JPH07107616B2 - 現像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は非磁性一成分トナーの現像装置に関するもので
ある。

従来技術 従来、非磁性一成分トナーを現像する一般的な方法の一
つとして、トナー担持体（すなわち現像ロール）上のト
ナーをブレード状或いはロール状の部材により薄層化せ
しめ、それを静電潜像の形成された感光体上に当接する
ことにより現像する方法がある。この場合、薄層形成部
材は、対トナー離型性、耐摩耗性、対トナー帯電性等が
要求され、ステンレス等の金属、フッ素樹脂、変形フッ
素樹脂などが用いられてきた。しかし、金属では対トナ
ー離型性が著しく悪く、トナー当接面にトナーが固着し
てしまう為、トナー薄層上にスジが発生し、それが白ス
ジとなって画像上にあらわれるという大きな欠点があっ
た。又、フッ素樹脂等では対トナー離型性は優れている
ものの対摩耗性が非常に悪く、寿命が短かったり、マイ
ナス帯電特性が非常に強い為に、トナーをプラス帯電さ
せやすいがマイナス帯電させる事が難しく、プラストナ
ー及びマイナストナーに対して共通部材化する事が困難
であった。更にフッ素樹脂の改良としてポリエチレン等
に代表される他の樹脂との共重合体である変性フッ素樹
脂を用いても、耐摩耗性、対トナー帯電性は若干改良さ
れるものの離型性が低下してトナー固着が発生する。

次に、特開昭57-66442にみられる様な、シリコーン樹
脂、変性シリコーン樹脂、シリコーンオイルを摩擦帯電
部材として使用しても耐摩耗性、対トナー離型性に劣っ
ていた。

以上の様なところから、トナー薄層形成部材として必要
な諸特性、特に耐摩耗性、対トナー離型性、トナー帯電
性を同時に満足する部材が要求されていた。

目的 本発明の目的は従来の欠点を改良した現像装置を提供す
ることである。

構成 本発明者は前記目的を達成するために鋭意研究した結
果、トナー担持体の表面に薄層形成部材によって一成分
トナーの薄層を設ける現像装置において、前記薄層形成
部材がシロキサンポリマーのポリマー架橋度が４〜８×
10^-4モル/ccであり、前記シロキサンポリマー100重量部
に対して30〜70重量部のシリカを含有するシリコーンゴ
ムで構成されていることを特徴とする一成分トナーの現
像装置を提供することによって前記目的が達成できるこ
とを見出した。

本発明は非磁性一成分トナーの薄層形成部材としてシリ
コーンゴムを用いることを特徴としており、前記シリコ
ーンゴムはシロキサンポリマーのポリマー架橋密度が４
〜８×10^-4モル/ccであり、前記シロキサンポリマー100
重量部に対して30〜70重量部のシリカを含有することを
特徴とするものである。

ここでシロキサンポリマーのポリマー架橋密度はR.B.PR
IME,Thermochimica Acta 26，（1978）、166〜174及び
「シリコーンゴムの応用開発」、ポリマーダイジェス
ト、1980,8,P59〜60に記載されている方法で測定でき
る。

すなわち、2mm厚に加硫成型したゴムシートから5mm×20
mmの試料を切り出し、50mlのトルエンの中に室温で浸漬
する。そして適当な時間毎にトルエンを含んだ試料の重
量を測定する。24時間を隔てて測定した２つの測定値の
差が、試料重量の１％以下となった時の、その試料重量
をｗ（ｇ）とする。

次いでその試料を風乾したのち、120℃で３時間乾燥し
てトルエンを除き、重量Wo（ｇ）を測定する。そして白
金ボート上に載せ窒素気流中で10℃／分以下の加熱速度
で900℃まで加熱し、10分間900℃で保持した後、冷却
し、残った試料分の重量Wf（ｇ）を測定する。

以上の測定値を用いて、次式で加硫ゴム1cc当り含まれ
る架橋数No/Vo（モル/cc）を求めて架橋密度とする。

ここで シリコーンゴムのポリマー架橋密度が４×10^-4モル/cc
より小さければ分子間の結合が弱くなり、摩耗し易くな
り、薄槽形成部材としての寿命が短かくなる。さらにま
た、ポリマー架橋密度が４×10^-4モル/ccより小さい
と、トナーが薄層形成部材に固着し易くなり、トナー薄
層に白スズができ易くなる。また逆に、ポリマー架橋密
度が８×10^-4モル/ccを超えると加工時に割れ、欠けが
発生し易くなり、薄層形成がうまく行われない。

