JP2012068524A - 静電荷像現像用キャリア、静電荷像現像剤、画像形成方法、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

静電荷像現像用キャリア、静電荷像現像剤、画像形成方法、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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Abstract

【課題】被覆層に含まれる粒子の離脱が抑制される静電荷像現像用キャリアの提供。
【解決手段】芯材粒子と、前記芯材粒子の表面を被覆し、ポリフェニレンエーテルを含有する被覆樹脂と粒子とを含む被覆層と、を有する静電荷像現像用キャリア。
【選択図】なし

Description

本発明は、静電荷像現像用キャリア、静電荷像現像剤、画像形成方法、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。
キャリアは、表面に被覆層を有するコートキャリアと、被覆層を有しない非コートキャリアに大別され、コートキャリアとしては、例えば、含窒素フッ素化アルキル(メタ)アクリレートとビニル系モノマーの共重合体や、フッ素化アルキル(メタ)アクリレートと含窒素ビニル系モノマーの共重合体をキャリア芯材表面に被覆したものが提案されている(例えば、特許文献1又は特許文献2参照)。
特許文献3には、芯材表面に樹脂被覆層を有する乾式2成分現像剤用キャリアにおいて、その樹脂層に樹脂全体の30重量%以下の樹脂微粒子が含有されており、かつ樹脂微粒子の一部が炭化していることを特徴とする静電潜像現像用キャリアが提案されている
特許文献4には、磁性を備えたキャリア芯材と、このキャリア芯材の表面を被覆する高分子量ポリエチレン樹脂とを有する電子写真用キャリアにおいて、キャリア芯材の表面を被覆する高分子量ポリエチレン樹脂の表面に、厚さが0.01〜2μmの荷電制御能を有する樹脂層、または厚さが0.01〜2μmの荷電制御能を有する微粒子層が形成されてなることを特徴とする電子写真用キャリアが開示されている。
特許文献5には、鉄、ニッケル、フェライト等の強磁性体より成るキャリア芯材の超鉄粉を除去した後、絶縁性樹脂により芯材表面がコーティングされていることを特徴とする静電像現像用キャリアが開示されている。
特開昭61−80601号公報 特開昭61−80162号公報 特開平11−231574号公報 特開平9−204075号公報 特開平2−64559号公報
本発明の目的は、ポリフェニレンエーテルを含有しない場合に比較して、被覆層に含まれる粒子の離脱と画像欠損の発生が抑制される静電荷像現像用キャリアを提供することである。
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
請求項1に係る発明は、
芯材粒子と、
前記芯材粒子の表面を被覆し、ポリフェニレンエーテルを含有する被覆樹脂と粒子とを含む被覆層と、
を有する静電荷像現像用キャリアである。
請求項2に係る発明は、
前記ポリフェニレンエーテルの数平均分子量は、5000以上20000以下である、請求項1に記載の静電荷像現像用キャリアである。
請求項3に係る発明は、
前記被覆層に含まれる前記粒子は、メラミン樹脂粒子である、請求項1又は請求項2に記載の静電荷像現像用キャリアである。
請求項4に係る発明は、
トナーと、請求項1から請求項3に記載の静電荷像現像用キャリアと、を含む静電荷像現像剤である。
請求項5に係る発明は、
前記トナーに含まれるトナー粒子の形状係数SF1は110以上145以下であり、かつ、前記トナー粒子の体積平均粒度分布GSDvは1.15以上1.25以下である、請求項4に記載の静電荷像現像剤である。
請求項6に係る発明は、
像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
帯電された前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、
前記像保持体の表面に形成された前記静電荷像を請求項4又は請求項5に記載の静電荷像現像剤により現像してトナー像を形成する現像工程と、
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の表面に転写する転写工程と、
前記記録媒体の表面に転写された前記トナー像を前記記録媒体に定着させる定着工程と、
を有する画像形成方法である。
請求項7に係る発明は、
請求項4又は請求項5に記載の静電荷像現像剤が収容された現像剤カートリッジである。
請求項8に係る発明は、
請求項4又は請求項5に記載の静電荷像現像剤が収容された現像手段を備えたプロセスカートリッジである。
請求項9に係る発明は、
像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電された前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
前記像保持体の表面に形成された前記静電荷像を請求項4又は請求項5に記載の静電荷像現像剤により現像してトナー像を形成する現像手段と、
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の表面に転写する転写手段と、
前記記録媒体の表面に転写された前記トナー像を前記記録媒体に定着させる定着手段と、
を有する画像形成装置である。
請求項1に係る発明によれば、被覆層がポリフェニレンエーテルを含有する被覆樹脂を含まない場合に比較して、被覆層に含まれる粒子の離脱と画像欠損の発生が抑制される。
請求項2に係る発明によれば、ポリフェニレンエーテルの数平均分子量が上記範囲から外れる場合に比較して、被覆層に含まれる粒子の離脱と画像欠損の発生が抑制される。
請求項3に係る発明によれば、被覆層に含まれる粒子がメラミン樹脂粒子ではない場合に比較して、被覆層に含まれる粒子の離脱と画像欠損の発生が抑制される。
請求項4に係る発明によれば、キャリアの被覆層がポリフェニレンエーテルを含有する被覆樹脂を含まない場合に比較して、キャリアの被覆層からの粒子の離脱と画像欠損の発生が抑制される。
請求項5に係る発明によれば、トナー粒子の形状係数SF1又は体積平均粒度分布GSDvが上記範囲から外れる場合に比較して、キャリアの被覆層からの粒子の離脱と画像欠損の発生が抑制される。
請求項6から請求項9に係る発明によれば、キャリアの被覆層がポリフェニレンエーテルを含有する被覆樹脂を含まない場合に比較して、被覆層に含まれる粒子の離脱に起因する画像欠損の発生が抑制される。
第一実施形態に係る画像形成装置の基本構成を示す概略構成図である。 第二実施形態に係る画像形成装置の基本構成を示す概略構成図である。 第三実施形態に係る画像形成装置の基本構成を示す概略構成図である。
以下、本発明の静電荷像現像用キャリア、静電荷像現像剤、画像形成方法、現像剤カートリッジ、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置の実施形態について詳細に説明する。
[静電荷像現像用キャリア]
本実施形態に係る静電荷像現像用キャリア(以下、単に「キャリア」と称することがある。)は、芯材粒子と、前記芯材粒子の表面を被覆し、ポリフェニレンエーテルを含有する被覆樹脂と粒子(以下、「被覆層用粒子」と称する場合がある)とを含む被覆層と、を有する。
本実施形態のキャリアは、上記構成であることにより、被覆層用粒子の離脱が抑制される。その理由は定かではないが、以下のように推測される。
例えば、低温低湿環境下及び高温高湿環境下において交互に連続して長期間画像を出力する場合、キャリアの被覆層に含まれる被覆樹脂が、高温下における熱膨張と低温下における収縮とを繰り返し、被覆層に大きなストレスがかかることが考えられる。このような使用状況においては、上記ストレスによって被覆層用粒子が被覆層から離脱してしまう場合があり、例えば離脱した被覆層用粒子が画像形成装置内の部材(帯電部材や像保持体等)の表面に付着すると、画像欠損を引き起こすことが考えられる。
