JP3290130B2 - トナーリサイクル式現像方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真技術を用
いた複写機、プリンタ等の画像形成装置に適用され、記
録シートへの転写の過程を経た後に感光体の表面に残存
したトナーを現像剤として再使用するトナーリサイクル
式現像方法および同方法を実施するにあたって好適な現
像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記画像形成装置の現像方式に適用され
る乾式現像剤は、トナーに磁性体であるキャリア（フェ
ライト粉、鉄粉、ガラスビーズ等）が混合された二成分
系現像剤と、トナー自身に磁性粉末を担持させた一成分
系現像剤とに概ね分けられる。いずれの現像剤も、結着
樹脂および着色剤を主成分としており、他に、記録シー
トへの低温定着性を良好にするためのワックスや、極性
（正帯電か負帯電）を付与するための帯電制御剤等が添
加される。トナーは、これら材料が所定の配合で混合さ
れた後、溶融混練、粉砕、分級といった工程を経て粉体
に製造され、最後に、流動性、帯電性、クリーニング性
および保存性等の制御のために、シリカ、酸化チタン、
アルミナおよび各種の樹脂微粒子等の外添剤が付着され
て表面処理が施され、最終的に現像剤として供される。
ところで、近年の画像形成装置においては、省資源、ラ
ンニングコストの低減等を目的として、あるいは廃棄物
の規制が厳しくなったことへの対策として、現像装置に
トナーを再使用(リサイクル)する機構が付加されたもの
が提供されている。トナーを再使用するにあたっては、
感光体の表面に現像されたトナー画像が記録シートに転
写された後に感光体の表面に残存したトナー（トナー画
像の一部）を、クリーニングブレードあるいはファーブ
ラシ等で掻き落とし、そのトナーを現像剤が収容されて
いる現像剤収容器に搬送して未使用の現像剤中に回収す
るといった方式が一般に採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
にして回収されるトナーは、感光体からクリーニングブ
レードで掻き落とされたり、現像剤収容器まで搬送され
たりする回収工程の際、あるいは現像剤収容器の中で攪
拌される際に、熱的あるいは機械的負荷を受け、このた
め上記外添剤がトナー中（主に結着樹脂中）に埋没し
て、外添剤の機能が十分に発揮されない場合があった。
具体的には、特にトナーの帯電性が低下したり帯電の立
ち上がりが悪化することにより、定着後の画像上に発生
するカブリが悪化してしまうといった画像欠陥が発生す
る。したがって本発明は、外添剤の埋没に起因して発生
するカブリの悪化が効果的に防止されてトナー寿命の延
長が図られるトナーリサイクル式現像方法およびその装
置を提供することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明のトナーリサイク
ル式現像方法は、感光体の表面に形成された静電潜像を
トナーを含む現像剤により現像してトナー画像に可視像
化し、一方、そのトナー画像が記録シートに転写された
後に、感光体に残存するトナーを回収するとともに、そ
の回収トナーを可視像化に再使用する現像方法におい
て、次の材料および物性を有するトナーを用いることを
特徴としている。材料としては、結着樹脂および着色剤
を主成分とし、これらの混合物が、例えば、溶融混練、
粉砕、分級といった工程を経て粉体に製造される。この
粉体に上記外添剤を付着して表面処理を施し、用いるト
ナーとする。そしてその物性としては、高圧プレス機に
より５００ｋｇ／ｃｍ² で圧縮固化した試料、もしくは
１８０℃のオーブン中にて溶融した後に室温放置により
固化させた試料を、ＪＩＳ Ｂ７７２５およびＪＩＳＺ
２２４４によって求めたビッカース硬度が、１６.０Ｈ
Ｖ０.０１(１０ｇ)以上、好ましくは１７.０ＨＶ０.０
１(１０ｇ)以上であるものとする。このような硬度を有
することにより、回収工程等においてトナーが熱的ある
いは機械的負荷を受けても外添剤がトナー中に埋没する
ことが抑制される。よって外添剤の機能が常に維持され
てトナー寿命が延長し、カブリの悪化による画像欠陥が
防止される。

