JP2008191625A - Development apparatus and image forming apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トナーとキャリアを含む現像剤を用いて、像担持体上の潜像を現像する現像装置及び画像形成装置に関する。 The present invention relates to a developing device and an image forming apparatus that develop a latent image on an image carrier using a developer containing toner and a carrier.
従来より、電子写真方式を用いた画像形成装置において、像担持体上に形成された静電潜像の現像方式としては現像剤としてトナーのみを用いる一成分現像方式およびトナーとキャリアを用いる二成分現像方式が知られている。 Conventionally, in an image forming apparatus using an electrophotographic method, as a developing method of an electrostatic latent image formed on an image carrier, a one-component developing method using only toner as a developer and a two-component using a toner and a carrier Development methods are known.
一成分現像方式では一般的にトナーを、トナー担持体とトナー担持体に押圧された規制板とによって形成される規制部を通過させることでトナーを帯電し、所望のトナー薄層を形成し静電潜像を現像する。このため、トナー担持体と像担持体とは近接した状態で現像するため、ドットの再現性に優れ、また、均一なトナー薄層を形成することで、二成分現像方式に見られる磁気ブラシによる画像のムラが発生せず均一な画像が得られやすい。また、装置の簡略化、小型化、低コスト化の面で有利と考えられている。しかし一方で、規制部における強いストレスにより、トナー表面が変質して電荷受容性が低下し、トナー規制部材やトナー担持体表面がトナーや外添剤の付着により汚染され、トナーヘの電荷付与性が低下して、帯電不良トナーによるかぶりや機内の汚れ等の問題を引き起こす。その結果、現像装置の寿命が短くなるという問題がある。 In the one-component development system, the toner is generally charged by passing the toner through a regulating portion formed by a toner carrier and a regulation plate pressed against the toner carrier, thereby forming a desired toner thin layer and static. Develop the electrostatic latent image. For this reason, since the toner carrier and the image carrier are developed in close proximity, the dot reproducibility is excellent, and by forming a uniform toner thin layer, a magnetic brush found in the two-component development system is used. It is easy to obtain a uniform image without image unevenness. In addition, it is considered advantageous in terms of simplification, miniaturization, and cost reduction of the apparatus. However, on the other hand, due to the strong stress in the regulating part, the toner surface is denatured and the charge acceptability is lowered, the toner regulating member and the surface of the toner carrier are contaminated by the adhesion of the toner and external additives, and the charge imparting property to the toner is reduced. This causes problems such as fogging due to poorly charged toner and contamination in the machine. As a result, there is a problem that the life of the developing device is shortened.
一方、二成分現像方式ではトナーをキャリアとの混合による摩擦帯電で帯電するため、ストレスが小さく、トナーの劣化に対して有利である。さらにトナーへの電荷付与部材であるキャリアも、その表面積が大きいため、トナーや外添剤による汚染に対しても相対的に強く、長寿命化に関しては有利である。 On the other hand, in the two-component development system, the toner is charged by frictional charging by mixing with the carrier, so that stress is small and it is advantageous for toner deterioration. Furthermore, since the carrier as a charge imparting member to the toner has a large surface area, it is relatively resistant to contamination by the toner and external additives, and is advantageous for extending the life.
しかしながら、二成分現像剤を用いた場合においても、トナーや外添剤によってキャリア表面の汚染が生じることには変わりなく、長期に渡る使用によりトナー帯電量の低下を引き起こし、かぶりやトナー飛散などの問題が生じ、その寿命は決して十分とは言えず、より長寿命化が望まれる。 However, even when a two-component developer is used, the surface of the carrier is contaminated by toner and external additives, and the toner charge amount is reduced by long-term use, such as fogging and toner scattering. Problems arise and their lifetime is by no means sufficient, and a longer lifetime is desired.
二成分現像剤を長寿命化する方法として、特許文献1には、トナーと共に、もしくは単独でキャリアを少量ずつ補給し、それに応じて、荷電性の低下した劣化現像剤を排出することで、キャリアの入れ替えを行い、劣化キャリア比率の増大を抑える現像装置が開示されている。この装置ではキャリアを入れ替えているため、キャリア劣化によるトナーの帯電量低下を一定のレベルで抑えることが可能となり、長寿命化に有利である。
As a method for extending the life of a two-component developer,
また、特許文献2には、キャリアおよびトナー帯電極性と逆極性の帯電性を有する粒子を外添したトナーからなる二成分現像剤およびこれを用いた現像方法が開示されている。この現像方法では逆極性帯電粒子は研磨剤およびスペーサ粒子としての作用を狙い添加されており、キャリア表面のスペント物を取り除く効果により劣化抑制に効果があることが示されている。さらに、像担持体のクリーニング部においてはクリーニング性の向上や像担持体研磨に効果があるとしている。
また、特許文献3には、二成分現像剤のうちのトナーのみを像担持体に対向したトナー担持体上に担持させ、像担持体上の潜像の現像を行う所謂ハイブリッド現像方式が開示されている。ハイブリッド現像方式は、磁気ブラシによる画像のムラが発生せずドット再現性や画像の均一性に優れ、像担持体と磁気ブラシが直接接触しないため像担持体へのキャリアの移行(キャリア消費)が起こらないなど、通常の二成分現像方式にはない特徴がある。ハイブリッド現像方式では、トナーの帯電はキャリアとの摩擦帯電によって行われるため、キャリアの電荷付与性能の維持はトナーの荷電性を安定させ、長期にわたり画像品質を保つ上で重要である。
しかしながら、特許文献1では、排出されたキャリアを回収する機構が必要であることや、キャリアが消耗品となることからコスト、環境面などの問題がある。また、キャリアの新旧比率が安定するまでに所定量の印刷を繰り返す必要があり、必ずしも初期の特性を維持することが可能とはなっていない。また、特許文献2では、画像面積率によってトナーと逆極性帯電粒子の消費量が異なり、特に画像面積率が小さい場合において、面積の大きい非画像部に付着する逆極性帯電粒子の消費が過剰となり、現像装置内におけるキャリア劣化抑制効果が低下する問題がある。さらに、特許文献3のハイブリッド現像方式では、耐刷枚数とともにキャリア表面がトナーや後処理剤等によって汚染され、キャリアの電荷付与性能が低下していく問題があった。
However, in
本発明は、二成分現像剤を用いた現像装置において、キャリア劣化を防止し、長期にわたり良好な画像形成を行えるコンパクトな現像装置および画像形成装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a compact developing device and an image forming apparatus capable of preventing carrier deterioration and forming a good image over a long period in a developing device using a two-component developer.
上記の課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有するものである。 In order to solve the above problems, the present invention has the following features.
1.
トナーと、キャリアと、該トナーの帯電極性と逆極性に帯電する逆極性粒子とを含む現像剤を表面に担持搬送する現像剤担持体と、該現像剤担持体と対向して現像剤担持体上の前記現像剤から前記トナーまたは前記逆極性粒子を分離するための分離機構と、を備え、像担持体上の潜像を現像し、トナー像を形成する現像装置であって、前記逆極性粒子の表面電荷密度が前記キャリアの表面電荷密度の0.5倍〜3.0倍の範囲であることを特徴とする現像装置。
1.
A developer carrying member that carries and transports to the surface a developer containing toner, a carrier, and reverse polarity particles that are charged in the opposite polarity to the charged polarity of the toner, and the developer carrying member facing the developer carrying member A separation mechanism for separating the toner or the reverse polarity particles from the developer on the top, and developing a latent image on the image carrier to form a toner image, the reverse polarity A developing device characterized in that the surface charge density of the particles is in the range of 0.5 to 3.0 times the surface charge density of the carrier.
2.
前記分離機構は、前記現像剤担持体における現像領域よりも現像剤移動方向上流側に設けられた逆極性粒子回収部材と該逆極性粒子回収部材に電圧を印加する手段を備えていることを特徴とする1に記載の現像装置。
2.
The separation mechanism includes a reverse polarity particle recovery member provided on the upstream side in the developer movement direction with respect to the development region of the developer carrier, and means for applying a voltage to the reverse polarity particle recovery member. 2. The developing device according to 1.
3.
前記逆極性粒子回収部材に印加する電圧は、前記逆極性粒子が正に帯電しているときは前記現像剤担持体に印加する電圧の平均値よりも低い平均値となる電圧を印加し、前記逆極性粒子が負に帯電しているときは前記現像剤担持体に印加する電圧の平均値よりも高い平均値となる電圧を印加することを特徴とする2に記載の現像装置。
3.
The voltage applied to the reverse polarity particle recovery member, when the reverse polarity particles are positively charged, applying a voltage having an average value lower than the average value of the voltage applied to the developer carrier, 3. The developing device according to 2, wherein when the reverse polarity particles are negatively charged, a voltage having an average value higher than the average value of the voltage applied to the developer carrying member is applied.
4.
前記現像剤担持体及び前記逆極性粒子回収部材の少なくとも一方に交流電圧を印加することを特徴とする3に記載の現像装置。
4).
4. The developing device according to 3, wherein an AC voltage is applied to at least one of the developer carrying member and the reverse polarity particle collecting member.
5.
前記逆極性粒子回収部材と前記現像剤担持体との間の電界強度の最大値が2.5×106V/m以上5.5×106V/m以下であることを特徴とする4に記載の現像装置。
5.
The maximum value of the electric field strength between the reverse polarity particle recovery member and the developer carrying member is 2.5 × 10 6 V / m or more and 5.5 × 10 6 V / m or less 4 The developing device according to 1.
6.
前記逆極性粒子回収部材が、前記現像剤担持体上の現像剤量を規制する規制部材及び現像装置のケーシングの少なくとも一方を兼ねることを特徴とする2乃至5のいずれか1項に記載の現像装置。
6).
6. The developing according to any one of 2 to 5, wherein the reverse polarity particle collecting member also serves as at least one of a regulating member that regulates a developer amount on the developer carrying member and a casing of the developing device. apparatus.
7.
前記逆極性粒子回収部材と前記現像剤担持体との間に形成される電界により、前記トナーからの前記逆極性粒子の分離率が、9.3〜50.3%の範囲にあることを特徴とする1乃至6のいずれか1項に記載の現像装置。
7).
The separation rate of the reverse polarity particles from the toner is in the range of 9.3 to 50.3% due to the electric field formed between the reverse polarity particle recovery member and the developer carrier. The developing device according to any one of 1 to 6.
8.
前記分離機構は、前記現像剤担持体と前記像担持体との間に設けられ、前記現像剤担持体上の現像剤からトナーを分離して担持するトナー担持体を備え、該トナー担持体上のトナーにより前記像担持体上の静電潜像を現像することを特徴とする1に記載の現像装置。
8).
The separation mechanism includes a toner carrier that is provided between the developer carrier and the image carrier, and that separates and carries toner from the developer on the developer carrier, on the toner carrier. 2. The developing device according to 1, wherein the electrostatic latent image on the image bearing member is developed with the toner.
9.
前記トナー担持体に印加する電圧は、前記トナーが負に帯電しているときは前記現像剤担持体に印加される電圧の平均値よりも高い平均値となる電圧を印加し、前記トナーが正に帯電されるときは前記現像剤担持体に印加される電圧の平均値よりも低い平均値となる電圧を印加することを特徴とする8に記載の現像装置。
9.
As the voltage applied to the toner carrier, when the toner is negatively charged, a voltage having an average value higher than the average value of the voltage applied to the developer carrier is applied. 9. The developing device according to 8, wherein when the toner is charged, a voltage having an average value lower than an average value of the voltage applied to the developer carrying member is applied.
10.
前記トナー担持体及び前記現像剤担持体の少なくとも一方に交流電圧を印加することを特徴とする9に記載の現像装置。
10.
10. The developing device according to 9, wherein an AC voltage is applied to at least one of the toner carrier and the developer carrier.
11.
前記トナー担持体と前記現像剤担持体との間の電界強度の最大値が2.5×106V/m以上5.5×106V/m以下であることを特徴とする10に記載の現像装置。
11.
11. The maximum value of the electric field strength between the toner carrier and the developer carrier is 2.5 × 10 6 V / m or more and 5.5 × 10 6 V / m or less. Development device.
12.
前記トナー担持体と前記現像剤担持体との間に形成される電界により、前記トナーからの前記逆極性粒子の分離率が、9.3〜50.3%の範囲にあることを特徴とする8乃至11のいずれか1項に記載の現像装置。
12
The separation rate of the reverse polarity particles from the toner is in the range of 9.3 to 50.3% due to the electric field formed between the toner carrier and the developer carrier. The developing device according to any one of 8 to 11.
13.
前記現像剤に前記逆極性粒子を外添したトナーを補給することを特徴とする1乃至12のいずれか1項に記載の現像装置。
13.
The developing device according to any one of 1 to 12, wherein a toner obtained by externally adding the reverse polarity particles to the developer is supplied.
14.
前記トナーは、前記トナーと同極性に帯電する同極性粒子が外添されていることを特徴とする13に記載の現像装置。
14
14. The developing device according to 13, wherein the toner is externally added with the same polarity particles charged to the same polarity as the toner.
15.
前記トナーへの前記逆極性粒子及び前記同極性粒子の外添処理は、前記同極性粒子を外添した後に前記逆極性粒子を外添することを特徴とする14に記載の現像装置。
15.
