JP2010191220A - トナー、2成分現像剤、現像装置および画像形成装置 - Google Patents

トナー、2成分現像剤、現像装置および画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 ドット再現性、および2成分現像剤と補給トナーとの混合性に優れたトナー、2成分現像剤、現像装置および画像形成装置を提供する。
【解決手段】 本発明のトナーは、第1のトナー粒子群および第2のトナー粒子群を含み、第1のトナー粒子群の体積平均粒径が、第2のトナー粒子群の体積平均粒径よりも小さく、第1のトナー粒子群のBET法による比表面積が、第2のトナー粒子群のBET法による比表面積よりも大きい。体積平均粒径が大きい第2のトナー粒子群については、そのBET法による比表面積を小さくすることにより、流動性を高め、2成分現像剤と補給トナーとの混合性を向上させることができる。体積平均粒径が小さい第1のトナー粒子群については、そのBET法による比表面積を大きくすることにより、優れたドット再現性と高い画像濃度が得られ、クリーニング性も向上させることができる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、電子写真用のトナー、2成分現像剤、現像装置および画像形成装置に関する。
複写機、プリンタおよびファクシミリ装置等の画像形成装置として、電子写真方式の画像形成装置が知られている。電子写真方式の画像形成装置は、感光体の表面に静電潜像を形成し、現像装置によってこの静電潜像にトナーを供給して静電潜像を現像し、現像によって形成されるトナー像を用紙等の記録媒体に転写し定着させる。
フルカラー化や高画質化に対応した画像形成装置では、トナーの帯電安定性に優れる2成分現像剤(以下では、単に「現像剤」と呼ぶことがある)がよく使用されている。2成分現像剤は、トナーとキャリアとからなり、これらを現像装置内で撹拌することでトナーとキャリアとが摩擦し、この摩擦によって適正に帯電したトナーが得られる。帯電したトナーは、現像ローラの表面に供給される。現像ローラ表面のトナーは、静電的吸引力によって、感光体に形成されている静電潜像に移動する。これにより感光体上にトナー像が形成される。
高画質化に対するユーザーの要望に応えるため、体積平均粒径が5〜7μmの小粒径トナーと、体積平均粒径が30〜50μmの小粒径キャリアとを組み合わせた2成分現像剤が使用されるようになっている。このような2成分現像剤は、ドットの再現性を大幅に改良し、高解像度化や粒状感の低減といった高画質化に有効である。
また、画像形成の高速化および画像形成装置の小型化も要求されており、2成分現像剤のトナーの帯電を迅速且つ充分に行い、2成分現像剤の搬送も迅速に行う必要が生じてきている。このような要求に応えるものとして、循環方式の現像装置が多用されている。循環方式の現像装置は、2成分現像剤が現像装置内で循環して搬送される現像剤搬送路と、現像剤搬送路で2成分現像剤を撹拌しながら搬送する現像剤搬送部材とを有する。2成分現像剤は、現像剤搬送路内を現像剤搬送部材によって撹拌されながら搬送される間に、迅速且つ充分に帯電されることとなる。
このような循環方式の現像装置においては、現像装置の上部にトナーホッパーが設けられており、現像装置内部の2成分現像剤のトナー濃度が所定値よりも下回った場合、トナーホッパーから現像剤搬送路へとトナーが補給されるように構成されている。補給されたトナー(以下、補給トナーと呼ぶことがある)は、現像剤搬送路を搬送される間に、従前より現像装置内にある2成分現像剤と混ぜ合わされ、搬送される間に帯電される。
ところが、このような循環方式の現像装置においては、補給トナーが、従前から現像装置内にある2成分現像剤(主にキャリア)と充分に混ざり合わないまま、つまり、充分に帯電されていない低帯電量のままで、現像ローラに供給されてしまうことがある。
図7は、循環式現像装置502の内部を示す模式図である。図7では、搬送部材(オーガスクリュー)により搬送される2成分現像剤Dの上を、補給トナーT1が搬送されていく様子を示している。ここで2成分現像剤Dは、第1搬送部材512に設けられる第1螺旋羽根512aによって、紙面向かって右方向の力を受けて右方向Xに搬送されるため、補給トナーT1と2成分現像剤Dとの混合性が悪いと、トナーT1は2成分現像剤Dの流れに乗って、位置T2から位置T3へと搬送され、第1搬送部材512の端部に達したトナーT3は、図示しない連通孔を通って現像ローラに供給される。
充分に帯電されていない状態のトナーが現像ローラに供給されてしまうと、現像ローラからトナーが飛散するという問題が生じやすくなり、画像形成装置内部や形成された画像を汚してしまう。また、充分に帯電されていないトナーが現像ローラに供給されてしまうと、トナーをキャリア表面に保持するための静電気力が小さくなり、非画像部にトナーが付着しカブリが生じ易くなるという問題も生じる。
このような問題を解決する構成として、たとえば特許文献1には、2成分現像剤の搬送路に、2成分現像剤が複数回通過するメッシュ状のスクリーン部材を設ける構成が開示されている。一例として、2成分現像剤の搬送部材を、回転軸の周りに送りねじり状の翼体を有するオーガスクリューで構成し、翼体と翼体との間に、スクリーン部材を配設している。
しかしながら、特許文献1に記載されるようにスクリーン部材を配置した場合、補給トナーと従前から現像装置内にある2成分現像剤との混合性を高めることはできるが、スクリーン部材との接触により2成分現像剤へのストレスも同時に高まることになり、2成分現像剤の使用寿命が低下するといった問題が生じる。
一方、トナー自体に対策を施したものとして、たとえば特許文献2には、トナー粒径分布が、8μmを境にして2つのピークを持ち、平均粒径が6μmと10μmのトナーを1:1〜3:2の割合で混合したトナーが開示されており、高画質性と流動性の良さを併せ持つことが記載されている。
特開平10−63081号公報 特開平6−59494号公報
しかしながら、特許文献2に開示されるトナーは、粒径の大きなトナーを含むため、その混合比を多くするとドット再現性が低下し、逆に混合比を少なくすると2成分現像剤と補給トナーとの混合性が低下してしまうことから、単に平均粒径が異なるトナー粒子群を混合するだけでは、ドット再現性の向上と、2成分現像剤と補給トナーとの混合性の向上とを両立することは難しい。
本発明の目的は、ドット再現性、および2成分現像剤と補給トナーとの混合性に優れたトナー、2成分現像剤、現像装置および画像形成装置を提供することである。
本発明は、第1のトナー粒子群および第2のトナー粒子群を含み、
前記第1のトナー粒子群の体積平均粒径が、前記第2のトナー粒子群の体積平均粒径よりも小さく、
前記第1のトナー粒子群のBET法による比表面積が、前記第2のトナー粒子群のBET法による比表面積よりも大きいことを特徴とするトナーである。
また本発明は、前記第1のトナー粒子群を構成するトナー粒子および前記第2のトナー粒子群を構成するトナー粒子は、離型剤を含み、
前記第1のトナー粒子群を構成するトナー粒子が含む離型剤の融点は、前記第2のトナー粒子群を構成するトナー粒子が含む離型剤の融点よりも高いことを特徴とする。
また本発明は、前記第1のトナー粒子群を構成するトナー粒子および前記第2のトナー粒子群を構成するトナー粒子のうち、前記第2のトナー粒子群を構成するトナー粒子のみが離型剤を含むことを特徴とする。
また本発明は、前記トナーとキャリアとを含むことを特徴とする2成分現像剤である。
また本発明は、前記キャリアの体積平均粒径が、30μm以上50μm以下であることを特徴とする。
また本発明は、前記2成分現像剤を収容する現像槽と、
前記現像槽内に設けられ、前記2成分現像剤が搬送される第1搬送路および第2搬送路と、
前記第1搬送路に設けられ、前記2成分現像剤を撹拌しながら第1方向へと搬送する第1搬送部材と、
前記第2搬送路に設けられ、前記2成分現像剤を撹拌しながら前記第1方向とは反対の第2方向へと搬送する第2搬送部材と、
前記第1搬送路および前記第2搬送路のそれぞれの端部同士を連通する第1連通路および第2連通路と、
前記第2搬送路に搬送される前記2成分現像剤を担持し、担持した2成分現像剤に含まれる前記トナーを感光体へと供給する現像ローラとを備え、
前記2成分現像剤が、前記第1搬送路、前記第1連通路、前記第2搬送路、および第2連通路をこの順に循環して搬送されるように構成されることを特徴とする現像装置である。
また本発明は、感光体と、
前記感光体の表面に静電潜像を形成する潜像形成部と、
前記現像装置であって、前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写部と、
前記トナー像を前記記録媒体に定着する定着部とを備えることを特徴とする画像形成装置である。
本発明によれば、第1のトナー粒子群および第2のトナー粒子群を含むトナーであり、前記第1のトナー粒子群の体積平均粒径が、前記第2のトナー粒子群の体積平均粒径よりも小さく、前記第1のトナー粒子群のBET法による比表面積が、前記第2のトナー粒子群のBET法による比表面積よりも大きい。
