JP2014186067A - 現像ユニット、トナー、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

現像ユニット、トナー、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 Download PDF

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隆幸 中村
Takuya Kadota
拓也 門田
Kazuoki Fuwa
一興 不破
Yoshihiro Mikuriya
義博 御厨
Yasuyoshi Ogata
康悦 緒方
Masahiro Seki
匡宏 関
Satoru Ogawa
哲 小川
Tomohiro Fukao
朋寛 深尾
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Abstract

【課題】現像ユニットにおける端部シールでのトナー漏れを抑制すること。
【解決手段】粉体シール機構を有する現像ユニットであって、前記粉体シール機構は、前記回転体の軸線方向端部表面と摺接するシール部材を有し、当該シール部材は、前記回転体の少なくとも回転方向上流側又は下流側の一方で、その周方向の端部外側面が前記開口部に形成された座面に固定されると共に、当該周方向の端部内側面が第1の圧力で前記回転体の表面に接触し、かつ、前記シール部材の上流側と下流側の間の中間部分が、前記第1の圧力よりも低い第2の圧力で前記回転体の表面に接触しており、前記トナーを収容するトナー収容部に収容されたトナーは、ゆるみ見かけ密度が0.310〜0.410g/mlであり、体積平均粒径が5.00〜10.00μmであることを特徴とする現像ユニット。
【選択図】なし

Description

本発明は、複写機、プリンター、FAXなどの画像形成用に用いられる現像器や感光体ユニットなどを備えるプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。
電子写真装置の現像部の回転軸と軸受との間には、滑らかな回転を維持するために通常5〜数10μmのクリアランスを設けることが多い。ところが、このクリアランスはトナーの粒径とほぼ同一であるため軸受部にトナーが侵入し、摺動による摩擦熱により溶融凝固し、回転軸がスムーズに回転しなくなることがある。また、クリアランスからトナーが漏れて周囲を汚染したり、作動上のトラブルを起こしたりすることがある。
また、近年では画像の高画質化、画像形成装置の小型化、高速化、及び省エネ化の要求に伴って、下記(1)〜(3)に記載した回転体(以下現像ローラと表現する)での問題が生じている。
(1)高画質化のための重合トナーや小粒径トナーの使用により、トナーシール性が低下し、シール部材の現像ローラへの押圧力が上昇し、現像ローラ端部の摩擦熱(発熱)が大きくなった。
(2)小型化・高速化により、現像ローラの回転数が高くなり現像ローラ端部の発熱がさらに大きくなった。
(3)省エネ化のための低融点トナーの使用により、現像ローラ端部(発熱部)でのトナー溶融・固着が発生しやすくなった。
トナーシール性が低下して漏れ出したトナーは、現像ローラ端部で溶融し、シール部材や現像ローラ、規制ブレードに固着する。固着したトナーにより、現像ローラ、シール部材、現像ブレード間に隙間が発生し、その部分から大量のトナーが漏れ、画像不良や機内汚染などが問題となっていた。現像ローラ端部が高温下で長時間使用されることで、表層剥がれなどのローラ破壊も発生していた。
そこで、従来技術として、回転駆動する現像ローラ端部からのトナー漏れを防止するために、現像ローラ端部にシール部材を設けて、シール部材を現像ローラに一定圧力で押し付けることで、トナー漏れを防止する方法が既に知られている。
しかしながら、従来の構成では、トナー漏れ(シール性)に関しては圧力をパラメータにして、トナーシール性が悪くなると現像ローラへの押圧力(端部シール厚み)を上げて、トナーシール性を確保していた。しかし、この方法では現像ローラのトルクアップと、現像ローラ端部の温度上昇という問題があった。
また、高画質・省エネ化のためには、低融点重合トナーを使いこなす必要があるが、従来のシール圧力のみをパラメータにした構成では、低融点トナーが溶融しない範囲で押圧し、トナー漏れを防ぐことは実使用状態では実現できない。
特許文献1には、シール部材のケース座面に凹部を設け、凹部に嵌入したシール部材厚みを中央部より厚くすることで、接触圧を両端部において中央部よりも大きくしている。また、凹部に圧入、嵌入するシール部材は中央部より両端部が大きく圧縮変形するため、凹部の内側面とシール部材との間のシール圧は両端近傍において、中央部より高くなっている。
ケース凹面に弾性部材(シール部材)を嵌入し、低圧で現像ローラと押圧するだけでは、ケース底面とシール部材の隙間からのトナー漏れを防止することはできず、一定の圧力で現像ローラに押圧するか、ケース底面とシール部材とを両面テープで固定する必要がある。現像ローラに高い圧力で押圧させると、前記したような現像ローラ端部の温度上昇という問題は解消できない.
また、両面テープで固定すると、上方向から現像ローラで押圧され、ケース両端部が横方向から圧縮変形するため、両面テープで固定した面にせん断力により、シール部材のシワ寄りや破壊が発生し、ケースとシール部材、もしくはシール部材と両面テープの隙間からトナー漏れが発生するという問題も解消できない.
特許文献2に記載のものでは、シール部材を変形可能に支持する弾性体の支持部材を介して現像ローラに押圧している。シール部材に発生する押圧力により支持部材回転軸を中心に回転し、現像ローラとシール部材の摩擦抵抗が上昇して現像ローラに加わる押圧力が変化してもシール部材の押圧力が強くなる箇所を現像ローラ回転方向外側へ移動させ押圧力を一定に保ち、ケースから現像剤が漏れることを防止する。
しかしながらこの方法では、現像ローラの回転により、押圧力一定に保つことでトナー漏れを防止するだけで、前記したような現像ローラ端部温度上昇という問題や部品追加によるスペース(装置)の大型化という問題は解消できない
本発明は、端部シールでのトナー漏れを抑制することを目的とする。
まず、「粉体が搬出される開口部に当該開口部を横断する方向に配設され、表面に保持した粉体を回転により前記開口部の内側から外側に搬出する回転体のための粉体シール機構であって、当該粉体シール機構は、前記回転体の軸線方向端部表面と摺接するシール部材を有し、当該シール部材は、前記回転体の少なくとも回転方向上流側で、その周方向の端部外側面が前記開口部に形成された座面に固定されると共に、当該周方向の端部内側面が第1の圧力で前記回転体の表面に接触し、かつ、前記シール部材の上流側と下流側の間の中間部分が、前記第1の圧力よりも低い第2の圧力で前記回転体の表面に接触する粉体シール機構」を備えることで、現像ローラと端部シールの間での温度上昇を抑制しつつ、さらにシール性も確保することで、端部での耐固着性とトナー漏れ抑制を両立した。
さらに、そのシール機構を用いた場合に問題となる、シールと現像ケースとの隙間からのトナー漏れを、適切なゆるみ見かけ密度と体積平均粒径を有するトナーを用いることで解決した。
具体的には、ゆるみ見かけ密度が0.310〜0.410g/ml、体積平均粒径が5.00〜10.00μmのトナーを用いることで、トナー漏れを解決した。
ゆるみ見かけ密度が0.310g/ml未満であると、トナーの流動性が高すぎてしまい、端部シールと現像ケースの隙間を通り抜けてしまうため、好ましくない。また、0.410g/ml以上を超えると、流動性が低すぎてしまい、滞留したトナーにより規制ブレードでの固着が発生してしまうため、好ましくない。
また、ゆるみ見かけ密度は、0.325〜0.395g/mlであることが好ましく、0.340〜0.380g/mlであることがより好ましい。
体積平均粒径が5.00μm未満であると、隙間に対する侵入性が増加し、端部シールと現像ケースの隙間を通り抜けてしまうため、好ましくない。また、10.00μmを超えると、規制ブレードでの固着が発生しやすくなり、また、端部シールと現像ローラとの接点付近で固着が生じるため、好ましくない。
上記の知見に基づく本発明は以下に記載する通りのものである。
粉体が搬出される開口部に当該開口部を横断する方向に配設され、表面に保持した粉体を回転により前記開口部の内側から外側に搬出する回転体と、
前記回転体にトナーを供給するトナー供給部材と、
前記回転体に接触して前記回転体上のトナーの層厚を規制する規制部材と、
トナーを収容するトナー収容部と、粉体シール機構とを有する現像ユニットにおいて、
前記粉体シール機構は、前記回転体の軸線方向端部表面と摺接するシール部材を有し、
当該シール部材は、前記回転体の少なくとも回転方向上流側で、その周方向の端部外側面が前記開口部に形成された座面に固定されると共に、
当該周方向の端部内側面が第1の圧力で前記回転体の表面に接触し、
かつ、前記シール部材の上流側と下流側の間の中間部分が、前記第1の圧力よりも低い第2の圧力で前記回転体の表面に接触しており、
前記トナーを収容するトナー収容部に収容されたトナーは、ゆるみ見かけ密度が0.310〜0.410g/mlであり、体積平均粒径が5.00〜10.00μmである
ことを特徴とする現像ユニット。
本発明によれば、
本発明の実施形態に係る粉体シール機構を使用した画像形成装置の概略構成図である。 図1の画像形成装置のプロセスユニットを拡大して示した図である。 本発明の粉体シール機構の断面図である 粉体シール機構に使用するシール部材を示す図である。 粉体シール機構を説明する図である。 粉体シール機構にシール部材を貼り付ける様子を示す図である。 シール部材の弾性部材の種類と高さを異ならせた例を示す図である。
本発明の特徴は、端部シールでのトナー漏れを、低圧シールと、適切なゆるみ見かけ密度及び粒径を有するトナーとを組み合わせた点にある。
本発明に使用することのできるトナーは、トナー母体に外添剤としての無機微粒子を外添した構成からなる。
トナー母体は、通常、樹脂(結着樹脂)、着色剤、帯電制御剤、離型剤(ワックス)、及びその他の添加剤を含有してなる。
このトナー母体は、結着樹脂成分となる熱可塑性樹脂中に、着色剤、帯電制御剤、離型剤(ワックス)等を溶融混合して均一に分散させて組成物とした後、該組成物を粉砕、分級することにより得ることができる。
〔結着樹脂〕
本発明においては、トナー用結着樹脂の種類は特に制限されない。フルカラートナーの分野で公知の結着樹脂、例えば、ポリエステル系樹脂、(メタ)アクリル系樹脂、スチレン−(メタ)アクリル系共重合体樹脂、エポキシ系樹脂、COC(環状オレフィン樹脂(例えば、TOPAS−COC(Ticona社製))等であってよい。現像装置内でのトナーの耐ストレス性の観点から、結着樹脂としてはポリエステル系樹脂を使用することが好ましい。
好ましく使用されるポリエステル系樹脂としては、多価アルコール成分と多価カルボン酸成分を重縮合させることにより得られたポリエステル樹脂が使用可能である。
多価アルコール成分のうち2価アルコール成分としては、例えば、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、ポリオキシプロピレン(6)−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)プロパン等のビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、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、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA等が挙げられる。
