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発明の名称 画像形成装置及び画像形成方法
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2007−3713(P2007−3713A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−182326(P2005−182326)
出願日 平成17年6月22日(2005.6.22)
代理人
発明者 葛西 正
要約 課題
剤の連れまわりの発生により、現像スリーブ上のトナー濃度が低下して、現像能力の低下や、トナー被覆率が低下した剤がドクタで何回もしごかれ、剤ストレスが増大するなどが引き起こされるのを防止した画像形成装置及び画像形成方法の提供をすること。

解決手段
静電潜像を保持する感光体を有し、乾式現像方式を用いた画像形成装置において、前記画像形成装置の現像ユニットは、内部にマグネットを内包したローラと、前記ローラの外周の現像スリーブと、現像剤とを搬送攪拌するための2本の現像スクリューとからなり、前記現像スリーブよりも遠い側の現像スクリューに、前記現像スリーブから脱離した現像剤がガイド板を介して回収されることを特徴とする。
特許請求の範囲
【請求項1】
静電潜像を保持する感光体を有し、該静電潜像の現像方式として乾式現像方式を用いた画像形成装置において、
前記画像形成装置の現像ユニットは、内部にマグネットを内包したローラと、前記ローラの外周に設けた現像スリーブと、現像剤を搬送攪拌するための2本の現像スクリューとからなり、
前記現像スリーブよりも遠い側の現像スクリューに、前記現像スリーブから脱離した現像剤がガイド板を介して回収されることを特徴とする画像形成装置。
【請求項2】
前記ガイド板の前記現像スリーブ側の先端が、前記現像スリーブに接触するかまたは接近することを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
【請求項3】
前記ガイド板は、前記現像スリーブから遠い側の前記現像スクリューの上方にあることを特徴とする請求項1または2記載の画像形成装置。
【請求項4】
前記ガイド板の端部にマイラフィルムまたはフィルムテープが貼付されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
【請求項5】
前記画像形成装置に使用されるトナーは重合法により作成されたトナーであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
【請求項6】
前記画像形成装置に使用される現像剤は非磁性トナーと磁性キャリアとから成る2成分現像剤であ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7】
前記遠い側の現像スクリューは、他の現像スクリューよりも早く回転することを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
【請求項8】
感光体に静電潜像を保持させ、該静電潜像の現像方式として乾式現像方式を用いる画像形成方法において、
内部にマグネットを内包したローラと、前記ローラの外周の現像スリーブと、現像剤を搬送攪拌するための2本の現像スクリューとからなる現像ユニットを用い、
前記現像スリーブから脱離した現像剤を、ガイド板と前記現像スリーブよりも遠い側の現像スクリューとで回収することを特徴とする画像形成方法。
【請求項9】
前記ガイド板の前記現像スリーブ側の先端が、前記現像スリーブに接触するかまたは接近するようにすることを特徴とする請求項8記載の画像形成方法。
【請求項10】
前記ガイド板は、前記現像スリーブから遠い側の前記現像スクリューの上方にあることを特徴とする請求項8または9記載の画像形成方法。
【請求項11】
前記ガイド板の端部にマイラフィルムまたはフィルムテープを貼付することを特徴とする請求項8から10のいずれか1項に記載の画像形成方法。
【請求項12】
画像形成に使用されるトナーは重合法により作成されたトナーであることを特徴とする請求項8から11のいずれか1項に記載の画像形成方法。
【請求項13】
画像形成に使用される現像剤は非磁性トナーと磁性キャリアとから成る2成分現像剤であることを特徴とする請求項8に記載の画像形成方法。
【請求項14】
前記遠い側の現像スクリューは、他の現像スクリューよりも早く回転することを特徴とする請求項8記載の画像形成方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、複写機やプリンタ、ファクシミリなどに適用される乾式トナーを用いた2成分現像方式の画像形成装置及び画像形成方法に関し、特に現像剤のガイド板の技術を適用した画像形成装置及び画像形成方法に関する。
【背景技術】
【0002】
複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真方式を用いた画像形成装置では、像担持体である感光体上に画像情報に応じた静電潜像が形成され、現像装置によって現像され、トナー像が得られるようになっている。このような現像動作を実行するにあたり、トナーの帯電安定性や帯電能力、現像能力等の点から、トナーとキャリアとからなる2成分現像剤を用いた磁気ブラシ現像方式が用いられている。
この磁気ブラシ現像方式は、トナーとキャリアとの摩擦によりトナーを帯電させ、現像剤担持体である現像ローラ上に磁気ブラシを形成し、その磁気ブラシで感光体上の潜像に対して現像を行う方式である。磁気ブラシは、キャリアから形成される穂に帯電したトナーを付着させている。
【0003】
現像ローラは、非磁性スリーブと、非磁性スリーブ内に配置された複数の磁極を備える磁石ローラとからなり、非磁性スリーブ上に現像剤の穂立ちを生じさせるように磁界を形成している。非磁性スリーブ又は磁石ローラが動くことで非磁性スリーブの表面に穂立ちを起こした現像剤が移動する。感光体に対向する現像領域に搬送された非磁性スリーブ上の現像剤は上記磁石ローラの現像磁極から発せられる磁力線に沿って穂立ちを起こす。穂立ちを起こした現像剤は感光体表面をなでるように接触し、感光体と現像ローラとの相対線速比に基づき静電潜像に対してトナーを供給すること、すなわちいわゆる現像を行う。
【0004】
2成分現像剤を用いた磁気ブラシ現像方式を採用した現像ユニットの概略図を図1(a)、(b)に示す。現像ユニットは、図中矢印方向に回転するドラム上の感光体1と、感光体1の図中、左側に配置された現像装置10とを備えている。現像装置10は、感光体1に対向した位置に配置された現像スリーブ2と、現像スリーブ2上の現像剤の層厚を規制するためのドクタ3と、現像剤を攪拌および搬送する第1現像スクリュー4と、第2現像スクリュー5とを有する。
