JP2010224163A - 静電荷像現像用トナー、静電荷像現像用現像剤、静電荷像現像用現像剤カートリッジ、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置 - Google Patents

静電荷像現像用トナー、静電荷像現像用現像剤、静電荷像現像用現像剤カートリッジ、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置 Download PDF

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正博 高木
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弘一 濱野
Tetsuya Taguchi
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Abstract

【課題】潤滑剤とトナーに外添される特定の被覆層を持つ無機粒子とを併用しない場合に比べ、クリーニングブレードの摺擦による劣化を抑制する静電荷像現像用トナーを提供すること。
【解決手段】トナー粒子と、固体潤滑剤で被覆された無機粒子であって、水素及び窒素を含む有機材料を含有する被覆層を表面に有し、X線光電子分光法によりArエッチングしながら測定した窒素原子の含有量がArエッチング時間0秒以上100秒以下の範囲内において0.6原子%以上2.9原子%以下である無機粒子と、を含む静電荷像現像用トナー。又は、固体潤滑剤を無機粒子に被覆せず、固体潤滑剤粒子を外添剤として含む静電荷像現像用トナー。
【選択図】なし

Description

本発明は、静電荷像現像用トナー、静電荷像現像用現像剤、静電荷像現像用現像剤カートリッジ、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置に関するものである。
電子写真法を利用した画像の形成は、感光体表面を帯電、露光、現像してトナー像を形成し、続いてこのトナー像を記録媒体表面に転写し更に定着することにより行われる。そして、トナー像を記録媒体表面に転写した後、感光体は、クリーニングされる。この感光体のクリーニングの方式としては、クリーニングブレード方式があり、当該方式は感光体上に付着したトナーや放電生成物などをブレードでかき取る方式である。
このクリーニングブレード方式において、ブレードによりトナーが摺擦された時に外添剤がトナー粒子表面から遊離するのを抑制する目的で、特許文献1では、大径外添剤併用により小径外添剤(流動化剤)の埋没を抑制する技術が提案されている。
また、同目的で、特許文献2では、初期現像剤に熱処理などを行い、初期・排出現像剤の外添状態差を小さくする技術が提案されている。
また、同目的で、特許文献3では、排出現像剤搬送部で摺擦を加えたり、無機粒子を添加する技術が提案されている。
一方、クリーニング性維持や大径外添剤由来の感光体傷を抑制する目的で、特許文献4では、意図的に小・大径外添剤の緩凝集体(物理的付着力:遊離オイル起因)を形成する技術が提案されている。
また、同目的で、特許文献5では、付着性強い超粒子と凝集性強い小粒径粒子とを外添剤とし、ブレードニップ部の圧接力がかかる領域に凝集剤の層を形成する技術が提案されている。
また、同目的で、特許文献6では、キャリアとの帯電、外添剤同士の帯電を規定してトナーの帯電改善する技術が提案されている。
特開2006−308757号公報 特開2000−181127号公報 特開2006−293259号公報 特開2008−070718公報 特開2008−070719公報 特開2002−323836公報
本発明の課題は、潤滑剤とトナーに外添される特定の被覆層を持つ無機粒子とを併用しない場合に比べ、画像形成装置で使用した際に、クリーニングブレードの摺擦による劣化を抑制する静電荷像現像用トナーを提供することである。
上記課題は以下の本発明により達成される。すなわち、
請求項1に係る発明は、
トナー粒子と、
固体潤滑剤で被覆された無機粒子であって、水素及び窒素を含む有機材料を含有する被覆層を表面に有し、X線光電子分光法によりArエッチングしながら測定した窒素原子の含有量がArエッチング時間0秒以上100秒以下の範囲内において0.6原子%以上2.9原子%以下である無機粒子と、
を含む静電荷像現像用トナー。
請求項2に係る発明は、
トナー粒子と、
水素及び窒素を含む有機材料を含有する被覆層を表面に有し、X線光電子分光法によりArエッチングしながら測定した窒素原子の含有量がArエッチング時間0秒以上100秒以下の範囲内において0.6原子%以上2.9原子%以下である無機粒子と、
潤滑剤粒子と、
を含む静電荷像現像用トナー。
請求項3に係る発明は、
請求項1又は2に記載の静電荷像現像用トナーを含むことを特徴とする静電荷像現像用現像剤。
請求項4に係る発明は、
画像形成装置に脱着され、少なくとも、前記画像形成装置内に設けられた現像手段に供給するための静電荷像現像用現像剤を収納し、
前記静電荷像現像用現像剤が、請求項3に記載の静電荷像現像用現像剤である静電荷像現像用現像剤カートリッジ。
請求項5に係る発明は、
像保持体と、
請求項3に記載の静電荷像現像用現像剤を収納すると共に、像保持体表面上に形成された静電潜像を前記静電荷像現像用現像剤によりトナー像に現像する現像手段と、
像保持体表面上に残存したトナーをクリーニングブレードにより除去するトナー除去手段と、
を少なくとも備え、
画像形成装置に脱着されるプロセスカートリッジ。
請求項6に係る発明は、
像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電させる帯電手段と、
前記像保持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
前記像保持体表面上に形成された前記静電潜像を前記静電荷像現像用現像剤によりトナー像に現像する現像手段と、
前記像保持体の表面に形成された前記トナー像を記録媒体表面に転写する転写手段と、
前記記録媒体に転写された前記トナー像を定着する定着手段と、
像保持体表面上に残存したトナーをクリーニングブレードにより除去するトナー除去手段と、
を備え、
前記静電荷像現像用現像剤が、請求項3に記載の静電荷像現像用現像剤である画像形成装置。
請求項1、2に記載の発明によれば、潤滑剤とトナーに外添される特定の被覆層を持つ無機粒子とを併用しない場合に比べ、画像形成装置で使用した際に、クリーニングブレードの摺擦による劣化が抑制される。
請求項3に係る発明は、本構成を有さない場合に比べ、画像形成装置で使用した際に、クリーニングブレードによる回収後における、現像剤の流動性・搬送性の劣化が抑制される。
請求項4、5に係る発明は、本構成を有さない場合に比べ、画像形成装置で使用した際に、長期に渡り良好な画質を維持することができる。
請求項6に係る発明は、本構成を有さない場合に比べ、長期に渡り良好な画質を維持することができる。
本実施形態に係る画像形成装置の一例について示す概略構成図である。 本実施形態に係るプロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である
以下、本発明の実施形態について説明する。
(静電荷像現像用トナー)
第1の実施形態に係る静電荷像現像用トナー(以下、トナーと称する)は、トナー粒子と、外添剤と、を含んで構成される。外添剤として、水素及び窒素を含む有機材料を含有する被覆層を表面に有し、X線光電子分光法によりArエッチングしながら測定した窒素原子の含有量がArエッチング時間0秒以上100秒以下の範囲内において0.6原子%以上2.9原子%以下である無機粒子が適用される。そして、当該被覆層を持つ無機粒子は、固体潤滑剤で被覆されている。
一方、第2の実施形態に係るトナーは、トナー粒子と、外添剤と、を含んで構成される。外添剤として、上記水素及び窒素を含む有機材料を含有する被覆層を表面に有し、X線光電子分光法によりArエッチングしながら測定した窒素原子の含有量がArエッチング時間0秒以上100秒以下の範囲内において0.6原子%以上2.9原子%以下である無機粒子と、潤滑剤粒子と、を適用する。
なお、X線光電子分光法によりArエッチングしながら測定した窒素原子の含有量がArエッチング時間0秒以上100秒以下の範囲内において0.6原子%以上2.9原子%以下である無機粒子を、以下、HN処理外添剤と称して説明する。
ここで、クリーニングブレード方式の画像形成装置においては、クリーニングブレードの接触部(以下、ブレードニップ部という場合がある。)の摺擦力によって外添剤の表面処理層が剥がれ易く、基材粒子が露出するため外添剤同士が凝集し易くなる。そのため、ブレードニップ部に形成された凝集滞留物(トナー粒子、外添剤)に継続的に摺擦の力が加わるため、外添剤の埋没やトナー粒子の表面の変形・はがれが生じる。つまり、クリーニングブレードの摺擦によるトナーの劣化が生じる。そして、その結果、クリーニングブレードによる回収後における、現像剤の流動性・搬送性の劣化が生じる。これは、クリーニングブレードの像保持体に対する圧力が高ければ高い程(例えば、押圧力3.0gf/mm以上9.0gf/mm以下)、顕著になる。
