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発明の名称 非磁性一成分トナー
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2001−13712(P2001−13712A)
公開日 平成13年1月19日(2001.1.19)
出願番号 特願平11−180262
出願日 平成11年6月25日(1999.6.25)
代理人
発明者 永井 孝
要約 目的


構成
少なくとも現像ローラーと該現像ローラー上に当接するトナー層厚規制ブレードを有する現像装置に用いられる非磁性一成分トナー粒子の表面にシリコンオイル処理シリカ微粉末とアルミナ微粉末とフッ素樹脂微粉末とを付着させる。
特許請求の範囲
【請求項1】少なくとも現像ローラーと該現像ローラー上に当接するトナー層厚規制ブレードを有する現像装置に用いられる非磁性一成分トナーであって、該トナー粒子表面に、シリコンオイル処理シリカ微粉末とアルミナ微粉末とフッ素系樹脂微粉末とを付着してなる非磁性一成分トナー。
【請求項2】該シリコンオイル処理シリカ微粉末は表面にポリジメチルシロキサン基を有しており、トナー100重量部あたりの添加量が0.8〜1.6重量部であることを特徴とする、請求項1記載の非磁性一成分トナー。
【請求項3】該アルミナ微粉末は溶融アルミナ、高純度アルミナの中から選ばれ、トナー100重量部あたりの添加量が0.1〜0.6重量部であることを特徴とする請求項1、2記載の非磁性一成分トナー。
【請求項4】該フッ素系樹脂微粉末はトナー100重量部あたりの添加量が0.2〜1.0重量部であることを特徴とする、請求項1、2、3記載の非磁性一成分トナー。
発明の詳細な説明
【0001】本発明は、複写機、プリンター等において、トナー層厚規制ブレードを備えた一成分現像装置に用いられるトナーに関するものであって、より詳細にはトナー層厚規制ブレードへのトナー融着、感光体ドラムへのトナーフィルミングを防止し、現像ローラーの駆動トルクを低減することによって、ジッタ画像(現像ローラー駆動用のギア歯数に応じた横縞)、画像白筋、地肌かぶりなどの画像不具合を生じずに、繰り返し使用後も良好な現像特性を維持できる非磁性一成分トナーに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、複写機やプリンターは通常の複写機能以外にコンピューターからの画像出力機としての機能を要求されており、省スペース、省エネルギー、軽量、カラー化、シンプル構成といった仕様を具備する為に非磁性一成分現像が用いられるようになってきている。非磁性一成分現像は、二成分現像と異なり磁性キャリアを使用しないので、トナーに摩擦電荷を与え、均一厚みの磁気ブラシを形成する為に、現像ローラー及び、弾性を有し該現像ローラーに当接するトナー層厚規制ブレードが少なくとも必要である。非磁性一成分トナーは現像ローラーや規制ブレードとの摩擦によって摩擦電荷を得ると共に、規制ブレードで層厚規制されている。通常トナーは流動性、帯電性を改善させるために、表面に疎水性シリカ微粉末を分散付着させている。しかしながら、一成分現像では特に層厚規制ブレードと現像ローラーの間においてストレスにさらされているので、長期間の繰り返し使用によってブレードのトナー面側にトナー凝集体が付着、成長し、凝集体がトナーの薄層形成を阻害する為に、凝集体を起点として現像ローラー上にトナー層が筋状に形成されないことによる、画像白筋が生じてしまう。更に、現像ローラーへの規制ブレードの当接によって現像ローラーへの回転トルクが増大し、現像ローラーの回転ムラによって、画像にジッターが発生するという問題がある。更に、現像ローラーが感光体へ当接する接触現像方式の場合、或いは現像ローラーにトナーを補給する別ローラーを配接した場合の回転トルクは一層増加するために、ジッタ現象はますます悪化することになる。この対策として、回転トルク増加に対抗して、駆動モーターの駆動力アップや駆動系の強度アップが考えられるが、省エネルギー、軽量化等の一成分現像の長所を阻害することになってしまう。