15. The developing device according to claim 14, wherein in the external addition processing of the reverse polarity particles and the same polarity particles to the toner, the reverse polarity particles are externally added after the same polarity particles are externally added.
16.
前記像担持体と、該像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、像担持体上の静電潜像を現像するための1乃至15のいずれか1項に記載の現像装置と、を有することを特徴とする画像形成装置。
16.
The image carrier, an electrostatic latent image forming unit that forms an electrostatic latent image on the image carrier, and any one of 1 to 15 for developing the electrostatic latent image on the image carrier An image forming apparatus comprising: the developing device described above.
本発明によれば、現像剤としてトナーと逆極性に帯電する逆極性粒子を含むものを使用し、現像装置として逆極性粒子又はトナーを現像剤中から分離する分離手段を備える現像装置を用いる。分離手段が分離するのが逆極性粒子の場合、分離した逆極性粒子は一旦分離手段に蓄積され、その後現像剤中に回収される。一方、分離手段が分離するのがトナーの場合、逆極性粒子を分離したあとのトナーのみが像担持体の潜像を現像するのに使われるため、現像剤から逆極性粒子の排出が抑制される。このため、画像面積率に依存せずに現像剤中の逆極性粒子の消費が抑制され、現像剤中に常に逆極性粒子が十分存在することになり、耐刷中における逆極性粒子のキャリア表面への効果的な付着を実現することができる。この際、逆極性粒子の現像剤中での表面電荷密度を現像剤中でのキャリアの表面電荷密度に対し0.5〜3.0倍の範囲にすることで、耐刷枚数に従ってトナー母材や後処理剤のキャリアへのスペント等が生じた場合でも、逆極性粒子のキャリアへの付着によるキャリアの電荷付与性の補助効果が適切な程度で発揮され、キャリアの電荷付与性が初期に近い状態に保たれることになる。その結果、キャリアの劣化を長期にわたり抑制することができ、耐刷を通じて安定したトナーの帯電量を実現し現像装置の長寿命化を達成することができる。 According to the present invention, a developer containing reverse polarity particles that are charged to a polarity opposite to that of the toner is used as the developer, and a developing device including a separating unit that separates the reverse polarity particles or toner from the developer is used as the developing device. When the separation means separates the reverse polarity particles, the separated reverse polarity particles are temporarily accumulated in the separation means and then collected in the developer. On the other hand, when the separation means separates the toner, only the toner after separating the reverse polarity particles is used to develop the latent image on the image carrier, so that the discharge of the reverse polarity particles from the developer is suppressed. The For this reason, consumption of reverse polarity particles in the developer is suppressed without depending on the image area ratio, and there will always be sufficient reverse polarity particles in the developer. Effective adhesion to can be realized. At this time, by setting the surface charge density of the reverse polarity particles in the developer to a range of 0.5 to 3.0 times the surface charge density of the carrier in the developer, the toner base material according to the number of printing durability Even when spent on the carrier of the post-treatment agent or the like occurs, the auxiliary effect of the carrier charge imparting property due to the adhesion of the reverse polarity particles to the carrier is exhibited to an appropriate level, and the carrier charge imparting property is close to the initial stage. Will be kept in a state. As a result, it is possible to suppress the deterioration of the carrier for a long period of time, to realize a stable charge amount of the toner through the printing durability, and to extend the life of the developing device.
また、ハイブリッド現像方式では電界によって磁気ブラシからトナー担持体上にトナーを供給するが、その際のトナー供給電界により、トナーと逆極性に帯電した逆極性粒子は磁気ブラシ中へ戻る向きの力を受ける。そのためハイブリッド現像方式の現像装置を用いることで、トナー担持体上のトナーは逆極性粒子分離後のトナーとすることができ、結果的に逆極性粒子が分離されたトナーによって潜像を現像できる。このことからハイブリッド現像方式においては、特別に逆極性粒子の分離手段を設けたり、捕集した逆極性粒子を現像剤槽に戻す工程を設けたりせずに逆極性粒子の消費を抑制することができ、コンパクトで低コストな構成で安定した画像を長期にわたり形成できる現像装置及び画像形成装置を提供できる。 In the hybrid developing system, toner is supplied from the magnetic brush onto the toner carrier by an electric field. Due to the toner supply electric field, the reverse polarity particles charged with a polarity opposite to that of the toner have a force to return to the magnetic brush. receive. Therefore, by using a development device of the hybrid development system, the toner on the toner carrying member can be the toner after the reverse polarity particle separation, and as a result, the latent image can be developed with the toner from which the reverse polarity particles are separated. Therefore, in the hybrid development system, it is possible to suppress consumption of the reverse polarity particles without providing a special means for separating the reverse polarity particles or providing a process for returning the collected reverse polarity particles to the developer tank. It is possible to provide a developing device and an image forming apparatus capable of forming a stable image over a long period of time with a compact and low-cost configuration.
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に本発明の一実施形態による画像形成装置の主要部を示す。この画像形成装置は、電子写真方式により像担持体(感光体)1に形成されたトナー像を用紙等の転写媒体Pに転写して画像形成を行うプリンタである。この画像形成装置は画像を担持するための像担持体1を有しており、像担持体1の周辺には、像担持体1を帯電するための帯電手段としての帯電部材3、像担持体1上の静電潜像を現像する現像装置2a、像担持体1上のトナー像を転写するための転写ローラ4、及び像担持体1上の残留トナー除去用のクリーニングブレード5が、像担持体1の回転方向Aに沿って順に配置されている。
FIG. 1 shows a main part of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. This image forming apparatus is a printer that performs image formation by transferring a toner image formed on an image carrier (photoconductor) 1 to a transfer medium P such as paper by an electrophotographic method. This image forming apparatus has an
像担持体1は、接地された基体の表面に感光層を形成したもので、この感光層を帯電部材3で帯電された後に、図中のE点の位置でレーザ発光器などを備えた露光装置30により露光されて、その表面上に静電潜像が形成される。現像装置2aは、この静電潜像をトナー像に現像する。転写ローラ4は、この像担持体1上のトナー像を転写媒体Pに転写した後、図中の矢印C方向に排出する。クリーニングブレード5は、転写後の像担持体1上の残留トナーを、その機械的な力で除去する。画像形成装置に用いられる像担持体1、帯電部材3、露光装置30、転写ローラ4、クリーニングブレード5等は、周知の電子写真方式の技術を任意に使用してよい。例えば、帯電手段として図中、帯電ローラが示されているが、像担持体1と非接触の帯電装置であってもよい。また例えば、クリーニングブレードはなくてもよい。
The
本実施形態において現像装置2aは、現像剤24を収容する現像剤槽16、該現像剤槽から供給された現像剤24を表面に担持して搬送する現像剤担持体11、および該現像剤担持体11上の現像剤からトナー又は逆極性粒子を分離する分離手段を備えたことを特徴とし、逆極性粒子は現像剤槽16に回収されるようになっている。これによって、逆極性粒子の消費を抑制でき、しかも、当該逆極性粒子がキャリアの荷電性を有効に補うことができ、結果として長期にわたってキャリアの劣化を抑制できる。そのため、画像面積率が比較的小さい画像の形成を連続して行う場合であっても、トナー帯電量が長期にわたって有効に維持できる。
In the present embodiment, the developing
現像装置が上記分離手段を有しないと、特に画像面積率が小さい場合において現像装置内におけるキャリア劣化抑制効果が低下する。その現象の発現は以下のメカニズムに基づくものと考えられる。二成分現像装置では、現像領域において振動電界を印加するなどして強電界を形成することで、現像剤中のキャリアからのトナー分離性を向上させている。逆極性粒子を含む現像剤を用いるとキャリア、トナー、逆極性粒子の三者が分離され、キャリアは磁気吸引力により現像剤担持体上に残留するものの、トナーは静電潜像の画像部に逆極性粒子は非画像部にそれぞれ消費される。したがって、画像面積率によってトナーと逆極性粒子の消費バランスが安定せず、特に背景部面積の大きい画像を大量に印刷した場合には現像剤中の逆極性粒子が優先的に消費され、キャリアの荷電性を補うことができず、キャリア劣化抑制効果が低下するものと考えられる。 If the developing device does not have the above separating means, the carrier deterioration suppressing effect in the developing device is lowered particularly when the image area ratio is small. The expression of this phenomenon is considered to be based on the following mechanism. In the two-component developing device, the toner separation property from the carrier in the developer is improved by forming a strong electric field by applying an oscillating electric field in the developing region. When a developer containing reverse polarity particles is used, the carrier, toner, and reverse polarity particles are separated, and the carrier remains on the developer carrier by magnetic attraction, but the toner remains in the image portion of the electrostatic latent image. The reverse polarity particles are consumed in the non-image area. Therefore, the consumption balance between the toner and the reverse polarity particles is not stable depending on the image area ratio, and particularly when a large amount of images having a large background area are printed, the reverse polarity particles in the developer are preferentially consumed, It is considered that the chargeability cannot be compensated and the effect of suppressing carrier deterioration is reduced.
本実施形態において現像剤24はトナー、該トナーを帯電するためのキャリアおよび逆極性粒子を含んでなるものである。逆極性粒子は、現像剤中での帯電極性として、トナーの帯電極性に対して逆極性に帯電され得るものであり、その表面電荷密度の平均値が現像剤中でのキャリアの表面電荷密度の平均値の0.5から3.0倍の範囲となるような粒子である。例えば、トナーがキャリアによって負に帯電されるとき、逆極性粒子は現像剤中で正に帯電し、その表面電荷密度の平均値は、同じく正に帯電しているキャリアの表面電荷密度の0.5から3.0倍の範囲となるような正帯電性粒子である。また例えば、トナーがキャリアによって正に帯電されるとき、逆極性粒子は現像剤中で負に帯電し、その表面電荷密度の平均値は、同じく負に帯電しているキャリアの表面電荷密度の0.5から3.0倍の範囲となるような負帯電性粒子である。逆極性粒子を二成分系現像剤に含有させ、かつ分離手段により耐久に伴い現像剤中に逆極性粒子を蓄積させることにより、トナーや後処理剤のキャリアへのスペント等によりキャリアの荷電性が低下しても、逆極性粒子の付着によるキャリアの電荷付与性の補助効果が適切な程度で発揮され、キャリアの荷電性を有効に補うことができ、結果としてキャリアの劣化を抑制できる。
In the present embodiment, the
逆極性粒子の現像剤中での表面電荷密度の平均値がキャリアの現像剤中での表面電荷密度の平均値の0.5倍より小さいときは逆極性粒子表面の電荷付与性がキャリア表面の電荷付与性に対して小さすぎるため、キャリア表面に逆極性粒子が付着した場合でもキャリアに十分な電荷付与性を与えることができない。その結果、耐刷枚数とともにトナーの帯電量が低下し、地肌カブリの悪化や機内トナー飛散の増加を招くという問題が生じる。また、逆極性粒子の現像剤中での表面電荷密度の平均値がキャリアの現像剤中での表面電荷密度の平均値の3.0倍より大きいときは逆極性粒子表面の電荷付与性がキャリア表面の電荷付与性に対して大きすぎるため、キャリア表面に逆極性粒子が付着した場合、キャリアに過剰な電荷付与性を与える。その結果、耐刷枚数とともにトナーの帯電量が上昇してしまい、濃度の低下やドット再現性の悪化を招くという問題が生じる。 When the average value of the surface charge density in the developer of the reverse polarity particles is smaller than 0.5 times the average value of the surface charge density in the developer of the carrier, the charge imparting property of the surface of the reverse polarity particles is Since the charge imparting property is too small, sufficient charge imparting property cannot be imparted to the carrier even when reverse polarity particles adhere to the carrier surface. As a result, the charge amount of the toner decreases with the number of printed sheets, which causes problems such as deterioration of background fogging and increase of toner scattering in the apparatus. Further, when the average value of the surface charge density in the developer of the reverse polarity particles is larger than 3.0 times the average value of the surface charge density in the developer of the carrier, the charge imparting property on the surface of the reverse polarity particles is the carrier. Since it is too large for the charge imparting property of the surface, excessive charge imparting property is imparted to the carrier when reverse polarity particles adhere to the carrier surface. As a result, the charge amount of the toner increases with the number of printed sheets, causing a problem that the density is lowered and the dot reproducibility is deteriorated.
好適に使用される逆極性粒子はトナーの帯電極性によって適宜選択される。トナーとして負帯電性トナーを用いる場合、逆極性粒子としては、正帯電性を有する微粒子が好適に用いられ、例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、アルミナ等の無機微粒子やアクリル樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ナイロン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成された微粒子を使用することができ、また樹脂中に正帯電性を付与する正荷電制御剤を含有させたり、含窒素モノマーの共重合体を構成するようにしてもよい。また、負帯電性を有する微粒子の表面に正帯電性を付与するような表面処理を施すことで正帯電性の微粒子となるようにしたものでも良い。 The reverse polarity particles preferably used are appropriately selected depending on the charging polarity of the toner. When a negatively chargeable toner is used as the toner, fine particles having positive chargeability are suitably used as the reverse polarity particles. For example, inorganic fine particles such as strontium titanate, barium titanate, and alumina, acrylic resins, benzoguanamine resins, Fine particles composed of thermoplastic resin or thermosetting resin such as nylon resin, polyimide resin, and polyamide resin can be used, and a positive charge control agent that imparts positive chargeability can be contained in the resin. You may make it comprise the copolymer of a nitrogen monomer. Further, the surface of the fine particles having negative chargeability may be subjected to a surface treatment for imparting positive chargeability so as to become positively chargeable fine particles.
