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発明の名称 画像形成装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−24372
公開日 平成11年(1999)1月29日
出願番号 特願平9−183427
出願日 平成9年(1997)7月9日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】渡辺 敬介 (外1名)
発明者 小川 研也 / 境澤 勝弘 / 大関 行弘
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 像担持体と、像担持体に接触し像担持体表面を所定の電位まで帯電する帯電手段と、一成分現像剤により像担持体上の静電潜像を可視化せしめる現像手段と、可視化された像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写手段を備えた画像形成装置において、該一成分現像剤は、前記一成分現像剤と同極性である第1の外添剤と、前記一成分現像剤と逆極性である第2の外添剤の少なくとも2種類の粒子が外添されており、且つ非画像形成時において前記第2の外添剤が前記帯電手段から像担持体に移動する電界を印加することを特徴とする画像形成装置。
【請求項2】 前記転写手段が接触転写手段であり、非画像形成時において前記第2の外添剤が像担持体から前記転写手段に移動する電界を印加することを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
【請求項3】 前記第2の外添剤が、一成分現像剤表面上に占める面積被覆率αを50%以下とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
【請求項4】 前記第1の外添剤の現像剤に対する重量混合率M1、前記第2の外添剤の現像剤に対する重量混合率M2、第1の外添剤の摩擦帯電量の絶対値Q1、第2の外添剤の摩擦帯電量の絶対値Q2、前記第2の外添剤が一成分現像剤表面上に占める面積被覆率αの関係をQl×M1×α<Q2×M2とすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項5】 前記第1の外添剤粒子の一次粒径が1nm〜100nm、前記第2の外添剤の一次粒径が0.1〜2μmであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項6】 前記一成分現像剤は、外添する以前の形状係数SF−1が100〜130、SF−2が100〜120、第1の外添剤と第2の外添剤を外添した後の形状係数SF−1が130〜170、SF−2が120〜160の範囲であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項7】 前記一成分現像剤の一部又は全体が重合法により形成されたことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項8】 前記一成分現像剤の一部または全体が低軟化点物質であり、該低軟化点物質の融点が40〜90℃であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項9】 前記現像手段は、非磁性一成分現像剤を収容するケースと、一定方向に回転することによって像担持体上に形成した静電潜像に一成分現像剤を供給して可視化せしめる現像剤担持体と、該現像剤担持体に対向配置され該現像剤担持体上に非磁性一成分現像剤を塗布する現像剤供給部材と、該現像剤供給部材の該現像剤担持体回転方向下流側に該現像剤担持体に圧接して存在して該現像剤担持体上の現像剤の量を規制し、且つ均一に塗布せしめる現像剤規制部材を備えていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項10】 前記現像剤担持体は、前記像担持体と一定の現像間隙を持って対向配置され、前記現像間隙に交互電界を形成して、前記非磁性一成分現像剤を現像剤担持体と像担持体間で往復動させることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の画像形成装置。
【請求項11】 前記現像剤担持体と前記像担持体に印加する交互電界の振幅を2kV/mm〜5kV/mmとすることを特徴とする請求項10に記載の画像形成装置。
【請求項12】 前記転写手段後に像担持体上に残余した一成分現像剤を現像手段において回収することを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の画像形成装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真感光体あるいは静電記録誘電体等の像担持体に潜像を形成し、該潜像を顕像化した後、記録媒体に転写することで画像を形成する画像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】コンピュータ等の外部装置の出力手段や複写機としては、従来より図7に示したような電子写真法を用いた画像形成装置が提案されている。潜像担持体としての通常ドラム状とされる電子写真感光体10は、帯電ローラ13にて一様に帯電される。次に外部装置より入力された画像情報に対応して露光装置14より感光体10上に光照射を行い、潜像を形成する。この感光ドラム10上の静電潜像は現像装置40において、1次帯電器117と同極性の現像剤Tにより反転現像され、可視像すなわちトナー像とされる(反転現像)。該トナー像は転写ローラ11にて転写材Pに転写される。転写材Pは感光体10より分離され、続いて定着装置126に搬送されて、定着後に永久像となる。一方、転写ローラ11で転写されずに残った感光体ドラム10上の現像剤Tは、クリーニング装置12にて除去され、感光ドラム10は次の画像形成プロセスに供される。
