JP4046325B2 - Image forming apparatus and process cartridge - Google Patents

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Description

【0001】
本発明は画像形成装置及びプロセスカートリッジに関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開2001−188452号公報
【特許文献2】
特開2000−267536号公報
【特許文献3】
特開昭60−131547号公報
【特許文献4】
特開平6−148941号公報
【特許文献5】
特開平8−254873号公報
【0003】
リンタ、ファクシミリ、複写装置等の電子写真方式の画像形成装置においては、像担持体表面を帯電、露光して形成した静電潜像に着色トナーで現像して可視像としてのトナー像を形成し、このトナー像を転写紙等の被転写体に転写し、これを熱ロール等で定着して画像を形成する。一方、トナー像の転写を終えた像担持体表面には、一般に未転写のトナーが残留するため、この残留トナーを、次の画像形成プロセスに先立ってクリーニング手段により除去することが必要になる。また、一般的に、クリーニング手段により、像担持体表面に付着した他の異物も、残留トナーと共に取り除いている。
【0004】
この転写後の残留トナーを除去するクリーニング手段としては、ファーブラシ、磁気ブラシ等を使用するものや、材質が弾性体であるクリーニングブレードを使用するもの等各種のものが使用されているが、クリーニングブレードにて像担持体を摺擦してトナーを掻き落とす手段が、安価で且つ性能安定性が高いことから一般的に使用されている。そして、クリーニングブレードの材質として用いられる弾性体には、耐摩耗性に優れているポリウレタンゴムが多く使用されている。
【0005】
また、近年、特にフルカラー画像形成装置において高画質化が進み、その高画質化のための一つの方向として、トナーの小粒径化、球形化が進められるようになってきている。小粒径化により、像担持体表面に形成されるトナー画像のドットの再現性を向上させることができ、球形化することで現像性、転写性を向上させることができる。
【0006】
この高画質化のためのトナーを球形化させる方法としては、従来の粉砕方法に代わり、化学反応である重合反応を伴う重合トナーの製法が採用されてきている。この重合トナーの製法としては、同じ重合反応の範疇であるものでも、何種類か製法に違いがあるが、粉砕トナーに見られるような粉砕分級工程が必要ない、あるいはこの工程が大幅に軽減できるという利点を有している。
【0007】
ところが、小径トナー、球形トナーを使用した場合に、従来のクリーニングブレードを用いたクリーニング装置では、像担持体表面の転写残トナーの完全除去が困難で、クリーニング不良が発生するという問題が生じている。
【0008】
このクリーニング性能の不具合、クリーニング不良は、従来の粉砕トナーに機械的な処理(再粉砕)、あるいは熱処理などを行って、小粒径化、球形化した場合でも生じることが明かになっており、トナーの製造方法に関わらず、トナーが小粒径化、球形化した場合には、ブレードクリーニングでは良好なクリーニング性能が得られないという問題がある。
【0009】
このようなクリーニング不良を起こしたトナーは次に出力される画像形成時に画質欠陥となり、特に帯電装置がローラ形状の接触式の帯電器の場合などは、クリーニングブレードにより取り切れなかった(クリーニングされなかった)トナーがロール状の帯電器に堆積し帯電不良を引き起こしてしまう場合があるため影響が大きい。とりわけトナーの円形度(円形度についての詳細は後述する。)が1に近くなるようなトナー、すなわち、球形(真球)に近いトナーでは顕著にクリーニング性が悪化する。また円形度が0.95以下の形状のトナーであっても、形状分布を有することから、ほぼ球形のトナーが存在し、経時的にクリーニング性が悪化する傾向にある。
【0010】
また、このクリーニング性は、現像に用いるトナーの粒径が小さくなるほど悪化する傾向にある。さらに、画像形成装置は10℃〜30℃程度の温度範囲で使用されるが、特に低温下に於いてはこのクリーニング性の悪化が顕著に現れる。
【0011】
この小径トナーや球形トナーを用いた場合のクリーニング不良の発生原因につ
いては、一般的に、【特許文献1】に記載されているような理由が挙げられているが、次のような理由によるものと考えられる。
【0012】
すなわち、クリーニングブレードを用いたクリーニング方式では、前述のようにゴムブレードにて像担持体を摺擦してトナーを掻き落としているため、像担持体とゴムブレードとの摩擦抵抗によりゴムブレードのエッジ先端が変形し、両者間に微小なくさび状の空間を形成している。この空間には、小径のトナーであればあるほどエッジ先端に侵入しやすく、エッジ先端に侵入したトナーは入れ替わり難く、非流動領域を形成する。
【0013】
また、球形トナーは、不定形トナーと比較して最密充填し易いため、クリーニングブレードのエッジと像担持体との接触点近傍の微小な空間で圧密化されやすい。非流動領域のトナーと像担持体との摩擦抵抗が比較的小さく、トナーが像担持体に対して滑っている状態では、クリーニング不良は発生しないが、像担持体との摺擦による外添剤の離脱等によりトナーと像担持体の摩擦力が増加すると、球形トナーは転がり摩擦が従来の粉砕不定形トナーと比べて小さいため、クリーニングブレードと像担持体の間で転がり始め、すり抜けてしまうと考えられるのである。この点については、本発明者らの鋭意研究の結果解明できたので後述する。
【0014】
そこで、上記【特許文献1】においては、重合法により製造された球形トナーを用いる画像形成装置の像担持体上の残留トナーを効率よく除去するために、転写後の感光体表面の残留トナーを掻き取るクリーニングブレードと、クリーニングブレードよりも感光体移動方向の上流側に配置され、残留トナーを粉砕して感光体上に微粒トナーを生成するクリーニングブラシとを備えたクリーニング装置が開示されている。
【0015】
また、【特許文献2】においては、画像形成装置の像担持体クリーニングブレードの球形トナーに対するクリーニング性を向上させるために、球形トナーにより形成されたトナー像を担持する表面が転写領域およびクリーニング領域を通って回転移動するトナー像担持体と、前記転写領域を通過するトナー像担持体表面のトナー像を転写材に転写する転写器と、前記クリーニング領域を通過するトナー像担持体表面に摩擦接触して前記トナー像担持体表面の残留トナーを除去するブレードエッジを有する弾性部材製のクリーニングブレードと、前記ブレードエッジに塗布された粉体潤滑剤と前記球形トナーよりも平均粒径が小さい不定形トナーとの混合粉体材料とを有するトナー像担持体クリーナとから構成される画像形成装置が開示されている。
【0016】
このように球形トナーと不定形トナーとを混合したものを用いるものとしては、【特許文献3】、【特許文献4】、【特許文献5】に記載されているようなものもある。
【0017】
上述した特許文献1に記載のクリーニング装置にあっては、残留トナーを粉砕して感光体上に微粒トナーを生成するクリーニングブラシを備えるために装置が大型化するだけでなく、樹脂からなるトナーを粉砕することは非常に困難で、仮に粉砕できるとしても像担持体表面に対するダメージが発生し、画像品質が低下することになる。
【0018】
また、【特許文献2】に記載のクリーニング装置にあっては、球形トナーよりも平均粒径が小さい不定形トナーとの混合粉体材料を用いるために、球形トナーを用いることによる画像品質の向上というメリットが低減し、結果的に画像品質が低下することになる。
【0019】
そこで、本発明者らは、まず、球形トナーを用いた場合にカウンタ方式のクリーングブレードではクリーニング不良が発生する原因について、そのメカニズムを研究し、これを解明した。
【0020】
すなわち、図31に示すように、代表的なカウンタ方式のクリーニングブレードを用いたクリーニング装置にあっては、金属ホルダ100に保持されたクリーニングブレード101の先端を、像担持体111に対して、その回転方向Aに対してカウンタとなるように、つまり、クリーニングブレード101の腹面101cと像担持体111表面が角度θになるよう当接させ、さらにクリーニングブレード101先端(自由端)を押付け量dで像担持体111に押し付けることによって、像担持体111上の残留トナーをクリーニングする。
【0021】
このように、像担持体111とクリーニングブレード101とが接触した状態で、像担持体111が回転すると、図32に示すように、クリーニングブレード101は弾性部材であるため、像担持体111の矢示A方向への移動によってブレード101のカット面101aのエッジ部101bが像担持体111との摩擦力により矢示A方向に引っ張られ、ブレード101のカット面101a(先端面)が変形してめくれた状態となる。このカット面101aのめくれによって、ブレード101先端のカット面101aと像担持体111との間でくさび形状のニップ部Nを形成する。
【0022】
この場合、使用するトナーが粉砕トナーであるときには、図33に示すように、粉砕トナーTaは形状が歪であるため、クリーニングブレード101と像担持体111で形成されるくさび形状となったニップ部でトナーTaのエッジ部が引っ掛かる。このとき、ブレード101の先端面の変形した部分は元の状態に戻ろうとする反発力が働き、いわゆるスティック・スリップ運動が発生する。
【0023】
このスティック・スリップ運動について図34を参照して説明する。ブレードニップが移動している像担持体表面にスティック状態(固着)になると、ブレードニップは同図に破線で示すように像担持体111の回転方向に強制的に引き伸ばされる。ブレードニップがある位置まで引き伸ばされるとブレードの反発力が大きくなり、静摩擦力と反発力が釣り合った時点でブレードニップが像担持体表面に対して滑る。ブレードニップと像担持体の間で滑りが生じる状態では、動摩擦係数が静摩擦係数より小さいため、ブレードニップは像担持体表面を滑りながら元の方向(実線図示の方向)へ戻ることになる。このスティック・スリップのくり返し運動(その範囲をSPで示している)の戻りの力によって、くさび形状のニップ部に滞在しているトナーTaが像担持体111の進行方向とは逆方向に戻される力を受けクリーニングされる。
【0024】
これに対して、トナーとして球形トナーを用いた場合について図35を参照して説明する。同図は、球形トナーTbがクリーニングブレード101と像担持体111により形成されるくさび形状のニップ部に侵入してきたときの挙動を示している。
【0025】
球形トナーTbを用いた場合、粉砕トナーTaのようにトナーに歪な部分がないため、ブレード101の先端部に引っ掛からないため、くさび形状のニップ部に侵入し、クリーニングブレード101と像担持体111に挟まれた状態となった球形トナーTbは、像担持体111との間の摩擦力により接触部を駆動源として回転するモーメントを受ける。したがって、球形トナーTbは像担持体111の進行方向と逆方向に回転しながら、像担持体111の回転方向と同じ方向に移動して、ブレード101と像担持体111との間をすり抜けるため、クリーニング不良となる。
【0026】
このとき、一旦球形トナーTbのすり抜けが発生すると、図36に示すように球形トナーTbはクリーニングブレード101と像担持体111との間で潤滑剤のように機能し、ブレード101の先端部と像担持体111の摩擦力を低下させ、ブレード101の先端(カット)面のめくれを解除する(ブレード101を初期の形状に戻す)働きをする。そのため、ブレード101によるクリーニングの基本機能となる上述したスティク・スリップ運動が生じなくなり、連続してトナーのクリーニング不良が生じる現象が発生する。
【0027】
以上では球形トナーのクリーニング不良の発生メカニズムについて説明したが、小径トナーについても図34に示したくさび形状のニップ部に対して、小径トナー程侵入しやすく、また侵入したトナーは歪であっても小径トナーほどエッジ部での引っ掛かりが少なくなるため、すり抜けが発生し易いことが確認された。
【0028】
本発明者らは上記のように解明できた球形、小径トナーのクリーニング不良の発生メカニズムに基づき、更に鋭意研究を重ねた結果、従来のクリーニングメカニズとは異なる新規なメカニズムによって球形、小径トナーをクリーニングできることを見出した。
【0029】
なお、前述したようなブレードクリーニング方法(クリーニングブレードを用いたクリーニング方法)では、トナーのクリーニング性が高まる、言い換えれば、摺擦能力が上がるため、ブレードと像担持体との間で摩擦抵抗力が上がる傾向があることが一般的に知られている。
【0030】
特に、転写後の残留トナーが像担持体に全くない状態では、ブレード(エッジ)部と像担持体との摩擦抵抗力が非常に高くなり、酷い場合にはブレードが像担持体に引きつられる、いわゆる「反りかえり」の現象が起き、クリーニング機能を引き出すことができないこともある。
【0031】
ブレードを用いたクリーニング方式では、前述したようにゴムブレードにて像担持体を摺擦してトナーを掻き落としているため、像担持体とゴムブレードとの摩擦抵抗によりゴムブレードのエッジ先端が変形し、両者間に微小なくさび状の空間を形成している。このくさび状の領域を作ることがクリーニングにとっては重要であるため、ブレードエッジ部ができることはクリーニング性に大きく関係することになる。
【0032】
ところが、ブレードエッジ部と像担持体との間の摩擦抵抗力が大きすぎると、上記の「反りかえり」以外にも、クリーニングに必要なエッジ部が欠けることもある。したがって、耐久性の面からもできるだけ、トナーのクリーニングに必要な最低限の摩擦抵抗力を確保、維持しつつ、エッジ部を維持することが好ましい。しかしながら、従来のクリーニングブレードを用いたクリーニング手段では、このようなトナーのクリーニングに必要な最低限の摩擦抵抗力を確保、維持することができないという課題がある。
【0033】
さらに、ブレードエッジ部と像担持体との摩擦抵抗力が上がることによって引き起こされる不具合は、ブレードエッジの欠け以外にも、像担持体に対しても起こることが本発明者の鋭意研究によって判明した。
【0034】
その例としては、トナーが像担持体表面上でブレードにより引き伸ばされ、像担持体上にフィルム上のトナー層ができるフィルミングや、像担持体を構成する感光層の膜削れといった不具合が引き起こされるということである。フィルミングは、感光層の上に形成されるため、できるだけ正確な像形成の支障になり、膜削れは像担持体としての耐久性を下げることになり、いずれもできるだけこのような現象を起こさないようにする必要がある。場合によっては、フィルミングが起こりながら膜削れも進行し、結果的に膜削れの現象のみが起こっているように見えることもある。
【0035】
これらは、いずれもクリーニングブレードを使用する画像形成装置では、ブレードと像担持体との摩擦抵抗力が大きいために起こる現象であることが判明した。
【0036】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものでありクリーニング性を向上した画像形成装置及びプロセスカートリッジ、このプロセスカートリジを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【0038】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る画像形成装置は、像担持体の表面に潜像を形成し、この潜像をトナーにより現像してトナー像を形成し、このトナー像を被転写体に転写した後に像担持体表面に残留しているトナーをクリーニング手段で除去する画像形成装置において、クリーニング手段は、像担持体表面に当接するためのブレード部材と、一端部が固定され、自由端部となる他端部の一面にブレード部材が取り付けられた板状の振動部材と、この振動部材の他端部のブレード部材取付け面と反対側の面に取り付けられ、ブレード部材取付け面と垂直な方向に振動部材の他端部を振動させる加振手段とを有し、ブレード部材の像担持体と接する部分の振動でトナーをクリーニングする手段である構成としたものである。
【0039】
ここで、トナーは重合法によって作製されたトナーであることが好ましい。また、ブレード部材の少なくとも像担持体との当接部分を含む表面がトナー材質との親和性が小さい材料で形成されていること、或いは、トナーの外部に添加される外添剤がブレード部材の表面を形成する部材との親和性が小さいことが好ましい。さらに、ブレード部材のニップ部における振動量がトナーの平均粒径より小さいことが好ましい。
【0040】
また、ブレード部材のニップ部における振動による変位量を制御可能であることが好ましく、この場合、ブレード部材の変位量の制御を電気的に行う手段を備えていることが好ましい。さらに、加振手段が圧電素子であることが好ましく、この場合、圧電素子に交互電圧を印加する手段を備えていることが好ましい。
【0041】
さらに、ブレード部材の振動による変位量を作像時と非作像時とで異ならせる手段を備えていることが好ましい。また、ブレード部材の振動による変位量を、像担持体上のトナー付着量作像回数、環境条件、トナー補給量の少なくともいずれかに基づいて変化させる手段を備えていることが好ましい。
【0048】
本発明に係るプロセスカートリッジは、少なくとも像担持体及びクリーニング手段を備えたプロセスカートリッジにおいて、クリーニング手段は、像担持体表面に当接するためのブレード部材と、一端部が固定され、自由端部となる他端部の一面にブレード部材が取り付けられた板状の振動部材と、この振動部材の他端部のブレード部材取付け面と反対側の面に取り付けられ、ブレード部材取付け面と垂直な方向に振動部材の他端部を振動させる加振手段とを有し、ブレード部材の像担持体と接する部分の振動でトナーをクリーニングする手段である構成とした。
【0049】
本発明に係る他の画像形成装置は、本発明に係るプロセスカートリッジを複数備えているものである。
【0058】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
先ず、第1の発明で採用している小径、球形トナーの新規なクリーニングメカニズムについて図1を参照して説明する。
第1の発明に係るクリーニング装置は、同図に示すように、ブレード部材1と像担持体11とで形成されるくさび形状部のトナーTにブレード部材1から振動を与えることによって、トナーTが摩擦力により回転することを防止し、球形トナーのクリーニング不良を防止する。
【0059】
これらの加振動作は、ブレード部材1のニップ部が従来のクリーニングブレードとは異なる形状、動きとなるように振動させることで、ブレードニップ部への球形トナー、小径トナーの入り込みを防止することができ、球形トナー、小径トナーのクリーニング不良を無くすることが可能となる。
【0060】
すなわち、図1は、ブレード部材1が振動状態にあり、またその振動によって球形トナーTに振動が伝わり、トナーTが活性に振動している様子(図中白抜き矢印で示す。)を表した図である。これは、高倍率の顕微鏡を介して高速度ビデオカメラによる観察結果を図示したものである。なお、図中、1aはカット面、1bはエッジ部1b、1cはブレード部材1の腹面(像担持体11表面との対向面)である。
【0061】
そして、このとき、ブレード部材1の先端カット面1aと像担持体11の近傍にある球形トナーTがトナー数個分の範囲(図中のB部の範囲)わたって振動していることが判明した。
【0062】
このような状態では、ニップ部近傍の振動しているトナー群(B部のトナー)がバリヤーのような働き(振動トナー壁)をし、後続の像担持体11上トナーT(図中C部のトナー)の侵入を防止することになり、真球に近い様な球形トナーについても全くクリーニング不良が発生しない状態となる。
【0063】
このとき、ブレード部材1が振動していることにより、またブレード部材1から像担持体11にも振動を伝えることで、ブレード部材1と像担持体2との摩擦力が低下し、従来方式で発生していたブレード部材1のカット面1aのめくれる現象がなくなる条件が存在することが判明した。ここでいう「カット面のめくれ」とは、通常は成型した弾性部材を厚さ方向にカットしてそのエッジをバリ、欠け等がなくシャープな形状に仕上げたブレード部材を使用するが、そのカット面が像担持体の移動に伴って変形して像担持体表面に接する状態になること(前述した図23に示す状態になること)をいう。
【0064】
このブレード部材1のカット面のめくれの発生を無くすることで、像担持体11へのブレード部材1からのストレスも減少し、結果的にブレード部材1及び像担持体11の耐久性が格段に向上するという非常に大きな効果が得られることも判明した。
【0065】
そこで、以下に第1の発明に係るクリーニング装置を備え、第1の発明に係るクリーニング方法を適用した第1の発明に係る画像形成装置について図2を参照して説明する。なお、同図は同画像形成装置の概略構成図である。
【0066】
この画像形成装置は、矢印A方向に回転する像担持体11を備え、その周囲に帯電手段12、露光手段13、現像手段14、転写手段15、クリーニング装置16、除電手段17が配置されている。また、像担持体11上から転写された転写材18上のトナー像を定着するための図示しない定着装置が配置されている。
【0067】
ここで、帯電手段12は、像担持体11表面に所定の距離で像担持体11と接触あるいは非接触で配置され、帯電手段12にバイアスを印加することによって像担持体11を所定の極性、所定の電位に帯電する。
【0068】
露光手段13は発光素子としてLDあるいはLEDを使用し、画像データに基づき像担持体11に光を照射し静電潜像を形成する。
【0069】
現像手段14は、内部に固定されたマグネットローラと回転自在の現像剤担持体14Aを備えており、現像剤を現像剤担持体14A上に保持させている。この画像形成装置では、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て二成分磁気ブラシ現像を行うようにしている。その他の現像方式としてはキャリアを用いない一成分現像方式を用いてもよい。
【0070】
現像剤担持体14Aには、現像バイアス電源から電圧が印加される。この現像バイアスと像担持体11表面に形成された静電潜像の電位との電位差により、現像領域にて静電潜像に帯電したトナーを付着させて現像を行う。
【0071】
転写手段15は、転写時に像担持体11表面に所定の押圧力で接触し、電圧が印加されることにより、像担持体11と転写手段15との間の転写ニップ部で像担持体11表面のトナー像を転写材18に転写する。この画像形成装置では転写ローラを用いて転写を行っているが、コロトロン、転写ベルトなどの転写手段を用いてもよい。
【0072】
クリーニング装置16は、第1の発明に係るクリーニング装置であり、ブレード部材21と、振動部材22と、加振手段23と(これらの部材で構成される部分を「加振ブレード20」と称する)を備え、前述したようにブレード部材21に所要の振動を与えて、像担持体11表面の残留トナーを除去する。このクリーニング装置16により像担持体11からクリーニングされたトナーは、トナー搬送部材によって、廃トナーとして図示していない廃トナーボトルに蓄えてサービスマンなどにより回収、あるいはリサイクルトナーとして現像装置などに運ばれ現像に使用される。
【0073】
除電手段17は、クリーニング装置16により残留トナーを除去された像担持体11の残留電荷を除電するもので、LEDなどを用いた光除電方式の除電装置を用いている。
【0074】
また、この画像形成装置には、像担持体11の現像工程終了後のトナー付着量を光学的に検出するための濃度センサー19を設けている。この濃度センサ19からの検知信号をこの画像形成装置全体の制御を司るCPUを含む主制御部に取り込み、光学的な反射率からトナー付着量に換算するようにしている。
【0075】
動作タイミングとしては、非作像時に濃度センサ19の直下であって、設定されたパッチ(1cm×1cm四方のパターン)をあらかじめ出力するように動作を決めておき、定期的に検出し、次の作像工程で、現像の条件が最良になるように制御させている。パッチの大きさは、像担持体11全面ではトナー消費量としては非常に大きくなるので、濃度センサ19で検出されるに必要な大きさで、できるだけ狭い領域とすることが好ましい。
【0076】
また、像担持体11が小さい場合、光学センサからなる濃度センサを配置できないこともある。この場合には、現像剤の一部を筒中に通し、この通過経路に透磁率の変化を検知するセンサを配置させ、消費されるトナー量を見積もることができる。このセンサの検知信号を主制御部に取りこみ、トナー消費量として換算することができる。
【0077】
さらに、センサーを配置させない場合、または検出精度が下がっても問題ない場合には、センサーを全く設けることなく、例えば、出力枚数(作像回数)のカウントを行ってトナー消費量を見積ることもできる。
【0078】
また、図示しないが、現像剤は環境の条件に応じて変化するため、環境条件を検出するための温湿度センサを設けている。この温湿度センサの出力を上述した主制御部に取り込み、環境条件に基づいて現像剤攪拌条件の変更や現像バイアスの変更を行わせるている。
【0079】
これらの各種センサによる検出結果に基づいてクリーニング装置16の加振手段23をフィードバック制御して、ブレード部材21の振動量などを変化させる。これにより、ブレード部材21は、そこに入力されるトナー量(画像面積)や、摺擦の程度(出力枚数)によって先端の劣化が生じるため、この状態に応じ、最適なクリーニング条件にすることができる。また、環境条件によるブレード部材21の機械的な当接条件の変化についても、最適なクリーニング条件にすることができる。
【0080】
次に、クリーニング装置16の第1実施形態の構成の詳細について図3ないし図6を参照して説明する。なお、図3は同クリーニング装置の加振ブレードの要部拡大説明図、図4は図3の要部拡大説明図、図5は同加振ブレードの正面説明図、図6は同加振ブレードを先端側から見た説明図である。
【0081】
このクリーニング装置16の加振ブレード20は、前述したように、ブレード部材21と、このブレード部材21を取り付けた振動部材22と、この振動部材22に取り付けられた加振手段23とを備えている。
【0082】
ブレード部材21は、例えばポリウレタンゴムを素材とした弾性体で、厚みは50〜1500μmの範囲内、好ましくは100〜500μmの範囲内とするのが良い。厚さが薄すぎると、像担持体11表面及びブレード部材21自体のうねり等によってブレード部材21の像担持体11への押しつけ量が確保しにくくなる。厚さが厚すぎると、振動部材22からの振動を吸収し、ブレード部材21先端部への振動が十分伝達されず、トナーのクリーニング性が低下する。ブレード部材21の厚さが厚い場合は、ブレード部材21の材料としてJISA硬度で85〜100°の範囲内の硬い部材を使用することで、振動の伝達効率を上げることができる。
【0083】
ここで薄いウレタンブレードの製造方法によっては、ブレード部材21と振動部材22との間に一層、または二層以上の他の部材を介在させた構成とすることもできる。例えば、薄いウレタンブレードを成型する時、ウレタンより硬度の高いPET等の既成樹脂フィルムに一体接合成型する。これによって、フレード部材のニップ部はシャープなエッジが必要であるが、そのための切断作業のハンドリング性が向上する。この場合は、PETとウレタンとを一体にしたものを切断加工した後、PFT側を振動部材22に接合して取付けることになる。
【0084】
また、ブレード部材21としては少なくとも表面が使用するトナーとの親和性の小さい材料で形成されることが好ましい。これにより、トナーがブレード部材21表面に付着、固着することが防止され、経時的なクリーニング不良の発生を低減することができる。
【0085】
この場合、逆に、トナーの外部に添加される外添剤としてブレード部材21の表面との親和性が小さい材料を用いることによっても、トナーの外添剤がブレード部材21表面に付着、固着することが防止され、経時的なクリーニング不良の発生を低減することができるとともに、定着に必要なワックスがトナー表面に外添されている場合に、これに起因するフィルミングを低減することができる。
【0086】
振動部材22は、振動が可能で弾性のブレード部材21よりも剛性の高い材料、例えば軟鋼板、SUS板、等の金属部材、またはカーボン、ガラス繊維を混合した樹脂成形部材、などから形成している。この振動部材22は一端部側を固定部24に固定し、他端部を自由端部23aとして、この自由端部にブレード部材21を取り付けている。なお、固定部24は図2に示すようにクリーニング装置の筐体25に固定している。
【0087】
この振動部材22は、ブレード部材21のホルダとして機能し、像担持体11へのブレード部材21の押し付け力、当接角度を決める部材でもある。すなわち、従来のブレードでは、ブレードニップ部の像担持体への押し付け力は弾性ブレード自身の復元力で与えるようにしている。これに対して、このクリーニング装置においては、振動の伝搬効率を上げるためブレード部材21は薄い部材構成とし、ブレード部材21単体での押し付け力が確保できないことから、この実施形態では振動部材22がブレード21に対して像担持体11への押し付け力を付与する構成している。なお、別途押し付け力を付与するための部材(補助部材)を用いることもできる。
【0088】
これにより、薄い弾性ブレード部材を使用しながら振動伝搬効率を高くし、且つブレード部材の反り、像担持体表面のうねりに対応するニップを安定して形成することができ、確実なクリーニング性能が得られる。
【0089】
加振手段23は、振動部材22に振動を与えるもので、ここでは電気機械変換素子としての圧電素子、特に板状(単板)圧電素子を用いている。加振手段23として板状圧電素子を用いることにより、低コストで変位量が容易に得られ、かつ電気的にブレード部材21の振動量を変化させることができる加振手段を構成することができる。
【0090】
この加振手段23は、図5及び図6に示すように、像担持体11の軸方向(幅方向)に複数個配置した構成としている。なお、加振手段23は1個でもよいが、複数個を間隔をおいて配置することにより、振動部材22の幅方向の振動の均一性を得られ易い。なお、1個の長尺の圧電素子を設けることも考えられるが、板状圧電素子の場合には板面方向の伸縮による撓み変形を用いるため、複数個を間隔をおいて配置する方が好ましい。
【0091】
この加振手段23は、振動部材22の像担持体1側先端寄り、すなわち自由端部22bのブレード部材21と取り付け面と反対面に設けている。振動部材22の構成によっては、加振手段23は振動部材23の固定端とブレード先端(自由端)の間で振動部材22を加振できる箇所であれば特に取り付け位置が限定されるものではない。
【0092】
加振手段23を構成する単板圧電素子は、図4に示すように、チタン酸ジルコン酸鉛等の圧電層23aの両面、即ち、振動部材22との接合面とその反対面に、印刷焼成したAgなどからなる電極23b、23cを有する。この電極23b、23cを用いて分極を行った厚さ0.3〜0.5mmの圧電素子(圧電層23a)に対して、100〜300Vの電圧を印加することで板面方向の縮み変形が発生し、その結果、振動部材22を撓ませる変形振動を与えることができる。この撓み振動は、圧電素子(加振手段23)と振動部材22の剛性がほぼ同じときに変形の効率がよく、例えば厚さ0.2〜0.4mmの金属振動部材22、あるいは厚さ0.3〜1.0mmの樹脂製振動部材を用いることが好ましい。
【0093】
そして、このクリーニング装置16においては、図7に示すように、加振ブレード20の複数の加振手段23を構成する圧電素子に対して共通に駆動信号Pvを印加するための駆動回路28を備えている。このようにブレード部材の幅方向に複数の加振手段を設けた場合に共通の駆動回路で駆動することによって、ブレード部材の幅方向における振動の均一性を高めることができる。
【0094】
なお、駆動回路28は画像形成装置の主制御部29に制御され、所定のタイミングで駆動信号Pvを加振手段23に与える。また、この実施形態では1つの加振ブレード20で像担持体11の幅方向全幅のクリーニングを行うようにしているが、複数の加振ブレード20を設けて幅方向全幅をカバーするように構成することもでき、この場合にも複数の加振ブレード20の各加振手段を共通の駆動回路で駆動することができる。
【0095】
ここで、この実施形態では、振動部材22として金属性部材(導電性部材)を用いて、複数の加振手段23を構成する圧電素子の電極23cを振動部材22に直接コンタクトして電気的に接続することによって、振動部材22を介して複数の加振手段23の電極23cを共通に接続している。これにより、駆動信号の印加を簡単な回路構成で行うことができる。なお、直接コンタクトは電極23cの接合面側を粗面に仕上げて、薄い接着層で振動部材22に接合することで容易に得られるが、この他、導電性接着剤を用いて接合してもよい。
【0096】
このように構成したクリーニング装置16において、複数の加振手段23に対して駆動回路28から所要周波数の駆動信号Pvを与えて、複数の加振手段23を構成する圧電素子に撓み変形を与えることで振動部材22が振動し、この振動部材22の振動によってブレード部材21が振動する。
【0097】
ここで、加振手段23によって振動部材22に振動を与えてブレード部材21先端を振動させ、これにより、球形トナーが摩擦力により回転することを防止し、ブレードニップ部近傍のトナーを振動させて振動トナー壁が形成され、ブレード部材21の像担持体11の移動方向(矢示A方向)へのめくれの発生がなくなる状態にすることで、ブレードニップ部への球形トナー、小径トナーの入り込みを防止することができて、球形トナー、小径トナーのクリーニング不良を無くすることができる。また、像担持体へのブレード部材からのストレスも減少し、結果的にブレード部材、および像担持体の耐久性が格段に向上するという非常に大きな効果が得られる。
【0098】
ここで、図7に示す構成においては、主制御部29は、濃度センサ19の検知信号に基づいて像担持体11表面のトナー付着量を検出し、この検出結果に基づいて駆動回路28を駆動制御することによって、ブレード部材21の振動量を変化させることができるようにしている。この場合、ブレード部材21の先端に近いトナー条件を検出できるので、良好なクリーニング状態が維持されるようにクリーニング条件の最適化を図ることができる。
【0099】
また、このように、ブレード部材21の振動量を変化させることができるようにすることで、例えば、作像時と非作像で振動量を変化させてブレード部材21上に溜まる異物,トナーを除去することができる。
【0100】
さらに、像担持体11上のトナー付着量以外にも、出力枚数(作像回数)、環境条件、トナー補給量に基づいて振動量を変化させ、最適なクリーニング条件を維持することができるようになる。
【0101】
この場合、ブレード部材21の振動量を、出力枚数(作像回数)のカウント値に基づいて変化させることで、簡単な構成で、ブレード部材21の劣化を予測できるのでクリーニング条件の最適化が可能になる。さらに、環境条件の検出結果に基づいて変化させることで、ブレード部材21の機械的な当接条件を変化させたり、クリーニング条件の最適化を図れる。さらにまた、トナー補給量の検出結果に基づいて変化させることで、像担持体近傍にセンサを配置させることなく、クリーニング条件の最適化が図れる。
【0102】
次に、クリーニング装置16の加振ブレード20の第2実施形態について図8及び図9を参照して説明する。
この実施形態では、振動部材22に振動を与える加振手段33として積層型圧電素子を用いている。積層型圧電素子は、それ自体の固有振動数が50〜100kHzと高く、また発生変位力が非常に大きいので、積層型圧電素子を用いることで、振動部材22の板厚を厚くしても高い振動数まで応答が可能な構成が容易となる。
【0103】
ここでは、加振手段33を構成する積層型圧電素子は、例えば一層あたり100μmの圧電層33aと内部電極33bとを交互に積層し、内部電極33bは交互に両端面に引き出して端面電極(外部電極)に接続したものであり、その積層方向の変位であるd33方向変位を利用する構成としている。
【0104】
なお、積層型圧電素子を用いて複数層積層した積層方向に対して直角となる面方向の変位、即ちd31方向変位を利用する構成とすることもでき、この場合変位量が大きくとれ、低電圧化を図れ、ドライバ(駆動回路)コストの低減を図れる。この構成を採用する場合、加振手段23を構成する積層型圧電素子以外図9と同様の構成である。
【0105】
ここで、振動部材22は弾性変形可能な薄板状であり、この振動部材22と対向しする支持部35aを有する剛性の高いホルダである固定部材35に振動部材22の固定端を固定し、固定部材35の支持部35aと振動部材22との間に加振手段33である積層型圧電素子が挟まれるように配置している。ブレード部材21は加振手段33からの振動が振動部材22を介して伝わるように、振動部材22の加振手段233とは反対面の先端領域に配置している。
【0106】
このように、加振手段を固定部と振動部材との間に設けた構成とすることで、効率的に振動部材に振動を伝えることができる。
【0107】
また、加振手段33は、図9に示すように、像担持体1の幅方向で複数個設けている。加振手段33は、比較的幅が狭いブレード部材21の場合、積層圧電素子の断面積の大きいものを使用すれば、1個とする構成も可能である。
【0108】
次に、クリーニング装置16の加振ブレード20の第3実施形態について図10及び図11を参照して説明する。
この実施形態では、ブレード部材21を取り付けた振動部材42の側端面にホルダ44を固定し、このホルダ44の支持部44aと振動部材42の側端面との間に積層型圧電素子43を固定した。この場合、圧電素子43の図中矢印方向に変位によって振動部材42が同方向に振動する。
【0109】
