JP2008112068A - 現像装置及びプロセスカートリッジ及び１成分現像剤及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トナー収容部を現像ローラやトナー層規制部材の上方に配置した構成の現像装置においてもトナー層厚むら及び凝集及び固着の発生を防止することが可能なオイルレス定着可能な１成分現像剤、この１成分現像剤を用いる現像装置、この現像装置を備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供する。
【解決手段】現像剤担持体１６と、有機ホウ素化合物を含有する非磁性１成分現像トナーからなる現像剤を現像剤担持体１６上に供給する現像剤供給手段１８を含む現像剤供給部１５と、現像剤供給部１５の上方に配設され現像剤を収容する現像剤収容部１４と、現像剤担持体１６の表面に接触して現像剤を薄層化する現像剤層規制部材１７と、現像剤層規制部材１７の直上以外の位置であって現像剤供給手段１８の直上に配設され現像剤収容部１４から現像剤供給部１５へと現像剤を落下させる開口部２０とを有し、現像剤担持体１６に所定のバイアスを印加して潜像担持体３上の静電潜像を可視像化することを特徴とする現像装置５。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子写真式複写装置、プリンタ、ファクシミリ、複合機等の画像形成装置に関し、詳しくは１成分現像剤を用いる現像装置、現像装置に用いられる１成分現像剤、現像装置を備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。

近年多く用いられる画像形成方法の一つとして、複数のプロセスカートリッジユニットによってそれぞれ異なる色のトナー像を形成し、各トナー像を中間転写体上に順次重なるように１次転写させ、この後に１次転写像を転写紙上に一括して２次転写させるタンデム画像形成方法が知られている。このタンデム画像形成方法に用いられるプロセスカートリッジユニットは、静電潜像が形成される感光体ドラム、感光体ドラム表面を帯電する帯電ローラ、静電潜像パターンに従ってトナーを感光体ドラム表面に供給してトナー像を形成する現像装置、転写後に感光体ドラム上に残存したトナーを清掃するクリーニング装置等を有している。現像装置は、感光体ドラムに接触対向して配置されトナーを感光体ドラム上に供給する現像ローラ、現像ローラに当接配置された供給ローラ及びトナー層規制部材、トナーを収容するトナー収容部等を有している。中間転写体は主にベルトで構成され、各色のプロセスカートリッジユニットは中間転写ベルトに対向して配置されている。

上述のタンデム画像形成方法を用いた場合、プロセスカートリッジユニットが複数設けられているために装置全体の大きさがプロセスカートリッジユニットの並ぶ方向に大きくなってしまうという問題点がある。この問題点を解決するため、現像装置のトナー収容部を現像ローラ及びトナー層規制部材の上方に配置することにより各プロセスカートリッジユニットの間隔を詰めて並べ、装置の小型化を図る方法が提案されている。

また、近年多く用いられる定着装置として、定着時にオイルを使用する代わりにトナーにワックスを含有させ、定着時にワックスが染み出して定着部材から転写紙が分離することを可能としたオイルレス定着装置が知られている。この代表的なものとしては、加熱ローラと加圧ローラのみで定着を行うローラ定着方式等が挙げられる。このような定着方式を用いることによりオイル塗布装置等の設置を省略することができ、画像形成装置の小型化及び簡略化を図ることができる。

しかし、ワックスを高充填したトナーを用いた場合には表面のワックスが遊離してしまい、定着以外のプロセスにおいて画像ノイズ要因となる不具合を引き起こし易い。特に、遊離ワックスが現像部の現像剤担持体や潜像担持体へフィルミングすると帯電不良等の不具合が発生し、いわゆるカブリ等の画像ノイズを発生させたり、さらには潜像担持体へフィルミングしたワックスが接触帯電部材に移行して部材の帯電能力が低下して潜像担持体の帯電不良を引き起こしたりしてしまうという副次的な不具合をも発生させてしまう。さらにはワックスによりトナー付着力が増大して流動性の低下を引き起こし、上述した従来の現像装置ではトナー収容部を現像ローラやトナー層規制部材の上方に配置しているため、トナー収容部からのトナーの重力落下による粉圧がトナー層規制部材や供給ローラの当接部近傍のトナーに対して流動を阻害してしまい、その結果トナーが現像ローラ表面に均一に供給されなくなり、トナー層厚むらが生じて画像濃度不良が発生してしまう。あるいはトナー層規制部材の押圧下の通過を繰り返して劣化したトナーがトナー像規制部材の当接部近傍に溜まって凝集や固着を引き起こし、画像上で縦筋むらが発生するといった不具合が生じる。

特開２００４−２６４２３８号公報 特開２００５−３７７９４号公報 特開２００５−２４９３３号公報 特開２００４−３１７８７２号公報 特開２００４−２９４５９０号公報 特開２００４−２１９５０７号公報 特開２００３−１１４５４６号公報 特開平９−２８８３８０号公報 特開平３−１１２９９０号公報