【０００５】また、本発明では、トナーの主成分を構成
する結着樹脂として、そのビッカース硬度が、上記測定
方法により、１５.０ＨＶ０.０１(１０ｇ)以上、好まし
くは１６.０ＨＶ０.０１(１０ｇ)以上のものを用いるこ
とを特徴とする。これにより、トナーのビッカース硬度
が確実に上記の通りとなる上、さらなる増大が見込まれ
るので、本発明の効果がより一層発揮される。

【０００６】一方、本発明のトナーリサイクル式現像装
置は、トナーを含む現像剤を収容する現像剤収容器と、
この現像剤収容器に収容された現像剤を担持し、その担
持した現像剤を感光体に近接させることにより感光体の
表面に形成された静電潜像にトナーを吸着させて静電潜
像をトナー画像に可視像化する現像体と、トナー画像が
記録シートに転写された後に、感光体に残存するトナー
を回収して現像剤収容器に戻すトナー回収手段とを備え
るもので、用いるトナーを、上記現像方法と同様のもの
とすることを特徴としている。この現像装置にあって
は、上記現像方法を実施するにあたってきわめて好適な
ものであり、外添剤の機能が常に維持され、カブリの悪
化による画像欠陥が防止されるといった効果が同様に奏
される。

【０００７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態を図面
を参照して説明する。図１は、複写機の画像形成手段を
概念的に示している。図中符号１は矢印Ａ方向に回転す
る感光体ドラム（感光体）であり、この感光体ドラム１
の周囲には、その回転方向にしたがって、コロナ帯電器
２、光学系３、現像剤（一成分系もしくは二成分系）６
を収容する現像剤収容器４ａおよび現像スリーブ（現像
体）４ｂ、コロナ転写器５、クリーニングブレード９
ａ、除電手段１０がこの順に配置されている。符号７で
示す記録シートは、図中右側から搬送されて感光体ドラ
ム１とコロナ転写器５との間を通過するようになされ、
搬送先には加熱・加圧方式の定着ローラ対８が配置され
ている。クリーニングブレード９ａは、転写後に感光体
ドラム１の表面に残存するトナー（トナー画像の一部：
回収トナー）６ｂを掻き落とすものであり、その掻き落
とされたトナー６ｂは、回収搬送路９ｂを経て現像剤収
容器４ａに戻されるようになされている。この場合、ク
リーニングブレード９ａと回収搬送路９ｂとによりトナ
ー回収手段９が構成され、この回収手段９と、現像剤収
容器４ａおよび現像スリーブ４ｂとの組み合わせによ
り、現像装置４が構成されている。

【０００８】この画像形成手段による画像形成工程は、
次の通りである。まず、コロナ帯電器２のコロナ放電に
より、回転する感光体ドラム１の表面が一様に帯電さ
れ、次に、光学系３の露光により感光体ドラム１の表面
に静電潜像が形成される。現像スリーブ４ｂは現像剤収
容器４ａに収容されている現像剤６を吸着しながら回転
し、その現像剤６中のトナー（一成分系の場合は現像剤
６全てがトナーである）が、感光体ドラム１の表面に形
成された静電潜像に逆極性作用で吸着される。これによ
り、静電潜像はトナー画像６ａとして可視像化される。
次に、記録シート７が感光体ドラム１とコロナ転写器５
との間に搬送されてトナー画像６ａに重ねられ、その裏
面からコロナ転写器５により転写電荷が与えられること
により、記録シート７上にトナー画像６ａが転写され
る。この後、記録シート７は定着ローラ対８の間を通過
し、その際に、トナー画像６ａが記録シート７上に定着
される。一方、記録シート７に転写されずに感光体ドラ
ム１の表面に残存したトナー６ｂはクリーニングブレー
ド９ａにより掻き落とされ、これにより感光体ドラム１
の表面は清浄化され、この後、除電手段１０で除電され
る。クリーニングブレード９ａにより掻き落とされたト
ナー６ｂは、回収搬送路９ｂを経て現像剤収容器４ａに
戻され、再び使用される。

