JP2010139763A - 潤滑剤塗布装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents
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Abstract
【課題】ブラシ状ローラを回転駆動する駆動モータのトルク低減による駆動モータコスト減や消費電力の減少、ブラシ状ローラの回転振動によるバンディングに対する余裕度向上を図ることが可能な画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供する。
【解決手段】ブラシ状ローラ17aに用いられるブラシ繊維17a2は、その断面形状が円形状の基材の外周に、基材の中心を基準として2個のU字状の凹溝を対称的に形成したものを使用したときに、他の形状のものに比べてブラシ状ローラ17aを回転する駆動モータに対する負荷が一定とした際、ブラシ繊維17a2が潤滑剤成型体17bから掻き取る潤滑剤量が多くなる。
【選択図】図2
【解決手段】ブラシ状ローラ17aに用いられるブラシ繊維17a2は、その断面形状が円形状の基材の外周に、基材の中心を基準として2個のU字状の凹溝を対称的に形成したものを使用したときに、他の形状のものに比べてブラシ状ローラ17aを回転する駆動モータに対する負荷が一定とした際、ブラシ繊維17a2が潤滑剤成型体17bから掻き取る潤滑剤量が多くなる。
【選択図】図2
Description
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の静電複写プロセスに利用される潜像担持体に潤滑剤を塗布する塗布手段を備える画像形成装置及びこれに使用されるプロセスカートリッジに関するものである。
近年、電子写真方式を利用したカラー画像形成装置は広範に普及してきており、また、デジタル化された画像が容易に入手できることも関係して、プリントされる画像の更なる高精細化が要望されている。画像のより高い解像度や階調性が検討される中で、静電潜像を可視化するトナー側の改良としては、高精細画像を形成するために、更なる球形化、小粒径化の検討がなされている。
たとえば、特定の粒径分布を有する球形化した粉砕型のトナー(例えば、特許文献1〜4参照)、懸濁重合により球形化、小粒径化されたトナーを得る方法(例えば、特許文献5参照)、バインダー樹脂と着色剤とを水と混和しない溶媒中で混合し、分散安定剤の存在下で水系溶媒中に分散させ、球形化、小粒径化されたトナーを得る方法(例えば、特許文献6参照)、一部に変性された樹脂を含むバインダー樹脂、着色剤とを有機溶媒中で混合し、水系溶媒中に分散させて、変性された樹脂の重付加反応を行わせ、球形化、小粒経過したトナーを得る方法(例えば、特許文献7参照)が提案されている。このようなトナーにより、画質の向上、流動性の向上が得られている。特に、球形化されたトナーは、忠実に転写されるために高精細画像を得るのに適しているが、球形化されたトナーは転がりやすいために、クリーニング装置におけるクリーニングブレードと感光体との間に入り込み、クリーニングされにくく、地かぶり等の異常画像の原因となることがある。
たとえば、特定の粒径分布を有する球形化した粉砕型のトナー(例えば、特許文献1〜4参照)、懸濁重合により球形化、小粒径化されたトナーを得る方法(例えば、特許文献5参照)、バインダー樹脂と着色剤とを水と混和しない溶媒中で混合し、分散安定剤の存在下で水系溶媒中に分散させ、球形化、小粒径化されたトナーを得る方法(例えば、特許文献6参照)、一部に変性された樹脂を含むバインダー樹脂、着色剤とを有機溶媒中で混合し、水系溶媒中に分散させて、変性された樹脂の重付加反応を行わせ、球形化、小粒経過したトナーを得る方法(例えば、特許文献7参照)が提案されている。このようなトナーにより、画質の向上、流動性の向上が得られている。特に、球形化されたトナーは、忠実に転写されるために高精細画像を得るのに適しているが、球形化されたトナーは転がりやすいために、クリーニング装置におけるクリーニングブレードと感光体との間に入り込み、クリーニングされにくく、地かぶり等の異常画像の原因となることがある。
このために、例えば、記録材にトナー像を転写した後に像担持体としての感光体上に残留したトナーを弾性ゴムブレードでクリーニングするクリーニング部材を有する電子写真画像形成装置において、トナー中に潤滑剤としてステアリン酸亜鉛がトナー重量に対し0.01%以上、0.5%以下量含有され、且つ、弾性ゴムブレードがクリーニング部材に固定するための支持部材にクリーニングブレードの感光体当接面側で実質的に保持されている電子写真画像形成装置を用いて画像を形成する方法が提案されている(例えば、特許文献8参照)。
しかし、この特許文献8記載のものでは、トナーにステアリン酸亜鉛を添加すると、高画像面積部には多量のトナーが供給されるのでステアリン酸亜鉛も充分感光体上に供給されるが、低画像面積部にはトナーがあまり供給されないので、ステアリン酸亜鉛は感光体上に必要量が供給されない。つまり、現像される画像の状態により感光体上のステアリン酸亜鉛が不均一になるという問題点がある。
しかし、この特許文献8記載のものでは、トナーにステアリン酸亜鉛を添加すると、高画像面積部には多量のトナーが供給されるのでステアリン酸亜鉛も充分感光体上に供給されるが、低画像面積部にはトナーがあまり供給されないので、ステアリン酸亜鉛は感光体上に必要量が供給されない。つまり、現像される画像の状態により感光体上のステアリン酸亜鉛が不均一になるという問題点がある。
また、潜像を担持する潜像担持体と、帯電部材を潜像担持体表面に接触または近接させて潜像担持体を帯電する帯電装置と、潜像担持体に潜像を形成する潜像形成装置と、潜像担持体の潜像にトナーを付着させて現像する現像装置と、潜像担持体とこれに接触しつつ表面移動する表面移動部材との間に転写電界を形成して、潜像担持体に形成されたトナー像を、表面移動部材との間に挟持される記録材上又は表面移動部材上に転写する転写装置と、潜像担持体上に残留するトナーをクリーニングブレードでクリーニングするクリーニング装置とを備える画像形成装置において、潜像担持体に潤滑剤を塗布する塗布手段がブラシ状ローラであり、このブラシ状ローラが固形潤滑剤の成形体と摺擦して掻き取った後、潜像担持体に塗布し、潜像担持体に潤滑剤を供給する機構が提案されている(例えば、特許文献9参照)。この特許文献9記載のものでは、前記ブラシ状ローラは、スプリングなどの加圧機構により固形潤滑剤の成形体を食い込ませて設置し、ブラシ状ローラの回転により固形潤滑剤の表面を摺擦して掻き取った潤滑剤を潜像担持体に塗布するようになっている。
この特許文献9記載のものでは、固形潤滑剤のブラシ状ローラへの当接圧力を増し、食い込み量を増せば増すほど充分な量の潤滑剤を潜像担持体に供給でき、クリーニングをより安定して行うことができる。しかしながら、食い込み量を増すほどブラシ状ローラの回転負荷が大きくなるため、ブラシ状ローラの駆動部品の短寿命化、モータのトルクアップによるモータコスト増や消費電力の増大、ブラシ状ローラの回転振動によるバンディングの発生という問題が生じる。
特開平1−112253号公報
特開平2−284158号公報
特開平3−181952号公報
特開平4−162048号公報
特開平5−72808号公報
特開平9−15902号公報
特開平11−133668号公報
特開平11−184340号公報
特開平2004−333961公報
この特許文献9記載のものでは、固形潤滑剤のブラシ状ローラへの当接圧力を増し、食い込み量を増せば増すほど充分な量の潤滑剤を潜像担持体に供給でき、クリーニングをより安定して行うことができる。しかしながら、食い込み量を増すほどブラシ状ローラの回転負荷が大きくなるため、ブラシ状ローラの駆動部品の短寿命化、モータのトルクアップによるモータコスト増や消費電力の増大、ブラシ状ローラの回転振動によるバンディングの発生という問題が生じる。
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、ブラシ状ローラを回転駆動する駆動モータのトルク低減による駆動モータコスト減や消費電力の減少、ブラシ状ローラの回転振動によるバンディングに対する余裕度向上を図ることが可能な画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、潜像担持体上に潤滑剤を塗布する塗布手段を有した潤滑剤塗布装置において、前記塗布手段は、潤滑剤成型体と、回転時に該潤滑剤成型体から潤滑剤を掻き取って前記潜像担持体に塗布するブラシ状ローラと、を備え、前記ブラシ状ローラは、回転軸と、該回転軸上に植立されたブラシ繊維を有しており、当該ブラシ繊維の断面形状が、円形状の基材の外周にU字状凹溝を有する形状であることを特徴とする。
また、請求項2の発明は、請求項1に記載の潤滑剤塗布装置において、前記潜像担持体は、摩擦係数が0.4以下であることを特徴とする。
また、請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の潤滑剤塗布装置において、前記潤滑剤は、脂肪酸金属塩であることを特徴とする。
また、請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の潤滑剤塗布装置において、前記ブラシ状ローラの周速と潜像担持体との周速の比が、0.8〜1.2の範囲にあることを特徴とする。
また、請求項2の発明は、請求項1に記載の潤滑剤塗布装置において、前記潜像担持体は、摩擦係数が0.4以下であることを特徴とする。
また、請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の潤滑剤塗布装置において、前記潤滑剤は、脂肪酸金属塩であることを特徴とする。
また、請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の潤滑剤塗布装置において、前記ブラシ状ローラの周速と潜像担持体との周速の比が、0.8〜1.2の範囲にあることを特徴とする。
また、請求項5の発明は、潜像が形成される潜像担持体と、当該潜像担持体上に残留するトナーをクリーニングするクリーニング装置と、該クリーニング装置の潜像担持体の回転方向上流側に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布装置とを備えた画像形成装置において、前記潤滑剤塗布装置は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の潤滑剤塗布装置であることを特徴とする。
また、請求項6の発明は、請求項5に記載の画像形成装置において、前記トナーは、円形度が0.92以上であることを特徴とする。
また、請求項7の発明は、請求項5又は6に記載の画像形成装置において、前記トナーは、形状係数SF−1で100〜180の範囲にあり、且つ形状係数SF−2で100〜180の範囲にあることを特徴とする。
また、請求項8の発明は、請求項5乃至7のいずれか1項に記載の画像形成装置において、前記トナーは、体積平均粒径(Dv)が3〜8μmの範囲にあり、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)で定義される分散度が1.05〜1.40の範囲にあることを特徴とする。
また、請求項6の発明は、請求項5に記載の画像形成装置において、前記トナーは、円形度が0.92以上であることを特徴とする。
また、請求項7の発明は、請求項5又は6に記載の画像形成装置において、前記トナーは、形状係数SF−1で100〜180の範囲にあり、且つ形状係数SF−2で100〜180の範囲にあることを特徴とする。
また、請求項8の発明は、請求項5乃至7のいずれか1項に記載の画像形成装置において、前記トナーは、体積平均粒径(Dv)が3〜8μmの範囲にあり、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)で定義される分散度が1.05〜1.40の範囲にあることを特徴とする。
また、請求項9の発明は、請求項5乃至8のいずれか1項に記載の画像形成装置において、前記トナーは、長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0の範囲で、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲であって、長軸r1≧短軸r2≧厚さr3の関係を満足することを特徴とする。
また、請求項10の発明は、請求項5乃至9のいずれか1項に記載の画像形成装置において、前記トナーは、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、離型剤を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂微粒子の存在下で架橋及び/又は伸長反応させるトナーであることを特徴とする。
