JP2004117411A - 画像形成装置およびその画像形成方法と現像剤 - Google Patents
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Abstract
【課題】画像劣化のない高品位の画像を形成できるようにする。
【解決手段】帯電器2によって一様に帯電された感光体1の表面に、露光装置3による光書き込みで形成される静電潜像を、現像装置4で2成分現像剤によって現像してトナー像とし、それを転写ローラ52を用いた転写装置5によって転写紙に転写する。このときトナーのガラス転移温度から軟化温度の範囲の温度の熱と10〜100N/cm2の圧力を加えて、トナー像の転写紙への転写と同時に半定着を行う。その後、その転写紙を定着装置7の定着ローラ71と加圧ローラ72の間を通過させることにより、半定着されているトナー像を本定着する。
【選択図】 図1
【解決手段】帯電器2によって一様に帯電された感光体1の表面に、露光装置3による光書き込みで形成される静電潜像を、現像装置4で2成分現像剤によって現像してトナー像とし、それを転写ローラ52を用いた転写装置5によって転写紙に転写する。このときトナーのガラス転移温度から軟化温度の範囲の温度の熱と10〜100N/cm2の圧力を加えて、トナー像の転写紙への転写と同時に半定着を行う。その後、その転写紙を定着装置7の定着ローラ71と加圧ローラ72の間を通過させることにより、半定着されているトナー像を本定着する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明に属する技術分野】
この発明は、複写機やプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置と、その画像形成装置による画像形成方法、およびその画像形成装置の現像装置で使用する現像剤に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置では、その画像形成に多くの工程が必要である。例えば、複写機の場合はスキャナ部で原稿の画像を読み取って電気信号に変換した画像データに基づくプリント信号をプロッタ部へ送出し、プリンタの場合はパーソナルコンピュータ等のホスト装置から直接プロッタ部にプリント信号を入力する。そして、プロッタ部では、露光工程でそのプリント信号に応じてレーザ光等を使用する光書きこみによって感光体上に光学像を照射し、帯電した感光体上に静電潜像を形成する。
【0003】
その静電潜像に対し、現像工程で現像剤によって現像し、トナーに代表される有色微粉末を静電的に付着させる。さらに、次の転写工程でそのトナー像を転写紙に静電的に転写する。最近、カラーの分野では中間転写体上に3〜4色のトナー像を転写し、それをまとめて転写紙に転写する方式も多く用いられている。さらに、転写紙上に転写されたトナー像を定着工程で熱と圧力を加えて溶融・固着させて画像を形成する。
【0004】
画像品質について検討した場合、上記のすべての工程で画像の劣化が発生する。特に現像、転写、定着の各工程での画像の劣化が大きいことは周知の通りである。
現像工程では、感光体上の静電潜像に対して、トナーが潜像の周りの電界により付着するため、潜像より広範囲に現像されたり、現像剤中のキャリアの摺擦によりトナー像がかすれるなど、静電潜像に対して画像の劣化が発生する。最近の技術では、トナーの小径化、球形化、キャリアの小径化、低抵抗化、交流バイアスなどによって、この劣化が改善されてきている。
【0005】
一方、転写工程では、現像されたトナー(トナー像)が付着した感光体と、その回転に同期して搬送される転写紙とを当接させ、そのトナー像電界により感光体から転写紙に静電的に転移させる。しかしこの転写工程の転写紙と感光体が密着する前後の近接する工程で、静電的にチリやニジミなどにより画像劣化が発生するが、この劣化については未だ解決には至っていない。
また定着工程でも課題がある。定着性を良くするためにトナーを完全に溶融させるとトナー像の広がりが発生し、転写紙上のトナーに付着量のムラがある場合や転写チリなどがある場合には、定着後のドット径やライン幅のばらつきが大きくなり、画像の劣化を招くことが多い。
【0006】
しかし、このような画像形成装置における画像の劣化現象は転写工程での劣化によるものが大きく、その結果、画像のボソツキの発生や画像の鮮鋭度や解像度などの悪化をもたらしている。
そこで、従来から転写工程と定着工程を同時に行うことが提案されており、トナー像を転写紙に転写すると同時に加熱定着を行うシステムがよく知られている。また、熱によるシステムへの悪影響をなくすために、加熱せず圧力のみで転写同時定着を行う方式も提案されている。
さらに、アモルファスシリコン感光体とカプセルトナーを用いて、感光体に対向した転写定着装置により感光体上に作像されたトナーを圧力転写と同時定着する方式が提案されている(特許文献1,2参照)。−
【0007】
【特許文献1】
特開平5−216354号公報
【特許文献2】
特開平6−35341号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した熱や圧力で転写と同時に完全定着する方式では、発熱体が感光体に接触して転写と完全定着を同時に行う構造になってしまうために、例えば冷却装置を具備したとしても感光体および感光体上のトナーや現像装置などへの熱によるダメージを避けることができないという問題があった。
また、転写定着を圧力のみで行う方式では転写定着性の面で980N/cm2以上の圧力が必要とされることから、装置の大型化と重量化や転写紙の定着じわが発生するという問題があった。
【0009】
さらに、カプセルトナーを用いた場合には、カプセルトナーは実用的には問題が多く、特に現像と定着の両立ができておらず、またコストが高すぎるという問題があった。
いずれにしても、これら従来の転写工程と定着工程を同時に行う方式では、圧力が大きく、機構上、転写紙搬送上の問題もあり、あるいは特殊なトナーが必要になるため、実用化はなされていない。
【0010】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、装置を大型化や重量化することなく、高価なカプセルトナーを使用する必要もなく、画像形成装置により劣化のない高品位の画像が得られるようにすることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明は、静電潜像を形成する感光体と、その静電潜像を現像剤によって現像してトナー像にする現像装置と、感光体上のトナー像を転写紙に転写させる転写装置と、その転写されたトナー像を転写紙に定着させる定着装置と、感光体1上に残ったトナーを除去するクリーニング装置とを備えた画像形成装置を、上記の目的を達成するため、次のように構成したものである。
すなわち、上記転写装置に、感光体上のトナーと転写紙に熱と圧力を与えることにより、上記トナー像の転写紙への転写と半定着とを同時に行う転写ローラと、その転写ローラと感光体との間に10〜100N/cm2の範囲の圧力を加える手段と、該転写ローラの表面をトナーのガラス転移温度から軟化温度の範囲の温度に加熱する手段とを設ける。
そして、上記定着装置では、上記転写装置によって上記転写紙に転写されて半定着されたトナー像を本定着するようにした。
【0012】
上記感光体の表面粗さが、現像装置で使用する現像剤のトナー粒径の1/2以下であるのが望ましい。
上記感光体はアモルファスシリコン感光体であるとよい。
この画像形成装置において、上記現像装置と転写装置とクリーニング装置を感光体に対して接離可能に設け、作像時以外は感光体から離した状態に維持するのが望ましい。
上記クリーニング装置がブレードと回転するブラシとを備えており、そのブラシに当接するようにステアリン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩のブロックを配置し、そのブラシの回転により脂肪酸金属塩が感光体の表面に塗布されるようにすると、感光体表面の摩擦係数を低減することができる。
【0013】
この発明による上記画像形成装置による画像形成方法は、前記転写紙として表面粗さが上記現像装置で使用する現像剤のトナー粒径の2倍以上である転写紙を使用する。
また、上記現像装置で使用する現像剤のトナーとして、ガラス転移点が50〜80℃で、軟化温度が100〜180℃であるトナーを用いるとよい。
さらに、上記トナーとして、溶融粘度が1000PaSとなる温度が120〜190℃であるトナーを用いるのが望ましい。
上記トナーとして、平均円形度が0.92以上であるトナーを用いるとよい。
上記トナーとして、粒径の分散度が1.4以下であるトナーを用いるとよい。
さらに、上記トナーとして、体積固有抵抗が1×109Ω・cm以上であるトナーを用いるのが望ましい。
あるいは、上記トナーとして、ゆるみ見掛け密度が0.30g/ml以上であるトナーを用いるとよい。
【0014】
この発明による現像剤は、上記画像形成装置における現像装置で使用する現像剤であって、トナーとキャリアとが混合しており、そのトナーのガラス転移点が50〜80℃で、軟化温度が100〜180℃である。
また、上記トナーの溶融粘度が1000PaSとなる温度が120〜190℃であるとよい。さらに、上記トナーの平均円形度が0.92以上であるのが望ましい。上記トナーの粒径の分散度は1.4以下であるとよい。
これらの現像剤での上記トナーの体積固有抵抗が1×109Ω・cm以上であることが望ましい。さらに、上記トナーのゆるみ見掛け密度が0.30g/ml以上であるとよい。
【0015】
【発明の実施の形態】
<画像形成装置全体の概略説明>
以下、この発明の実施の形態を具体的に説明する。
図1は、この発明による画像形成装置の一実施形態の構成を示す概略図である。
この画像形成装置10は電子写真方式の画像形成装置であり、筐体内にプロッタ部11および図示を省略している制御部と、その上部にスキャナ部12を備えている。
そのプロッタ部11には、記録媒体であるドラム状の感光体1を備えている。その感光体1の周囲には矢示Aで示す時計回りの回転方向に沿って、電子写真方式の作像工程を実行するための帯電器2、露光装置3、現像装置4、転写装置5、クリーニング装置6および定着装置7が配設されている。
【0016】
スキャナ部は、圧板12aと、その下側に図示していないプラテンガラスを備え、その下側の内部にハロゲンランプと多数のミラーおよびレンズからなる読み取り光学系および光電変換素子であるCCDラインセンサ等が設けられている。
このスキャナ部12は、一般のデジタル複写機に設けられている公知のものを使用できるので、詳細な説明は省略する。
【0017】
帯電器2は帯電工程を実行し、矢示A方向に回転する感光体1の表面を一様に帯電させる
露光装置3は露光工程を実行し、スキャナ部12で読み取った原稿の画像データ、あるいは図示しないパーソナルコンピュータ(PC)等のホスト装置から送られる画像データ(プリント信号)に基いて、露光装置3のレーザ光源の発光を変調し、ポリゴンモータで回転されるポリゴンミラーでそのレーザ光をスキャンさせ、ミラー33を介して帯電された感光体1の表面を露光して、感光体1上に画像データに応じた静電潜像を形成する。その感光体1には耐熱性等を考慮してアモルファスシリコン感光体を用いるのが好ましい。
【0018】
感光体1上に形成された静電潜像は、感光体1に対して接離可能に設けられた現像装置4による現像工程で現像剤によって現像され、有色微粉末であるトナーを付着されてトナー像が形成される。
一方、転写紙の貯蔵されている転写紙バンク(カセット)101、106のいずれかから、転写紙が給紙ローラ102又は107によって給紙され、分離給送ローラ対103、搬送ローラ対108によって矢示B方向に搬送され、その先端がレジストローラ対104に突き当たると一端停止される。
【0019】
そのレジストローラ対104は、感光体1上のトナー像と同期を取って回転して転写紙を矢示方向へ搬送する。それによって転写紙は感光体1と転写装置5とのニップ部に送られる。そして、転写装置5による転写工程で感光体1上のトナー像が転写紙に熱転写されると同時に半定着される。そのトナー像が半定着された転写紙は、転写ベルト53によって矢示C方向に搬送されて定着装置7へ送られ、定着装置7による定着工程で転写紙上のトナー像が本定着され、その転写紙は排紙ローラ対105によって搬送され、機外の排紙トレイ109上へ排出される。
【0020】
現像装置4は、キャリアとトナーが混合された2成分現像剤を使用する2成分磁気ブラシ方式の現像装置であり、内部に現像剤タンク、撹拌部材、多数の永久磁石を内蔵した現像ローラ等を備えており、感光体1と接離可能に配置され、画像形成時以外では現像装置4は感光体1から離した状態で維持されている。
クリーニング装置6は、未転写トナーや汚れが付着した感光体1の表面をクリーニングし、次の作像工程に入れるようにする装置であり、感光体1と接離可能に配置され、画像形成時以外ではクリーニング装置6は感光体1から離した状態で維持されている。このクリーニング装置6は感光体1の表面に摺接するブレード61と回転するブラシ62を備えている。
【0021】
さらに、そのブラシ62に当接するように脂肪酸金属塩のブロック63を配置し、ブラシ62の回転により脂肪酸金属塩が感光体1に塗布されるようになっている。そのブロック63の脂肪酸金属塩には、ステアリン酸亜鉛を使用すると、それが塗布されたときの感光体1の表面の摩擦係数を0.6以下にすることができる。
また、転写装置5は熱印加方式のものを設けているので、熱的ストレスを回避するために転写装置5は感光体1と接離可能に配置され、画像形成時以外のときは転写装置5を感光体1から離した状態に維持する。この転写装置の詳細は後述する。
【0022】
定着装置7は転写装置5で半定着されたトナー像を完全に転写紙に定着するために設けられたものである。
ここで、半定着とは、トナーが塑性変形することにより転写紙に食い込んで固定され、その転写紙が画像形成装置内で搬送されたり振動が加えられたりしても、画像の転移や劣化を生じない状態をいう。
【0023】
定着装置7の基本構成としてはハロゲンランプ等の加熱手段であるヒータ73を有する定着ローラ71と、それに圧接される加圧ローラ72とを備えている。定着ローラ71は、外径φ50mmの芯金(図示せず)の表面にゴム硬度が42HS(アスカC硬度計によって測定)程度のシリコンゴム等の弾性層を100〜500μm、好ましくは400μmの厚みに設け、さらにトナーの粘性による付着を防止する目的で、フッ素樹脂等の離型性の良い樹脂表層が形成されている。
【0024】
その樹脂表層は、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル(PFA)チューブ等で構成され、その厚みは機械的劣化を考慮して10〜50μm程度の厚みが好ましい。定着ローラ71の外周面には、図示していないが温度検知器が設けられ、定着ローラ71の表面温度を約160〜200℃の範囲の中で、ほぼ一定に保つようにヒータ73が制御されている。
加圧ローラ72は、図示していない芯金の表面にPFA、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のようなオフセット防止層が被覆されている。そして、定着ローラ71と同様に芯金の表面にシリコンゴム等の弾性層を設けてもよいし、ヒータ73と同様にヒータ74を設けてもよい。
【0025】
定着ローラ71と加圧ローラ72とは面圧が5〜10N/cm2の範囲の一定加圧力で圧接され、約10mmの定着ニップ幅を構成している。転写紙上の半定着されたトナー像は、それぞれ矢示DおよびE方向に回転する定着ローラ71と加圧ローラ72の間を通過するときに、圧力と熱を受けながら熱溶融し、両ローラ71,72間を出て冷却されることによって転写紙に定着される。
【0026】
<転写装置5の詳細>
次に、この発明の特徴的部分を構成している転写装置5について説明する。
従来の転写プロセスは静電気を利用した静電転写方式であるが、この発明では低温の熱を利用して転写し、その際により熱伝達が効率よく行われるよう、感光体と転写ローラ間に小さな圧力を加えることに特徴のある電子写真方式である。
すなわち、熱と小さな加圧力とを併用する新規な転写方式である。
図1に示すように、転写装置5は転写ローラ52と転写ベルト53とテンションローラ54から主に構成されている。
【0027】
転写ローラ52は、外径φ40mmの鉄、アルミ、ステンレス等の芯金が用いられ、その外側を硬度が60HS(アスカC硬度計で測定)の弾性体で被覆している。そして、感光体1との接触幅は約1.5mmで、図示していないスプリング等の加圧手段による押圧力は面圧で10〜100N/cm2になっている。転写紙と感光体1の密着から考慮すると、面圧はローラの硬度や接触幅によって決定されることであるが、20〜50N/cm2が好ましい範囲である。
転写ローラ52は半定着転写するための重要なローラであり、ここでは表皮部を上記の硬度を有する弾性体構造とし、必要な面圧と接触幅を得ている。
【0028】
さらに、転写ベルト53に熱を供給するために熱を低下させないよう、シリンダ状の金属芯金の表面には熱伝導率0.5×(1/1000)〔cal/cm・sec・℃〕=0.214[W/m・K]以下のシリコンゴムを厚さ3mmで被覆して硬度60HSを得ている。転写ローラ52内には加熱用のヒータ56が設けられ、外周には転写ベルト53が張られている。