ここで、これらの第1ないし第3実施形態に係る加振手段23、33、43を構成する圧電素子に対する駆動信号を印加するため、上述したように共通の駆動回路で構成している。この駆動回路としては、パルス信号を発生させるためのファンクションジェネレータと、これから発生した信号を増幅させる電源(ドライバ)で構成できる。
【0110】
上述したように、複数の圧電素子を配列させて動作させる場合や、タンデム機のように、複数色の像担持体、クリーニングブレードを配置させる必要のある場合では、複数のファンクションジェネレータと電源を用いても良いし、あるいは、同一の電源から複数に分岐させて、その各々から圧電素子に印加するよにしてもよい。ただし、分岐させる数が多ければ、それだけ電源には出力に余裕のあるものを用いる。
【0111】
また、画像形成装置や後述するプロセスカートリッジで使用する場合には、より小スペースの電源が好ましいことが多いため、上述したようにファンクションジェネレータと電源が一体化されたドライバを用いることが好ましい。このとき、上述したように、画像形成装置やプロセスカートリッジ全体を動作させるための主制御部からの駆動制御を行うようにし、駆動条件を状況に応じて動作条件を変えたり、作像、もしくは非作像時の動作シーケンスと同期させ、圧電素子の動作を制御することができる。
【0112】
次に、第1の発明で用いる顕像化粒子であるトナーについて説明する。
まず、トナーの円形度について説明する。球形トナーを使用する画像形成装置で高画質画像を形成するためには、トナーが特定の形状を有することが重要であり、平均円形度が0.95未満で、球形からあまりに離れた不定形の形状では、転写性やチリのない高画質画像が得られない。したがって、球形トナーの円形度としては、0.95以上であることが好ましい。
【0113】
なお、形状の計測方法としては、粒子を含む懸濁液を平板上の撮像部検知帯に通過させ、CCDカメラで光学的に粒子画像を検知し、解析する光学的検知帯の手法が適当である。この手法で得られる投影面積の等しい相当円の周囲長を実在粒子の周囲長で除した値である平均円形度が0.95以上のトナーが適正な濃度の再現性のある高精細な画像を形成するのに有効であることが判明した。なお、円形度の定義については図12に示している。
【0114】
トナーの円形度は、より好ましくは、平均円形度が0.960〜0.998である。この値はフロー式粒子像分析装置FPIA−2000(東亜医用電子株式会社製、商品名)により平均円形度として計測できる。具体的な測定方法としては、容器中の予め不純固形物を除去した水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ホン酸塩を0.1〜0.5ml加え、更に測定試料を0.1〜0.5g程度加える。試料を分散した懸濁液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行ない、分散液濃度を3000〜1万個/μlとして前記装置によりトナーの形状及び分布を測定することによって得られる。
【0115】
また、トナー粒径については次のようにして測定できる。トナーの平均粒径及び粒度分布は、コールターマルチサイザーIII(コールター社製、商品名)を用い、パーソナルコンピューター(IBM社製)を接続し専用解析ソフト(コールター社製)を用いてデータ解析した。Kd値は10μmの標準粒子を用いて設定し、アパーチャカレントはオートマティックの設定で行なった。電解液は1級塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液を調製する。その他に、ISOTON−II(コールターサイエンティフィックジャパン社製、商品名)が使用できる。
【0116】
測定法としては、前記電解水溶液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ホン酸塩を0.1〜5ml加え、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行ない、100μmアパーチャーチューブを用いて、2μm以上のトナー5万カウント測定して重量平均粒径を求めた。
【0117】
次に、重合・球形トナーの製造方法について説明する。
上記画像形成装置において用いる円形度0.960〜0.998のトナーを製造する方法としては、懸濁重合法、乳化凝集法、分散重合法、界面重合法、溶解懸濁法、転相乳化法等の湿式造粒による製造方法が挙げられる。溶融混練物の粉砕・分級によるトナーにおいても、トナーの加熱処理等により円形度の高いトナーを製造することができるが、エネルギー効率の点では好ましくない。
【0118】
前述の湿式造粒法のうち、円形度の高いトナーが安定して得られる点、シャープな粒径分布が得られる点、トナーの帯電制御の点で、懸濁重合法、分散重合法が優れている。また、トナーの低温定着性の点で有利なポリエステル樹脂が使用できる点で溶解懸濁法が優れている。以下、懸濁重合法、分散重合法、溶解懸濁法について詳述する。
【0119】
(懸濁重合法)
後述の特定モノマーに対して、分散安定剤、及び着色剤、さらに必要に応じて架橋剤や、荷電制御剤、離型剤等をボールミル等により均一に分散させた後、これに重合開始剤を加え、モノマー相を得、モノマー相とあらかじめ撹拌して作製しておいた水系分散媒相を撹拌槽に入れ、ホモジナイザー等により攪拌し、得られた懸濁液を窒素置換後に加熱して重合反応を完了させることにより着色樹脂粒子が得られ、これを洗浄、乾燥する事により円形度の高いトナー粒子が得られる。
【0120】
懸濁重合に使用される重合性単量体はビニル基を有するモノマーであり、具体的には以下のようなモノマーが挙げられる。即ち、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、2,4−ジメチルスチレン、ブチルスチレン、オクチルスチレンなどのスチレン及びその誘導体が挙げられ、なかでもスチレン単量体が最も好ましい。
【0121】
他のビニル系単量体として、プロピレン、ブチレン、イソブチレンなどのエチレン系不飽和モノオレフィン類、塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、フッ化ビニルなどのハロゲン化ビニル類、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニル、酪酸ビニルなどのビニルエステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸−n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸−2−クロルエチル、アクリル酸フェニル、α−クロルアクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルなどのα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、アクリルアミドなどのアクリル酸もしくはメタクリル酸誘導体、ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルなどのビニルエーテル類、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトンなどのビニルケトン類、N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドンなどのN−ビニル化合物類、ビニルナフタレンなどを挙げることができ、これらの単量体を単独あるいは混合して用いることができる。
【0122】
懸濁重合法では、単量体組成物中に、架橋重合体を生成させるために、次のような架橋剤を存在させて懸濁重合させてもよい。架橋剤としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ポリエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、1,6−ヘキサングリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジプロピレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、2,2′−ビス(4−メタクリルロキシジエトキシフェニル)プロパン、2,2′−ビス(4−アクリルオキシジエトキシフェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリメタクリレート、トリメチロールメタンテトラアクリレート、ジブロムネオペンチルグリコールジメタクリレート、フタル酸ジアリルなどが挙げられる。
【0123】
架橋剤の使用量が多過ぎると、トナーが熱で溶融しにくくなり、熱定着性、熱圧定着性が劣ることになる。また、架橋剤の使用量が少くな過ぎると、トナーとして必要な耐ブロッキング性、耐久性などの性質が低下し、熱ロール定着において、トナーの一部が紙に完全に固着しないでロール表面に付着し、次の紙に転写するという、コールドオフセットが発生してしまう。したがって、用いる架橋剤量は、重合性単量体100重量部に対して0.001〜15重量部、好ましくは0.1〜10重量部である。
【0124】
懸濁重合法における分散安定剤としては次のものが使用可能である。即ち、ポリビニルアルコール、でん粉、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリメタクリル酸ナトリウム等の水溶性高分子、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシュウム、リン酸カルシュウム、タルク、粘土、けいそう土、金属酸化物粉末などが用いられる。これらは水に対して0.1〜10重量%の範囲で用いるのが好ましい。
【0125】
懸濁重合法における、重合開始剤は造粒後の単量体組成物を含む分散液中に添加してもよいが、個々の単量体組成物粒子に均一に重合開始剤を付与する点からは、造粒前の単量体組成物に含有させておくことが好ましい。このような重合開始剤としては、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−メチキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビスブチロニトリルなど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、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サイド、2,4−ジクロリルベンゾイルパーオキサイド、ラウリルパーオキサイドなどの過酸化物系重合開始剤が挙げられる。
【0126】
懸濁重合法においては、磁性体を含有する型の磁性トナーが可能である。磁性トナーとするには、単量体組成物に磁性粒子を添加すればよい。本発明に用いることができる磁性体には、例えば、鉄、コバルト、ニッケルなどの強磁性金属の粉末、もしくはマグネタイト、ヘマタイト、フェライトなどの合金や化合物の粉末が挙げられる。
【0127】
磁性粒子としては、粒径が0.05〜5μm、好ましくは0.1〜1μmのものが用いられるが、小粒径トナーを生成する場合には、粒径0.8μm以下の磁性粒子を使用することが好ましい。この磁性粒子は、単量体組成物100重量部中に10〜60重量部含有されていることが好ましい。また、これら磁性粒子はシランカップリング剤、チタンカップリング剤などの表面処理剤、あるいは適当な反応性の樹脂などで処理されていてもよい。この場合、磁性粒子の表面積あるいは表面に存在する水酸基の密度にもよるが、通常、磁性粒子100重量部に対して表面処理剤が5重量部以下、好ましくは0.1〜3重量部の処理で、充分な重合性単量体への分散性が得られ、トナー物性に対しても悪影響を及ぼさない。
【0128】
(乳化重合法)
次に、乳化重合法により球状トナー粒子を製造する方法について述べる。
乳化重合法は、サブミクロンオーダーの粒子をコントロールしながら凝集させることによりトナーとして適当な粒子サイズを作ることができる方法である。この製法で作られたトナーは、粒子サイズ(トナー粒径)の分布がかなり狭い傾向を持つことが特徴的である。トナーの球形化の方法としては、乳化重合法で得られたラテックスをスプレー乾燥で完全に球形のトナー粒子を製造する方法が昔から提案されている。
【0129】
(分散重合)
親水性有機液体に、その親水性有機液体に溶解する高分子分散剤を加え、これに前記親水性液体には溶解するが、生成する重合体は前記親水性液体にて膨潤されるか、あるいは殆ど溶解しない一種または二種以上のビニル単量体を加えて重合することにより製造される。また、予め目的とする粒径よりは小さく、粒度分布の狭い重合体粒子を利用して上述の系で成長させる反応も含まれる。成長反応に利用する単量体は、種粒子を製造したものと同じ単量体でもまた別の単量体でもよいが、重合体は親水性有機液体に溶解してはならない。
【0130】
前記の粒子の形成時及び種粒子の成長反応時に用いる単量体の希釈剤としての親水性有機液体としては、メチルアルコール、エチルアルコール、変性エチルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、t−ブチルアルコール、s−ブチルアルコール、t−アミルアルコール、3−ペンタノール、オクチルアルコール、ベンジルアルコール、シクロヘキサノール、フルフリルアルコール、テトラヒドロフルフリルアルコール、エチレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコールなどのアルコール類、メチルセロソルブ、セロソルブ、イソプロピルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルなどのエーテルアルコール類などが代表的なものとして挙げられる。
【0131】
これらの有機液体は単独で、もしくは二種以上の混合物して用いることができる。なお、アルコール類及びエーテルアルコール類以外の有機液体と、上述のアルコール類及びエーテルアルコール類とを併用することで、有機液体が生成重合体粒子に対して溶解性をもたせない条件下で、有機液体のSP値を種々変化させて重合を行なうことにより、生成される粒子の大きさ、種粒子同士の合一及び新粒子の発生を抑制することが可能である。
【0132】
この場合の併用する有機液体としては、ヘキサン、オクタン、石油エーテル、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの炭化水素類、四塩化炭素、トリクロルエチレン、テトラブロムエタンなどのハロゲン化炭化水素類、エチルエーテル、ジメチルグリコール、シリオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル類、メチラール、ジエチルアセタールなどのアセタール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサンなどのケトン類、ギ酸ブチル、酢酸ブチル、プロピオン酸エチル、セロソルブアセテートなどのエステル類、ギ酸、酢酸、プロピオン酸などの酸類、ニトロプロペン、ニトロベンゼン、ジメチルアミン、モノエタノールアミン、ピリジン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミドなどの硫黄、窒素含有有機化合物類、その他水も含まれる。
【0133】
また、重合開始時、重合途中、重合末期とそれぞれ混合溶媒の種類及び組成を変化させ、生成する重合体粒子の平均粒径、粒径分布、乾燥条件などを調整することができる。
【0134】
種粒子製造時、または成長粒子の製造時に使用される高分子分散剤の適当な例としては、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−ヒドロキシプロピル、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−ヒドロキシプロピル、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、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窒素原子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、並びにメチルセルロース、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、または前記親水性モノマーとスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンなどのベンゼン核を有するものまたはその誘導体、またはアクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドなどのアクリル酸もしくはメタクリル酸誘導体との共重合体、さらに、架橋性モノマー、例えばエチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、メタクリル酸アリル、ジビニルベンゼンなどとの共重合体も使用可能である。
【0135】
これらの高分子分散剤は、使用する親水性有機液体、目的とする重合体粒子の種、及び種粒子の製造か成長粒子の製造かにより適宜選択されるが、特に重合体粒子同士の合一を主に立体的に防ぐ意味で、重合体粒子表面への親和性、吸着性が高く、しかも親水性有機液体への親和性、溶解性の高いものが選ばれる。また、立体的に粒子同士の反撥を高めるために、分子鎖がある程度の長さのもの、好ましくは分子量が1万以上のものが選ばれる。しかし、あまり分子量が高いと、液粘度の上昇が著しく、操作性、撹拌性が悪くなり、生成重合体の粒子表面への析出確率のばらつきを与えるため注意を要する。また、先に挙げた高分子分散剤の単量体を一部、目的とする重合体粒子を構成する単量体に共存させておくことも安定化には効果がある。
【0136】
さらに、これら高分子分散剤とともにコバルト、鉄、ニッケル、アルミニウム、銅、錫、鉛、マグネシウムなどの金属またはその合金(特に粒径1μm以下のものが好ましい)、酸化鉄、酸化銅、酸化ニッケル、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化珪素などの酸化物の無機化合物微粉体、高級アルコール硫酸エステル塩、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、燐酸エステルなどの陰イオン界面活性剤、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ウム塩、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四級アンモニウム塩型の陽イオン界面活性剤、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、アラニン型「例えばドデシルジ(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」などのアミノ酸型やベタイン型の両性界面活性剤を併用しても、生成重合体粒子の安定性及び粒径分布の改良をさらに高めることができる。
【0137】
一般に、種粒子製造時の高分子分散剤の使用量は目的とする重合体粒子形成用の重合性単量体の種類によって異なるが、親水性有機液体に対し0.1重量%〜10重量%、好ましくは1〜5重量%である。高分子分散安定剤の濃度が低い場合には、生成する重合体粒子は比較的大粒径のものが得られ、濃度の高い場合には小粒径のものが得られるが、10重量%を越えて用いても小径化への効果は少ない。
【0138】
また、前記のビニル単量体とは、親水性有機液体に溶解可能なものであり、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−エチルエチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレン、p−クロルスチレン、3,4−ジクロルスチレンなどのスチレン類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニル、α−クロルアクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、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n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルなどのα−メチル脂肪酸モノカルボン酸エステル類、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドなどのアクリル酸、もしくはメタクリル酸誘導体、塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、フッ化ビニルなどのハロゲン化ビニル類などからなる単独または相互の混合物及びこれらを50重量%以上含有し、これらと共重合し得る単量体との相互の混合物を意味する。
【0139】
また、本発明における前記の重合体は、耐オフセット性を高めるために、重合性の二重結合を二個以上有するいわゆる架橋剤の存在下に重合させたものであっても良い。好ましく用いられる架橋剤としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン及びそれらの誘導体である芳香族ジビニル化合物、その他エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールメタクリレート、トリエチレングリコールメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、アリルメタクリレート、tert−ブチルアミノエチルメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブタンジオールジメタクリレートなどのジエチレン性カルボン酸エステル、N,N−ジビニルアニリン、ジビニルエーテル、ジビニルスルフィド、ジビニルスルホンなど全てのジビニル化合物、及び三個以上のビニル基を持つ化合物が挙げられ、これらは単独または混合物などで用いられる。
【0140】
このように架橋された種粒子を用いて成長重合反応を引き続いて行った場合には、成長する重合体粒子の内部が架橋されたものとなる。また一方で、成長反応に用いるビニル単量体溶液に上記の架橋剤を含有させた場合には、粒子表面が硬化された重合体が得られる。
【0141】
また、平均分子量を調節する目的として、連鎖移動定数の大きな化合物を共存させて重合を行わせるものに、例えば、メルカプト基をもつ低分子化合物や四塩化炭素、四臭化炭素が挙げられる。
【0142】
また、前記単量体の重合開始剤としては、例えば2,2′−アゾビスイソブチロニトリル、2,2′−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)などのアゾ系重合開始剤、ラウリルパーオキシド、ベンゾイルパーオキシド、t−ブチルパーオクトエートなどの過酸化物系重合開始剤、過硫酸カリウムなどの過硫酸化物系重合開始剤、これにチオ硫酸ナトリウム、アミンなどを併用した系などが用いられる。重合開始剤濃度は、ビニル単量体100重量部に対して0.1〜10重量部が好ましい。
【0143】
種粒子を得るための重合条件は、重合体粒子の目標平均粒径、目標粒径分布に合わせて、親水性有機液体中の高分子分散剤、ビニル単量体の濃度、及び配合比が決定される。一般に、粒子の平均粒径を小さくしようとするならば、高分子分散剤の濃度を高く、また平均粒径を大きくしようとするならば、高分子分散剤の濃度が低く設定される。一方、粒子径分布を非常に鋭くしようとするならば、ビニル単量体濃度を低く、また、比較的広い分布でもよい場合は、ビニル単量体濃度は高く設定される。
【0144】
粒子の製造は親水性有機液体に、高分子分散安定剤を完全に溶解した後、一種または二種以上のビニル単量体、重合開始剤、その他必要ならば無機微粉末、界面活性剤、染料、顔料などを添加し、30〜300rpmの通常の撹拌にて、好ましくはなるべく低速で、しかもパドル型よりもタービン型の撹拌翼を用いて、槽内の流れが均一になるような速度で撹拌しながら、用いた重合開始剤の重合速度に対応した温度にて加熱し重合が行なわれる。
【0145】
なお、重合初期の温度が生成する粒子種に大きな影響を与えるため、単量体を添加した後に温度を重合温度まで上げ、重合開始剤を小量の溶媒に溶解して投入した方が好ましい。重合の際には窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性気体にて反応容器内の空気中の酸素を充分に追い出す必要がある。もし、酸素パージが不充分であると微粒子が発生し易い。重合を高重合率域で行なうには5〜40時間の重合時間が必要であるが、所望の粒子径、粒子径分布の状態で重合を停止させたり、また重合開始剤を順次添加したり、高圧下で反応を行なうことにより重合速度を速めることができる。
【0146】
重合終了後は、そのまま染着工程に用いてもよいし、沈降分離、遠心分離、デカンテーションなどの操作により不必要な微粒子、残存モノマー、高分子分散安定剤などを除いた後に、重合体スラリーとして回収して染着を行なってもよいが、分散安定剤を除去しない方が染着の安定性は高く、不要な凝集が抑制される。
【0147】
分散重合法における染着は次のようなものである。即ち、樹脂粒子を溶解せしめない有機溶媒中に樹脂粒子を分散し、この前または後に前記溶媒中に染料を溶解させ、前記染料を樹脂粒子中に浸透させ着色せしめた後、前記有機溶媒を除去して染着トナーを製造する方法において、前記染料の前記有機溶媒に対する液解度(D1)及び前記樹脂粒子Aの樹脂に対する前記染料の溶解度(D2)の関係が、(D1)/(D2)≦0.5となる染料を選択使用する。これにより、樹脂粒子の深部まで染料が浸透(拡散)したトナーを効率よく製造することができる。
【0148】
本明細書における溶解度は25℃の温度で測定されたものと定義される。なお、染料の樹脂中への溶解度とは、染料の溶媒中への溶解度と全く同じ定義であり、樹脂中に染料が相溶状態で含有させることができる最大量を意味する。この溶解状態あるいは染料の析出状態の観察は顕微鏡を用いることにより容易に行なうことができる。樹脂に対する染料の溶解性を知るには、上記した直接観察による方法の代わりに間接的な観察方法によってもよい。この方法は樹脂と溶解度係数が近似する液体、即ち樹脂をよく溶解する溶媒を用い、この溶媒に対する染料の溶解度を樹脂に対する溶解度として定めてもよい。
【0149】
着色に使用する染料としては、前述のように使用する有機溶媒への該染料の溶解度(D1)より樹脂粒子を構成する樹脂への該染料の比(D1)/(D2)が0.5以下である必要がある。さらに、(D1)/(D2)が0.2以下とすることが好ましい。染料としては、上記の溶解特性を満たせば特に制限はないが、カチオン染料、アニオン染料などの水溶性染料は環境変動が大きいおそれがあり、またトナーの電気抵抗が低くなり、転写率が低下するおそれがあるので、バット染料、分散染料、油溶性染料の使用が好ましく、特に油溶性染料が好ましい。また、所望の色調に応じて数種の染料が併用することもできる。
【0150】
染着される染料と樹脂粒子との比率(重量)は、着色度に応じて任意に選択されるが、通常は樹脂粒子1重量部に対して、染料1〜50重量部の割合で用いるのが好ましい。例えば、染着溶媒にSP値の高いメタノール、エタノールなどのアルコール類を使用し、樹脂粒子としてSP値が9程度のスチレン−アクリル系樹脂を使用した場合、使用し得る染料としては、例えば、以下のような染料が挙げられる。
【0151】
C.I. SOLVENT YELLOW(6,9,17,31,35,1,102,103,105)
C.I. SOLVENT ORANGE(2,7,13,14,66)
C.I. SOLVENT RED(5,16,17,18,19,22,23,143,145,146,149,150,151,157,158)
C.I. SOLVENT VIOLET(31,32,33,37)
C.I. SOLVENT BLUE(22,63,78,83〜86,91,94,95,104)
C.I. SOLVENT GREEN(24,25)
C.I. SOLVENT BROWN(3,9)など。
【0152】
市販染料では例えば保土谷化学工業社製の愛染SOT染料Yellow−1,3,4、Orange−1,2,3、Scarlet−1、Red−1,2,3、Brown−2、Blue−1,2、Violet−1、Green−1,2,3、Black−1,4,6,8やBASF社製のsudan染料、Yellow−140,150、Orange−220、Red−290,380,460、Blue−670や三菱化成社製のダイアレジン、Yellow−3G,F,H2G,HG,HC,HL、Orange−HS,G、Red−GG,S,HS,A,K,H5B、Violet−D、Blue−J,G,N,K,P,H3G,4G、Green−C、Brown−Aやオリエント化学社製のオイルカラー、Yellow−3G,GG−S,#105、Orange−PS,PR,#201、Scarlet−#308、Red−5B、Brown−GR,#416、Green−BG,#502、Blue−BOS,HN、Black−HBB,#803,EE,EX、住友化学工業社製のスミプラスト、ブルーGP,OR、レッドFB,3B、イエローFL7G,GC、日本化薬社製のカヤロン、ポリエステルブラックEX−SH3、カヤセットRed−BのブルーA−2Rなどを使用することができる。もちろん染料は樹脂粒子と染着時に使用する溶媒の組み合わせで適宜選択されるため、上記例に限られるものではない。
【0153】
染料を樹脂粒子に染着させるために用いる染着用有機溶媒としては、使用する樹脂粒子が溶解しないもの、あるいは若干の膨潤をきたすもの、具体的には溶解性パラメーター(SP値)の差が1.0以上、好ましくは2.0以上のものが使用される。例えば、スチレン−アクリル系樹脂粒子に対しては、SP値が高いメタノール、エタノール、n−プロパノールなどのアルコール系、あるいはSP値が低いn−ヘキサン、n−ヘプタンなどを使用する。SP値の差があまりに大きすぎると、樹脂粒子に対する濡れが悪くなり、樹脂粒子の良好な分散が得られないため、最適なSP値の差は2〜5が好ましい。
【0154】
染料を溶解した有機溶媒中に樹脂粒子を分散させた後、液温度を樹脂粒子のガラス転移温度以下に保ち、撹拌することが好ましい。これにより、樹脂粒子の凝集を防ぎながら染着することが可能となる。撹拌の方法は市販されている撹拌機、例えばホモミキサー、マグネチックスタラーなどを用いて撹拌すればよい。また、分散重合などで重合終了時得られるスラリー、つまり有機溶媒中に重合樹脂粒子が分散している状態の分散液に、染料を直接添加して前記の条件にて加熱撹拌してもよい。加熱温度がガラス転移温度超過の場合は樹脂粒子同士の融着が生じてしまう。染着後のスラリーを乾燥する方法としては、特に限定はされないが、濾過した後に減圧乾燥あるいは濾別しないで直接減圧乾燥すればよい。本発明において濾別した後に風乾または減圧乾燥して得られた着色粒子は、凝集は殆どなく、投入した樹脂粒子の粒度分布を殆ど損なわないで再現する。
【0155】
(溶解懸濁法)
次に、溶解懸濁法により球状トナー粒子を製造する方法について述べる。
溶解懸濁法は樹脂を溶媒に溶解して油相を作成し、水系媒体から成る水相中で乳化した後に、乳化分散体中の溶媒を除去して樹脂粒子を得る方法である。
【0156】
水系媒体として、水単独でもよいが、水と混和可能な溶剤を併用することもできる。混和可能な溶剤としては、アルコール(メタノール、イソプロパノール、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)などが挙げられる。
【0157】
用いる樹脂としては、ポリスチレン、ポリp−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の重合体;スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族叉は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが挙げられ、単独あるいは混合して使用できる。
【0158】
油相作成に使用可能な溶剤としては、沸点が100℃未満の揮発性であることが除去が容易である点から好ましい。該溶媒としては、例えば、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。トナー組成物100部に対する溶剤の使用量は、通常10〜900部である。
【0159】
油相作成は、他のトナー組成物である着色剤(又は着色剤マスターバッチ)、離型剤、荷電制御剤を、水系媒体中で分散体を形成させる際に同時に添加して、混合してもよいが、あらかじめ油相中に混合する方がより好ましい。
【0160】
また、着色剤、離型剤、荷電制御剤などの他のトナー原料は、必ずしも、水系媒体中で粒子を形成させる時に混合しておく必要はなく、粒子を形成せしめた後、添加してもよい。たとえば、着色剤を含まない粒子を形成させた後、公知の染着の方法で着色剤を添加することもできる。
【0161】
油相と水相の分散には通常の攪拌による混合機が全て使用可能だが、より好ましくは高速回転体とステータを有すホモジナイザー、高圧ホモジナイザーの他ボールミル、ビーズミル、サンドミルといったメディアを用いた分散機などが用いられる。
【0162】
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。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。回転羽根を有する乳化機としては、特に限定されるものではなく、乳化機、分散機として一般に市販されているものであれば使用することができる。例えば、ウルトラタラックス(IKA社製)、ポリトロン(キネマティカ社製)、TKオートホモミクサー(特殊機化工業(株)製)、エバラマイルダー(荏原製作所(株)製)、TKパイプラインホモミクサー、TKホモミックラインフロー(特殊機化工業(株)製)、コロイドミル(神鋼パンテック社製)、スラッシャー、トリゴナル湿式微粉砕機(三井三池化工機(株)製)、キャビトロン(ユーロテック社製)、ファインフローミル(太平洋機工(株)製)等の連続式乳化機、クレアミックス(エムテクニック社製) 、フィルミックス(特殊機化工業(株)製)等のバッチまたは連続両用乳化機等が挙げられる。
【0163】
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10〜98℃である。高温の条件の法が分散体の粘度が適度に低くなり、分散が容易な点で好ましい。
【0164】
溶解懸濁法では、分散した油相を安定化させる目的で、あらかじめ水系媒体に固体微粒子を分散する方法が用いられる。
【0165】
さらに固体微粒子分散剤の液滴への吸着性を調整するためにその他の分散剤を併用することができる。その他の分散剤はトナー組成物を乳化する前や乳化後揮発成分を除去する時などに添加できる。
【0166】
(粉砕トナーの球形化処理)
粉砕・分級法によるトナーはそのままでは不定形で、粉砕処理方法にもよるが、円形度は0.930〜0.950であり、円形度0.960〜0.998となることはないが、次に述べるような機械的な球形化処理や、加熱処理により、円形度を高めることが可能であり、円形度0.960〜0.998のトナーを得る事ができる。
【0167】
〔機械的処理〕
例えば、特開平09−085741号公報に記載されているようにターボミル(ターボ工業製)を用いた方法や、クリプトロン(川崎重工製)、Q型ミキサー(三井鉱山製)、ハイブリダイザー(奈良機械製)、メカノフィュージョン装置(ホソカワミクロン製等)で連続処理することにより、粉砕トナーの形状を球形化することが可能である。
【0168】
〔加熱処理(乾式)〕
例えば、サーフュージョンシステム(日本ニューマチック工業)を用いて、100〜300℃の熱風でトナー粒子表面を半溶融させることにより、粉砕トナーの形状を球形化することが可能である。
【0169】
〔加熱処理(湿式)〕
粉砕法によって得られたトナーをトナーが可塑性を持つような温度(200℃程度)の高温液体中に浸漬することによって、粉砕トナーの形状を球形化することが可能である。
【0170】
(二成分現像剤用キャリア)
第1の発明はトナーを二成分系現像剤として用いることができ、この場合には、磁性キャリアと混合して用いれば良く、現像剤中のキャリアとトナーの含有比は、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。
【0171】
磁性キャリアとしては、粒子径20〜200μm程度の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリアなど従来から公知のものが使用できる。
【0172】
また、被覆材料としては、アミノ系樹脂、例えば尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等があげられる。またポリビニルおよびポリビニリデン系樹脂、例えばアクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリスチレン樹脂およびスチレンアクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル等のハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂およびポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ弗化ビニル樹脂、ポリ弗化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、弗化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体、弗化ビニリデンと弗化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンと弗化ビニリデンと非弗化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、およびシリコーン樹脂等が使用できる。
