JP5578399B2 - トナー担持体、現像装置及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
また電界カーテン法は、内部に一定の間隔で並べられた複数の電極を有するトナー担持体の前記電極に交番電界を印加して、該トナー担持体表面に生じる交番不平等電界によって形成される電界カーテンにより、予め帯電させたトナーをホッピングさせ、静電潜像にトナー粒子を供給するものであり、トナー担持体表面でトナー粒子がホッピングするため、トナー粒子とトナー担持体表面との付着力が略零になり、現像のためにトナー粒子をから剥離する力が不要であるため、低電圧で十分にトナーを潜像担持体側に搬送することが可能なものである。
特許文献1に開示される前記電界カーテン方式の現像装置は、複数の電極の上に絶縁性材料などからなる表面保護層が被覆された現像剤担持搬送体を用いているので、トナーの電荷が電極にリークし、トナーの電荷が失われてホッピング不良を引き起こすことがない。
しかし、この現像装置は、表面保護層及び絶縁層が同じ樹脂で形成されるため、表面保護層塗工時に絶縁層が溶解し、絶縁層上に設けられた電極が短絡し易く、また予めトナー粒子を摩擦帯電させるものであり、ホッピングに伴ってするトナー粒子が現像剤担持搬送体と摺擦し帯電するものではい。
また、初期ではトナークラウドが形成され、正常な画像を出力できても、ローラの磨耗による担持体内部の電極からの電界の変化、ローラの表面状態(粗さ等)変化によるトナーが担持体上へ移動する量が変化することによるトナー帯電量の変化や、担持体のトナーとのタック性(担持体の対トナーとの付着力)の変化等、トナー担持体への付着力とホッピングとのバランスが崩れ易く、トナー粒子がトナー担持体に張り付き、担持体内部の電極からの電界をうけても充分ホッピングせず、出力画像濃度が薄くなる等、通紙後は正常な画像を出力することが非常に困難である。
前記表面層が下記一般式(1)で示される構造単位を含む重合化合物を含有するものであり、前記接着層が、ポリビニルブチラール樹脂を含むものであることを特徴とするトナー担持体;
これにより感光体表面の静電潜像にトナーを供給して静電潜像を長期間、現像化可能である現像装置、現像装置に搭載されるトナー担持体、現像装置を搭載する画像形成装置の提供が可能となる。
図1は、本発明による一実施形態の画像形成装置の概略構成を示す図である。図1において、(1)は矢印(A)方向に回転するドラム状の感光体、(2)は感光体(1)の表面を一様に帯電する帯電ローラ、(3)は画像情報に対応するレーザー光等を感光体(1)の表面に照射する露光装置、(4)は感光体(1)の表面に形成された静電潜像にトナーを供給する現像装置である。(5)は感光体(1)の表面に現像装置(3)で形成されたトナー像を転写用紙等の転写材(P)上に転写する転写ローラ、(6)は転写材(P)にトナー像を転写した後に感光体(1)の表面に残存するトナーを感光体(1)の表面から除去するクリーニング装置である。(7)は、転写材(P)上に転写された未定着トナー像を加熱、加圧して転写材(P)上に定着させる定着装置である。
トナー担持体(9)は図2に示すように、下層から導電性支持体、絶縁層、電極パターン、接着層、表面層の順に積層構造となっている。
トナー担持体(9)は、図3(a)、(b)(なお、図3(a)は図3(b)の上面図におけるA−A’における断面図である。)に示すように、第1の電極と第2の電極とを有し、一方の電極の機能を導電性支持体(91A)に担わせ、導電性支持体(91A)をA相、絶縁層(95)上に形成された複数の線状の電極(91Bb)を有する電極パターン(91B)をB相とし、導電性支持体(91A)と電極(91Bb)との間の電位差によりトナー粒子をホッピングさせトナークラウドを形成するものである。