体積平均粒径が大きいトナー粒子群では、ドット再現性が低下し、体積平均粒径が小さいトナー粒子群では、画像濃度が低くなり、クリーニング性も低下する。また、BET法による比表面積が小さいと、トナー粒子の球形化度が大きく球形に近くなり、クリーニング性が低下する。BET法による比表面積が大きいと、トナー粒子の球形化度が小さく異形となり、ドット周辺のトナー散りが多くなり、ドット再現性が低下する。
本発明のトナーでは、体積平均粒径が大きい第2のトナー粒子群について、そのBET法による比表面積を小さくすることにより、流動性を高め、2成分現像剤と補給トナーとの混合性を向上させることができる。体積平均粒径が小さい第1のトナー粒子群について、そのBET法による比表面積を大きくすることにより、優れたドット再現性と高い画像濃度が得られ、クリーニング性も向上させることができる。
また本発明によれば、前記第1のトナー粒子群を構成するトナー粒子が含む離型剤の融点は、前記第2のトナー粒子群を構成するトナー粒子が含む離型剤の融点よりも高い。
体積平均粒径が小さい第1のトナー粒子群は、感光体表面でのフィルミングが発生しやすいので、融点の高い離型剤を含有することで、フィルミングの発生を抑制する。体積平均粒径が大きい第2のトナー粒子群は、定着時の熱が伝わりにくいので、融点の低い離型剤を含有することで、低温定着性と耐ホットオフセット性とが向上する。
また本発明によれば、前記第1のトナー粒子群および前記第2のトナー粒子群を構成するトナー粒子のうち、前記第2のトナー粒子群を構成するトナー粒子のみが離型剤を含む。
体積平均粒径が小さい第1のトナー粒子群は、感光体表面でのフィルミングが発生しやすいので、離型剤を含有しないことで、フィルミングの発生を抑制する。体積平均粒径が大きい第2のトナー粒子群は、定着時の熱が伝わりにくいので、離型剤を含有することで、低温定着性と耐ホットオフセット性とが向上する。
また本発明によれば、前記トナーとキャリアとを含むことで、優れたドット再現性と、高い画像濃度により高画質な画像形成を行うことが可能な2成分現像剤を提供できる。
また本発明によれば、前記キャリアの体積平均粒径を、30μm以上50μm以下とすることでドット再現性をさらに向上することができる。
また本発明によれば、循環式の現像装置に上記の2成分現像剤を用いることにより、2成分現像剤と補給トナーとの混合性がよく、トナーが十分に帯電されるので、かぶりなどの発生が抑制される。
また本発明によれば、上記の現像装置を用いて現像を行うことにより、優れたドット再現性と、高い画像濃度により高画質な画像形成を行うことができる
本発明の実施形態である画像形成装置100の全体構成を示す概略図である。 現像装置2の構成を示す断面図である。 図2の切断面線A−A’における断面図である。 図2の切断面線B−B’における断面図である。 トナー補給装置22の構成を示す断面図である。 図5に示すトナー補給部材周辺の切断面線C−C’における拡大断面図である。 循環式現像装置502の内部を示す模式図である。
以下に、本発明の実施形態であるトナー、2成分現像剤、現像装置および画像形成装置について説明する。
<トナー>
本発明のトナーは、第1のトナー粒子群および第2のトナー粒子群を含み、前記第1のトナー粒子群の体積平均粒径が、前記第2のトナー粒子群の体積平均粒径よりも小さく、前記第1のトナー粒子群のBET法による比表面積が、前記第2のトナー粒子群のBET法による比表面積よりも大きいことを特徴としている。
体積平均粒径が大きい第2のトナー粒子群については、そのBET法による比表面積を小さくすることにより、流動性を高め、2成分現像剤と補給トナーとの混合性を向上させることができる。体積平均粒径が小さい第1のトナー粒子群については、そのBET法による比表面積を大きくすることにより、優れたドット再現性と高い画像濃度が得られ、クリーニング性も向上させることができる。
第1のトナー粒子群と第2のトナー粒子群との混合比は、特に限定されず、たとえば重量比で、第1のトナー粒子群:第2のトナー粒子群が、25:75〜75:25であればよい。高画質の画像形成を行うには、体積平均粒径が小さい第1のトナー粒子群を多く含むほうが好ましいので、第1のトナー粒子群:第2のトナー粒子群が、50:50〜75:25とすることが好ましい。
(製造方法)
本発明のトナーは、上記のような体積平均粒径およびBET法による比表面積(以下では「BET比表面積」という)を満足する構成であれば公知の製造方法によって製造することができる。公知の製造方法として、たとえば混練粉砕法による製造方法について説明する。
混練粉砕法では、結着樹脂、着色剤、離型剤(ワックス)および帯電制御剤(CCA)などの原料を、ヘンシェルミキサ、スーパーミキサ、メカノミル、Q型ミキサなどの気流混合機により混合し、得られた原料混合物を二軸混練機、一軸混練機などの溶融混練機により70〜180℃程度の温度にて溶融混練する。
得られた混練物を冷却固化し、固化物を機械式粉砕機や流動床式(カウンタージェット式)粉砕機により粉砕し、気流分級機で分級する。
体積平均粒径が異なる第1のトナー粒子群および第2のトナー粒子群は、分級によって得ることができる。BET比表面積は、粉砕機の種類、粉砕条件および球形化装置による球形化処理などによって第1のトナー粒子群および第2のトナー粒子群で異ならせることができる。
(外添剤)
本発明のトナーは、さらに、流動性を向上するために公知の外添剤を使用してもよい。
具体的には、シリカ微粒子や酸化チタン微粒子などの無機微粒子、無機微粒子をシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイルなどの表面処理剤で処理(特に疎水化処理)することによって得られる粒子などを外添剤として用いることができる。ヘキサメチルジシラザンをシランカップリング剤として用い、シリカ微粒子を処理して得られた外添剤は、疎水性に優れ、高湿環境下においても高い流動性が得られるので好ましい。表面がヘキサメチルジシラザンで処理されたシリカ微粒子はまた、電気抵抗が高く、高湿環境下においてもトナーの帯電量が安定する点でも外添剤として好ましい。
外添剤の粒径としては、一次粒径が5〜200nm程度のものが一般に使用できる。なお、外添剤の一次粒径(個数平均粒径)は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて外添剤を撮影し、得られた画像から任意に100個の外添剤の粒径を測定し、得られた粒径の平均値を算出する。
外添剤の添加量としては、トナー100重量部に対して0.5〜2重量部の範囲内で混合されることが好ましい。添加量が少なすぎると、外添剤の効果が得られ難く、逆に添加量が多すぎると定着性が低下するため、外添剤によってトナー粒子の表面が適度に覆われる程度の被覆率(たとえば、20%〜80%)となるように、外添剤を添加することが好ましい。
外添方法としては、トナーと外添剤とをヘンシェルミキサ、スーパーミキサ、メカノミル、Q型ミキサなどの気流混合機により混合することにより外添できる。
(外添剤固定化)
また、外添剤のトナー表面からの脱離によるキャリアや感光体ドラム表面の外添剤汚染を防止するため、外添剤をトナー表面に固着させた状態で添加することもできる。外添剤の固着方法としては、アルミナ微粒子が半埋没状態でトナー表面に固定させることができれば特に固着方法に制限はないが、たとえば機械的エネルギー付与装置を用いるメカノケミカル手法を用いることができる。機械的エネルギー付与装置としては、ハイブリダイザー(株式会社奈良機械製作所製)、自由ミル(株式会社奈良機械製作所製)、オングミル(ホソカワミクロン株式会社製)、クリプトロン(川崎重工業株式会社製)等が使用できる。
これらの装置を用いて外添剤を固着する場合には、機械的エネルギーを付与するのみならず、外部より加熱することも可能である。外部からの加熱を制御する方法としては、加温された媒体を、装置の外表面に設置したジャケットに循環させて制御する方法が好ましい。装置内部の温度は、トナー粒子と外添剤とを固着するための部位に設置された温度計により測定された循環空気の温度として測定される。なお、ジャケットを循環するための媒体としては水あるいはオイルを用いる。
(結着樹脂)
本発明のトナーに含まれる結着樹脂としては、公知の各種スチレン・アクリル系樹脂、ポリエステル樹脂などが使用できるが、特に線形または非線形のポリエステル樹脂が好ましい。ポリエステル樹脂は、機械的強度(微粉が発生し難い)、定着性(定着後に紙から剥離し難い)、および耐ホットオフセット性を同時に充足できる点で優れている。
ポリエステル樹脂は、2価以上の多価アルコールと多塩基酸からなるモノマー組成物を重合することにより得られる。
ポリエステル樹脂の重合に用いられる2価のアルコールとしては、たとえばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、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、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなどのジオール類、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ポリオキシエチレン化ビスフェノールA、ポリオキシプロピレン化ビスフェノールAなどのビスフェノールAアルキレンオキシド付加物、その他を挙げることができる。