一方、本実施形態では、被覆層にポリフェニレンエーテルが含まれている。そして、このポリフェニレンエーテルは、アクリル樹脂等の他の樹脂に比べて、線膨張係数が小さいという特徴を有している。ここで上記線膨張係数は、温度の上昇に対応して長さが変化する割合を示した係数で、温度変化に対する物質の変化の指標の一つである。また線膨張係数が大きいとは、温度変化に対する被覆樹脂の変化が大きいことを意味する。すなわちポリフェニレンエーテルは、高温下における熱膨張や低温下における収縮の度合いが他の樹脂に比べて小さいと考えられる。
そのため、キャリアの被覆層にポリフェニレンエーテルが含まれると、キャリアが高温下及び低温下に交互にさらされても、被覆層の熱膨張及び収縮が小さいため、被覆層用粒子の離脱が抑制され、離脱した被覆層用粒子に起因する画像欠陥も抑制されると推測される。
また本実施形態では、被覆層用粒子として樹脂粒子を用いることにより、例えばキャリア全体の帯電を制御しやすくなり、被覆層用粒子として無機粒子を用いることにより、例えば電気抵抗の調整がしやすくなることが考えられる。そして本実施形態では、上記の通り、被覆層用粒子が被覆層から離脱することが抑制され、被覆層中に維持されやすいため、被覆層用粒子を用いることの上記利点も発揮されやすくなると推測される。
本実施形態では、ポリフェニレンエーテルの数平均分子量が5000以上20000以下であることが好ましい。ポリフェニレンエーテルの数平均分子量が上記範囲であることによって、上記範囲から外れた場合に比べて、被覆層用粒子の離脱が抑制される。その理由は定かではないが、以下のように推測される。
具体的には、ポリフェニレンエーテルの数平均分子量が上記範囲である場合、上記範囲よりも小さい場合に比べて樹脂の強度が高いため、強度の高い被覆層が形成されると考えられる。そのため、数平均分子量が小さい場合に比べて、被覆層の強度が低いことに起因する被覆層用粒子の離脱が抑制されると考えられる。
また、ポリフェニレンエーテルの数平均分子量が上記範囲よりも大きい場合は、ポリフェニレンエーテルの溶剤溶解性が低下し、被覆層の形成が難しいため、もろい被覆層が形成されてしまうと考えられる。よって、ポリフェニレンエーテルの数平均分子量が上記範囲である場合には、上記範囲よりも大きい場合に比べて、被覆層のもろさに起因する被覆層用粒子の離脱が抑制されると考えられる。
ポリフェニレンエーテルの数平均分子量としては、7000以上17000以下であってもよく、8000以上16000以下であってもよい。
上記数平均分子量の測定は、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定される。このGPCによる数平均分子量の測定は、東ソー社製のHLC−8120GPCを使用し、カラム温度40℃、ポンプ流量0.4mL/分、検出器としてRI(GPC本体に内蔵されている)を用いる。データ処理は、あらかじめ分子量が既知の標準PEGの検量線(分子量1000以上での検量)を用いて、PEG換算分子量より分子量を得る。なお、測定条件は以下の通りである。
使用カラム:SuperAWM−H+SuperAWM−H+SuperAW3000
移動相:10mM LiBr+N−メチルピロリドン
注入量:20μl
サンプル濃度:0.1%(w/w)
本実施形態では、被覆層用粒子としてメラミン樹脂粒子を用いることが望ましい。被覆層用粒子としてメラミン樹脂粒子を用いることにより、他の種類の被覆層用粒子を用いた場合に比べて、被覆層用粒子の離脱がさらに抑制される。
その理由は定かではないが、メラミン樹脂粒子を構成するメラミン樹脂は芳香族環を有するため、被覆樹脂に含まれるポリフェニレンエーテルの芳香族環との間でπ電子相互作用が働き、メラミン樹脂とポリフェニレンエーテルとの分子間の引力が働きやすくなると考えられる。そのため、芯材粒子に被覆層を形成する際の溶媒を除去する工程で加熱することによって被覆層用粒子の体積変化による応力がかかっても、メラミン樹脂とポリフェニレンエーテルと間に働く上記引力の作用で密着性が良好となるため、被覆層用粒子が離脱しにくくなると推測される。
本実施形態では、形状係数SF1が110以上145以下であり、かつ、体積平均粒度分布GSDvが1.15以上1.25以下であるトナー粒子を含むトナーと組み合わせて用いることが望ましい。それにより、トナー粒子の形状係数SF1又は体積平均粒度分布GSDvが上記範囲から外れるトナーと組み合わせて用いる場合に比べて、キャリアの被覆層から被覆層用粒子が離脱することが抑制される。その理由は定かではないが、以下のように推測される。
形状係数SF1及び体積平均粒度分布GSDvが上記範囲内であるトナー粒子は、例えば形状係数SF1が上記範囲よりも大きい場合に比べて球に近い形状であり、体積平均粒度分布GSDvが上記範囲よりも大きい場合に比べて粒径が揃っている。すなわち、上記トナー粒子は、球に近い形状であるとともに、粒径が揃っているため、形状が歪なトナー粒子や粒径が揃っていないトナー粒子に比べて、現像器内における撹拌等によってキャリアに与える衝撃が小さいと考えられる。そのため、トナー粒子による衝撃に起因してキャリアの被覆層から被覆層用粒子が離脱することも抑制されると推測される。
上記トナー粒子の形状係数SF1は、110以上145以下であってもよく、120以上135以下であってもよい。またトナー粒子の体積平均粒度分布GSDvは、1.15以上1.25以下であってもよい。
形状係数SF1の測定は、例えば顕微鏡画像又は走査電子顕微鏡画像を画像解析装置によって解析することによって数値化される。具体的には、例えば、スライドグラス上に散布したトナー粒子の光学顕微鏡像を、ビデオカメラを通じてルーゼックス画像解析装置に取り込み、50個以上のトナー粒子について下記式のSF1を計算し、平均値を求めることにより得られる。
式:SF1=(ML2/A)×(π/4)×100
ここで、MLはトナー粒子の絶対最大長、Aはトナー粒子の投影面積である。
体積平均粒度分布GSDvの測定は、例えば、コールターマルチサイザーII(ベックマン−コールター社製)を用い、電解液としてISOTON−II(ベックマン−コールター社製)を使用して測定し、測定によって得られた粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、体積について小径側から累積分布を描き、累積16%となる粒径をD16v、累積50%となる粒径をD50v、累積84%となる粒径をD84vと定義する。これらを用いて、体積平均粒度分布GSDvは、(D84v/D16v1/2として算出される。また、後述する体積平均粒径は、上記D50vとして得られた値である。
以下、本実施形態において使用される材料、工程条件、評価・分析条件などについて詳細に記載する。
<被覆層>
被覆層は、上記の通り、ポリフェニレンエーテルを含有する被覆樹脂と、被覆層用粒子と、を含み、必要に応じてその他の成分を含んでもよい。
−被覆層用粒子−
被覆層用粒子としては、上記の通り、樹脂粒子や無機粒子が挙げられる。
樹脂粒子としては、例えば帯電制御付与性のあるものが挙げられ、具体的には、例えば、メラミン樹脂粒子、尿素樹脂粒子、ウレタン樹脂粒子、ポリエステル樹脂粒子、アクリル樹脂粒子等が挙げられる。
樹脂粒子の体積平均粒径としては、例えば0.01μm以上1μm以下の範囲が挙げられ、0.03μm以上0.3μm以下であってもよい。
樹脂粒子の添加量としては、例えば、キャリア全体に対して0.01質量%以上1質量%以下の範囲が挙げられ、0.1質量%以上0.5質量%以下であってもよい。また被覆層全体に対する樹脂粒子の含有量としては、例えば10質量%以上30質量%以下の範囲が挙げられる。
一方、無機粒子としては、例えば、カーボンブラックのほか、金、銀、銅といった金属や、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、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、アンチモンをドープされた酸化錫、錫をドープされた酸化インジウム、アルミニウムをドープされた酸化亜鉛、金属で被覆した樹脂粒子等が例示される。