3価以上のアルコール成分としては、例えば、ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン等が挙げられる。
また、多価カルボン酸成分のうち2価のカルボン酸成分としては、例えば、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、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、アゼライン酸、マロン酸、n−ドデセニルコハク酸、イソドデセニルコハク酸、n−ドデシルコハク酸、イソドデシルコハク酸、n−オクテニルコハク酸、イソオクテニルコハク酸、n−オクチルコハク酸、イソオクチルコハク酸、これらの酸の無水物あるいは低級アルキルエステルが挙げられる。
3価以上のカルボン酸成分としては、例えば、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸,1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ブタントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、テトラ(メチレンカルボキシル)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、ピロメリット酸、エンポール三量体酸、これらの酸の無水物、低級アルキルエステル等が挙げられる。
また、本発明においてはポリエステル系樹脂として、ポリエステル樹脂の原料モノマーと、ビニル系樹脂の原料モノマーと、両方の樹脂の原料モノマーと反応するモノマーとの混合物を用い、同一容器中でポリエステル樹脂を得る縮重合反応およびビニル系樹脂を得るラジカル重合反応を並行して行わせて得られた樹脂(以下、単に「ビニル系ポリエステル樹脂」という)も好適に使用可能である。
なお、両方の樹脂の原料モノマーと反応するモノマーとは、換言すれば縮重合反応およびラジカル重合反応の両反応に使用し得るモノマーである。
即ち縮重合反応し得るカルボキシ基とラジカル重合反応し得るビニル基を有するモノマーであり、例えばフマル酸、マレイン酸、アクリル酸、メタクリル酸等が挙げられる。
ポリエステル樹脂の原料モノマーとしては上述した多価アルコール成分および多価カルボン酸成分が挙げられる。
またビニル系樹脂の原料モノマーとしては、例えば、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−クロルスチレン等のスチレンまたはスチレン誘導体;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン等のエチレン系不飽和モノオレフィン類;メタクリル酸メチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸n−ペンチル、メタクリル酸イソペンチル、メタクリル酸ネオペンチル、メタクリル酸3−(メチル)ブチル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸ノニル、メタクリル酸デシル、メタクリル酸ウンデシル、メタクリル酸ドデシル等のメタクリル酸アルキルエステル類;アクリル酸メチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸n−ペンチル、アクリル酸イソペンチル、アクリル酸ネオペンチル、アクリル酸3−(メチル)ブチル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ノニル、アクリル酸デシル、アクリル酸ウンデシル、アクリル酸ドデシル等のアクリル酸アルキルエステル類;アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸等の不飽和カルボン酸;アクリロニトリル、マレイン酸エステル、イタコン酸エステル、塩化ビニル、酢酸ビニル、安息香酸ビニル、ビニルメチルエチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテルおよびビニルイソブチルエーテル等が挙げられる。
ビニル系樹脂の原料モノマーを重合させる際の重合開始剤としては、例えば、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス−4−メトキシ−2、4−ジメチルバレロニトリル等のアゾ系またはジアゾ系重合開始剤、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、イソプロピルパーオキシカーボネート、ラウロイルパーオキサイド等の過酸化物系重合開始剤等が挙げられる。
結着樹脂としては上記のような各種ポリエステル系樹脂が好ましく使用されるが、中でも、オイルレス定着用トナーとしての分離性および耐オフセット性をさらに向上させる観点から、以下に示す第1バインダー樹脂および第2バインダー樹脂を併用することがより好ましい。
より好ましい第1バインダー樹脂は、ビニル系ポリエステル樹脂、特にポリエステル樹脂の原料モノマーとしてビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物、テレフタル酸、トリメリット酸およびコハク酸を用い、ビニル系樹脂の原料モノマーとしてスチレンおよびブチルアクリレートを用い、両反応性モノマーとしてフマル酸を用いて得られたビニル系ポリエステル樹脂である。
より好ましい第2バインダー樹脂は、上述した多価アルコール成分と多価カルボン酸成分を重縮合させて得られたポリエステル樹脂、特に多価アルコール成分としてビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物を用い、多価カルボン酸成分としてテレフタル酸およびフマル酸を用いて得られたポリエステル樹脂である。
本発明においては、第2バインダー樹脂の合成時に炭化水素系ワックスが内添されることが好ましい。
第2バインダー樹脂に炭化水素系ワックスを予め内添するには、第2バインダー樹脂を合成する際に、第2バインダー樹脂を合成するためのモノマー中に炭化水素系ワックスを添加した状態で第2バインダー樹脂の合成を行えばよい。
例えば、第2バインダー樹脂としてのポリエステル系樹脂を構成する酸モノマーおよびアルコールモノマーに炭化水素系ワックスを添加した状態で縮重合反応を行えばよい。
第2バインダー樹脂がビニル系ポリエステル樹脂の場合には、ポリエステル樹脂の原料モノマーに炭化水素系ワックスを添加した状態で、当該モノマーを撹拌および加熱しながら、これにビニル系樹脂の原料モノマーを滴下して重縮合反応およびラジカル重合反応を行えばよい。
〔着色剤〕
本発明で使用される着色剤としては、従来からフルカラートナーの着色剤として使用されている公知の顔料及び染料が使用可能である。
例えば、カーボンブラック、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、銅フタロシアニン、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・レッド184、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・イエロー17、C.I.ピグメント・イエロー74、C.I.ソルベント・イエロー162、C.I.ピグメント・イエロー180、C.I.ピグメント・イエロー185、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3等を挙げることができる。
トナー粒子中における着色剤の含有量としては全バインダー樹脂100部に対し2〜15部の範囲が好ましい。
着色剤は、使用される第1バインダー樹脂と第2バインダー樹脂との混合バインダー樹脂中に分散されたマスターバッチの形態で使用されることが分散性の観点から好ましい。
マスターバッチの添加量は含有される着色剤の量が上記範囲内となるような量であればよい。マスターバッチ中の着色剤含有率は20〜40質量%が好適である。
〔ワックス〕
ワックスは、バインダー樹脂中に分散していることに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、及びおよびパラフィン、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。
一般に、ワックスはその極性が低いほうが定着部材ローラとの離型性に優れている。
このため、本発明に用いられるワックスは、極性の低い炭化水素系ワックスの使用が好ましい。
炭化水素系ワックスとは、炭素原子と水素原子のみからなるワックスであり、エステル基、アルコール基、アミド基などを含まない。
具体的な炭化水素系ワックスとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンとプロピレンの共重合体などのポリオレフィンワックス、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどの石油ワックス、フィッシャートロプシュワックスなどの合成ワックスなどが挙げられる。
このうち、本発明において好ましいものは、ポリエチレンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスであり、さらに好ましくはポリエチレンワックス、パラフィンワックスである。
〔帯電制御剤〕
本発明のトナーにおいては、従来からフルカラートナーで使用されている公知の帯電制御剤が用いられる。
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、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、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。
また、本発明におけるトナーは、帯電制御剤としてホウ素を含む放電型の帯電制御剤を含有することが好ましい。
このような帯電制御剤を含有させることにより、初期の帯電立ち上がり性が良くなるという効果がもたらされる。
ホウ素を含む放電型の帯電制御剤の具体例としては、LR−147(日本カーリット社製)などが挙げられる。
本発明における5.00〜10.00μmが適当であり、5.00μmより小さいと、端部シールでのトナー漏れが発生しやすくなる。また、トナー粒子そのものの付着性が著しく高くなるため、固着が発生しやすくなる。
一方、10.00μmより大きくなると、端部シール及び規制ブレードでのトナーの滞留が起こり、固着が発生しやすくなる。また、キメの細かい画像が得られなくなる。
トナーの体積平均粒径は好ましくは5.50〜9.00μmであり、より好ましくは6.00〜7.50μmである。
本発明のトナーにおいては、トナーの帯電特性を改善する目的で、トナー母体に無機微粒子が含有される。