【0003】ここで図7中の現像装置40について詳しく説明する。近年、簡易なカラー現像方法として非磁性一成分現像法が実用化されてきている。上記現像装置は、絶縁性一成分現像剤であるトナーTを収容した現像容器40aを有する。本例ではトナーTは負帯電性であり、かつイエロー・マゼンタ・シアン・ブラック各色いずれかの顔料を含有した負帯電性非磁性トナーである。
【0004】現像装置40中にはトナー撹拌部材6が図中矢印の方向に回転して存在しており、トナーTを現像スリーブ3ならびに現像剤供給ローラ5に向けて搬送している。
【0005】また現像装置40はアルミニウム、ステンレス等の金属からなる外径16mmの導電性円柱スリーブ3を有し、図示されていない間隙規制部材により、対向する感光ドラム10と一定間隔を保って配置されている。
【0006】現像スリーブ3にはウレタンスポンジ製の現像剤供給ローラ5が当接されている。現像剤供給ローラ5は、現像スリーブ3と逆方向に回転することで現像スリーブ3上のトナー履歴(いわゆるゴースト)を除去すると同時にトナーTを現像スリーブ3上に供給する。
【0007】現像スリーブ3にはトナー量規制部材として現像ブレード1が当接されており、現像スリーブ3上のトナーを規制してトナー薄層7を形成し、現像領域(ドラム対向位置)に搬送されるトナー量を規定している。現像領域に搬送されるトナー量は現像スリーブ3上に接触する現像ブレード1の当接圧や当接長さ等により決定される。現像ブレード1は厚さ数百μmのリン青銅・ステンレス等の金属薄板2上に接着もしくは溶着されており、金属薄板2の弾性によって現像ブレード1は均一に現像スリーブ3に当接されているチップブレードである。このとき全属薄板2の材質、厚さ、侵入量、設定角によって現像ブレード1の当接条件が決定され、搬送トナー量は現像スリーブ3の表面単位面積当たりで0.3〜1.0mg/cm2程度に規定される。
【0008】現像領域に搬送されたトナーは、現像時、現像スリーブ3に感光ドラム10との間に印加した現像電源による現像電界により、現像スリーブ3から矢印方向に回転する感光ドラム10上に飛翔し、感光ドラム10上の潜像に付着し、潜像をトナー像として可視化する。
【0009】ここでトナーTについて説明する。従来よりトナーを製造する方法としては、樹脂,低軟化点物質からなる離型剤,着色剤,荷電制御剤等を加圧ニーダーやエクストルーダー又はメディア分散機を用い均一に分散せしめた後、機械的又はジェット気流下でターゲットに衝突させ、所望のトナー粒径に微粉砕化せしめた後、更に分級工程を経て粒度分布をシャープ化せしめトナー化する所謂粉砕方法によるトナーの製造方法の他に、特公昭56−13945号公報等に記載のディスク又は多流体ノズルを用い溶融混合物を空気中に霧化し球状トナーを得る方法や、特公昭36−10231号公報,特開昭59−53856号公報,特開昭59−61842号公報に述べられている懸濁重合方法を用いて直接トナーを生成する方法や、単量体には可溶で得られる重合体が不溶な水系有機溶剤を用い直接トナーを生成する分散重合方法又は水溶性極性重合開始剤存在下で直接重合しトナーを生成するソープフリー重合方法に代表される乳化重合方法等を用いトナーを製造することが可能である。
【0010】そして近年、トナー形状が球形であるトナーを用いることで、トナーの流動性ならびにトナー転写時における転写効率を向上できることが判ってきた。
【0011】球形であるトナーを製造する方法としては、主に以下の2つがある。
1.従来の粉砕トナー表面を熱的・機械的ストレスにより塑性球形化処理する。
2.重合法により製造する。
【0012】トナー形状の作用効果としては、球形とすることでトナーの転写効率を大幅に向上することが可能となる。また粉砕トナーのような不定形トナーではローラ転写において転写ローラ押圧が高いと、トナーが感光体に機械的に押しつけられて転写不良となる、いわゆる”文字の中抜け”が発生しやすくなるが、球形トナーでは”文字の中抜け”も発生し難くなる。
【0013】そして重合トナーとしては比較的容易に球形で、粒度分布がシャープな4〜8μm粒径の微粒子トナーが得られる常圧下での、または、加圧下での懸濁重合方法が特に好ましい。
【0014】近年の電子写真の高画質化の一環としてトナーの小粒径化があるが、粒子を粉砕するのに必要なエネルギーはトナー粒径の−2乗に比例するため、粉砕法によるトナーの小粒径化は困難である。しかしながら、重合法は化学反応を用いてトナー粒子を生成するため、トナーの小粒径化が容易であり、かつシャープな粒径分布も得られ易いため、重合法は球形である高品位な画像形成にも適している。
【0015】また懸濁重合法によれば低軟化点物質を内包化せしめることが可能であり、具体的方法としては、水系媒体中での材料の極性を主要単量体より低軟化点物質の方を小さく設定し、更に少量の極性の大きな樹脂又は単量体を添加せしめることで低軟化点物質を外殻樹脂で被覆した所謂コア/シェル構造を有するトナーを得ることができる。
【0016】このようなコア/シェル構造を有する重合トナーではコア物質として低軟化点物質を用いることで従来よりも少ない熱量での熱定着が可能となる。
【0017】更にコア物質として高離型性物質を用いることで、定着ローラヘのトナー溶着を防ぐことも可能である。これによって定着器にシリコーンオイル等の離型剤を塗布する必要が無くなるため、定着器構成が簡潔になり定着器の低価格化・メンテナンスフリーを達成することもできる。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】先に述べたように、球形であるトナーを用いることで(1)転写効率の向上(2)転写中抜けの改善といったメリットがある。
【0019】さらに重合法により前記球形トナーを製造することで(3)トナーの小粒径化が容易(4)トナーの粒径分布がシャープ(トリボ分布がシャープ)にする事が可能となり、さらに前記重合法として懸濁重合法によりトナーにコア/シェル構造を持たせることで、(5)定着性の向上と耐ブロッキング性の両立(6)コア部に離型剤を用いることによる定着部オイル塗布部材の簡素化が達成され、画像形成装置全体としての高画質化と低コスト化が図られるものである。