また、転写ローラ52の外周面には温度検知手段であるサーミスタ等の温度センサ57が設けられており、転写ローラ52の表面温度はトナーのガラス転移温度Tgと軟化温度Tmの温度範囲内でほぼ一定に保たれるようにヒータ56が制御されている。一例として、通常のトナーでは50〜180℃、より好ましくは70〜120℃の温度が通常のトナーに対して用いられる。
【0029】
転写ベルト53は基材をシームレスのポリイミドフィルムで構成している。その外側にフッ素樹脂層を設けている。また、必要に応じてフィルム層の上にシリコンゴム層を設け、その上にフッ素樹脂層を設けてもよい。転写ベルト53の内側で転写ローラ52と反対側の端部にはベルト駆動用を兼ねたテンションローラ54が設けられ、テンションローラ54によって転写ベルト53にテンションが掛かるようになっている。
【0030】
この発明は熱を利用した転写方式であるため、従来の転写ベルトのようにゴム材を基材とすることは好ましくなく、転写ベルト材料を耐熱的なポリイミドのような材料から種々選択することが好ましい。また、この実施例では転写ベルト53の熱を低下させないために基材の外側にフッ素樹脂層を設けた。
転写ベルト53の下側には、転写ベルト53の表面に付着する紙粉や飛散トナー等を除去するためのブレード式のクリーナ58が設けられている。
【0031】
従来から加熱を利用して転写する技術は開示されているが、この発明におけるの転写装置が従来と異なる点は加熱温度が低い点にある。温度が高ければ転写性は向上するが、反面感光体1や現像装置4およびクリーニング装置6に対する熱的破壊を防止する技術が必要となる。また、感光体1上のトナーを感光体1からはく離するためのはく離効果を感光体1にもたせなければならないが、転写温度が大体140℃以上になると剥離しにくくなる。感光体として好ましいものは耐熱性を考慮するとアモルファスシリコン感光体である。
【0032】
一方、低い温度にすると転写が効率良く行われなくなる。その温度は大体80℃以下である。この発明は転写ベルト53にトナーのガラス転移温度Tg〜軟化温度Tmの範囲(例えば70〜120℃)の温度と一定の加圧力を併用することで、安定した半定着トナー像の転写が得られ、このことによって上述した感光体1や現像装置4およびクリーニング装置6に与える熱的ストレスが少なくなり、充分な転写性能を達成するものである。
【0033】
このように、トナーを転写紙上に半定着することがこの発明の構成上重要ではあるが、半定着トナーがより一層安定して得られるためには、感光体1の面粗さ等の表面特性や転写紙の面粗さおよびトナーの特性等も重要である。
例えば、感光体1の面粗さと転写紙の面粗さは、加温されて塑性変形したトナーが感光体1から転写紙に効率よく転写され、転写紙の表面に効率よく半定着させるために重要である。
【0034】
ここで、表面粗さ(Rz)は、「JIS B 0601−2002の表面粗さ」に準じた計算式を用いて以下に示すように求めた。商品名:VK−8500(キーエンス社)の表面粗さモードで被測定物(感光体表面および転写紙等)を測定し、十点平均粗さ(Rz)を求める。この十点平均粗さとは、粗さ曲線からその平均線方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線と直交する方向に最も高い山から5点(Yp1・2・3・4・5)の絶対値平均と、最も低い谷から5点(Yv1・2・3・4・5)の絶対値平均との和を求め、この値を「μm」であらわす。ここで、ノイズ成分を除去することは重要であり、ノイズ成分除去後に表面の粗さ(Rz)を算出した。
【0035】
上述した種々の感光体の表面粗さ(Rz)は0.6〜1.5μmであり、転写紙として、例えば商品名Type6000(リコー製)の普通紙の表面粗さ(Rz)は30〜60[μm]であり、ざら紙の表面粗さ(Rz)は150μmであった。
このことから、この画像形成装置の現像装置4で用いる現像剤のトナー粒径がおよそ6μm程度であることから、感光体1の表面粗さはトナーの感光体1からの離型性をよくすためにはトナー粒径の1/2程度以下であることが必要であり、転写紙の表面粗さはトナーに対するアンカー効果と現在の現像技術を加味するとトナー粒径の2倍以上、さらに好ましくは3倍以上は必要である。
【0036】
また、感光体1の表面摩擦係数は0.6以下であることが好ましく、0.6より大きい場合は転写時に半定着する際に感光体1との離型性が悪くなり、画像品質が悪化するからである。
感光体1の表面摩擦係数を低くする方法として、例えばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸など脂肪酸金属塩を感光体1の表面に均一に塗布するとよい。そのため、クリーニング装置6内の回転するブラシ62に当接するように、ステアリン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩のブロックを配置している。また、一般的な手段としてトナー中に脂肪酸金属塩を添加する方法もある。
表面摩擦係数の測定は協和界面化学(株)社製、全自動摩擦摩耗解析装置を用いて測定した。この時接触子として径が3mmのステンレス球を用いた。
【0037】
<トナー特性>
次に、この発明による画像形成装置の効果をより一層もたらすトナー特性について説明する。発明による画像形成装置の現像装置4ではキャリアとトナーを混合した2成分現像剤を使用する。
その現像剤に用いるトナーのガラス転移温度Tgは50〜80℃の範囲であることが望ましく、さらに好ましくは55〜70の範囲であるとよい。Tgが50℃未満の場合、この発明の転写方式では転写時の離形性が悪化し、トナーの保存性も悪化する。一方、80℃より大きい場合、転写時にトナー同士に粘着力が働かず、感光体1上にトナー粒が残り、定着時に定着性が悪化する。
Tgの測定はASTM D3418−82に準じた示差走査熱測定(以下、「DSC」とする)で行い、10℃/minの速度で昇温および降温してDSC曲線を得てトナーのTgを求めた。
【0038】
トナーの軟化温度Tmは100〜180℃(より好ましくは160℃)の範囲であることが好ましい。Tmが100℃未満の場合、転写時の離形性と保存性が悪化する。一方、160℃より高くなると定着時の熱定着性がやや悪化し、180℃より高くなると非常に悪化する。
Tmの測定はフローテスターCFT−500C(島津製作所)で測定した。測定は、押出圧力:1.9612MPa、昇温速度:6℃/min、
ダイ径:1.0mm、ダイ長さ:1.0mmの条件下にて行い、トナーが1/2流出した時の温度をTmとする。
【0039】
また、トナーの溶融粘度が1000PaSとなる温度が120〜190℃(より好ましくは180℃)ので範囲であることが好ましい。120℃未満の場合、定着時にホットオフセット(H.O)現象が発生しやすくなる。また、170℃より高くなると、定着時に熱定着性がやや悪化し、190℃より高くなると急速に悪化する。
トナーの溶融粘度はフローテスターCFT−500C(島津製作所)で測定した。測定は、押出圧力:1.9612[MPa]、昇温速度:[6℃/min]、ダイ径:1.0[mm]、ダイ長さ:1.0[mm]の条件下にて行い、トナーの溶融粘度ηを求めてトナーの溶融粘度ηが1000[Pa・s]となる温度を求めた。
【0040】
ここで、溶融粘度ηは下記の式により求める。
溶融粘度η=τ/γ=πD4P/128LQ
ただし、P:押出圧力[Pa] Q=X/10×A/t
D:ダイ径[mm]
L:ダイ長さ[mm]
t:計測時間[s]
X:計測時間tに対するピストンの移動量[mm]
A:ピストンの断面積[mm2]
【0041】
この発明による画像形成装置の現像剤に用いるトナーの平均円形度は0.92以上であることが好ましい。平均円形度が0.92未満の場合はトナー粒子が不定形となり、感光体上でのトナー像の集合状態が不均一となるため、転写時の熱と圧力のかかり方が不均一になり、転写率および転写品質が悪化する。
平均円形度は(株)SYSMEX製フロー式粒子像分析装置FPIA−2100を用いて求めた。測定は、まず、試薬1級純度の塩化ナトリウムを用いた1重量%のNaCl水溶液を調整した後、0.45μmのフィルターに通し、得られた水溶液50〜100[ml]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フォン酸塩0.1〜5[ml]と、測定試料のトナーを1〜10[mg]とを加えて測定用水溶液を作製した。
【0042】
次に、この試料を含有した測定用水溶液を超音波分散機で1分間の分散処理を行い、粒子濃度を5000〜15000個/μlに調整した後、CCDカメラで撮像した。そして、CCDカメラで撮像した2次元の画像面積と同一の面積を有する円の直径を円相当径として、円相当径で0.6μm以上をCCDの画素の精度から有効と判断して平均円形度の算出に用いた。
平均円形度は、各粒子の円形度を算出し、算出した各粒子の円形度を足し合わせ、全粒子数で割り算することによって得ることができる。各粒子の平均円形度は、粒子像と同じ投影面積をもつ円の周囲長を粒子投影像の周囲長で割ることにより算出することができる。
平均円形度が0.92以上のトナーは、機械的な衝撃による粉砕や、熱処理による一般的な方法などで作ることができる。
【0043】
トナー粒径の分散度(分散度=重量平均粒径/個数平均粒径 の式により定義される)が1.4以下であることが好ましい。分散度が1.4より大きいと、転写時に圧力と熱が均一に加わり難くなるため、転写にむらが発生しやすくなるので好ましくない。
重量平均粒径、および個数平均粒径の測定には、コールター・マルチサイザーIIe(コールター社製)が使用され、アパーチャー径は100[μm]が用いられた。
【0044】
転写紙に転写と同時に半定着するこの発明による転写方式においては、感光体1上に形成されたトナー像は密に現像されることが重要である。もし密に現像されない場合、転写時の圧力分布が不均一となり、転写にむらが生じる。トナー像を密に現像するためには、帯電する電荷量を均一に多くすることが好ましく、その電荷をトナーに保持するためにはトナーの体積固有抵抗が大きいことが必要であり、1×109Ω・cm以上が望ましい。1×109Ω・cm未満の場合はトナー像が疎に現像され、転写時に圧力分布が不均一となり、転写にむらが生じる。
【0045】
トナーの体積固有抵抗の測定は、トナー3.0gに588.4MPaの荷重をかけ直径40mmの円盤状のペレットにしたものをTR−10C型誘電体損測定器(安藤電気株式会社)にて測定する。その測定時の条件は、周波数は1KHz、RATIOは11×10−9である。
【0046】
この発明による画像形成装置の現像剤に使用するトナーのゆるみ見掛け密度は、0.30[g/ml]以上であることが好ましい。0.30[g/ml]未満の場合、トナーの凝集性が強くなり、感光体1上でのトナー像の厚みが不均一となり、転写時の圧力のかかりが不均一になり、転写率、転写品質が悪化する。また、凝集したトナーが非画像部に落ちることで、画像に不快な汚れが発生する。トナーのゆるみ見掛け密度はパウダーテスター(PTN型:ホソカワミクロン社製)を用いて測定した。
【0047】
トナーの重量平均粒径は3.0〜10.0μmが好ましい。トナー粒径は一般に小さいほど画像品質は優れ、10.0μmより大きいと画像品質が悪くなることがあるため好ましくない。しかし、この発明による転写工程のようにトナーの融点以下の温度を与えてトナーを半定着させる場合には、トナーの重量平均粒径が3.0μmより小さいと、トナーを塑性変形して転写紙に固着させるのに十分な熱が伝わりにくく、生産性の悪化や流動性の悪化が顕著になり、画像品質が悪くなるので好ましくない。
なお、トナーの重量平均粒径の測定にはコールター・マルチサイザーIIe(コールター社製)を使用し、アパーチャー径は100μmのものを用いた。
【0048】
この発明による画像形成装置で用いる現像剤のトナーに使用される結着樹脂としては、従来から公知の樹脂が全て使用可能である。例えば、スチレン、ポリ−α−スチルスチレン、スチレン−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ブタジェン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂(スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体)、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、石油系樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリビニルブチラート樹脂などが挙げられる。
【0049】
この発明による現像剤のトナーとしては、特にポリエステル樹脂が好ましい。ポリエステル樹脂は、アルコールとカルボン酸との縮重合法によって得られる。使用されるアルコールとしては、例えばエチレングリコール、ジエングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類、1、4−ビス(ヒドロキシメタ)シクロヘキサン、及びビスフェノールA等のエーテル化ビスフェノール類、その他二価のアルコール単量体、三価以上の多価アルコール単量体を挙げることができる。
【0050】
また、カルボン酸としては、例えばマレイン酸、フマール酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、マロン酸等の二価の有機酸単量体、1、2、4−ベンゼントリカルボン酸、1、2、5−ベンゼントリカルボン酸、1、2、4−シクロヘキサントリカルボン酸、1、2、4−ナフタレントリカルボン酸、1、2、5−ヘキサントリカルボン酸、1、3−ジカルボキシル−2−メチレンカルボキシプロパン、1、2、7、8−オクタンテトラカルボン酸等の三価以上の多価カルボン酸単量体を挙げることができる。
上記の各樹脂は単独使用も可能であるが、二種類以上混合して用いてもよい。なお、これらの樹脂の製造方法も特に限定されるものではなく、塊状重合法、溶液重合法、乳化重合法、懸濁重合法等のいずれによって製造したものでも使用できる。
【0051】
この発明による現像剤のトナーに使用される離型剤としても、公知のものを全て使用できるが、特に脱遊離脂肪酸型カルナウバワックス、モンタンワックス及び酸化ライスワックスを単独又は組み合わせて使用することができる。
カルナウバワックスとしては、微結晶のものがよく、酸価が5以下であり、トナーバインダー中に分散した時の粒子径が1μm以下の粒径であるものが好ましい。モンタンワックスについては、一般に鉱物より精製されたモンタン系ワックスを指し、カルナウバワックス同様、微結晶であり、酸価が5〜14であることが好ましい。酸化ライスワックスは、米糠ワックスを空気酸化したものであり、その酸価は10〜30が好ましい。
【0052】
その他の離型剤としては、固形シリコーンワニス、高級脂肪酸高級アルコール、モンタン系エステルワックス、低分子量ポリプロピレンワックス等、従来公知のいかなる離型剤をも混合して使用できる。
これらの離型剤の使用量は、トナーの結着樹脂成分100重量部に対し、1〜20重量部、好ましくは3〜10重量部である。
また、トナーに使用される外添剤としては無機微粒子を好ましく用いることができる。この無機微粒子の一次粒子径は、5〜2000nmであることが好ましく、特に5〜500nmであることが好ましい。
また、BET法による比表面積は、20〜500m2/gであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01−5.0重量%であることが好ましく、特に0.01−2.0重量%の範囲が好ましい。
【0053】
無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ペンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸パリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。
この他に高分子系微粒子、たとえばソープフリー乳化重合法や懸濁重合法、分散重合法によって得られるポリスチレン、メタクリル酸エステルやアクリル酸エステル共重合体やシリコーン、ベンゾグアナミン、ナイロンなどの重縮合系、熱硬化性樹脂による重合体粒子が挙げられる。
【0054】
また、トナーの粉体流動性を向上するために外添剤として流動化剤を用いるとよい。流動化剤の表面処理効果により疎水性が向上し、高湿度下においても流動特性や帯電特性の悪化を防止することができる。例えばシランカップリング剤、シリル化剤、フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤、有機チタネート系カップリング剤、アルミニウム系のカップリング剤などが好ましい流動化剤として挙げられる。
【0055】
この発明による現像剤に用いられるトナーには、必要に応じて帯電(荷電)制御剤を含有してもよい。帯電制御剤としては公知のものが全て使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。