3価以上の多価アルコールとしては、たとえばソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、蔗糖、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン、その他を挙げることができる。
2価の多塩基酸としては、たとえばマレイン酸、フマール酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、マロン酸、これらの酸の無水物、低級アルキルエステル、またはn−ドデセニルコハク酸、n−ドデシルコハク酸などのアルケニルコハク酸類若しくはアルキルコハク酸類を挙げることができる。
3価以上の多塩基酸としては、たとえば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、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、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−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、テトラ(メチレンカルボキシル)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、およびこれらの無水物などを挙げることができる。
(着色剤)
本発明のトナーに含まれる着色剤としては、トナーに一般に用いられている公知の顔料や染料を使用できる。
具体的には、黒トナー用には、カーボンブラックやマグネタイトなどが例示できる。
イエロートナー用には、C.I.ピグメント・イエロー1、同3、同74、同97、同98等のアセト酢酸アリールアミド系モノアゾ黄色顔料、C.I.ピグメント・イエロー12、同13、同14、同17等のアセト酢酸アリールアミド系ジスアゾ黄色顔料、C.I.ピグメント・イエロー93、同155等の縮合モノアゾ系黄色顔料;C.I.ピグメント・イエロー180、同150、同185等のその他黄色顔料、C.I.ソルベント・イエロー19、同77、同79、C.I.ディスパース・イエロー164等の黄色染料などが例示できる。
マゼンタトナー用には、C.I.ピグメント・レッド48、同49:1、同53:1、同57、同57:1、同81、同122、同5、同146、同184、同238;C.I.ピグメント・バイオレット19等の赤色または紅色顔料;C.I.ソルベント・レッド49、同52、同58、同8等の赤色系染料などが例示できる。
シアントナー用には、C.I.ピグメント・ブルー15:3、同15:4等の銅フタロシアニンおよびその誘導体の青色系染顔料;C.I.ピグメント・グリーン7、同36(フタロシアニン・グリーン)等の緑色顔料などが例示できる。
これら着色剤の添加量としては、結着樹脂100重量部に対して1〜15重量部の範囲内であることが好ましく、2〜10重量部の範囲内がさらに好ましい。
(離型剤)
本発明のトナーに含まれる離型剤(ワックス)としては、公知の各種ワックスが使用できるが、具体的にはフィッシャートロプシュ、ポリプロピレン、ポリエチレン等の合成ワックスやパラフィンワックスおよびその誘導体、マイクロクリスタリンワックスおよびその誘導体等の石油系ワックスおよびその変成ワックス、カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス等の植物系ワックスなどを挙げることができる。これらワックスをトナー中に含有させることにより、定着ローラまたは定着ベルトに対するトナーの離型性を高めることができ、定着時の高温オフセットおよび低温オフセットを防止することができる。
これら離型剤の添加量としては、特に制限されないが、一般的には、結着樹脂100重量部に対して1〜5重量部の範囲内が好ましい。
また、第1のトナー粒子群および第2のトナー粒子群にそれぞれ離型剤を含む場合は、体積平均粒径が小さい第1のトナー粒子群に含まれる離型剤の融点を、体積平均粒径が大きい第2のトナー粒子群に含まれる離型剤の融点よりも高くするのが好ましい。
例えば、代表的なワックス種と融点を上げると、パラフィンワックス(融点68℃)、同じくパラフィンワックス(融点75℃)、カルナウバワックス(融点83℃)、フィッシャートロプシュワックス(融点95℃)ポリエチレンワックス(融点122℃)が有るので、これら融点が68〜122℃の範囲の離型剤から第1のトナー粒子群と第2のトナー粒子群に対して第1のトナー粒子群に含まれる離型剤として融点の高いものを選択すればよい。
第1のトナー粒子群および第2のトナー粒子群の一方のみが離型剤を含む場合は、第2のトナー粒子群のみ含ませるのが好ましい。
(帯電制御剤)
本発明のトナーに含まれる帯電制御剤としては、公知の帯電制御剤が使用できるが、具体的には負帯電性を付与する帯電制御剤として、クロムアゾ錯体染料、鉄アゾ錯体染料、コバルトアゾ錯体染料、サリチル酸もしくはその誘導体のクロム・亜鉛・アルミニウム・ホウ素錯体もしくは塩化合物、ナフトール酸もしくはその誘導体のクロム・亜鉛・アルミニウム・ホウ素錯体もしくは塩化合物、ベンジル酸もしくはその誘導体のクロム・亜鉛・アルミニウム・ホウ素錯体もしくは塩化合物、長鎖アルキル・カルボン酸塩、長鎖アルキル・スルフォン酸塩などを挙げることができる。
正荷電性トナー用帯電制御剤としては、ニグロシン染料、およびその誘導体、トリフェニルメタン誘導体、四級アンモニウム塩、四級ホスフォニウム塩、四級ピリジニウム塩、グアニジン塩、アミジン塩等の誘導体などを挙げることができる。
これらの帯電制御剤の添加量としては、結着樹脂100重量部に対して0.1重量部〜20重量部の範囲内がより好ましく、0.5重量部〜10重量部の範囲内がさらに好ましい。
(体積平均粒径)
トナー粒子群の体積平均粒径は、コールターカウンター法により測定された値である。コールターカウンター法による体積平均粒径の測定は、たとえば、コールター社製のコールターカウンターで100μmのアパーチャを用いて行うことができる。
具体的には、測定装置として、コールターカウンターTA−II型あるいはコールターマルチサイザーIII(コールター社製)を用いることができる。電解液は一級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製する。たとえば、ISOTON R−II(コールターサイエンティフィックジャパン社製)が使用できる。
測定法としては電解液水溶液100〜150ml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機で約1〜3分間分散処理を行ない、前記測定装置により、アパーチャとして100μmアパーチャを用い、トナーの体積,個数を測定して体積分布と個数分布とを算出する。
本発明のトナーにおいて、体積平均粒径が小さい第1のトナー粒子群については、その体積平均粒径は4.5〜5.5μmであり、体積平均粒径が大きい第2のトナー粒子群については、その体積平均粒径は7.3〜8.8μmである。
(BET比表面積)
BET比表面積は、多層物理吸着モデルに基づき、ブルナウアー・エメット・テラー(BET)等温線を用いて得られる。トナー粒子群のBET比表面積は、トナー粒子の球形化度を示す指標となる。なお、外添剤を用いる場合は、外添前のトナー粒子群のBET比表面積を測定する。
BET比表面積の測定は、BET比表面積測定装置ジェミニ2360(株式会社島津製作所製)を用いた3点測定法で得られた測定値とする。
本発明のトナーにおいて、体積平均粒径が小さい第1のトナー粒子群については、そのBET比表面積は1.32〜1.48m/gであり、体積平均粒径が大きい第2のトナー粒子群については、そのBET比表面積は0.98〜1.22m/gである。
体積平均粒径が小さい第1のトナー粒子群については、そのBET法による比表面積を大きくし、体積平均粒径が大きい第2のトナー粒子群については、そのBET法による比表面積を小さくしている。
(体積抵抗率)
本発明のトナー粒子群の体積抵抗率としては、1×10〜2×1011Ω・cmである。このような体積抵抗率は、結着樹脂中に、カーボンブラックや酸化チタンなどの導電剤を適宜添加することによって得られる。特に、黒トナーに限定されるが、導電剤として吸油量が90〜170ml/100gのカーボンブラックは、結着樹脂への分散性に優れ、体積抵抗率が安定し易いことから好ましい。
トナー粒子群の体積抵抗率測定は下記の手順で行う。まず、気温25℃、湿度50%の環境下において、24時間放置した後のトナー粒子群を、2枚の銅板電極の間に挟み、プレス圧力が100kg/cmで、銅板電極間距離が8mm〜10mmとなる圧紛体を作製した。次に、電界強度として500V/cmの電圧を印加し、印加から15秒後の抵抗を測定し、その値を体積抵抗率とした。
