JP2013080075A - Image forming device - Google Patents
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Abstract
【課題】 現像性、転写性に優れる球形トナーを簡易なブレードクリーニングのシステムでクリーニングすること。
【解決手段】 微小硬度計においてブレード上のトナーを平坦な圧子で押したときの変位−荷重曲線が変位量a(μm)が変曲点となる下凸形状であり、変位量aにおいて、前記トナーが塑性変形する条件でトナーとブレードを使用する。
【選択図】 図3PROBLEM TO BE SOLVED: To clean a spherical toner excellent in developability and transferability by a simple blade cleaning system.
A displacement-load curve when a toner on a blade is pressed with a flat indenter in a micro hardness tester is a downward convex shape having a displacement amount a (μm) as an inflection point. The toner and blade are used under the condition that the toner is plastically deformed.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、電子写真方式・静電記録方式を採用する複写機・プリンタ等の画像形成装置に関する。 The present invention relates to an image forming apparatus such as a copying machine or a printer that employs an electrophotographic system or electrostatic recording system.
昨今、電子写真方式を利用した画像形成装置には、従来よりも高い画質の出力が求められるようになってきている。そのためには、ドラム上の静電潜像に忠実なトナー像をドラム上に現像し、そのトナー像を効率良く紙へと転写することが必須である。そういった現像性、転写性を確保するためにはトナーの球形化が有効な手段であることは広く知られている。 In recent years, an image forming apparatus using an electrophotographic system has been required to output higher image quality than before. For this purpose, it is essential to develop a toner image faithful to the electrostatic latent image on the drum on the drum and efficiently transfer the toner image onto paper. It is widely known that toner spheroidization is an effective means for securing such developability and transferability.
しかし、電子写真方式において球形トナーを使いこなすにはいくつか課題があり、その最たるものがクリーニング不良の問題である。通常、電子写真方式では、ドラムを繰り返し画像形成に使用するために、転写後のドラム表面に残留するトナーを除去するクリーニング手段が装備されている。クリーニング手段としては、ゴムなどの弾性体ブレードをドラムに対してカウンター方向に当接させてトナーを掻き取るブレードクリーニングが最も簡便・低コストで安定な手法であり、広く実用化されている。ところが、球形トナーをゴムブレードでクリーニングしようとすると、しばしばトナーがブレードとドラムの間をすり抜け、クリーニング不良を発生させてしまう。クリーニング不良は画像不良や帯電器汚れを発生させるため、装置の信頼性を著しく損なう。また、こういったすり抜けの対策のため、感光ドラムに対するブレードの当接圧を増加させてトナーを掻き取る力を増やすと、感光ドラムとブレードの摩擦力が増大し、カウンターに当接しているブレードがめくれてクリーニングシステムそのものが破綻する可能性が高まってしまう。 However, there are some problems in using the spherical toner in the electrophotographic system, and the most important one is the problem of poor cleaning. In general, the electrophotographic system is equipped with a cleaning means for removing toner remaining on the drum surface after transfer in order to repeatedly use the drum for image formation. As a cleaning means, blade cleaning that scrapes toner by bringing an elastic blade such as rubber into contact with the drum in the counter direction is the most simple, low-cost, and stable method, and is widely put into practical use. However, when the spherical toner is to be cleaned with a rubber blade, the toner often slips between the blade and the drum, resulting in poor cleaning. A defective cleaning causes an image defect and a charging device contamination, so that the reliability of the apparatus is remarkably impaired. Also, as a countermeasure against such slip-through, increasing the contact pressure of the blade against the photosensitive drum to increase the scraping force of the toner increases the frictional force between the photosensitive drum and the blade, and the blade that is in contact with the counter The possibility of failure of the cleaning system itself increases.
球形トナーが異形トナーに比べてクリーニング不良を発生させ易い理由を、図1を用いて説明する。クリーニングブレードの当接圧や当接角度を最適化することによって、画像形成装置の初期段階においては、トナーはクリーニングニップに潜り込むことができないため、良好にクリーニングすることは可能である。しかし、装置の使用を続けていくと、ドラム表面性の変化やブレードニップの介在物質の入れ替わりによってブレード当接状態が変化し、トナーがクリーニングニップに潜り込んできてしまう状態が発生する。より具体的に言えば、ブレードとドラムの間の摩擦係数が上がることにより、ブレード先端が感光ドラム進行方向へ引き込まれ、図1のクリーニングニップのくさびの角度が鋭角になることによって、トナーがクリーニングニップに入り易くなる状態が発生する。図1aは異形トナーをクリーニングする際、図1bは球形トナーをクリーニングする際のクリーニングニップの様子を模式化したものである。トナーがクリーニングニップに潜り込んでしまった際に、異形トナーの場合は図1aのように、トナーがクリーニングニップに挟まって動けなくなるため、それでもクリーニングされるのに対し、球形トナーの場合は図1bのように、より詳しくは図1cのように、トナーがドラムとの摩擦によって回転するモーメント(図中では反時計回りのモーメント)を受け、ニップ内を転がってすり抜けてしまうのである。 The reason why the spherical toner is likely to cause a cleaning failure as compared with the irregular toner will be described with reference to FIG. By optimizing the contact pressure and contact angle of the cleaning blade, the toner cannot sink into the cleaning nip in the initial stage of the image forming apparatus, so that it is possible to perform good cleaning. However, as the apparatus continues to be used, the blade contact state changes due to a change in drum surface property and the replacement of intervening substances in the blade nip, and a state in which toner enters the cleaning nip occurs. More specifically, when the friction coefficient between the blade and the drum is increased, the leading end of the blade is drawn in the traveling direction of the photosensitive drum, and the wedge angle of the cleaning nip in FIG. A state that makes it easy to enter the nip occurs. FIG. 1a schematically shows the state of the cleaning nip when cleaning irregularly shaped toner, and FIG. 1b schematically shows the state of the cleaning nip when cleaning spherical toner. When the toner has entered the cleaning nip, the irregular toner is trapped in the cleaning nip as shown in FIG. 1a, so that it is still cleaned, whereas the spherical toner shown in FIG. 1b. More specifically, as shown in FIG. 1c, the toner receives a moment (a counterclockwise moment in the figure) that rotates due to friction with the drum, and rolls through the nip and slips through.
この問題を解決するための技術として以下の技術が公開されている。特許文献1では、フルカラー複合機においてC、M、Y現像器は球形トナーであるが、Bk現像器のトナーを不定形トナーにして、不定形トナーをクリーニングニップに供給することによってクリーニング性を向上させている。また、特許文献2では、クリーニングブレード上流でブラシを用いてトナーを粉砕することによってクリーニング性を向上させる技術が記載されている。さらに、特許文献3では、転写ニップで球形トナーを変形させ、クリーニングブレードのくさび部に変形させたトナーを滞留させることによって球形トナーをクリーニングする技術が記載されている。 The following techniques are disclosed as techniques for solving this problem. In Patent Document 1, the C, M, and Y developing units in a full-color multifunction peripheral are spherical toners. However, the toner of the Bk developing unit is changed to an irregular toner, and the irregular toner is supplied to the cleaning nip to improve the cleaning performance. I am letting. Patent Document 2 describes a technique for improving cleaning properties by pulverizing toner using a brush upstream of a cleaning blade. Furthermore, Patent Document 3 describes a technique for cleaning spherical toner by deforming spherical toner in a transfer nip and retaining the deformed toner in a wedge portion of a cleaning blade.
従来の技術では、球形トナーをクリーニングするための部材を新規に導入したり、現像や転写等他のプロセスに大幅な変更を加えたりすることによって、球形トナーのクリーニングを達成していた。このような達成手段では、他のプロセスへの弊害やコストの増加が生じてしまう。特許文献1では、Bkトナーを不定形にすることによりBkトナーの転写性が低下することから、黒文字品位を犠牲にすることになる。また、特許文献2では、像担持体上でトナーを粉砕する行程では新たにブラシを導入せねばならないし、ブラシが感光ドラムを傷つけてしまう可能性もある。特許文献3では、転写ニップでトナーを変形させるには硬い転写体を用いて通常よりも大きな転写ニップ圧をかけねばならず、転写プロセスにおける中抜け等の弊害が懸念される。 In the prior art, the cleaning of the spherical toner has been achieved by newly introducing a member for cleaning the spherical toner, or by making significant changes to other processes such as development and transfer. Such an achievement means causes adverse effects on other processes and increases in cost. In Patent Document 1, since the transferability of Bk toner is reduced by making the Bk toner indefinite, black character quality is sacrificed. Further, in Patent Document 2, a brush must be newly introduced in the process of pulverizing the toner on the image carrier, and the brush may damage the photosensitive drum. In Patent Document 3, in order to deform the toner at the transfer nip, it is necessary to apply a transfer nip pressure larger than usual by using a hard transfer body, and there is a concern about problems such as hollowing out in the transfer process.
本発明が解決しようとする課題は、球形トナーのクリーニングを簡易な構成で安定的に行うことである。 The problem to be solved by the present invention is to stably clean the spherical toner with a simple configuration.
上記課題は下記に記載の画像形成装置により解決される。
(1)像担持体上に形成されたトナー像を記録材に転写した後、像担持体上に残った残トナーをクリーニングするためのクリーニング手段を有する画像形成装置において、前記クリーニング手段は前記像担持体上に当接するクリーニングブレードを有し、前記像担持体表面の微小硬度が前記ブレード表面の微小硬度よりも大きく、前記トナーの平均円形度が0.97以上であり、前記クリーニングブレードの当接圧が20 g/cm以上70 g/cm以下であり、微小硬度計において前記トナーとブレードを一体に加圧変形させる際に得られる変位量−荷重曲線は、変位量a(μm)が変曲点となる下凸形状であり、変位量aにおいて、前記トナーは塑性変形することを特徴とした画像形成装置。
(2)前記トナーがコア・シェル構造を持っていることを特徴とした(1)に記載の画像形成装置。
(3)前記クリーニングブレードが、内部よりも表面の硬度が高い処理を施されていることを特徴とした(1)又は(2)に記載の画像形成装置。
(4)前記クリーニングブレードがポリウレタンで形成されており、その表層がイソシアネート処理されていることを特徴とした(1)〜(3)に記載の画像形成装置。
The above problems are solved by the image forming apparatus described below.
(1) In an image forming apparatus having a cleaning unit for cleaning residual toner remaining on the image carrier after the toner image formed on the image carrier is transferred to a recording material, the cleaning unit includes the image A cleaning blade in contact with the carrier, wherein the microhardness of the surface of the image carrier is larger than the microhardness of the surface of the blade, and the average circularity of the toner is 0.97 or more. The displacement pressure-load curve obtained when the contact pressure is 20 g / cm or more and 70 g / cm or less and the toner and the blade are integrally deformed by pressure in the microhardness meter is changed in the displacement amount a (μm). An image forming apparatus having a downward convex shape as a bending point, and the toner undergoes plastic deformation at a displacement amount a.
(2) The image forming apparatus according to (1), wherein the toner has a core / shell structure.
(3) The image forming apparatus according to (1) or (2), wherein the cleaning blade is subjected to a treatment having a surface hardness higher than that inside.
(4) The image forming apparatus according to any one of (1) to (3), wherein the cleaning blade is made of polyurethane, and a surface layer thereof is treated with an isocyanate.
上述の画像形成装置で効果が発揮されるメカニズムについて図を用いて説明する。図3はブレード上トナーの微小硬度測定を模式的に表した図である。平圧子がトナー表面を検知してから、トナーに荷重が印加されていき、そのときの荷重対変位の測定を行うものである。測定結果の一例を図4に示す。荷重−変位曲線は下凸の変曲点を持つことが分かる。何故そのような曲線となるのかを図5を用いて説明する。まず、圧子がトナー表面を検知して荷重をかけ始める。それが図の(I)の状態である。するとトナーによってブレードが下方へと変形していき、やがてトナーがブレード内に埋まる状態に達する(II)。そのときの変位量をa(μm)とする。その際に圧子の端部はブレードと接触し、トナーだけを押しているときよりも大きな負荷を感じるようになる。従って、圧子が受ける荷重−変位曲線を図に示すと、図4のように下凸の変曲点を持つのである。 A mechanism that is effective in the above-described image forming apparatus will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a diagram schematically showing the microhardness measurement of the toner on the blade. After the flat indenter detects the toner surface, a load is applied to the toner, and the load versus displacement at that time is measured. An example of the measurement result is shown in FIG. It can be seen that the load-displacement curve has a downwardly convex inflection point. The reason why such a curve is obtained will be described with reference to FIG. First, the indenter detects the toner surface and starts applying a load. This is the state (I) in the figure. Then, the blade is deformed downward by the toner, and eventually reaches a state where the toner is buried in the blade (II). The amount of displacement at that time is a (μm). At that time, the end of the indenter comes into contact with the blade, and a larger load is felt than when only the toner is pushed. Accordingly, when the load-displacement curve received by the indenter is shown in the figure, it has a downwardly convex inflection point as shown in FIG.
すなわち、図中の(I)〜(III)の領域では、図5に示すように圧子はトナーだけでなく、トナー周りのブレードにも接触するようになり、ブレードからの抵抗をも受けるため、(I)〜(II)のときよりも変位しづらくなる。これが下凸の変曲点が発生する理由である。 That is, in the regions (I) to (III) in the figure, the indenter comes into contact with not only the toner but also the blade around the toner as shown in FIG. It becomes more difficult to displace than in the cases (I) to (II). This is the reason why downward convex inflection points occur.
像担持体表層がブレードよりも硬い場合において、トナーがブレード内に埋没した(II)の状態は、像担持体上トナーがクリーニングニップに潜り込んだ状態と等しい。 When the surface of the image carrier is harder than the blade, the state (II) in which the toner is buried in the blade is equal to the state in which the toner on the image carrier has entered the cleaning nip.