そこで、第1及び第2の実施形態(以下、本実施形態と総称することがある)に係るトナーでは、上記構成とすることで、クリーニングブレードの摺擦による劣化が抑制される。そして、当該トナーを現像剤に適用し、これを画像形成装置やプロセスカートリッジに適用することで、クリーニングブレードによる回収後における、現像剤の流動性・搬送性の劣化が抑制される。この理由は定かではないが、以下のように推測される。
HN処理外添剤が持つ被覆層は、壊れ難い厚みのある層であるという特徴がある。そのため、ブレードニップ部で摺擦の力を受けた時に被覆層は壊れ難く引き伸ばされ、共存する成分が被覆層に入り込み易くなる状態となり、この状態で潤滑剤が表面に存在すると当該潤滑剤はその被覆層に入り込み易くなると考えられる。その時に、HN処理外添剤の表面に存在する余剰な潤滑剤は、クリーニングブレード又は隣接する粒子(トナー粒子、外添剤)によって引き伸ばされて付着を受けたりかき取られたりする。また、その後、摺擦の力が緩むと、含浸していた潤滑剤はHN処理外添剤の被覆層の表面に染み出し、接触する粒子(トナー粒子、外添剤)にも潤滑剤を付与する。そして、この動きが繰り返されるため、HN処理外添剤はもちろん、他の滞留物にも潤滑剤が塗布される。すると、滞留物のトルクが下がるため、ブレードニップ部のトルクが低くなりブレードの歪みも小さくなる。
その結果、滞留物が低トルクで、クリーニングブレードの歪みも小さくなることから、新たなトナー粒子及び外添剤との入れ替わりが促進され、トナーがクリーニングブレードの摺擦の力により劣化し難くなると考えられる。加えて、クリーニングブレードの歪みが小さくなるため、滞留物にかかる摺擦の力自体も小さくなり、トナーが摺擦により劣化し難くなると考えられる。
一方、HN処理外添剤の被覆層が壊れ難く厚みのある層、即ち被覆層の強度が高く厚みがある理由は、以下のように推測される。まず、被覆層を構成する有機材料が窒素と水素とを含むため、分子間で窒素と水素との間に水素結合が形成されると考えられる。これは、窒素のような電気陰性度が高い元素(負電荷を帯びている元素)と水素とが相互作用した場合、水素は強く正電荷を帯び、水素と窒素の間に水素結合を形成するためであると考えられる。水素結合は双極子−双極子相互作用が特に強いため、分子同士で強い結合を形成する。これに加えて、0s以上100s以下の範囲でのArエッチング時間に対する(すなわち、被覆層の膜厚方向における)窒素原子の含有量が上記範囲内に維持されるため、被覆層の膜厚方向に対して、上述した水素結合が一定の割合で存在することになる。それゆえ、被覆層内に水素結合を介した強い結合ネットワークが形成され被覆層全体の強度が向上すると考えられる。
また、Arエッチング時間が100sにおいても上記範囲内で被覆層中に窒素原子が確認されるため、被覆層の膜厚は、従来の無機粒子の表面に被覆層が形成された外添剤と比べて厚い。この理由は、水素と窒素とを含む有機材料(典型的な材料としては、アミノ変性シリコーンオイル等)を用いて、従来の外添剤を作製する場合と同様に無機粒子表面に被覆層を形成してもArエッチング時間が100sに達すると、窒素が検出されないからである(すなわち、被覆層を貫通して無機粒子をエッチングしている)と考えられるためである。
以上説明したように、本実施形態に係るトナーでは、HN処理外添剤の表面に予め被覆する(第1の実施形態)、又は外添剤として固体潤滑剤粒子を適用し、HN処理外添剤の表面に存在させる(第2の実施形態)ことで、クリーニングブレードの摺擦による劣化が抑制されると考えられる。
なお、第2の実施形態に係るトナーは、外添剤として固体潤滑剤粒子を含めることで、第1の実施形態に比べ、ブレードニップ部へ供給、即ち当該ブレードニップ部においてHN処理外添剤表面に潤滑剤を存在させ易いことから、クリーニングブレードの摺擦による劣化が抑制されると考えられる。
以下、本実施形態に係るトナーの各構成ついて説明する。
まず、HN処理外添剤について説明する。
HN処理外添剤は、無機粒子(基材粒子)と、該無機粒子の表面を被覆し、水素と窒素とを含む有機材料を含有する被覆層とを有し、X線光電子分光法により、Arエッチングしながら測定した窒素原子の含有量が、Arエッチング時間が0秒以上100秒以下の範囲内において0.4原子%以上2.9原子%以下の範囲内であり、1.5原子%以上2.0原子%以下の範囲内であることがより望ましく、1.5原子%以上2.0原子%以下の範囲内であることがより望ましい。
なお、X線光電子分光法測定に際して、Arエッチングを行うのは、被覆層の膜厚方向に対する窒素原子の存在状態を確認するためである。
ここで、X線光電子分光法による測定は、X線光電子分光装置(日本電子株式会社製JPS−9000MX)を用い、測定強度10.0kV・Emission電流20mA・X線源MgKa条件、Arガス3×10−2Pa・加速電圧400V・6mA以上7mA以下条件で実施した。HN処理外添剤は、Arエッチング時間が0秒以上100秒以下の範囲内ではいずれの時間においても窒素含有量は規定の範囲内を示す。
被覆層の膜厚方向に対して窒素原子の含有量が上記範囲未満の領域が存在する場合、無機粒子表面に形成された被覆層が剥がれ易く、経時的には外添剤同士の凝集を誘発し、結果として像保持体表面に傷が発生する。この理由は被覆層内で水素原子−窒素原子間に形成される水素結合の数が少ないため、被覆層内に水素結合を介した強い結合ネットワークを形成できなくなるためであると推定される。すなわち、ブレードニップ部にて力を受けた場合に、被覆層内にその破壊・崩壊を引き起こしやすい起点が存在するため、被覆層の強度が低下するためであると推定される。
また、被覆層の膜厚方向に対して窒素原子の含有量が上記範囲を超える領域が存在する場合も、無機粒子表面に形成された被覆層が剥がれ易くなる。この理由は、被覆層内で窒素原子の存在比率が多くなると窒素原子−窒素原子間の静電反発が発生し、水素原子−窒素原子間に形成される水素結合に起因する被覆層の補強効果が相殺されるためであると推定される。
また、Arエッチング時間が100sにおいても上記範囲以下の範囲内で被覆層中に窒素原子が存在するが、被覆層中の窒素原子の含有量が上記範囲内を維持するArエッチング時間の最大値が100s未満では、被覆層の膜厚が薄くなるため、長期に渡る画像形成では、被覆層が剥がれて無機粒子表面が露出してしまう。
被覆層中の窒素原子の含有量が上記範囲内を維持するArエッチング時間の最大値は120s以上であることが望ましく、140s以上であることが望ましい。また、被覆層と無機粒子との界面まで窒素原子の含有量が上記範囲内を維持していることが望ましい。
HN処理外添剤の個数平均粒径は0.04μm以上0.12μm以下の範囲内であることが望ましく、0.08μm以上0.12μm以下の範囲内であることが望ましい。平均粒径が上記範囲未満の場合は、クリーニング性等、粒径を大きくすることで確保される機能が得られなくなる場合がある。また、個数平均粒径が上記範囲を超えると、トナー表面から遊離しやすく、クリーニング部に過剰に供給され易くなる場合がある。
なお、HN処理外添剤は、ブレードニップ部で滞留する滞留物のトルクを低減する観点から、クリーニングブレードと像保持体の接触部に近く滞留することがよい。そして、ブレードニップ部で滞留する滞留物は、その径が小さいほどクリーニングブレードと像保持体の接触部に近く滞留されることから(言い換えれば、その径が大きいほどクリーニングブレードと像保持体との接触部から像保持体回転方向下流側に遠く滞留されることから)、HN処理外添剤は、トナー粒子や他の外添剤よりも小さいことがよく、その個数平均粒径が上記範囲であることがよい。
ここで、個数平均粒径の測定方法は次の通りである。他も同様である。粒子をエタノールにより希釈し、それを透過型電子顕微鏡(TEM:JEM−1010型、日本電子データム株式会社製)用カーボングリッド上で乾燥しTEM観察(50000倍)を行い、その画像をプリントして1次粒子をサンプルとして任意に100サンプルを抽出し、その画像面積に相当する円形粒子の粒径(長径と短径の平均値:円と近似して求めた)を粒子の個数平均粒径とした。
トナーに外添された状態の粒子は、その状態を走査型電子顕微鏡(SEM:S−4700型、日立株式会社製)で観察(50000倍)を100視野行い、各外添剤(複合外添されている場合には、電子顕微鏡S4100に取り付けたエネルギー分散型X線分析装置EMAX model6923H(HORIBA社製)を用いて加速電圧20kVでマッピングし、粒子種を判別した外添剤の画像面積に相当する円形粒子の粒径(長径と短径の平均値:円と近似して求めた)を1000箇所測定し、その平均値を外添剤の個数平均粒径とした。
次に、HN処理外添剤を構成する水素と窒素とを含む有機材料や無機粒子(基材粒子)、また、被覆層の形成方法についてより詳細に説明する。
−水素と窒素とを含む有機材料−
水素と窒素とを含む有機材料(以下、「被覆材料」と称す場合がある)としては、アミノ樹脂、アミノ変性シリコーンオイル、アミノ変性シランカップリング剤、アミノ変性チタネート系カップリング剤、アミノ変性アルミネート系カップリング剤、アミノ変性脂肪酸、アミノ変性脂肪酸金属塩、そのエステル化物、ロジン酸などが例示される。1種単独又は2種以上を併用してもよい。また、水素と窒素とを含まない有機材料を1種又は2種以上併用してもよい。
