JP5407586B2 - 現像装置、画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents
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ところが、作像動作を繰り返すと像担持体(感光体)と現像スリーブ間、現像スリーブとドクターブレード間で現像剤にストレスが掛かり、トナーが現像スリーブ上に摩擦熱等により溶融し固着するスリーブ固着という現象が起きる。現像スリーブ上にトナーによる固着が発生すると、濃度低下、地汚れ等の異常画像を発生させてしまう。
さらにこのスリーブ固着の要因としては、現像スリーブ表面の特性とトナー粒径やトナー粒径分布が大きく関与していることが明らかとなっている。さらに、スリーブ固着が一度発生すると現像スリーブ表面がトナーで覆われることで固着が経時で加速する傾向にある。
例えば、特許文献4では現像スリーブ内の磁力の変化や現像スリーブ表面に不規則な凹凸パターンを形成することでスリーブ固着を防止している。ところが、この方法では不規則な凹凸パターンであるため、トナーの物性との組み合わせにおいて固着を加速してしまうという懸念がある。
例えば、特許文献5では現像スリーブの表面特性として、十点平均粗さRzおよび凹凸の平均間隔Smを規定している。ところが、この方法では粗さ曲線の細かい凹凸の存在を無視しておりトナー粒径の影響が考慮されておらず不十分である場合がある。
また、例えば特許文献2では現像スリーブの表面特性として、十点平均粗さRzおよび凹凸の平均間隔Smをキャリア粒径で規定している。ところが、この方法では上記特許文献5と同様の理由から不十分である場合がある。
該トナーの体積平均粒径Dv(μm)と該現像剤担持体の長手方向の凹凸平均間隔Sm(μm)、算術平均粗さRa(μm)および10点平均粗さRz(μm)が下式の関係を満たすことを特徴とする現像装置。
22×Dv−70≦Sm≦22×Dv−50
0.3×Dv−1.2≦Ra≦0.3×Dv−0.8
1.7×Dv−7.0≦Rz≦1.7×Dv−5.0
(2)前記トナーの体積平均粒径が8μm以下であることを特徴とする上記(1)に記載の現像装置。
(3)前記トナーのFT−IR(フーリエ変換赤外分光分析測定装置)を使用しATR法(全反射法)で測定した、該ワックスの特徴的なスペクトルのピーク高さWと該結着樹脂の特徴的なスペクトルのピーク高さRとを用いて示されるピーク比(W/R)が0.050〜0.100であることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の現像装置。
(4)潜像担持体と、該像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、該潜像担持体上の静電潜像をトナーによって現像する現像手段と、該潜像担持体上のトナー像を転写体に転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、
該現像手段が上記(1)〜(3)のいずれかに記載の現像装置であることを特徴とする画像形成装置。
(5)前記潜像担持体上に基準トナーパターンの静電潜像を形成し、該現像剤担持体によって、基準トナーパターンを現像し、その基準トナーパターンの反射濃度を検知し、その検知した出力値によって濃度調整を行う手段を有することを特徴とする上記(4)に記載の画像形成装置。
(6)画像形成装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、少なくとも前記潜像担持体と上記(1)〜(3)のいずれかに記載の現像装置とを一体に設けてなることを特徴とするプロセスカートリッジ。
22×Dv−70≦Sm≦22×Dv−50
0.3×Dv−1.2≦Ra≦0.3×Dv−0.8
1.7×Dv−7.0≦Rz≦1.7×Dv−5.0
上記のように、小粒径トナーをスリーブ固着せずに使いこなすためには、トナーの体積平均粒径Dvと、現像スリーブの長手方向の凹凸平均間隔Sm、算術平均粗さRa及び10点平均粗さRzとの関係が重要であることがわかった。詳細なメカニズムはわかっていないが、使用するトナー粒径に合わせて現像スリーブのSm、Ra及びRzの値が上式を満たす値を有することでトナーの溝に対する挟まりを防ぎ、スリーブ固着を回避できると考えられる。Sm、Ra及びRzの値が閾値よりも大きい場合には、トナーが現像スリーブの溝に挟まり、スリーブ固着につながる。一方、Sm、Ra及びRzの値が閾値よりも小さい場合には、現像剤のくみ上げ不良がおこり、十分な印刷濃度が得られない問題が生じる。
トナーは小粒径トナーの使用が望ましいことから、トナーの体積平均粒径は8μm以下が好ましく、4〜7μmがより好ましい。体積平均粒径が8μmを超えるトナーの使用では、得られる画像の解像度が低くなる傾向がある。
その他の離型剤としては、固形シリコーンワニス、高級脂肪酸高級アルコール、モンタン系エステルワックス、低分子量ポリプロピレンワックス等、従来公知のいかなる離型剤をも混合して使用できる。
これらの離型剤の使用量は、結着樹脂に対し、1〜20質量%、好ましくは3〜10質量%である。