電気抵抗の調整で無機粒子を用いる場合、無機粒子の体積固有抵抗としては、例えば、10−4Ω・cm以上10Ω・cm以下の範囲が挙げられる。
無機粒子の体積平均粒径としては、例えば、0.005μm以上0.5μm以下の範囲が挙げられる。
無機粒子の添加量としては、例えば、キャリア全体に対して0.1質量%以上1質量%以下の範囲が挙げられる。また被覆層全体に対する無機粒子の含有量としては、例えば3質量%以上30質量%以下の範囲が挙げられ、5質量%以上20質量%以下の範囲であってもよい。
−被覆樹脂−
被覆樹脂は、上記の通りポリフェニレンエーテルを含み、必要に応じてその他の樹脂を含んでもよい。
ポリフェニレンエーテルは、特に限定されず、純粋なポリフェニレンエーテルでもよく、変性ポリフェニレンエーテルでもよいが、純粋なポリフェニレンエーテルの方が好ましい。
変性ポリフェニレンエーテルとしては、例えば、ポリスチレン、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリアセタール、ポリフェニレンスルファイド等の他の合成樹脂とアロイ化されたものが挙げられる。
被覆樹脂全体に対するポリフェニレンエーテルの含有量としては、例えば、70質量%以上100質量%以下の範囲が挙げられ、80質量%以上100質量%以下の範囲であってもよい。
また、ポリフェニレンエーテルの線膨張係数としては、例えば4.0×10−5/℃以上6.5×10−5/℃以下の範囲が挙げられる。
被覆樹脂に含まれるその他の樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等ポリオレフィン系樹脂;ポリスチレン、アクリル樹脂、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、ポリビニルケトン等のポリビニル系又はポリビニリデン系樹脂;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;ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素樹脂;ポリエステル;ポリウレタン;ポリカーボネート;尿素・ホルムアルデヒド樹脂等のアミノ樹脂;エポキシ樹脂等が挙げられる
−その他の成分−
被覆層は、上記成分のほかに、その他の成分を含んでもよい。その他の成分としては、例えば、帯電制御剤、含窒素樹脂等が挙げられる。
−被覆層の形成−
被覆層を芯材粒子表面に形成する方法としては、例えば、湿式塗布法及び乾式塗布法が挙げられる。
乾式塗布法としては、例えば、芯材粒子と被膜層形成材料との混合物を乾燥状態で加熱して被覆層を形成する方法が挙げられる。具体的には、例えば、溶媒を用いずに、芯材粒子と被膜層形成材料とを気相中で混合して加熱溶融し、被膜層を形成する。
一方、湿式塗布法としては、例えば、芯材粒子を被覆層形成溶液中に浸漬して被覆する浸漬法、被覆層形成溶液を芯材粒子表面に噴霧するスプレー法、芯材粒子を流動床中に流動化させた状態で被覆層形成溶液を噴霧する流動床法、ニーダーコーター中で芯材粒子と被覆層形成溶液とを混合し、溶剤を除去するニーダーコーター法などが挙げられるが、その中でもニーダーコーター法が特に好適である。
湿式塗布法において用いられる被覆樹脂溶液には、上記ポリフェニレンエーテル、被覆層用粒子、及び必要に応じて用いられるその他の成分のほか、これらを溶解又は分散させる溶剤が含まれる。溶剤としては、被覆樹脂を溶解するものであれば特に限定されなが、具体的には、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などが使用される。
被覆層の膜厚としては、例えば、0.1μm以上10μm以下が挙げられ、0.3μm以上5μm以下の範囲であってもよい。
被覆層の平均膜厚(μm)は、芯材粒子の真比重をρ(無次元)、芯材粒子の体積平均粒子径をd(μm)、被覆層の平均比重をρC、芯材粒子1質量部に対する被覆層の全含有量をWC(質量部)とすると、下記式(4)で求められる。
・式(4)
平均膜厚(μm)=[キャリア1個当たりの被覆樹脂量(導電粉等の添加物もすべて含む)/キャリア1個当たりの表面積]÷被覆層の平均比重
=[4/3π・(d/2)・ρ・WC]/[4π・(d/2)]÷ρC
=(1/6)・(d・ρ・WC/ρC)
被覆層による芯材粒子表面の被覆率としては、例えば80%以上が挙げられ、90%以上であってもよく、100%であってもよい。
なお、被覆層の被覆率は、XPS測定(X線光電子分光測定)により求められる。XPS測定装置としては、日本電子製、JPS80を使用し、測定は、X線源としてMgKα線を用い、加速電圧を10kV、エミッション電流を20mVに設定して実施し、被覆層を構成する主たる元素(通常は炭素)と、芯材粒子を構成する主たる元素(例えば芯材粒子がマグネタイトなどの酸化鉄系材料の場合は鉄および酸素)とについて測定する。
以下、芯材粒子が、酸化鉄系である場合を前提に説明する。ここで、炭素についてはC1sスペクトルを、鉄についてはFe2p3/2スペクトルを、酸素についてはO1sスペクトルを測定する。これらの各々の元素のスペクトルに基づいて、炭素、酸素、及び鉄の元素個数(それぞれ、「AC」、「AO」、及び「AFe」と表す)を求めて、得られた炭素、酸素、鉄の元素個数比率より下記式(2)に基づいて、芯材粒子単体、および、芯材粒子を被覆層で被覆した後(キャリア)の鉄量率を求め、続いて、下記式(3)により被覆率を求める。
・式(2)
鉄量率(atomic%)=AFe/(AC+AO+AFe)×100
・式(3)
被覆率(%)={1−(キャリアの鉄量率)/(芯材粒子単体の鉄量率)}×100
なお、芯材粒子として、酸化鉄系以外の材料を用いる場合には、酸素の他に芯材粒子を構成する金属元素のスペクトルを測定し、上述の式(2)や式(3)に準じて同様の計算を行えば被覆率が求められる。
<芯材粒子>
芯材粒子としては、特に限定されるものではなく、キャリアの芯材粒子として用いられる公知の粒子が利用される。具体的には、磁性材料を含む磁性粒子を芯材粒子として用いてもよいし、磁性粒子が樹脂中に分散された磁性粒子分散樹脂粒子を芯材粒子として用いてもよいし、ガラスビーズ等を芯材粒子として用いてもよい。
磁性粒子に含まれる磁性材料としては、例えば、鉄、鋼、ニッケル、コバルト等の磁性金属;これらの磁性金属とマンガン、クロム、希土類等との合金;フェライト、マグネタイト等の磁性酸化物;等があげられる。
磁性粒子を芯材粒子として用いる場合、造粒、焼結により磁性粒子が形成されるが、その前処理として、磁性材料を粉砕してもよい。粉砕方法は特に問わず、公知の粉砕方法が挙げられ、具体的には例えば、乳鉢、ボールミル、ジェットミル等が挙げられる。
焼結温度は、従来の場合よりも低く抑えてもよく、具体的には、用いる材質によって異なるが、例えば500℃以上1200℃以下が挙げられ、600℃以上1000℃以下がより好適である。焼結温度を低く抑える方法としては、例えば、焼結工程において、仮焼結を段階的に行う方法が挙げられ、その場合、全体の焼結にかける時間は長くしてもよい。
磁性粒子分散樹脂粒子を芯材粒子として用いる場合、芯材粒子中における磁性粒子の含有量としては、例えば、80質量%以上99質量%以下が挙げられ、95質量%以上99質量%以下であってもよい。
また磁性粒子分散樹脂粒子に含まれる磁性粒子の体積平均粒径は、例えば、0.05μm以上5.0μm以下が挙げられ、0.1μm以上1.0μm以下であってもよい。なお、磁性粒子の体積平均粒径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置により測定される。
磁性粒子分散樹脂粒子に含まれる磁性粒子の作製方法としては、例えば、上記磁性材料の粉末粒子に機械的せん断力等を加える方法が挙げられ、必要に応じて表面改質剤としてカップリング剤も用いてもよい。