水素と窒素とを含む有機材料として、例えば、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルジメチルメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルジメチルエトキシシラン、N−トリメトキシシリルプロピルジアミノビフェニル、N−トリメトキシシリルプロピルジアミノジフェニルメタン、(アミノエチルアミノメチル)フェネチルトリメトキシシラン、N−[2−(ビニルベンジルアミノ)エチル]−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N,N′−ビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]エチレンジアミン、N,N′−ビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]エチレンジアミン、N,N′−ビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]ジアミノプロパン、N,N′−ビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]ジアミノヘキサン、N−トリメトキシシリルプロピルジエチレントリアミン、N,N′−ビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]ジエチレントリアミン、N−トリメトキシシリルプロピルジエチレントリアミン、N−2−アミノエチルアミノプロピルジメチルエトキシシランなどが挙げられる。
水素と窒素を含まない有機材料として、例えば、クロロシラン、アルコキシシラン、シラザン、特殊シリル化剤等が挙げられる。具体的には、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、tert−ブチルジメチルクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシランが代表的なものとして例示される。
−無機粒子(基材粒子)−
無機粒子(基材粒子)としては、外添剤として利用され得る無機粒子であれば公知のものが利用される。具体的には、カーボンブラック、シリカ、酸化チタン、アルミナ、酸化亜鉛、酸化セリウム、チタン酸ストロンチウム、炭酸カルシウム、またこれら2種あるいは2種以上の複合酸化物等が挙げられる。なお、これらの無機粒子の製造方法は特に限定されないが、ゾルゲル法などの湿式法で作製されたものであることが望ましい。この場合、無機粒子表面に多数の水酸基が存在するため、本来であれば機械的な力が加わると被覆層が剥離すると容易に凝集してしまうが、HN処理外添剤は、機械的な力が加わっても無機粒子表面に設けられた被覆層が剥離し難しいため、結果として凝集も抑制されるためである。
−被覆層の形成方法−
無機粒子表面への被覆層の形成に際しては、膜厚が厚く且つ強度の大きい被覆層を形成する必要がある。この観点からは、(1)無機粒子表面と、被覆材料との反応性を向上させること、(2)無機粒子表面に化学的に固着している被覆材料の量や、無機粒子表面上に物理的に吸着している被覆材料の量をより大きくすること、(3)被覆層中の被覆材料分子同士の相互作用を強くすることが重要となる。
(1)無機粒子表面と、被覆材料との反応性を向上させるには、例えば、無機粒子表面をプラズマ処理して、被覆材料との反応部位(すなわち水酸基)を増やす方法が挙げられる。また、プラズマ処理を利用すれば、無機粒子表面に付着した不純物も除去されるため、無機粒子表面と被覆層との密着性もより向上する。これに加えて、本来であれば表面に反応部位が少ない乾式法で作製された無機粒子を利用しても、無機粒子表面と被覆層との密着性が向上する。
一方で、反応部位が増えるため、(1)例えばプラズマ処理のみでは、被覆層の破壊・崩壊が生じ易くなる場合がある。反応部位を増やしたため、本来であれば機械的な力が加わり被覆層が剥離すると容易に凝集してしまうためである。HN処理外添剤では、機械的な力が加わっても無機粒子表面に設けられた被覆層が剥離し難いため、結果として凝集も抑制されるためである。
(2)無機粒子表面に化学的に固着している被覆材料の量をより多くするためには、例えば、被覆材料同士の凝集を抑え被覆材料と無機粒子表面との反応性の高い条件で用いることが有効である。具体的には、被覆材料中のアルコキシ基などの反応基数を減らすこと、低濃度の被覆材料を反応の際に使用すること、低分子量溶媒を反応の際に使用すること、酸性条件下で反応を行うこと、が挙げられる。また、無機粒子表面上に物理的に吸着している被覆材料の量をより大きくするためには、例えば、被覆材料として、分子鎖が長く及び/又は分岐構造を有するアミノ変性シリコーンオイルやアミノ変性シランカップリング剤やアミノ樹脂を用いること、被覆材料中のアルコキシ基などの反応基数を増やすこと、高濃度の被覆材料を反応の際に使用すること、高分子量溶媒を反応の際に用いること、アルカリ性条件で反応を行うこと、が挙げられる。これにより被覆材料分子間の物理的な絡み合いが促進されやすくなるためである。
(3)被覆層中の被覆材料分子同士の相互作用を強くするためには、既述したように、水素原子と窒素原子との間に水素結合を形成させたり、被覆層中での被覆材料分子の配向をランダム化させることが挙げられる。そのためには、被覆層中に含有される水素原子と窒素原子の量を増やすことが必要である。水素原子と窒素原子の量を増やす為には、例えば、一分子中に含有する水素原子と窒素原子の量を多く含有する被覆材料を用いることが有効である。具体的には、N,N‘−ビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]ジエチレントリアミン、N−トリメトキシシリルプロピルジエチレントリアミン、N−2−アミノエチルアミノプロピルメチルジメトキシシラン、などが挙げられる。
HN処理外添剤の外添量は、トナー粒子に対して0.1質量部 以上10質量部 以下であることが望ましく、より望ましくは 1.0質量部 以上3.0質量部 以下であある。
次に、固体潤滑剤について説明する。
固体潤滑剤は、第1の実施形態の場合、予めHN処理外添剤表面に被覆しておき、第2の実施形態の場合、固体潤滑剤粒子(外添剤)としてトナーに含ませる。
HN処理外添剤に予め固体潤滑剤を被覆する形態について説明する。固体潤滑剤としては、フッ素樹脂、ポリオレフィン、脂肪酸金属塩が好適に適用される。
フッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体(ECTFE)、ポリビニルフルオライド(PVF)、フルオロオレフィン−ビニルエーテル共重合体、フッ化ビニリデン−四フッ化エチレン共重合体及びフッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体などが挙げられる。
ポリオレフィンとしては、例えば、パラフィンワックス、パラフィンラテックス、マイクロクリスタリンワックス等のワックス類が挙げられ、特に、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスが好適に挙げられる。
脂肪酸金属塩としては、例えば、脂肪酸金属塩としては、ステアリン酸の亜鉛、カドミウム、バリウム、鉛、鉄、ニッケル、コバルト、銅、アルミニウム、マグネシウム等の金属塩、二塩基性ステアリン酸鉛、オレイン酸の亜鉛、マグネシウム、鉄、コバルト、銅、鉛、カルシウム等の金属塩、パルミチン酸とアルミニウム、カルシウム等の金属塩、カプリル酸鉛、カプロン酸鉛、リノール酸亜鉛、リノール酸コバルト、リシノール酸カルシウム、リシノレイン酸と亜鉛、カドミウム等の金属塩及びこれらの混合物等が挙げられる。
固体潤滑剤の被覆量は、HN処理外添剤100質量部に対して3質量部以上30質量部以下の範囲であることが望ましく、3質量部以上15質量部以下の範囲であることがより望ましい。潤滑剤で表面を被覆したHN処理外添剤の表面が、脂肪酸金属塩により0.5nm以上5nm以下の厚みで被覆されていることが望ましく、被覆率としては、95%以上であることが望ましい。
固体潤滑剤のHN処理外添剤表面に対して被覆する方法は、特に制限なく、周知の手法が採用される。ここで、一例として、例えば、少なくとも1種の固体潤滑剤を溶媒に分散又は溶解させ、ニーダーにてHN処理外添剤に、コーティング、スプレードライ、流動床等により処理する方法を採用することができる。必要であれば、表面処理後さらに、粉砕、分級、篩分してもよい。
次に、外添剤としてトナーに含ませる固体潤滑剤粒子について説明する。
固体潤滑剤粒子としては、公知の潤滑剤粒子が挙げられるが、具体的には、HN処理外添剤表面に対して被覆する潤滑剤と同様なものが挙げられる。
潤滑剤粒子をトナーへ添加するには、公知の方法が用いられる。スラリー状で混合し乾燥してもよいし、乾燥粉体として混合してもよい。また、乾燥粉体にスラリーをスプレーしながら乾燥してもよい。潤滑剤粒子を乾燥粉体として混合するには、あらかじめ乾燥をしておく必要がある。
