JP4815402B2 - 現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
トナーとキャリアとからなる2成分現像剤を用いる現像装置では、装置内においてトナーとキャリアとを混合・撹拌して、適正なトナー濃度に調整制御した現像剤を現像ローラ(現像剤担持体)上に搬送している。現像ローラ上に担持された現像剤は、現像ローラの上方に設置されたドクターブレード(現像剤規制部材)によってその量が規制された後に、感光体ドラム(像担持体)との対向位置(現像領域)まで搬送される。そして、その位置で、現像ローラ上に担持された現像剤中のトナーが、感光体ドラム上に形成された静電潜像に付着して、所望のトナー像が形成される。
粉体であるトナーはその物理的特性が均一ではなく、トナーの中には充分な帯電能力を有しないトナーがある。また、装置内の一部に偏って滞留するトナー等のように、キャリアとの摩擦帯電が不充分になって帯電不足となるトナーもある。さらに、現像装置内の現像剤中のキャリアは長期間の使用にともない帯電能力が低下するために、そのような場合にトナーの帯電不足を生じさせる。
現像装置には、感光体ドラムに対して現像ローラを対向して設置するための開口が設けられている。この開口に設置された現像ローラが回転することにより現像ローラに連れ回って気流が発生し、現像装置内に気体が流れ込むことで装置内の内圧が上昇する。現像装置内の内圧が上昇すると、内外の圧力差によって、装置を構成する部品間の隙間から装置内に浮遊するトナーが噴出することになる。
すなわち、トナーはその粒径が微細であるために、シール性が不充分な僅かな隙間から噴出してしまう。特に、近年の現像装置では、高画質化を目的として、より微細な小径トナーが多く用いられているため、上述の問題はさらに無視できないものになっている。
しかしながら、特許文献1等の技術によれば、開口部が現像ローラの下方を覆うハウジングに設けられているために、現像装置内に収容された現像剤によって開口部が埋没してしまい、開口部として機能しない可能性がある。
したがって、装置内に浮遊するトナーは、現像ローラの回転によって感光体ドラムに対向する開口から飛散したり、構成部品間の隙間等から飛散したりする可能性が高い。すなわち、現像装置内には、フィルタが設けられた開口部から装置内の気体を確実に排出する気流が発生しないために、トナー飛散を確実に抑止することができない。
一方、現像ローラの上部を覆うハウジングから気体が流入するタイプの現像装置では、ハウジング内上方に空間を持っているため、気流を生じやすい構成であるが、単にハウジングを設けただけでは効率よく装置内の気流を装置外に排出することが難しい。特に気流は、現像ローラに担持された現像剤の移動に大きく作用されて発生するため、ハウジングと現像ローラとの間隔を適切に設定する必要がある。
また、請求項2の発明は、少なくとも像担持体と現像手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジおいて、該現像手段として、請求項1の現像装置を用いることを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、潜像を担持する像担持体と、該像担持体に担持された潜像を現像する現像手段とを備えた画像形成装置において、該現像手段として、請求項1の現像装置を用いることを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、少なくとも像担持体と現像手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジを備えた画像形成装置において、該プロセスカートリッジとして、請求項2のプロセスカートリッジを用いることを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、請求項3または4の画像形成装置において、上記現像装置で用いられる現像剤のトナーは、少なくとも、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤及び離型剤を有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系媒体中で架橋及び伸張反応の少なくとも一方を行って得られるトナーであることを特徴とするものである。
まず、図2及び図3に基づいて、本実施形態における画像形成装置全体の構成及び動作を説明する。図2は画像形成装置としてのカラー複写機(以下、複写機と記す)を示す構成図であり、図3はその作像部を示す拡大図である。
図2に示すように、中間転写ユニット10の未定着像担持体としての中間転写ベルト8の下面に対向するように、各色(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)に対応した作像部6Y、6M、6C、6Bkが並設されている。なお、装置本体100に設置される4つの作像部6Y、6M、6C、6Bkは、作像プロセスに用いられるトナーの色が異なる以外はほぼ同一構造であるので、図3においては、作像部6と、感光体ドラム1と、1次転写手段としての1次転写バイアスローラ9とにおける符号のアルファベット(Y、M、C、Bk)を省略して図示する。
作像部6を構成する、感光体ドラム1、帯電部4、現像装置5、クリーニング部2は、それぞれ、画像形成装置本体100に対して着脱自在に設置できるように構成されている。それぞれが、寿命に達したときに、新品のものに交換される。
本実施形態では、作像部6を構成する、感光体ドラム1、帯電部4、現像装置5、クリーニング部2を、それぞれ、単独のユニットとしたが、これらを一体化して、装置本体100に着脱自在に設置されるプロセスカートリッジとすることもできる。その場合、作像部6のメンテナンスを行う際の作業性が向上する。
その後、感光体ドラム1の表面は、不図示の露光部から発せられたレーザ光Lの照射位置に達して、この位置での露光走査によって静電潜像が形成される。