なお、電極パターン(91B)の形成は、円筒状に成形された支持体(91A)の周面に蒸着での銅薄膜が形成されたものからフォトレジスト法によって所望の形状に加工することにより可能である、形成方法について特に限定はなく、フォトレジスト法を用いたパターニング以外に、例えばインクジェット装置等を用いた描画により形成しても構わない。導電性支持体(91A)としては、アルミニウム、アルミニウム合金等の導電性の優れた材料からなる支持体を用いることができる。また、導電性支持体(91A)の大きさについて特に限定はなく、発明の実施者が適宜選択したものを用いればよい。また、電極(91Bb)の幅(d)、及び電極(91Bb)間の間隔(D)についても特に限定はなく、発明の実施者が適宜定めればよいが、後述する櫛歯電極型に比し間隔(D)を広くすることができるため、短絡することを防止でき好ましい。
電極(91Bb)を構成する材料は、高い導電性を有する材料であれば使用することができるが、ペースト状であると電極パターンを描画することによりこれを達成でき好ましい。
導電性支持体として、例えばAl、Ni、Fe、Cu、Auなどの金属、もしくはそれらの合金の他、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、ガラス等の絶縁性基体上にAl、Ag、Au等の金属あるいはIn2O3、SnO2等の導電材料の薄膜を形成したもの、樹脂中にカーボンブラック、グラファイト、アルミニウム,銅,ニッケル等の金属粉、導電性ガラス粉などを均一に分散させ、樹脂に導電性を付与した樹脂基体、導電処理をした紙等から形成された円筒状の支持体が使用できる。
絶縁層は、接着層構成材料と異なる材料を用いることが好ましい。同じ材料を用いた場合、浸漬塗工、スプレー塗工方法による接着層形成時に接着層塗工液に含まれる溶媒により絶縁層が侵されてしまうことがある。これにより、絶縁層上に設けた電極の構成が乱れてしまい、電極間距離が変化し、トナーへの電界の強さが弱まることで、トナーホッピングが生じなくなったり、電極が絶縁層内に埋まり導電性支持体に接触し短絡することでトナーをホッピングさせる機能を失うおそれがある。とくにポリカーボネート等、樹脂膜形成時に架橋反応を起こさない材料については、接着層形成時に絶縁層が大きく侵されることがあるため、絶縁層は架橋構造を有する樹脂を含むことが好ましい。
絶縁層を構成する樹脂としては、接着層塗工液に含まれる溶媒に溶解しないものであれば、どのようなものでも使用することができる。
有機溶剤に対して耐溶解性の高い樹脂としては、ポリビニルアルコール、カゼイン、ポリアクリル酸ナトリウム等の水溶性樹脂、共重合ナイロン、メトキシメチル化ナイロン等のアルコール可溶性樹脂、ポリウレタン、メラミン樹脂、アルキッド−メラミン樹脂、エポキシ樹脂等、三次元網目構造を形成する硬化型樹脂などが挙げられる。
中でも特にアルキッド-メラミン樹脂を良好に用いることができる。
絶縁層の形成には適当な溶媒を用いて、慣用される塗工法によって形成することができる。
1μm以下では電極とトナー間に電荷リークが生じないよう絶縁するのが困難であるため1μm以上とするのが好ましい。100μmより厚くては内部電極からの電界が弱くなり、トナーが表面層から遊離してホッピング可能である静電気力を生じることが困難であり、50μm以下がさらに好ましい。
接着層は、絶縁層上に設けられた電極と表面層との接着性を向上させるものであり、使用により表面層が剥離することを防止し、かつ、表面層塗工時に、絶縁層構成材料の溶解を防止し、電極の構成が乱れることを防止するものである。
溶媒にテトラヒドロフランを含む表面層塗工液を浸漬塗工等により形成する場合、下層(絶縁層)に対して接着性が劣る場合が多い。
接着層を設けると、表面層をポリカーボネート樹脂とした場合においても接着性が保たれる理由としては、接着層自体の接着性が高いことと、アンカー効果を有することが考えられる。ポリカーボネート樹脂の溶媒として用いられる、テトラヒドロフランなどが接着層であるポリビニルアセタール樹脂をわずかに溶かし表面層と混合する。そのため、表面層と接着層がお互い食い込みあってアンカー効果が働くものと思われる。しかし、溶け出す接着層はごくわずかのため接着層全体が溶け出すことはないものと考えられる。