潤滑剤粒子の個数平均粒子径は、0.1μm以上10μm以下であることが望ましく、0.3μm以上3μm以下であることがより望ましい。
潤滑剤粒子の外添量は、トナー粒子に対して0.1質量部以上5質量部以下であることが望ましく、より望ましくは0.12質量部以上0.5質量部以下である。
次に、トナー粒子について説明する。
トナー粒子は、少なくとも結着樹脂と着色剤とを含む。但し、暗号情報の印刷用等のように不可視性(肉眼で着色が実質的に確認できない性質)が要求される場合は、着色剤は含まれなくてもよい。トナー粒子は、特に製造方法により限定されるものではなく、公知の方法を使用してもよい。
トナー粒子の製造は、例えば、結着樹脂と着色剤と、必要に応じて離型剤、帯電制御剤等を混練、粉砕、分級する混練粉砕法、混練粉砕法にて得られた粒子を機械的衝撃力又は熱エネルギーにて形状を変化させる方法、結着樹脂の重合性単量体を乳化重合させ、形成された分散液と、着色剤、離型剤、必要に応じて帯電制御剤等の分散液とを混合し、凝集、加熱融着させ、トナー粒子を得る乳化重合凝集法、結着樹脂を得るための重合性単量体と着色剤、離型剤、必要に応じて帯電制御剤等の溶液を水系溶媒に懸濁させて重合する懸濁重合法、結着樹脂と着色剤、離型剤、必要に応じて帯電制御剤等の溶液を水系溶媒に懸濁させて造粒する溶解懸濁法等が使用される。また上記方法で得られたトナー粒子をコアにして、さらに凝集粒子を付着、加熱融合してコアシェル構造をもたせる製造方法を行ってもよい。
−結着樹脂−
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、イソプ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、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、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及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、ポリプロピレン等が挙げられる。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が挙げられる。
−着色剤−
また、トナー粒子に用いられる着色剤としては、マグネタイト、フェライト等の磁性粉、カーボンブラック、アニリンブルー、カルイルブルー、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、フタロシアニンブルー、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、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等が代表的なものとして例示される。
−離型剤−
トナー粒子には、離型剤を添加してもよい。離型剤としては低分子ポリエチレン、低分子ポリプロピレン、フィッシャートロピィシュワックス、モンタンワックス、カルナバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス等が代表的なものとして例示される。
−その他の内添剤−
また、トナー粒子には、必要に応じて帯電制御剤が添加されてもよい。帯電制御剤としては、公知のものを使用してもよいが、例えば、アゾ系金属錯化合物、サリチル酸の金属錯化合物、極性基を含有するレジンタイプの帯電制御剤を用いられる。湿式製法でトナーを製造する場合、イオン強度の制御と廃水汚染の低減の点で水に溶解しにくい素材を使用するのが望ましい。
なお、本実施形態に係る静電荷像現像用トナーは、磁性材料を内包する磁性トナー及び磁性材料を含有しない非磁性トナーのいずれであってもよい。
−その他の外添剤−
本実施形態に係るトナーには、上記HN処理外添剤以外にも、必要に応じて従来公知の外添剤を組み合わせて利用してもよい。
これらその他の外添剤としては、例えば、帯電特性、粉体特性、転写特性、クリーニング特性を改善する目的で、無機粒子、帯電制御剤、潤滑剤、研磨剤、クリーニング助剤等の公知の無機粒子及び樹脂粒子の少なくとも一方からなる外添剤が挙げられる。
(静電荷像現像用現像剤)
本実施形態に係る静電荷像現像用現像剤(以下、「現像剤」と略す場合がある)は、本実施形態に係る静電荷像現像用トナーを少なくとも含む。本実施形態に係る静電荷像現像用トナーを単独で用いると一成分系の静電荷像現像用現像剤として調製され、また、キャリアと組み合わせて用いると二成分系の静電荷像現像用現像剤として調製される。
二成分系の静電荷像現像用現像剤に使用し得るキャリアとしては特に制限はないが、マトリックス樹脂中に導電材料が分散含有された樹脂被覆層を芯材表面に有するキャリアを用いてもよい。
マトリックス樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、オルガノシロキサン結合からなるストレートシリコーン樹脂又はその変性品、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、フェノール樹脂、アミノ樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、アミド樹脂、エポキシ樹脂等が例示される。が、これらに限定されるものではない。また、導電材料としては、金、銀、銅といった金属、また酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム、酸化スズ、カーボンブラック等が例示されるが、これらに限定されるものではない。
導電材料の含有量は、マトリックス樹脂100質量部に対し1質量部以上50質量部以下であることが望ましく、3質量部以上20質量部以下であることがより望ましい。
キャリヤの芯材としては、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性金属、フェライト、マグネタイト等の磁性酸化物、ガラスビーズ等が挙げられるが磁気ブラシ法を用い体積固有抵抗を調整するためには磁性材料であることが望ましい。
芯材の平均粒子径は、一般的には10μm以上500μm以下であり、望ましくは30μm以上100μm以下である。
キャリヤの芯材の表面に樹脂被覆層を形成する方法としては、キャリヤ芯材を、マトリックス樹脂、導電材料及び溶剤を含む被覆層形成用溶液中に浸漬する浸漬法、被覆層形成用溶液をキャリヤ芯材の表面に噴霧するスプレー法、キャリヤ芯材を流動エアーにより浮遊させた状態で被覆層形成用溶液を噴霧する流動床法、ニーダーコーター中でキャリヤ芯材と被覆層形成溶液を混合し、溶剤を除去するニーダーコーター法が挙げられる。
被覆層形成用溶液中に使用する溶剤は、該マトリックス樹脂を溶解するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類が使用される。
また、樹脂被覆層の平均膜厚は、通常0.1μm以上10μm以下であることがよいが、経時にわたり安定したキャリヤの体積固有抵抗を発現させるため0.5μm以上3μm以下の範囲であることが望ましい。
なお、トナーとキャリアとの混合比(質量比)としては、トナー:キャリア=1:100乃至30:100程度の範囲であり、3:100乃至20:100程度の範囲がより望ましい。
(画像形成装置)
本実施形態に係る画像形成装置は、本実施形態に係る現像剤を用いて、記録媒体上にトナー像の定着像を形成するものであれば特に限定されないが、像保持体と、像保持体の表面を帯電させる帯電手段と、像保持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、像保持体表面上に形成された静電潜像を前記静電荷像現像用現像剤によりトナー像に現像する現像手段と、像保持体の表面に形成された前記トナー像を記録媒体表面に転写する転写手段と、記録媒体に転写された前記トナー像を定着する定着手段と、像保持体表面上に残存したトナーをクリーニングブレードにより除去するトナー除去手段と、を備える画像形成装置が挙げられる。
本実施形態の画像形成装置における画像の形成は、像保持体として電子写真感光体を利用した場合、例えば、以下のように行う。まず、電子写真感光体の表面を、コロトロン帯電器、接触帯電器等により帯電した後、露光し、静電荷像を形成する。次いで、表面に現像剤層を形成させた現像ロールと接触若しくは近接させて、静電潜像にトナーを付着させ、電子写真感光体上にトナー像を形成する。形成されたトナー像は、コロトロン帯電器等を利用して紙等の記録媒体表面に転写される。さらに、記録媒体表面に転写されたトナー像は、定着器により定着され、記録媒体に画像が形成される。そして、感光体表面に残留したトナー、その他付着物をクリーニングブレードにより除去する。