上述した問題点を解決する解決策として、一般的にはトナーの円形度を高くするあるいは外添剤を増量する等によりトナーの流動性を高めることが挙げられる。「特許文献１」には、トナーの重量平均粒径を４〜１０μｍかつ平均円形度を０．９〜０．９９に設定することによってトナーの流動性を高めることにより、現像装置内におけるトナーブロッキングの発生を抑制して画像濃度不良の発生を回避することが可能であると開示されている。

しかし、ワックスを高充填したトナーを用いた場合には上述の方法のみでは各種不具合の発生を防止することが難しく、トナー収容部を現像ローラやトナー層規制部材の上方に配置した構成の現像装置ではトナーの重力落下による粉圧によってトナーの流路がふさがれてしまうため、上述のように流動性を高めたトナーを用いても問題点を解決することは困難であった。

本発明は上述の問題点を解決し、トナー収容部を現像ローラやトナー層規制部材の上方に配置した構成の現像装置においてもトナー層厚むら及び凝集及び固着の発生を防止することが可能なオイルレス定着可能な１成分現像剤、この１成分現像剤を用いる現像装置、この現像装置を備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置の提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、潜像担持体を有する画像形成装置に用いられ、前記潜像担持体上に形成された静電潜像を可視像化させる現像装置であって、前記潜像担持体に近接または接触して回転自在に設けられた現像剤担持体と、前記現像剤担持体上に有機ホウ素化合物を含有する非磁性１成分現像トナーからなる現像剤を供給する現像剤供給手段を含む現像剤供給部と、前記現像剤供給部の上方に配設され前記現像剤を収容する現像剤収容部と、前記現像剤収容部から前記現像剤供給部へと前記現像剤を落下させる開口部と、前記現像剤担持体の表面に接触して前記現像剤担持体上に供給された前記現像剤を薄層化する現像剤層規制部材とを有し、前記開口部は前記現像剤層規制部材の直上以外の位置であって前記現像剤供給手段の直上に配設され、前記現像剤担持体に所定のバイアスを印加して前記潜像担持体上の静電潜像を可視像化することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の現像装置において、さらに前記現像剤供給手段は発泡性の弾性体層を有するローラからなり、該ローラは前記現像剤担持体に押圧して配設されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の現像装置を備え、前記画像形成装置に着脱自在に構成されているプロセスカートリッジであることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の現像装置に用いられる非磁性１成分現像トナーであって、さらにワックス内添樹脂及び着色剤及び帯電制御剤及び外添剤を含み、前記帯電制御剤がトナー１００重量部に対して０．５〜３．０重量部含有され、前記外添剤の総量が１．５〜４．０重量部であることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１または２記載の現像装置に用いられる非磁性１成分現像トナーであって、さらに結着樹脂中にワックスが内添されていることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の非磁性１成分現像トナーにおいて、さらに平均円形度が０．８８０〜０．９７０であることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項４ないし６の何れか１つに記載の非磁性１成分現像トナーにおいて、さらにワックス含有量がトナー１００重量部に対して３〜１０重量部であることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項４ないし７の何れか１つに記載の非磁性１成分現像トナーにおいて、さらに体積平均粒径が５〜１０μｍであることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、請求項４ないし８の何れか１つに記載の非磁性１成分現像トナーにおいて、さらにワックス分散剤を含むことを特徴とする。

請求項１０記載の発明は、請求項４ないし９の何れか１つに記載の非磁性１成分現像トナーを用いる画像形成装置であって、さらに加熱ローラと加圧ローラとからなる２ロール定着方式を用いた定着装置を有することを特徴とする。

請求項１１記載の発明は、請求項４ないし９の何れか１つに記載の非磁性１成分現像トナーを用いる画像形成装置であって、さらにオイル塗布を必要としないオイルレス定着方式を用いた定着装置を有することを特徴とする。

本発明によれば、現像剤収容部から現像剤供給部へと現像剤を落下させる開口部を、現像剤層規制部材の直上以外の位置であって現像剤供給手段の直上に配設したので、現像剤供給手段へと向かう現像剤の流動経路が確保され易くなり、現像剤供給部に対して十分な量の現像剤を送ることができると共に、現像剤収容部内の現像剤の自重による粉圧が現像剤層規制部材近傍にまで及ばなくなるので現像剤層規制部材によって薄層化されなかった残りの現像剤の動きも円滑になり、現像剤供給部全体に現像剤の流れを行き渡らせることができる。さらに現像剤に有機ホウ素化合物を含有させることにより帯電性が安定すると共に流動性が向上し、これにより凝集や固着の発生を防止することができる。

図１は、本発明の一実施形態を採用した画像形成装置を示している。同図において電子写真式フルカラー複写装置である画像形成装置１は、それぞれ併設された４個のプロセスカートリッジユニット２を備えている。各プロセスカートリッジユニット２は、潜像担持体としての感光体ドラム３、帯電ローラ４、現像装置５、クリーニング手段６を一体的に結合した構成を有しており、各現像装置５内に貯容されている現像剤の色が異なることを除き同一に構成されている。各プロセスカートリッジユニット２は、後述する中間転写ベルト８の移動方向に沿って配置されており、ベルト移動方向の上流側からイエロ、シアン、マゼンタ、ブラックの各色の順に並べられている。各プロセスカートリッジユニット２は、それぞれの図示しないストッパを操作することにより画像形成装置１の装置本体に対して着脱自在に構成されており、互換可能にも構成されている。