シリコーンゴムの薄層形成部材は従来の剛性部材と比較
して可撓性を有しているため、現像ロールなどともなじ
みが良く、ロール当接面の不均一性も無く、薄層形成部
材として好適である。

シリコーンゴムは通常、メチルビニルポリシロキサンと
乾式シリカ、湿式シリカ等に代表される補強剤、珪藻
土、石英等に代表される増量充填剤、その他種々の目的
に応じて混入される添加剤等を調合混練したものであ
り、その硬化温度に従がい高温加硫型（HTV）、低温加
硫型（LTV）、室温加硫型（RTV）に大別できる。

その機械的特性、電気特性等はポリシロキサンの網目構
造の大きさ（ポリマー架橋密度）や補強剤としてのシリ
カの表面性状や含有量等で大きく変化する。

具体的に各特性とシリコーンゴムとの関連について述べ
る。

ｉ）対トナー離型性、耐摩耗性試験 ポリマー架橋密度（ポリマーのみを硬化した時の架橋密
度）が1.24×10^-4,3.62×10^-4,5.09×10^-4,7.21×10^-4
モル/ccであるシリコーン生ゴム100重量部に湿気シリカ
（デグサ社、Ｄ−17）を各々30,50,70重量部混練し、計
12種類のシリコーンゴムコンパクンドを得た。このシリ
コーンゴムコンパウンド100重量部に加硫剤１重量部を
混練し、下記条件下で2mm厚のシリコーンゴムシートを
プレス成型した。

一次加硫温度 170℃ 一次加硫時間 10分 一次加硫圧力 130kg/cm² 二次加硫温度 200℃ 二次加硫時間 ４時間 このシリコーンゴムシートの対トナー接着力を次述する
方法で測定した。

接着力の測定 15mm×2mmの前記シリコーンゴムシートをシースヒータ
ー上に貼り付け、一方、もう一つのシースヒータ上ー上
に紙を固定し、以下の組成の溶融混練粉砕物からなるト
ナーをこの紙上に５×10^-21g/cm²の量で層上におき、シ
ースヒーターによりゴムシート表面温度およびドナー温
度を120℃としたのち、ゴムシートをトナー表面に約3kg
/15mm×15mmの圧力で２分間押しつけ、ついで40mm/分の
速度でゴムシートを引き離し、このときゴムシートとト
ナー間にかかる力の最大値をトナーとの接着力（g/2.25
cm²）とした。

〔トナー組成〕

スチレン−アクリル樹脂 100重量部 ニグロシン染料 ２重量部 カーボンブラック 10重量部 測定結果を第２図に示す。

第２図から、シリコーンゴムとトナーとの接着力はシリ
コーンゴムのポリマー架橋密度とシリカ含有量により異
なり、ポリマー架橋密度を大きく、シリカ含有量を少な
くすることにより接着力が低く、即ち、離型性が良くな
ることが判明した。

次に全く同様の試料を同様の成型方法で、1mm厚のシリ
コーンゴムシートを作製した。20mm×220mm×5mmのアル
ミホルダーの片面をトルエンにより洗浄した後、オキシ
ム縮合型シリコーンゴム接着剤（トーレ・シリコーン、
SH780）を薄層に塗布して、ブレードの先端からの突き
出し長さが2mmになる様にシリコーンゴムシートを圧着
した。これを24時間放置し接着剤が硬化後、シリコーン
ゴムシートの先端を60度にカッティングしシリコーンゴ
ムブレードとした。

これを第１図に示した現像装置に装着し、下記条件下
で、24時間現像ローラと回転後のシリコーンゴムブレー
ドのトナー当接面におけるトナー固着の程度を観察し
た。

トナー：接着力測定と同様のもの 現像ロール：カーボン含有シリコーンゴム （ローラ長220mm、ローラ径20mm、ゴム層厚6mm、硬度50
度（JISA）、電気抵抗10³Ω・cm） ブレード押圧:500g/220mm ブレード長 現像ロール線速:200mm/sec トナーの固着ランクは下記のように４段階に分けた。

１…固着全くなし； ２…固着微かに発生： ３…ランク２より固着量は多いが、拭取りにより容易に
取れる； ４…トナーが溶融状態で拭取りでトナーがとれない。

第３図から、シリコーンゴムの固着は第２図の接着力と
ほぼ相関関係があり、接着力200g/2.25cm²以下で固着の
発生は無かった。

摩耗量の測定は、第６図に示したようにドクターブレー
ド２によって支持された試験前後のシリコーンゴムブレ
ード１の長さをレーザーマイクロゲージにより測定し
て、前後の差を摩耗長（μｍ）とした。

