JP2006126724A - 静電荷像現像用トナー、それを用いた画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】粒径4μm未満のトナー粒子がトナー粒子総個数の13個数%以下で含有し、粒径4〜6μmのトナー粒子がトナー粒子総個数の20個数%以上で含有し、粒径16μm以上のトナー粒子がトナー粒子総体積の2.0体積%以下で含有し、トナー粒子の体積平均粒径が4〜9μmであり、トナー粒子に少なくとも外添剤が添加されている静電荷像現像用トナー。
【選択図】図1
Description
また、初期においては、良好な画質であるが、コピーまたはプリントアウトをつづけているうちに、画質が劣悪化してゆくことがある。この現象は、コピーまたはプリントアウトをつづけるうちに、現像されやすいトナー粒子のみが先に消費され、現像機中に、現像性の劣ったトナー粒子が蓄積し残留することによって起こると考えられる。
また、本発明は別の観点によれば、像担持体と、この像担持体に静電潜像を形成するための静電潜像形成手段と、現像剤を像担持体へ供給してトナー画像を形成するための現像剤供給手段と、転写材を像担持体の転写位置へ搬送する搬送手段と、前記転写位置においてトナー画像を像担持体から転写材に転写する転写手段とを備えてなり、前記現像剤が、前記静電荷像現像用トナーと磁性キャリアとを少なくとも有する二成分系現像剤からなる画像形成装置が提供される。
また、本発明はさらに別の観点によれば、像担持体に静電潜像を形成し、前記静電荷像現像用トナーと磁性キャリアとを少なくとも有する二成分系現像剤を像担持体に供給してトナー画像を形成し、このトナー画像を転写材に転写する画像形成方法が提供される。
(1)画像濃度が高く、細線再現性、階調性の優れたトナー画像を形成することができる。すなわち、像担持体(感光体)上に形成された潜像の細線に至るまで、忠実に再現することが可能であり、網点およびデジタルのようなドット潜像の再現にも優れ階調性および解像性にすぐれた画像を形成することができる。
(2)長時間使用による性能の変化を抑制することができる。
(3)環境変動による性能の変化を抑制することができる。
(4)転写性に優れる。
(5)少ない消費量で、高い画像濃度を得ることができる。すなわち、高濃度の画像の場合でも、従来のトナーより少ないトナー消費量で良好な現像をおこなうことが可能であるため経済的であり、複写機またはプリンター本体の小型化にも有利である。
(6)デジタル画像信号による画像形成装置においても、解像性、階調性、細線再現性に優れたトナー画像を形成することができる。
本発明のトナーにおいて、上記(1)〜(6)のような効果が得られる理由は、以下のように推定される。
従来、当該分野において、粒径5μm以下のトナー粒子は、帯電量コントロールが困難であること、トナーの流動性を損ない、トナー飛散による機械汚染の成分となること、さらに、画像の「かぶり」を生ずる成分となること等の観点から、積極的に使用量を削減することが必要であると考えられていた。
しかしながら、本発明者らの検討によれば、このような現象は4μm未満のトナー粒子が引き起こしており4〜5μmのトナー粒子は高品質な画質を形成するための必須の成分であることが判明した。そこで、本発明のトナーにおいては、粒径4μm未満のトナー粒子をトナー粒子総個数の13個数%以下で含有するよう少なく設定したことを一つの特徴としている。
測定装置としてはコールターカウンターTA−II型(コールター社製)を用い、個数分布、体積分布を出力するインターフェイス(日科機社製)およびパーソナルコンピュータ(シャープ社製)を接続し、電界液としては1級塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液を調製する。測定法としては前記電界水溶液100〜500ml中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を0.1〜5ml加え、さらに測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、前記コールターカウンターTA−II型により、アパチャーとして100μmアパチャーを用いて、個数を基準として粒度分布を測定し、それから本発明に係わるところの値(個数%、体積%、体積平均粒径等)を求めることができる。