【０００９】上記現像剤は、一成分系現像剤もしくは二
成分系現像剤であり、一成分系の場合であればトナーそ
のものが現像剤とされ、二成分系の場合は、トナーにキ
ャリアが混合されたものが現像剤とされる。以下に、本
実施形態におけるトナーを構成する材料を説明する。

【００１０】（１）主成分 ＜結着樹脂＞結着樹脂は、スチレン、α−メチルスチレ
ン、クロルスチレン等のスチレン類、アクリル酸メチ
ル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル
酸ブチル、アクリル酸オクチル等のアクリル酸エステル
類、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタ
クリル酸ブチル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸
ステアリル等のメタクリル酸エステル類、メタクリル酸
グリシジル、アクリロニトリル、マレイン酸、マレイン
酸エステル、塩化ビニル、酢酸ビニル、安息香酸ビニ
ル、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニ
ルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニ
ル系単量体を単独重合したもの、または共重合したスチ
レン系樹脂、アクリル系樹脂等のビニル系樹脂や、エポ
キシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等が用
いられる。

【００１１】＜着色剤＞着色剤は、カーボンブラック、
アニリンブルー、カルコオイルブルー、クロムイエロ
ー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キ
ノリンイエロー、メチレンブルークロライド、フタロシ
アニンブルー、マラカイトグリーンオキサレート、ラン
プブラック、ローズベンガル等が、単独もしくは混合さ
れて用いられる。着色剤は、十分な濃度の可視像が形成
されるに十分な割合の含有量が必要であり、例えば、結
着樹脂１００重量部に対して１〜２０重量部程度の割合
で含有される。

【００１２】（２）その他の添加材料 本発明のトナーは、上記結着樹脂および着色剤を主成分
とするものであるが、これらの他に、以下の材料が適宜
に添加される。 ＜低融点ワックス＞ 低融点ワックスは、トナーの溶融開始温度を低下させる
ことにより低温定着性を良好にするため等の目的で添加
され、合成ワックス、石油系ワックス等が用いられる。
合成ワックスとしては、ポリプロピレンワックス、フィ
ッシャートロプシュワックス等が挙げられ、石油系のワ
ックスとしては、パラフィンワックス、マイクロワック
ス、ペトロタム等が挙げられる。また、その他のワック
スとしては、カルナウバワックス、ライスワックス、キ
ャンデリラワックス等の天然ワックス、油脂系合成ワッ
クス等が用いられる。 ＜帯電制御剤＞ 帯電制御剤は、極性を付与するために添加され、正帯電
トナー用と負帯電トナー用とに分けられる。正帯電トナ
ー用としては、ニグロシン染料、第４級アンモニウム
塩、ピリジニウム塩およびアジン等が用いられる。ま
た、負帯電トナー用としては、アゾ系含金属錯体やサリ
チル酸系金属錯体が用いられる。 ＜離型剤＞ 離型剤は、定着用熱ロールとトナーとの離型性を確保す
るために添加され、低分子量ポリプロピレンや低分子量
ポリエチレン等が用いられる。

【００１３】（３）外添剤 本発明のトナーは、上記材料が所定の配合で混合され、
その混合物が、溶融混練、粉砕、分級といった工程を経
て粉体に製造される。そして、この粉体に、次の外添剤
を混合することにより粉体の表面処理を施し、用いるト
ナーとする。外添剤は、トナーの流動性、帯電性、クリ
ーニング性および保存性等の制御のために添加され、シ
リカ、アルミナ、タルク、クレー、炭酸カルシウム、炭
酸マグネシウム、酸化チタンまたは各種の樹脂微粒子等
が用いられる。外添剤は、上記主成分１００重量部に対
して０．３〜３重量部程度の割合で添加される。また、
外添剤による主成分の表面処理を行うにあたっては、タ
ービン型攪拌機、ヘンシェルミキサー、スーパーミキサ
ー等の一般的な攪拌機により、主成分と外添剤とを混合
して攪拌する等の方法が挙げられる。