感光体ドラム３は図示しない回転駆動手段によって図１の矢印方向に回転駆動（本実施形態では周速１５０ｍｍ／ｓｅｃ）され、その表面には静電潜像が形成される。帯電ローラ４は感光体ドラム３の周面に圧接されており、感光体ドラム３の回転に伴い従動回転する。帯電ローラ４には図示しない高圧電源から所定のバイアスが印加されており、このバイアスにより感光体ドラム３の表面が−５００Ｖに帯電される。感光体ドラム３の上方には、感光体ドラム３の表面を露光して静電潜像を形成する露光手段７が配設されている。露光手段７としては、レーザダイオードを用いたレーザビームスキャナやＬＥＤ等が用いられる。

本実施形態で用いられる現像装置５は１成分接触現像方式を採用しており、現像装置５には図示しない高圧電源から所定の現像バイアスが供給される。感光体ドラム３上に形成された静電潜像をトナー像として顕像化する現像装置５については後述する。クリーニング手段６は、感光体ドラム３の表面に付着した転写後の残存トナーをクリーニングする。

各感光体ドラム３の下方には、図示しないベルト駆動手段によって図１の矢印方向に走行する中間転写ベルト８が各感光体ドラム３の表面に接触する態様で配設されている。また中間転写ベルト８を介して各感光体ドラム３と接触する位置には、感光体ドラム３上に形成されたトナー像を所定のバイアスによって中間転写ベルト８に転写させる１次転写ローラ９がそれぞれ配設されている。

中間転写ベルト８を支持する１つのローラと中間転写ベルト８を介して当接する位置には、所定のバイアスが印加される２次転写ローラ１０が配設されている。各色のトナー像が中間転写ベルト８上に順次転写されることにより形成されたフルカラー画像は、２次転写ローラ１０のバイアスによって転写紙１１に一括転写される。画像が転写された転写紙１１は、加熱ローラ１２ａと加圧ローラ１２ｂとを有するオイルレスの２ロール定着方式を用いた定着装置１２によって画像を定着された後、図示しない排紙トレイ上に排出される。中間転写ベルト８の表面に付着した２次転写後の残存トナーは、ベルトクリーニング手段１３によってクリーニングされる。

ここで、現像装置５について説明する。現像装置５は、後述する有機ホウ素酸化合物を含む非磁性１成分トナーからなる現像剤（以下、トナーという場合がある）を収容する現像剤収容部としてのトナー収容室１４と、トナー収容室１４の下方に設けられた現像剤供給部としてのトナー供給室１５とを有しており、トナー供給室１５の下部には現像剤担持体としての現像ローラ１６、現像ローラ１６に当接配置された現像剤層規制部材としてのブレード１７、現像剤供給手段としての供給ローラ１８が配設されている。現像ローラ１６は感光体ドラム３に接触配置されており、図示しない高圧電源から所定の現像バイアスが印加される。

トナー収容室１４内には、図２において反時計方向に回転することにより収容されているトナーを流動させるトナー撹拌部材１９が配設されている。流動したトナーは、供給ローラ１８の直上に設けられた開口部２０を通りトナー供給室１５へと落下する。開口部２０は供給ローラ１８の直上のみに位置するように構成されており、ブレード１７の直上にはトナー収容室１４とトナー供給室１５とを仕切る壁が設けられている。

供給ローラ１８の表面には、空孔（セル）を有する構造の発泡性材料が被覆されており、この構成によりトナー供給室１５内に運ばれたトナーを効率よく付着させて取り込むと共に、現像ローラ１６との当接部における圧力集中によるトナー劣化の発生を防止している。発泡性材料としてはカーボン微粒子を含有させた導電性のものが用いられており、これは１０３〜１０１３Ωの電気抵抗値に設定されている。供給ローラ１８には、現像バイアスに対してトナーの帯電極性と同極性にオフセットされた値の供給バイアスが印加され、この供給バイアスは現像ローラ１６との当接部において予備帯電されたトナーを現像ローラ１６に押し付ける方向に作用する。供給ローラ１８は、図示しない回転駆動手段によって図２において反時計方向に回転駆動され、その表面に付着させたトナーを現像ローラ１６の表面に塗布供給する。

現像ローラ１６としては弾性ゴム層を被覆したものが用いられ、弾性ゴム層の表面にはトナーとは逆の極性に帯電し易い材料からなる表面コート層が設けられている。弾性ゴム層は、感光体ドラム３との接触状態を均一に保つためにＪＩＳ−Ａ硬度で５０度以下の硬度に設定されており、さらに現像バイアスを作用させるために１０３〜１０１０Ωの電気抵抗値に設定されている。表面コート層は、その表面粗さがＲａ０．２〜２．０μｍに設定されており、必要量のトナーがその表面に保持される。現像ローラ１６は、図示しない回転駆動手段によって図２において反時計方向に回転駆動され、その表面に保持したトナーをブレード１７及び感光体ドラム３との対向位置へと搬送する。