一方、正帯電性トナーを用いる場合、逆極性粒子としては、負帯電性を有する微粒子が好適に用いられ、例えば、シリカ、酸化チタン等の無機微粒子に加え、フッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成された微粒子を使用することができ、また樹脂中に負帯電性を付与する負荷電制御剤を含有させたり、含フッ素アクリル系モノマーや含フッ素メタクリル系モノマーの共重合体を構成するようにしてもよい。また、正帯電性を有する微粒子の表面に正帯電性を付与するような表面処理を施すことで負帯電性の微粒子となるようにしたものでも良い。 On the other hand, in the case of using a positively chargeable toner, fine particles having negative chargeability are suitably used as the reverse polarity particles. For example, in addition to inorganic fine particles such as silica and titanium oxide, fluorine resin, polyolefin resin, silicone resin, Fine particles composed of a thermoplastic resin such as polyester resin or a thermosetting resin can be used, and a negative charge control agent imparting negative chargeability can be contained in the resin, or a fluorine-containing acrylic monomer or You may make it comprise the copolymer of a fluorine methacrylic monomer. Further, the surface of the fine particles having positive chargeability may be subjected to a surface treatment for imparting positive chargeability so as to become negatively chargeable fine particles.
また、逆極性粒子の帯電性および疎水性を制御するために、無機微粒子の表面をシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコンオイル等で表面処理するようにしてもよく、特に、無機微粒子に正帯電性を付与する場合には、アミノ基含有カップリング剤で表面処理することが好ましく、また負帯電性を付与する場合には、フッ素基含有カップリング剤で表面処理することが好ましい。 In addition, in order to control the chargeability and hydrophobicity of the reverse polarity particles, the surface of the inorganic fine particles may be surface-treated with a silane coupling agent, a titanium coupling agent, silicon oil or the like. When imparting positive chargeability, surface treatment with an amino group-containing coupling agent is preferred, and when imparting negative chargeability, surface treatment with a fluorine group-containing coupling agent is preferred.
逆極性粒子の個数平均粒径は、100〜1000nmであることが好ましい。 The number average particle diameter of the reverse polarity particles is preferably 100 to 1000 nm.
トナーとしては、特に限定されず、一般に使用されている公知のトナーを使用することができ、バインダー樹脂中に着色剤や必要に応じて、荷電制御剤や離型剤等を含有させ、外添剤を処理させたものを使用できる。トナー粒径としてはこれに限定されるものではないが、トナーの個数平均粒径は、3〜15μm程度が好ましい。 The toner is not particularly limited, and a commonly used known toner can be used. The binder resin contains a colorant or, if necessary, a charge control agent or a release agent, and is added externally. What processed the agent can be used. The toner particle diameter is not limited to this, but the number average particle diameter of the toner is preferably about 3 to 15 μm.
このようなトナーを製造するにあたっては、一般に使用されている公知の方法で製造することができ、例えば、粉砕法、乳化重合法、懸濁重合法等を用いて製造することができる。 In manufacturing such a toner, it can be manufactured by a publicly known method, for example, a pulverization method, an emulsion polymerization method, a suspension polymerization method, or the like.
トナーに使用するバインダー樹脂としては、これに限定されるものではないが、例えば、スチレン系樹脂(スチレン又はスチレン置換体を含む単重合体又は共重合体)やポリエステル樹脂、エポキシ系樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。これらの樹脂単体もしくは複合体により、軟化温度が80〜160℃の範囲のものを、またガラス転移点が50〜75℃の範囲のものを用いることが好ましい。 The binder resin used in the toner is not limited to this. For example, a styrene resin (monopolymer or copolymer containing styrene or a styrene substitution product), a polyester resin, an epoxy resin, or vinyl chloride. Resins, phenol resins, polyethylene resins, polypropylene resins, polyurethane resins, silicone resins and the like can be mentioned. It is preferable to use those having a softening temperature in the range of 80 to 160 ° C. and those having a glass transition point in the range of 50 to 75 ° C., depending on the resin alone or the composite.
また、着色剤としては、一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、活性炭、マグネタイト、ベンジンイエロー、パーマネントイエロー、ナフトールイエロー、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、ウルトラマリンブルー、ローズベンガル、レーキーレッド等を用いることができ、一般に上記のバインダー樹脂100質量部に対して2〜20質量部の割合で用いることが好ましい。 Moreover, as a coloring agent, the publicly known well-known thing can be used, for example, carbon black, aniline black, activated carbon, magnetite, benzine yellow, permanent yellow, naphthol yellow, phthalocyanine blue, first sky blue, ultra Marine blue, rose bengal, lake red, or the like can be used, and it is generally preferable to use 2 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the binder resin.
また、上記の荷電制御剤としても、公知のものを用いることができ、正帯電性トナー用の荷電制御剤としては、例えばニグロシン系染料、4級アンモニウム塩系化合物、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール系化合物、ポリアミン樹脂などがある。負帯電性トナー用荷電制御剤としては、Cr、Co、Al、Fe等の金属含有アゾ系染料、サリチル酸金属化合物、アルキルサリチル酸金属化合物、カーリックスアレーン化合物などがある。荷電制御剤は一般に上記のバインダー樹脂100質量部に対して0.1〜10質量部の割合で用いることが好ましい。 As the charge control agent, known ones can be used. Examples of the charge control agent for positively chargeable toners include nigrosine dyes, quaternary ammonium salt compounds, triphenylmethane compounds, imidazoles. System compounds and polyamine resins. Examples of the charge control agent for negatively chargeable toners include metal-containing azo dyes such as Cr, Co, Al, and Fe, salicylic acid metal compounds, alkyl salicylic acid metal compounds, and curlyx arene compounds. In general, the charge control agent is preferably used at a ratio of 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the binder resin.
また、上記の離型剤としても、一般に使用されている公知のものを用いることができ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、カルナバワックス、サゾールワックス等を単独あるいは2種類以上組み合わせて使用することができ、一般に上記のバインダー樹脂100質量部に対して0.1〜10質量部の割合で用いることが好ましい。 In addition, as the above-mentioned mold release agent, known ones that are generally used can be used. For example, polyethylene, polypropylene, carnauba wax, sazol wax and the like can be used alone or in combination of two or more. In general, it is preferably used at a ratio of 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the binder resin.
また、上記の外添剤としても、一般に使用されている公知のものを用いることができ、流動性改善例えば、シリカ、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機微粒子や、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子を使用することができ、特にシランカップリング剤やチタンカップリング剤やシリコンオイル等で疎水化したものを用いるのが好ましい。そして、このような流動化剤を上記のトナー100質量部に対して0.1〜5質量部の割合で添加させて用いるようにする。外添剤の個数平均一次粒径は10〜100nmであることが好ましい。 Also, as the above external additives, publicly known ones can be used, and fluidity improvement, for example, inorganic fine particles such as silica, titanium oxide, aluminum oxide, acrylic resin, styrene resin, silicone resin In addition, resin fine particles such as a fluororesin can be used, and it is particularly preferable to use a resin that has been hydrophobized with a silane coupling agent, a titanium coupling agent, or silicon oil. Such a fluidizing agent is added at a ratio of 0.1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the toner. The number average primary particle size of the external additive is preferably 10 to 100 nm.
キャリアとしては、特に限定されず、一般に使用されている公知のキャリアを使用することができ、バインダー型キャリアやコート型キャリアなどが使用できる。キャリア粒径としてはこれに限定されるものではないが、キャリアの個数平均粒径は、15〜100μmが好ましい。 The carrier is not particularly limited, and a commonly used carrier can be used, and a binder type carrier, a coat type carrier, and the like can be used. The carrier particle diameter is not limited to this, but the number average particle diameter of the carrier is preferably 15 to 100 μm.
バインダー型キャリアは、磁性体微粒子をバインダー樹脂中に分散させたものであり、キャリア表面に正又は負帯電性の帯電性微粒子を固着させたり、表面コーティング層を設けることもできる。バインダー型キャリアの極性等の帯電特性は、バインダー樹脂の材質、帯電性微粒子、表面コーティング層の種類によって制御することができる。 The binder type carrier is obtained by dispersing magnetic fine particles in a binder resin, and positive or negative chargeable fine particles can be fixed to the carrier surface, or a surface coating layer can be provided. Charging characteristics such as polarity of the binder type carrier can be controlled by the material of the binder resin, the chargeable fine particles, and the type of the surface coating layer.
バインダー型キャリアに用いられるバインダー樹脂としては、ポリスチレン系樹脂に代表されるビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ナイロン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂などの熱可塑性樹脂、フェノール樹脂等の硬化性樹脂が例示される。 Examples of the binder resin used for the binder-type carrier include thermoplastic resins such as vinyl resins, polyester resins, nylon resins, polyolefin resins, and the like typified by polystyrene resins, and curable resins such as phenol resins. .
バインダー型キャリアの磁性体微粒子としては、マグネタイト、ガンマ酸化鉄等のスピネルフェライト、鉄以外の金属(Mn、Ni、Mg、Cu等)を一種又は二種以上含有するスピネルフェライト、バリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライト、表面に酸化層を有する鉄や合金の粒子を用いることができる。その形状は粒状、球状、針状のいずれであってもよい。特に高磁化を要する場合には、鉄系の強磁性微粒子を用いることが好ましい。また、化学的な安定性を考慮すると、マグネタイト、ガンマ酸化鉄を含むスピネルフェライトやバリウムフェライト等のマグネトプランバイト型フェライトの強磁性微粒子を用いることが好ましい。強磁性微粒子の種類及び含有量を適宜選択することにより、所望の磁化を有する磁性樹脂キャリアを得ることができる。磁性体微粒子は磁性樹脂キャリア中に50〜90質量%の量で添加することが適当である。 Magnetic fine particles of the binder type carrier include spinel ferrite such as magnetite and gamma iron oxide, and magnets such as spinel ferrite and barium ferrite containing one or more metals other than iron (Mn, Ni, Mg, Cu, etc.). Plumbite type ferrite, iron or alloy particles having an oxide layer on the surface can be used. The shape may be granular, spherical, or needle-shaped. In particular, when high magnetization is required, it is preferable to use iron-based ferromagnetic fine particles. In consideration of chemical stability, it is preferable to use ferromagnetic fine particles of magnetoplumbite type ferrite such as spinel ferrite and barium ferrite containing magnetite and gamma iron oxide. A magnetic resin carrier having a desired magnetization can be obtained by appropriately selecting the type and content of the ferromagnetic fine particles. The magnetic fine particles are suitably added in an amount of 50 to 90% by mass in the magnetic resin carrier.
バインダー型キャリアの表面コート材としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フッ素系樹脂等が用いられ、これらの樹脂を表面にコートし硬化させてコート層を形成することにより、帯電付与能力を向上させることができる。 Silicone resin, acrylic resin, epoxy resin, fluorine resin, etc. are used as the surface coating material of the binder type carrier, and these resins are coated on the surface and cured to form a coating layer, thereby providing a charge imparting ability. Can be improved.
バインダー型キャリアの表面への帯電性微粒子あるいは導電性微粒子の固着は、例えば、磁性樹脂キャリアと微粒子とを均一混合し、磁性樹脂キャリアの表面にこれら微粒子を付着させた後、機械的・熱的な衝撃力を与え、微粒子を磁性樹脂キャリア中に打ち込むようにして固定することにより行われる。この場合、微粒子は、磁性樹脂キャリア中に完全に埋設されるのではなく、その一部を磁性樹脂キャリア表面から突き出すようにして固定される。帯電性微粒子としては、有機、無機の絶縁性材料が用いられる。具体的には、有機系としては、ポリスチレン、スチレン系共重合物、アクリル樹脂、各種アクリル共重合物、ナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂およびこれらの架橋物などの有機絶縁性微粒子を用いることができ、帯電レベルおよび極性については、素材、重合触媒、表面処理等により、希望するレベルの帯電および極性を得ることができる。また、無機系としては、シリカ、二酸化チタン等の負帯電性の無機微粒子や、チタン酸ストロンチウム、アルミナ等の正帯電性の無機微粒子などが用いられる。 For example, the charging fine particles or the conductive fine particles can be fixed to the surface of the binder type carrier by, for example, mixing the magnetic resin carrier and the fine particles uniformly and adhering the fine particles to the surface of the magnetic resin carrier. By applying a strong impact force and fixing the fine particles so as to be driven into the magnetic resin carrier. In this case, the fine particles are not completely embedded in the magnetic resin carrier, but are fixed so that a part thereof protrudes from the surface of the magnetic resin carrier. As the chargeable fine particles, organic or inorganic insulating materials are used. Specifically, organic insulating fine particles such as polystyrene, styrene copolymers, acrylic resins, various acrylic copolymers, nylon, polyethylene, polypropylene, fluororesin, and cross-linked products thereof may be used as the organic type. Regarding the charge level and polarity, a desired level of charge and polarity can be obtained by a material, a polymerization catalyst, a surface treatment or the like. Further, as the inorganic type, negatively charged inorganic fine particles such as silica and titanium dioxide, and positively charged inorganic fine particles such as strontium titanate and alumina are used.