【００１４】本発明のトナーは、高圧プレス機により５
００ｋｇ／ｃｍ² で圧縮固化した試料、もしくは１８０
℃のオーブン中にて溶融した後に室温放置により固化さ
せた試料を、ＪＩＳ Ｂ７７２５およびＪＩＳ Ｚ２２
４４によって求めたビッカース硬度が、１６.０ＨＶ０.
０１(１０ｇ)以上である。このような物性を付与するに
は、例えば、主成分のほとんどを構成する結着樹脂に、
ビッカース硬度が例えば１５.０ＨＶ０.０１(１０ｇ)以
上のものを用い、結着樹脂以外の主成分を加えることに
より１６.０ＨＶ０.０１(１０ｇ)以上とすることができ
る。結着樹脂のビッカース硬度が１５.０ＨＶ０.０１
(１０ｇ)以上、あるいは１６.０ＨＶ０.０１(１０ｇ)以
上のものを用いれば、トナーのビッカース硬度が確実に
１７.０ＨＶ０.０１(１０ｇ)以上となる上、さらなる増
大が見込まれるので、本発明の効果がより一層発揮され
て好ましい。ビッカース硬度が上記の値を示す結着樹脂
は、上記の如きモノマー組成を適宜選択したり、樹脂製
造時の重合条件等を適宜制御することにより得ることが
できる。トナーが上記のような硬度を有することによ
り、回収工程等において回収トナーが熱的あるいは機械
的負荷を受けても、外添剤がトナー中に埋没することが
抑制される。よって、再使用が繰り返されても外添剤の
機能が常に維持されるのでトナー寿命が延び、カブリの
悪化による画像欠陥が常に防止される。

【００１５】

【実施例】次に、本発明に基づく実施例１，２と、本発
明に対する比較例１，２により、本発明の効果をより明
らかにする。各実施例および各比較例においては、以下
のように、主成分となる結着樹脂、着色剤、離型剤およ
び帯電制御剤の配合、ならびに外添剤の添加量を全て同
一とした。 ・結着樹脂 １００部 ・着色剤 カーボンブラック ５部 ・離型剤 ポリプロピレンワックス ３部 ・帯電制御剤 含金属錯塩染料 １部 ・外添剤 疎水性シリカ ０．３部

【００１６】そして、結着樹脂の種類を実施例および比
較例ごとに変え、上記着色剤、離型剤および帯電制御剤
を混合してトナー主成分を製造し、さらに、外添剤を添
加してトナーを製造した。表１に、各実施例および各比
較例に用いた結着樹脂の種類、結着樹脂およびトナーの
ビッカース硬度ＨＶ０.０１(１０ｇ)を示す。ビッカー
ス硬度は、１８０℃のオーブン中で溶融した後に室温放
置により固化させた試料を、ＪＩＳ Ｂ７７２５および
ＪＩＳ Ｚ２２４４によって求めた。なお、トナーの製
造方法は次の通りである。結着樹脂、着色剤、離型剤お
よび帯電制御剤を上記配合としてスーパーミキサーを用
いて混合し、加圧ニーダーにより１２０℃で熱溶融混練
して混練物を得た後、その混練物をジェットミルで粉砕
してから乾式気流分離機で分級してトナー主成分よりな
る粉体を得た。次いで、その粉体１００重量部に対し上
記外添剤をヘンシェルミキサーで混合することにより、
粉体表面に疎水性シリカを付着させて表面処理を施し
た。