ブレード上トナーが変曲点荷重を受けた(II)(=変位量a)の状態のときにトナーが塑性変形しない場合、実際の像担持体上の球形トナーがクリーニングニップに潜り込んだ際、図6に示すようにトナーがニップ内で回転できるため、像担持体との摩擦力からトナーは回転モーメントを受け、進行方向下流へと転がりながらすり抜けていってしまう。それに対して、ブレード上トナーが変位量aに達したときにトナーが塑性変形する場合は、像担持体上の球形トナーがクリーニングニップに潜り込んだ際、図7に示すようにトナーはニップ内で塑性変形することになるため、トナーはニップ内で回転することはできず、それ以上ニップ内を下流方向へ進むことができない。 When the toner on the blade is subjected to the inflection point load (II) (= displacement amount a) and the toner is not plastically deformed, when the spherical toner on the actual image carrier sinks into the cleaning nip, FIG. As shown in FIG. 6, since the toner can rotate in the nip, the toner receives a rotational moment from the frictional force with the image carrier, and slips while rolling downstream in the traveling direction. On the other hand, when the toner on the blade is plastically deformed when it reaches the displacement amount a, when the spherical toner on the image carrier enters the cleaning nip, as shown in FIG. Since the toner is plastically deformed, the toner cannot rotate in the nip and cannot travel further in the nip in the downstream direction.
このメカニズムの検証のため、発明者らは図8に示すような可視化装置を用いた実験を行った。像担持体の典型的表層であるポリカーボネートを塗布したガラス板上に球形のトナーを付着させておき、そのトナーを掻き取る様子をガラス背面から高速カメラで観察するというものである。ガラス板は、ブレードとの当接角度を保ちながら、図中左から右方向へ移動するようになっている。このようにして、像担持体上のクリーニングに近い状況でクリーニングニップのトナー挙動を可視化観察できる。トナーが潜り込んだときの挙動を観察したいので、ブレードの角度は30°と、実際の装置における当接角度よりも大きくしている(設定角を大きくした方が図1等に示したようなくさびの角度は小さくなるので、トナーがブレードニップに潜り込み易い)。ブレードにかける荷重は35g/cmとした。 In order to verify this mechanism, the inventors conducted an experiment using a visualization apparatus as shown in FIG. A spherical toner is adhered to a glass plate coated with polycarbonate, which is a typical surface layer of an image carrier, and the state of scraping off the toner is observed with a high-speed camera from the back of the glass. The glass plate moves from the left to the right in the figure while maintaining the contact angle with the blade. In this manner, the toner behavior in the cleaning nip can be visualized and observed in a situation close to cleaning on the image carrier. Since we want to observe the behavior of the toner when it sinks, the blade angle is 30 °, which is larger than the contact angle in the actual device (the larger the set angle, the rust as shown in FIG. 1). Since the angle of is small, the toner tends to sink into the blade nip. The load applied to the blade was 35 g / cm.
平板は10mm/秒で動かし、6000フレーム/秒の速さで撮像している。画角は356μm×356μmであり、解像度は1024×1024ピクセルである。 The flat plate moves at 10 mm / second and images at a speed of 6000 frames / second. The angle of view is 356 μm × 356 μm, and the resolution is 1024 × 1024 pixels.
上記ブレード上トナーが変位量aで塑性変形しないトナーとブレードの組み合わせのときには、潜り込んだトナーは図1cに示したようにブレードニップ内を転がってすり抜けてしまう。本可視化装置においても、ブレード長手の一部分ですり抜けが発生しており、その部分を観察すると、トナーがブレードニップ内を転がってすり抜けている現象を確認することができた(図9)。また、クリーニングした後のブレードエッジを顕微鏡で観察しても塑性変形を起こしたトナーはほとんど見当たらなかった(図10a)。 When the toner on the blade is a combination of a toner and a blade that does not undergo plastic deformation with a displacement amount a, the toner that has sunk rolls through the blade nip as shown in FIG. 1c. Also in this visualization device, slipping occurred in a part of the blade length, and by observing the part, it was possible to confirm a phenomenon that the toner rolls through the blade nip (FIG. 9). Further, even when the blade edge after cleaning was observed with a microscope, almost no toner that had undergone plastic deformation was found (FIG. 10a).
一方、ブレード上トナーが変位量aで塑性変形するようなブレードとトナーの組み合わせのときは、同じ設定条件でトナーがニップ内に潜りこんでもその場で留まっており、良好にクリーニングしている様子が観察された。さらに、クリーニングした後のブレードエッジを観察すると、エッジ近傍でトナーが塑性変形している様子が確認された(図10b)。 On the other hand, when the combination of the blade and the toner is such that the toner on the blade is plastically deformed by the displacement amount a, the toner stays in place even if the toner sinks into the nip under the same setting conditions, and the cleaning is performed well. Was observed. Further, when the blade edge after cleaning was observed, it was confirmed that the toner was plastically deformed in the vicinity of the edge (FIG. 10b).
これらの実験により、発明者らは上記の画像形成装置で効果が発揮されるメカニズムについて確信を抱くに至った。 Through these experiments, the inventors have been convinced of the mechanism by which the above-described image forming apparatus is effective.
以上説明したように、(1)の発明によれば、球形トナーがクリーニングニップに潜り込んだ際でも、トナーがブレード表層によって塑性変形を起こすため、感光ドラム上トナーを良好にクリーニングし続けることができる。 As described above, according to the invention of (1), even when the spherical toner enters the cleaning nip, the toner is plastically deformed by the blade surface layer, so that the toner on the photosensitive drum can be continuously cleaned well. .
その他、発明の効果が十分発揮される条件として、(1)の発明には以下の3点が挙げられている。1点目は担持体の微小硬度はブレード表面の微小硬度よりも大きいことであり、この条件でないとブレードよりも像担持体表面の方が変形してしまうため、実際の装置で像担持体上トナーがブレードニップに潜り込んだ状態と微小硬度計測定時の変位量aの状態とは一致しない。2点目は使用するトナーの円形度が0.97以上という条件である。本発明は現像性・転写性の優れたトナーをブレードクリーニングすることで初めて効果が発揮される。発明者らの検討で、円形度0.97以上のトナーで良好な現像性・転写性が確保されていることが分かっている。3点目はクリーニングブレードの当接圧が20g/cm以上70g/cm以下という条件である。図8の可視化装置において、ブレードの当接圧を振ってトナーの挙動を観察したところ、20g/cm以下では、変位量aでトナーが塑性変形する条件においても、トナーがクリーニングブレードに潜り込んだ際にブレード全体が持ち上がって、すり抜けてしまう現象が観察された。トナーがブレードニップに潜り込んだ際にブレード全体が持ち上がることなく、ブレード表層がトナー1個分の微小な変形にとどまる程度のブレードの当接圧が必要である。 In addition, as the conditions under which the effects of the invention are sufficiently exhibited, the following three points are listed in the invention of (1). The first point is that the microhardness of the carrier is greater than the microhardness of the blade surface. If this condition is not met, the surface of the image carrier will be deformed rather than the blade. The state in which the toner has entered the blade nip does not match the state of the displacement amount a when the microhardness meter is measured. The second point is the condition that the circularity of the toner used is 0.97 or more. The present invention is effective only after blade cleaning of toner having excellent developability and transferability. It has been found by the inventors that good developability and transferability are secured with toner having a circularity of 0.97 or more. The third point is a condition that the contact pressure of the cleaning blade is 20 g / cm or more and 70 g / cm or less. In the visualization apparatus shown in FIG. 8, the behavior of the toner was observed by varying the contact pressure of the blade. When the toner entered the cleaning blade at 20 g / cm or less, even when the toner was plastically deformed with a displacement amount a. A phenomenon was observed in which the entire blade was lifted and slipped through. When the toner enters the blade nip, the entire blade is not lifted, and the blade contact pressure is required so that the blade surface layer remains at a minute deformation for one toner.
20g/cmという値についてさらに考察する。クリーニングニップを観察しているとトナー同士は互いに緩衝し合って全てのトナーが同時にクリーニングニップに突入することは無いことが分かる。トナー全体のうち、ある時間幅(トナー1個がクリーニングニップに潜り込むのにかかる時間)においてクリーニングニップに潜り込むトナーの割合をPとする。さらに、微小硬度測定の変位量aにおいてトナーにかかる力をN(gf)、トナーの粒径をd(μm)とすると、1cmの長手幅にトナーは最大で(10000/d)個並ぶことから、単位長さ当たりでトナーがブレードを持ち上げる力F(g/cm)は、
F = N×(10000/d)×P
で表される。一例として、N=0.15(gf)、d=6(μm)とすれば、
F = 250×P
となる。20g/cmの当接圧があればトナーがニップに潜り込んでもニップ中で塑性変形してクリーニングすることを考えると、P=0.08であり、この例では全体の8%のトナーがニップに潜り込もうとしていることになる。Pはトナーの粒度分布やトナーの流動性によっても左右されるが、可視化でトナーがニップに潜り込む様子を観察していると、この数字はある程度の妥当性があると発明者らは考えている。逆にP=1、つまり6μmの均一粒径のトナーが最密状態で同時にクリーニングニップに突入した場合、250g/cmもの当接圧がないとクリーニングできないということになる。実際はこのように大きい当接圧でなくても本発明の条件が整えば良好にクリーニングするため、トナーは全て同時にクリーニングニップに潜り込んでいっているわけではなく、トナー全体のうちある割合Pのトナーがニップに潜り込んでいると考えるのが可視化からも妥当な考えである。ある程度の時間クリーニングをしていると、ブレードニップに潜り込んで塑性変形したトナーがブレードニップに蓄積されていき、図10(b)のような状態となる。以上の考察より、20g/cm以上の当接圧で、トナーによってブレードが持ち上げられることなくクリーニングすることは不可思議な現象ではない。
Consider further the value of 20 g / cm. When observing the cleaning nip, it can be seen that the toners buffer each other and all the toner does not enter the cleaning nip at the same time. Let P be the ratio of the toner that enters the cleaning nip within a certain time width (the time required for one toner to enter the cleaning nip). Further, when the force applied to the toner is N (gf) and the toner particle diameter is d (μm) at the displacement amount a of the microhardness measurement, the maximum number of toners is arranged in the longitudinal width of 1 cm (10000 / d). The force F (g / cm) for the toner to lift the blade per unit length is
F = N × (10000 / d) × P
It is represented by As an example, if N = 0.15 (gf) and d = 6 (μm),
F = 250 × P
It becomes. If the contact pressure of 20 g / cm is present, even if the toner enters the nip, considering that the cleaning is performed by plastic deformation in the nip, P = 0.08. In this example, 8% of the total toner is in the nip. You are going to dive. Although P depends on the particle size distribution of the toner and the fluidity of the toner, the inventors consider that this number has a certain degree of validity when observing the appearance of the toner entering the nip by visualization. . Conversely, when P = 1, that is, toner having a uniform particle diameter of 6 μm enters the cleaning nip at the same time in the closest state, cleaning cannot be performed without a contact pressure of 250 g / cm. In fact, even if the contact pressure is not so high, if the conditions of the present invention are satisfied, the toner is satisfactorily cleaned. Therefore, all the toner does not sink into the cleaning nip at the same time. It is reasonable from the viewpoint of visualization to think that it is in the nip. When cleaning is performed for a certain period of time, the toner that has entered the blade nip and plastically deformed is accumulated in the blade nip, resulting in a state as shown in FIG. From the above consideration, it is not a mysterious phenomenon to clean the toner without lifting the blade with a contact pressure of 20 g / cm or more.
一方、70g/cm以上の荷重では、感光ドラムとブレードの摩擦力が増大し、カウンターに当接しているブレードがめくれてクリーニングシステムが破綻する可能性が高まってしまう。以上の理由から、本発明では20g/cm以上70g/cm以下の当接圧でクリーニングブレードを像担持体に当接させることが必要である。 On the other hand, when the load is 70 g / cm or more, the frictional force between the photosensitive drum and the blade increases, and the possibility that the cleaning system breaks down due to turning of the blade in contact with the counter is increased. For the above reasons, in the present invention, it is necessary to bring the cleaning blade into contact with the image bearing member with a contact pressure of 20 g / cm or more and 70 g / cm or less.
(2)の構成におけるトナーにおいては、トナーが塑性変形する際にトナーのシェルが破壊されることによって、より大きい変形が発生するため(1)に記載の発明の効果が発揮され易い。 In the toner having the configuration (2), since the toner shell is broken when the toner is plastically deformed, a larger deformation occurs, so that the effect of the invention described in (1) is easily exhibited.
(3)の構成では、ブレード基層が柔らかく、ブレード表層が硬い構造となるので、感光ドラムに対して安定した当接を保つことができながら、クリーニングニップに潜り込んだトナーを塑性変形させる作用も持つため、(1)や(2)に記載の発明の効果がより発揮され易い。 In the configuration (3), since the blade base layer is soft and the blade surface layer is hard, the toner that has entered the cleaning nip can be plastically deformed while maintaining stable contact with the photosensitive drum. Therefore, the effects of the invention described in (1) and (2) are more easily exhibited.
(4)の構成では、簡易に(3)の構成を実現できることと、ブレード表層硬さを容易にコントロールできることから(1)〜(3)の発明の効果が発揮され易い。 In the configuration of (4), since the configuration of (3) can be easily realized and the surface hardness of the blade can be easily controlled, the effects of the inventions of (1) to (3) are easily exhibited.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施の形態に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified. Absent.
[実施例1]
先ず、本実施例に係る画像形成装置の全体構成について説明する。図2は、本実施例の画像形成装置100の概略断面構成を示す。本実施例の画像形成装置100は、タンデムタイプの電子写真方式のレーザービームプリンタである。
[Example 1]
First, the overall configuration of the image forming apparatus according to the present embodiment will be described. FIG. 2 shows a schematic cross-sectional configuration of the image forming apparatus 100 of the present embodiment. The image forming apparatus 100 of this embodiment is a tandem type electrophotographic laser beam printer.
本実施例の画像形成装置100は、複数の画像形成手段として、第1、第2、第3、第4の画像形成部(ステーション)SY、SM、SC、SKを有する。第1、第2、第3、第4の画像形成部SY、SM、SC、SKは、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像を形成するようになっている。 The image forming apparatus 100 according to the present exemplary embodiment includes first, second, third, and fourth image forming units (stations) SY, SM, SC, and SK as a plurality of image forming units. The first, second, third, and fourth image forming units SY, SM, SC, and SK form yellow (Y), magenta (M), cyan (C), and black (K) images, respectively. It is supposed to be.
