JP2005099878A5 - - Google Patents

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画像形成方法及び画像形成装置
乾式二成分あるいは一成分現像剤を用いて、画像不良の発生が少なく、生産性に優れる画像形成方法並びに装置を提供する。又、乾式二成分あるいは一成分現像剤を用いた複写機、プリンター、ファクシミリの改良に関する。
従来、電子写真方式には多様な方法が知られており、一般的には像担持体(感光体)表面を帯電させ、帯電させた像担持体を露光して静電潜像を形成する。次いで、静電潜像を電子写真用トナーを用いて可視像として、該像担持体上にトナー像を形成する。さらに、該トナー像を転写体に転写して加熱、圧力もしくはこれらの併用によって定着することにより、転写体上に画像が形成された記録物が得られる。なお、トナー像転写後の像担持体上に残ったトナーは、ブレード、ブラシ、ローラ等の既知の方法によりクリーニングされる。
近年の電子写真技術の動向としてデジタル化及び高画質化が要求されており、例えば解像度は1200dpi以上の高解像のものが検討されていて、これを実現するために従来以上に高精細の画像形成方式が望まれている。潜像を可視化するトナー及び現像剤に対しても、高精細画像を形成するためにさらなる小粒径化が検討され実現化されつつある。例えば特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4などに特定の粒径分布を有する小粒径トナーが各種提案されている。
しかしながら、小粒径トナーは従来と較べて、トナー同士あるいは感光体に代表される他部材との付着力が無視できなくなる。該付着力は電子写真装置のほぼ全ての画像形成工程に影響してその画質を左右するが、特に現像工程における地肌汚れ、転写工程における中抜け現象及び転写チリ、クリーニング工程におけるクリーニング残など画像不良の発生機構に直接的に関与し、トナーの小粒径化によりこれらの効果が助長されるため、トナーの付着力制御はトナー粒子設計における重要な課題の1つである。
現像工程、特に、二成分現像剤を例とすると、現像ニップ内ではベタ現像をするために充分に多量のトナーが一旦感光体表面に接触(付着)し、現像電界によるクーロン力の向きと大きさによって、最終的に感光体側に付着する(現像される)か、キャリア側に戻る(スキャベンジされる)かが決まる。現像電界が一定ならば、クーロン力の向きと大きさはトナー粒子の帯電量で決まるが、トナー粒子の帯電量は分布を持っており、それぞれトナー粒子の挙動が異なる。一般に、現像ニップには地肌汚れを減少させる目的で現像バイアスが印加されており、現像ニップ内で地肌部上に存在する多数の正常に帯電したトナーに対してはキャリア側にスキャベンジされる大きなクーロン力が働くため、地肌汚れは抑制される。しかし、現像剤中に存在する少数の逆帯電トナーに対しては、感光体側に付着する方向にクーロン力が働くため、地肌部には逆帯電トナーが付着する。また、弱帯電トナーの場合はキャリア側へのクーロン力が小さいため、キャリアにスキャベンジされずに地肌部に残り易くなる。したがって、感光体上の地肌汚れトナーは現像剤中に含まれる逆帯電トナー及び弱帯電トナーが主に地肌部に付着していると考えられてきた。これは、主に現像剤の経時劣化や現像剤の混合攪拌不足による現像剤中の逆帯電及び弱帯電トナー数の増加が原因であると予測される。
そこでこれらの問題対策として、現像剤中の逆・弱帯電トナーを減少させるような手段が従来提案されており、例えば特許文献5に現像剤のトナー粒子帯電量分布における適正帯電領域の分布面積を規定することで現像剤中の逆・弱帯電トナー量を規制した地肌汚れの無いシステムが開示され実際に電子写真装置内で利用されている。
しかしながら、近年の動向として、高画質化に向けたトナーの小粒径化や、低エネルギー定着の為に軟化点を低くしたトナーが順次開発され、上記のような工夫のみでは対応できないような問題が生じてきており、単に現像剤中のトナー帯電量分布の規制のみでは解決できない問題、すなわち新規トナーを用いた場合には前述のような従来の対策だけでは地肌汚れがよくならないという問題が顕在化し、トナー付着力の制御が重要な課題となってきた。
また、転写工程は電界による静電気力でトナーを感光体から転写体上に移動させる行程であり、転写特性はトナーの付着力と電界による静電気力の力関係で決定されるので、トナーの付着力制御は転写設計上重要な要素になる。ローラ転写、ベルト転写を用いた場合、感光体上のトナー像が転写体に押し付けられると、反作用により該トナーが感光体上に押し固められて、トナーと感光体間の付着力およびトナー粒子/トナー粒子間付着力が大きくなり、トナーが転写体に転写されることなく感光体上に残留しやすくなる。この現象は、特に圧力がかかりやすい細線部の中心に起こり易く、画像の中抜けが発生する。このため、画像の中抜けを改善するためには、トナーと感光体間の付着力およびトナー粒子/トナー粒子間付着力または感光体と転写体間にかかる圧力を低減させることが必要である。
トナーと感光体間の付着力は、トナーの帯電に起因する静電的付着力とそれ以外の非静電的付着力に分類されるが、静電的付着力はトナーの帯電量に依存し、帯電量を下げることによって低減することができる。しかし、トナーの帯電量が小さすぎると、電界による静電気力でトナーを転写させることができなくなるという問題があった。
トナーの付着力に関する報告例として、例えば特許文献6、特許文献7、特許文献8等がある。しかしながら、上記報告例ではトナーの付着力を静電的付着力と非静電的付着力に分類して検討していない。また、特許文献9では、トナーの非静電的付着力と画質の関係について検討し、トナーの非静電的付着力を一定値に規定している。トナーの非静電的付着力はトナーの粒径に依存して変化するが、特許文献9では、非静電的付着力とトナー粒径の関係については規定していない。
一般に、トナー同士あるいはトナー/他部材間の付着力は分布を有している。トナーの付着力分布が広く、付着力が大きすぎる、または小さすぎるトナーが多い場合は画像不良が発生し易いため、トナーの付着力分布をシャープにする必要がある。一般に、トナー粒子の付着力は粒径に依存して変化する。このため、トナーの付着力分布をシャープにするには、粒径分布をシャープにする必要がある。しかし、粒径分布をシャープにするには、製造工程において従来以上の粉砕精度が要求される、あるいは厳しい分級精度が要求されるなどの課題があり、例えば特許文献10、特許文献11、特許文献12などで様々な新規製造技術による対策を講じてはいるが、結果的には製造コストの増加を招く要因となっていた。また、厳しい精度による分級を実施する場合従来以上に廃棄物量が増加するために、環境エコロジーの面からも、トナー粒径分布のシャープ化以外の簡便な方法による付着力分布の制御技術を確立する要求が高まっていた。
特開平1−112253号公報 特開平2−284158号公報 特開平3−181952号公報 特開平4−162048号公報 特開平4−110861号公報 特開平5−333757号公報 特開平6−167825号公報 特開平6−167826号公報 特開平8−305075号公報 特開平5−134455号公報 特開平6−273978号公報 特開平7−333890号公報
本発明の目的は、トナー粒子と他部材間の非静電的付着力(トナー電荷に起因しない付着力)を制御することにより、画像不良の発生が無い高画質な画像形成を可能とし、さらに原材料のロスを助長する極端な分級処理などを必要としない生産性に優れる電子写真用トナーを用いた画像形成方法、及び画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記問題鑑みて、様々な電子写真用トナー粒子と電子写真用感光体間の付着力を遠心分離法によって定量的に評価し、画像不良との関係を検討した結果、非静電的付着力がある条件を満たした電子写真用トナーを使用することにより、上記画像不良を改善し得ることを見出し、本発明に至った。
即ち、本発明感光体上に静電潜像を形成する潜像形成工程、該感光体上の潜像上に電子写真用トナーを用いてトナー像を形成する現像工程、形成されたトナー像を転写体上に転写する転写工程を有する画像形成方法において、該トナーは、遠心分離法によって測定される電子写真用トナーと電子写真感光体間に働く付着力の内、トナーの帯電に起因しない非静電的付着力に関して、該電子写真用トナーにおける粒径範囲がD±d(μm)、(dが2μm)以下であるトナー粒子群に対する非静電的付着力の平均値をFne(D)(nN)とした場合に、トナー粒径Dを横軸とし、Fne(D)を縦軸としてプロットしたグラフにおける一次回帰直線の比例係数が0.01(nN/μm)〜5(nN/μm)となり、非静電的付着力の常用対数分布における標準偏差が0.65以下となる電子写真用トナーと感光体との組み合せを用いることを特徴とする。ここで、電子写真用トナーと電子写真用感光体の非静電的付着力は、ファンデルワールス力、液架橋力、分子間力等から構成される。
また、本発明で用いる電子写真用トナーは、一次粒子径の平均値が1nm〜100nmである微粒子から成る外添剤によって外添処理を施し、トナー粒子1粒当たりの表面積に対する外添剤の被覆面積比率平均値を8%〜100%としたことを特徴とするものである。又、より好ましくは、一次粒子径の平均値が5nm〜80nm、外添剤の被覆面積比率が10%〜90%である。