磁性粒子分散樹脂粒子に用いられる樹脂は特に限定されず、例えば、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、シリコーン系樹脂等が挙げられ、上記ホウ素架橋樹脂を用いてもよい。
磁性粒子分散樹脂粒子には、目的に応じて、さらに、帯電制御剤やフッ素含有粒子等のその他の成分を含有させてもよい。
磁性粒子分散樹脂粒子の製造方法としては、例えば、バンバリーミキサーやニーダ等を用いる溶融混練法、懸濁重合法、噴霧乾燥法等が挙げられる。
芯材粒子の体積平均粒子径としては、例えば、10μm以上500μm以下が挙げられ、30μm以上150μm以下であってもよい。
芯材粒子の磁力としては、例えば、3000エルステッドにおける飽和磁化が50emu/g以上であることが挙げられ、60emu/g以上であってもよい。
上記芯材粒子の磁力の測定では、測定装置として振動試料型磁気測定装置VSMP10−15(東英工業社製)を用いる。測定試料は内径7mm、高さ5mmのセルに詰めて前記装置にセットする。測定は印加磁場を加え、最大3000エルステッドまで掃引する。ついで、印加磁場を減少させ、記録紙上にヒステリシスカーブを作製する。カーブのデータより、飽和磁化、残留磁化、保持力を求める。なお、上記芯材粒子の飽和磁化は、3000エルステッドの磁場において測定された磁化を示す。
芯材粒子の体積電気抵抗(体積抵抗率)としては、例えば、10Ω・cm以上10.5Ω・cm以下の範囲であることが好ましく、107Ω・cm以上109Ω・cm以下の範囲が挙げられる。
上記芯材粒子の体積電気抵抗(Ω・cm)は以下のように測定する。なお、測定環境は、温度20℃、湿度50%RHとする。20cmの電極板を配した円形の治具の表面に、測定対象物を1mm以上3mm以下の厚さになるように平坦に載せ、層を形成する。この上に前記20cmの電極板を載せて層を挟み込む。測定対象物間の空隙をなくすため、層上に配置した電極板の上に4kgの荷重をかけてから層の厚み(cm)を測定する。層の上下の両電極には、エレクトロメーターおよび高圧電源発生装置に接続されている。両電極に電界が103.8V/cmとなるように高電圧を印加し、このとき流れた電流値(A)を読み取ることにより、測定対象物の体積電気抵抗(Ω・cm)を計算する。測定対象物の体積電気抵抗(Ω・cm)の計算式は、下記式に示す通りである。
・式: R=E×20/(I−I)/L
上記式中、Rは測定対象物の体積電気抵抗(Ω・cm)、Eは印加電圧(V)、Iは電流値(A)、Iは印加電圧0Vにおける電流値(A)、Lは層の厚み(cm)をそれぞれ表す。また、20の係数は、電極板の面積(cm)を表す。
<キャリアの物性>
キャリアの体積平均粒子径としては、例えば、15μm以上510μm以下が挙げられる。
また、キャリアの形状係数SF1としては、例えば、120以上145以下が挙げられる。なお、キャリアの形状係数SF1は、上記トナー粒子の形状係数SF1と同様にして求める。
キャリアの飽和磁化としては、例えば、40emu/g以上が挙げられ、50emu/g以上であってもよい。
上記飽和磁化の測定は、測定装置として振動試料型磁気測定装置VSMP10−15(東英工業社製)を用いる。測定試料は内径7mm、高さ5mmのセルに詰めて前記装置にセットする。測定は印加磁場を加え、最大1000エルステッドまで掃引する。ついで、印加磁場を減少させ、記録紙上にヒステリシスカーブを作製する。カーブのデータより、飽和磁化、残留磁化、保持力を求める。上記キャリアの飽和磁化は、1000エルステッドの磁場において測定された磁化を示す。
キャリアの体積電気抵抗(25℃)としては、例えば、1×10Ω・cm以上1×1015Ω・cm以下の範囲が挙げられ、1×10Ω・cm以上1×1014Ω・cm以下であってもよく、1×10Ω・cm以上1×1013Ω・cm以下の範囲であってもよい。
上記キャリアの体積電気抵抗は、芯材粒子の体積電気抵抗と同様にして測定を行う。
[静電荷像現像剤]
本実施形態の静電荷像現像剤(以下、「現像剤」と略す場合がある)は、トナーと、キャリアとを少なくとも含み、キャリアとして既述のキャリアが用いられるものである。すなわち現像剤は、本実施形態に係るキャリアおよびトナーを適切な配合割合で混合することにより調製される。
予め現像装置内に収容される現像剤の場合、現像剤中におけるキャリアの含有量としては、例えば、85質量%以上99質量%以下が挙げられ、87質量%以上98質量%以下であってもよく、89質量%以上97質量%以下であってもよい。
また、本実施形態の現像剤を、現像によって消費されるトナーと一緒にキャリアを追加し、現像器内のキャリアを少しずつ入れ替えることにより帯電量の変化を抑制し画像濃度を安定化する現像方式(いわゆるトリクル現像方式)などに利用される補給用現像剤として適用してもよい。
上記トリクル現像方式などに利用される補給用現像剤として本実施形態の現像剤を利用する場合、トナーとキャリアの混合質量比としては、トナー質量/キャリア質量が2以上であることが挙げられ、3以上であってもよく、5以上であってもよい。
以下、トナーについて説明する。
トナーとしては、特に制限はなく、公知のトナーが用いられる。トナーとしては、代表的には、例えば、結着樹脂と着色剤とを含有するトナー粒子を含む着色トナーが挙げられるが、着色剤の代わりに赤外線吸収剤を用いた赤外線吸収トナーなどを用いてもよい。また、これらの成分に加えて、必要に応じて離型剤や各種の内添剤、外添剤等のその他の成分を更に添加してもよい。
結着樹脂としては、例えば、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;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;アクリル酸メチル、アクリル酸フェニル、アクリル酸オクチル、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;等の単独重合体又は共重合体等が挙げられる。これらの中でも特に代表的な結着樹脂としては、例えばポリスチレン、スチレン−アクリル酸アルキル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリスチレン、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、変性ロジン等が挙げられる。
上記結着樹脂の軟化温度としては、例えば70℃以上150℃以下が挙げられ、結着樹脂のガラス転移温度としては、例えば40℃以上70℃以下が挙げられる。また結着樹脂の数平均分子量としては、例えば2000以上50000以下が挙げられ、結着樹脂の重量平均分子量としては、例えば8000以上150000以下が挙げられる。また結着樹脂の酸価としては、例えば5以上30以下が挙げられ、結着樹脂の水酸基価としては、例えば5以上40以下の範囲が挙げられる。
着色剤としては、例えば、カーボンブラック、ニグロシン、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、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12、C.I.ピグメントブルー15:1、C.I.ピグメントブルー15:3などが挙げられる。
またトナーは、必要に応じてトナー粒子の内部に帯電制御剤を含んでもよい。その際、特にカラートナー等に用いる場合には、例えば、色調に影響を与えない無色又は淡色の帯電制御剤を用いてもよい。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、アゾ系金属錯体;サルチル酸もしくはアルキルサルチル酸の金属錯体もしくは金属塩;ニグロシンや四級アンモニウム塩等;等が挙げられる。
さらに、トナーには、必要であれば、オフセットの防止等を目的として、トナー粒子内部に離型剤が含まれていてもよい。
