JP2007292996A - 画像形成装置、プロセスカートリッジ及びトナー - Google Patents

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Abstract

【課題】帯電ローラの汚れによる異常画像の発生を防止することによって、帯電ローラの寿命をのばす画像形成装置、プロセスカートリッジ、およびトナーを提供する。
【解決手段】像担持体5と、前記像担持体5へ潤滑剤16を塗布するための潤滑剤塗布手段15と、前記像担持体5の表面に潜像を形成する帯電手段17と、を備え、像担持体線速が可変である画像形成装置において、前記潤滑剤塗布手段15が、回転体であり、前記像担持体線速が速い場合、前記回転体の線速を遅くする画像形成装置1、プロセスカートリッジ、およびトナーである。
【選択図】図2

Description

本発明は、複写機、プリンタ、ファクシミリ等の電子写真プロセスを用いた画像形成装置に関するものである。また、画像形成装置に使用するプロセすカートリッジ及びトナーに関するものである。
高画質化のため、トナーの小粒径および高円形度化が進められている。粉砕法により製造されたトナーでは、これらの特性に限界があるため、小粒径化が可能な懸濁重合法、乳化重合法、分散重合法により製造された重合トナーが採用されつつある。
しかしながら、一般に円形度の高いトナーはクリーニング性が悪いことで知られている。これは、トナーがブレードエッジに引っかからずに転がってしまう為、ブレードをすりぬけやすくなっていることに起因する。このようなクリーニング性が悪いトナーでは帯電ローラが汚れやすく、経時で帯電ムラによる異常画像が発生するという問題点があった。
そこで、この問題に対して、帯電ローラにクリーナを搭載することで帯電ローラの汚れを取り除くこと(特許文献1)や、非接触帯電あるいは近接帯電とすることで帯電ローラに汚れを付きにくくするなどの工夫がされてきた(特許文献2)。
また、感光体に塗布した潤滑剤が帯電ローラに付着することによっても経時で帯電ムラによる異常画像が発生する。こうした潤滑剤の制御面で帯電ローラ汚れによる異常画像の防止は十分ではなかった。画像面積によって潤滑剤塗布量を変化させて感光体摩擦係数を常に十分に下げておく(特許文献3)などの制御方法も開示されているが、前記した帯電ムラによる異常画像を防止については、さらに改善することが望まれていた。
このように、帯電ローラにトナーや、トナー外添剤、紙粉、感光体潤滑剤なとの異物が付着することによって異常画像が発生するという問題点があった。この問題点に対しては、前述したように帯電ローラにクリーナを載せるなどして帯電ローラに付着した異物を取ることや、帯電ローラと感光体とを非接触にする非接触帯電方式、あるいはわずかに接触させる近接帯電方式にして、帯電ローラに異物をつきにくくすることで改善することができる。
しかしながら、最近では環境の面でもユニットの寿命をさらに長寿命化することが必要となってきており、前述した対策よりもより大きな効果が必要となってきている。また、機械の高速化も求められており、ブラシが回転することで固形潤滑材を削って感光体ドラム上に潤滑材を塗布する場合、ブラシと感光体ドラムとの線速比が一定の場合、感光体ドラムの線速が大きいとブラシの回転も速くなり、固形潤滑材の削れる量も多くなる。固形潤滑材の削れる量が多いと帯電ローラはより汚れてしまい、より早く異常画像が発生してしまうという問題点があった。
特開2004−361916号公報 特開2004−170527号公報 特開2005−249917号公報
そこで、本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その課題は、帯電ローラの汚れによる異常画像の発生を防止することによって、帯電ローラの寿命をのばす画像形成装置、プロセスカートリッジ、およびトナーを提供することである。
前記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明は、像担持体と、前記像担持体へ潤滑剤を塗布するための潤滑剤塗布手段と、前記像担持体の表面に潜像を形成する帯電手段と、を備え、像担持体線速が可変である画像形成装置において、前記潤滑剤塗布手段が、回転体であり、前記像担持体線速が速い場合、前記回転体の線速を遅くすることを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、像担持体と、前記像担持体へ潤滑剤を塗布するための潤滑剤塗布手段と、前記像担持体の表面に潜像を形成する帯電手段と、を備え、像担持体線速が可変である画像形成装置において、前記潤滑剤塗布手段が、回転体であり、前記回転体の回転数が、像担持体線速によらず一定である制御をすることを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、像担持体と、前記像担持体へ潤滑剤を塗布するための潤滑剤塗布手段と、前記像担持体の表面に潜像を形成する帯電手段と、前記帯電手段により像担持体上に形成された潜像をトナー像化する現像手段と、前記現像手段により像担持体上に形成されたトナー像を転写材上に転写する転写手段と、を備えた画像形成装置において、前記潤滑剤塗布手段が、回転体であり、前記転写手段が、転写材に流す転写電流が大きい場合、前記回転体の像担持体との線速比を小さくすることを特徴とする画像形成装置である。
本発明は、前記帯電手段が、帯電ローラであることを特徴とする。
本発明は、前記帯電ローラが、前記像担持体に対し非接触で配置されることを特徴とする。
本発明は、前記帯電ローラに直流(AC)電圧と交流(DC)電圧を重畳して印加することを特徴とする。
本発明は、トナーは、平均円形度が0.93以上であることを特徴とする。
本発明は、トナーは、体積平均粒経が3〜8μmであり、体積平均粒経(Dv)と個数平均粒経との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲であることを特徴とする。
本発明は、トナーは、形状係数SF−1が100〜180の範囲であり、形状係数SF−2が100〜180の範囲であることを特徴とする。
本発明は、トナーは、長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0の範囲であり、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲であり、長軸r1≧短軸r2≧厚さr3 の関係を満足することを特徴とする。
本発明は、トナーは、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤、離型材を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂微粒子の存在下で架橋および、又は伸長反応させることを特徴とする。
本発明は、少なくとも前記像担持体、前記帯電手段が一体となって構成されているプロセスカートリッジを有することを特徴とする。
本発明は、プロセスカートリッジが、前記画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とする。
また、本発明は、少なくとも前記像担持体、前記帯電手段が一体となって構成されていることを特徴とするプロセスカートリッジである。
本発明は、前記画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジである。
本発明は、平均円形度が0.93以上であることを特徴とするトナーである。
本発明は、体積平均粒経が3〜8μmであり、体積平均粒経(Dv)と個数平均粒経との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲であることを特徴とするトナーである。
本発明は、形状係数SF−1が100〜180の範囲であり、形状係数SF−2が100〜180の範囲であることを特徴とするトナーである。
本発明は、長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0の範囲であり、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲であり、長軸r1≧短軸r2≧厚さr3 の関係を満足することを特徴とするトナーである。
本発明は、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤、離型材を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂微粒子の存在下で架橋および、又は伸長反応させることを特徴とするトナーである。
本発明は、前記解決するための手段によって、帯電ローラの汚れによる異常画像の発生を防止することによって、帯電ローラの寿命をのばす画像形成装置、プロセスカートリッジ、およびトナーを提供することが可能となった。
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明はこの発明における最良の形態の例であって、この特許請求の範囲を限定するものではない。