例えば、ポリスチレン、ポリ−p−クロルスチレン、ポリビニルトルエンの如きスチレンおよびその置換体の単重合体;スチレン−p−クロルスチレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、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−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体の如きスチレン系共重合体;ポリ塩化ビニル、フエノール樹脂、天然変性フェノール樹脂、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール、テルペン樹脂、クマロンインデン樹脂、石油系樹脂が使用できる。
カラートナー画像形成の方法は、原稿からの光をトナーの色と補色の関係にある色分解光透過フィルターを通して光導電層上に静電潜像を形成する。次いで、現像、転写工程を経てトナーが支持体に保持される。次いで前述の工程を順次複数回行い、レジストレーションを合せつつ、同一支持体上にトナーが重ね合せられ、一回の定着によって最終のフルカラー画像が得られる。
シリカ微粉体としては、乾式法および湿式法で製造したシリカ微粉体をいずれも使用できるが、耐フィルミング性、耐久性の点からは乾式法によるシリカ微粉体を用いることが好ましい。ここで言う乾式法とは、例えばケイ素ハロゲン化合物の蒸気相酸化により生成するシリカ微粉体の製造法である。一方、本発明に用いられるシリカ微粉体を湿式法で製造する方法は、従来公知である種々の方法が適用できる。
上記シリカ微粉体のうちで、BET法で測定した窒素吸着による比表面積が30m2/g以上(特に50〜400m2/g)の範囲内のものが良好な結果を与える。この場合、比磁性トナー100重量部に対してシリカ微粉体0.01〜8重量部、好ましくは0.1〜5重量部使用するのが良い。
正帯電性シリカ微粉体を得る方法としては、上述した未処理のシリカ微粉体を、側鎖に窒素原子を少なくとも1つ以上有するオルガノ基を有するシリコーンオイルで処理する方法、あるいは窒素含有のシランカップリング剤で処理する方法、またはこの両者で処理する方法がある。
シリカ微粉体の処理に用いる、側鎖に窒素原子を有するシリコーンオイルとしては、公知のもの全て使用可能である。上記シリコーンオイルは、シリカ微粉末を基準にして1〜50重量%、好ましくは5〜30重量%を使用するのが良い。
特に、シリカ微粉末と上記フッ素含有重合体の微粉末と組み合わせたトナーにおいては、トナーに付着したシリカの存在状態を安定化せしめ、例えば、付着したシリカがトナーから遊離して、トナー摩耗やキャリア、スリーブ汚損への効果が減少するようなことがなくなり、かつ、帯電安定性をさらに増大することが可能である。
熱ロール定着時の離型性を良くする目的で低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、マイクロクリスタリンワックス、カルナバワックス、サゾールワックス、パラフインワックスの如きワックス状物質を0.5〜5重量%トナーに加えることも本発明の好ましい形態の1つである。
図1は本発明の画像形成装置の実施の形態を示す全体構成の説明図であり、図2は図1の要部拡大図である。
この画像形成装置100は、後述の画像読取装置Fにて読み込まれた画像や、画像形成装置100に外部から接続された機器(例えばパーソナルコンピュータなどの画像処理装置)からのデータを画像として記録出力するものである。
画像形成装置100には、像担持体としての感光体ドラム3を中心に、画像形成プロセスの各機能を担う各プロセスユニットが配置されこれらにより画像形成部が形成されている。感光体ドラム3の周囲には、帯電手段5、光走査ユニット11、現像ユニット2、転写手段6、クリーニングユニット4および除電ランプ12等が配置されている。