また、二成分現像のような大粒径磁性キャリアを用いないので、トナー層でのクリーニング効果が不十分であり、長期間の繰り返し使用によってトナーフィルミングが生じやすく、特にトナー層が直接感光体に当接する一成分接触現像では感光体へのトナーフィルミングが深刻な問題となる更には、長期間の繰り返し使用によって、現像ローラー表面がトナー成分で汚染されやすく、また前述したようにトナー層厚規制ブレードのトナー面側もトナーの付着が有ることからトナーの摩擦帯電が不十分となり地肌かぶりが生じ易い。またトナー流動性が低下すると、現像ローラーへのトナー供給量の低下によって画像濃度不良、地肌かぶりが生ずる。従来より、こうした問題に対処する為に、トナー側からの対策、特にシリカ以外の微粉末の併用によって問題を解決する努力が重ねられてきているが、いまだ根本対策が取られていないのが現状である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の従来技術の問題点を解消する為の技術である。即ち、本発明の第1の目的は少なくとも現像ローラー、該現像ローラーに当接するトナー層厚規制ブレードからなる一成分現像装置において、現像ローラーと感光体等の回転トルクを低減させることによって、回転ムラをなくしてジッター画像の解消された非磁性一成分トナーを提供するものである。更に本発明の第2の目的は、トナー層厚規制ブレードのトナー面側へのトナー凝集、付着をなくすことによって、画像白筋、地肌かぶりの解消された非磁性一成分トナーを提供するものである。
【0004】更に本発明の第3の目的は、感光体や現像ローラーへのトナーフィルミングをなくすことによって、画像濃度低下や地肌かぶりを解消できる非磁性一成分トナーを提供するものである。更に本発明の第4の目的は、トナー流動性不良をなくすことによって十分なトナー供給を確保して画像濃度低下、地肌カブリを解消した非磁性一成分トナーを提供するものである。更に本発明の第5の目的は、長期間の繰り返し利用においても、前記の従来技術の問題点を発生させること無く、トナーを含めた現像装置と感光体の寿命を延ばすことにある。
【0005】本発明者らは、上記目的を達成する為に改良を重ねた結果、トナー表面にフッ素系樹脂微粉末、シリカ微粉末、アルミナ微粉末を付着させた非磁性一成分トナーによって、前述した発明の課題を達成し発明を完成するに至った。
【0006】
【課題を解決する為の手段】請求項1の発明は、少なくとも現像ローラーと該現像ローラー上に当接するトナー層厚規制ブレードを有する現像装置に用いられる非磁性一成分トナーであって、該トナー表面に、フッ素系樹脂微粉末とシリコンオイル処理シリカ微粉末とアルミナ微粉末をトナー表面に付着していることを特徴とする。請求項2の発明は、請求項1記載の非磁性一成分トナーにおいて該シリコンオイル処理シリカ微粉末が表面にポリジメチルシロキサン基を有しており、トナー100重量部あたりの添加量が0.8〜1.6重量部であることを特徴とする。
【0007】請求項3の発明は、請求項1記載の非磁性一成分トナーにおいて該アルミナ微粉末が溶融アルミナ、高純度アルミナの中から選ばれ、トナー100重量部あたりの添加量が0.1〜0.6重量部であることを特徴とする。請求項4の発明は、請求項1記載の非磁性一成分トナーにおいて該フッ素系樹脂微粉末のトナー100重量部あたりの添加量が0.2〜1.0重量部であることを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明では、トナー表面のフッ素系樹脂微粉末が滑剤として作用する事によって、現像ローラーと規制ブレードの間の負荷、現像ローラーと感光体ドラムの間の負荷を低減できる為に、駆動系の回転ムラによるジッタの発生を防止できる。更に、トナー表面のシリコンオイル処理シリカ微粉末は、通常のシラン化合物による疎水性シリカ以上にトナーの流動性を良好に維持できることから、トナー層厚規制ブレードへのトナー凝集、付着をなくし画像白筋対策できると共に、高い負帯電性をも有している為に、トナーの負帯電性を維持させ地肌カブリを解消できる。更に、トナー表面のアルミナ微粉末は、高い研磨効果を有しており、ドラムや現像スリーブのフィルミング、ブレードへのトナー融着を積極的に研磨することで、フィルミングによる画像濃度低下や地肌かぶりなどを解消できた。ここで、本発明者らは特に、シリコンオイル処理シリカが従来の疎水性シリカ以上に、凝集しやすいアルミナ微粉末を良好に分散させることができることを、電顕観察により見出すことができた。このことから、研磨性のあるアルミナ微粉末による感光体傷等の二次不具合を有効に防止できていることを新たに見出したのである。シリコンオイル処理シリカとアルミナ微粉末は個別にトナーに添加してもよいし、予め分散処理させてから、トナーに添加し分散させてもよい。