図1は、本発明を画像形成装置(フルカラープリンタ)に適用した例を示す全体構成図である。画像形成装置本体1内には、4個の像担持体ユニットである感光体ユニット2A,2B,2C及び2Dを、画像形成装置本体1に対してそれぞれ着脱可能に装着している。装置本体の中央に転写ベルト3を複数のローラ間に矢示A方向に回動可能に装着した転写ユニットを配置している。転写ベルトの内側には4つの転写ブラシ57が4個の像担持体(感光体)5に対応してそれぞれ設けられている。その転写ベルト3の上側の面に、感光体ユニット2A,2B,2C,2Dにそれぞれ設けられている感光体5が接触するように配置している。そして、その感光体ユニット2A〜2Dに対応させて、それぞれ使用するトナーの色が異なる現像装置10A〜10Dを配置している。現像装置10A〜10Dは、構成が全て同一のものであり、それらは使用するトナーの色のみが異なる二成分現像方式の現像装置10A〜10Dである。そして、現像装置10Aはマゼンタ色のトナーを使用し、現像装置10Bはシアン色のトナーを使用し、現像装置10Cはイエロー色のトナーを使用し、現像装置10Dはブラック色のトナーをそれぞれ使用する。そして、その各色の現像装置10A〜10D内には、トナーとキャリアからなる現像剤が収容されている。現像装置10A〜10Dは、感光体5に対向した現像ローラ、現像剤を搬送・撹拌するスクリュー、トナー濃度センサ等から構成される。現像ローラは外側の回転自在のスリーブと内側に固定された磁石から構成されている。トナー濃度センサの出力に応じて、トナー補給装置よりトナーが補給される。
また、感光体ユニット2A〜2Dの上方には書込みユニット6を、転写ベルト3の下方には両面ユニット7をそれぞれ配置している。このプリンタは、装置本体の左方に、画像形成後の転写紙Pを反転させて排出したり、両面ユニット7へ搬送したりする反転ユニット8を装着している。
書込みユニット6は、各色毎に用意されたレーザダイオード(LD)方式の4つの光源と、6面のポリゴンミラーとポリゴンモータから構成される1組のポリゴンスキャナと、各光源の光路に配置されたfθレンズ、長尺WTL等のレンズやミラーから構成されている。レーザダイオードから射出されたレーザ光はポリゴンスキャナにより偏向走査され感光体上に照射される。
両面ユニットは、対をなす搬送ガイド板45a,45bと、対をなす複数(この例では4組)の搬送ローラ46とからなり、転写紙の両面に画像を形成する両面画像形成モード時には、片面に画像が形成されて反転ユニットの反転搬送路54に搬送されてスイッチバック搬送された転写紙Pを受入れて、それを給紙部に向けて搬送する。
反転ユニットは、それぞれ対をなす複数の搬送ローラと、対をなす複数の搬送ガイド板とからなり、上述したように両面画像形成する際の転写紙Pを表裏反転させて両面ユニット7へ搬出したり、画像形成後の転写紙Pをそのままの向きで機外に排出したり、表裏を反転させて機外に排出したりする働きをする。給紙カセットが設けられている給紙部には、転写紙Pを1枚ずつ分離して給紙する分離給紙部55,56が、それぞれ設けられている。
転写ベルト3と反転ユニット8との間には、画像が転写された転写紙Pの画像を定着する定着装置9が設けられている。その定着装置9の転写紙搬送方向下流側には、反転排紙路20を分岐させて形成し、そこに搬送した転写紙Pを排紙ローラ対25により排紙トレイ26上に排出可能にしている。
また、装置本体1の下部には、上下2段にサイズの異なる転写紙Pを収納可能な給紙カセット11と12を、それぞれ配設している。さらに、装置本体1の右側面には、手差しトレイ13を矢示B方向に開閉可能に設け、その手差しトレイ13を開放することにより、そこから手差し給紙ができるようにしている。
感光体ユニット2A〜2Dは、同一の構成をしたユニットであり、感光体ユニット2Aはマゼンタ色に対応する画像を形成し、感光体ユニット2Bはシアン色に対応する画像を形成し、感光体ユニット2Cはイエロー色に対応する画像を形成し、感光体ユニット2Dはブラック色に対応する画像を形成する。
まず、この画像形成装置1のフルカラー画像形成時の動作を説明する。この画像形成装置1がフルカラーの画像データを受け取ると、各感光体5が図1で時計回り方向にそれぞれ回転する。そして、その各感光体5の表面が帯電手段(帯電ローラ)17により一様に帯電される。そして、感光体ユニット2Aの感光体5には、書込みユニット6によりマゼンタの画像に対応するレーザ光が、感光体ユニット2Bの感光体5にはシアンの画像に対応するレーザ光が、感光体ユニット2Cの感光体5にはイエローの画像に対応するレーザ光が、さらに感光体ユニット2Dの感光体5にはブラックの画像に対応するレーザ光がそれぞれ照射され、各色の画像データに対応した潜像がそれぞれ形成される。各潜像は、感光体5が回転することにより現像装置10A,10B,10C及び10Dの位置に達すると、そこでマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各トナーにより現像されて、4色のトナー像となる。
一方、給紙カセット11、12から転写紙Pが分離給紙部55、56により給紙され、それが転写ベルト3の直前に設けられているレジストローラ対59により、各感光体5上に形成されているトナー像と一致するタイミングで搬送される。転写紙Pは、転写ベルト3の入口付近に配設している紙吸着ローラ58によりプラスの極性に帯電され、それにより転写ベルト3の表面に静電的に吸着される。そして、転写紙Pは、転写ベルト3に吸着した状態で搬送されながら、マゼンタ、シアン、イエロー及びブラック色の各トナー像が順次転写されていき、4色重ね合わせのフルカラーのトナー画像が形成される。
その転写紙Pは、定着装置9で熱と圧力が加えられることによりトナー像が溶融定着され、その後は指定されたモードに応じた排紙系を通って、装置本体1上部の排紙トレイ26に反転排紙されたり、定着装置9から直進して反転ユニット8内を通ってストレート排紙されたり、あるいは、両面画像形成モードが選択されているときには、前述した反転ユニット8内の反転搬送路に送り込まれた後にスイッチバックされて両面ユニット7に搬送され、そこから再給紙されて感光体ユニット2A〜2Dが設けられている作像部で、裏面に画像が形成された後に排出される。以後、2枚以上の画像形成が指示されているときには、上述した作像プロセスが繰り返される。
次に、この画像形成装置1の白黒画像形成時の動作を説明する。この画像形成装置1が白黒の画像データを受け取ると、吸着ローラ58に対向して転写ベルト3を支持している従動ローラが下方に移動し、転写ベルト3がマゼンタ、シアン、イエローの感光体5から離間する。ブラックの感光体5が図1で時計回り方向に回転し、ブラック感光体5の表面が帯電ローラにより一様に帯電される。そして、さらに感光体ユニット2Dの感光体5にはブラックの画像に対応するレーザ光が照射され、潜像が形成される。潜像は、現像装置10Dの位置に達すると、ブラックのトナーにより現像されてトナー像となる。この際、ブラック以外の3色の画像形成部は停止しており、不要な消耗を防止する。
一方、給紙カセット11、12から転写紙Pが分離給紙部55、56により給紙され、それが転写ベルト3の直前に設けられているレジストローラ対59により、ブラック感光体5上に形成されているトナー像と一致するタイミングで搬送される。転写紙Pは、転写ベルト3の入口付近に配設している紙吸着ローラ58により帯電され、それにより転写ベルト3の表面に静電的に吸着される。そして、転写紙Pは、転写ベルト3に吸着した状態で搬送されるので、転写ベルト3がマゼンタ、シアン、イエローの感光体5から離間していてもブラックの感光体5まで搬送され、ブラックのトナー像が転写される。転写紙Pを安定して静電吸着搬送するために転写ベルト3は少なくとも表層が高抵抗の材料で構成されている必要がある。その転写紙Pは、フルカラー画像の場合と同様に定着装置9で定着され、指定されたモードに応じた排紙系を通って処理される。以後、2枚以上の画像形成が指示されているときには、上述した作像プロセスが繰り返される。転写ベルト3の材質としてはポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂材料をシームレスベルトに成型し使用することができる。これらの材料はそのまま用いたり、カーボンブラック等の導電材により抵抗調整したりすることが可能である。また、これらの樹脂を基層として、スプレーやディッピング等の方法により表層を形成し、積層構造にしても良い。
感光体ユニット2A〜2Dは、図2に示すように帯電手段(帯電ローラ)17と、静電潜像が形成される感光体5と、その感光体5の表面をクリーニングするブラシローラ15とクリーニングブレード47と、ブラシローラ15についたトナーを弾き飛ばす為のフリッカー装置19、固形潤滑剤16から構成されている。帯電ローラ17にはローラ表面をクリーニングするための帯電クリーニングローラ49が当接している。クリーニングブレード47により掻き落とされE部に溜まったトナーをブラシローラ15が回転して抱え込み、フリッカー装置19によってトナーを弾き飛ばしてトナー搬送オーガ48側に移動させ、そのトナー搬送オーガを回転させることにより回収した廃トナーを、図1に示した廃トナー収納部18に搬送するように構成されている。この実施の形態では、感光体径はΦ30mmであり、各感光体5はそれぞれ矢示C方向に162mm/secで回転する。
ブラシローラ15は、感光体に対向して配置され、クリーニングブレード47によって掻き取られ、E部に溜まったトナーをトナー搬送オーガ48に排出する働き、及び固形潤滑剤16を削って感光体5に塗布する潤滑剤塗布手段の働きを持つ。