無機微粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、シリカ、珪藻土、アルミナ、酸化亜鉛、チタニア、ジルコニア、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化銅、酸化スズ、酸化クロム、酸化アンチモン、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化サマリウム、酸化ランタン、酸化タンタル、酸化テルビウム、酸化ユーロピウム、酸化ネオジウム、フェライト類等の金属酸化物、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、塩基性炭酸マグネシウム等の金属水酸化物、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、炭酸亜鉛、炭酸バリウム、ドーソナイト、ハイドロタルイサイト等の金属炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、石膏繊維等の金属硫酸塩、珪酸カルシウム(ウォラスナイト、ゾノトライト)、カオリン、クレー、タルク、マイカ、モンモリロナイト、ベントナイト、活性白土、セピオライト、イモゴライト、セリサイト、ガラス繊維、ガラスビーズ、ガラスフレーク等の金属珪酸塩、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化珪素等の金属窒化物、チタン酸カリウム、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛アルミニウムボレード等の金属チタン酸塩、ホウ酸亜鉛、ホウ酸アルミニウム等の金属ホウ酸塩、リン酸三カルシウム等の金属燐酸塩、硫化モリブデン等の金属硫化物、炭化珪素等の金属炭化物、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維等の炭素類などの無機微粒子が挙げられる。
これらの中でも、金属酸化物が好ましく、シリカ、アルミナ、チタニアが特に好ましい。
これらの無機微粒子の大きさは、5〜100nmが適当であり、そのトナー全体に対する含有量は2.0〜4.5質量%である。
2.0質量%以上であることによりトナー同士の付着量が高くなることがなく、固着が発生しにくくなる。
4.5質量%以下であることによりトナーから離脱する無機微粒子の量が多くなることがなく、画像上のノイズが発生することがない。
また、本発明におけるトナーは、トナーの流動性や現像性を補助するための外添剤として、無機微粒子を用いることができる。
外添剤としての無機微粒子の具体例としては、前記のトナー母体に含有される無機微粒子と一部重複するが、例えば酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、酸化チタン、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。
これら外添剤としての無機微粒子の大きさは、5〜100nmが適当であり、トナー全体に対する外添剤としての無機微粒子を2.0〜4.5質量%の範囲で添加するのが好ましい。
上記の材料は粉砕トナーの製造に用いるものであるが、本発明に用いるトナーは重合トナーでも可能である。
以下に重合トナーの製造方法を示す。
(油相作製工程)
有機溶媒中に樹脂、着色剤などを溶解あるいは分散させた油相を作製する方法としては、有機溶媒中に攪拌をしながら樹脂、着色剤などを徐々に添加していき、溶解あるいは分散させればよい。ただし、着色剤として顔料を用いる場合や、離型剤や帯電制御剤などのなかで有機溶媒に溶解しにくいようなものを添加する場合、有機溶媒への添加に先立って粒子を小さくしておくことが好ましい。
前述のように着色剤のマスターバッチ化も手段の一つであり、同様の方法を離型剤や帯電制御剤に展開することもできる。
また別の手段として、有機溶媒中で、必要に応じて分散助剤を添加し、着色剤、離型剤、帯電制御剤を湿式で分散を行いウエットマスターを得ることも可能である。
さらに別の手段として、有機溶媒の沸点未満で溶融するようなものを分散するのであれば、有機溶媒中で、必要に応じて分散助剤を添加し、分散質とともに攪拌しながら加熱を行い一旦溶解させた後、攪拌もしくはせん断しながら冷却を行うことによって晶析を行い、分散質の微結晶を生成させる方法を行っても良い。
以上の手段を用いて分散された着色剤、離型剤、帯電制御剤は、有機溶媒中に樹脂とともに溶解あるいは分散された後、さらに分散を行っても良い。分散に際しては公知のビーズミルやディスクミルなどの分散機を用いることができる。
(芯粒子作製工程)
少なくとも界面活性剤を有する水系媒体中に前述の工程で得られた油相を分散させ、油相からなる芯粒子が分散した分散液を作製する方法としては、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。
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。5分を超えて分散を行うと、望ましくない小径の粒子が残存してしまったり、分散が過分散状態になって系が不安定になり凝集体や粗大粒子が発生したりすることがあるので好ましくない。
分散時の温度としては、通常、0〜40℃、好ましくは10〜30℃である。40℃を超えると分子運動が活発になることから分散安定性が低下し凝集体や粗大粒子が発生しやすくなるため好ましくない。また、0℃未満になると分散体の粘度が高くなり、分散に必要なせん断エネルギーが増大するため製造効率が低下する。
界面活性剤は、前述の樹脂微粒子の製造法に関する説明で記載したものと同じものが使用できるが、溶媒を含む油滴を効率よく分散するためには、HLBが高めのジスルホン酸塩のものが好ましい。界面活性剤は、水系媒体中での濃度が1〜10質量%、好ましくは2〜8質量%、より好ましくは3〜7質量%の範囲にあるのが良い。10質量%を超えると、油滴が小さくなりすぎたり、逆ミセル構造を形成して逆に分散安定性が低下して油滴の粗大化が発生したりするため好ましくない。また1質量%未満では油滴の分散を安定に行うことができずに油滴が粗大化してしまうため好ましくはない。
(樹脂微粒子付着工程)
得られた芯粒子分散液は、攪拌を行っている間は安定に芯粒子の液滴を存在させておくことができる。その状態に前述のビニル系樹脂微粒子分散液を投入して芯粒子上に付着させる。ビニル系樹脂微粒子分散液の投入は、30秒以上かけて行うのが良い。30秒未満で投入を行うと、分散系が急激に変化するために凝集粒子が発生したり、ビニル系樹脂微粒子の付着が不均一になったりするため好ましくない。一方闇雲に長い時間、例えば60分を超えて添加するのは生産効率の面から好ましくはない。
ビニル系樹脂微粒子分散液は、芯粒子分散液に投入する前に、適宜濃度調整のために希釈あるいは濃縮しても良い。ビニル系樹脂微粒子分散液の濃度は、5〜30質量%が好ましく、8〜20質量%がより好ましい。5%未満では、分散液の投入に伴う有機溶媒濃度の変化が大きく、樹脂微粒子の付着が不十分になるため好ましくない。また30質量%を超えるような場合、樹脂微粒子が芯粒子分散液中に偏在しやすくなり、その結果樹脂微粒子の付着が不均一になるため避けたほうが良い。
本発明の方法によって芯粒子に対してビニル系樹脂微粒子が十分な強度で付着するのは、ビニル系樹脂微粒子が芯粒子の液滴に付着したときに、芯粒子が自由に変形できるためにビニル系樹脂微粒子界面と接触面を十分に形成すること、および、有機溶媒によってビニル系樹脂微粒子が膨潤もしくは溶解し、ビニル系樹脂微粒子と芯粒子内の樹脂とが接着しやすい状況になることだと思われる。したがって、この状態において有機溶媒は系内に十分に存在することが必要である。
有機溶媒の量は具体的には、芯粒子分散液の状態において、固形分(樹脂、着色剤、および必要に応じて離型剤、帯電制御剤など)100質量部に対して50質量部〜150質量部、好ましくは7質量部〜125質量部の範囲にあるのがよい。150重量%を超えると、一度の製造工程で得られる着色樹脂粒子が少なくなり生産効率が低いこと、また有機溶媒が多いと分散安定性が低下して安定した製造が難しくなることなどから好ましくない。
芯粒子にビニル系樹脂微粒子を付着するときの温度としては、10〜60℃、好ましくは20〜45℃である。60℃を超えると、製造に必要なエネルギーが増大するために製造環境負荷が大きくなることに加え、低酸価のビニル系樹脂微粒子が液滴表面に存在することもあり分散が不安定になり粗大粒子が発生する可能性もあるため好ましくない。一方10℃未満では分散体の粘度が高くなり、樹脂微粒子の付着が不十分になるため好ましくない。
<脱溶剤工程>
得られた着色樹脂分散体から有機溶剤を除去するためには、系全体を攪拌しながら徐々に昇温し、液滴中の有機溶剤を完全に蒸発除去する方法を採用することができる。
あるいはまた、得られた着色樹脂分散体を攪拌しながら乾燥雰囲気中に噴霧して、液滴中の有機溶剤を完全に除去することも可能である。もしくは、着色樹脂分散体を攪拌しながら減圧し、有機溶媒を蒸発除去しても良い。後の2つの手段は、最初の手段と併用することも可能である。
乳化分散体が噴霧される乾燥雰囲気としては、空気、窒素、炭酸ガス、燃焼ガス等を加熱した気体、特に使用される最高沸点溶媒の沸点以上の温度に加熱された各種気流が一般に用いられる。スプレードライヤー、ベルトドライヤー、ロータリーキルンなどの短時間の処理で十分に目的とする品質が得られる。
<熟成工程>
末端にイソシアネート基を有する変性樹脂を添加している場合は、イソシアネートの伸長・架橋反応を進めるために熟成工程を行っても良い。熟成時間は通常10分〜40時間、好ましくは2〜24時間である。反応温度は、通常、0〜65℃、好ましくは35〜50℃である。
<洗浄工程>
上記の方法で得られた着色樹脂粒子の分散液には、着色樹脂粒子のほか、界面活性剤などの分散剤などの副材料が含まれているため、これから着色樹脂粒子のみを取り出すために洗浄を行う。着色樹脂粒子の洗浄方法としては、遠心分離法、減圧濾過法、フィルタープレス法などの方法があるが、本発明においては特に限定されるものではない。いずれの方法によっても着色樹脂粒子のケーキ体が得られるが、一度の操作で十分に洗浄できない場合は、得られたケーキを再度水系溶媒に分散させてスラリーにして上記のいずれかの方法で着色樹脂粒子を取り出す工程を繰り返しても良い。また、減圧濾過法やフィルタープレス法によって洗浄を行うのであれば、水系溶媒をケーキに貫通させて着色樹脂粒子が抱き込んだ副材料を洗い流す方法を採っても良い。この洗浄に用いる水系溶媒は水あるいは水にメタノール、エタノールなどのアルコールを混合した混合溶媒を用いるが、コストや排水処理などによる環境負荷を考えると、水を用いるのが好ましい。
<乾燥工程>
洗浄された着色樹脂粒子は水系媒体を多く抱き込んでいるため、乾燥を行い水系媒体を除去することで着色樹脂粒子のみを得ることができる。乾燥方法としては、スプレードライヤー、真空凍結乾燥機、減圧乾燥機、静置棚乾燥機、移動式棚乾燥機、流動槽乾燥機、回転式乾燥機、攪拌式乾燥機などの乾燥機を使用することができる。乾燥された着色樹脂粒子は最終的に水分が1%未満になるまで乾燥を行うのが好ましい。また、乾燥後の着色樹脂粒子は軟凝集をしており使用に際して不都合が生じる場合には、ジェットミル、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサー、コーヒーミル、オースターブレンダー、フードプロセッサーなどの装置を利用して解砕を行い、軟凝集をほぐしても良い。
(画像形成装置)
図1は、本発明の実施形態に係る粉体シール機構を使用した画像形成装置の概略構成図である。この画像形成装置は、複写機、プリンタ、ファクシミリの機能を統合した複合機としての、いわゆるAIO(オールインワン)の形式で構成することができる。画像形成装置は、画像形成ユニットとしての4つのプロセスユニット1Y,1C,1M,1Bkを備え、このプロセスユニットの中に前記現像装置が設けられている。