一方、コート型キャリアは磁性体からなるキャリアコア粒子に樹脂コートがなされてなるキャリアであり、コート型キャリアにおいてもバインダー型キャリア同様、キャリア表面に正又は負帯電性の帯電性微粒子を固着させたりできる。コート型キャリアの極性等の帯電特性は、表面コーティング層の種類や帯電性微粒子により制御することができ、バインダー型キャリアと同様の材料を用いることができる。特にコート樹脂はバインダー型キャリアのバインダー樹脂と同様の樹脂が使用可能である。 On the other hand, a coated carrier is a carrier in which a carrier core particle made of a magnetic material is coated with a resin, and in a coated carrier, like a binder carrier, positive or negatively chargeable fine particles are fixed on a carrier surface. it can. Charging characteristics such as polarity of the coat type carrier can be controlled by the type of the surface coating layer and the chargeable fine particles, and the same material as the binder type carrier can be used. In particular, the coating resin can be the same resin as the binder resin of the binder type carrier.
逆極性粒子、トナーおよびキャリアの組み合わせによるトナーおよび逆極性粒子の帯電極性は、それぞれを混合撹拌し現像剤とした後、図3の装置を用いて現像剤からトナー又は逆極性粒子を分離するための電界の方向から容易に知ることができる。まず、導電性スリーブ31表面に現像剤をマグネットロール32の磁力によって均一に担持させ、その後金属電極34を現像剤と非接触に配置する。その後電源33によって金属スリーブに電圧を印加しながらマグネットロール32を回転させることで、印加した電圧と同極性の粒子が電界によって金属電極34に飛翔する。この操作を電圧の極性を変えて行うことでトナー又は逆極性粒子の帯電極性を知ることができる。
The charged polarity of the toner and the reverse polarity particles by the combination of the reverse polarity particles, the toner and the carrier is obtained by mixing and stirring each to form a developer, and then separating the toner or the reverse polarity particles from the developer using the apparatus of FIG. It can be easily known from the direction of the electric field. First, the developer is uniformly supported on the surface of the
トナーとキャリアの混合比は所望のトナー帯電量が得られるよう調整されれば良く、トナー比はトナーとキャリアとの合計量に対して3〜50質量%、トナーとキャリアの粒径差に起因する表面積の比にも依存するが、好ましくは5〜20質量%が適している。 The mixing ratio of the toner and the carrier may be adjusted so as to obtain a desired toner charge amount. The toner ratio is 3 to 50% by mass based on the total amount of the toner and the carrier. Although depending on the ratio of the surface area to be used, 5 to 20% by mass is preferable.
現像剤に含まれる逆極性粒子の量は、本発明の目的が達成される限り特に制限されず、例えば、キャリア100質量部に対して0.01〜5.00質量部、特に0.01〜2.00質量部が好ましい。 The amount of the reverse polarity particles contained in the developer is not particularly limited as long as the object of the present invention is achieved. For example, 0.01 to 5.00 parts by mass, particularly 0.01 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carrier. 2.00 parts by mass is preferred.
現像剤は、例えば、予めトナーに逆極性粒子を外添処理した後で、キャリアと混合することによって調製することができる。 The developer can be prepared, for example, by externally adding reverse polarity particles to the toner in advance and then mixing with a carrier.
現像装置2aにおいては、現像剤担持体11上の現像剤からトナー又は逆極性粒子を分離する分離手段として、現像剤担持体11上の現像剤から逆極性粒子を分離して回収する逆極性粒子回収部材22を採用する。逆極性粒子回収部材22は、図1に示すように、現像剤担持体11における現像領域6よりも現像剤移動方向上流側に設けられ、逆極性粒子分離バイアスが印加されることにより、現像剤中の逆極性粒子を電気的に逆極性粒子回収部材22表面に分離・捕集するようになっている。逆極性粒子回収部材22によって逆極性粒子が分離された後、現像剤担持体11上の残りの現像剤、すなわちトナーおよびキャリアは引き続き搬送され、現像領域6において像担持体1上の静電潜像を現像する。
In the developing
逆極性粒子回収部材22は電源40に接続され、所定の逆極性粒子分離バイアスが印加され、現像剤担持体11は電源41に接続されている。これによって、現像剤中の逆極性粒子が電気的に逆極性粒子回収部材22表面に分離・捕集される。
The reverse polarity particle recovery member 22 is connected to a
逆極性粒子回収部材22に印加される逆極性粒子分離バイアスは逆極性粒子の帯電極性によって異なり、すなわちトナーが負に帯電され、逆極性粒子が正に帯電されるときは、現像剤担持体11に印加される電圧の平均値よりも低い平均値となる電圧であり、トナーが正に帯電され、逆極性粒子が負に帯電されるときは、現像剤担持体11に印加される電圧の平均値よりも高い平均値となる電圧である。逆極性粒子が正又は負のいずれの極性に帯電されるときであっても、逆極性粒子回収部材22に印加される平均電圧と現像剤担持体11に印加される平均電圧との差は20〜500V、特に50〜300Vであることが好ましい。電位差が小さすぎると、逆極性粒子を十分に回収することが困難となる。一方、電位差が大きすぎると、現像剤担持体11上に磁力で保持されているキャリアが電界により分離されてしまい、現像領域において本来の現像機能が損なわれる恐れがある。
The reverse polarity particle separation bias applied to the reverse polarity particle recovery member 22 varies depending on the charge polarity of the reverse polarity particles, that is, when the toner is negatively charged and the reverse polarity particles are positively charged, the
現像装置2aにおいては、さらに、逆極性粒子回収部材22と現像剤担持体11との間に交流電界が形成されることが好ましい。交流電界が形成されることで、トナーが往復振動するため、トナー表面に付着している逆極性粒子を有効に分離することができ、逆極性粒子の回収性を向上させることが可能となる。その際、2.5×106V/m以上の電界が形成されることが好ましい。2.5×106V/m以上の電界が形成されることで、電界によってもトナーから逆極性粒子を分離することが可能となり、より一層、逆極性の分離・回収性を向上させることが可能となる。
In the developing
本明細書中、逆極性粒子回収部材22と現像剤担持体11との間で形成される電界を逆極性粒子分離電界という。そのような逆極性粒子分離電界は通常、逆極性粒子回収部材22又は現像剤担持体11の一方、又は両方に交流電圧を印加することで得られる。特に静電潜像をトナーで現像するために現像剤担持体11に交流電圧が印加される場合、現像剤担持体11に印加される交流電圧を利用して、逆極性粒子分離電界を形成することが望ましい。このとき逆極性粒子分離電界は絶対値の最大値が上記範囲内であればよい。
In the present specification, an electric field formed between the reverse polarity particle recovery member 22 and the
例えば、逆極性粒子の帯電極性が正であり、現像剤担持体11には直流電圧と交流電圧が印加され、逆極性粒子回収部材22には直流電圧のみが印加されるとき、逆極性粒子回収部材22には現像剤担持体11に印加される電圧(直流+交流)の平均値よりも低い直流電圧のみが印加される。また例えば、逆極性粒子の帯電極性が負であり、現像剤担持体11には直流電圧と交流電圧が印加され、逆極性粒子回収部材22には直流電圧のみが印加されるとき、逆極性粒子回収部材22には現像剤担持体11に印加される電圧(直流+交流)の平均値よりも高い直流電圧のみが印加される。これらのとき、逆極性粒子分離電界の絶対値の最大値は、現像剤担持体11に印加される電圧(直流+交流)と逆極性粒子回収部材22に印加される電圧(直流)との電位差の最大値を、逆極性粒子回収部材22と現像剤担持体11との最近接部ギャップで除した値であり、当該値が上記範囲にあることが望ましい。
For example, when the charged polarity of the reverse polarity particles is positive, the DC voltage and the AC voltage are applied to the
また例えば、逆極性粒子の帯電極性が正であり、現像剤担持体11には直流電圧のみが印加され、逆極性粒子回収部材22には交流電圧と直流電圧が印加されるとき、逆極性粒子回収部材22には現像剤担持体11に印加される直流電圧よりも低い平均電圧となるよう交流電圧を重畳した直流電圧が印加される。また例えば、逆極性粒子の帯電極性が負であり、現像剤担持体11には直流電圧のみが印加され、逆極性粒子回収部材22には交流電圧と直流電圧が印加されるとき、逆極性粒子回収部材22には現像剤担持体11に印加される直流電圧よりも高い平均電圧となるよう交流電圧を重畳した直流電圧が印加される。これらのとき、逆極性粒子分離電界の絶対値の最大値は、現像剤担持体11に印加される電圧(直流)と逆極性粒子回収部材22に印加される電圧(直流+交流)との電位差の最大値を、逆極性粒子回収部材22と現像剤担持体11との最近接部ギャップで除した値であり、当該値が上記範囲にあることが望ましい。
Further, for example, when the charged polarity of the reverse polarity particles is positive, only the DC voltage is applied to the
また例えば、逆極性粒子の帯電極性が正であり、現像剤担持体11および逆極性粒子回収部材22の双方に交流電圧が重畳された直流電圧を印加するとき、逆極性粒子回収部材22には現像剤担持体11に印加される電圧(直流+交流)の平均値より平均電圧が小さい電圧(直流+交流)が印加される。また例えば、逆極性粒子の帯電極性が負であり、現像剤担持体11および逆極性粒子回収部材22の双方に交流電圧が重畳された直流電圧を印加するとき、逆極性粒子回収部材22には現像剤担持体11に印加される電圧(直流+交流)の平均値より平均電圧が大きい電圧(直流+交流)が印加される。これらのとき、それぞれに印加される交流電圧成分の振幅や位相、周波数、デューティー比等の相違によって生じる、現像剤担持体11に印加される電圧(直流+交流)と逆極性粒子回収部材22に印加される電圧(直流+交流)との電位差の最大値を、逆極性粒子回収部材22と現像剤担持体11との最近接部ギャップで除した値が、逆極性粒子分離電界の絶対値の最大値となり、当該値が上記範囲とすることが望ましい。
Further, for example, when the charged polarity of the reverse polarity particles is positive and a DC voltage in which an AC voltage is superimposed on both the
逆極性粒子回収部材22によって分離・捕集された当該部材表面上の逆極性粒子は現像剤槽16に回収されるようになっている。逆極性粒子回収部材22から現像剤槽へ逆極性粒子を回収する際は、逆極性粒子回収部材22に印加される電圧の平均値と現像剤担持体11に印加される電圧の平均値の大小関係を反転させればよく、画像形成開始前や画像形成終了後、連続動作時の画像形成の間の紙間(前頁と後頁との間の頁間)などの非画像形成時のタイミングで行うことができる。
The reverse polarity particles on the surface of the member separated and collected by the reverse polarity particle recovery member 22 are recovered in the
逆極性粒子回収部材22は上記電圧を印加可能な限りいかなる材料からなっていてよく、例えば、表面処理を施したアルミローラが挙げられる。そのほかアルミ等の導電性基体上に、例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂コートやシリコーンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、天然ゴム、イソプレンゴム等のゴムコーティングを施したものを用いてもよい。コーティング材料としては、これに限定されるものではない。さらに上記コーティングのバルクもしくは表面に導電剤が添加されていてもよい。導電剤としては、電子導電剤もしくはイオン導電剤が挙げられる。電子導電剤として、ケッチンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラックや、金属粉、金属酸化物の微粒子等が挙げられるが、これに制約されない。イオン導電剤として、四級アンモニウム塩等のカチオン性化合物や、両性化合物、その他イオン性高分子材料が挙げられるが、これにこだわらない。さらに、アルミ等の金属材料からなる導電性ローラであっても構わない。 The reverse polarity particle recovery member 22 may be made of any material as long as the voltage can be applied. For example, an aluminum roller subjected to a surface treatment may be used. In addition, on a conductive substrate such as aluminum, for example, polyester resin, polycarbonate resin, acrylic resin, polyethylene resin, polypropylene resin, urethane resin, polyamide resin, polyimide resin, porsulfone resin, polyether ketone resin, vinyl chloride resin, vinyl acetate You may use what gave resin coatings, such as resin, a silicone resin, a fluororesin, and rubber coatings, such as silicone rubber, urethane rubber, nitrile rubber, natural rubber, and isoprene rubber. The coating material is not limited to this. Further, a conductive agent may be added to the bulk or surface of the coating. Examples of the conductive agent include an electronic conductive agent or an ionic conductive agent. Examples of the electronic conductive agent include carbon black such as kettin black, acetylene black, and furnace black, metal powder, and metal oxide fine particles, but are not limited thereto. Examples of the ionic conductive agent include cationic compounds such as quaternary ammonium salts, amphoteric compounds, and other ionic polymer materials. Furthermore, a conductive roller made of a metal material such as aluminum may be used.