電子写真感光体としては、一般に、アモルファスシリコン、セレンなど無機感光体、ポリシラン、フタロシアニンなどを電荷発生材料や電荷輸送材料として使用した有機感光体が用いられる。特に、電子写真感光体としては、耐摩耗性の観点から無機感光体であればアモルファスシリコン感光体、有機感光体であれば最表層にメラミン樹脂、フェノール樹脂又はシリコーン樹脂などの架橋構造を有する樹脂層を有した所謂オーバーコート層を有する感光体であることが望ましい。
また、定着器としては、加熱・加圧あるいは光により定着を行うものであればよく、本実施形態の電子写真用トナーを光定着用トナーとして用いる場合には、光定着器(フラッシュ定着器)が用いられるが、その他の場合には、熱ロール定着器、オーブン定着器等が望ましく用いられる。
熱ロール定着器としては、一般的に一対の定着ロールが対向して圧接された加熱ロール型定着装置が用いられる。一対の定着ロールとしては、加熱ロール及び加圧ロールが対向して設けられ、圧接してニップが形成されている。加熱ロールは、内部にヒーターランプを有する金属製の中空芯金コアに耐油耐熱性弾性体層(弾性層)及びフッ素樹脂等よりなる表面層が順次形成されてなり、加圧ロールは、必要に応じて内部にヒーターランプを有する金属製の中空芯金コアに耐油耐熱性弾性体層及び表面層が順次形成されてなる。これらの加熱ロールと加圧ロールとが形成するニップ域に、未定着トナー像が形成された記録媒体を通過させることで、未定着トナー像を定着させる。
クリーニングブレードとしては、公知のクリーニングブレードであれば特に限定されないが、クリーニング性が長期に渡って維持される等の観点からは、例えば、25℃環境のJISAゴム硬度が50°以上100°以下、300%モジュラスが80kgf/cm以上550kgf/cm以下、反発弾性が4%以上85%以下の弾性体であることが好適である。
上記反発弾性の具体的な測定方法は、JIS K6255加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの反発弾性試験方法のリュプケ式反発弾性試験に準ずるものである。反発弾性の測定に際しては、測定対象となるサンプルが、測定時測定条件の温度になっているように、予め当該温度下(25℃における反発弾性を測定する場合には、25℃環境下)に、サンプルを十分に放置しておくことが望ましい。
クリーニングブレードの材質としては、特にその制限はなく、様々な弾性体を用いることができる。具体的な弾性体としては、ポリウレタン弾性体、シリコーンゴム、クロロプレンゴム等の弾性体が挙げられる。
ポリウレタン弾性体としては、一般にイソシアネートとポリオール及び各種水素含有化合物との付加反応を経て合成されるポリウレタンが用いられている。これは、ポリオール成分として、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等のポリエーテル系ポリオールや、アジペート系ポリオール、ポリカプロラクタム系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオール等のポリエステル系ポリオールを用い、イソシアネート成分として、トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート、トルイジンジイソシアネート等の芳香族系ポリイソシアネート;ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等の脂肪族系ポリイソシアネート;を用いてウレタンプレポリマーを調製し、これに硬化剤を加えて、特定の型内に注入し、架橋硬化させた後、常温(例えば25℃)で熟成することによって製造されている。上記硬化剤としては、通常、1,4−ブタンジオール等の二価アルコールとトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の三価以上の多価アルコールとが併用される。
クリーニングブレードのゴム硬度(JISのK−6200の3344番「硬さ」に規定するAゴム硬度を指す、以下単にゴム硬度と記す)が50°未満のものは軟らかく摩耗し易いために、トナーすり抜けが発生し、像保持体表面に残留したトナーによる種々の画像障害が起こる場合がある。逆にゴム硬度が100°を超えるものは硬い為に像保持体に摩耗が進行し、カブリが発生しやすくなったり、また、球状トナーに対するクリーニング性能が劣化しやすくなる場合がある。
また、試料の伸びが300%のときの引っ張り応力を示す300%モジュラスが80kgf/cm未満のものはブレードエッジが変形したり、ちぎれやすくなるために欠けや摩耗に弱く、トナーすりぬけが発生しやすくなる場合がある。一方、550kgf/cmを超える場合には、像保持体の表面形状に対して、クリーニングブレードの変形による追従性が悪くなり、接触不良によるクリーニング不良を生じやすくなる場合がある。
更に、JISのK−6255:96の反発弾性試験法に規定する反発弾性(以下単に反発弾性という)が4%未満のものは剛体に近くなりブレードエッジのトナー掻き取りの往復運動が起こりにくくなるために、トナーすりぬけが発生しやすく、また、85%を超えるものはブレード鳴きやブレード捲れが発生しやすくなる場合がある。
また、クリーニングブレードの食い込み量(像保持体表面に押し付けられることによるクリーニングブレードの変形量)としては、一概には言えないが、0.8mm以上1.6mm以下程度とすることが望ましく、1.0mm以上1.4mm以下程度とすることがより望ましい。さらに、クリーニングブレードの像保持体への接触角(像保持体表面の接線とクリーニングブレードとの為す角)としては、一概には言えないが、18°以上28°以下程度とすることが望ましい。
クリーニングブレードの像保持体への押圧力としては、3.0gf/mm以上9.0gf/mm以下であることが望ましく、4.7gf/mm以上7.7gf/mm以下であることがより望ましい。クリーニングブレードの押圧力が3.0gf/mmよりも小さい場合には、クリーニングムラが生じる場合があり9.0gf/mmよりも大きい場合は、像保持体の表面に傷が発生してしまう場合がある。
以下、本実施形態の画像形成装置の一例を示すが、これに限定されるわけではない。なお、図に示す主要部を説明し、その他はその説明を省略する。
図1は、本実施形態に係る画像形成装置の一例について示す概略構成図である。
図1に示す画像形成装置は、4連タンデム方式のカラー画像形成装置を示している。図1に示す画像形成装置は、色分解された画像データに基づくイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像を出力する電子写真方式の第1乃至第4の画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K(画像形成手段)を備えている。これらの画像形成ユニット(以下、単に「ユニット」と称する)10Y、10M、10C、10Kは、水平方向に互いに特定距離離間して並設されている。なお、これらユニット10Y、10M、10C、10Kは、画像形成装置に対して脱着されるプロセスカートリッジであってもよい。
各ユニット10Y、10M、10C、10Kの図面における上方には、各ユニットを通して中間転写体としての中間転写ベルト20が延設されている。中間転写ベルト20は、図における左から右方向に互いに離間して配置された駆動ローラ22及び中間転写ベルト20内面に接する支持ローラ24に巻回されて設けられ、第1ユニット10Yから第4ユニット10Kに向う方向に走行されるようになっている。尚、支持ローラ24は、図示しないバネ等により駆動ローラ22から離れる方向に付勢されており、両者に巻回された中間転写ベルト20に特定の張力が与えられている。また、中間転写ベルト20の像保持体側面には、駆動ローラ22と対向して中間転写体クリーニング装置30が備えられている。
また、各ユニット10Y、10M、10C、10Kの現像装置(現像手段)4Y、4M、4C、4Kのそれぞれには、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kに収容されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のトナーが供給される。
上述した第1乃至第4ユニット10Y、10M、10C、10Kは、同等の構成を有しているため、ここでは中間転写ベルト走行方向の上流側に配設されたイエロー画像を形成する第1ユニット10Yについて代表して説明する。尚、第1ユニット10Yと同等の部分に、イエロー(Y)の代わりに、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)を付した参照符号を付すことにより、第2乃至第4ユニット10M、10C、10Kの説明を省略する。
第1ユニット10Yは、像保持体として作用する感光体1Yを有している。感光体1Yの周囲には、感光体1Yの表面を特定の電位に帯電させる帯電ローラ2Y、帯電された表面を色分解された画像信号に基づくレーザ光線3Yよって露光して静電荷像を形成する露光装置3、静電荷像に帯電したトナーを供給して静電荷像を現像する現像装置(現像手段)4Y、現像したトナー像を中間転写ベルト20上に転写する1次転写ローラ5Y(1次転写手段)、及び1次転写後に感光体1Yの表面に残存するトナーを、クリーニングブレードにて除去する感光体クリーニング装置(クリーニング手段)6Yが順に配設されている。