ポリビニルブチラール樹脂のアセタール基は官能基の先がオレフィンになっており、ポリカーボネート樹脂との相溶性が高く接着性に優れるため好ましい。
ポリビニルブチラール樹脂のブチラール化度は、30mol%以上90mol%以下が好ましい。
接着層膜厚は材料にもよるが0.1μm以上1μm以下であることが好ましい。0.1μm未満では表面層塗工時に溶解してしまい十分に接着できない場合があり、1μmより厚くてはトナー担持体表面の電界形成に影響し、良好にトナーホッピングしない。
本発明では、絶縁層材料と接着層材料の組み合わせとして絶縁層がアルキッド−メラミン樹脂であると、接着層塗工時に絶縁層を溶解することなく、トナー粒子を良好にホッピングさせ、かつ充分帯電させることができ好ましい。
トナー粒子を安定して負帯電させるためには、トナー粒子を摺擦するトナー担持体表面をアミノ基含有材料で構成するのが通常であるが、本発明において、発明者は長期間トナーのクラウドを安定的に形成可能とするトナー担持体表面層構成材料を鋭意探索した結果、アミノ基を含まない一般式(1)で表される構造単位を有する重合化合物を表面層に含有させ、摩擦帯電能とトナーホッピングとを両立させ、長期間トナーのクラウドを安定的に形成可能であり、耐摩耗性をも向上させることができる。
表面層は最表層に上記一般式(1)で示される構造単位を含む重合化合物が含まれていれば、複数の層を成していてもよい。
レベリング剤としては、公知の材料を用いることができるが、微量で高い平滑性を付与することができるシリコーンオイル系のレベリング剤がとくに好ましい。シリコーンオイルの例としては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンポリシロキサン、環状ジメチルポリシロキサン、アルキル変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、アルコール変性シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、メルカプト変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、カルボキシル変性シリコーンオイル、高級脂肪酸変性シリコーンオイル、高級脂肪酸含有シリコーンオイル等が挙げられる。
表面層にはそのほか、可塑剤、酸化防止剤、などの添加剤を適量添加することもできる。
表面層の形成にはテトラヒドロフラン等のポリカーボネート樹脂を可溶な1種類以上の溶媒を用いて、浸漬塗工法、スプレー塗工法等の慣用される塗工法によって形成することができる。
0.5μm以下では電極とトナー間に電荷リークが生じないよう絶縁するのが困難であるため0.5μm以上とするのが好ましい。
50μm以上では内部電極からの電界が弱くなる為、トナーが表面層から遊離してホッピング可能である静電気力を生じることが困難であるため50μm以下とするのが好ましい。
さらに、5〜50μmであるとトナーホッピングはより安定的に行われる。
トナー担持体(9)は、図4(a)、(b)(なお、図4(a)は図4(b)の上面図におけるA−A’における断面図である。)に示すように、線状の複数の電極(90Aa)を有する第1の電極パターン(90A)と線状の複数電極(90Bb)を有する第2の電極パターン(90B)とが、電極(90Aa)と電極(90Bb)とが交互にトナー担持体の軸方向に平行に形成され、この電極パターン(90A)、(90B)上にこれらの電極(90Aa)、(90Bb)を上に接着層(97)、電極(90Aa)、(98Bb)を保護するための表面層(98)が形成されている。
支持体(93)としては、ポリイミド、ポリカーボネート、ナイロン、フッ素系樹脂、ポリアセタール、フェノール、ポリスチレン等の合成樹脂から形成された円筒状の絶縁性支持体、あるいは、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、チタン、ステンレスなどを切削、研摩などの金属加工をした円筒状の金属の導電性支持体に前記合成樹脂を被覆したものを使用することができる。
