JP3273484B2

JP3273484B2 - トナー担持体

Info

Publication number: JP3273484B2
Application number: JP34538793A
Authority: JP
Inventors: 淳青戸; 泰男平野
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 2002-04-08
Anticipated expiration: 2017-04-08
Also published as: JPH07181799A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子写真法におけるトナ
ー担持体に関し、さらに詳しくは一成分系トナーを用い
るトナー担持体に関する。

【０００２】

【従来の技術】静電潜像保持体に静電潜像を形成し、こ
れを現像剤によって可視化して記録画像を得る電子複写
機、プリンタ、ファクシミリ等の画像形成装置では、粉
体状の現像剤を用いる乾式の現像装置が広く採用されて
いる。かかる粉体状の現像剤としては、トナーとキャリ
アを有する二成分系現像剤と、キャリアを含まない一成
分系現像剤があり、前者の二成分系現像剤を用いた二成
分現像方法は、比較的安定した良好の画像が得られる反
面、キャリアの劣化やトナーとキャリアとの混合比の変
動が発生しやすく、装置の維持管理が煩雑で装置全体の
構造が大型化しやすくなる欠点を有している。

【０００３】このような観点から、上述の欠点を有さな
い一成分系現像剤を用いた一成分現像方式が注目されて
いる。一成分現像剤は、トナーのみからなるものと、こ
れに必要に応じて、補助剤を外添したトナーと、補助剤
を混合したトナーとがある。またトナーとしては、その
各トナー粒子自体に磁性粉を練り込んだ磁性トナーと磁
性粉を含まない非磁性トナーとがある。ここで磁性体は
一般に不透明であるため、フルカラーやマルチカラーを
含めたカラー画像を磁性トナーによって形成すると、現
像された可視像が不鮮明になり鮮やかなカラー画像を得
ることはできない。従って、特にカラー現像に対して
は、非磁性トナーを用いた一成分現像方式を採用するこ
とが望ましい。

【０００４】ところで、一成分現像方式を採用した現像
装置においては、一成分系現像剤を現像剤担持体（トナ
ー担持体）に担持させて搬送し、このトナー担持体と静
電潜像保持体とが互いに対向した現像領域において静電
潜像保持体上に形成された静電潜像を現像剤によって可
視像化しているが、所定濃度の高品質な可視像を得るに
は充分に帯電した充分な量のトナーを現像領域に搬送
し、かかるトナーによって静電潜像を可視像化する必要
がある。

【０００５】従来、非磁性一成分トナーを用いて静電潜
像を現像する方法として、トナー担持体（現像ローラ、
現像ベルトなど）上のトナーを層厚規制部材、すなわち
ブレード状あるいはロール状の部材により薄層化し、こ
れを静電潜像を保持した静電潜像保持体（すなわち、感
光体）上に当接して現像する方法が知られている。この
方法においてはトナー担持体は、（１）トナーの補給、
（２）トナーの帯電、（３）トナーの薄層形成、（４）
トナーの搬送、（５）現像、（６）残留電荷の除電等の
サイクルを繰り返すのであるが、現像ローラまたは現像
ベルトが一サイクルし、次のサイクルに入る場合に、現
像ローラまたは現像ベルトにはトナーとの摩擦帯電によ
ってカウンターチャージが生じたり、感光体からの分配
電荷がその表面や内部に残存するため、繰り返しの使用
によってトナーの帯電特性や現像特性が劣化し、いわゆ
る残像現象が生ずるといった難点があった。このため、
従来よりトナー担持体の除電方法が色々検討されてお
り、例えばトナー担持体の表面に金属ブラシや導電性ス
ポンジなどの低抵抗体を当接する方法が提案されてい
る。