また、請求項11の発明は、潜像を形成する潜像担持体と、前記潜像担持体上に残留するトナーをクリーニングブレードでクリーニングするクリーニング装置と当該クリーニング装置の潜像担持体の回転方向上流側で潤滑剤成形体と摺擦して潤滑剤を掻き取った後、当該潤滑剤を前記潜像担持体に塗布して供給するブラシ状ローラとが少なくとも一体に支持されて、画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、前記画像形成装置が請求項5乃至10のいずれか1項に記載された画像形成装置であることを特徴とする。
また、請求項10の発明は、請求項5乃至9のいずれか1項に記載の画像形成装置において、前記トナーは、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、離型剤を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂微粒子の存在下で架橋及び/又は伸長反応させるトナーであることを特徴とする。
また、請求項11の発明は、潜像を形成する潜像担持体と、前記潜像担持体上に残留するトナーをクリーニングブレードでクリーニングするクリーニング装置と当該クリーニング装置の潜像担持体の回転方向上流側で潤滑剤成形体と摺擦して潤滑剤を掻き取った後、当該潤滑剤を前記潜像担持体に塗布して供給するブラシ状ローラとが少なくとも一体に支持されて、画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、前記画像形成装置が請求項5乃至10のいずれか1項に記載された画像形成装置であることを特徴とする。
本発明によれば、ブラシ状ローラは、回転軸と、該回転軸上に植立されたブラシ繊維を有しており、当該ブラシ繊維の断面形状が、円形状の基材の外周にU字状凹溝を有する形状であることによって、ブラシ状ローラを回転駆動する駆動モータのトルク低減による駆動モータコスト減や消費電力の減少、ブラシ状ローラの回転振動によるバンディングに対する余裕度向上を図ることが可能な画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図1は、本発明をフルカラーの小型プリンタに適用した例を示す全体構成図である。画像形成装置本体(以下、単に「装置本体」と記す)1内には、4個の潜像担持体である感光体を有する画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dを、装置本体1に対してそれぞれ着脱可能に装着している。装置本体1の略中央に転写ベルト3aを複数のローラ間に矢示A方向に回動可能に装着した転写装置3を配置している。
その転写ベルト3aの上側の面に、画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dにそれぞれ設けられている感光体5が接触するように配置している。そして、その画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dに対応させて、それぞれ使用するトナーの色が異なる現像装置10A、10B、10C、10Dを配置している。画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dは、同一の構成を有したユニットであり、画像形成ユニット2Aはマゼンタ色に対応する画像を形成し、画像形成ユニット2Bはシアン色に対応する画像を形成し、画像形成ユニット2Cはイエロー色に対応する画像を形成し、画像形成ユニット2Dはブラック色に対応する画像を形成する。
図1は、本発明をフルカラーの小型プリンタに適用した例を示す全体構成図である。画像形成装置本体(以下、単に「装置本体」と記す)1内には、4個の潜像担持体である感光体を有する画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dを、装置本体1に対してそれぞれ着脱可能に装着している。装置本体1の略中央に転写ベルト3aを複数のローラ間に矢示A方向に回動可能に装着した転写装置3を配置している。
その転写ベルト3aの上側の面に、画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dにそれぞれ設けられている感光体5が接触するように配置している。そして、その画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dに対応させて、それぞれ使用するトナーの色が異なる現像装置10A、10B、10C、10Dを配置している。画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dは、同一の構成を有したユニットであり、画像形成ユニット2Aはマゼンタ色に対応する画像を形成し、画像形成ユニット2Bはシアン色に対応する画像を形成し、画像形成ユニット2Cはイエロー色に対応する画像を形成し、画像形成ユニット2Dはブラック色に対応する画像を形成する。
また、その画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dの上方には書込みユニット6を、転写ベルト3aの下方には両面ユニット7をそれぞれ配置している。この小型プリンタは、装置本体1の左方に、画像形成後の転写紙Pを反転させて排出したり、両面ユニット7へ搬送したりする反転ユニット8を装着している。
書込みユニット6は、各色毎に用意されたレーザダイオード(LD)方式の4つの光源と、6面のポリゴンミラーとポリゴンモータから構成される1組のポリゴンスキャナと、各光源の航路に配置されたfθレンズ、長尺シリンドルカルレンズ等のレンズやミラーから構成されている。レーザダイオードから射出されたレーザ光はポリゴンスキャナにより偏向走査され感光体5上に照射される。
両面ユニット7は、対をなす搬送ガイド板45a、45bと、対をなす複数(この例では4組)の搬送ローラ46とからなり、転写紙Pの両面に画像を形成する両面画像形成モード時には、片面に画像が形成されて反転ユニット8の反転搬送路54に搬送されてスイッチバック搬送された転写紙Pを受入れて、それを給紙部に向けて搬送する。
書込みユニット6は、各色毎に用意されたレーザダイオード(LD)方式の4つの光源と、6面のポリゴンミラーとポリゴンモータから構成される1組のポリゴンスキャナと、各光源の航路に配置されたfθレンズ、長尺シリンドルカルレンズ等のレンズやミラーから構成されている。レーザダイオードから射出されたレーザ光はポリゴンスキャナにより偏向走査され感光体5上に照射される。
両面ユニット7は、対をなす搬送ガイド板45a、45bと、対をなす複数(この例では4組)の搬送ローラ46とからなり、転写紙Pの両面に画像を形成する両面画像形成モード時には、片面に画像が形成されて反転ユニット8の反転搬送路54に搬送されてスイッチバック搬送された転写紙Pを受入れて、それを給紙部に向けて搬送する。
反転ユニット8は、それぞれ対をなす複数の搬送ローラ46と、対をなす複数の搬送ガイド板45とからなり、上述したように両面画像形成する際の転写紙Pを表裏反転させて両面ユニット7へ搬出したり、画像形成後の転写紙Pをそのままの向きで機外に排出したり、表裏を反転させて機外に排出したりする働きをする。給紙カセット11、12が設けられている給紙部には、転写紙Pを1枚ずつ分離して給紙する分離給紙部55、56が、それぞれ設けられている。
転写ベルト3aと反転ユニット8との間には、転写紙P上に転写された画像を定着する定着装置9が設けられている。その定着装置9の転写紙搬送方向下流側には、反転排紙路20を分岐させて形成し、そこに搬送した転写紙Pを排紙ローラ25により排紙トレイ26上に排出可能にしている。
また、装置本体1の下部には、上下2段にサイズの異なる転写紙Pを収納可能な給紙カセット11、12をそれぞれ配設している。さらに、装置本体1の右側面には、手差しトレイ13を矢示B方向に開閉可能に設け、その手差しトレイ13を開放することにより、そこから手差し給紙ができるようにしている。
転写ベルト3aと反転ユニット8との間には、転写紙P上に転写された画像を定着する定着装置9が設けられている。その定着装置9の転写紙搬送方向下流側には、反転排紙路20を分岐させて形成し、そこに搬送した転写紙Pを排紙ローラ25により排紙トレイ26上に排出可能にしている。
また、装置本体1の下部には、上下2段にサイズの異なる転写紙Pを収納可能な給紙カセット11、12をそれぞれ配設している。さらに、装置本体1の右側面には、手差しトレイ13を矢示B方向に開閉可能に設け、その手差しトレイ13を開放することにより、そこから手差し給紙ができるようにしている。
次に、この画像形成装置の画像形成における動作について説明する。画像形成の動作を開始させると、各感光体が図1で時計回り方向にそれぞれ回転する。そして、その各感光体5の表面が帯電装置14の帯電ローラ14aにより一様に帯電される。
そして、画像形成ユニット2Aの感光体5には、書込みユニット6によりマゼンタの画像に対応するレーザ光が、画像形成ユニット2Bの感光体5にはシアンの画像に対応するレーザ光が、画像形成ユニット2Cの感光体5にはイエローの画像に対応するレーザ光が、さらに画像形成ユニット2Dの感光体5にはブラックの画像に対応するレーザ光がそれぞれ照射され、各色の画像データに対応した静電潜像がそれぞれ形成される。
各静電潜像は、感光体5が回転することにより現像装置10A、10B、10C、10Dの位置に達すると、そこでマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各トナーにより現像されて、4色のトナー像となる。このときに、トナーに外添している潤滑剤が同時に感光体表面に供給される。
そして、画像形成ユニット2Aの感光体5には、書込みユニット6によりマゼンタの画像に対応するレーザ光が、画像形成ユニット2Bの感光体5にはシアンの画像に対応するレーザ光が、画像形成ユニット2Cの感光体5にはイエローの画像に対応するレーザ光が、さらに画像形成ユニット2Dの感光体5にはブラックの画像に対応するレーザ光がそれぞれ照射され、各色の画像データに対応した静電潜像がそれぞれ形成される。
各静電潜像は、感光体5が回転することにより現像装置10A、10B、10C、10Dの位置に達すると、そこでマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各トナーにより現像されて、4色のトナー像となる。このときに、トナーに外添している潤滑剤が同時に感光体表面に供給される。
一方、給紙カセット11、12から転写紙Pが分離給紙部55、56により給紙され、それが転写ベルト3aの直前に設けられているレジストローラ59により、各感光体5上に形成されているトナー像と一致するタイミングで搬送される。転写紙Pは、転写ベルト3aの入口付近に配設している紙吸着ローラ58によりプラスの極性に帯電され、それにより転写ベルト3aの表面に静電的に吸着される。そして、転写紙Pは、転写ベルト3aに吸着した状態で搬送されながら、マゼンタ、シアン、イエロー及びブラック色の各トナー像が順次転写されていき、4色重ね合わせのフルカラーのトナー画像が形成される。このときに、トナーに外添された潤滑剤も同時に転写されるが、トナーの一部は転写されず感光体上に付着して残留する。その転写紙Pは、定着装置9で熱と圧力が加えられることによりトナー像が溶融定着され、その後は指定されたモードに応じた排紙系を通って、装置本体1上部の排紙トレイ26に反転排紙されたり、定着装置9から直進して反転ユニット8内を通ってストレート排紙されたり、あるいは、両面画像形成モードが選択されているときには、前述した反転ユニット8内の反転搬送路54に送り込まれた後にスイッチバックされて両面ユニット7に搬送され、そこから再給紙されて画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dが設けられている画像形成部で、裏面に画像が形成された後に排出される。
一方、転写ベルト3aから離れた感光体5はそのまま回転を続け、後述する図2で示すように、ブラシ状ローラ17aが潤滑剤成型体17bから掻き取った潤滑剤を感光体5に塗布する。また、感光体5上には未転写の残留トナーが存在し、その表面には潤滑剤が付着している。この残留トナーをクリーニングブレードでクリーニングするときに、トナーを感光体5に押圧するためにトナー上の潤滑剤が感光体5表面に膜を形成する。同時に、ブラシ状ローラ17aから供給されて感光体5上にある潤滑剤も、感光体5に押圧されるために感光体5上に膜を形成する。
以後の画像形成では、上記した画像形成プロセスが繰り返されるが、感光体5上に形成される潤滑剤の膜は非常に薄いために帯電装置14による帯電を阻害することない。その後、感光体5上に再度現像されたトナー像は、転写ベルト3aに吸着した状態の転写紙Pに転写される。
以後の画像形成では、上記した画像形成プロセスが繰り返されるが、感光体5上に形成される潤滑剤の膜は非常に薄いために帯電装置14による帯電を阻害することない。その後、感光体5上に再度現像されたトナー像は、転写ベルト3aに吸着した状態の転写紙Pに転写される。