<2成分現像剤>
以下に、本発明の実施形態である2成分現像剤について説明する。
本発明の2成分現像剤は、前記のトナーとキャリアとからなる。2成分現像剤において、トナーは、第1トナー粒子群および第2トナー粒子群の全体として体積平均粒径が4〜9μmであることが好ましく、外添剤が外添されていることが好ましい。キャリアは、フェライト粒子表面が樹脂層で被覆された、体積平均粒径が25〜60μmの樹脂被覆キャリアである。
トナーの体積平均粒径が4〜9μmであることは、本発明の2成分現像剤が高画質画像を形成する上で重要な役割を果たす。トナーの体積平均粒径が9μm以下であることにより、ドット再現性が向上し、より高解像度の高画質画像が達成できる。一方、トナーの体積平均粒径が4μm以上であることにより、凝集し難くなり均一に帯電し易くなるので、カブリや画像濃度不良等の問題が生じ難くなる。
外添剤としては、個数平均粒径が20〜150nmの球形外添剤を用いる。このような外添剤は、撹拌時のストレスによってトナーに埋没し難く、またトナー粒子表面に凹凸性を持たすことが可能となるため、転写効率を向上させる効果が得られるとともに、2成分現像剤の流動性を高めることができる。
また、外添剤としては、個数平均粒径が50〜300nmの六方晶または立方晶のアルミナ微粒子を併用することが好ましい。このようなアルミナ微粒子は、長期間の撹拌ストレスによって、トナー表面から離脱しキャリア表面へ移行した球形外添剤の剥離を促し、球形外添剤によるキャリア表面の汚染を防止するため、2成分現像剤の流動性低下を防止することができる。アルミナ微粒子の付着状態が、トナー粒子表面を自由に動き回ることができる程度の弱い付着状態であると、徐々にアルミナ微粒子がトナー粒子表面からキャリア表面へと移行し、堆積(埋没)していく。キャリア粒子表面のアルミナ微粒子の存在率が高くなると、感光体やキャリアの磨耗が激しくなり、感光体やキャリアの寿命が短くなるので、固着していることが必要である。
また、アルミナ微粒子の含有量は、トナー100重量部に対して0.1〜1重量部であることが重要である。個数平均粒径が50〜300nmの六方晶または立方晶のアルミナ微粒子は0.1重量部以下では球形外添剤の剥離効果は不十分となり、1重量部以上では感光体の過度な磨耗を促進するためである。
本発明の2成分現像剤において、キャリアは、フェライト粒子から選択されるコア粒子と該コア粒子の表面に設けられた樹脂の被覆層とから構成され、体積平均粒径が25〜60μmの被覆キャリアであることは、本発明の2成分現像剤が高画質画像を形成する上で重要な役割を果たす。被覆キャリアの体積平均粒径が25μm以上であることにより、必要な磁力が容易に発生し、感光体へのキャリア付着に起因する画像の白抜けが発生し難くなり、60μm以下であることにより、十分な比表面積が得られ、小粒径トナー(たとえば、体積平均粒径が4〜9μmのトナー)の帯電量を安定化させ易くなる。
本発明の2成分現像剤は、ナウターミキサーなどの混合機でトナーとキャリアとを混合することによって作製できる。通常、キャリア100重量部に対してトナー3〜15重量部の割合で混合される。
また、本発明の2成分現像剤は、キャリアのトナー被覆率が40〜70%であることが好ましく、40%未満であれば十分な画像濃度を得ることが難しくなり、70%を超えると攪拌ローラにおける補給されたトナーの混ざり込みが不十分となるため、帯電不良による画像上のカブリが発生する。
<キャリア>
キャリアは、フェライトやマグネタイトをスプレー法や流動床法、およびニーダーコーター法など公知の方法により樹脂で被覆することによって作製できる。具体的には、樹脂をトルエンやキシレンなどに溶解した有機溶媒溶液中にコア粒子を浸漬させる浸漬法、樹脂の有機溶媒溶液をコア粒子に噴霧するスプレー法、コア粒子を流動エアにより浮遊させた状態で該樹脂の有機溶媒溶液を噴霧する流動床法、ニーダーコーター中でコア粒子と該樹脂の有機溶媒溶液とを混合し、溶剤を除去するニーダーコーター法などが挙げられる。該樹脂の有機溶媒溶液には、必要に応じて、該樹脂とともに抵抗値制御用の導電剤が添加されてもよい。コア粒子表面に被覆された樹脂は、固定式加熱装置またはオーブンにおいて180〜280℃に加熱して熱硬化させる。
(体積平均粒径)
キャリアの体積平均粒径としては、30μm以上50μm以下であることが好ましい。30μmより小さいと、現像時に現像ローラから感光体にキャリアが移動することにより、得られる画像に白抜けが発生し、50μmを超えるとドット再現性が悪くなり、画像が粗くなる。
キャリアの体積平均粒径は、レーザ回折散乱法により測定される。レーザ回折散乱法による体積平均粒径の測定は、たとえば、粒度分布測定装置MT3300(日機装株式会社製)を用いて行うことができる。
(飽和磁化)
キャリアの飽和磁化は、低いほど感光体と接する磁気ブラシが柔らかくなるので、静電潜像に忠実な画像が得られるが、低すぎると、感光体表面にキャリアが付着し白抜け現象が発生し易くなる。一方、飽和磁化が高すぎると、磁気ブラシの剛直化により静電潜像に忠実な画像が得られ難くなるので、30〜100emu/gの範囲内であることが好ましい。飽和磁化は、たとえば東英工業株式会社製のVSMP−1を取扱説明書に従って測定した値である。
(体積抵抗率)
キャリアの体積抵抗率は、1×10〜1×1014Ω・cmが好ましい。キャリアの体積抵抗率がこの範囲内にあることにより、キャリア表面へのトナーおよび/またはトナー外添剤の静電付着力が抑えられ、フィルミングの発生を少なくできる。加えて、画像のエッジ効果や、トナーの帯電上昇、並びに感光体へのキャリア付着が抑えられ、画像の白抜けが防止される。
キャリアの体積抵抗率は、ブリッジ法で測定することができる。キャリアの抵抗値は、気温25℃、湿度50%の環境条件下、2.0mmの間隙を設けて設置される幅30mm、高さ10mmの2枚の銅板電極間に0.2gのキャリアを充填し、N極とS極が対向するように各銅板電極の外側に配置される2つの磁石(220mT)の磁力線によって、キャリアによるブリッジを形成させた状態で、500Vの電圧を印加し、印加から30秒後に測定する。
(コア粒子)
コア粒子としては、公知のフェライト粒子が使用できる。具体的には、亜鉛系フェライト、ニッケル系フェライト、銅系フェライト、ニッケル−亜鉛系フェライト、マンガン−マグネシウム系フェライト、銅−マグネシウム系フェライト、マンガン−亜鉛系フェライト、マンガン−銅−亜鉛系フェライトなどを挙げることができる。
これらのフェライト粒子は、公知の方法で作製できる。たとえば、FeとMg(OH)などのフェライト原料を混合し、この混合粉を加熱炉で加熱して仮焼する。得られた仮焼品を冷却後、振動ミルで平均粒径が約2μm以下の粒子となるように粉砕し、粉砕粉に分散剤と水を加えてスラリーを作製する。このスラリーを湿式ボールミルで湿式粉砕し、得られる懸濁液をスプレードライヤーで造粒乾燥することによって、体積平均粒径が約25〜60μmのフェライト粒子を作製することができる。
(被覆用の樹脂)
被覆用の樹脂としては、公知の樹脂材料が使用できる。具体的には、シリコーン樹脂やアクリル樹脂などを挙げることができるが、表面エネルギーが低く、外添剤やワックスが付着し難い熱硬化性ストレートシリコーン樹脂を用いることがより好ましい。熱硬化性ストレートシリコーン樹脂としては、ジメチルシリコーン樹脂、メチルフェニルシリコーン樹脂およびメチルハイドロジェンシリコーン樹脂が挙げられ、下記に示すように、Si原子に結合する水酸基同士が加熱脱水反応などによって架橋して硬化する公知のシリコーン樹脂である。
Figure 2010191220
(式中、複数のRは同一または異なって1価の有機基を示す。)
1価の有機基Rは、たとえばメチル基、フェニル基、エチル基、プロピル基であり得るが、メチル基が好ましい。Rがメチル基である架橋型シリコーン樹脂は架橋構造が緻密であることから、撥水性、耐湿性などの良好なキャリアが得られる。ただし、架橋構造が緻密になりすぎると、樹脂被覆層が脆くなる傾向があるので、架橋型シリコーン樹脂の分子量の選択が重要である。
また、架橋型シリコーン樹脂中の珪素と炭素の重量比(Si/C)が0.3〜2.2であることが好ましい。Si/Cが0.3未満では、樹脂被覆層の硬度が低下し、キャリア寿命などが低下するおそれがある。Si/Cが2.2を超えると、キャリアのトナーに対する電荷付与性が温度変化による影響を受けやすくなり、樹脂被覆層が脆化するおそれがある。ストレートシリコーン樹脂の数平均分子量は、たとえば4000〜20000であり、好ましくは8000〜15000である。
熱硬化性ストレートシリコーン樹脂は、ストレートシリコーン樹脂から適宜選択できる。熱硬化性ストレートシリコーン樹脂としては公知のものが使用でき、たとえば、商品名:SR2405、SR2406、SR2410、SR2411(以上、東レ・ダウコーニング株式会社製)、商品名:TSR115、TSR114、TSR102、TSR103、YR3061、TSR110、TSR116、TSR117、TSR108、TSR109、TSR180、TSR181、TSR187、TSR144、TSR165(以上、GE東芝シリコーン株式会社製)や、商品名:KR271、KR272、KR275、KR280、KR282、KR267、KR269、KR211、KR212(以上、信越化学工業株式会社製)などが挙げられる。樹脂の添加量としては、コア粒子100重量部に対して0.5〜10重量部が好ましい。