【0020】ここで従来の一成分現像装置では、良好な現像特性(画像濃度・非画像部へのトナー付着(カブリ)・トナー飛散等)を得るために、規制部材により現像スリーブ上のトナーを均一に摺擦し、摩擦帯電し、且つ安定したトナー薄層を形成する必要がある。
【0021】また上述した従来の非磁性一成分現像装置では、非磁性現像剤供給部材5により現像スリーブ3上のトナーを1度掻き取り、過去のトナー履歴を除去した後に新たなトナー層を現像スリーブ上に供給する必要がある。現像スリーブ3上のトナーを掻き取る事が出来ないと、トナーのチャージアップやハーフトーンにおける画像ムラが発生し、画像品位を著しく落としてしまう。
【0022】したがって上記目的を達成するために、重合トナーのような球形トナーを一成分現像剤、特に非磁性一成分現像剤として用いたときには以下の問題点が発生した。
【0023】先ず第1に、前記球形トナー・重合トナーは球形であるが故に、不定形で凹凸が多い粉砕トナーと比べたときに摩擦が小さく滑りやすいために、現像剤規制部材1表面をスリ抜けてしまう。したがって現像剤担持体3上に均一なトナー薄層(トナー塗布量0.3〜1.0mg/cm2)を形成するのが困難である。現像スリーブと摩擦帯電されずに現像剤規制部材1をスリ抜けたトナーは、現像スリーブに鏡像力で付着することが出来ずに、現像スリーブから飛散して画像形成装置を汚染したり、出力画像の品位を落としていた。
【0024】第2に前記球形トナー・重合トナーは球形であるが故に、不定形で凹凸が多い粉砕トナーと比べたときに摩擦が小さく滑りやすい。したがって現像剤供給部材1表面をスリ抜けてしまうため、現像剤供給部材5により現像スリーブ3上からメカニカルに掻き取るのが難しくなる。したがって現像スリーブ3上に残留トナー層が形成されてしまい、現像剤供給部材5による新たなトナー供給が阻害されるため、現像スリーブ上トナーのチャージアップとトナーコート量の低下が、コートムラ・コート不良等の様々な画像劣化をもたらしていた。
【0025】そして第3に、前記球形トナー・重合トナーは滑りやすいが故に、摩擦帯電量が低下するという問題がある。特に非磁性一成分現像装置においては、球形トナーに十分なトリボを与えないと、現像スリーブ上のトナーコート量が減少したり、不均一になってしまい、画像濃度の低下や、ハーフトーン画像の画像ムラとして出力画像の品位を著しく低下させてしまっていた。
【0026】またコア/シェル構造を有する重合トナーには前述したようなメリットが存在し、トナー中の低軟化点物質はトナーの定着温度を低下するもののトナー自体の強度は低下させるため、現像ブレードならびに現像剤供給ローラは低い当接圧で現像スリーブに当接する必要があり、現像剤の規制・剥ぎ取りは更に難しくなっていた。
【0027】すなわち、トナーを球形化することは転写時における上記メリットがあるものの、同時に現像時において上記問題点が発生してしまい、画像形成装置全体としての最適化が困難になっていた。
【0028】一方、球形トナーに対して、トナーと同極性である第1の外添剤(ネガ帯電性外添剤)と、トナーと逆極性である第2の外添剤(ポジ帯電性外添剤)の少なくとも2種類の粒子を外添することで、現像装置内ではポジ帯電性外添剤によりトナー表面に凹凸を形成しトナー滑り性を制御し、且つ現像時に形成される電界によりポジ帯電性外添剤をトナーから分離することで転写時にはトナーを球形化する事が可能となる。しかしながら前記方法は球形トナーにおける転写時のメリットと、現像時におけるトナーコート安定性を両立する事が出来るものの、感光ドラムをローラ・ブラシ等の接触帯電手段により帯電する画像形成装置に前記方法を利用した際にはクリーニング装置をスリ抜けたポジ帯電性外添剤が接触帯電手段に付着・蓄積し、接触帯電手段の電気抵抗を不均一にせしめ、帯電不良に伴うハーフトーンムラ等の画像不良を発生していた。したがって前記方法により高い転写効率とトナーコート安定性を両立するためには、粒径の小さい外添剤すらスリ抜けない複雑且つ高価なクリーニング装置を用いるか、比較的高電圧を必要とし高価である非接触帯電手段により像担持体を帯電する必要があった。
【0029】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、像担持体と、像担持体に接触し像担持体表面を所定の電位まで帯電する帯電手段と、一成分現像剤により像担持体上の静電潜像を可視化せしめる現像手段と、可視化された像担持体上のトナー像を転写材に転写する転写手段を備えた画像形成装置において、該一成分現像剤は、前記一成分現像剤と同極性である第1の外添剤と、前記一成分現像剤と逆極性である第2の外添剤の少なくとも2種類の粒子が外添されており、且つ非画像形成時において前記第2の外添剤が前記帯電手段から像担持体に移動する電界を印加することを特徴とする画像形成装置に関する。
【0030】一成分現像剤と同極性である第1の外添剤によりトナーの帯電性・流動性を向上すると共に、一成分現像剤と逆極性である第2の外添剤を現像時ならびに転写時に印加する電界により一成分現像剤から分離することで、転写時における一成分現像剤の形状を現像手段内における一成分現像剤の形状から変化させ、一成分現像剤の表面形状を変化させることが可能となる。
【0031】また、現像手段内ではトナー形状係数SF1を大きくすることでトナーを非球形化し、トナーの摩擦・摺擦を容易にすることで、現像ブレードにおけるトナー薄層形成、並びにトリボ付与を向上する。且つ転写時にはトナー形状係数SF1を小さくすることで、トナーを球形化し、転写効率、転写中抜け抑制を向上する。
【0032】さらにクリーニングされずに像担持体上に残留した第2の外添剤が接触帯電手段に付着しても、非画像形成時に接触帯電手段から除去するため、接触帯電手段上に第2の外添剤が蓄積することがなく、長期にわたり像担持体の均一な帯電が達成され、良好な画像出力が得られる。
【0033】