その後、感光体ドラム1の表面は、現像装置5との対向位置に達し、この位置で静電潜像が現像されて、所望のトナー像が形成される(現像工程)。その後、感光体ドラム1の表面は、中間転写ベルト8及び1次転写バイアスローラ9との対向位置に達して、この位置で感光体ドラム1上のトナー像が中間転写ベルト8上に転写される(1次転写工程)。
このとき、感光体ドラム1上には、僅かながら未転写トナーが残存する。
こうして、感光体ドラム1上で行われる一連の作像プロセスが終了する。
中間転写ベルト8は、矢印方向に走行して、各1次転写バイアスローラ9Y、9M、9C、9Bkの1次転写ニップを順次通過する。こうして、感光体ドラム1Y、1M、1C、1Bk上の各色のトナー像が、中間転写ベルト8上に重ねて1次転写される。
こうして、中間転写ベルト8上で行われる、一連の転写プロセスが終了する。
装置本体100の下部に配設された給紙部26には転写紙Pが複数枚重ねて収納されており、給紙コロ27により1枚ずつ分離されて給紙される。給紙された転写紙Pはレジストローラ対28で一旦停止され、斜めずれを修正された後レジストローラ対28により所定のタイミングで2次転写ニップに向けて搬送される。そして、2次転写ニップにおいて転写紙P上に、所望のカラー画像が転写される。
定着を終えた転写紙Pは、排紙ローラ対29により、装置本体上面に形成された排紙部30へ出力画像として排出され、スタックされる。こうして、画像形成装置における一連の画像形成プロセスが完了する。
図2において、符号31はトナー補給部を、32は読み取り部を示している。
現像剤収容部53、54内には、キャリアとトナーとからなる2成分現像剤Gが収容されている。
5つの磁極が形成されたマグネットの周囲をスリーブが回転することで、その回転にともない現像剤Gが現像ローラ51上(スリーブ上)を移動することになる。現像ローラ51に付した放射状の線分は、P1極〜P5極のそれぞれの磁気力がピークになる位置を示すものである。
一方、ドクターブレード52との間隙を通過して現像ローラ51上に担持された現像剤Gは、P1極の位置で穂立ちして、現像剤G中のトナーが感光体ドラム1上の潜像に付着する。P1極を通過してP2極に至る領域では、後述するように、現像工程後の現像剤Gを担持する現像ローラ51とケース50との間(空隙60)から気体(空気)が流入される。
さらに、P3極からP4極に至る領域では、同極性である双方の磁極により形成される反発磁界がキャリアに作用して、現像ローラ51上に担持されていた現像工程後の現像剤Gが現像ローラ51から脱離される。脱離後の現像剤Gは、再び現像剤収容部53に戻されて、現像剤収容部53、54内を循環する。このような一連の現像剤Gの流れが繰り返される。
現像剤が落下することにより、現像剤収容部53に収容された現像剤の上方の気体が強い動圧を受けて、この動圧に付勢されて開口部50bから気体が効率よく排出される。ここで、開口部50bは現像剤収容部53の上方に離れて設置されているとともに、現像剤が落下する位置から離れた位置に設置されているために、現像剤の落下によって跳ね上がる現像剤が開口部50bにまで達する不具合を抑止することができる。
現像ローラ51の下方(現像ローラ51の回転中心を原点とした座標の水平軸よりも下側)には、ドクターブレード52が設置されている。このようにドクターブレード52が現像ローラ51の下方に設置されることで、後述するように、現像ローラ51とケース50との間から開口部50bに至る気体の流路を、現像剤収容部53、54内の現像剤Gに遮断されることなく、確保することができる。
開口部50bは、現像ローラ51に対して壁部58を介した位置であって、現像剤Gに埋没しない現像剤収容部53の上方の位置に、装置外に通ずるように設けられている。これらによって、現像ローラ51とケース50との間から開口部50bに至る気体の流路(図3及び図4中の破線矢印で示す流路)を確保することができる。
これにより、開口部50bから装置内(現像部内)の気体を排出する際に、装置外(現像部外)へのトナー飛散を防止することができる。
図3に示すように、2つの現像剤収容部53、54は、その長手方向(図3の紙面垂直方向)の両端部を除く領域が仕切部材70によって隔絶されている。
現像剤収容部53、54に設置された搬送スクリュ55、56は、現像剤Gをそれぞれ相反する方向に搬送する。これにより、現像剤収容部53、54に収容された現像剤Gは、双方の現像剤収容部53、54の間を長手方向に循環することになる。
一方の現像剤収容部54の上方には、図5及び図6に示すように、トナー補給口44が接続されている。トナー補給部31からトナーを搬送する不図示のトナー搬送装置がトナー補給口44に接続され、現像剤収容部54内にフレッシュトナーが適宜に補給される。
現像装置5内の現像剤Gは、現像剤G中のトナーの割合(トナー濃度)が所定の範囲内になるように調整される。詳しくは、現像装置5内のトナー消費に応じて、トナー搬送装置からトナー補給口44を介して現像剤収容部54内に、トナーが補給される。
現像剤G中のトナーは、キャリアとの摩擦帯電によりキャリアに吸着して、現像ローラ51上に形成された磁気力によりキャリアとともに現像ローラ51上に担持される。
現像ローラ51上に担持された現像剤Gは、図3中の矢印方向に搬送されて、ドクターブレード52の位置に達する。そして、現像ローラ51上の現像剤Gは、この位置で適量に規制された後に、感光体ドラム1との対向位置(現像領域)まで搬送される。
現像領域に形成された電界によって、感光体ドラム1上に形成された潜像にトナーが吸着される。その後、現像ローラ51上に残った現像剤Gはスリーブの回転にともない、ケース50との対向面、壁部58との対向面を順次通過する。さらに、現像ローラ51上の現像剤Gは現像剤収容部53の上方に達して、この位置で現像ローラ51から離脱される。
これによって、現像装置5内に浮遊するトナーを、現像装置5内の気体とともに現像装置5内に強制的に形成した気流に乗せて開口部50bに搬送して、フィルタ61で確実に捕集することができる。こうして、現像部5における装置外へのトナー飛散が抑止される。