感光体5は導電性支持体上に下引き層と、電荷発生材料を主成分とする電荷発生層と、電荷輸送材料を主成分とする電荷輸送層とが、積層形成されている。
導電性支持体は、体積抵抗10Ωcm以下の導電性を示すもの、例えば、アルミニウム、ステンレス等の金属管、あるいはニッケル等の金属をエンドレスベルト状に加工したもの等が用いられる。
下引き層は一般に樹脂を主成分とするが、これらの樹脂はその上に感光層を溶剤を用いて塗布することを考慮すると、一般の有機溶剤に対して耐溶解性の高い樹脂であることが望ましい。このような樹脂としては、ポリビニルアルコール等の水溶性樹脂、共重合ナイロン等のアルコール可溶性樹脂、ポリウレタン、アルキッド−メラミン、エポキシ等の三次元網目構造を形成する硬化型樹脂等が挙げられる。また、下引き層には、モアレ防止、残留電位の低減等のために、酸化チタン、シリカ、アルミナ等の金属酸化物の微粉末を加えてもよい。この下引き層は、適当な溶媒、塗工法を用いて形成することができる。下引き層の膜厚は、0〜5μmが適当である。
電荷発生層は、電荷発生材料を主成分とする層であり、代表的なものとしては、モノアゾ顔料、ジスアゾ顔料、トリスアゾ顔料、フタロシアニン系顔料等がある。これらの電荷発生材料をポリカーボネート等のバインダー樹脂とともに、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン等の溶媒を用いて分散し、分散液を塗布することにより形成できる。塗布は、浸漬塗工法やスプレーコート等により行う。電荷発生層の膜厚は、通常は0.01〜5μmである。
電荷輸送層は、電荷輸送材料及びバインダー樹脂をテトラヒドロフラン、トルエン、ジクロルエタン等の適当な溶剤に溶解ないし分散し、これを塗布、乾燥することにより形成できる。電荷輸送材料のうち、低分子電荷輸送材料には、電子輸送材料と正孔輸送材料とがある。電子輸送材料としては、例えば、クロルアニル、ブロムアニル、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、2,4,7−トリニトロ−9−フルオレノン、2,4,5,7−テトラニトロ−9−フルオレノン、1,3,7−トリニトロジベンゾチオフェン−5,5−ジオキサイド等の電子受容性物質が挙げられる。正孔輸送材料としては、例えば、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、フェニルヒドラゾン類、α−フェニルスチルベン誘導体、チアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナジン誘導体、アクリジン誘導体、チオフェン誘導体等の電子供与性物質が挙げられる。電荷輸送材料と共に電荷輸送層に使用されるバインダー樹脂としては、ポリスチレン、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、ポリエステル、ポリアリレート、ポリカーボネート、アクリル、エポキシ、メラミン、フェノール等の熱可塑性又は熱硬化性樹脂が挙げられる。電荷輸送層の厚さは、5〜30μmの範囲で所望の感光体5特性に応じて適宜選択すればよい。
また、感光体5表面に感光層の保護及び耐久性の向上を目的に保護層を形成することができる。保護層の構成としてはバインダー樹脂にフィラーを分散させることで機械的耐久性を向上させることができる。保護層に添加されるフィラーの量は、バインダー樹脂100質量部に対して、10〜70質量部、好ましくは、20〜50質量部である。フィラーの量が、10質量部未満では摩耗が大きく耐久性に劣り、70質量部を越えると感度低下や残留電位上昇が無視できなくなるので望ましくない。保護層に添加するフィラーとしては酸化チタン、シリカ、アルミナ等の金属酸化物の微粉末を用いることができる。フィラーの粒径が大きすぎる場合には露光光が保護層で散乱されるため、解像力が低下し画像品質が劣る。また、フィラーの粒径が小さすぎると耐摩耗性に劣る。したがって保護層に添加するフィラーの粒径としては0.1〜0.8μmが適当である。保護層はフィラーとバインダー樹脂を適当な溶媒を用いて分散し、分散液をスプレーコートにより塗布することにより形成できる。保護層に用いるバインダー樹脂、溶媒としては電荷輸送層と同様の材料を使用することができ、バインダー樹脂としては、ポリスチレン、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、ポリエステル、ポリアリレート、ポリカーボネート、アクリル、エポキシ、メラミン、フェノール等の熱可塑性又は熱硬化性樹脂があり、溶媒としてはテトラヒドロフラン、トルエン、ジクロルエタン等を用いることができる。耐久性を向上させるとともに、感光層の静電特性を損なわないために保護層の膜厚としては3〜10μmが望ましい。さらに保護層には、電荷輸送材料や、酸化防止剤等を添加することもできる。
帯電ローラ17は、感光体5に対向してその感光体5を帯電する。帯電ローラ17により、オゾンの発生を抑えることができ、NOxなどの放電生成物が感光体5に付着するのを軽減する。この帯電ローラ17は、ギャップ管理部材14を介して感光体5の表面に圧接しており、帯電ローラ17は感光体5の表面から微小間隙G(ギャップ)をあけ、その感光体5に対して非接触状態で位置している。これにより、帯電ローラ17に付着するトナー、トナー外添剤、紙粉などの異物をつきにくくする。
芯金はステンレス等の金属が用いられる。芯金が細すぎると帯電部材の切削加工時や、感光体5に加圧されたときのたわみの影響が無視できなくなり、必要なギャップ精度が得られにくい。また、芯金が太すぎる場合には帯電ローラ17が大型化したり、質量が重くなったりする問題があるため、芯金の直径としては6〜10mm程度が望ましい。
帯電ローラ17は、10〜10Ωcmの体積抵抗を持つ材料が好ましい。抵抗が低すぎると感光体5にピンホール等の欠陥があった場合に帯電バイアスのリークが発生しやすく、抵抗が高すぎると放電が十分に発生せず均一な帯電電位を得ることができない。
帯電ローラ17は図示しない電源より接続されており、所定の電圧が印加される。その電圧は、直流電圧のみでもよいが、直流電圧に交流電圧を重畳させた電圧であることが好ましい。交流電圧を印加することにより、感光体5表面をより均一に帯電することができる。
帯電ローラ17はクリーニングブレードをすり抜けたトナー、外添剤、紙粉などの異物によって経時で汚れてくる。そのため、帯電ローラ17をクリーニングする部材として、帯電ローラ17の上方に帯電クリーニングローラ49が配置されている。この帯電クリーニングローラ49は直径5mmの芯金にメラミンフォームとよばれる絶縁性スポンジ材質のローラが接着されたものである。帯電クリーニングローラ49は自重のみで帯電ローラ17に回動自由に当接しており、帯電ローラ17の回転に伴い連れまわり方向に回転しながら、帯電ローラ17表面を清掃する。
しかしながら、前記の帯電クリーニングローラ49のクリーニング能力にも限界がある。以下に、本実施形態における、経時の帯電ローラ17汚れによる異常画像を防ぐための具体的な方法(制御)について説明する。
感光体5が複数の線速をもつ場合には、速い線速の場合に帯電ローラ17がより汚れてしまう。感光体5とブラシローラ15との線速比が一定である場合、感光体5の線速が早くなると、ブラシローラ15の線速も速くなり、それによって固形潤滑材16の削れる量が多くなる。従って、帯電ローラ17に潤滑材16などの異物が多く付くようになり、異物が付くことによる異常画像がより早く現れることになる。
よって、線速が速い場合は、ブラシローラ15の感光体5との線速比を下げることにより、固形潤滑材16の削れ量が少なくなり、線速が遅い場合の固形潤滑材16の削れ量に合わせることができる。このときの制御は、図示しないCPUの制御によって行われている。また、感光体5の線速が変化しても、ブラシローラ15の回転数が一定になるようにしておけば、固形潤滑材16の削れる量は線速によってほぼ変わることが無く、機構も簡単になる。
表1に像担持体線速とブラシローラ15の線速の設定値を示す。
Figure 2007292996
像担持体とブラシローラ15の線速比を固定した場合と、表1の場合とで9万枚通紙したときの帯電ローラ17の汚れによる異常画像(地汚れ)のレベルを表2、表3にそれぞれ示す。
Figure 2007292996
Figure 2007292996
ブラシローラ15と感光体5との線速比が固定の場合は、9万枚通紙する前に線速の速い条件と中程度の条件とで異常画像が発生した。一方、表1の条件では9万枚通紙後も帯電ローラ17の汚れによる異常画像は発生しなかった。
線速によってブラシローラ15の回転数を変化させることについて述べたが、転写電流によって変化させてもよい。転写電流が大きくなるほど転写後の感光体5表面電位は高くなり、帯電ローラ17で感光体5を再帯電しにくくなる。よって、実際の地肌ポテンシャル(帯電電位VDと現像バイアスVBの差)が低くなり、帯電ローラ17の汚れによる異常画像や地汚れが発生しやすくなる。従って、転写電流が高い場合、ブラシローラ15の感光体5との線速比を低くして、ブラシの回転数を下げ、固形潤滑材16の削れ量を減らした方がよい。また、固形潤滑材16への加圧を下げて固形潤滑材16の削れ量を減らしてもよい。