【０００６】しかしながら、金属ブラシを用いた場合、
トナー担持体表面への当接が不均一であるため画像上に
スジ状の縞ができてしまうことがあり、また導電性スポ
ンジを用いた場合はその残像消失効果が充分でなかっ
た。さらに、これらの方法はトナー薄層を介してトナー
担持体に当接する方法であることから除電効果が極めて
悪いといった欠点があった。前述のように、除電効果を
向上させるためにブラシの材質や密度、導電性スポンジ
ローラの設置本数の検討など様々な試みがなされている
が、残像を完全に消失するまでには至っていないのが実
情である。一方、こういった現像システム側からの改良
により非常に初期化されやすい、換言すれば、電荷が残
存しないトナー担持体の開発もなされている。

【０００７】このようなトナー担持体としては、一般に
樹脂またはゴムにカーボンブラックや金属微粉末等の導
電性粉体を分散させることにより導電化したものが挙げ
られる。しかし、このような粒子分散系では均一性に欠
け、ばらつきが発生してしまう。また、１０⁸〜１０¹²
Ω・ｃｍの半導電性領域の調整が非常に困難である。こ
の課題に対して均一に分散させる様々な研究がなされて
いるが未だ充分ではなく、また構成が複雑化し実用的で
はないものが多い。そこで、現像ローラ表面にそれ自体
が１０⁸〜１０¹¹Ω・ｃｍであるエピクロルヒドリン−
エチレンオキサイド共重合体ゴムを用い、その共重合比
を調整することにより抵抗値、耐環境性（湿度依存性）
を制御する方法が特開平１−１４２５６９号公報で提案
されている。

【０００８】しかしながら、このエピクロルヒドリン−
エチレンオキサイド共重合体ゴムは表面の離型性が悪い
ためにトナー担持体に用いた場合、トナーが融着するい
わゆるトナーフィルミングの発生を完全に阻止するのが
困難である。また、上記現像プロセスにおいては、トナ
ーは一般的にトナー担持体上での帯電量として５〜３０
μｃ／ｇ（好ましくは１５〜２５μｃ／ｇ）、付着量と
して０．３〜０．５ｍｇ／ｃｍ²に調整されている。し
かしこの場合、トナー担持体と静電潜像保持体との間に
速度差があるために画像の後端にトナーが寄ってしまう
いわゆる“トナー後端寄り”が発生する。これはベタ画
像で顕著に見られるし、色を重ねるフルカラー現像では
特に問題となる。そこで、この現象を防ぐためにトナー
担持体上のトナー付着量を多くする必要がある。具体的
には、０．７〜１．５ｍｇ／ｃｍ²のトナーを付着させ
る必要がある。すなわち、フルカラー現像装置において
はトナー担持体の帯電性をより優れたものとすることが
要求されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
問題を改善するものであり、トナー担持体表面に電荷が
残留蓄積することなく、その結果、残像を発生させず、
トナーに対して充分な帯電量を付与し、充分な量のトナ
ーを搬送し、加えて、安定した高品質画像を得るのに好
適なトナー担持体を提供するものである。

【００１０】

【発明を解決するための手段】本発明は、表面に供給さ
れたトナーをトナー層厚規制部材によって均一な薄層と
しこのトナーを静電潜像の現像に供するためのトナー担
持体において、該表面が少なくともエピクロルヒドリン
−エチレンオキサイド共重合体ゴムと、含エーテル結
合、含エステル結合、含アクリル及び含ハロゲンのいず
れかを有する有機化合物とを混合してなるものであるこ
とを特徴とする。

【００１１】本発明者らは、トナー担持体についていろ
いろな角度から検討を進めてきた結果、（ａ）エピクロ
ルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体ゴムと、
（ｂ）含エーテル結合、含エステル結合、含アクリル、
含ハロゲンのいずれかを有する有機化合物とを混合する
ことにより、前記課題が達成できることを見いだした。
本発明はこれに基づいてなされたものである。

【００１２】以下に、本発明をさらに詳細に説明する。
図１は本発明のトナー担持体を具備した現像装置の概略
であって、１は容器、２はトナー、３はアジテーター、
４は補給ローラ、５はトナー担持体、６はトナー層厚規
制部材、７は静電潜像保持体（感光体）を示している。
容器１の中には非磁性一成分トナー２が入っている。ト
ナー２はアジテーター３によって補給ローラ４とトナー
担持体５により形成されるトナー貯留部に搬送されトナ
ー担持体５の表面に担持される。さらに、トナー担持体
５の表面に担持されたトナーはトナー層厚規制部材６に
よって均一薄層を形成するとともに所定の極性に摩擦帯
電される。トナー薄層は静電潜像保持体７とトナー担持
体５とが当接する現像領域に運ばれ、ここでトナー担持
体５から静電潜像保持体７へトナー２が静電的に移行
し、潜像が顕像化される。