【発明の実施の形態】本発明に用いられる形状係数を示すSF1、SF2とは、日立製作所製FE−SEM(S−800)を用いトナー像を100個無作為にサンプリングし、その画像情報はインターフェースを介してニコレ社製画像解析装置(Luzex3)に導入し解析を行い、下式より算出し得られた値を本発明においては形状係数SF1,SF2と定義した。
【0034】
【数1】

(AREA:トナー投影面積、MXLNG:絶対最大長、PERI:周長)
【0035】トナーの形状係数SF1は球形度合を示し、140より大きいと球形から徐々に不定形となる。SF2は凸凹度合を示し、120より大きいとトナー表面の凸凹が顕著となる。
【0036】トナー表面を外添剤により、被覆することにより、トナー同士若しくは感光体間に微小な間隙を設けることで、さらに重合トナーの流動性を向上したり、転写効率を100%近くにまで向上することが可能である。その意味で、トナー表面における第1の外添剤被覆率が、5〜99%、さらに好ましくは10〜99%であることが好ましい。トナー表面の外添剤被覆率は、日立製作所製FE−SEM(S−800)を用いトナー像を100個無作為にサンプリングし、その画像情報はインターフェースを介してニコレ社製画像解析装置(Luzex3)に導入し解析を行い算出した。
【0037】また使用される第1の外添剤もしくは第2の外添剤としては、トナーに添加した時の耐久性の点から、トナー粒子の重量平均径の1/3以下の粒径であることが好ましい。この添加剤の粒径とは、電子顕微鏡におけるトナー粒子の表面観察により求めたその平均粒径を意味する。外添剤としては、たとえば、以下のようなものが用いられる。
【0038】金属酸化物(酸化アルミニウム,酸化チタン,チタン酸ストロンチウム,酸化セリウム,酸化マグネシウム,酸化クロム,酸化錫,酸化亜鉛など)・窒化物(窒化ケイ素など)・炭化物(炭化ケイ素など)・金属塩(硫酸カルシウム,硫酸バリウム,炭酸カルシウムなど)・脂肪酸金属塩(ステアリン酸亜鉛,ステアリン酸カルシウムなど)・カーボンブラック・シリカなど。
【0039】これら外添剤は、トナー粒子100重量部に対し、0.01〜10重量部が用いられ、好ましくは、0.05〜5重量部が用いられる。これら外添剤は、単独で用いても、また、複数併用しても良い。それぞれ、疎水化処理を行ったものが、より好ましい。
【0040】図8は、トナーのトリボ電荷量を測定する装置の説明図である。まず、底に500メッシュのスクリーン43のある金属製の測定容器42に、摩擦帯電量を測定しようとする二成分現像剤を50〜100ml容量のポリエチレン製のビンに入れ、約10〜40秒間手で振とうし、該現像剤を約0.5〜1.5g入れて金属製の蓋44をする。この時の測定容器42全体の重量を量りW1(kg)とする。次に、吸引機41(測定容器42と接する部分は少なくとも絶縁体)において、吸引口47から吸引し風量調節弁46を調節して真空計45の圧力を250mmAqとする。この状態で充分、好ましくは2分間吸引を行い樹脂を吸引除去する。この時の電位計49の電位をV(ボルト)とする。ここで48はコンデンサーであり容量をC(F)とする。また吸引後の測定容器42全体の重量を量りW2(kg)とする。このトナーの摩擦帯電量は下式のごとく計算される。
【0041】
【数2】

【0042】(実施例1)本発明における第一の実施例を図1に示す。
【0043】本実施例は一成分現像剤として、粉砕法により製造されたトナーを球形化処理して得られた球形化トナーT1に、2種類の外添剤を外添したものを用いている。なお、定着手段・転写材等の記述は省略してある。
【0044】像担持体である感光ドラム10は図中矢印方向に周速100mm/secで回転し、帯電ローラ13により−700Vという表面電位に設定される。ここで帯電ローラ13は外径4mmの心棒に、カーボンブラックを分散したウレタンゴムを形成し外径10mm、電気抵抗106Ωである弾性ローラとしたものである。ここで帯電ローラの材質としてはシリコーンゴム・EPDM等の各種弾性体も用いることが出来るが、感光体を所定電位まで十分に帯電するためには107Ω以下、リークの発生を防止するためには105Ω以上の電気抵抗に設定することが好ましい。帯電ローラ13には帯電電源17より−700Vの直流電圧に500Hz・2kVppの交流電圧を重畳している。
【0045】露光手段14は画像に応じた露光を感光ドラム10に行い、静電潜像を形成する。ここで画像部である明部電位は−150V、非画像部である暗部電位は−700Vである。
【0046】現像装置40は現像スリーブ3を有し、現像スリーブ3は感光ドラム10と250μmの間隙を持って位置しており、現像スリーブ3上のトナーを電界により飛翔せしめ、感光ドラム10上の静電潜像をトナー像化する。
【0047】感光ドラム上のトナー像は転写ローラ11により転写紙上に転写され、定着手段により加熱・押圧され転写紙上に固定される。転写ローラ11はEPDMのスポンジに金属酸化物を分散させることで電気抵抗108Ωに設定された弾性ローラであり、通紙時には転写紙・ドラム側に8μAの定電流を流すように制御され、転写紙裏面に充分なポジ電荷を付与している。
【0048】転写紙に転写されず感光ドラム10上に残留したトナーは、クリーニング装置12中に設置されたクリーニングブレード18により、感光ドラムから剥がされ、除去される。但しトナーT1から分離された外添剤については、粒径が小さいため完全にはクリーニングブレード18で除去されずにスリ抜けて帯電ローラ13上に付着する。
【0049】次に現像装置40について詳細に説明する。
【0050】現像装置40中には、球形トナーであるトナーT1が存在する。トナーT1は負帯電性非磁性一成分トナーであり、粉砕トナーを後述する方法で球形化したものに、ネガ帯電性の外添剤と強ポジ帯電性の外添剤の2種類が外添されたものである。
【0051】現像装置40中のトナー撹拌部材6は、図中矢印の方向に回転しており、球形トナーT1を現像スリーブ3ならびに現像剤供給ローラ5に向けて搬送している。
【0052】また現像装置40はアルミニウムからなる直径16φの導電性円柱スリーブ3を有し、図示されていない間隙規制部材により、対向する感光ドラム10と250μmの間隔を保って配置されている。