【0056】
具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、第四級アンモニウム塩のボントロンPー51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のEー82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、第四級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、第四級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、第四級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、四級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。
【0057】
この発明による現像剤のトナーに使用される着色剤としては、従来からトナー用着色剤として使用されてきた顔料及び染料の全てを使用できる。具体的には、カーボンブラック、ランプブラック、鉄黒、群青、ニグロシン染料、アニリンブルー、カルコオイルブルー、オイルブラック、アゾオイルブラック等があるが特に限定はされない。
着色剤の使用量は、トナーの結着樹脂成分100重量部に対し1〜10重量部が好ましく、特に好ましくは3〜7重量部がよい。
【0058】
上述したトナーの製造方法は、従来公知の方法でよく、結着樹脂、離型剤、着色剤、その他場合によっては帯電制御剤等をミキサー等を用いて混合し、熱ロール、エクストルーダー等の混練機を用い混練した後、冷却固化し、これをジェットミル、ターボジェット、クリプトロン等の粉砕装置で粉砕し、その後分級して得ることができる。
上記トナーに外添剤の無機微粒子を添加するには、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサーなどの混合機を用いるとよい。
【0059】
<実施例>
以下、具体的な実施例によりこの発明を説明する。
実施例に用いる現像剤としてA〜Jの10種類の現像剤を作製した。
現像剤A
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 82重量部
(重量平均分子量:52000、Tg:54℃)
ポリエチレンワックス 5重量部
(分子量900)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 12重量部
帯電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0060】
以上の処方で、2軸エクストルーダーを用いて80℃の温度で混練した後、気流式粉砕機により粉砕・分級し、重量平均粒径9.5μm(粒径分散度=1.45)とした後、ヘンシェルミキサーを用いてシリカ(R−972:日本アエロジル)0.25重量%を混合し、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは53℃、Tmは98℃、体積固有抵抗は9.5×108Ω・cm、また平均円形度は0.91、溶融粘度が1000PaSとなる温度は115℃、ゆるみ見掛密度は0.28g/mlであった。
キャリアとしては、平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナー濃度が5.0重量%になるように混合し、この発明による現像剤Aを得た。
【0061】
現像剤B
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 82重量部
(重量平均分子量:182500、Tg:71℃)
ポリエチレンワックス 5重量部
(分子量1200)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 12重量部
帯電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0062】
以上の処方で2軸エクストルーダーを用いて160℃の温度で混練した後、気流式粉砕機により粉砕・分級し、重量平均粒径9.5μm(粒径分散度=1.42)とした後、ヘンシェルミキサーを用いてシリカ(R−972:日本アエロジル)0.25重量%を混合し、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは71℃、Tmは165℃、体積固有抵抗は8.5×108Ω・cm、平均円形度は0.91、溶融粘度が1000PaSとなる温度は175℃であり、ゆるみ見掛密度は0.29g/mlであった。
キャリアとしては平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナー濃度が5.0重量%になるように混合し、この発明による現像剤Bを得た。
【0063】
現像剤C
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 45重量部
(重量平均分子量:52000、Tg:54℃)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 40重量部
(重量平均分子量:105000、Tg:58℃)
ポリプロピレンワックス 4重量部
(ビスコール550P:三洋化成工業)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
帯電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0064】
以上の処方で、2軸エクストルーダーを用いて100℃の温度で混練した後、気流式粉砕機により粉砕・分級し、重量平均粒径8.5μm(粒径分散度=1.45)とした後、ヘンシェルミキサーを用いてシリカ(R−972:日本アエロジル)0.50重量%を混合し、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは56℃、Tmは105℃、体積固有抵抗は9.5×108Ω・cm、また平均円形度は0.91、溶融粘度が1000PaSとなる温度は118℃、ゆるみ見掛密度は0.29g/mlであった。
キャリアとしては、平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナーが濃度5.0重量%になるように混合し、この発明による現像剤Cを得た。
【0065】
現像剤D
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 65重量部
(重量平均分子量:182500、Tg:71℃)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 20重量部
(重量平均分子量:105000、Tg:58℃)
ポリプロピレンワックス 4重量部
(ビスコール550P:三洋化成工業)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
帯電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0066】
以上の処方で、2軸エクストルーダーを用いて150℃の温度で混練した後、気流式粉砕機により粉砕・分級して重量平均粒径8.5μm(粒径分散度=1.43)とした後、ヘンシェルミキサーを用いてシリカ(R−972:日本アエロジル)0.50重量%を混合し、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは68℃、Tmは155℃、体積固有抵抗は7.5×108Ω・cm、また平均円形度は0.90、溶融粘度が1000PaSとなる温度は172℃、ゆるみ見掛密度は0.29g/mlであった。
キャリアとしては、平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナー濃度が5.0重量%になるように混合し、この発明の現像剤Dを得た。
【0067】
現像剤E
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 35重量部
(重量平均分子量:182500、Tg:71℃)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 49重量部
(重量平均分子量:105000、Tg:58℃)
ポリプロピレンワックス 5重量部
(ビスコール550P:三洋化成工業)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
帯電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0068】
以上の処方で、2軸エクストルーダーを用いて120℃の温度で混練した後、気流式粉砕機により粉砕・分級して、重量平均粒径7.0μm(粒径分散度=1.46)とした後ヘンシェルミキサーを用い、シリカ(R−972:日本アエロジル)0.75重量%を混合し、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは65℃、Tmは150℃、体積固有抵抗は5.5×108Ω・cm、また平均円形度は0.90、溶融粘度が1000PaSとなる温度は125℃、ゆるみ見掛密度は0.29g/mlであった。
キャリアとしては、平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナー濃度が5.0重量%になるように混合し、この発明による現像剤Eを得た。
【0069】
現像剤F
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 60重量部
(重量平均分子量:182500、Tg:71℃)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 24重量部
(重量平均分子量:105000、Tg:58℃)
ポリプロピレンワックス 5重量部
(ビスコール550P:三洋化成工業)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0070】
以上の処方で、2軸エクストルーダーを用いて140℃の温度で混練した後、気流式粉砕機により粉砕・分級し重量平均粒径7.0μm(粒径分散度=1.46)とした後ヘンシェルミキサーを用い、シリカ(R−972:日本アエロジル)0.75重量%を混合し、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは65℃、Tmは150℃、体積固有抵抗は7.5×108Ω・cm、また平均円形度は0.90、溶融粘度が1000PaSとなる温度は165℃、ゆるみ見掛密度は0.29g/mlであった。
キャリアとしては、平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナー濃度が5.0重量%になるように混合し、この発明による現像剤Fを得た。
【0071】
現像剤G
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 58重量部
(重量平均分子量:182500、Tg:71℃)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 26重量部
(重量平均分子量:105000、Tg:58℃)
ポリプロピレンワックス 5重量部
(ビスコール550P:三洋化成工業)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
帯電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0072】
以上の処方で、2軸エクストルーダーを用いて140℃の温度で混練した後、機械式粉砕機により粉砕・分級して重量平均粒径7.5μm(粒径分散度=1.41)とした後、ヘンシェルミキサーを用いてシリカ(R−972:日本アエロジル)0.75重量%を混合し、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは65℃、Tmは153℃、体積固有抵抗は8.5×108Ω・cm、また平均円形度は0.95、溶融粘度が1000PaSとなる温度は152℃、ゆるみ見掛密度は0.29g/mlであった。
キャリアとしては、平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナー濃度が5.0重量%になるように混合し、この発明による現像剤Gを得た。
【0073】
現像剤H
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 60重量部
(重量平均分子量:182500、Tg:71℃)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 24重量部
(重量平均分子量:105000、Tg:58℃)
カルナウバワックス 5重量部
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
帯電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0074】
以上の処方で、2軸エクストルーダーを用いて135℃の温度で混練した後、機械式粉砕機により粉砕・分級して重量平均粒径6.5μm(粒径分散度=1.35)とした後、ヘンシェルミキサーを用たシリカ(R−972:日本アエロジル)1.00重量%を混合し、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは65℃、Tmは150℃、体積固有抵抗は9.5×108Ω・cm、また平均円形度は0.96、溶融粘度が1000PaSとなる温度は145℃、ゆるみ見掛密度は0.29g/mlであった。
キャリアとしては、平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナー濃度が5.0重量%になるように混合し、この発明による現像剤Gを得た。
【0075】
現像剤I
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 60重量部
(重量平均分子量:182500、Tg:71℃)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 27重量部
(重量平均分子量:105000、Tg:58℃)
カルナウバワックス 5重量部
カーボンブラック(三菱化成 #44) 7重量部
帯電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0076】
以上の処方で、2軸エクストルーダーを用いて130℃の温度で混練した後、機械式粉砕機により粉砕・分級して重量平均粒径6.5μm(粒径分散度=1.35)とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ(R−972:日本アエロジル)1.00重量%を混合して、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは62℃、Tmは150℃、体積固有抵抗は2.5×109Ω・cm、また平均円形度は0.97、溶融粘度が1000PaSとなる温度は145℃、ゆるみ見掛密度は0.29g/mlであった。
キャリアとしては平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナー濃度が5.0重量%となるように混合して、この発明による現像剤Iを得た。
【0077】
現像剤J
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 60重量部
(重量平均分子量:182500、Tg:71℃)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 27重量部
(重量平均分子量:105000、Tg:58℃)
カルナウバワックス 5重量部
カーボンブラック(三菱化成 #44) 7重量部
帯電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0078】
以上の処方で、2軸エクストルーダーを用いて130℃の温度で混練した後、機械式粉砕機により粉砕・分級して重量平均粒径6.5μm(粒径分散度=1.35)とした後、ヘンシェルミキサーを用いてシリカ(R−972:日本アエロジル)1.50重量%を混合し、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは62℃、Tmは150℃、体積固有抵抗は2.5×109Ω・cm、また平均円形度は0.97、溶融粘度が1000PaSとなる温度は145℃、ゆるみ見掛密度は0.35g/mlであった。
キャリアとしては、平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナー濃度が5.0重量%となるように混合し、この発明による現像剤Jを得た。
【0079】
つぎに、図1に示したこの発明による画像形成装置において、上記現像剤A〜Jを用いて画像を形成し、その画像から転写率、定着性、粒状度の評価を行った。
