市場におけるサービスマンによる交換の時期はそれより余裕を持って300,000枚と仮定することができる。
また、フルカラー画像出力と白黒画像出力の頻度はユーザーによりまちまちではあるが、白黒画像出力をフルカラー画像出力の1.5〜2倍の頻度とする。この場合、フルカラー出力時は、ブラックトナーを用いる現像装置18も作動する。したがって、ブラックトナーを用いる現像装置18が、カラートナーの現像装置18の作動分である1.5〜2倍の頻度さらに作動することになる。したがって、カラートナーを用いる現像装置18の交換時期を300,000枚とすると、ブラックトナーを用いる現像装置18の交換時期は、450,000〜600,000枚が更に必要なことから、交換時期は750,000枚〜900,000枚になる。
したがって、図8に示すようなキャリアの静抵抗の経時変化から、プレミックス率0%では、500,000枚付近から、キャリアコートの膜削れでLogRで、10(Ω・cm)以下になり、白抜けなどの異常画像が表れるようになる。プレミックス率10%では、700,000枚付近から、キャリアコートの膜削れでLogRで、10(Ω・cm)以下になり、白抜けなどの異常画像が表れるようになる。プレミックス率20%では、1,000,000枚付近までLogRで、10(Ω・cm)以上であり、白抜けなどの異常画像が表れない。
この場合、ブラックトナーを用いる現像剤のプレミックス率をカラー用現像剤より10%大きい20%とすると、カラー用現像剤の交換までの間に黒画像の異常が指摘されることがなく、画像形成装置100を使用することが可能となる。
プレミックス率を上げれば現像剤の寿命が延び、現像剤の交換頻度が下がることになるにも関わらず、ブラックトナーのみプレミックス率を上げる理由は以下のとおりである。
まず、プレミックス率を上げるということは、一つの現像剤ボトルにおいてキャリアの量が増えるということであり、同量のトナーをボトルに充填する場合、プレミックス率が高いボトルの方が、プレミックス率が低いボトルよりも容量が増えてしまう。即ち、製造時のコストや、画像形成装置内のスペースに関して言えば不利な状態となる。
本発明に係るカラートナーに関しては、上記に鑑みて、製造コスト、スペース的に最適とされるプレミックス率に設定されている。ただし、ここで、ブラックトナーを用いる現像剤もカラー用現像剤と同様のプレミックス率にすると、使用頻度の高いブラックトナーを用いる現像剤の交換時期と、カラー用現像剤の交換時期とに差が発生し、無駄が生じることとなる。
したがって、本発明は、このような課題を解決するために最適な方法として、ブラックトナーのプレミックス率を高くすることで、製造コスト、スペースの問題を最小限に抑えつつ、現像剤交換における無駄を省くものである。
2 中間転写ベルト
3 給紙トレイ
4 帯電チャージャ
5 書込ユニット
6 一次転写ローラ
7 レジストローラ
8 二次転写ローラ
9 定着ユニット
10 排紙トレイ
11 スイッチバックローラ
12 感光体クリーニングユニット
13 QL(クエンチングランプ)
14 ノズル
15 吸引型粉体ポンプ
16 チューブ
17 サブホッパ
18 現像装置
19 現像ローラ
20 供給スクリュー
21 回収スクリュー
22 攪拌スクリュー
23 現像装置本体
231,232,233 仕切り壁
24 排出搬送スクリュー
30 再給紙経路
31 現像剤補給口
32 現像剤排出口
40 プレミックストナー供給装置
41 供給容器
42 プレミックストナー
51 供給搬送路
52 回収搬送路
53 攪拌搬送路
54 排出搬送路
100 画像形成装置
Claims (3)
- 静電潜像を有する像担持体と、
前記像担持体上の静電潜像を、トナーとキャリアと含む二成分現像剤を担持する現像剤担持体で現像して、トナー像とする複数の現像装置と を備える画像形成装置において、
前記複数の現像装置には、ブラックトナーを用いる現像装置と、ブラック以外の色のトナーを用いる現像装置とが有り、かつ、予めトナーとキャリアを一定濃度に分散させてある補給用現像剤を前記複数の現像装置に供給する補給用現像剤供給装置を備え、
前記ブラックトナーを用いる現像装置に補給される補給用現像剤中に含まれるキャリアの比率が、前記ブラック以外の色のトナーを用いる現像装置に補給される補給用現像剤に含まれるキャリアの比率より大きい
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1に記載の画像形成装置において、
前記ブラックトナーを用いる現像装置に補給される補給用現像剤に含まれるキャリアと、前記ブラック以外の色のトナーを用いる現像装置に補給される補給用現像剤に含まれるキャリアとは同じものである
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1又は2に記載の画像形成装置において、
前記補給用現像剤を収容する複数の供給容器を備え、
前記供給容器が、交換可能であり、
前記複数の供給容器にはブラックトナーを収容する供給容器と、ブラック以外の色のトナーを収容する供給容器があり、
前記ブラックトナーを収容する供給容器に含まれるキャリアの比率が、前記ブラック以外の色のトナーを収容する供給容器に含まれるキャリアより大きい
ことを特徴とする画像形成装置。
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