【0173】
また、必要に応じて、導電粉等を被覆樹脂中に含有させてもよい。導電粉としては、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛等が使用できる。これらの導電粉は、平均粒子径1μm以下のものが好ましい。平均粒子径が1μmよりも大きくなると、電気抵抗の制御が困難になる。
【0174】
なお、第1の発明では、トナーはキャリアを使用しない1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。
【0175】
次に、第1の発明についてクリーニング性の評価について説明する。
先ず、評価に用いたトナーの具体的な例(実施例)について説明する。なお、第1の発明で用いるトナーは、これらの例に限定されるものではない。また、以下の例に示すトナー製造に関する記載のうち、各成分量(部)はいずれも重量基準である。
【0176】
〔トナーA〕(懸濁重合の実施例 円形度高)
スチレンモノマー40重量部にカーボンブラックMA100(三菱化成社製)20重量部と重合開始剤として2,2′−アゾビスイソブチロニトリルを0.5重量部加え、スリーワンモータ駆動撹拌翼、冷却器、ガス導入管、温度計を取り付けた500ml四つ口セパラブルフラスコに入れ、窒素気流下、室温で30分間撹拌し、フラスコ内を窒素で置換した。その後、70℃の湯浴中で6時間60rpmで撹拌し、グラフトカーボンブラックを得た。
【0177】
次いで、次の混合物をボールミルで10時間分散した。
スチレンモノマー 50.0重量部
n−ブチルメタクリレート 14.5重量部
1,3−ブタンジオールジメタアクリレート 0.5重量部
t−ブチルアクリルアミドスルフォン酸 3.0重量部
低分子量ポリエチレン 2.0重量部
(三井石油化学社製、三井ハイワックス210P)
前記グラフトカーボンブラック 30.0重量部
【0178】
この分散液に2,2′−アゾビスイソブチロニトリルおよび亜硝酸ナトリウムをそれぞれ1重量部ずつ溶解させた後、ポリビニルアルコールの2%水溶液250重量部に加え、TKホモミキサー(特殊機化社製)により6000rpmで10分間撹拌し懸濁液を得た。
【0179】
上記懸濁液をスリーワンモータ駆動撹拌翼、冷却器、ガス導入管、温度計を取り付けた500mlの四つ口セパラブルフラスコに入れ、窒素気流下、室温で30分間撹拌し、フラスコ内の酸素を窒素で置換した。その後、70℃の湯浴中で、90rpm、8時間撹拌して重合を完了させ懸濁重合粒子を作製した。この粒子100重量部を水/メタノール=1/1(重量比)の混合液に固形分30%になるよう再分散し、荷電制御剤としてジターシャリーブチルサリチル酸亜鉛塩を3重量部添加し、撹拌後濾過乾燥し、着色粒子を得た。
【0180】
得られた着色粒子95重量部に対して、3重量部のシリカ、2重量部の酸化チタン粒子をヘンシェルミキサーで2分間混合し、篩にかけ、トナーを得た。
【0181】
このトナーを「トナーA」とする。トナーAの円形度は0.985であった。トナーAの重量平均粒径は5.81μmであった。
【0182】
そして、重量平均粒径50μのシリコーンコートキャリア(マグネタイト芯材)95重量部に対して、トナーA5重量部をロッキングミキサーで混合し、二成分現像剤を得た。
【0183】
〔トナーB〕(分散重合実施例 円形度高)
撹拌翼、冷却器を取り付けた500mlの四つ口フラスコに、メチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体(分子量40,000、GAF社製)3.5重量部とメタノール100重量部とを入れ、60℃で2時間撹拌し、メチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体を完全に溶解させ分散安定剤を調製した。その後、室温まで冷却し次のものを投入した。
【0184】
スチレン 60.0重量部
メタクリル酸メチル 40.0重量部
t−ドデシルメルカプタン 0.06重量部
1,3−ブタンジイオールジメタクリレート 0.5重量部
【0185】
これらを撹拌しながらフラスコ内を窒素ガスでパージし、系内の残存酸素濃度が0.1%になるまで約1時間ゆるやかに撹拌(100rpm)を続けた。その後恒温水槽の温度を60℃まで上昇させた後、2,2′−アゾビスイソブチロニトイル0.2重量部を開始剤に用い、24時間重合を続けた。加熱後15分すると液は白濁し始め、24時間重合後も白濁した安定な分散液であった。一部サンプリングしてガスクロマトグラフィーで、内部標準法による測定を行なった結果、重合率は95%であることが確認できた。
【0186】
得られた分散液を冷却し、遠心分離機にて2000rpmで遠心分離すると、重合体粒子は完全に沈降し上部の液は透明であった。上澄み液を除き、新たにメタノール200gを加え、1時間撹拌洗浄した。遠心分離しメタノールで洗浄する操作を繰返し濾過した。濾別したものを50℃にて24時間減圧乾燥し、90%の収率で白色粉末の樹脂粒子を得た。
【0187】
次に、メタノール100重量部中にオイルブラック860(オリエン化学社製)2重量部を加熱溶解した後、冷却し約1μmフィルターで濾別し、染料溶液を作製した。
【0188】
次に、前記濾液に重合粒子を30重量部加えて分散させ、50℃で1時間加熱撹拌した。その後、分散液を室温まで冷却し濾別し着色樹脂微粒子分散液を得た。続いて、荷電制御剤としてジターシャリーブチルサリチル酸亜鉛塩を、水/メタノール(1/1)混合溶媒に溶解させ、着色樹脂粒子100重量部に対して2重量部加えた。1時間攪拌後濾過し、乾燥させて着色粒子を得た。
【0189】
得られた着色粒子95重量部に対して、3重量部のシリカ、2重量部の酸化チタン粒子をヘンシェルミキサーで2分間混合し、篩にかけ、トナーを得た。
【0190】
このトナーを「トナーB」とする。トナーBの円形度は0.983であった。トナーBの重量平均粒径は5.52μmであった。そして、トナーAと同様にして二成分現像剤を作製した。
【0191】
〔トナーC〕(溶解懸濁法実施例 円形度高)
(トナーバインダーの合成)
冷却管、攪拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物724部、テレフタル酸276部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧で230℃で8時間重縮合反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応して、ピーク分子量5300のポリエステル樹脂を得た。このポリエステル樹脂100部を 酢酸エチル100部に溶解、混合し、トナーバインダーの酢酸エチル溶液を得た。
【0192】
(トナーの作成)
密閉されたポット内に前記のトナーバインダーの酢酸エチル溶液200部、カルナウバワックス5部、銅フタロシアニンブルー顔料4部、ジターシャリーブチルサリチル酸亜鉛塩、1部を入れ、5mmmφのジルコニアビーズを用いて24時間ボールミル分散を行ないトナー組成物を得た。
【0193】
ビーカー内にイオン交換水600部、部分ケン化ポリビニルアルコール6部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.3部を入れ均一に溶解分散した。
【0194】
次いで、20℃にビーカー内温を保ち、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)で12000rpmに攪拌しながら、上記トナー組成物を投入し3分間攪拌乳化した。ついでこの混合液を攪拌棒および温度計付のフラスコに移し、ラウリル硫酸ナトリウムを0.3部加え、30分室温下で攪拌溶解した。ついで30℃、50mmHgの減圧下で溶剤を除去した。ガスクロマトグラフィーによって分散液を分析したところ残存酢酸エチルはトナー粒子に対して50ppmであった。35%濃塩酸を120部加え、リン酸三カルシウムを溶解した後に、濾別、得られたケーキを蒸留水に再分散してろ過する操作を3回繰り返し洗浄した後に、40℃24時間減圧乾燥し着色粒子を得た。
【0195】
得られた着色粒子95重量部に対して、3重量部のシリカ、2重量部の酸化チタン粒子をヘンシェルミキサーで2分間混合し、篩にかけ、トナーを得た。
【0196】
このトナーを「トナーC」とする。トナーCの円形度は0.980であった。トナーCの重量平均粒径は5.41μmであった。そして、トナーAと同様にして二成分現像剤を作製した。
【0197】
〔トナーD〕(粉砕トナーによる比較例 円形度低)
下記原材料をヘンシェルミキサーで充分混合した後、小型二本ロールミルで、150℃、2時間混練した。
結着樹脂(スチレン−アクリル酸メチル共重合体) 100.0重量部
着色剤(カーボンブラック#44、三菱カーボン社製) 10.0重量部
荷電制御剤(ジターシャリーブチルサリチル酸亜鉛塩) 2.0重量部
(オリエント化学製ボントロンE−84)
カルナバワックス 5.0重量部
【0198】
得られた混練物を2mmのスクリーンを装着したパルベライザーで粗粉砕した後、ラボジェットで粉砕し、100MZRで分級して着色粒子を得た。
【0199】
得られた着色粒子95重量部に対して、3重量部のシリカ、2重量部の酸化チタン粒子をヘンシェルミキサーで2分間混合し、篩にかけ、トナーを得た。
【0200】
このトナーを「トナーD」とする。トナーDの円形度は0.930であった。トナーDの重量平均粒径は5.73μmであった。そして、トナーAと同様にして二成分現像剤を作製した。
【0201】
〔トナーE〕(粉砕トナーの機械的処理による比較例 円形度やや低)
トナーDの製造例で得られた着色粒子を奈良機械製ハイブリダイザーを用いて、12000回転で10分間処理し、着色粒子を得た。
【0202】
得られた着色粒子95重量部に対して、3重量部のシリカ、2重量部の酸化チタン粒子をヘンシェルミキサーで2分間混合し、篩にかけ、トナーを得た。
【0203】
このトナーをトナーEとする。トナーEの円形度は0.945であった。
トナーEの重量平均粒径は5.21μmであった。そして、トナーAと同様にして二成分現像剤を作製した。
【0204】
〔トナーF〕(粉砕トナーの機械的処理による実施例 円形度やや高)
トナーDの製造例で得られた着色粒子を奈良機械製ハイブリダイザーを用いて、12000回転で30分処理し、着色粒子を得た。
【0205】
得られた着色粒子95重量部に対して、3重量部のシリカ、2重量部の酸化チタン粒子をヘンシェルミキサーで2分間混合し、篩にかけ、トナーを得た。
【0206】
このトナーを「トナーF」とする。トナーFの円形度は0.968であった。トナーFの重量平均粒径は5.26μmであった。そして、トナーAと同様にして二成分現像剤を作製した。
【0207】
〔トナーG〕(粉砕トナーの加熱処理による実施例 円形度高)
トナーDの製造例で得られた着色粒子を日本ニューマチック製サーフュージョンシステムを用いて、熱処理温度250℃、熱風風量1000 l/min、供給風量100l/minで2回処理し、着色粒子を得た。
【0208】
得られた着色粒子95重量部に対して、3重量部のシリカ、2重量部の酸化チタン粒子をヘンシェルミキサーで2分間混合し、篩にかけ、トナーを得た。
【0209】
このトナーを「トナーG」とする。トナーGの円形度は0.970であった。トナーGの重量平均粒径は5.56μmであった。そして、トナーAと同様にして二成分現像剤を作製した。
【0210】
上述したトナーA〜Gまでのトナーを使用し、本発明に係る画像形成装置における転写性及びクリーニング性を評価した。
【0211】
帯電及び現像の条件は、次のとおりとし、評価時は一定とした。

Figure 0004046325
【0212】
また、本発明に係る前記加振ブレードの加振手段を構成する圧電素子に対する駆動電圧の印加は、上述したように、パルス信号を発生させるための、ファンクションジェネレータと、これから発生した信号を増幅させる電源を通して行い、実際に圧電素子に印加される電圧を確認するため、増幅された電圧を分岐させ、これをオシロスコープによってモニタした。
【0213】
本発明が目的とするクリーニング性の評価、及び球形トナーを使用したときに向上される転写率について次のように評価を行った。
(転写率評価)
転写率の評価(測定)には、像担持体表面にべたの画像を出力している途中で、動作を止め、現像部と転写部との間、及び転写クリーニング部との間のトナー像をスコッチテープ(住友3M株式会社製)で白い紙に転写させて、それをマクベス反射濃度計RD514型で測定した。
【0214】
このとき、
現像部―転写部間のテープ濃度:Ddt
転写部―クリーニング部間のテープ濃度:Dtc
白い紙にスコッチテープを転写しただけの濃度:Dref
とし、転写効率を、次の(1)式で算出した。
【0215】
【数1】
Figure 0004046325
【0216】
(クリーニング評価)
クリーニング性評価についても、先の転写率と同じように、スコッチテープを使って評価した。
像担持体である感光体表面上の転写工程後のトナー(転写残留トナー)をスコッチテープ(住友3M株式会社製)で白い紙に転写させて、それを同じようにマクベス反射濃度計RD514型で測定し、ブランク(白い紙にスコッチテープだけを貼ったもの)との差が、0.01以下のものを良好(評価結果の表では「○」と記載)とし、それを超えるもの(濃度が高いもの)をNG(不良)とした。
【0217】
(トナーの円形度の違いによる比較)
前述した第2実施形態に係る加振ブレード20(図8及び図9)を搭載した画像形成装置で評価を行った。クリーニング性は、作像動作時の初期では、その良否の判断が困難であるため、従来のブレードクリーナと溶解懸濁重合で作られたトナーCでクリーニング不良の発生が明らかに確認されたA3用紙相当で50000枚後での評価を先に記載したトナーA〜Gで評価を行った。
【0218】
なお、ブレードクリーナとしては、従来ブレード(ブレード部厚み:3mm)と第2実施形態に係る加振ブレード20(振動部材厚み:0.3mm、ブレード部材厚み:0.2mmとした。)を用いて、共に感光体(像担持体11)に対する押し当ての圧力(当接圧)を70g/cm2で統一した。また、共にブレード部材はポリウレタンゴムとした。バルクとしての硬度は、JIS-Aで約70°であった。第2実施形態に係る加振ブレード20の積層型圧電素子33には、全て電圧Vpp:20V、周波数:20kHzの駆動電圧を印加した。
【0219】
実際の出力は、感光体上に付着量が0.1mg/cm2となるような画像パターンを用意し、これをA3用紙縦方向で50000枚分出力させる。50000枚の出力が終了した段階で、先の転写率、クリーニング率の測定方法で示したように、べた画像となるような画像パターンを途中まで出力させ評価した。
【0220】
以上の評価結果を表1に示している。なお、表1のクリーニング性の欄における「本発明ブレード」は上記のとおり第2実施形態に係る加振ブレード20を意味している。また、「NG1」は約1000枚の出力で、紙上にクリーニング不良による地汚れが発生したことを、「NG2」は約3000枚の出力で、紙上にクリーニング不良による地汚れが発生したことを、「NG3」は約2500枚の出力で、紙上にクリーニング不良による地汚れが発生したことを、それぞれ意味している。
【0221】
【表1】
Figure 0004046325
【0222】
この表1より、粉砕トナーであるトナーD及びEについては、振動のない従来のブレードでもクリーニング性は維持されていること分かるが、機械処理、あるいは加熱処理で円形度を高くしたものでは、従来ブレードではクリーニングの機能が維持されないことが分かる。
【0223】
また、転写率に関しては、先に記載したように、円形度の高いものは転写効率が95%前後と高い値を示し、この点から高画質であることが予測できるが、円形度の低いものは90%前後と低くなっている。クリーニング性の点から良好であった、トナーD及びEはクリーニング性は良好であるものの、転写率を比較すると低く、画質の点からは好ましくないことが分かる。
【0224】
この表1から明らかなように、第1の発明では高い円径度をもつ球形トナーに対し、ブレード部の振動があることによって、従来のブレードクリーニングと比較し、クリーニング不良の発生を防止することができ、また、繰り返し使用によってもクリーニング性を維持することが可能となることが分かる。
【0225】
次に、上記評価で最も転写率の高かった溶解懸濁重合法で作られたトナーCを用いて、従来のブレードクリーニングを含め、第1ないし第3実施形態に係る各加振ブレードのクリーニング性を評価した。
【0226】
先ず、印加する電圧Vppの大きさについての評価について説明する。
上述した評価実験と同じように、各ブレードで50000枚相当の出力を行った後にクリーニング性の評価を行った。このとき、駆動電圧の周波数は20kHzで固定し、第1ないし第3実施形態の加振ブレードについては、圧電素子に印加する駆動電圧の電圧Vppを5,20,30Vと変化させてそれぞれ評価し、同時にレーザドップラ変位計でブレード部の先端部の変位量を測定した。
【0227】
なお、加振時のブレードの変動量については、クリーニング装置の上であって、振動部材あるいは、ブレード部材の上から、上述したようにレーザドップラ変位計を使い、光学的に変位量を測定した。測定には、いずれも次のグラフテック株式会社製の装置を使用した。
レーザドップラ振動復調ユニット AT3500
センサユニット AT0021
【0228】
この結果を表2に示している。なお、表2中、「NG4」は出力初めから紙上にクリーニング不良による地汚れが発生したこと、「NG5」は約100枚の出力で紙上にクリーニング不良による地汚れが発生したことをそれぞれ意味する。
【0229】
【表2】
Figure 0004046325
【0230】
この表2に示すように、第1の発明に係る加振ブレード(ブレードクリーニング)でも、加振手段である圧電素子への印加電圧が低い場合、クリーニング性を維持することができず、従来ブレードとほぼ同等になる。また、第1ないし第3実施形態の加振ブレードの場合、印加電圧の増加に伴って変位量も増加することが分かる。従来ブレードについても変位量を測定したが、計測器の測定下限値である0.01μm以下の変位量であった。
【0231】
第1ないし第3実施形態の加振ブレードの場合、圧電素子に対する印加電圧を上げていけば、いずれの構成であってもクリーニング性は維持される。これを、レーザドップラ変位計による変位量と関係付けて推察する。
【0232】
先のメカニズム及び従来出願されていた公知技術によると、従来のブレードでもスティック―スリップ現象が発生し、微小な振動がクリーニング性に寄与するとされているが、球形トナーでは、その振動量が小さいためにトナーのすり抜けが起こり結果的にクリーニング不良を発生させると考えられる(トナー壁ができない)。
【0233】
レーザドップラ変位計の結果からも分かるように、振動による変位量が小さい場合には、球形トナーのクリーニングは不可能と考えられる。圧電素子へ印加する電圧も、球形トナーをクリーニングさせるに必要な振動量の下限値があることが表2から分かる。
【0234】
したがって、表2から明らかなように、第1の発明では高い円形度をもつ球形トナーに対し、ブレード部に対してある一定量以上の振動を与えることによって、従来のブレードクリーニングと比較し、クリーニング不良の発生を防止することができる。また、繰り返し使用によってもクリーニング性を維持することが可能となる。
【0235】
次に、感光体(像担持体)に対するダメージという点で評価した。
先の評価実験と同じように、各ブレードで50000枚相当の出力を行った後にクリーニング性の評価を行った。この時、印加する電圧Vppは20V、周波数は20kHzとして固定した。また、トナーは溶解懸濁重合法で作られたトナーCを用いた。
【0236】
この評価では、ブレードの感光体へのダメージをより顕著に明らかにするために、OPCを使って、50000枚出力後にその感光層の削れ量を測定した(アモルファスシリコン系感光体は、削れにくいため、感光体へのダメージ評価が明らかにならないためである。)。この結果を表3に示している。
【0237】
【表3】
Figure 0004046325
【0238】
この表3に示すように、第1の発明に係る加振ブレードでは膜削れ量が2μm程度であったのに対し、従来ブレードでは、その約倍の4μm程度と増加していることが分かる。
【0239】
この理由としては、従来ブレードではスティック―スリップ現象で微小な振動はあるが、振動量としては小さく、感光体への接触時間が本発明に係る加振ブレードに比べて長いため、結果としてブレードと感光体との摺擦力(時間的に積分した摺擦力、と考えても良い。)が増加して、感光層の膜削れ量が増えたものと考えられる。
【0240】
また、以上の比較をアモルファスシリコン系感光体で行った場合、第1実施形態に係る加振ブレード、従来ブレードいずれも膜削れ量としての変化は1μm以下と計測器の測定限界以下であったため比較は困難であった。しかし、表面が硬質のアモルファスシリコン系感光体であっても、従来のOPCと比較し微小とはいえ、膜削れ、傷の発生は生じているため、第1の発明に係る加振ブレードでは従来のブレードに比べて、感光体の耐久性を向上させるという点で効果があると推測される。
【0241】
このように、振動量が多い第1の発明に係る加振ブレードでは、感光体の膜厚の変化、言いかえれば削れ量も低く、像担持体へのダメージと言う点で、有効であり結果的に耐久性を向上させることができる。
【0242】
次に、加振ブレードの加振手段の動作タイミング及び振動幅について説明する。
像担持体上のトナーをクリーニングすることで、ブレード部材先端には、クリーニング時のトナーの溜まりができることになる。なお、この場合は、円形度の高い球形に近いトナーのブレードによるクリーニングが可能か、否かのメカニズムで述べたことよりも、もっと広い幅でのトナーの溜まりであって、量が多くなればブレード表面に乗り上げることもある。このトナー溜まりは場合によってはブレードの動きを制約したりすることがある。
【0243】
例えば、トナー固着の起きにくいトナーであってもブレードと感光体との間で圧接により、固着の可能性があったり、トナーに内包される添加剤、例えばワックスがブレードにより引き伸ばされて感光体表面のフィルミングといったことも起きる。このため、定期的にトナー溜まりを解除し、できるだけ少なくするほうが耐久性向上の面では好ましい。そのため、加振手段によるブレード部材の振動量(変位量)を変化させることが好ましい。
【0244】
そこで、前述したように、作像の条件、例えば、トナー消費量、環境条件、像担持体上のトナー付着量、印刷枚数(作像回数)を検出して、この検出結果に基づいて加振手段を駆動制御する。
【0245】
この場合、通常の作像のタイミングで圧電素子の振動量を変化させるとクリーニングの条件が変わってしまうためクリーニング不良を起こすことが予測される。そこで、非作像時には振動量が大きくなるように制御して、トナー溜まりを解消し、作像時にはクリーニング条件を維持してクリーニング不良の発生を防止するため振動量が小さくなるように制御する。なお、この振動量の制御は上述したように加振手段に印加する駆動信号の電圧値を変化させればよい。
【0246】
また、高速で出力される画像形成装置の場合にはトナー消費量も多いことが予測されるため、ブレードの振動量を大きくさせるだけではなく、トナー溜まりを解消するための補助部材を配置して行うこともできる。前記評価実験ではブレードの先端にブラシ(φ8)を配置してトナー溜まりを解消させた。
【0247】
次に、第2の発明に係る実施形態について説明する。
先ず、画像形成装置の構成は、第1の発明の実施形態(図2参照)の画像形成装置の構成において、出力される画像でトナーで顕像化させるに必要な面積(画像面積)をカウントし、単位面積当たりのトナーを量を見積もるための信号を主制御部に取り込んでいる。
【0248】
また、主制御部には、像担持体11を回転させるために必要なモータの回転トルクを検出する検出手段の信号、あるいは当該モータに対する駆動電流を検出する検出手段の信号をも入力している。
【0249】
また、クリーニング装置16の構成については、第1の発明のクリーニング装置16の第1実施形態及び第2実施形態として説明した構成を用いている。
【0250】
さらに、クリーニング装置16を構成する加振ブレード20の加振手段23に対する駆動制御に関しても第1発明の実施形態で説明したとおりである。
【0251】
そこで、第2の発明が目的とするブレード部材と像担持体との摩擦抵抗の低減によるクリーニング性の維持、向上について説明する。
まず、トナーとしては、前記第1の発明の実施形態で説明した「トナーC」を用いた。なお、第2の発明は球形トナーを用いる画像形成装置、クリーニング装置等に限るものではない。
【0252】
摩擦抵抗力の測定について説明する。第2の発明に係る加振ブレードを用いた場合、振動部材22に対する加振手段23による加振によって、ブレード部材21と像担持体11間との摩擦抵抗力が変化する。
【0253】
ここで、直接的に摩擦抵抗力を測定する方法として、実験的に表面性試験機を使って評価した。用いた試験機は、表面性試験機:トライボギア HEIDON TYPE:14DR(新東科学製)である。
【0254】
この装置を用い、実験的に加振によるブレード部材と像担持体11との間の摩擦抵抗力を測定した。この実験の際の模式図を図13に示している。
ここでは、表面性試験機に取り付ける加振ブレードは、第1の発明の第2実施形態で説明したように、加振手段23として圧電素子33を振動部材22の背面に取り付けたものを用いている。ブレード部材21に当接する部材としては、表面が洗浄されたガラス面51を用いた。通常の作像工程では、ブレード部材21と像担持体11の感光層とが接触するが、まずブレード部材21に振動を与えることが摩擦抵抗力とどのように関係があるのか明らかにするため、また、洗浄することによって均一表面を維持することで摩擦抵抗力の測定環境が安定するため、表面性試験機にはガラスを採用し、ブレード部材21とガラス面51との摩擦抵抗力を測定した。
【0255】
表面性試験機は、ブレード部材21に一定の加重(ガラス面に対して垂直方向)を掛けた時に、一定方向及び速度でガラス面51を取り付けたステージ52を動かしたときに横方向に掛かる力を試験機に取り付けられた歪ゲージ53によって、摩擦力として測定する。この時、歪ゲージ53に掛かる力、ブレードとガラス面との摩擦抵抗力は、リアルタイムでアラナイジングレコーダ54に記録される。
【0256】
このアラナイジングレコーダ54に記録された(以下、チャートとする)一例を図14に示している。同図では、ステージ52が停止した状態から摩擦抵抗力の測定例を示している。最初、ステージ52が停止した状態(A領域)では、摩擦抵抗力が0であるため、チャート中も0の値を示している。ステージ52が動き始めると同図中のB領域ではステージ52が動き始め、摩擦抵抗力が上がることがチャート上でも現れている。C領域では、動き始め、ブレード部材21とガラス面52との摩擦抵抗力がほぼ一定値を維持しながら動いている状態である。しばらくすると、ステージ52は所定の移動距離に達した後、停止する。
【0257】
このチャート上の各領域において、B領域の最初の段階であって、摩擦抵抗力が最大になるところは静止摩擦係数に相当する箇所で、C領域のほぼ摩擦抵抗力が一定になるところは、動摩擦係数に相当する箇所である。
【0258】
実際の作像工程では、ブレード部材21と像担持体11とは相対的に移動しているため、C領域の摩擦抵抗力の値をもって、クリーニングブレードとガラス面との摩擦抵抗力とした。
【0259】
以上の方法によって、実際に加振手段23を備えたクリーニングブレード部材21を使って、加振条件を変化させた時の摩擦抵抗力を測定した結果を次に説明する。
表面性試験機の測定条件は、次のとおりとし、一定値とした。
ステージ移動速度 10mm/sec
ブレード加重 25g/cm
ブレード長さ 3cm(トータルの加重としては75g)
【0260】
加振手段23を構成する圧電素子に印加するバイアス(駆動バイアス)を、周波数、交番電圧(Vpp)を変えたときのC領域の摩擦抵抗力の値の変化を図15及び図16に示している。摩擦抵抗力の値としては、C領域であってステージの動作が安定した時間(図14では、ステージの動き始めから2秒後から4秒後まで)の値を持って摩擦抵抗力の値とした。
【0261】
先ず、図15によれば、電圧Vppが一定のとき、周波数を変化させたときには、周波数が大きくなると摩擦抵抗力が少なくなることが分かる。図15において、周波数が0の時は、加振させない、つまり従来のクリーニングブレードの条件である。従来のブレードに比べ、圧電素子で加振させることによって摩擦抵抗力が下がることが分かる。
【0262】
次に、図16は、各周波数a〜eで、電圧Vppを変化させた時の結果を示している。同図において、周波数a〜eの大きさは、a>b>c>d>eの関係に設定している。
【0263】
この図16によれば、いずれの周波数でも電圧Vppを上げることで摩擦抵抗力が下がることが分かる。周波数a、bではこれら2つの周波数の大きさが違うものの、電圧Vppに対する変化はほとんど同じであることが分かる。
【0264】
以上、表面性試験機を使って、加振手段を設けたブレードとガラス面との摩擦抵抗力について評価を行った結果、ブレードに振動があることによって、摩擦抵抗力が下がることが判明した。
【0265】
後述するが、画像形成装置において、加振手段を設けたブレード部材を用いた場合、図15及び図16にクリーニングが良好な領域として図示する部分では、周波数が大きく、電圧Vppが大きい領域ではクリーニング性が良好であることが分かっており、摩擦抵抗力を下げることでクリーニング性に効果があることが分分かる。従来ブレードと比較し、ブレード部材21と像担持体11との摩擦抵抗力が下がることによって、クリーニング性が向上したものと推測される。
【0266】
次に、上記本発明に係る画像形成装置におけるクリーニング性と、ブレードと像担持体との摩擦抵抗力との関係について説明する。
第2の発明に係る加振ブレードを備えたクリーニング装置(第1の発明の実施形態で説明したものと同様であることは前述したとおりである。)を搭載して、転写性、クリーニング性及び感光体、ブレード間の摩擦抵抗力を評価・測定した。
【0267】
帯電及び現像の条件は、次のとおりとし、評価時は一定とした。
Figure 0004046325
【0268】
また、本発明に係る前記加振ブレードの加振手段を構成する圧電素子に対する駆動電圧の印加は、上述したように、パルス信号を発生させるための、ファンクションジェネレータと、これから発生した信号を増幅させる電源を通して行い、実際に圧電素子に印加される電圧を確認するため、増幅された電圧を分岐させ、これをオシロスコープによってモニタした。
【0269】
転写率について次のように評価を行った。
(転写率評価)
転写率の評価(測定)には、像担持体表面にべたの画像を出力している途中で、動作を止め、現像部と転写部との間、及び転写クリーニング部との間のトナー像をスコッチテープ(住友3M株式会社製)で白い紙に転写させて、それをマクベス反射濃度計RD514型で測定した。
【0270】
このとき、
現像部―転写部間のテープ濃度:Ddt
転写部―クリーニング部間のテープ濃度:Dtc
白い紙にスコッチテープを転写しただけの濃度:Dref
とし、転写効率を、次の(1)式で算出した。
【0271】
【数2】
Figure 0004046325
【0272】
(クリーニング評価)
クリーニング性評価についても、先の転写率と同じように、スコッチテープを使って評価した。
像担持体である感光体表面上の転写工程後のトナー(転写残留トナー)をスコッチテープ(住友スリーエム株式会社製)で白い紙に転写させて、それを同じようにマクベス反射濃度計RD514型で測定し、ブランク(白い紙にスコッチテープだけを貼ったもの)との差が、0.01以下のものを良好とし、それを超えるもの(濃度が高いもの)を不良とした。
【0273】
実際の出力は、感光体上に付着量が0.1mg/cm2となるような画像パターンを用意し、これをA3用紙縦方向で50000枚分出力させる。50000枚の出力が終了した段階で、先の転写率、クリーニング率の測定方法で示したように、べた画像となるような画像パターンを途中まで出力させ評価した。
【0274】
次に、画像形成装置における摩擦抵抗力の見積もりは、次のようにして行った。
画像形成装置内に取り付けられるドラム状の像担持体11の軸に回転トルクメータを取り付け、回転動作時にトルクを測定した。この測定の際に、像担持体11に当接するのは加振手段23を設けたクリーニングブレード部材21のみとして回転トルクを測定した。なお、クリーニング性の評価は、上述したように、帯電工程、現像工程、転写工程の顕像化させるために必要な工程を組み込んだ。ブレード部材21と像担持体11との摩擦抵抗力に相当する測定器としては、このトルクメータを画像形成装置に取り込むことが、直接的に摩擦抵抗力を診る、という点で最適である。
【0275】
また、ここでは、ドラム状のOPCについて行ったが、ベルト状の感光体についても同じように測定が可能である。ただし、ブレードが当接し、トナーをクリーニングするためには、感光体との接触が必要であるため、できるだけブレードに近い位置にトルクメータを配置させることが好ましい。ベルト感光体の場合、クリーニングにはある程度のベルトとブレードとの圧力が必要であるため、ベルトを懸架させるローラ等が設けられている場合が多い。トルクメータの配置箇所は、このブレードに最も近接する懸架ローラの軸に取りつけることが好ましい。
【0276】
そこで、先ず、加振手段に対する駆動バイアスの電圧Vppを20V一定とし、駆動周波数を変化させたときの回転トルクの変化を図17に示している。また、同図には、同時に、その各駆動バイアス条件でクリーニング動作を行わせたとき、つまり実際に残留トナーをクリーニングさせながら、50000枚相当の出力を行った後の前述したクリーニング性の評価において、クリーニングが可能、良好であった領域も示している。
【0277】
この図17から分かるように、回転トルクについても、駆動周波数を上げると回転トルクが下がり、前述した図15に示したと同じような傾向を示している。クリーニング性との関係をみると、駆動周波数が高いところでクリーニングが可能、良好であることが分かる。加振がない場合は回転トルクも大きく、像担持体の回転に大きな負荷になっていることが予測され、かつクリーニング性も非常に悪い。
【0278】
従来の粉砕型トナーでは、ブレードに加振を与えなくてもクリーニングは可能であったが、高画質を狙うための球形に近いトナーを用いる場合には、前記第1の発明で説明したように加振の有無がクリーニング性に大きく影響を与える。
【0279】
次に、加振手段に対する駆動バイアスの駆動周波数を周波数a〜eと変化させ、各周波数での電圧Vppを変えたときの回転トルクの変化を図18に示している。また、同図には、同時に、その各駆動バイアス条件でクリーニング動作を行わせたとき、つまり実際に残留トナーをクリーニングさせながら、50000枚相当の出力を行った後の前述したクリーニング性の評価において、クリーニングが可能、良好であった領域も示している。なお、周波数a〜eの大きさは、a>b>c>d>eの関係に設定している。
【0280】
この図18から分かるように、電圧Vppを上げると回転トルクが下がり、前述した図16と同じような傾向を示している。クリーニング性との関係を診ると、電圧Vppが高いところでクリーニングが可能、良好であることが分かるが、低い周波数c〜eではクリーニング性が悪い。電圧Vppが0、つまり加振手段がない従来のブレードに比べ、電圧Vppを上げて加振させることにより回転トルクを下げることが可能(c、d)であるが、クリーニング性の関係から、圧電素子への駆動バイアスはある程度の周波数の振動が必要であることが分かる。なお、周波数eでは、ブレード加振しても従来のブレードと回転トルクはほとんど変わらなかった。
【0281】
これらの駆動バイアスの条件を変化させた結果とクリーニング性との関係から、回転トルクを下げる、言い換えればブレードと像担持体との摩擦抵抗力を下げることによってクリーニング性が向上することが分かる。
【0282】
次に、画像形成装置の像担持体を回転させるモータとしてDCモータとし、このモータに対する駆動電流の電流値を検出測定した。この場合、摩擦抵抗力が低い、つまりモータへの負荷が小さい時には、DCモータに流れる電流が低くなることが予測される。実際に、先の回転トルクメータの評価と同じように、ドラム状の像担持体を駆動させるモータをDCモータに変えて実験を行ない、加振手段である圧電素子に対する駆動信号の周波数を変化させた結果及び電圧Vppを変化させたときの結果を図19及び図20に示している。
【0283】
駆動バイアスとモータの駆動電流の変化の傾向としては、これまでの回転トルクを見た結果と同じであるが、各周波数a〜eにおける電圧Vppの変化は線形で変化していることが分かる。同じようにクリーニング性との関係をみると、モータの駆動電流が小さい場合にはクリーニング性が向上することが分かる。
【0284】
したがって、駆動電流を検出し、この検出結果に基づいて摩擦抵抗力を見積もる方法では、摩擦抵抗力を直接的に把握することはできないが、回転トルクメータのように機械的な装置を備えることなく、画像形成装置を構成することが可能となる。
【0285】
そして、駆動バイアスを変化させた結果とクリーニング性との関係から、DCモータを駆動するための駆動電流を下げる、言い換えればブレードと像担持体との負荷つまり摩擦抵抗力を下げることによってクリーニング性が向上することが分かる。