【0009】以上述べたように、本発明はフッ素系樹脂微粉末による低摩擦化でジッター画像を解消し、シリコンオイル処理シリカ微粉末による高流動化、負帯電性アップで画像白筋、地肌かぶり、画像濃度低下を解消し、アルミナ微粉末による研磨効果付与でフィルミングを解消できた。上記の3種の微粉末の併用が重要であって、1つでも欠けた場合には欠けた成分が本来発揮すべき効果が失われる為に本発明の課題が達成されないことになる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明で使用されるシリカは、シリコンオイル処理によって表面にポリジメチルシロキサン基等を有している。本発明において、シリカの粒径は0.008〜0.02μmが好ましい。シリコンオイル処理シリカの粒径を0.008〜0.02μmとすることによってトナーの流動性が改善され、現像ローラーへのトナー供給量が増加し地肌かぶりが生ずること無く、十分な画像濃度が得られる。トナー100重量部あたりのシリコンオイル処理シリカの添加量は0.8〜1.6重量部が好ましく、1.0〜1.4重量部が特に好ましい。シリコンオイル処理シリカ粒子の添加量を0.8〜1.6重量部とすることによって地肌かぶりが改善され、1.0〜1.4重量部とすることで解消される。0.8重量部未満では、トナー流動性改善効果が不十分であって、1.6重量部をこえるとシリカの分散が不良となることによって、画像濃度不良、地肌かぶりが比較的早期に生じることによってトナーを含めた現像装置の寿命の延長効果が短縮されてしまう。
【0011】本発明においてアルミナの粒径は0.2〜0.7μmが好ましい。粒径0.2〜0.7μmのアルミナを用いることによって、ドラムフィルミングやブレードへのトナー融着が防止される。トナー100重量部当たりのアルミナ粒子の添加量は0.1〜0.6重量部が好ましく0.15〜0.4重量部が特に好ましい。アルミナ添加量を0.1から0.6部とすることでドラムフィルミング、画像白筋が改善され、0.15〜0.4重量部とすることで解消される。0.1重量部未満ではトナー融着防止効果が不十分であり、比較的早期にドラムフィルミングや画像白筋が発生する。0.6重量部を越えると比較的早期に画像濃度が低下する。
【0012】本発明において使われるフッ素系樹脂微粉末としては、ポリテトラフルオロエチレン、トリフルオロエチレン、ビニリデンフルオロライド、フルオロエチレンのような、含フッ素単量体の単独重合体及び共重合体の微粉末や、含フッ素単量体と他のエチレン系単量体との共重合体の微粉末が使用できる。発明の効果は、該フッ素系樹脂微粉末の分子量、融点に特に限定されない。本発明において、フッ素系樹脂微粉末の粒径は1〜12μmが好ましい。粒径1〜12μmのフッ素樹脂微粉末を用いることによって、画像ジッタが改善される。トナー100重量部当たりのフッ素樹脂微粉末の添加量は0.2〜1.0重量部が好ましく0.3〜0.6重量部が特に好ましい。添加量を0.2〜1.0重量部とすることで画像ジッタが改善され、0.3重量部から1.0重量部とすることで解消される。0.2重量部未満では画像ジッタが、1.0重量部を越えるとドラムフィルミングが比較的早期に発生することがある。