離型剤は例えば、次のものが挙げられる。パラフィンワックス及びその誘導体、モンタンワックス及びその誘導体、マイクロクリスタリンワックス及びその誘導体、フィッシャートロプシュワックス及びその誘導体、ポリオレフィンワックス及びその誘導体等である。誘導体とは、酸化物、ビニルモノマーとの重合体、グラフト変性物を含む。この他に、低分子量ポリプロピレン、低分子量ポリエチレン、個分子アルコール、脂肪酸、植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックス、エステルワックス、酸アミド等を利用してもよい。
またトナーは、トナー粒子内部に無機酸化物粒子を添加してもよい。無機酸化物粒子としては例えば、SiO、TiO、Al、CuO、ZnO、SnO、CeO、Fe、MgO、BaO、CaO、K2O、NaO、ZrO、CaO・SiO、KO・(TiO)n、Al・2SiO、CaCO、MgCO、BaSO、MgSO等が例示される。これらのうち、特に、シリカ粒子、チタニア粒子が挙げられる。酸化物粒子の表面は、必ずしも予め疎水化処理されている必要はないが、疎水化処理されていてもよい。
またトナーは、無機酸化物粒子をトナー粒子表面に添加してもよい。トナー粒子表面に添加される無機酸化物粒子としては、例えば、シリカ、チタニア、アルミナ等の流動化剤や、ポリスチレン粒子、ポリメチルメタクリレート粒子、ポリフッ化ビニリデン粒子等のクリーニング助剤若しくは転写助剤等の外添剤が挙げられる。
また、トナー粒子の体積平均粒子径としては、例えば、30μm以下が挙げられ、4μm以上20μm以下であってもよい。
トナー粒子の製造方法としては、例えば、結着樹脂と、着色剤、及び必要に応じて離型剤、帯電制御剤等とを混練、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;結着樹脂を乳化して分散した分散液と、着色剤、及び必要に応じて離型剤、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凝集法;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、及び必要に応じて離型剤、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、及び必要に応じて離型剤、帯電制御剤等の溶液と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、及び必要に応じて離型剤、帯電制御剤等の溶液と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粒子をコアにして、さらに樹脂粒子を付着、加熱融合してコアシェル構造を持たせたトナー粒子を製造する方法でもよい。
以上のようにして得られたトナー粒子は、そのままトナーとして用いてよいし、上記のようにトナー粒子の表面に外添剤を外添させたものをトナーとして用いてもよい。
[画像形成装置、画像形成方法、プロセスカートリッジ、及び現像剤カートリッジ]
次に、本実施形態に係る画像形成装置について説明する。
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電された前記像保持体表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、前記像保持体の表面に形成された前記静電荷像を上記実施形態に係る静電荷像現像剤により現像してトナー像を形成する現像手段と、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の表面に転写する転写手段と、前記記録媒体の表面に転写された前記トナー像を前記記録媒体に定着させる定着手段と、を備えるものである。
なお、この画像形成装置において、例えば前記現像手段を含む部分が、画像形成装置本体に対して脱着するカートリッジ構造(プロセスカートリッジ)であってもよく、該プロセスカートリッジとしては、静電荷像現像剤を収納すると共に、像保持体表面に形成された静電荷像を前記静電荷像現像剤により現像してトナー像を形成する現像手段と、像保持体、前記像保持体表面を帯電させるための帯電手段、及び前記像保持体表面に残存するトナーを除去するためのクリーニング手段からなる群より選択される少なくとも一種と、を備える本実施形態に係るプロセスカートリッジが好適に用いられる。
また、画像形成装置に脱着し、像保持体表面に形成された静電荷像を現像してトナー像を形成する現像手段に供給するための現像剤を収納する現像剤カートリッジに、上記実施形態に係る静電荷像現像剤が収容されていてもよい。
そして本実施形態の画像形成方法は、像保持体の表面を帯電する帯電工程と、帯電された像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、前記像保持体の表面に形成された静電荷像を現像してトナー像を形成する現像工程と、像保持体の表面に形成されたトナー像を記録媒体表面に転写する転写工程と、記録媒体表面に転写されたトナー像を定着する定着工程と、を少なくとも有するものであり、現像剤として上記本実施形態の静電荷像現像用キャリアを含む現像剤を用いる。
本実施形態の画像形成方法では、必要に応じて上記工程以外の工程を含むものであってもよく、上記工程以外の工程としては、例えば、転写工程の後に像保持体表面に残留したトナーを除去するトナー除去工程等が挙げられる。また、上記転写工程が像保持体から中間転写体を介して記録媒体へとトナー像を転写する工程である形態(中間転写方式)であってもよい。
以下、本実施形態に係る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、図に示す主用部を説明し、その他はその説明を省略する。
図1は、第一実施形態に係る画像形成装置の基本構成を示す概略構成図である。図1に示す画像形成装置は、上記実施形態に係る現像剤カートリッジを備えた構成となっている。
図1に示す画像形成装置10は、像保持体12、帯電手段14、静電荷像形成手段16、現像手段18、転写手段20、クリーニング手段22、除電手段24、定着手段26、現像剤カートリッジ28を備える。
なお、現像手段18中および現像剤カートリッジ28中に収納される現像剤は、上記実施形態に係る現像剤である。
また図1は便宜上、現像剤を収納した現像手段18および現像剤カートリッジ28を一つずつ備えた構成のみを図示しているが、例えばカラー画像形成装置の場合などは、画像形成装置に応じた数の現像手段18および現像剤カートリッジ28を備えた構成としてもよい。
図1に示す画像形成装置は、現像剤カートリッジ28が着脱する構成を有する画像形成装置であり、現像剤カートリッジ28は、現像剤供給管30を通して現像手段18に接続されている。よって画像形成を行う際は、現像剤カートリッジ28の中に収納されている現像剤が、現像剤供給管30を通して現像手段18に供給されることにより、長期間にわたり、画像が形成される。また、現像剤カートリッジ28の中に収納されている現像剤が少なくなった場合には、現像剤カートリッジ28が交換される。
像保持体12の周囲には、像保持体12の回転方向(矢印A方向)に沿って順に、像保持体12表面を帯電する帯電手段14、画像情報に応じて像保持体12表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段16、形成された静電荷像に現像剤を供給する現像手段18、像保持体12表面に接触し像保持体12の矢印A方向への回転に伴い矢印B方向に回転するドラム状の転写手段20、像保持体12表面に接触するクリーニング手段22、像保持体12表面を除電する除電手段24が配置されている。
像保持体12と転写手段20との間は、矢印C方向上流側から不図示の搬送手段により矢印C方向に搬送される記録媒体50(被転写体)が挿通される。像保持体12の矢印C方向下流側には加熱源(不図示)を内蔵した定着手段26が配置され、定着手段26には接触部32が設けられている。また、像保持体12と転写手段20との間を通過した記録媒体50は、この接触部32を矢印C方向へと通過する。