【0005】
次に現像スリーブ2内の磁石ローラについて、図1(b)を参照しながら説明する。現像ローラは回転する現像スリーブ2の内側に固定配置されたマグネットローラを内包する。このマグネットローラは回転方向に対して磁極を備えており、それぞれに役割を持たせている。本発明ではこのような磁極の中でも特に剤切り極(現像剤切り極)に着目している。剤切り極は感光体1へ現像後、トナー濃度が低くなった現像スリーブ2上の現像剤を一度現像スリーブ2上より切り離す役割を持ち、その後汲み上げ極によりスクリュー4、5上の現像剤が新たに汲み上げられることにより、現像スリーブ2上の現像剤のトナー濃度が低下せずに、安定した現像を行うことができる。
【0006】
従来、現像スリーブ2の回転方向を基準とし、ドクタ3の位置より上流側で、現像剤の穂先を上流側に倒す部材を備えることを特徴とした現像装置が提案されている(例えば特許文献1参照)。
この現像装置の発明には、上記部材で現像スリーブ上より脱離した現像剤が再び汲み上がることを防止することを目的として、脱離した現像剤を現像スリーブより遠ざけるガイド部材を上記部材の略下方に設置すると示されている。
【0007】
しかしながら、現像前のトナー濃度が十分高い現像スリーブ上の現像剤は、再び汲み上げられたとしても現像スリーブ上のトナー濃度低下の発生はなく、現像剤の受けるストレスを考慮しなければ、特別積極的に脱離剤を現像スリーブより遠ざける必要はない。
【0008】
また、2個の現像スリーブを有する現像装置において、略上方の第1現像スリーブ上から現像後に脱離した現像剤を、略下方の第2現像スリーブで再度そのまま汲み上げないようにするために、第1現像スリーブの下流側に脱離した現像剤を現像スリーブから遠ざけるガイド部材を設けることを特徴とする方法が提案されている(例えば特許文献2参照)。
【0009】
この構成では、第1現像スリーブより脱離した現像剤は第2現像スリーブより遠ざけるのみなので、脱離した現像剤を汲み上げないようにするには不完全である。
【特許文献1】特開平7−306587号公報
【特許文献2】特開平10−26871号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら剤切り極で現像スリーブより切り離された現像剤は、現像スリーブよりなるべく離れた場所に落下させる必要がある。すなわち現像スリーブより近いところに落下させると一度現像スリーブより離れた現像剤が再び汲み上げられてしまい、現像スリーブ上の現像剤が入れ替わることがなく、トナー濃度が低下してしまう。この現象は「剤の連れまわり」と呼ばれ、この現象が発生すると、現像スリーブ上のトナー濃度が低下して、現像能力の低下や、トナー被覆率が低下した現像剤がドクタで何回もしごかれ、現像剤ストレスが増大するなどが引き起こされてしまう。
【0011】
このような現像剤の連れまわりの発生を防止するには、剤切り極に落下した現像剤が再び汲み上がらないようにすればよい。これを達成する手法として、現像スリーブからなるべく遠くに現像剤を切り離すことが挙げられる。しかしながら、一般的な現像器は、機内レイアウト上の制約などから切り離された現像剤が現像スリーブ近傍に落下することが多く、現実的には、多くの現像器において、現像剤の連れまわりが発生しているという問題もある。
【0012】
そこで、本発明の目的は、剤の連れまわりの発生により、現像スリーブ上のトナー濃度が低下して、現像能力の低下や、トナー被覆率が低下した剤がドクタで何回もしごかれ、剤ストレスが増大するなどが引き起こされるのを防止した画像形成装置及び画像形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明は、上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、静電潜像を保持する感光体を有し、該静電潜像の現像方式として乾式現像方式を用いた画像形成装置において、前記画像形成装置の現像ユニットは、内部にマグネットを内包したローラと、前記ローラの外周に設けた現像スリーブと、現像剤を搬送攪拌するための2本の現像スクリューとからなり、前記現像スリーブよりも遠い側の現像スクリューに、前記現像スリーブから脱離した現像剤がガイド板を介して回収されることを特徴とする。
【0014】
また、請求項2に記載の発明は、前記ガイド板の前記現像スリーブ側の先端が、前記現像スリーブに接触するかまたは接近することを特徴とする請求項1記載の画像形成装置である。
【0015】
また、請求項3に記載の発明は、前記ガイド板は、前記現像スリーブから遠い側の前記現像スクリューの上方にあることを特徴とする請求項1または2記載の画像形成装置である。
【0016】
また、請求項4に記載の発明は、前記ガイド板の端部にマイラフィルムまたはフィルムテープが貼付されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の画像形成装置である。
【0017】
また、請求項5に記載の発明は、前記画像形成装置に使用されるトナーは重合法により作成されたトナーであることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の画像形成装置である。
【0018】
また、請求項6に記載の発明は、前記画像形成装置に使用される現像剤は非磁性トナーと磁性キャリアとから成る2成分現像剤であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置である。
【0019】
また、請求項7に記載の発明は、前記2本の現像スクリューのうち、現像スリーブよりも遠い側のスクリューを、他方のスクリューよりも速い速度で回転することを特徴とする請求項1記載の画像形成装置である。
【0020】
また、請求項8に記載の発明は、感光体に静電潜像を保持させ、該静電潜像の現像方式として乾式現像方式を用いる画像形成方法において、内部にマグネットを内包したローラと、前記ローラの外周の現像スリーブと、現像剤を搬送攪拌するための2本の現像スクリューとからなる現像ユニットを用い、前記現像スリーブから脱離した現像剤を、ガイド板と前記現像スリーブよりも遠い側の現像スクリューとで回収することを特徴とする。
【0021】
また、請求項9に記載の発明は、前記ガイド板の前記現像スリーブ側の先端が、前記現像スリーブに接触するかまたは接近するようにすることを特徴とする請求項8記載の画像形成方法である。
【0022】