(導電剤)
被覆層には、キャリアの体積抵抗率値を制御するために、導電剤を含ませてもよい。導電剤としては、たとえば、酸化ケイ素、アルミナ、カーボンブラック、グラファイト、酸化亜鉛、チタンブラック、酸化鉄、酸化チタン、酸化スズ、チタン酸カリウム、チタン酸カルシウム、ホウ酸アルミニウム、酸化マグネシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなどが挙げられる。これらの導電剤の中でも、作製安定性、コスト、電気抵抗の低さという観点からカーボンブラックが好ましい。カーボンブラックの種類は特に限定されないが、DBP(ジブチルフタレート)吸油量が90〜170ml/100gの範囲にあるものが、作製安定性に優れる点で好ましい。また、一次粒径(走査型電子顕微鏡を用いてたとえば約200個を測定した個数平均値)として50nm以下のものが分散性に優れるため特に好ましい。導電剤は1種を単独で使用でき、または2種以上を併用できる。導電剤の添加量としては、樹脂100重量部に対して0.1〜20重量部が好ましい。
<画像形成装置>
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態である画像形成装置100の全体構成を示す概略図である。図1に示すように、画像形成装置100は、表面に静電潜像が形成される感光体3と、感光体3表面を帯電させる帯電器(帯電装置)5と、感光体3表面に静電潜像を形成する露光ユニット(露光装置)1と、感光体3表面の静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する現像装置2と、現像装置2にトナーを補給するトナー補給装置(トナー補給装置)22と、感光体3表面のトナー像を記録媒体に転写する中間転写ベルトユニット(転写装置)8と、トナー像を記録媒体に定着させる定着ユニット(定着装置)12とを備える。
この画像形成装置100は、外部から伝達される画像データに応じて所定のシート(記録用紙,記録媒体)に多色または単色の画像を形成するものである。なお、画像形成装置100の上方にスキャナ等を備えてもよい。
まず、画像形成装置100の全体構成について説明する。
画像形成装置100は、黒(K)、シアン(C)、マゼンタ(M)および黄(Y)の色成分毎の画像データが取り扱われ、黒画像、シアン画像、マゼンタ画像、黄画像が形成され、各々の色成分の画像を重畳することによってカラー画像が形成されるようになっている。
したがって、画像形成装置100においては、図1に示すように、各色成分の画像が形成されるように、現像装置2(2a,2b,2c,2d)、感光体3(3a,3b,3c,3d)、帯電器5(5a,5b,5c,5d)、クリーナユニット4(4a,4b,4c,4d)がそれぞれ4個ずつ設けられている。言い換えると、現像装置2と感光体3と帯電器5とクリーナユニット4とを1つずつ含む画像形成ユニット(画像形成部)が4つ設けられることになる。
なお、上記a〜dの符号は、aが黒画像形成用の部材、bがシアン画像形成用の部材、cがマゼンタ画像形成用の部材、dがイエロー画像形成用の部材であることを示したものである。また、画像形成装置100には、露光ユニット1、定着ユニット12、給紙カセット10および排紙トレイ15が備えられている。
帯電器5は、感光体3の表面を所定の電位に均一に帯電させるものである。帯電器5としては、接触ローラ型の帯電器の他、接触ブラシ型の帯電器、或いは非接触チャージャー型の帯電器などが使用されることもある。
露光ユニット1は、図1に示すように、レーザ照射部および反射ミラーを備えたレーザスキャニングユニット(LSU)である。但し、レーザスキャニングユニット以外に、発光素子をアレイ状に並べたEL(エレクトロルミネッセンス)やLED書込みヘッドを露光ユニット1とすることもできる。露光ユニット1は、帯電された感光体3を入力された画像データに応じて露光することにより、感光体3の表面に画像データに応じた静電潜像を形成する。
現像装置2(2a,2b,2c,2d)は、感光体3に形成された静電潜像をK,C,M,Yのいずれかのトナーにより現像するものである。現像装置2の上部には、トナー移送機構102(102a,102b,102c,102d)、トナー補給装置22(22a、22b,22c,22d)が備えられ、現像槽111(111a,111b,111c,111d)を備えている。
クリーナユニット4は、現像および画像転写工程後に感光体3の表面に残留しているトナーを除去し、回収するものである。
感光体3の上方には中間転写ベルトユニット8が配置されている。中間転写ベルトユニット8は、中間転写ローラ6(6a,6b,6c,6d)、中間転写ベルト7、中間転写ベルト駆動ローラ71、中間転写ベルト従動ローラ72、中間転写ベルトテンション機構73、および中間転写ベルトクリーニングユニット9を備えている。
中間転写ローラ6、中間転写ベルト駆動ローラ71、中間転写ベルト従動ローラ72、中間転写ベルトテンション機構73は、中間転写ベルト7を張架し、図1の矢符B方向に中間転写ベルト7を回転駆動させるものである。
中間転写ローラ6は、中間転写ベルトユニット8の中間転写ベルトテンション機構73における中間転写ローラ取付部に回転可能に支持されている。中間転写ローラ6には感光体3のトナー像を中間転写ベルト7上に転写するための転写バイアスが印加されている。
中間転写ベルト7は、各感光体3に接触するように設けられている。中間転写ベルト7上には、感光体3に形成された各色成分のトナー像が順次重ねて転写されることにより、カラーのトナー像(多色トナー像)が形成される。中間転写ベルト7は、厚さがたとえば100μm〜150μm程度のフィルムを用いて無端状に形成されている。
感光体3から中間転写ベルト7へのトナー像の転写は、中間転写ベルト7の裏側に接触している中間転写ローラ6によって行われる。中間転写ローラ6には、トナー像を転写するために高電圧の転写バイアス(トナーの帯電極性(−)とは逆極性(+)の高電圧)が印加されている。
中間転写ローラ6は、直径がたとえば8〜10mmの金属(たとえばステンレス)軸をベースとして形成され、表面が導電性の弾性材(たとえばEPDM,発泡ウレタン等)により覆われている。この導電性の弾性材により、中間転写ローラ6は中間転写ベルト7に対して均一に高電圧を印加することができる。本実施の形態では、転写電極としてローラ形状のもの(中間転写ローラ6)を使用しているが、これ以外にブラシなども用いることが可能である。
上述のように各感光体3上の静電潜像は各色成分に応じたトナーにより顕像化されてそれぞれトナー像となり、これらトナー像は中間転写ベルト7上に重ねて合わされ積層される。このように、積層されたトナー像は、中間転写ベルト7の回転によって、搬送されてきた用紙と中間転写ベルト7との接触位置(転写部)に移動し、この位置に配置されている転写ローラ11によって用紙上に転写される。この場合、中間転写ベルト7と転写ローラ11とは所定ニップで互いに圧接されるとともに、転写ローラ11にはトナー像を用紙に転写させるための電圧が印加される。この電圧は、トナーの帯電極性(−)とは逆極性(+)の高電圧である。
上記ニップを定常的に得るために、転写ローラ11もしくは中間転写ベルト駆動ローラ71の何れか一方は金属等の硬質材料から形成され、他方は弾性ローラ等の軟質材料(弾性ゴムローラまたは発泡性樹脂ローラ等)から形成される。
中間転写ベルト7と感光体3との接触により中間転写ベルト7に付着したトナー、および中間転写ベルト7から用紙へのトナー像の転写の際に転写されずに中間転写ベルト7上に残存したトナーは、次工程でトナーの混色を発生させる原因となるために、中間転写ベルトクリーニングユニット9によって除去され回収される。
中間転写ベルトクリーニングユニット9には、中間転写ベルト7に接触するクリーニングブレード(クリーニング部材)が備えられている。中間転写ベルト7におけるクリーニングブレードに接触している部分は、裏側から中間転写ベルト従動ローラ72にて支持されている。
給紙カセット10は、画像形成に使用するシート(たとえば記録用紙)を収容しておくためのものであり、画像形成部および露光ユニット1の下側に設けられている。一方、画像形成装置100の上部に設けられている排紙トレイ15は、印刷済みのシートをフェイスダウンで載置するためのものである。
また、画像形成装置100には、給紙カセット10のシートおよび手差しトレイ20のシートを転写部や定着ユニット12を経由させて排紙トレイ15に案内するためのシート搬送路Sが設けられている。なお、転写部は中間転写ベルト駆動ローラ71と転写ローラ11との間に位置する。