【００１３】このプロセスにおいて、トナー２とトナー
担持体５とは摩擦帯電によって静電的に結合している
が、このトナー２が静電潜像保持体７に移動した後にト
ナー担持体５の中にはカウンターチャージが発生し、こ
れが次行程まで残留していると、いわゆる残像を発生す
る。また、トナー担持体表面の離型性が悪いとトナー２
がトナー担持体５の表面に融着してしまいトナー２の帯
電性、搬送性が低下してしまう。本発明は、このような
カウンターチャージを迅速にリークし、かつ、トナーの
帯電性、搬送性の良好な現像装置とするために前述の特
定構造をもつトナー担持体５が採用されている。

【００１４】本発明におけるトナー担持体の一例を図２
に示す。トナー担持体５は芯金５１上に導電体層５２を
塗工した構成をとっている。芯金５１は従来公知の金属
等が使用できる。導電体層５２は、（ａ）エピクロルヒ
ドリン−エチレンオキサイド共重合体ゴムと、（ｂ）含
エーテル結合、含エステル結合、含アクリル、含ハロゲ
ンのいずれかを有する有機化合物との混合物からなる。
含エーテル結合有機化合物としては、ポリビニルエーテ
ル、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリエ
ーテルウレタン等があげられる。含エステル結合有機化
合物としては、アルキド樹脂、ポリカーボネート樹脂、
不飽和ポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレー
ト、ポリアクリレート、ポリエステルウレタン等があげ
られる。含アクリル有機化合物としては、アクリル樹
脂、ポリメチルメタクリレート、ポリヒドロキシエチル
メタクリレート等があげられる。また、含ハロゲン有機
化合物としては、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデ
ン、ポリ四フッ化エチレン、ポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリフッ化ビニル等のフッ素樹脂等があげられる。

【００１５】本発明においては、（実施態様１）前記有
機化合物にフッ素樹脂又は変性シリコン樹脂が用いられ
るのが特に好ましい。変性シリコン樹脂としては、例え
ばアルキド変性シリコン樹脂、アクリル変性シリコン樹
脂、エポキシ変性シリコン樹脂、ウレタン変性シリコン
樹脂、メラミン変性シリコン樹脂、フェノール変性シリ
コン樹脂、ポリエステル変性シリコン樹脂等が挙げられ
るが、含エーテル結合又は含エステル結合を有するもの
としてアクリル変性シリコン樹脂、アルキド変性シリコ
ン樹脂、ウレタン変性シリコン樹脂、ポリエステル変性
シリコン樹脂がある。

【００１６】本発明で用いられる有機化合物はエピクロ
ルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体ゴムと容易に
相溶し、表面特性を改良することができる。また、有機
化合物の混合比を変えることにより体積抵抗の調整も容
易に可能となる。特に、離型性、耐環境性の点でフッ素
樹脂、変性シリコン樹脂を用いるのが好ましい。

【００１７】エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド
共重合体ゴム（Ａ）と有機化合物（Ｂ）との混合比は
（Ａ）／（Ｂ）＝１／１〜１／１０であることが望まし
い。（Ｂ）がこの範囲よりも多くなると体積抵抗が高く
なりすぎ残像が発生してしまう。また、（Ａ）がこの範
囲より多くなると表面特性が悪化し、トナーフィルミン
グが発生してしまう。