転写率は黒べたの2.5cm×2.5cmパターンを作像したときの感光体上トナー重量、転写紙上のトナー重量を測定し、下記に示す式で評価を行った。
転写率=〔転写後の転写紙上のトナー重量/現像後の感光体上のトナー重量〕×100[%]
転写率は高いほどよい。結果の判定基準は、
〇:転写率80[%]以上
△:転写率60〜79[%]
×:転写率59[%]以下
とした。
【0080】
定着性の評価方法は、まず2値のハーフトーン画像をプリントしたサンプルを得る。得られたサンプルにメンデイングテープ(3M社製)を貼り、一定の圧力を掛けた後、ゆっくり引き剥がす。その前後の画像濃度をマクベス濃度計により測定し、下記の式によって定着性を算出する。
定着率=〔メンデイングテープ引き剥がし後の画像濃度/メンデイングテープ引き剥がし前の画像濃度〕×100[%]
定着率は高いほどよい。定着率の判定基準は、
○:定着率85[%]以上
△:定着率75〜84[%]
×:定着率74[%]以下
とした。
【0081】
粒状度はざらつきの物理的評価値である。粒状度の評価方法は、まず2値のハーフトーン画像をプリントしたサンプルを得る。次に、それを大日本スクリーン社のGenaScan5000スキャナで1000dpiにて読み込み、画像データを得る。その画像データを濃度分布に変換し、ノイズは濃度変動の周波数特性であるウィナースペクトラム(WS)を得る。平均値が0である濃度変動成分をf(x)とすると、
F(u)=∫f(x)exp (−2πiux)dx
WS(u)=F(u)2
である。
【0082】
このWSから下記の式によって粒状度(GS)を評価する。
GS=exp(−1.8<D>)∫WS(u)1/2 VTF(u)du
ただし、VTFは視覚の周波数特性である。濃度変動のノイズ成分に人の主観度を掛け合わせて、主観評価との整合性を取っている。exp(−1.8<D>)は画像の平均濃度<D>による補正係数である。平均濃度が低いほど人の視覚のざらつきに対する感度が高くなる事に対しての補正である。
粒状度は画像のなめらかさの主観評価と高い相関があり、値が小さいほど滑らかな高画質となり、逆に大きいとざらついたプアな画像品質となる。
この粒状度の判定基準は
◎:0.20以下
○:0.21〜0.35
△:0.36〜0.50
×:0.51〜0.70
××:0.71以上
とした。
【0083】
〔実施例1〕
現像剤Gを用いて、評価機は図1のリコー社製デジタル複写機MF7070の転写ユニット改造機を用いた。2成分磁気ブラシ方式の現像装置4で現像した後、転写装置5によって温度と圧力を併用して転写工程を行った。その転写時の圧力は面圧で50N/cm2、ベルト温度は120℃に設定した。
続く定着装置7による定着工程は、面圧9.3N/cm2の加圧力で圧接されて、定着ニップ幅約10mmを構成し、定着温度は175℃に設定した。
この画像形成装置を用いて、600dpiの2値ドットから形成されたグレースケールを中心としたテストチャートをプリントアウトして画像を得られるようにした。
【0084】
この転写方式の最適化の実験を以下の条件で行った。
現像装置4で使用する現像剤のトナー粒径は7.5μm(重量平均)、感光体1の表面粗さ(感光体粗さ)Rzは2.5μm、3.1μm、4.8μmの3水準を用いた。感光体1にはアモルファスシリコン感光体を用い、表面粗さ条件は金属酸化物粉末を用いてバフ研磨で条件出しを行った。また転写紙条件として、その表面粗さ(紙粗さ)はRzで8μm、15μm、24μmの3水準の転写紙を用いた。この転写紙の表面粗さはコート紙と普通紙から選択した。
表面粗さは、キーエンス社製、VK8500を用い、線粗さ計測モードを用いて測定を行った。表1に転写率を調べた結果を示す。
【0085】
【表1】
【0086】
表1によれば、感光体粗さの小さい方と、転写紙粗さの大きい方とが共に転写率がよくなり、トナー粒径をaとした場合、感光体の粗さRzは「a/2」以下が好ましく、転写紙の粗さRzは「2×a」以上の条件が好ましいという結果が得られた。これは、感光体粗さの小さい方が転写時に半溶融となったトナーの離形性がよくなることと、転写紙粗さの大きいほうが転写紙の繊維によるアンカー効果が大きくなることで転写紙のトナー付着力が増すことによると考えられる。
【0087】
〔実施例2〕
実施例1と同様に、現像剤Gを用いて図1のリコー社製デジタル複写機MF7070の転写ユニット改造機を用いた。感光体粗さRzが3.1μmの感光体と、紙粗さが15μmの転写紙を使用し、2成分磁気ブラシ方式の現像装置4で現像し、転写装置5による転写時に温度と圧力をかけてトナー像を転写紙に転写した後、定着装置7によって熱ローラ定着を行った。
定着は面圧:9.3N/cm2の加圧力で圧接されて、定着ニップ幅:約10mmを構成し、温度は175℃に設定した。この画像形成装置を用いて、600dpiの2値ドットから形成されたグレースケールを中心としたテストチャートをプリントアウトして画像を得られるようにした。
転写時の転写ベルト53の表面温度を50℃、70℃、120℃、150℃の4水準とり、圧力を5N/cm2、10N/cm2、50N/cm2、100N/cm2、150N/cm2の5水準をとり、テストチャートのプリントを行った。
そして、実施例1と同じく転写率を評価した。その結果を表2に示す。
【0088】
【表2】
【0089】
表2の結果より、加えた圧力が10〜100N/cm2で、加えた温度が80〜130℃のときに良好な結果が得られた。この加えた温度80〜130℃は、用いた現像剤Gのトナーのガラス転移点Tg(65℃)からトナー軟化点Tm(153℃)の温度範囲内にあった。
この結果について説明すると、まず圧力が小さいとトナー層に十分に熱が伝わらず、トナー層の離形に有利な半溶融の状態にならないと考えられる。そのため、トナー同士で粘着力が発生せず、トナー粒が感光体1側にも付着する、いわゆるコールドオフセット(C.O)に近い現象が起きるため、転写率が下がった。一方、圧力が大きいと転写率はよいものの、転写時にカールが発生し、ジャムが多発した。
また、転写温度が低すぎると、コールドオフセット現象が発生し、高すぎるとホットオフセット現象が発生するため、やはり転写率は低下した。
【0090】
次に、図1に示したように、クリーニング装置6に感光体1の摩擦係数を改善するためにステアリン酸亜鉛のブロック63を設け、ブラシ62を介して感光体1の表面にステアリン酸亜鉛を塗布して、感光体の摩擦係数を0.7から0.3に変えて転写性を確認した。
その場合、表2で得られた結果により、加えた圧力を50N/cm2、加えた温度を50〜150℃とする条件で行った。
その結果は表3に示すように、ステアリン酸亜鉛を塗布することによって転写率を改善することができた。
【0091】
【表3】
【0092】
〔実施例3〕
現像剤Gを用いて、評価機は図1に示したリコー社製デジタル複写機MF7070の転写ユニット改造機を用いた。感光体粗さRzが3.1μmの感光体1と、転写紙粗さRzが15μmの転写紙を使用し、2成分磁気ブラシ方式の現像装置で現像した後、温度と圧力を併用して転写を行った。転写の圧力は面圧で50N/cm2、転写ベルト53の温度は120℃に設定した。定着装置7による定着は、面圧50N/cm2の加圧力で圧接されて定着ニップ幅約10mmを構成し、温度は175℃に設定した。
【0093】
この画像形成装置を用いて、転写装置5とクリーニング装置6とを作像形成時以外は感光体1から離して置く場合と、常に当接させておく場合とで、通常の環境ではいずれでも問題が発生しない。そこで、室温30℃、相対湿度60%RHに保たれた環境で余裕度テストを行なった。
作像条件は、プリント枚数500枚プリント(文字部面積6%チャート)を15分間隔で一日8時間(16千枚)で10日間稼動して比較した。
【0094】
その結果、転写装置とクリーニング装置とを常に接触した条件で稼動した画像形成装置では、クリーニング装置6のブレード61の先端にトナーが固着し、クリーニング不良が発生し、感光体1の汚れや画像の地肌汚れ、黒スジなどが30千枚程度から発生した。
一方、作像時以外は転写装置5とクリーニング装置6と感光体1から離しておく条件で稼動した画像形成装置では、同じテストでも問題の発生はなく、正常な画像が得られた。
【0095】
〔実施例4〕
評価機は図1に示したリコー社製デジタル複写機MF7070の転写ユニット改造機を用いた。感光体粗さRzが3.1μmの感光体と、転写紙粗さRzが15μmの転写紙を使用し、2成分磁気ブラシ方式の現像装置4で現像した後、転写装置5で温度と圧力を併用して転写を行った。転写の圧力は50N/cm2、ベルト温度は120℃に設定した。
定着装置7による定着は、面圧9.3N/cm2の加圧力で圧接されて定着ニップ幅約10mmを構成し、温度は175℃に設定した。この装置を用いて、600dpiの2値ドットから形成されたグレースケールを中心としたテストチャートをプリントアウトして画像を得た。
この実施例では、現像剤として前述した現像剤A、B、E、Gを用いた。
評価は転写特性(転写率%)、定着特性で評価した。結果を表4に示した。
【0096】
【表4】
【0097】
以上の結果より、トナーのガラス転移温度Tgが55〜70℃、トナー軟化温度Tmが100〜160℃の範囲で好ましい結果となった。Tgが55℃未満の場合、転写時の離形性が悪化し、トナーの保存性も悪化した。
一方、Tgが70℃より大きい場合、転写時にトナー同士に粘着力が働かず、感光体上にトナー粒が残り、定着における定着性も悪化した。Tmが100[℃]未満の場合、転写時の離形性が悪化し、保存性も悪化した。 また、Tmが160[℃]より大きい場合、定着における熱定着性が悪化した。
しかし、トナーのガラス転移温度Tgは50〜80℃の範囲まで、トナー軟化温度Tmは100〜180℃の範囲までは、実用上問題はない。
【0098】
〔実施例5〕
評価機は図1のリコー社製デジタル複写機MF7070の転写ユニット改造機を用いた。表面粗さRzが3.1μmの感光体1と、紙粗さRzが15μmの転写紙を使用し、2成分磁気ブラシ方式の現像装置4で現像した後、転写装置5によって温度と圧力を併用してトナー像を転写紙に転写した。その転写時の圧力は50N/cm2、転写ベルト53の温度は120℃に設定した。定着装置7による定着は、面圧9.3N/cm2の加圧力で圧接されて定着ニップ幅約10mmを構成し、転写ベルト53の温度は175℃に設定した。この画像形成装置を用いて、600dpiの2値ドットから形成されたグレースケールを中心としたテストチャートをプリントアウトして画像を得た。
この実施例で用いた現像剤は上記の現像剤C、D、E、Gを用いた。
評価は転写特性(転写率%)、定着特性で評価した。結果を表5に示した。
【0099】
【表5】
【0100】
現像剤Cは実施例3で見た好ましいトナーのTg,Tmの温度範囲は満たしているが、溶融粘度が1000PaSになる温度が低すぎるため、定着でホットオフセット(H.O)が発生した。
また、現像剤Dも実施例3で見た好ましいTg,Tmの温度範囲は満たしているが、溶融粘度が1000PaSになる温度が高すぎたため、定着できていなかった。
以上の結果より、溶融粘度が1000PaSになる温度が120〜170℃の範囲が好ましい結果となった。120℃未満の場合は、定着においてホットオフセット現象が発生しやすかった。また170℃より大きい場合、定着における熱定着性が悪化し、190℃を越えると急速に悪化する。
【0101】
〔実施例6〕
実施例4,5で転写と定着が成立するためのトナー条件の評価を終了したので、この実施例では画質の評価を行った。
評価機は図1のリコー社製デジタル複写機MF7070の転写ユニット改造機を用いた。感光体粗さRzが3.1μmの感光体と、転写紙粗さRzが15μmの転写紙を使用し、2成分磁気ブラシ方式の現像装置4で現像した後、転写装置5によって温度と圧力を併用してトナー像の転写紙への転写を行った。その転写時の圧力は50N/cm2、転写ベルト53の温度は120℃に設定した。
【0102】
定着装置7による定着は、面圧9.350N/cm2の加圧力で圧接されて定着ニップ幅約10[mm]を構成し、定着温度は175℃に設定した。この画像形成装置を用いて、600dpiの2値ドットから形成されたグレースケールを中心としたテストチャートをプリントアウトして画像を得た。
この実施例では現像剤E、F、G、H、I、Jを用いた。いずれの現像剤のトナーも実施例4,5の転写、定着の成立条件を満たしており、転写率、定着性は問題なかった。
画質の評価をハーフトーンの粒状度を用いて評価した。その結果を表6に示した。
【0103】
【表6】
【0104】
現像剤E、Fと現像剤Gとでは粒状度の評価に有意な差があるが、これをトナー物性値でみると有意に異なる項目はトナー円形度である。
トナー円形度が0.95以下と以上では、粒状度に差があることから、トナー円形度は0.95以上の範囲が好ましかった。平均円形度が0.95未満の場合、トナー粒子が不定形となり感光体1上でのトナー像の集合状態が不均一となり、転写時の熱と圧力のかかり方が不均一となり、転写率および転写品質が悪化した。
次に、現像剤Gと現像剤Hとでは粒状度の評価に有意な差があるが、これをトナー物性値でみると有意に異なる項目はトナー分散度であった。
分散度が1.4以下と以上では、粒状度に差があることから、分散度は1.4以下の範囲が好ましい。分散度が1.4より大きい場合、転写工程で圧力と熱が均一に加わりにくくなるために、転写むらが発生して好ましくなかった。
【0105】
さらに、現像剤Hと現像剤Iとでは粒状度の評価に有意な差があるが、これをトナー物性値でみると有意に異なる項目は体積固有抵抗であった。
体積固有抵抗が1×109[Ω・cm]以下と以上では、粒状度の評価に有意な差があることから、体積固有抵抗は1×109[Ω・cm]以上の範囲が好ましかった。1×109[Ω・cm]未満の場合はトナー像が疎に現像され、転写時に圧力が不均一となり、転写にむらが生じた。
【0106】
現像剤Iと現像剤Jとでは粒状度の評価に有意な差があるが、これをトナー物性値でみると有意に異なる項目はゆるみ見掛け密度であった。
ゆるみ見掛け密度は粒状度に影響することから、ゆるみ見掛け密度は0.30g/ml以上の範囲が好ましかった。0.30g/ml未満の場合、トナーの凝集性が強くなり、感光体1上でのトナー像厚みが不均一となり、転写工程での圧力のかかりが不均一になるため、転写率および転写品質が悪化した。また、凝集したトナーが非画像部に落ちることによって画像に不快な汚れが発生した。
【0107】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明による画像形成装置およびそれによる画像形成方法によれば、画像劣化の大きい転写工程で転写と同時にトナー像を転写紙に半定着させることにより、静電気放電の影響によるチリやニジミなどの画像の劣化を防止でき、良好な品質の画像を形成することができる。
また、この発明による画像形成装置の現像装置で使用する現像剤は、そのトナーの物性を規定したことにより、転写性と定着性のよい良好な品質の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
1:感光体 2:帯電器 3:露光装置
4:現像装置 5:転写装置
6:クリーニング装置 7:定着装置
10:画像形成装置 11:プロッタ部
12:スキャナ部 12a:圧板
33:ミラー 52:転写ローラ
53:転写ベルト 54:テンションローラ
56:ヒータ 57:温度センサ
58:クリーナ 61:ブレード
62:ブラシ 63:脂肪酸金属塩のブロック
71:定着ローラ 72:加圧ローラ
73,74:ヒータ
101,106:転写紙バンク(カセット)
102,107:給紙ローラ
103:分離給送ローラ対 105:排紙ローラ対
104:レジストローラ対 108:搬送ローラ対
109:排紙トレイ
【発明に属する技術分野】
この発明は、複写機やプリンタなどの電子写真方式の画像形成装置と、その画像形成装置による画像形成方法、およびその画像形成装置の現像装置で使用する現像剤に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子写真方式の画像形成装置では、その画像形成に多くの工程が必要である。例えば、複写機の場合はスキャナ部で原稿の画像を読み取って電気信号に変換した画像データに基づくプリント信号をプロッタ部へ送出し、プリンタの場合はパーソナルコンピュータ等のホスト装置から直接プロッタ部にプリント信号を入力する。そして、プロッタ部では、露光工程でそのプリント信号に応じてレーザ光等を使用する光書きこみによって感光体上に光学像を照射し、帯電した感光体上に静電潜像を形成する。
【0003】
その静電潜像に対し、現像工程で現像剤によって現像し、トナーに代表される有色微粉末を静電的に付着させる。さらに、次の転写工程でそのトナー像を転写紙に静電的に転写する。最近、カラーの分野では中間転写体上に3〜4色のトナー像を転写し、それをまとめて転写紙に転写する方式も多く用いられている。さらに、転写紙上に転写されたトナー像を定着工程で熱と圧力を加えて溶融・固着させて画像を形成する。
【0004】
画像品質について検討した場合、上記のすべての工程で画像の劣化が発生する。特に現像、転写、定着の各工程での画像の劣化が大きいことは周知の通りである。