【0013】本発明で各微粉末が表面に付着するトナー粒子は、従来より乾式現像法で使用されている公知のトナーが何れも使用可能である。かかるトナーは定着樹脂中に着色剤並びに必要に応じて離型剤、電荷制御剤、少量の磁性粉などを分散させて製造される。本発明で使用されるトナー用の定着樹脂としては、ポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体(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等)、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体(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−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂(スチレンまたはスチレン置換体を含む単独重合体または共重合体)、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ロジン変性マレイン酸樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂等があげられ、これらは単独でまたは2種類以上を混合して用いられる。
【0014】本発明で使用されるトナー用離型剤(オフセット防止剤)としては、例えば脂肪族系炭化水素、脂肪族金属塩類、高級脂肪酸類、脂肪酸エステル類もしくはその部分ケン化物、シリコーンオイル、各種ワックス類があげられる。中でも重量平均分子量が1000〜10000程度の脂肪族系炭化水素が好ましい。具体的には、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、パラフィンワックス、炭素原子数4以上のオレフィン単位から成る低分子量のオレフィン重合体等の1種または2種以上の組合せが適当である。本発明で使用されるトナー用着色剤としてはカーボンブラック以外にも通常のカラートナーに使用できるカラー顔料、カラー染料が使用できる。カーボンブラックとしてはチャンネルブラック、ガスファーネスブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック等が用いられる。カラー用着色剤としては、アゾ系、ベンジジン系顔料(以上イエロートナー用)等、キナクリドン系顔料(以上マゼンタトナー用)等、銅フタロシアニン系顔料(シアントナー用)等が用いられる。
【0015】本発明で使用される負電荷制御用の電荷制御剤としては、各種の含金属有機錯体が使用されが、電荷制御剤を使わずに定着用樹脂側に酸性基を導入してもよい。その他適宜添加される外添処理剤としては疎水性シリカ、酸化チタン、気相法アルミナ、マグネタイト、酸化セリウム等の金属酸化物を用いても良いし、各種樹脂微粉末を用いても良い。
【0016】
【評価機】複写装置として下記の非磁性一成分現像方式によるプリント速度が5枚(A4)/分のプリンターを用いた。感光体ドラムには表面にポリカーボネート樹脂層、下層にアゾ顔料を分散させたブチラール樹脂層からなる積層感光層を直径20mmのアルミ素管の表面に設けたものを使用した。感光体の回転方向に沿って、帯電手段としてのメインチャージャー、画像露光装置、現像装置、転写手段としての転写チャージャー、クリーニングブレードを有するクリーニング装置が配接されている。感光体はメインチャージのコロナ放電によって−700Vに一様帯電した後、画像信号で変調されたレーザー光で露光操作されて、現像領域において−100Vまで減衰し画像露光に応じた静電潜像が形成される。現像装置はカーボンなどを分散させたウレタンゴムからなる直径15mmの現像ローラーに対して、厚み0.2mmのステンレス製ブレードを押圧させている。現像ローラーには−400Vの現像バイアス電圧が印可されている。定着部は熱ロール方式であって、トナーが接触する上ローラーは表面がテフロンコートされ、ハロゲンランプを内蔵し表面温度が170℃に制御されている。下ローラーはシリコンゴム製である。
【0017】
【トナー製造例】
ポリエステル樹脂(Tm135℃、Tg60℃) 100重量部MA−100(三菱化学製カーボンブラック) 4重量部NP055P(三井化学社製低分子量ポリプロピレン) 3重量部ボントロンS34(オリエント化学社製荷電制御剤) 2重量部上記材料から、混合(ヘンシェルミキサー)→混練(二軸押し出し機)→粗粉砕(ハンマーミル)→微粉砕(ジェットミル)→分級(風力分級機)の過程を経て体積平均粒子径9.5μm(コールターカウンター測定によるメジアン径)のトナー粒子を得た。