ブレード１７は、ＳＵＳ３０４ＣＳＰ、ＳＵＳ３０１ＣＳＰ、リン青銅等の金属からなる板ばねによって構成されており、トナー収容室１４を構成する部材にその基端を固定され、１０〜１００Ｎ／ｍの押圧力によってその自由端を現像ローラ１６の表面に圧接させている。ブレード１７を通過したトナーは、押圧力によって薄層化されると共に摩擦帯電によって電荷を付与される。ブレード１７には、トナーの摩擦帯電を補助するため、現像バイアスに対してトナーの帯電極性と同極性にオフセットされた値の規制バイアスが印加されている。

本実施形態において感光体ドラム３は時計方向に回転しており、現像ローラ１６の表面は感光体ドラム３との対向位置において感光体ドラム３と同方向に移動する。ブレード１７によって薄層化されたトナーは、現像ローラ１６の回転によって感光体ドラム３との対向位置へと搬送され、現像ローラ１６に印加された現像バイアスと感光体ドラム３上の静電潜像によって形成される潜像電界に応じて感光体ドラム３の表面に移動し、静電潜像が顕像化される。感光体ドラム３の表面に移動せず現像ローラ１６の表面に残存したトナーが再びトナー供給室１５へと戻る部分には、トナーが現像装置５の外部へと漏れ出ることを防止する封止シール２１が、現像ローラ１６に当接して配置されている。

次に、本実施形態にて用いられる現像剤（トナー）について説明する。本発明に用いられるトナー粒子は、後述する炭化水素系ワックスが内添されている第１バインダー樹脂、第２バインダー樹脂、着色剤、帯電制御剤、外添剤等を有している。第１バインダー樹脂及び第２バインダー樹脂の種類は特に制限されず、フルカラートナーの分野で公知のバインダー樹脂、たとえばポリエステル系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、スチレン−（メタ）アクリル系共重合体樹脂、エポキシ系樹脂、ＣＯＣ（環状オレフィン樹脂（たとえばＴＯＰＡＳ−ＣＯＣ（Ｔｉｃｏｎａ社製）））等が好適であるが、オイルレス定着を行う点を考慮すると第１バインダー樹脂及び第２バインダー樹脂としては何れもポリエステル系樹脂を用いることが望ましい。

本発明に好適なポリエステル系樹脂としては、多価アルコール成分と多価カルボン酸成分とを重縮合させることにより得られたポリエステル樹脂が使用可能である。多価アルコール成分のうち２価アルコール成分としては、たとえばポリオキシプロピレン（２，２）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシプロピレン（３，３）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシプロピレン（６）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン、ポリオキシエチレン（２，０）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン等のビスフェノールＡアルキレンオキサイド付加物、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、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、ネオペンチルグリコール、１，４−ブテンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ビスフェノールＡ、水素添加ビスフェノールＡ等が挙げられる。３価以上のアルコール成分としては、たとえばソルビトール、１，２，３，６−ヘキサンテトロール、１，４−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、１，２，４−ブタントリオール、１，２，５−ペンタントリオール、グリセロール、２−メチルプロパントリオール、２−メチル−１，２，４−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、１，３，５−トリヒドロキシメチルベンゼン等が挙げられる。

多価カルボン酸成分のうち２価のカルボン酸成分としては、たとえばマレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、マロン酸、ｎ−ドデセニルコハク酸、イソドデセニルコハク酸、ｎ−ドデシルコハク酸、イソドデシルコハク酸、ｎ−オクテニルコハク酸、イソオクテニルコハク酸、ｎ−オクチルコハク酸、イソオクチルコハク酸、これらの酸の無水物あるいは低級アルキルエステル等が挙げられる。３価以上のカルボン酸成分としては、たとえば１，２，４−ベンゼントリカルボン酸（トリメリット酸）、１，２，５−ベンゼントリカルボン酸、２，５，７−ナフタレントリカルボン酸、１，２，４−ナフタレントリカルボン酸、１，２，４−ブタントリカルボン酸、１，２，５−ヘキサントリカルボン酸、１，３−ジカルボキシル−２−メチル−２−メチレンカルボキシプロパン、１，２，４−シクロヘキサントリカルボン酸、テトラ（メチレンカルボキシル）メタン、１，２，７，８−オクタンテトラカルボン酸、ピロメリット酸、エンポール三量体酸、これらの酸の無水物、低級アルキルエステル等が挙げられる。

また本発明では、ポリエステル系樹脂としてポリエステル樹脂の原料モノマーとビニル系樹脂の原料モノマーと両方の樹脂の原料モノマーと反応するモノマーとの混合物を用い、同一容器中でポリエステル樹脂を得る縮重合反応及びビニル系樹脂を得るラジカル重合反応を並行して行わせて得られた樹脂（以下、単にビニル系ポリエステル樹脂という）も好適に使用可能である。ここで、両方の樹脂の原料モノマーと反応するモノマーとは、換言すると縮重合反応及びラジカル重合反応の両反応に使用し得るモノマーである。すなわち縮重合反応し得るカルボキシ基とラジカル重合反応し得るビニル基とを有するモノマーであり、具体的にはフマル酸、マレイン酸、アクリル酸、メタクリル酸等が挙げられる。