なお、以下の説明において、参照番号の次のY,C,M,Bkは、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラック用であることを示し、各色共通の構成を説明する際は、Y,C,M,Bkを適宜省略して番号のみを使用する。
各プロセスユニット1Y,1C,1M,1Bkは、カラー画像の色分解成分に対応するイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの異なる色のトナーを収容している以外は同様の構成となっている。
具体的には、各プロセスユニット1Y,1C,1M,1Bkは、像担持体としての感光体52と、感光体52の表面を帯電する帯電手段としての帯電ローラ55と、感光体52上にトナー画像を形成する現像装置4と、感光体52の表面を清掃するクリーニングブレード54を備えている。
また、各プロセスユニット1Y,1C,1M,1Bkは、画像形成装置本体10に対して一体的に着脱可能に構成されている。プロセスユニットはイエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの順で説明したが、この順番に特定されるものではなく順番は任意である。
この装置で使用する現像剤は、非磁性一成分現像剤としての非磁性一成分トナーであって、形状が球形で均一化した小粒径の重合トナーを使用することができる。このような重合トナーは、感光体52表面に良好な潤滑剤塗布層を形成することができるため、ブレード部材の挙動安定化によるクリーニング性の向上が図れる。
また、これによりブレード部材をすり抜ける残留トナーの割合を大幅に低減することができ、また現像特性と転写性の向上で高画質の画像形成ができる。なお、現像剤として粉砕トナーを使用することも勿論可能である。
画像形成装置本体10の上部には、各色のトナーを充填したトナーカートリッジ50が設けられている。トナーカートリッジ50内の各色トナーは、図示しないトナー補給機構を介して対応する現像装置4のトナー収容部51へ移送されるようになっている。
各プロセスユニット1Y,1C,1M,1Bkの下方には、各感光体52の表面を露光する露光装置56が配設されている。露光装置56からは、各感光体52へレーザ光が照射されるようになっている。各プロセスユニット1Y,1C,1M,1Bkの上方には、転写装置9が配設されている。
転写装置9は、転写体としての無端状のベルトから構成される中間転写ベルト11を有する。中間転写ベルト11は、駆動ローラ12とテンションローラ13との間に掛け渡され、駆動ローラ12が回転することにより、中間転写ベルト11は図の矢印方向に走行するようになっている。
4つの感光体52に対向した位置に、一次転写手段としての4つの一次転写ローラ53が配設されている。この一次転写ローラ53は導電性弾性ローラであり、中間転写ベルト11の裏面から感光体52に対して押し当てられるように配置されている。
この一次転写ローラ53には一次転写バイアスとして定電流制御されたバイアスが印加されている。各一次転写ローラ53と各感光体52とによって中間転写ベルト11を挟み込んだ箇所には、一次転写ニップが形成されている。
また、中間転写ベルト11の図の右側の外周面に、二次転写手段としての二次転写ローラ17が接触している。この二次転写ローラ17とこれに対向する駆動ローラ12とによって中間転写ベルト11を挟み込んだ箇所には、二次転写ニップが形成されている。
駆動ローラ12には、二次転写バイアス用の電源が接続される。駆動ローラ12にトナーと同極性の電圧を印加することで、トナーが中間転写ベルト11から転写紙側へ向かう電圧が生じるため、トナー像を転写紙に転写させることが出来る。
なお、二次転写ローラ17を導電性弾性ローラとし、この二次転写ローラ17に二次転写バイアス用の電源を接続して二次転写ローラ17に転写バイアスを印加し、中間転写ベルト11上のトナー像を転写紙へ二次転写する形態でも問題は無い。また、転写バイアス用の電源のうち、一方を駆動ローラ12に、もう一方を二次転写ローラ17に接続する構成でも問題は無い。
中間転写ベルト11の駆動ローラ12に隣接して、中間転写ベルト11の表面を清掃するベルトクリーニングブレード18が配設されている。このベルトクリーニングブレード18の先端部は中間転写ベルト11に対してカウンタ接触し、先端部で掻き取った転写残トナーが中間転写ベルト11の下側の廃トナー収容部15に回収されるようになっている。
図1の中間転写ベルト11の左端に、テンションローラ13の外周面と対向するように、トナーセンサ16が配設されている。このトナーセンサ16は、感光体52から中間転写ベルト11に転写されたトナーの濃度を検出するためのものである。
すなわち、感光体52に所定のトナーパッチを現像し、このトナーパッチを中間転写ベルト11に転写する。この転写されたトナーパッチに対して、トナーセンサ16の発光素子からの赤外光を照射し、その正反射光(入射角度=反射角度)を受光素子で受けてトナー付着量を検知する。
そして当該検知結果に応じてトナー補給量を制御する。また、段階的に作製した複数の濃度のトナーパッチのトナー付着量と、電位センサによって検出した表面電位との関係から現像γ特性を求め、所望のトナー付着量が得られるように、グリッド電圧、現像バイアス、レーザダイオードパワーなどを制御するようにしている。
画像形成装置本体10の下部には、記録媒体としての転写紙Pを収容した給紙トレイ19や、給紙トレイ19から転写紙Pを搬出する給紙ローラ20等が設けてある。また、画像形成装置本体10内には、給紙トレイ19から上方へ転写紙Pを案内するための搬送経路Rが形成されている。
この搬送経路Rにおいて、給紙ローラ20を配設した位置から二次転写ローラ17を配設した位置に至る途中には、転写紙Pの搬送タイミングを計るための一対のタイミングローラ21が配設されている。また、二次転写ローラ17の配設位置の上方には、転写紙P上の画像を定着させるための定着装置22を配設している。さらに、定着装置22の上方には、画像形成装置本体10の上面を凹ませて形成したストック部23に転写紙Pを排出するための一対の排紙ローラ24が配設されている。
(画像形成装置の動作)
以下、図1を参照して上記画像形成装置の基本的動作について説明する。
作像動作が開始されると、各プロセスユニット1Y,1C,1M,1Bkの感光体52が図示しない駆動装置によって図の時計回りに回転駆動され、各感光体52の表面が帯電ローラ55によって所定の極性に一様に帯電される。
帯電された各感光体52の表面に、露光装置56からレーザ光がそれぞれ照射されて、それぞれの感光体52の表面に静電潜像が形成される。このとき、各感光体52に露光する画像情報は、所望のフルカラー画像をイエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの色情報に分解した単色の画像情報である。このように感光体52上に形成された静電潜像に、各現像装置4によってトナーが供給されることにより、静電潜像はトナー画像として顕像化(可視画像化)される。
中間転写ベルト11を所定張力で掛け渡した駆動ローラが回転駆動することにより、中間転写ベルト11が図の矢印で示す方向に走行する。また、各一次転写ローラ53に、トナーの帯電極性と逆極性の定電圧又は定電流制御された電圧が印加される。これにより、各一次転写ローラ53と各感光体52との間の一次転写ニップにおいて転写電界が形成される。
そして、各プロセスユニット1Y,1C,1M,1Bkの感光体52に形成された各色のトナー画像が、上記一次転写ニップにおいて形成された転写電界によって、中間転写ベルト11上に順次重ね合わせて転写される。こうして、中間転写ベルト11の表面にフルカラーのトナー画像が担持される。トナー画像の転写を終えると、クリーニングブレード54によって各感光体52の表面に残留するトナーが除去される。
また、作像動作が開始されると、給紙ローラ20が回転し始め、給紙トレイ19に収容された転写紙Pが搬送経路Rに送り出される。搬送経路Rに送り出された転写紙Pは、タイミングローラ21によって一旦停止される。その後タイミングローラ21の駆動が再開され、転写紙Pが、上記中間転写ベルト11上のトナー画像とタイミングを合わせて、二次転写ローラ17と中間転写ベルト11との間の二次転写ニップに送られる。
二次転写ローラ17には、中間転写ベルト11上のトナー画像のトナー帯電極性とは逆極性の転写電圧が印加されており、この逆極性の転写電圧により二次転写ニップに転写電界が形成されている。そして、転写紙Pと中間転写ベルト11上のトナー画像とが二次転写ニップに到達した際、二次転写ニップに形成された転写電界によって、中間転写ベルト11上のトナー画像が転写紙P上に一括して転写される。
また、転写後の中間転写ベルト11上に残留するトナーは、ベルトクリーニングブレード18によって除去される。トナー画像が転写された転写紙Pは定着装置22へと搬送され、そこでトナー画像が加圧・加熱により転写紙Pに定着される。その後、転写紙Pは排紙ローラ24によってストック部23へと排出される。
以上の説明は、転写紙上にフルカラー画像を形成するときの画像形成動作であるが、4つのプロセスユニット1Y,1C,1M,1Bkのいずれか1つを使用して単色画像を形成したり、2つ又は3つのプロセスユニットを使用して、2色又は3色の画像を形成したりすることも可能である。
(プロセスユニット)
次に、前記プロセスユニットについて、図2に基づいてさらに詳しく説明する。図2は図1のプロセスユニット1を拡大して示したものである。図2に示すように、プロセスユニット1は、現像装置4に加えて、上部のトナーカートリッジ50と下部のトナー収容部51を有する。トナー収容部51の左側に、帯電ローラ55と、露光装置56が配設されている。トナー収容部51の下部に、回転体としての現像ローラ58と、当該現像ローラ58と平行状態をなす、第2の回転体としてのトナー供給ローラ57が配設されている。また、帯電ローラ55、露光装置56及び現像ローラ58に対向して感光体52が配設されている。
供給ローラ57と現像ローラ58は、図示しないバイアス印加手段に接続され、現像ローラ58は例えば−100V、供給ローラ57は例えば−300Vのバイアスが印加される。
感光体52の外周面は、帯電ローラ55により負電荷で所定電位に一様に帯電された後、当該外周面に露光装置56により所望の静電潜像が形成される。トナー収容部51に蓄えられたトナーは、トナー供給ローラ57から現像ローラ58へと搬送され、現像ローラ58の外周面に付着されたトナーが規制ブレード59により一様厚さのトナー層に形成されて保持される。この一様厚さで保持されたトナー層は、現像ローラ58と感光体52の電位差により感光体52の静電潜像に吸着され、さらに中間転写ベルト11へと一次転写される。
帯電ローラ55は感光体52に接触する接触式と、感光体52に対して微小ギャップをもって対向する非接触式があるが、いずれの方式でもよい。接触式はオゾンの発生を抑制することができ、非接触式は帯電ローラ55がトナーで汚れないのでその耐久性を向上させることができる。
また、非接触式は、微小なギャップ変動に起因する帯電電位のバラツキなどの影響が抑制され、均一な帯電により感光体52帯電電位が安定して高画質な画像が得られる。帯電ローラ55は感光体52に対して、例えば直流電圧に交流電圧を重畳したAC帯電を行うことができ、このAC帯電は非接触式でも十分な帯電電流を流すことができる。なお、図示しないが、帯電ローラ55の感光体52と反対側に、帯電クリーニングローラを配設することができる。