また、請求項10に記載の発明は、前記ガイド板は、前記現像スリーブから遠い側の前記現像スクリューの上方にあることを特徴とする請求項8または9記載の画像形成方法である。
【0023】
また、請求項11に記載の発明は、前記ガイド板の端部にマイラフィルムまたはフィルムテープを貼付することを特徴とする請求項8から10のいずれか1項に記載の画像形成方法である。
【0024】
また、請求項12に記載の発明は、画像形成に使用されるトナーは重合法により作成されたトナーであることを特徴とする請求項8から11のいずれか1項に記載の画像形成方法である。
【0025】
また、請求項13に記載の発明は、画像形成に使用される現像剤は非磁性トナーと磁性キャリアとから成る2成分現像剤であることを特徴とする請求項8に記載の画像形成方法である。
【0026】
また、請求項14に記載の発明は、前記遠い側の現像スクリューは、他の現像スクリューよりも早く回転することを特徴とする請求項8記載の画像形成方法である。
【発明の効果】
【0027】
本発明によれば、現像プロセス後に現像スリーブから脱離させた現像剤をスリーブから完全に分離させるために、現像器内部形状を変更し、脱離させた現像剤をガイド板を使って現像スリーブから遠い第2現像スクリュー上に落下させる構成を採用した。
【0028】
この構成を取ることによって、現像後のトナー濃度が低下した現像剤を再び汲み上げることがなくなり、現像スリーブで汲み上げる現像剤は十分攪拌されて、トナー濃度が安定した状態を得ることができ、たとえばベタ画像を連続通紙したときなどは画像濃度低下の少ない、安定した画像が得られる。また本発明では、十分に攪拌された現像剤を汲み上げることができるため、剤の連れまわりが発生しているときよりもトナー濃度制御レベルを上げずに済み、トナー飛散やトナー落ちに対しても有利である現像装置が得られる。
【0029】
また本発明によれば、静電潜像を保持する感光体を有し、乾式現像方式を用いた電子写真形成装置において、現像ユニットの構成が内部にマグネットを内包したローラとその外周の現像スリーブと現像剤を搬送攪拌するための2本の現像スクリューからなり、現像後に現像スリーブより脱離した現像剤はガイド板を伝わって現像スリーブよりも遠い側の現像スクリューに落下することを特徴とする画像形成装置により、現像周りの簡単な構成変更によって、現像剤の連れまわり現象の発生を抑制することができ、その結果全ベタなどの出力時に縦白筋状の異常画像が無く、いわゆる「ぼそつきの少ない」良好な画像(現像粒子の粒の状態が画像上に表れない自然な画像)を得ることが可能となる。
【0030】
また、2本ある現像スクリューのうち現像スリーブより遠い側の現像スクリューをもう一方より速い速度で動かすことによってその効果はさらに大きくすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0031】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図2は、本発明に係る画像形成装置の実施の形態における概略構成図である。
図2に示すように、感光体ドラム1はアルミニウム製の円筒状の基体と、その表面を覆う、例えばOPC(Organic photo semiconductor:有機光半導体)感光層とによって構成されており、駆動手段(図示せず)によって回転駆動される。
【0032】
帯電手段(図示せず)は、感光体ドラム1(1Bk、1M、1C、1Y)と接触して感光体ドラム1の表面を一様に帯電させる。露光手段8は、帯電手段で均一に帯電された感光体ドラム1の表面に所望の画像に対応した光を照射することによって、静電潜像を形成する。露光手段8の光源はたとえばレーザダイオードであり、ポリゴンミラーによってレーザー光を反射させ、レーザービームを感光体ドラム1上に照射しながら順次走査している。
【0033】
現像手段6は、現像ローラと現像剤搬送スクリューと現像剤層規制部材とからなり、現像ローラは、現像剤を感光体ドラム1に搬送させる回転体である非磁性スリーブを表面に持ち、その内部に固定された磁石ローラを有する。現像スリーブに現像バイアスを印加することによって、現像スリーブ表面により感光体近傍まで搬送された現像剤が、感光体上の露光されて表面電位が低下している部分に現像され、感光体ドラム1上にトナー可視像を形成する。
【0034】
転写手段(たとえば転写ローラ7)は、現像手段6で感光体ドラム1上に現像されたトナー像を、静電的に転写体に転写する。転写手段は転写ローラ7と転写用電源とを備え、転写用電源から転写ローラ7に電圧が印加されている。
定着手段は表面にトナー像が転写された転写紙が搬送され、トナー像が転写紙上に定着される。クリーニング手段(図示せず)は、弾性体から形成されるクリーニングブレード(ドクタブレード3)を備えており、感光体ドラム1上の残留トナーを掻き取る。
【0035】
図3は、現像手段に用いられるマグネットローラの一般的な磁束密度の一例を示す。
15aは現像コントローラ、11は現像ローラ軸中心と感光体に対向する磁極(主極と呼ぶ)が最も強くなる点とを結ぶ直線、13は主極の半値幅、12は現像ローラ軸中心と感光体軸中心とを結ぶ直線で、aは主極角度と呼ばれる。主極角度aは0°に近いほど現像能力は高くなる傾向にあるが、ハロー画像と呼ばれる文字部(または画像部)周辺白抜け画像は悪化傾向になるため、通常は図中のように主極角度aを数°持たせることが多い。
図中の100mT(ミリテスラ)などの数値は、単なる例示であり、本発明では、これらの数値に限定されないことは言うまでもない。このマグネットローラが収容される現像スリーブはアルミニウムによって形成され、この表面は現像剤の搬送能力を高めるために、溝を設けたり、サンドブラスト処理等によって表面を粗くした構成としている。
【0036】
現像スリーブ内に固定して配置されているマグネットローラの磁極について説明する。主極は現像スリーブから対向する感光体ドラム1(図1参照)へと、トナーを現像するための極であり、現像スリーブ上に現像剤の穂を形成し、対向する感光体ドラム1の表面に接触させて現像を行うためのものである。穂切り極は反発磁界によって現像スリーブ上の現像剤を脱離させる機能を有し、現像プロセスを経てトナー濃度の下がった現像スリーブ上の現像剤を入れ替えて、現像スリーブ上の現像剤のトナー濃度を保つ機能を有する。汲み上げ極は現像剤搬送スクリューで運搬された現像剤を現像スリーブ上に汲み上げる機能を有し、その後、この機能を用いることによりくみ上げられた剤(現像剤)は、現像スリーブ近傍に配置されたドクタブレード(図示せず)によって現像スリーブ上の現像剤の層厚が規制されて、対向する感光体ドラム1の近傍に搬送される。
【0037】
次に本発明の画像形成装置に使用されるトナーについて説明する。