現像装置10A、10B、10C、10Dは感光体5に対向した現像ローラ、現像剤を搬送・撹拌するスクリュー、トナー濃度センサ等から構成される。現像ローラは外側の回転自在のスリーブと内側に固定された磁石から構成されている。トナー濃度センサの出力に応じて、トナー補給装置よりトナーが補給される。本実施例では現像剤としてトナーとキャリアからなる二成分現像剤を用いる。
キャリアは芯材それ自体からなるか、芯材上に被覆層を設けたものが一般に使用される。本発明において用いることのできる樹脂被覆キャリアの芯材としては、フェライト、マグネタイトである。この芯物質の粒径は20〜65μm、好ましくは30〜60μm程度が適当である。キャリア被覆層形成に使用される樹脂は、スチレン樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの混合物、共重合体を用いることができる。被覆層の形成法としては、従来と同様、キャリア芯材粒子の表面に噴霧法、浸漬法等の手段で樹脂を塗布すればよい。
キャリアは芯材それ自体からなるか、芯材上に被覆層を設けたものが一般に使用される。本発明において用いることのできる樹脂被覆キャリアの芯材としては、フェライト、マグネタイトである。この芯物質の粒径は20〜65μm、好ましくは30〜60μm程度が適当である。キャリア被覆層形成に使用される樹脂は、スチレン樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂又はこれらの混合物、共重合体を用いることができる。被覆層の形成法としては、従来と同様、キャリア芯材粒子の表面に噴霧法、浸漬法等の手段で樹脂を塗布すればよい。
図2は、図1で示す画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dの内1個の画像形成ユニット2の概略構成を示す概略図である。その画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dは、図2に示すように帯電ローラ14aと、静電潜像が形成される感光体5と、その感光体5の表面をクリーニングするクリーニングブレード15aを備えるクリーニング手段15と、潤滑剤を塗布するブラシ状ローラ17aを備える潤滑剤塗布装置17とから構成されている。帯電ローラ14aは、導電性又は半導電性で、直流及び/又は交流の電圧を印加して感光体5上に電荷を付与して感光体5を帯電させる。帯電ローラ14aにはローラ表面をクリーニングするための帯電ローラクリーニングブラシ14bが当接している。
クリーニング手段15では、クリーニングブレード15aにより掻き落としたトナーを、ブラシローラ17aでトナー搬送オーガ15d側に移動させ、そのトナー搬送オーガ15dを回転させることにより回収した廃トナーを、図1に示した廃トナー収納部18に搬送するようにしている。
クリーニング手段15では、クリーニングブレード15aにより掻き落としたトナーを、ブラシローラ17aでトナー搬送オーガ15d側に移動させ、そのトナー搬送オーガ15dを回転させることにより回収した廃トナーを、図1に示した廃トナー収納部18に搬送するようにしている。
潤滑剤塗布装置17は、ここでは画像形成ユニット本体に組み込まれており、潤滑剤成型体17bと、潤滑剤成型体17bに接触して潤滑剤を削り取り、感光体5の表面に供給するブラシ状ローラ17aと、ブラシ状ローラ17aに付着したトナーを除去するブラシローラスクレーパ17cと、潤滑剤成型体17bをブラシ状ローラ17aに所定の圧力で押圧する加圧スプリング17dとにより主に構成されている。
潤滑剤成型体17bは直方体状に形成されている。ブラシ状ローラ17aは、その回転軸17a1が感光体5の軸方向に延びる形状を有しており、回転軸17a1上に放射方向に植立されたブラシ繊維17a2を有している。そして、ブラシ繊維17a2の先端部が感光体5の表面及び潤滑剤成形体17bの表面と当接するように配設されている。そのため、ブラシ状ローラが図示しない駆動モータによって矢印D方向に回転されると、ブラシ繊維17a2の先端部が潤滑剤成型体17bの表面と摺擦して潤滑剤を削り取り、削り取った潤滑剤を矢印C方向に回転する感光体5の表面に塗布して供給する。
加圧スプリング17dは、潤滑剤成型体17bをほぼ全てを使い切れるように、ブラシ状ローラ17aに対して付勢されている。潤滑剤成型体17bは消耗品であるため経時的にその厚みが減少するが、加圧スプリング17dで加圧されているために常時ブラシ状ローラ17aに当接させることで潤滑剤を掻き取り、その後感光体5に供給、塗布する。本実施形態においては、潜像担持体として感光体を例に説明を行なっているが、潜像担持体が転写ベルトであっても良い。
潤滑剤成型体17bは直方体状に形成されている。ブラシ状ローラ17aは、その回転軸17a1が感光体5の軸方向に延びる形状を有しており、回転軸17a1上に放射方向に植立されたブラシ繊維17a2を有している。そして、ブラシ繊維17a2の先端部が感光体5の表面及び潤滑剤成形体17bの表面と当接するように配設されている。そのため、ブラシ状ローラが図示しない駆動モータによって矢印D方向に回転されると、ブラシ繊維17a2の先端部が潤滑剤成型体17bの表面と摺擦して潤滑剤を削り取り、削り取った潤滑剤を矢印C方向に回転する感光体5の表面に塗布して供給する。
加圧スプリング17dは、潤滑剤成型体17bをほぼ全てを使い切れるように、ブラシ状ローラ17aに対して付勢されている。潤滑剤成型体17bは消耗品であるため経時的にその厚みが減少するが、加圧スプリング17dで加圧されているために常時ブラシ状ローラ17aに当接させることで潤滑剤を掻き取り、その後感光体5に供給、塗布する。本実施形態においては、潜像担持体として感光体を例に説明を行なっているが、潜像担持体が転写ベルトであっても良い。
図1に示すように、現像装置10A、10B、10C、10Dは、構成が全て同一のものであり、それらは使用するトナーの色のみが異なる二成分現像方式の現像装置10A、10B、10C、10Dである。そして、現像装置10Aはマゼンタ色のトナーを使用し、現像装置10Bはシアン色のトナーを使用し、現像装置10Cはイエロー色のトナーを使用し、現像装置10Dはブラック色のトナーをそれぞれ使用する。そして、その各色の現像装置10A、10B、10C、10D内には、トナーとキャリアからなる現像剤が収容されている。
潤滑剤成型体17bの潤滑剤としては、例えば、オレイン酸鉛、オレイン酸亜鉛、オレイン酸銅、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸鉄、ステアリン酸銅、パルミチン酸亜鉛、パルミチン酸銅、リノレン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩類や、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリトリフルオロクロルエチレン、ジクロロジフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−オキサフルオロポロピレン共重合体等のフッ素系樹脂が挙げられる。特に、感光体5の摩擦を低減する効果の大きいステアリン酸金属塩、さらにはステアリン酸亜鉛が一層好ましい。
潤滑剤成型体17bの潤滑剤としては、例えば、オレイン酸鉛、オレイン酸亜鉛、オレイン酸銅、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸鉄、ステアリン酸銅、パルミチン酸亜鉛、パルミチン酸銅、リノレン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩類や、ポリテトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリトリフルオロクロルエチレン、ジクロロジフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−オキサフルオロポロピレン共重合体等のフッ素系樹脂が挙げられる。特に、感光体5の摩擦を低減する効果の大きいステアリン酸金属塩、さらにはステアリン酸亜鉛が一層好ましい。
この潤滑剤を感光体5表面に供給することで、感光体5表面に潤滑剤の膜を形成し、摩擦係数を0.4以下にする。感光体5の摩擦係数は、0.4以下、さらに、0.2以下にすることが好ましい。摩擦係数が0.4以下にすることで、感光体5とトナーの相互作用を減少させ、感光体5上のトナーを離れやすくすることで転写率を高めることができる。また、クリーニングブレード15aと感光体5との摩擦が大きくなるのを抑え、クリーニング効率を高めることができる。
特に、円形度が高いトナーでは、トナーが感光体5上で転がりやすくなるためにクリーニング不良の発生を抑えることができる。また、転写率を上げてクリーニングされるトナー量を低減させることで長期間の使用によるクリーニング不良の発生を抑えることができる。さらに、0.2以下が一層好ましい。一方、摩擦係数が0.1未満になると、クリーニングブレード15aとの間で滑りすぎて感光体5上のトナーのクリーニングブレード15aをすり抜けるクリーニング不良が発生する。
特に、円形度が高いトナーでは、トナーが感光体5上で転がりやすくなるためにクリーニング不良の発生を抑えることができる。また、転写率を上げてクリーニングされるトナー量を低減させることで長期間の使用によるクリーニング不良の発生を抑えることができる。さらに、0.2以下が一層好ましい。一方、摩擦係数が0.1未満になると、クリーニングブレード15aとの間で滑りすぎて感光体5上のトナーのクリーニングブレード15aをすり抜けるクリーニング不良が発生する。
ここで、感光体5の摩擦係数は以下のように、オイラーベルト方式にて測定した。図3は、感光体の摩擦係数の測定方法を説明するための図である。この場合、ベルト21として中厚の上質紙をその紙すき方向が長手方向になるようにして感光体のドラム円周1/4に張架し、ベルトの一方に例えば0.98N(100gr)の荷重22を掛け、他方にフォースゲージ23を設置してフォースゲージを引っ張り、ベルト21が移動した時点での荷重を読み取って、摩擦係数μs=2/π×1n(F/0.98)(但し、μ:静止摩擦係数、F:測定値)に代入して算出する。
なお、この画像形成装置200における感光体5の摩擦係数は、画像形成によって定常状態になったときの値をいう。これは、感光体5の摩擦係数は、画像形成装置200に配設される他の装置の影響を受けるために、画像形成直後の摩擦係数の値から変化する。しかし、A4版記録紙で1,000枚程度の画像形成により摩擦係数の値はほぼ一定の値となる。したがって、ここにいう摩擦係数とは、この定常状態における一定になったときの摩擦係数をいう。
なお、この画像形成装置200における感光体5の摩擦係数は、画像形成によって定常状態になったときの値をいう。これは、感光体5の摩擦係数は、画像形成装置200に配設される他の装置の影響を受けるために、画像形成直後の摩擦係数の値から変化する。しかし、A4版記録紙で1,000枚程度の画像形成により摩擦係数の値はほぼ一定の値となる。したがって、ここにいう摩擦係数とは、この定常状態における一定になったときの摩擦係数をいう。
ここで、上述した潤滑剤の潤滑剤塗布装置17について、図2に基づいて説明する。まず、この潤滑剤は、ステアリン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩を融解固化させて棒状に加工したもの、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂を棒状あるいはシート状に成型したものを用いることができる。これらの潤滑剤を保持部材に固定し、ブラシローラ17aのブラシ繊維17a2の先端部に当接させる。潤滑剤塗布量を調整する場合にはバネ材で感光体5への塗布量を調整することができる。これによって、潤滑剤の寿命も長くなる。
ブラシ状ローラ17aのブラシ繊維17a2は、スチレン樹脂、アクリル樹脂、エステル樹脂、フッ素樹脂、アミド樹脂、PET樹脂等から選択することができる。特に、摩耗に強く、強度が高いアミド樹脂や、永久歪が小さく毛倒れし難いPET樹脂が好ましい。このブラシは、導電性粉末を含有しても良い。
導電性粉末としては、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラック、黒鉛、または、銅、銀等の金属粉末を用いることができる。このとき、ブラシは、導電性又は半導電性にし、具体的には電気抵抗は102〜108Ω・cmの範囲にする。ブラシが絶縁性では、バイアスを印加することができない。また、感光体又はトナーとの摺擦・接触でブラシが電荷を帯びても減衰しないという不具合がある。ブラシは、アースに接地することが好ましい。電荷を帯びるのを防止するためである。また、直流と交流の電圧を重畳させたバイアスを印加してもよい。