尚、1次転写ローラ5Yは、中間転写ベルト20の内側に配置され、感光体1Yに対向した位置に設けられている。更に、各1次転写ローラ5Y、5M、5C、5Kには、1次転写バイアスを印加するバイアス電源(図示せず)がそれぞれ接続されている。各バイアス電源は、図示しない制御部による制御によって、各1次転写ローラに印加する転写バイアスを可変する。
以下、第1ユニット10Yにおいてイエロー画像を形成する動作について説明する。まず、動作に先立って、帯電ローラ2Yによって感光体1Yの表面が−600V以上−800V以下程度の電位に帯電される。
感光体1Yは、導電性の基体上に感光層を積層して形成されている。この感光層は、通常は高抵抗(一般の樹脂程度の抵抗)であるが、レーザ光線3Yが照射されると、レーザ光線が照射された部分の比抵抗が変化する性質を持っている。そこで、帯電した感光体1Yの表面に、図示しない制御部から送られてくるイエロー用の画像データに従って、露光装置3を介してレーザ光線3Yを出力する。レーザ光線3Yは、感光体1Yの表面の感光層に照射され、それにより、イエロー印字パターンの静電荷像が感光体1Yの表面に形成される。
静電荷像とは、帯電によって感光体1Yの表面に形成される像であり、レーザ光線3Yによって、感光層の被照射部分の比抵抗が低下し、感光体1Yの表面の帯電した電荷が流れ、一方、レーザ光線3Yが照射されなかった部分の電荷が残留することによって形成される、いわゆるネガ潜像である。
このようにして感光体1Y上に形成された静電荷像は、感光体1Yの走行に従って特定の現像位置まで回転される。そして、この現像位置で、感光体1Y上の静電荷像が、現像装置4Yによって可視像(現像像)化される。
現像装置4Y内には、例えば、イエロートナーが収容されている。イエロートナーは、現像装置4Yの内部で攪拌されることで摩擦帯電し、感光体1Y上に帯電した帯電荷と同極性(負極性)の電荷を有して現像剤ロール(現像剤保持体)上に保持されている。そして感光体1Yの表面が現像装置4Yを通過していくことにより、感光体1Y表面上の除電された潜像部にイエロートナーが静電的に付着し、潜像がイエロートナーによって現像される。イエローのトナー像が形成された感光体1Yは、引続き特定速度で走行され、感光体1Y上に現像されたトナー像が特定の1次転写位置へ搬送される。
感光体1Y上のイエロートナー像が1次転写へ搬送されると、1次転写ローラ5Yに特定の1次転写バイアスが印加され、感光体1Yから1次転写ローラ5Yに向う静電気力がトナー像に作用され、感光体1Y上のトナー像が中間転写ベルト20上に転写される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と逆極性の(+)極性であり、例えば第1ユニット10Yでは制御部に(図示せず)よって+10μA程度に制御されている。
一方、感光体1Y上に残留したトナーはクリーニング装置6Yで除去されて回収される。
また、第2ユニット10M以降の1次転写ローラ5M、5C、5Kに印加される1次転写バイアスも、第1ユニットに準じて制御されている。
こうして、第1ユニット10Yにてイエロートナー像の転写された中間転写ベルト20は、第2乃至第4ユニット10M、10C、10Kを通して順次搬送され、各色のトナー像が重ねられて多重転写される。
第1乃至第4ユニットを通して4色のトナー像が多重転写された中間転写ベルト20は、中間転写ベルト20と中間転写ベルト20内面に接する支持ローラ24と中間転写ベルト20の像保持面側に配置された2次転写ローラ(2次転写手段)26とから構成された2次転写部へと至る。一方、記録媒体Pが供給機構を介して2次転写ローラ26と中間転写ベルト20とが圧接されている隙間に特定のタイミングで給紙され、特定の2次転写バイアスが支持ローラ24に印加される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と同極性の(−)極性であり、中間転写ベルト20から記録媒体Pに向う静電気力がトナー像に作用され、中間転写ベルト20上のトナー像が記録媒体P上に転写される。尚、この際の2次転写バイアスは2次転写部の抵抗を検出する抵抗検出手段(図示せず)により検出された抵抗に応じて決定されるものであり、電圧制御されている。
この後、記録媒体Pは定着装置(定着手段)28へと送り込まれトナー像が加熱され、色重ねしたトナー像が溶融されて、記録媒体P上へ定着される。カラー画像の定着が完了した記録媒体Pは、排出部へ向けて搬出され、一連のカラー画像形成動作が終了される。
なお、上記例示した画像形成装置は、中間転写ベルト20を介してトナー像を記録媒体Pに転写する構成となっているが、この構成に限定されるものではなく、感光体から直接トナー像が記録紙に転写される構造であってもよい。
[プロセスカートリッジ]
図2は、本実施形態に係るプロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である。図2に示すプロセスカートリッジは、感光体107と、帯電装置108、現像装置111、クリーニングブレードを備えた感光体クリーニング装置(クリーニング手段)113が備えられたユニットを、露光のための開口部118、除電露光のための開口部117、及び取り付けレール116が配設された筐体119と組み合わせ、そして一体化したものである。
そして、このプロセスカートリッジは、転写装置112と、定着装置115と、図示しない他の構成部分とから構成される画像形成装置に対して着脱自在としたものであり、画像形成装置を構成するものである。なお、Pは記録媒体である。
図2で示すプロセスカートリッジでは、感光体107、帯電装置108、現像装置111、クリーニング装置(クリーニング手段)113を備えているが、これら装置は選択的に組み合わせることがなされる。具体的には、例えば、本実施形態のプロセスカートリッジでは、感光体107、現像装置111、及びクリーニング装置113のほかには、帯電装置108、及び転写装置112から選択される少なくとも1種を備える。
[現像剤カートリッジ]
次に、本実施形態の現像剤カートリッジについて説明する。本実施形態の現像剤カートリッジは、画像形成装置に脱着され、少なくとも、前記画像形成装置内に設けられた現像手段に供給するための現像剤を収納するものである。そして、当該現像剤として、上記実施形態に係る現像剤が適用される。
なお、図1に示す画像形成装置は、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kの着脱される構成を有する画像形成装置であり、現像装置4Y、4M、4C、4Kは、各々の現像装置(色)に対応した現像剤カートリッジと、図示しない現像剤供給管で接続されている。また、トナーカートリッジ内に収納されているトナーが少なくなった場合には、この現像剤カートリッジの交換がなされる。
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は下記実施例により限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は全て「質量部」を意味する。
[実施例1]
<HN処理外添剤の作製>
窒素雰囲気下、反応容器にエタノール160部、テトラエトキシシラン11部、水6部を入れ、100rpmで攪拌しているところに20%アンモニア水10部を10分かけて滴下した。30℃で4時間攪拌した後、液量が半分になるまでエバポレーターで濃縮留去した。ここに水を400部加え0.3M硝酸でpH4に調整したものを、遠心沈降機によって生成物を沈殿させた。上澄み液をデカンテーションで除去した後、凍結乾燥機で約60時間凍結乾燥させた後、シリカを白色粉末として得た。
ガラス製の反応容器内に、得られた白色粉末100部を仕込んだ後、反応容器内の真空度を0.05Torrに減圧し、60rpmの回転速度で6時間保った。この容器内に不活性ガスとしてアルゴンガスを導入し、真空容器内の圧力を0.7Torrに保った。次に、蒸気源に仕込まれた原料をレーザー加熱により蒸発させて、煙状化した粒子を蒸発源の上部に導入したHe―Ar混合ガスと共に、予め安定した放電状態にある放電プラズマ領域に搬送した。この放電プラズマ領域では、放電電極にOガスが導入されており、このガス雰囲気中でプラズマを発生させている状態になっている(O分圧1%)。O流量100ml/min、出力120Wで18分間プラズマ処理した(放電ギャップ:約10mm)。
プラズマ停止後、Oガスの供給を止め、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルジメチルメトキシシラン10部とトルエン150部との混合溶液(被覆層形成溶液(1))を引き入れ、プラズマ処理した粒子をその反応溶液中に浸した。60rpmで1時間攪拌した後に、1M水酸化ナトリウム水溶液を加えpH8に調整した。その後減圧留去により液量を1/3程度に減らし、1M水酸化ナトリウム水溶液を加えpH8に調整した後、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリエトキシシラン10部とトルエン20部との混合溶液(被覆層形成溶液(2))を引き入れ、60rpmで1時間攪拌した。その後、超音波を加えながら3時間混合した。