600dpi以上の微少ドットを再現するために、トナーの体積平均粒径は3〜8μmが好ましい。体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)は1.00〜1.40の範囲にあることが好ましい。(Dv/Dn)が1.00に近いほど、粒径分布がシャープなトナーであることを示す。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。
【0038】
本発明の画像形成装置に使用されるトナーの形状係数SF−1は100〜180であり、また、形状係数SF−2は100〜180の範囲にあることが好ましい。図4(a)、(b)は、このような形状係数SF−1と形状係数SF−2とを説明するためのものであり、図4(a)、(b)は、これら形状係数とトナー形状との関係を模式的に表した図である。形状係数SF−1は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式(1)で表される(図4(a))。トナーを2次元平面に投影してできる形状の最大長MXLNGの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
SF−1={(MXLNG)2/AREA}×(100π/4)・・式(1)
【0039】
ここで、SF−1の値が100の場合トナーの形状は真球となり、SF−1の値が大きくなるほど不定形になる。
【0040】
また、形状係数SF−2は、トナーの凹凸の割合を示すパラメータであり、下記式(2)で表される(図4(b))。
形状係数SF−2は、トナーを2次元平面に投影してできる図形の周長であるPERIの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
SF−2={(PERI)2/AREA}×(100π/4)・・式(2)
SF−2の値が100の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、SF−2の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
【0041】
形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡(S−800:日立製作所製)でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置(LUSEX3:ニレコ社製)に導入して解析して計算した。
【0042】
トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと感光体との接触状態が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり従って流動性が高くなり、また、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。形状係数SF−1、SF−2のいずれかが180を超えると、転写率が低下するため好ましくない。
【0043】
本発明の画像形成装置に好適に用いられるトナーは、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と、ポリエステルと、着色剤と、離型剤とを有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系溶媒中で架橋及び/又は伸長反応させて得られるトナーである。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。
【0044】
(ポリエステル)
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。
【0045】
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。
【0046】
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から選択される1種、またはこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用が挙げられる。3価以上の多価アルコール(TO)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
【0047】
多価カルボン酸(PC)としては、2価カルボン酸(DIC)および3価以上の多価カルボン酸(TC)が挙げられ、(DIC)単独、および(DIC)と少量の(TC)との混合物が好ましい。2価カルボン酸(DIC)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸など);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸など);芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸など)などが挙げられる。
【0048】
これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。3価以上の多価カルボン酸(TC)としては、炭素数9〜20の芳香族多価カルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)などが挙げられる。なお、多価カルボン酸(PC)としては、上述のものの酸無水物または低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いて多価アルコール(PO)と反応させてもよい。
【0049】
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)との比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]との当量比[OH]/[COOH]として、通常2/1〜1/1、好ましくは1.5/1〜1/1、さらに好ましくは1.3/1〜1.02/1である。
【0050】
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)との重縮合反応は、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。また他方、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。
【0051】