測定結果を第４図に示す。

ii）対トナー帯電性 プラス帯電トナー ｉ）で用いたトナーと同様のもの マイナス帯電トナー スチレンアクリル樹脂 100重量部 カーボン 10重量部 含クロムモノアゾ染料 ２重量部 （粒径12μｍ） ｉ）で用いた12種類のシリコーンゴムブレードの上記し
たプラストマー及びマイナストナーに対する摩耗帯電性
をブローオフ法により測定し、第５図に示した。

トナー帯電性は、プラス帯電トナーに関してはシリコー
ンゴムがマイナス極性に強い為に、どの様なシリコーン
ゴムでもトナーの帯電量は大きいが、マイナス帯電トナ
ーに関してはシリコーンゴムの高架橋密度化が進むと共
に、帯電量は小さくなる。しかし、これは充電剤（シリ
カ）の添加により、シリコーンゴムのマイナス極性を小
さくすることで、帯電量を大きくすることが可能であ
る。

ポリマー架橋密度が低い場合には、シリカの添加によ
り、シリコーンゴムのマイナス極性が大きくなるが、あ
る程度ポリマー架橋密度が高くなると、逆にシリカの添
加によりマイナス極性が小さくなる。これは、ポリマー
架橋密度が高くなる程ポリマー自身のマイナス極性が大
きくなり、もともとマイナス極性をもつシリカ以上にポ
リマーのマイナス極性が大きくなる時、シリカを添加す
ることによりポリマーとシリカとの混合物であるシリコ
ーンゴムとしてはマイナス極性が小さくなっていくため
であると考えられる。

ポリマー架橋密度が４〜８×10^-4モル/ccではマイナス
極性が大きいために30〜70重量部のシリカの添加によ
り、マイナストナーの帯電量をあげることが可能であ
る。

ここで70重量部以上シリカを添加すると、保存中のスコ
ーチング性が悪化してしまい、又、30重量部以下の添加
では帯電性改善の効果があまりない。

これ等のシリコーンゴムは摩耗試験の結果から、摩耗量
が数10μm/万枚以下であり、例えば従来用いられてきた
テトラフロオロエチレン−パーフロオロアルキルビニル
エーテル共重合体（以下、PFAと称する）等のフッ素樹
脂が数百μm/万枚であるのに比較すると優れた耐摩耗性
をもつものである。薄層化ブレードの寿命は他の特性が
満足されれば、ブレードの突き出し長により決定される
が、その設定値を数mm以上にする事により、耐久枚数が
100万枚以上という高寿命トナー薄層形成用ブレードを
得ることができる。又、本発明のシリコーンゴムには他
の種々の目的の為にシリカ以外の他の無機充填剤や架橋
剤、熱安定剤、加工助剤などを添加することができる。
無機充填剤としては、珪藻土、石英粉末、酸化鉄、酸化
亜鉛、酸化チタン、酸化カルシウム、酸化マグネシウ
ム、タルク、珪酸アルミニウム、酸化アルミニウムなど
の粉末、カーボンブラック、チタン酸カリウム、アスベ
スト、ガラス、カーボンなどの繊維、テフロン、窒化ホ
ウ素などの粉末が用いられる。

本発明のトナー薄層形成部材は、優れた離型性、耐摩耗
性を有しているので、他に例えば感光体、定着ローラ、
加圧ローラ等のクリーニングブレードに使用する事も可
能である。

本発明の現像装置に使用されるトナーは非磁性一成分ト
ナーであり、ここで使用される着色剤の代表例としては
カーボンブラック、ニグロシン染料、アニリンブルー、
フタロシアニンブルー、ウルトラマリンブルー、キノリ
ンイエロー、カルコオイルブルーなどがあげられ、ま
た、結着樹脂の代表例としてはポリスチレン、塩素化パ
ラフィン、ポリ塩素化パラフィン、ポリ塩化ビニル、フ
ェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリアマ
イド、ポリアクリル酸樹脂、ポリスチレン、ポリプロピ
レンなどの重合体及びこれらのモノマーを含む共重合体
などがあげられる。