また、本発明の制御手段を用いて動作する潤滑剤塗布装置と帯電装置と感光体5を一体で支持し、画像形成装置1本体に着脱自在に形成したプロセスカートリッジとすることができる。プロセスカートリッジはこの他に現像手段を含んで構成するものであっても良い。このプロセスカートリッジによって、円形度が高く、また、小粒径のトナーを用いた現像が行われる画像形成プロセスであっても、帯電ローラ17の汚染による異常画像を防止することで、画質の劣化が少ないプロセスカートリッジとすることができ、プロセスカートリッジの寿命向上やユーザーメンテナンス性向上につながる。また、プロセスカートリッジが着脱可能であることから、メンテナンス作業も容易にできる。
本発明において好適に用いられるトナーについて説明する。本発明のトナーは、平均円形度が0.93〜1.00であることが好ましい。本発明では、下記式(1)より得られた値を円形度と定義する。この円形度はトナー粒子の凹凸の度合いの指標であり、トナーが完全な球形の場合1.00を示し、表面形状が複雑になるほど円形度は小さな値となる。
円形度 a=L0/L ・・・・式(1)
L0は、粒子像と同じ投影面積をもつ円の周囲長を示し、Lは粒子の投影像の周囲長を示す。
平均円形度が0.93〜1.00の範囲では、トナー粒子の表面は滑らかであり、トナー粒子同士、トナー粒子と感光体5との接触面積が小さいために転写性に優れる。
一方、円形度の高いトナーはブレード方式のクリーニングでは感光体5とクリーニングブレード47の隙間に入り込み、すり抜けやすい。しかしながら、本発明の制御手段によって、地汚れを防ぐことによって帯電ローラ17の汚れによる異常画像を抑えることができる。
また、トナーの体積平均粒径が3〜8μmであり、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が、1.00〜1.40の範囲にある小粒径で粒径分布も狭いトナーを使用する場合であっても、良好なクリーニング性が得られる。トナーは粒径分布を狭くすることで、帯電分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像ができ、また、転写率を高くすることができる。このような小粒径トナーはトナーの外添剤微粒子等の含有率が相対的に高くなる傾向にあるため、これらがトナーから脱離してクリーニングブレード47をすり抜けやすい。しかしながら、本発明の制御手段によって、地汚れを防ぐことによって帯電ローラ17の汚れによる異常画像を抑えることができる。
また、本発明のトナーは、以下の形状係数SF−1、SF−2の値で規定することができる球形トナーであることが好ましい。図3は、形状係数SF−1、形状係数SF−2を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。
トナーの形状係数SF−1は100〜180、形状係数SF−2は100〜180の範囲にあることが好ましい。形状係数SF−1は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式(2)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる形状の最大長MXLNGの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
SF−1={(MXLNG)/AREA}×(100π/4) ・・・式(2)
SF−1の値が100の場合トナーの形状は真球となり、SF−1の値が大きくなるほど不定形になる。
また、形状係数SF−2は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式(3)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる図形の周長PERIの二乗を図形面積AREAで除して、100/4πを乗じた値である。
SF−2={(PERI)/AREA}×(100/4π) ・・・式(3)
SF−2の値が100の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、SF−2の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡(S−800:日立製作所製)でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置(LUSEX3:ニレコ社製)に導入して解析して計算した。
トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと感光体との接触状態が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり従って流動性が高くなり、また、トナーと感光体との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。一方、球形トナーは、クリーニングブレード47をすり抜けやすいが、しかしながら、本発明の制御手段によって、地汚れを防ぐことによって帯電ローラ17の汚れによる異常画像を抑えることができる。形状係数SF−1、SF−2のいずれかが180を超えると、転写率が低下するため好ましくない。
本発明に係るトナーの形状は略球形状であり、以下の形状規定によって表すことができる。図4は、本発明に係るトナーの形状を模式的に示す図である。
略球形状のトナーを長軸r1、短軸r2、厚さr3(但し、r1≧r2≧r3とする。)で規定するとき、本発明のトナーは、長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0で、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲にあることが好ましい。長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5未満では、真球形状から離れるためにドット再現性及び転写効率が劣り、高品位な画質が得られなくなる。また、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7未満では、扁平形状に近くなり、球形トナーのような高転写率は得られなくなる。特に、厚さと短軸との比(r3/r2)が1.0では、長軸を回転軸とする回転体となり、トナーの流動性を向上させることができる。
なお、r1、r2、r3は、例えば以下の方法により測定することができる。即ち、トナーを平滑な測定面上に均一に分散付着させ、前記トナーの粒子100個について、カラーレーザー顕微鏡「VK−8500」(キーエンス社製)により500倍に拡大して、前記100個のトナー粒子の長軸r1(μm)、短軸r2(μm)、厚さr3(μm)を測定し、それらの算術平均値から求めることができる。
本発明の画像形成装置に好適に用いられるトナーは、少なくとも、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤、離型剤とを有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系溶媒中で架橋及び/又は伸長反応させて得られるトナーである。以下に、トナーの構成材料及び製造方法について説明する。
(ポリエステル)
ポリエステルは、多価アルコール化合物と多価カルボン酸化合物との重縮合反応によって得られる。
多価アルコール化合物(PO)としては、2価アルコール(DIO)および3価以上の多価アルコール(TO)が挙げられ、(DIO)単独、または(DIO)と少量の(TO)との混合物が好ましい。2価アルコール(DIO)としては、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。3価以上の多価アルコール(TO)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
多価カルボン酸(PC)としては、2価カルボン酸(DIC)および3価以上の多価カルボン酸(TC)が挙げられ、(DIC)単独、および(DIC)と少量の(TC)との混合物が好ましい。2価カルボン酸(DIC)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸など);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸など);芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸など)などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。3価以上の多価カルボン酸(TC)としては、炭素数9〜20の芳香族多価カルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)などが挙げられる。なお、多価カルボン酸(PC)として
は、上述のものの酸無水物または低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いて多価アルコール(PO)と反応させてもよい。
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、通常2/1〜1/1、好ましくは1.5/1〜1/1、さらに好ましくは1.3/1〜1.02/1である。