ポリエステル樹脂の原料モノマーとしては、上述した多価アルコール成分及び多価カルボン酸成分が挙げられる。またビニル系樹脂の原料モノマーとしては、たとえばスチレン、ｏ−メチルスチレン、ｍ−メチルスチレン、ｐ−メチルスチレン、α−メチルスチレン、ｐ−エチルスチレン、２，４−ジメチルスチレン、ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルスチレン、ｐ−クロルスチレン等のスチレンまたはスチレン誘導体、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン等のエチレン系不飽和モノオレフィン類、メタクリル酸メチル、メタクリル酸ｎ−プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸ｎ−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸ｔ−ブチル、メタクリル酸ｎ−ペンチル、メタクリル酸イソペンチル、メタクリル酸ネオペンチル、メタクリル酸３−（メチル）ブチル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸ノニル、メタクリル酸デシル、メタクリル酸ウンデシル、メタクリル酸ドデシル等のメタクリル酸アルキルエステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸ｎ−プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ｔ−ブチル、アクリル酸ｎ−ペンチル、アクリル酸イソペンチル、アクリル酸ネオペンチル、アクリル酸３−（メチル）ブチル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ノニル、アクリル酸デシル、アクリル酸ウンデシル、アクリル酸ドデシル等のアクリル酸アルキルエステル類、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸等の不飽和カルボン酸、アクリロニトリル、マレイン酸エステル、イタコン酸エステル、塩化ビニル、酢酸ビニル、安息香酸ビニル、ビニルメチルエチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル及びビニルイソブチルエーテル等が挙げられる。ビニル系樹脂の原料モノマーを重合させる際の重合開始剤としては、たとえば２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、１，１’−アゾビス（シクロヘキサン−１−カルボニトリル）、２，２’−アゾビス−４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル等のアゾ系またはジアゾ系重合開始剤、ベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、イソプロピルパーオキシカーボネート、ラウロイルパーオキサイド等の過酸化物系重合開始剤等が挙げられる。

第１バインダー樹脂及び第２バインダー樹脂としては上述のような各種ポリエステル系樹脂が好適であるが、中でもオイルレス定着用トナーとしての分離性及び耐オフセット性をさらに向上させる観点から、以下に示す第１バインダー樹脂及び第２バインダー樹脂を用いることがより好ましい。より好ましい第１バインダー樹脂としては、上述した多価アルコール成分と多価カルボン酸成分とを重縮合させて得られたポリエステル樹脂が挙げられ、特に多価アルコール成分としてビスフェノールＡアルキレンオキサイド付加物を用い多価カルボン酸成分としてテレフタル酸及びフマル酸を用いて得られたポリエステル樹脂が挙げられる。より好ましい第２バインダー樹脂としては、ビニル系ポリエステル樹脂が挙げられ、特にポリエステル樹脂の原料モノマーとしてビスフェノールＡアルキレンオキサイド付加物、テレフタル酸、トリメリット酸及びコハク酸を用い、ビニル系樹脂の原料モノマーとしてスチレン及びブチルアクリレートを用い、両反応性モノマーとしてフマル酸を用いて得られたビニル系ポリエステル樹脂が挙げられる。

本発明では、上述したように第１バインダー樹脂の合成時に炭化水素系ワックスが内添される。第１バインダー樹脂に炭化水素系ワックスを予め内添するには、第１バインダー樹脂を合成する際に、第１バインダー樹脂を合成するためのモノマー中に炭化水素系ワックスを添加した状態で第１バインダー樹脂の合成を行えばよい。たとえば、第１バインダー樹脂としてのポリエステル系樹脂を構成する酸モノマー及びアルコールモノマーに炭化水素系ワックスを添加した状態で縮重合反応を行えばよい。第１バインダー樹脂がビニル系ポリエステル樹脂の場合には、ポリエステル樹脂の原料モノマーに炭化水素系ワックスを添加した状態で当該モノマーを撹拌及び加熱しながらこれにビニル系樹脂の原料モノマーを滴下して重縮合反応及びラジカル重合反応を行えばよい。

ワックスとしては、一般的にその極性が低い方が定着装置に用いられているローラとの離型性に優れるため、本発明では極性の低い炭化水素系ワックスを用いている。炭化水素系ワックスとは、炭素原子と水素原子のみからなるワックスであり、エステル基、アルコール基、アミド基等を含んでいない。具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンとプロピレンの共重合体等のポリオレフィンワックス、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等の石油ワックス、フィッシャートロプシュワックス等の合成ワックス等が挙げられる。これらのうち、ポリエチレンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスが本発明に好適であり、さらにポリエチレンワックス、パラフィンワックスがより好適である。

本発明に用いられる帯電制御剤としては図３に示す有機ホウ素酸化合物が望ましく、具体的には「ＬＲ−１４７」（日本カーリット社製、ベンジル酸ホウ素化合物）等が挙げられる。