ブラシ状ローラ17aのブラシ繊維17a2は、スチレン樹脂、アクリル樹脂、エステル樹脂、フッ素樹脂、アミド樹脂、PET樹脂等から選択することができる。特に、摩耗に強く、強度が高いアミド樹脂や、永久歪が小さく毛倒れし難いPET樹脂が好ましい。このブラシは、導電性粉末を含有しても良い。
導電性粉末としては、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラック、黒鉛、または、銅、銀等の金属粉末を用いることができる。このとき、ブラシは、導電性又は半導電性にし、具体的には電気抵抗は102〜108Ω・cmの範囲にする。ブラシが絶縁性では、バイアスを印加することができない。また、感光体又はトナーとの摺擦・接触でブラシが電荷を帯びても減衰しないという不具合がある。ブラシは、アースに接地することが好ましい。電荷を帯びるのを防止するためである。また、直流と交流の電圧を重畳させたバイアスを印加してもよい。
ブラシ繊維の太さは、3〜8デニールが好ましく、ブラシ繊維の密度は、2万〜20万本/inch2が好ましい。ブラシ繊維の太さが細すぎると、ブラシ状ローラ17aが感光体5の表面に当接したときに、毛倒れを起こし易くなり、逆に、ブラシ繊維17a2が太すぎると繊維の密度をたかくすることができなくなる。また、ブラシ繊維の密度が低いと感光体5の表面に当接するブラシ繊維の本数が少ないため、潤滑剤を均一に塗布することが難しく、逆にブラシ繊維の密度が高過ぎると繊維と繊維の隙間が小さくなり、掻き取った潤滑剤の粉体の付着量が減るために塗布量が不足してしまう。
潤滑剤成型体17bは、加圧スプリング17dでブラシ状ローラ17aに押圧されるが、圧力が大きくなるにしたがって、ブラシ繊維17a2が潤滑剤成型体17bから掻き取る潤滑剤が多くなり、感光体5に塗布される潤滑剤の量が多くなって感光体5の摩擦係数を低下させることができる。しかしながら、ブラシ状ローラ17aに対する潤滑剤成型体17bの押圧力が大きくなるとブラシ状ローラ17aを回転する駆動モータに対する負荷が大きくなり、ブラシ状ローラの駆動部品の短寿命化、モータのトルクアップによるモータコスト増や消費電力の増大、ブラシ状ローラの回転振動によるバンディングの発生という問題を招く。
潤滑剤成型体17bは、加圧スプリング17dでブラシ状ローラ17aに押圧されるが、圧力が大きくなるにしたがって、ブラシ繊維17a2が潤滑剤成型体17bから掻き取る潤滑剤が多くなり、感光体5に塗布される潤滑剤の量が多くなって感光体5の摩擦係数を低下させることができる。しかしながら、ブラシ状ローラ17aに対する潤滑剤成型体17bの押圧力が大きくなるとブラシ状ローラ17aを回転する駆動モータに対する負荷が大きくなり、ブラシ状ローラの駆動部品の短寿命化、モータのトルクアップによるモータコスト増や消費電力の増大、ブラシ状ローラの回転振動によるバンディングの発生という問題を招く。
本発明者らは、ブラシ状ローラ17aを回転する駆動モータに対する負荷を小さくしながらブラシ繊維17a2が潤滑剤成型体17bから掻き取る潤滑剤量を多くする方法について検討した。その結果、ブラシ繊維の断面形状によってブラシ状ローラ17aを回転する駆動モータに対する負荷が一定であってもブラシ繊維17a2が潤滑剤成型体17bから掻き取る潤滑剤量が異なることを究明した。
図4の(x)、(y)、(z)に示す通り、ブラシ状ローラ17aに用いられるブラシ繊維17a2は、その断面形状が円形状の基材170の外周に基材170の中心を基準として2個のU字状の凹溝171を対称的に形成したもの(x)、基材170の中心を基準として3個のU字状の凹溝171を120度の等間隔で形成したもの(y)、基材170の中心部を基準として4個のU字状の凹溝171を90度等の間隔で形成したもの(z)を使用したときに、他の形状のものに比べてブラシ状ローラ17aを回転する駆動モータに対する負荷が一定とした際、ブラシ繊維17a2が潤滑剤成型体17bから掻き取る潤滑剤量が多くなることを見出した。
図4の(x)、(y)、(z)に示す通り、ブラシ状ローラ17aに用いられるブラシ繊維17a2は、その断面形状が円形状の基材170の外周に基材170の中心を基準として2個のU字状の凹溝171を対称的に形成したもの(x)、基材170の中心を基準として3個のU字状の凹溝171を120度の等間隔で形成したもの(y)、基材170の中心部を基準として4個のU字状の凹溝171を90度等の間隔で形成したもの(z)を使用したときに、他の形状のものに比べてブラシ状ローラ17aを回転する駆動モータに対する負荷が一定とした際、ブラシ繊維17a2が潤滑剤成型体17bから掻き取る潤滑剤量が多くなることを見出した。
即ち、図4の(a)に示す断面形状が円形状の従来のブラシ繊維、図4の(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)に示すような複数の凸部173を有する異形の断面形状を有するブラシ繊維、図4の(i)、(j)、(k)、(l)、(m)、(n)、(o)に示す断面形状の外側に交点174を有する異形断面を有するブラシ繊維、及び図4の(p)、(q)、(r)、(s)、(t)、(u)、(v)、(w)に示す繊維断面の内側に中空部172を有して異形断面を有するブラシ繊維などを用いた場合よりも、図4(x)、(y)、(z)で示す断面形状が円形状の基材170の外周にU字状の凹溝を有する形状を有するブラシ繊維を使用すると、ブラシ状ローラ17aを回転する駆動モータに対する負荷が一定としたときに、ブラシ繊維17a2が潤滑剤成型体17bから掻き取る潤滑剤量が多くなる。
逆にいえば、図4(x)、(y)、(z)で示す断面形状が円形状の基材170の外周にU字状の凹溝を有する形状を有するブラシ繊維を使用するとブラシ状ローラ17aで感光体5の表面に塗布する潤滑剤量を一定にすれば、ブラシ状ローラ17aを回転する駆動モータに対する負荷を低減することが可能となる。上記実施形態においては、断面形状が円形状の基材170の外周にU字状の凹溝を2個以上有するものを示したが、少なくとも1個以上であれば有効である。
逆にいえば、図4(x)、(y)、(z)で示す断面形状が円形状の基材170の外周にU字状の凹溝を有する形状を有するブラシ繊維を使用するとブラシ状ローラ17aで感光体5の表面に塗布する潤滑剤量を一定にすれば、ブラシ状ローラ17aを回転する駆動モータに対する負荷を低減することが可能となる。上記実施形態においては、断面形状が円形状の基材170の外周にU字状の凹溝を2個以上有するものを示したが、少なくとも1個以上であれば有効である。
この理由は明らかでないが、図4(x)、(y)、(z)で示す断面形状が円形状の基材170の外周にU字状の凹溝を有する形状を有するブラシ繊維を使用すると、繊維断面のU字状凹溝171の角が潤滑剤成型体17b表面に当接した際に、潤滑剤成型体17bを摺擦する力が大きくなり、掻き取り能力(量)が上昇させるためと推察される。しかも、凹溝171がU字状に形成されているために、掻き取った潤滑剤を凹溝171に保持することができ、凹溝171の先端部が図4の(p)、(q)、(r)、(s)、(t)、(u)、(v)、(w)で示す中空の異形断面繊維よりも像担持体に塗布し易くなるためと推察される。
さらに、図4(x)、(y)、(z)で示す断面形状が円形状の基材170の外周にU字状の凹溝を有する形状を有するブラシ繊維は、外周形状が円形状であり、潤滑剤成型体17bや感光体5の表面と摺擦しても、外形形状を長期亘り維持し、良好な掻き取り、塗布能力を維持できるためと推察される。その結果、図4(x)、(y)、(z)で示す断面形状が円形状の基材170の外周にU字状の凹溝を有する形状を有するブラシ繊維を使用することによって、潤滑剤成型体17bをブラシ状ローラ17aに押圧する加圧スプリングの荷重は小さく設定することが可能となる。
従って、加圧スプリングの荷重を小さく設定すれば、潤滑剤成型体17bへのブラシ状ローラ17aの食い込み量を小さくすることができるので、ブラシ状ローラ17aの回転負荷を小さく抑え、駆動部品の長寿命化、モータのトルクを下げることにより省電力化を図り、駆動の安定化によりバンディングの発生に対する余裕度向上を図ることができる。
さらに、図4(x)、(y)、(z)で示す断面形状が円形状の基材170の外周にU字状の凹溝を有する形状を有するブラシ繊維は、外周形状が円形状であり、潤滑剤成型体17bや感光体5の表面と摺擦しても、外形形状を長期亘り維持し、良好な掻き取り、塗布能力を維持できるためと推察される。その結果、図4(x)、(y)、(z)で示す断面形状が円形状の基材170の外周にU字状の凹溝を有する形状を有するブラシ繊維を使用することによって、潤滑剤成型体17bをブラシ状ローラ17aに押圧する加圧スプリングの荷重は小さく設定することが可能となる。
従って、加圧スプリングの荷重を小さく設定すれば、潤滑剤成型体17bへのブラシ状ローラ17aの食い込み量を小さくすることができるので、ブラシ状ローラ17aの回転負荷を小さく抑え、駆動部品の長寿命化、モータのトルクを下げることにより省電力化を図り、駆動の安定化によりバンディングの発生に対する余裕度向上を図ることができる。
この場合に、ブラシ状ローラ17aは、感光体5と接触する部分では同方向に回転させる。この方向に回転させることでブラシ状ローラ17aに付着している潤滑剤を、感光体5に衝撃を与えることなく供給することができる。この、ブラシ状ローラ17aで感光体5に供給する際に潤滑剤の膜を形成する必要はなく、感光体5上に供給された潤滑剤はクリーニングブレード15aの押圧力で潤滑剤の膜を形成する。したがって、ここでは、衝撃を与えることなく供給するために同方向で回転させることが好ましい。
さらに、ブラシ状ローラ17aと感光体5との周速比(感光体周速/ブラシ状ローラの周速)は、0.8〜1.2の範囲にあることが好ましい。周速比が0.8未満では潤滑剤の供給量が少なくなり、1.2を越えると衝撃で感光体5に傷をつけることがあり、感光体5の寿命を短くすることがある。さらに、小さな衝撃でブラシから感光体5に潤滑剤を供給するために、1.0〜1.1の範囲にあることが、さらに、好ましい。
トナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤によって構成され、摩擦を低減する潤滑剤がトナー表面に外添されるが、その他に、トナーの帯電性を制御する荷電制御剤、定着装置に対する離型性を向上させる離型剤等を含有し、流動性を付与する外添剤を有してもよい。
さらに、ブラシ状ローラ17aと感光体5との周速比(感光体周速/ブラシ状ローラの周速)は、0.8〜1.2の範囲にあることが好ましい。周速比が0.8未満では潤滑剤の供給量が少なくなり、1.2を越えると衝撃で感光体5に傷をつけることがあり、感光体5の寿命を短くすることがある。さらに、小さな衝撃でブラシから感光体5に潤滑剤を供給するために、1.0〜1.1の範囲にあることが、さらに、好ましい。
トナーは、少なくとも結着樹脂、着色剤によって構成され、摩擦を低減する潤滑剤がトナー表面に外添されるが、その他に、トナーの帯電性を制御する荷電制御剤、定着装置に対する離型性を向上させる離型剤等を含有し、流動性を付与する外添剤を有してもよい。
結着樹脂としては、エステル樹脂、ビニル系樹脂、アミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等からなり、特にビニル系樹脂が好ましく、具体的にはポリスチレン、ポリP−クロルスチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の単独重合体、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−メタアクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸ブチル共重合体、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−ブタジエン共重合体、スチレン−メタアクリル酸メチル−アクリル酸ブチル共重合体等を用いることができる。
着色剤としては、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、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、ポグメントスカーレット3B、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、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、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、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1〜15%、好ましくは3〜10%である。
荷電制御剤としては、例えば、サリチル酸化合物、ニグロシン系染料、4級アンモニウム塩化合物、アルキルピリジニウム化合物等を用いることができる。含有量はトナーに対して通常0.1〜5%、好ましくは1〜3%である。