図2のプロセスユニット1で作像動作が開始されると、感光体52が時計回りに回転駆動される。このとき、帯電電圧を印加された帯電ローラ55によって感光体52が所定の正電位に帯電される。このように帯電された感光体52は、図2のように露光装置56からの露光を受けて感光体52上の静電潜像が形成される。この静電潜像は現像ローラ58との対向位置(現像ニップ部)に移動し、そこで現像ローラ58から静電潜像にトナーが供給される。
詳しくは、図2の反時計回り回転する現像ローラ58に担持された現像剤が、規制ブレード59によって所定の厚さに規制された後、現像ローラ58と感光体52との間の現像ニップ部に運ばれる。そして、現像ニップ部で現像剤中のトナーが感光体52上の静電潜像に静電的に移行して、当該静電潜像がトナー画像として可視像化される。
感光体52上のトナー画像は、感光体52の下部位置に移動し、ここで中間転写ベルト11に一次転写される。中間転写ベルト11上に転写される各色のトナー像は、ある一定のジョブ間隔でもって、トナーセンサ16により適切なタイミングで転写されるよう調整される。
前記一次転写の後に、感光体52の表面に残留するトナーがクリーニングブレード54によって除去され、除去された残留トナーが廃トナー収容部15に搬送される。一方、プロセスユニット1のトナー収容部51内には図示しないトナー残量検知手段が設けられ、トナー収容部51内のトナー残量がある閾値を下回ると、トナーカートリッジ50から一定量のトナーがトナー収容部51に補給される。
(現像作用)
次に、現像作用について説明する。
現像装置4のトナー収容部51から送り出されたトナーは、供給ローラ57、現像ローラ58の回転による連れ回りや、供給ローラ57の内部又は表層に取り込まれることによって、供給ローラ57と現像ローラ58の接触領域に搬送される。供給ニップ部に搬送されたトナーは、供給ニップ部内で、現像ローラ58の表面と接触・摩擦帯電させられる。
現像ローラ58と供給ローラ57には、それぞれトナーと同極性の電圧が印加されている。これら両ローラ57、58間のバイアスは、帯電したトナーが現像ローラ58側に移動するように、供給ローラ57の帯電電位の絶対値|Vs|が、現像ローラ58の帯電電位の絶対値|Vd|よりも大きくなるよう設定されている(|Vd|<|Vs|)。このバイアスによって、荷電トナーが現像ローラ58側に送り出される。
供給ローラ57は、その周面で供給ニップ部を形成し、またトナーを保持して搬送するため、例えばポリウレタンフォーム等の連泡性の樹脂発泡体で形成された弾性層を有する。また、供給ニップ部にバイアスを作用させるために、当該連泡性の樹脂発泡体に、カーボンブラック等の導電剤を分散するなどして導電性が付与されている。前記弾性層の体積抵抗は、102〜5Ω・cm程度が望ましい。
現像ローラ58は、その周面で現像ニップ部と供給ニップ部を形成し、またトナーを荷電させるため、例えばウレタンやシリコン、エピクロロヒドリン等のゴム材で形成された弾性層を有する。当該弾性層は、導電剤を分散するなどして、その体積抵抗が105〜7Ω・cmになるよう調整されている。また、当該弾性層に、必要に応じて荷電性能を調整するため、その表面にコート層を設けるなどして複層構造にすることができる。
現像ローラ58に送られたトナーは、現像ローラ58表面に吸着された状態で、規制ブレード59との接触領域(規制ニップ部)に運ばれる。必要量のトナーが現像ローラ58表面に保持されるために、現像ローラ58表面粗さは、Ra0.2〜2.0μmに設定されているのが望ましい。
現像ローラ58上のトナーは、規制ニップ部を通過する際に、現像に必要な厚さ(量)に調整されるとともに薄層化される。また、規制ニップ部を通過する際に、摩擦帯電され、かつ、供給ニップ部と同様に、バイアスが印加されている場合は、電荷注入される。これにより、現像ローラ58上のトナーに電荷が付与される。
規制ブレード59は、例えば図2に示すような形状の板ばねであって、SUS304CSPや、SUS301CSP、又はリン青銅等の金属材料で構成されている。規制ブレード59の自由端側は、現像ローラ58表面に対して、10〜100N/mの押圧力で接触させられている。
現像ローラ58上のトナー薄層が規制ブレード59を通過して現像装置4のトナー収容部51から出ると、感光体52との接触部(現像ニップ部)へと送られる。感光体52は、表面を帯電ローラ55により一様に帯電された後、当該帯電部分が画像情報に基づいて露光装置56で露光され、そこに静電潜像が形成される。この静電潜像は現像ローラ58の回転により現像ニップ部へと送られる。現像ニップ部では、現像ローラ58上のトナーが静電気力に従って感光体52上に静電付着させられ、静電潜像がトナー像として現像される。
(粉体シール機構)
次に、前記現像装置4に使用する粉体シール機構について説明する。図3A〜図3Dは、本発明の第1実施形態に係る粉体シール機構を示したものである。図3Aは粉体シール機構の断面図である。図3Aを左90度回転させると図2の配置になる。
図3Bは、粉体シール機構に使用するシール部材35(サイドシールともいう)である。このシール部材35は、現像ローラ58の軸線方向端部周面に摺接して隙間をシールする。シール部材35は、両面テープ35d1、35d2を使用して、図3Cのトナー収容部(以下、単に「ケース」という)51に、図3Dのように貼り付けて固定する。なお、図3Cで30は第1の回転体としての現像ローラ58の軸受穴29は第2の回転体としての供給ローラ57の軸受穴である。
図3Aに示すように、ケース51に、粉体搬出口となる開口部51aが形成されている。この開口部51aは紙面に垂直な方向で延びており、当該開口部51aを外側から塞ぐ形で、現像ローラ58が配設されている。すなわち、現像ローラ58の軸線が開口部51aの両端間を横断する方向に配設されている。そして、開口部51aの両端部に、シール部材35を貼り付けるための座面31、32、33が形成されている。
座面31が現像ローラ58の回転方向上流側(入口側)に位置し、座面32と33が現像ローラ58の回転方向下流側(出口側)に位置する。座面31と座面32の間に、切り欠き34が形成されている。なお、以下の説明で、必要に応じて、現像ローラ58の回転方向上流側を入口側、回転方向下流側を出口側と言い換える。
入口側座面31は、現像ローラ58の周面との間隔が一定となる円弧状に形成されている。出口側の座面32、33は、現像ローラ58表面の接線方向に延びる平面状であり、内側の座面32が比較的短く、外側の座面33が比較的長い。短い方の内側の座面32が現像ローラ58から遠く、長い方の外側の座面33が現像ローラ58に近い。そして2つの座面32、33が段違いで接続している。この段違い形状で、現像ローラ58の回転による、シール部材35の位置ずれを防止する。
外側の座面33の延長方向に、規制ブレード59のブラケット59aが、ネジ59bで取り付けられている。
シール部材35は、図3Bのように、一定厚さで円弧状をなす弾性部材35aと、この弾性部材35aに隣接し、当該弾性部材35aより薄い(約半分の厚さ)弾性部材35bを有する。また、シール部材35は、2つの弾性部材35a、35bの内側を滑らかに連続するように配設された内側摺動面側のシール基材35cと、弾性部材35a、35bの外側(下面)固定面側に配設された両面テープ35d1、35d2を有する。2つの弾性部材35a、35bは、後述する図4のように、厚みを異ならせるだけでなく、硬度を含む材質を異ならせてもよい。
厚い方の弾性部材35aの入口側端部外側面が、入口側座面31に貼り付けられている。厚い方の弾性部材35aの出口側端部外側面が、出口側座面32に貼り付けられている。薄い方の弾性部材35bの外側面全面が、出口側座面33に貼り付けられている。厚い方の弾性部材35aの入口側端部と出口側端部の間の中間部分の外側に、支持する座面がない非固定部分(切り欠き34)が形成されている。この非固定部分は、切り欠き34で構成する他、弾性部材35aよりも柔らかい部材で構成することも可能である。
厚い方の弾性部材35aの入口側端部内側面は、現像ローラ58表面に、シール基材35cを介して、所定の接触圧(第1の圧力P1)で接触している。また、薄い方の弾性部材35bは、規制ブレード59に被せられている。規制ブレード59の両端部は、薄い方の弾性部材35bの幅内に位置し、規制ブレード59の端部から外側の弾性部材35bは、現像ローラ58表面に、シール基材35cを介して所定の接触圧(第3の圧力P3)で接触している。
厚い方の弾性部材35aの入口側と出口側の間の中間部外側面は、ケース51に貼り付けられていない部分を有する。この部分(中間部外側面)は、ケース51内に露出し、その一部が、供給ローラ軸57aの軸部表面に接している。つまり、弾性部材35aの中間部外側面は、ケース51に支持される代わりに、供給ローラ軸57aに支持されている。従って、中間部の弾性部材35aの所定の圧縮量が供給ローラ軸57aによって維持され、中間部内側面のシール基材35cと現像ローラ58表面との間に、所定の接触圧(第2の圧力P2)が確保されている。
シール部材35からトナーが漏れ易い箇所は、現像ローラ58の回転方向上流側と回転方向下流側の端部である。つまり、現像ローラ58の入口側と出口側の端部である。この箇所は、画像形成装置の振動・落下等の衝撃時に、トナーが漏れやすいが、シール部材35の内側面と外側面を確実にシールすることで、粉体漏れを確実に防止することができる。
この実施形態では、前記のように、シール部材35の周方向両端部外側面を、両面テープ35d1、35d2でケース51に貼り付けているので、この部分からのトナー漏れのおそれはなく、入口側のみを両面テープ35d1でケースに貼り付けた構成でも、両端部外側面からのトナー漏れのおそれはない。また、シール部材35の入口側端部(周方向上流側端部)では、シール基材35cが現像ローラ58表面に所定圧(第1の圧力P1)で接触している。シール部材35の出口側端部(周方向下流側端部)では、シール基材35cが現像ローラ58表面に所定圧(第3の圧力P3)で接触している。この所定圧(P3)は、規制ブレード59の先端部と、当該先端部が接触している現像ローラ58表面に対する接触圧である。
この実施形態では、P2<P1、P2<P3の圧力関係になるように設定する。すなわち、シール部材35の周方向中間部分の接触圧よりも、当該中間部分の両側の接触圧を大きくする。換言すると、トナー漏れしやすい現像ローラ58表面の入口側と出口側をシール部材35の高い圧力(P1とP3)で絞り込み、トナー漏れしにくい中間部分は、トルクアップとならないように低圧(P2)で現像ローラ58表面に接触させる。入口側と出口側の圧力(P1、P3)は、同じ圧力としてもよい。すなわち、前述した「第3の圧力」は「第1の圧力」と言い換えることができる。入口側と出口側では、出口側の方がトナー漏れしやすい。従って、P1<P3の圧力関係にしてもよい。
従来は、シール部材35(たとえば1mmのフェルトと1mmのスポンジの複合材)をケース51の座面に両面テープ35dなどで固定し、現像ローラ58と接触させて(2mmから1mmに)圧縮させていた。シール部材35に高い圧力をかけて変形させることでトナー漏れを防止していたため、現像ローラ58端部の温度が高くなっていた。
本発明の実施形態では、シール部材35(たとえば1mmのフェルトと4mmのスポンジの複合材)の周方向両端部のみをケース51に固定し、周方向中間部の外側(内側は現像ローラ58に接触)は、ケース51の座面を切り欠いて固定しない。そして、シール部材35の周方向中間部を、見かけ上、自然状態の5mm厚から3mm圧縮し、ケース51装着状態で2mm厚とし、圧縮代を大きくしている。