ここで、実施例1について図1をもとに詳細を説明する。本実施例は、以下の特徴により成り立っている。
図1に示すように、現像ローラ51内の磁極の一つであるP2極は、現像ローラ51とケース50との間隔であるギャップCGが一定となるようにR状に形成された対向面の範囲内(現像ローラ51の回転軸を中心に開口部aの現像ローラ回転方向下流側の縁を形成するケース50の箇所から現像ローラ回転方向下流側に向かう所定の角度範囲内α)に位置しており、ここで、現像ローラ51上の現像剤が穂立ちし、ケース50に接触しながらケース50内に移動することによって、ケース50とのシール性を保持するとともに、ケース50内への吸引気流を発生させている。
実施例2は、ギャップCGについては上記長手方向で同一であるが、図8の斜線部で示したケース50とP2極によって穂立ちした現像ローラ51上の現像剤とが接触する範囲が、上記長手方向の端部と中央部とで現像ローラ回転方向の範囲が異なっている。
実施例3は、実施例1と実施例2とで示された特徴を併せ持つ現像装置である。すなわち、ギャップCGが上記長手方向の端部に比べて中央部で広がっており、且つ、ギャップCG範囲が上記長手方向の中央部に比べて端部の方が広く設定されていることを特徴とする。
これにより、吸引気流が長手方向で均一化されるだけでなく、端部でのシール性が強くなるため、中央と端部との現像剤量の偏差が狙いより大きい場合にも対応することができ、現像剤量偏差のバラツキに対して余裕度の高いケーシングを実現することが可能となる。
以下に、トナーの構成材料及び製造方法について説明する。
ポリエステルは、多価アルコール化合物と多価カルボン酸化合物との重縮合反応によって得られる。
多価アルコール化合物(PO)としては、2価アルコール(DIO)および3価以上の多価アルコール(TO)が挙げられ、(DIO)単独、または(DIO)と少量の(TO)との混合物が好ましい。2価アルコール(DIO)としては、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の重縮合反応は、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150〜280℃に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。ポリエステルの水酸基価は5以上であることが好ましく、ポリエステルの酸価は通常1〜30、好ましくは5〜20である。
酸価を持たせることで負帯電性となりやすく、さらには記録紙への定着時、記録紙とトナーの親和性がよく低温定着性が向上する。しかし、酸価が30を超えると帯電の安定性、特に環境変動に対し悪化傾向がある。
また、重量平均分子量1万〜40万、好ましくは2万〜20万である。重量平均分子量が1万未満では、耐オフセット性が悪化するため好ましくない。また、40万を超えると低温定着性が悪化するため好ましくない。
多価イソシアネート化合物(PIC)としては、脂肪族多価イソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエートなど);脂環式ポリイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネートなど);芳香族ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなど);芳香脂肪族ジイソシアネート(α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなど);イソシアネート類;前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの;およびこれら2種以上の併用が挙げられる。
多価イソシアネート化合物(PIC)の比率は、イソシアネート基[NCO]と、水酸基を有するポリエステルの水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、通常5/1〜1/1、好ましくは4/1〜1.2/1、さらに好ましくは2.5/1〜1.5/1である。[NCO]/[OH]が5を超えると低温定着性が悪化する。[NCO]のモル比が1未満では、ウレア変性ポリエステルを用いる場合、そのエステル中のウレア含量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の多価イソシアネート化合物(PIC)構成成分の含有量は、通常0.5〜40wt%、好ましくは1〜30wt%、さらに好ましくは2〜20wt%である。0.5wt%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。また、40wt%を超えると低温定着性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の1分子当たりに含有されるイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
2価アミン化合物(B1)としては、芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタンなど);脂環式ジアミン(4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど);および脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)などが挙げられる。