【0286】
以上より、像担持体の回転トルク、あるいは、DCモータの駆動電流の検出結果に基づいて、作像の条件(トナー消費量、環境条件、印刷枚数)から加振手段を構成する圧電素子をフィードバック制御して、ブレード部材と像担持体との摩擦抵抗力を変化させることによって、安定した良好なクリーニング性を得ることができる。
【0287】
クリーニング性の評価は、初期では判断が困難であり、ある程度の出力枚数後のクリーニング性の評価が実際のトナークリーニングでは必要となる(前述したしたように、評価では50000枚の出力後のクリーニング性を評価し、これと加振条件とで比較を行っている。)。
【0288】
さらに、実際の画像形成装置を使用して作像を行わせる際に、像担持体の表面は、トナーのフィルミングや感光層の膜削れ等の変化が起きる(これは、摩擦抵抗力を下げた第2の発明でも少なからず起きていると容易に推測される。)。そのため、クリーニングに最適な条件、ここではブレードと像担持体との摩擦抵抗力が変化していると考えられる。
【0289】
そこで、加振手段による加振条件を何らかの手段で制御することが必要になるが、そのために圧電素子を使うことが最も有効であることは前述した通りである。圧電素子の駆動バイアスを変化させることで、摩擦抵抗力、回転トルク、DCモータの駆動電流を下げることが可能になり、ある程度の画像の出力でこれらの条件が変化しても最適な条件でクリーニングを行うことが可能になる。
【0290】
ここで、加振条件変化の指標について説明すると、フィルミングはトナーがブレードにより像担持体表面で引き伸ばされることにより起こる不具合である。トナーがフィルミングすることにより、ブレードと像担持体との間の摩擦抵抗力はトナーの種類によって下がることや上がることがある。いずれにしても、正常なクリーニングを確保するためには、トナーをクリーニングするに必要な最低限の摩擦抵抗力を維持することが必要である。
【0291】
トナーのフィルミングはトナーの消費量や出力される画像面積比率に対し、完全な線形性はもたないまでも、消費量が多い、画像面積比率が高い場合にフィルミングは助長されるという傾向がある。この理由としては、像担持体と接触するトナー量が多くなればそれだけブレードでフィルミングを引き起こしやすいからと推測される。
【0292】
そこで、画像データに基づいて画像面積比率を求めて、この画像面積比率に基づいて、ブレードの加振条件を変化させることで、摩擦抵抗力、あるいは回転トルク、DCモータ使用時の駆動電流を制御する上で最適なクリーニング条件にすることが可能である。また、環境条件が変化した場合、ブレード部の環境に対する変形もクリーニングブレード当接条件を変化させるため、摩擦抵抗力、回転トルク、DCモータ駆動電流も変化することが予測されるため、環境変化に応じて、これらの値を検出し、検出結果に応じて適切な加振条件に設定することによって最適なクリーニングを行うこともできる。
【0293】
次に、前記第1の発明及び第2の発明における、加振ブレード20のブレード部材21の像担持体11に対する押し付け量及び当接角について図21を参照して説明する。なお、同図はブレード部材21と像担持体11の当接状態を示す要部拡大説明図である。
先ず、ブレード部材21は像担持体11の回転方向(矢示A方向)に対して、カウンタ方向で当接している。すなわち、ブレード部材21と像担持体11とが当接する角度θが開く方向へ像担持体11が移動する設定としている。
【0294】
これにより、ブレード部材21のカット面21aのめくれを無くし、くさび形状が形成されたとしても非常に小い形状を維持することが可能となり、ニップ部へのトナーの入り込みを防止することができる。
【0295】
そして、ブレード部材21は、上述した押し付け力によってニップ部先端において像担持体11に押し付けられるが、このときの像担持体11表面からブレード部材21の高さ方向で押付け量をdとしている。つまり、ブレード部材21の先端の接触位置からさらに押し付け量dの高さだけ像担持体11の方向へ押し付けた状態を初期設定とする。ここで、初期設定とは、加振しない状態でのブレード押し付け量であり、前記単板圧電素子を加振手段23に用いた加振ブレード20では、押し付け量dは弾性のブレードニップ部の変形と圧電素子を含む振動部材22の撓み変形の量に相当する。
【0296】
この押し付け量dの値は、ブレード部材21の厚さ、硬度にもよるが、厚さ100〜300μm、硬度がJISA75〜100°の場合、押し付け量dは、10〜100μmの範囲内とすることが好ましい。ブレード部材21の厚さが薄く、硬い方向の場合押し付け量dは小さく、厚く、硬度が小さい場合押し付け量dは大きい値とする。
【0297】
また、ブレード部材21の像担持体11に対する当接角度θは、0〜50°の範囲内とすることで、ブレード部材21のカット面21aのめくれを無くし、くさび形状が形成されたとしても非常に小い形状を維持することが可能となり、ニップ部へのトナーの入り込みを防止することができ、クリーニング性能が得られる。
【0298】
この当接角度θが0〜10°のときは、振動部材22に貼り付けているブレード部材21の長さ寸法L(図2参照)は2〜5mmと短くして実際に像担持体11との接触する長さを短くした場合に好ましい構成であり、ブレード部材21の長さ寸法Lが5mm以上と長い場合は10〜50°の範囲内で傾斜させてブレードエッジ部21b(図4参照)が接触する構成とすることが好ましい。
【0299】
次に、振動板部材22に対するブレード部材21の突き出し量について上述した図21及び図22を参照して説明する。
まず、図21に示す例では、ブレード部材21の剛性より振動部材22の剛性が高い構成とし、且つ、ブレード部材21と振動部材22の先端突き出し量の関係を両者ほぼ同じ(又はブレード部材21の先端を振動部材22より短く、つまり振動部材22先端より後退した)構成としている。
【0300】
このような構成とすることで、加振手段23による振動部材22の振動の伝搬がニップ部で減衰することが抑えられて、トナーのクリーニングに直接作用するブレードニップ部にほぼ同レベルで伝えることができ、より効率の良いクリーニングが可能となる。
【0301】
また、図22に示す他の例では、前同様に、ブレード部材21の剛性より振動部材22の剛性が高い構成とするが、ブレード部材21の先端を振動部材22の先端より突き出し量hだけ突き出した関係の構成としている。ただし、微小量の高周波数の振動はゴム弾性部材のブレードに吸収されやすい。実験の結果、ブレードの硬さがJISA硬度で80〜100°の範囲内のものを使用し、ニップ部変位量の減衰が70%以下にするためには、振動部材22に対するブレード21の先端の突き出し量hをブレード厚さの2倍以下の設定にすれば良いことが判明した。
【0302】
これによって、加振手段23による振動部材22の振動の伝搬がニップ部で減衰することが抑えられて、トナーのクリーニングに直接作用するブレードニップ部にほぼ同レベルで伝えることができ、より効率の良いクリーニングが可能となるとともに、加振手段23の駆動条件を圧電素子の発熱が問題にならない範囲の電圧、周波数設定が可能となり、球形、小径トナーのクリーニングが可能となる。
【0303】
次に、クリーニング装置16の加振ブレード20の第4実施形態について図23及び図24を参照して説明する。
この実施形態では、加振手段23として前記実施形態と同様に板状圧電素子を用い、振動部材22には圧電素子を接合する領域に対応した部分を薄くした薄肉部22bを形成して、その部分だけが弾性変形しやすい構造としている。なお、ブレード部材21はウレタンブレード部材であり、振動部材22は先端領域にブレード部材21が接合され、像担持体11へのブレード部材21の当接角度θ、食い込み量(押し付け量)dを決める構成としていることは前記図2の構成と同様である。
【0304】
これによって、振動部材22のブレード部材21を取り付ける先端領域の剛性を高くすることができ、固有振動数を高く設定できるため、ブレード部材21の幅方向において振動部材22の先端部を高周波数領域まで均一に振動させることができるようになり、クリーニングムラのない高性能クリーニングが可能となる。そして、圧電素子を接合した領域に対応した部分のみ振動部材22を薄くしているので、加振ブレード20全体の固有振動数を高く維持でき、高い周波数までの加振が可能となる。
【0305】
また、振動部材22は、複数の加振手段23の間には幅方向に複数箇所の抜き領域(肉抜き部)22dを設けている。これにより、圧電素子(加振手段23)による振動部材22の先端方向への撓み変形の効率がより向上し、より効率的にブレード部材21を振動させることができる。
【0306】
ここで、この実施形態の加振ブレード20(クリーニングブレード)について、実際のニップ部の振動変位量を測定した結果について図25、図26を参照して説明する。
【0307】
図25に示すブレードニップ面変位量の測定条件としては、ブレード部材21の幅をA3サイズ横幅とし、像担持体11へのニップ部押付け量d:50μm、複数の各圧電素子(加振手段23)へは共通の駆動信号Pvを印加し、駆動信号Pvは、電圧220V、周波数10〜40kHzの4段階とした。使用した圧電素子は、厚さ0.3mm、縦横寸法7×10mmとした。測定に使用した振動変位計は、グラフテック社製AT0021レーザドップラ振動計、ビーム径Φ12μmによる。
【0308】
この結果から、A3幅対応のクリーニングブレードで、幅方向においてほぼ均一な変位が得られることが分かる。
【0309】
また、図26は上記と同様に測定した結果であるが、圧電素子に印加する駆動信号Pvの駆動電圧を80Vにしている。この場合も、前記より変位量は低いが比較的像担持体の線速が遅い場合においては摩擦力を低下させるには十分な性能である。
【0310】
次に、クリーニング装置16の加振ブレード20の第5実施形態について図27を参照して説明する。
この実施形態では、加振手段23として板状圧電素子を用い、2枚の圧電素子(加振手段23)を振動部材22の両面に設けている。2つの圧電素子(加振手段23)は電圧を印加することによって、一方は面方向に伸び、他方は面方向に縮む方向の変形を与えるように設定している。
【0311】
これにより、振動部材22を2倍の力で撓ませることができ、また、全体の剛性が高くなるので、固有振動数を高くできる。
【0312】
次に、クリーニング装置16の加振ブレード20の第6実施形態について図28を参照して説明する。
この実施形態では、振動部材32を厚くして剛性を高くし、積層型圧電素子を用いた加振手段33を挟み込むようなコ字型の凹部32aを形成し、この凹部32aに前記第4実施形態と同様なd33方向の変位を利用する積層型圧電素子を配置している。
【0313】
そして、加振手段33によって振動部材32の先端部が効率良く振動するように、振動溝32cを設けて一部分32bが薄くなるように形成している。また、ブレード部材21は、振動部材32からの振動が伝わりやすいように薄層化している。
【0314】
これにより、振動部材32のブレード部材21を取り付ける部分の剛性を高めることができ、より効率的にブレード部材21に振動を伝搬することができるようになる。
【0315】
次に、第1の発明あるいは第2の発明に係るクリーニング装置を含む第1の発明あるいは第2の発明に係るプロセスカ−トリッジについて図29を参照して説明する。なお、同図は同プロセスカートリッジの概略構成断面図である。
【0316】
このプロセスカートリッジ70は、像担持体71、帯電手段72、現像手段74、第1の発明又は第2の発明に係るクリーニング装置76等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカ−トリッジを複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成している。
【0317】
クリ−ニング装置76を着脱自在であるプロセスカ−トリッジ内に具備させることにより、メンテナンス性の向上、他の装置との一体交換が容易に行うことができるようになる。
【0318】
次に、第1の発明或いは第2の発明に係るプロセスカートリッジを用いた第1の発明或いは第2の発明に係るカラー画像形成装置について図30を参照して説明する。
この画像形成装置は、水平に延在する転写ベルト(像担持体)81に沿って、各色の上述したプロセスカ−トリッジ70を並置したタンデム方式のカラー画像形成装置である。
【0319】
プロセスカ−トリッジ70は、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色ごとに4つ配置されている。各プロセスカ−トリッジ70で現像された像担持体71上の現像トナーは水平に延在する転写電圧が印加された転写ベルト81に順次転写される。
【0320】
このようにイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックと画像の形成が行なわれ、転写ベルト81上に多重に転写され、転写手段82で転写材18にまとめて転写される。そして、転写材18上の多重トナー像は図示しない定着装置によって定着される。プロセスカ−トリッジ70は、イエロー、マゼンタ、シアン、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、どの順番で並置してもよい。
【0321】
通常、カラーの画像形成装置は複数の画像形成部を有するため装置が大きくなってしまう。また、クリーニングや帯電などの各ユニットが個別で故障したり、寿命による交換時期がきた場合は、装置が複雑でユニットの交換に非常に手間がかかっていた。
【0322】
そこで、像担持体、帯電手段、現像手段の構成要素をプロセスカ−トリッジ70として一体に結合して構成することによって、ユーザーによる交換も可能な小型で高耐久のカラー画像形成装置を提供することができる。
【0323】
さらに、プロセスカートリッジ70を第1の発明のプロセスカートリッジとすることで、球形トナーを用いてもクリーニング不良の発生がなく、高画質画像を形成することができる。
【0324】
また、第2の発明に係るプロセスカートリッジとすることで、カラートナーは各種の色材の材料によって特性が変化することがあるが、この場合でも摩擦抵抗力(像担持体の回転トルク、DCモータの駆動電流)を画像形成時で最適化することができ、クリーニング性を維持し、耐久性を向上させる画像形成装置を得ることができる。
【0325】
なお、上記実施形態においては、球形トナーで説明した、小径トナーであっても同様であり、第1の発明については、球形トナー、小径トナーのいずれも含まれ、第2の発明については、更に不定形トナーも含まれるものである。
【0326】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る画像形成装置によれば、円形度が0.96〜1.00のトナーを使用して、クリーニング不良を生じることなく残留トナーをクリーニングすることができるので、高画質画像を形成することができる。
【0328】
本発明に係るプロセスカートリッジによれば、高画質画像を形成することが可能になる。
【0329】
本発明に係る他の画像形成装置によれば、本発明に係るプロセスカートリッジを複数備えているので、高画質カラー画像を形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る画像形成装置のクリーニングメカニズムを説明するための説明図
【図2】 本発明に係る画像形成装置の概略構成図
【図3】 同画像形成装置のクリーニング装置の加振ブレードの第1実施形態の説明に供する要部拡大説明図
【図4】 図3の要部拡大説明図
【図5】 同加振ブレードの正面説明図
【図6】 同加振ブレードを先端側から見た説明図
【図7】 同クリーニング装置に対する駆動系の一例を説明する説明図
【図8】 クリーニング装置の加振ブレードの第2実施形態の説明に供する説明図
【図9】 同加振ブレードの像担持体幅方向の説明図
【図10】 クリーニング装置の加振ブレードの第3実施形態の説明に供する説明図
【図11】 同加振ブレードを先端側から見た説明図
【図12】 トナーの円形度の説明に供する説明図
【図13】 ブレード部材と像担持体との摩擦抵抗力に関する測定実験の説明に供する模式図
【図14】 同測定結果の一例を示す説明図
【図15】 加振ブレードに対する駆動信号の周波数と摩擦抵抗力の関係及びクリーニング性の説明に供する説明図
【図16】 加振ブレードに対する駆動信号の周波数、駆動電圧と摩擦抵抗力の関係及びクリーニング性の説明に供する説明図
【図17】 加振ブレードに対する駆動信号の周波数と像担持体の回転トルクの関係及びクリーニング性の説明に供する説明図
【図18】 加振ブレードに対する駆動信号の周波数、駆動電圧と像担持体の回転トルクの関係及びクリーニング性の説明に供する説明図
【図19】 加振ブレードに対する駆動信号の周波数と像担持体の駆動モータの駆動電流の関係及びクリーニング性の説明に供する説明図
【図20】 加振ブレードに対する駆動信号の周波数、駆動電圧と像担持体の駆動モータの駆動電流の関係及びクリーニング性の説明に供する説明図
【図21】 ブレード部材の当接角度及び押し付け量の説明に供する説明図
【図22】 振動部材とブレード部材の突き出し量の説明に供する説明図
【図23】 クリーニング装置の加振ブレードの第実施形態の説明に供する説明図
【図24】 同クリーニング装置の像担持体幅方向の説明図
【図25】 同クリーニング装置におけるブレードニップ部の変位量の測定結果を説明する説明図
【図26】 同クリーニング装置におけるブレードニップ部の変位量の他の測定結果を説明する説明図
【図27】 クリーニング装置の加振ブレードの第実施形態の説明に供する説明図
【図28】 クリーニング装置の加振ブレードの第実施形態の説明に供する説明図
【図29】 本発明に係るプロセスカートリッジの説明に供する説明図
【図30】 本発明に係るプロセスカートリッジを備えた本発明に係る画像形成装置の概略構成図
【図31】 従来のクリーニングブレードの説明に供する説明図
【図32】 同クリーニングブレードの像担持体が移動しているときの状態を示す要部拡大説明図
【図33】 同クリーニングブレードを用いた粉砕トナーのクリーニングメカニズムの説明に供する説明図
【図34】 同クリーニングブレードを用いた粉砕トナーのクリーニングメカニズムにおけるスティック・スリップ運動の説明に供する説明図
【図35】 同クリーニングブレードを用いた球形トナーのクリーニング不良の発生メカニズを説明する説明図
【図36】 同クリーニングブレードを用いた球形トナーのクリーニング不良の発生メカニズを説明する説明図
【符号の説明】
1…ブレード部材、11…像担持体、20…加振ブレード、21…ブレード部材、22…振動部材、23…加振部材、70…プロセスカートリッジ。[0001]
The present invention Is a picture The present invention relates to an image forming apparatus and a process cartridge.
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
JP 2001-188452 A
[Patent Document 2]
JP 2000-267536 A
[Patent Document 3]
JP-A-60-131547
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 6-148941
[Patent Document 5]
JP-A-8-254873
[0003]
The In electrophotographic image forming apparatuses such as printers, facsimiles, and copying machines, the electrostatic latent image formed by charging and exposing the surface of the image carrier is developed with colored toner to form a toner image as a visible image. The toner image is transferred to a transfer medium such as transfer paper, and fixed with a heat roll or the like to form an image. On the other hand, since untransferred toner generally remains on the surface of the image carrier after the toner image has been transferred, it is necessary to remove this residual toner by a cleaning unit prior to the next image forming process. In general, other foreign matters attached to the surface of the image carrier are also removed together with the residual toner by the cleaning means.
[0004]
As the cleaning means for removing the residual toner after the transfer, various types such as those using a fur brush, a magnetic brush, etc., and those using a cleaning blade made of an elastic material are used. A means for scraping off the toner by rubbing the image carrier with a blade is generally used because it is inexpensive and has high performance stability. For the elastic body used as a material for the cleaning blade, polyurethane rubber having excellent wear resistance is often used.
[0005]
Also, In recent years, high image quality has progressed especially in full-color image forming apparatuses, and as one direction for achieving high image quality, toner particle size reduction and spheroidization have been promoted. By reducing the particle size, it is possible to improve the reproducibility of the dots of the toner image formed on the surface of the image carrier, and it is possible to improve the developability and transferability by making it spherical.
[0006]
As a method for spheroidizing the toner for improving the image quality, a method for producing a polymerized toner with a polymerization reaction which is a chemical reaction has been adopted instead of the conventional pulverization method. There are several types of production methods for this polymerized toner, even if they are in the same polymerization reaction category, but there is no need for a pulverization classification process as seen with pulverized toner, or this process can be greatly reduced. Has the advantage.
[0007]
However, when a small-diameter toner or a spherical toner is used, a conventional cleaning device using a cleaning blade has a problem in that it is difficult to completely remove the transfer residual toner on the surface of the image carrier and a cleaning failure occurs. .
[0008]
It is clear that this cleaning performance defect and poor cleaning occur even when the conventional pulverized toner is subjected to mechanical processing (re-pulverization) or heat treatment to reduce the particle size or spheroidize, Regardless of the toner manufacturing method, when the toner has a small particle size or a spherical shape, there is a problem that good cleaning performance cannot be obtained by blade cleaning.
[0009]
The toner that has caused such a cleaning defect becomes an image quality defect when the next output image is formed. In particular, when the charging device is a roller-type contact charger, the toner cannot be removed by the cleaning blade (not cleaned). It has a great influence because toner may accumulate on the roll-shaped charger and cause charging failure. In particular, the toner whose circularity (details of circularity will be described later) of the toner is close to 1, that is, a toner close to a spherical shape (true sphere), the cleaning property is remarkably deteriorated. Even a toner with a circularity of 0.95 or less has a shape distribution, so that a substantially spherical toner exists, and the cleaning properties tend to deteriorate over time.
[0010]
In addition, this cleaning property tends to deteriorate as the particle size of the toner used for development decreases. Furthermore, the image forming apparatus is used in a temperature range of about 10 ° C. to 30 ° C., but the deterioration of the cleaning property is noticeable particularly at low temperatures.
[0011]
Causes of the occurrence of poor cleaning when using small toner or spherical toner.
In general, there are reasons as described in [Patent Document 1], but it is considered to be due to the following reasons.
[0012]
That is, in the cleaning method using the cleaning blade, the toner is scraped off by rubbing the image carrier with the rubber blade as described above, and therefore the edge of the rubber blade is caused by the frictional resistance between the image carrier and the rubber blade. The tip is deformed to form a minute wedge-shaped space between the two. In this space, the smaller the diameter of the toner, the easier it is to enter the edge tip, and the toner that has entered the edge tip is not easily replaced, and forms a non-flow region.
[0013]
In addition, since the spherical toner is more easily packed closer than the irregular toner, the spherical toner is easily compacted in a minute space near the contact point between the edge of the cleaning blade and the image carrier. In the state where the friction resistance between the toner in the non-flow region and the image carrier is relatively small and the toner is sliding with respect to the image carrier, cleaning failure does not occur, but the external additive by rubbing with the image carrier When the frictional force between the toner and the image carrier increases due to the separation of the toner, the rolling friction of the spherical toner is smaller than that of the conventional pulverized amorphous toner, so that the roller starts to roll between the cleaning blade and the image carrier and slips through. It is possible. This point will be described later because it has been elucidated as a result of intensive studies by the present inventors.
[0014]
Therefore, in the above [Patent Document 1], in order to efficiently remove the residual toner on the image carrier of the image forming apparatus using the spherical toner produced by the polymerization method, the residual toner on the surface of the photosensitive member after transfer is removed. A cleaning device is disclosed that includes a cleaning blade that scrapes off and a cleaning brush that is disposed upstream of the cleaning blade in the direction of movement of the photosensitive member and that pulverizes residual toner and generates fine toner on the photosensitive member.
[0015]
In addition, in Patent Document 2, in order to improve the cleaning performance for the spherical toner of the image carrier cleaning blade of the image forming apparatus, the surface carrying the toner image formed by the spherical toner has the transfer region and the cleaning region. A toner image carrier that rotates and moves through, a transfer device that transfers the toner image on the surface of the toner image carrier that passes through the transfer region to a transfer material, and a toner image carrier surface that passes through the cleaning region. A cleaning blade made of an elastic member having a blade edge for removing residual toner on the surface of the toner image carrier, a powder lubricant applied to the blade edge, and an amorphous toner having an average particle size smaller than that of the spherical toner And an image forming apparatus comprising a toner image carrier cleaner having a mixed powder material That.
[0016]
Examples of using a mixture of spherical toner and irregular toner in this way include those described in [Patent Document 3], [Patent Document 4], and [Patent Document 5].
[0017]
Mentioned above In the cleaning device described in Patent Document 1, since the cleaning brush that pulverizes the residual toner and generates fine toner on the photosensitive member is provided, the size of the device is increased, and the resin toner is pulverized. This is very difficult, and even if it can be pulverized, the surface of the image carrier is damaged, and the image quality is lowered.