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の重縮合反応は、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150〜280℃に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。ポリエステルの水酸基価は5以上であることが好ましく、ポリエステルの酸価は通常1〜30、好ましくは5〜20である。酸価を持たせることで負帯電性となりやすく、さらには記録紙への定着時、記録紙とトナーの親和性がよく低温定着性が向上する。しかし、酸価が30を超えると帯電の安定性、特に環境変動に対し悪化傾向がある。
また、重量平均分子量1万〜40万、好ましくは2万〜20万である。重量平均分子量が1万未満では、耐オフセット性が悪化するため好ましくない。また、40万を超えると低温定着性が悪化するため好ましくない。
ポリエステルには、上記の重縮合反応で得られる未変性ポリエステルの他に、ウレア変性のポリエステルが好ましく含有される。ウレア変性のポリエステルは、上記の重縮合反応で得られるポリエステルの末端のカルボキシル基や水酸基等と多価イソシアネート化合物(PIC)とを反応させ、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)を得、これとアミン類との反応により分子鎖が架橋及び/又は伸長されて得られるものである。
多価イソシアネート化合物(PIC)としては、脂肪族多価イソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエートなど);脂環式ポリイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネートなど);芳香族ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなど);芳香脂肪族ジイソシアネート(α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなど);イソシアネート類;前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの;およびこれら2種以上の併用が挙げられる。
多価イソシアネート化合物(PIC)の比率は、イソシアネート基[NCO]と、水酸基を有するポリエステルの水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、通常5/1〜1/1、好ましくは4/1〜1.2/1、さらに好ましくは2.5/1〜1.5/1である。[NCO]/[OH]が5を超えると低温定着性が悪化する。[NCO]のモル比が1未満では、ウレア変性ポリエステルを用いる場合、そのエステル中のウレア含量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の多価イソシアネート化合物(PIC)構成成分の含有量は、通常0.5〜40wt%、好ましくは1〜30wt%、さらに好ましくは2〜20wt%である。0.5wt%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。また、40wt%を超えると低温定着性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の1分子当たりに含有されるイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
次に、ポリエステルプレポリマー(A)と反応させるアミン類(B)としては、2価アミン化合物(B1)、3価以上の多価アミン化合物(B2)、アミノアルコール(B3)、アミノメルカプタン(B4)、アミノ酸(B5)、およびB1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)などが挙げられる。
2価アミン化合物(B1)としては、芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタンなど);脂環式ジアミン(4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど);および脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)
などが挙げられる。
3価以上の多価アミン化合物(B2)としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。アミノアルコール(B3)としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。アミノメルカプタン(B4)としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどが挙げられる。
アミノ酸(B5)としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。B1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)としては、前記B1〜B5のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリジン化合物などが挙げられる。これらアミン類(B)のうち好ましいものは、B1およびB1と少量のB2の混合物である。
アミン類(B)の比率は、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中のイソシアネート基[NCO]と、アミン類(B)中のアミノ基[NHx]の当量比[NCO]/[NHx]として、通常1/2〜2/1、好ましくは1.5/1〜1/1.5、さらに好ましくは1.2/1〜1/1.2である。[NCO]/[NHx]が2を超えたり1/2未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
また、ウレア変性ポリエステル中には、ウレア結合と共にウレタン結合を含有していてもよい。ウレア結合含有量とウレタン結合含有量のモル比は、通常100/0〜10/90であり、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは、60/40〜30/70である。ウレア結合のモル比が10%未満では、耐ホットオフセット性が悪化する。
ウレア変性ポリエステルは、ワンショット法、などにより製造される。多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)を、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150〜280℃に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。次いで40〜140℃にて、これに多価イソシアネート(PIC)を反応させ、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)を得る。さらにこの(A)にアミン類(B)を0〜140℃にて反応させ、ウレア変性ポリエステルを得る。
(PIC)を反応させる際、及び(A)と(B)を反応させる際には、必要により溶剤を用いることもできる。使用可能な溶剤としては、芳香族溶剤(トルエン、キシレンなど);ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど);エステル類(酢酸エチルなど);アミド類(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなど)およびエーテル類(テトラヒドロフランなど)などのイソシアネート(PIC)に対して不活性なものが挙げられる。
また、ポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との架橋及び/又は伸長反応には、必要により反応停止剤を用い、得られるウレア変性ポリエステルの分子量を調整することができる。反応停止剤としては、モノアミン(ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミンなど)、およびそれらをブロックしたもの(ケチミン化合物)などが挙げられる。
ウレア変性ポリエステルの重量平均分子量は、通常1万以上、好ましくは2万〜1000万、さらに好ましくは3万〜100万である。1万未満では耐ホットオフセット性が悪化する。ウレア変性ポリエステル等の数平均分子量は、先の未変性ポリエステルを用いる場合は特に限定されるものではなく、前記重量平均分子量とするのに得やすい数平均分子量でよい。ウレア変性ポリエステルを単独で使用する場合は、その数平均分子量は、通常2000〜15000、好ましくは2000〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。20000を超えると低温定着性およびフルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとを併用することで、低温定着性およびフルカラー画像形成装置100に用いた場合の光沢性が向上するので、ウレア変性ポリエステルを単独で使用するよりも好ましい。尚、未変性ポリエステルはウレア結合以外の化学結合で変性されたポリエステルを含んでも良い。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは、少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。従って、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは類似の組成であることが好ましい。