3価以上の多価アミン化合物(B2)としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。アミノアルコール(B3)としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。アミノメルカプタン(B4)としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどが挙げられる。アミノ酸(B5)としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。B1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)としては、前記B1〜B5のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリジン化合物などが挙げられる。これらアミン類(B)のうち好ましいものは、B1およびB1と少量のB2の混合物である。
また、ウレア変性ポリエステル中には、ウレア結合と共にウレタン結合を含有していてもよい。ウレア結合含有量とウレタン結合含有量のモル比は、通常100/0〜10/90であり、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは、60/40〜30/70である。ウレア結合のモル比が10%未満では、耐ホットオフセット性が悪化する。
また、ポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との架橋及び/又は伸長反応には、必要により反応停止剤を用い、得られるウレア変性ポリエステルの分子量を調整することができる。反応停止剤としては、モノアミン(ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミンなど)、およびそれらをブロックしたもの(ケチミン化合物)などが挙げられる。
ウレア変性ポリエステルの重量平均分子量は、通常1万以上、好ましくは2万〜1000万、さらに好ましくは3万〜100万である。1万未満では耐ホットオフセット性が悪化する。ウレア変性ポリエステル等の数平均分子量は、先の未変性ポリエステルを用いる場合は特に限定されるものではなく、前記重量平均分子量とするのに得やすい数平均分子量でよい。ウレア変性ポリエステルを単独で使用する場合は、その数平均分子量は、通常2000〜15000、好ましくは2000〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。20000を超えると低温定着性およびフルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは、少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。従って、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは類似の組成であることが好ましい。
また、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとの重量比は、通常20/80〜95/5、好ましくは70/30〜95/5、さらに好ましくは75/25〜95/5、特に好ましくは80/20〜93/7である。ウレア変性ポリエステルの重量比が5%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。
また、ウレア変性ポリエステルは、得られるトナー母体粒子の表面に存在しやすいため、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。
着色剤としては、公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15重量%、好ましくは3〜10重量%である。
荷電制御剤としては公知のものが使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
荷電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダー樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5重量部の範囲がよい。10重量部を超える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、荷電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
離型剤としては、融点が50〜120℃の低融点のワックスが、バインダー樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に定着ローラとトナー界面との間で働き、これにより定着ローラにオイルの如き離型剤を塗布することなく高温オフセットに対し効果を示す。このようなワックス成分としては、以下のものが挙げられる。ロウ類及びワックス類としては、カルナバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス、ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス、オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス、及びおよびパラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス等が挙げられる。また、これら天然ワックスの外に、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス、エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙げられる。さらに、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド及び、低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ−n−ステアリルメタクリレート、ポリ−n−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等)等、側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子等も用いることができる。