現像剤担持体11は、固定配置された磁石ローラ13と、これを内包する回転自在なスリーブローラ12とから構成される。磁石ローラ13は、スリーブローラ12の回転方向Bに沿ってN1,S1,N3,N2,S2の5つの磁極を有する。これらの磁極のうち、主磁極N1は、像担持体1と対向する現像領域6の位置に配されており、また、スリーブローラ12上の現像剤24を剥離するための反発磁界を発生させる同極部N3,N2は、現像槽16内部に対向した位置に配置されている。
The
現像剤槽16は、ケーシング18より形成されており、通常は、内部に現像剤担持体11への現像剤供給用のバケットローラ17を収納している。ケーシング18のバケットローラ17に対向する位置には、好ましくは、トナー濃度検出用のATDC(Automatic Toner Density Control)センサ20が配設されている。
The
現像装置2aは通常、現像領域6で消費される分のトナーを現像材槽16内に補給するための補給部7、および現像剤担持体11上の現像剤量を規制するための現像剤薄層化用の規制部材(規制ブレード)15を有している。補給部7は、補給トナー23を収納したホッパ21と、現像剤槽16内へのトナー補給用の補給ローラ19とから構成される。
The developing
補給トナー23としては逆極性粒子を外添処理されたトナーを用いることが望ましい。逆極性粒子を外添されたトナーを用いることで、耐久によって徐々に劣化するキャリアの荷電性低下を有効に補助することが可能となる。補給トナー23における逆極性粒子の外添量はトナーに対して0.1〜10.0質量%、特に0.5〜5.0質量%が好ましい。
As the
補給トナーに対する外添剤は荷電制御、流動性制御、付着力制御などトナーに求められる種々の特性付与を目的として、逆極性粒子以外の粒子を外添しても良い。その際トナーの荷電性確保の観点から、逆極性粒子以外の外添剤は主としてトナーと同極性に帯電するような同極性粒子を外添するのが望ましい。 As the external additive for the replenishment toner, particles other than the reverse polarity particles may be externally added for the purpose of imparting various properties required for the toner such as charge control, fluidity control, and adhesion force control. In this case, from the viewpoint of ensuring the chargeability of the toner, it is desirable to externally add the same polarity particles that are charged to the same polarity as the toner as the external additive other than the reverse polarity particles.
この同極性粒子は、トナーが正帯電性トナーの場合、正帯電性を有する微粒子が用いられる。例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、アルミナ等の無機微粒子やアクリル樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ナイロン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂等の熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成された微粒子を使用することができる。また荷電制御の目的で無機微粒子表面に表面処理をして正帯電性にしたものや樹脂中に正帯電性を付与する正荷電制御剤を含有させたり、含窒素モノマーの共重合体を構成するようにしてもよい。ここで、上記の正荷電制御剤としては、例えば、ニグロシン染料、四級アンモニウム塩等を使用することができ、また上記の含窒素モノマーとしては、アクリル酸2−ジメチルアミノエチル、アクリル酸2−ジエチルアミノエチル、メタクリル酸2−ジメチルアミノエチル、メタクリル酸2−ジエチルアミノエチル、ビニールピリジン、N−ビニールカルバゾール、ビニールイミダゾール等を使用することができる。 As the homopolar particles, fine particles having positive chargeability are used when the toner is a positively chargeable toner. For example, it is possible to use inorganic fine particles such as strontium titanate, barium titanate, and alumina, and fine particles composed of thermoplastic resin such as acrylic resin, benzoguanamine resin, nylon resin, polyimide resin, polyamide resin, or thermosetting resin. it can. In addition, for the purpose of charge control, the surface of inorganic fine particles is made positively chargeable, or a positive charge control agent imparting positive chargeability is added to the resin, or a copolymer of nitrogen-containing monomers is formed. You may do it. Here, as said positive charge control agent, nigrosine dye, a quaternary ammonium salt, etc. can be used, for example, As said nitrogen-containing monomer, 2-dimethylaminoethyl acrylate, acrylic acid 2- Diethylaminoethyl, 2-dimethylaminoethyl methacrylate, 2-diethylaminoethyl methacrylate, vinylpyridine, N-vinylcarbazole, vinylimidazole, and the like can be used.
一方、トナーが負帯電性トナーの場合、同極性粒子には、負帯電性を有する微粒子が用いられる。例えば、シリカ、酸化チタン等の無機微粒子に加え、フッ素樹脂、ポリオレフィン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂で構成された微粒子を使用することができ、また樹脂中に負帯電性を付与する負荷電制御剤を含有させたり、含フッ素アクリル系モノマーや含フッ素メタクリル系モノマーの共重合体を構成するようにしてもよい。ここで、上記の負荷電制御剤としては、例えば、サリチル酸系、ナフトール系のクロム錯体、アルミニウム錯体、鉄錯体、亜鉛錯体等を使用することができる。 On the other hand, when the toner is a negatively chargeable toner, fine particles having negative chargeability are used as the same polarity particles. For example, in addition to inorganic fine particles such as silica and titanium oxide, fine particles composed of thermoplastic resin such as fluororesin, polyolefin resin, silicone resin, polyester resin or thermosetting resin can be used. You may make it contain the negative charge control agent which provides negative charging property, or may comprise the copolymer of a fluorine-containing acrylic monomer or a fluorine-containing methacrylic monomer. Here, as said negative charge control agent, a salicylic acid type, a naphthol type chromium complex, an aluminum complex, an iron complex, a zinc complex etc. can be used, for example.
また、前記同極性粒子の帯電性および疎水性を制御するために、無機微粒子の表面をシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイル等で表面処理するようにしてもよく、特に、無機微粒子に正帯電性を付与する場合には、アミノ基含有カップリング剤で表面処理することが好ましく、また負帯電性を付与する場合には、フッ素基含有カップリング剤で表面処理することが好ましい。 In addition, in order to control the chargeability and hydrophobicity of the homopolar particles, the surface of the inorganic fine particles may be surface-treated with a silane coupling agent, a titanium coupling agent, silicone oil or the like. When imparting positive chargeability to the surface, it is preferable to perform surface treatment with an amino group-containing coupling agent, and when imparting negative chargeability, surface treatment with a fluorine group-containing coupling agent is preferred.
逆極性粒子と同極性粒子の外添処理は同極性粒子を外添処理した後、逆極性粒子を外添処理するのが好ましい。そうすることでキャリア劣化に繋がる同極性粒子を最初の外添処理でトナーに強固に付着させた後、逆極性粒子を適切な強度でトナー表面に付着させることが可能になる。 In the external addition treatment of the opposite polarity particles and the same polarity particles, it is preferable that the opposite polarity particles are externally added after the same polarity particles are added externally. By doing so, the same polarity particles that lead to carrier deterioration can be firmly attached to the toner by the first external addition treatment, and then the reverse polarity particles can be attached to the toner surface with an appropriate strength.
図1に示す現像装置2aにおいて詳しくは、現像剤槽16内の現像剤24は、バケットローラ17の回転により混合撹拌され、摩擦帯電した後、バケットローラ17によって汲み上げられて現像剤担持体11表面のスリーブローラ12へと供給される。この現像剤24は、現像剤担持体(現像ローラ)11内部の磁石ローラ13の磁力によってスリーブローラ12の表面側に保持され、スリーブローラ12と共に回転移動して、現像ローラ11に対向して設けられた規制部材15で通過量を規制される。その後、逆極性粒子回収部材22との対向部において、前記のように、現像剤に含まれる逆極性粒子のみが逆極性粒子回収部材22に分離・捕集される。逆極性粒子が分離された残りの現像剤は像担持体1と対向する現像領域6へと搬送される。現像領域6では、磁石ローラ13の主磁極N1の磁力によって現像剤穂立ちが形成され、像担持体1上の静電潜像と現像バイアスの印加された現像ローラ11との間に形成された電界がトナーに与える力により、現像剤中のトナーが像担持体1上の静電潜像側へと移動して、静電潜像が顕像へと現像される。現像方式は反転現像方式であってもよいし、又は正規現像方式であってもよい。現像領域6でトナーを消費した現像剤24は、現像剤槽16に向けて搬送され、バケットローラ17に対向して設けられた磁石ローラ同極部N3,N2の反発磁界によって現像剤担持体11上から剥離され、現像剤槽16内へと回収される。補給部7に設けられた不図示の補給制御部は、ATDCセンサ20の出力値から現像剤24中のトナー濃度が画像濃度確保のための最低トナー濃度以下になったことを検出すると、トナー補給ローラ19の駆動手段に駆動開始信号を送る。そして、トナー補給ローラ19の回転が始まり、この回転に伴って、ホッパ21内に貯蔵された補給トナー23が現像剤槽16内へ供給される。一方、逆極性粒子回収部材22により捕集された逆極性粒子は非画像形成時に現像ローラと逆極性粒子回収部材22に印加される電界の向きを反転させることで、現像ローラ上へ戻され、現像ローラの回転に伴って現像剤と共に搬送され、現像剤槽に戻される。
Specifically, in the developing
図1では、逆極性粒子回収部材22を、規制部材15やケーシング26とは別に設けているが、逆極性粒子回収部材22は、規制部材15およびケーシング26の少なくとも一方を兼ねても良い。すなわち、規制部材15およびケーシング26の少なくとも一方を逆極性粒子回収部材22として用いてもよい。その際には規制部材15やケーシング26に逆極性粒子分離バイアスを印加すればよい。これによって、省スペースおよび低コストを実現できる。
In FIG. 1, the reverse polarity particle recovery member 22 is provided separately from the
現像装置2aにおいては、必ずしも全ての逆極性粒子が逆極性粒子回収部材22によって回収されなければならないというわけではなく、一部の逆極性粒子が回収されずにトナーとともに現像に供されて消費されてもよい。他の部分の逆極性粒子は回収され、また逆極性粒子の補給もなされることから、逆極性粒子を完全に回収できなくとも逆極性粒子によるキャリア荷電補助効果は得られる。この際の逆極性粒子の分離率としては9.3%から50.3%の範囲にあることが望ましい。分離率が低すぎると逆極性粒子の回収性が悪化し、逆極性粒子によるキャリアの劣化抑制効果が弱められる。分離率が高すぎるとキャリアの劣化抑制効果は十分得られるものの、回収された逆極性粒子が現像剤中でトナーにも過剰に付着するようになり、結果的にトナーの帯電量が低下する。
In the developing
次に、本発明の別の実施形態による画像形成装置の主要部を図2に示す。図2において図1と同様の働きをする部材には図1と同じ番号を付し、詳細説明は省略する。 Next, the main part of an image forming apparatus according to another embodiment of the present invention is shown in FIG. In FIG. 2, members having the same functions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.