また、本発明で用いる外添剤はシリカ、チタニア、アルミナのいずれかを少なくとも1種類以上含有することを特徴とする。さらに、有機微粒子としてアクリル系重合体、特にポリメチルメタクリレートであることを特徴とする。外添剤は疎水化処理されていることを特徴とする。また、本発明では、V型ブレンダー、メカノ、フージョン等の混合装置、特にはヘンシェルミキサーによって外添処理されることを特徴とする。
上記電子写真用トナーが、磁性一成分トナーであることを特徴とする。さらには、磁性キャリアと共に使用される磁性二成分現像剤を構成する非磁性トナーであることを特徴とする。
また、本発明で用いる電子写真用トナーは、当該電子写真用トナーの体積平均粒径が3μm〜15μm特には3μm〜10μmであることを特徴とする。
また、本発明の画像形成方法は、結着樹脂中に、着色剤、電荷制御剤、離型剤を配合して、適当な粒径に造粒し、外添剤を添加してなるトナーを用いることを特徴とする
また、本発明、感光体上に静電潜像を形成する潜像形成手段、該感光体上の潜像上にトナー像を形成する現像手段、形成されたトナー像を転写体上に転写する転写手段を有する画像形成装置において、上記の電子写真用トナーを使用することを特徴とする画像形成装置である。
また、かかる装置における感光体が無機感光体あるいは、導電性支持体上に、有機材料の電荷発生層、電荷輸送層が形成され、あるいはさらに保護層が形成されたものである。
本発明により、トナー粒子と他部材間の非静電的付着力(トナー電荷に起因しない付着力)を制御することにより、画像不良の発生が無い高画質な画像形成を可能とし、さらに原材料のロスを助長する極端な分級処理などを必要としない生産性に優れる電子写真用ト
ナーを用いた画像形成方法および画像形成装置を提供することができる。
まず、遠心分離法によるトナーと感光体間の付着力測定方法について説明する。
トナーの付着力を測定する方法は、トナーの付着している物体からトナーを分離するのに必要な力を見積もる方法が一般的である。トナーを分離させる方法としては、遠心力、振動、衝撃、空気圧、電界、磁界等を用いた方法が知られている。この内、遠心力を利用
した方法は定量化が容易で、かつ測定精度が高い。このため、本発明ではトナーと感光体間の付着力を測定する方法として、遠心分離法を用いた。
以下、遠心分離によるトナー付着力測定方法について説明するが、IS&T NIP7th p.200(1991)などに記載されている方法が知られている。
まず、トナー付着力測定を実施する際の装置について説明する。
図1、図2は、本発明に係るトナー付着力測定装置の測定セル、遠心分離装置の一例を示す図である。
図1は、トナー付着力測定装置の測定セルの説明図である。図1において、1は測定セルであり、測定セル1は、トナーを付着させた試料面2aを有する試料基板2と、試料基板2から分離したトナーを付着させる付着面3aを有する受け基板3と、試料基板2の試
料面2aと受け基板3の付着面3aの間に設けられたスペーサ4から構成される。
図2は、遠心分離装置の一部断面図である。図2において、5は遠心分離装置であり、遠心分離装置5は、測定セル1を回転させるロータ6と、保持部材7を備えている。ロータ6は、自身の回転中心軸9に対して垂直な断面で穴形状であり保持部材7を設置する試
料設置部8を有している。保持部材7は、棒状部7aと、棒状部7aに設けられ測定セル1を保持するセル保持部7b、測定セル1をセル保持部7bから押し出すための穴部7c、棒状部7aを試料設置部8に固定する設置固定部7dを備えている。セル保持部7bは
、測定セル1を設置したときに、測定セル1の垂直方向がロータの回転中心軸9に垂直となるように構成される。
次に、上記の装置を用いてトナーの非静電的付着力を測定する方法を説明する。
まず、試料基板2上に直接感光体を形成するか、または感光体の一部を切り出して試料基板2上に接着剤で貼り付ける。次に、未帯電のトナーを、試料基板2上の感光体(試料面2a)上に付着させる。次に、図1のように、試料基板2、受け基板3及びスペーサ4
を用いて測定セル1を構成する。測定セル1を、保持部材7をロータ6の試料設置部8に設置したときに、試料基板2が受け基板3とロータ6の回転中心軸9の間になるように、保持部材7のセル保持部7bに設置する。保持部材7を、測定セル1の垂直方向がロータ
の回転中心軸9に垂直となるように、ロータ6の試料設置部8に設置する。遠心分離装置5を稼働してロータ6を一定の回転数で回転させる。試料基板2に付着したトナーは回転数に応じた遠心力を受け、トナーの受ける遠心力がトナーと試料面2a間の付着力よりも
大きい場合は、トナーが試料面2aから分離し、付着面3aに付着する。
トナーの受ける遠心力Fは、トナーの重量m、ロータの回転数f(rpm)、ロータの中心軸から試料基板のトナー付着面までの距離rを用いて、式(1)より求められる。
F=m×r×(2πf/60)2 (1)
トナーの重量mは、トナーの真比重ρ、円相当径dを用いて、式(2)より求められる。
m=(π/6)×ρ×d3 (2)
式(1)と式(2)より、トナーの受ける遠心力Fは、式(3)から求められる。
F=(π3/5400)×ρ×d3×r×f2 (3)
遠心分離終了後、保持部材7をロータ6の試料設置部8から取り出し、保持部材7のセル保持部7bから測定セル1を取り出す。受け基板3を交換し、測定セル1を保持部材7に設置し、保持部材7をロータ6に設置し、ロータ6を前回よりも高回転数で回転させる。トナーの受ける遠心力が前回よりも大きくなり、付着力の大きなトナーが、トナーが試料面2aから分離して付着面3aに付着する。
遠心分離装置の設定回転数を低回転数から高回転数へ変えて同様の操作を実施することにより、各回転数で受ける遠心力と付着力の大小関係に応じて、試料面2a上のトナーが付着面3aに移動する。
全ての設定回転数について遠心分離を実施後、各回転数の受け基板3の付着面3aに付着したトナーの粒径を計測することにより、式(3)を用いて各トナーの付着力を求めることができる。
トナーの粒径及び個数の測定は、光学顕微鏡で付着面3a上のトナーを観察し、その画像をCCDカメラを通して画像処理装置に入力し、画像処理装置を用いて各トナーの粒径測定をおこなうことができる。
図3に、上記の方法によって測定したトナーと感光体間の非静電的付着力Fneの常用対数分布の一例を示す。図3のように、非静電的付着力分布は平均値Favと標準偏差σで特徴づけられる。平均値Favと標準偏差σは、トナーの平均粒径、粒径分布、形状、構成材料、添加剤等の様々な条件によって変化する。
上記の測定方法では、受け基板3の付着面3aに付着した各トナーの粒径を測定しているので、各粒径毎の非静電的付着力の平均値を求めることができる。このため、一回の付着力測定によって、測定したトナーに関する粒径と付着力の関係を求めることができる。
任意のトナー粒径D(μm)を横軸、粒径範囲D±0.5(μm)における各非静電的付着力の平均値Fne(D)(nN)を縦軸として、測定値をプロットした結果を図4に示す。なお、図4における平均値Fne(D)は、粒径がD±0.5(μm)の範囲内にあるトナーに対する非静電的付着力の常用対数について算術平均値Aを算出し、Fne(D)=10A から求めた。
図4のように、各粒径における非静電的付着力の平均値Fne(D)は粒径Dに比例する。図4における直線は測定値の一次回帰直線で、この一次回帰直線の比例係数をKとする。同じ構成材料を用いて作製したトナーでも、トナーの粒径分布や平均粒径が異なると、トナー全体の非静電的付着力の平均値Favは異なる値をとる。しかし、各粒径毎のトナー数が変わっても、各粒径毎の非静電的付着力の平均値Fne(D)は変わらないので、比例係数Kはトナーの粒径分布、平均粒径に依存しない。このため、比例係数Kを用いることにより、粒径分布や平均粒径の違いを考慮せずに、トナー付着力の大小関係を比較することができる。ただし、非静電的付着力の平均値Fne(D)を求める際の粒径範囲が広すぎると、Fne(D)が粒径分布によって変わってしまうので、検討の結果、粒径範囲D±d(μm)におけるdは2μm以下にする必要があることが判明した。
本発明者らは、様々なトナーについて非静電的付着力を測定し、比例係数K及び標準偏差σと画像との関係を検討した。その結果、比例係数Kが0.01(nN/μm)〜5(nN/μm)となるようなトナーを用いることにより、地肌汚れや中抜け等の画像不良を改善できることを見出した。比例係数Kを5(nN/μm)以下とすることにより、トナー全体の非静電的付着力が十分に小さく、地肌汚れや中抜け等の画像不良の点で好ましい。また、比例係数Kが0.01(nN/μm)以上では、トナー全体の非静電的付着力が十分に大きく転写チリ等の画像不良の点で好ましい。さらに、標準偏差σが0.65以下となるようなトナーを用いることにより、地肌汚れや中抜け等の画像不良をより改善できることを見出した。標準偏差σが0.65を超えると、非静電的付着力分布が広く、付着力が大きすぎる、または小さすぎるトナーが多くなり、画像不良が発生し易い。