現像工程では、感光体上の静電潜像に対して、トナーが潜像の周りの電界により付着するため、潜像より広範囲に現像されたり、現像剤中のキャリアの摺擦によりトナー像がかすれるなど、静電潜像に対して画像の劣化が発生する。最近の技術では、トナーの小径化、球形化、キャリアの小径化、低抵抗化、交流バイアスなどによって、この劣化が改善されてきている。
【0005】
一方、転写工程では、現像されたトナー(トナー像)が付着した感光体と、その回転に同期して搬送される転写紙とを当接させ、そのトナー像電界により感光体から転写紙に静電的に転移させる。しかしこの転写工程の転写紙と感光体が密着する前後の近接する工程で、静電的にチリやニジミなどにより画像劣化が発生するが、この劣化については未だ解決には至っていない。
また定着工程でも課題がある。定着性を良くするためにトナーを完全に溶融させるとトナー像の広がりが発生し、転写紙上のトナーに付着量のムラがある場合や転写チリなどがある場合には、定着後のドット径やライン幅のばらつきが大きくなり、画像の劣化を招くことが多い。
【0006】
しかし、このような画像形成装置における画像の劣化現象は転写工程での劣化によるものが大きく、その結果、画像のボソツキの発生や画像の鮮鋭度や解像度などの悪化をもたらしている。
そこで、従来から転写工程と定着工程を同時に行うことが提案されており、トナー像を転写紙に転写すると同時に加熱定着を行うシステムがよく知られている。また、熱によるシステムへの悪影響をなくすために、加熱せず圧力のみで転写同時定着を行う方式も提案されている。
さらに、アモルファスシリコン感光体とカプセルトナーを用いて、感光体に対向した転写定着装置により感光体上に作像されたトナーを圧力転写と同時定着する方式が提案されている(特許文献1,2参照)。−
【0007】
【特許文献1】
特開平5−216354号公報
【特許文献2】
特開平6−35341号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した熱や圧力で転写と同時に完全定着する方式では、発熱体が感光体に接触して転写と完全定着を同時に行う構造になってしまうために、例えば冷却装置を具備したとしても感光体および感光体上のトナーや現像装置などへの熱によるダメージを避けることができないという問題があった。
また、転写定着を圧力のみで行う方式では転写定着性の面で980N/cm2以上の圧力が必要とされることから、装置の大型化と重量化や転写紙の定着じわが発生するという問題があった。
【0009】
さらに、カプセルトナーを用いた場合には、カプセルトナーは実用的には問題が多く、特に現像と定着の両立ができておらず、またコストが高すぎるという問題があった。
いずれにしても、これら従来の転写工程と定着工程を同時に行う方式では、圧力が大きく、機構上、転写紙搬送上の問題もあり、あるいは特殊なトナーが必要になるため、実用化はなされていない。
【0010】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、装置を大型化や重量化することなく、高価なカプセルトナーを使用する必要もなく、画像形成装置により劣化のない高品位の画像が得られるようにすることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明は、静電潜像を形成する感光体と、その静電潜像を現像剤によって現像してトナー像にする現像装置と、感光体上のトナー像を転写紙に転写させる転写装置と、その転写されたトナー像を転写紙に定着させる定着装置と、感光体1上に残ったトナーを除去するクリーニング装置とを備えた画像形成装置を、上記の目的を達成するため、次のように構成したものである。
すなわち、上記転写装置に、感光体上のトナーと転写紙に熱と圧力を与えることにより、上記トナー像の転写紙への転写と半定着とを同時に行う転写ローラと、その転写ローラと感光体との間に10〜100N/cm2の範囲の圧力を加える手段と、該転写ローラの表面をトナーのガラス転移温度から軟化温度の範囲の温度に加熱する手段とを設ける。
そして、上記定着装置では、上記転写装置によって上記転写紙に転写されて半定着されたトナー像を本定着するようにした。
【0012】
上記感光体の表面粗さが、現像装置で使用する現像剤のトナー粒径の1/2以下であるのが望ましい。
上記感光体はアモルファスシリコン感光体であるとよい。
この画像形成装置において、上記現像装置と転写装置とクリーニング装置を感光体に対して接離可能に設け、作像時以外は感光体から離した状態に維持するのが望ましい。
上記クリーニング装置がブレードと回転するブラシとを備えており、そのブラシに当接するようにステアリン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩のブロックを配置し、そのブラシの回転により脂肪酸金属塩が感光体の表面に塗布されるようにすると、感光体表面の摩擦係数を低減することができる。
【0013】
この発明による上記画像形成装置による画像形成方法は、前記転写紙として表面粗さが上記現像装置で使用する現像剤のトナー粒径の2倍以上である転写紙を使用する。
また、上記現像装置で使用する現像剤のトナーとして、ガラス転移点が50〜80℃で、軟化温度が100〜180℃であるトナーを用いるとよい。
さらに、上記トナーとして、溶融粘度が1000PaSとなる温度が120〜190℃であるトナーを用いるのが望ましい。
上記トナーとして、平均円形度が0.92以上であるトナーを用いるとよい。
上記トナーとして、粒径の分散度が1.4以下であるトナーを用いるとよい。
さらに、上記トナーとして、体積固有抵抗が1×109Ω・cm以上であるトナーを用いるのが望ましい。
あるいは、上記トナーとして、ゆるみ見掛け密度が0.30g/ml以上であるトナーを用いるとよい。
【0014】
この発明による現像剤は、上記画像形成装置における現像装置で使用する現像剤であって、トナーとキャリアとが混合しており、そのトナーのガラス転移点が50〜80℃で、軟化温度が100〜180℃である。
また、上記トナーの溶融粘度が1000PaSとなる温度が120〜190℃であるとよい。さらに、上記トナーの平均円形度が0.92以上であるのが望ましい。上記トナーの粒径の分散度は1.4以下であるとよい。
これらの現像剤での上記トナーの体積固有抵抗が1×109Ω・cm以上であることが望ましい。さらに、上記トナーのゆるみ見掛け密度が0.30g/ml以上であるとよい。
【0015】
【発明の実施の形態】
<画像形成装置全体の概略説明>
以下、この発明の実施の形態を具体的に説明する。
図1は、この発明による画像形成装置の一実施形態の構成を示す概略図である。
この画像形成装置10は電子写真方式の画像形成装置であり、筐体内にプロッタ部11および図示を省略している制御部と、その上部にスキャナ部12を備えている。
そのプロッタ部11には、記録媒体であるドラム状の感光体1を備えている。その感光体1の周囲には矢示Aで示す時計回りの回転方向に沿って、電子写真方式の作像工程を実行するための帯電器2、露光装置3、現像装置4、転写装置5、クリーニング装置6および定着装置7が配設されている。
【0016】
スキャナ部は、圧板12aと、その下側に図示していないプラテンガラスを備え、その下側の内部にハロゲンランプと多数のミラーおよびレンズからなる読み取り光学系および光電変換素子であるCCDラインセンサ等が設けられている。
このスキャナ部12は、一般のデジタル複写機に設けられている公知のものを使用できるので、詳細な説明は省略する。
【0017】
帯電器2は帯電工程を実行し、矢示A方向に回転する感光体1の表面を一様に帯電させる
露光装置3は露光工程を実行し、スキャナ部12で読み取った原稿の画像データ、あるいは図示しないパーソナルコンピュータ(PC)等のホスト装置から送られる画像データ(プリント信号)に基いて、露光装置3のレーザ光源の発光を変調し、ポリゴンモータで回転されるポリゴンミラーでそのレーザ光をスキャンさせ、ミラー33を介して帯電された感光体1の表面を露光して、感光体1上に画像データに応じた静電潜像を形成する。その感光体1には耐熱性等を考慮してアモルファスシリコン感光体を用いるのが好ましい。
【0018】
感光体1上に形成された静電潜像は、感光体1に対して接離可能に設けられた現像装置4による現像工程で現像剤によって現像され、有色微粉末であるトナーを付着されてトナー像が形成される。
一方、転写紙の貯蔵されている転写紙バンク(カセット)101、106のいずれかから、転写紙が給紙ローラ102又は107によって給紙され、分離給送ローラ対103、搬送ローラ対108によって矢示B方向に搬送され、その先端がレジストローラ対104に突き当たると一端停止される。
【0019】
そのレジストローラ対104は、感光体1上のトナー像と同期を取って回転して転写紙を矢示方向へ搬送する。それによって転写紙は感光体1と転写装置5とのニップ部に送られる。そして、転写装置5による転写工程で感光体1上のトナー像が転写紙に熱転写されると同時に半定着される。そのトナー像が半定着された転写紙は、転写ベルト53によって矢示C方向に搬送されて定着装置7へ送られ、定着装置7による定着工程で転写紙上のトナー像が本定着され、その転写紙は排紙ローラ対105によって搬送され、機外の排紙トレイ109上へ排出される。
【0020】
現像装置4は、キャリアとトナーが混合された2成分現像剤を使用する2成分磁気ブラシ方式の現像装置であり、内部に現像剤タンク、撹拌部材、多数の永久磁石を内蔵した現像ローラ等を備えており、感光体1と接離可能に配置され、画像形成時以外では現像装置4は感光体1から離した状態で維持されている。
クリーニング装置6は、未転写トナーや汚れが付着した感光体1の表面をクリーニングし、次の作像工程に入れるようにする装置であり、感光体1と接離可能に配置され、画像形成時以外ではクリーニング装置6は感光体1から離した状態で維持されている。このクリーニング装置6は感光体1の表面に摺接するブレード61と回転するブラシ62を備えている。
【0021】
さらに、そのブラシ62に当接するように脂肪酸金属塩のブロック63を配置し、ブラシ62の回転により脂肪酸金属塩が感光体1に塗布されるようになっている。そのブロック63の脂肪酸金属塩には、ステアリン酸亜鉛を使用すると、それが塗布されたときの感光体1の表面の摩擦係数を0.6以下にすることができる。
また、転写装置5は熱印加方式のものを設けているので、熱的ストレスを回避するために転写装置5は感光体1と接離可能に配置され、画像形成時以外のときは転写装置5を感光体1から離した状態に維持する。この転写装置の詳細は後述する。
【0022】
定着装置7は転写装置5で半定着されたトナー像を完全に転写紙に定着するために設けられたものである。
ここで、半定着とは、トナーが塑性変形することにより転写紙に食い込んで固定され、その転写紙が画像形成装置内で搬送されたり振動が加えられたりしても、画像の転移や劣化を生じない状態をいう。
【0023】
定着装置7の基本構成としてはハロゲンランプ等の加熱手段であるヒータ73を有する定着ローラ71と、それに圧接される加圧ローラ72とを備えている。定着ローラ71は、外径φ50mmの芯金(図示せず)の表面にゴム硬度が42HS(アスカC硬度計によって測定)程度のシリコンゴム等の弾性層を100〜500μm、好ましくは400μmの厚みに設け、さらにトナーの粘性による付着を防止する目的で、フッ素樹脂等の離型性の良い樹脂表層が形成されている。
【0024】
その樹脂表層は、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル(PFA)チューブ等で構成され、その厚みは機械的劣化を考慮して10〜50μm程度の厚みが好ましい。定着ローラ71の外周面には、図示していないが温度検知器が設けられ、定着ローラ71の表面温度を約160〜200℃の範囲の中で、ほぼ一定に保つようにヒータ73が制御されている。
加圧ローラ72は、図示していない芯金の表面にPFA、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のようなオフセット防止層が被覆されている。そして、定着ローラ71と同様に芯金の表面にシリコンゴム等の弾性層を設けてもよいし、ヒータ73と同様にヒータ74を設けてもよい。
【0025】
定着ローラ71と加圧ローラ72とは面圧が5〜10N/cm2の範囲の一定加圧力で圧接され、約10mmの定着ニップ幅を構成している。転写紙上の半定着されたトナー像は、それぞれ矢示DおよびE方向に回転する定着ローラ71と加圧ローラ72の間を通過するときに、圧力と熱を受けながら熱溶融し、両ローラ71,72間を出て冷却されることによって転写紙に定着される。
【0026】
<転写装置5の詳細>
次に、この発明の特徴的部分を構成している転写装置5について説明する。
従来の転写プロセスは静電気を利用した静電転写方式であるが、この発明では低温の熱を利用して転写し、その際により熱伝達が効率よく行われるよう、感光体と転写ローラ間に小さな圧力を加えることに特徴のある電子写真方式である。
すなわち、熱と小さな加圧力とを併用する新規な転写方式である。
図1に示すように、転写装置5は転写ローラ52と転写ベルト53とテンションローラ54から主に構成されている。
【0027】
転写ローラ52は、外径φ40mmの鉄、アルミ、ステンレス等の芯金が用いられ、その外側を硬度が60HS(アスカC硬度計で測定)の弾性体で被覆している。そして、感光体1との接触幅は約1.5mmで、図示していないスプリング等の加圧手段による押圧力は面圧で10〜100N/cm2になっている。転写紙と感光体1の密着から考慮すると、面圧はローラの硬度や接触幅によって決定されることであるが、20〜50N/cm2が好ましい範囲である。
転写ローラ52は半定着転写するための重要なローラであり、ここでは表皮部を上記の硬度を有する弾性体構造とし、必要な面圧と接触幅を得ている。
【0028】
さらに、転写ベルト53に熱を供給するために熱を低下させないよう、シリンダ状の金属芯金の表面には熱伝導率0.5×(1/1000)〔cal/cm・sec・℃〕=0.214[W/m・K]以下のシリコンゴムを厚さ3mmで被覆して硬度60HSを得ている。転写ローラ52内には加熱用のヒータ56が設けられ、外周には転写ベルト53が張られている。
また、転写ローラ52の外周面には温度検知手段であるサーミスタ等の温度センサ57が設けられており、転写ローラ52の表面温度はトナーのガラス転移温度Tgと軟化温度Tmの温度範囲内でほぼ一定に保たれるようにヒータ56が制御されている。一例として、通常のトナーでは50〜180℃、より好ましくは70〜120℃の温度が通常のトナーに対して用いられる。
【0029】
転写ベルト53は基材をシームレスのポリイミドフィルムで構成している。その外側にフッ素樹脂層を設けている。また、必要に応じてフィルム層の上にシリコンゴム層を設け、その上にフッ素樹脂層を設けてもよい。転写ベルト53の内側で転写ローラ52と反対側の端部にはベルト駆動用を兼ねたテンションローラ54が設けられ、テンションローラ54によって転写ベルト53にテンションが掛かるようになっている。
【0030】
この発明は熱を利用した転写方式であるため、従来の転写ベルトのようにゴム材を基材とすることは好ましくなく、転写ベルト材料を耐熱的なポリイミドのような材料から種々選択することが好ましい。また、この実施例では転写ベルト53の熱を低下させないために基材の外側にフッ素樹脂層を設けた。
転写ベルト53の下側には、転写ベルト53の表面に付着する紙粉や飛散トナー等を除去するためのブレード式のクリーナ58が設けられている。
【0031】
従来から加熱を利用して転写する技術は開示されているが、この発明におけるの転写装置が従来と異なる点は加熱温度が低い点にある。温度が高ければ転写性は向上するが、反面感光体1や現像装置4およびクリーニング装置6に対する熱的破壊を防止する技術が必要となる。また、感光体1上のトナーを感光体1からはく離するためのはく離効果を感光体1にもたせなければならないが、転写温度が大体140℃以上になると剥離しにくくなる。感光体として好ましいものは耐熱性を考慮するとアモルファスシリコン感光体である。
【0032】
一方、低い温度にすると転写が効率良く行われなくなる。その温度は大体80℃以下である。この発明は転写ベルト53にトナーのガラス転移温度Tg〜軟化温度Tmの範囲(例えば70〜120℃)の温度と一定の加圧力を併用することで、安定した半定着トナー像の転写が得られ、このことによって上述した感光体1や現像装置4およびクリーニング装置6に与える熱的ストレスが少なくなり、充分な転写性能を達成するものである。
【0033】
このように、トナーを転写紙上に半定着することがこの発明の構成上重要ではあるが、半定着トナーがより一層安定して得られるためには、感光体1の面粗さ等の表面特性や転写紙の面粗さおよびトナーの特性等も重要である。
例えば、感光体1の面粗さと転写紙の面粗さは、加温されて塑性変形したトナーが感光体1から転写紙に効率よく転写され、転写紙の表面に効率よく半定着させるために重要である。
【0034】