本発明に用いられる着色剤としては、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Ｓ、ハンザイエロ（１０Ｇ，５Ｇ，Ｇ）、カドミウムイエロ、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロ、オイルイエロ、ハンザイエロ（ＧＲ，Ａ，ＲＮ，Ｒ）、ピグメントイエロＬ、ベンジンイエロ（Ｇ，ＧＲ）、パーマネントイエロ（ＮＣＧ）、バルカンファストイエロ（５Ｇ、Ｒ）、タートラジンレーキ、キノリンイエロレーキ、アンスラザンイエロＢＧＬ、イソインドリノンイエロ、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ターレット、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、ポ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等の公知のものを使用できる。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。

本発明にて用いられる着色剤は、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可能である。マスターバッチの製造またはマスターバッチと共に混練されるバインダー樹脂としては、上述したポリエステル、ビニル系樹脂の他、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族また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等が挙げられ、これらは単独でも混合しても使用可能である。

本発明では、上述した複合酸化物と合わせて、流動性、現像性、帯電性等を補助するための外添剤として、他の無機微粒子を用いることが可能である。無機微粒子の具体例としては、たとえば酸化ケイ素、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、酸化チタン、クレー、雲母、ケイ石灰、珪藻土、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、酸化アルミニウム、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、窒化ケイ素等が挙げられる。これらのうち酸化ケイ素及び酸化チタンが好ましく、中でも酸化ケイ素がより好ましい。これらの外添剤は１種類でも２種類以上を併用してもよい。

次に、トナー母粒子である上述した第１バインダー樹脂及び第２バインダー樹脂の作成と、これらを用いたトナー粒子の作成について説明する。
先ず、ビニル系モノマーとしてスチレン６００ｇ、アクリル酸ブチル１１０ｇ、アクリル酸３０ｇ及び重合開始剤としてジクミルパーオキサイド３０ｇを滴下ロートに入れる。次に、ポリエステルの単量体のうちポリオールとしてポリオキシプロピレン（２，２）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン１２３０ｇ、ポリオキシエチレン（２，２）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン２９０ｇ、イソドデセニル無水コハク酸２５０ｇ、テレフタル酸３１０ｇ、無水１，２，４−ベンゼントリカルボン酸１８０ｇ、エステル化触媒としてジブチルスズオキシド７ｇ、ワックスとしてパラフィンワックス（融点７３．３℃、示差走査型熱量計で測定される昇温時の吸熱ピークの半値幅は４℃）３４０ｇ（仕込みモノマー１００重量部に対して１１．０重量部）を、温度計、ステンレス製撹拌機、流下式コンデンサ及び窒素導入管を装備した５リットル四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下のマントルヒータ中で１６０℃にて撹拌しつつ、滴下ロートよりビニル系モノマー樹脂と重合開始剤との混合液を１時間かけて滴下する。そして、１６０℃に保持したまま２時間付加重合反応を熟成させた後、２３０℃に昇温して縮重合反応を行わせる。重合度は、定荷重押し出し形細管式レオメータを用いて測定した軟化点により追跡を行い、所望の軟化点に達したときに反応を終了させて第１バインダー樹脂を得る。

次に、ポリオールとして、ポリオキシプロピレン（２，２）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン２２１０ｇ、テレフタル酸８５０ｇ、無水１，２，４−ベンゼントリカルボン酸１２０ｇ、エステル化触媒としてジブチルスズオキシド０．５ｇを、温度計、ステンレス製撹拌機、流下式コンデンサ及び窒素導入管を装備した５リットル四つ口フラスコに入れ、窒素雰囲気下のマントルヒータ中で２３０℃に昇温して縮重合反応を行わせる。重合度は、定荷重押し出し形細管式レオメータを用いて測定した軟化点により追跡を行い、所望の軟化点に達したときに反応を終了させて第２バインダー樹脂を得る。

上述した方法により得られた第１バインダー樹脂及び第２バインダー樹脂からなるバインダー樹脂１００重量部（内添ワックスの重量を含む，第１：第２＝４０：６０）に対してＣ．Ｉ，Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｒｅｄ ５７−１を４重量部含有相当のマスターバッチ及び所定量（重量部）の帯電制御剤（ＬＲ−１４７：日本カートリット社製）をヘンシェルミキサで十分混合した後、２軸押し出し混練機（ＰＣＭ−３０：池貝鉄鋼社製）の排出部を取り外したものを使用して溶融混練し、得られた混練物を冷却プレスローラで２ｍｍ厚に圧延し、冷却ベルトで冷却した後にフェザーミルで粗粉砕する。その後、機械式粉砕機（ＫＴＭ：川崎重工業社製）で平均粒径１０〜１２μｍまで粉砕し、さらにジェット粉砕機（ＩＤＳ：日本ニューマチック工業社製）で粗粉分級しながら粉砕した後、微粉分級をロータ型分級機（ティープレックス型分級機タイプ：１００ＡＴＰ：ホソカワミクロン社製）を用いて行い着色樹脂粒子を得る。この着色樹脂粒子１００重量部に対して疎水性シリカＲＸ２００（アエロジル社製）を所望の量（重量部）添加し、ヘンシェルミキサで混合処理（周速４０ｍ／ｓｅｃ、６０秒間）し、マゼンタトナー粒子を得る。