供給トレイ10は、記録材(シート)を収容する記録材収容トレイである。供給トレイ10に収容されたシートは、ピックアップローラ16等により1枚ずつ分離され、レジストローラ14まで搬送され、レジストローラ14により感光体ドラム3に形成された画像とのタイミングが計られ、転写手段6と感光体ドラム3との間に順次供給される。そして感光体ドラム3上に記録再現された画像はシート上に転写される。なお、供給トレイ10へのシートの補給は、画像形成装置100の正面側(操作側)に、供給トレイ10を引き出して行なう。
画像形成装置100内の上部には、定着装置8が配置されている。定着装置8は、画像が転写されたシートを順次受け入れて、定着ローラ81と加圧ローラ82等により、熱と圧力によりシート上に転写された現像画像を定着するものである。これにより、シート上に画像が記録される。
このとき、切換えゲート9は、図2の実線の状態から破線の状態に切換えられる。両面画像形成を行なう場合は、反転搬送されたシートは、記録材再供給搬送装置を通り、再び画像形成装置100に供給される。後処理が成される場合は、記録材再搬送装置から別の切換えゲートにて、中継搬送装置を介して、後処理装置に搬送され、後処理が成されるようになっている。
図1に示すように、記録材供給装置Aは、記録材供給部b、c、dと記録材排出部eとにより構成されている。上記記録材供給部b〜dはシートを収容している。記録材供給装置Aは、使用者よって選択されたシートを収容した記録材供給部b〜dを選択的に動作させると共に、該記録材供給部b〜dに収容されたシートを、上記記録材排出部eに向かって分離供給するものである。また、記録材供給装置Aは、画像形成装置100を載置するデスク機能を有するユニットでもあり、画像形成装置100に着脱自在となっている。
記録材供給部b〜dにシートを補給する場合、あるいは記録材供給部b〜dに収容されているシートを交換する場合には、記録材供給装置A本体の前面方向(使用者の立ち位置側)に記録材供給部a〜c内の供給トレーを引き出して行なう。なお、本実施の形態では、記録材供給装置Aは3つの記録材供給部b〜dにより構成されているが、1つもしくは4つ以上の記録材供給部と記録材排出部とにより構成されていてもよい。
図1に示すように、記録材供給装置Bは、記録材供給部fにより構成されている。記録材供給部fはシートを収容している。記録材供給装置Bは、記録材供給を動作させるとともに、記録材供給部fに収容されたシートを、記録材供給装置Bの右側面上部に設けられた記録材排出部gに向かって分離供給するものである。記録材供給装置Bは、上記記録材供給部a〜dに収容されるシートの量よりも大量のシートを収容することができる。
記録材供給装置Bによってシートが供給されると、該シートは、画像形成装置100の左側面下部に設けられた拡張記録材受け入れ部21へと受け渡された後、画像形成部へ至る。
図1に示すように、中継搬送装置Cは、シートを後処理装置Dに搬送するものである。中継搬送装置Cは、画像形成装置100に対して記録材再供給搬送装置Eを介して、後処理装置Dに装着されている。
中継搬送装置Cは、後処理装置D、または画像形成装置100と後処理装置Dとを連結するための連結部材(第1位置決め部材)、または後処理装置Dなどに備えられた回動支点を中心に、中継搬送装置C全体が回動可能となるよう支持されている。
図1に示すように、後処理装置Dは、画像形成システムの左側に配置されており、第1の記録材排出部hと第2の記録材排出部iとを備えている。第1の記録材排出部hは、画像形成装置100から排出された画像が形成されたシートを、後処理装置Dの側面上部に設けられた受け取り搬送部jによって受け取り、シートがそのままの状態で排出される排出部である。第2の記録材排出部iは、ステープル、パンチ等選択的に装着される後処理手段により後処理が成されたシートが排出される排出部である。
なお、ここでは図示しないが、後処理装置Dは、所定枚数のシートに対してステープル処理を施す機能を有する後処理装置、あるいはB4、A3などのシートの紙折りする機能を有する後処理装置、あるいはファイリング用の穴をあける機能を有する後処理装置、あるいはソートや仕分けを行うために数ビン〜数10ビンの記録材排出部を有する後処理装置等があり、何れの後処理装置を選択してもよい。