次に、シリカ粒子を分散させた溶液をエバポレーターで減圧留去し、液量が半分になった時点でエタノール50部を添加した。エバポレーターで減圧留去し、更に150℃で3時間の加熱を加えて得られた固形物を粉砕して、個数平均粒径12nmのHN処理外添剤を得た。
次に、得られたHN処理外添剤の表面に、次のようにして潤滑剤を被覆した。ジンクステアレート/イソプロパノールゾル(分散径約0.03μm)を調整し、ニーダー中に、上記HN処理外添剤とイソプロパノールを入れて30℃で1時間攪拌した。その後、HN処理外添剤に対しての処理量が0.3質量部になるようにジンクステアレート/イソプロパノールゾルを加え、攪拌しながら80℃まで加温した。エバポレーターで減圧留去し、更に150℃で1時間の加熱を加えて得られた固形物を粉砕して、個数平均粒径12nmの潤滑剤被覆HN処理外添剤を得た。
<トナーの作製>
(樹脂分散液(1A)の調製)
・スチレン 370部
・n−ブチルアクリレート 30部
・アクリル酸 8部
・ドデカンチオール 24部
・四臭化炭素 4部
以上の成分を混合して溶解したものを、非イオン性界面活性剤(ノニポール400:三洋化成(株)製)6部及びアニオン性界面活性剤(ネオゲンSC:第一工業製薬(株)製)10部をイオン交換水550部に溶解したものにフラスコ中で乳化分散させ、10分間ゆっくり混合しながら、これに過硫酸アンモニウム4部を溶解したイオン交換水50部を投入した。窒素置換を行った後、前記フラスコ内を攪拌しながら内容物が70℃になるまでオイルバスで加熱し、5時間そのまま乳化重合を継続した。その結果体積平均粒径157nmであり、Tg=59℃、重量平均分子量Mw=12000の樹脂粒子が分散された樹脂分散液(1A)が得られた。
(樹脂分散液(2A)の調製)
・スチレン 280部
・n−ブチルアクリレート 120部
・アクリル酸 7部
以上の成分を混合して溶解したものを、非イオン性界面活性剤(ノニポール400:三洋化成(株)製)6部及びアニオン性界面活性剤(ネオゲンSC:第一工業製薬(株)製)12部をイオン交換水550部に溶解したものにフラスコ中で乳化分散させ、10分間ゆっくり混合しながら、これに過硫酸アンモニウム3部を溶解したイオン交換水50部を投入した。窒素置換を行った後、前記フラスコ内を攪拌しながら内容物が70℃になるまでオイルバスで加熱し、5時間そのまま乳化重合を継続した。その結果体積平均粒径105nmであり、Tg=53℃、重量平均分子量Mw=550000の樹脂粒子が分散された樹脂分散液(2A)が得られた。
(着色分散液の調製)
・カーボンブラック 50部
(モーガルL:キャボット製)
・ノニオン性界面活性剤 5部
(ノニポール400:三洋化成(株)製)
・イオン交換水 200部
以上の成分を混合して、溶解、ホモジナイザー(ウルトラタラックスT50:IKA社製)を用いて10分間分散し、平均粒径が250nmである着色剤(カーボンブラック)粒子が分散された着色分散剤を調製した。
(離型剤分散液)
・パラフィンワックス 51部
(HNP0190:日本精蝋(株)製、融点85℃)
・カチオン性界面活性剤 6部
(サニゾールB50:花王(株)製)
以上の成分を、丸型ステンレス鋼製フラスコ中でホモジナイザー(ウルトラタラックスT50:IKA社製)を用いて10分間分散した後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、平均粒径が550nmである離型剤粒子が分散された離型剤分散液を調製した。
(トナー粒子の調製)
・樹脂分散液(1A) 120部
・樹脂分散液(2A) 78部
・着色分散液 202部
・離型剤分散液 40部
・カチオン性界面活性剤 1.5部
(サニゾールB50:花王(株)製)
以上の成分を、丸型ステンレス鋼鉄フラスコ中でホモジナイザー(ウルトラタラックスT50:IKA社製)を用いて混合し、分散した後、加熱用オイルバス中でフラスコ内を攪拌しながら46℃まで加熱した。46℃で20分間保持した後、光学顕微鏡で確認したところ、平均粒径が4.9μmである凝集粒子が形成されていることが確認された。更に上記分散液に、樹脂含有粒子分散液として樹脂分散液(1A)を緩やかに60部追加した。そして加熱用オイルバスの温度を49℃まで上げて30分間保持した。光学顕微鏡にて観察したところ、平均粒径が5.6μmである粒子が形成されていることが確認された。
上記粒子分散液にアニオン性界面活性剤(ネオゲンSC:第一工業製薬(株)製)3部を追加した後、前記ステンレス鋼鉄フラスコ中を密閉し、磁力シールを用いて攪拌しながら105℃まで加熱し、4時間保持した。
次に、冷却後、反応生成物をろ過し、イオン交換水で充分に洗浄した後、乾燥させることにより、体積平均粒径D50vが5.8μmのトナー粒子を得た。
続いて、このトナー100質量部と、上記潤滑剤被覆HN処理外添剤1.2質量部をヘンシェルミキサーを用い周速32m/sで10分間ブレンドをおこなった後、目開き45μmのシーブを用いて粗大粒子を除去し、外添剤が外添されたトナーを得た。
<現像剤の作製>
・フェライト粒子(平均粒径:50μm):100部
・トルエン:14部
・スチレン−メタクリレート共重合体(成分比(モル比):90/10:Mw=80000):2部
・カーボンブラック(R330:キャボット社製):0.2部
まず、フェライト粒子を除く上記成分を10分間スターラーで撹拌させて、分散した被覆液を調整し、次に、この被覆液とフェライト粒子を真空脱気型ニーダーに入れて、60℃において30分撹拌した。その後、さらに加温しながら減圧して脱気し、乾燥させることによりキャリヤを得た。
次に、キャリヤ100部と上記外添剤が外添されたトナー5部とをV−ブレンダーを用い40rpmで20分間攪拌し、177μmの網目を有するシーブで篩うことにより現像剤を得た。
[実施例2]
<HN処理外添剤の作製>
N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルジメチルメトキシシランの代わりにN−2(アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリエトキシシランの代わりにN−2(アミノエチル)3−アミノプロピルジメチルエトキシシランを用いた以外は、実施例1と同様にして、個数平均粒径12nmのHN処理外添剤を得た。
次に、得られたHN処理外添剤の表面に、次のようにして潤滑剤を被覆した。マグネシウムステアレートをキシレン溶剤中に分散させ、約88度の湯浴にて溶解させた。HN処理外添剤への処理量が0.4質量部になるように、HN処理外添剤を加え、攪拌しながら80℃まで加温した。エバポレーターで減圧留去し、更に150℃で1時間の加熱を加えて得られた固形物を粉砕して、個数平均粒径12nmの潤滑剤被覆HN処理外添剤を得た。
<トナー、及び現像剤の作製>
作製した潤滑剤被覆HN処理外添剤を用いる以外は、実施例1と同様にしてトナー、及び現像剤を得た。
[実施例3]
N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルジメチルエトキシシランの代わりに、N−トリメトキシシリルプロピルジアミノビフェニル、マグネシウムステアレートの代わりにフッ素樹脂粒子(ルブロンL−5,ダイキン工業社製)を用いた以外は実施例2と同様にして、潤滑剤被覆HN処理外添剤を用いたトナー、及び現像剤を得た。
[実施例4]
低分子量ポリエチレン(セリダスト3620,ヘキストジャパン社製)を用い、HN処理外添剤に対して0.5部になるように処理した以外は実施例2と同様にして、潤滑剤被覆NH処理外添剤を用いたトナー、及び現像剤を得た。
[実施例5]
テトラエトキシシランの代わりにテトラn−ブトキシチタネート19部、20%アンモニア水を0部にし、水を30分かけて滴下した以外は実施例2と同様にして、個数平均粒径15nmの潤滑剤被覆NH処理外添剤を用いたトナー、及び現像剤を得た。
[実施例6]
100rpmではなく200rpmで攪拌、アンモニア水を7分で滴下、30℃で6時間攪拌した以外は実施例2と同様にして、個数平均粒径40nmの潤滑剤被覆NH処理外添剤を用いたトナー、及び現像剤を得た。
[実施例7]
100rpmではなく250rpmで攪拌、アンモニア水15部を7分で滴下、35℃で6時間攪拌した以外は実施例2と同様にして、個数平均粒径120nmの潤滑剤被覆NH処理外添剤を用いたトナー、及び現像剤を得た。
[実施例8]
実施例1のHN処理外添剤1.2部と、平均粒径3μmのジンクステアレートを0.3部とを用いた以外は同様にして、NH処理外添剤と固体潤滑剤粒子が外添されたトナー、現像剤を得た。
[実施例9]
実施例2のHN処理外添剤と、平均粒径3μmのマグネシウムステアレートを用いた以外は、実施例8と同様にして、NH処理外添剤と固体潤滑剤粒子が外添されたトナー、現像剤を得た。
[実施例10]
実施例3のHN処理外添剤と、フッ素樹脂粒子(ルブロンL−5,ダイキン工業社製)を用いた以外は、実施例8と同様にして、NH外添剤と固体潤滑剤が外添されたトナー、現像剤を得た。