[0018]
Further, in the cleaning device described in [Patent Document 2], since the mixed powder material with the amorphous toner having an average particle size smaller than that of the spherical toner is used, the image quality is improved by using the spherical toner. This results in a reduction in the image quality.
[0019]
Therefore, the present inventors first studied and elucidated the cause of the occurrence of poor cleaning with a counter-type cleaning blade when spherical toner was used.
[0020]
That is, as shown in FIG. 31, in the cleaning device using a typical counter type cleaning blade, the tip of the cleaning blade 101 held by the metal holder 100 is moved toward the image carrier 111. The abdominal surface 101c of the cleaning blade 101 and the surface of the image carrier 111 are brought into contact with each other at an angle θ so as to be a counter with respect to the rotation direction A, and the tip (free end) of the cleaning blade 101 is pressed with a pressing amount d. Residual toner on the image carrier 111 is cleaned by pressing the image carrier 111.
[0021]
Thus, when the image carrier 111 rotates in a state where the image carrier 111 and the cleaning blade 101 are in contact with each other, as shown in FIG. 32, the cleaning blade 101 is an elastic member. Due to the movement in the direction A, the edge portion 101b of the cut surface 101a of the blade 101 is pulled in the direction indicated by the arrow A by the frictional force with the image carrier 111, and the cut surface 101a (tip surface) of the blade 101 is deformed and turned. It becomes a state. By turning the cut surface 101a, a wedge-shaped nip portion N is formed between the cut surface 101a at the tip of the blade 101 and the image carrier 111.
[0022]
In this case, when the toner to be used is a pulverized toner, as shown in FIG. 33, the pulverized toner Ta is distorted in shape, so that a wedge-shaped nip formed by the cleaning blade 101 and the image carrier 111 is formed. As a result, the edge portion of the toner Ta is caught. At this time, a repulsive force for returning the deformed portion of the tip surface of the blade 101 to its original state works, and so-called stick-slip motion occurs.
[0023]
This stick-slip motion will be described with reference to FIG. When the blade nip is in a stick state (fixed) on the moving image carrier surface, the blade nip is forcibly extended in the rotational direction of the image carrier 111 as indicated by a broken line in FIG. When the blade nip is stretched to a certain position, the repulsive force of the blade increases, and the blade nip slides with respect to the image carrier surface when the static frictional force and the repulsive force are balanced. In a state where slip occurs between the blade nip and the image carrier, the dynamic friction coefficient is smaller than the static friction coefficient, so that the blade nip returns to the original direction (direction indicated by the solid line) while sliding on the surface of the image carrier. The toner Ta staying at the wedge-shaped nip portion is returned in the direction opposite to the traveling direction of the image carrier 111 by the return force of the stick-slip repetitive motion (the range is indicated by SP). Clean with force.
[0024]
In contrast, a case where spherical toner is used as the toner will be described with reference to FIG. This figure shows the behavior when the spherical toner Tb enters the wedge-shaped nip formed by the cleaning blade 101 and the image carrier 111.
[0025]
When the spherical toner Tb is used, since the toner does not have a distorted portion like the pulverized toner Ta and does not get caught at the tip of the blade 101, the toner enters the wedge-shaped nip, and the cleaning blade 101 and the image carrier 111. The spherical toner Tb in a state of being sandwiched between the toners receives a moment of rotation using the contact portion as a drive source due to a frictional force with the image carrier 111. Accordingly, the spherical toner Tb moves in the same direction as the rotation direction of the image carrier 111 while rotating in the direction opposite to the traveling direction of the image carrier 111, and slips between the blade 101 and the image carrier 111. The cleaning becomes defective.
[0026]
At this time, once the spherical toner Tb slips through, the spherical toner Tb functions like a lubricant between the cleaning blade 101 and the image carrier 111 as shown in FIG. The frictional force of the carrier 111 is reduced, and the tip (cut) surface of the blade 101 is released from turning (returning the blade 101 to its initial shape). Therefore, the stick-slip motion described above, which is a basic cleaning function by the blade 101, does not occur, and a phenomenon in which toner cleaning failure occurs continuously.
[0027]
Although the mechanism of occurrence of poor cleaning of spherical toner has been described above, small-diameter toner also easily enters the wedge-shaped nip portion shown in FIG. It was confirmed that the smaller the diameter of the toner, the less the catch at the edge portion, and thus the slip-through is likely to occur.
[0028]
As a result of further earnest research based on the occurrence of defective cleaning of spherical and small-diameter toners as clarified as described above, the present inventors have cleaned spherical and small-diameter toners by a new mechanism different from conventional cleaning mechanisms. I found out that I can do it.
[0029]
In addition, In the blade cleaning method (cleaning method using a cleaning blade) as described above, the toner cleaning property is improved, in other words, the rubbing ability is increased, so that the frictional resistance between the blade and the image carrier tends to be increased. It is generally known that there are.
[0030]
In particular, when there is no residual toner after transfer on the image carrier, the frictional resistance between the blade (edge) portion and the image carrier becomes very high, and in severe cases, the blade is pulled to the image carrier. The phenomenon of so-called “warping back” occurs, and the cleaning function may not be brought out.
[0031]
In the cleaning method using a blade, as described above, the image carrier is rubbed and scraped off with the rubber blade, and the edge of the rubber blade is deformed by the frictional resistance between the image carrier and the rubber blade. However, a minute wedge-shaped space is formed between them. Since it is important for cleaning to create this wedge-shaped region, the formation of the blade edge portion greatly affects the cleaning performance.
[0032]
However, if the frictional resistance between the blade edge portion and the image carrier is too large, the edge portion necessary for cleaning may be lost in addition to the above-mentioned “warping back”. Therefore, it is preferable to maintain the edge portion while ensuring and maintaining the minimum frictional resistance necessary for toner cleaning as much as possible from the viewpoint of durability. However, the conventional cleaning means using the cleaning blade has a problem that it is impossible to ensure and maintain the minimum frictional resistance necessary for cleaning the toner.
[0033]
Furthermore, it has been clarified by the inventor's earnest research that the trouble caused by the increased frictional resistance between the blade edge portion and the image carrier occurs not only on the blade edge chip but also on the image carrier. .
[0034]
As an example, the toner is stretched by a blade on the surface of the image carrier, and a filming that forms a toner layer on the film on the image carrier and a film scraping of the photosensitive layer constituting the image carrier are caused. That's what it means. Since filming is formed on the photosensitive layer, it hinders accurate image formation as much as possible, and film scraping reduces the durability as an image carrier, and neither of them causes such a phenomenon as much as possible. It is necessary to do so. In some cases, film scraping proceeds while filming occurs, and as a result, only the phenomenon of film scraping may appear to occur.
[0035]
It has been found that these are phenomena that occur due to the large frictional resistance between the blade and the image carrier in the image forming apparatus using the cleaning blade.
[0036]
The present invention has been made in view of the above problems. , An object of the present invention is to provide an image forming apparatus and a process cartridge with improved cleaning properties, and an image forming apparatus provided with the process cartridge.
[0038]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an image forming apparatus according to the present invention forms a latent image on the surface of an image carrier, develops the latent image with toner, forms a toner image, and transfers the toner image to a transfer target. In an image forming apparatus that removes toner remaining on the surface of the image carrier after being transferred to the body with a cleaning unit, the cleaning unit has a blade member that comes into contact with the surface of the image carrier and one end fixed, and is free A plate-like vibration member having a blade member attached to one surface of the other end serving as an end, and attached to a surface opposite to the blade member attachment surface of the other end of the vibration member, Perpendicular to the blade member mounting surface And a vibration means that vibrates the other end of the vibration member in the direction, and is configured to clean the toner by vibration of a portion of the blade member in contact with the image carrier.
[0039]
Here, the toner is preferably a toner prepared by a polymerization method. Further, the surface of the blade member including at least the contact portion with the image carrier is formed of a material having a low affinity with the toner material, or an external additive added to the outside of the toner is used for the blade member. It is preferable that the affinity with the member forming the surface is small. Furthermore, it is preferable that the vibration amount at the nip portion of the blade member is smaller than the average particle diameter of the toner.
[0040]
In addition, it is preferable to be able to control the amount of displacement due to vibration in the nip portion of the blade member. In this case, it is preferable to include means for electrically controlling the amount of displacement of the blade member. Furthermore, the vibration means is preferably a piezoelectric element, and in this case, it is preferable that a means for applying an alternating voltage to the piezoelectric element is provided.
[0041]
Furthermore, it is preferable to provide means for differentiating the displacement amount due to the vibration of the blade member between image formation and non-image formation. In addition, it is preferable to include means for changing the amount of displacement caused by the vibration of the blade member based on at least one of the number of times of toner adhesion image formation on the image carrier, environmental conditions, and the amount of toner replenishment.
[0048]
The process cartridge according to the present invention is a process cartridge including at least an image carrier and a cleaning unit. The cleaning unit has a blade member for contacting the surface of the image carrier and one end fixed to be a free end. A plate-like vibration member having a blade member attached to one surface of the other end portion, and attached to the surface opposite to the blade member attachment surface of the other end portion of the vibration member, Perpendicular to the blade member mounting surface And a vibration means that vibrates the other end portion of the vibration member in the direction, and is configured to clean the toner by vibration of a portion of the blade member that contacts the image carrier.
[0049]
According to the present invention Another image forming apparatus includes a plurality of process cartridges according to the present invention.
[0058]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, a novel cleaning mechanism for small-diameter, spherical toner employed in the first invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the cleaning device according to the first aspect of the present invention applies vibration from the blade member 1 to the wedge-shaped toner T formed by the blade member 1 and the image carrier 11, so that the toner T Rotation due to frictional force is prevented, and defective cleaning of spherical toner is prevented.
[0059]
These vibration operations can prevent the spherical toner and small-diameter toner from entering the blade nip portion by vibrating the nip portion of the blade member 1 so as to have a shape and movement different from those of the conventional cleaning blade. It is possible to eliminate defective cleaning of spherical toner and small-diameter toner.
[0060]
That is, FIG. 1 shows a state in which the blade member 1 is in a vibrating state, and the vibration is transmitted to the spherical toner T by the vibration, and the toner T is vibrated actively (indicated by a white arrow in the figure). FIG. This shows the result of observation by a high-speed video camera through a high-magnification microscope. In the figure, 1a is a cut surface, 1b is an edge portion 1b, and 1c is an abdominal surface of the blade member 1 (a surface facing the surface of the image carrier 11).
[0061]
At this time, it is found that the spherical toner T in the vicinity of the front end cut surface 1a of the blade member 1 and the image carrier 11 vibrates over a range of several toners (range B in the drawing). did.
[0062]
In such a state, the vibrating toner group (B portion toner) in the vicinity of the nip portion acts as a barrier (vibrating toner wall), and the subsequent toner T on the image carrier 11 (C portion in the figure). Intrusion of toner) is prevented, and even a spherical toner close to a true sphere is in a state where no cleaning failure occurs.
[0063]
At this time, the vibration of the blade member 1 and the transmission of vibration from the blade member 1 to the image carrier 11 also reduce the frictional force between the blade member 1 and the image carrier 2. It has been found that there is a condition that eliminates the phenomenon that the cut surface 1a of the blade member 1 that has occurred is not turned up. The "turning of the cut surface" here is usually a blade member that is cut in the thickness direction of a molded elastic member and finished with a sharp shape with no burrs or chips on the edge. This means that the surface is deformed with the movement of the image carrier and comes into contact with the surface of the image carrier (the state shown in FIG. 23 described above).
[0064]
By eliminating the occurrence of turning of the cut surface of the blade member 1, stress from the blade member 1 to the image carrier 11 is also reduced, and as a result, the durability of the blade member 1 and the image carrier 11 is remarkably increased. It has also been found that a very large effect of improvement can be obtained.
[0065]
Accordingly, an image forming apparatus according to the first invention, which includes the cleaning device according to the first invention and to which the cleaning method according to the first invention is applied, will be described below with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the image forming apparatus.
[0066]
The image forming apparatus includes an image carrier 11 that rotates in the direction of arrow A, and a charging unit 12, an exposure unit 13, a developing unit 14, a transfer unit 15, a cleaning unit 16, and a charge eliminating unit 17 are disposed around the image carrier 11. . Further, a fixing device (not shown) for fixing the toner image on the transfer material 18 transferred from the image carrier 11 is arranged.
[0067]
Here, the charging unit 12 is arranged on the surface of the image carrier 11 at a predetermined distance so as to be in contact with or non-contact with the image carrier 11, and applying a bias to the charging unit 12 causes the image carrier 11 to have a predetermined polarity. Charge to a predetermined potential.
[0068]
The exposure unit 13 uses an LD or LED as a light emitting element, and irradiates the image carrier 11 with light based on image data to form an electrostatic latent image.
[0069]
The developing means 14 includes a magnet roller fixed inside and a rotatable developer carrier 14A, and holds the developer on the developer carrier 14A. In this image forming apparatus, two-component magnetic brush development is performed using a two-component developer composed of toner and carrier as a developer. As another developing method, a one-component developing method that does not use a carrier may be used.
[0070]
A voltage is applied to the developer carrier 14A from a developing bias power source. Due to the potential difference between the developing bias and the potential of the electrostatic latent image formed on the surface of the image carrier 11, development is performed by attaching a charged toner to the electrostatic latent image in the developing region.
[0071]
The transfer unit 15 contacts the surface of the image carrier 11 with a predetermined pressing force at the time of transfer, and a voltage is applied, whereby the surface of the image carrier 11 is transferred at the transfer nip portion between the image carrier 11 and the transfer unit 15. The toner image is transferred onto the transfer material 18. In this image forming apparatus, transfer is performed using a transfer roller, but transfer means such as a corotron and a transfer belt may be used.
[0072]
The cleaning device 16 is a cleaning device according to the first aspect of the invention, and includes a blade member 21, a vibration member 22, and a vibration means 23 (a portion constituted by these members is referred to as a “vibration blade 20”). And the necessary vibration is applied to the blade member 21 as described above to remove the residual toner on the surface of the image carrier 11. The toner cleaned from the image carrier 11 by the cleaning device 16 is stored as waste toner in a waste toner bottle (not shown) by a toner conveying member and collected by a service person or transported to a developing device as recycled toner. Used for development.
[0073]
The neutralization unit 17 neutralizes the residual charge of the image carrier 11 from which the residual toner has been removed by the cleaning device 16, and uses a static neutralization device using an LED or the like.
[0074]
Further, the image forming apparatus is provided with a density sensor 19 for optically detecting the toner adhesion amount after the development process of the image carrier 11 is completed. The detection signal from the density sensor 19 is taken into a main control unit including a CPU that controls the entire image forming apparatus, and is converted from an optical reflectance into a toner adhesion amount.
[0075]
As the operation timing, the operation is determined to output in advance a set patch (a pattern of 1 cm × 1 cm square) immediately below the density sensor 19 at the time of non-image formation. In the image forming process, the development conditions are controlled to be the best. The size of the patch is very large as the amount of toner consumed on the entire surface of the image carrier 11, and is preferably as small as possible with a size necessary for detection by the density sensor 19.
[0076]
In addition, when the image carrier 11 is small, a density sensor composed of an optical sensor may not be arranged. In this case, it is possible to estimate the amount of toner consumed by passing a part of the developer through the cylinder and arranging a sensor for detecting a change in magnetic permeability in this passage. The detection signal of this sensor can be taken into the main control unit and converted into toner consumption.
[0077]
Further, when no sensor is arranged or when there is no problem even if the detection accuracy is lowered, for example, the toner consumption can be estimated by counting the number of output sheets (number of times of image formation) without providing any sensor. .
[0078]
Although not shown, since the developer changes according to environmental conditions, a temperature / humidity sensor for detecting the environmental conditions is provided. The output of the temperature / humidity sensor is taken into the main control unit described above, and the developer agitation condition is changed or the development bias is changed based on the environmental conditions.
[0079]
Based on the detection results of these various sensors, the vibration means 23 of the cleaning device 16 is feedback controlled to change the vibration amount of the blade member 21 and the like. As a result, the blade member 21 deteriorates at the tip depending on the amount of toner (image area) input thereto and the degree of rubbing (number of output sheets). Therefore, the optimum cleaning conditions can be set according to this state. it can. Also, the optimum cleaning condition can be set for the change in the mechanical contact condition of the blade member 21 due to the environmental condition.
[0080]
Next, details of the configuration of the cleaning device 16 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 6. 3 is an enlarged explanatory view of the main part of the vibration blade of the cleaning device, FIG. 4 is an enlarged explanatory view of the main part of FIG. 3, FIG. 5 is an explanatory front view of the vibration blade, and FIG. It is explanatory drawing which looked at from the front end side.
[0081]
As described above, the vibration blade 20 of the cleaning device 16 includes the blade member 21, the vibration member 22 attached with the blade member 21, and the vibration means 23 attached to the vibration member 22. .
[0082]
The blade member 21 is an elastic body made of, for example, polyurethane rubber and has a thickness in the range of 50 to 1500 μm, preferably in the range of 100 to 500 μm. If the thickness is too thin, it becomes difficult to ensure the amount of pressing of the blade member 21 against the image carrier 11 due to the undulation of the surface of the image carrier 11 and the blade member 21 itself. If the thickness is too thick, the vibration from the vibration member 22 is absorbed, and the vibration to the tip of the blade member 21 is not sufficiently transmitted, so that the toner cleaning property is deteriorated. When the blade member 21 is thick, vibration transmission efficiency can be improved by using a hard member having a JIS hardness in the range of 85 to 100 ° as the material of the blade member 21.
[0083]
Here, depending on the manufacturing method of the thin urethane blade, a structure in which one member or two or more members are interposed between the blade member 21 and the vibration member 22 may be employed. For example, when a thin urethane blade is molded, it is integrally formed by molding on an existing resin film such as PET having a higher hardness than urethane. As a result, the nip portion of the flade member needs a sharp edge, but the handling of the cutting work for that purpose is improved. In this case, after integrally cutting PET and urethane, the PFT side is bonded and attached to the vibration member 22.
[0084]
The blade member 21 is preferably formed of a material having at least a low affinity with the toner used. This prevents the toner from adhering to and sticking to the surface of the blade member 21 and can reduce the occurrence of poor cleaning over time.
[0085]
In this case, conversely, by using a material having a low affinity with the surface of the blade member 21 as an external additive added to the outside of the toner, the external additive of the toner adheres to and adheres to the surface of the blade member 21. Thus, the occurrence of poor cleaning over time can be reduced, and when wax necessary for fixing is externally added to the toner surface, filming due to this can be reduced.
[0086]
The vibration member 22 is made of a material that can vibrate and has higher rigidity than the elastic blade member 21, for example, a metal member such as a mild steel plate or a SUS plate, or a resin molded member in which carbon or glass fiber is mixed. Yes. The vibration member 22 has one end fixed to the fixing portion 24 and the other end as a free end 23a, and the blade member 21 is attached to the free end. The fixing unit 24 is fixed to the housing 25 of the cleaning device as shown in FIG.
[0087]
The vibration member 22 functions as a holder for the blade member 21 and is also a member that determines the pressing force and contact angle of the blade member 21 against the image carrier 11. That is, in the conventional blade, the pressing force of the blade nip portion to the image carrier is applied by the restoring force of the elastic blade itself. On the other hand, in this cleaning device, the blade member 21 has a thin member configuration to increase the propagation efficiency of vibration, and the pressing force of the blade member 21 alone cannot be secured. The pressing force to the image carrier 11 is applied to the image carrier 21. A member (auxiliary member) for separately applying a pressing force can also be used.
[0088]
As a result, the vibration propagation efficiency is increased while using a thin elastic blade member, and a nip corresponding to the warpage of the blade member and the waviness of the surface of the image carrier can be stably formed, and a reliable cleaning performance can be obtained. It is done.
[0089]
The vibration means 23 applies vibration to the vibration member 22, and here, a piezoelectric element as an electromechanical conversion element, particularly a plate-like (single plate) piezoelectric element is used. By using a plate-like piezoelectric element as the vibration means 23, it is possible to constitute a vibration means that can easily obtain a displacement amount at low cost and can electrically change the vibration amount of the blade member 21. .
[0090]
As shown in FIGS. 5 and 6, a plurality of the vibration means 23 are arranged in the axial direction (width direction) of the image carrier 11. The number of vibration means 23 may be one, but by arranging a plurality of vibration means 23 at intervals, it is easy to obtain uniformity of vibration in the width direction of the vibration member 22. Although it is conceivable to provide one long piezoelectric element, in the case of a plate-like piezoelectric element, it is preferable to dispose a plurality of piezoelectric elements at intervals because of bending deformation caused by expansion and contraction in the plate surface direction. .
[0091]
The vibration means 23 is provided near the tip of the vibration member 22 on the image carrier 1 side, that is, on the surface opposite to the blade member 21 and the attachment surface of the free end 22b. Depending on the configuration of the vibration member 22, the attachment position of the vibration means 23 is not particularly limited as long as the vibration member 23 can vibrate the vibration member 22 between the fixed end of the vibration member 23 and the blade tip (free end). .
[0092]
As shown in FIG. 4, the single-plate piezoelectric element constituting the vibration means 23 is printed and fired on both surfaces of the piezoelectric layer 23a such as lead zirconate titanate, that is, on the joint surface with the vibration member 22 and on the opposite surface. Electrodes 23b and 23c made of Ag or the like. When a voltage of 100 to 300 V is applied to a piezoelectric element (piezoelectric layer 23 a) having a thickness of 0.3 to 0.5 mm polarized using the electrodes 23 b and 23 c, shrinkage deformation in the plate surface direction is caused. As a result, it is possible to apply deformation vibration that bends the vibration member 22. This bending vibration has a good deformation efficiency when the rigidity of the piezoelectric element (vibration means 23) and the vibration member 22 is substantially the same, for example, a metal vibration member 22 having a thickness of 0.2 to 0.4 mm, or a thickness of 0. It is preferable to use a resin vibration member of 3 to 1.0 mm.
[0093]
As shown in FIG. 7, the cleaning device 16 includes a drive circuit 28 for applying a drive signal Pv in common to the piezoelectric elements constituting the plurality of vibration means 23 of the vibration blade 20. ing. In this way, when a plurality of vibration means are provided in the width direction of the blade member, driving with a common drive circuit can improve the uniformity of vibration in the width direction of the blade member.
[0094]
The drive circuit 28 is controlled by the main control unit 29 of the image forming apparatus, and supplies the drive signal Pv to the vibration means 23 at a predetermined timing. In this embodiment, the entire width in the width direction of the image carrier 11 is cleaned with one vibration blade 20, but a plurality of vibration blades 20 are provided to cover the entire width in the width direction. In this case, each of the vibration means of the plurality of vibration blades 20 can be driven by a common drive circuit.
[0095]
Here, in this embodiment, a metallic member (conductive member) is used as the vibration member 22, and the electrodes 23 c of the piezoelectric elements constituting the plurality of vibration means 23 are directly contacted to the vibration member 22 to electrically By connecting, the electrodes 23c of the plurality of vibration means 23 are commonly connected through the vibration member 22. As a result, the drive signal can be applied with a simple circuit configuration. The direct contact can be easily obtained by finishing the bonding surface side of the electrode 23c to a rough surface and bonding it to the vibration member 22 with a thin adhesive layer. Alternatively, the direct contact may be performed using a conductive adhesive. Good.
[0096]
In the cleaning device 16 configured as described above, a drive signal Pv having a required frequency is given from the drive circuit 28 to the plurality of vibration means 23 to bend and deform the piezoelectric elements constituting the plurality of vibration means 23. Thus, the vibrating member 22 vibrates, and the blade member 21 vibrates due to the vibration of the vibrating member 22.
[0097]
Here, the vibration member 22 is vibrated by the vibration means 23 to vibrate the tip of the blade member 21, thereby preventing the spherical toner from rotating due to frictional force and vibrating the toner near the blade nip portion. The vibration toner wall is formed, and the spherical member and the small-diameter toner are prevented from entering the blade nip portion by preventing the blade member 21 from being turned up in the moving direction (arrow A direction) of the image carrier 11. It is possible to prevent the defective cleaning of the spherical toner and the small diameter toner. Further, the stress from the blade member to the image carrier is also reduced, and as a result, a very great effect is obtained that the durability of the blade member and the image carrier is remarkably improved.
[0098]
Here, in the configuration shown in FIG. 7, the main control unit 29 detects the toner adhesion amount on the surface of the image carrier 11 based on the detection signal of the density sensor 19, and drives the drive circuit 28 based on the detection result. By controlling, the vibration amount of the blade member 21 can be changed. In this case, since the toner condition close to the tip of the blade member 21 can be detected, the cleaning condition can be optimized so that a good cleaning state is maintained.
[0099]
In addition, by making it possible to change the vibration amount of the blade member 21 in this way, for example, foreign matter and toner collected on the blade member 21 by changing the vibration amount during and without image formation. Can be removed.
[0100]
Further, in addition to the toner adhesion amount on the image carrier 11, the amount of vibration can be changed based on the number of output sheets (number of times of image formation), environmental conditions, and toner replenishment amount, so that optimum cleaning conditions can be maintained. Become.
[0101]
In this case, by changing the amount of vibration of the blade member 21 based on the count value of the number of output sheets (number of image formations), the deterioration of the blade member 21 can be predicted with a simple configuration, so that the cleaning conditions can be optimized. become. Furthermore, by changing based on the detection result of the environmental condition, the mechanical contact condition of the blade member 21 can be changed, and the cleaning condition can be optimized. Furthermore, by changing based on the detection result of the toner replenishment amount, the cleaning condition can be optimized without arranging a sensor near the image carrier.
[0102]
Next, a second embodiment of the vibration blade 20 of the cleaning device 16 will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, a multilayer piezoelectric element is used as the excitation means 33 that applies vibration to the vibration member 22. Since the multilayer piezoelectric element has a high natural frequency of 50 to 100 kHz and a large displacement force, the multilayer piezoelectric element is high even if the plate thickness of the vibrating member 22 is increased by using the multilayer piezoelectric element. A configuration capable of responding up to the frequency becomes easy.
[0103]
Here, the laminated piezoelectric element constituting the excitation means 33 is formed by alternately laminating, for example, 100 μm piezoelectric layers 33a and internal electrodes 33b per layer, and the internal electrodes 33b are alternately drawn to both end faces to end face electrodes (external electrodes). In this case, the displacement in the d33 direction, which is the displacement in the stacking direction, is used.
[0104]
It is also possible to adopt a configuration utilizing a displacement in the plane direction perpendicular to the stacking direction in which a plurality of layers are stacked using stacked piezoelectric elements, that is, a displacement in the d31 direction. The cost of the driver (driving circuit) can be reduced. When this configuration is adopted, the configuration is the same as that of FIG. 9 except for the laminated piezoelectric element that constitutes the vibration means 23.
[0105]
Here, the vibration member 22 has a thin plate shape that can be elastically deformed, and a fixed end of the vibration member 22 is fixed to a fixing member 35 that is a highly rigid holder having a support portion 35a facing the vibration member 22. The laminated piezoelectric element which is the vibration means 33 is disposed between the support portion 35 a of the member 35 and the vibration member 22. The blade member 21 is disposed in the tip region of the surface of the vibration member 22 opposite to the vibration means 233 so that vibration from the vibration means 33 is transmitted through the vibration member 22.
[0106]
As described above, by providing the excitation means between the fixed portion and the vibration member, vibration can be efficiently transmitted to the vibration member.
[0107]
Further, as shown in FIG. 9, a plurality of vibration means 33 are provided in the width direction of the image carrier 1. In the case of the blade member 21 having a relatively narrow width, the vibration means 33 may be configured to be one if a multilayer piezoelectric element having a large cross-sectional area is used.
[0108]
Next, a third embodiment of the vibration blade 20 of the cleaning device 16 will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
In this embodiment, the holder 44 is fixed to the side end surface of the vibration member 42 to which the blade member 21 is attached, and the stacked piezoelectric element 43 is fixed between the support portion 44 a of the holder 44 and the side end surface of the vibration member 42. . In this case, the vibration member 42 vibrates in the same direction due to the displacement of the piezoelectric element 43 in the direction of the arrow in the figure.
[0109]
Here, in order to apply a drive signal to the piezoelectric elements constituting the excitation means 23, 33, 43 according to the first to third embodiments, the drive circuit is configured by a common drive circuit as described above. This drive circuit can be composed of a function generator for generating a pulse signal and a power source (driver) for amplifying the signal generated therefrom.
[0110]
As described above, when a plurality of piezoelectric elements are arranged and operated, or when it is necessary to arrange a plurality of color image carriers and cleaning blades as in a tandem machine, a plurality of function generators and power supplies are used. Alternatively, the same power supply may be divided into a plurality of branches, and each may be applied to the piezoelectric element. However, if the number of branches is large, use a power supply with a sufficient output.
[0111]
In addition, when used in an image forming apparatus or a process cartridge described later, a power supply with a smaller space is often preferable. Therefore, it is preferable to use a driver in which a function generator and a power supply are integrated as described above. At this time, as described above, drive control is performed from the main control unit for operating the image forming apparatus and the entire process cartridge, and the drive condition is changed according to the situation, image formation, or non-operation is performed. The operation of the piezoelectric element can be controlled in synchronization with the operation sequence during image formation.
[0112]
Next, the toner that is the image forming particle used in the first invention will be described.
First, the circularity of the toner will be described. In order to form a high-quality image in an image forming apparatus using a spherical toner, it is important that the toner has a specific shape, an average circularity of less than 0.95, and an irregular shape that is too far from the spherical shape. With the shape, a high-quality image without transferability and dust cannot be obtained. Accordingly, the circularity of the spherical toner is preferably 0.95 or more.
[0113]
As a method for measuring the shape, an optical detection band method is suitable in which a suspension containing particles is passed through an imaging unit detection band on a flat plate, and a particle image is optically detected and analyzed by a CCD camera. is there. A toner with an average circularity of 0.95 or more, which is a value obtained by dividing the perimeter of an equivalent circle with the same projected area obtained by this method by the perimeter of the actual particle, is a high-definition image with a reproducibility of an appropriate density. It was found to be effective in forming. The definition of circularity is shown in FIG.
[0114]
The circularity of the toner is more preferably an average circularity of 0.960 to 0.998. This value can be measured as an average circularity by a flow type particle image analyzer FPIA-2000 (trade name, manufactured by Toa Medical Electronics Co., Ltd.). As a specific measurement method, 0.1 to 0.5 ml of a surfactant, preferably an alkylbenzene sulfonate, is added as a dispersant to 100 to 150 ml of water from which impure solids have been removed in advance. About 0.1 to 0.5 g. The suspension in which the sample is dispersed is obtained by performing a dispersion treatment with an ultrasonic disperser for about 1 to 3 minutes and measuring the shape and distribution of the toner with the above apparatus with a dispersion concentration of 3000 to 10,000 / μl. .
[0115]
The toner particle size can be measured as follows. The average particle size and particle size distribution of the toner were analyzed using a Coulter Multisizer III (trade name, manufactured by Coulter), connected to a personal computer (IBM), and using dedicated analysis software (Coulter). The Kd value was set using standard particles of 10 μm, and the aperture current was set at an automatic setting. As the electrolytic solution, a 1% NaCl aqueous solution is prepared using primary sodium chloride. In addition, ISOTON-II (manufactured by Coulter Scientific Japan, trade name) can be used.