【0053】現像スリーブ3にはウレタンスポンジ製の現像剤供給ローラ5が当接されている。現像剤供給ローラ5は直径8mmであり、現像スリーブ3に侵入量1mmで当接されており、図示されていないギアにより現像スリーブ3とカウンタ方向に周速50mm/secで駆動されている。現像剤供給ローラ5は現像スリーブ3とカウンタ当接方向に回転することで現像スリーブ3上のトナー履歴(いわゆるゴースト)を除去すると同時にトナーTを現像スリーブ3上に供給する。現像剤供給ローラ5は連泡のスポンジから出来ており、アスカーC硬度で20°の低硬度品である。ここで現像剤供給ローラ5は柔らかいほどトナー供給・除去時のトナー劣化を抑制できる。
【0054】現像スリーブ3にはトナー量規制部材として現像剤規制部材1が当接されており、現像スリーブ3上のトナーを規制して球形トナーT1を摩擦帯電し、現像に適した電荷をトナーに与えると同時に、トナー薄層7を形成し現像領域(ドラム対向位置)に搬送されるトナー量を規定している。
【0055】現像領域に搬送されたトナーは、現像時、現像スリーブ3に感光ドラムとの間に印加した現像電源4による現像電界により、現像スリーブ3から感光ドラム100上に飛翔し、感光ドラム100上の潜像に付着し、潜像をトナー像として可視化する。
【0056】次に、本実施例における球形トナーT1について説明する。
【0057】球形化トナーを製造する方法としては、スチレン−アクリル共重合体を主成分とする結着樹脂,低軟化点物質である離型剤,カーボンブラックを着色剤,モノアゾ染料の金属錯体塩を荷電制御剤として加圧ニーダーやエクストルーダー又はメディア分散機を用い均一に分散せしめた後、機械的又はジェット気流下でターゲットに衝突させ、所望のトナー粒径に微粉砕化せしめた後、塑性球形化処理を行う。更に分級工程を経て粒度分布をシャープ化せしめトナー化する。
【0058】塑性球形化処理を行う具体的装置としては、奈良機械(株)「ハイブリダイゼーション・システム」、ターボエ業(株)「ターボミル」などがあり、例えば、ハイブリダイゼーション・システムは回転板にブレードが装着されており、回転板が高速回転をする事により、循環気流中のトナーが高速回転するブレードに激突する。この際、トナーの凸部分が衝撃エネルギーにより塑性変形をうけて滑面化されトナー全体としては、球形方向への形状変化が起こる。
【0059】その他、球形化する手段としてはトナーの表面をスプレードライヤーを用いて熱風により溶融して球形化したり、トナーを熱気流中に分散してその表面を溶融して球形化する方法などが提案されており、このような製造方法により作成された球形化トナーを本実施例に用いてもよい。
【0060】本実施例において球形トナーT1は上記製造方法により平均粒径8μmで、トナーの形状係数SF1=115、SF2=110の球形トナーが得られた。本球形トナーT1の前述したトリボ測定法による摩擦帯電量は−38μC/gであった。
【0061】ここで摩擦帯電量の測定時には、粒径50μmのフェライトキャリア9.7g中に外添剤を0.3g混入し、ポリエチレン容器中で300回振とうした後に測定を行った。
【0062】本実施例において球形トナーT1の表面は、図2(a)に示したように球形トナーT1が100重量部に対して、トナーと同極性であるネガ帯電性の外添剤1.0重量部に加えて、トナーと逆極性であるポジ帯電性の外添剤0.8重量部を各トナー粒子表面に付着せしめて、非球形化してある。上記2種類の外添剤を外添した後の球形トナーT1のトナー形状係数はSF1=150、SF2=135であった。
【0063】ここでネガ帯電性の外添剤として用いたのは、BET法による比表面積が300m2/g、一次粒径が8nmである疎水性シリカであり、摩擦帯電量は−110μC/gであった。トナーと同極性であるネガ帯電性外添剤の効果としては、トナー帯電性の向上、トナー流動性の向上等の従来の外添剤の効果をトナーに付与することである。
【0064】一方、ポジ帯電性の外添剤としては、一次粒径0.5μmである無色のPMMA粒子を添加してある。本実施例におけるポジ帯電性外添剤の摩擦帯電量は+40μC/gであった。トナーと逆極性であるポジ帯電性外添剤の効果としては、一次粒径0.5μmの粒子を球形トナーに付着させることで、トナー形状を適度に非球形化し、トナーの滑り性の制御が可能となる。したがってトナーが現像ブレードをスリ抜けず、良好なトナー帯電と均一なトナー薄層を得ることが出来る。またトナーが現像剤供給ローラをすり抜けないことでスリーブ上トナーのチャージアップを防ぎ、画像再現性を向上する。
【0065】ここで本発明においては、トナー表面におけるネガ帯電性外添剤とポジ帯電性外添剤は図2(a)のように存在している。ポジ帯電性外添剤の被覆率αを50%以下とすることで、外添剤を含めたトナー全体のトリボを安定してネガに帯電する事が出来るため、カブリの少ない良好な画像を得ることが出来る。前述した測定方法によると本実施例における球形トナーT1表面における外添剤被覆率は強ネガ帯電性外添剤が80%、ポジ帯電性外添剤が22%であった。
【0066】またポジ帯電性外添剤の効果を高めるためには、ポジ帯電性外添剤個々の粒子についてネガ帯電性外添剤が付着してもポジであることが好ましい。具体的にはネガ帯電性外添剤の摩擦帯電量の絶対値Q1、外添量をM1、ポジ帯電性外添剤の摩擦帯電量の絶対値Q2、外添量M2、ポジ帯電性外添剤のトナーT1表面に占める面積被覆率αとしたときにQ2×M2>Q1×M1×αなる条件にすることで、ポジ帯電性外添剤を安定してポジ極性に帯電し、現像/転写時におけるポジ外添剤の分離を容易にし、本発明における効果を安定して得ることが可能となる。
【0067】さらにポジ帯電性外添剤としては球形ではなく不定形であり、粒径が大きな粒子を用いることで、少ない外添量でもトナーの滑り性の制御を可能にしている。ポジ外添剤の一次粒径は0.1〜2μmとすることでトナー形状係数SF1を増加させるとともに、現像/転写時にポジ外添剤を分離しやすく出来る。ネガ帯電性外添剤については0.1μm〜1nmとすることで良好な転写特性が得られた。