さらに、シート搬送路Sには、ピックアップローラ16(16a,16b)、レジストローラ14、転写部、定着ユニット12、搬送ローラ25(25a〜25h)等が配置されている。
搬送ローラ25は、シートの搬送を促進・補助するための小型のローラであり、シート搬送路Sに沿って複数設けられている。ピックアップローラ16aは、給紙カセット10の端部に備えられ、給紙カセット10からシートを1枚ずつシート搬送路Sに供給する呼び込みローラである。ピックアップローラ16bは、手差しトレイ20の近傍に備えられ、手差しトレイ20からシートを1枚ずつシート搬送路Sに供給する呼び込みローラである。レジストローラ14は、シート搬送路Sを搬送されているシートを一旦保持し、中間転写ベルト7上のトナー像の先端とシートの先端とを合わせるタイミングでシートを転写部に搬送するものである。
定着ユニット12は、ヒートローラ81および加圧ローラ82等を備え、これらヒートローラ81および加圧ローラ82はシートを挟んで回転する。ヒートローラ81は、所定の定着温度となるように制御部によって制御される。この制御部は温度検出器からの検出信号に基づいてヒートローラ81の温度を制御する。
ヒートローラ81は、加圧ローラ82とともにシートを熱圧着することにより、シートに転写されている各色トナー像を溶融、混合、圧接させ、シートに対して熱定着させる。なお、多色トナー像(各色トナー像)が定着されたシートは、複数の搬送ローラ25によってシート搬送路Sの反転排紙経路に搬送され、反転された状態(多色トナー像を下側に向けた状態)にて、排紙トレイ15上に排出される。
次に、シート搬送路Sによるシート搬送動作について説明する。
画像形成装置100には、図1に示すように、上述したように予めシートを収納する給紙カセット10、および少数枚の印字を行う場合等に使用される手差しトレイ20が配置されている。これら両トレイには各々ピックアップローラ16(16a,16b)が配置され、これらピックアップローラ16によってシートを1枚ずつシート搬送路Sに供給するようになっている。
片面印字の場合は、給紙カセット10から搬送されるシートは、シート搬送路S中の搬送ローラ25aによってレジストローラ14まで搬送され、レジストローラ14によりシートの先端と中間転写ベルト7上の積層されたトナー像の先端とが整合するタイミングで転写部(転写ローラ11と中間転写ベルト7との接触位置)に搬送される。転写部ではシート上にトナー像が転写され、このトナー像は定着ユニット12にてシート上に定着される。その後、シートは、搬送ローラ25bを経て排紙ローラ25cから排紙トレイ15上に排出される。
また、手差しトレイ20から搬送されるシートは、複数の搬送ローラ25(25f,25e,25d)によってレジストローラ14まで搬送される。それ以降のシート搬送動作は、上述した給紙カセット10から供給されるシートと同様の経過を経て排紙トレイ15に排出される。
一方、両面印字の場合は、上記のようにして片面印字が終了し定着ユニット12を通過したシートは、後端が排紙ローラ25cにてチャックされる。次に、シートは、排紙ローラ25cが逆回転することによって搬送ローラ25g,25hに導かれ、再びレジストローラ14を経て裏面印字が行われた後に、排紙トレイ15に排出される。
次に、現像装置2について図面を参照して説明する。
図2は、現像装置2の構成を示す断面図であり、図3は、図2の切断面線A−A’における断面図であり、図4は、図2の切断面線B−B’における断面図である。
現像装置2は、図2に示すように、現像槽111内に、感光体3と対向するように配置された現像ローラ(現像ローラ)114を有し、現像ローラ114によって感光体3の表面にトナーを供給して、感光体3の表面に形成された静電潜像を現像(顕像化)する装置である。
現像装置2は、現像ローラ114の他に、現像槽111、現像槽カバー115、トナー供給口115a、ドクターブレード116、第1搬送部材112、第2搬送部材113、仕切り板(仕切り壁)117、トナー濃度検知センサ119を備えている。現像槽111は、トナーとキャリアとを含む2成分現像剤を収容する槽である。また、現像槽111には、現像ローラ114、第1搬送部材112、第2搬送部材113等が配設されている。なお、本実施形態のキャリアは、磁性を有する磁性キャリアである。
現像ローラ114は、図示しない駆動手段によって軸心回りに回転駆動するマグネットローラであり、現像槽111内の2成分現像剤を感光体3へと搬送するものである。また、現像ローラ114は、感光体3に対向し、感光体3に対して間隙を有して離隔するように設けられる。現像ローラ114で搬送される2成分現像剤は最近接部分で感光体3と接触する。この接触領域が現像ニップ部であり、現像ニップ部では、現像ローラ114に接続される図示しない電源から現像ローラ114に対して現像バイアス電圧が印加され、現像ローラ114表面の2成分現像剤から感光体3表面の静電潜像へトナーが供給される。
ドクターブレード116は、現像ローラ114の軸線方向に平行に延びる板状部材であり、現像ローラ114の鉛直方向下方において、その短手方向の一端が現像槽111によって支持され、かつ他端が現像ローラ114表面に対して間隙を有して離隔するように設けられる。ドクターブレード116の材料としては、ステンレス鋼が使用できるが、アルミニウムや合成樹脂なども使用できる。
トナー濃度検知センサ119は、第2搬送部材113の鉛直方向下方の現像槽111底面に装着され、センサ面が現像槽111の内部に露出するように設けられる。トナー濃度検知センサ119は図示しないトナー濃度制御手段に電気的に接続される。トナー濃度制御手段は、トナー濃度検知センサ119が検知するトナー濃度測定値に応じて、トナー排出部材122を回転駆動させ、トナー供給口123を介して現像槽111内部にトナーを供給するように制御する。
トナー濃度検知センサ119によるトナー濃度測定値がトナー濃度設定値よりも低いと判定すると、トナー排出部材122を回転駆動させる駆動手段に制御信号を送り、トナー排出部材122を回転駆動させる。トナー濃度検知センサ119には一般的なトナー濃度検知センサを使用でき、たとえば、透過光検知センサ、反射光検知センサ、透磁率検知センサなどが挙げられる。これらの中でも、透磁率検知センサが好ましい。
透磁率検知センサには図示しない電源が接続される。電源は、透磁率検知センサを駆動させるための駆動電圧およびトナー濃度の検知結果を制御手段に出力するための制御電圧を透磁率検知センサに印加する。電源による透磁率検知センサへの電圧の印加は、制御手段によって制御される。透磁率検知センサは、制御電圧の印加を受けてトナー濃度の検知結果を出力電圧値として出力する型式のセンサであり、基本的に出力電圧の中央値近傍の感度がよいため、その付近の出力電圧が得られるような制御電圧を印加して用いられる。このような型式の透磁率検知センサは市販されており、たとえば、TS−L、TS−A、TS−K(いずれも商品名、TDK株式会社社製)などが挙げられる。
また、現像槽111の上側には、図2,図4に示すように、取り外し可能な現像槽カバー115が設けられている。さらに、現像槽カバー115には、図4に示すように、現像槽111に未使用のトナーを補給するためのトナー供給口115aが形成されている。図1に示すように、トナー補給装置22に収容されているトナーは、トナー移送機構102およびトナー供給口115aを介して現像槽111に移送され、これにより現像槽111にトナーが補給されるようになっている。
第1搬送部材112は、螺旋状の第1搬送羽根112a、第1回転軸112b、第1搬送ギア112cからなるオーガスクリューにより構成されており、回転することにより2成分現像剤を撹拌すると共に搬送するようになっている。
第2搬送部材113は、螺旋状の第2搬送羽根113a、第2回転軸113b、第1搬送ギア113cからなるオーガスクリューにより構成されており、回転することにより2成分現像剤を撹拌すると共に搬送するようになっている。
現像槽111には、第1搬送部材112と第2搬送部材113との間に仕切り板117が配設されている。仕切り板117は、第1搬送部材112および第2搬送部材113の各軸方向(各回転軸方向)に平行に延設されている。現像槽111の内部は、仕切り板117によって、第1搬送部材112が配されている第1搬送路Pと、第2搬送部材113が配されている第2搬送路Qとに区画される。
仕切り板117は、第1搬送部材112および第2搬送部材113の各軸方向の両端部において、現像槽111の内側の壁面から離間して配置されている。これにより、現像槽111には、第1搬送部材112および第2搬送部材113の各軸方向の両端部付近において、第1搬送路Pと第2搬送路Qとを連通する連通路が形成されている。以下では、図3に示されるように、矢印X方向に沿って形成されている連通路を第1連通路a、矢符Y方向に沿って形成されている連通路を第2連通路bと称する。
第1搬送部材112および第2搬送部材113は、互いの周面同士が仕切り板117を介して対向するように且つ互いの軸同士が平行になるように並列され、互いに逆方向に回転するように設定されている。そして、第1搬送部材112は、図3に示すように、矢符X方向に2成分現像剤を搬送し、第2搬送部材113は、矢符X方向とは逆の矢符Y方向に2成分現像剤を搬送するように設定されている。