離型剤としては、例えば、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、低分子量ポリエチレン−ポリプロピレン共重合体等のポリオレフィンワックス、脂肪酸低級アルコールエステル、脂肪酸高級アルコールエステル、脂肪酸多価アルコールエステル等のエステル系ワックス、アミド系ワックス等を用いることができる。含有量はトナーに対して通常0.5〜10%、好ましくは1〜5%である。
また、トナーの形状は、円形度が0.92以上あることが好ましい。円形度SR=(粒子投影面積と同じ面積の円の周囲長/粒子投影像の周囲長)×100%で定義され、トナーが真球に近いほど100%に近い値となる。従来の画像形成装置において、このようなトナーを使用するとクリーニングブレード15a等のクリーニング部材の当接で十分掻き取れない場合が発生する。これはトナーが感光体5上で転がりやすくなることに起因する。この場合、対策としてはクリーニングブレード15aでより強い力で感光体5に当接させる事が考えられるが、感光体5の回転もしくは移動精度に影響を与え、バンディングの原因となる。
離型剤としては、例えば、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、低分子量ポリエチレン−ポリプロピレン共重合体等のポリオレフィンワックス、脂肪酸低級アルコールエステル、脂肪酸高級アルコールエステル、脂肪酸多価アルコールエステル等のエステル系ワックス、アミド系ワックス等を用いることができる。含有量はトナーに対して通常0.5〜10%、好ましくは1〜5%である。
また、トナーの形状は、円形度が0.92以上あることが好ましい。円形度SR=(粒子投影面積と同じ面積の円の周囲長/粒子投影像の周囲長)×100%で定義され、トナーが真球に近いほど100%に近い値となる。従来の画像形成装置において、このようなトナーを使用するとクリーニングブレード15a等のクリーニング部材の当接で十分掻き取れない場合が発生する。これはトナーが感光体5上で転がりやすくなることに起因する。この場合、対策としてはクリーニングブレード15aでより強い力で感光体5に当接させる事が考えられるが、感光体5の回転もしくは移動精度に影響を与え、バンディングの原因となる。
これに対し、潤滑剤塗布装置17とトナーとの双方から感光体5表面に潤滑剤を塗布し、感光体5表面の摩擦係数を低減させることで、転写時における転写率を高めて残留するトナー低減してクリーニングブレード15aによるクリーニングの負担を減らし、かつ、クリーニングブレード15aを強い力で当接してもバンディングせずにクリーニングすることが可能となる。
この円形度は、乾式粉砕で製造されるトナーでは、熱的又は機械的に球形化処理する。熱的には、例えば、アトマイザーなどに熱気流とともにトナー母体粒子を噴霧することで球形化処理を行うことができる。また、機械的にはボールミル等の混合機に比重の軽いガラス等の混合媒体とともに投入して攪拌することで、球形化処理することができる。ただし、熱的球形化処理では凝集し粒径の大きいトナー母体粒子又は機械的球形化処理では微粉が発生するために再度の分級工程が必要になる。また、水系溶媒中で製造されるトナーでは、溶媒を除去する工程で強い攪拌を与えることで、形状を制御することができる。
さらに、トナーには、流動性付与剤を添加してもよい。流動性付与剤としては、シリカ、チタニア、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、フェライト、マグネタイト等の金属酸化物の微粒子及びそれら微粒子をシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、ジルコアルミネートで処理した金属酸化物微粒子である。カップリング剤で疎水化処理されたシリカ、チタニアが好ましい。シリカの1次粒子径が小さいことで、流動性を付与する効果が大きい。また、チタニアはトナー帯電量を制御することができる。これらを組み合わせて添加することがさらに好ましい。
この円形度は、乾式粉砕で製造されるトナーでは、熱的又は機械的に球形化処理する。熱的には、例えば、アトマイザーなどに熱気流とともにトナー母体粒子を噴霧することで球形化処理を行うことができる。また、機械的にはボールミル等の混合機に比重の軽いガラス等の混合媒体とともに投入して攪拌することで、球形化処理することができる。ただし、熱的球形化処理では凝集し粒径の大きいトナー母体粒子又は機械的球形化処理では微粉が発生するために再度の分級工程が必要になる。また、水系溶媒中で製造されるトナーでは、溶媒を除去する工程で強い攪拌を与えることで、形状を制御することができる。
さらに、トナーには、流動性付与剤を添加してもよい。流動性付与剤としては、シリカ、チタニア、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、フェライト、マグネタイト等の金属酸化物の微粒子及びそれら微粒子をシランカップリング剤、チタネートカップリング剤、ジルコアルミネートで処理した金属酸化物微粒子である。カップリング剤で疎水化処理されたシリカ、チタニアが好ましい。シリカの1次粒子径が小さいことで、流動性を付与する効果が大きい。また、チタニアはトナー帯電量を制御することができる。これらを組み合わせて添加することがさらに好ましい。
また、トナーに外添される潤滑剤の添加量は、0.1〜2.0%の範囲にあることが好ましい。潤滑剤の添加量が0.1%未満では感光体5に供給される量が少なく感光体5の摩擦係数を低下させるのが困難であり、2.0%を越えると感光体5から帯電ローラ14a等に付着して異常画像の原因となることがある。
また、トナーの体積平均粒径Dvは、小さい方が細線再現性を向上させることができるために、大きくとも8μm以下のトナーを用いる。しかし、粒径が小さくなると現像性、クリーニング性が低下するために、小さくとも3μm以上が好ましい。さらに、3μm未満では、キャリア又は現像ローラの表面に現像されにくい微小粒径のトナーが多くなるために、その他のトナーにおけるキャリアまたは現像ローラとの接触・摩擦が不十分となり逆帯電性トナーが多くなり地かぶり等の異常画像を形成するため好ましくない。
また、体積平均粒径Dvと数平均粒径Dnとの比(Dv/Dn)で表される粒径分布は、1.05〜1.40の範囲であることが好ましい。粒径分布をシャープにすることで、トナー帯電量分布が均一にすることができる。Dv/Dnが1.40を越えると、トナーの帯電量分布も広く、逆帯電トナーT1が多くなるために高品位な画像を得るのが困難になる。Dv/Dnが1.05未満では、製造が困難であり、実用的ではない。トナーの粒径は、コールターカウンターマルチサイザー(コールター社製)を用いて、測定するトナーの粒径に対応させて測定用穴の大きさが50μmのアパーチャーを選択して用い、50,000個の粒子の粒径の平均を測定することで得られる。
また、トナーの体積平均粒径Dvは、小さい方が細線再現性を向上させることができるために、大きくとも8μm以下のトナーを用いる。しかし、粒径が小さくなると現像性、クリーニング性が低下するために、小さくとも3μm以上が好ましい。さらに、3μm未満では、キャリア又は現像ローラの表面に現像されにくい微小粒径のトナーが多くなるために、その他のトナーにおけるキャリアまたは現像ローラとの接触・摩擦が不十分となり逆帯電性トナーが多くなり地かぶり等の異常画像を形成するため好ましくない。
また、体積平均粒径Dvと数平均粒径Dnとの比(Dv/Dn)で表される粒径分布は、1.05〜1.40の範囲であることが好ましい。粒径分布をシャープにすることで、トナー帯電量分布が均一にすることができる。Dv/Dnが1.40を越えると、トナーの帯電量分布も広く、逆帯電トナーT1が多くなるために高品位な画像を得るのが困難になる。Dv/Dnが1.05未満では、製造が困難であり、実用的ではない。トナーの粒径は、コールターカウンターマルチサイザー(コールター社製)を用いて、測定するトナーの粒径に対応させて測定用穴の大きさが50μmのアパーチャーを選択して用い、50,000個の粒子の粒径の平均を測定することで得られる。
また、トナーは、円形度のうち形状係数SF−1が100以上180以下の範囲にあり、形状係数SF−2が100以上180以下の範囲にあることが好ましい。図5は、トナーの形状を模式的に表した図であり、図5(a)は形状係数SF−1、図5(b)は形状係数SF−2を説明するための図である。
形状係数SF−1は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式(1)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる形状の最大長MXLNGの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
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、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、100π/4を乗じた値である。
SF−2={(PERI)2/AREA}×(100π/4)・・・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。形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡(S−800:日立製作所製)でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置(LUSEX3:ニレコ社製)に導入して解析して計算した。
トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナー又は感光体5との接触が点接触になるために、トナー同士の吸着力が弱くなり、その結果流動性が高くなり、また、トナーと感光体5との吸着力が弱くなって、転写率が高くなり、また、逆帯電トナーT1を一時保持装置40で回収しやすくなる。トナーの形状係数SF−1とSF−2は100以上がよい。また、SF−1とSF−2が大きくなると逆帯電トナーT1が多くなり、また、トナーの帯電量分布が広くなり、一時保持装置40に対する負荷が大きくなる。このために、SF−1は180を越えない方が好ましく、SF−2は180を越えない方が好ましい。
形状係数SF−1は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式(1)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる形状の最大長MXLNGの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
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、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、100π/4を乗じた値である。
SF−2={(PERI)2/AREA}×(100π/4)・・・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。形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡(S−800:日立製作所製)でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置(LUSEX3:ニレコ社製)に導入して解析して計算した。
トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナー又は感光体5との接触が点接触になるために、トナー同士の吸着力が弱くなり、その結果流動性が高くなり、また、トナーと感光体5との吸着力が弱くなって、転写率が高くなり、また、逆帯電トナーT1を一時保持装置40で回収しやすくなる。トナーの形状係数SF−1とSF−2は100以上がよい。また、SF−1とSF−2が大きくなると逆帯電トナーT1が多くなり、また、トナーの帯電量分布が広くなり、一時保持装置40に対する負荷が大きくなる。このために、SF−1は180を越えない方が好ましく、SF−2は180を越えない方が好ましい。
さらに、この画像形成装置に用いるトナーは、略球形であってもよい。図6は、トナーの外形形状を示す概略図である。
図6(a)では、X軸がトナーの最も長い軸の長軸r1を、Y軸が次に長い軸の短軸r2を、Z軸に最も短い軸の厚さr3を表し、長軸r1≧短軸r2≧厚さr3の関係を有している。このトナーは、長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0(図6(b))参照)で、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0(図6(c))参照)で表される略球形の形状を有している。長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5未満では、不定形状に近づくために帯電量分布が広くなる。厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7未満では、不定形状に近づくために帯電量分布が広くなる。特に、厚さと短軸との比(r3/r2)が1.0では、略球形の形状になるために、帯電量分布が狭くなる。なお、これまでのトナーの大きさは、走査型電子顕微鏡(SEM)で、視野の角度を変え、その場観察しながら測定した。