これにより、現像ローラ58表面をシール部材35でソフトに包み込み、低圧でありながらトナー漏れを効果的に防止することができる。すなわち、シール部材35の接触圧は従来の半分以下でありながら、変形量は従来と同レベル又はそれ以上にすることで、トナー漏れを効果的に防止する。
図4(a)〜(c)は、現像ローラ58表面に対する、シール部材35の周方向両端と中間部分の接触圧を変えるために、弾性部材の種類と高さを異ならせた例を示したものである。
図4(a)は二種類の弾性部材35a、35bを使用する。同じ高さの場合、弾性部材35bの弾性係数を高くし、弾性部材35aの弾性係数を低くする。前述した、P2<P1、P2<P3、P1<P3の圧力関係のうち、P2<P1又はP2<P3とする場合に使用することができる。
図4(b)は、2種類又は3種類の弾性部材を使う例である。弾性部材35aと、弾性部材35b1、35b2を、異なる弾性材料で構成する。弾性部材35b1と弾性部材35b2は、同じにしてもよいし、異ならせてもよい。同じ高さの場合、前述したP2<P1(=P3)又はP2<P1<P3の圧力関係とする場合に使用することができる。
図4(c)は、一種類の弾性部材を使用し、高さを変えた3つの弾性部材35a1、35a2、35a3を使用した例である。高さを変えることで、現像ローラ58と規制ブレード59に対する接触圧を変えることができる。3つの弾性部材35a1、35a2、35a3の高さだけでなく材料も異ならせることで、接触圧をより大きく変えることも可能である。
本発明のプロセスカートリッジは、少なくとも前記の一成分現像装置が組み込まれたものである。
また、本発明の画像形成方法は、前記の一成分現像装置あるいはプロセスカートリッジを用いて行われる。
実施例により本発明を具体的に説明する。
なお、本発明はこれら実施例によって限定されものではない。
また、以下の記載における「部」は「質量部」を意味する。
実施例、比較例における測定方法、製造に供された装置、トナーの物性評価、得られた画像の評価等は以下に記載する通りとした。
(ゆるみ見かけ比重(AD)測定方法)
ゆるみ見かけ比重(AD)の測定方法は以下の通りに行う。
(1)測定試料(粉体)を、天秤で、「7.50g」秤量する。
(2)上記試料を、漏斗等を使い、共栓メスシリンダーに入れる。
(3)テープで栓を固定して、メスシリンダーの真中を持ち、上下に「20回」振る。
(4)振動を与えないように、上記メスシリンダーを実験台に置き、「5分間」静置する。
(5)メスシリンダーの「前面の左右および後ろの計3点」の目盛りを読み取り、その 数値(嵩)[ml]を控え、平均値を計算する。
(6)ゆるみ見かけ比重(AD)は、上記(1)の仕込み量[g]と、上記(5)の嵩(体積)[ml](3点の平均値)から、次の計算式を用いて求める。
ゆるみ見かけ比重(AD)[g/ml]=メスシリンダーへの投入量(仕込み量)[g]/メスシリンダーの3点の目盛りの平均値[ml]
(トナー粒子径)
トナー粒子の粒度分布の測定方法について説明する。
コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−IIやコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)があげられる。
以下に測定方法について述べる。
まず、電解水溶液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水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。
ここで、更に測定試料を固形分にして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分間分散処理を行ない、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、トナーの体積平均粒径(Dv)、個数平均粒径(Dp)を求めることができる。
チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満;2.52〜3.17μm未満;3.17〜4.00μm未満;4.00〜5.04μm未満;5.04〜6.35μm未満;6.35〜8.00μm未満;8.00〜10.08μm未満;10.08〜12.70μm未満;12.70〜16.00μm未満;16.00〜20.20μm未満;20.20〜25.40μm未満;25.40〜32.00μm未満;32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上乃至40.30μm未満の粒子を対象とする。
(示差走査型熱量計)
示差走査型熱量計(DSC)は、セイコーインスツル社製のDSC6200を用い、200℃まで昇温し、その温度から降温速度10℃/分で0℃まで冷却したサンプルを昇温速度10℃/分で測定した。
(トナー端部こぼれ評価方法)
リコー製IPSio SP C310を使用し、モノクロモードでB/W比6%の所定のプリントパターンをN/N環境下(23℃、45%)、H/H環境下(27℃、80%)、で4000枚連続印字した。
連続印字終了後、現像器を取り出し転写ユニット付近にトナーこぼれが発生しているか確認を行った。判定基準は以下の通りである。
(判定基準)
◎:転写ベルト両端に現像器からのトナーこぼれによる汚れが見られず、全く問題なかった
○:転写ベルト両端に現像器からのトナーこぼれによる汚れが見られなかったが、現像器の端部シール付近ではトナーこぼれによる汚れが多少見られた。
△:転写ベルト両端に現像器からのトナーこぼれによる汚れが多少見られたが、画像上には発生しておらず、実用上問題なかった
×:転写ベルト両端に現像器からのトナーこぼれによる汚れが見られ、画像上にも現れており実用上問題のあるレベルであった。
(規制ブレード固着)
リコー製IPSio SP C310を用いて、印字率6%の所定のプリントパターンを、N/N環境下(23℃、45%)の4000枚連続複写後(耐久後)に現像器の現像ローラの状態および複写画像を目視により観察し、評価した。判定基準は以下の通りである。
(判定基準)
◎:現像ローラ上にスジ、ムラの発生はなかった。
○:現像ローラ上にスジ、ムラの発生はなかったが、規制ブレード上にトナーの固着物が若干発生していた。
△:現像ローラ上にスジあるいはムラが若干発生しているものの、複写画像上に縦スジがなく、実用上問題なかった。
×:現像ローラ上にスジあるいはムラが多数発生しており、複写画像上に縦スジ状の抜けが発生し、実用上問題があった。
(端部シール固着)
リコー製IPSio SP C310を用いて、印字率6%の所定のプリントパターンを、N/N環境下(23℃、45%)の4000枚連続複写後(耐久後)に現像器の現像ローラの状態および複写画像を目視により観察し、評価した。判定基準は以下の通りである。
(判定基準)
◎:端部シール付近に固着物の発生はなかった。
○:端部シール付近に固着物が若干発生していた。
△:端部シール付近に固着物が発生していたものの、複写画像上に縦スジがなく、実用上問題なかった。
×:端部シール付近に固着物が多数発生しており、複写画像上に縦スジ状の抜けが発生し、実用上問題があった。
[実施例1]
〔トナーの製造〕
(第1バインダー樹脂の作製)
ビニル系モノマーとして、スチレン600g、アクリル酸ブチル110g、アクリル酸30g及び重合開始剤としてジクミルパーオキサイド30gを滴下ロートに入れた。
ポリエステルの単量体のうち、ポリオールとして、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1230g、ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン290g、イソドデセニル無水コハク酸250g、テレフタル酸310g、無水1,2,4−ベンゼントリカルボン酸180g及びエステル化触媒としてジブチル錫オキシド7g、ワックスとしてパラフィンワックス(融点73.3℃、示差走査型熱量計で測定される昇温時の吸熱ピークの半値幅は4℃)を仕込モノマー100部に対して4部、温度計、ステンレス製攪拌機、流下式コンデンサー及び窒素導入管を装備した5リットル四つ口フラスコに入れ、マントルヒーター中で窒素雰囲気下に、160℃の温度で撹拌しつつ、滴下ロートよりビニル系モノマー樹脂と重合開始剤の混合液を一時間かけて滴下した。
160℃に保持したまま2時間付加重合反応を熟成させた後、230℃に昇温して縮重合反応を行わせた。
重合度は、定荷重押出し形細管式レオメータを用いて測定した軟化点により追跡を行い、所望の軟化点に達したときに反応を終了させ、樹脂H1を得た。
樹脂軟化点は130℃であった。
(第2バインダー樹脂の作製)
ポリオールとして、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2210g、テレフタル酸850g、無水1,2,4−ベンゼントリカルボン酸120g及びエステル化触媒としてジブチル錫オキシド0.5gを、温度計、ステンレス製攪拌機、流下式コンデンサー及び窒素導入管を装備した5リットル四つ口フラスコに入れ、マントルヒーター中で窒素雰囲気下230℃に昇温して縮重合反応を行わせた。
重合度は、定荷重押出し形細管式レオメータを用いて測定した軟化点により追跡を行い、所望の軟化点に達したときに反応を終了させ、樹脂L1を得た。
樹脂軟化点は115℃であった。
[マスターバッチの製造]
カーボンブラック:40部、第1バインダー樹脂:10部、第2バインダー樹脂50部、水:30部をヘンシェルミキサーにて混合し、顔料凝集体中に水が染み込んだ混合物を得た。これをロ−ル表面温度130&℃に設定した2本ロールにより45分間混練を行い、パルベライザーで1mmの大きさに粉砕し、マスターバッチを得た。
(トナー粒子の作製)
第1バインダー樹脂および第2バインダー樹脂を等量混合してなるバインダー樹脂(マスターバッチ樹脂を含む)100部(内添ワックス3.0部を含む)に対して、ホウ素系帯電制御剤(LR−147)1.0部、シリカ微粒子(体積平均粒径50nm)3.5部、着色剤(カーボンブラック)を4部含有相当のマスターバッチをヘンシェルミキサーで十分混合した後、2軸押し出し混練機(PCM−30:池貝鉄工社製)を使用して、100℃で溶融混練し、得られた混練物を冷却プレスローラーで2mm厚に圧延し、冷却ベルト(20℃)で冷却した後、フェザーミルで粗粉砕した。
その後、機械式粉砕機(KTM:川崎重工業社製)で平均粒径5〜10μmまで粉砕し、さらに、ジェット粉砕機(IDS:日本ニューマチックエ業社製)で粗粉分級しながら粉砕した後、微粉分級をロータ型分級機(ティープレックス型分級機タイプ:100ATP:ホソカワミクロン社製)を使用して分級を行い、体積平均粒径6.08μmの[着色樹脂微粒子1]を得た。
この[着色樹脂微粒子1]100部に対してクラリアント社製H20TM(1)を0.5部、アエロジル社製NAX50(無機微粒子2)を2.5部で外添し、ヘンシェルミキサーで混合処理し、[トナー1]を得た。
得られた[トナー1]のゆるみ見かけ密度は0.378g/mlであった。
また、現像器のシール機構を図3A〜Dの形態にして、画像の評価を行った。
[実施例2]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径7.41μmの[着色樹脂微粒子2]を得た以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー2]を得た。
得られた[トナー2]のゆるみ見かけ密度は0.345g/mlであった。