トナーと感光体間の非静電的付着力は、ファンデルワールス力、液架橋力、分子間力等から構成されるが、これらの力はトナーと感光体の接触領域の幾何学的な構造に依存している。特に、感光体との接触領域におけるトナー表面の曲率半径の大きさは、非静電的付着力の大きさを左右する重要な要因である。外添剤によるトナー母粒子(外添剤を添加していないトナー粒子)表面の被覆はトナー表面の曲率半径を大きく変化させることができるので、非静電的付着力を制御する有効な手段となる。本発明者らは、様々なトナーについて比例係数Kを測定した結果、比例係数Kはトナーの構成材料や形状等に依存するが、特に、トナー表面の外添剤被覆率に大きく依存することを見出した。外添剤被覆率は、トナー母粒子の表面積に占める外添剤の面積によって定義され、トナーの電子顕微鏡写真を画像解析することによって計測することができる。本発明者らは、比例係数Kは外添剤被覆率が増加すると減少し、一定の外添剤被覆率以上では飽和する傾向にあり、比例係数Kの外添剤被覆率依存性がトナーの形状、外添剤の粒径及び材料等によって異なることを見出した。このため、比例係数Kが0.01(nN/μm)〜5(nN/μm)となる外添剤被覆率は、トナーの形状、外添剤の粒径及び材料等によって異なる。
また、本発明者らは、様々なトナーについて標準偏差σを測定した結果、標準偏差σも外添剤被覆率に大きく依存し、トナーの粒径分布の制御以外にも付着力分布を外添剤被覆率によって制御できることを見出した。標準偏差σは外添剤被覆率の増加と共に減少する
傾向にあり、標準偏差σの外添剤被覆率依存性がトナーの形状、外添剤の粒径及び材料等によって異なり、標準偏差σ比が0.65以下となる外添剤被覆率は、以下に述べるとおりトナーの形状、外添剤の粒径及び材料等により達成することができる。
本発明者らは、比例係数Kが0.01(nN/μm)〜5(nN/μm)で、標準偏差σが0.65以下となる条件として、一次粒子径の平均値が1nm〜100nm、好ましくは5nm〜80nmの微粒子を外添剤として用い、外添剤被覆率を8%〜100%、好ましくは10%〜90%とした場合が特に好適であることを見出した。外添剤の一次粒子径の平均値が1nm未満では、外添剤がトナー母粒子に埋没してしまうために外添剤の効果が無くなってしまう。また、外添剤の一次粒子径の平均値が100nmを超えると、外添剤がトナー母粒子から分離しやすくなり、分離した外添剤によって感光体等の画像形成装置の構成部材が損傷しやすい。被覆率が8%未満では、比例係数Kを5(nN/μm)以下にするのが困難で、また粒径分布が広いトナーの場合に標準偏差σを0.65以下にするのが困難になってしまう。また、外添剤被覆率が100%を超えると、外添剤がトナーから分離しやすくなり、感光体等が損傷しやすい。
トナーの外添剤被覆率は、外添剤の添加量、粒径、比重、トナーの粒径、比重、形状、外添方法及び外添条件等の条件を以下に述べる手段を実施することにより達成できる。例えば、外添剤添加量を増加すると、トナー母粒子上の外添剤面積が外添剤の数と共に増加し、外添剤被覆率が増加する。外添剤添加量が少なすぎると、外添剤被覆率が8%以上にならない。外添剤添加量が多すぎると、トナーに付着していない外添剤が多くなり、この外添剤によって感光体等が損傷しやすくなる。
トナー母粒子上の外添剤面積は、一つの外添剤が占める面積と外添剤の数に比例する。外添剤の一次粒子径が大きくなると、外添剤1個の重量が増加するので、一定重量の外添剤中に含まれる外添剤の数は減少する。また、一つの外添剤が占める面積は、外添剤の一次粒子径の増加と共に増加する。外添剤添加量が同じ場合、粒径の小さな外添剤の方が、粒径の大きな外添剤を使用した場合に比べて外添剤被覆率が大きい。このため、粒径の小さな外添剤を使用する場合、粒径の大きな外添剤を使用する場合よりも少ない添加量で外添剤被覆率を8%以上にすることができる。
一定重量のトナー母粒子に一定重量の外添剤を添加する場合、外添剤被覆率は各トナー母粒子の表面積の総和に対する外添剤面積の比で決まる。トナー母粒子の粒径が大きくなると、一つのトナー母粒子の重量が増加するので、一定重量のトナー母粒子に含まれるト
ナー母粒子の数は減少する。また、一つのトナー母粒子の表面積は、トナー母粒子の粒径の増加と共に増加する。一定重量のトナー母粒子の総表面積は、トナー母粒子の数と一つのトナー母粒子の表面積に比例する。外添剤添加量が同じ場合、トナー母粒子の粒径が小さいほど外添剤被覆率は小さい。また、トナー母粒子の粒径が同じでも、表面に凹凸が有り形状が不定形の粉砕トナーよりも、トナーの形状が球形に近く表面に凹凸が無い重合トナーの方が、トナー母粒子の表面積が小さく、外添剤被覆率が大きくなる。このため、球形トナーの場合は、不定形トナーよりも少ない外添剤添加量で外添剤被覆率を8%以上にすることができる。
外添剤をトナー母粒子に外添すると、トナー母粒子上で外添剤一次粒子同士が凝集した状態で付着している場合が多い。トナー母粒子上の外添剤面積は外添剤の凝集状態に依存するため、外添剤の凝集状態によって外添剤被覆率が異なる。外添剤やトナー母粒子の条件が同じでも、外添方法や外添条件によってトナー母粒子上の外添剤凝集状態が異なる。また、外添方法や外添条件によって、外添剤とトナー母粒子との付着強度が異なり、付着強度が弱いと外添剤がトナー母粒子から分離しやすく、感光体等が損傷しやすくなる。このため、適当な外添剤被覆率と付着強度を得るには、トナー母粒子や外添剤の条件に応じて外添条件を調整する必要がある。以上のように、トナーの外添剤被覆率を8%〜100%にするには、様々な条件を調整する必要がある。
本発明に用いられる外添剤としては、公知の有機微粒子及び無機微粒子を使用する。有機微粒子は、特に限定されないが、アクリル系重合体、特にポリメチルメタクリレートが好ましい。また、無機微粒子は、特に限定されないが、シリカ、アルミナ、チタニアのいずれかが好ましく使用される。これらの吸湿性を有する無機微粒子の場合は、環境安定性を考慮すると、疎水化処理を施したものが好適に用いられる。前記疎水化処理は、疎水化処理剤と前記微粉末とを高温度下で反応させて行うことができる。疎水化処理剤としては
特に制限はなく、例えばシラン系カップリング剤、シリコーンオイル等を用いることができる。
本発明に用いられる外添剤の外添方法は、V型ブレンダー、ヘンシェルミキサー、メカノフージョン等の各種混合装置を用いた公知の外添方法を用いることができるが、特にヘンシェルミキサーを用いた方法が好ましく用いられる。ヘンシェルミキサーでトナー母粒子と外添剤を混合・攪拌する場合、外添剤とトナー母粒子の付着強度やトナー母粒子上の外添剤凝集状態を調整するには、回転羽根の回転速度と回転時間を適切に設定する必要がある。回転羽根の適切な回転速度と回転時間は、トナー母粒子と外添剤の様々な条件に依存する。
本発明の電子写真用トナーの粒径は、体積平均粒径が3μm〜10μmであるものが望ましい。トナーの体積平均粒径が3μm未満では、画像不良を発生しやすい粒径1μm以下の微粉トナーの割合が大きくなってしまい、体積平均粒径が10μmを超えると電子写真画像の高画質化の要求に対応するのが困難である。
本発明の電子写真用トナーは、種々の構成のトナーを用いることができる。好適なトナーの例としては、結着樹脂中に、着色剤、電荷制御剤、離型剤(オフセット防止剤)等の添加剤を配合して、適当な粒径に造粒し、外添剤を添加したものがあげられる。
また、本発明の電子写真用トナーは、単独で磁性1成分トナーとして使用される磁性トナーとして使用することもできるが、単独で非磁性1成分現像剤として使用されたり、磁性キャリアとともに磁性2成分現像剤を構成したりする非磁性トナーとして用いることが
好ましい。
結着樹脂としては、スチレン、クロロスチレン等のスチレン類、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン等のモノオレフィン類、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ドデシル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸のエステル類、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル類、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類等の単独重合体および共重合体を例示することができ、特に代表的な結着樹脂としてはポリスチレン、スチレン−アクリル酸アルキル共重合体、スチレン−メタクリル酸アルキル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン等をあげることができる。さらに、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、変性ロジン、パラフィンワックス等をあげることができる。
着色剤としては、カーボンブラック、アニリンブルー、カルコイルブルー、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リド、銅フタロシアン、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、酸化チタン、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・イエロー17、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3等をあげることができる。着色剤は、結着樹脂100重量部に対して1〜30重量部の割合で使用される。