得られるポリエステルは重量平均分子量で、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、重量平均分子量が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。
【0052】
ポリエステルには、上記の重縮合反応で得られる未変性ポリエステルの他に、ウレア変性のポリエステルが好ましく含有される。ウレア変性のポリエステルは、上記の重縮合反応で得られるポリエステルの末端のカルボキシル基や水酸基等と多価イソシアネート化合物(PIC)とを反応させ、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)を得、これとアミン類との反応により分子鎖が架橋及び/又は伸長されて得られるものである。
【0053】
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。
【0054】
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]との当量比[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。当量比[NCO]/[OH]が5を超えると低温定着性が悪化する。イソシアネート基[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。
【0055】
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と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。
【0056】
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。
【0057】
次に、ポリエステルプレポリマー(A)と反応させるアミン類(B)としては、2価アミン化合物(B1)、3価以上の多価アミン化合物(B2)、アミノアルコール(B3)、アミノメルカプタン(B4)、アミノ酸(B5)、およびB1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)などが挙げられる。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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)と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との混合物である。
【0061】
アミン類(B)の比率は、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)中のイソシアネート基[NCO]と、アミン類(B)中のアミノ基[NHx]との当量比[NCO]/[NHx]として、通常1/2〜2/1、好ましくは1.5/1〜1/1.5、さらに好ましくは1.2/1〜1/1.2である。当量比[NCO]/[NHx]が2を超えたり、1/2未満であったりした場合には、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。
【0062】
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とのモル比は、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。
【0063】
ウレア変性ポリエステルは、ワンショット法などにより製造される。多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)とを、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。
次いで40〜140℃にて、これに多価イソシアネート(PIC)を反応させ、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)を得る。さらにこの(A)にアミン類(B)を0〜140℃にて反応させ、ウレア変性ポリエステルを得る。
【0064】
(PIC)を反応させる際には、及び(A)と(B)とを反応させる際には、必要により溶剤を用いることもできる。使用可能な溶剤としては、芳香族溶剤(トルエン、キシレンなど);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);エステル類(酢酸エチルなど);アミド類(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなど)およびエーテル類(テトラヒドロフランなど)などのイソシアネート(PIC)に対して不活性なものが挙げられる。
【0065】
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。
【0066】
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。
【0067】
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとを併用することで、低温定着性およびフルカラー画像形成装置100に用いた場合の光沢性が向上するので、ウレア変性ポリエステルを単独で使用するよりも好ましい。尚、未変性ポリエスレア結合以外の化学結合で変性されたポリエステルを含んでも良い。
【0068】
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。
【0069】
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との両立の面で不利になる。
【0070】
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとを含むバインダー樹脂のガラス転移点(Tg)は、通常45〜65℃、好ましくは45〜60℃である。45℃未満ではトナーの耐熱性が悪化し、65℃を超えると低温定着性が不十分となる。
【0071】
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。
【0072】
(着色剤)
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、カドミウムレッド、カドミ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。
【0073】
着色剤は樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。