【0068】なお本発明においては、ポジ帯電性外添剤によりトナーの形状係数SF1を増加させることで現像時における良好なトナーコート性を得ると同時に、ジャンピング現像法を適正化することで、図2(b)に示したようにドラム上トナーからポジ帯電性外添剤をトナーから分離し、転写時におけるトナー形状係数SF1を低下して、転写効率・転写中抜けを向上している。
【0069】本実施例においては、現像電源4より現像バイアスとして現像スリーブ3には1.5kVpp、周波数2kHzの交流電圧と−500Vの直流電圧が印加されており、250μmの間隙をもって対向する感光ドラム上の静電潜像にトナーを飛翔せしめ、トナー像を形成している。
【0070】本実施例で用いたジャンピング現像法によれば、交番電界により現像剤担持体と感光ドラム上の画像部VL、非画像部Vd間においてトナーの転移・逆転移を発生させることで、ポジ帯電性の外添剤を効果的にネガ帯電性であるトナーから分離し、現像スリーブもしくは非画像部に回収する。これは適切な交番電界により1度感光ドラムの画像部に付着したトナーに対しても再度現像スリーブ側に飛翔させることで、ポジ帯電性外添剤の分離機会を増大させるためである。またジャンピング現像に依れば正規に帯電した−極性のトナーは、画像部に適度なエッジ効果を生じ、鮮明なエッジシャープネスと非画像部に近い潜像である中間調の再現性を向上し、かつ+極性のトナーに関しては現像スリーブに回収することが可能であるため、後述するDC現像法に比べて非画像部におけるカブリを削減できる。
【0071】交流を印加しないDC現像方法においてはトナーを強い電界により往復動作させることがないため、1度ドラム上に付着したトナーからはポジ帯電性外添剤を充分に除去できない。また逆極性に帯電した+極性のトナーは非画像部に付着し、いわゆる画像カブリを形成しやすく、画像品位を落としてしまう。
【0072】ここで現像電界として用いた交番電界の振幅と現像剤のSF1ならびに転写効率の関係について説明する。現像電界振幅Aは現像電源のピークトゥピーク交流電圧Vpp、現像スリーブと感光ドラム間距離SDとするとA=Vpp/2SDで表せる。図5に示したように現像電界振幅A=0であるDC現像方法では、現像後転写前のドラム上トナーの形状係数SF1=150であり、現像装置中のトナーとほぼ同じでであった。その結果、転写効率は77%しかなかった。一方、現像間隙に交番電界を形成し、且つ現像電界振幅を2kV/mm以上とすることでポジ帯電性外添剤をトナー表面から分離し、転写前のトナー形状係数SF1を130以下まで低下させた。その結果、トナーが球形化された後に転写されるため転写効率は95%まで向上した。現像電界振幅を5kV/mm以上とすると潜像条件によってはリークが発生するため、現像電界振幅としては2kV/mm以上5kV/mm以下が望ましい。
【0073】ここで球形トナーとしては、外添する以前の形状係数SF−1が100〜130、SF−2が100〜120であり、且つ第1の外添剤と第2の外添剤を外添した後の形状係数SF−1が130〜170、SF−2が120〜160の範囲である球形トナーを用いたときに、上記現像電界振幅にて現像時におけるトナーコートと転写効率が両立された。
【0074】さらに本実施例では帯電ローラ上にポジ帯電性外添剤が蓄積するのを防止するために、非画像形成時において、帯電ローラからポジ帯電性外添剤を除去する電界を印加している。帯電電圧の直流成分Ch(DC)、交流成分Ch(AC)、現像電圧の直流成分Dev(DC)・交流成分Dev(AC)、転写電圧Trとしてタイミングチャートを図3に示すと、先ず画像形成終了と共に転写電圧が2.0kVから−1.2kV印加に変化し、感光ドラム10の表面電位を−500Vにせしめる。次に帯電電源がDC−700Vから−350Vに切り替わり、同時に帯電電源の交流電圧は切られる。現像電圧の交流成分1.5kVppは画像形成終了と共に切られるが、現像電圧の直流印加電圧−500Vは変化しない。
【0075】上記タイミングチャートに基づく画像形成時の感光ドラム上の各部分における表面電位について図4(a)に示すと、帯電ローラの電位(一点鎖線で記した)は−700Vであり、感光ドラム電位(点線で記した)は帯電・露光後の非画像部Vd=−700V、画像部V1=−150V、転写後はTr=+50Vである。現像スリーブ電位(実線で記した)は−500Vであるから、ネガ帯電性であるトナーは感光ドラム上の画像部V1に付着し、転写紙上に転写される。一方、トナーから分離された感光ドラム上のポジ帯電性外添剤は、ポジであるため感光ドラムから転写紙に転写されず、且つ一次粒径が0.5μmであり通常のクリーニング装置では完全に除去するのは困難であるため、一部スリ抜けてしまう。クリーニング装置をスリ抜けたポジ帯電性外添剤は、帯電ローラ対向部において感光ドラム間に形成される電界により帯電ローラに付着する。
【0076】前記帯電ローラに付着したポジ帯電性外添剤は樹脂粒子で電気抵抗が高いため、多量に蓄積すると帯電ローラの電気抵抗を部分的に上昇させ、ハーフトーンムラ等の画像不良を発生させるので、本発明では電界により帯電ローラから除去する。
【0077】図4(b)に非画像形成時における各部材の電位を記す。転写ローラにより−500Vに帯電された感光ドラムに対して、帯電ローラ電位は−350Vであるため、帯電ローラ上のポジ帯電性外添剤は感光ドラム上に電界により移行する。このとき感光ドラム上と現像スリーブ間は略同一の電位で、且つ現像電圧の交流成分が切れているため、外添剤、トナーの移行は共に存在しない。一方、転写ローラ電位(二点鎖線で記した)は−1.2kVであるため、転写ローラ対向部において感光ドラム間で形成される電界により、ポジ帯電性外添剤は転写ローラに一時的に移行し、次の画像形成時に転写紙間の電界により転写紙裏面に移行し、機外に排出される。ポジ帯電性外添剤は無色の樹脂粒子であるため、転写紙裏面に定着されても汚れとして認識されない。