本実施例では、各画像形成部SY、SM、SC、SKの構成及び動作は、使用するトナーの色が異なることを除いて実質的に同一である。従って、以下、特に区別を要しない場合は、いずれかの色用に設けられた要素であることを表すために図中符号に与えた添え字は省略して総括的に説明する。 In this embodiment, the configurations and operations of the image forming units SY, SM, SC, and SK are substantially the same except that the color of the toner used is different. Accordingly, in the following, when no particular distinction is required, the subscripts given to the reference numerals in the drawings will be omitted to indicate that they are elements provided for any color, and the description will be made comprehensively.
画像形成部Sは、トナーを担持する像担持体としてのドラム型の電子写真感光体、即ち、感光ドラム1を有する。感光ドラム1は、図中矢印R1方向(反時計回り)に回転駆動される。感光ドラム1の周囲には、帯電手段としての接触帯電部材である帯電ローラ2、露光手段(画像情報書き込み手段)としてのレーザービームスキャナー3、現像手段としての現像装置4、クリーニング手段としてのクリーニング装置10が配置されている。又、全ての画像形成部Sの感光ドラム1に対向するように中間転写装置60が配置されている。 The image forming unit S includes a drum-type electrophotographic photosensitive member, that is, a photosensitive drum 1 as an image bearing member that carries toner. The photosensitive drum 1 is rotationally driven in the direction of arrow R1 (counterclockwise) in the drawing. Around the photosensitive drum 1, there are a charging roller 2 as a contact charging member as a charging means, a laser beam scanner 3 as an exposure means (image information writing means), a developing device 4 as a developing means, and a cleaning device as a cleaning means. 10 is arranged. Further, an intermediate transfer device 60 is disposed so as to face the photosensitive drums 1 of all the image forming units S.
中間転写装置60は、感光ドラム1に接触して移動可能な中間転写体として、無端ベルト状部材である中間転写ベルト6を有する。中間転写ベルト6は、複数の支持部材としての駆動ローラ61、従動ローラ62、2次転写バックアップローラ7bに掛け回されている。中間転写ベルト6は、駆動ローラ61に駆動力が伝達されることで、図中矢印R2方向(時計回り)に周回移動する。又、各画像形成部Sの各感光ドラム1に対向する位置において中間転写ベルト6の内周面(裏面)に接触するように、1次転写手段としての回転可能な1次転写部材である1次転写ローラ5が配置されている。各1次転写ローラ5は、中間転写ベルト6を感光ドラム1に向けて押圧している。これにより、感光ドラム1と1次転写ローラ5とで中間転写ベルト6が挟持されて1次転写部N1が形成されている。又、バックアップローラ7bに対向する位置において中間転写ベルト6の外周面(表面)に接触するように、2次転写ローラ7aが配置されている。2次転写ローラ7aは、中間転写ベルト6に圧接している。これにより、2次転写ローラ7aとバックアップローラ7bとで中間転写ベルト6が挟持されて2次転写部N2が形成されている。2次転写ローラ7a及びバックアップローラ7bはそれぞれ、2次転写手段を構成する回転可能な2次転写部材である。 The intermediate transfer device 60 includes an intermediate transfer belt 6 that is an endless belt-like member as an intermediate transfer member that can move in contact with the photosensitive drum 1. The intermediate transfer belt 6 is wound around a driving roller 61, a driven roller 62, and a secondary transfer backup roller 7b as a plurality of support members. When the driving force is transmitted to the driving roller 61, the intermediate transfer belt 6 rotates in the direction of arrow R2 (clockwise) in the drawing. Further, it is a rotatable primary transfer member serving as a primary transfer unit so as to come into contact with the inner peripheral surface (back surface) of the intermediate transfer belt 6 at a position facing each photosensitive drum 1 of each image forming unit S. A next transfer roller 5 is disposed. Each primary transfer roller 5 presses the intermediate transfer belt 6 toward the photosensitive drum 1. Thus, the intermediate transfer belt 6 is sandwiched between the photosensitive drum 1 and the primary transfer roller 5 to form the primary transfer portion N1. Further, the secondary transfer roller 7a is disposed so as to contact the outer peripheral surface (front surface) of the intermediate transfer belt 6 at a position facing the backup roller 7b. The secondary transfer roller 7 a is in pressure contact with the intermediate transfer belt 6. As a result, the intermediate transfer belt 6 is sandwiched between the secondary transfer roller 7a and the backup roller 7b to form the secondary transfer portion N2. Each of the secondary transfer roller 7a and the backup roller 7b is a rotatable secondary transfer member constituting a secondary transfer unit.
次に、フルカラー画像形成時を例として画像形成動作を説明する。 Next, an image forming operation will be described taking full color image formation as an example.
先ず、感光ドラム1の表面が、帯電ローラ2によって所定の極性(本実施例では負極性)の所定の電位に一様に帯電される。感光ドラム1は、図中矢示R1方向に210mm/secの周速度(表面移動速度)で回転する。感光ドラム1の周速度は、画像形成装置100のプロセススピードに相当する。 First, the surface of the photosensitive drum 1 is uniformly charged to a predetermined potential having a predetermined polarity (negative polarity in this embodiment) by the charging roller 2. The photosensitive drum 1 rotates at a peripheral speed (surface movement speed) of 210 mm / sec in the direction of arrow R1 in the figure. The peripheral speed of the photosensitive drum 1 corresponds to the process speed of the image forming apparatus 100.
帯電された感光ドラム1の表面は、レーザービームスキャナー(画像露光装置)3によって、画像信号により変調されたレーザー光Lで走査露光される。これにより、感光ドラム1上に静電像(潜像)が形成される。 The surface of the charged photosensitive drum 1 is scanned and exposed by a laser beam scanner (image exposure device) 3 with a laser beam L modulated by an image signal. As a result, an electrostatic image (latent image) is formed on the photosensitive drum 1.
感光ドラム1上に形成された静電像は、現像装置4によって現像剤のトナーによってトナー像として現像される。本実施例では、現像装置4は、感光ドラム1上の静電像を反転現像方式にて現像する。即ち、帯電処理された感光ドラム1の表面において露光によって電荷が減衰した画像部(明部)に、感光ドラム1の帯電極性と同極性(本実施例では負極性)に帯電したトナーを付着させることで、感光ドラム1上の静電像を現像する。 The electrostatic image formed on the photosensitive drum 1 is developed as a toner image by the developer toner by the developing device 4. In this embodiment, the developing device 4 develops the electrostatic image on the photosensitive drum 1 by a reversal development method. That is, toner charged to the same polarity (negative polarity in this embodiment) as the charged polarity of the photosensitive drum 1 is attached to the image portion (bright portion) of which charge has been attenuated by exposure on the surface of the charged photosensitive drum 1. Thus, the electrostatic image on the photosensitive drum 1 is developed.
各感光ドラム1上に形成された各色のトナー像は、中間転写ベルト6を挟んで1次転写ローラ5と感光ドラム1とが対向している1次転写部N1にて、中間転写ベルト6上に順次に重ね合わせて転写(1次転写)される。この時、1次転写ローラ5には、1次転写バイアス印加手段としての1次転写電源51から出力された、トナーの正規の帯電極性とは逆極性の1次転写バイアス(1次転写電圧)が印加される。 The toner images of the respective colors formed on the respective photosensitive drums 1 are transferred onto the intermediate transfer belt 6 at the primary transfer portion N1 where the primary transfer roller 5 and the photosensitive drum 1 face each other with the intermediate transfer belt 6 interposed therebetween. Are sequentially superimposed and transferred (primary transfer). At this time, the primary transfer roller 5 is supplied with a primary transfer bias (primary transfer voltage) having a polarity opposite to the normal charging polarity of the toner, which is output from a primary transfer power supply 51 as a primary transfer bias applying unit. Is applied.
中間転写ベルト6上で4色重ねられたトナー像は、中間転写ベルト6を挟んで2次転写ローラ7aとバックアップローラ7bとが対向している2次転写部N2にて、記録用紙などの転写材P上に一括して転写(2次転写)される。この時、2次転写ローラ7aには、2次転写バイアス印加手段としての2次転写電源71から出力された、トナーの正規の帯電極性とは逆極性の2次転写バイアス(2次転写電圧)が印加される。尚、本実施例では、2次転写バイアスを中間転写ベルト6の外周面に接触する2次転写部材に印加するが、2次転写バイアスは極性を反転させて中間転写ベルト6の内周面に接触する2次転写部材に印加してもよい。 The toner images superimposed on four colors on the intermediate transfer belt 6 are transferred onto a recording sheet or the like at the secondary transfer portion N2 where the secondary transfer roller 7a and the backup roller 7b face each other with the intermediate transfer belt 6 interposed therebetween. The material P is collectively transferred (secondary transfer). At this time, the secondary transfer roller 7a has a secondary transfer bias (secondary transfer voltage) output from a secondary transfer power supply 71 serving as a secondary transfer bias applying unit and having a polarity opposite to the normal charging polarity of the toner. Is applied. In this embodiment, the secondary transfer bias is applied to the secondary transfer member in contact with the outer peripheral surface of the intermediate transfer belt 6, but the secondary transfer bias reverses the polarity and is applied to the inner peripheral surface of the intermediate transfer belt 6. You may apply to the secondary transfer member which contacts.
ここで、転写材Pは、転写材カセット8から供給ローラなどによって取り出され、搬送ローラ、搬送ガイドなどを経由して2次転写部N2へと供給される。 Here, the transfer material P is taken out from the transfer material cassette 8 by a supply roller or the like, and is supplied to the secondary transfer portion N2 via a transport roller, a transport guide, and the like.
トナー像が転写された転写材Pは、中間転写ベルト6から分離されて、定着手段としての定着器(熱ローラ定着器)9へと搬送される。そして、転写材P上の未定着トナー像は、定着器9によって加熱及び加圧されることで、転写材Pに定着される。 The transfer material P onto which the toner image has been transferred is separated from the intermediate transfer belt 6 and conveyed to a fixing device (heat roller fixing device) 9 as fixing means. The unfixed toner image on the transfer material P is fixed on the transfer material P by being heated and pressed by the fixing device 9.
1次転写工程後に中間転写ベルト6に転写されずに感光ドラム1の表面に残ったトナー(1次転写残トナー)は、クリーニング装置10により感光ドラム1の表面から除去され、回収される。クリーニング装置10の概略図を図11に示す。クリーニングブレードは感光ドラム1の進行方向とはカウンターの向きに35g/cmの圧力、ブレード側面とドラム接線との角度は27°で当接されている。1次転写残トナーが除去された感光ドラム1は、繰り返し画像形成に供される。 Toner remaining on the surface of the photosensitive drum 1 without being transferred to the intermediate transfer belt 6 after the primary transfer process (primary transfer residual toner) is removed from the surface of the photosensitive drum 1 by the cleaning device 10 and collected. A schematic diagram of the cleaning device 10 is shown in FIG. The cleaning blade is in contact with the traveling direction of the photosensitive drum 1 at a pressure of 35 g / cm in the direction of the counter, and an angle between the blade side surface and the drum tangent is 27 °. The photosensitive drum 1 from which the primary transfer residual toner has been removed is repeatedly used for image formation.
(ブレード当接圧測定法について)
本実施例の装置ではブレードの感光ドラムに対する侵入量を規定して、その侵入量から当接圧を算出して規定している。ブレードの感光ドラムに対する侵入量と当接圧の関係は専用の測定装置を用いて測定している。
(Blade contact pressure measurement method)
In the apparatus of this embodiment, the amount of penetration of the blade into the photosensitive drum is defined, and the contact pressure is calculated and defined from the amount of penetration. The relationship between the amount of penetration of the blade into the photosensitive drum and the contact pressure is measured using a dedicated measuring device.
装置は、本実施例の画像形成装置のドラムとクリーニングブレード及びその支持部材から構成されており、さらにドラムにかかる荷重を測定するロードセルが装備されている。ブレードの支持部材が可動となっており、ドラムに対するブレードの侵入量を変えることができる。侵入量を0.2ミリ刻みで変えていったときの、ロードセルにかかる荷重を測定することにより、ブレードの当接荷重と侵入量の関係を得る。当接圧(g/cm)は当接荷重(g)をブレード長手幅(cm)で割ることによって求められる。 The apparatus includes a drum, a cleaning blade, and a support member of the image forming apparatus according to the present exemplary embodiment, and further includes a load cell that measures a load applied to the drum. The blade support member is movable, and the amount of blade penetration into the drum can be changed. By measuring the load applied to the load cell when the intrusion amount is changed in increments of 0.2 mm, the relationship between the blade contact load and the intrusion amount is obtained. The contact pressure (g / cm) is obtained by dividing the contact load (g) by the blade longitudinal width (cm).
最後に、2次転写工程後に転写材Pに転写されずに中間転写ベルト6の表面に残ったトナー(2次転写残トナー)は、中間転写ベルトクリーナ64によって中間転写ベルト6の表面から除去され、回収される。中間転写ベルトクリーナ64は、弾性体ブレード(クリーニングブレード)などの中間転写ベルトクリーニング部材によって、中間転写ベルト6上のトナーを掻き取る。中間転写ベルトクリーナ64は、中間転写ベルト6の表面に当接/離間自在に取り付けられていてよい。そして、1次転写工程中は中間転写ベルトクリーニング部材を中間転写ベルト6の表面から離間させ、2次転写前のトナー像を乱し難くすることができる。 Finally, the toner remaining on the surface of the intermediate transfer belt 6 without being transferred to the transfer material P after the secondary transfer process (secondary transfer residual toner) is removed from the surface of the intermediate transfer belt 6 by the intermediate transfer belt cleaner 64. To be recovered. The intermediate transfer belt cleaner 64 scrapes off the toner on the intermediate transfer belt 6 by an intermediate transfer belt cleaning member such as an elastic blade (cleaning blade). The intermediate transfer belt cleaner 64 may be attached to the surface of the intermediate transfer belt 6 so as to be able to contact / separate. Further, during the primary transfer process, the intermediate transfer belt cleaning member can be separated from the surface of the intermediate transfer belt 6 so that the toner image before the secondary transfer is hardly disturbed.