トナーの形状は、製造方法により制御することができる。例えば、乾式粉砕法によるトナーは、トナー表面も凸凹で、トナー形状が一定しない不定形になっている。この乾式粉砕法トナーであっても、機械的又は熱的処理を加えることで真球に近いトナーにすることができる。懸濁重合法、乳化重合法により液滴を形成してトナーを製造する方法によるトナーは、表面が滑らかで、真球形に近い形状になることが多い。また、溶媒中の反応途中で攪拌して剪断力を加えることで楕円にすることができる。
図6(a)では、X軸がトナーの最も長い軸の長軸r1を、Y軸が次に長い軸の短軸r2を、Z軸に最も短い軸の厚さr3を表し、長軸r1≧短軸r2≧厚さr3の関係を有している。このトナーは、長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0(図6(b))参照)で、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0(図6(c))参照)で表される略球形の形状を有している。長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5未満では、不定形状に近づくために帯電量分布が広くなる。厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7未満では、不定形状に近づくために帯電量分布が広くなる。特に、厚さと短軸との比(r3/r2)が1.0では、略球形の形状になるために、帯電量分布が狭くなる。なお、これまでのトナーの大きさは、走査型電子顕微鏡(SEM)で、視野の角度を変え、その場観察しながら測定した。
トナーの形状は、製造方法により制御することができる。例えば、乾式粉砕法によるトナーは、トナー表面も凸凹で、トナー形状が一定しない不定形になっている。この乾式粉砕法トナーであっても、機械的又は熱的処理を加えることで真球に近いトナーにすることができる。懸濁重合法、乳化重合法により液滴を形成してトナーを製造する方法によるトナーは、表面が滑らかで、真球形に近い形状になることが多い。また、溶媒中の反応途中で攪拌して剪断力を加えることで楕円にすることができる。
また、このような略球形の形状のトナーとしては、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、離型剤を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂微粒子の存在下で架橋及び/又は伸長反応させるトナーが好ましい。以下に、トナーの構成材料及び好適な製造方法について説明する。
(ポリエステル)
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)および3価以上の多価アルコール(TO)が挙げられ、(DIO)単独、または(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およ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、およびこれと炭素数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価また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。
(ポリエステル)
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)および3価以上の多価アルコール(TO)が挙げられ、(DIO)単独、または(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およ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、およびこれと炭素数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価また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。
多価カルボン酸(PC)としては、2価カルボン酸(DIC)および3価以上の多価カルボン酸(TC)が挙げられ、(DIC)単独、および(DIC)と少量の(TC)との混合物が好ましい。2価カルボン酸(DIC)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸など);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸など);芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸など)などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。3価以上の多価カルボン酸(TC)としては、炭素数9〜20の芳香族多価カルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)などが挙げられる。なお、多価カルボン酸(PC)としては、上述のものの酸無水物または低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いて多価アルコール(PO)と反応させてもよい。
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、通常2/1〜1/1、好ましくは1.5/1〜1/1、さらに好ましくは1.3/1〜1.02/1である。
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、さらには記録紙への定着時、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1万〜40万、好ましくは2万〜20万である。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、40万を超えると低温定着性が悪化するため好ましくない。
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、さらには記録紙への定着時、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1万〜40万、好ましくは2万〜20万である。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、40万を超えると低温定着性が悪化するため好ましくない。
ポリエステルには、上記の重縮合反応で得られる未変性ポリエステルの他に、ウレア変性のポリエステルが好ましく含有される。ウレア変性のポリエステルは、上記の重縮合反応で得られるポリエステルの末端のカルボキシル基や水酸基等と多価イソシアネート化合物(PIC)とを反応させ、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)を得、これとアミン類との反応により分子鎖が架橋及び/又は伸長されて得られるものである。
多価イソシアネート化合物(PIC)としては、脂肪族多価イソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエートなど);脂環式ポリイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネートなど);芳香族ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなど);芳香脂肪族ジイソシアネート(α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなど);イソシアネート類;前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの;およびこれら2種以上の併用が挙げられる。
多価イソシアネート化合物(PIC)としては、脂肪族多価イソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエートなど);脂環式ポリイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネートなど);芳香族ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなど);芳香脂肪族ジイソシアネート(α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなど);イソシアネート類;前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの;およびこれら2種以上の併用が挙げられる。
多価イソシアネート化合物(PIC)の比率は、イソシアネート基[NCO]と、水酸基を有するポリエステルの水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、通常5/1〜1/1、好ましくは4/1〜1.2/1、さらに好ましくは2.5/1〜1.5/1である。[NCO]/[OH]が5を超えると低温定着性が悪化する。[NCO]のモル比が1未満では、ウレア変性ポリエステルを用いる場合、そのエステル中のウレア含量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
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。
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。
次に、ポリエステルプレポリマー(A)と反応させるアミン類(B)としては、2価アミン化合物(B1)、3価以上の多価アミン化合物(B2)、アミノアルコール(B3)、アミノメルカプタン(B4)、アミノ酸(B5)、およびB1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)などが挙げられる。
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);および脂肪族ジアミン(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およびB1と少量のB2の混合物である。
アミン類(B)の比率は、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)中のイソシアネート基[NCO]と、アミン類(B)中のアミノ基[NHx]の当量比[NCO]/[NHx]として、通常1/2〜2/1、好ましくは1.5/1〜1/1.5、さらに好ましくは1.2/1〜1/1.2である。[NCO]/[NHx]が2を超えたり1/2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);および脂肪族ジアミン(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およびB1と少量のB2の混合物である。
アミン類(B)の比率は、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)中のイソシアネート基[NCO]と、アミン類(B)中のアミノ基[NHx]の当量比[NCO]/[NHx]として、通常1/2〜2/1、好ましくは1.5/1〜1/1.5、さらに好ましくは1.2/1〜1/1.2である。[NCO]/[NHx]が2を超えたり1/2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。
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。
ウレア変性ポリエステルは、ワンショット法、などにより製造される。多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)を、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。次いで40〜140℃にて、これに多価イソシアネート(PIC)を反応させ、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)を得る。さらにこの(A)にアミン類(B)を0〜140℃にて反応させ、ウレア変性ポリエステルを得る。