マスターバッチの製造、またはマスターバッチとともに混練されるバインダー樹脂としては、ポリスチレン、ポリ−p−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の重合体、あるいはこれらとビニル化合物との共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが挙げられ、単独あるいは混合して使用できる。
【0074】
(荷電制御剤)
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。
【0075】
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。
【0076】
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。
【0077】
(離型剤)
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。
【0078】
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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
(外添剤)
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。
【0082】
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。
【0083】
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と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、いわゆるホタルと呼ばれる異常現象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。
【0084】
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。
【0085】
次に、トナーの製造方法について説明する。ここでは、好ましい製造方法について示すが、これに限られるものではない。
【0086】
(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ルプレポリマー、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。
【0087】
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。
【0088】
(2)トナー材料液を界面活性剤、樹脂微粒子の存在下、水系媒体中で乳化させる。
水系媒体は、水単独でも良いし、アルコール(メタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などの有機溶媒を含むものであってもよい。
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。
【0089】
また、水系媒体中の分散を良好にするために、界面活性剤、樹脂微粒子等の分散剤を適宜加える。
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルなどのアニオン性界面活性剤、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウムなどの4級アンモニウム塩型のカチオン性界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやN−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムべタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
【0090】
また、フルオロアルキル基を有する界面活性剤を用いることにより、非常に少量でその効果をあげることができる。
好ましく用いられるフルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤としては、炭素数2〜10のフルオロアルキルカルボン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[ω−フルオロアルキル(C6〜C11)オキシ]−1−アルキル(C3〜C4)スルホン酸ナトリウム、3−[ω−フルオロアルカノイル(C6〜C8)−N−エチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜C20)カルボン酸及び金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜C13)及びその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜C12)スルホン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、N−プロピル−N−(2−ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜C10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜C16)エチルリン酸エステルなどが挙げられる。
【0091】
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。
【0092】
また、カチオン性界面活性剤としては、フルオロアルキル基を右する脂肪族1級、2級もしくは2級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6−C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩などの脂肪族4級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩、商品名としてはサーフロンS−121(旭硝子社製)、フロラードFC−135(住友3M社製)、ユニダインDS−202(ダイキンエ業杜製)、メガファックF−150、F−824(大日本インキ社製)、エクトップEF−132(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−300(ネオス社製)などが挙げられる。
【0093】