画像形成装置100は、所望のひとつの画像形成部、又は4個の画像形成部のうち数個のみを用いてトナー像を形成することで、単色又はマルチカラーの画像を形成することもできる。この場合も、トナー像を形成しない画像形成部があることを除けば、画像形成動作は上述のフルカラー画像形成時と同様である。 The image forming apparatus 100 can also form a single-color or multi-color image by forming a toner image using only one desired image forming unit or only four of the four image forming units. Also in this case, the image forming operation is the same as that in the above-described full-color image formation except that there is an image forming portion that does not form a toner image.
次に、画像形成装置100の主要な構成要素について更に詳しく説明する。 Next, main components of the image forming apparatus 100 will be described in more detail.
(クリーニングブレードについて)
本実施例で使用したクリーニングブレードは、ポリウレタン樹脂をベースとしたブレードであり、JIS K 6253で定義されるJIS−A硬度は85度であった。高分子ポリオール、ポリイソシアネート、および架橋剤を反応させてブレードを形成した。
(About the cleaning blade)
The cleaning blade used in this example was a polyurethane resin-based blade, and the JIS-A hardness defined by JIS K 6253 was 85 degrees. A polymer polyol, polyisocyanate, and a crosslinking agent were reacted to form a blade.
高分子ポリオールとしては、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、カプロラクトンエステルポリオール、ポリカーボネートエステルポリオール、シリコーンポリオールなどが用いられる。重量平均分子量は通常500から5000のものが用いられるが、これらに限定されるものではない。 As the polymer polyol, polyester polyol, polyether polyol, caprolactone ester polyol, polycarbonate ester polyol, silicone polyol and the like are used. A weight average molecular weight of 500 to 5000 is usually used, but is not limited thereto.
イソシアネートとしては、ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ナフタ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などがあげられるが、これらに限定されるものではない。 Examples of the isocyanate include, but are not limited to, diphenylmethane diisocyanate, tolylene diisocyanate, naphthalene diisocyanate, and hexamethylene diisocyanate.
架橋剤としては、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、エチレングリコール、トリメチロールプロパンなどがあげられる。また、触媒としてはトリエチレンジアミンなどがあげられるが、これらに限定されるものではない。 Examples of the crosslinking agent include 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, ethylene glycol, trimethylolpropane and the like. Examples of the catalyst include, but are not limited to, triethylenediamine.
ブレードの成形方法としては、上記各成分を一度に混合して、金型または遠心成形円筒金型に注型して成形するワンショット法、イソシアネートとポリオールをあらかじめ反応させておきプレポリマーとし、その後架橋剤を混合して金型または遠心成形円筒金型に注型して成形するプレポリマー法、イソシアネートにポリオールを反応させたセミプレポリマーと、架橋剤にポリオールを添加した硬化剤を反応させて金型または遠心成形円筒金型に注型して成形するセミワンショット法などを用いることができる。 As a molding method of the blade, the above-mentioned components are mixed at once, and the one-shot method in which the components are cast and molded into a mold or a centrifugal molded cylindrical mold. The isocyanate and polyol are reacted in advance to form a prepolymer, and then A prepolymer method in which a cross-linking agent is mixed and cast into a mold or a centrifugal molded cylindrical mold, a semi-prepolymer obtained by reacting an isocyanate with a polyol, and a curing agent obtained by adding a polyol to the cross-linking agent are reacted. For example, a semi-one shot method in which a mold or a centrifugally-molded cylindrical mold is cast and molded can be used.
このようにして厚さ2ミリ、幅345ミリ、奥行き15ミリのポリウレタンブレードが成形された。 In this way, a polyurethane blade having a thickness of 2 mm, a width of 345 mm, and a depth of 15 mm was formed.
エリオニクス社製 超微小硬度計ENT1100にて、作成したブレード表層硬さを測定した。三角圧子(対稜角115°)を用いて、最大荷重100mgf(ステップインターバル10ミリ秒、分割数1000)で測定したところ、2.5μm程度の変位が観測された。 The surface hardness of the created blade was measured with an ultrafine hardness tester ENT1100 manufactured by Elionix. When a maximum load of 100 mgf (step interval: 10 milliseconds, number of divisions: 1000) was measured using a triangular indenter (opposite angle of 115 °), a displacement of about 2.5 μm was observed.
(トナーについて)
本発明に用いられるトナー粒子は、どのような手法を用いて製造されても構わないが、主な製法としては、粉砕法によって製造されたトナーに機械的処理、或いは熱処理を施して略球形化する方法や、懸濁重合法や乳化重合法のような水系媒体中で造粒する製造法が挙げられる。これらの製造法の中でも懸濁重合法はワックスを内包したコアーシェル構造の球形トナーを造粒する上で比較的簡易な手法であり、溶剤を使用しないといった製造コスト面から好ましい製造方法の一つである。
(About toner)
The toner particles used in the present invention may be produced by any method. However, as a main production method, the toner produced by the pulverization method is subjected to mechanical treatment or heat treatment to be substantially spherical. And a production method of granulating in an aqueous medium such as a suspension polymerization method or an emulsion polymerization method. Among these production methods, the suspension polymerization method is a relatively simple method for granulating a spherical toner having a core-shell structure encapsulating wax, and is one of the preferred production methods from the viewpoint of production cost such as not using a solvent. is there.
以下に本発明に適用する上で好ましいトナー製法の一つである懸濁重合法について説明する。重合性単量体、着色剤、ワックス成分及び必要に応じた他の添加物を、ホモジナイザー、ボールミル、コロイドミル、超音波分散機の如き分散機によって均一に溶解または分散させ、これに重合開始剤を溶解し、重合性単量体組成物を調整する。次に、該重合性単量体組成物を分散安定剤含有の水系媒体中に懸濁して重合を行うことによってトナー粒子は製造される。上記重合開始剤は、重合性単量体中に他の添加剤を添加する時に同時に加えても良いし、水系媒体中に懸濁する直前に混合しても良い。また、造粒直後、重合反応を開始する前に重合性単量体あるいは溶媒に溶解した重合開始剤を加えることもある。 The suspension polymerization method, which is one of the preferred toner production methods for application to the present invention, will be described below. A polymerizable monomer, a colorant, a wax component, and other additives as required are uniformly dissolved or dispersed by a disperser such as a homogenizer, a ball mill, a colloid mill, or an ultrasonic disperser, and then a polymerization initiator. Is dissolved to prepare a polymerizable monomer composition. Next, toner particles are produced by suspending the polymerizable monomer composition in an aqueous medium containing a dispersion stabilizer and performing polymerization. The polymerization initiator may be added simultaneously with the addition of other additives to the polymerizable monomer, or may be mixed immediately before being suspended in the aqueous medium. In addition, a polymerization initiator dissolved in a polymerizable monomer or solvent may be added immediately after granulation and before starting the polymerization reaction.
このようにして得られるトナー粒子は、ワックス成分を内包化しているカプセル構造を有している。トナー粒子外殻のシェルとなる部分の分子量分布や組成を変えることにより、トナー表面硬さを変えることができる。 The toner particles thus obtained have a capsule structure in which a wax component is encapsulated. The surface hardness of the toner can be changed by changing the molecular weight distribution and composition of the toner particle outer shell.
本トナーに用いられる結着樹脂としては、一般的に用いられているスチレン−アクリル共重合体、スチレン−メタクリル共重合体、エポキシ樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体が挙げられる。重合性単量体としては、ラジカル重合が可能なビニル系重合性単量体を用いることが可能である。該ビニル系重合性単量体としては、単官能性重合性単量体或いは多官能性重合性単量体を使用することができる。 Examples of the binder resin used in the toner include commonly used styrene-acrylic copolymers, styrene-methacrylic copolymers, epoxy resins, and styrene-butadiene copolymers. As the polymerizable monomer, a vinyl polymerizable monomer capable of radical polymerization can be used. As the vinyl polymerizable monomer, a monofunctional polymerizable monomer or a polyfunctional polymerizable monomer can be used.
結着樹脂を生成するための重合性単量体としては、以下のものが挙げられる。スチレン系単量体:o−(m−、p−)メチルスチレン、m−(p−)エチルスチレンなど。アクリル酸エステル系単量体或いはメタクリル酸エステル系単量体:アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、メタクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸オクチル、メタクリル酸オクチル、アクリル酸ドデシル、メタクリル酸ドデシル、アクリル酸ステアリル、メタクリル酸ステアリル、アクリル酸ベヘニル、メタクリル酸ベヘニル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、アクリル酸ジエチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル。エン系単量体:ブタジエン、イソプレン、シクロヘキセン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリル酸アミド、メタクリル酸アミド。 The following are mentioned as a polymerizable monomer for producing | generating a binder resin. Styrene monomer: o- (m-, p-) methylstyrene, m- (p-) ethylstyrene, and the like. Acrylic acid ester monomer or methacrylic acid ester monomer: methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, propyl acrylate, propyl methacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylate, acrylic acid Octyl, octyl methacrylate, dodecyl acrylate, dodecyl methacrylate, stearyl acrylate, stearyl methacrylate, behenyl acrylate, behenyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, dimethylaminoethyl acrylate, methacrylic acid Dimethylaminoethyl, diethylaminoethyl acrylate, diethylaminoethyl methacrylate. Ene monomers: butadiene, isoprene, cyclohexene, acrylonitrile, methacrylonitrile, acrylic amide, methacrylic amide.
また、重合性単量体組成物中に低分子量ポリマーを添加することによってトナーの分子量分布を最適化し、低温定着性、耐オフセット性を制御することができる。低分子量ポリマーの例としては、低分子量ポリスチレン、低分子量スチレン−アクリル酸エステル共重合体、低分子量スチレン−アクリル共重合体が挙げられる。 Further, by adding a low molecular weight polymer to the polymerizable monomer composition, the molecular weight distribution of the toner can be optimized, and the low-temperature fixability and offset resistance can be controlled. Examples of the low molecular weight polymer include low molecular weight polystyrene, low molecular weight styrene-acrylic acid ester copolymer, and low molecular weight styrene-acrylic copolymer.
上記低分子量ポリマーの好ましい添加量は、結着樹脂100質量部に対して1質量部50質量部以下であり、より好ましくは5質量部以上30質量部以下である。 A preferable addition amount of the low molecular weight polymer is 1 part by mass or less and 50 parts by mass or less, and more preferably 5 parts by mass or more and 30 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the binder resin.
また、上述の結着樹脂と共にポリエステル樹脂やポリカーボネート樹脂の如きカルボキシル基を有する極性樹脂を併用することができる。 In addition, a polar resin having a carboxyl group such as a polyester resin or a polycarbonate resin can be used in combination with the above binder resin.
例えば、懸濁重合法により直接トナー粒子を製造する場合には、分散工程から重合工程に至る重合反応時に極性樹脂を添加すると、トナー粒子となる重合性単量体組成物と水系分散媒体の呈する極性のバランスに応じて、添加した極性樹脂がトナー粒子の表面に薄層を形成したり、トナー粒子表面から中心に向け傾斜性をもって存在するように、極性樹脂の存在状態を制御したりすることができる。即ち、極性樹脂を添加することは、コア−シェル構造のシェル部を強化することができるので、トナーの機械的強度に影響を与える。 For example, in the case of directly producing toner particles by a suspension polymerization method, when a polar resin is added during the polymerization reaction from the dispersion step to the polymerization step, a polymerizable monomer composition that becomes toner particles and an aqueous dispersion medium are exhibited. Depending on the balance of polarity, the added polar resin forms a thin layer on the surface of the toner particles, or the presence state of the polar resin is controlled so that it exists with a gradient from the toner particle surface toward the center. Can do. That is, the addition of the polar resin can reinforce the shell portion of the core-shell structure, thus affecting the mechanical strength of the toner.
上記極性樹脂の好ましい添加量は、結着樹脂100質量部に対して1質量部以上25質量部以下であり、より好ましくは2質量部以上15質量部以下である。1質量部未満ではトナー粒子中での極性樹脂の存在状態が不均一となりやすく、一方、25質量部を超えるとトナー粒子の表面に形成される極性樹脂の層が厚くなるために好ましくない。 A preferable addition amount of the polar resin is 1 part by mass or more and 25 parts by mass or less, and more preferably 2 parts by mass or more and 15 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the binder resin. If the amount is less than 1 part by mass, the presence state of the polar resin in the toner particles tends to be non-uniform. On the other hand, if it exceeds 25 parts by mass, the polar resin layer formed on the surface of the toner particles becomes thick.
本トナーに用いられる極性樹脂としては、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体が挙げられる。特に極性樹脂として、分子量3000以上、10000以下にメインピークの分子量を有するポリエステル樹脂がトナー粒子の流動性、負摩擦帯電特性を良好にすることができるので好ましい。 Examples of the polar resin used in the toner include polyester resins, epoxy resins, styrene-acrylic acid copolymers, styrene-methacrylic acid copolymers, and styrene-maleic acid copolymers. In particular, a polyester resin having a molecular weight of 3000 to 10,000 in terms of the main peak molecular weight is preferable as the polar resin because the fluidity and negative frictional charging characteristics of the toner particles can be improved.
さらに、トナー粒子の機械的強度を制御するために、結着樹脂を合成するときに架橋剤を用いてもよい。 Furthermore, in order to control the mechanical strength of the toner particles, a crosslinking agent may be used when the binder resin is synthesized.
2官能の架橋剤として、以下のものが挙げられる。ジビニルベンゼン、ビス(4−アクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、エチレングリコールジアクリルレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,5−ペンタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール#200、#400、#600の各ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリエステル型ジアクリレート(MANDA日本化薬)、及び上記のジアクリレートをジメタクリレートに代えたもの。 Examples of the bifunctional crosslinking agent include the following. Divinylbenzene, bis (4-acryloxypolyethoxyphenyl) propane, ethylene glycol diacrylate, 1,3-butylene glycol diacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, 1,5-pentanediol diacrylate, 1, 6-hexanediol diacrylate, neopentyl glycol diacrylate, diethylene glycol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol # 200, # 400, # 600 diacrylate, dipropylene glycol diacrylate, Polypropylene glycol diacrylate, polyester type diacrylate (MANDA Nippon Kayaku), and dimethacrylate instead of the above diacrylate Thing was.