[実施例3]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径5.94μmの[着色樹脂微粒子3]を得た以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー3]を得た。
得られた[トナー3]のゆるみ見かけ密度は0.374g/mlであった。
[実施例4]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径7.54μmの[着色樹脂微粒子4]を得た以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー4]を得た。
得られた[トナー4]のゆるみ見かけ密度は0.342g/mlであった。
[実施例5]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径5.56μmの[着色樹脂微粒子5]を得た以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー5]を得た。
得られた[トナー5]のゆるみ見かけ密度は0.376g/mlであった。
[実施例6]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径8.93μmの[着色樹脂微粒子6]を得たこと、及び無機微粒子1の添加量を0.30部に変更した以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー6]を得た。
得られた[トナー6]のゆるみ見かけ密度は0.346g/mlであった。
[実施例7]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径5.47μmの[着色樹脂微粒子7]を得た以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー7]を得た。
得られた[トナー7]のゆるみ見かけ密度は0.373g/mlであった。
[実施例8]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径9.08μmの[着色樹脂微粒子8]を得たこと、及び無機微粒子1の添加量を0.30部に変更した以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー8]を得た。
得られた[トナー8のゆるみ見かけ密度は0.342g/mlであった。
[実施例9]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径5.06μmの[着色樹脂微粒子9]を得たこと、及び無機微粒子1の添加量を0.55部に変更した以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー9]を得た。
得られた[トナー9]のゆるみ見かけ密度は0.379g/mlであった。
[実施例10]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径9.91μmの[着色樹脂微粒子10]を得たこと、及び無機微粒子1の添加量を0.20部に変更した以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー10]を得た。
得られた[トナー10]のゆるみ見かけ密度は0.345g/mlであった。
[実施例11]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径6.08μmの[着色樹脂微粒子11]を得たこと、及び無機微粒子1の添加量を0.53部に変更した以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー11]を得た。
得られた[トナー11]のゆるみ見かけ密度は0.383g/mlであった。
[実施例12]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径7.41μmの[着色樹脂微粒子12]を得たこと、及び無機微粒子1の添加量を0.47部に変更した以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー12]を得た。
得られた[トナー12]のゆるみ見かけ密度は0.336g/mlであった。
[実施例13]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径6.08μmの[着色樹脂微粒子13]を得たこと、及び無機微粒子1の添加量を0.55部に変更した以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー13]を得た。
得られた[トナー13]のゆるみ見かけ密度は0.393g/mlであった。
[実施例14]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径7.41μmの[着色樹脂微粒子14]を得たこと、及び無機微粒子1の添加量を0.45部に変更した以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー14]を得た。
得られた[トナー14のゆるみ見かけ密度は0.327g/mlであった。
[実施例15]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径6.08μmの[着色樹脂微粒子15]を得たこと、及び無機微粒子1の添加量を0.58部に変更した以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー15]を得た。
得られた[トナー15]のゆるみ見かけ密度は0.398g/mlであった。
[実施例16]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径7.41μmの[着色樹脂微粒子16]を得たこと、及び無機微粒子1の添加量を0.42部に変更した以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー16]を得た。
得られた[トナー16]のゆるみ見かけ密度は0.322g/mlであった。
[実施例17]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径6.08μmの[着色樹脂微粒子17]を得たこと、及び無機微粒子1の添加量を0.60部に変更した以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー17]を得た。
得られた[トナー17のゆるみ見かけ密度は0.408g/mlであった。
[実施例18]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径7.41μmの[着色樹脂微粒子18]を得たこと、及び無機微粒子1の添加量を2.80部に変更した以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー18]を得た。
得られた[トナー18]のゆるみ見かけ密度は0.313g/mlであった。
[実施例19]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径5.06μmの[着色樹脂微粒子19]を得たこと、及び無機微粒子1の添加量を0.65部に変更した以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー19]を得た。
得られた[トナー19]のゆるみ見かけ密度は0.406g/mlであった。
[実施例20]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径9.91μmの[着色樹脂微粒子20]を得たこと、及び無機微粒子1の添加量を0.10部に変更した以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー20を得た。
得られた[トナー20]のゆるみ見かけ密度は0.315g/mlであった。
[実施例21]
本発明は粉砕トナーに限定するものではないため、重合トナーでの実施例を示す。
[ビニル系樹脂微粒子分散液1の製造]
冷却管、撹拌機および窒素導入管のついた反応容器中に、ドデシル硫酸ナトリウム0.7部、イオン交換水498部をいれ、攪拌しながら80℃に加熱して溶解させた後、過硫酸カリウム2.6部をイオン交換水104部に溶解させたものを加え、その15分後に 、スチレンモノマー200部、n−オクタンチオール4.2部の単量体混合液を90分かけて滴下し、その後さらに60分間80℃に保ち重合反応をさせた。
その後、冷却して白色のビニル系樹脂微粒子分散液1を得た。得られた分散液を2mlシャーレに取り、分散媒を蒸発させて得られた乾固物を測定したところ、数平均分子量が8300、重量平均分子量が16900、Tg 83℃であった。
[ポリエステル1の合成]
冷却管撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物229部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物529部、テレフタル酸208部、アジピン酸46部、及びジブチルスズオキシド2部を仕込み、常圧下、230℃で8時間反応させた。次に、10〜15mmHgの減圧下で、5時間反応させた後、反応容器中に無水トリメリット酸44部を添加し、常圧下、180℃で2時間反応させて、[ポリエステル1]を合成した。
得られた[ポリエステル1]は、数平均分子量が2500、重量平均分子量が6700、ガラス転移温度が43℃、酸価が25mgKOH/gであった。
[プレポリマーの合成]
冷却管、撹拌機および窒索導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物682部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物81部、テレフタル酸283部、無水トリメリット酸22部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応し[中間体ポリエステル1]を得た。[中間体ポリエステル1]は、数平均分子量2100、重量平均分子量9500、Tg55℃、酸価0.5、水酸基価49であった。
次に、冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、[中間体ポリエステル1]411部、イソホロンジイソシアネート89部、酢酸エチル500部を入れ100℃で5時間反応し、[プレポリマー1]を得た。[プレポリマー1]の遊離イソシアネート重量%は、1.53%であった。
[マスターバッチ1の製造]
カーボンブラック:40部、ポリエステル1:60部、水:30部をヘンシェルミキサーにて混合し、顔料凝集体中に水が染み込んだ混合物を得た。これをロ−ル表面温度130&℃に設定した2本ロールにより45分間混練を行い、パルベライザーで1mmの大きさに粉砕し、[マスターバッチ1]を得た。
<水相作製工程>
イオン交換水970部、分散安定用の有機樹脂微粒子(スチレン−メタクリル酸−アクリル酸ブチル−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体)の25wt%水性分散液40部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5%水溶液95部、酢酸エチル98部を混合撹拌したところpH6.2となった。これに、10%水酸化ナトリウム水溶液を滴下してpH9.5に調整し、[水相1]を得た。