【００１７】

【表１】

【００１８】次いで、実施例１，２および比較例１，２
のトナーを４重量部とし、これらトナーにフェライトキ
ャリア１００重量部をそれぞれ混合し、トナーリサイク
ルシステムが装備された市販の複写機（松下電産社：Ｐ
Ｄ−３０１８）に適用して１万枚までの連続複写を行
い、初期と１万枚後における画像濃度および非画像部の
カブリを測定した。画像濃度はベタ画像を反射濃度計
（マクベス社製：ＲＤ−９１４）により測定し、カブリ
は測色色差計（日本電色工業社製：ＺＥ２０００）によ
り測定した。その結果を、表２に示す。なお、画像濃度
は実用上１．３５以上、カブリは実用上１．００以下で
あることが必要である。

【００１９】

【表２】

【００２０】表２から判るように、本発明の条件を満足
する実施例１，２のトナーにおいては、画像濃度および
カブリのいずれも実用上問題ないことが確かめられた。
一方、比較例１，２においては、いずれも画像濃度に関
しては実用上問題はないが、１万枚後のカブリが著しく
悪化し、画像欠陥が発生した。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
上記の所定硬度以上を有するトナーを用いることによ
り、回収工程等においてトナーが熱的あるいは機械的負
荷を受けても外添剤がトナー中に埋没することが抑制さ
れ、よってリサイクルが繰り返されても外添剤の機能が
常に維持されてトナー寿命が延び、カブリの悪化による
画像欠陥が常に防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る画像形成手段の概
念図である。

【符号の説明】

１…感光体ドラム（感光体）、４ａ…現像剤収容器、４
ｂ…現像スリーブ（現像体）、６…現像剤、６ａ…トナ
ー画像、６ｂ…回収トナー、７…記録シート、９…トナ
ー回収手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｇ 21/10 Ｇ０３Ｇ 9/08 ３６１ 21/00 ３２６ (72)発明者 松本 建 静岡県静岡市用宗巴町３番１号 株式会 社巴川製紙所 技術研究所内 (56)参考文献 特開 平６−282107（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G03G 9/00 - 9/08 G03G 15/08 - 15/095

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感光体の表面に形成された静電潜像を、
   トナーを含む現像剤により現像してトナー画像に可視像
   化し、一方、そのトナー画像が記録シートに転写された
   後に、前記感光体に残存するトナーを回収するととも
   に、その回収トナーを可視像化に再使用するトナーリサ
   イクル式現像方法において、 前記トナーとしては、結着樹脂および着色剤を主成分と
   する粉体であり、この粉体表面に外添剤が付着されたも
   のを用い、 前記結着樹脂のビッカース硬度が、１５.０ＨＶ０.０１
   (１０ｇ)以上であり、前記 トナーのビッカース硬度が、
   １６.０ＨＶ０.０１(１０ｇ)以上であることを特徴とす
   るトナーリサイクル式現像方法。
2. 【請求項２】 感光体の表面に形成された静電潜像を可
   視像化するトナーリサイクル式現像装置であって、 トナーを含む現像剤を収容する現像剤収容器と、 この現像剤収容器に収容された前記現像剤を担持し、そ
   の担持した現像剤を前記感光体に近接させることにより
   前記静電潜像に前記トナーを吸着させて静電潜像をトナ
   ー画像に可視像化する現像体と、 前記トナー画像が記録シートに転写された後に、前記感
   光体に残存するトナーを回収して前記現像剤収容器に戻
   すトナー回収手段とを備え、 前記トナーは、結着樹脂および着色剤を主成分とする粉
   体であって、この粉体表面に外添剤が付着されたもので
   あり、 前記結着樹脂のビッカース硬度が、１５.０ＨＶ０.０１
   (１０ｇ)以上であり、 前記トナーのビッカース硬度が、１６.０ＨＶ０.０１
   (１０ｇ)以上であることを特徴とするトナーリサイクル
   式現像装置。