また、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとの質量比は、通常20/80〜95/5、好ましくは70/30〜95/5、さらに好ましくは75/25〜95/5、特に好ましくは80/20〜93/7である。ウレア変性ポリエステルの質量比が5%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとを含むバインダー樹脂のガラス転移点(Tg)は、通常45〜65℃、好ましくは45〜60℃である。45℃未満ではトナーの耐熱性が悪化し、65℃を超えると低温定着性が不十分となる。
また、ウレア変性ポリエステルは、得られるトナー母体粒子の表面に存在しやすいため、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。
(着色剤)
着色剤としては、公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブ
リリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15質量%、好ましくは3〜10質量%である。
着色剤は樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。マスターバッチの製造、またはマスターバッチとともに混練されるバインダー樹脂としては、ポリスチレン、ポリ−p−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の重合体、あるいはこれらとビニル化合物との共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが挙げられ、単独あるいは混合して使用できる。
(荷電制御剤)
荷電制御剤としては公知のものが使用でき、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。具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−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−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)、4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)
、4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、4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、4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。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
荷電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダー樹脂100質量部に対して、0.1〜10質量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5質量部の範囲がよい。10質量部を超える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、荷電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
(離型剤)
離型剤としては、融点が50〜120℃の低融点のワックスが、バインダー樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に定着ローラとトナー界面との間で働き、これにより定着ローラにオイルの如き離型剤を塗布することなく高温オフセットに対し効果を示す。このようなワックス成分としては、以下のものが挙げられる。ロウ類及びワックス類としては、カルナウバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス、ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス、オゾケライト、セレシン等の鉱物系ワックス、及びおよびパラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラクタム等の石油ワックス等が挙げられる。また、これら天然ワックスの外に、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス、エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙げられる。さらに、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド及び、低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ−n−ステアリルメタクリレート、ポリ−n−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等)等、側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子等も用いることができる。
荷電制御剤、離型剤はマスターバッチ、バインダー樹脂とともに溶融混練することもできるし、もちろん有機溶剤に溶解、分散する際に加えても良い。
(外添剤)
トナー粒子の流動性や現像性、帯電性を補助するための外添剤として、無機微粒子が好ましく用いられる。この無機微粒子の一次粒子径は、5×10−3〜2μmであることが好ましく、特に5×10−3〜0.5μmであることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500m/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0.01〜5wt%であることが好ましく、特に0.01〜2.0wt%であることが好ましい。
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、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、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。中でも、流動性付与剤としては、疎水性シリカ微粒子と疎水性酸化チタン微粒子を併用するのが好ましい。特に両微粒子の平均粒径が5×10−2μm以下のものを使用して攪拌混合を行った場合、トナーとの静電力、ファンデルワールス力は格段に向上することより、所望の帯電レベルを得るために行われる現像装置内部の攪拌混合によっても、トナーから流
動性付与剤が脱離することなく、ホタルなどが発生しない良好な画像品質が得られて、さらに転写残トナーの低減が図られる。
酸化チタン微粒子は、環境安定性、画像濃度安定性に優れている反面、帯電立ち上がり特性の悪化傾向にあることより、酸化チタン微粒子添加量がシリカ微粒子添加量よりも多くなると、この副作用の影響が大きくなることが考えられる。
しかし、疎水性シリカ微粒子及び疎水性酸化チタン微粒子の添加量が0.3〜1.5wt%の範囲では、帯電立ち上がり特性が大きく損なわれず、所望の帯電立ち上がり特性が得られ、すなわち、コピーの繰り返しを行っても、安定した画像品質が得られる。
次に、トナーの製造方法について説明する。ここでは、好ましい製造方法について示すが、これに限られるものではない。
(トナーの製造方法)
1)着色剤、未変性ポリエステル、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー、離型剤を有機溶媒中に分散させトナー材料液を作る。
有機溶媒は、沸点が100℃未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい。具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー100質量部に対し、通常0〜300質量部、好ましくは0〜100質量部、さらに好ましくは25〜70質量部である。
2)トナー材料液を界面活性剤、樹脂微粒子の存在下、水系媒体中で乳化させる。
水系媒体は、水単独でも良いし、アルコール(メタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などの有機溶媒を含むものであってもよい。
トナー材料液100質量部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000質量部、好ましくは100〜1000質量部である。50質量部未満ではトナー材料液の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。2000質量部を超えると経済的でない
また、水系媒体中の分散を良好にするために、界面活性剤、樹脂微粒子等の分散剤を適宜加える。