(PIC)を反応させる際、及び(A)と(B)を反応させる際には、必要により溶剤を用いることもできる。使用可能な溶剤としては、芳香族溶剤(トルエン、キシレンなど);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);エステル類(酢酸エチルなど);アミド類(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなど)およびエーテル類(テトラヒドロフランなど)などのイソシアネート(PIC)に対して不活性なものが挙げられる。
ウレア変性ポリエステルは、ワンショット法、などにより製造される。多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)を、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。次いで40〜140℃にて、これに多価イソシアネート(PIC)を反応させ、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)を得る。さらにこの(A)にアミン類(B)を0〜140℃にて反応させ、ウレア変性ポリエステルを得る。
(PIC)を反応させる際、及び(A)と(B)を反応させる際には、必要により溶剤を用いることもできる。使用可能な溶剤としては、芳香族溶剤(トルエン、キシレンなど);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);エステル類(酢酸エチルなど);アミド類(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなど)およびエーテル類(テトラヒドロフランなど)などのイソシアネート(PIC)に対して不活性なものが挙げられる。
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)、およ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。
ウレア変性ポリエステルの重量平均分子量は、通常1万以上、好ましくは2万〜1000万、さらに好ましくは3万〜100万である。1万未満では耐ホットオフセット性が悪化する。ウレア変性ポリエステル等の数平均分子量は、先の未変性ポリエステルを用いる場合は特に限定されるものではなく、前記重量平均分子量とするのに得やすい数平均分子量でよい。ウレア変性ポリエステルを単独で使用する場合は、その数平均分子量は、通常2000〜15000、好ましくは2000〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。20000を超えると低温定着性およびフルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとを併用することで、低温定着性およびフルカラー画像形成装置100に用いた場合の光沢性が向上するので、ウレア変性ポリエステルを単独で使用するよりも好ましい。尚、未変性ポリエステルはウレア結合以外の化学結合で変性されたポリエステルを含んでも良い。
ウレア変性ポリエステルの重量平均分子量は、通常1万以上、好ましくは2万〜1000万、さらに好ましくは3万〜100万である。1万未満では耐ホットオフセット性が悪化する。ウレア変性ポリエステル等の数平均分子量は、先の未変性ポリエステルを用いる場合は特に限定されるものではなく、前記重量平均分子量とするのに得やすい数平均分子量でよい。ウレア変性ポリエステルを単独で使用する場合は、その数平均分子量は、通常2000〜15000、好ましくは2000〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。20000を超えると低温定着性およびフルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとを併用することで、低温定着性およびフルカラー画像形成装置100に用いた場合の光沢性が向上するので、ウレア変性ポリエステルを単独で使用するよりも好ましい。尚、未変性ポリエステルはウレア結合以外の化学結合で変性されたポリエステルを含んでも良い。
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。未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとを含むバインダー樹脂のガラス転移点(Tg)は、通常45〜65℃、好ましくは45〜60℃である。45℃未満ではトナーの耐熱性が悪化し、65℃を超えると低温定着性が不十分となる。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。なお、ここで、着色剤、帯電制御剤、離型剤、外添剤等は、既述の物質を用いることができる。
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。未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとを含むバインダー樹脂のガラス転移点(Tg)は、通常45〜65℃、好ましくは45〜60℃である。45℃未満ではトナーの耐熱性が悪化し、65℃を超えると低温定着性が不十分となる。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。なお、ここで、着色剤、帯電制御剤、離型剤、外添剤等は、既述の物質を用いることができる。
次に、トナーの製造方法について説明する。ここでは、好ましい製造方法について示すが、これに限られるものではない。
(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および塩化メチレン、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。
(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および塩化メチレン、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。
2)トナー材料液を界面活性剤、樹脂微粒子の存在下、水系媒体中で乳化させる。
水系媒体は、水単独でも良いし、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50〜2000重量部、好ましくは100〜1000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。20000重量部を超えると経済的でない。また、水系媒体中の分散を良好にするために、界面活性剤、樹脂微粒子等の分散剤を適宜加える。
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、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べタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
水系媒体は、水単独でも良いし、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50〜2000重量部、好ましくは100〜1000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。20000重量部を超えると経済的でない。また、水系媒体中の分散を良好にするために、界面活性剤、樹脂微粒子等の分散剤を適宜加える。
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、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べタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
また、フルオロアルキル基を有する界面活性剤を用いることにより、非常に少量でその効果をあげることができる。好ましく用いられるフルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤としては、炭素数2〜10のフルオロアルキルカルボン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[ω−フルオロアルキル(C6〜C11)オキシ]−1−アルキル(C3〜C4)スルホン酸ナトリウム、3−[ω−フルオロアルカノイル(C6〜C8)−N−エチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜C20)カルボン酸及び金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜C13)及びその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜C12)スルホン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、N−プロピル−N−(2−ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜C10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜C16)エチルリン酸エステルなどが挙げられる。
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。
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、カチオン性界面活性剤としては、フルオロアルキル基を有する脂肪族1級、2級もしくは2級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩などの脂肪族4級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩、商品名としてはサーフロンS−121(旭硝子社製)、フロラードFC−135(住友3M社製)、ユニダインDS−202(ダイキンエ業杜製)、メガファックF−150、F−824(大日本インキ社製)、エクトップEF−132(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−300(ネオス社製)などが挙げられる。
樹脂微粒子は、水系媒体中で形成されるトナー母体粒子を安定化させるために加えられる。このために、トナー母体粒子の表面上に存在する被覆率が10〜90%の範囲になるように加えられることが好ましい。例えば、ポリメタクリル酸メチル微粒子1μm、及び3μm、ポリスチレン微粒子0.5μm及び2μm、ポリ(スチレン―アクリロニトリル)微粒子1μm、商品名では、PB−200H(花王社製)、SGP(総研社製)、テクノポリマーSB(積水化成品工業社製)、SGP−3G(総研社製)、ミクロパール(積水ファインケミカル社製)等がある。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。
樹脂微粒子は、水系媒体中で形成されるトナー母体粒子を安定化させるために加えられる。このために、トナー母体粒子の表面上に存在する被覆率が10〜90%の範囲になるように加えられることが好ましい。例えば、ポリメタクリル酸メチル微粒子1μm、及び3μm、ポリスチレン微粒子0.5μm及び2μm、ポリ(スチレン―アクリロニトリル)微粒子1μm、商品名では、PB−200H(花王社製)、SGP(総研社製)、テクノポリマーSB(積水化成品工業社製)、SGP−3G(総研社製)、ミクロパール(積水ファインケミカル社製)等がある。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。