荷電制御剤、離型剤はマスターバッチ、バインダー樹脂とともに溶融混練することもできるし、もちろん有機溶剤に溶解、分散する際に加えても良い。
トナー粒子の流動性や現像性、帯電性を補助するための外添剤として、無機微粒子が好ましく用いられる。この無機微粒子の一次粒子径は、5×10−3〜2μmであることが好ましく、特に5×10−3〜0.5μmであることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500m2/gであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01〜5wt%であることが好ましく、特に0.01〜2.0wt%であることが好ましい。
無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。中でも、流動性付与剤としては、疎水性シリカ微粒子と疎水性酸化チタン微粒子を併用するのが好ましい。特に両微粒子の平均粒径が5×10−2μm以下のものを使用して攪拌混合を行った場合、トナーとの静電力、ファンデルワールス力は格段に向上することより、所望の帯電レベルを得るために行われる現像装置内部の攪拌混合によっても、トナーから流動性付与剤が脱離することなく、ホタルなどが発生しない良好な画像品質が得られて、さらに転写残トナーの低減が図られる。
酸化チタン微粒子は、環境安定性、画像濃度安定性に優れている反面、帯電立ち上がり特性の悪化傾向にあることより、酸化チタン微粒子添加量がシリカ微粒子添加量よりも多くなると、この副作用の影響が大きくなることが考えられる。
しかし、疎水性シリカ微粒子及び疎水性酸化チタン微粒子の添加量が0.3〜1.5wt%の範囲では、帯電立ち上がり特性が大きく損なわれず、所望の帯電立ち上がり特性が得られ、すなわち、コピーの繰り返しを行っても、安定した画像品質が得られる。
(トナーの製造方法)
(1)着色剤、未変性ポリエステル、イソシアネート基を有するポリエステるプレポリマー、離型剤を有機溶媒中に分散させトナー材料液を作る。
有機溶媒は、沸点が100℃未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい。具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。
有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー100重量部に対し、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100重量部、さらに好ましくは25〜70重量部である。
トナー材料液100重量部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。50重量部未満ではトナー材料液の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。20000重量部を超えると経済的でない。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102(ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などが挙げられる。
例えば、ポリメタクリル酸メチル微粒子1μm、及び3μm、ポリスチレン微粒子0.5μm及び2μm、ポリ(スチレン―アクリロニトリル)微粒子1μm、商品名では、PB−200H(花王社製)、SGP(総研社製)、テクノポリマーSB(積水化成品工業社製)、SGP−3G(総研社製)、ミクロパール(積水ファインケミカル社製)等がある。
また、リン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等の無機化合物分散剤も用いることができる。
反応温度は、通常、0〜150℃、好ましくは40〜98℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどが挙げられる。
有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に層流の攪拌状態で昇温し、一定の温度域で強い攪拌を与えた後、脱溶媒を行うことで紡錘形のトナー母体粒子が作製できる。
また、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能な物を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗するなどの方法によって、トナー母体粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
これにより、小粒径であって、粒径分布のシャープなトナーを容易に得ることができる。さらに、有機溶媒を除去する工程で強い攪拌を与えることで、真球状からラグビーボール状の間の形状を制御することができ、さらに、表面のモフォロジーも滑らかなものから梅干形状の間で制御することができる。
上記のように、粒径分布がシャープで帯電特性等の均質なトナーを用いれば、粒子のバラツキが少ないことにより現像容器内での帯電不均一性が解消される。
従って、気流の有無にかかわらずトナー飛散しやすいトナーの数が減少するので、従来のトナーに比べてトナー飛散量を低減させることができる。
また、上述したような上記角度範囲内αのケース50と現像ローラ51との間に形成される空間が広い現像装置5において、現像ローラ51に内蔵され、現像ローラ51の表面で現像剤を現像ローラ長手方向にわたって穂立ちさせる複数の磁性部材である磁極を有し、上記角度範囲内αの上記気流経路50cに気体が流入する気流経路入口近傍のケース50と現像ローラ51とが対向する範囲内に上記磁極であるP2極などを1つ以上を設けており、少なくとも上記範囲内におけるケース50と現像ローラ51との間隔が、P2極によって現像ローラ51上で穂立ちした現像剤とケース50とが接触する距離である。これにより、上述したように上記端部と上記中央部とでの圧力差を低減させることができ、さらに、現像ローラ長手方向の中央部から端部に気流が流れ込んだとしても、気流経路50cの入口近傍は上記穂立ちした現像剤によりシールされる。よって、ケース50内部からケース50外部へ気体が噴き出すのをより抑制することができる。