図1に示すように、記録材再供給搬送装置Eは、画像形成装置100の左側側面に取り付けられ、定着装置8から排出された画像が形成された記録材を画像記録装置100上部の排紙部の反転ローラ26を用いて反転搬送して、記録材の表裏を反転した上で、再度、画像記録装置100の画像形成部の感光体ドラム3と転写手段6との間(転写部)に向かって供給するための記録材搬送経路ユニットである。
図1に示すように、画像読取装置Fは、透明な原稿載置台(図示せず)上にセットされた原稿の画像を露光走査して光電変換素子上に結像し、原稿画像を電気的信号に変換した上で画像データとして出力するものである。また、該画像読取装置Fは、その上に設置された自動原稿搬送装置Gにて自動原稿搬送経路にそって原稿を搬送する過程において、原稿の下方および上方から、原稿画像を同時に走査して読み取るように構成されている。原稿面の下方からは、通常原稿台下面を走査移動する移動走査光学系が、原稿搬送経路の所定の位置に停止した状態で光電変換素子であるCCDまで光像を導き原稿画像を読み取る構成となっている。また、原稿の両面を同時に読み取る場合は、原稿面の上面に対して原稿を露光する光源、光像を光電変換素子まで導く光学レンズ、光像を画像データに変換する光電変換素子などから一体的に構成される密着イメージセンサ(CIS)を自動原稿搬送装置に装着することにより、同時に原稿の両面を読み取る構成となっている。
画像読取装置Fは、自動読取モードと、手動読取モードとを備えている。自動読取モードは、シート物の原稿を、自動原稿搬送装置Gにより自動的に供給して1枚ずつ順次露光走査して原稿画像を読み取る方式である。手動読取モードは、ブック物の原稿、もしくは自動原稿搬送装置Gにより自動供給が不可能なシート物の原稿をマニュアル操作によりセットして原稿画像を読み取る方式である。
表1に、実施例1〜3および比較例1〜6のトナーのトナー特性、実機評価結果並びにそれらの各種条件を示した。
画像の濃度値は、直径55mmの黒円を含む原稿を用いて3枚複写し、得られたコピーサンプルの黒部をマクベス濃度計にて測定し、それらを平均した値である。この数値が高いほど濃度が高いことを示す。濃度値を下記のように5段階で評価した。
評価: 濃度値
5: 1.4以上
4: 1.3〜1.4
3: 1.2〜1.3
2: 1.0〜1.2
1: 1.0以下
A4サイズの白紙を予め白度計(ハンター白度計、日本電色工業社製)にて白度を測定し、その値を第1測定値とする。次に、直径55mmの白円を含む原稿を用いて、3枚複写し、得られたコピーサンプルの白部を前記白度計にて測定し、この値を第2測定値とする。第2測定値の値を第1測定値から差し引いた値を「かぶり」の値とする。この数値が高い程かぶりが多いことを示す。
評価: かぶり値
5: 0.4以下
4: 0.6〜0.4
3: 0.8〜0.6
2: 1.0〜0.8
1: 1.0以上
直径5mmの画像濃度0.3(ハーフトーン)のオリジナル画像のコピー画像を画像濃度0.3〜0.5で複写できる条件において、正確に幅100μmとした細線のオリジナル原稿を複写したコピー画像を測定用サンプルとし、測定装置としてルーゼックス450粒子アナライザーを用いて、拡大したモニター画像からインジケーターによって線幅の測定を行った。このとき、線幅の測定位置はトナーの細線画像の幅方向に凹凸があるため、凹凸の平均的線幅をもって測定点とした。そして、複写物の線幅測定値を原稿線幅で除して100倍したものを細線再現性の値(%)とした。この値が100%に近いもの程、細線再現性が良いことを示す。
評価: 細線再現性の値(%)
5: 100〜105未満
4: 105〜115未満
3: 115〜125未満
2: 125〜135未満
1: 135以上
線幅および間隔の等しい5本の細線よりなるパターンで、1mmの間にR=2.8、3.2、3.6、4.0、4.5、5.0、5.6、6.3、7.1または8.0本/mmあるように描かれているオリジナル画像をつくる。ここで、Rは解像力を意味し、R=1/2d(d:細線の幅)で表される。この10種類の線画像を有するオリジナル原稿を適正なる複写条件でコピーした画像を、拡大鏡にて観察し、細線間が明確に分離している画像の本数(本/mm)をもって解像力の値とした。この値が大きい程、解像力が高いことを示す。