トナーの製造はこれら着色剤及び結着樹脂をいずれも単
独で用いられても二種以上併用されてもよい。これらを
所定の割合で加え、ロールミルで溶融混練した後、ハン
マーミルで粗粉砕し、更にジェットミルで微粉砕して粒
度約５〜20μｍの一成分系トナーとすればよい。一成分
系磁性トナーの製造であれば、上記混練物中に、さらに
適当量（10〜70重量部）の磁性体を添加させておけばよ
い。

なお、このようなトナー中に、一次粒子の平均粒径が５
〜100mμの金属酸化物を混入すれば、トナーが融着した
りする現象が防止できる。

金属酸化物としては、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ア
ルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム、酸化コ
バルト、酸化スズ、酸化タンタル、酸化クロムがある。
これらの物質は１種に限らず、勿論２種以上併用しても
よい。この金属酸化物は、トナー重量当り、0.01〜10重
量部の範囲で用いればよい。特に好ましくは、0.05〜１
重量部の範囲で用いるのが適当である。0.01重量部より
少なくては、トナー融着防止効果がなく、10重量部を超
えると、地肌汚れ、環境変動の悪化等が見られる。

金属酸化物の粒径が、5mμより小さいと研磨効果がほと
んどなく、トナー融着防止効果がない。また100mμより
大きいと、シリコーンゴムブレードにトナーと同程度の
大きさのキズを付け、そこに微粉トナーが付着し、トナ
ーの融着を促進させるものと考えられる。

金属酸化以外の研磨材、たとえは炭化珪素、窒化珪素、
炭化硼素等はトナー融着防止効果はなかった。これは研
磨効果が強すぎ、ブレードにトナー粒子大の傷を付ける
ためであると考えられている。

また、高級脂肪酸金属塩、ポリエチレン、シリコーン樹
脂等の潤滑剤も効果はなかった。これは、薄層形成部材
が金属ではなく、シリコーンゴムを使用している為、薄
層形成部材への吸着が少なく、潤滑効果が得られなかっ
たものと思われる。

金属酸化物が効果があるのは、金属酸化物は極性を持っ
ており、シリコーンゴムの極性基と極性結合が起こり、
シリコーンゴムに比較的強固に吸着する。その吸着した
金属酸化物がコロの役目を果たし、トナーの融着を防止
しているものと考えられる。

以下、本発明を下記の実施例及び比較例によってさらに
詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
ないことを理解すべきである。

なお、各成分の量（部）は全て重量部である。

実施例１ ポリメチルビニルシロキサン 100重量部 （ポリマー架橋密度6.8×10^-4モル/cc） 湿式シリカ 55重量部 比較例１ ポリメチルビニルシロキサン 100重量部 （ポリマー架橋密度6.8×10^-4モル/cc） 湿式シリカ 20重量部 比較例２ ポリメチルビニルシロキサン 100重量部 （ポリマー架橋密度1.5×10^-4モル/cc） 湿式シリカ 55重量部 実施例１及び比較例１及び比較例２のシリコーンゴムコ
ンパウンド100重量部に対し、加硫剤（RC−4,トーレ・
シリコーン）１重量部を添加混練した後、前述と全く同
様のシート成形法及びブレード作製法にもとづき、突き
出し量5mmのシリコーンゴムブレードを作製した。又、
同時に比較例３としてPFAブレードも作製してシリコー
ンゴムブレードとの比較を行なった。

これ等のトナー薄層化ブレードを第１図の現像ユニット
に装着し、前述のプラス帯電トナー及び、マイナス帯電
トナーを用いて20万枚の連続通紙試験を行なった。得ら
れた結果を表１に示す。

比較例１はトナー固着性、耐摩耗性共に良いが、マイナ
ス帯電トナーを帯電させ難い。比較例２はトナー固着
性、耐摩耗性共に満足しない。比較例３のPFAはマイナ
ス極性が強い為、マイナス帯電トナーがプラスに帯電し
てしまい、又プラス帯電トナーにおいて耐摩耗性が不足
している。実施例１ではプラス、マイナストナーの帯電
性、トナー固着性、耐摩耗性共に良好で、20万枚通紙時
での摩耗量から、ブレード寿命は約140万枚と予想でき
た。

実施例２ スチレン−アクリル酸共重合体 100部 （三洋化成社製ハイマーSBM−700） 低分子量ポリプロピレン ５部 ニグロシン系染料 ２部 （オリエント化学社製ボントロンＮ−06） カーボンブラック 10部 （三菱化成工業社製Ｃ＃44） 上記組成の混合物をロールミルで120〜130℃の温度で約
30分加熱溶融し、室温まで冷却後得られた混合物を粉砕
し、５〜15μｍの粒径のトナーを得た。これにα−Al₂O
₃（平均粒径20mμ）0.3部をスピードニーダーで十分攪
拌混合してトナーにした。トナー層厚規制部材としての
シリコーンゴムは下記の通りである。