【0078】また、非画像形成時に転写ローラにトナーと同極性の電圧を印加することは、例えば小サイズ紙の通紙時に非通紙部に存在するドラム上のトナー(いわゆるドラム上のカブリ)が転写ローラを汚染した際には、転写ローラ上に付着したネガ帯電性のトナーを転写ローラから除去する役割も同時に果たしている。
【0079】すなわち本実施例における発明を用いることで、画像形成装置における現像手段内ではトナー形状係数SF1が大きな非球形化トナーとする。したがってトナーの摩擦・摺擦を容易にすることで、現像ブレードにおいてトナー薄層形成並びにトリボ付与を向上し、トナー供給部材における現像スリーブ上の残留トナーの確実な剥ぎ取りを可能にする。
【0080】且つ転写時にはトナー形状係数SF1を小さくすることで、トナーを球形化し、転写効率、転写中抜け抑制を向上することが可能となった。
【0081】さらに非画像形成時にはポジ帯電性外添剤を帯電ローラから感光ドラムに移行させる電界を生じることにより、クリーニング装置をスリ抜けたポジ帯電性外添剤を帯電ローラから除去し、一時的に転写ローラに付着せしめた後、画像形成時に転写紙裏面に転写して排出するため、トナーから分離されたポジ帯電性外添剤が帯電ローラ、転写ローラに蓄積して電気抵抗ムラを生じることなく、長期にわたり安定した接触帯電が実現された。
【0082】また本実施例では、非画像形成時として感光ドラム上に画像が形成されない非通紙時には毎回帯電ローラからポジ帯電性外添剤を除去しているが、一定のインターバル毎に実施したり、装置起動時(前回転時)や装置終了時(後回転時)にのみ実施することも可能である。
【0083】(実施例2)実施例2は本発明における画像形成装置としてクリーナレス画像形成装置、帯電手段として帯電ブラシ、一成分現像剤としてコア/シェル構造を有する重合トナーを適用したものである。
【0084】以下図6により説明する。本実施例の構成は基本的に実施例1と類似であるが、転写後の感光ドラム上残留トナーを回収するクリーニング装置が存在せず、残留トナーは帯電ブラシによりネガに帯電された後、現像装置により回収されるクリーナレスシステムである。したがってクリーナレスシステムは画像形成装置の小型化、トナーの有効活用が可能となるというメリットを有する。
【0085】しかしながらクリーナレスシステムにおいては、感光ドラム上に残留したトナーが多量に存在すると次の画像形成プロセス時において、感光ドラムの帯電不良、露光不良によって画像不良を発生してしまう。
【0086】そこで安定したクリーナレスシステムを得るには転写効率を100%近くまで高めることが望まれている。
【0087】本実施例では、前述したように高い転写効率が得られる球形トナーを簡易に得る手段として懸濁重合法を用いることで、トナーの小粒径化が容易になると同時にトナーの粒径分布をシャープにし、画像の高精細化を達成し、さらに懸濁重合法によりトナーにコア/シエル構造を持たせることで、定着性の向上と耐ブロッキング性の両立、ならびにコア部に離型剤を用いることによる定着部オイル塗布部材の簡素化を可能にした。
【0088】以下に本実施例に用いられた重合トナーT2について説明する。
【0089】本実施例におけるトナーは前述した重合法により製造されたトナーであり、イオン交換水710gに、0.lM−Na3PO4水溶液450gを投入し、60℃に加温した後、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて、12000rpmにて撹拌した。これに1.0M−CaCl2水溶液68gを徐々に添加し、Ca3(PO42を含む水系媒体を得た。
(モノマー)スチレン 165gn−ブチルアクリレート 15g(荷電制御剤)サリチル酸金属化合物 3g(極性レジン)飽和ポリエステル 10g (酸価14,ピーク分子量8000)
(離型剤)エステルワックス(融点70℃) 15g【0090】上記処方を60℃に加温し、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて、12000rpmにて均一に溶解、分散した。これに、重合開始剤2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)10gを溶解し、重合性単量体組成物を調製した。
【0091】前記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、60℃,N2雰囲気下において、TK式ホモミキサーにて10000rpmで10分間撹拌し、重合性単量体組成物を造粒した。その後、パドル撹拌翼で撹拌しつつ、80℃に昇温し、10時間反応させた。重合反応終了後、減圧下で残存モノマーを留去し、冷却後、塩酸を加えリン酸カルシウムを溶解させた後、ろ過、水洗、乾燥をして、重量平均径約7.5μmのシャープな着色懸濁粒子を得た。
【0092】本実施例において重合トナーT2は上記製造方法により、トナーの形状係数SF1=110、SF2=109の重合トナーが得られた。本重合トナーT2の摩擦帯電量は−30μC/gであった。
【0093】ここで、トナー表面のかかる部分を重合法により形成されたトナーについては、分散媒中にプレトナー(モノマー組成物)粒子として存在させ必要な部分を重合反応により生成するため、表面性については、かなり平滑化されており、トナーの滑り性が非常に高い。したがって現像ブレードにより均一に規制するのが難しい。さらに重合トナーにコア/シェル構造を持たせることで前述したようなメリットが得られるものの、トナー中の低軟化物質はトナー自体の強度を低下させるため、現像ブレードならびに現像剤供給ローラは低い当接圧で現像スリーブに当接する必要があり、現像スリーブ上での規制・剥ぎ取り、またブレードによるクリーニングがさらに難しくなっていた。
【0094】そこで本実施例において重合トナーT2は、重合トナーT2が100重量部に対して、トナーと同極性であるネガ帯電性の外添剤1.8重量部に加えて、トナーと逆極性であるポジ帯電性の外添剤0.8重量部を各トナー粒子表面に付着せしめてある。