また、トナー供給口115aは第1搬送路P内の領域であり且つ第2連通路bよりも矢符X方向寄りの位置に形成されている。つまり、第1搬送路Pにおいて、第2連通路bの搬送方向下流側にトナーが補給されることになる。
現像槽111において、第1搬送部材112および第2搬送部材113は、それぞれ第1搬送部材駆動モータおよび第2搬送部材駆動モータによって回転駆動され、2成分現像剤を搬送する。
具体的には、第1搬送路Pにおいて、2成分現像剤は、第1搬送部材112によって撹拌されながら矢符X方向へ搬送され、第1連通路aに到達する。第1連通路aに到達した2成分現像剤は、第1連通路aを通過して第2搬送路Qへ搬送される。
一方、第2搬送路Qにおいて、2成分現像剤は、第2搬送部材113によって、撹拌されながら矢符Y方向へ搬送され、第2連通路bに到達する。そして、第2連通路bに到達した2成分現像剤は、第2連通路bを通過して第1搬送路Pへ搬送される。
つまり、第1搬送部材112と第2搬送部材113とは、互いに逆方向に2成分現像剤を撹拌しながら搬送している。
このようにして、2成分現像剤は、現像槽111において、第1搬送路Pと第1連通路aと第2搬送路Qと第2連通路bとを、第1搬送路P→第1連通路a→第2搬送路Q→第2連通路b、という順序にて循環搬送されることになる。そして、2成分現像剤は、第2搬送路Qにて搬送されている間に、現像ローラ114の回転にてその表面に担持されて汲み上げられ、汲み上げられた2成分現像剤中のトナーが感光体3へと移動して、順次消費されていく。
このように消費されるトナーを補うべく、未使用のトナーがトナー供給口115aから第1搬送路Pへ補給される。補給されたトナーは第1搬送路Pにおいて従前より存在する2成分現像剤と混合撹拌される。
図5は、トナー補給装置22の構成を示す断面図である。図6は、図5に示すトナー補給部材周辺の切断面線C−C’における拡大断面図である。
トナー補給装置22は、トナー収容容器121、トナー攪拌部材125、トナー排出部材122およびトナー供給口123を含む。
トナー補給装置22は、現像槽111の上方に配され、未使用トナー(粉体状のトナー)を貯蔵している。トナー補給装置22内のトナーはトナー排出部材(排出スクリュー)122を回転させることによって、トナー供給口123からトナー移送機構102を介して現像槽111へ供給されるようになっている。
トナー収容容器121は、内部空間を有するほぼ半円筒状の容器部材であり、トナー攪拌部材125、トナー排出部材122を回転自在に支持し、トナーを収容する。トナー供給口123は、トナー排出部材122の下部、軸方向中央部よりに設けられる略長方形の開口部であり、トナー移送機構102を臨む位置に配置される。
トナー攪拌部材125は、回転軸を中心に回転することにより、トナー収容容器121内に収容されるトナーを攪拌しながら、トナー収容容器121内のトナーを汲み上げてトナー排出部材122へ搬送する板状の部材で、先端にトナー汲み上げ部材125bを備える。トナー汲み上げ部材は、可撓性を有するポリエチレンテレフタレート(PET)シートからなり、トナー攪拌部材125の両端に取付けられる。
トナー排出部材122は、トナー収容容器121内のトナーをトナー供給口123から現像槽111に供給するもので、図6に示すようにトナー搬送羽根122aとトナー排出部材回転軸122bとを含むオーガスクリュー、並びにトナー排出部材回転ギア122cで構成されている。トナー排出部材122は、図示しないトナー排出部材駆動モータによって回転駆動されるようになっている。オーガスクリューの向きは、トナー排出部材122の軸方向両端からトナー供給口123側に向けて、トナーが搬送されるように設定されている。
トナー排出部材122とトナー攪拌部材125との間には、トナー排出部材隔壁124が設けられる。これによって、トナー攪拌部材125によって汲み上げられたトナーがトナー排出部材122の周辺に適量のトナーを保持できる。
図5において、トナー攪拌部材125は矢印方向に回転してトナーを撹拌し、トナー排出部材122の方へ汲み上げる。このとき、トナー汲み上げ部材125bは、その可撓性によって、トナー収容容器121の内壁を摺動して変形しつつ回転し、トナーをトナー排出部材122に供給する。そして、トナー排出部材122が、供給されたトナーを、自身の回転によってトナー供給口123へと導くようになっている。
以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
<トナー>
実施例および比較例のトナーを、以下に示す方法で作製した。
(トナー粒子群A)
・結着樹脂(ビスフェノールAプロピレンオキシド、テレフタル酸または無水トリメリット酸を単量体として重縮合して得られるポリエステル樹脂:HB−7140、花王株式会社製;ガラス転移温度64℃、軟化温度115℃) 100重量部
・着色剤(C.I.ピグメント・ブルー15:3;Colorte×Blue D904、山陽色素株式会社製) 5重量部
・帯電制御剤(ホウ素化合物:LR−147、日本カーリット株式会社製) 2重量部
・ポリエチレンワックス(融点122℃)(PE130、クラリアント社製) 5重量部
上記トナー原料を、ヘンシェルミキサにて10分間混合した後、混練分散処理装置(ニーディックスMOS140−800:三井鉱山株式会社製)で140℃にて溶融混練分散処理した。その混練物を冷却固化後にカッティングミルで粗粉砕し、次いで流動床式粉砕機(カウンタージェットミル AFG:ホソカワミクロン株式会社製)によって微粉砕した後、風力分級機(MP−250型:日本ニューマチック工業株式会社製)を用いて分級を行うことによって体積平均粒径が4.8μm、体積平均粒径分布の標準偏差(CV)29%、BET比表面積が1.39m/g、体積抵抗率が2×1010Ω・cmであるトナー粒子群A(第1トナー粒子群)を得た。
(トナー粒子群B)
・結着樹脂(ビスフェノールAプロピレンオキシド、テレフタル酸または無水トリメリット酸を単量体として重縮合して得られるポリエステル樹脂:HB−7140、花王株式会社製;ガラス転移温度64℃、軟化温度115℃) 100重量部
・着色剤(C.I.ピグメント・ブルー15:3;Colorte×Blue D904、山陽色素株式会社製) 5重量部
・帯電制御剤(ホウ素化合物:LR−147、日本カーリット株式会社製) 2重量部
・炭化水素系ワックス(融点75℃)(パラフィンワックスHNP−9、日本精蝋株式会社製) 5重量部
上記トナー原料を、ヘンシェルミキサにて10分間混合した後、混練分散処理装置(ニーディックスMOS140−800:三井鉱山株式会社製)で140℃にて溶融混練分散処理した。その混練物を冷却固化後にカッティングミルで粗粉砕し、次いで機械式粉砕機(クリプトロンプライム:株式会社アーステクニカ製)によって微粉砕した後、風力分級機(MP−250型:日本ニューマチック工業株式会社製)を用いて分級を行うことによって体積平均粒径が8.3μm、体積平均粒径分布の標準偏差(CV)25%、BET比表面積が1.12m/g、体積抵抗率が2×1010Ω・cmとなるトナー粒子群B(第2トナー粒子群)を得た。
次に、得られたトナー粒子群A50重量部とトナー粒子群B50重量部と、個数平均粒径が12nmのヘキサメチルジシラザンで表面処理したシリカ微粒子(R−8200、日本アエロジル株式会社製)1重量部と、個数平均粒径が110nmのヘキサメチルジシラザンで表面処理したシリカ微粒子(X−24、信越アステック株式会社製)1.5重量部とを、気流混合機(ヘンシェルミキサ:三井鉱山株式会社製)に投入し、水温15度の水をジャケットに循環させながら、撹拌羽根の先端速度を15m/秒で2分間撹拌することによって負帯電性のトナーT1を作製した。
トナー粒子群Aおよびトナー粒子群Bを、表1に示すようにそれぞれ作製し、トナーT2〜T15を得た。
T2〜T15のトナーについて、結着樹脂、着色剤、帯電制御剤、離型剤は、上記のT1で用いたものと同じものを用いた。表1中で、離型剤融点が2種表記されているトナー粒子群については、2種の離型剤を併用したことを示す。
Figure 2010191220
<キャリア>
実施例および比較例のキャリアは、次に示す方法により作製した。
フェライト原料MgO(含有量:3%)、MnO(20%)およびFe(77%)をボールミルにて混合した後、ロータリーキルンにて900℃で仮焼し、得られた仮焼粉を、湿式粉砕機により粉砕媒体としてスチールボールを用いて平均粒径2μm以下にまで微粉砕した。得られたフェライト微粉末をスプレードライ方式により造粒し、造粒物を1300℃で焼成した。焼成後、クラッシャを用いて解砕し、レーザ回折散乱法による体積平均粒径が39μm、ブリッジ法による体積抵抗率が1×10〜1×10Ω・cmのフェライト成分からなるコア粒子を得た。
次にコア粒子を被覆するための被覆用塗液として、コア粒子100重量部に対して熱硬化性ストレートシリコーン樹脂(数平均分子量:12000;KR271、信越化学工業株式会社製)2.5重量部と、熱硬化性ストレートシリコーン樹脂に対してカーボンブラック(一次粒径25nm、吸油量150ml/100g)5重量部とをトルエンにて溶解および分散し、被覆用塗液を調製した。