電荷制御剤は、トナーの帯電極性によって、正電荷制御用と負電荷制御用の2種の電荷制御剤がある。正電荷制御用の電荷制御剤としては、ニグロシンベース(CI5045)等の油溶性染料や、塩基性窒素原子を有する有機化合物、たとえば塩基性染料、アミノピリン、ピリミジン化合物、多核ポリアミノ化合物、アミノシラン類、さらには、上記各化合物で表面処理された充填剤等があげられる。負電荷制御用の電荷制御剤としては、オイルブラック(CI26150 )、ボントロンS、スピロンブラック等の油溶性染料;スチレン−スチレンスルホン酸共重合体等の電荷制御性樹脂;カルボキシ基を含有する化合物(たとえばアルキルサリチル酸金属キレート等)、金属錯塩染料、脂肪酸金属石鹸、樹脂酸石鹸、ナフテン酸金属塩等があげられる。電荷制御剤は、結着樹脂100重量部に対して0.1〜10重量部、好ましくは0.5〜8重量部の割合で使用される。
離型剤としては、脂肪族系炭化水素、脂肪族金属塩類、高級脂肪酸類、脂肪酸エステル類もしくはその部分ケン化物、シリコーンオイル、各種ワックス等をあげることができる。離型剤は、結着樹脂100重量部に対して0.1〜10重量部の割合で使用される。
トナー母粒子は、以上の各成分を乾式ブレンダー、ヘンシェルミキサー、ボールミル等によって均質に予備混練して得られた混合物を、たとえばバンバリーミキサー、ロール、一軸または二軸の押出混練機等の混練装置を用いて均一に溶融混練した後、得られた混練物を冷却して粉砕し、必要に応じて分級することで製造される。この他に、懸濁重合、分散重合、乳化重合等の各種重合法やマイクロカプセル重合法、スプレードライ法等の公知の製造方法により製造することもできる。さらに、ヘンシュルミキサー、V型ブレンダー
、ハイブリタイザー等の混合装置で外添剤とトナー母粒子が混合され、トナー母粒子表面に外添剤が固定される。
次に、本発明の実施に用いる電子写真用感光体について説明する。
本発明の電子写真用感光体は、導電性支持体の上に電荷発生層、電荷輸送層が形成されたもの、更に電荷輸送層の上に保護層が形成されたもの等が使用される。導電性支持体および電荷発生層、電荷輸送層としては、公知のものならば如何なるものでも使用することができる。
また、感光体の表面は導電性支持体の表面性や感光体の形成条件等の影響で凹凸が生じるが、凹凸の周期がトナー粒径よりも十分大きければ、トナーと感光体間の非静電的付着力に対する影響は小さい。凹凸の周期がトナー粒径と同程度では、トナーが凸部に接触す
る場合は接触面積が小さいので非静電的付着力が小さくなり、凹部に接触する場合は接触面積が大きいので非静電的付着力が大きくなり、非静電的付着力の分布が広くなる。凹凸の周期がトナー粒径よりも小さい場合は、トナーとの接触面積が小さいので非静電的付着力が小さくなるが、このような凹凸を形成するのは困難である。このため、感光体の表面は、凹凸の周期がトナー粒径よりも十分大きくなるようにするのが好ましい。
本発明の電子写真用感光体の材料としては、セレン及びその合金、アモルファスシリコン等の無機感光体材料でも、有機感光体材料でも良い。
有機感光体材料を用いる場合、電荷発生顔料としては、例えばX型の無金属フタロシアニン、π型の無金属フタロシアニン、τ型の無金属フタロシアニン、ε型の銅フタロシアニン、α型チタニルフタロシアニン、β型チタニルフタロシアニン等のフタロシアニン顔
料やジスアゾ・トリスアゾ系顔料、アントラキノン系顔料、多環キノン系顔料、インジゴ顔料、ジフェニルメタン、トリメチルメタン系顔料、シアニン系顔料、キノリン系顔料、ベンゾフェノン、ナフトキノン系顔料、ペリレン顔料、フルオレノン系顔料、スクアリリウム系顔料、アズレニウム系顔料、ペリノン系顔料、キナクリドン系顔料、ナフタロシアニン系顔料、ポルフィリン系顔料が使用できる。前記有機アクセプタ性化合物と組み合わせて使用が可能なこれら電荷発生顔料の感光層全体に占める量は0.1〜40重量%、好
ましくは0.3〜25重量%が適当である。
また、有機正孔輸送物質としては公知のものが利用でき、例えば分子中にトリフェニルアミン部位を有する化合物、ヒドラゾン系化合物、トリフェニルメタン系化合物、オキサジアゾール系化合物、カルバゾール系化合物、ピラゾリン系化合物、スチリル系化合物、ブタジエン系化合物、線状の主鎖がSiよりなるポリシラン系化合物、ポリビニルカルバゾール等高分子ドナー性化合物等が挙げられる。感光層全体に占める該正孔輸送物質の量は、10重量%以上、好ましくは20〜60重量%が適当である。
また、感光層用結着剤としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂、メラミン樹脂等の付加重合型樹脂、重付加型樹脂、重縮合型樹脂、並びにこれらの繰り返し単位のうち2つ以上を含む共重合体樹脂、例えば塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル−無水マレイン酸共重合体樹脂を挙げることができる。これら結着剤の感光層全体に占める量は20〜90重量%、好ましくは30〜70重量%である。
また、帯電性を改良する目的で感光層と導電性基体の間に下引き層を設けることができる。これらの材料としては前記結着剤材料の他に、ポリアミド樹脂、ポリビニルアルコール、カゼイン、ポリビニルピロリドン等公知のものが利用できる。
有機感光体をつくるには、前記の材料を有機溶媒中に溶解または、ボールミル、超音波等で分散して調整した感光層形成液を浸漬法やブレード塗布、スプレー塗布等の公知の方法で基体上に塗布し感光層を形成・乾燥した後に、該保護層を上記の公知の方法により形成すればよい。
本発明で用いることができる導電性基体としては、公知のものが利用でき、アルミニウム、ニッケル、銅、ステンレス等の金属板、金属ドラムまたは金属箔、アルミニウム、酸化錫、ヨウ化銅の薄膜を塗
布または貼付したプラスチックフィルムあるいはガラス等が挙げられる。
次に、本発明の画像形成方法及び画像形成装置について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明の画像形成方法は、感光体上に静電潜像を形成する潜像形成工程、該感光体上の潜像上にトナー像を形成する現像工程、形成されたトナー像を転写体上に転写する転写工程を有する。
本発明の画像形成装置は、感光体上に静電潜像を形成する潜像形成手段、該感光体上の潜像上にトナー像を形成する現像手段、形成されたトナー像を転写体上に転写する転写手段を有する。
図5は、本発明の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。図5において、静電潜像担持体である感光体ドラム21の周囲には、該ドラム表面を帯電するための帯電装置22、一様帯電処理面に潜像を形成するためのレーザー光線でなる露光23、ドラム表面の潜像に帯電トナーを付着することでトナー像を形成する現像装置24、形成されたドラム上のトナー像を記録紙へ転写するための転写装置28、記録紙上のトナーを定着する定着装置32、ドラム上の残留トナーを除去・回収するためのクリーニング装置36、ドラム上の残留電位を除去するための除電ランプ39が順に配設されている。
まず、感光ドラム21は帯電ローラ22によって表面を一様に帯電される。図5の例では、帯電ローラを用いて感光ドラム21を帯電しているが、コロトロンやスコロトロン等のコロナ帯電を用いても良い。帯電ローラを用いた帯電は、コロナ帯電を用いた場合より
もオゾン発量が少ない利点があるが、感光体と接触しているためトナーによってローラ表面が汚れるため、帯電ローラをクリーニングする機構が必要になる。
帯電した感光体ドラム21に画像情報に応じてレーザー光線23が照射され、静電潜像が形成される。感光ドラム21上の帯電電位や露光部位を電位センサで検出し、帯電条件や露光条件を制御することもできる。
次に、現像装置24によって、静電潜像が形成された感光体ドラム21上にトナー像が形成される。現像装置24では、現像剤がスクリュー25によって攪拌・搬送され、現像スリーブ26に供給される。現像スリーブ26に供給される現像剤はドクターブレード27によって規制され、供給される現像剤量はドクターブレード27と現像スリーブ26との間隔であるドクターギャップによって制御される。ドクターギャップが小さすぎると、現像剤量が少なすぎて画像濃度不足になり、逆にドクターギャップが大きすぎると、現像剤量が過剰に供給されて感光体ドラム21上にキャリア付着が発生するという問題が生じる。現像スリーブ26には、周表面に現像剤を穂立ちさせるように磁界を形成する磁石が備えられており、この磁石から発せられる法線方向磁力線に沿うように、現像剤が現像スリーブ26上にチェーン状に穂立ちされて磁気ブラシが形成される。現像スリーブ26と感光体ドラム21は、一定の間隙(現像ギャップ)を挟んで近接するように配置されていて、双方の対向部分に現像領域が形成されている。現像スリーブ26は、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒形に形成しており、不図示の回転駆動機構によって回転されるようになっている。磁気ブラシは、現像スリーブ26の回転によって現像領域に移送される。現像スリーブ26には不図示の現像用電源から現像電圧が