像保持体12としては、例えば感光体または誘電記録体等が使用される。
感光体としては例えば、単層構造の感光体または多層構造の感光体等が用いられる。また感光体の材質としては、セレンやアモルファスシリコン等の無機感光体や、有機感光体等が用いられる。
有機感光体としては、例えば、円筒状の導電性の基体外周面に有機感光体等を含む塗膜を有する構成のものが挙げられる。また前記塗膜は、基体上に、必要に応じて下引き層、および、電荷発生物質を含む電荷発生層と、電荷輸送物質を含む電荷輸送層とを含む感光層がこの順序で形成されたものが挙げられる。前記電荷発生層と電荷輸送層との積層順序は逆であってもよい。また、電荷発生物質と電荷輸送物質とを別個の層(電荷発生層、電荷輸送層)に含有させて積層した積層型感光体に限らず、電荷発生物質と電荷輸送物質との双方を同一の層に含む単層型感光体であってもよい。
帯電手段14としては、例えば、導電性または半導電性のローラ、ブラシ、フィルム、ゴムブレード等を用いた接触帯電装置、コロナ放電を利用したコロトロン帯電やスコロトロン帯電などの非接触型の帯電装置等、公知の手段が使用される。導電性または半導電性の帯電ローラを用いた接触帯電装置においては、像保持体12に対し、直流電流を印加してもよく、また交流電流を重畳させて印加してもよい。具体的には、例えば、像保持体12との接触部の微小空間で放電を発生させることにより像保持体12の表面を、例えば−300V以上−1000V以下に帯電させる。上記導電性または半導電性の帯電ローラは単層構造でもよく、多重構造でもよい。また、帯電ローラの表面をクリーニングする機構を設けてもよい。
静電荷像形成手段16としては、露光手段の他に、トナー像を記録媒体表面の所望の位置に形成しうる信号を形成する、従来公知の手段が使用される。
露光手段としては、例えば、半導体レーザー及び走査装置の組み合わせ、光学系からなるレーザー走査書き込み装置、LEDヘッド、又は液晶シャッタなど、従来公知の露光手段が使用される。解像度の高い露光像を作るという望ましい態様を実現させるためには、レーザー走査書き込み装置またはLEDヘッドを使うことが望ましい。
現像手段18は、像保持体12上に形成された潜像を、トナーを含む現像剤により現像してトナー像を形成する機能を有する。現像手段18は、目的に応じて選択すればよいが、例えば、トナーをブラシ、ローラ等を用いて像保持体12に付着させる機能を有する公知の現像器等が挙げられる。
転写手段20としては、具体的には例えば、電圧を印加した導電性または半導電性のローラー、ブラシ、フィルム、ゴムブレード等を用いて、像保持体12と記録媒体50との間に電界を作り、トナー像を転写する手段や、コロナ放電を利用したコロトロン帯電器やスコロトロン帯電器などで記録媒体50の裏面をコロナ帯電させて、トナー像を転写する手段など、従来公知の手段が使用される。
転写手段20として、二次転写手段を用いてもよい。すなわち、図示しないが二次転写手段は、トナー像を一旦中間転写体に転写した後、中間転写体から記録媒体50にトナー像を二次転写する手段である。
上記中間転写体の材料としては、例えば、ポリカーボネート樹脂(PC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリアルキレンフタレート、PC/ポリアルキレンテレフタレート(PAT)のブレンド材料、エチレンテトラフロロエチレン共重合体(ETFE)/PC、ETFE/PAT、PC/PATのブレンド材料等が挙げられ、中間転写体の具体的としては、例えば、熱硬化ポリイミド樹脂を用いた中間転写ベルトが挙げられる。
クリーニング手段22としては例えば、クリーニングブレード、クリーニングブラシ、クリーニングロールなどが挙げられる。
除電手段24としては例えば、タングステンランプ、LEDなどが挙げられる。
定着手段26としては、例えば加熱ロールと加圧ロールとを有する加熱加圧によりトナー像を定着する熱定着器や、フラッシュランプ等による光照射によりトナー像を加熱して定着する光定着器などが利用される。
加熱ロールまたは加圧ロール等のロール表面を形成する材料は、トナーを付着させない目的で、例えばトナーに対して離型性の優れた材料であるシリコンゴムやフッ素系樹脂などが望ましい。この際、シリコーンオイル等の離型性液体を、ロール両面に塗布しないことが望ましい。離型性液体は、定着ラチチュードを広くすることに対しては有効であるが、定着される記録媒体に転移する為、画像形成された印刷物にベトツキが生じ、テープを貼れないことやマジックで文字を書き加えられないこと等の問題が生じる場合がある。この問題は、記録媒体としてOHPなどのフィルムを用いる場合に、より顕著となる。また離型性液体は、定着画像表面の荒さをスムーズにすることが困難であるため、記録媒体としてOHPフィルムを用いる場合に特に重要となる画像透明性が低下する要因にもなる場合がある。しかし、トナーに離型剤を含む場合には、十分な定着ラチチュードを示すので、定着ロールに塗布されるシリコーンオイル等の離型性液体は必要無い。
記録媒体50としては、特に制限はなく、普通紙、光沢紙、OHPシート等をはじめとする従来公知のものが利用される。また記録媒体は、基材と基材上に形成された受像層を有するものを利用してもよい。
次に、画像形成装置10を用いた画像形成方法について説明する。まず、像保持体12の矢印A方向への回転に伴い、帯電手段14により像保持体12表面を帯電し、帯電された像保持体12表面に静電荷像形成手段16により画像情報に応じた静電荷像を形成し、この静電荷像が形成された像保持体12表面に、静電荷像の色情報に応じて現像手段18からトナーを供給することによりトナー像を形成する。
次に、像保持体12表面に形成されたトナー像は、像保持体12の矢印A方向への回転に伴い、像保持体12と転写手段20との接触部に移動する。この際、記録媒体50が不図示の用紙搬送ロールにより矢印C方向に搬送されることで接触部を通過し、像保持体12と転写手段20との間に印加された電圧により、像保持体12表面に形成されたトナー像が接触部にて記録媒体50表面に転写される。
トナー像を記録媒体50に転写した後の像保持体12表面に残留しているトナーは、クリーニング手段22のクリーニングブレードによって表面から除去される。また、像保持体12は除電手段24により除電される。
このようにしてトナー像がその表面に転写された記録媒体50は、定着手段26の接触部32に搬送され、接触部32を通過する際に、内蔵された加熱源(不図示)によってその接触部32の表面が加熱された定着手段26によって加熱される。この際、トナー像が記録媒体50表面に定着されることにより画像が形成される。
図2は、第二実施形態に係る画像形成装置の基本構成を示す概略構成図である。図2に示す画像形成装置は、上記実施形態に係る現像剤(供給用現像剤)を、現像手段内にある現像剤収容容器へ現像剤供給手段により供給すると共に、現像剤収容容器に収容されている現像剤の少なくとも一部を、現像剤排出手段により排出する、トリクル現像方式を採用した構成となっている。
本実施形態に係る画像形成装置100は、図2に示すように、矢印aで示す時計回り方向に回転する像保持体110と、像保持体110の上方に、像保持体110に相対して設けられ、像保持体110の表面を負に帯電させる帯電手段120と、帯電手段120により帯電した像保持体110の表面に、現像剤(トナー)で形成しようとする画像を書き込んで静電荷像を形成する静電荷像形成手段130と、静電荷像形成手段130の下流側に設けられ、静電荷像形成手段130で形成された静電荷像にトナーを付着させて像保持体110の表面にトナー像を形成する現像手段140と、像保持体110に接触しつつ矢印bで示す方向に走行するとともに、像保持体110の表面に形成されたトナー像を転写するエンドレスベルト状の中間転写ベルト150と、中間転写ベルト150にトナー像を転写した後の像保持体110の表面を除電して、表面に残った転写残トナーを除去し易くする除電手段160と、像保持体110の表面を清掃して前記転写残トナーを除去するクリーニング手段170とを備える。