図2に示す現像装置2bは、現像剤担持体11上の現像剤からトナー又は逆極性粒子を分離する分離手段として、図1において示した逆極性粒子回収部材22の代わりに、現像剤担持体11上の現像剤からトナーを分離して担持するトナー担持体25を採用する。トナー担持体25は、図2に示すように、現像剤担持体11と像担持体1との間に設けられ、トナー分離バイアスが印加されることにより、現像剤中のトナーを電気的にトナー担持体25表面に分離・担持させるようになっている。トナー担持体25によって分離・担持されたトナーは、当該トナー担持体25によって搬送され、現像領域6において像担持体1上の静電潜像を現像する。
The developing
このように現像装置2bにおいては、図1で示した実施形態とは異なり、現像剤から逆極性粒子を分離するのではなく、トナー担持体25によって、現像剤からトナーを分離して担持させ、当該トナー担持体25に分離・担持させたトナーを像担持体1上の静電潜像の現像に供する。
As described above, in the developing
トナー担持体25は電源50に接続され、所定のトナー分離バイアスが印加され、現像剤担持体11は電源51に接続されている。これによって、現像剤中のトナーが電気的にトナー担持体25表面に分離・担持される。
The
トナー担持体25に印加されるトナー分離バイアスはトナーの帯電極性によって異なり、すなわちトナーが負に帯電されるときは、現像剤担持体11に印加される電圧の平均値よりも高い平均値となる電圧であり、トナーが正に帯電されるときは、現像剤担持体11に印加される電圧の平均値よりも低い平均値となる電圧である。トナーが正又は負のいずれの極性に帯電されるときであっても、トナー担持体25に印加される平均電圧と現像剤担持体11に印加される平均電圧との差は20〜500V、特に50〜300Vであることが好ましい。電位差が小さすぎると、トナー担持体25上のトナー量が少なく十分な画像濃度が得られない。一方、電位差が大きすぎると、トナー供給過多となり、無駄なトナー消費が増加する恐れがある。
The toner separation bias applied to the
現像装置2bにおいては、さらに、トナー担持体25と現像剤担持体11との間に交流電界が形成されることが好ましい。交流電界が形成されることで、トナーが往復振動するため、トナーと逆極性粒子を有効に分離することができる。その際、最大値として2.5×106V/m以上5.5×106V/m以下の電界が形成されることが好ましい。2.5×106V/m以上の電界が形成されることで、電界によってもトナーから逆極性粒子を分離することが可能となり、より一層、トナーの分離性を向上させることが可能となる。また、5.5×106V/m以上の電界を用いるとトナー担持体25と現像剤担持体11との間で、リークが発生し、好ましくない。
In the developing
本明細書中、トナー担持体25と現像剤担持体11との間で形成される電界をトナー分離電界という。そのようなトナー分離電界は通常、トナー担持体25又は現像剤担持体11の一方、又は両方に交流電圧を印加することで得られる。特に静電潜像をトナーで現像するためにトナー担持体25に交流電圧が印加される場合、トナー担持体25に印加される交流電圧を利用して、トナー分離電界を形成することが望ましい。このときトナー分離電界は絶対値の最大値が上記範囲内であればよい。
In the present specification, an electric field formed between the
例えば、トナーの帯電極性が正であり、現像剤担持体11には直流電圧と交流電圧が印加され、トナー担持体25には直流電圧のみが印加されるとき、トナー担持体25には現像剤担持体11に印加される電圧(直流+交流)の平均値よりも低い直流電圧のみが印加される。また例えば、トナーの帯電極性が負であり、現像剤担持体11には直流電圧と交流電圧が印加され、トナー担持体25には直流電圧のみが印加されるとき、トナー担持体25には現像剤担持体11に印加される電圧(直流+交流)の平均値よりも高い直流電圧のみが印加される。これらのとき、トナー分離電界の絶対値の最大値は、現像剤担持体11に印加される電圧(直流+交流)とトナー担持体25に印加される電圧(直流)との電位差の最大値を、トナー担持体25と現像剤担持体11との最近接部ギャップで除した値であり、当該値が上記範囲にあることが望ましい。
For example, when the charging polarity of the toner is positive, a DC voltage and an AC voltage are applied to the
また例えば、トナーの帯電極性が正であり、現像剤担持体11には直流電圧のみが印加され、トナー担持体25には交流電界と直流電圧が印加されるとき、トナー担持体25には現像剤担持体11に印加される直流電圧よりも低い平均電圧となるよう交流電界を重畳した直流電圧が印加される。また例えば、トナーの帯電極性が負であり、現像剤担持体11には直流電圧のみが印加され、トナー担持体25には交流電界と直流電圧が印加されるとき、トナー担持体25には現像剤担持体11に印加される直流電圧よりも高い平均電圧となるよう交流電界を重畳した直流電圧が印加される。これらのとき、トナー分離電界の絶対値の最大値は、現像剤担持体11に印加される電圧(直流)とトナー担持体25に印加される電圧(直流+交流)との電位差の最大値を、トナー担持体25と現像剤担持体11との最近接部ギャップで除した値であり、当該値が上記範囲にあることが望ましい。
Further, for example, when the charging polarity of the toner is positive, only a DC voltage is applied to the
また例えば、トナーの帯電極性が正であり、現像剤担持体11およびトナー担持体25の双方に交流電圧が重畳された直流電圧を印加するとき、トナー担持体25には現像剤担持体11に印加される電圧(直流+交流)の平均値より平均電圧が小さい電圧(直流+交流)が印加される。また例えば、トナーの帯電極性が負であり、現像剤担持体11およびトナー担持体25の双方に交流電圧が重畳された直流電圧を印加するとき、トナー担持体25には現像剤担持体11に印加される電圧(直流+交流)の平均値より平均電圧が大きい電圧(直流+交流)が印加される。これらのとき、それぞれに印加される交流電圧成分の振幅や位相、周波数、デューティー比等の相違によって生じる、現像剤担持体11に印加される電圧(直流+交流)とトナー担持体25に印加される電圧(直流+交流)との電位差の最大値を、トナー担持体25と現像剤担持体11との最近接部ギャップで除した値が、トナー分離電界の絶対値の最大値となり、当該値が上記範囲とすることが望ましい。
Further, for example, when the charging polarity of the toner is positive and a DC voltage in which an AC voltage is superimposed is applied to both the
トナー担持体25によってトナーが分離された現像剤担持体11上の残りの現像剤、すなわちキャリアおよび逆極性粒子は、そのまま当該現像剤担持体11によって搬送され現像剤槽16に回収される。この実施形態において、トナーの分離後、逆極性粒子はそのまま現像剤担持体11によって現像剤槽内へ回収されるため、図1の実施形態で説明した、逆極性粒子回収部材22で捕集した逆極性粒子を非画像形成時に現像剤槽に戻す工程を省略することが可能となる。
The remaining developer on the
トナー担持体25は上記電圧を印加可能な限りいかなる材料からなっていてよく、例えば、表面処理を施したアルミローラが挙げられる。そのほかアルミ等の導電性基体上に、例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂コートやシリコーンゴム、ウレタンゴム、ニトリルゴム、天然ゴム、イソプレンゴム等のゴムコーティングを施したものを用いてもよい。コーティング材料としては、これに限定されるものではない。さらに上記コーティングのバルクもしくは表面に導電剤が添加されていてもよい。導電剤としては、電子導電剤もしくはイオン導電剤が挙げられる。電子導電剤として、ケッチンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラックや、金属粉、金属酸化物の微粒子等が挙げられるが、これに制約されない。イオン導電剤として、四級アンモニウム塩等のカチオン性化合物や、両性化合物、その他イオン性高分子材料が挙げられるが、これにこだわらない。さらに、アルミ等の金属材料からなる導電性ローラであっても構わない。
The
図2に示す現像装置2bにおいて詳しくは、現像剤槽16内の現像剤24は、現像装置2aにおいてと同様に、バケットローラ17の回転により混合撹拌され、摩擦帯電した後、バケットローラ17によって汲み上げられて現像剤担持体11表面のスリーブローラ12へと供給される。この現像剤24は、現像剤担持体11内部の磁石ローラ13の磁力によってスリーブローラ12の表面側に保持され、スリーブローラ12と共に回転移動して、現像ローラ11に対向して設けられた規制部材15で通過量を規制される。その後、トナー担持体25との対向部において、前記のように、現像剤に含まれるトナーのみがトナー担持体25に分離・担持される。分離されたトナーは像担持体1と対向する現像領域6へと搬送される。現像領域6では、像担持体1上の静電潜像と現像バイアスの印加されたトナー担持体25との間に形成された電界がトナーに与える力により、トナー担持体25上のトナーが像担持体1上の静電潜像側へと移動して、静電潜像が顕像へと現像される。現像方式は反転現像方式であってもよいし、又は正規現像方式であってもよい。現像領域6を通過したトナー担持体25上のトナー層は、トナー担持体25と現像剤担持体11との対向部における磁気ブラシによるトナー供給・回収を経て、現像領域に搬送される。一方、トナーが分離されて現像剤担持体11上に残った現像剤は、そのまま現像剤槽16に向けて搬送され、バケットローラ17に対向して設けられた磁石ローラ同極部N3,N2の反発磁界によって現像剤担持体11上から剥離され、現像剤槽16内へと回収される。補給部7に設けられた不図示の補給制御部は、図1においてと同様に、現像剤24中のトナー濃度が画像濃度確保のための最低トナー濃度以下になったことを検出すると、トナー補給ローラ19の駆動手段に駆動開始信号を送り、補給トナー23が現像剤槽16内へ供給される。
Specifically, in the developing
現像装置2bにおいては、必ずしも全ての逆極性粒子が逆極性粒子回収部材によって回収されなければならないというわけではなく、一部の逆極性粒子が回収されずにトナーとともに現像に供されて消費されてもよい。他の部分の逆極性粒子は回収され、また逆極性粒子の補給もなされることから、逆極性粒子を完全に回収できなくとも逆極性粒子によるキャリア荷電補助効果は得られる。この際の逆極性粒子の分離率としては9.3%から50.3%の範囲にあることが望ましい。分離率が低すぎると逆極性粒子の回収性が悪化し、逆極性粒子によるキャリアの劣化抑制効果が弱められる。分離率が高すぎるとキャリアの劣化抑制効果は十分得られるものの、回収された逆極性粒子が現像剤中でトナーにも過剰に付着するようになり、結果的にトナーの帯電量が低下する。
In the developing
以下、本発明の適用される、電子写真法を用いた画像形成装置における現像装置の実施例について説明する。
(実験例1)
図1に示した構成を有する現像装置を用い耐刷テストを行った。図中22は逆極性粒子を分離するための分離回収ローラである。現像剤としてはコニカミノルタビジネステクノロジーズ社製bizhub C350用キャリア(体積平均粒径約33μm)と以下の製法により製造した10種類のトナーを使用した。トナーの製法は、湿式造粒法により作製された体積平均粒径約6.5μmのトナー母材100質量部に対し、外添剤aとして疎水化剤であるヘキサメチルジシラザン(HMDS)により表面処理を施した個数平均一次粒径20nmの疎水性シリカ0.6質量部と、外添剤bとして個数平均一次粒径30nmのアナターゼ型酸化チタンを水系湿式中で疎水化剤であるイソブチルトリメトキシシランにより表面処理をした疎水性酸化チタン0.5質量部とをヘンシェルミキサ(三井金属鉱山社製)を用いて40m/sの速度で2分間外添処理した。表1に示すトナー種類のうち、逆極性粒子なしのトナーはここまでの方法で得られたトナーである。それ以外のトナーについては、さらにこの外添処理を施したトナーに対し、逆極性粒子である外添剤cとして個数平均粒径350nmのチタン酸ストロンチウムに、表1に示す各種表面処理を施した。逆極性粒子の表面処理としては次のものを用いた。表中、フッ素系シリコンオイルとあるものはフッ素変性シリコンオイルを乾式法で表中所定の添加量で処理したものである。また、ジメチルポリシロキサンとあるものはジメチルポリシロキサンを湿式法で表中所定の添加量で表面処理したものである。また、湿式i−ブチルメトキシシラン/湿式アミノシランとあるものはi−ブチルメトキシシランとアミノシランを湿式法で表中所定の添加量で表面処理したものである。また、ジメチルポリシロキサン/乾式アミノシランとあるものはジメチルポリシロキサンを湿式法で表中所定の添加量で表面処理したのち、アミノシランを乾式法で表中所定の添加量で表面処理したものである。また、湿式i−ブチルメトキシシラン/乾式アミノシランとあるものはi−ブチルメトキシシランを湿式法で表中所定の添加量で表面処理したのち、アミノシランを乾式法で表中所定の添加量で表面処理したものである。ここで乾式法とは疎水化剤を溶剤で希釈し、逆極性粒子に上記希釈液を加えて混合し、この混合物を加熱・乾燥した後解砕する方法である。湿式法とは逆極性粒子を水系中に分散してスラリー状にした上で疎水化剤を添加混合し、これを加熱、乾燥した後解砕する方法である。この逆極性粒子である外添剤cを、トナー母剤100質量部に対して2質量部の割合で加え、ヘンシェルミキサを用いて40m/sの速度で20分間外添処理をしてトナーを得た。なお、現像剤中のトナー比率は8質量%とした。ただし、トナー比率は現像剤全量に対するトナー、後処理剤および逆極性粒子の合計量の割合である(以下、同様である)。
Embodiments of a developing device in an image forming apparatus using electrophotography to which the present invention is applied will be described below.
(Experimental example 1)
A printing durability test was performed using a developing device having the configuration shown in FIG. In the figure, reference numeral 22 denotes a separation / recovery roller for separating the opposite polarity particles. As the developer, a carrier for bizhub C350 (volume average particle diameter of about 33 μm) manufactured by Konica Minolta Business Technologies and 10 kinds of toners manufactured by the following manufacturing method were used. The toner is manufactured by wet granulation method with 100 parts by mass of a toner base material having a volume average particle size of about 6.5 μm, and the surface of the toner is added with hexamethyldisilazane (HMDS) as a hydrophobizing agent as an external additive a. 0.6 parts by mass of hydrophobic silica having a number average primary particle size of 20 nm treated and anatase-type titanium oxide having a number average primary particle size of 30 nm as an external additive b is a hydrophobizing agent in an aqueous wet process. 0.5 parts by mass of hydrophobic titanium oxide surface-treated with silane was subjected to external addition treatment at a speed of 40 m / s for 2 minutes using a Henschel mixer (manufactured by Mitsui Metal Mining Co., Ltd.). Of the toner types shown in Table 1, the toner having no reverse polarity particles is the toner obtained by the above method. For the other toners, the various types of surface treatments shown in Table 1 were applied to the strontium titanate having a number average particle diameter of 350 nm as the external additive c which is a reverse polarity particle. . The following were used as the surface treatment of the reverse polarity particles. In the table, fluorine-based silicone oil is obtained by treating fluorine-modified silicone oil with a predetermined amount in the table by a dry method. In addition, dimethylpolysiloxane is obtained by surface-treating dimethylpolysiloxane by a wet method with a predetermined addition amount in the table. In addition, a wet i-butylmethoxysilane / wet aminosilane is a product obtained by surface-treating i-butylmethoxysilane and aminosilane with a predetermined addition amount in the table by a wet method. Further, dimethylpolysiloxane / dry aminosilane is obtained by surface-treating dimethylpolysiloxane by a wet method at a predetermined addition amount in the table, and then surface-treating aminosilane by a predetermined method in the table by a dry method. In addition, for some wet i-butylmethoxysilane / dry aminosilane, after surface treatment of i-butylmethoxysilane with a predetermined amount in the table by a wet method, aminosilane is surface treated with a predetermined amount in the table by a dry method. It is a thing. Here, the dry method is a method in which a hydrophobizing agent is diluted with a solvent, the above-mentioned diluted solution is added to and mixed with reverse polarity particles, the mixture is heated and dried, and then crushed. The wet method is a method in which reverse polarity particles are dispersed in an aqueous system to form a slurry, a hydrophobizing agent is added and mixed, this is heated and dried, and then crushed. The external additive c, which is a reverse polarity particle, is added at a ratio of 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the toner base material, and externally added for 20 minutes at a speed of 40 m / s using a Henschel mixer. Obtained. The toner ratio in the developer was 8% by mass. However, the toner ratio is the ratio of the total amount of toner, post-treatment agent and reverse polarity particles to the total amount of developer (the same applies hereinafter).