印加され、磁気ブラシ上のトナーが現像スリーブ26と感光体ドラム21間に形成された現像電界によってキャリアから分離し、感光体ドラム21上の静電潜像上に現像される。なお、現像電圧には交流を重畳させても良い。なお、現像ギャップは、現像剤粒径の5〜30倍程度、現像剤粒径が50μmであれば0.25mm〜1.5mmに設定することが可能である。これより広くすると、望ましいとされる画像濃度がでにくくなる。また、ドクターギャップは、現像ギャップと同程度かやや大きくする必要がある。感光体ドラム21のドラム径やドラム線速、現像スリーブ26のスリーブ径やスリーブ線速は、複写速度や装置の大きさ等の制約によって決まる。ドラム線速に対するスリーブ線速の比は、必要な画像濃度を得るために1.1以上にする必要がある。なお、現像後の位置にセンサを設置し、光学的反射率からトナー付着量を検出してプロセス条件を制御することもできる。図5の例では、キャリアとトナーからなる磁気ブラシによって現像が行われる二成分現像方式を用いているが、本発明は二成分現像方式に限定されるものではなく、現像スリーブ上に形成したトナー薄層を電界で感光体上に現像する一成分現像方式を用いてもよい。
磁気ブラシを構成するキャリアには、鉄、フェライト、磁性粒子を分散した樹脂粒子等の磁性を有する粉体、及び電気特性を制御するために樹脂などで表面を被覆した磁性粉体が好ましく使用される。磁気ブラシを構成するキャリアとしては、感光体ドラム21
表面へのダメージを軽減するために球形の粒子を用いるのが好ましく、平均粒径は150μm以下のものが好ましい。キャリアの平均粒径が大きすぎると最密状態に配置してあっても曲率半径が大きく、感光体ドラム21と接触していない面積が増え、トナー像のかけ
や抜けが発生する。逆に平均粒径があまり小さすぎると、交流電圧を印加する場合には、粒子が動きやすくなって粒子間の磁力を上回り、粒子が飛散してキャリア付着の原因となってしまう。キャリアの平均粒径は、特に30μm以上、100μm以下であることが好ましい。さらに、キャリアの体積抵抗率が低すぎると、現像電圧の印加時にキャリアに電荷が注入され、感光体ドラム21へのキャリア付着を起こしたり、感光体の絶縁破壊を起こしたりするため、体積抵抗率が103Ωcm以上のキャリアを使用する必要がある。
感光ドラム21上に形成されたトナー像は、感光ドラム21と転写ベルト29が接触する転写ニップに搬送される。同時に、不図示の給紙トレイから搬送された記録紙が転写ニップに進入する。転写ベルト29に接触するバイアスローラ30に、不図示の転写用電源
によってトナーと逆極性の転写電圧が印加される。感光ドラム21上に形成されたトナー像は、転写ベルト29と感光ドラム21間に作用する転写電界によって記録紙へ転写される。図5の例では転写部材として転写ベルトの代わりに転写ローラを用いてもよいが、転写ベルトは転写ローラに比べて転写ニップを広くとれる利点がある。図5の例では、転写ベルトを用いた転写方式を用いているが、紙の背面からトナーと逆極性のコロナチャージを与えて紙を帯電させて転写するコロナ転写方式を用いても良い。転写ベルトまたは転写ローラに転写電圧を印加する転写方式は、コロナ転写方式に比べて、紙の帯電が少ないため感光体からの分離が容易で、分離時のはく離放電による画像不良が生じない利点があるが、ベルトやローラがトナーで汚れやすくてクリーニング機構が必要となり、また前記したように画像の中抜けが発生しやすいという欠点もある。
転写の際に感光体ドラムに付着した記録紙は、分離爪31によって感光体ドラム21から分離される。未定着のトナー像が載った記録紙は、定着ローラ33と加圧ローラ34によって記録紙に一定の熱と圧力を加わり、トナーが記録紙上に定着される。なお、定着温度を一定に保つために、定着ローラ33には不図示のサーミスタが接触しており、定着ヒータ35の温度制御を行なっている。定着ローラを用いた定着方式は、熱効率が高く、安全性に優れ、小型化が可能で、低速から高速まで適用範囲が広い。
一方、転写されずに感光体ドラム21上に残留したトナーは、クリーニングブレード37によって除去され、トナー回収装置38によって回収される。図5の例ではクリーニングブレードを用いているが、ブラシを高速回転させてトナーを除去するファーブラシ方式を用いても良い。クリーニングブレード方式は、トナー除去能力が高く、簡単な構成にできるため小型で安価にできる。
残留トナーを除去された感光体ドラム21は除電ランプ39で初期化され、次回の画像形成プロセスに供される。
なお、図5の例は一つの感光体ドラムと一つの現像装置を用いた白黒画像形成装置だが、本発明は白黒画像形成装置には限定されず、一つの感光体ドラムと複数の現像装置、または複数の感光体ドラムと現像装置を用いたカラー画像形成装置にも適用できる。
以下実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により、何等限定されるものではない。
まず、実施例に使用した不定形のトナー母粒子について説明する。なお、以下で示す部はすべて重量基準である。
ポリエステル樹脂(重量平均分子量25万)80部
スチレン−メチルメタアクリレート共重合体20部
酸価ライスワックス(酸価15) 5部
カーボンブラック(三菱化成工業社製、#44)
8部
含金属モノアゾ染料 3部
上記組成の混合物をヘンシェルミキサー中で十分撹拌混合した後、ロールミルで130〜140℃の温度で約30分間加熱溶融し、室温まで冷却後、ハンマーミルを用いて得られた混練物を約1mm〜2mmに粗粉砕し、ジェットミルで微粉砕し、得られた微粉末を分級し、体積平均粒径が4.1μm(トナー母粒子A)、7.2μm(トナー母粒子B)、9.1μm(トナー母粒子C)の不定形トナー母粒子を得た。また、分級条件を変えることにより、粒径分布の狭い体積平均粒径が7.2μmのトナー母粒子(トナー母粒子D)も作製した。トナー粒径分布の測定は、中性界面活性剤を添加した電解水溶液中にトナーを分散し、コールター社製粒径測定装置TA−II型を用いて実施した。図6にトナー母粒子B、図7にトナー母粒子Dの粒径分布を示す。
次に実施例、参考例(実施例のうち標準偏差が0.65を超えたもの)、比較例に使用するトナーの製造例について述べる。
参考例1)
外添剤として一次粒子径の平均値が14nmの疎水性シリカ(キャボット製TS−720)を用い、トナー母粒子Aと該シリカ(シリカA)とを、シリカAの添加量がトナー重量の0.6重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例2)
トナー母粒子AとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の0.8重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例3)
トナー母粒子AとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の1.5重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は2000rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例4)
トナー母粒子AとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の2.5重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は2500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例5)
トナー母粒子AとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の4.0重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は3000rpmで、回転時間は5分間とした。
参考例6)
トナー母粒子BとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の0.3重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例7)
トナー母粒子BとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の0.4重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例8)
トナー母粒子BとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の1.0重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は2000rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例9)