帯電手段120、静電荷像形成手段130、現像手段140、中間転写ベルト150、除電手段160、及びクリーニング手段170は、像保持体110を囲む円周上に、時計周り方向に配設されている。
中間転写ベルト150は、内側から、支持ローラ150A、150B、二次転写位置で中間転写ベルト150を支持する支持ローラ150C、及び駆動ローラ150Dによって緊張され、保持されるとともに、駆動ローラ150Dの回転に伴い矢印bの方向に駆動される。中間転写ベルト150の内側における像保持体110に相対する位置には、中間転写ベルト150を正に帯電させて中間転写ベルト150の外側の面に像保持体110上のトナーを付着させる1次転写ローラ151が設けられている。中間転写ベルト150の下方における外側には、記録媒体Pを正に帯電させて中間転写ベルト150に押圧することにより、中間転写ベルト150に形成されたトナー像を記録媒体P上に転写する2次転写ローラ152が支持ローラ150Cに対向して設けられている。
中間転写ベルト150の下方には、さらに、2次転写ローラ152に記録媒体Pを供給する記録媒体供給装置153と、2次転写ローラ152においてトナー像が転写された記録媒体Pを搬送しつつ、前記トナー像を定着させる定着手段180とが設けられている。
記録媒体供給装置153は、1対の搬送ローラ153Aと、搬送ローラ153Aで搬送される記録媒体Pを2次転写ローラ152に向かって誘導する誘導スロープ153Bと、を備える。一方、定着手段180は、2次転写ローラ152によってトナー像が転写された記録媒体Pを加熱・押圧することにより、前記トナー像の定着を行う1対の熱ローラである定着ローラ181と、定着ローラ181に向かって記録媒体Pを搬送する搬送コンベア182とを有する。
記録媒体Pは、記録媒体供給装置153と2次転写ローラ152と定着手段180とにより、矢印cで示す方向に搬送される。
中間転写ベルト150の近くには、さらに、2次転写ローラ152において記録媒体Pにトナー像を転写した後に中間転写ベルト150に残ったトナーを除去するクリーニングブレードを有する中間転写体クリーニング手段154が設けられている。
以下、現像手段140について詳細に説明する。現像手段140は、現像領域で像保持体110に対向して配置されており、例えば、負(−)極性に帯電するトナー及び正(+)極性に帯電するキャリアからなる2成分現像剤を収容する現像剤収容容器141を有している。現像剤収容容器141は、現像剤収容容器本体141Aとその上端を塞ぐ現像剤収容容器カバー141Bとを有している。
現像剤収容容器本体141Aはその内側に、現像ロール142を収容する現像ロール室142Aを有しており、現像ロール室142Aに隣接して、第1攪拌室143Aと第1攪拌室143Aに隣接する第2攪拌室144Aとを有している。また、現像ロール室142A内には、現像剤収容容器カバー141Bが現像剤収容容器本体141Aに装着されたときに現像ロール142表面の現像剤の層厚を規制するための層厚規制部材145が設けられている。
第1攪拌室143Aと第2攪拌室144Aとの間は仕切り壁141Cにより仕切られており、図示しないが、第1攪拌室143A及び第2攪拌室144Aは仕切り壁141Cの長手方向(現像装置長手方向)両端部で通路を介して通し連なっており、第1攪拌室143A及び第2攪拌室144Aによって循環攪拌室(143A+144A)を構成している。
そして、現像ロール室142Aには、像保持体110と対向するように現像ロール142が配置されている。現像ロール142は、図示しないが磁性を有する磁性ロール(固定磁石)の外側にスリーブを設けたものである。第1攪拌室143Aの現像剤は磁性ロールの磁力によって現像ロール142の表面上に吸着されて、現像領域に搬送される。また、現像ロール142はそのロール軸が現像剤収容容器本体141Aに回転自由に支持されている。ここで、現像ロール142と像保持体110とは、相対的に逆方向に回転し、対向部において、現像ロール142の表面上に吸着された現像剤は、像保持体110の進行方向と同方向から現像領域に搬送するようにしている。
また、現像ロール142のスリーブには、不図示のバイアス電源が接続され、現像バイアスが印加されるようになっている。
第1攪拌室143A及び第2攪拌室144Aには現像剤を攪拌しながら搬送する第1攪拌部材143(攪拌・搬送部材)及び第2攪拌部材144(攪拌・搬送部材)が配置されている。第1攪拌部材143は、現像ロール142の軸方向に伸びる第1回転軸と、回転軸の外周に螺旋状に固定された攪拌搬送羽根(突起部)とで構成されている。また、第2攪拌部材144も、第2回転軸及び攪拌搬送羽根(突起部)とで構成されている。なお、攪拌部材は現像剤収容容器本体141Aに回転自由に支持されている。そして、第1攪拌部材143及び第2攪拌部材144は、その回転によって、第1攪拌室143A及び第2攪拌室144Aの中の現像剤が互いに逆方向に搬送されるように配設されている。
第2攪拌室144Aの長手方向一端側には、トナー及びキャリアを含む供給用現像剤を第2攪拌室144Aへ供給するための現像剤供給手段146の一端が連結されており、現像剤供給手段146の他端には、供給用現像剤を収容している現像剤カートリッジ147が連結されている。また、第2攪拌室144Aの長手方向他端側には、収容している現像剤を排出するための現像剤排出手段148の一端も連結されており、現像剤排出手段148の他端には図示しないが排出した現像剤を回収する現像剤回収容器が連結されている。
このように現像手段140は、現像剤カートリッジ147から現像剤供給手段146を経て供給用現像剤を現像手段140(第2攪拌室144A)へ供給し、古くなった現像剤を現像剤排出手段148から排出する、所謂トリクル現像方式(現像剤の帯電性能の低下を防止して現像剤交換のインターバルを延ばすために、現像装置内に供給用現像剤(トリクル現像剤)を徐々に供給する一方で、過剰になった(劣化したキャリアを多く含む)劣化現像剤を排出しながら現像を行う現像方式である)を採用している。
次に、クリーニング手段170について詳細に説明する。クリーニング手段170は、ハウジング171と、ハウジング171から突出するように配設されるクリーニングブレード172を含んで構成されている。クリーニングブレード172は、像保持体110の回転軸の延在方向に延びる板状のものであって、像保持体110における1次転写ローラ151による転写位置より回転方向(矢印a方向)下流側で且つ、除電手段160によって除電される位置より回転方向下流側に、先端部(以下、エッジ部という)が接触するように設けられている。
クリーニングブレード172は、像保持体110が矢印a方向に回転することによって、1次転写ローラ151により記録媒体Pに転写されずに像保持体110上に保持されている未転写残留トナーや記録媒体Pの紙粉等の異物を、堰き止めて像保持体110から除去する。
また、ハウジング171内の底部には、搬送部材173が配設されており、ハウジング171における搬送部材173の搬送方向下流側にはクリーニングブレード172により除去されたトナー(現像剤)を現像手段140へ供給するための供給搬送手段174の一端が連結されている。そして、供給搬送手段174の他端は現像剤供給手段146へ合流するように連結されている。
このようにクリーニング手段170は、ハウジング171の底部に設けられた搬送部材173の回転に伴い、供給搬送手段174を通じて未転写残留トナー粒子を現像手段140(第2攪拌室144A)へと搬送し、収容されている現像剤とともに攪拌搬送して再利用するトナーリクレームを採用している。
図3は、第三実施形態に係る画像形成装置の基本構成を示す概略構成図である。図3に示す画像形成装置は、本実施形態に係るプロセスカートリッジを備えた構成となっている。