現像剤担持体には振幅1.4kV、DC成分−400V、Duty比50%、周波数2kHzの矩形波の現像バイアスを印加した。現像バイアスの平均電位に対して−150Vの電位差、現像バイアスの最大電位との電位差850Vとなる−550Vの直流バイアスを逆極性粒子回収部材に印加した。逆極性粒子回収部材としては表面にアルマイト処理を施したアルミローラを用い、現像剤担持体と逆極性粒子回収部材との最近接部のギャップは0.3mmとした。像担持体上に形成された静電潜像の背景部電位は−550V、画像部電位は−60Vであった。像担持体と現像剤担持体との最近接部のギャップは0.35mmとした。逆極性粒子回収部材と現像剤担持体との間に形成される逆極性粒子分離電界の絶対値の最大値は850V/0.3mm=2.8×106V/mであった。逆極性粒子回収部材に捕集された逆極性粒子の現像剤槽への回収は紙間のタイミングで、現像剤担持体と逆極性粒子回収部材に印加する電圧を逆にすることで行った。 A rectangular wave developing bias having an amplitude of 1.4 kV, a DC component of −400 V, a duty ratio of 50%, and a frequency of 2 kHz was applied to the developer carrying member. A DC bias of −550 V, which is a potential difference of −150 V with respect to the average potential of the developing bias and a potential difference of 850 V with respect to the maximum potential of the developing bias, was applied to the reverse polarity particle recovery member. As the reverse polarity particle recovery member, an aluminum roller having an alumite treatment on the surface was used, and the gap at the closest part between the developer carrying member and the reverse polarity particle recovery member was set to 0.3 mm. The background potential of the electrostatic latent image formed on the image bearing member was −550V, and the image portion potential was −60V. The gap at the closest part between the image carrier and the developer carrier was 0.35 mm. The maximum absolute value of the reverse polarity particle separation electric field formed between the reverse polarity particle recovery member and the developer carrying member was 850 V / 0.3 mm = 2.8 × 10 6 V / m. Recovery of the reverse polarity particles collected by the reverse polarity particle recovery member into the developer tank was performed by reversing the voltage applied to the developer carrier and the reverse polarity particle recovery member at the timing between the sheets.
各トナーを混合した現像剤には別記する表面電荷密度測定方法に従ってキャリアおよび逆極性粒子の表面電荷密度測定を行い、逆極性粒子の表面電荷密度がキャリアの表面電荷密度の何倍かを計算し、結果を表1に示した。 For the developer mixed with each toner, the surface charge density of the carrier and reverse polarity particles is measured according to the surface charge density measurement method described separately, and the surface charge density of the reverse polarity particles is calculated to be several times the surface charge density of the carrier. The results are shown in Table 1.
耐刷テスト中のトナー帯電量を表1に示す。表1にはキャリアの電荷付与性の変化の程度を示すため、50k枚時点、100k枚時点それぞれでの初期からのトナー帯電量変化の絶対値が0〜5μC/gの場合◎、5〜10μC/gの場合○、10μC/g〜の場合×を表示してある。 Table 1 shows the toner charge amount during the printing durability test. Table 1 shows the degree of change in charge imparting property of the carrier. Therefore, when the absolute value of the change in toner charge amount from the initial stage at the time of 50k sheets and 100k sheets is 0 to 5 μC / g, 5 to 10 μC In the case of / g, O is displayed in the case of 10 μC / g.
表1の結果から、逆極性粒子の現像剤中での表面電荷密度を現像剤中でのキャリアの表面電荷密度に対し0.5〜3.0倍の範囲にすることで、逆極性粒子の付着によるキャリアの電荷付与性の補助効果が適切な程度で発揮され、キャリアの電荷付与性が初期に近い状態に保たれることが分かる。その結果、初期からのトナー帯電量の変化を、50k枚時点においても0〜10μC/gに抑えることができ、地肌かぶりの増加や機内へのトナー飛散の増加といったトナー帯電量低下に伴う問題や、濃度の低下やドット再現性の悪化といったトナー帯電量上昇に伴う問題は発生しなかった。特に、逆極性粒子の現像剤中での表面電荷密度を現像剤中でのキャリアの表面電荷密度に対し1.2〜2.2倍の範囲にすることで、耐刷枚数の増加に伴う初期からのトナー帯電量の変化がほとんど発生せず、100k枚時点においても0〜5μC/gに抑えることができ、長期にわたり良好な画像を形成でき、現像装置の長寿命を達成できることが分かる。 From the results shown in Table 1, by setting the surface charge density of the reverse polarity particles in the developer to a range of 0.5 to 3.0 times the surface charge density of the carrier in the developer, It can be seen that the effect of assisting the charge imparting property of the carrier due to the adhesion is exhibited to an appropriate level, and the charge imparting property of the carrier is maintained in a state close to the initial state. As a result, the change in the toner charge amount from the beginning can be suppressed to 0 to 10 μC / g even at the time of 50k sheets, and there are problems associated with a decrease in toner charge amount such as an increase in background fog and an increase in toner scattering in the machine. No problems associated with an increase in toner charge amount such as a decrease in density or a deterioration in dot reproducibility occurred. In particular, by setting the surface charge density of the reverse polarity particles in the developer to a range of 1.2 to 2.2 times the surface charge density of the carrier in the developer, the initial charge accompanying an increase in the number of printed sheets It can be seen that the toner charge amount from the toner hardly changes, can be suppressed to 0 to 5 μC / g even at the time of 100k sheets, a good image can be formed over a long period of time, and the long life of the developing device can be achieved.
なお、キャリアおよび逆極性粒子の表面電荷密度の測定については次の方法で行った。
(キャリア表面電荷密度の測定方法)
キャリアの表面電荷密度σについては、キャリアを球体と考えて数1で求められる。式中dはキャリアの粒径、ρはキャリアの粒子密度、Mはキャリア質量、Qはキャリアの電荷量を示す。このうちキャリアの電荷量およびキャリア質量については図3の装置を用いて次のように測定した。図中32は磁石ローラ、31は磁石ローラに対し円周方向に自由に回転できるよう設けられた導電性スリーブ、34は金属性の導電性電極である。あらかじめ質量を測定しておいた耐刷前の未使用の現像剤を磁力によってスリーブローラ上に均一に吸着させておき、図示しないスイッチにより磁石ローラの回転と電圧の印加を開始する。スリーブローラ表面と電極34の間隔は2mm、印加する電圧は2kVとした。その結果、現像剤中のトナーはキャリアからすべて分離し、34に示す導電性の電極側に移動した。なお、スリーブローラ表面と電極34の間に形成される電界の絶対値の最大値は2000V/2mm=1.0×106V/mであり、この大きさの電界ではトナーに付着した逆極性粒子はトナーから分離せず、電極34側にトナーとともに移動する。
The measurement of the surface charge density of the carrier and the reverse polarity particles was performed by the following method.
(Measurement method of carrier surface charge density)
The surface charge density σ of the carrier can be obtained by
移動前後でコンデンサ35に充電された電荷量は、トナーおよびトナーに付着した逆極性粒子の電極34表面への移動によって誘起された電荷量である。一方、現像剤中の総電荷量はゼロであるから、この電荷量の絶対値は現像剤中でキャリアが持っていた電荷量の絶対値とも等しい。したがってコンデンサ35に充電された電荷量は現像剤中でキャリアが持っていた電荷量に等しくなる。この方法により、Vmのトナーの移動前後での変化量を測定しコンデンサ35の容量との積から現像剤中でキャリアが持っていた電荷量を算出した。また、はじめの現像剤質量から電極側に移動したトナーおよび逆極性粒子の質量を差し引くことでキャリア質量を測定した。一方、「コールターカウンター TA−II」により、キャリアの個数平均粒径を求め、これをキャリアの粒径とした。キャリアの粒子密度については液浸法により求めた。これらを数1に代入し、キャリアの表面電荷密度を算出した。
The amount of charge charged in the
(逆極性粒子表面電荷密度の測定方法)
一方、逆極性粒子の表面電荷密度についてもキャリアの場合と同様、逆極性粒子の粒径d、逆極性粒子の粒子密度ρ、逆極性粒子の質量M、逆極性粒子の電荷量Qから求めることができる。このうち逆極性粒子の電荷量および逆極性粒子質量については図4、図5に示す装置を用いて次のように測定した。まず、図4の装置において、磁石ローラ32に対し、円周方向に自由に回転できるよう設けられた導電性スリーブ31の表面に耐刷前の現像剤を磁石ローラ32の磁力によって均一に吸着させておき、直流電源33によって電圧を印加しながら磁石ローラ32を回転させた。その下を接地された導電性の平板電極36上を通過させ、現像剤中のトナーとトナーに付着した逆極性粒子を電界により飛翔させて平板電極36表面にトナー層を形成した。この際印加する電圧は150V、導電性スリーブ31表面と平板電極36の上面の最近接距離は2mmとした。この際、形成される電界は150V/2mm=0.075×106V/mと小さく、トナーからの逆極性粒子の分離は生じない程度にした。トナー層を形成した後、平板電極36を図5の装置に付け替えた。
(Measurement method of reverse polarity particle surface charge density)
On the other hand, as with the carrier, the surface charge density of the reverse polarity particles is obtained from the particle size d of the reverse polarity particles, the particle density ρ of the reverse polarity particles, the mass M of the reverse polarity particles, and the charge amount Q of the reverse polarity particles. Can do. Among these, the charge amount and the reverse polarity particle mass of the reverse polarity particles were measured as follows using the apparatus shown in FIGS. First, in the apparatus of FIG. 4, the developer before printing durability is uniformly adsorbed by the magnetic force of the
図5の装置はJapan Hardcopy 2004 Fall Meeting論文集P17に示されているものであり、平行平板電極36、37の間における荷電粒子46の運動に伴う誘導電荷を捕らえるための装置である。前記平行平板電極36、37間の静電容量と可変容量コンデンサ38の静電容量が等しくなるように可変容量コンデンサを調整することで、差動アンプ45に入力される電位差は荷電粒子46の運動に伴う電流に比例する。値が既知で等しい抵抗43,44の抵抗の値でその電位差を除することで荷電粒子46の移動に伴う電流が測定できる。その電流値を積算すると電極36から電極37へ移動した粒子の総電荷量が測定される。A/D変換器47は、差動アンプ45のアナログデータをデジタルデータに変換し、PC42はデジタルデータの演算を行う。この方法を用い、電源39、40により−200Vの直流電圧に周波数2kHz、Vpp1400Vの矩形波を重畳した電圧を平行平板電極36、37間に20周期印加し、停止前の電圧が印加波形のマイナス側である−900Vとなるようにして電圧を停止した。平行平板電極36、37の間隔は150μmとした。このように形成された電界により、逆極性粒子はトナーから離脱しトナーと逆方向へと往復運動し、その間、一部電極37に付着し、最終の停止電圧で電極37に付着して停止する。一方トナーは往復運動の後電極36に付着して停止する。電極36から電極37へ移動した粒子は逆極性粒子のみであることから、電圧の印加開始から最終の停止電圧までの電流値を積算し、電荷量に換算したものを逆極性粒子の電荷量とした。また、電極上に付着した逆極性粒子の重さから、逆極性粒子の質量を測定した。
The apparatus of FIG. 5 is shown in the Japan Hardcopy 2004 Fall Meeting paper collection P17, and is an apparatus for capturing the induced charge accompanying the movement of the charged
逆極性粒子の粒径については、前記電極に付着した逆極性粒子を走査型電子顕微鏡(SEM)のKEYENCE製VE8800にて撮影し、その画像を米国 Media Cybernetics社製の画像処理ソフトImage−Pro Plusで粒径解析する方法で測定した。粒子個数は300個となるまでSEM画像を撮影し、300個の個数平均径を逆極性粒子の粒径とした。また液浸法により逆極性粒子の粒子密度を求めた。 Regarding the particle size of the reverse polarity particles, the reverse polarity particles adhering to the electrodes were photographed with a VE8800 manufactured by KEYENCE of a scanning electron microscope (SEM), and the image was image-processing software Image-Pro Plus manufactured by Media Cybernetics, USA. The particle size was measured by the method of particle size analysis. SEM images were taken until the number of particles reached 300, and the number average diameter of 300 particles was defined as the particle size of the reverse polarity particles. Moreover, the particle density of the reverse polarity particles was determined by the immersion method.
こうして求めた逆極性粒子の粒径d、逆極性粒子の粒子密度ρ、逆極性粒子の質量M、逆極性粒子の電荷量Qを数1に代入し、逆極性粒子の表面電荷密度を算出した。
(実験例2)
図2に示した構成を有する現像装置を用い耐刷テストをおこなった。現像剤としてはコニカミノルタビジネステクノロジーズ社製bizhub C350用キャリア(体積平均粒径約33μm)と実験例1で使用したのと同じ種類の各粒子を外添したトナーを用いた。現像剤担持体には−400Vの直流電圧を印加した。トナー担持体には振幅1.6kV、DC成分−300V、Duty比50%、周波数2kHzの矩形波の現像バイアスを印加した。現像剤担持体の電位に対してトナー担持体の平均電位は100Vの電位差を有し、最大電位差は電位差900Vである。トナー担持体には表面にアルマイト処理を施したアルミローラを用い、現像剤担持体とトナー担持体との最近接部のギャップは0.3mmとした。像担持体上に形成された静電潜像の背景部電位は−550V、画像部電位は−60Vであり、像担持体とトナー担持体との最近接部のギャップは0.15mmとした。トナー担持体と現像剤担持体との間に形成されるトナー分離電界の絶対値の最大値は900V/0.3mm=3.0×106V/mであった。
The particle size d of the reverse polarity particles, the particle density ρ of the reverse polarity particles, the mass M of the reverse polarity particles, and the charge amount Q of the reverse polarity particles obtained in this way were substituted into the
(Experimental example 2)
A printing durability test was performed using a developing device having the configuration shown in FIG. As the developer, a carrier for bizhub C350 (volume average particle diameter of about 33 μm) manufactured by Konica Minolta Business Technologies and a toner externally added with the same type of particles used in Experimental Example 1 were used. A DC voltage of −400 V was applied to the developer carrying member. A rectangular wave developing bias having an amplitude of 1.6 kV, a DC component of −300 V, a duty ratio of 50%, and a frequency of 2 kHz was applied to the toner carrier. The average potential of the toner carrier has a potential difference of 100V with respect to the potential of the developer carrier, and the maximum potential difference is 900V. An aluminum roller having an alumite treatment on the surface was used for the toner carrier, and the gap at the closest part between the developer carrier and the toner carrier was 0.3 mm. The background potential of the electrostatic latent image formed on the image carrier is −550 V, the image portion potential is −60 V, and the gap between the image carrier and the toner carrier is 0.15 mm. The maximum value of the absolute value of the toner separation electric field formed between the toner carrier and the developer carrier was 900 V / 0.3 mm = 3.0 × 10 6 V / m.