メチルビニルポリシロキサン 100部 （ポリマー架橋密度５×10^-4モル/cc） 湿式シリカ 70部 加硫剤（トーレRC−４） １部 上記組成の混合物をロールミルで混練し、170℃、10
分、100kg/cm²の圧力でプレス硬化させた。

トナー搬送部材と上記シリコーンゴムを用いたトナー層
厚規制部材を有し、トナー層厚規制部材がトナー搬送部
材に当接している現像装置（第７図）にこの実施例の上
記トナーを用いて連続複写を行ない、画像性と耐久性の
試験をした。

静電潜像は、有機感光体に800Vの帯電をした後、露光
し、潜像を形成した。

この結果、画像は良好で、特に初期画像と50万枚連続コ
ピー後の画像品質の差は特に見当たらず、白スジのよう
な異常画像も現われなかった。また、トナーの帯電量の
変化もなく、トナー搬送部材および、トナー層厚規制部
材へのトナー融着もなく、トナー搬送部材に、均一なト
ナー薄層が形成されていた。

実施例３ 下記組成の混合物を用い実施例２と同様にして実施例２
とほぼ同等の粒径をもったトナーを作った。

ポリエステル樹脂 100部 低分子量ポリプロピレン ４部 アゾ系染料 ３部 カーボンブラック ７部 前記トナーにα−Al₂O₃（平均粒径30mμ）微粉末を0.1
部加え、スピードニーダーで混合し、トナーを得た。ま
たシリコーンゴムはメチルビニルポリシロキサンのポリ
マー架橋密度を７×10^-4モル/ccに換えた以外は実施例
２と同様にして作った。

このシリコーンゴムと前記トナーとを第８図の現像装置
に使用して、ネガポジ現像を行ない、連続複写の試験を
行った結果、画像は良好で、特に初期画像と50万枚連続
コピー後の画像品質の差は観察されず、白スジ等の異常
画像もなかった。またトナーの帯電量の変化もなく、ト
ナー搬送部材およびトナー層厚規制部材へのトナー融着
もなく、トナー搬送部材に均一なトナー薄層を形成して
いた。

比較例４ 実施例２のシリコーンゴムをフッ素樹脂に加えた以外
は、実施例２と同様に複写試験を行った。初めのうちは
良好な薄層が形成されて画像にも問題がなかったが、３
万枚の連続コピー後は、トナー層厚規制部材にトナーの
融着が生じ、画像は、地肌汚れのために品質が著しく低
下し、更に連続複写を続けると画像上に白スジが発生し
た。

実施例４〜６ 実施例２における金属酸化物の種類と量を変えた以外
は、同様のトナーを製造し、実施例２と同じ条件で連続
複写した結果を下記の表２に示す。

効果 本発明は一成分トナーの薄層形成部材に特定のポリマー
架橋密度及びシリカ含有量を有するシリコーンゴムを使
用することにより、耐摩耗性、トナー固着性、プラス帯
電トナー及びマイナス帯電トナーに共用が可能なトナー
帯電性に優れ、安定したトナー薄層が長期間得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第７図及び第８図は本発明の薄層形成部材を使
用した現像装置の概略図であり、第６図は薄層形成部材
の先端部の概略図である。 第２図はトナー接着力とポリマー架橋密度との関係を示
すグラフであり；第３図はトナー固着性とポリマー架橋
密度との関係を示すグラフであり；第４図はシリコーン
ゴムブレード摩耗長とポリマー架橋密度との関係を示す
グラフであり；第５図はトナー帯電量とポリマー架橋密
度との関係を示すグラフである。 １……シリコーンゴムブレード ２……ドクターブレード、３……感光体 ４……現像ローラー、５……トナー ６……ホッパー、７……アジテーター ８……トナー補給ローラー ９……ポリウレタンフォーム等の可撓材からなる表面部 10……導電性基体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トナー担持体の表面に薄層形成部材によっ
   て一成分トナーの薄層を設ける現像装置において、前記
   薄層形成部材がシロキサンポリマーのポリマー架橋度が
   ４〜８×10^-4モル/ccであり、前記シロキサンポリマー1
   00重量部に対して30〜70重量部のシリカを含有するシリ
   コーンゴムで構成されていることを特徴とする一成分ト
   ナーの現像装置。