[実施例11]
実施例2のHN処理外添剤と、低分子量ポリエチレン(セリダスト3620,ヘキストジャパン社製)を用いた以外は、実施例8と同様にして、NH処理外添剤と固体潤滑剤粒子が外添されたトナー、現像剤を得た。
[実施例12]
実施例5のHN処理外添剤を用いた以外は、実施例8と同様にして、NH処理外添剤と固体潤滑剤粒子が外添されたトナー、現像剤を得た。
[実施例13]
実施例6のHN処理外添剤を用いた以外は、実施例8と同様にして、NH処理外添剤と固体潤滑剤粒子が外添されたトナー、現像剤を得た。
[実施例14]
実施例7のHN処理外添剤を用いた以外は、実施例8と同様にして、NH処理外添剤と固体潤滑剤粒子が外添されたトナー、現像剤を得た。
[比較例1]
ジンクスステアレートを用いなかった以外は実施例1と同様にして、NH外添剤が外添されたトナー、現像剤を得た。
[比較例2]
凍結乾燥後のシリカ粉末にN含有シラン処理を施さず、ジンクステアレート処理をした以外は実施例1と同様にして、潤滑剤被覆外添剤が外添されたトナー、現像剤を得た。
[比較例3]
凍結乾燥後のシリカ粉末にN含有シラン処理を施さず、HMDS(ヘキサメチルジシラザン)処理をした以外は実施例8と同様にして、HMDS被覆外添剤が外添されたトナー、現像剤を得た。
[比較例4]
N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン7部、N−トリメトキシシリルプロピルジアミノビフェニル4部を用いた以外は実施例3と同様にして、潤滑剤被覆NH処理外添剤が外添されたトナー、現像剤を得た。
[比較例5]
N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジエトキシシランを20部用いた以外は実施例4と同様にして、潤滑剤被覆NH処理外添剤が外添されたトナー、現像剤を得た。
[比較例6]
N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン7部、N−トリメトキシシリルプロピルジアミノビフェニル4部を用いた以外は実施例10と同様にして、NH処理外添剤と固体潤滑剤粒子が外添されたトナー、現像剤を得た。
[比較例7]
N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン20部を用いた以外は実施例11と同様にして、NH処理外添剤と固体潤滑剤粒子が外添されたトナー、現像剤を得た。
なお、得られたトナーの特性及び構成につき、表1乃至表3に一覧にして示す。
[評価]
評価にはクリーニングブレードを備えたタンデム方式の画像形成装置(富士ゼロックス社製、DocuPrint405/505)を用いた。なお、クリーニングブレードの押圧力は6.1gf/mmに設定した。
<評価1>
評価に際しては、高温高湿環境(40℃、85%RH)下にて、各例で作製した現像剤を用いて、A4サイズの記録用紙に画像濃度1.2%の黒色画像を10枚形成後、1時間放置するプロセスを1000回繰り返し連続して10000枚の画像形成を行った。その後、低温低湿環境(15℃10%RH)下にて36時間シーズニング後、同様の画像形成を行った。その後、一旦高温高湿環境下にて再度24時間シーズニング後、同様の画像形成を行った。その後、以下の評価を行った。結果を表1乃至表3に示す。
<評価2>
更に、高温高湿環境(40℃85%RH)下にて36時間シーズニング後、同様の画像形成を行った。その後、さらに低温低湿環境(15℃10RH%)下にて36時間シーズニング後、再度同様の画像形成を行った。その後、以下の評価を行った。結果を表1乃至表3に示す。なお、評価1ですでに問題が発生した場合は、本評価2を行わなかった。
−クリーニングブレード・感光体トルク−
クリーニングブレード・感光体トルクについては、クリーニングブレード・感光体を有するユニットを画像形成装置から取り外し、感光体を手で回して、下記評価基準で評価した。
低:動きが円滑。
やや低:動き始めはやや引っ掛かりがあるが、動き出すと円滑。
中:動き始めはやや引っ掛かりがあり、動きだしてもやや引っかかりを感じる。
高:力を入れないと動かない。
−ブレードニップ部滞留物観察−
クリーニングブレードを取り外し、キーエンス社製レーザー顕微鏡(VK−9500)を用い、700/10000/30000倍で1cmおきにブレードニップ部を観察し、下記評価基準で評価した。
○:凝集がなく滞留物によるダムが形成されていた。
△+:やや凝集が生じた滞留物によるダムが形成されていた。
△:若干凝集が生じた滞留物によるダムが形成されていた。
×:大部分で凝集が生じた滞留物によるダムが形成されていた。
−クリーニングブレードによる回収トナー観察−
クリーニングブレードにより回収したトナーを採取し、SEMにて観察し、下記評価基準で評価した。
○:外添剤の埋没が若干存在した(通常レベル)。
△:一部潰れたトナー粒子が存在した。
×:大部分で潰れたトナー粒子が存在した。
−クリーニング部材からの噴出し−
クリーニング部材からの噴出しについては、クリーニング部材表面、クリーニング部材近傍の現像機表面をテープにより転写し、下記評価基準で評価した。
○:クリーニングブレードからの噴出しが全く発生していなかった。
△:クリーニングブレードからの噴出しが若干発生していた。
×: クリーニングブレードからの噴出しが発生していた。
−画質汚れ−
画質汚れについては、評価1,2共に10000枚目の画像形成物に対して、下記評価基準で評価した。
○:帯状かぶりが全く発生していなかった。
△:帯状かぶりが若干発生していた。
×:帯状かぶりが発生していた。
Figure 2010224163
Figure 2010224163
Figure 2010224163
上記結果から、本実施例では、比較例に比べ、クリーニングブレード・感光体トルク、ブレードニップ部滞留物観察、クリーニングブレードによる回収トナー観察、クリーニング部材からの噴出し、画質汚れについて良好な結果が得られた。
1Y、1M、1C、1K 感光体
2Y、2M、2C、2K 帯電ローラ
3Y、3M、3C、3K レーザ光線
3 露光装置
4Y、4M、4C、4K 現像装置
5Y、5M、5C、5K 1次次転写ローラ
6Y、6M、6C、6K クリーニング装置
8Y、8M、8C、7K トナーカートリッジ
10Y、10M、10C、10K 画像形成ユニット
20 中間転写ベルト
22 駆動ローラ
24 支持ローラ
26 2次転写ローラ
28 定着装置
30 中間転写体クリーニング装置
107 感光体
108 帯電装置
108 帯電装置
111 現像装置
112 転写装置
115 定着装置
116 取り付けレール
117 開口部
118 開口部
119 筐体

Claims (6)

  1. トナー粒子と、
    固体潤滑剤で被覆された無機粒子であって、水素及び窒素を含む有機材料を含有する被覆層を表面に有し、X線光電子分光法によりArエッチングしながら測定した窒素原子の含有量がArエッチング時間0秒以上100秒以下の範囲内において0.6原子%以上2.9原子%以下である無機粒子と、
    を含む静電荷像現像用トナー。
  2. トナー粒子と、
    水素及び窒素を含む有機材料を含有する被覆層を表面に有し、X線光電子分光法によりArエッチングしながら測定した窒素原子の含有量がArエッチング時間0秒以上100秒以下の範囲内において0.6原子%以上2.9原子%以下である無機粒子と、
    潤滑剤粒子と、
    を含む静電荷像現像用トナー。
  3. 請求項1又は2に記載の静電荷像現像用トナーを含むことを特徴とする静電荷像現像用現像剤。
  4. 画像形成装置に脱着され、少なくとも、前記画像形成装置内に設けられた現像手段に供給するための静電荷像現像用現像剤を収納し、
    前記静電荷像現像用現像剤が、請求項3に記載の静電荷像現像用現像剤である静電荷像現像用現像剤カートリッジ。
  5. 像保持体と、
    請求項3に記載の静電荷像現像用現像剤を収納すると共に、像保持体表面上に形成された静電潜像を前記静電荷像現像用現像剤によりトナー像に現像する現像手段と、
    像保持体表面上に残存したトナーをクリーニングブレードにより除去するトナー除去手段と、
    を少なくとも備え、
    画像形成装置に脱着されるプロセスカートリッジ。
  6. 像保持体と、
    前記像保持体の表面を帯電させる帯電手段と、
    前記像保持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
    前記像保持体表面上に形成された前記静電潜像を前記静電荷像現像用現像剤によりトナー像に現像する現像手段と、
    前記像保持体の表面に形成された前記トナー像を記録媒体表面に転写する転写手段と、
    前記記録媒体に転写された前記トナー像を定着する定着手段と、
    像保持体表面上に残存したトナーをクリーニングブレードにより除去するトナー除去手段と、
    を備え、
    前記静電荷像現像用現像剤が、請求項3に記載の静電荷像現像用現像剤である画像形成装置。
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