樹脂微粒子は、水系媒体中で形成されるトナー母体粒子を安定化させるために加えられる。このために、トナー母体粒子の表面上に存在する被覆率が10〜90%の範囲になるように加えられることが好ましい。
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。
【0094】
上記の樹脂微粒子、無機化合物分散剤と併用して使用可能な分散剤として、高分子系保護コロイドにより分散液滴を安定化させても良い。
例えばアクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマール酸、マレイン酸または無水マレイン酸などの酸類、あるいは水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体、例えばアクリル酸−β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸−β−ヒドロキシエチル、アクリル酸−β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−3−クロロ2−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドなど、ビニルアルコールまたはビニルアルコールとのエーテル類、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテルなど、またはビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニルなど、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドあるいはこれらのメチロール化合物、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどの酸クロライド類、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミンなどの含窒素化合物、またはその複素環を有するものなどのホモポリマーまたは共重合体、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステルなどのポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類などが使用できる。
【0095】
分散の方法としては特に限定されるものではないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波などの公知の設備が適用できる。この中でも、分散体の粒径を2〜20μmにするために高速せん断式が好ましい。
高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は特に限定はないが、通常1000〜30000rpm、好ましくは5000〜20000rpmである。分散時間は特に限定はないが、バッチ方式の場合は、通常0.1〜5分である。分散時の温度としては、通常、0〜150℃(加圧下)、好ましくは40〜98℃である。
【0096】
3)乳化液の作製と同時に、アミン類(B)を添加し、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)との反応を行わせる。
この反応は、分子鎖の架橋及び/又は伸長を伴う。反応時間は、ポリエステルプレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)との反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは2〜24時間である。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、ジブチルチンジラウレート、ジオクチルチンラウレート、ジオクチルチンジラウレートなどが挙げられる。
【0097】
(4)反応終了後、乳化分散体(反応物)から有機溶媒を除去し、洗浄、乾燥してトナー母体粒子を得る。
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。
【0098】
(5)上記で得られたトナー母体粒子に、荷電制御剤を打ち込み、ついで、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子等の無機微粒子を外添させ、トナーを得る。
荷電制御剤の打ち込み、及び無機微粒子の外添は、ミキサー等を用いた公知の方法によって行われる。
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、真球状からラク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(morphology:モルフォロジー)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。
【0099】
本発明に係るトナーの形状は略球形状であり、以下の形状規定によって表すことができる。
図5は、本発明に係るトナーの形状を模式的に示す図である。図5において、略球形状のトナーを長軸r1、短軸r2、厚さr3(但し、r1≧r2≧r3とする。)で規定するとき、本発明に係るトナーは、長軸と短軸との比(r2/r1)(図5(b)参照)が0.5〜1.0で、厚さと短軸との比(r3/r2)(図5(c)参照)が0.7〜1.0の範囲にあることが好ましい。長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5未満では、真球形状から離れるためにドット再現性及び転写効率が劣り、高品位な画質が得られなくなる。また、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7未満では、扁平形状に近くなり、球形トナーのような高転写率は得られなくなる。特に、厚さと短軸との比(r3/r2)が1.0では、長軸を回転軸とする回転体となり、トナーの流動性を向上させることができる。
なお、r1、r2、r3は、走査型電子顕微鏡(SEM)で、視野の角度を変えて写真を撮り、観察しながら測定した。
【0100】
ここで剤の連れまわりが発生した場合に見られる現象について以下詳細に記載する。
連れまわりの発生時には現像スリーブ上の現像剤のトナー濃度が低下した状態となるため、連れまわりが発生していないときと比較して現像能力が低下し、画像が薄くなる。現像ユニット内のトナー濃度は低くなくても、スリーブ上のトナー濃度は低下するため、仮に画像濃度を上げようとすると本来必要としている以上のトナー量が必要となり、結果としてトナー飛散やかぶり画像の発生を引き起こしてしまうこともありうる。特にベタ画像において異常が見えやすい。ベタ画像は多くのトナーを一度に消費するために現像スリーブ上のトナー濃度が短時間で低下しやすく、連続で全面ベタ画像を出力すると途中から画像濃度が低下し、現像剤搬送スクリュー形状に沿った白スジなどの異常画像も発生しやすくなる。