[0116]
As a measuring method, 0.1 to 5 ml of a surfactant, preferably alkylbenzene sulfonate, is added as a dispersant to 100 to 150 ml of the electrolytic aqueous solution, and 2 to 20 mg of a measurement sample is further added. The electrolytic solution in which the sample was suspended was subjected to a dispersion treatment with an ultrasonic disperser for about 1 to 3 minutes, and a weight average particle diameter was determined by measuring 50,000 counts of toner having a size of 2 μm or more using a 100 μm aperture tube.
[0117]
Next, a method for producing the polymerized / spherical toner will be described.
Examples of a method for producing a toner having a circularity of 0.960 to 0.998 used in the image forming apparatus include suspension polymerization, emulsion aggregation, dispersion polymerization, interfacial polymerization, dissolution suspension, and phase inversion emulsification. The manufacturing method by wet granulation, such as these, is mentioned. A toner having a high degree of circularity can also be produced by pulverizing and classifying the melt-kneaded product by heat treatment of the toner, but this is not preferable in terms of energy efficiency.
[0118]
Among the wet granulation methods described above, suspension polymerization and dispersion polymerization methods are superior in that a toner with a high degree of circularity can be obtained stably, a sharp particle size distribution can be obtained, and in terms of toner charge control. ing. Further, the dissolution suspension method is excellent in that a polyester resin advantageous in terms of low-temperature fixability of the toner can be used. Hereinafter, the suspension polymerization method, the dispersion polymerization method, and the dissolution suspension method will be described in detail.
[0119]
(Suspension polymerization method)
For a specific monomer described later, a dispersion stabilizer, a colorant, and, if necessary, a crosslinking agent, a charge control agent, a release agent, and the like are uniformly dispersed by a ball mill or the like, and then a polymerization initiator is added thereto. In addition, a monomer phase is obtained, and the aqueous dispersion medium phase prepared by stirring with the monomer phase in advance is placed in a stirring tank, stirred with a homogenizer, etc., and the resulting suspension is heated after nitrogen substitution and subjected to a polymerization reaction. By completing the above, colored resin particles are obtained. By washing and drying, colored toner particles can be obtained.
[0120]
The polymerizable monomer used for suspension polymerization is a monomer having a vinyl group, and specific examples thereof include the following monomers. That is, styrene such as styrene, o-methyl styrene, m-methyl styrene, p-methyl styrene, 2,4-dimethyl styrene, butyl styrene, octyl styrene and the like, and styrene monomers are most preferable. .
[0121]
Other vinyl monomers include ethylenically unsaturated monoolefins such as propylene, butylene and isobutylene, vinyl halides such as vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl bromide and vinyl fluoride, vinyl acetate and vinyl propionate. , Vinyl esters such as vinyl benzoate and vinyl butyrate, methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, propyl acrylate, n-octyl acrylate, dodecyl acrylate, acrylic acid-2 -Ethylhexyl, stearyl acrylate, 2-chloroethyl acrylate, phenyl acrylate, methyl α-chloroacrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n methacrylate Α-methylene aliphatic monocarboxylic esters such as octyl, dodecyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, stearyl methacrylate, phenyl methacrylate, diethylaminoethyl methacrylate, acrylic acid or methacrylic acid such as acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylamide Derivatives, vinyl ethers such as vinyl methyl ether and vinyl isobutyl ether, vinyl ketones such as vinyl methyl ketone, vinyl hexyl ketone and methyl isopropenyl ketone, N-vinyl pyrrole, N-vinyl carbazole, N-vinyl indole, N-vinyl pyrrolidone N-vinyl compounds such as vinyl naphthalene and the like can be used, and these monomers can be used alone or in combination.
[0122]
In the suspension polymerization method, in order to form a crosslinked polymer in the monomer composition, the following crosslinking agent may be present for suspension polymerization. As a crosslinking agent, divinylbenzene, divinylnaphthalene, polyethylene glycol diacrylate, diethylene glycol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, 1,3-butylene glycol diacrylate, 1,6-hexane glycol dimethacrylate, neopentyl glycol diacrylate, Dipropylene glycol dimethacrylate, polypropylene glycol dimethacrylate, 2,2'-bis (4-methacryloxydiethoxyphenyl) propane, 2,2'-bis (4-acryloxydiethoxyphenyl) propane, trimethylolpropane trimethacrylate , Trimethylol methane tetraacrylate, dibromoneopentyl glycol dimethacrylate, diallyl phthalate and the like.
[0123]
When the amount of the crosslinking agent used is too large, the toner is difficult to be melted by heat, and heat fixability and heat pressure fixability are inferior. In addition, if the amount of the crosslinking agent used is too small, properties such as blocking resistance and durability required for the toner are deteriorated, and in heat roll fixing, a part of the toner does not completely adhere to the paper and does not adhere to the roll surface. A cold offset occurs in which it adheres and is transferred to the next paper. Therefore, the amount of the crosslinking agent used is 0.001 to 15 parts by weight, preferably 0.1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polymerizable monomer.
[0124]
The following can be used as the dispersion stabilizer in the suspension polymerization method. That is, water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol, starch, methylcellulose, carboxymethylcellulose, hydroxymethylcellulose, sodium polyacrylate, sodium polymethacrylate, barium sulfate, calcium sulfate, barium carbonate, magnesium carbonate, calcium phosphate, talc, clay Diatomaceous earth, metal oxide powder, etc. are used. These are preferably used in the range of 0.1 to 10% by weight based on water.
[0125]
In the suspension polymerization method, the polymerization initiator may be added to the dispersion containing the monomer composition after granulation, but the polymerization initiator is uniformly applied to the individual monomer composition particles. Is preferably contained in the monomer composition before granulation. Such polymerization initiators include 2,2'-azobis- (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobisisobutyronitrile, 1,1'-azobis- (cyclohexane-1- Carbonitrile), 2,2'-azobis-4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile, azo or diazo polymerization initiators such as azobisbutyronitrile, benzoyl peroxide, methyl ethyl ketone peroxide, isopropyl peroxide , Peroxide polymerization initiators such as 2,4-dichloroylbenzoyl peroxide and lauryl peroxide.
[0126]
In the suspension polymerization method, a magnetic toner containing a magnetic material is possible. In order to obtain a magnetic toner, magnetic particles may be added to the monomer composition. Examples of the magnetic material that can be used in the present invention include powders of ferromagnetic metals such as iron, cobalt, and nickel, and powders of alloys and compounds such as magnetite, hematite, and ferrite.
[0127]
As the magnetic particles, particles having a particle size of 0.05 to 5 μm, preferably 0.1 to 1 μm are used. When producing a small particle toner, magnetic particles having a particle size of 0.8 μm or less are used. It is preferable to do. The magnetic particles are preferably contained in 10 to 60 parts by weight in 100 parts by weight of the monomer composition. These magnetic particles may be treated with a surface treatment agent such as a silane coupling agent or a titanium coupling agent, or an appropriate reactive resin. In this case, although depending on the surface area of the magnetic particles or the density of hydroxyl groups present on the surface, the surface treatment agent is usually 5 parts by weight or less, preferably 0.1 to 3 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the magnetic particles. Thus, sufficient dispersibility in the polymerizable monomer is obtained, and the toner physical properties are not adversely affected.
[0128]
(Emulsion polymerization method)
Next, a method for producing spherical toner particles by the emulsion polymerization method will be described.
The emulsion polymerization method is a method capable of producing a particle size suitable as a toner by agglomerating while controlling particles of submicron order. The toner produced by this production method is characterized by a tendency that the distribution of particle size (toner particle size) tends to be quite narrow. As a method for spheroidizing a toner, a method for producing completely spherical toner particles by spray drying a latex obtained by an emulsion polymerization method has been proposed for a long time.
[0129]
(Dispersion polymerization)
A polymer dispersant that dissolves in the hydrophilic organic liquid is added to the hydrophilic organic liquid, and the polymer that is dissolved in the hydrophilic liquid is swollen by the hydrophilic liquid, or It is produced by adding one or two or more kinds of vinyl monomers which are hardly dissolved and polymerizing. Also included is a reaction in which polymer particles having a particle size distribution smaller than the target particle size and having a narrow particle size distribution are used to grow in the above-described system. The monomer used for the growth reaction may be the same monomer as that used to produce the seed particles or another monomer, but the polymer must not be dissolved in the hydrophilic organic liquid.
[0130]
The hydrophilic organic liquid as a monomer diluent used during the formation of the particles and during the seed particle growth reaction includes methyl alcohol, ethyl alcohol, modified ethyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, isobutyl alcohol, t-butyl alcohol, s-butyl alcohol, t-amyl alcohol, 3-pentanol, octyl alcohol, benzyl alcohol, cyclohexanol, furfuryl alcohol, tetrahydrofurfuryl alcohol, alcohols such as ethylene glycol, glycerin and diethylene glycol, methyl Cellosolve, cellosolve, isopropyl cellosolve, butyl cellosolve, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monome Ethers, such as ether alcohols such as diethylene glycol monoethyl ether as a representative.
[0131]
These organic liquids can be used alone or in a mixture of two or more. In addition, by using the organic liquid other than alcohols and ether alcohols together with the above-described alcohols and ether alcohols, the organic liquid can be used under the condition that the organic liquid is not soluble in the generated polymer particles. It is possible to suppress the size of the generated particles, the coalescence of the seed particles, and the generation of new particles by carrying out the polymerization while changing the SP value of each.
[0132]
The organic liquid used in this case includes hydrocarbons such as hexane, octane, petroleum ether, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, halogenated hydrocarbons such as carbon tetrachloride, trichloroethylene, tetrabromoethane, and ethyl ether. , Ethers such as dimethyl glycol, siloxane and tetrahydrofuran, acetals such as methylal and diethyl acetal, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and cyclohexane, esters such as butyl formate, butyl acetate, ethyl propionate and cellosolve acetate Acids, formic acid, acetic acid, propionic acid, nitropropene, nitrobenzene, dimethylamine, monoethanolamine, pyridine, dimethyl sulfoxide, dimethylforma Sulfur, such as de, nitrogen-containing organic compounds, other water is also included.
[0133]
Further, the type and composition of the mixed solvent can be changed at the start of polymerization, during polymerization, and at the end of polymerization, respectively, and the average particle size, particle size distribution, drying conditions and the like of the produced polymer particles can be adjusted.
[0134]
Suitable examples of the polymer dispersant used at the time of producing seed particles or growing particles include acrylic acid, methacrylic acid, α-cyanoacrylic acid, α-cyanomethacrylic acid, itaconic acid, crotonic acid, Acids such as fumaric acid, maleic acid or maleic anhydride, or acrylic monomers containing hydroxyl groups such as β-hydroxyethyl acrylate, β-hydroxyethyl methacrylate, β-hydroxypropyl acrylate, β-methacrylic acid β- Hydroxypropyl, γ-hydroxypropyl acrylate, γ-hydroxypropyl methacrylate, 3-chloro-2-hydroxypropyl acrylate, 3-chloro-2-hydroxypropyl methacrylate, diethylene glycol monoacrylate, diethylene glycol monomethacrylate Glycerol monoacrylate, glycerol monomethacrylate, N-methylol acrylamide, N-methylol methacrylamide, etc., vinyl alcohol or ethers with vinyl alcohol, such as vinyl methyl ether, vinyl ethyl ether, vinyl propyl ether, etc. Esters of compounds containing vinyl alcohol and carboxyl groups, for example, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, acrylamide, methacrylamide, diacetone acrylamide or their methylol compounds, acid chlorides such as acrylic acid chloride and methacrylic acid chloride , Vinyl pyridine, vinyl pyrrolidone, vinyl imidazole, ethyleneimine, etc. Limer or copolymer, polyoxyethylene, polyoxypropylene, polyoxyethylene alkylamine, polyoxypropylene alkylamine, polyoxyethylene alkylamide, polyoxypropylene alkylamide, polyoxyethylene nonylphenyl ether, polyoxyethylene laurylphenyl Polyoxyethylenes such as ether, polyoxyethylene stearyl phenyl ester, polyoxyethylene nonyl phenyl ester, and celluloses such as methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, or the hydrophilic monomer and styrene, α-methylstyrene, vinyl Those having a benzene nucleus such as toluene or derivatives thereof, acrylonitrile, methacrylonitrile, Copolymers with acrylic acid or methacrylic acid derivatives such as chloramide, and copolymers with crosslinkable monomers such as ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, allyl methacrylate, divinylbenzene and the like can also be used.
[0135]
These polymer dispersants are appropriately selected depending on the hydrophilic organic liquid to be used, the seeds of the intended polymer particles, and the production of the seed particles or the growth particles. In order to prevent stericity mainly, a material having high affinity and adsorbability to the surface of the polymer particles and high affinity and solubility to the hydrophilic organic liquid is selected. Further, in order to enhance the repulsion between particles in a three-dimensional manner, a molecular chain having a certain length, preferably a molecular weight of 10,000 or more is selected. However, if the molecular weight is too high, the viscosity of the liquid is remarkably increased, the operability and the stirrability are deteriorated, and the precipitation probability of the produced polymer on the particle surface varies. In addition, it is effective for stabilization to allow a part of the monomer of the polymer dispersant mentioned above to coexist with the monomer constituting the target polymer particle.
[0136]
Further, together with these polymer dispersants, metals such as cobalt, iron, nickel, aluminum, copper, tin, lead, magnesium or alloys thereof (particularly those having a particle size of 1 μm or less are preferable), iron oxide, copper oxide, nickel oxide, Inorganic compound fine powders of oxides such as zinc oxide, titanium oxide, silicon oxide, higher alcohol sulfate ester salts, alkylbenzene sulfonates, α-olefin sulfonates, phosphate esters and other anionic surfactants, alkylamine salts, Amine salt types such as amino alcohol fatty acid derivatives, polyamine fatty acid derivatives, imidazoline, and quaternary ammonia such as alkyltrimethylammonium salt, dialkyldimethylammonium salt, alkyldimethylbenzylammonium salt, pyridium salt, alkylisoquinolinium salt, benzethonium chloride Um salt-type cationic surfactants, fatty acid amide derivatives, nonionic surfactants such as polyhydric alcohol derivatives, for example amino acids such as alanine type "for example dodecyldi (aminoethyl) glycine, di (octylaminoethyl) glycine" Even when the amphoteric surfactant of the type or betaine type is used in combination, the stability of the produced polymer particles and the improvement of the particle size distribution can be further enhanced.
[0137]
In general, the amount of the polymer dispersant used for producing the seed particles varies depending on the type of the polymerizable monomer for forming the target polymer particles, but is 0.1% by weight to 10% by weight with respect to the hydrophilic organic liquid. , Preferably 1 to 5% by weight. When the concentration of the polymer dispersion stabilizer is low, the resulting polymer particles have a relatively large particle size, and when the concentration is high, a small particle size is obtained. Even if it is used beyond, there is little effect on diameter reduction.
[0138]
The vinyl monomer is soluble in a hydrophilic organic liquid. For example, styrene, o-methyl styrene, m-methyl styrene, p-methyl styrene, α-methyl styrene, p-ethyl. Ethylene, 2,4-dimethylstyrene, pn-butylstyrene, p-tert-butylstyrene, pn-hexylstyrene, pn-octylstyrene, pn-nonylstyrene, pn-decylstyrene Styrenes such as pn-dodecyl styrene, p-methoxy styrene, p-phenyl styrene, p-chloro styrene, 3,4-dichloro styrene, methyl acrylate, ethyl acrylate, n-butyl acrylate, acrylic Isobutyl acid, propyl acrylate, n-octyl acrylate, dodecyl acrylate, lauryl acrylate, acrylic 2-ethylhexyl acrylate, stearyl acrylate, 2-chloroethyl acrylate, phenyl acrylate, methyl α-chloroacrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, methacryl Α-methyl fatty acid monocarboxylic acid esters such as n-octyl acid, dodecyl methacrylate, lauryl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, stearyl methacrylate, phenyl methacrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, diethylaminoethyl methacrylate, acrylonitrile , Vinyl halides such as acrylic acid or methacrylic acid derivatives such as methacrylonitrile and acrylamide, vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl bromide and vinyl fluoride Mixtures of singly or cross made of and their containing more than 50 wt% means a mixture of mutual with monomers capable of copolymerizable therewith.
[0139]
In addition, the polymer in the present invention may be polymerized in the presence of a so-called cross-linking agent having two or more polymerizable double bonds in order to improve offset resistance. Preferred crosslinking agents include divinylbenzene, divinylnaphthalene and their aromatic divinyl compounds, other ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol methacrylate, triethylene glycol methacrylate, trimethylolpropane triacrylate, allyl methacrylate, tert-butyl. Diethylenic carboxylic acid esters such as aminoethyl methacrylate, tetraethylene glycol dimethacrylate, 1,3-butanediol dimethacrylate, all divinyl compounds such as N, N-divinylaniline, divinyl ether, divinyl sulfide, divinyl sulfone, and three The compounds having the above vinyl groups can be mentioned, and these are used alone or as a mixture.
[0140]
When the growth polymerization reaction is subsequently performed using the seed particles thus crosslinked, the inside of the growing polymer particles is crosslinked. On the other hand, when the above-mentioned crosslinking agent is contained in the vinyl monomer solution used for the growth reaction, a polymer having a cured particle surface can be obtained.
[0141]
Examples of the purpose of adjusting the average molecular weight include compounds having a large chain transfer constant in the presence of polymerization, such as low molecular compounds having a mercapto group, carbon tetrachloride, and carbon tetrabromide.
[0142]
Examples of the polymerization initiator for the monomer include azo polymerization initiators such as 2,2′-azobisisobutyronitrile and 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), and lauryl. Peroxide polymerization initiators such as peroxide, benzoyl peroxide and t-butyl peroctoate, peroxide polymerization initiators such as potassium persulfate, and systems using sodium thiosulfate, amine, etc. in combination with this Used. The polymerization initiator concentration is preferably 0.1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the vinyl monomer.
[0143]
The polymerization conditions for obtaining seed particles are determined by the polymer dispersant in the hydrophilic organic liquid, the concentration of the vinyl monomer, and the compounding ratio according to the target average particle size and target particle size distribution of the polymer particles. Is done. Generally, if the average particle size of the particles is to be reduced, the concentration of the polymer dispersant is set high, and if the average particle size is to be increased, the concentration of the polymer dispersant is set low. On the other hand, if the particle size distribution is to be very sharp, the vinyl monomer concentration is set low, and if a relatively wide distribution may be used, the vinyl monomer concentration is set high.
[0144]
Particles are produced by completely dissolving the polymer dispersion stabilizer in a hydrophilic organic liquid, and then one or more vinyl monomers, a polymerization initiator, and other inorganic fine powders, surfactants, dyes if necessary. Add pigment, etc., and stir at normal speed of 30 to 300 rpm, preferably at low speed, and at a speed that makes the flow in the tank uniform using a turbine type stirring blade rather than a paddle type However, the polymerization is carried out by heating at a temperature corresponding to the polymerization rate of the polymerization initiator used.
[0145]
In addition, since the temperature at the initial stage of polymerization has a great influence on the particle type to be generated, it is preferable to increase the temperature to the polymerization temperature after adding the monomer and to dissolve the polymerization initiator in a small amount of solvent. In the polymerization, it is necessary to sufficiently expel oxygen in the air in the reaction vessel with an inert gas such as nitrogen gas or argon gas. If the oxygen purge is insufficient, fine particles are likely to be generated. In order to perform the polymerization in a high polymerization rate range, a polymerization time of 5 to 40 hours is required, but the polymerization is stopped in a desired particle size, particle size distribution state, or a polymerization initiator is sequentially added, The polymerization rate can be increased by carrying out the reaction under high pressure.
[0146]
After completion of the polymerization, the polymer slurry may be used as it is in the dyeing process, or after removing unnecessary fine particles, residual monomers, polymer dispersion stabilizer, etc. by operations such as sedimentation separation, centrifugation, and decantation. However, if the dispersion stabilizer is not removed, the stability of the dyeing is higher and unnecessary aggregation is suppressed.
[0147]
Dyeing in the dispersion polymerization method is as follows. That is, the resin particles are dispersed in an organic solvent that does not dissolve the resin particles, the dye is dissolved in the solvent before or after this, the dye is infiltrated into the resin particles and colored, and then the organic solvent is removed. In the method for producing a dyed toner, the relationship between the solubility of the dye in the organic solvent (D1) and the solubility of the dye in the resin of the resin particle A (D2) is (D1) / (D2) A dye satisfying ≦ 0.5 is selectively used. As a result, a toner in which the dye has penetrated (diffused) to the deep part of the resin particles can be efficiently produced.
[0148]
Solubility herein is defined as measured at a temperature of 25 ° C. The solubility of the dye in the resin has the same definition as the solubility of the dye in the solvent, and means the maximum amount that the dye can be contained in the resin in a compatible state. Observation of the dissolved state or the deposited state of the dye can be easily performed by using a microscope. In order to know the solubility of the dye in the resin, an indirect observation method may be used instead of the direct observation method described above. In this method, a liquid having a solubility coefficient close to that of the resin, that is, a solvent that dissolves the resin well, may be used, and the solubility of the dye in this solvent may be determined as the solubility in the resin.
[0149]
As the dye used for coloring, the ratio (D1) / (D2) of the dye to the resin constituting the resin particles is 0.5 or less from the solubility (D1) of the dye in the organic solvent used as described above. Need to be. Further, (D1) / (D2) is preferably 0.2 or less. The dye is not particularly limited as long as it satisfies the above-mentioned solubility characteristics, but water-soluble dyes such as cationic dyes and anionic dyes may have a large environmental fluctuation, and the electrical resistance of the toner is lowered, resulting in a decrease in transfer rate. Since there is a possibility, use of a vat dye, a disperse dye, and an oil-soluble dye is preferable, and an oil-soluble dye is particularly preferable. Also, several kinds of dyes can be used in combination depending on the desired color tone.
[0150]
The ratio (weight) between the dye to be dyed and the resin particles is arbitrarily selected according to the degree of coloring, but is usually used in a ratio of 1 to 50 parts by weight of the dye with respect to 1 part by weight of the resin particles. Is preferred. For example, when an alcohol such as methanol or ethanol having a high SP value is used as the dyeing solvent and a styrene-acrylic resin having an SP value of about 9 is used as the resin particle, examples of the dye that can be used include the following: And dyes such as
[0151]
CI SOLVENT YELLOW (6,9,17,31,35,1,102,103,105)
CI SOLVENT ORANGE (2,7,13,14,66)
CI SOLVENT RED (5,16,17,18,19,22,23,143,145,146,149,150,151,157,158)
CI SOLVENT VIOLET (31,32,33,37)
CI SOLVENT BLUE (22,63,78,83-86,91,94,95,104)
CI SOLVENT GREEN (24,25)
CI SOLVENT BROWN (3,9) etc.
[0152]
Commercially available dyes include, for example, Aizen SOT dyes Yellow-1,3,4, Orange-1,2,3, Scarlet-1, Red-1,2,3, Brown-2, Blue-1, manufactured by Hodogaya Chemical Co., Ltd. 2, Violet-1, Green-1,2,3, Black-1,4,6,8, Sudan dyes manufactured by BASF, Yellow-140, 150, Orange-220, Red-290, 380, 460, Blue -670 and Mitsubishi Kasei's Dial Resin, Yellow-3G, F, H2G, HG, HC, HL, Orange-HS, G, Red-GG, S, HS, A, K, H5B, Violet-D, Blue- Oil color made by J, G, N, K, P, H3G, 4G, Green-C, Brown-A and Orient Chemical, Yellow-3 , GG-S, # 105, Orange-PS, PR, # 201, Scarlet- # 308, Red-5B, Brown-GR, # 416, Green-BG, # 502, Blue-BOS, HN, Black-HBB, # 803, EE, EX, Sumitomo Chemical's Sumiplast, Blue GP, OR, Red FB, 3B, Yellow FL7G, GC, Nippon Kayaku Kayalon, Polyester Black EX-SH3, Kaya Set Red-B Blue A-2R or the like can be used. Of course, the dye is appropriately selected depending on the combination of the resin particles and the solvent used at the time of dyeing, and is not limited to the above example.
[0153]
As an organic solvent for dyeing used for dyeing a resin particle, one in which the resin particle to be used does not dissolve or that slightly swells, specifically, the difference in solubility parameter (SP value) is 1. 0.0 or more, preferably 2.0 or more is used. For example, for styrene-acrylic resin particles, alcohols such as methanol, ethanol and n-propanol having a high SP value, or n-hexane and n-heptane having a low SP value are used. If the SP value difference is too large, wetting with respect to the resin particles becomes poor, and good dispersion of the resin particles cannot be obtained. Therefore, the optimum SP value difference is preferably 2 to 5.
[0154]
After dispersing the resin particles in the organic solvent in which the dye is dissolved, it is preferable to keep the liquid temperature below the glass transition temperature of the resin particles and stir. Thereby, it becomes possible to dye while preventing aggregation of the resin particles. The stirring method may be performed using a commercially available stirrer such as a homomixer or a magnetic stirrer. Alternatively, a dye may be directly added to a slurry obtained at the end of polymerization by dispersion polymerization or the like, that is, a dispersion in which polymer resin particles are dispersed in an organic solvent, and heated and stirred under the above conditions. When the heating temperature exceeds the glass transition temperature, fusion between the resin particles occurs. The method for drying the slurry after dyeing is not particularly limited, and may be directly dried under reduced pressure without filtering or filtering after filtration. In the present invention, the colored particles obtained by air-drying or drying under reduced pressure after filtering are reproduced with almost no aggregation and almost no deterioration in the particle size distribution of the charged resin particles.
[0155]
(Dissolution suspension method)
Next, a method for producing spherical toner particles by the dissolution suspension method will be described.
The dissolution suspension method is a method in which a resin is dissolved in a solvent to prepare an oil phase, emulsified in an aqueous phase composed of an aqueous medium, and then the solvent in the emulsified dispersion is removed to obtain resin particles.
[0156]
As the aqueous medium, water alone may be used, but a solvent miscible with water may be used in combination. Examples of the miscible solvent include alcohol (methanol, isopropanol, ethylene glycol, etc.), dimethylformamide, tetrahydrofuran, cellosolves (methyl cellosolve, etc.), lower ketones (acetone, methyl ethyl ketone, etc.), and the like.
[0157]
As the resin to be used, styrene such as polystyrene, poly-p-chlorostyrene, and polyvinyltoluene, and a polymer of a substituted product thereof; styrene-p-chlorostyrene copolymer, styrene-propylene copolymer, styrene-vinyltoluene copolymer Styrene-vinyl naphthalene copolymer, styrene-methyl acrylate copolymer, styrene-ethyl acrylate copolymer, styrene-butyl acrylate copolymer, styrene-octyl acrylate copolymer, styrene-methyl methacrylate Copolymer, styrene-ethyl methacrylate copolymer, styrene-butyl methacrylate copolymer, styrene-α-chloromethyl methacrylate copolymer, styrene-acrylonitrile copolymer, styrene-vinyl methyl ketone copolymer, Styrene-butadiene copolymer, Styrene copolymers such as lene-isoprene copolymer, styrene-acrylonitrile-indene copolymer, styrene-maleic acid copolymer, styrene-maleic acid ester copolymer; polymethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polychlorinated Vinyl, polyvinyl acetate, polyethylene, polypropylene, polyester, epoxy resin, epoxy polyol resin, polyurethane, polyamide, polyvinyl butyral, polyacrylic acid resin, rosin, modified rosin, terpene resin, aliphatic or alicyclic hydrocarbon resin, Aromatic petroleum resins, chlorinated paraffin, paraffin wax and the like can be mentioned, and these can be used alone or in combination.
[0158]
As a solvent that can be used for oil phase preparation, it is preferable that the boiling point is volatile with a temperature of less than 100 ° C. from the viewpoint of easy removal. Examples of the solvent include toluene, xylene, benzene, carbon tetrachloride, methylene chloride, 1,2-dichloroethane, 1,1,2-trichloroethane, trichloroethylene, chloroform, monochlorobenzene, dichloroethylidene, methyl acetate, ethyl acetate, Methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone and the like can be used alone or in combination of two or more. In particular, aromatic solvents such as toluene and xylene and halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, 1,2-dichloroethane, chloroform, and carbon tetrachloride are preferable. The amount of solvent used with respect to 100 parts of the toner composition is usually 10 to 900 parts.
[0159]
In the oil phase preparation, a colorant (or colorant masterbatch), a release agent, and a charge control agent, which are other toner compositions, are simultaneously added and mixed when forming a dispersion in an aqueous medium. However, it is more preferable to mix in the oil phase in advance.
[0160]
Further, other toner raw materials such as a colorant, a release agent, and a charge control agent do not necessarily have to be mixed when forming particles in an aqueous medium, and may be added after the particles are formed. Good. For example, after forming particles containing no colorant, the colorant can be added by a known dyeing method.
[0161]
For the dispersion of the oil phase and the aqueous phase, all ordinary stirring mixers can be used, but more preferably a homogenizer having a high-speed rotating body and a stator, a high-pressure homogenizer, a ball mill, a bead mill, and a sand mill. Etc. are used.
[0162]
The dispersion method is not particularly limited, and known equipment such as a low-speed shear method, a high-speed shear method, a friction method, a high-pressure jet method, and an ultrasonic wave can be applied. In order to make the particle size of the dispersion 2 to 20 μm, a high-speed shearing type is preferable. The emulsifier having rotating blades is not particularly limited, and any emulsifier and disperser that are generally commercially available can be used. For example, Ultra Thalax (manufactured by IKA), Polytron (manufactured by Kinematica), TK auto homomixer (manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.), Ebara Milder (manufactured by Ebara Corporation), TK pipeline homomixer , TK homomic line flow (manufactured by Special Machine Industries Co., Ltd.), colloid mill (manufactured by Shinko Pantech Co., Ltd.), slasher, trigonal wet pulverizer (manufactured by Mitsui Miike Chemical Co., Ltd.), Cavitron (Eurotech Co., Ltd.) ), Fine flow mill (manufactured by Taiheiyo Kiko Co., Ltd.), and other continuous emulsifiers, CLEARMIX (manufactured by M Technique Co., Ltd.), fill mix (manufactured by Koki Kogyo Co., Ltd.) Etc.
[0163]
When a high-speed shearing disperser is used, the number of rotations is not particularly limited, but is usually 1000 to 30000 rpm, preferably 5000 to 20000 rpm. The dispersion time is not particularly limited, but in the case of a batch method, it is usually 0.1 to 5 minutes. The temperature during dispersion is usually 0 to 150 ° C. (under pressure), preferably 10 to 98 ° C. The high temperature condition method is preferred in that the dispersion has a reasonably low viscosity and is easy to disperse.
[0164]
In the dissolution suspension method, a method of previously dispersing solid fine particles in an aqueous medium is used for the purpose of stabilizing the dispersed oil phase.
[0165]
Furthermore, other dispersants can be used in combination to adjust the adsorptivity of the solid fine particle dispersant to the droplets. Other dispersants can be added before emulsification of the toner composition or when volatile components are removed after emulsification.