多官能の架橋剤としては、以下のものが挙げられる。ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、オリゴエステルアクリレート及びそのメタクリレート、2,2−ビス(4−メタクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、ジアリルフタレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート及びトリアリルトリメリテート。これらの架橋剤の添加量は、重合性単量体100質量部に対して、好ましくは0.05質量部以上10質量部以下、より好ましくは0.1質量部以上5質量部以下である。 The following are mentioned as a polyfunctional crosslinking agent. Pentaerythritol triacrylate, trimethylol ethane triacrylate, trimethylol propane triacrylate, tetramethylol methane tetraacrylate, oligoester acrylate and its methacrylate, 2,2-bis (4-methacryloxypolyethoxyphenyl) propane, diallyl phthalate, tri Allyl cyanurate, triallyl isocyanurate and triallyl trimellitate. The addition amount of these crosslinking agents is preferably 0.05 parts by mass or more and 10 parts by mass or less, more preferably 0.1 parts by mass or more and 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the polymerizable monomer.
本トナーに用いられる重合開始剤としては、以下のものが挙げられる。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、アゾビスイソブチロニトリルの如きアゾ系又はジアゾ系重合開始剤;ベンゾイルペルオキシド、メチルエチルケトンペルオキシド、ジイソプロピルペルオキシカーボネート、クメンヒドロペルオキシド、2,4−ジクロロベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、tert−ブチル−パーオキシピバレートの如き過酸化物系重合開始剤。 The following are mentioned as a polymerization initiator used for this toner. 2,2′-azobis- (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobisisobutyronitrile, 1,1′-azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), 2,2′-azobis Azo or diazo polymerization initiators such as -4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile and azobisisobutyronitrile; benzoyl peroxide, methyl ethyl ketone peroxide, diisopropyl peroxycarbonate, cumene hydroperoxide, 2,4-dichlorobenzoyl Peroxide-based polymerization initiators such as peroxide, lauroyl peroxide, tert-butyl-peroxypivalate.
これらの重合開始剤の使用量は、目的とする重合度により変化するが、一般的には、重合性ビニル系単量体100質量部に対して3質量部以上20質量部以下である。重合開始剤の種類は、重合法により若干異なるが、10時間半減期温度を参考に、単独又は混合して使用される。 Although the usage-amount of these polymerization initiators changes with the target degree of polymerization, generally they are 3 mass parts or more and 20 mass parts or less with respect to 100 mass parts of polymerizable vinylic monomers. The kind of the polymerization initiator varies slightly depending on the polymerization method, but is used alone or in combination with reference to the 10-hour half-life temperature.
本トナーは着色力を付与するために着色剤を必須成分として含有する。本トナーに使用される着色剤として、以下の有機顔料、有機染料、無機顔料が挙げられる。 The toner contains a colorant as an essential component in order to impart coloring power. Examples of the colorant used in the toner include the following organic pigments, organic dyes, and inorganic pigments.
シアン系着色剤としての有機顔料又は有機染料としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アントラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物が挙げられる。 Examples of organic pigments or organic dyes as cyan colorants include copper phthalocyanine compounds and derivatives thereof, anthraquinone compounds, and basic dye lake compounds.
マゼンタ系着色剤としての有機顔料又は有機染料としては、以下のものが挙げられる。縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アントラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物。 Examples of the organic pigment or organic dye as the magenta colorant include the following. Condensed azo compounds, diketopyrrolopyrrole compounds, anthraquinones, quinacridone compounds, basic dye lake compounds, naphthol compounds, benzimidazolone compounds, thioindigo compounds, perylene compounds.
イエロー系着色剤としての有機顔料又は有機染料としては、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アントラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物、アリルアミド化合物に代表される化合物が挙げられる。 Examples of the organic pigment or organic dye as the yellow colorant include compounds typified by condensed azo compounds, isoindolinone compounds, anthraquinone compounds, azo metal complexes, methine compounds, and allylamide compounds.
黒色着色剤としては、カーボンブラック、上記イエロー系着色剤/マゼンタ系着色剤/シアン系着色剤を用い黒色に調色されたものが挙げられる。 Examples of the black colorant include carbon black and those prepared by using the above yellow colorant / magenta colorant / cyan colorant to black.
これらの着色剤は、単独又は混合し更には固溶体の状態で用いることができる。本トナーに用いられる着色剤は、色相角、彩度、明度、耐光性、OHP透明性、トナー中の分散性の点から選択される。 These colorants can be used alone or in combination and further in the form of a solid solution. The colorant used in the present toner is selected from the viewpoints of hue angle, saturation, brightness, light resistance, OHP transparency, and dispersibility in the toner.
該着色剤は、好ましくは重合性単量体又は結着樹脂100質量部に対し1質量部以上20質量部以下添加して用いられる。 The colorant is preferably used by adding 1 part by mass or more and 20 parts by mass or less to 100 parts by mass of the polymerizable monomer or binder resin.
前記水系媒体調整時に使用する分散安定剤の例としては、公知の無機系及び有機系の分散安定剤を用いることができる。 As an example of the dispersion stabilizer used when preparing the aqueous medium, known inorganic and organic dispersion stabilizers can be used.
具体的には、無機系の分散安定剤の例としては、以下のものが挙げられる。リン酸三カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、メタケイ酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ベントナイト、シリカ、アルミナ。 Specifically, the following are mentioned as an example of an inorganic dispersion stabilizer. Tricalcium phosphate, magnesium phosphate, aluminum phosphate, zinc phosphate, magnesium carbonate, calcium carbonate, calcium hydroxide, magnesium hydroxide, aluminum hydroxide, calcium metasilicate, calcium sulfate, barium sulfate, bentonite, silica, alumina .
また、有機系の分散剤としては、以下のものが挙げられる。ポリビニルアルコール、ゼラチン、メチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、デンプン。
また、市販のノニオン、アニオン、カチオン型の界面活性剤の利用も可能である。この様な界面活性剤としては、以下のものが挙げられる。ドデシル硫酸ナトリウム、テトラデシル硫酸ナトリウム、ペンタデシル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリル酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、オレイン酸カルシウム。
Examples of the organic dispersant include the following. Polyvinyl alcohol, gelatin, methyl cellulose, methyl hydroxypropyl cellulose, ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose sodium salt, starch.
Commercially available nonionic, anionic and cationic surfactants can also be used. Examples of such surfactants include the following. Sodium dodecyl sulfate, sodium tetradecyl sulfate, sodium pentadecyl sulfate, sodium octyl sulfate, sodium oleate, sodium laurate, potassium stearate, calcium oleate.
本トナーに用いられる水系媒体調整時に使用する分散安定剤としては、無機系の難水溶性の分散安定剤が好ましく、しかも酸に可溶性である難水溶性無機分散安定剤を用いることが好ましい。 As the dispersion stabilizer used in preparing the aqueous medium used in the present toner, an inorganic poorly water-soluble dispersion stabilizer is preferable, and it is preferable to use a poorly water-soluble inorganic dispersion stabilizer that is soluble in acid.
また、本トナーにおいては、難水溶性無機分散安定剤を用い、水系媒体を調整する場合に、これらの分散安定剤の使用量は重合性単量体100質量部に対して、0.2質量部以上2.0質量部以下であることが好ましい。また、本トナーにおいては、重合性単量体組成物100質量部に対して300質量部以上3000質量部以下の水を用いて水系媒体を調整することが好ましい。 In the present toner, when a water-insoluble inorganic dispersion stabilizer is used and an aqueous medium is prepared, the amount of these dispersion stabilizers used is 0.2 mass relative to 100 mass parts of the polymerizable monomer. It is preferable that it is at least 2.0 parts by mass. In this toner, it is preferable to adjust the aqueous medium using 300 parts by mass or more and 3000 parts by mass or less of water with respect to 100 parts by mass of the polymerizable monomer composition.
本トナーにおいて、上記のような難水溶性無機分散安定剤が分散された水系媒体を調整する場合には、市販の分散安定剤をそのまま用いて分散させてもよい。また、細かい均一な粒度を有する分散安定剤の粒子を得るために、水の如き液媒体中で、高速攪拌下、難水溶性無機分散安定剤を生成させて水系媒体を調整してもよい。例えば、リン酸三カルシウムを分散安定剤として使用する場合、高速攪拌下でリン酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液を混合してリン酸三カルシウムの微粒子を形成することで、好ましい分散安定剤を得ることができる。 In the present toner, when preparing an aqueous medium in which the poorly water-soluble inorganic dispersion stabilizer as described above is dispersed, a commercially available dispersion stabilizer may be used as it is. In order to obtain particles of a dispersion stabilizer having a fine uniform particle size, a water-based inorganic dispersion stabilizer may be produced in a liquid medium such as water under high-speed stirring to adjust the aqueous medium. For example, when tricalcium phosphate is used as a dispersion stabilizer, a preferable dispersion stabilizer is obtained by mixing sodium phosphate aqueous solution and calcium chloride aqueous solution under high speed stirring to form tricalcium phosphate fine particles. Can do.
本トナーにおいては、必要に応じて荷電制御剤をトナー粒子と混合して用いることも可能である。荷電制御剤を配合することにより、荷電特性を安定化、現像システムに応じた最適の摩擦帯電量のコントロールが可能となる。 In the present toner, a charge control agent can be mixed with toner particles and used as necessary. By adding a charge control agent, the charge characteristics can be stabilized, and the optimum triboelectric charge amount can be controlled according to the development system.
荷電制御剤としては、公知のものが利用でき、特に帯電スピードが速く、かつ、一定の帯電量を安定して維持できる荷電制御剤が好ましい。さらに、トナー粒子を直接重合法により製造する場合には、重合阻害性が低く、水系媒体への可溶化物が実質的にない荷電制御剤が好ましい。 As the charge control agent, a known one can be used, and a charge control agent that has a high charging speed and can stably maintain a constant charge amount is particularly preferable. Further, when the toner particles are produced by a direct polymerization method, a charge control agent having a low polymerization inhibitory property and substantially free from a solubilized product in an aqueous medium is preferable.
荷電制御剤として、トナーを負荷電性に制御するものとしては、以下のものが挙げられる。有機金属化合物、キレート化合物が有効であり、モノアゾ金属化合物、アセチルアセトン金属化合物、芳香族オキシカルボン酸、芳香族ダイカルボン酸、オキシカルボン酸及びダイカルボン酸系の金属化合物。他には、芳香族オキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、無水物、エステル類、ビスフェノールの如きフェノール誘導体類なども含まれる。さらに、尿素誘導体、含金属サリチル酸系化合物、含金属ナフトエ酸系化合物、ホウ素化合物、4級アンモニウム塩、カリックスアレーン、樹脂系帯電制御剤が挙げられる。 Examples of the charge control agent that control the toner to be negatively charged include the following. Organic metal compounds and chelate compounds are effective, and monoazo metal compounds, acetylacetone metal compounds, aromatic oxycarboxylic acids, aromatic dicarboxylic acids, oxycarboxylic acids, and dicarboxylic acid-based metal compounds. Other examples include aromatic oxycarboxylic acids, aromatic mono- and polycarboxylic acids and metal salts thereof, anhydrides, esters, and phenol derivatives such as bisphenol. Further examples include urea derivatives, metal-containing salicylic acid compounds, metal-containing naphthoic acid compounds, boron compounds, quaternary ammonium salts, calixarene, and resin charge control agents.
本トナーは、これら荷電制御剤を単独で或いは2種類以上組み合わせて含有することができる。 The present toner can contain these charge control agents singly or in combination of two or more.
荷電制御剤の好ましい配合量は、重合性単量体又は結着樹脂100質量部に対して0.01質量部以上20質量部以下、より好ましくは0.5質量部以上10質量部以下である。しかしながら、本トナーには、荷電制御剤の添加は必須ではなく、磁性キャリアとの摩擦帯電性を積極的に利用することでトナー中に必ずしも荷電制御剤を含ませる必要はない。 A preferable blending amount of the charge control agent is 0.01 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, more preferably 0.5 parts by mass or more and 10 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the polymerizable monomer or the binder resin. . However, it is not essential to add a charge control agent to the toner, and it is not always necessary to include the charge control agent in the toner by actively utilizing the triboelectric chargeability with the magnetic carrier.
本トナー粒子には流動性向上のために、無機微粉体が添加されている。 In order to improve fluidity, inorganic fine powder is added to the toner particles.
本トナー粒子に外添する無機微粉体としては、シリカ微粉体、酸化チタン微粉体、アルミナ微粉体またはそれらの複酸化物微粉体が挙げられる。これらの無機微粉体の粒径は大きくてもせいぜい120nm以下が好ましい。 Examples of the inorganic fine powder externally added to the toner particles include silica fine powder, titanium oxide fine powder, alumina fine powder, and double oxide fine powders thereof. The particle size of these inorganic fine powders is preferably 120 nm or less at most.
シリカ微粉体としては、ケイ素ハロゲン化物の蒸気相酸化により生成された乾式シリカ又はヒュームドシリカ、及び水ガラスから製造される湿式シリカが挙げられる。無機微粉体としては、表面及びシリカ微粉体の内部にあるシラノール基が少なく、またNaO2、SO3 2−の少ない乾式シリカの方が好ましい。また乾式シリカは、製造工程において、塩化アルミニウム、塩化チタン他の如き金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と共に用いることによって製造された、知りかと他の金属酸化物の複合微粉体であっても良い。 Examples of the silica fine powder include dry silica or fumed silica produced by vapor phase oxidation of silicon halide, and wet silica produced from water glass. As the inorganic fine powder, dry silica having less silanol groups on the surface and inside of the silica fine powder and less NaO 2 and SO 3 2− is preferable. In addition, the dry silica may be a composite fine powder of known metal oxide produced by using a metal halogen compound such as aluminum chloride or titanium chloride together with a silicon halogen compound in the production process.