フルカラー複写機、フルカラープリンターにおいては、その画像の光沢性及び混色性が必要なことから、トナーはより低溶融粘度であることが必要であり、シャープメルト性のポリエステル系のトナーバインダが用いられている。このようなトナーでは、ホットオフセットの発生が起こりやすいことから、従来からフルカラー用の機器では、定着部材にシリコーンオイルなどを塗布することが行われている。
しかしながら、定着部材にシリコーンオイルを塗布するためには、オイルタンク、オイル塗布装置が必要であり、装置が複雑、大型となる。また、定着部材の劣化をも引き起こし、一定期間毎のメンテナンスが必要とされる。さらに、コピー用紙、OHP(オーバーヘッドプロジェクター)用フィルム等にオイルが付着することが不可避であり、とりわけOHPにおいては付着オイルによる色調の悪化の問題があり、定着部材にオイル塗布することなくトナーの融着を防ぐため、ワックスを含有することが好ましい。
カルナウバワックスはカルナウバヤシの葉から得られる天然のワックスである。
ライスワックスは米糠から抽出される米糠油を精製する際に、脱ろうまたはウィンタリング工程で製出される粗ろうを精製して得られる天然ワックスである。エステルワックスは単官能直鎖脂肪酸と単官能直鎖アルコールからエステル反応で合成される。
これらのワックス成分は単独または併用して使用される。ワックス成分の添加量は0.5〜20重量部、さらに好ましくは2〜10重量部である。
本発明では、カルナウバワックス、ライスワックス、合成エステルワックスの他のワックス成分も使用可能である。例えば、ポリプロピレンワックス、ポリエチレンワックス等のようなポリオレフィンワックスなどである。
これらワックス成分を含んだ既知のトナーを用いることができる。
アルキッド樹脂(ベッコライトM6401−50(大日本インキ化学工業社製))110重量部、メラミン樹脂(スーパーベッカミンG−821−60(大日本インキ化学工業社製))60重量部をメチルエチルケトン110重量部に溶解し、絶縁層用塗工液を作製した。
ポリビニルブチラール樹脂(Mw約100000、ブチラール化度56mol%エスレックスB BX−1(積水化学工業))2重量部を、メチルエチルケトン70重量部、シクロヘキサノン30重量部に溶解し、接着層用塗工液を作製した。
テトラヒドロフラン90重量部に、ビスフェノールZ型ポリカーボネート樹脂(構造単位M−15からなる分子量50000の重合化合物:パンライト TS−2050帝人化成製)10重量部、シリコーンオイル(KF−50(信越化学工業社製))0.002重量部を溶解し、
表面層用塗工液を作製した。
直径30mm、長さ230mmの円柱状のAl製導電性支持体上に前記の絶縁層用塗工液にて浸漬塗工を行い膜厚20μmの絶縁層を形成した。これを絶縁層形成済みの支持体(91A)とした。絶縁層形成済みの支持体(91A)上にそれぞれ蒸着によって導電性金属箔膜である0.8μm厚みの銅箔膜を形成した。さらに、これらの銅箔膜上に5μm厚みのレジスト膜を塗布した。銅膜及びレジスト膜に覆われた絶縁層形成済みの支持体(91A)に幅d=100μm、長さL=200mm、間隔D=200μmで離間させた格子状のパターンをレーザー描画機で露光して、Na2CO3水溶液中で現像した後、FeCl3水溶液に浸漬させてエッチングを行い、前記電極パターンと同一形状の電極パターン(91B)を有する電極(91Bb)を形成した。
次に、このようにして所定の電極パターン(91B)を有する電極を形成した絶縁層形成済みの支持体(91A)の電極パターン(91B)の片側端部をマスキングし、電極を覆う膜厚0.2μmの接着層を接着層用塗工液にて浸漬塗工を行い形成した。
さらに前記接着層上に最大膜厚10μmの表面層(98)を表面層形成塗工液にて浸漬塗工を行うことにより形成した。表面層(98)は絶縁層形成済みの支持体(91A)の端部で電極が露出した状態で塗布した。このようにして作製したトナー担持体(9)を現像装置(4)に組み込んだ。