ここで、表面粗さ(Rz)は、「JIS B 0601−2002の表面粗さ」に準じた計算式を用いて以下に示すように求めた。商品名:VK−8500(キーエンス社)の表面粗さモードで被測定物(感光体表面および転写紙等)を測定し、十点平均粗さ(Rz)を求める。この十点平均粗さとは、粗さ曲線からその平均線方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線と直交する方向に最も高い山から5点(Yp1・2・3・4・5)の絶対値平均と、最も低い谷から5点(Yv1・2・3・4・5)の絶対値平均との和を求め、この値を「μm」であらわす。ここで、ノイズ成分を除去することは重要であり、ノイズ成分除去後に表面の粗さ(Rz)を算出した。
【0035】
上述した種々の感光体の表面粗さ(Rz)は0.6〜1.5μmであり、転写紙として、例えば商品名Type6000(リコー製)の普通紙の表面粗さ(Rz)は30〜60[μm]であり、ざら紙の表面粗さ(Rz)は150μmであった。
このことから、この画像形成装置の現像装置4で用いる現像剤のトナー粒径がおよそ6μm程度であることから、感光体1の表面粗さはトナーの感光体1からの離型性をよくすためにはトナー粒径の1/2程度以下であることが必要であり、転写紙の表面粗さはトナーに対するアンカー効果と現在の現像技術を加味するとトナー粒径の2倍以上、さらに好ましくは3倍以上は必要である。
【0036】
また、感光体1の表面摩擦係数は0.6以下であることが好ましく、0.6より大きい場合は転写時に半定着する際に感光体1との離型性が悪くなり、画像品質が悪化するからである。
感光体1の表面摩擦係数を低くする方法として、例えばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸など脂肪酸金属塩を感光体1の表面に均一に塗布するとよい。そのため、クリーニング装置6内の回転するブラシ62に当接するように、ステアリン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩のブロックを配置している。また、一般的な手段としてトナー中に脂肪酸金属塩を添加する方法もある。
表面摩擦係数の測定は協和界面化学(株)社製、全自動摩擦摩耗解析装置を用いて測定した。この時接触子として径が3mmのステンレス球を用いた。
【0037】
<トナー特性>
次に、この発明による画像形成装置の効果をより一層もたらすトナー特性について説明する。発明による画像形成装置の現像装置4ではキャリアとトナーを混合した2成分現像剤を使用する。
その現像剤に用いるトナーのガラス転移温度Tgは50〜80℃の範囲であることが望ましく、さらに好ましくは55〜70の範囲であるとよい。Tgが50℃未満の場合、この発明の転写方式では転写時の離形性が悪化し、トナーの保存性も悪化する。一方、80℃より大きい場合、転写時にトナー同士に粘着力が働かず、感光体1上にトナー粒が残り、定着時に定着性が悪化する。
Tgの測定はASTM D3418−82に準じた示差走査熱測定(以下、「DSC」とする)で行い、10℃/minの速度で昇温および降温してDSC曲線を得てトナーのTgを求めた。
【0038】
トナーの軟化温度Tmは100〜180℃(より好ましくは160℃)の範囲であることが好ましい。Tmが100℃未満の場合、転写時の離形性と保存性が悪化する。一方、160℃より高くなると定着時の熱定着性がやや悪化し、180℃より高くなると非常に悪化する。
Tmの測定はフローテスターCFT−500C(島津製作所)で測定した。測定は、押出圧力:1.9612MPa、昇温速度:6℃/min、
ダイ径:1.0mm、ダイ長さ:1.0mmの条件下にて行い、トナーが1/2流出した時の温度をTmとする。
【0039】
また、トナーの溶融粘度が1000PaSとなる温度が120〜190℃(より好ましくは180℃)ので範囲であることが好ましい。120℃未満の場合、定着時にホットオフセット(H.O)現象が発生しやすくなる。また、170℃より高くなると、定着時に熱定着性がやや悪化し、190℃より高くなると急速に悪化する。
トナーの溶融粘度はフローテスターCFT−500C(島津製作所)で測定した。測定は、押出圧力:1.9612[MPa]、昇温速度:[6℃/min]、ダイ径:1.0[mm]、ダイ長さ:1.0[mm]の条件下にて行い、トナーの溶融粘度ηを求めてトナーの溶融粘度ηが1000[Pa・s]となる温度を求めた。
【0040】
ここで、溶融粘度ηは下記の式により求める。
溶融粘度η=τ/γ=πD4P/128LQ
ただし、P:押出圧力[Pa] Q=X/10×A/t
D:ダイ径[mm]
L:ダイ長さ[mm]
t:計測時間[s]
X:計測時間tに対するピストンの移動量[mm]
A:ピストンの断面積[mm2]
【0041】
この発明による画像形成装置の現像剤に用いるトナーの平均円形度は0.92以上であることが好ましい。平均円形度が0.92未満の場合はトナー粒子が不定形となり、感光体上でのトナー像の集合状態が不均一となるため、転写時の熱と圧力のかかり方が不均一になり、転写率および転写品質が悪化する。
平均円形度は(株)SYSMEX製フロー式粒子像分析装置FPIA−2100を用いて求めた。測定は、まず、試薬1級純度の塩化ナトリウムを用いた1重量%のNaCl水溶液を調整した後、0.45μmのフィルターに通し、得られた水溶液50〜100[ml]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フォン酸塩0.1〜5[ml]と、測定試料のトナーを1〜10[mg]とを加えて測定用水溶液を作製した。
【0042】
次に、この試料を含有した測定用水溶液を超音波分散機で1分間の分散処理を行い、粒子濃度を5000〜15000個/μlに調整した後、CCDカメラで撮像した。そして、CCDカメラで撮像した2次元の画像面積と同一の面積を有する円の直径を円相当径として、円相当径で0.6μm以上をCCDの画素の精度から有効と判断して平均円形度の算出に用いた。
平均円形度は、各粒子の円形度を算出し、算出した各粒子の円形度を足し合わせ、全粒子数で割り算することによって得ることができる。各粒子の平均円形度は、粒子像と同じ投影面積をもつ円の周囲長を粒子投影像の周囲長で割ることにより算出することができる。
平均円形度が0.92以上のトナーは、機械的な衝撃による粉砕や、熱処理による一般的な方法などで作ることができる。
【0043】
トナー粒径の分散度(分散度=重量平均粒径/個数平均粒径 の式により定義される)が1.4以下であることが好ましい。分散度が1.4より大きいと、転写時に圧力と熱が均一に加わり難くなるため、転写にむらが発生しやすくなるので好ましくない。
重量平均粒径、および個数平均粒径の測定には、コールター・マルチサイザーIIe(コールター社製)が使用され、アパーチャー径は100[μm]が用いられた。
【0044】
転写紙に転写と同時に半定着するこの発明による転写方式においては、感光体1上に形成されたトナー像は密に現像されることが重要である。もし密に現像されない場合、転写時の圧力分布が不均一となり、転写にむらが生じる。トナー像を密に現像するためには、帯電する電荷量を均一に多くすることが好ましく、その電荷をトナーに保持するためにはトナーの体積固有抵抗が大きいことが必要であり、1×109Ω・cm以上が望ましい。1×109Ω・cm未満の場合はトナー像が疎に現像され、転写時に圧力分布が不均一となり、転写にむらが生じる。
【0045】
トナーの体積固有抵抗の測定は、トナー3.0gに588.4MPaの荷重をかけ直径40mmの円盤状のペレットにしたものをTR−10C型誘電体損測定器(安藤電気株式会社)にて測定する。その測定時の条件は、周波数は1KHz、RATIOは11×10−9である。
【0046】
この発明による画像形成装置の現像剤に使用するトナーのゆるみ見掛け密度は、0.30[g/ml]以上であることが好ましい。0.30[g/ml]未満の場合、トナーの凝集性が強くなり、感光体1上でのトナー像の厚みが不均一となり、転写時の圧力のかかりが不均一になり、転写率、転写品質が悪化する。また、凝集したトナーが非画像部に落ちることで、画像に不快な汚れが発生する。トナーのゆるみ見掛け密度はパウダーテスター(PTN型:ホソカワミクロン社製)を用いて測定した。
【0047】
トナーの重量平均粒径は3.0〜10.0μmが好ましい。トナー粒径は一般に小さいほど画像品質は優れ、10.0μmより大きいと画像品質が悪くなることがあるため好ましくない。しかし、この発明による転写工程のようにトナーの融点以下の温度を与えてトナーを半定着させる場合には、トナーの重量平均粒径が3.0μmより小さいと、トナーを塑性変形して転写紙に固着させるのに十分な熱が伝わりにくく、生産性の悪化や流動性の悪化が顕著になり、画像品質が悪くなるので好ましくない。
なお、トナーの重量平均粒径の測定にはコールター・マルチサイザーIIe(コールター社製)を使用し、アパーチャー径は100μmのものを用いた。
【0048】
この発明による画像形成装置で用いる現像剤のトナーに使用される結着樹脂としては、従来から公知の樹脂が全て使用可能である。例えば、スチレン、ポリ−α−スチルスチレン、スチレン−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ブタジェン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体等のスチレン系樹脂(スチレンまたはスチレン置換体を含む単重合体または共重合体)、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、石油系樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリビニルブチラート樹脂などが挙げられる。
【0049】
この発明による現像剤のトナーとしては、特にポリエステル樹脂が好ましい。ポリエステル樹脂は、アルコールとカルボン酸との縮重合法によって得られる。使用されるアルコールとしては、例えばエチレングリコール、ジエングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類、1、4−ビス(ヒドロキシメタ)シクロヘキサン、及びビスフェノールA等のエーテル化ビスフェノール類、その他二価のアルコール単量体、三価以上の多価アルコール単量体を挙げることができる。
【0050】
また、カルボン酸としては、例えばマレイン酸、フマール酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、マロン酸等の二価の有機酸単量体、1、2、4−ベンゼントリカルボン酸、1、2、5−ベンゼントリカルボン酸、1、2、4−シクロヘキサントリカルボン酸、1、2、4−ナフタレントリカルボン酸、1、2、5−ヘキサントリカルボン酸、1、3−ジカルボキシル−2−メチレンカルボキシプロパン、1、2、7、8−オクタンテトラカルボン酸等の三価以上の多価カルボン酸単量体を挙げることができる。
上記の各樹脂は単独使用も可能であるが、二種類以上混合して用いてもよい。なお、これらの樹脂の製造方法も特に限定されるものではなく、塊状重合法、溶液重合法、乳化重合法、懸濁重合法等のいずれによって製造したものでも使用できる。
【0051】
この発明による現像剤のトナーに使用される離型剤としても、公知のものを全て使用できるが、特に脱遊離脂肪酸型カルナウバワックス、モンタンワックス及び酸化ライスワックスを単独又は組み合わせて使用することができる。
カルナウバワックスとしては、微結晶のものがよく、酸価が5以下であり、トナーバインダー中に分散した時の粒子径が1μm以下の粒径であるものが好ましい。モンタンワックスについては、一般に鉱物より精製されたモンタン系ワックスを指し、カルナウバワックス同様、微結晶であり、酸価が5〜14であることが好ましい。酸化ライスワックスは、米糠ワックスを空気酸化したものであり、その酸価は10〜30が好ましい。
【0052】
その他の離型剤としては、固形シリコーンワニス、高級脂肪酸高級アルコール、モンタン系エステルワックス、低分子量ポリプロピレンワックス等、従来公知のいかなる離型剤をも混合して使用できる。
これらの離型剤の使用量は、トナーの結着樹脂成分100重量部に対し、1〜20重量部、好ましくは3〜10重量部である。
また、トナーに使用される外添剤としては無機微粒子を好ましく用いることができる。この無機微粒子の一次粒子径は、5〜2000nmであることが好ましく、特に5〜500nmであることが好ましい。
また、BET法による比表面積は、20〜500m2/gであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01−5.0重量%であることが好ましく、特に0.01−2.0重量%の範囲が好ましい。
【0053】
無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ペンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸パリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。
この他に高分子系微粒子、たとえばソープフリー乳化重合法や懸濁重合法、分散重合法によって得られるポリスチレン、メタクリル酸エステルやアクリル酸エステル共重合体やシリコーン、ベンゾグアナミン、ナイロンなどの重縮合系、熱硬化性樹脂による重合体粒子が挙げられる。
【0054】
また、トナーの粉体流動性を向上するために外添剤として流動化剤を用いるとよい。流動化剤の表面処理効果により疎水性が向上し、高湿度下においても流動特性や帯電特性の悪化を防止することができる。例えばシランカップリング剤、シリル化剤、フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤、有機チタネート系カップリング剤、アルミニウム系のカップリング剤などが好ましい流動化剤として挙げられる。
【0055】
この発明による現像剤に用いられるトナーには、必要に応じて帯電(荷電)制御剤を含有してもよい。帯電制御剤としては公知のものが全て使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。
【0056】
具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、第四級アンモニウム塩のボントロンPー51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のEー82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、第四級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、第四級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、第四級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、四級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。
【0057】
この発明による現像剤のトナーに使用される着色剤としては、従来からトナー用着色剤として使用されてきた顔料及び染料の全てを使用できる。具体的には、カーボンブラック、ランプブラック、鉄黒、群青、ニグロシン染料、アニリンブルー、カルコオイルブルー、オイルブラック、アゾオイルブラック等があるが特に限定はされない。
着色剤の使用量は、トナーの結着樹脂成分100重量部に対し1〜10重量部が好ましく、特に好ましくは3〜7重量部がよい。
【0058】
上述したトナーの製造方法は、従来公知の方法でよく、結着樹脂、離型剤、着色剤、その他場合によっては帯電制御剤等をミキサー等を用いて混合し、熱ロール、エクストルーダー等の混練機を用い混練した後、冷却固化し、これをジェットミル、ターボジェット、クリプトロン等の粉砕装置で粉砕し、その後分級して得ることができる。
上記トナーに外添剤の無機微粒子を添加するには、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサーなどの混合機を用いるとよい。
【0059】
<実施例>
以下、具体的な実施例によりこの発明を説明する。
実施例に用いる現像剤としてA〜Jの10種類の現像剤を作製した。
現像剤A
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 82重量部
(重量平均分子量:52000、Tg:54℃)
ポリエチレンワックス 5重量部
(分子量900)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 12重量部
帯電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0060】
以上の処方で、2軸エクストルーダーを用いて80℃の温度で混練した後、気流式粉砕機により粉砕・分級し、重量平均粒径9.5μm(粒径分散度=1.45)とした後、ヘンシェルミキサーを用いてシリカ(R−972:日本アエロジル)0.25重量%を混合し、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは53℃、Tmは98℃、体積固有抵抗は9.5×108Ω・cm、また平均円形度は0.91、溶融粘度が1000PaSとなる温度は115℃、ゆるみ見掛密度は0.28g/mlであった。