【0101】
連れまわりが発生している状態ではスリーブ上の現像剤は常に低トナー濃度となり、スリーブから現像剤が脱離しにくいために新しい現像剤との交換も十分には行われない。そういった低トナー濃度でなおかつ入れ替わりの少ない現像剤が常にスリーブ上で回転し、ドクタブレードで連続してしごかれることにより、現像剤の受けるストレスは大きくなる。ストレスを受けた現像剤はさまざまな影響を受ける。トナーの添加剤の脱離や埋め込まれ、現像剤劣化の促進、などの異常が予測される。
【0102】
次にベタ追従性の評価についての説明を行う。ここでいうベタ追従性は現像剤の連れまわりによって現像スリーブ上の現像剤が入れ替わらないことに起因する局部的な画像濃度低下現象であり、全面ベタ画像を出力すると縦白筋状の異常画像として確認することができる。ベタ追従性は全面ベタ画像の連続通紙によって評価することが多い。紙サイズや連続通紙枚数について特に規定はないが、多くの場合においてはA3を数枚連続通紙して評価する。本実施例では評価条件を以下のように規定した。
・全面ベタ画像A3を10枚リピートで出力し、10枚目の画像を判断する
・トナー補給制御方式は特に規定しないが、極端にトナー濃度が低下しないようにする
・ベタ追従性が悪くなると発生する縦白筋状の異常画像を目視評価し、5段階または3段階程度にランク付けをする
【実施例1】
【0103】
本発明は実施例に限定されて解釈されるものではない。
機体は株式会社リコー製ImagioNeoC385を使用した。トナーは株式会社リコー製重合トナーを使用した。トナーの色は黒である。現像剤容量が340gになるように7wt%で初期現像剤を混合し、初期現像剤を慣らすために実機で画像面積率5%チャートを1000枚程度出力した。トナー濃度はなるべく7wt%と一定で推移するように設定した。
【0104】
しかし現状の現像ユニット構成では剤のつれまわりは発生しづらいために、故意にこの剤の連れまわりの発生しやすい条件を選択した。具体的には現像Mgローラの現像剤汲み上げ極の磁力を落として、搬送スクリュー上の現像剤を汲み上げづらくさせて剤の連れまわりの発生しやすい条件を用いた。この条件では全面ベタ画像A3を10枚連続通紙しただけで、縦白筋状の異常画像が多数見られ、ベタ追従性の程度としては非常に悪い。
【0105】
ここで現像スリーブより脱離した現像剤をスリーブより遠い側の第2搬送スクリュー側へ落下させる手段としてガイド板9を設けたところ、ベタ追従性の改善に大きな効果が見られた。このガイド板9は、図6にその構成を示す。ガイド板9の先端は現像スリーブ2に触れない程度に近づいており、現像スリーブ2から脱離した現像剤110を現像スリーブ2よりも遠い側の第2現像スクリュー5上に落下させる働きを持つ。
【0106】
ガイド板9の形状、設置個所などについては特に制限されず、前述の機能を果たしていればよい。すなわち、これらガイド板9の設置個所、設置角度、形状、材質、表面状態等は特に限定されない。
ガイド板9の先端は現像スリーブ2の近傍、あるいは軽く接触しているが、現像スリーブ2上の現像剤の層を乱さない位置、すなわち現像剤の層がない位置を狙う。そうでないと、現像スリーブ2上の現像剤の汲み上げ量にばらつきが生じたり、常に現像スリーブ2上の現像剤をしごくこととなったり、現像剤ストレスの増大やスリーブ表面へのトナーの固着を引き起こしたりする惧れが増大する。ガイド板9の逆の端部は現像スリーブ2から脱離した現像剤を現像スリーブ2から遠い側の第2現像スクリュー5上に落下させるために、第2現像スクリュー5の略上方に位置させなければならない。ガイド板9の両端部には現像剤のスムーズな受け渡しのために、マイラフィルムやそれに相当するフィルム状の材料を貼り付けてもよい。
【0107】
ガイド板9のベタ追従性の検証実験として、現像スリーブ2から見て手前側半分はガイド板9を設け、奥側半分はガイド板9を設けない構成でベタ追従性を確認したところ、ガイド板9の有無に対応して縦白筋状の異常画像が見られた。
【実施例2】
【0108】
実施例1では、現像スリーブ2より脱離した現像剤を現像スリーブ2から遠い側の第2現像スクリュー5へ落下させるガイド板9によって、ベタ追従性の改善が見られた。
第1現像スクリュー(第1スクリューともいう)4と第2現像スクリュー(第2スクリューともいう)5とで現像剤の受け渡しの収支が取れている構成に対して、本来第1スクリュー4上に落下するはずの現像剤を第2スクリュー5上に落下させたために、現像剤容量が徐々に第2スクリュー5側に傾いていき、結果として、ベタ追従性が悪くなる方向に変化していくことになる。
【0109】
本実施例では、第1スクリュー4と第2スクリュー5とで、現像剤収支を取って、第2スクリュー5上へ落下させた現像剤の容量分を第1スクリュー4側へ多く受け渡すように構成し、第2スクリュー5を第1スクリュー4よりも早く回転させる達成手段を設けるようにした。現在第1スクリュー4と第2スクリュー5との速度比は1:1であるが、これを1:1.11および1:1.25に変更したところ、第1スクリュー4と第2スクリュー5との間の現像剤の偏りが低減した。実機で確認したところ、1:1.11と1:1.25のどちらの速度比でも全面ベタA3連続100枚通紙にてベタ追従性は問題なかった。このように、本発明では、第1スクリュー4と第2スクリュー5との速度比を好ましくは、1以下、好ましくは1未満とする。
【図面の簡単な説明】
【0110】
【図1】従来例の現像装置の構成を示す断面図である。
【図2】本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す断面図である。
【図3】本発明の現像手段用マグネットローラ磁束密度の構成図である。
【図4】本発明に懸るトナーの形状係数SF−1(図4の(a))、SF−2(図4の(b))の説明のための模式図である。
【図5】本発明のトナーの形状を示す模式図である。
【図6】本発明のガイド板を含む現像装置の断面図である。
【符号の説明】
【0111】
1 感光体
2 現像スリーブ
3 ドクタ
4 第1現像スクリュー(第1スクリュー)
5 第2現像スクリュー(第2スクリュー)
6 現像手段
7 転写ローラ
8 露光手段
9 ガイド板
10 現像装置
110 脱離した現像剤




 

 


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