無機微粉体は、トナーの流動性改良及びトナー粒子の帯電均一化のためにトナー粒子に外添される。無機微粉体を疎水化処理することによって、トナーの帯電量の調整、環境安定性の向上、高湿環境下での特性の向上を達成することができるので、疎水化処理された無機微粉体を用いることが好ましい。トナーに添加された無機微粉体が吸湿すると、トナーとしての帯電量が低下し、現像性や転写性の低下が生じ易くなる。 The inorganic fine powder is externally added to the toner particles in order to improve the fluidity of the toner and make the toner particles uniformly charged. By hydrophobizing the inorganic fine powder, it is possible to adjust the charge amount of the toner, improve the environmental stability, and improve the characteristics in a high-humidity environment. It is preferable to use it. When the inorganic fine powder added to the toner absorbs moisture, the charge amount as the toner is reduced, and the developability and transferability are easily lowered.
無機微粉体の疎水化処理の処理剤としては、未変性のシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、未変性のシリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シラン化合物、シランカップリング剤、その他有機ケイ素化合物、有機チタン化合物が挙げられる。これらの処理剤は単独で或いは併用して用いられても良い。 As treatment agents for the hydrophobic treatment of inorganic fine powder, unmodified silicone varnish, various modified silicone varnishes, unmodified silicone oil, various modified silicone oils, silane compounds, silane coupling agents, other organosilicon compounds, organotitanium Compounds. These treatment agents may be used alone or in combination.
作成したトナーの平均粒径、並びに円形度の測定について説明する。 The measurement of the average particle diameter and the circularity of the prepared toner will be described.
(トナー平均粒径の測定)
トナーの個数平均粒径は、コールターマルチサイザー(コールター社製)を用い、個数分布、体積分布を出力するインターフェイス(日科機製)及びPC9801パーソナルコンピューター(NEC製)を接続し、該設置の操作マニュアルに従い測定した。
(Measurement of average particle diameter of toner)
The number average particle size of the toner was measured using a Coulter Multisizer (manufactured by Coulter), connected to an interface (manufactured by Nikkiki) that outputs the number distribution and volume distribution, and a PC 9801 personal computer (manufactured by NEC). Measured according to
具体的には、まず、電解液として1級塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液を調整した。電解液としては、市販のISOTON R−11(コールターサイエンティフィックジャパン社製)も使用できる。前記電解水溶液100mlに測定試料(トナー)を5mg、及びコンタミノン水溶液(和光純薬工業株式会社製)0.1mlを加える。試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約1分間分散処理を行い前記コールターマルチサイザーにより100μmアパーチャーを用いて、2.0μm以上のトナー粒子の体積、個数を測定して個数平均粒径を求めた。 Specifically, first, a 1% NaCl aqueous solution was prepared using primary sodium chloride as the electrolyte. As the electrolytic solution, commercially available ISOTON R-11 (manufactured by Coulter Scientific Japan) can also be used. To 100 ml of the electrolytic aqueous solution, 5 mg of a measurement sample (toner) and 0.1 ml of a contamination aqueous solution (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) are added. The electrolyte in which the sample is suspended is dispersed for about 1 minute with an ultrasonic disperser, and the volume and number of toner particles of 2.0 μm or more are measured with the Coulter Multisizer using a 100 μm aperture, and the number average particle diameter is measured. Asked.
(トナー平均円形度の測定)
トナーの平均円形度は、フロー式粒子像測定装置「FPIA−2100型」(東亜医用電子社製)を用い、該装置の操作マニュアルに従って測定を行い、円形度を求めた。
(Measurement of average circularity of toner)
The average circularity of the toner was measured by using a flow type particle image measuring device “FPIA-2100 type” (manufactured by Toa Medical Electronics Co., Ltd.) according to the operation manual of the device, and the circularity was obtained.
円形度は、(円相当径×π/粒子投影像の周囲長)で求めることができ、円相当径=(粒子投影面積/π)1/2×2である。ここで粒子投影面積とは二値化されたトナー粒子像の面積であり、粒子投影像の周囲長とは該トナー粒子像のエッジ点を結んで得られる輪郭線の長さと定義されている。円形度はトナー粒子の凹凸の度合いを示す指標であり、トナー粒子が球形の場合には1.000を示し、表面形状が複雑になる程、円形度は小さな値となる。 The circularity can be obtained by (equivalent circle diameter × π / periphery length of particle projection image), and equivalent circle diameter = (particle projection area / π) 1/2 × 2. Here, the particle projection area is the area of the binarized toner particle image, and the peripheral length of the particle projection image is defined as the length of the contour line obtained by connecting the edge points of the toner particle image. The degree of circularity is an index indicating the degree of unevenness of toner particles. When the toner particles are spherical, the degree of circularity is 1.000. The more complicated the surface shape, the smaller the degree of circularity.
具体的な測定方法としては、まず容器中に予め不純固形物などを除去したイオン交換水10mlを用意する。その中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を加えた後、更に測定試料を0.02g加え、均一に分散させる。分散させる手段としては、超音波分散器「Tetora150型」(日科機バイオス社製)を用い、2分間分散処理を行い、測定用の分散液とする。その際、該分散液の温度が40℃以上とならない様に適時冷却する。また、円形度のばらつきを抑えるため、フロー式粒子像分析装置FPIA−2100の機内温度が26〜27℃になるよう装置の設置環境を23℃±0.5℃に制御し、一定時間おきに、好ましくは2時間おきに2μmラテックス粒子を用いて自動焦点調整を行う。 As a specific measuring method, first, 10 ml of ion-exchanged water from which impure solids are removed in advance is prepared in a container. After adding a surfactant, preferably an alkyl benzene sulfonate, as a dispersant, 0.02 g of a measurement sample is further added and dispersed uniformly. As a means for dispersion, an ultrasonic disperser “Tetora 150 type” (manufactured by Nikka Ki Bios) is used for 2 minutes to obtain a dispersion for measurement. In that case, it cools timely so that the temperature of this dispersion liquid may not become 40 degreeC or more. In order to suppress variation in circularity, the installation environment of the apparatus is controlled at 23 ° C. ± 0.5 ° C. so that the temperature inside the flow type particle image analyzer FPIA-2100 is 26 to 27 ° C. Preferably, autofocus is performed using 2 μm latex particles every 2 hours.
測定時のトナー濃度が3000〜10000個/μlとなる様に該分散液濃度を再調整し、トナーを1000個以上計測する。計測後、このデータを用いて、円相当径2μm未満のデータをカットして、トナーの円相当径(個数基準)2.0μm以上の粒子における平均円形度を求める。 The concentration of the dispersion is readjusted so that the toner density at the time of measurement is 3000 to 10000 / μl, and 1000 or more toners are measured. After the measurement, using this data, data having an equivalent circle diameter of less than 2 μm is cut, and the average circularity of particles having an equivalent circle diameter (number basis) of 2.0 μm or more is obtained.
本発明では、画像形成装置の要求する転写性を達成することから、少なくとも円形度0.97以上のトナーを使用することによって効果を発揮する。 In the present invention, since the transfer property required by the image forming apparatus is achieved, the effect is exhibited by using toner having a circularity of 0.97 or more.
本実施例においては、上記製法によって作成した平均粒径6μm、円形度0.98のトナーAを使用した。 In this example, toner A having an average particle diameter of 6 μm and a circularity of 0.98 prepared by the above-described manufacturing method was used.
(感光体について)
本発明の実施例及び比較例で用いた感光体は、負帯電のOPC感光体であり、φ30mmのアルミニウム製のドラム基体上に下記の第1〜第4の4層の機能層を下から順に設けたものである。第1層は下引き層であり、アルミニウムドラム基体(以下アルミ基体と記す)の表面をならすため、またレーザー露光の反射によるモアレの発生を防止するために設けられている厚さ約20μmの導電層である。第2層は正電荷注入防止層であり、アルミ基体から注入された正電荷が感光体表面に帯電された負電荷を打ち消すのを防止する役割を果たし、ポリアミド樹脂とメトキシメチル化ナイロンによって106Ω・cm程度に、抵抗調整された厚さ約1μmの中抵抗層である。第3層は電荷発生層であり、ジスアゾ系の顔料を樹脂に分散した厚さ約0.3μmの層であり、レーザー露光を受けることによって正負の電荷対を発生する。第4層は電荷輸送層であり、ポリカーボネイト樹脂、或いはポリアリレート樹脂にヒドラゾンを分散したものであり、P型半導体である。従って、感光体表面に帯電された負電荷はこの層を移動することはできず、電荷発生層で発生した正電荷のみを感光体表面に輸送することができる。
(About photoconductor)
The photoconductors used in Examples and Comparative Examples of the present invention are negatively charged OPC photoconductors, and the following first to fourth functional layers are sequentially arranged from the bottom on a φ30 mm aluminum drum base. It is provided. The first layer is an undercoat layer, and is a conductive layer having a thickness of about 20 μm provided to smooth the surface of an aluminum drum base (hereinafter referred to as an aluminum base) and to prevent the occurrence of moire due to reflection of laser exposure. Is a layer. The second layer is a positive charge injection preventing layer, and serves to prevent the positive charge injected from the aluminum substrate from canceling the negative charge charged on the surface of the photoreceptor, and is made of 10 6 by polyamide resin and methoxymethylated nylon. It is a medium resistance layer with a resistance adjusted to about Ω · cm and a thickness of about 1 μm. The third layer is a charge generation layer, which is a layer having a thickness of about 0.3 μm in which a disazo pigment is dispersed in a resin, and generates positive and negative charge pairs upon receiving laser exposure. The fourth layer is a charge transport layer, which is a P-type semiconductor, in which hydrazone is dispersed in polycarbonate resin or polyarylate resin. Accordingly, negative charges charged on the surface of the photoreceptor cannot move through this layer, and only positive charges generated in the charge generation layer can be transported to the surface of the photoreceptor.
エリオニクス社製 超微小硬度計ENT1100にて、最表層である電荷輸送層と同じ組成の膜をガラス平板上に形成し、その表面硬さを測定した。三角圧子を用いて、最大荷重100mgf(ステップインターバル10ミリ秒、分割数1000)で測定したところ、0.25μmの変位が観測された。本発明の実施例及び比較例に使用したどのブレードよりも表層は硬いことが分かった。 A film having the same composition as the charge transport layer as the outermost layer was formed on a glass plate with an ultrafine hardness meter ENT1100 manufactured by Elionix, and the surface hardness was measured. Using a triangular indenter and measuring with a maximum load of 100 mgf (step interval 10 milliseconds, number of divisions 1000), a displacement of 0.25 μm was observed. It was found that the surface layer was harder than any blade used in Examples and Comparative Examples of the present invention.
(ブレード上トナーの微小硬度測定について)
本実施例における微小硬度測定は(株)エリオニクス社製 超微小硬度計ENT1100を用いた。本装置は、圧子を試料へ押し込んだときの、圧子への負荷荷重と押し込み深さ(すなわち試料の変位)を負荷時、除荷時にわたり連続的に測定することにより、荷重−変位曲線を得、この曲線から試料の微小硬度や弾性率を求めるものである。
(Measurement of micro hardness of toner on blade)
The microhardness measurement in this example was performed using an ultra-microhardness meter ENT1100 manufactured by Elionix Corporation. This device obtains a load-displacement curve by continuously measuring the load applied to the indenter and the indentation depth (that is, the displacement of the sample) when the indenter is pushed into the sample during loading and unloading. From this curve, the microhardness and elastic modulus of the sample are obtained.
使用した圧子の先端は20μm×20μmの平坦な正方形になっている。測定環境は温度23℃、湿度45%RHである。平滑な台の上に本実施例で使用するクリーニングブレード(以下ブレード1)の断片を載せ、アロンアルファ等の硬化した後の硬度が高い接着剤でブレード裏面を固定する。本実施例で使用したトナーはトナーAであり、平均粒径は6μmである。エアーでトナーを噴霧させブレード上にまばらに付着させた。微小硬度の測定の前に測定するトナーの顕微鏡像からトナーの大きさを測定し、トナーAの平均粒径±10%以内、つまり5.4μm〜6.6μmの間であることを確認した。最大荷重を300mgf、ステップインターバルを10ミリ秒、分割数(測定データ数)を1000に設定し、ブレード上トナーの測定を行った。圧子がトナー表面と接触してから最大荷重がかかるまで10秒、最大荷重を1秒間保持した後、10秒かけて除荷を行うという行程である。 The tip of the used indenter is a flat square of 20 μm × 20 μm. The measurement environment is a temperature of 23 ° C. and a humidity of 45% RH. A piece of the cleaning blade (hereinafter referred to as blade 1) used in this embodiment is placed on a smooth base, and the back surface of the blade is fixed with an adhesive having a high hardness after curing, such as Aron Alpha. The toner used in this example is toner A, and the average particle size is 6 μm. The toner was sprayed with air and sparsely adhered onto the blade. The toner size was measured from the microscopic image of the toner measured before the microhardness measurement, and it was confirmed that the average particle size of the toner A was within ± 10%, that is, between 5.4 μm and 6.6 μm. The maximum load was set to 300 mgf, the step interval was set to 10 milliseconds, the number of divisions (number of measurement data) was set to 1000, and the toner on the blade was measured. This is a process in which after the indenter comes into contact with the toner surface, the maximum load is applied for 10 seconds, the maximum load is held for 1 second, and then unloading is performed for 10 seconds.
本実施例における測定結果を図4に示す。負荷時において荷重を増加させるにつれて変位もほぼリニアに増加するが、途中で荷重対変位の傾きが変化する変曲点が存在する(図中(II))。そのときのブレードとトナーの状態は図5の(II)の状態であり、これはクリーニングプロセスにおいて感光ドラム上トナーがブレード内に潜り込んだ状態と同じである(感光ドラムがトナーやブレードよりも十分硬い条件下で)。 The measurement results in this example are shown in FIG. Although the displacement increases almost linearly as the load is increased at the time of loading, there is an inflection point where the slope of the load versus displacement changes in the middle ((II) in the figure). The state of the blade and the toner at that time is the state of (II) in FIG. 5, which is the same as the state where the toner on the photosensitive drum has entered the blade in the cleaning process (the photosensitive drum is sufficiently more than the toner and the blade). Under hard conditions).