[0166]
(Sphericalizing of pulverized toner)
The toner by the pulverization / classification method is indefinite as it is, and depending on the pulverization method, the circularity is 0.930 to 0.950, and the circularity is not 0.960 to 0.998. The degree of circularity can be increased by mechanical spheroidization treatment or heat treatment as described below, and toner with a circularity of 0.960 to 0.998 can be obtained.
[0167]
[Mechanical processing]
For example, as described in JP 09-087441 A, a method using a turbo mill (manufactured by Turbo Industry), a kryptron (manufactured by Kawasaki Heavy Industries), a Q-type mixer (manufactured by Mitsui Mine), a hybridizer (Nara Machinery) ) And mechano-fusion device (made by Hosokawa Micron etc.), the shape of the pulverized toner can be made spherical.
[0168]
[Heat treatment (dry type)]
For example, the shape of the pulverized toner can be made spherical by semi-melting the surface of the toner particles with hot air of 100 to 300 ° C. using a surffusion system (Nippon Pneumatic Industry).
[0169]
[Heat treatment (wet)]
The shape of the pulverized toner can be made spherical by immersing the toner obtained by the pulverization method in a high-temperature liquid at a temperature (about 200 ° C.) at which the toner has plasticity.
[0170]
(Carrier for two-component developer)
In the first invention, the toner can be used as a two-component developer. In this case, the toner may be mixed with a magnetic carrier, and the content ratio of the carrier and the toner in the developer is 100 parts by weight of the carrier. The amount of toner is preferably 1 to 10 parts by weight.
[0171]
As the magnetic carrier, conventionally known ones such as iron powder, ferrite powder, magnetite powder, magnetic resin carrier having a particle diameter of about 20 to 200 μm can be used.
[0172]
Examples of the coating material include amino resins such as urea-formaldehyde resin, melamine resin, benzoguanamine resin, urea resin, polyamide resin, and epoxy resin. Polyvinyl and polyvinylidene resins such as acrylic resins, polymethyl methacrylate resins, polyacrylonitrile resins, polyvinyl acetate resins, polyvinyl alcohol resins, polyvinyl butyral resins, polystyrene resins and styrene acrylic copolymer resins, Halogenated olefin resins such as vinyl, polyester resins such as polyethylene terephthalate resin and polybutylene terephthalate resin, polycarbonate resins, polyethylene resins, polyvinyl fluoride resins, polyvinylidene fluoride resins, polytrifluoroethylene resins, polyhexafluoro Propylene resin, copolymer of vinylidene fluoride and acrylic monomer, copolymer of vinylidene fluoride and vinyl fluoride, tetrafluoroethylene and vinylidene fluoride And fluoro such as terpolymers of non-fluoride monomers including, and silicone resins.
[0173]
Moreover, you may make conductive powder etc. contain in coating resin as needed. As the conductive powder, metal powder, carbon black, titanium oxide, tin oxide, zinc oxide or the like can be used. These conductive powders preferably have an average particle diameter of 1 μm or less. When the average particle diameter is larger than 1 μm, it becomes difficult to control electric resistance.
[0174]
In the first invention, the toner can also be used as a one-component magnetic toner that does not use a carrier or a non-magnetic toner.
[0175]
Next, the cleaning property evaluation for the first invention will be described.
First, specific examples (examples) of toner used for evaluation will be described. The toner used in the first invention is not limited to these examples. Further, among the descriptions relating to toner production shown in the following examples, the amounts (parts) of each component are based on weight.
[0176]
[Toner A] (Example of suspension polymerization, high circularity)
Add 40 parts by weight of styrene monomer, 20 parts by weight of carbon black MA100 (manufactured by Mitsubishi Kasei Co., Ltd.) and 0.5 parts by weight of 2,2'-azobisisobutyronitrile as a polymerization initiator. Into a 500 ml four-necked separable flask equipped with a gas introduction tube and a thermometer, the mixture was stirred for 30 minutes at room temperature under a nitrogen stream, and the inside of the flask was replaced with nitrogen. Then, it stirred at 60 rpm in a 70 degreeC hot water bath for 6 hours, and graft carbon black was obtained.
[0177]
The following mixture was then dispersed on a ball mill for 10 hours.
50.0 parts by weight of styrene monomer
14.5 parts by weight of n-butyl methacrylate
1,3-butanediol dimethacrylate 0.5 parts by weight
3.0 parts by weight of t-butylacrylamide sulfonic acid
Low molecular weight polyethylene 2.0 parts by weight
(Mitsui Petrochemical, Mitsui High Wax 210P)
Graft carbon black 30.0 parts by weight
[0178]
After dissolving 1 part by weight of 2,2'-azobisisobutyronitrile and sodium nitrite in this dispersion, it was added to 250 parts by weight of a 2% aqueous solution of polyvinyl alcohol and added to a TK homomixer (Special Machine Co., Ltd.). The mixture was stirred at 6000 rpm for 10 minutes to obtain a suspension.
[0179]
Put the above suspension into a 500 ml four-necked separable flask equipped with a three-one motor driven stirring blade, cooler, gas inlet tube, and thermometer, and stir at room temperature for 30 minutes under a nitrogen stream. Replaced with nitrogen. Thereafter, the mixture was stirred in a hot water bath at 70 ° C. for 8 hours at 90 rpm to complete the polymerization, thereby producing suspended polymer particles. 100 parts by weight of these particles are redispersed in a mixed solution of water / methanol = 1/1 (weight ratio) so that the solid content is 30%, and 3 parts by weight of ditertiary butylsalicylic acid zinc salt is added as a charge control agent and stirred. Thereafter, filtration and drying were performed to obtain colored particles.
[0180]
To 95 parts by weight of the obtained colored particles, 3 parts by weight of silica and 2 parts by weight of titanium oxide particles were mixed for 2 minutes with a Henschel mixer and sieved to obtain a toner.
[0181]
This toner is referred to as “toner A”. The circularity of the toner A was 0.985. The weight average particle diameter of the toner A was 5.81 μm.
[0182]
Then, 5 parts by weight of toner A was mixed with a rocking mixer to 95 parts by weight of a silicone-coated carrier (magnetite core material) having a weight average particle diameter of 50 μm to obtain a two-component developer.
[0183]
[Toner B] (dispersion polymerization example, high circularity)
A 500 ml four-necked flask equipped with a stirring blade and a condenser was charged with 3.5 parts by weight of methyl vinyl ether-maleic anhydride copolymer (molecular weight 40,000, manufactured by GAF) and 100 parts by weight of methanol. The mixture was stirred at 0 ° C. for 2 hours to completely dissolve the methyl vinyl ether-maleic anhydride copolymer to prepare a dispersion stabilizer. Then, it cooled to room temperature and injected the following.
[0184]
60.0 parts by weight of styrene
40.0 parts by weight of methyl methacrylate
0.06 parts by weight of t-dodecyl mercaptan
1,3-butanediol dimethacrylate 0.5 parts by weight
[0185]
While stirring these, the inside of the flask was purged with nitrogen gas, and stirring (100 rpm) was continued gently for about 1 hour until the residual oxygen concentration in the system reached 0.1%. Thereafter, the temperature of the thermostatic water bath was raised to 60 ° C., and then 0.2 part by weight of 2,2′-azobisisobutyronitroyl was used as an initiator, and polymerization was continued for 24 hours. The solution began to become cloudy 15 minutes after heating, and was a stable dispersion that became cloudy even after polymerization for 24 hours. As a result of partial sampling and measurement by gas chromatography using an internal standard method, it was confirmed that the polymerization rate was 95%.
[0186]
When the obtained dispersion was cooled and centrifuged at 2000 rpm with a centrifuge, the polymer particles were completely settled and the upper liquid was transparent. The supernatant was removed, and 200 g of methanol was newly added, followed by stirring and washing for 1 hour. The operation of centrifuging and washing with methanol was repeatedly filtered. The product separated by filtration was dried under reduced pressure at 50 ° C. for 24 hours to obtain white powdery resin particles in a yield of 90%.
[0187]
Next, 2 parts by weight of oil black 860 (manufactured by Orienten Chemical Co., Ltd.) was dissolved in 100 parts by weight of methanol by heating, then cooled and filtered through an about 1 μm filter to prepare a dye solution.
[0188]
Next, 30 parts by weight of polymer particles were added to the filtrate and dispersed, and the mixture was heated and stirred at 50 ° C. for 1 hour. Thereafter, the dispersion was cooled to room temperature and filtered to obtain a colored resin fine particle dispersion. Subsequently, ditertiary butylsalicylic acid zinc salt as a charge control agent was dissolved in a water / methanol (1/1) mixed solvent, and 2 parts by weight was added to 100 parts by weight of the colored resin particles. After stirring for 1 hour, it was filtered and dried to obtain colored particles.
[0189]
To 95 parts by weight of the obtained colored particles, 3 parts by weight of silica and 2 parts by weight of titanium oxide particles were mixed for 2 minutes with a Henschel mixer and sieved to obtain a toner.
[0190]
This toner is referred to as “toner B”. The circularity of the toner B was 0.983. Toner B had a weight average particle diameter of 5.52 μm. A two-component developer was prepared in the same manner as toner A.
[0191]
[Toner C] (Example of dissolution suspension method with high circularity)
(Toner binder synthesis)
724 parts of bisphenol A ethylene oxide 2-mole adduct, 276 parts of terephthalic acid and 2 parts of dibutyltin oxide are placed in a reaction vessel equipped with a cooling tube, a stirrer and a nitrogen introduction tube, and polycondensed at 230 ° C. for 8 hours at normal pressure. The reaction was further carried out at a reduced pressure of 10 to 15 mmHg for 5 hours to obtain a polyester resin having a peak molecular weight of 5300. 100 parts of this polyester resin was dissolved and mixed in 100 parts of ethyl acetate to obtain an ethyl acetate solution of a toner binder.
[0192]
(Create toner)
In a sealed pot, put 200 parts of the ethyl acetate solution of the toner binder, 5 parts of carnauba wax, 4 parts of copper phthalocyanine blue pigment, 1 part of ditertiary butylsalicylic acid zinc salt, 24 parts using 5 mmφ zirconia beads. Ball mill dispersion was performed for a time to obtain a toner composition.
[0193]
In a beaker, 600 parts of ion-exchanged water, 6 parts of partially saponified polyvinyl alcohol, and 0.3 part of sodium dodecylbenzenesulfonate were uniformly dissolved and dispersed.
[0194]
Next, while maintaining the beaker internal temperature at 20 ° C., the toner composition was charged while stirring at 12000 rpm with a TK homomixer (manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.), and the mixture was stirred and emulsified for 3 minutes. Next, this mixed solution was transferred to a flask equipped with a stir bar and a thermometer, 0.3 parts of sodium lauryl sulfate was added, and the mixture was stirred and dissolved at room temperature for 30 minutes. Subsequently, the solvent was removed under reduced pressure at 30 ° C. and 50 mmHg. When the dispersion was analyzed by gas chromatography, the residual ethyl acetate was 50 ppm with respect to the toner particles. 120 parts of 35% concentrated hydrochloric acid was added to dissolve the tricalcium phosphate, followed by filtration. The operation of redispersing the resulting cake in distilled water and filtering was repeated three times, followed by drying under reduced pressure at 40 ° C. for 24 hours. Colored particles were obtained.
[0195]
To 95 parts by weight of the obtained colored particles, 3 parts by weight of silica and 2 parts by weight of titanium oxide particles were mixed for 2 minutes with a Henschel mixer and sieved to obtain a toner.
[0196]
This toner is referred to as “toner C”. The circularity of the toner C was 0.980. The weight average particle diameter of the toner C was 5.41 μm. A two-component developer was prepared in the same manner as toner A.
[0197]
[Toner D] (Comparison example with pulverized toner, low circularity)
The following raw materials were sufficiently mixed with a Henschel mixer, and then kneaded with a small two-roll mill at 150 ° C. for 2 hours.
Binder resin (styrene-methyl acrylate copolymer) 100.0 parts by weight
Colorant (carbon black # 44, manufactured by Mitsubishi Carbon Corporation) 10.0 parts by weight
Charge control agent (ditertiary butylsalicylic acid zinc salt) 2.0 parts by weight
(Orient Chemical Bontron E-84)
Carnauba wax 5.0 parts by weight
[0198]
The obtained kneaded product was coarsely pulverized with a pulverizer equipped with a 2 mm screen, then pulverized with a lab jet, and classified with 100 MZR to obtain colored particles.
[0199]
To 95 parts by weight of the obtained colored particles, 3 parts by weight of silica and 2 parts by weight of titanium oxide particles were mixed for 2 minutes with a Henschel mixer and sieved to obtain a toner.
[0200]
This toner is referred to as “toner D”. The circularity of the toner D was 0.930. Toner D had a weight average particle diameter of 5.73 μm. A two-component developer was prepared in the same manner as toner A.
[0201]
[Toner E] (Comparison example by mechanical treatment of pulverized toner, circularity is slightly low)
The colored particles obtained in the production example of the toner D were processed at 12,000 rpm for 10 minutes using a hybridizer manufactured by Nara Machinery, to obtain colored particles.
[0202]
To 95 parts by weight of the obtained colored particles, 3 parts by weight of silica and 2 parts by weight of titanium oxide particles were mixed for 2 minutes with a Henschel mixer and sieved to obtain a toner.
[0203]
This toner is designated as Toner E. The circularity of the toner E was 0.945.
Toner E had a weight average particle diameter of 5.21 μm. A two-component developer was prepared in the same manner as toner A.
[0204]
[Toner F] (Example of mechanical processing of pulverized toner, circularity is slightly high)
The colored particles obtained in the production example of the toner D were processed at 12,000 rpm for 30 minutes using a hybridizer manufactured by Nara Machinery, to obtain colored particles.
[0205]
To 95 parts by weight of the obtained colored particles, 3 parts by weight of silica and 2 parts by weight of titanium oxide particles were mixed for 2 minutes with a Henschel mixer and sieved to obtain a toner.
[0206]
This toner is referred to as “toner F”. The circularity of the toner F was 0.968. Toner F had a weight average particle diameter of 5.26 μm. A two-component developer was prepared in the same manner as toner A.
[0207]
[Toner G] (Example of heat treatment of ground toner, high circularity)
The colored particles obtained in the production example of Toner D are treated twice with a heat treatment temperature of 250 ° C., a hot air flow rate of 1000 l / min, and a supply air flow rate of 100 l / min using a Nippon Pneumatic Surffusion System to obtain colored particles. It was.
[0208]
To 95 parts by weight of the obtained colored particles, 3 parts by weight of silica and 2 parts by weight of titanium oxide particles were mixed for 2 minutes with a Henschel mixer and sieved to obtain a toner.
[0209]
This toner is referred to as “toner G”. The circularity of the toner G was 0.970. The weight average particle size of the toner G was 5.56 μm. A two-component developer was prepared in the same manner as toner A.
[0210]
Using the toners A to G described above, the transferability and the cleaning property in the image forming apparatus according to the present invention were evaluated.
[0211]
The charging and developing conditions were as follows, and were constant during the evaluation.
Figure 0004046325
[0212]
In addition, as described above, the application of the drive voltage to the piezoelectric element constituting the vibration means of the vibration blade according to the present invention amplifies the function generator for generating the pulse signal and the signal generated from the function generator. In order to confirm the voltage actually applied to the piezoelectric element through a power source, the amplified voltage was branched and monitored by an oscilloscope.
[0213]
The evaluation of the cleaning property intended by the present invention and the transfer rate improved when using spherical toner were evaluated as follows.
(Evaluation of transfer rate)
In the evaluation (measurement) of the transfer rate, the operation is stopped while a solid image is being output on the surface of the image carrier, and toner images between the developing unit and the transfer unit and between the transfer cleaning unit and It was made to transfer on white paper with the Scotch tape (made by Sumitomo 3M Co., Ltd.), and it was measured with the Macbeth reflection densitometer RD514 type | mold.
[0214]
At this time,
Tape density between developer and transfer area: Ddt
Tape density between transfer part and cleaning part: Dtc
Density just transferred scotch tape on white paper: Dref
And the transfer efficiency was calculated by the following equation (1).
[0215]
[Expression 1]
Figure 0004046325
[0216]
(Cleaning evaluation)
The cleaning property was also evaluated using a scotch tape in the same manner as the previous transfer rate.
The toner (transfer residual toner) after the transfer process on the surface of the photoreceptor, which is an image carrier, is transferred to white paper with Scotch tape (manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd.), and it is similarly transferred with the Macbeth reflection densitometer RD514. Measured, the difference from the blank (only white paper with scotch tape only) is 0.01 or less as good (indicated as “O” in the evaluation result table), and exceeds that (concentration is NG (defective).
[0217]
(Comparison by difference in circularity of toner)
Evaluation was performed with an image forming apparatus equipped with the vibration blade 20 (FIGS. 8 and 9) according to the second embodiment described above. Since it is difficult to judge the quality of the cleaning performance at the initial stage of the image forming operation, the A3 paper in which the occurrence of the cleaning failure is clearly confirmed with the toner C produced by the conventional blade cleaner and the solution suspension polymerization. The evaluation after 50,000 sheets was evaluated with the toners A to G described above.
[0218]
As the blade cleaner, a conventional blade (blade portion thickness: 3 mm) and the vibration blade 20 according to the second embodiment (vibration member thickness: 0.3 mm, blade member thickness: 0.2 mm) were used. Both the pressure (contact pressure) for pressing against the photosensitive member (image carrier 11) is 70 g / cm. 2 Unified. In both cases, the blade member was made of polyurethane rubber. The hardness as a bulk was about 70 ° according to JIS-A. A driving voltage having a voltage Vpp of 20 V and a frequency of 20 kHz was applied to all the laminated piezoelectric elements 33 of the vibration blade 20 according to the second embodiment.
[0219]
Actual output is 0.1mg / cm on the photoconductor 2 An image pattern is prepared, and this is output for 50000 sheets in the vertical direction of A3 paper. At the stage where the output of 50,000 sheets was completed, as shown in the method for measuring the transfer rate and the cleaning rate, an image pattern that gave a solid image was output halfway and evaluated.
[0220]
The above evaluation results are shown in Table 1. Note that “the blade of the present invention” in the column of the cleaning property in Table 1 means the vibration blade 20 according to the second embodiment as described above. In addition, “NG1” indicates that the background contamination due to poor cleaning occurred on the paper with about 1000 sheets of output, and “NG2” indicates that the background contamination due to poor cleaning occurred on the paper with about 3000 sheets of output. “NG3” means that about 2,500 sheets of output were generated, and background contamination due to poor cleaning occurred on the paper.
[0221]
[Table 1]
Figure 0004046325
[0222]
From Table 1, it can be seen that toners D and E, which are pulverized toners, maintain the cleanability even with a conventional blade that does not vibrate. However, when the circularity is increased by mechanical treatment or heat treatment, It can be seen that the blade does not maintain the cleaning function.
[0223]
As for the transfer rate, as described above, when the circularity is high, the transfer efficiency shows a high value of around 95%. From this point, it can be predicted that the image quality is high, but the circularity is low. Is as low as around 90%. It can be seen that toners D and E, which were good in terms of cleaning properties, have good cleaning properties, but are low in comparison with transfer rates and are not preferable in terms of image quality.
[0224]
As is apparent from Table 1, in the first invention, the spherical toner having a high circularity has vibration of the blade portion, thereby preventing the occurrence of poor cleaning as compared with the conventional blade cleaning. It can be seen that the cleaning property can be maintained even by repeated use.
[0225]
Next, using the toner C produced by the dissolution suspension polymerization method having the highest transfer rate in the above evaluation, the cleaning performance of each vibration blade according to the first to third embodiments including the conventional blade cleaning is used. Evaluated.
[0226]
First, evaluation on the magnitude of the applied voltage Vpp will be described.
In the same manner as in the evaluation experiment described above, the cleaning performance was evaluated after outputting 50,000 sheets of output with each blade. At this time, the frequency of the driving voltage is fixed at 20 kHz, and the vibration blades of the first to third embodiments are evaluated by changing the voltage Vpp of the driving voltage applied to the piezoelectric element to 5, 20, and 30 V, respectively. Simultaneously, the amount of displacement of the tip of the blade was measured with a laser Doppler displacement meter.
[0227]
The amount of fluctuation of the blade at the time of vibration was measured on the cleaning device optically using the laser Doppler displacement meter as described above from the vibrating member or the blade member. . For the measurement, the following equipment manufactured by Graphtec Co., Ltd. was used.
Laser Doppler vibration demodulation unit AT3500
Sensor unit AT0021
[0228]
The results are shown in Table 2. In Table 2, “NG4” means that the background stain has occurred on the paper from the beginning of the output, and “NG5” means that the background stain has occurred on the paper after about 100 sheets of output. .
[0229]
[Table 2]
Figure 0004046325
[0230]
As shown in Table 2, even in the vibration blade (blade cleaning) according to the first invention, when the voltage applied to the piezoelectric element as the vibration means is low, the cleaning performance cannot be maintained, and the conventional blade Is almost the same. In addition, in the case of the vibration blade of the first to third embodiments, it can be seen that the amount of displacement increases as the applied voltage increases. The displacement amount of the conventional blade was also measured, but the displacement amount was 0.01 μm or less which is the measurement lower limit value of the measuring instrument.
[0231]
In the case of the vibration blades of the first to third embodiments, the cleaning performance is maintained in any configuration as long as the voltage applied to the piezoelectric element is increased. This is inferred in relation to the amount of displacement by the laser Doppler displacement meter.
[0232]
According to the previous mechanism and the publicly known technology that has been filed in the past, the stick-slip phenomenon occurs even with the conventional blade, and minute vibrations contribute to cleaning properties. However, with spherical toner, the amount of vibration is small. It is considered that toner slips through and results in defective cleaning (toner wall cannot be formed).
[0233]
As can be seen from the result of the laser Doppler displacement meter, when the amount of displacement due to vibration is small, it is considered impossible to clean the spherical toner. It can be seen from Table 2 that the voltage applied to the piezoelectric element also has a lower limit value of the vibration amount necessary for cleaning the spherical toner.
[0234]
Therefore, as apparent from Table 2, in the first invention, the spherical toner having a high degree of circularity is given a certain amount or more of vibration to the blade portion, so that the cleaning is performed in comparison with the conventional blade cleaning. The occurrence of defects can be prevented. Further, the cleaning property can be maintained even by repeated use.
[0235]
Next, evaluation was made in terms of damage to the photoreceptor (image carrier).
As in the previous evaluation experiment, the cleaning performance was evaluated after outputting 50000 sheets of output with each blade. At this time, the applied voltage Vpp was fixed at 20 V and the frequency was 20 kHz. As the toner, toner C made by a solution suspension polymerization method was used.
[0236]
In this evaluation, the amount of abrasion of the photosensitive layer was measured after outputting 50000 sheets using OPC in order to make the damage to the photoreceptor of the blade more prominent (because amorphous silicon photoreceptors are difficult to scrape). This is because the damage evaluation on the photoconductor is not clear.) The results are shown in Table 3.
[0237]
[Table 3]
Figure 0004046325
[0238]
As shown in Table 3, it can be seen that the amount of film scraping was about 2 μm in the vibration blade according to the first invention, whereas the conventional blade increased to about 4 μm, which is about twice that.
[0239]
This is because the conventional blade has a minute vibration due to the stick-slip phenomenon, but the vibration amount is small and the contact time with the photosensitive member is longer than that of the vibration blade according to the present invention. It is considered that the rubbing force with the photoconductor (which may be considered as the rubbing force integrated with time) is increased, and the film scraping amount of the photosensitive layer is increased.
[0240]
In addition, when the above comparison is performed with an amorphous silicon photoconductor, the change in the film scraping amount for both the vibration blade according to the first embodiment and the conventional blade is 1 μm or less, which is less than the measurement limit of the measuring instrument. Was difficult. However, even if the surface of the amorphous silicon photoconductor is hard, although it is small compared to the conventional OPC, film scraping and scratches are generated, so the vibration blade according to the first invention is conventional. It is presumed that there is an effect in that the durability of the photoreceptor is improved as compared with the above blade.
[0241]
As described above, the vibration blade according to the first aspect of the present invention having a large amount of vibration is effective in that the change in the film thickness of the photosensitive member, in other words, the amount of shaving is low, and the damage to the image carrier is effective. Thus, durability can be improved.
[0242]
Next, the operation timing and vibration width of the vibration means of the vibration blade will be described.
By cleaning the toner on the image carrier, toner at the time of cleaning can be accumulated at the tip of the blade member. In this case, it is possible to perform cleaning with a blade of toner having a nearly circular shape with a high degree of circularity, and it is a toner accumulation in a wider width than described in the mechanism of whether or not, and the amount increases. Sometimes it rides on the blade surface. This toner accumulation may restrict the movement of the blade in some cases.
[0243]
For example, even if the toner hardly adheres to the toner, there is a possibility that the toner may be fixed due to pressure contact between the blade and the photoreceptor, or an additive such as wax contained in the toner is stretched by the blade and the surface of the photoreceptor Things like filming also happen. For this reason, it is preferable in terms of improving durability that the toner accumulation is periodically released and reduced as much as possible. Therefore, it is preferable to change the vibration amount (displacement amount) of the blade member by the vibration means.
[0244]
Therefore, as described above, image forming conditions such as toner consumption, environmental conditions, toner adhesion amount on the image carrier, and the number of printed sheets (number of times of image forming) are detected, and vibration is generated based on the detection result. Drive control of the means.
[0245]
In this case, if the amount of vibration of the piezoelectric element is changed at the normal image formation timing, the cleaning condition changes, so that it is predicted that a cleaning failure will occur. Therefore, control is performed so that the amount of vibration is increased during non-image formation to eliminate toner accumulation, and during image formation, control is performed so as to reduce the amount of vibration in order to maintain cleaning conditions and prevent the occurrence of poor cleaning. The amount of vibration may be controlled by changing the voltage value of the drive signal applied to the vibration means as described above.
[0246]
In addition, in the case of an image forming apparatus that outputs at high speed, it is predicted that the amount of toner consumption is also large. Therefore, in addition to increasing the vibration amount of the blade, an auxiliary member for eliminating toner accumulation is arranged. It can also be done. In the evaluation experiment, a brush (φ8) was disposed at the tip of the blade to eliminate toner accumulation.
[0247]
Next, an embodiment according to the second invention will be described.
First, in the configuration of the image forming apparatus, in the configuration of the image forming apparatus according to the embodiment of the first invention (see FIG. 2), the area (image area) necessary for visualizing the output image with toner is counted. Then, a signal for estimating the amount of toner per unit area is taken into the main control unit.
[0248]
The main control unit also receives a signal from a detection means for detecting the rotational torque of the motor necessary for rotating the image carrier 11, or a signal from a detection means for detecting a drive current for the motor. .
[0249]
As for the configuration of the cleaning device 16, the configuration described as the first embodiment and the second embodiment of the cleaning device 16 of the first invention is used.
[0250]
Further, the drive control for the vibration means 23 of the vibration blade 20 constituting the cleaning device 16 is as described in the embodiment of the first invention.
[0251]
Accordingly, the maintenance and improvement of the cleaning performance by reducing the frictional resistance between the blade member and the image carrier, which is the object of the second invention, will be described.
First, “toner C” described in the first embodiment is used as the toner. The second invention is not limited to an image forming apparatus, a cleaning apparatus, or the like that uses spherical toner.
[0252]
The measurement of the frictional resistance will be described. When the vibration blade according to the second invention is used, the frictional resistance between the blade member 21 and the image carrier 11 is changed by the vibration of the vibration member 22 by the vibration means 23.
[0253]
Here, as a method of directly measuring the frictional resistance force, it was experimentally evaluated using a surface property tester. The tester used was a surface property tester: Tribogear HEIDON TYPE: 14DR (manufactured by Shinto Kagaku).
[0254]
Using this apparatus, the frictional resistance between the blade member and the image carrier 11 due to vibration was experimentally measured. A schematic diagram in this experiment is shown in FIG.
Here, as described in the second embodiment of the first invention, the vibration blade attached to the surface property testing machine uses a vibration element 23 having a piezoelectric element 33 attached to the back surface of the vibration member 22. Yes. As a member that contacts the blade member 21, a glass surface 51 whose surface was cleaned was used. In the normal image forming process, the blade member 21 and the photosensitive layer of the image carrier 11 are in contact with each other. First, in order to clarify how vibration is applied to the blade member 21 is related to the frictional resistance. Moreover, since the measurement environment of the frictional resistance is stabilized by maintaining a uniform surface by washing, glass is used for the surface property testing machine, and the frictional resistance between the blade member 21 and the glass surface 51 is measured. .
[0255]
The surface property tester is a force applied in the lateral direction when the stage 52 attached with the glass surface 51 is moved at a constant direction and speed when a constant load (perpendicular to the glass surface) is applied to the blade member 21. Is measured as a frictional force by a strain gauge 53 attached to the testing machine. At this time, the force applied to the strain gauge 53 and the frictional resistance between the blade and the glass surface are recorded in real time on the alanizing recorder 54.
[0256]
An example (hereinafter referred to as a chart) recorded in the analyzing recorder 54 is shown in FIG. In the figure, an example of measuring the frictional resistance is shown from the state where the stage 52 is stopped. Initially, in a state where the stage 52 is stopped (A region), the frictional resistance is zero, and therefore the value is also shown in the chart. When the stage 52 starts to move, in the region B in the figure, the stage 52 starts to move, and the frictional resistance force also appears on the chart. In the region C, the movement starts, and the frictional resistance between the blade member 21 and the glass surface 52 moves while maintaining a substantially constant value. After a while, the stage 52 stops after reaching a predetermined moving distance.
[0257]
In each area on the chart, the first stage of the B area, where the frictional resistance is maximized is a portion corresponding to the static friction coefficient, and where the frictional resistance is almost constant in the C area. This is the location corresponding to the dynamic friction coefficient.
[0258]
In the actual image forming process, since the blade member 21 and the image carrier 11 are relatively moved, the friction resistance force between the cleaning blade and the glass surface is determined by the value of the friction resistance force in the C region.
[0259]
Next, the results of measuring the frictional resistance when the vibration conditions are changed by using the cleaning blade member 21 actually provided with the vibration means 23 by the above method will be described.
The measurement conditions of the surface property tester were as follows and set to a constant value.
Stage moving speed 10mm / sec
Blade load 25g / cm
Blade length 3cm (total weight is 75g)
[0260]
FIG. 15 and FIG. 16 show changes in the frictional resistance value in the C region when the bias (drive bias) applied to the piezoelectric element constituting the vibration means 23 is changed in frequency and alternating voltage (Vpp). Yes. As the value of the frictional resistance force, the value of the frictional resistance force has a value in the region C in which the stage operation is stable (in FIG. 14, from 2 seconds to 4 seconds after the start of the stage movement). did.
[0261]
First, FIG. 15 shows that when the frequency is changed when the voltage Vpp is constant, the frictional resistance decreases as the frequency increases. In FIG. 15, when the frequency is 0, no vibration is applied, that is, the condition of the conventional cleaning blade. It can be seen that the frictional resistance is reduced by exciting the piezoelectric element as compared with the conventional blade.
[0262]
Next, FIG. 16 shows a result when the voltage Vpp is changed at each of the frequencies a to e. In the figure, the magnitudes of the frequencies a to e are set to a>a>b>c>d> e.