トナー母粒子BとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の2.0重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は2500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例10)
トナー母粒子BとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の3.0重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は3000rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例11)
トナー母粒子CとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の0.2重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例12)
トナー母粒子CとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の0.3重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例13)
トナー母粒子CとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の0.7重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例14)
トナー母粒子CとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の1.5重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は2000rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例15)
トナー母粒子CとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の2.5重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は2500rpmで、回転時間は5分間とした。
(比較例1)
トナー母粒子AとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の0.3重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(比較例2)
トナー母粒子BとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の0.1重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(比較例3)
トナー母粒子CとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の0.1重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
作製した上記の実施例、参考例及び比較例のトナーについて、以下に述べる方法で、外添剤被覆率及び非静電的付着力の測定、複写試験を実施した。
(外添剤被覆率の測定)
電子顕微鏡用観察基板にトナーを付着させ、トナーの付着した観察基板を金でコーティングし、トナーの表面を電子顕微鏡(日立製作所製走査電子顕微鏡S−4500)で観察した。トナー表面を3万倍に拡大した画像をパーソナルコンピュータに取り込み、画像処
理ソフト(Media Cybernetics製Image−Pro Plus)を用いて外添剤の面積を計測し、トナー表面画像の面積に対する外添剤面積の比を計算して外添剤被覆率を求めた。外添剤被覆率測定結果を表1に示す。
(遠心分離法による付着力測定)
下記構造式(4)のビスアゾ顔料0.4重量部をブチラール樹脂(エスレックBL−S 積水化学(株)製)の5重量%テトラヒドロフラン溶液4重量部、及びテトラヒドロフラン7.6重量部とともにボールミリングし、ミリング後テトラヒドロフランを加えて2重量%に希釈し、電荷発生層形成用塗液を調整した。この感光液を、アルミニウムを100nmの厚さに蒸着した、厚さ75μmのPETフィルム上にドクターブレードにて塗布し、乾燥させて電荷発生層を形成した。
Figure 2005099878
次に、下記構造式(5)の正孔輸送物質を6重量部と感光体バインダー樹脂としてシクロヘキシリデンビスフェノールポリカーボネート(Zポリカ,帝人化成TS2050)9.0重量部をテトラヒドロフラン67重量部に溶解し、これをドクターブレードにて電荷
発生層上に塗布し乾燥させて膜厚が20μmの電荷輸送層を設け、有機感光体を作製した。
Figure 2005099878
有機感光体を形成したPETフィルムを直径7.8mmの円板状に切り出し、遠心分離に使用する試料基板上にプラスチック用接着剤を用いて貼り付けた。圧縮空気によって未帯電のトナーを飛散させて、有機感光体上にトナーを付着させた。
前述した遠心分離法によってトナーと感光体間の非静電的付着力を測定し、比例係数Kと標準偏差σを求めた。比例係数Kと標準偏差σの測定結果を表1に示す。
付着力測定に使用した装置及び測定条件は以下のとおりである。
遠心分離装置:日立工機製CP100α(最高回転
数:100000rpm、
最大加速度:800,000g)
ロータ:日立工機製アングルロータP100AT
画像処理装置:インタークエスト製Hyper70

試料基板と受け基板:直径8mm、厚み1.5mmの円板で、材料はアルミニウム
スペーサ:外径8mm、内径5.2mm、厚み1mmでのリングで、材料はアルミニウム
保持部材:直径13mm、長さ59mmの円筒で、材料はアルミニウム
ロータの中心軸から試料基板のトナー付着面までの距離:64.5mm
設定回転数f:1000、1600、2200、
2700、3200、5000、
7100、8700、10000、
15800、22400、
31600、50000、
70700、86600、
100000(rpm)
(複写試験)
実施例、参考例及び比較例のトナーを、リコー製Imagio MF3550(二成分現像方式のモノクロ複写機)用のキャリアと、トナー濃度が2.5重量%となるように混合して2成分現像剤を作製した。各現像剤について、リコー製Imagio MF3550を使用して5万枚の連続複写を実施した。なお、複写試験では、前記付着力測定の際に使用した感光体材料をアルミニウム製の感光体ドラム(φ60mm)上に浸漬法で形成し、Imagio MF3550((株)リコー製)の感光体ドラムとして用いた。主な複写条件を以下に示す。
複写速度:35CPM
感光体の線速:180mm/s
画素密度:400dpi
感光体表面電位:−150V〜−950V
現像電圧:−550V
現像剤を交換後の初期の画像及び5万枚の連続複写後の画像について、地肌汚れ、中抜け画像の評価を実施した。なお、現像剤を交換する時には、同時に感光体も未使用品に変更した。
各評価項目に対する4段階の評価見本を用意し、複写画像及び感光体表面を目視及びCCD顕微鏡カメラ(キーエンス社ハイパーマイクロスコープ)によって観察し、評価見本と比較することによって4段階に評価した。複写試験の評価結果を表1に示す。各段階の
評価はそれぞれ以下の状態を表す。
4:問題が無い
3:ほぼ問題が無い
2:やや問題がある
1:問題がある
表1において、参考例1、実施例2〜実施例5は平均粒径4.1μmのトナー母粒子A、参考例6、実施例7〜実施例10は平均粒径7.2μmのトナー母粒子B、実施例11〜実施例15は平均粒径9.1μmのトナー母粒子Cに対して外添剤添加量を変えた場合の結果を示している。表1のように、外添剤被覆率はトナー母粒子の粒径と外添剤添加量の組み合わせによって変化する。実施例2〜実施例5、実施例7〜実施例10、実施例12〜実施例15は外添剤被覆率が8%以上で、比例係数Kが5(nN/μm)以下、標準偏差σが0.65以下となって、初期及び5万枚複写後に画像不良が無く、良好な複写画像を形成することができた。また、参考例1、参考例6、参考例11の場合は、外添剤被覆率は8%以下で、標準偏差σが0.65以上だが、比例係数Kは5(nN/μm)以下で、他の実施例よりは複写試験の評価が低いが、ほぼ問題のない画像が得られた。これに対して、比較例1〜比較例3は、比例係数Kが5(nN/μm)以上、標準偏差σが0.65以上となって、初期及び5万枚複写後に画像不良が発生した。
Figure 2005099878
参考例16)
トナー母粒子DとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の0.2重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例17)
トナー母粒子DとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の0.3重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例18)