上述の構成により、トナー収容室１４からトナー供給室１５へと現像剤を落下させる開口部２０を、ブレード１７の直上以外の位置であって供給ローラ１８の直上に配設したので、供給ローラ１８へと向かう現像剤の流動経路が確保され易くなり、トナー供給室１５に対して十分な量の現像剤を送ることができると共に、トナー収容室１４内の現像剤の自重による粉圧がブレード１７近傍にまで及ばなくなるのでブレード１７によって薄層化されなかった残りの現像剤の動きも円滑になり、トナー供給室１５全体に現像剤の流れを行き渡らせることができる。さらに現像剤に有機ホウ素化合物を含有させることにより帯電性が安定すると共に流動性が向上し、これにより凝集や固着の発生を防止することができる。

また、供給ローラ１８として発泡性の弾性体層を有するローラを用い、供給ローラ１８を現像ローラ１６に押圧して配設することにより、供給ローラ１８の表面における現像剤搬送力が増大するので供給ローラ１８の回転による現像剤流動作用が及ぼす範囲が広くなり、現像剤の滞留に起因する凝集や固着の発生をより確実に防止することができる。

また、上述の現像装置を備え画像形成装置１に対して着脱自在なプロセスカートリッジユニット２とすることにより、画像形成装置１に対する着脱を容易に行うことができ、操作性及びメンテナンス性を大幅に向上することができる。

次に、株式会社リコー製ｉｐｓｉｏ ＣＸ７５００の定着機を取り外した改造機に上述したトナー５重量部とシリコーン樹脂コートキャリア９５重量部とを混合撹拌して作成した２成分現像剤を入れ、転写紙（株式会社リコー製タイプ６２００Ｙ目紙）に縦方向の先端余白３ｍｍを有するベタ画像で１．１±０．１ｍｇ／ｃｍ^２のトナーが現像されるように調整を行い、未定着状態の転写紙を６枚出力した。このとき用いられるトナーとして、上述した帯電制御剤の量を０．４〜３．５重量部の間で変化させると共に、上述した外添剤の量を１．０〜４．５の間で変化させた８種類のトナーを用意した。そして、株式会社リコー製ｉｐｓｉｏ ＣＸ２５００の定着部分のみを取り出し、定着ベルトの温度及びベルト線速度を所望の値となるように改造した定着試験機を用い、ベルト線速度を１２５ｍｍ／ｓｅｃに設定し、定着ベルトの温度を１４０℃〜１９０℃の範囲において１０℃刻みで変更し、先端余白３ｍｍの方向から上述の転写紙を各温度毎に１枚ずつ定着し、トナー別での転写紙のオイルレス定着性を確認した。定着性は、転写紙が定着ベルトに巻き付いたり定着機の出口で蛇腹状に詰まったりすることなく正常に定着が行われた枚数により評価を行った。評価の結果を表１に示す。

ここで、◎は正常に定着が行われた枚数が６枚の場合、○は正常に定着が行われた枚数が３〜５枚の場合、×は正常に定着が行われた枚数が２枚以下の場合を示している。この評価では、◎及び○を合格とした。

次に、図１に示す画像形成装置１を用い、トナー収容室１４に現像剤として上述した８種類のトナー１８０ｇ（収容室容積の８０％に相当）を充填し、印字率が１５％の画像チャートを用いて８０００枚の連続印字テストを行った後、ブレード１７による固着スジの有無、帯電不良によるカブリの有無、現像ローラ１６上でのフィルミングの有無について確認試験を行った。試験結果を表１に示す。

ここで、ブレード固着スジの評価については、固着が全くみられなかった場合を◎、固着はみられるが画像上には現れない場合を○、縦スジムラが画像上に現れる場合を×とした。カブリの評価については、カブリが発生しない場合を○、カブリが発生する場合を×とした。現像ローラフィルミングの評価については、フィルミングが発生しない場合を○、フィルミングが発生する場合を×とした。

上述の結果より、帯電制御剤がトナー１００重量部に対して０．５〜３．０重量部含有されると共に外添剤総量が１．５〜４．０重量部である場合に、オイルレス定着分離性、ブレード固着スジ、カブリ、現像ローラフィルミングの全ての項目において良好な結果が得られることが判明した。

また、上述したトナーの平均円形度を変化させて画像形成装置１において現像動作を行ったところ、平均円形度が０．８８０未満ではトナーの流動性が得られずにパッキング不良が発生し、平均円形度が０．９７０を超えるとクリーニング不良が発生することが確認された。このことからトナーの平均円形度を０．８８０〜０．９７０の範囲とすることにより良好な現像動作を行うことができる。

また、上述したトナーのワックス含有量を変化させて画像形成装置１において画像形成動作を行ったところ、ワックス含有量がトナー１００重量部に対して３重量部未満の場合には溶融トナーと定着装置１２との間に滲み出すワックスの量が足りずに溶融トナーと定着装置１２との分離力が不足するために転写紙が定着装置１２から離れず、ワックス含有量が１０重量部を超える場合にはトナー表面に露出するワックス量が増加してトナー粒子の流動性が悪化することにより転写効率が低下して画像品質が著しく低下すると共に現像装置５や感光体ドラム３が汚染されてしまうことが確認された。このことからトナーのワックス含有量を３〜１０重量部の範囲とすることにより良好な画像形成動作を行うことができる。