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルなどのアニオン性界面活性剤、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウムなどの4級アンモニウム塩型のカチオン性界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやN−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムべタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
また、フルオロアルキル基を有する界面活性剤を用いることにより、非常に少量でその効果をあげることができる。好ましく用いられるフルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤としては、炭素数2〜10のフルオロアルキルカルボン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[ω−フルオロアルキル(C6〜C11)オキシ]−1−アルキル(C3〜C4)スルホン酸ナトリウム、3−[ω−フルオロアルカノイル(C6〜C8)−N−エチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜C20)カルボン酸及び金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜C13)及びその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜C12)スルホン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミ
ド、N−プロピル−N−(2−ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜C10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜C16)エチルリン酸エステルなどが挙げられる。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102(ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などが挙げられる。
また、カチオン性界面活性剤としては、フルオロアルキル基を右する脂肪族1級、2級もしくは2級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6−C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩などの脂肪族4級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩、商品名としてはサーフロンS−121(旭硝子社製)、フロラードFC−135(住友3M社製)、ユニダインDS−202(ダイキンエ業杜製)、メガファックF−150、F−824(大日本インキ社製)、エクトップEF−132(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−300(ネオス社製)などが挙げられる。
樹脂微粒子は、水系媒体中で形成されるトナー母体粒子を安定化させるために加えられる。このために、トナー母体粒子の表面上に存在する被覆率が10〜90%の範囲になるように加えられることが好ましい。例えば、ポリメタクリル酸メチル微粒子1μm、及び3μm、ポリスチレン微粒子0.5μm及び2μm、ポリ(スチレン―アクリロニトリル)微粒子1μm、商品名では、PB−200H(花王社製)、SGP(総研社製)、テクノポリマーSB(積水化成品工業社製)、SGP−3G(総研社製)、ミクロパール(積水ファインケミカル社製)等がある。
また、リン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等の無機化合物分散剤も用いることができる。
上記の樹脂微粒子、無機化合物分散剤と併用して使用可能な分散剤として、高分子系保護コロイドにより分散液滴を安定化させても良い。例えばアクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマール酸、マレイン酸または無水マレイン酸などの酸類、あるいは水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体、例えばアクリル酸−β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸−β−ヒドロキシエチル、アクリル酸−β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−3−クロロ2−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドなど、ビニルアルコールまたはビニルアルコールとのエーテル類、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテルなど、またはビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニルなど、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドあるいはこれらのメチロール化合物、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどの酸クロライド類、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミンなどの含窒素化合物、またはその複素環を有するものなどのホモポリマーまたは共重合体、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステルなどのポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類などが使用できる。
分散の方法としては特に限定されるものではないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波などの公知の設備が適用できる。この中でも、分散体の粒径を2〜20μmにするために高速せん断式が好ましい。高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は特に限定はないが、通常1000〜30000rpm、好ましくは5000〜20000rpmである。分散時間は特に限定はないが、バッチ方式の場合は、通常0.1〜5分である。分散時の温度としては、通常、0〜150℃(加圧下)、好ましくは40〜98℃である。
3)乳化液の作製と同時に、アミン類(B)を添加し、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)との反応を行わせる。
この反応は、分子鎖の架橋及び/又は伸長を伴う。反応時間は、ポリエステルプレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)との反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは2〜24時間である。反応温度は、通常、0〜150℃、好ましくは40〜98℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどが挙げられる。
4)反応終了後、乳化分散体(反応物)から有機溶媒を除去し、洗浄、乾燥してトナー母体粒子を得る。
有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に層流の攪拌状態で昇温し、一定の温度域で強い攪拌を与えた後、脱溶媒を行うことで紡錘形のトナー母体粒子が作製できる。また、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能な物を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗するなどの方法によって、トナー母体粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
5)上記で得られたトナー母体粒子に、荷電制御剤を打ち込み、ついで、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子等の無機微粒子を外添させ、トナーを得る。
荷電制御剤の打ち込み、及び無機微粒子の外添は、ミキサー等を用いた公知の方法によって行われる。
これにより、小粒径であって、粒径分布のシャープなトナーを容易に得ることができる。さらに、有機溶媒を除去する工程で強い攪拌を与えることで、真球状からラクビーボール状の間の形状を制御することができ、さらに、表面のモフォロジーも滑らかなものから梅干形状の間で制御することができる。
以上のように、像担持体の線速が速い場合、潤滑剤塗布手段の線速を遅くすることにより、潤滑剤を削る量及び像担持体に塗布する量を少なくすることができ、帯電手段の寿命をのばすことができる。
また、像担持体線速によらず塗布手段の回転数を固定しておくことによって、潤滑剤を常に同じ量削ることができ、像担持体が高線速の場合、余分な潤滑材を削って塗布することがなくなり、帯電手段の寿命をのばすことができる。また、機構が簡素になる。