トナー母粒子DとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の1重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は2000rpmで、回転時間は5分間とした。
(比較例4)
トナー母粒子DとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の0.1重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
比較例16、実施例17〜実施例18、比較例4のトナーについて、前記の方法で外添剤被覆率及び非静電的付着力の測定、複写試験を実施し、その結果を表2に示す。
表2は、体積平均粒径が7.2μmで粒径分布の狭いトナー母粒子Dについて、外添剤添加量を変えた場合の結果を示している。実施例17の場合、外添剤被覆率は8%以下だが、比例係数Kが5(nN/μm)以下、標準偏差σが0.65以下となって、初期及び
5万枚複写後に画像不良が無く、良好な複写画像を形成することができた。実施例13の場合は、トナー母粒子の粒径分布がシャープなので、付着力分布もシャープになり、外添剤被覆率が8%以下でも標準偏差σが0.65以下になったと考えられる。実施例14の
場合は、外添剤被覆率が8%以上で、比例係数Kが5(nN/μm)以下、標準偏差σが0.65以下となって、初期及び5万枚複写後に画像不良が無く、良好な複写画像を形成することができた。また、参考例16の場合は、標準偏差σが0.65以上だが、比例係
数Kが5(nN/μm)以下で、他の実施例よりは複写試験の評価が低いが、ほぼ問題のない画像が得られた。これに対して、比較例4の場合、外添剤被覆率が8%以下で、比例係数Kが5(nN/μm)以上、標準偏差σが0.65以上となって、初期及び5万枚複
写後に画像不良が発生した。
Figure 2005099878
(実施例19)
外添剤として一次粒子径の平均値が40nmの疎水性シリカ(日本エアロジル製RY−50)を用い、トナー母粒子Bと該シリカ(シリカB)とを、シリカBの添加量がトナー重量の1.0重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は2000rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例20)
トナー母粒子BとシリカBとを、シリカBの添加量がトナー量の2.0重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は2500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例21)
トナー母粒子BとシリカBとを、シリカBの添加量がトナー量の3.0重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は3000rpmで、回転時間は5分間とした。
(比較例5)
トナー母粒子BとシリカBとを、シリカBの添加量がトナー量の0.3重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(比較例6)
トナー母粒子BとシリカBとを、シリカBの添加量がトナー量の0.8重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は2000rpmで、回転時間は5分間とした。
実施例19〜実施例21、比較例5、比較例6のトナーについて、前記の方法で外添剤被覆率及び非静電的付着力の測定、複写試験を実施し、その結果を表3に示す。
表3は、体積平均粒径が7.2μmのトナー母粒子Bに対して、一次粒子径の平均値が40nmの疎水性シリカの外添剤添加量を変えた場合の結果を示している。トナー母粒子Bと一次粒子径の平均値が14nmの疎水性シリカを組み合わせている参考例6、実施例〜実施例10の結果と比較すると、一定の外添剤被覆率にするために必要な外添剤添加量や、比例係数K及び標準偏差σの値が外添剤の一次粒子径によって異なることがわかる。実施例19〜実施例21はいずれも外添剤被覆率が8%以上で、比例係数Kが5(nN/μm)以下、標準偏差σが0.65以下となって、初期及び5万枚複写後に画像不良が無く、良好な複写画像を形成することができた。これに対して、比較例5、比較例6の場合、外添剤被覆率が8%以下で、比例係数Kが5(nN/μm)以上、標準偏差σが0.65以上となって、画像不良が発生した。
Figure 2005099878
参考例22)
外添剤として一次粒子径の平均値が15nmの疎水性酸化チタン(テイカ製MT150A)を用い、トナー母粒子Bと該酸化チタン(酸化チタンA)とを、酸化チタンAの添加量がトナー重量の0.3重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって混合処
理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例23)
トナー母粒子Bと酸化チタンAとを、酸化チタンAの添加量がトナー量の0.4重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例24)
トナー母粒子Bと酸化チタンAとを、酸化チタンAの添加量がトナー量の1.0重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は2000rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例25)
トナー母粒子Bと酸化チタンAとを、酸化チタンAの添加量がトナー量の2.0重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は2500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例26)
トナー母粒子Bと酸化チタンAとを、酸化チタンAの添加量がトナー量の3.0重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は3000rpmで、回転時間は5分間とした。
(比較例7)
トナー母粒子Bと酸化チタンAとを、酸化チタンAの添加量がトナー量の0.1重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
比較例22、実施例23〜実施例26、比較例7のトナーにつ・BR>「て、前記の方法で外添剤被覆率及び非静電的付着力の測定、複写試験を実施し、その結果を表4に示す。
表4は、体積平均粒径が7.2μmのトナー母粒子Bに対して、一次粒子径の平均値が14nmの疎水性酸化チタンの外添剤添加量を変えた場合の結果を示している。トナー母粒子Bと一次粒子径の平均値が14nmの疎水性シリカを組み合わせている参考例6、実施例7〜実施例10の結果と比較すると、比例係数K及び標準偏差σの値が外添剤の素材によって異なることがわかる。実施例23〜実施例26はいずれも外添剤被覆率が8%以上で、比例係数Kが5(nN/μm)以下、標準偏差σが0.65以下となって、初期及び5万枚複写後に画像不良が無く、良好な複写画像を形成することができた。また、参考例22の場合は、外添剤被覆率が8%以下で、標準偏差σが0.65以上だが、比例係数Kは5(nN/μm)以下で、他の実施例よりは複写試験の評価が低いが、ほぼ問題のない画像が得られた。これに対して、比較例7の場合、比例係数Kが5(nN/μm)以上、標準偏差σが0.65以上となって、初期及び5万枚複写後に画像不良が発生した。
Figure 2005099878
次に、実施例に使用した球形のトナー母粒子について説明する。
モノマー
スチレン 20部
n−ブチルアクリレート 17.8部
カーボンブラック(三菱化学社製:
MA−100) 1部
帯電性御剤(オリエント化学社製:
E−84) 0.3部
開始剤:ADVN 1部
水系分散媒
イオン交換水 150部
ポリビニルアルコール 5.2部
モノマーと水系分散媒を撹拌槽に入れ、ホモジナイザー(特殊機化工業社製)により9500rpmで10分間懸濁させた。この懸濁液を60℃の湯浴中で8時間撹拌させながら重合を行った。重合終了後、一晩放置し、自然沈降させ、これをイオン交換水にて再沈処理を行い、その後#150メッシュに通して凝集物を取り除き、さらに遠心沈降を行った。これを濾過し減圧乾燥を行って、体積平均粒径が7.3μmの球形トナー母粒子(トナー母粒子E)を得た。
(実施例27)
トナー母粒子EとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の0.2重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例28)
トナー母粒子EとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の0.5重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例29)