また、上述したトナーの体積平均粒径を変化させて画像形成装置１において画像形成動作を行ったところ、体積平均粒径が５μｍ未満の場合には溶融トナーと定着装置１２との間に滲み出すワックスの量が足りずに溶融トナーと定着装置１２との分離力が不足するために転写紙が定着装置１２から離れず、体積平均粒径が１０μｍを超える場合にはトナー表面に露出するワックス量が増加してトナー粒子の流動性が悪化することにより転写効率が低下して画像品質が著しく低下すると共に現像装置５や感光体ドラム３が汚染されてしまうことが確認された。このことからトナーの体積平均粒径を５〜１０μｍの範囲とすることにより良好な画像形成動作を行うことができる。

さらに、上述したトナーにワックス分散剤を添加することにより、トナー中におけるワックスの分散が良好に行われて画像形成動作をより一層良好に行うことが可能となる。

上述の実施形態では、画像形成装置１として電子写真式フルカラー複写装置を用いた例を示したが、本発明が適用可能な画像形成装置はこれに限られず、プリンタ、ファクシミリ、複合機等の定着装置を有する画像形成装置であればどのようなものにも適用可能である。

本発明の一実施形態を採用した画像形成装置の要部正面図である。 本発明の一実施形態に用いられる現像装置要部の概略図である。 本発明の一実施形態に用いられる帯電制御剤の組成を示す図である。

符号の説明

１ 画像形成装置
２ プロセスカートリッジユニット
３ 潜像担持体（感光体ドラム）
５ 現像装置
１２ 定着装置
１２ａ 加熱ローラ
１２ｂ 加圧ローラ
１４ 現像剤収容部（トナー収容室）
１５ 現像剤供給部（トナー供給室）
１６ 現像剤担持体（現像ローラ）
１７ 現像剤層規制部材（ブレード）
１８ 現像剤供給手段（供給ローラ）
２０ 開口部

Claims (11)

1. 潜像担持体を有する画像形成装置に用いられ、前記潜像担持体上に形成された静電潜像を可視像化させる現像装置であって、
   前記潜像担持体に近接または接触して回転自在に設けられた現像剤担持体と、前記現像剤担持体上に有機ホウ素化合物を含有する非磁性１成分現像トナーからなる現像剤を供給する現像剤供給手段を含む現像剤供給部と、前記現像剤供給部の上方に配設され前記現像剤を収容する現像剤収容部と、前記現像剤収容部から前記現像剤供給部へと前記現像剤を落下させる開口部と、前記現像剤担持体の表面に接触して前記現像剤担持体上に供給された前記現像剤を薄層化する現像剤層規制部材とを有し、
   前記開口部は前記現像剤層規制部材の直上以外の位置であって前記現像剤供給手段の直上に配設され、
   前記現像剤担持体に所定のバイアスを印加して前記潜像担持体上の静電潜像を可視像化することを特徴とする現像装置。
2. 請求項１記載の現像装置において、
   前記現像剤供給手段は発泡性の弾性体層を有するローラからなり、該ローラは前記現像剤担持体に押圧して配設されていることを特徴とする現像装置。
3. 請求項１または２記載の現像装置を備え、前記画像形成装置に着脱自在に構成されていることを特徴とするプロセスカートリッジ。
4. 請求項１または２記載の現像装置に用いられる非磁性１成分現像トナーであって、
   ワックス内添樹脂及び着色剤及び帯電制御剤及び外添剤を含み、前記帯電制御剤がトナー１００重量部に対して０．５〜３．０重量部含有され、前記外添剤の総量が１．５〜４．０重量部であることを特徴とする非磁性１成分現像トナー。
5. 請求項１または２記載の現像装置に用いられる非磁性１成分現像トナーであって、
   結着樹脂中にワックスが内添されていることを特徴とする非磁性１成分現像トナー。
6. 請求項４または５記載の非磁性１成分現像トナーにおいて、
   平均円形度が０．８８０〜０．９７０であることを特徴とする非磁性１成分現像トナー。
7. 請求項４ないし６の何れか１つに記載の非磁性１成分現像トナーにおいて、
   ワックス含有量がトナー１００重量部に対して３〜１０重量部であることを特徴とする非磁性１成分現像トナー。
8. 請求項４ないし７の何れか１つに記載の非磁性１成分現像トナーにおいて、
   体積平均粒径が５〜１０μｍであることを特徴とする非磁性１成分現像トナー。
9. 請求項４ないし８の何れか１つに記載の非磁性１成分現像トナーにおいて、
   ワックス分散剤を含むことを特徴とする非磁性１成分現像トナー。
10. 請求項４ないし９の何れか１つに記載の非磁性１成分現像トナーを用いる画像形成装置であって、
    加熱ローラと加圧ローラとからなる２ロール定着方式を用いた定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項４ないし９の何れか１つに記載の非磁性１成分現像トナーを用いる画像形成装置であって、
    オイル塗布を必要としないオイルレス定着方式を用いた定着装置を有することを特徴とする画像形成装置。

Images