ポリスチレン、クロロポリスチレン、ポリα-メチルスチレン、スチレン/クロロスチレン共重合体、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/塩化ビニル共重合体、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、スチレン/アクリル酸オクチル共重合体、スチレン/アクリル酸フェニル共重合体等)、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/メタクリル酸フェニル共重合体等)、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(スチレン又はスチレン置換体を含む単独重合体又は共重合体)、塩化ビニル樹脂、スチレン/酢酸ビニル共重合体、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ケトン樹脂、エチレン/エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂等、石油系樹脂、水素添加された石油系樹脂等。
なお、これら帯電制御剤は、ジルコニウム系化合物と混合して使用することできる。
粉砕トナーを製法する際のトナーを溶融混練する装置としては、バッチ式の2本ロール、バンバリーミキサーや連続式の2軸押出し機や、連続式の1軸混練機等が好適に用いられる。
粉砕については、ハンマーミルやロートプレックス等を用いて粗粉砕し、更にジェット気流を用いた微粉砕機や機械式の微粉砕機などを使用することができる。得られるトナーは体積平均粒径が3〜15μm、好ましくは8μm以下であるのが望ましい。
また混合方法としては段階的に外添剤を加えていく手法が遊離率を制御する上で有効である。トナー母体に付着しにくい物を先に加えて混合し、その後トナー母体に付着しやすいものを混合することで所望の遊離率に制御することができる。
一般的には、トナーの粒子径は小さければ小さいほど、高解像で高画質の画像を得るために有利であるといわれているが、逆に転写性やクリーニング性に対しては不利である。本発明においても3μmよりも体積平均粒径が小さい場合、現像装置における長期の撹拌において現像剤のキャリアの表面にトナーが融着しキャリアの帯電能力を低下させるといった不具合が発生した。
逆に、トナーの体積平均粒径が15μmよりも大きい場合には、高解像で高画質の画像を得ることが難しくなるとともに、トナー粒子径の変動が大きくなる場合が多い。
トナーの体積平均粒径(Dv)は、粒度測定器(「マルチサイザーIII」、ベックマンコールター社製)を用い、アパーチャー径100μmで測定し、解析ソフト(Beckman Coulter Mutlisizer3 Version3.51)にて解析を行った。具体的には、ガラス製100mlビーカーに10%界面活性剤(アルキルベンゼンスルフォン酸塩ネオゲンSC−A;第一工業製薬社製)を0.5ml添加し、各トナー0.5g添加しミクロスパーテルでかき混ぜ、次いでイオン交換水80mlを添加した。得られた分散液を超音波分散器(W−113MK−II;本多電子社製)で10分間分散処理した。前記分散液を前記マルチサイザーIIIを用い、測定用溶液としてアイソトンIII(ベックマンコールター社製)を用いて測定を行った。測定は装置が示す濃度が8±2%になるように前記トナーサンプル分散液を滴下した。本測定法は粒径の測定再現性の点から前記濃度を8±2%にすることが重要である。この濃度範囲であれば粒径に誤差は生じない。
芯材の材料は、公知のものの中から適宜選択することができ、50emu/g〜90emu/gのマンガン−ストロンチウム系材料、マンガン−マグネシウム系材料等が挙げられる。また、画像濃度を確保するためには、100emu/g以上の鉄粉、75〜120emu/gのマグネタイト等の高磁化材料を用いることが好ましい。また、穂立ち状態となっている現像剤の感光体に対する衝撃を緩和でき、高画質化に有利であることから、30〜80emu/gの銅−亜鉛系等の低磁化材料を用いることが好ましい。これらは、単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記芯材の体積平均粒子径は、10μm〜150μmであることが好ましく、40μm〜100μmがより好ましい。前記体積平均粒子径が、10μm未満であると、キャリア中に微粉が多くなり、一粒子当たりの磁化が低下してキャリアの飛散が生じることがあり、150μmを超えると、比表面積が低下し、トナーの飛散が生じることがあり、ベタ部分の多いフルカラーでは、特に、ベタ部の再現が悪くなることがある。
被転写体は、特に制限はなく、公知の記録媒体(記録紙)の中から適宜選択することができる。
なお、目的に応じて、定着装置と共に、又は定着装置に代えて、例えば、公知の光定着器を用いてもよい。
このトナー濃度制御方式においては、光反射型フォトセンサの出力値のうち、潜像担持体上のトナーパターンに対する光反射型フォトセンサの出力をVsp、像担持体上のトナー非付着部(地肌部)に対する光反射型フォトセンサの出力値をVsgとすると、通常はVsp/Vsgが一定になるようにトナー補給制御を行う。基準のトナーパターンのトナー付着量が少なくなるとVsp/Vsgが上昇し、現像器内の現像剤のトナー濃度が低いと判断されて、トナー補給装置から現像器へトナー補給が行われることでトナー濃度が一定に保たれる。 逆に、Vsp/Vsgが低い場合には、現像器内の現像剤のトナー濃度が高いと判断されて、トナー補給は行われない。