【００１８】また、本発明においては、（実施態様２）
有機化合物（Ｂ）として変性シリコン樹脂を用いた場合
には、さらにシランカップリング剤を添加することによ
って耐環境性を効果的に改良することができる。このシ
ランカップリング剤には、例えばオレフィン官能性シラ
ン、エポキシ官能性シラン、メタアクリル官能性シラ
ン、アミノシラン、メルカプト官能性シラン、イソシア
ネート官能性シラン等がある。特に、アミノシランカッ
プリング剤を用いると負帯電性トナーとの摩擦帯電性も
効果的に向上させることができる。アミノシランカップ
リング剤としては、例えば以下のものが挙げられる。

【００１９】（１）（ＣＨ₃ＣＨ₂Ｏ）₃Ｓｉ（ＣＨ₂）Ｎ
Ｈ₂ （２）（ＣＨ₃Ｏ）₃Ｓｉ（ＣＨ₂）₃ＮＨ₂ （５）（ＣＨ₃Ｏ）₃Ｓｉ（ＣＨ₂）₃ＮＨＰｈ（Ｐｂ：フ
ェニル基）（６）（ＣＨ₃Ｏ）₃Ｓｉ（ＣＨ₂）₃ＮＨＣＨ₃ （７）（ＣＨ₃Ｏ）₃Ｓｉ（ＣＨ₂）₃Ｎ（ＣＨ₃）₂ （８）（ＣＨ₃Ｏ）₃Ｓｉ（ＣＨ₂）₃ＮＨ（ＣＨ₂）₂ＮＨ
₂ （10）（ＣＨ₃ＣＨ₂Ｏ）₃Ｓｉ（ＣＨ₂）₃ＮＨ（ＣＨ₂）
₂ＮＨ₂ （11）（ＣＨ₃Ｏ）₃Ｓｉ（ＣＨ₂）₃ＮＨ（ＣＨ₂）₆ＮＨ
₂ （12）（ＣＨ₃Ｏ)₃Ｓｉ(ＣＨ₂)₂ＸＣＨ₂ＮＨ(ＣＨ₂)₂Ｎ
Ｈ₂（Ｘ：フェニレン基)

【００２０】本発明者らの研究によると、シランカップ
リング剤が変性シリコン樹脂の架橋反応における残存官
能水酸基と反応するために耐環境性が向上することが見
いだされた。また、変性シリコン樹脂と反応することに
より帯電性もより効果的に発現されることが判明した。
従って、使用される変性シリコン樹脂に対してより反応
性に優れた（アミノ）シランカップリング剤を選択する
ことが好ましい。シランカップリング剤の添加量は必要
最低限とし、それ以上添加すると未反応のアミノシラン
カップリング剤が残存し逆に耐環境性が悪化する。さら
に、これらに有機金属触媒を同時に添加すると、変性シ
リコン樹脂とシランカップリング剤との反応性が高ま
り、さらに耐環境性、帯電性が向上するようになる。有
機金属触媒には、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔ
ｉ、Ａｌなどを含む無機あるいは有機物があるが、これ
らのなかから反応性の良いものが適宜選択され利用され
る。

【００２１】本発明のトナー担持体の導電体層には、上
記構成の他に必要に応じて、シリカ、炭酸カルシウム、
酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等の無機
充填剤や、ニグロシン染料、含クロムアゾ染料等の帯電
制御剤を含有してもよい。本発明のトナー担持体は、ス
プレー塗布、プレス成型、ディッピング、射出成型、押
しだし成型などの通常の工法により作製可能である。導
電体層５２の厚さは特に限定するものではないが、安定
した層とするために２０μｍ以上とするのが好ましい。

【００２２】本発明におけるトナー担持体の構成は上記
構成に限らず、これまでに詳述した導電体層を少なくと
も表面に有していれば良く、必要に応じて多層構造をと
ってもよい。また、形状もローラ状に限定されるもので
はない。そして、本発明においては、（実施態様３）上
記のトナー担持体を具備した現像装置が提供できる。