評価: 画像の本数(本/mm)
5: 7.1、8.0
4: 5.6、6.3
3: 4.5、5.0
2: 3.6、4.0
1: 3.2以下
トナー消費量は、実機での5000枚の連続コピーにて使用したトナー量を実測により求めた。
評価: トナー消費量
5: 80g未満
4: 80〜100g未満
3: 100〜120g未満
2: 120g以上140g未満
1: 140g以上
実機評価結果における各項目の評価値の平均値を総合評価とした。平均値が4以上でかつ最低評価項目が1つもないものを合格と判断した。
架橋ポリエステル樹脂(THF不溶分30重量%) 100重量部
カーボンブラック 10重量部
(三菱化学製 #44 粒子径24nm)
荷電制御剤 4重量部
(ボントロンS−34 オリエント化学製)
ワックス 3重量部
(ハイワックス4051E 三井化学製)
得られた黒色微粉体のトナー100重量部に疎水性乾式シリカ(BET比表面積200m2/g)0.5重量部を加え、ヘンシェルミキサーで混合し、さらにこのトナー外添品4重量部と、フェライトキャリア(体積平均粒径95μm)96重量部を混合して、負帯電性の二成分非磁性現像剤とした。
このトナーの粒度分布および諸特性は表1に示すとおりである。
調製した二成分現像剤をAR−620(シャープ株式会社製)にセットし、初期(1回後)のトナー画像と、50万回連続して行った後のトナー画像を得る画出しテストを行った。
3 感光体ドラム
4 クリーニングユニット
5 帯電手段
6 転写手段
11 光走査ユニット
12 除電ランプ
100 画像形成装置
A、B 記録材供給装置
C 中継搬送装置
D 後処理装置
E 記録材再供給搬送装置
F 画像読取装置
G 自動原稿搬送装置
a〜d、f 記録材供給部
e、g 記録材排出部
h 第1の記録材排出部
i 第2の記録材排出部
j 受け取り搬送部
Claims (6)
- 粒径4μm未満のトナー粒子がトナー粒子総個数の13個数%以下で含有し、粒径4〜6μmのトナー粒子がトナー粒子総個数の20個数%以上で含有し、粒径16μm以上のトナー粒子がトナー粒子総体積の2.0体積%以下で含有し、トナー粒子の体積平均粒径が4〜9μmであり、トナー粒子に少なくとも外添剤が添加されていることを特徴とする静電荷像現像用トナー。
- 粒径4μm未満のトナー粒子がトナー粒子総個数の10個数%以下で含有し、粒径4〜5.04μmのトナー粒子がトナー粒子総個数の25個数%以上で含有し、粒径16μm以上のトナー粒子がトナー粒子総体積の0.5体積%以下で含有し、トナー粒子の体積平均粒径が6.7〜7.7μmである請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
- 外添剤が、平均粒径4μm以下のシリカ微粉末であり、トナー粒子100重量部に対して0.01〜8重量部外添されている請求項1または2に記載の静電荷像現像用トナー。
- 像担持体と、この像担持体に静電潜像を形成するための静電潜像形成手段と、現像剤を像担持体へ供給してトナー画像を形成するための現像剤供給手段と、転写材を像担持体の転写位置へ搬送する搬送手段と、前記転写位置においてトナー画像を像担持体から転写材に転写する転写手段とを備えてなり、
前記現像剤が、請求項1〜3のいずれか1つに記載の静電荷像現像用トナーと磁性キャリアとを少なくとも有する二成分系現像剤からなることを特徴とする画像形成装置。 - 二成分系現像剤において、磁性キャリアは、体積平均粒径30〜100μmであり、トナー10重量部に対して10〜1000重量部含有する請求項4に記載の画像成形装置。
- 像担持体に静電潜像を形成し、請求項1〜3のいずれか1つに記載の静電荷像現像用トナーと磁性キャリアとを少なくとも有する二成分系現像剤を像担持体に供給してトナー画像を形成し、このトナー画像を転写材に転写することを特徴とする画像形成方法。
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