<トナー1の製造例>
・ポリエステル樹脂(A) 45部
(重量平均分子量:5,000、Tg:63℃、THF不溶分:0%,
軟化点:143℃、分子量ピーク:4,200)
・ポリエステル樹脂(B) 45部
(重量平均分子量:5,800、Tg:62℃、クロロホルム不溶分:20%,
軟化点99℃、分子量ピーク:3,600)
・スチレン/アクリル樹脂 15部
(重量平均分子量:26,000、Tg:66℃、クロロホルム不溶分4%,
軟化点:143℃, 分子量ピーク:4,300)
・ワックス 5部
(脱遊離脂肪酸型カルナウバワックス)
・カーボンブラック(#44:三菱化学社製) 10部
・ジルコニア系化合物1 1部
(サリチル酸ジルコニウム)
上記組成の混合物をヘンシェルミキサー中で十分撹拌混合した後、ロールミルで130〜140℃の温度で約30分間加熱溶融し、室温まで冷却後、得られた混練物をジェットミル、風力分級機で粉砕分級しトナー母体を得た。ジェットミルのエア圧は0.65MPa、分級機での風量は500m3/hに設定した。得られたトナー母体に平均粒径20nmの疎水性シリカ0.5wt%、平均粒径15nmの酸化チタン0.5wt%を添加混合し、[トナー1]とした。得られた[トナー1]の体積平均粒径は5.0μm、W/Rは、0.100であった。
・シリコーン樹脂溶液 132.2部
[固形分23質量%(SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)]
・アミノシラン 0.66部
[固形分100質量%(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)]
・導電性粒子 31部
[基体:アルミナ、表面処理:下層=二酸化スズ/上層=二酸化スズを含む
酸化インジウム、粒径:0.35μm,粒子粉体比抵抗:3.5Ω・cm]
・トルエン 300部
をホモミキサーで10分間分散し、シリコーン樹脂被覆膜形成溶液を得た。
芯材として体積平均粒径;70μm焼成フェライト粉を用い、上記被覆膜形成溶液を芯材表面に膜厚0.15μmになるように、スピラコーター(岡田精工社製)によりコーター内温度40℃で塗布し乾燥した。得られたキャリアを電気炉中にて300℃で1時間放置して焼成した。冷却後フェライト粉バルクを目開き125μmの篩を用いて解砕し、[キャリア]を得た。
上記のようにして作製したトナー1の4質量%と、上記試作したキャリアの96質量%とを混合し、得られた二成分現像剤を用いて図4で示す画像形成装置(リコー社製、IPSiO SP6220)にて印刷を行い、50,000枚/日で、初期及び100,000枚でそれぞれ評価画像を出す。評価機の評価条件としては、線速が450mm/secとなるようにした。
現像スリーブはSm、RaおよびRzが各々40μm、0.3μmおよび1.5μmのものを使用した。
画像評価は100,000枚印刷後の印刷画像と1枚目の印刷画像を比較し、見本を用いて目視にて判断した。スリーブ評価は汚れの一番ひどい箇所をマクベス濃度計にて測定し、濃度から判断した。結果を表1に示す。
○:1枚目と同等の画質である。
×:1枚目よりも画質が劣る。
<スリーブ評価>
○:濃度が1.0以下
×:濃度が1.0以上
現像スリーブのSm、RaおよびRzが各々60μm、0.7μmおよび3.5μmのものを使用した以外は実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。
ワックスを4部にしてW/Rを0.050にした以外は実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。
ワックスを4部にしてW/Rを0.050にし、現像スリーブのSm、RaおよびRzが各々60μm、0.7μmおよび3.5μmのものを使用した以外は実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。
トナー粉砕時のジェットミルのエア圧を0.65MPaにしてトナーの体積平均粒径を7.0μmにし、現像スリーブのSm、RaおよびRzが各々84μm、0.9μmおよび4.9μmのものを使用した以外は実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。
トナー粉砕時のジェットミルのエア圧を0.65MPaにしてトナーの体積平均粒径を7.0μmにし、現像スリーブのSm、RaおよびRzが各々104μm、1.3μmおよび6.9μmのものを使用した以外は実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
ワックスを4部にしてW/Rを0.050にし、トナー粉砕時のジェットミルのエア圧を0.65MPaにしてトナーの体積平均粒径を7.0μmにし、現像スリーブのSm、RaおよびRzが各々84μm、0.9μmおよび4.9μmのものを使用した以外は実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。