上記の樹脂微粒子、無機化合物分散剤と併用して使用可能な分散剤として、高分子系保護コロイドにより分散液滴を安定化させても良い。例えばアクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマール酸、マレイン酸または無水マレイン酸などの酸類、あるいは水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体、例えばアクリル酸−β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸−β−ヒドロキシエチル、アクリル酸−β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−3−クロロ2−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドなど、ビニルアルコールまたはビニルアルコールとのエーテル類、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテルなど、またはビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニルなど、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドあるいはこれらのメチロール化合物、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどの酸クロライド類、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミンなどの含窒素化合物、またはその複素環を有するものなどのホモポリマーまたは共重合体、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレン、ラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステルなどのポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類などが使用できる。
分散の方法としては特に限定されるものではないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波などの公知の設備が適用できる。この中でも、分散体の粒径を2〜20μmにするために高速せん断式が好ましい。高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は特に限定はないが、通常1000〜30000rpm、好ましくは5000〜20000rpmである。分散時間は特に限定はないが、バッチ方式の場合は、通常0.1〜5分である。分散時の温度としては、通常、0〜150℃(加圧下)、好ましくは40〜98℃である。
3)乳化液の作製と同時に、アミン類(B)を添加し、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)との反応を行わせる。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。
4)反応終了後、乳化分散体(反応物)から有機溶媒を除去し、洗浄、乾燥してトナー母体粒子を得る。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物を用いた場合は、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。
5)上記で得られたトナー母体粒子に、帯電制御剤を打ち込み、ついで、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子等の無機微粒子を外添させ、トナーを得る。外添剤、潤滑剤を添加して現像剤を調製する際には、これらを同時に又は別々に添加して混合してもよい。外添剤等の混合は一般の粉体の混合機が用いられるがジャケット等装備して、内部の温度を調節できることが好ましい。使用できる混合設備の例としては、V型混合機、ロッキングミキサー、レーディゲミキサー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサーなどが挙げられる。混合条件である回転数、転動速度、時間、温度などを変化させて、外添剤の埋め込み、潤滑剤のトナー表面の薄膜形成を防止することが好ましい。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、真球状から紡錘形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。
本発明のトナーは、磁性キャリアと混合して二成分現像剤として用いることができる。この場合、現像剤中のキャリアとトナーとのトナー濃度は、キャリア100重量部に対してトナー1〜10重量部が好ましい。また、本発明のトナーはキャリアを使用しない一成分系の磁性トナー或いは、非磁性トナーとしても用いることができる。
さらに、潜像を形成する感光体5と、感光体5に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布装置17とが、一体に支持されて、画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジであって、前記潤滑剤塗布装置17はブラシ状ローラ17aを備え、このブラシ状ローラ17aが棒状の潤滑剤を摺擦して掻き取った後、感光体5に塗布し、かつこの画像形成装置に用いられるトナーは、潤滑剤を含有し、感光体5に潤滑剤を供給するプロセスカートリッジである。この場合に、潜像を形成する感光体5と、感光体5に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布装置17とともに、帯電装置14、現像装置、クリーニング装置の中から選択される1以上の装置とを一体構成としたプロセスカートリッジとすることができる。
潜像を形成する感光体5と、感光体5に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布装置17とが、一体に支持されて、画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジとすることによって、プロセスカートリッジ内に収容された感光体5の寿命を延ばすことができ、メンテナンスが必要になったりしたときには、そのプロセスカートリッジを交換すればよく、利便性が向上する。
さらに、潜像を形成する感光体5と、感光体5に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布装置17とが、一体に支持されて、画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジであって、前記潤滑剤塗布装置17はブラシ状ローラ17aを備え、このブラシ状ローラ17aが棒状の潤滑剤を摺擦して掻き取った後、感光体5に塗布し、かつこの画像形成装置に用いられるトナーは、潤滑剤を含有し、感光体5に潤滑剤を供給するプロセスカートリッジである。この場合に、潜像を形成する感光体5と、感光体5に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布装置17とともに、帯電装置14、現像装置、クリーニング装置の中から選択される1以上の装置とを一体構成としたプロセスカートリッジとすることができる。
潜像を形成する感光体5と、感光体5に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布装置17とが、一体に支持されて、画像形成装置本体に対して着脱可能なプロセスカートリッジとすることによって、プロセスカートリッジ内に収容された感光体5の寿命を延ばすことができ、メンテナンスが必要になったりしたときには、そのプロセスカートリッジを交換すればよく、利便性が向上する。
1 装置本体、2、2A、2B、2C、2D 感光体、3a 転写ベルト、5 感光体、6 書込みユニット、9 定着装置、10A、10B、10C、10D 現像装置、14a 帯電ローラ、15 クリーニング手段、15a クリーニングブレード、17 塗布手段、17a ブラシ状ローラ、17a1 回転軸、17a2 ブラシ繊維、170 基材、171 凹溝、172 中空部、173 凸部、174 交点、17b 潤滑剤成型体、17c ブラシ状ローラスクレーパ、17d 加圧スプリング
Claims (11)
- 潜像担持体上に潤滑剤を塗布する塗布手段を有した潤滑剤塗布装置において、
前記塗布手段は、潤滑剤成型体と、回転時に該潤滑剤成型体から潤滑剤を掻き取って前記潜像担持体に塗布するブラシ状ローラと、を備え、
前記ブラシ状ローラは、回転軸と、該回転軸上に植立されたブラシ繊維を有しており、当該ブラシ繊維の断面形状が、円形状の基材の外周にU字状凹溝を有する形状であることを特徴とする潤滑剤塗布装置。 - 請求項1に記載の潤滑剤塗布装置において、
前記潜像担持体は、摩擦係数が0.4以下であることを特徴とする潤滑剤塗布装置。 - 請求項1又は2に記載の潤滑剤塗布装置において、
前記潤滑剤は、脂肪酸金属塩であることを特徴とする潤滑剤塗布装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の潤滑剤塗布装置において、
前記ブラシ状ローラの周速と潜像担持体との周速の比が、0.8〜1.2の範囲にあることを特徴とする潤滑剤塗布装置。 - 潜像が形成される潜像担持体と、当該潜像担持体上に残留するトナーをクリーニングするクリーニング装置と、該クリーニング装置の潜像担持体の回転方向上流側に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布装置とを備えた画像形成装置において、
前記潤滑剤塗布装置は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の潤滑剤塗布装置であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項5に記載の画像形成装置において、
前記トナーは、円形度が0.92以上であることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項5又は6に記載の画像形成装置において、
前記トナーは、形状係数SF−1で100〜180の範囲にあり、且つ形状係数SF−2で100〜180の範囲にあることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項5乃至7のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
前記トナーは、体積平均粒径(Dv)が3〜8μmの範囲にあり、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)で定義される分散度が1.05〜1.40の範囲にあることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項5乃至8のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
前記トナーは、長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0の範囲で、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲であって、長軸r1≧短軸r2≧厚さr3の関係を満足することを特徴とする画像形成装置。 - 請求項5乃至9のいずれか1項に記載の画像形成装置において、
前記トナーは、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、離型剤を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂微粒子の存在下で架橋及び/又は伸長反応させるトナーであることを特徴とする画像形成装置。 - 潜像を形成する潜像担持体と、
前記潜像担持体上に残留するトナーをクリーニングブレードでクリーニングするクリーニング装置と、
当該クリーニング装置の潜像担持体の回転方向上流側で潤滑剤成形体と摺擦して潤滑剤を掻き取った後、当該潤滑剤を前記潜像担持体に塗布して供給するブラシ状ローラとが少なくとも一体に支持されて、画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、
前記画像形成装置が請求項5乃至10のいずれか1項に記載された画像形成装置であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008315984A JP2010139763A (ja) | 2008-12-11 | 2008-12-11 | 潤滑剤塗布装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008315984A JP2010139763A (ja) | 2008-12-11 | 2008-12-11 | 潤滑剤塗布装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジ |
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-
2008
- 2008-12-11 JP JP2008315984A patent/JP2010139763A/ja active Pending
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JP2013073987A (ja) * | 2011-09-27 | 2013-04-22 | Yazaki Corp | シールド構造及びワイヤハーネス |
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