<油相作製工程>
撹拌棒および温度計をセットした容器に、[ポリエステル1]545部、[パラフィンワックス(融点74℃)]181部、酢酸エチル1450部を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時間で30℃に冷却した。次いで容器に[マスターバッチ1]500部、酢酸エチル100部を仕込み、1時間混合し[原料溶解液1]を得た。
[原料溶解液1]1500部を容器に移し、ビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で、顔料、WAXの分散を行った。次いで、[ポリエステル1]の66%酢酸エチル溶液655部を加え、上記条件のビーズミルで1パスし、[顔料・WAX分散液1]を得た。
[顔料・WAX分散液1]976部をTKホモミキサー(特殊機化製)で5,000rpmにて1分間混合した後、[イソシアネート変性ポリエステル1]88部を加えTKホモミキサー(特殊機化製)で5,000rpmにて1分間混合して[油相1]を得た。得られた[油相1]の固形分を測定したところ52.0重量%であり、固形分に対する酢酸エチルの量は92重量%であった。
<芯粒子作製工程>
得られた[油相1]に[水相1]1200部を加え、ミキサーのせん断熱による温度上昇を抑えるために水浴で冷却をすることにより液中温度を20〜23℃の範囲になるように調整しながら、TKホモミキサーを用い回転数8,000〜15,000rpmで調整して2分間混合したのち、アンカー翼を取り付けたスリーワンモーターで回転数130〜350rpmの間に調整しながら10分間攪拌し、芯粒子となる油相の液滴が水相に分散された[芯粒子スラリー1]を得た。
<樹脂微粒子付着工程>
[芯粒子スラリー1]をアンカー翼を取り付けたスリーワンモーターで回転数130〜350rpmの間に調整して攪拌しながら、液温が22℃の状態で、[ビニル系樹脂微粒子分散液1]106部とイオン交換水71部を混合したもの(固形分濃度15%)を3分間かけて滴下した。滴下後、回転数を200〜450rpmの間に調整して30分間攪拌を続け、[複合粒子スラリー1]を得た。この[複合粒子スラリー1]を1ml取って10mlに希釈し、遠心分離を行ったところ、上澄み液は透明であった。
<脱溶剤工程>
撹拌機および温度計をセットした容器に、[複合粒子スラリー1]を投入し、攪拌を行いながら30℃で8時間脱溶剤を行い、[分散スラリー1]を得た。[分散スラリー1]を少量スライドグラス上に置き、カバーガラスを挟んで光学顕微鏡にて200倍の倍率で様子を観察したところ、均一な着色粒子が観察された。また[分散スラリー1]を1ml取って10mlに希釈し、遠心分離を行ったところ、上澄み液は透明であった。
<洗浄・乾燥工程>
[分散スラリー1]100部を減圧濾過した後、
(1):濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(2):(1)の濾過ケーキにイオン交換水900部を加え、超音波振動を付与してTKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで30分間)した後、減圧濾過した。リスラリー液の電気伝導度が10μC/cm以下となるようにこの操作を繰り返した。
(3):(2)のリスラリー液のpHが4となる様に10%塩酸を加え、そのままスリーワンモーターで攪拌30分後濾過した。
(4):(3)の濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。リスラリー液の電気伝導度が10μC/cm以下となるようにこの操作を繰り返し[濾過ケーキ1]を得た。
[濾過ケーキ1]を循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、[着色樹脂微粒子21](体積平均粒径は5.09μm、Dv/Dnは1.14)を得た。得られた[着色樹脂粒子21]を走査電子顕微鏡で観察したところ、芯粒子の表面にビニル樹脂が均一に付着していた。
この着色樹脂粒子21 100部に対してクラリアント社製H20TM(無機微粒子1)を0.65部、アエロジル社製NAX50(無機微粒子2)を2.5部で外添し、ヘンシェルミキサーで混合処理し、[トナー21を得た。
得られた[トナー21のゆるみ見かけ密度は0.402g/mlであった。
[比較例1]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径5.06μmの[着色樹脂微粒子22]を得たこと、及び無機微粒子1の添加量を0.67部に変更した以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー22]を得た。
得られた[トナー22]のゆるみ見かけ密度は0.412g/mlであった。
[比較例2]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径9.91μmの[着色樹脂微粒子23]を得たこと、及び無機微粒子1の添加量を0.08部に変更した以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー23]を得た。
得られた[トナー23のゆるみ見かけ密度は0.307g/mlであった。
[比較例3]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径4.96μmの[着色樹脂微粒子24]を得たこと、及び無機微粒子1の添加量を0.65部に変更した以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー24]を得た。
得られた[トナー24のゆるみ見かけ密度は0.407g/mlであった。
[比較例4]
粉砕・分級工程において、体積平均粒径10.09μmの[着色樹脂微粒子25]を得たこと、及び無機微粒子1の添加量を0.08部に変更した以外は実施例1と同様の作製方法にて[トナー25]を得た。
得られた[トナー25]のゆるみ見かけ密度は0.314g/mlであった。
[比較例5]
実施例1のトナー1を用い、現像器のシール機構図3Aにおいて、従来のように切り欠き34の部分を無くし、座面31と32を接続したものに変更した以外は実施例1と同様のシール機構を用いた。
実施例のトナー及び比較例のトナーの評価結果を表1に示す。
Figure 2014186067
1Y,1C,1M,1Bk プロセスユニット
4 現像装置
9 転写装置
10 画像形成装置本体
11 中間転写ベルト
12 駆動ローラ
13 テンションローラ
15 廃トナー収容部
16 トナーセンサ
17 二次転写ローラ
18 ベルトクリーニングブレード
19 給紙トレイ
20 給紙ローラ
21 タイミングローラ
22 定着装置
23 ストック部
24 排紙ローラ
29 軸受穴
35 シール部材
35d1、35d2 両面テープ
31、32、33 座面
34 切り欠き
35a 弾性部材
35a1、35a2、35a3 弾性部材
35b 弾性部材
35b1、35b2 弾性部材
35c シール基材
50 トナーカートリッジ
51 トナー収容部
51a 開口部
52 感光体
53 一次転写ローラ
54 クリーニングブレード
55 帯電ローラ
56 露光装置
57 トナー供給ローラ
57a 供給ローラ軸
58 現像ローラ
59 規制ブレード
59a ブラケット
59b ネジ
P 転写紙
R 搬送経路
特許第3450241号公報 特許第4420249号公報

Claims (8)

  1. 粉体が搬出される開口部に当該開口部を横断する方向に配設され、表面に保持した粉体を回転により前記開口部の内側から外側に搬出する回転体と、
    前記回転体にトナーを供給するトナー供給部材と、
    前記回転体に接触して前記回転体上のトナーの層厚を規制する規制部材と、
    トナーを収容するトナー収容部と、粉体シール機構とを有する現像ユニットにおいて、
    前記粉体シール機構は、前記回転体の軸線方向端部表面と摺接するシール部材を有し、
    当該シール部材は、前記回転体の少なくとも回転方向上流側で、その周方向の端部外側面が前記開口部に形成された座面に固定されると共に、
    当該周方向の端部内側面が第1の圧力で前記回転体の表面に接触し、
    かつ、前記シール部材の上流側と下流側の間の中間部分が、前記第1の圧力よりも低い第2の圧力で前記回転体の表面に接触しており、
    前記トナーを収容するトナー収容部に収容されたトナーは、ゆるみ見かけ密度が0.310〜0.410g/mlであり、体積平均粒径が5.00〜10.00μmである
    ことを特徴とする現像ユニット。
  2. 前記トナーのゆるみ見かけ密度が0.325〜0.395g/mlであることを特徴とする請求項1に記載の現像ユニット。
  3. 前記トナーのゆるみ見かけ密度が0.340〜0.380g/mlであることを特徴とする請求項2に記載の現像ユニット。
  4. 前記トナーの体積平均粒径が5.50〜9.00μmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の現像ユニット。
  5. 前記トナーの体積平均粒径が6.00〜7.50μmであることを特徴とする請求項4に記載の現像ユニット。
  6. 粉体が搬出される開口部に当該開口部を横断する方向に配設され、表面に保持した粉体を回転により前記開口部の内側から外側に搬出する回転体と、
    前記回転体にトナーを供給するトナー供給部材と、
    前記回転体に接触して前記回転体上のトナーの層厚を規制する規制部材と、
    トナーを収容するトナー収容部と、粉体シール機構とを有する現像ユニットであって、
    前記粉体シール機構は、前記回転体の軸線方向端部表面と摺接するシール部材を有し、
    当該シール部材は、前記回転体の少なくとも回転方向上流側で、その周方向の端部外側面が前記開口部に形成された座面に固定されると共に、
    当該周方向端部内側面が第1の圧力で前記回転体の表面に接触し、
    かつ、前記シール部材の上流側と下流側の間の中間部分が、前記第1の圧力よりも低い第2の圧力で前記回転体の表面に接触している現像ユニットにおいて用いるためのトナーであって、
    前記トナーは、ゆるみ見かけ密度が0.310〜0.410g/mlであり、体積平均粒径が5.00〜10.00μmであることを特徴とするトナー。
  7. 静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に形成された静電潜像をトナーを含む現像剤により可視像とする現像ユニットと、を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱可能に備えられるプロセスカートリッジであって、前記現像ユニットが請求項1〜5のいずれかに記載の現像ユニットであることを特徴とするプロセスカートリッジ。
  8. 静電潜像担持体と、該静電潜像担持体表面を帯電させる帯電手段と、帯電された静電潜像担持体表面を露光して静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像を現像剤を用いて現像して可視像を形成する現像手段と、前記可視像を記録媒体に転写する転写手段と、前記記録媒体に転写された転写像を定着させる定着手段とを少なくとも有する画像形成装置であって、前記現像手段が請求項1〜5のいずれかに記載の現像ユニットであることを特徴とする画像形成装置。
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