調製した被覆用塗液を、スプレー被覆装置(SPIRA COTA(登録商標)、岡田精工株式会社製)により、60分間コーティング処理することによりトルエンを完全に蒸発除去し、フェライト成分からなるコア粒子に被覆した。その後、240℃に加熱して熱硬化性ストレートシリコーン樹脂を硬化させて、体積平均粒径40μmのキャリアC1を作製した。
<2成分現像剤>
トナー(T1〜T15)とキャリア(C1)とを混合することにより、それぞれ2成分現像剤を作製した。トナーとキャリアとの混合方法については、キャリア93重量部とトナー7重量部とをナウターミキサー(VL−0、ホソカワミクロン株式会社製)に投入し、40分間撹拌混合することにより作製した。
なお、トナーT1〜T10とキャリアC1とを混合したものを実施例1〜10とし、トナーT11〜T15とキャリアC1とを混合したものを比較例1〜5とする。
<評価方法>
上記のように作製した実施例1〜10および比較例1〜5の2成分現像剤について、図1に示すような構成を有する画像形成装置(デジタルフルカラー複合機:MX−4500N、シャープ株式会社製を改造したもの)を用いて連続プリントテストを行った。
連続プリントテストは、画像形成装置の4つの画像形成ユニットのうち黒画像形成用画像形成ユニットのみを用い、これに実施例および比較例の2成分現像剤を充填して行った。画像形成装置の現像条件として、感光体の周速を400mm/秒、現像ローラの周速560mm/秒、感光体と現像ローラのギャップを0.45mm、現像ローラと規制ブレードのギャップを0.4mmに設定し、ベタ画像(100%濃度)における紙上のトナー付着量が0.5mg/cm、非画像部におけるトナー付着量が最も少なくなる条件に、感光体の表面電位および現像バイアスをそれぞれ調整した。
試験紙として、A4サイズの電子写真用紙(マルチレシーバー:シャープドキュメントシステム社製)を使用し、以下の評価項目について、トナーの評価を行った。
(画像濃度)
画像濃度については、一辺が3cmの正方形のベタ画像(100%濃度)を紙面の中央部1ヶ所に印刷し、初期から50K(50,000)枚にかけて10K枚ごとに、反射濃度計(マクベス社製:RD918)を用いてベタ画像の濃度を測定した。その際、初期から50K枚まで全て1.3以上(紙の繊維がトナーで完全に覆われた状態)であれば良好(○)とし、初期から50K枚にかけていずれかの画像濃度が1.2以上1.3未満であればやや不良(△)とし、初期から50K枚にかけていずれかの画像濃度が1.2未満(紙の繊維がトナーで不十分にしか覆われていない状態)であれば不良(×)とした。
(カブリ)
カブリについては、非画像部(0%濃度)の濃度を用いて次の手順により評価した。白度計(Z−Σ90 COLOR MEASURING SYSTEM:日本電色工業株式会社製)を用いて、印刷前の用紙の白色度W1および印刷後の用紙の非画像部における白色度W2を測定し、2つの白色度の差(W1−W2)をカブリ濃度として求めた。カブリ濃度が初期と50K枚印刷後の両方とも0.6未満(肉眼ではカブリがほとんど見えない状態)であれば良好(○)とし、初期と50K枚印刷後のどちらか一方でも0.6以上1.0未満であればやや不良(△)とし、初期と50K枚印刷後のどちらか一方でも1.0以上(肉眼ではカブリが明確に見える状態)であれば不良(×)とした。
(ドット再現性)
ドット再現性については、初期の印刷画像において、感光体上の静電潜像として600dpiの孤立ドットをランダムに100箇所形成し、全ての孤立ドットがトナー画像として印刷されている場合を良好(○)とし、そうでない場合を不良(×)とした。
(ブレードクリーニング性)
ブレードクリーニング性については、初期から50K枚にかけて、印刷画像にクリーニング不良に起因する画像むらがない場合を良好(○)とし、そうでない場合を不良(×)とした。
(感光体フィルミング)
感光体フィルミングについては、初期から50K枚にかけて、印刷画像に感光体フィルミングに起因する画像むらがない場合を良好(○)とし、そうでない場合を不良(×)とした。
(低温定着性、耐ホットオフセット性)
低温定着性および耐ホットオフセット性については、一辺が3cmのベタ画像が印刷された未定着の画像を用意し、図1に示す画像形成装置に準じた外部定着ユニットを用いて、定着ニップ幅を1.2mm±0.05mmに設定して定着試験を行った。定着条件としては、低温定着性については、ヒートローラの温度を140℃に設定し、耐ホットオフセット性については、ヒートローラの温度を190℃に設定した。
低温定着性の評価方法は、定着後の用紙を、ベタ画像の印刷部分で内側に折り曲げ、10N/mの圧力を折り曲げ部に2秒間加えた後、用紙を開いて画像に剥離がないものを良好(○)とし、画像が1mm幅以上剥離した場合を不良(×)とし、良好(○)と不良(×)の間をやや不良(△)とした。
耐ホットオフセット性の評価方法は、ベタ画像以外の場所にベタ画像と同じ画像のトナー汚れが明確にあった場合、または、定着装置に未定着画像を通紙したときに剥離性が悪く定着ローラに巻付き排紙されない場合を不良×とし、ベタ画像以外の場所にベタ画像と同じ画像のトナー汚れが微かにあった場合、または、トナーが定着ローラに一部剥ぎ取られるが排紙される場合を△とし、ベタ画像以外の場所にベタ画像と同じ画像のトナー汚れが全くなく、かつ、良好なベタ画像が定着されて排紙される場合を良好○とした。
連続プリントテストによる評価結果を表2に示す。
Figure 2010191220
実施例1〜6では、連続プリントテストにおいて、良好なドット再現性、ブレードクリーニング性、画像濃度が得られた。さらには、感光体フィルミングが発生せず、優れた低温定着性および耐ホットオフセット性が得られた。
実施例7〜10では、良好なドット再現性、ブレードクリーニング性、画像濃度は得られたが、感光体フィルミング、低温定着性、耐ホットオフセット性において不十分な点が見られた。
比較例1〜5では、ドット再現性、ブレードクリーニング性、画像濃度およびカブリのいずれかの評価に×であった。
1 露光ユニット
2 現像装置
3 感光体
4 クリーナユニット
5 帯電器
111 現像槽
112 第1搬送部材
113 第2搬送部材
114 現像ローラ
115 現像槽カバー
115a トナー供給口

Claims (7)

  1. 第1のトナー粒子群および第2のトナー粒子群を含み、
    前記第1のトナー粒子群の体積平均粒径が、前記第2のトナー粒子群の体積平均粒径よりも小さく、
    前記第1のトナー粒子群のBET法による比表面積が、前記第2のトナー粒子群のBET法による比表面積よりも大きいことを特徴とするトナー。
  2. 前記第1のトナー粒子群を構成するトナー粒子および前記第2のトナー粒子群を構成するトナー粒子は、離型剤を含み、
    前記第1のトナー粒子群を構成するトナー粒子が含む離型剤の融点は、前記第2のトナー粒子群を構成するトナー粒子が含む離型剤の融点よりも高いことを特徴とする請求項1記載のトナー。
  3. 前記第1のトナー粒子群を構成するトナー粒子および前記第2のトナー粒子群を構成するトナー粒子のうち、前記第2のトナー粒子群を構成するトナー粒子のみが離型剤を含むことを特徴とする請求項1記載のトナー。
  4. 請求項1〜3のいずれか1つに記載のトナーとキャリアとを含むことを特徴とする2成分現像剤。
  5. 前記キャリアの体積平均粒径が、30μm以上50μm以下であることを特徴とする請求項4記載の2成分現像剤。
  6. 請求項4または5記載の2成分現像剤を収容する現像槽と、
    前記現像槽内に設けられ、前記2成分現像剤が搬送される第1搬送路および第2搬送路と、
    前記第1搬送路に設けられ、前記2成分現像剤を撹拌しながら第1方向へと搬送する第1搬送部材と、
    前記第2搬送路に設けられ、前記2成分現像剤を撹拌しながら前記第1方向とは反対の第2方向へと搬送する第2搬送部材と、
    前記第1搬送路および前記第2搬送路のそれぞれの端部同士を連通する第1連通路および第2連通路と、
    前記第2搬送路に搬送される前記2成分現像剤を担持し、担持した2成分現像剤に含まれる前記トナーを感光体へと供給する現像ローラとを備え、
    前記2成分現像剤が、前記第1搬送路、前記第1連通路、前記第2搬送路、および第2連通路をこの順に循環して搬送されるように構成されることを特徴とする現像装置。
  7. 感光体と、
    前記感光体の表面に静電潜像を形成する潜像形成部と、
    請求項6に記載の現像装置であって、前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像装置と、
    前記トナー像を記録媒体に転写する転写部と、
    前記トナー像を前記記録媒体に定着する定着部とを備えることを特徴とする画像形成装置。
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