トナー母粒子EとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の1.5重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は2000rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例30)
トナー母粒子EとシリカBとを、シリカBの添加量がトナー量の0.5重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例31)
トナー母粒子EとシリカBとを、シリカBの添加量がトナー量の1.5重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は2000rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例32)
トナー母粒子EとシリカBとを、シリカBの添加量がトナー量の2.5重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は2500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例33)
トナー母粒子Eと酸化チタンAとを、酸化チタンA添加量がトナー量の0.2重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例34)
トナー母粒子Eと酸化チタンAとを、酸化チタンAの添加量がトナー量の0.5重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(実施例35)
トナー母粒子Eと酸化チタンAとを、酸化チタンAの添加量がトナー量の1.5重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は2000rpmで、回転時間は5分間とした。
(比較例8)
トナー母粒子EとシリカAとを、シリカAの添加量がトナー量の0.1重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミ
キサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(比較例9)
トナー母粒子EとシリカBとを、シリカBの添加量がトナー量の0.3重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
(比較例10)
トナー母粒子Eと酸化チタンAとを、酸化チタンAの添加量がトナー量の0.1重量%となるように配合し、ヘンシェルミキサーによって攪拌混合処理してトナーを作製した。ヘンシェルミキサーの混合羽根の回転数は1500rpmで、回転時間は5分間とした。
実施例27〜実施例35、比較例8〜比較例10のトナーについて、前記の方法で外添剤被覆率及び非静電的付着力の測定、複写試験を実施し、その結果を表5に示す。
表5において、体積平均粒径が7.3μmの球形トナー母粒子Eに対して、実施例27〜実施例29は一次粒子径の平均値が14nmの疎水性シリカ、実施例30〜実施例32は一次粒子径の平均値が40nmの疎水性シリカ、実施例33〜実施例35は一次粒子径の平均値が15nmの疎水性酸化チタンの外添剤添加量を変えた場合の結果を示している。体積平均粒径が7.2μmの不定形トナー母粒子Bに対する結果と比較すると、一定の外添剤被覆率にするために必要な外添剤添加量や、比例係数K及び標準偏差σの値がトナー母粒子の形状によって異なることがわかる。いずれの実施例も外添剤被覆率が8%以上で、比例係数Kが5(nN/μm)以下、標準偏差σが0.65以下となって、初期及び5万枚複写後に画像不良が無く、良好な複写画像を形成することができた。これに対して、比較例8〜比較例10は外添剤被覆率が8%以下で、比例係数Kが5(nN/μm)以上、標準偏差σが0.65以上となって、初期及び5万枚複写後に画像不良が発生した。
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
Figure 2005099878
本発明に係る粉体付着力測定装置における測定セルの説明図。 本発明に係る粉体付着力測定装置の遠心分離装置の一部断面側面図。 トナーと感光体間の非静電的付着力分布を示す図。 トナーと感光体間の非静電的付着力の平均値Fneとトナー粒径Dの関係を示す図。 本発明の画像形成装置の一例を示す概略構成図。 トナー母粒子Bの粒径分布を示す図。 トナー母粒子Dの粒径分布を示す図。
符号の説明
1 測定セル
2 試料基板
2a 試料面
3 受け基板
3a 付着面
4 スペーサ
5 遠心分離装置
6 ロータ
7 保持部材
7a 棒状部
7b セル保持部
7c 穴部
7d 設置固定部
8 試料設置部
9 回転中心軸
21 感光体ドラム
22 帯電ローラ
23 露光
24 現像装置
25 スクリュー
26 現像スリーブ
27 ドクターブレード
28 転写装置
29 転写ベルト
30 バイアスローラ
31 分離爪
32 定着装置
33 定着ローラ
34 加圧ローラ
35 定着ヒータ
36 クリーニング装置
37 クリーニングブレード
38 トナー回収装置
39 除電ランプ

Claims (19)

  1. 感光体上に静電潜像を形成する潜像形成工程、該感光体上の潜像上に電子写真用トナーを用いてトナー像を形成する現像工程、形成されたトナー像を転写体上に転写する転写工程を有する画像形成方法において、該トナーは、遠心分離法によって測定される電子写真用トナーと電子写真感光体間に働く付着力の内、トナーの帯電に起因しない非静電的付着力に関して、該電子写真用トナーにおける粒径範囲がD±d(μm)、(dが2μm)以下であるトナー粒子群に対する非静電的付着力の平均値をFne(D)(nN)とした場合に、トナー粒径Dを横軸とし、Fne(D)を縦軸としてプロットしたグラフにおける一次回帰直線の比例係数が0.01(nN/μm)〜5(nN/μm)となり、非静電的付着力の常用対数分布における標準偏差が0.65以下となる電子写真用トナーと感光体との組み合せを用いることを特徴とする画像形成方法
  2. 一次粒子径の平均値が1nm〜100nmである微粒子から成る外添剤によって外添処理を施し、トナー粒子1粒子当たりの表面積に対する外添剤の被覆面積比率の平均値を8%〜100%にしたトナーを用いることを特徴とする請求項1記載の画像形成方法
  3. 一次粒子径の平均値が5nm〜80nmである微粒子からなる外添剤である請求項2記載の画像形成方法
  4. トナー粒子1粒子当たりの表面積に対する外添剤の被覆面積比率の平均値が10%〜90%である請求項2又は請求項3記載の画像形成方法
  5. 外添剤がシリカ、チタニア、アルミナのいずれかを少なくとも1種類以上含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の画像形成方法
  6. 外添剤がアクリル系重合体、特にポリメチルメタクリレートの有機微粒子である請求項1〜4のいずれかに記載の画像形成方法
  7. 外添剤が疎水化処理されている請求項5又は6に記載の画像形成方法
  8. 外添剤が混合装置を用いて外添処理されたことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の画像形成方法
  9. 外添剤がヘンシェルミキサーによって外添処理されたことを特徴とする請求項8に記載の画像形成方法
  10. 上記電子写真用トナーが、磁性−成分トナーである請求項1〜9のいずれかに記載の画像形成方法
  11. 上記電子写真用トナーが、磁性キャリアと共に使用される磁性二成分現像剤を構成する非磁性トナーである請求項1〜9いずれかに記載の画像形成方法
  12. 電子写真用トナーの体積平均粒径が3μm〜15μmであることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の画像形成方法
  13. 電子写真用トナーの体積平均粒径が3μm〜10μmであることを特徴とする請求項12に記載の画像形成方法
  14. 結着樹脂中に、着色剤、電荷制御剤、離型剤を配合して、適当な粒径に造粒し、外添剤を添加してなるトナーを用いる請求項1〜13のいずれかに記載の画像形成方法
  15. 感光体が無機感光体である請求項1〜14のいずれかに記載の画像形成方法。
  16. 感光体が導電性支持体上に、有機材料の電荷発生層、電荷輸送層が形成され、あるいはさらに保護層が形成されたものである請求項1〜14のいずれかに記載の画像形成方法。
  17. 感光体上に静電潜像を形成する潜像形成手段、該感光体上の潜像上にトナー像を形成する現像手段、形成されたトナー像を転写体上に転写する転写手段を有する画像形成装置において、請求項1〜15のいずれかに記載の電子写真用トナーを使用することを特徴とする画像形成装置。
  18. 感光体が無機感光体である請求項17記載の画像形成装置。
  19. 感光体が導電性支持体上に、有機材料の電荷発生層、電荷輸送層が形成され、あるいはさらに保護層が形成されたものである請求項17記載の画像形成装置。
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