ワックスを4部にしてW/Rを0.050にし、トナー粉砕時のジェットミルのエア圧を0.65MPaにしてトナーの体積平均粒径を7.0μmにし、現像スリーブのSm、RaおよびRzが各々104μm、1.3μmおよび6.9μmのものを使用した以外は実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。
現像スリーブはSm、RaおよびRzが各々38μm、0.2μmおよび1.3μmのものを使用した以外は実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。
現像スリーブはSm、RaおよびRzが各々62μm、0.8μmおよび3.7μmのものを使用した以外は実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。
トナー粉砕時のジェットミルのエア圧を0.65MPaにしてトナーの体積平均粒径を7.0μmにし、現像スリーブはSm、RaおよびRzが各々82μm、0.8μmおよび4.7μmのものを使用した以外は実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。
トナー粉砕時のジェットミルのエア圧を0.65MPaにしてトナーの体積平均粒径を7.0μmにし、スリーブはSm、RaおよびRzが各々106μm、1.5μmおよび7.1μmのものを使用した以外は実施例1と同様にして評価した。結果を表1に示す。
650 現像スリーブ
651a ボス部
652a フランジ
710a 砥石
710b 砥石
780 保持部
(図4〜6において)
10、10K、10Y、10M、10C 感光体
14、15、16 支持ローラ
17 クリーニング装置
18 画像形成ユニット
20 帯電装置
22 二次転写装置
23 支持ローラ
24 二次転写ベルト
25 定着装置
26 定着ベルト
27 加圧ローラ
28 反転装置
30 露光装置
32 コンタクトガラス
33 第一走行体
34 第二走行体
35 結像レンズ
36 読み取りセンサ
40 現像装置
49 レジストローラ
50 中間転写体
52 分離ローラ
53 手差し給紙路
54 手差しトレイ
55 切換爪
56 排出ローラ
57 排出トレイ
60 クリーニング装置
61 現像装置
62 転写帯電器
70 除電装置
80 転写ローラ
120 画像形成手段
130 原稿台
142 給紙ローラ
143 ペーパーバンク
144 給紙カセット
145 分離ローラ
146 給紙路
147 搬送ローラ
148 給紙路
150 複写装置本体
200 給紙テーブル
300 スキャナ
400 原稿自動搬送装置(ADF)
Claims (6)
- 少なくとも結着樹脂、着色剤、ワックスを含むトナーとキャリアとを含有する二成分現像剤を収容する現像剤収容器と、該現像剤収容器に設けられた開口部で潜像担持体と対向するように配置され、該現像剤収容器内の現像剤を表面上に担持して回転し、潜像担持体と対向する箇所で該潜像担持体の表面の潜像にトナーを供給して現像する現像剤担持体と、該現像剤担持体の軸線方向に沿って現像剤に搬送力を付与しかつ、現像剤を攪拌する現像剤搬送部材とを備える現像装置において、
該トナーの体積平均粒径Dv(μm)と該現像剤担持体の長手方向の凹凸平均間隔Sm(μm)、算術平均粗さRa(μm)および10点平均粗さRz(μm)が下式の関係を満たすことを特徴とする現像装置。
22×Dv−70≦Sm≦22×Dv−50
0.3×Dv−1.2≦Ra≦0.3×Dv−0.8
1.7×Dv−7.0≦Rz≦1.7×Dv−5.0 - 前記トナーの体積平均粒径が8μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
- 前記トナーのFT−IR(フーリエ変換赤外分光分析測定装置)を使用しATR法(全反射法)で測定した、該ワックスの特徴的なスペクトルのピーク高さWと該結着樹脂の特徴的なスペクトルのピーク高さRとを用いて示されるピーク比(W/R)が0.050〜0.100であることを特徴とする請求項1又は2に記載の現像装置。
- 潜像担持体と、該像担持体に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、該潜像担持体上の静電潜像をトナーによって現像する現像手段と、該潜像担持体上のトナー像を転写体に転写する転写手段とを備えた画像形成装置において、
該現像手段が請求項1〜3のいずれかに記載の現像装置であることを特徴とする画像形成装置。 - 前記潜像担持体上に基準トナーパターンの静電潜像を形成し、該現像剤担持体によって、基準トナーパターンを現像し、その基準トナーパターンの反射濃度を検知し、その検知した出力値によって濃度調整を行う手段を有することを特徴とする請求項4に記載の画像形成装置。
- 画像形成装置本体に着脱自在なプロセスカートリッジにおいて、少なくとも前記潜像担持体と請求項1〜3のいずれかに記載の現像装置とを一体に設けてなることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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