キャリアとしては、平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナー濃度が5.0重量%になるように混合し、この発明による現像剤Aを得た。
【0061】
現像剤B
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 82重量部
(重量平均分子量:182500、Tg:71℃)
ポリエチレンワックス 5重量部
(分子量1200)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 12重量部
帯電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0062】
以上の処方で2軸エクストルーダーを用いて160℃の温度で混練した後、気流式粉砕機により粉砕・分級し、重量平均粒径9.5μm(粒径分散度=1.42)とした後、ヘンシェルミキサーを用いてシリカ(R−972:日本アエロジル)0.25重量%を混合し、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは71℃、Tmは165℃、体積固有抵抗は8.5×108Ω・cm、平均円形度は0.91、溶融粘度が1000PaSとなる温度は175℃であり、ゆるみ見掛密度は0.29g/mlであった。
キャリアとしては平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナー濃度が5.0重量%になるように混合し、この発明による現像剤Bを得た。
【0063】
現像剤C
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 45重量部
(重量平均分子量:52000、Tg:54℃)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 40重量部
(重量平均分子量:105000、Tg:58℃)
ポリプロピレンワックス 4重量部
(ビスコール550P:三洋化成工業)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
帯電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0064】
以上の処方で、2軸エクストルーダーを用いて100℃の温度で混練した後、気流式粉砕機により粉砕・分級し、重量平均粒径8.5μm(粒径分散度=1.45)とした後、ヘンシェルミキサーを用いてシリカ(R−972:日本アエロジル)0.50重量%を混合し、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは56℃、Tmは105℃、体積固有抵抗は9.5×108Ω・cm、また平均円形度は0.91、溶融粘度が1000PaSとなる温度は118℃、ゆるみ見掛密度は0.29g/mlであった。
キャリアとしては、平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナーが濃度5.0重量%になるように混合し、この発明による現像剤Cを得た。
【0065】
現像剤D
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 65重量部
(重量平均分子量:182500、Tg:71℃)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 20重量部
(重量平均分子量:105000、Tg:58℃)
ポリプロピレンワックス 4重量部
(ビスコール550P:三洋化成工業)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
帯電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0066】
以上の処方で、2軸エクストルーダーを用いて150℃の温度で混練した後、気流式粉砕機により粉砕・分級して重量平均粒径8.5μm(粒径分散度=1.43)とした後、ヘンシェルミキサーを用いてシリカ(R−972:日本アエロジル)0.50重量%を混合し、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは68℃、Tmは155℃、体積固有抵抗は7.5×108Ω・cm、また平均円形度は0.90、溶融粘度が1000PaSとなる温度は172℃、ゆるみ見掛密度は0.29g/mlであった。
キャリアとしては、平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナー濃度が5.0重量%になるように混合し、この発明の現像剤Dを得た。
【0067】
現像剤E
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 35重量部
(重量平均分子量:182500、Tg:71℃)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 49重量部
(重量平均分子量:105000、Tg:58℃)
ポリプロピレンワックス 5重量部
(ビスコール550P:三洋化成工業)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
帯電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0068】
以上の処方で、2軸エクストルーダーを用いて120℃の温度で混練した後、気流式粉砕機により粉砕・分級して、重量平均粒径7.0μm(粒径分散度=1.46)とした後ヘンシェルミキサーを用い、シリカ(R−972:日本アエロジル)0.75重量%を混合し、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは65℃、Tmは150℃、体積固有抵抗は5.5×108Ω・cm、また平均円形度は0.90、溶融粘度が1000PaSとなる温度は125℃、ゆるみ見掛密度は0.29g/mlであった。
キャリアとしては、平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナー濃度が5.0重量%になるように混合し、この発明による現像剤Eを得た。
【0069】
現像剤F
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 60重量部
(重量平均分子量:182500、Tg:71℃)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 24重量部
(重量平均分子量:105000、Tg:58℃)
ポリプロピレンワックス 5重量部
(ビスコール550P:三洋化成工業)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
荷電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0070】
以上の処方で、2軸エクストルーダーを用いて140℃の温度で混練した後、気流式粉砕機により粉砕・分級し重量平均粒径7.0μm(粒径分散度=1.46)とした後ヘンシェルミキサーを用い、シリカ(R−972:日本アエロジル)0.75重量%を混合し、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは65℃、Tmは150℃、体積固有抵抗は7.5×108Ω・cm、また平均円形度は0.90、溶融粘度が1000PaSとなる温度は165℃、ゆるみ見掛密度は0.29g/mlであった。
キャリアとしては、平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナー濃度が5.0重量%になるように混合し、この発明による現像剤Fを得た。
【0071】
現像剤G
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 58重量部
(重量平均分子量:182500、Tg:71℃)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 26重量部
(重量平均分子量:105000、Tg:58℃)
ポリプロピレンワックス 5重量部
(ビスコール550P:三洋化成工業)
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
帯電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0072】
以上の処方で、2軸エクストルーダーを用いて140℃の温度で混練した後、機械式粉砕機により粉砕・分級して重量平均粒径7.5μm(粒径分散度=1.41)とした後、ヘンシェルミキサーを用いてシリカ(R−972:日本アエロジル)0.75重量%を混合し、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは65℃、Tmは153℃、体積固有抵抗は8.5×108Ω・cm、また平均円形度は0.95、溶融粘度が1000PaSとなる温度は152℃、ゆるみ見掛密度は0.29g/mlであった。
キャリアとしては、平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナー濃度が5.0重量%になるように混合し、この発明による現像剤Gを得た。
【0073】
現像剤H
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 60重量部
(重量平均分子量:182500、Tg:71℃)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 24重量部
(重量平均分子量:105000、Tg:58℃)
カルナウバワックス 5重量部
カーボンブラック(三菱化成 #44) 10重量部
帯電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0074】
以上の処方で、2軸エクストルーダーを用いて135℃の温度で混練した後、機械式粉砕機により粉砕・分級して重量平均粒径6.5μm(粒径分散度=1.35)とした後、ヘンシェルミキサーを用たシリカ(R−972:日本アエロジル)1.00重量%を混合し、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは65℃、Tmは150℃、体積固有抵抗は9.5×108Ω・cm、また平均円形度は0.96、溶融粘度が1000PaSとなる温度は145℃、ゆるみ見掛密度は0.29g/mlであった。
キャリアとしては、平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナー濃度が5.0重量%になるように混合し、この発明による現像剤Gを得た。
【0075】
現像剤I
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 60重量部
(重量平均分子量:182500、Tg:71℃)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 27重量部
(重量平均分子量:105000、Tg:58℃)
カルナウバワックス 5重量部
カーボンブラック(三菱化成 #44) 7重量部
帯電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0076】
以上の処方で、2軸エクストルーダーを用いて130℃の温度で混練した後、機械式粉砕機により粉砕・分級して重量平均粒径6.5μm(粒径分散度=1.35)とした後、ヘンシェルミキサーを用い、シリカ(R−972:日本アエロジル)1.00重量%を混合して、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは62℃、Tmは150℃、体積固有抵抗は2.5×109Ω・cm、また平均円形度は0.97、溶融粘度が1000PaSとなる温度は145℃、ゆるみ見掛密度は0.29g/mlであった。
キャリアとしては平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナー濃度が5.0重量%となるように混合して、この発明による現像剤Iを得た。
【0077】
現像剤J
(トナー処方)
ポリエステル樹脂 60重量部
(重量平均分子量:182500、Tg:71℃)
スチレン−ブチルアクリレート共重合体 27重量部
(重量平均分子量:105000、Tg:58℃)
カルナウバワックス 5重量部
カーボンブラック(三菱化成 #44) 7重量部
帯電制御剤(スピロンブラックTR−H:保土ヶ谷化学) 1量部
【0078】
以上の処方で、2軸エクストルーダーを用いて130℃の温度で混練した後、機械式粉砕機により粉砕・分級して重量平均粒径6.5μm(粒径分散度=1.35)とした後、ヘンシェルミキサーを用いてシリカ(R−972:日本アエロジル)1.50重量%を混合し、下記のトナーを得た。
このトナーのTgは62℃、Tmは150℃、体積固有抵抗は2.5×109Ω・cm、また平均円形度は0.97、溶融粘度が1000PaSとなる温度は145℃、ゆるみ見掛密度は0.35g/mlであった。
キャリアとしては、平均粒径50μmのマグネタイト粒子にメチルメタクリレート樹脂(MMA)をコート(膜厚0.5μm)したものを用い、上記トナーとトナー濃度が5.0重量%となるように混合し、この発明による現像剤Jを得た。
【0079】
つぎに、図1に示したこの発明による画像形成装置において、上記現像剤A〜Jを用いて画像を形成し、その画像から転写率、定着性、粒状度の評価を行った。
転写率は黒べたの2.5cm×2.5cmパターンを作像したときの感光体上トナー重量、転写紙上のトナー重量を測定し、下記に示す式で評価を行った。
転写率=〔転写後の転写紙上のトナー重量/現像後の感光体上のトナー重量〕×100[%]
転写率は高いほどよい。結果の判定基準は、
〇:転写率80[%]以上
△:転写率60〜79[%]
×:転写率59[%]以下
とした。
【0080】
定着性の評価方法は、まず2値のハーフトーン画像をプリントしたサンプルを得る。得られたサンプルにメンデイングテープ(3M社製)を貼り、一定の圧力を掛けた後、ゆっくり引き剥がす。その前後の画像濃度をマクベス濃度計により測定し、下記の式によって定着性を算出する。
定着率=〔メンデイングテープ引き剥がし後の画像濃度/メンデイングテープ引き剥がし前の画像濃度〕×100[%]
定着率は高いほどよい。定着率の判定基準は、
○:定着率85[%]以上
△:定着率75〜84[%]
×:定着率74[%]以下
とした。
【0081】
粒状度はざらつきの物理的評価値である。粒状度の評価方法は、まず2値のハーフトーン画像をプリントしたサンプルを得る。次に、それを大日本スクリーン社のGenaScan5000スキャナで1000dpiにて読み込み、画像データを得る。その画像データを濃度分布に変換し、ノイズは濃度変動の周波数特性であるウィナースペクトラム(WS)を得る。平均値が0である濃度変動成分をf(x)とすると、
F(u)=∫f(x)exp (−2πiux)dx
WS(u)=F(u)2
である。
【0082】
このWSから下記の式によって粒状度(GS)を評価する。
GS=exp(−1.8<D>)∫WS(u)1/2 VTF(u)du
ただし、VTFは視覚の周波数特性である。濃度変動のノイズ成分に人の主観度を掛け合わせて、主観評価との整合性を取っている。exp(−1.8<D>)は画像の平均濃度<D>による補正係数である。平均濃度が低いほど人の視覚のざらつきに対する感度が高くなる事に対しての補正である。
粒状度は画像のなめらかさの主観評価と高い相関があり、値が小さいほど滑らかな高画質となり、逆に大きいとざらついたプアな画像品質となる。
この粒状度の判定基準は
◎:0.20以下
○:0.21〜0.35
△:0.36〜0.50
×:0.51〜0.70
××:0.71以上
とした。
【0083】
〔実施例1〕
現像剤Gを用いて、評価機は図1のリコー社製デジタル複写機MF7070の転写ユニット改造機を用いた。2成分磁気ブラシ方式の現像装置4で現像した後、転写装置5によって温度と圧力を併用して転写工程を行った。その転写時の圧力は面圧で50N/cm2、ベルト温度は120℃に設定した。
続く定着装置7による定着工程は、面圧9.3N/cm2の加圧力で圧接されて、定着ニップ幅約10mmを構成し、定着温度は175℃に設定した。
この画像形成装置を用いて、600dpiの2値ドットから形成されたグレースケールを中心としたテストチャートをプリントアウトして画像を得られるようにした。
【0084】
この転写方式の最適化の実験を以下の条件で行った。
現像装置4で使用する現像剤のトナー粒径は7.5μm(重量平均)、感光体1の表面粗さ(感光体粗さ)Rzは2.5μm、3.1μm、4.8μmの3水準を用いた。感光体1にはアモルファスシリコン感光体を用い、表面粗さ条件は金属酸化物粉末を用いてバフ研磨で条件出しを行った。また転写紙条件として、その表面粗さ(紙粗さ)はRzで8μm、15μm、24μmの3水準の転写紙を用いた。この転写紙の表面粗さはコート紙と普通紙から選択した。