【0018】シリコンオイル処理シリカ微粉末として、平均粒子径0.014μmの親水性シリカ微粉末をジメチルシリコンオイルで疎水化処理することによって、表面にポリジメチルシロキサン基を有するものを用いた。また比較用シリカとして、R974(平均径0.012μm、ジメチルシリル基を表面に含有、日本アエロジル社製品)を用いた。アルミナ微粉末として、平均径0.6μmの溶融アルミナ微粉末を使用した。フッ素系樹脂微粉末として、平均径4μmのテトラフルオロエチレン微粉末を使用した。ここで、本発明における各微粉末の粒子径は、電顕写真で目視判定した一次粒子径のことである。
【0019】得られたトナー粒子100重量部に対して、後述する実施例一覧表表1、表2、表3に従って、各微粉末を添加し、ヘンシェルミキサーを用いて高速混合することによって製品トナーを製造し、評価試験器においてプリントテストした結果を同じく表1、表2、表3に示す。表中の『部』は『重量部』のことである。
【0020】
【表1】

【0021】
【表2】

【0022】
【表3】

【0023】
【実施例1】1万枚プリントを通じて、良好な品質が得られた。
【0024】
【実施例2】1万枚終了時点において、フィルミングによる画像汚れが僅かに見られたが実用範囲内であり、その他は良好な品質が得られた。
【0025】
【実施例3】1万枚プリントを通じて、良好な品質が得られた。
【0026】
【実施例4】1万枚プリントを通じて、良好な品質が得られた。
【0027】
【実施例5】1万枚プリント終了時点において、画像白筋、地肌かぶり、画像ジッタが僅かに見られたが実用範囲内であり、その他は良好な品質が得られた。
【0028】
【実施例6】1万枚プリント終了時点においては、画像白筋、地肌かぶりの両品質が実用レベルに達っしていない。5千枚プリントに関しては良好な品質が得られた。
【0029】
【実施例7】1万枚プリント終了時点においては、地肌かぶりの品質が実用レベルに達っしていない。5千枚プリントに関しては、良好な結果が得られた。
【0030】
【実施例8】1万枚プリント終了時点においては、フィルミングによる画像汚れの品質が実用レベルに達っしていない。5千枚プリントに関しては、実用上問題ない品質が得られた。
【0031】
【実施例9】1万枚プリント終了時点においては、画像濃度が低く実用レベルに達っしていない。5千枚プリントに関しては実用上問題ない品質が得られた。
【0032】
【実施例10】1万枚プリント終了時点においては、画像ジッタの品質が実用レベルに達っしていない。5千枚プリントに関しては実用上問題ない品質が得られた。
【0033】
【実施例11】1万枚プリント終了時点においては、フィルミングによる画像汚れの品質が実用レベルに達っしていない。5千枚プリントに関しては、実用上問題ない品質が得られた。
【0034】
【比較例1】千枚プリント終了時点において、画像白筋、地肌かぶり、フィルミング等の品質不具合が発生したのでテストを中止した。
【0035】
【比較例2】千枚プリント終了時点において、ジッタ画像の品質不具合が発生したのでテストを中止した。
【0036】
【比較例3】千枚プリント終了時点において低画像濃度く、地肌かぶり、画像白筋等の品質不具合が発生したのでテストを中止した。また、ドラム傷による画像黒筋が見られた。
【0037】
【比較例4】千枚プリント終了時点において白筋、地肌かぶり等の品質不具合が発生したのでテストを中止した。また、ドラム傷による画像黒筋が見られた。
【0038】
【発明の効果】非磁性一成分現像用のトナー表面にフッ素系樹脂微粉末とシリコンオイル処理シリカ微粉末とアルミナ微粉末を付着させ、フッ素系樹脂微粉末による低摩擦化で画像ジッターを解消し、シリコンオイル処理シリカ微粉末による高流動化、負帯電性アップで画像白筋、地肌かぶり、画像濃度低下を解消し、アルミナ微粉末による研磨効果付与でフィルミングを解消できた。特にシリコンオイル処理シリカがアルミナ微粉末を一次粒子径に近い状態で分散させることにより、ドラム傷を防止できる。
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