現像装置(4)の開口部に取り付けた端子と導電性支持体に−400Vと0Vのそれぞれをピークに持つ各瞬間における平均電位が−200Vの交流バイアスを5KHzの周波数で交流電源から印加した。
トナーとしてimagio Neo C320に搭載されるBK色トナー(ワックス非含有粉砕トナー)を現像装置(4)に供給して使用した。
これらの現像装置およびトナーをimagio Neo C320の黒ステーションに組み込んで画像出力を行い、1000枚画像出力後のトナー担持体上のトナーホッピングの状態、表面層の剥離の有無、異常画像の発生の有無を比較した。
このトナー担持体を実施例1と同様に評価した。
実施例4用の絶縁層用塗工液
ポリエステル樹脂(バイロン20SS(東洋紡社製))90重量部、メラミン樹脂(サイメル325(三井サイテック社製))15重量部をメチルエチルケトン3重量部に溶解し、実施例4用の絶縁層用塗工液を作製した。
このトナー担持体を実施例1と同様に評価した。
実施例5の接着層形成用塗工液
Nメトキシメチル化ナイロン(FR101:鉛市製)5部、メタノール 70部、n−ブタノール 30部
実施例1の導電性支持体に代えて、ポリエチレンテレフタレート樹脂を押し出し成形した支持体を用い、絶縁層を形成せずに櫛歯型電極を形成する他は、実施例1と同様のトナー担持体を得た。
接着層を形成しない他は実施例1を同様のトナー担持体を得た。
接着層を形成しない他は参考例1を同様のトナー担持体を得た。
実施例1の絶縁層形成塗工液に代えて、前記表面層用塗工液を用い、接着層を形成しない他は同様のトナー担持体を得た。
実施例1〜5、参考例1では1000枚画像出力後においても、表面層に剥離が生じることはなく、トナーのホッピングに異常がおきることはなかった。また、出力画像に異常は見られなかった。一方、比較例では表面層に剥離が生じ、トナーのホッピングが生じず、画像も出力できなかった。
なお、比較例3では、表面層塗工液を用いて表面層を浸漬塗工にて塗工槽内へ塗工中、電極層が絶縁層から剥離して表面層塗工液中に遊離する現象が見られた。塗工槽から引き上げたトナー担持体は電極層が崩壊していた。実施例1と同様にトナー担持体上にてトナーがホッピングする様子を確認したが、トナーはホッピングしなかった。
2 帯電ローラ
3 露光装置
4 現像装置
5 転写ローラ
6 クリーニング装置
7 定着装置
7a 加熱ローラ
7b 加圧ローラ
8 容器
8a 開口部
9 トナー担持体
10 循環パドル
11 トナー規制部材
A 回転方向
B 搬送方向
C 回転方向
D 間隔
T トナー
d 幅
90A 電極パターン
90Aa 電極
90B 電極パターン
90Bb 電極
91A 導電性支持体
91B 電極
91Bb 電極
93 支持体
95 絶縁層
97 接着層
98 表面層
Claims (4)
- 導電性支持体、導電性支持体上に形成された絶縁層、絶縁層上に一定の間隔で並べられた複数の電極、前記複数の電極及び前記絶縁層をともに覆う表面層、並びに、前記表面層と前記複数の電極及び前記絶縁層との間で両者を接着する接着層を有し、前記電極と導電性支持体との間に、電界が周期的に反転するように電圧が印加されたときに、トナーホッピング用(トナークラウド用)の電界を生じさせるトナー担持体であって、
前記表面層が下記一般式(1)で示される構造単位を含む重合化合物を含有するものであり、前記接着層が、ポリビニルブチラール樹脂を含むものであることを特徴とするトナー担持体。
- 前記絶縁層がアルキッド−メラミン樹脂を含むものであることを特徴とする請求項1に記載のトナー担持体。
- 前記請求項1または2に記載のトナー担持体を含むことを特徴とする現像装置。
- 前記請求項1または2に記載のトナー担持体を含むことを特徴とする画像形成装置。
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