図4中の(II)〜(III)の領域では、図5に示すように圧子はトナーだけでなく、トナー周りのブレードにも接触するようになり、ブレードからの抵抗を受けるため、(I)〜(II)のときよりも変位しづらくなる。これが下凸の変曲点が発生する理由である。また、変曲点の変位は測定したトナーの粒径とほぼ同じであった。トナー形状が略球形であれば、測定前の顕微鏡像から概算したトナー粒径と変曲点の変位はほぼ合致する。 In the regions (II) to (III) in FIG. 4, the indenter comes to contact not only the toner but also the blade around the toner as shown in FIG. ) To (II), it becomes more difficult to displace. This is the reason why downward convex inflection points occur. Further, the displacement at the inflection point was almost the same as the measured toner particle diameter. If the toner shape is a substantially spherical shape, the toner particle size estimated from the microscopic image before the measurement and the displacement of the inflection point almost coincide.
より具体的な変曲点の求め方としては、図4の例では50mgf〜150mgfまでの直線と、200mgf〜300mgfまでの直線の交点という形で求めることができる。 As a more specific method of obtaining the inflection point, in the example of FIG. 4, it can be obtained in the form of an intersection of a straight line from 50 mgf to 150 mgf and a straight line from 200 mgf to 300 mgf.
以上の測定より、圧子によりトナーがブレード内に埋没したときの荷重が求まった。トナー固体によって測定結果に少しばらつきがあるため、平均粒径より±10%以内の粒径を持つトナー5個に対して同じ測定を行い、その平均を求めた。平均荷重は172mgfであった。 From the above measurement, the load when the toner was buried in the blade by the indenter was obtained. Since the measurement results vary slightly depending on the toner solid, the same measurement was performed on five toners having a particle diameter within ± 10% of the average particle diameter, and the average was obtained. The average load was 172 mgf.
さらに、求めた荷重である172mgfをブレード上トナーにかけたときに、トナーが塑性変形するかどうかを平均粒径より±10%以内の粒径を持つ5個のトナーについて評価を行った。 Further, five toners having a particle diameter within ± 10% of the average particle diameter were evaluated as to whether or not the toner was plastically deformed when 172 mgf, which was the obtained load, was applied to the toner on the blade.
評価は、キーエンス社製のバイオレットレーザー顕微鏡VK9500を用いて行った。まず、測定対象となるブレード上トナーの高さをVK9500で測定する。対物レンズは150倍、高さ測定のステップ間隔は0.2μmで行った。このトナーに対して微小硬度計で172mgfの荷重をかけた後、再びレーザー顕微鏡で高さ測定を行い、測定前後のトナー形状は図12に示すとおりになった。測定後に明らかにトナー高さが2μm程度減少しており、トナー母体が塑性変形していることが分かる。5個のトナーについて同様の評価を行い、172mgfの荷重をかけると全てのトナーで塑性変形が起こっていることが分かった。 Evaluation was performed using a Violet laser microscope VK9500 manufactured by Keyence Corporation. First, the height of the toner on the blade to be measured is measured with VK9500. The objective lens was 150 times and the height measurement step interval was 0.2 μm. After a load of 172 mgf was applied to this toner with a microhardness meter, the height was measured again with a laser microscope, and the toner shape before and after the measurement was as shown in FIG. The toner height is clearly reduced by about 2 μm after the measurement, and it can be seen that the toner base is plastically deformed. The same evaluation was performed on five toners, and it was found that when a load of 172 mgf was applied, plastic deformation occurred in all the toners.
微小硬度測定前後のトナー形状が変わる要因は塑性変形以外にも起こり得る。例えばトナー母体への外添剤の埋め込みや、測定時のトナーの転がり等によるものである。しかし、外添剤の粒径やトナーの円形度から考えて、今回の形状変化はそのような変化を超えて大きいものであり、平坦な面が露出していることからトナー母体が塑性変形したと明確に判断できる。 Factors that change the toner shape before and after the microhardness measurement can occur in addition to plastic deformation. For example, this may be caused by embedding an external additive in the toner base or rolling the toner during measurement. However, considering the particle size of the external additive and the circularity of the toner, the shape change this time is larger than such change, and the toner base is plastically deformed because the flat surface is exposed. It can be clearly determined.
また、塑性変形したトナーの断面の円形度は0.86程度であり、後に記載する比較例2で使用した粉砕トナーの円形度は0.94で、このトナーが良好にクリーニングしたことから、この程度の円形度のトナーならばクリーニングニップで転がることなく、良好にクリーニングする。塑性変形の定義として、このように良好にクリーニングする円形度まで変形していることを条件とすることもできる。 Further, the circularity of the cross section of the plastically deformed toner is about 0.86, and the circularity of the pulverized toner used in Comparative Example 2 described later is 0.94. If the toner has a degree of circularity, the toner is cleaned well without rolling at the cleaning nip. As a definition of plastic deformation, it is also possible to make it a condition that the film is deformed to a circularity that can be cleaned well.
ブレードとトナーがこのような関係にある場合、感光ドラム上のトナーがクリーニングブレード内に潜り込んだ際に、図7のようにトナーがクリーニングニップにおいて塑性変形するので、トナーがニップ内で回転することが無く、安定したクリーニングが可能となる。 When the blade and the toner have such a relationship, when the toner on the photosensitive drum sinks into the cleaning blade, the toner is plastically deformed in the cleaning nip as shown in FIG. 7, so that the toner rotates in the nip. And stable cleaning becomes possible.
実際にブレード1を装置に取り付け、トナーAを用いて耐久試験を行った。印字率5%の画像を出力し続けたところ、500000枚出力を行ってもクリーニング不良は発生しなかった。 The blade 1 was actually attached to the apparatus, and a durability test was performed using the toner A. When an image having a printing rate of 5% was continuously output, no defective cleaning occurred even when 500,000 sheets were output.
[実施例2]
本実施例で使用したクリーニングブレードは、ポリウレタン樹脂をベースとして、表層に硬化層を設けたものである。
[Example 2]
The cleaning blade used in this example has a hardened layer on the surface layer based on polyurethane resin.
基材となるポリウレタン樹脂は、JIS K 6253で定義されるJIS−A硬度75度のポリウレタンを基材としているのでブレード全体としては柔軟でゴム弾性に富んでいる。この基材を形成するポリウレタンは、高分子ポリオール、ポリイソシアネート、および架橋剤を反応させたものを用いており、反応剤の種類、反応時間が若干異なるのみで、基本的な作成方法は実施例1のブレードと同じである。 The polyurethane resin used as the base material is made of polyurethane having a JIS-A hardness of 75 degrees defined by JIS K 6253, so that the blade as a whole is flexible and rich in rubber elasticity. The polyurethane that forms this base material is a product obtained by reacting a polymer polyol, polyisocyanate, and a crosslinking agent. The same as 1 blade.
(表面硬化層の形成について)
成形した基材に表面硬化層を形成する方法について述べる。表面硬化層は基材となるブレードをイソシアネート化合物に所定時間含浸させた後、加熱硬化することにより、イソシアネート化合物とポリウレタン樹脂とを反応させることによって形成される。
(Regarding the formation of a hardened surface layer)
A method for forming a hardened surface layer on the molded substrate will be described. The surface hardened layer is formed by reacting an isocyanate compound and a polyurethane resin by impregnating a blade serving as a base material with an isocyanate compound for a predetermined time and then heat-curing.
硬化層はブレード全面に形成する必要は無く、ブレードが感光体と接するエッジから3ミリ程度内側で形成すれば良い。 The hardened layer does not need to be formed on the entire surface of the blade, and may be formed about 3 mm inside from the edge where the blade contacts the photoreceptor.
硬化層を形成する具体的行程について述べる。ブレード基材にイソシアネート化合物を含浸させる方法としては、まず、ポリイソシアネート化合物が液状であるような温度とし、その中にブレード部材を浸す方法があげられる。その他に、繊維質、多孔質体にイソシアネート化合物を含浸させブレード部材に塗布する方法を採ることもできる。さらに、スプレーにより塗布しても良い。イソシアネート液に浸漬中、塗布中、塗布した後のイソシアネート化合物の温度も同様に、そのイソシアネート化合物が液状である温度が好ましい。このようにして、イソシアネート化合物をウレタンに含浸させ、一定時間後に、ウレタン表面に残存するイソシアネート化合物を拭き取る。その後で含浸されたイソシアネート化合物とポリウレタン樹脂との反応を進行させる。 A specific process for forming the hardened layer will be described. As a method for impregnating the blade base material with the isocyanate compound, first, a method in which the temperature is such that the polyisocyanate compound is in a liquid state and the blade member is immersed therein is exemplified. In addition, a method of impregnating a fibrous or porous material with an isocyanate compound and applying it to a blade member may be employed. Further, it may be applied by spraying. Similarly, the temperature of the isocyanate compound after being applied, during and after being immersed in the isocyanate liquid is preferably a temperature at which the isocyanate compound is liquid. In this way, the urethane is impregnated with the isocyanate compound, and after a certain time, the isocyanate compound remaining on the urethane surface is wiped off. Thereafter, the reaction between the impregnated isocyanate compound and the polyurethane resin is allowed to proceed.
含浸する時間が長ければ硬化層は厚くなり、ブレード表面の微小硬度も大きくなる。含浸する時間が短ければ硬化層は薄く、ブレード表面の微小硬度は小さくなる。また、その度合いは使用するイソシアネート化合物の種類、触媒の種類によっても左右される。これらの条件を変えることによって、表面の微小硬度の異なるブレードを作成することができる。 The longer the impregnation time, the thicker the cured layer and the greater the microhardness of the blade surface. If the time for impregnation is short, the cured layer is thin and the microhardness of the blade surface is small. In addition, the degree depends on the type of isocyanate compound used and the type of catalyst. By changing these conditions, blades having different surface microhardnesses can be produced.
具体的なイソシアネート化合物の含浸時間としては、6分以上120分以下が好ましい。また、含浸温度は10℃以上100℃以下が好ましい。 The specific impregnation time of the isocyanate compound is preferably 6 minutes or more and 120 minutes or less. The impregnation temperature is preferably 10 ° C. or higher and 100 ° C. or lower.
含浸されたイソシアネート化合物とポリウレタン樹脂とを反応させる時間は、反応効率とポリウレタン樹脂の熱劣化の観点から、5分以上120分以下が好ましい。また、反応温度は、30℃以上160℃以下が好ましい。 The time for reacting the impregnated isocyanate compound and the polyurethane resin is preferably 5 minutes or longer and 120 minutes or shorter from the viewpoint of reaction efficiency and thermal degradation of the polyurethane resin. The reaction temperature is preferably 30 ° C. or higher and 160 ° C. or lower.
ブレードに含浸させるイソシアネート化合物は分子中に1個以上のイソシアネート基を有するもので、1個のイソシアネート基を有するものはオクタデシルイソシアネートなどの脂肪族モノイソシアネート、芳香族モノイソシアネート等が使用できる。 The isocyanate compound impregnated in the blade has one or more isocyanate groups in the molecule, and those having one isocyanate group can be aliphatic monoisocyanates such as octadecyl isocyanate, aromatic monoisocyanates and the like.
2個以上のイソシアネート基を有するものは、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、m−フェニレンジイソシアネート、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、4,4’,4”−トリフェニルメタントリイソシアネート、2,4’,4”−ビフェニルメタントリイソシアネート、2,4,4”−ジフェニルメタントリイソシアネート等があげられるが、これらに限定されるものではない。この他にも、2個以上のイソシアネート基を有するものの変性体や多量体が使用しうる。 Those having two or more isocyanate groups are 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate (MDI), m-phenylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate. 4,4 ′, 4 ″ -triphenylmethane triisocyanate, 2,4 ′, 4 ″ -biphenylmethane triisocyanate, 2,4,4 ″ -diphenylmethane triisocyanate and the like, but are not limited thereto. In addition to these, modified products and multimers having two or more isocyanate groups can be used.
なお、これらの中でも、立体障害の少ない脂肪族モノイソシアネート、分子量の小さいMDIなどが浸透性の点から好ましい。 Of these, aliphatic monoisocyanates with little steric hindrance and MDI with a low molecular weight are preferred from the viewpoint of permeability.
また、イソシアネート化合物の重合反応を促進するために、イソシアネート化合物に加え、イソシアネート化合物の重合触媒もポリウレタン樹脂に含浸させる場合がある。 In order to accelerate the polymerization reaction of the isocyanate compound, the polyurethane resin may be impregnated with a polymerization catalyst of the isocyanate compound in addition to the isocyanate compound.
イソシアネート化合物と共に用いる多量化触媒は、第四級アンモニウム塩、カルボン酸酸塩などを用いることができる。第四級アンモニウム塩としては、DABCO社製のTMR触媒、NCX211、NCX212(共に三共エアプロダクツ製)等を例示することができる。これらの重合触媒は水酸基を含むが、重合触媒の機能はイソシアネート化合物を重合させるものであり、それ自体が架橋構造に関与するものではなく、活性水素化合物とは異なるものである。カルボン酸酸塩としては、酢酸カリウム、オクチル酸カリウム、例えば、三共エアプロダクツ製P−15及びk−15等を例示することができる。 As the multimerization catalyst used together with the isocyanate compound, a quaternary ammonium salt, a carboxylate or the like can be used. Examples of the quaternary ammonium salt include DABCO TMR catalyst, NCX211 and NCX212 (both manufactured by Sankyo Air Products). Although these polymerization catalysts contain a hydroxyl group, the function of the polymerization catalyst is to polymerize the isocyanate compound, and does not participate in the crosslinked structure itself, and is different from the active hydrogen compound. Examples of the carboxylate include potassium acetate and potassium octylate such as P-15 and k-15 manufactured by Sankyo Air Products.