[0263]
According to FIG. 16, it can be seen that the frictional resistance is reduced by increasing the voltage Vpp at any frequency. Although the magnitudes of these two frequencies are different at the frequencies a and b, it can be seen that the changes with respect to the voltage Vpp are almost the same.
[0264]
As described above, as a result of evaluating the frictional resistance between the blade provided with the vibration means and the glass surface using the surface property tester, it has been found that the frictional resistance is lowered by the vibration of the blade.
[0265]
As will be described later, when a blade member provided with a vibrating means is used in the image forming apparatus, the portion shown in FIG. 15 and FIG. 16 as the region where the cleaning is good is cleaned in the region where the frequency is high and the voltage Vpp is large. It can be seen that the cleaning performance is good, and that the cleaning performance is effective by reducing the frictional resistance. It is presumed that the cleaning performance is improved by reducing the frictional resistance between the blade member 21 and the image carrier 11 as compared with the conventional blade.
[0266]
Next, the relationship between the cleaning property and the frictional resistance between the blade and the image carrier in the image forming apparatus according to the present invention will be described.
Mounted with a cleaning device provided with the vibration blade according to the second invention (same as described in the embodiment of the first invention is as described above), transferability, cleaning properties and The frictional resistance between the photoconductor and the blade was evaluated and measured.
[0267]
The charging and developing conditions were as follows, and were constant during the evaluation.
Figure 0004046325
[0268]
In addition, as described above, the application of the drive voltage to the piezoelectric element constituting the vibration means of the vibration blade according to the present invention amplifies the function generator for generating the pulse signal and the signal generated from the function generator. In order to confirm the voltage actually applied to the piezoelectric element through a power source, the amplified voltage was branched and monitored by an oscilloscope.
[0269]
The transfer rate was evaluated as follows.
(Evaluation of transfer rate)
In the evaluation (measurement) of the transfer rate, the operation is stopped while a solid image is being output on the surface of the image carrier, and toner images between the developing unit and the transfer unit and between the transfer cleaning unit and It was made to transfer on white paper with the Scotch tape (made by Sumitomo 3M Co., Ltd.), and it was measured with the Macbeth reflection densitometer RD514 type | mold.
[0270]
At this time,
Tape density between developer and transfer area: Ddt
Tape density between transfer part and cleaning part: Dtc
Density just transferred scotch tape on white paper: Dref
And the transfer efficiency was calculated by the following equation (1).
[0271]
[Expression 2]
Figure 0004046325
[0272]
(Cleaning evaluation)
The cleaning property was also evaluated using a scotch tape in the same manner as the previous transfer rate.
The toner (transfer residual toner) after the transfer process on the surface of the photoreceptor, which is an image carrier, is transferred to white paper with a scotch tape (manufactured by Sumitomo 3M Co., Ltd.), and it is similarly transferred with a Macbeth reflection densitometer RD514 type. The difference between the measured value and the blank (white paper with only the scotch tape applied) was 0.01 or less, and the difference (high density) was determined to be poor.
[0273]
Actual output is 0.1mg / cm on the photoconductor 2 An image pattern is prepared, and this is output for 50000 sheets in the vertical direction of A3 paper. At the stage where the output of 50,000 sheets was completed, as shown in the method for measuring the transfer rate and the cleaning rate, an image pattern that gave a solid image was output halfway and evaluated.
[0274]
Next, the frictional resistance in the image forming apparatus was estimated as follows.
A rotational torque meter was attached to the shaft of the drum-shaped image carrier 11 attached in the image forming apparatus, and the torque was measured during the rotational operation. In this measurement, the rotational torque was measured with only the cleaning blade member 21 provided with the vibration means 23 being in contact with the image carrier 11. In the evaluation of the cleaning property, as described above, the steps necessary for visualizing the charging step, the developing step, and the transfer step were incorporated. As a measuring instrument corresponding to the frictional resistance force between the blade member 21 and the image carrier 11, it is optimal to incorporate this torque meter into the image forming apparatus in that the frictional resistance force is directly examined.
[0275]
In addition, although the drum-shaped OPC is performed here, the measurement can be similarly performed on the belt-shaped photosensitive member. However, in order to clean the toner by contacting the blade, it is necessary to make contact with the photosensitive member. Therefore, it is preferable to arrange the torque meter as close to the blade as possible. In the case of a belt photoreceptor, since a certain amount of pressure between the belt and the blade is required for cleaning, a roller for suspending the belt is often provided. The location of the torque meter is preferably attached to the shaft of the suspension roller closest to the blade.
[0276]
First, FIG. 17 shows the change in rotational torque when the drive bias voltage Vpp for the vibration means is kept constant at 20 V and the drive frequency is changed. In the same figure, when the cleaning operation is performed under the respective driving bias conditions, that is, in the above-described evaluation of the cleaning performance after the output corresponding to 50,000 sheets is performed while actually cleaning the residual toner. Also shown is the area where cleaning was possible and good.
[0277]
As can be seen from FIG. 17, with respect to the rotational torque, when the drive frequency is increased, the rotational torque decreases and shows the same tendency as shown in FIG. From the relationship with the cleaning property, it can be seen that the cleaning is possible and good at a high driving frequency. When there is no vibration, the rotational torque is large, and it is predicted that a large load is applied to the rotation of the image carrier, and the cleaning property is very poor.
[0278]
The conventional pulverized toner can be cleaned without applying vibration to the blade. However, in the case of using a nearly spherical toner for high image quality, as described in the first invention, The presence or absence of vibration greatly affects the cleaning performance.
[0279]
Next, FIG. 18 shows changes in rotational torque when the drive frequency of the drive bias for the vibration means is changed from frequencies a to e and the voltage Vpp at each frequency is changed. In the same figure, when the cleaning operation is performed under the respective driving bias conditions, that is, in the above-described evaluation of the cleaning performance after the output corresponding to 50,000 sheets is performed while actually cleaning the residual toner. Also shown is the area where cleaning was possible and good. Note that the magnitudes of the frequencies a to e are set to a relationship of a>b>c>d> e.
[0280]
As can be seen from FIG. 18, when the voltage Vpp is increased, the rotational torque decreases, and the same tendency as in FIG. 16 described above is shown. Examining the relationship with the cleaning property, it can be seen that the cleaning is possible and good at a high voltage Vpp, but the cleaning property is poor at low frequencies c to e. The voltage Vpp is 0, that is, the rotational torque can be decreased by increasing the voltage Vpp and oscillating compared to a conventional blade without an oscillating means (c, d). It can be seen that the drive bias to the element needs to vibrate at a certain frequency. At the frequency e, the rotational torque was almost the same as that of the conventional blade even when the blade was vibrated.
[0281]
From the relationship between the results of changing these drive bias conditions and the cleaning performance, it can be seen that the cleaning performance is improved by reducing the rotational torque, in other words, reducing the frictional resistance between the blade and the image carrier.
[0282]
Next, a DC motor was used as a motor for rotating the image carrier of the image forming apparatus, and the current value of the drive current for this motor was detected and measured. In this case, when the frictional resistance is low, that is, when the load on the motor is small, it is predicted that the current flowing through the DC motor will be low. Actually, as in the previous evaluation of the rotational torque meter, the experiment was performed by changing the motor for driving the drum-shaped image carrier to a DC motor, and the frequency of the drive signal for the piezoelectric element as the vibration means was changed. FIG. 19 and FIG. 20 show the results obtained and the results when the voltage Vpp is changed.
[0283]
The tendency of the change in the drive bias and the drive current of the motor is the same as the result of the conventional rotational torque, but it can be seen that the change in the voltage Vpp at each of the frequencies a to e changes linearly. Similarly, when the relationship with the cleaning property is seen, it can be seen that the cleaning property is improved when the driving current of the motor is small.
[0284]
Therefore, the method of detecting the drive current and estimating the frictional resistance based on the detection result cannot directly grasp the frictional resistance, but without a mechanical device such as a rotational torque meter. An image forming apparatus can be configured.
[0285]
Then, from the relationship between the result of changing the drive bias and the cleaning performance, the cleaning current is lowered by lowering the driving current for driving the DC motor, in other words, lowering the load between the blade and the image carrier, that is, the frictional resistance. It turns out that it improves.
[0286]
As described above, based on the detection result of the rotation torque of the image carrier or the driving current of the DC motor, the piezoelectric elements constituting the vibration means are fed back from the image forming conditions (toner consumption, environmental conditions, number of printed sheets). By controlling and changing the frictional resistance between the blade member and the image carrier, a stable and good cleaning property can be obtained.
[0287]
The evaluation of the cleaning property is difficult to judge at the beginning, and the evaluation of the cleaning property after a certain number of output sheets is necessary for the actual toner cleaning (as described above, the cleaning property after the output of 50,000 sheets is necessary in the evaluation). Is compared with this and the excitation conditions.)
[0288]
Furthermore, when image formation is performed using an actual image forming apparatus, the surface of the image carrier undergoes changes such as toner filming and photosensitive layer film scraping (this reduces the frictional resistance). It is easily guessed that this is happening in the second invention as well.) For this reason, it is considered that the optimum conditions for cleaning, in this case, the frictional resistance between the blade and the image carrier are changing.
[0289]
Therefore, it is necessary to control the vibration conditions by the vibration means by some means. As described above, it is most effective to use a piezoelectric element for that purpose. By changing the drive bias of the piezoelectric element, it is possible to lower the frictional resistance, rotational torque, and DC motor drive current. Even if these conditions change with a certain level of image output, cleaning is performed under optimum conditions. It becomes possible to do.
[0290]
Here, the index of change in the excitation condition will be described. Filming is a problem caused by the toner being stretched on the surface of the image carrier by the blade. When the toner is filmed, the frictional resistance between the blade and the image carrier may be lowered or increased depending on the type of toner. In any case, in order to ensure normal cleaning, it is necessary to maintain the minimum frictional resistance necessary for cleaning the toner.
[0291]
Toner filming tends to be promoted when the amount of consumption is high and the image area ratio is high, even though the toner consumption and output image area ratio are not completely linear. There is. The reason for this is presumed that filming is more likely to occur with the blade as the amount of toner in contact with the image carrier increases.
[0292]
Therefore, the image area ratio is calculated based on the image data, and the frictional resistance force, the rotational torque, or the drive current when using the DC motor is controlled by changing the vibration condition of the blade based on the image area ratio. In this case, it is possible to set optimum cleaning conditions. In addition, when the environmental conditions change, deformation of the blade portion with respect to the environment also changes the cleaning blade contact conditions, so that it is predicted that the frictional resistance, rotational torque, and DC motor drive current will also change. Accordingly, it is possible to perform optimum cleaning by detecting these values and setting an appropriate vibration condition according to the detection result.
[0293]
Next, the pressing amount and contact angle of the blade member 21 of the vibration blade 20 against the image carrier 11 in the first and second inventions will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an enlarged explanatory view of a main part showing a contact state between the blade member 21 and the image carrier 11.
First, the blade member 21 is in contact with the rotation direction (arrow A direction) of the image carrier 11 in the counter direction. That is, the image carrier 11 is set to move in the direction in which the angle θ at which the blade member 21 and the image carrier 11 abut is increased.
[0294]
As a result, the cut surface 21a of the blade member 21 is not turned over, and even when a wedge shape is formed, it is possible to maintain a very small shape and prevent toner from entering the nip portion.
[0295]
The blade member 21 is pressed against the image carrier 11 at the tip of the nip portion by the above-described pressing force, and the pressing amount is d in the height direction of the blade member 21 from the surface of the image carrier 11 at this time. That is, the initial setting is a state in which the blade member 21 is pressed toward the image carrier 11 by the height of the pressing amount d from the contact position of the tip of the blade member 21. Here, the initial setting is a blade pressing amount in a state where no vibration is applied. In the vibration blade 20 using the single plate piezoelectric element as the vibration means 23, the pressing amount d is a deformation of the elastic blade nip portion. This corresponds to the amount of bending deformation of the vibration member 22 including the piezoelectric element.
[0296]
The value of the pressing amount d depends on the thickness and hardness of the blade member 21, but when the thickness is 100 to 300 μm and the hardness is JISA 75 to 100 °, the pressing amount d is in the range of 10 to 100 μm. Is preferred. When the blade member 21 is thin and hard, the pressing amount d is small. When the blade member 21 is thick and low in hardness, the pressing amount d is large.
[0297]
In addition, the contact angle θ of the blade member 21 with respect to the image carrier 11 is in the range of 0 to 50 °, so that even if the wedge shape is formed by eliminating the turning of the cut surface 21 a of the blade member 21. In addition, it is possible to maintain a small shape, prevent the toner from entering the nip portion, and obtain a cleaning performance.
[0298]
When the contact angle θ is 0 to 10 °, the length L (see FIG. 2) of the blade member 21 affixed to the vibration member 22 is shortened to 2 to 5 mm so that the image carrier 11 is actually When the length L of the blade member 21 is as long as 5 mm or more, the blade edge 21b is inclined within a range of 10 to 50 ° (see FIG. 4). It is preferable to make it the structure which contacts.
[0299]
Next, the protrusion amount of the blade member 21 with respect to the diaphragm member 22 will be described with reference to FIGS. 21 and 22 described above.
First, in the example shown in FIG. 21, the rigidity of the vibration member 22 is higher than the rigidity of the blade member 21, and the relationship between the tip protrusion amounts of the blade member 21 and the vibration member 22 is substantially the same (or the blade member 21). The tip is shorter than the vibration member 22, that is, retracted from the tip of the vibration member 22.
[0300]
By adopting such a configuration, it is possible to suppress the propagation of vibration of the vibration member 22 by the vibration means 23 from being attenuated in the nip portion, and to transmit it to the blade nip portion that directly acts on the toner cleaning at substantially the same level. And more efficient cleaning becomes possible.
[0301]
In the other example shown in FIG. 22, the vibration member 22 has a higher rigidity than the blade member 21 as before, but the tip of the blade member 21 protrudes from the tip of the vibration member 22 by the protrusion amount h. The structure of the relationship. However, a minute amount of high-frequency vibration is easily absorbed by the blade of the rubber elastic member. As a result of the experiment, in order to use a blade having a JIS hardness in the range of 80 to 100 ° and to reduce the nip displacement amount to 70% or less, the tip of the blade 21 with respect to the vibrating member 22 It has been found that the protrusion amount h should be set to be not more than twice the blade thickness.
[0302]
As a result, the propagation of vibration of the vibrating member 22 by the vibration means 23 is suppressed from being attenuated at the nip portion, and can be transmitted to the blade nip portion that directly acts on toner cleaning at substantially the same level. In addition to being able to perform good cleaning, it is possible to set the voltage and frequency within the range in which the heat generation of the piezoelectric element does not matter as the driving condition of the vibration means 23, and it becomes possible to clean spherical and small-diameter toner.
[0303]
Next, a fourth embodiment of the vibration blade 20 of the cleaning device 16 will be described with reference to FIGS.
In this embodiment, a plate-like piezoelectric element is used as the vibration means 23 as in the previous embodiment, and the vibrating member 22 is formed with a thin portion 22b in which a portion corresponding to a region where the piezoelectric element is joined is thinned. Only the part is structured to be easily elastically deformed. The blade member 21 is a urethane blade member, and the vibration member 22 has the blade member 21 bonded to the tip region, and determines the contact angle θ of the blade member 21 to the image carrier 11 and the amount of biting (pressing amount) d. The configuration is the same as the configuration of FIG.
[0304]
As a result, the rigidity of the tip region to which the blade member 21 of the vibration member 22 is attached can be increased and the natural frequency can be set high, so that the tip portion of the vibration member 22 can reach the high frequency region in the width direction of the blade member 21. It becomes possible to vibrate uniformly, and high-performance cleaning without cleaning unevenness becomes possible. Since the vibration member 22 is thinned only in the portion corresponding to the region where the piezoelectric elements are joined, the natural frequency of the entire vibration blade 20 can be maintained high, and vibration up to a high frequency is possible.
[0305]
Further, the vibration member 22 is provided with a plurality of punching regions (thickening portions) 22 d in the width direction between the plurality of vibration means 23. Thereby, the efficiency of the bending deformation of the vibration member 22 in the distal direction by the piezoelectric element (vibration means 23) is further improved, and the blade member 21 can be vibrated more efficiently.
[0306]
Here, with respect to the vibration blade 20 (cleaning blade) of this embodiment, the result of measuring the vibration displacement amount of the actual nip portion will be described with reference to FIG. 25 and FIG.
[0307]
The measurement conditions of the displacement amount of the blade nip surface shown in FIG. 25 are as follows. The width of the blade member 21 is set to A3 size lateral width, the nip portion pressing amount d to the image carrier 11 is 50 μm, and a plurality of piezoelectric elements (excitation means 23 ) Is applied with a common drive signal Pv, and the drive signal Pv has four stages of voltage 220V and frequency 10 to 40 kHz. The used piezoelectric element had a thickness of 0.3 mm and a vertical and horizontal dimension of 7 × 10 mm. The vibration displacement meter used for the measurement is an AT0021 laser Doppler vibrometer manufactured by Graphtec Corp., with a beam diameter of Φ12 μm.
[0308]
From this result, it can be seen that a substantially uniform displacement can be obtained in the width direction with the cleaning blade corresponding to the A3 width.
[0309]
FIG. 26 shows the result of measurement similar to the above, but the drive voltage of the drive signal Pv applied to the piezoelectric element is 80V. In this case as well, the displacement is lower than the above, but the performance is sufficient to reduce the frictional force when the linear velocity of the image carrier is relatively slow.
[0310]
Next, a fifth embodiment of the vibration blade 20 of the cleaning device 16 will be described with reference to FIG.
In this embodiment, a plate-like piezoelectric element is used as the vibration means 23, and two piezoelectric elements (vibration means 23) are provided on both surfaces of the vibration member 22. The two piezoelectric elements (excitation means 23) are set so as to be deformed in such a direction that one extends in the surface direction and the other contracts in the surface direction by applying a voltage.
[0311]
Thereby, the vibration member 22 can be bent with a double force, and the overall rigidity is increased, so that the natural frequency can be increased.
[0312]
Next, a sixth embodiment of the vibration blade 20 of the cleaning device 16 will be described with reference to FIG.
In this embodiment, the vibration member 32 is thickened to increase its rigidity, and a U-shaped recess 32a is formed so as to sandwich the vibration means 33 using a laminated piezoelectric element. The fourth embodiment is formed in the recess 32a. A stacked piezoelectric element that utilizes the displacement in the d33 direction similar to the form is disposed.
[0313]
And the vibration groove | channel 32c is provided and it forms so that the part 32b may become thin so that the front-end | tip part of the vibration member 32 may vibrate efficiently by the vibration means 33. FIG. The blade member 21 is thinned so that vibration from the vibration member 32 is easily transmitted.
[0314]
Thereby, the rigidity of the part to which the blade member 21 of the vibration member 32 is attached can be increased, and vibration can be propagated to the blade member 21 more efficiently.
[0315]
Next, a process cartridge according to the first invention or the second invention including the cleaning device according to the first invention or the second invention will be described with reference to FIG. 2 is a schematic sectional view of the process cartridge.
[0316]
The process cartridge 70 includes a plurality of components, such as an image carrier 71, a charging unit 72, a developing unit 74, and a cleaning device 76 according to the first or second invention, as a process cartridge. The process cartridge is configured to be detachable from a main body of an image forming apparatus such as a copying machine or a printer.
[0317]
By providing the cleaning device 76 in a detachable process cartridge, it is possible to improve maintenance and easily replace the device with another device.
[0318]
Next, a color image forming apparatus according to the first or second invention using the process cartridge according to the first or second invention will be described with reference to FIG.
This image forming apparatus is a tandem type color image forming apparatus in which the above-described process cartridges 70 of the respective colors are juxtaposed along a transfer belt (image carrier) 81 extending horizontally.
[0319]
Four process cartridges 70 are arranged for each color of yellow, magenta, cyan, and black. The developed toner on the image carrier 71 developed by each process cartridge 70 is sequentially transferred to a transfer belt 81 to which a horizontally extending transfer voltage is applied.
[0320]
In this way, yellow, magenta, cyan, and black images are formed, transferred onto the transfer belt 81 in a multiple manner, and transferred onto the transfer material 18 by the transfer means 82. The multiple toner images on the transfer material 18 are fixed by a fixing device (not shown). The process cartridge 70 has been described in the order of yellow, magenta, cyan, and black. However, the process cartridge 70 is not specified in this order, and may be arranged in any order.
[0321]
Usually, since a color image forming apparatus has a plurality of image forming units, the apparatus becomes large. In addition, when each unit such as cleaning and charging fails individually or it is time to replace it due to its life, the apparatus is complicated and it takes a lot of time to replace the unit.
[0322]
Accordingly, a small and highly durable color image forming apparatus that can be replaced by a user is provided by integrally configuring the image carrier, the charging unit, and the developing unit as a process cartridge 70. Can do.
[0323]
Further, by using the process cartridge 70 as the process cartridge according to the first aspect of the present invention, even if spherical toner is used, no defective cleaning occurs and a high-quality image can be formed.
[0324]
In the process cartridge according to the second invention, the characteristics of the color toner may change depending on the materials of various color materials. Even in this case, the friction resistance (rotational torque of the image carrier, DC motor) Can be optimized at the time of image formation, and an image forming apparatus that can maintain the cleaning property and improve the durability can be obtained.
[0325]
In the above embodiment, the same applies to the small-diameter toner described in the spherical toner. The first invention includes both the spherical toner and the small-diameter toner, and the second invention further includes Amorphous toner is also included.
[0326]
【The invention's effect】
As explained above, According to the present invention According to the image forming apparatus, toner having a circularity of 0.96 to 1.00 is used. Also Since the residual toner can be cleaned without causing a cleaning failure, a high-quality image can be formed.
[0328]
According to the present invention According to the process cartridge, a high quality image can be formed.
[0329]
According to the present invention According to other image forming apparatuses, According to the present invention Since a plurality of process cartridges are provided, a high-quality color image can be formed.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1] Image forming apparatus according to the present invention For explaining the cleaning mechanism of
[Figure 2] In the present invention Schematic configuration diagram of the image forming apparatus
FIG. 3 is an enlarged explanatory view of a main part for explaining the first embodiment of the vibration blade of the cleaning device of the image forming apparatus.
4 is an enlarged explanatory view of the main part of FIG.
FIG. 5 is an explanatory front view of the vibration blade.
FIG. 6 is an explanatory view of the vibration blade viewed from the tip side.
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of a drive system for the cleaning device
[Fig. 8] same Explanatory drawing with which it uses for description of 2nd Embodiment of the vibration blade of a cleaning apparatus
FIG. 9 is an explanatory diagram of the vibration blade in the width direction of the image carrier.
FIG. 10 same Explanatory drawing with which it uses for description of 3rd Embodiment of the vibration blade of a cleaning apparatus
FIG. 11 is an explanatory view of the vibration blade viewed from the tip side.
FIG. 12 is an explanatory diagram for explaining the circularity of toner.
FIG. 13 is a schematic diagram for explaining a measurement experiment regarding frictional resistance between a blade member and an image carrier.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of the same measurement result
FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the frequency of the drive signal and the frictional resistance force for the vibration blade and the cleaning performance.
FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining the frequency of the drive signal for the vibration blade, the relationship between the drive voltage and the frictional resistance, and the cleaning performance.
FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the frequency of the drive signal for the vibration blade and the rotational torque of the image carrier and the cleaning performance.
FIG. 18 is an explanatory diagram for explaining the frequency of the drive signal for the vibration blade, the relationship between the drive voltage and the rotational torque of the image carrier, and the cleaning performance.
FIG. 19 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the frequency of the drive signal for the vibration blade and the drive current of the drive motor of the image carrier and the cleaning performance.
FIG. 20 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the frequency of the drive signal for the vibration blade, the drive voltage, the drive current of the drive motor of the image carrier, and the cleaning performance.
FIG. 21 is an explanatory diagram for explaining a contact angle and a pressing amount of a blade member.
FIG. 22 is an explanatory diagram for explaining the protrusion amount of the vibration member and the blade member.
FIG. 23 same The vibration blade of the cleaning device 4 Explanatory drawing for explanation of embodiment
FIG. 24 is an explanatory view of an image carrier width direction of the cleaning device.
FIG. 25 is an explanatory view for explaining the measurement result of the displacement amount of the blade nip portion in the cleaning device.
FIG. 26 is an explanatory diagram for explaining another measurement result of the displacement amount of the blade nip portion in the cleaning device.
FIG. 27 same The vibration blade of the cleaning device 5 Explanatory drawing for explanation of embodiment
FIG. 28 same The vibration blade of the cleaning device 6 Explanatory drawing for explanation of embodiment
FIG. 29 is an explanatory diagram for explaining a process cartridge according to the present invention.
FIG. 30 is a schematic configuration diagram of an image forming apparatus according to the present invention including a process cartridge according to the present invention.
FIG. 31 is an explanatory diagram for explaining a conventional cleaning blade.
FIG. 32 is a main part enlarged explanatory view showing a state when the image carrier of the cleaning blade is moving.
FIG. 33 is an explanatory diagram for explaining a cleaning mechanism of pulverized toner using the cleaning blade.
FIG. 34 is an explanatory diagram for explaining stick-slip motion in a cleaning mechanism of pulverized toner using the cleaning blade.
FIG. 35 is an explanatory diagram for explaining a mechanism of occurrence of defective cleaning of spherical toner using the cleaning blade.
FIG. 36 is an explanatory view for explaining the mechanism of occurrence of defective cleaning of spherical toner using the cleaning blade.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Blade member, 11 ... Image carrier, 20 ... Excitation blade, 21 ... Blade member, 22 ... Vibrating member, 23 ... Excitation member, 70 ... Process cartridge.

Claims (13)

像担持体の表面に潜像を形成し、この潜像をトナーにより現像してトナー像を形成し、このトナー像を被転写体に転写した後に前記像担持体表面に残留しているトナーをクリーニング手段で除去する画像形成装置において、前記クリーニング手段は、前記像担持体表面に当接するためのブレード部材と、一端部が固定され、自由端部となる他端部の一面に前記ブレード部材が取り付けられた板状の振動部材と、この振動部材の前記他端部の前記ブレード部材取付け面と反対側の面に取り付けられ、前記ブレード部材取付け面と垂直な方向に前記振動部材の他端部を振動させる加振手段とを有し、前記ブレード部材の前記像担持体と接する部分の振動で前記トナーをクリーニングする手段であることを特徴とする画像形成装置。A latent image is formed on the surface of the image carrier, the latent image is developed with toner to form a toner image, and the toner remaining on the surface of the image carrier after the toner image is transferred to the transfer body In the image forming apparatus to be removed by a cleaning unit, the cleaning unit includes a blade member that comes into contact with the surface of the image carrier, one end portion is fixed, and the blade member is provided on one surface of the other end portion that is a free end portion. A plate-like vibration member attached and the other end of the vibration member attached to a surface opposite to the blade member attachment surface of the other end of the vibration member in a direction perpendicular to the blade member attachment surface An image forming apparatus, wherein the toner is cleaned by vibration of a portion of the blade member in contact with the image carrier. 請求項1に記載の画像形成装置において、前記トナーが重合法によって作製されたトナーであることを特徴とする画像形成装置。  2. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the toner is a toner prepared by a polymerization method. 請求項1又は2に記載の画像形成装置において、前記ブレード部材の少なくとも像担持体との当接部分を含む表面が前記トナー材質との親和性が小さい材料で形成されていることを特徴とする画像形成装置。  3. The image forming apparatus according to claim 1, wherein a surface including at least a contact portion of the blade member with the image carrier is formed of a material having a low affinity with the toner material. Image forming apparatus. 請求項1ないし3のいずれかに記載の画像形成装置において、前記トナーの外部に添加される外添剤が前記ブレード部材の表面を形成する部材との親和性が小さいことを特徴とする画像形成装置。  4. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the external additive added to the outside of the toner has a low affinity with a member forming the surface of the blade member. apparatus. 請求項1ないし4のいずれかに記載の画像形成装置において、前記ブレード部材のニップ部における振動量がトナーの平均粒径よりも小さいことを特徴とする画像形成装置。  5. The image forming apparatus according to claim 1, wherein an amount of vibration in a nip portion of the blade member is smaller than an average particle diameter of the toner. 請求項1ないし5のいずれかに記載の画像形成装置において、前記ブレード部材のニップ部における振動による変位量を制御可能であることを特徴とする画像形成装置。  6. The image forming apparatus according to claim 1, wherein a displacement amount due to vibration in a nip portion of the blade member is controllable. 請求項6に記載の画像形成装置において、前記ブレード部材の変位量の制御を電気的に行う手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。  7. The image forming apparatus according to claim 6, further comprising means for electrically controlling a displacement amount of the blade member. 請求項1ないし7のいずれかに記載の画像形成装置において、前記加振手段が圧電素子であることを特徴とするが画像形成装置。  8. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the vibrating means is a piezoelectric element. 請求項8に記載の画像形成装置において、前記圧電素子に交互電圧を印加する手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。  9. The image forming apparatus according to claim 8, further comprising means for applying an alternating voltage to the piezoelectric element. 請求項1ないし9のいずれかに記載の画像形成装置において、前記ブレード部材の振動による変位量を作像時と非作像時とで異ならせる手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。  10. The image forming apparatus according to claim 1, further comprising means for differentiating a displacement amount due to vibration of the blade member between image forming and non-image forming. . 請求項1ないし10のいずれかに記載の画像形成装置において、前記ブレード部材の振動による変位量を、像担持体上のトナー付着量、作像回数、環境条件、トナー補給量の少なくともいずれかに基づいて変化させる手段を備えていることを特徴とする画像形成装置。  11. The image forming apparatus according to claim 1, wherein a displacement amount due to vibration of the blade member is set to at least one of a toner adhesion amount, an image forming frequency, an environmental condition, and a toner replenishment amount on the image carrier. An image forming apparatus comprising means for changing based on the image forming apparatus. 少なくとも像担持体及びクリーニング手段を備えたプロセスカートリッジにおいて、前記クリーニング手段は、前記像担持体表面に当接するためのブレード部材と、一端部が固定され、自由端部となる他端部の一面に前記ブレード部材が取り付けられた板状の振動部材と、この振動部材の前記他端部の前記ブレード部材取付け面と反対側の面に取り付けられ、前記ブレード部材取付け面と垂直な方向に前記振動部材の他端部を振動させる加振手段とを有し、前記ブレード部材の前記像担持体と接する部分の振動で前記トナーをクリーニングする手段であることを特徴とするプロセスカートリッジ。In a process cartridge including at least an image carrier and a cleaning unit, the cleaning unit includes a blade member for contacting the surface of the image carrier, and one surface of the other end which is fixed and has a free end. A plate-like vibration member to which the blade member is attached, and the vibration member attached to a surface opposite to the blade member attachment surface of the other end of the vibration member in a direction perpendicular to the blade member attachment surface. And a vibration means for vibrating the other end of the blade member, wherein the toner is cleaned by vibration of a portion of the blade member in contact with the image carrier. カラー画像を形成する画像形成装置において、前記請求項12に記載のプロセスカートリッジを複数備えていることを特徴とする画像形成装置。  An image forming apparatus for forming a color image, comprising: a plurality of process cartridges according to claim 12.
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