さらに、転写電流値が大きい場合は潤滑剤塗布手段の像担持体との線速比を小さくし、潤滑剤の削れ量を減らすことにより、帯電手段の寿命をのばすことができる。
本発明を画像形成装置(フルカラープリンタ)に適用した例を示す全体構成図である。 本発明の感光体ユニットを示す図である。 形状係数SF−1、形状係数SF−2を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。 本発明に係るトナーの形状を模式的に示す図である。
符号の説明
1 画像形成装置
2A〜2D 感光体ユニット
3 転写ベルト
5 像担持体(感光体)
6 書込みユニット
7 両面ユニット
8 反転ユニット
9 定着装置
10A〜10D 現像装置
11 給紙カセット
12 給紙カセット
13 手差しトレイ
14 ギャップ管理部材
15 ブラシローラ(潤滑剤塗布手段)
16 固形潤滑剤
17 帯電手段(帯電ローラ)
18 廃トナー収納部
19 フリッカー装置
20 反転排紙路
25 排紙ローラ対
26 排紙トレイ
45a,45b 搬送ガイド板
46 搬送ローラ
47 クリーニングブレード
48 トナー搬送オーガ
49 帯電クリーニングローラ
54 反転搬送路
55 分離給紙部
56 分離給紙部
57 転写ブラシ
58 紙吸着ローラ
59 レジストローラ対
P 転写紙

Claims (20)

  1. 像担持体と、
    前記像担持体へ潤滑剤を塗布するための潤滑剤塗布手段と、
    前記像担持体の表面に潜像を形成する帯電手段と、
    を備え、
    像担持体線速が可変である画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、
    前記潤滑剤塗布手段が、回転体であり、
    前記像担持体線速が速い場合、前記回転体の線速を遅くする
    ことを特徴とする画像形成装置。
  2. 像担持体と、
    前記像担持体へ潤滑剤を塗布するための潤滑剤塗布手段と、
    前記像担持体の表面に潜像を形成する帯電手段と、
    を備え、
    像担持体線速が可変である画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、
    前記潤滑剤塗布手段が、回転体であり、
    前記回転体の回転数が、像担持体線速によらず一定である
    ことを特徴とする画像形成装置。
  3. 像担持体と、
    前記像担持体へ潤滑剤を塗布するための潤滑剤塗布手段と、
    前記像担持体の表面に潜像を形成する帯電手段と、
    前記帯電手段により像担持体上に形成された潜像をトナー像化する現像手段と、
    前記現像手段により像担持体上に形成されたトナー像を転写材上に転写する転写手段と、
    を備えた画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、
    前記潤滑剤塗布手段が、回転体であり、
    前記転写手段が、転写材に流す転写電流が大きい場合、前記回転体の像担持体との線速比を小さくする
    ことを特徴とする画像形成装置。
  4. 請求項1乃至3に記載の画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、
    前記帯電手段が、帯電ローラである
    ことを特徴とする画像形成装置。
  5. 請求項4に記載の画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、
    前記帯電ローラが、前記像担持体に対し非接触で配置される
    ことを特徴とする画像形成装置。
  6. 請求項4又は5に記載の画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、
    前記帯電ローラに直流(AC)電圧と交流(DC)電圧を重畳して印加する
    ことを特徴とする画像形成装置。
  7. 請求項1乃至6のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
    トナーは、平均円形度が0.93以上である
    ことを特徴とする画像形成装置。
  8. 請求項1乃至7のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
    トナーは、体積平均粒経が3〜8μmであり、
    体積平均粒経(Dv)と個数平均粒経との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲である
    ことを特徴とする画像形成装置。
  9. 請求項1乃至8のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
    トナーは、形状係数SF−1が100〜180の範囲であり、
    形状係数SF−2が100〜180の範囲である
    ことを特徴とする画像形成装置。
  10. 請求項1乃至9のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
    トナーは、長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0の範囲であり、
    厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲であり、
    長軸r1≧短軸r2≧厚さr3 の関係を満足する
    ことを特徴とする画像形成装置。
  11. 請求項1乃至10のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
    トナーは、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤、離型材を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂微粒子の存在下で架橋および、又は伸長反応させる
    ことを特徴とする画像形成装置。
  12. 請求項1乃至11のいずれか一つに記載の画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、
    少なくとも前記像担持体、前記帯電手段が一体となって構成されているプロセスカートリッジを有する
    ことを特徴とする画像形成装置。
  13. 請求項12に記載の画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、
    プロセスカートリッジが、前記画像形成装置本体に着脱自在である
    ことを特徴とする画像形成装置。
  14. 請求項1乃至11のいずれか一つに記載の画像形成装置に用いられるプロセスカートリッジにおいて、
    前記プロセスカートリッジは、
    少なくとも前記像担持体、前記帯電手段が一体となって構成されている
    ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
  15. 請求項14に記載のプロセスカートリッジにおいて、
    前記プロセスカートリッジは、前記画像形成装置本体に着脱自在である
    ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
  16. 請求項1乃至7のいずれか一つに記載の画像形成装置に用いられるトナーにおいて、
    前記トナーは、
    平均円形度が0.93以上である
    ことを特徴とするトナー。
  17. 請求項16に記載のトナーにおいて、
    前記トナーは、
    体積平均粒経が3〜8μmであり、
    体積平均粒経(Dv)と個数平均粒経との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲である
    ことを特徴とするトナー。
  18. 請求項16又は17に記載のトナーにおいて、
    前記トナーは、
    形状係数SF−1が100〜180の範囲であり、
    形状係数SF−2が100〜180の範囲である
    ことを特徴とするトナー。
  19. 請求項16乃至18のいずれか一つに記載のトナーにおいて、
    前記トナーは、
    長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0の範囲であり、
    厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲であり、
    長軸r1≧短軸r2≧厚さr3 の関係を満足する
    ことを特徴とするトナー。
  20. 請求項16乃至19のいずれか一つに記載のトナーにおいて、
    前記トナーは、
    窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤、離型材を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂微粒子の存在下で架橋および、又は伸長反応させる
    ことを特徴とするトナー。
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