また、現像剤とケースとが接触し続ける上記入口近傍の上記対向する範囲は、現像ローラ長手方向の中央部よりも端部のほうが現像ローラ回転方向下流側に向かって広いことで、端部でのシール性が強くなる。これにより、中央部と端部との現像剤量の偏差が狙いより大きい場合にも対応することができる。よって、現像ローラ上に担持される現像剤量偏差のバラツキに対して余裕度の高いケーシングを実現することが可能となる。
また、本実施形態によれば、少なくとも感光体ドラム1と現像手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジおいて、上記現像手段とし本発明の現像装置5を用いることにより、現像ローラ長手方向端部から気体が噴出することでトナー飛散が生じてしまうのを抑制でき、且つ、メンテナンス性の向上を図ることができる。
また、本実施形態によれば、潜像を担持する感光体ドラム1と、感光体ドラム1に担持された潜像を現像する現像手段とを備えた画像形成装置である複写機において、上記現像手段として本発明の現像装置5を用いることにより、現像装置5から複写機内にトナーが飛び散るのを抑制することができ、良好な画像形成を行うことができる。
また、本実施形態によれば、少なくとも感光体ドラム1と現像装置5とを一体に支持し、複写機本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジを備えた複写機において、本実施形態のプロセスカートリッジを用いることにより、現像装置5などのメンテナンス性の向上を図ることができ、且つ、現像装置5から複写機内にトナーが飛び散るのを抑制することができ、良好な画像形成を行うことができる。
また、本実施形態によれば、現像装置5で用いられる現像剤のトナーは、少なくとも、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤及び離型剤を有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系媒体中で架橋及び伸張反応の少なくとも一方を行って得られるトナーである。これにより、粒径分布がシャープで帯電特性等の均質なトナーを用い、粒子のバラツキが少ないことによりケース50内での帯電不均一性が解消し、現像装置5からのトナーの噴出を抑制することができる。
5 現像装置
6 作像部
50 ケース
50a 開口部
50b 開口部
50c 気流経路
51 現像ローラ
55 搬送スクリュ
56 搬送スクリュ
58 側壁としての壁部
61 圧抜きのフィルタ
Claims (5)
- 少なくともトナーを含む現像剤を収容するとともに像担持体との対向部に第1の開口を有する現像容器と、
該現像容器内の現像剤を担持して回転により像担持体との対向部まで搬送する現像剤担持体と、
該第1の開口以外に該現像容器に設けられた現像容器外部と連通する第2の開口と、
該対向部を通過した該現像剤担持体と該現像容器との隙間から現像容器内に気体が流入し、その流入した気体が該第2の開口から現像容器外部へ排出されるように形成した気流経路とを備えた現像装置において、
少なくとも、該現像剤担持体の回転軸を中心に該第1の開口の現像剤担持体回転方向下流側の縁を形成する該現像容器の箇所から現像剤担持体回転方向下流側に向かう所定の角度範囲内における該現像容器と該現像剤担持体との対向箇所の間隔が、現像剤担持体回転方向に沿って一定であり、且つ、現像剤担持体長手方向では端部から中央部に向かうに連れて広がっており、
該現像剤担持体に内蔵され、該現像剤担持体の表面で現像剤を現像剤担持体長手方向にわたって穂立ちさせる複数の磁性部材を有し、
該角度範囲内の該気流経路に気体が流入する気流経路入口近傍の該現像容器と該現像剤担持体とが対向する範囲内に該磁性部材を1つ以上を設けており、
少なくとも該範囲内における該現像容器と該現像剤担持体との間隔が、該磁性部材によって現像剤担持体上で穂立ちした現像剤と該現像容器とが接触する距離であり、
該記現像剤と該現像容器とが接触し続ける該入口近傍の該対向する範囲は、現像剤担持体長手方向の中央部よりも端部のほうが現像剤担持体回転方向下流側に向かって広いことを特徴とする現像装置。 - 少なくとも像担持体と現像手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジおいて、
該現像手段として、請求項1の現像装置を用いることを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 潜像を担持する像担持体と、
該像担持体に担持された潜像を現像する現像手段とを備えた画像形成装置において、
該現像手段として、請求項1の現像装置を用いることを特徴とする画像形成装置。 - 少なくとも像担持体と現像手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジを備えた画像形成装置において、
該プロセスカートリッジとして、請求項2のプロセスカートリッジを用いることを特徴とする画像形成装置。 - 請求項3または4の画像形成装置において、
上記現像装置で用いられる現像剤のトナーは、少なくとも、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤及び離型剤を有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系媒体中で架橋及び伸張反応の少なくとも一方を行って得られるトナーであることを特徴とする画像形成装置。
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