【0095】ここでネガ帯電性の外添剤として用いたのはBET法による比表面積が300m2/g、一次粒径が8nmである疎水性シリカであり、ブローオフ法による摩擦帯電量は−110μC/gであった。トナーと同極性であるネガ帯電性外添剤の効果としては、トナー帯電性の向上、トナー流動性の向上等の従来の外添剤の効果をトナーに付与することである。
【0096】一方、ポジ帯電性の外添剤としては、平均粒径1μmである無色のメラミン−ホルムアルデヒド樹脂粒子を添加している。本実施例におけるポジ帯電性外添剤の摩擦帯電量は+55μC/gであった。トナーと逆極性であるポジ帯電性外添剤の効果としては、実施例1と同様でトナーの滑り性の制御であり、現像装置内ではトナー形状係数SF1を大きくすることで現像ブレードにおけるトナーの規制・帯電の安定化と、現像剤供給ローラにおける現像スリーブ上の残留トナーの剥ぎ取りを容易にする。かつ所定の交番電界下にて感光ドラム上に現像することで感光ドラム上のトナーT2からはポジ帯電性外添剤を除去し、球形化することで良好な転写特性を得る。
【0097】本実施例ではポジ帯電性外添剤の粒径を大きくし、且つ摩擦帯電量を大きくすることで、SF1・SF2ともに100に近い重合トナーT2でも実施例1の球形トナーTl同様に滑り性を制御することが可能となった。
【0098】また、本発明におけるトナー表面におけるポジ帯電性外添剤の面積被覆率α=14%であるため、ポジに帯電した反転トナーは微量であり、長期耐久においても安定したトナートリボが得られた。
【0099】さらにネガ帯電性外添剤の摩擦帯電量の絶対値Q1、外添量をM1、ポジ帯電性外添剤の摩擦帯電量の絶対値Q2、外添量M2、ポジ帯電性外添剤のトナーT2表面に占める面積被覆率αとしたときにQ2×M2>Q1×M1×αなる条件を満たすため、ポジ帯電性外添剤を安定してポジ極性に帯電し、現像/転写時におけるポジ外添剤の分離を容易にし、転写時にはトナー形状係数を低下し、球形化して転写効率を向上している。
【0100】なお本実施例においても実施例1同様の現像条件(現像間隙距離250μm、交流電圧1.5kVpp・2kHz)により、トナーには適切な交番電界が印加されているため、感光ドラム上の潜像を充分に現像すると共に、感光ドラム上のトナーからポジ帯電性外添剤を除去している。現像装置中の重合トナーT2の形状係数SF1=110であるのに対し、現像後転写前の感光ドラム画像部上の重合トナーT2の形状係数SF1=113であり、転写効率は98%であった。また微量に存在する逆極性に帯電した反転トナーは、実施例1同様に、交番電界により現像スリーブ側に戻して画像カブリを防止することが可能である。
【0101】また、本実施例では帯電手段として接触帯電部材である帯電ブラシを用いている。帯電ブラシ15はカーボンブラックを分散することにより電気抵抗106Ωに設定された太さ6デニール,長さ2mmのナイロン繊維から形成され、−700Vの直流電圧に1.4kVppの交流電圧を重畳している。したがって転写後に感光ドラム上に残留したポジ帯電性外添剤は、実施例1同様に帯電手段である帯電ブラシ15に付着する。
【0102】本実施例における帯電ブラシは強ポジ帯電性であるナイロン繊維より形成されるため、ブラシにより摺擦することで、ポジ帯電性である外添剤の一部をネガに摩擦帯電し、画像形成時でも電界により帯電ブラシから除去することが可能である。また転写残トナーの内でポジに帯電しているトナーについてはブラシと摩擦帯電することにより殆どネガトナーに反転して、外添剤・トナーの帯電ブラシヘの蓄積を防止する。これにより帯電ブラシの汚染を改善することが可能である。
【0103】なお画像形成時に極性をネガに反転された外添剤、クリーナレスに起因する転写残トナーが帯電部材から除去されると、外添剤・転写残トナーは感光ドラム上で露光部を通過することになるが、十分に少量かつ均一であるため、露光を遮ることに依る画像不良は発生しなかった。またトナー、外添剤はネガに帯電しているため現像領域において電界により現像装置に回収される(もしくは感光ドラム上で画像を形成する)。
【0104】さらに非画像形成時には実施例1同様に図3に示したタイミングチャートに基づき、帯電ブラシ中のポジ帯電したままの外添剤は電界により感光ドラム上に移動し、転写ローラに一時的に回収された後、次の画像形成時に転写紙裏面に転写されて機外に排出される。ポジ帯電性外添剤は無色の樹脂粒子であるため、転写紙裏面に定着されても画像として認識されない。したがって本実施例における画像形成装置を用いることで、簡易な構成である接触帯電・転写装置と一成分現像装置を用いても、接触帯電・転写手段の抵抗変動を抑制し重合トナーを安定して現像スリーブ上にコートし、且つ転写時には転写効率の向上したため、クリーナレスシステムにおける現像部でのトナー回収が容易になり、長期にわたり画像不良のない安定したクリーナレスシステムを提供することが可能となった。
【0105】
【発明の効果】以上のよう説明したように、本発明によれば、一成分現像剤と同極性である第1の外添剤によりトナーの帯電性・流動性を向上すると共に、一成分現像剤と逆極性である第2の外添剤を現像時ならびに転写時に印加する電界により一成分現像剤から分離することで、転写時における一成分現像剤の形状を現像手段内における一成分現像剤の形状から変化させ、一成分現像剤の表面形状を変化させることが可能となる。現像手段内ではトナー形状係数SF1を大きくすることでトナーを非球形化し、トナーの摩擦・摺擦を容易にすることで、現像ブレードにおけるトナー薄層形成、並びにトリボ付与を向上できる。且つ転写時にはトナー形状係数SF1を小さくすることで、トナーを球形化し、転写効率、転写中抜け抑制を向上できる。
【0106】さらにクリーニングされずに像担持体上に残留した第2の外添剤が接触帯電手段に付着しても、非画像形成時に接触帯電手段から除去し現像器において回収するため、接触帯電手段上に第2の外添剤が蓄積することがなく、長期にわたり像担持体の均一な帯電が達成され、良好な画像出力が得られるようになった。




 

 


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