表面粗さは、キーエンス社製、VK8500を用い、線粗さ計測モードを用いて測定を行った。表1に転写率を調べた結果を示す。
【0085】
【表1】
【0086】
表1によれば、感光体粗さの小さい方と、転写紙粗さの大きい方とが共に転写率がよくなり、トナー粒径をaとした場合、感光体の粗さRzは「a/2」以下が好ましく、転写紙の粗さRzは「2×a」以上の条件が好ましいという結果が得られた。これは、感光体粗さの小さい方が転写時に半溶融となったトナーの離形性がよくなることと、転写紙粗さの大きいほうが転写紙の繊維によるアンカー効果が大きくなることで転写紙のトナー付着力が増すことによると考えられる。
【0087】
〔実施例2〕
実施例1と同様に、現像剤Gを用いて図1のリコー社製デジタル複写機MF7070の転写ユニット改造機を用いた。感光体粗さRzが3.1μmの感光体と、紙粗さが15μmの転写紙を使用し、2成分磁気ブラシ方式の現像装置4で現像し、転写装置5による転写時に温度と圧力をかけてトナー像を転写紙に転写した後、定着装置7によって熱ローラ定着を行った。
定着は面圧:9.3N/cm2の加圧力で圧接されて、定着ニップ幅:約10mmを構成し、温度は175℃に設定した。この画像形成装置を用いて、600dpiの2値ドットから形成されたグレースケールを中心としたテストチャートをプリントアウトして画像を得られるようにした。
転写時の転写ベルト53の表面温度を50℃、70℃、120℃、150℃の4水準とり、圧力を5N/cm2、10N/cm2、50N/cm2、100N/cm2、150N/cm2の5水準をとり、テストチャートのプリントを行った。
そして、実施例1と同じく転写率を評価した。その結果を表2に示す。
【0088】
【表2】
【0089】
表2の結果より、加えた圧力が10〜100N/cm2で、加えた温度が80〜130℃のときに良好な結果が得られた。この加えた温度80〜130℃は、用いた現像剤Gのトナーのガラス転移点Tg(65℃)からトナー軟化点Tm(153℃)の温度範囲内にあった。
この結果について説明すると、まず圧力が小さいとトナー層に十分に熱が伝わらず、トナー層の離形に有利な半溶融の状態にならないと考えられる。そのため、トナー同士で粘着力が発生せず、トナー粒が感光体1側にも付着する、いわゆるコールドオフセット(C.O)に近い現象が起きるため、転写率が下がった。一方、圧力が大きいと転写率はよいものの、転写時にカールが発生し、ジャムが多発した。
また、転写温度が低すぎると、コールドオフセット現象が発生し、高すぎるとホットオフセット現象が発生するため、やはり転写率は低下した。
【0090】
次に、図1に示したように、クリーニング装置6に感光体1の摩擦係数を改善するためにステアリン酸亜鉛のブロック63を設け、ブラシ62を介して感光体1の表面にステアリン酸亜鉛を塗布して、感光体の摩擦係数を0.7から0.3に変えて転写性を確認した。
その場合、表2で得られた結果により、加えた圧力を50N/cm2、加えた温度を50〜150℃とする条件で行った。
その結果は表3に示すように、ステアリン酸亜鉛を塗布することによって転写率を改善することができた。
【0091】
【表3】
【0092】
〔実施例3〕
現像剤Gを用いて、評価機は図1に示したリコー社製デジタル複写機MF7070の転写ユニット改造機を用いた。感光体粗さRzが3.1μmの感光体1と、転写紙粗さRzが15μmの転写紙を使用し、2成分磁気ブラシ方式の現像装置で現像した後、温度と圧力を併用して転写を行った。転写の圧力は面圧で50N/cm2、転写ベルト53の温度は120℃に設定した。定着装置7による定着は、面圧50N/cm2の加圧力で圧接されて定着ニップ幅約10mmを構成し、温度は175℃に設定した。
【0093】
この画像形成装置を用いて、転写装置5とクリーニング装置6とを作像形成時以外は感光体1から離して置く場合と、常に当接させておく場合とで、通常の環境ではいずれでも問題が発生しない。そこで、室温30℃、相対湿度60%RHに保たれた環境で余裕度テストを行なった。
作像条件は、プリント枚数500枚プリント(文字部面積6%チャート)を15分間隔で一日8時間(16千枚)で10日間稼動して比較した。
【0094】
その結果、転写装置とクリーニング装置とを常に接触した条件で稼動した画像形成装置では、クリーニング装置6のブレード61の先端にトナーが固着し、クリーニング不良が発生し、感光体1の汚れや画像の地肌汚れ、黒スジなどが30千枚程度から発生した。
一方、作像時以外は転写装置5とクリーニング装置6と感光体1から離しておく条件で稼動した画像形成装置では、同じテストでも問題の発生はなく、正常な画像が得られた。
【0095】
〔実施例4〕
評価機は図1に示したリコー社製デジタル複写機MF7070の転写ユニット改造機を用いた。感光体粗さRzが3.1μmの感光体と、転写紙粗さRzが15μmの転写紙を使用し、2成分磁気ブラシ方式の現像装置4で現像した後、転写装置5で温度と圧力を併用して転写を行った。転写の圧力は50N/cm2、ベルト温度は120℃に設定した。
定着装置7による定着は、面圧9.3N/cm2の加圧力で圧接されて定着ニップ幅約10mmを構成し、温度は175℃に設定した。この装置を用いて、600dpiの2値ドットから形成されたグレースケールを中心としたテストチャートをプリントアウトして画像を得た。
この実施例では、現像剤として前述した現像剤A、B、E、Gを用いた。
評価は転写特性(転写率%)、定着特性で評価した。結果を表4に示した。
【0096】
【表4】
【0097】
以上の結果より、トナーのガラス転移温度Tgが55〜70℃、トナー軟化温度Tmが100〜160℃の範囲で好ましい結果となった。Tgが55℃未満の場合、転写時の離形性が悪化し、トナーの保存性も悪化した。
一方、Tgが70℃より大きい場合、転写時にトナー同士に粘着力が働かず、感光体上にトナー粒が残り、定着における定着性も悪化した。Tmが100[℃]未満の場合、転写時の離形性が悪化し、保存性も悪化した。 また、Tmが160[℃]より大きい場合、定着における熱定着性が悪化した。
しかし、トナーのガラス転移温度Tgは50〜80℃の範囲まで、トナー軟化温度Tmは100〜180℃の範囲までは、実用上問題はない。
【0098】
〔実施例5〕
評価機は図1のリコー社製デジタル複写機MF7070の転写ユニット改造機を用いた。表面粗さRzが3.1μmの感光体1と、紙粗さRzが15μmの転写紙を使用し、2成分磁気ブラシ方式の現像装置4で現像した後、転写装置5によって温度と圧力を併用してトナー像を転写紙に転写した。その転写時の圧力は50N/cm2、転写ベルト53の温度は120℃に設定した。定着装置7による定着は、面圧9.3N/cm2の加圧力で圧接されて定着ニップ幅約10mmを構成し、転写ベルト53の温度は175℃に設定した。この画像形成装置を用いて、600dpiの2値ドットから形成されたグレースケールを中心としたテストチャートをプリントアウトして画像を得た。
この実施例で用いた現像剤は上記の現像剤C、D、E、Gを用いた。
評価は転写特性(転写率%)、定着特性で評価した。結果を表5に示した。
【0099】
【表5】
【0100】
現像剤Cは実施例3で見た好ましいトナーのTg,Tmの温度範囲は満たしているが、溶融粘度が1000PaSになる温度が低すぎるため、定着でホットオフセット(H.O)が発生した。
また、現像剤Dも実施例3で見た好ましいTg,Tmの温度範囲は満たしているが、溶融粘度が1000PaSになる温度が高すぎたため、定着できていなかった。
以上の結果より、溶融粘度が1000PaSになる温度が120〜170℃の範囲が好ましい結果となった。120℃未満の場合は、定着においてホットオフセット現象が発生しやすかった。また170℃より大きい場合、定着における熱定着性が悪化し、190℃を越えると急速に悪化する。
【0101】
〔実施例6〕
実施例4,5で転写と定着が成立するためのトナー条件の評価を終了したので、この実施例では画質の評価を行った。
評価機は図1のリコー社製デジタル複写機MF7070の転写ユニット改造機を用いた。感光体粗さRzが3.1μmの感光体と、転写紙粗さRzが15μmの転写紙を使用し、2成分磁気ブラシ方式の現像装置4で現像した後、転写装置5によって温度と圧力を併用してトナー像の転写紙への転写を行った。その転写時の圧力は50N/cm2、転写ベルト53の温度は120℃に設定した。
【0102】
定着装置7による定着は、面圧9.350N/cm2の加圧力で圧接されて定着ニップ幅約10[mm]を構成し、定着温度は175℃に設定した。この画像形成装置を用いて、600dpiの2値ドットから形成されたグレースケールを中心としたテストチャートをプリントアウトして画像を得た。
この実施例では現像剤E、F、G、H、I、Jを用いた。いずれの現像剤のトナーも実施例4,5の転写、定着の成立条件を満たしており、転写率、定着性は問題なかった。
画質の評価をハーフトーンの粒状度を用いて評価した。その結果を表6に示した。
【0103】
【表6】
【0104】
現像剤E、Fと現像剤Gとでは粒状度の評価に有意な差があるが、これをトナー物性値でみると有意に異なる項目はトナー円形度である。
トナー円形度が0.95以下と以上では、粒状度に差があることから、トナー円形度は0.95以上の範囲が好ましかった。平均円形度が0.95未満の場合、トナー粒子が不定形となり感光体1上でのトナー像の集合状態が不均一となり、転写時の熱と圧力のかかり方が不均一となり、転写率および転写品質が悪化した。
次に、現像剤Gと現像剤Hとでは粒状度の評価に有意な差があるが、これをトナー物性値でみると有意に異なる項目はトナー分散度であった。
分散度が1.4以下と以上では、粒状度に差があることから、分散度は1.4以下の範囲が好ましい。分散度が1.4より大きい場合、転写工程で圧力と熱が均一に加わりにくくなるために、転写むらが発生して好ましくなかった。
【0105】
さらに、現像剤Hと現像剤Iとでは粒状度の評価に有意な差があるが、これをトナー物性値でみると有意に異なる項目は体積固有抵抗であった。
体積固有抵抗が1×109[Ω・cm]以下と以上では、粒状度の評価に有意な差があることから、体積固有抵抗は1×109[Ω・cm]以上の範囲が好ましかった。1×109[Ω・cm]未満の場合はトナー像が疎に現像され、転写時に圧力が不均一となり、転写にむらが生じた。
【0106】
現像剤Iと現像剤Jとでは粒状度の評価に有意な差があるが、これをトナー物性値でみると有意に異なる項目はゆるみ見掛け密度であった。
ゆるみ見掛け密度は粒状度に影響することから、ゆるみ見掛け密度は0.30g/ml以上の範囲が好ましかった。0.30g/ml未満の場合、トナーの凝集性が強くなり、感光体1上でのトナー像厚みが不均一となり、転写工程での圧力のかかりが不均一になるため、転写率および転写品質が悪化した。また、凝集したトナーが非画像部に落ちることによって画像に不快な汚れが発生した。
【0107】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明による画像形成装置およびそれによる画像形成方法によれば、画像劣化の大きい転写工程で転写と同時にトナー像を転写紙に半定着させることにより、静電気放電の影響によるチリやニジミなどの画像の劣化を防止でき、良好な品質の画像を形成することができる。
また、この発明による画像形成装置の現像装置で使用する現像剤は、そのトナーの物性を規定したことにより、転写性と定着性のよい良好な品質の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による画像形成装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
1:感光体 2:帯電器 3:露光装置
4:現像装置 5:転写装置
6:クリーニング装置 7:定着装置
10:画像形成装置 11:プロッタ部
12:スキャナ部 12a:圧板
33:ミラー 52:転写ローラ
53:転写ベルト 54:テンションローラ
56:ヒータ 57:温度センサ
58:クリーナ 61:ブレード
62:ブラシ 63:脂肪酸金属塩のブロック
71:定着ローラ 72:加圧ローラ
73,74:ヒータ
101,106:転写紙バンク(カセット)
102,107:給紙ローラ
103:分離給送ローラ対 105:排紙ローラ対
104:レジストローラ対 108:搬送ローラ対
109:排紙トレイ
Claims (19)
- 静電潜像を形成する感光体と、その静電潜像を現像剤によって現像してトナー像にする現像装置と、感光体上のトナー像を転写紙に転写させる転写装置と、その転写されたトナー像を転写紙に定着させる定着装置と、前記感光体上に残ったトナーを除去するクリーニング装置とを備えた画像形成装置において、
前記転写装置に、前記感光体上のトナーと転写紙に熱と圧力を与えることにより、前記トナー像の該転写紙への転写と半定着とを同時に行う転写ローラと、該転写ローラと前記感光体との間に10〜100N/cm2の範囲の圧力を加える手段と、該転写ローラの表面を前記トナーのガラス転移温度から軟化温度の範囲の温度に加熱する手段とを設け、
前記定着装置では、前記転写装置によって前記転写紙に転写されて半定着されたトナー像を本定着するようにしたことを特徴とする画像形成装置。 - 前記感光体の表面粗さが、前記現像装置で使用する現像剤のトナー粒径の1/2以下であることを特徴とする請求項1記載の画像形成装置。
- 前記感光体がアモルファスシリコン感光体であることを特徴とする請求項1又は2記載の画像形成装置。
- 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の画像形成装置において、前記現像装置と転写装置とクリーニング装置を前記感光体に対して接離可能に設け、作像時以外は感光体から離した状態に維持するようにしたことを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の画像形成装置において、前記クリーニング装置がブレードと回転するブラシとを備えており、そのブラシに当接するように脂肪酸金属塩のブロックを配置し、該ブラシの回転により脂肪酸金属塩が前記感光体に塗布されるようにしたことを特徴とする画像形成装置。
- 前記脂肪酸金属塩がステアリン酸亜鉛であり、そのステアリン酸亜鉛が塗布されたときの前記感光体の表面の摩擦係数が0.6以下となるようにしたことを特徴とする請求項5記載の画像形成装置。
- 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の画像形成装置による画像形成方法であって、前記転写紙として表面粗さが前記現像装置で使用する現像剤のトナー粒径の2倍以上である転写紙を使用することを特徴とする画像形成方法。
- 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の画像形成装置による画像形成方法であって、前記現像装置で使用する現像剤のトナーとして、ガラス転移点が50〜80℃で、軟化温度が100〜180℃であるトナーを用いることを特徴とする画像形成方法。
- 請求項8記載の画像形成方法であって、前記トナーとして、溶融粘度が1000PaSとなる温度が120〜190℃であるトナーを用いることを特徴とする画像形成方法。
- 請求項8又は9記載の画像形成方法であって、前記トナーとして、平均円形度が0.92以上であるトナーを用いることを特徴とする画像形成方法。
- 請求項8乃至10のいずれか一項に記載の画像形成方法であって、前記トナーとして、粒径の分散度が1.4以下であるトナーを用いることを特徴とする画像形成方法。
- 請求項8乃至11のいずれか一項に記載の画像形成方法であって、前記トナーとして、体積固有抵抗が1×109Ω・cm以上であるトナーを用いることを特徴とする画像形成方法。
- 請求項8乃至12のいずれか一項に記載の画像形成方法であって、前記トナーとして、ゆるみ見掛け密度が0.30g/ml以上であるトナーを用いることを特徴とする画像形成方法。
- 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の画像形成装置における現像装置で使用する現像剤であって、
トナーとキャリアとが混合しており、そのトナーのガラス転移点が50〜80℃で、軟化温度が100〜180℃であることを特徴とする現像剤。 - 請求項14に記載の現像剤であって、前記トナーの溶融粘度が1000PaSとなる温度が120〜190℃であることを特徴とする現像剤。
- 請求項14又は15記載の現像剤であって、前記トナーの平均円形度が0.92以上であることを特徴とする現像剤。
- 請求項14乃至16のいずれか一項に記載の現像剤であって、前記トナーの粒径の分散度が1.4以下であることを特徴とする現像剤。
- 請求項14乃至17のいずれか一項に記載の現像剤であって、前記トナーの体積固有抵抗が1×109Ω・cm以上であることを特徴とする現像剤。
- 請求項14乃至18のいずれか一項に記載の現像剤であって、前記トナーのゆるみ見掛け密度が0.30g/ml以上であることを特徴とする現像剤。
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