これらの重合触媒は非常に粘度が高かったり、含浸時に固体であったりするので、予め溶剤に溶解してからイソシアネート化合物に添加し、ポリウレタン樹脂に含浸することが好ましい。溶剤としては、イソシアネート化合物と反応しうる活性水素を持たないものが使用され、具体的には、MEK、トルエン、テトラヒドロフラン、酢酸エチル等を上げることができる。希釈倍率は、質量比で1.5倍以上15倍以下が好ましい。また、イソシアネート化合物に対する重合触媒の添加率は、終濃度で1質量ppm以上1000質量ppm以下が好ましい。なお、イソシアネート化合物と重合触媒とを混合すると、重合反応が開始されるため、イソシアネート化合物と重合触媒との混合は、イソシアネート化合物の含浸直前に行うことが好ましい。 Since these polymerization catalysts have a very high viscosity or are solid at the time of impregnation, it is preferable that they are dissolved in a solvent in advance and then added to an isocyanate compound and impregnated in a polyurethane resin. As the solvent, those having no active hydrogen capable of reacting with an isocyanate compound are used. Specifically, MEK, toluene, tetrahydrofuran, ethyl acetate and the like can be raised. The dilution ratio is preferably 1.5 to 15 times in terms of mass ratio. Moreover, the addition rate of the polymerization catalyst with respect to the isocyanate compound is preferably 1 ppm by mass or more and 1000 ppm by mass or less at the final concentration. In addition, since a polymerization reaction is started when an isocyanate compound and a polymerization catalyst are mixed, the mixing of the isocyanate compound and the polymerization catalyst is preferably performed immediately before impregnation of the isocyanate compound.
エリオニクス社製 超微小硬度計ENT1100にて、作成したブレードの表層硬さを測定した。三角圧子(対稜角115°)を用いて、最大荷重100mgf(ステップインターバル10ミリ秒、分割数1000)で測定したところ、2μmの変位が観測された。 The surface hardness of the created blade was measured with an ultrafine hardness meter ENT1100 manufactured by Elionix. When a maximum load of 100 mgf (step interval: 10 milliseconds, number of divisions: 1000) was measured using a triangular indenter (opposite angle of 115 °), a displacement of 2 μm was observed.
このように形成されたブレードを本実施例では使用し、これをブレード2と呼ぶ。 The blade formed in this way is used in this embodiment, and this is called blade 2.
ブレード2は表層が硬いだけで、ブレード全体としては感光ドラムに対して柔らかく当接するため、ブレード1よりも機械的公差の許容範囲が広い。図13に示すとおり、ブレードの感光ドラムに対する侵入量と荷重の関係において、ブレード1の傾きよりもブレード2の傾きの方が小さく、機械的な侵入量の振れに対して荷重の振れが小さく、より安定した当接状態を実現していると言える。 The blade 2 has only a hard surface, and the blade as a whole is in soft contact with the photosensitive drum, so that the allowable range of mechanical tolerances is wider than that of the blade 1. As shown in FIG. 13, in the relationship between the amount of penetration of the blade into the photosensitive drum and the load, the inclination of the blade 2 is smaller than the inclination of the blade 1, and the fluctuation of the load is small relative to the fluctuation of the mechanical penetration amount. It can be said that a more stable contact state is realized.
本実施例において、トナーは実施例1と同様のトナーAを用い、クリーニングブレードとしてブレード2を使用した。 In this example, the same toner A as in Example 1 was used as the toner, and the blade 2 was used as a cleaning blade.
実施例1と同様にブレード上トナーの微小硬度測定を行った。下凸の変曲点が確認でき、変曲点の平均荷重は182mgfであった。平均粒径±10%以内のトナーを5個選び、182mgfの荷重をブレード上トナーに対してかけると、全てのトナーが塑性変形していることが確認できた。 In the same manner as in Example 1, the microhardness of the toner on the blade was measured. A downward convex inflection point could be confirmed, and the average load at the inflection point was 182 mgf. When five toners having an average particle diameter of ± 10% were selected and a load of 182 mgf was applied to the toner on the blade, it was confirmed that all the toners were plastically deformed.
塑性変形した後のトナーはやはり円形度0.86程度で、良好なクリーニング性が約束されている。 The toner after plastic deformation still has a circularity of about 0.86, and good cleaning properties are promised.
ブレード2はブレード基層が柔らかく、ブレード表層が硬い構造となるので、感光ドラムに対して安定した当接を保つことができながら、クリーニングニップに潜り込んだトナーを塑性変形させる作用も持つことが分かる。実際にブレード2を装置に取り付け、トナーAを用いて耐久試験を行った。印字率5%の画像を出力し続けたところ、500000枚出力を行ってもクリーニング不良は発生しなかった。 It can be seen that the blade 2 has a structure in which the blade base layer is soft and the blade surface layer is hard, so that the toner that has entered the cleaning nip can be plastically deformed while maintaining stable contact with the photosensitive drum. The blade 2 was actually attached to the apparatus, and a durability test was performed using the toner A. When an image having a printing rate of 5% was continuously output, no defective cleaning occurred even when 500,000 sheets were output.
[比較例1]
実施例2で作成したブレード2の基材となったブレードをブレード3と呼ぶ。JIS K 6253で定義されるJIS−A硬度75度のポリウレタンであり、ブレード全体としては柔軟でゴム弾性に富んでいる。本比較例では、トナーはトナーAを使用し、クリーニングブレードとしてはブレード3を使用した。
[Comparative Example 1]
The blade that is the base material of the blade 2 created in Example 2 is referred to as a blade 3. It is a polyurethane having a JIS-A hardness of 75 degrees as defined by JIS K 6253, and the blade as a whole is flexible and rich in rubber elasticity. In this comparative example, the toner A was used as the toner, and the blade 3 was used as the cleaning blade.
微小硬度測定を行った結果、下凸の変曲点が確認でき、変曲点の平均荷重は64mgfであった。平均粒径±10%以内のトナーを5個選び、64mgfの荷重をブレード上トナーに対してかけると、全てのトナーで形状に変化が無く、あったとしても測定誤差範囲であることが確認された。当然トナー円形度にも変化は無い。形状測定結果の一例を図14に示す。このようなトナーとブレードの関係では、図6に示すように、トナーがクリーニングニップに潜り込んだ際にトナーが球形を保っているため、ニップ内をトナーが転がってすり抜けていってしまう。 As a result of the microhardness measurement, a downward convex inflection point was confirmed, and the average load at the inflection point was 64 mgf. When five toners with an average particle size of ± 10% are selected and a load of 64 mgf is applied to the toner on the blade, it is confirmed that there is no change in the shape of all the toners, even if they are within the measurement error range. It was. Naturally, there is no change in the toner circularity. An example of the shape measurement result is shown in FIG. In such a relationship between the toner and the blade, as shown in FIG. 6, since the toner keeps a spherical shape when the toner enters the cleaning nip, the toner rolls and slips through the nip.
実際にブレード2を装置に取り付け、トナーAを用いて耐久試験を行った。印字率5%の画像を出力し続け、10000枚程度出力を行ったところで、トナーすり抜けによるクリーニング不良が発生した。 The blade 2 was actually attached to the apparatus, and a durability test was performed using the toner A. When an image with a printing rate of 5% was continuously output and about 10,000 sheets were output, a cleaning failure due to toner slipping occurred.
[実施例3]
本実施例では、平均粒径6μm、平均円形度0.98のトナーBを用い、クリーニングブレードとしてブレード3を使用した。トナーBの基本的な作成方法はトナーAと同じであるが、低分子量ポリマーや極性樹脂、架橋剤の添加量を変えることによって、トナーAよりも塑性変形し易い特性を付与した。
[Example 3]
In this example, toner B having an average particle diameter of 6 μm and an average circularity of 0.98 was used, and the blade 3 was used as a cleaning blade. The basic preparation method of the toner B is the same as that of the toner A. However, the toner B is more easily plastically deformed than the toner A by changing the addition amount of the low molecular weight polymer, the polar resin, and the crosslinking agent.
ブレード上トナーの微小硬度測定を行った結果、下凸の変曲点が確認でき、変曲点の平均荷重は65mgfであった。平均粒径±10%以内のトナーを5個選び、65mgfの荷重をブレード上トナーに対してかけると、全てのトナーが塑性変形していることが確認できた。 As a result of measuring the micro hardness of the toner on the blade, a downward convex inflection point was confirmed, and the average load at the inflection point was 65 mgf. When five toners having an average particle size of ± 10% were selected and a load of 65 mgf was applied to the toner on the blade, it was confirmed that all the toners were plastically deformed.
塑性変形後のトナー形状を測定すると、1.5μm程度の変形量であり、円形度に直すと0.88程度であった。 When the shape of the toner after plastic deformation was measured, the amount of deformation was about 1.5 μm, and when converted to circularity, it was about 0.88.
実際にブレード2を装置に取り付け、トナーBを用いて耐久試験を行った。印字率5%の画像を出力し続けたところ、500000枚出力を行ってもクリーニング不良は発生しなかった。 The blade 2 was actually attached to the apparatus, and a durability test was performed using the toner B. When an image having a printing rate of 5% was continuously output, no defective cleaning occurred even when 500,000 sheets were output.
[比較例2]
本比較例では、平均粒径6μm、平均円形度0.94の粉砕トナーを用い、クリーニングブレードとしてブレード3を使用した。
[Comparative Example 2]
In this comparative example, pulverized toner having an average particle diameter of 6 μm and an average circularity of 0.94 was used, and the blade 3 was used as a cleaning blade.
ブレード上トナーの微小硬度測定を行った結果、下凸の変曲点が確認でき、変曲点の平均荷重は70mgfであった。平均粒径±10%以内のトナーを5個選び、65mgfの荷重をブレード上トナーに対してかけると、測定前後でトナーの形状はほとんど変わらなかった。 As a result of measuring the microhardness of the toner on the blade, a downward convex inflection point was confirmed, and the average load at the inflection point was 70 mgf. When five toners having an average particle diameter of ± 10% were selected and a load of 65 mgf was applied to the toner on the blade, the shape of the toner hardly changed before and after the measurement.
実際にブレード3を装置に取り付け、本粉砕トナーを用いて耐久試験を行った。印字率5%の画像を出力し続けたところ、500000枚出力を行ってもクリーニング不良は発生しなかった。 The blade 3 was actually attached to the apparatus, and a durability test was performed using the pulverized toner. When an image having a printing rate of 5% was continuously output, no defective cleaning occurred even when 500,000 sheets were output.
ちなみに、図8の可視化装置でクリーニングニップにおけるこのトナーの挙動を観察すると、ニップ近傍のトナーがほとんど動かず、ニップに挟まったトナーがブレードと一体となってクリーニングしている様子が見られる。 Incidentally, when the behavior of this toner in the cleaning nip is observed with the visualization device of FIG. 8, it can be seen that the toner in the vicinity of the nip hardly moves, and the toner sandwiched in the nip is cleaned together with the blade.
以上の実施例1〜3と比較例の耐久結果を表1にまとめた。本発明の実施例で良好な耐久結果が得られたことが分かる。比較例2は粉砕トナーを使用したため、耐久結果は良好であるが転写性を犠牲にすることになる。 The durability results of Examples 1 to 3 and the comparative example are summarized in Table 1. It can be seen that good durability results were obtained in the examples of the present invention. Since the pulverized toner was used in Comparative Example 2, the durability result was good, but the transferability was sacrificed.
また実施例3では、塑性変形し易いトナーを用いることによって本発明の適用範囲としたが、トナーのシェルを軟らかくすることによる弊害が起こることも考えられる。例えば、耐久を行ってトナーが攪拌され続けると外添剤がトナー母体に埋め込まれ、その機能を失ってしまう現象があるが、トナーのシェルが軟らかいとこの現象は発生し易い。また、シェルが軟らかいトナーは概してガラス転移点が低く、熱によって劣化し易い特性を合わせ持つので、トナーを高温下で放置し続けると、トナーの特性が劣化し易くなることも考えられる。そういった観点から、実施例1や2のように、優れた特性のトナーに対し、ブレードの材質を本発明の適用範囲に合わせる手段の方がより好ましい。 Further, in Example 3, the scope of the present invention is set by using a toner that is easily plastically deformed. However, it is also conceivable that an adverse effect is caused by softening the toner shell. For example, when the toner is continuously agitated and the toner is continuously stirred, the external additive is embedded in the toner base and loses its function. However, if the toner shell is soft, this phenomenon is likely to occur. In addition, a toner having a soft shell generally has a low glass transition point and has a characteristic of being easily deteriorated by heat. Therefore, if the toner is left standing at a high temperature, the characteristic of the toner may be easily deteriorated. From such a viewpoint, as in the first and second embodiments, the means for matching the material of the blade to the application range of the present invention is more preferable for the toner having excellent characteristics.
また、本実施例ではトナーの粒度分布のうち平均的な粒径のトナーに対しての検証しか記載していないが、平均粒径から外れた(大きい、或いは小さい)トナーについてブレード上トナーの微小硬度測定を行っても、塑性変形の発生の有無が覆ることは無かった。小さいトナーでは変曲点荷重は小さく、大きいトナーでは大きく出るが、小さいトナーは圧子やブレードに対して曲率が大きく、大きいトナーは曲率が小さくなるため、小さいトナーは塑性変形し易く、大きいトナーは塑性変形しづらくなる。その結果、トナーのシェルの材質に大きな粒径依存性が無い限り、塑性変形の発生の有無には影響が小さい。 In this embodiment, only the verification for the toner having an average particle size in the particle size distribution of the toner is described. However, the toner on the blade is very small with respect to the toner deviating from the average particle size (large or small). Even if the hardness measurement was performed, the presence or absence of the occurrence of plastic deformation was not covered. A small toner has a small inflection point load, and a large toner has a large curvature, but a small toner has a large curvature with respect to an indenter and a blade, and a large toner has a small curvature. Difficult to plastically deform. As a result, as long as the material of the toner shell does not have a large particle size dependency, the presence or absence of the occurrence of plastic deformation has little effect.
100 画像形成装置
1 感光ドラム
2 帯電ローラ
100 Image forming apparatus 1 Photosensitive drum 2 Charging roller
Claims (4)
The image forming apparatus according to claim 1, wherein the cleaning blade is made of polyurethane, and a surface layer thereof is treated with an isocyanate.
Priority Applications (1)
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Cited By (3)
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-
2011
- 2011-10-04 JP JP2011219758A patent/JP2013080075A/en active Pending
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