【００２３】

【実施例】次に、実施例及び比較例をあげて本発明をよ
り詳細に説明する。ここでの部、％はともに重量基準で
ある。

【００２４】実施例１Ａｌの芯金ローラに下記の導電体層形成成分をスプレー
塗布し、１５０℃、１時間の条件下で硬化、乾燥させ膜
厚約３０μｍの誘電体層を形成し、トナー担持体とした
（図２）。（導電体層形成成分）エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体ゴム（５％溶液）１００部（エピクロマーＣＧ；ダイソー）アクリル樹脂２０部（アロセット５８１３（固形分５０％）；日本触媒社製）トルエン１００部キシレン１００部

【００２５】なお、上記エピクロルヒドリン−エチレン
オキサイド共重合体ゴム(５％溶液)は以下のようにして
調製した。エピクロマーＣＧ１００部亜鉛華５部ステアリン酸０．５部ノクセラーＴＴ１部ノクセラーＤＭ１．５部バルノックＲ１．０部硫黄０．３部炭酸カルシウム５部からなる混合物を２本ロールにて混練後、トルエン溶液
に溶解し固形分５％のエピクロルヒドリン−エチレンオ
キサイド共重合体ゴム（５％溶液）とした。

【００２６】実施例２実施例１におけるアクリル樹脂２０部の代わりに、ポリ
カーボネート樹脂（パンライトＫ−１３００；帝人化成
社製）１０部を用いた以外は同じにして、トナー担持体
をつくった。

【００２７】実施例３〜８実施例１におけるアクリル樹脂の代わりに、フッ素樹脂
（ルミフロン６０１Ｃ（固形分５０％溶液）；旭硝子社
製）を、表１に示した処方で用いた以外は同じにして、
トナー担持体をつくった。

【００２８】

【表１】

【００２９】実施例９実施例１におけるアクリル樹脂２０部の代わりに、アク
リル変性シリコン樹脂（ＫＲ９７０６（固形分５０
％）；信越化学社製）２０部を用いた以外は同じにし
て、トナー担持体をつくった。

【００３０】実施例１０実施例１におけるアクリル樹脂２０部の代わりに、アル
キド変性シリコン樹脂（ＫＲ５２０６（固形分５０
％）；信越化学社製）２０部を用いた以外は同じにし
て、トナー担持体をつくった。

【００３１】実施例１１実施例９においてさらに、アクリル官能性シランカップ
リング剤（（ＣＨ₃Ｏ）₃Ｓｉ（ＣＨ₂）₃Ｏ−ＣＯ−ＣＨ
₃ＣＨ₂）を１部添加した他は同じにして、トナー担持体
をつくった。

【００３２】実施例１２実施例９においてさらに、エポキシ官能性シランカップ
リング剤は同じにして、トナー担持体をつくった。

【００３３】比較例１実施例１においてアクリル樹脂を用いなかった以外は同
じにして、トナー担持体をつくった。

【００３４】図１の現像装置を用いて、上記の実施例及
び比較例について以下の評価を行った。なお、このとき
静電潜像保持体とトナー担持体との駆動速度比（線速
比）は１：２．５とした。（トナー帯電量測定）下記組成からなる負帯電性黒トナ
ーを用いて、トナー担持体上のトナーをブローオフ法に
より測定した。（トナー組成）スチレンアクリル樹脂１００部カーボン１０部含クロムモノアゾ染料２部からなる混合物を、溶融混練後、粉砕・分級したもの
に、疎水性シリカ０．５部をミキサーで混合し、トナー
とした。（トナー付着量測定）現像ローラ上のトナー量をテープ
転写により測定した。（残像性の評価）図３に示すようなパターン画像を出力
し残像性を評価した。すなわち、黒帯ベタ部を現像後、
網点を現像し、黒帯ベタ部の位置に相当する網点の画像
濃度（ＩＤ_l）と黒帯ベタ相当部以外の網点の画像濃度
（ＩＤ_h）をマクベス濃度計により測定し、その比（Ｉ
Ｄ_l／ＩＤ_h）により残像性を評価した。すなわち、比が
１であれば残像は発生しておらず良好であるが、１より
はずれるほど残像の程度が悪いことになる。（離型性の評価）画像１万枚出力後のトナー担持体表面
の状態を次の規準により評価した。ランクＡ：エアーブローでローラ表面のトナーが簡単に
除去できる。ランクＢ：エアーブローで、部分的にわずかにトナーが
残る。ランクＣ：エアーブローで完全に除去できずトナーの薄
層が残る。ランクＤ：溶融状態のトナーが強くローラ表面に固着し
ている。