耐刷テスト中のトナー帯電量を表2に示す。 Table 2 shows the toner charge amount during the printing durability test.
実験例1と同様に、逆極性粒子の現像剤中での表面電荷密度を現像剤中でのキャリアの表面電荷密度に対し0.5〜3.0倍の範囲にすることで、逆極性粒子の付着によるキャリアの電荷付与性の補助効果が適切な程度で発揮され、キャリアの電荷付与性が初期に近い状態に保たれる。その結果、初期からのトナー帯電量の変化を、50k枚時点においても0〜5μC/gに抑えることができ、地肌かぶりの増加や機内へのトナー飛散の増加といったトナー帯電量低下に伴う問題や、濃度の低下やドット再現性の悪化といったトナー帯電量上昇に伴う問題を発生しない。特に、逆極性粒子の現像剤中での表面電荷密度を現像剤中でのキャリアの表面電荷密度に対し1.2〜2.2倍の範囲にすることで、耐刷枚数の増加に伴う初期からのトナー帯電量の変化がほとんど発生せず、100k枚時点においても0〜5μC/gに抑えることができ、装置の長寿命を達成できる。
(実験例3)
逆極性粒子回収部材を除いた以外は実験例2と同様の構成の現像装置を用い耐刷テストをおこなった。現像剤としてはコニカミノルタビジネステクノロジーズ社製bizhub C350用キャリア(体積平均粒径約33μm)と実験例1および2で使用したのと同じ種類の各粒子を外添したトナーを用いた。
In the same manner as in Experimental Example 1, by setting the surface charge density of the reverse polarity particles in the developer to a range of 0.5 to 3.0 times the surface charge density of the carrier in the developer, the reverse polarity particles The effect of assisting the charge imparting property of the carrier due to the adhesion is exerted to an appropriate level, and the charge imparting property of the carrier is kept close to the initial state. As a result, the change in the toner charge amount from the initial stage can be suppressed to 0 to 5 μC / g even at the time of 50k sheets, and there are problems associated with a decrease in the toner charge amount such as an increase in background fog and an increase in toner scattering inside the machine. Thus, problems associated with an increase in toner charge amount, such as a decrease in density and a deterioration in dot reproducibility, do not occur. In particular, by setting the surface charge density of the reverse polarity particles in the developer to a range of 1.2 to 2.2 times the surface charge density of the carrier in the developer, the initial charge accompanying an increase in the number of printed sheets The toner charge amount from the toner hardly changes and can be suppressed to 0 to 5 μC / g even at the time of 100k sheets, and the long life of the apparatus can be achieved.
(Experimental example 3)
A printing durability test was performed using a developing device having the same configuration as in Experimental Example 2 except that the reverse polarity particle collecting member was omitted. As a developer, a carrier for bizhub C350 (volume average particle size of about 33 μm) manufactured by Konica Minolta Business Technologies and a toner externally added with the same type of particles used in Experimental Examples 1 and 2 were used.
耐刷テスト中のトナー帯電量を表3に示す。 Table 3 shows the toner charge amount during the printing durability test.
この構成の現像器を用いた場合には逆極性粒子の分離、回収が行われず、トナーに外添した逆極性粒子の種類によらずキャリア劣化抑制効果は得られなかった。
(実験例4)
図2に示した構成を有する現像装置を用い耐刷テストを、現像剤としてはコニカミノルタビジネステクノロジーズ社製bizhub C350用キャリア(体積平均粒径約33μm)と以下の製法により製造したトナーを作成し、使用した。すなわち、湿式造粒法により作製された体積平均粒径約6.5μmのトナー母材100質量部に対し、外添剤aとして疎水化剤であるヘキサメチルジシラザン(HMDS)により表面処理を施した個数平均一次粒径20nmの疎水性シリカ0.6質量部と、外添剤bとして個数平均一次粒径30nmのアナターゼ型酸化チタンを水系湿式中で疎水化剤であるイソブチルトリメトキシシランにより表面処理をした疎水性酸化チタン0.5質量部をヘンシェルミキサ(三井金属鉱山社製)を用いて40m/sの速度で2分間表面処理を行って、1段目の外添処理をした。
In the case of using the developing device having this configuration, the reverse polarity particles were not separated and collected, and the carrier deterioration suppressing effect was not obtained regardless of the kind of the reverse polarity particles externally added to the toner.
(Experimental example 4)
The developer having the configuration shown in FIG. 2 was used to perform a printing durability test. As a developer, a carrier for bizhub C350 (volume average particle size of about 33 μm) manufactured by Konica Minolta Business Technologies and a toner manufactured by the following manufacturing method were prepared. ,used. That is, 100 parts by mass of a toner base material having a volume average particle diameter of about 6.5 μm prepared by a wet granulation method is subjected to a surface treatment with hexamethyldisilazane (HMDS) as a hydrophobizing agent as an external additive a. 0.6 mass parts of hydrophobic silica having a number average primary particle size of 20 nm and an anatase-type titanium oxide having a number average primary particle size of 30 nm as an external additive b are surfaced with isobutyltrimethoxysilane which is a hydrophobizing agent in an aqueous wet process. A surface treatment was performed on 0.5 parts by mass of the treated hydrophobic titanium oxide using a Henschel mixer (manufactured by Mitsui Kinzoku Mine Co., Ltd.) at a speed of 40 m / s for 2 minutes, and the first external addition treatment was performed.
次に、この表面処理を施したトナーに対し、2段目の外添処理として逆極性粒子である外添剤cを処理した。処理は、外添剤cとして個数平均粒径350nmのチタン酸ストロンチウム100質量部に対しジメチルポリシロキサンを0.6質量部の割合で表面処理したものを用い、ヘンシェルミキサで表4に示す条件で行った。この時の逆極性粒子である外添剤cの表面電荷密度とキャリアの表面電荷との比とを実験例1に示す測定方法で測定した結果も表4に示す。現像剤以外の条件は実験例2で示した条件と同じ条件で耐刷テストを行った。 Next, an external additive c, which is reverse polarity particles, was processed as a second-stage external addition process on the surface-treated toner. The treatment was performed by using a surface treatment of 0.6 parts by mass of dimethylpolysiloxane with respect to 100 parts by mass of strontium titanate having a number average particle diameter of 350 nm as an external additive c, and using the conditions shown in Table 4 with a Henschel mixer. went. Table 4 also shows the results obtained by measuring the ratio of the surface charge density of the external additive c, which is a reverse polarity particle at this time, to the surface charge of the carrier by the measurement method shown in Experimental Example 1. The printing durability test was performed under the same conditions as those shown in Experimental Example 2 except for the developer.
また、使用した現像剤に対しては、逆極性粒子が逆極性粒子回収部材によってトナーから分離される割合を測定し、これを逆極性粒子分離率とした。逆極性粒子分離率の測定方法はつぎのとおりとした。すなわち、現像器を画像形成時と同じ条件で駆動し、トナー担持体表面にトナー層を形成し、そのトナー層中のトナーを収集した。また、一方でキャリアとの混合前の未使用トナーを用意し、誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP−AES)を用いて両者のトナー中に含まれるチタン酸ストロンチウムの量を定量した。そこから導かれたトナー担持体上のトナーにおけるチタン酸ストロンチウム比率を未使用トナーのチタン酸ストロンチウム比率で除した値を1から引いた値を算出し、逆極性粒子分離率とした。 For the developer used, the ratio of the reverse polarity particles separated from the toner by the reverse polarity particle recovery member was measured, and this was defined as the reverse polarity particle separation rate. The measurement method of the reverse polarity particle separation rate was as follows. That is, the developing device was driven under the same conditions as in the image formation, a toner layer was formed on the surface of the toner carrier, and the toner in the toner layer was collected. On the other hand, unused toner before mixing with the carrier was prepared, and the amount of strontium titanate contained in both toners was quantified using an inductively coupled plasma emission spectrometer (ICP-AES). A value obtained by dividing the strontium titanate ratio of the toner on the toner carrier derived therefrom by the strontium titanate ratio of the unused toner was calculated from 1 to obtain a reverse polarity particle separation rate.
逆極性粒子分離率および耐刷テストの結果を表5に示した。 The results of the reverse polarity particle separation rate and the printing durability test are shown in Table 5.
分離率が9.3%から50.3%の範囲にある場合に、現像剤中に回収される逆極性粒子の量が適切な範囲となり、逆極性粒子によるキャリア劣化抑制効果が適度に得られることが判る。これは分離率が低すぎると逆極性粒子の回収性が悪化し、逆極性粒子によるキャリアの劣化抑制効果が弱められ、一方、分離率が高すぎるとキャリアの劣化抑制効果は十分得られるものの、回収された逆極性粒子が現像剤中でトナーにも過剰に付着するようになり、結果的にトナーの帯電量が低下することによると考えられる。
(実験例5)
図4、図5の装置を用い、逆極性粒子表面電荷密度測定で示したのと同様の手順で平行平板電極の一方の電極に逆極性粒子を含むトナー層を形成した。トナーとしては実験例1−2で用いたのと同様のものを用いた。このトナーに含まれる逆極性粒子であるチタン酸ストロンチウム量は2質量%である。電極上に形成されたトナー層から、電界による逆極性粒子分離量を評価したところ、図6に示すような結果が得られた。図6に示すとおり、電界により分離された逆極性粒子量は約2.5×106V/mから立ち上がり、電界を大きくすると分離量も増大することがわかった。また、5.5×106V/m以上の電界を用いるとトナー担持体と現像剤担持体との間で、リークが発生した。以上のことから、トナーに含まれる逆極性粒子を電界により分離するためには2.5×106V/m以上5.5×106V/m以下の電界が有効なことがわかる。
When the separation rate is in the range of 9.3% to 50.3%, the amount of the reverse polarity particles collected in the developer is in an appropriate range, and the effect of suppressing the carrier deterioration by the reverse polarity particles can be appropriately obtained. I understand that. If the separation rate is too low, the recoverability of the reverse polarity particles deteriorates, and the carrier deterioration suppression effect by the reverse polarity particles is weakened.On the other hand, if the separation rate is too high, the carrier deterioration suppression effect is sufficiently obtained. It is considered that the collected reverse polarity particles are excessively attached to the toner in the developer, and as a result, the charge amount of the toner is decreased.
(Experimental example 5)
Using the apparatus of FIGS. 4 and 5, a toner layer containing reverse polarity particles was formed on one of the parallel plate electrodes in the same procedure as shown in the measurement of surface charge density of reverse polarity particles. As the toner, the same toner as used in Experimental Example 1-2 was used. The amount of strontium titanate which is a reverse polarity particle contained in this toner is 2% by mass. When the amount of reverse polarity particles separated by an electric field was evaluated from the toner layer formed on the electrode, the result shown in FIG. 6 was obtained. As shown in FIG. 6, the amount of the reverse polarity particles separated by the electric field rose from about 2.5 × 10 6 V / m, and it was found that the amount of separation increased when the electric field was increased. Further, when an electric field of 5.5 × 10 6 V / m or more was used, a leak occurred between the toner carrier and the developer carrier. From the above, it can be seen that an electric field of 2.5 × 10 6 V / m or more and 5.5 × 10 6 V / m or less is effective for separating the opposite polarity particles contained in the toner by the electric field.
1 像担持体(感光体ドラム)
2a、2b 現像装置
3 帯電装置
4 転写ローラ
5 クリーニングブレード
6 現像領域
7 トナー補給装置
11 現像剤担持体
12 スリーブローラ
13 磁石ローラ
14 電源
15 規制部材(規制ブレード)
16 現像剤槽
17 バケットローラ
18 ケーシング
19 補給ローラ
20 ATDCセンサ
21 ホッパ
22 逆極性粒子分離部材
23 補給トナー
24 現像剤
25 トナー担持体
31 導電性スリーブ
32 マグネットロール
33 バイアス電源
34 円筒電極
36、37 電極
38 可変容量コンデンサ
45 差動アンプ
46 荷電粒子
40、41、50、51 電源
42 PC
47 A/D変換器
1 Image carrier (photosensitive drum)
2a,
DESCRIPTION OF
47 A / D converter
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