【００３５】（耐環境性の評価）これにらの評価を１０
℃／１５％ＲＨ、２０℃／５０％ＲＨ、３０℃／９０％
ＲＨの条件下で行った。評価結果をまとめて表２に示し
た。

【００３６】

【表２】

【００３７】実施例１３実施例９においてさらに、アミノシランカップリング剤
（前記構造式（１））を１部添加した以外は同じにして
トナー担持体をつくった。

【００３８】実施例１４実施例９においてさらに、アミノシランカップリング剤
（前記構造式（８））を１部添加した以外は同じにして
トナー担持体をつくった。

【００３９】実施例１５実施例１３において、さらにＳｎ系の触媒を０．１部添
加した以外は同じにしてトナー担持体をつくった。

【００４０】実施例１６実施例１４において、さらにＺｎ系の触媒を０．１部添
加した以外は同じにしてトナー担持体をつくった。

【００４１】比較例３比較例２にさらに、アミノシランカップリング剤（前記
構造式（８））を１部添加した以外は同じにしてトナー
担持体をつくった。

【００４２】比較例４比較例３のアミノシランカップリング剤の量を２部とし
た以外は同じにしてトナー担持体をつくった。

【００４３】比較例５比較例３にさらに、Ｓｎ系触媒を０．１部添加した以外
は同じにしてトナー担持体をつくった。

【００４４】図１の現像装置において、下記のシアント
ナーを用いて上記実施例及び比較例についての同様の評
価を行った。（トナー組成）ポリオール樹脂１００部サリチル酸誘導体Ｚｎ塩４部銅フタロシニアン３部からなる混合物を、溶融混練後、粉砕・分級したもの
に、疎水性シリカ０．７５部をミキサー混合し、トナー
とした。

【００４５】これらトナー担持体の評価結果をまとめて
表３に示した。

【００４６】

【表３】

【００４７】さらに、実施例１６のトナー担持体を用い
てフルカラー複写機にて、静電潜像保持体とトナー担持
体の駆動速度比を１：１．０２としてカラー画像を出力
したところ、画像濃度が良好で、トナー後端寄りのない
高品質画像が得られた。

【００４８】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、すなわちエピ
クロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体ゴムと、
含エーテル結合、含エステル結合、含アクリル及び含ハ
ロゲンの少なくともいずれかを有する有機化合物とを混
合することによりなる構成のトナー担持体を用いること
により、残像、トナーフィルミングがない高品質画像を
提供する現像装置とすることができる。前記実施態様１
の発明によれば、特に、有機化合物としてフッ素樹脂、
あるいは変性シリコン樹脂を用いることにより耐環境性
に優れたものとできる。前記実施態様２の発明によれ
ば、変性シリコン樹脂を用いたときに、これにシランカ
ップリング剤を併用することによってより耐環境性に優
れたものとできる。さらに、アミノシランカップリング
剤を用いることで負帯電性トナーとの帯電性が向上す
る。前記実施態様３の発明によれば、安定高画質な画像
が得られる現像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のトナー担持体を有する現像装置の概
略を表わした図。

【図２】本発明のトナー担持体の１例を表わした図。

【図３】残存性の評価を行なうためのパターン画像を
表わした図。

【符号の説明】

１容器２トナー３アジテーター４補給ローラ５トナー担持体６トナー層厚規制部材７静電潜像保持体５１芯金５２導電体層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 15/08 - 15/09 G03G 15/02 F16C 13/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に供給されたトナーをトナー層厚規
制部材によって均一な薄層としこのトナーを静電潜像の
現像に供するためのトナー担持体において、該表面が少
なくともエピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重
合体ゴムと、含エーテル結合、含エステル結合、含アク
リル及び含ハロゲンのいずれかを有する有機化合物とを
混合してなるものであることを特徴とするトナー担持
体。