図3に示す画像形成装置200は、画像形成装置本体(図示せず)に脱着されるように配設されるプロセスカートリッジ210と、静電荷像形成手段216と、転写手段220と、定着手段226とを備えている。
プロセスカートリッジ210は、静電荷像形成のための開口部211Aが設けられた筐体211内に像保持体212と共に、その周囲に帯電手段214、現像手段218、及びクリーニング手段222を取り付けレール(図示せず)により組み合わせて一体化したものである。なお、プロセスカートリッジ210は、これに限られず、現像手段218と、像保持体212、帯電手段214、及びクリーニング手段222からなる群より選択される少なくとも一種と、を備えていれば良い。
静電荷像形成手段216は、プロセスカートリッジ210の筐体211の開口部211Aから像保持体212に静電荷像を形成する位置に配置されている。また、転写手段220は像保持体212に対向する位置に配置されている。
像保持体212、帯電手段214、静電荷像形成手段216、現像手段218、転写手段220、クリーニング手段222、定着手段226、及び記録媒体250における個々の詳細については、図1の画像形成装置10における像保持体12、帯電手段14、静電荷像形成手段16、現像手段18、転写手段20、クリーニング手段22、定着手段26、及び記録媒体50と同様である。
また図3の画像形成装置200を用いた画像形成方法についても、図1の画像形成装置10を用いた画像形成と同様である。
以下、実施例および比較例を挙げ、本実施形態をより具体的に詳細に説明するが、本実施形態は以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「質量部」を、「%」は「質量%」を意味する。
(キャリア1の製造)
フェライト粒子(パウダーテック社製、F300、体積平均粒径50μm)
100部
トルエン 15部
ポリフェニレンエーテル
(旭化成ケミカルズ(株)標準グレード品、Mn=19000、線膨張係数5×10−5/℃)
2.5部
メラミン樹脂粒子(被覆層用粒子、日本触媒社製、品番:エポスターS、体積平均粒径100nm)
0.7部
フェライト粒子を除く上記成分をホモミキサーで10分間分散し、被覆層形成溶液を調製し、この溶液とフェライト粒子を60℃に維持された真空脱気型ニーダーで30分間攪拌した後、100℃において60分間5kPaで減圧してトルエンを留去して被覆層を形成してキャリア1を得た。
(キャリア2の製造)
フェライト粒子(パウダーテック社製、F300、体積平均粒径50μm)
100部
トルエン 15部
ポリフェニレンエーテル
(旭化成ケミカルズ(株)低粘度グレード品、Mn=16000、線膨張係数5×10−5/℃)
2.5部
メラミン樹脂粒子(被覆層用粒子、日本触媒社製、品番:エポスターS、体積平均粒子径100nm)
0.7部
フェライト粒子を除く上記成分をホモミキサーで10分間分散し、被覆層形成溶液を調製し、この溶液とフェライト粒子を60℃に維持された真空脱気型ニーダーで30分間攪拌した後、100℃において60分間5kPaで減圧してトルエンを留去して被覆層を形成してキャリア2を得た。
(キャリア3の製造)
フェライト粒子(パウダーテック社製、F300、体積平均粒径50μm)
100部
トルエン 15部
ポリカーボネート(線膨張係数7×10−5/℃)
2.5部
メラミン樹脂粒子(被覆層用粒子、日本触媒社製、品番:エポスターS、体積平均粒子径100nm)
0.7部
フェライト粒子を除く上記成分をホモミキサーで10分間分散し、被覆層形成溶液を調製し、この溶液とフェライト粒子を60℃に維持された真空脱気型ニーダーで30分間攪拌した後、100℃において60分間5kPaで減圧してトルエンを留去して被覆層を形成してキャリア3を得た。
(キャリア4の製造)
フェライト粒子(パウダーテック社製、F300、平均粒子径50μm)
100部
トルエン 15部
スチレン/メチルメタクリレート共重合体(50/50、樹脂線膨張係数7×10−5/℃)
2.5部
メラミン樹脂粒子(被覆層用粒子、日本触媒社製、品番:エポスターS、体積平均粒子径100nm)
0.7部
フェライト粒子を除く上記成分をホモミキサーで10分間分散し、樹脂被覆層形成溶液を調製し、この溶液とフェライト粒子を60℃に維持された真空脱気型ニーダーで30分間攪拌した後、100℃において60分間5kPaで減圧してトルエンを留去して樹脂被覆層を形成してキャリア4を得た。
(キャリア5の製造)
フェライト粒子(パウダーテック社製、F300、体積平均粒径50μm)
100部
トルエン 15部
ABS樹脂(線膨張係数9×10−5/℃)
2.5部
メラミン樹脂粒子(被覆層用粒子、日本触媒社製、品番:エポスターS、体積平均粒子径100nm)
0.7部
フェライト粒子を除く上記成分をホモミキサーで10分間分散し、被覆層形成溶液を調製し、この溶液とフェライト粒子を60℃に維持された真空脱気型ニーダーで30分間攪拌した後、100℃において60分間5kPaで減圧してトルエンを留去して被覆層を形成してキャリア5を得た。
(キャリア6の製造)
ポリフェニレンエーテルとして、下記合成方法により得られたポリフェニレンエーテル(Mn=5500、線膨張係数5.0×10−5/℃)を用いた以外は、キャリア1と同様にして、キャリア6を得た。
[キャリア6用のポリフェニレンエーテルの合成方法]
・2,6−ジメチルフェノール 175部
・塩化第二銅2水和物 0.2部
・35%塩酸 0.84部
・ジ−n−ブチルアミン 0.83部
・N,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミン 4.98部
・キシレン/ブタノール/メタノール混合液(比率75/10/15)318部
上記原材料を攪拌翼、温度計、還流冷却器を備えた反応槽に、窒素ガスを吹き込みながら入れ攪拌により液を混合させた。酸素を導入しながら150分反応温度40℃を保持した。エチレンジアミン四酢酸3カリウム塩の45%水溶液を0.5部添加し重合を終了させ、10分後の反応溶液を抜き出し、メタノールを反応溶液の5倍量加えて濾過した後、120℃で5時間真空乾燥して乾燥ポリフェニレンエーテルを得た。得られたポリフェニレンエーテルのMnは5500であった。
(キャリア7の製造)
メラミン樹脂粒子の代わりに、アクリル樹脂粒子(綜研化学社製、品番:MP300、体積平均粒径:100nm)を用いた以外は、キャリア1と同様にして、キャリア7を得た。
(キャリア8の製造)
メラミン樹脂粒子の代わりに、シリカ粒子(日本アエロジル社製、品番:R104、体積平均粒径:12nm)を0.7部用いた以外は、キャリア1と同様にして、キャリア8を得た。
(トナー1の製造)
−着色剤粒子分散液1の調製−
・シアン顔料:銅フタロシアニンB15:3(大日精化工業(株)製) 50部
・アニオン性界面活性剤:ネオゲンSC(第一工業製薬(株)製) 5部
・イオン交換水 200部
上記を混合し、IKA社製ウルトラタラックスにより5分間、更に超音波バスにより10分間分散し、固形分21%の着色剤粒子分散液1を得た。(株)堀場製作所製粒度測定器LA−700にて体積平均粒子径を測定したところ、160nmであった。
−離型剤粒子分散液1の調製−
・パラフィンワックス:HNP−9(日本精蝋(株)製) 19部
・アニオン性界面活性剤:ネオゲンSC(第一工業製薬(株)製) 1部
・イオン交換水 80部
上記を耐熱容器中で混合し、90℃に昇温して30分、撹拌を行った。次いで、容器底部より溶融液をゴーリンホモジナイザーへと流通し、5MPaの圧力条件のもと、3パス相当の循環運転を行った後、圧力を35MPaに昇圧し、更に3パス相当の循環運転を行った。こうして出来た乳化液を前記耐熱溶液中で40℃以下になるまで冷却し、離型剤粒子分散液1を得た。(株)堀場製作所製粒度測定器LA−700にて体積平均粒子径を測定したところ240nmであった。
−樹脂粒子分散液1の調製−
<油層>
・スチレン(和光純薬工業(株)製) 30部
・アクリル酸n−ブチル(和光純薬工業(株)製) 10部
・β−カルボキシエチルアクリレート(ローディア日華(株)製) 1.3部
・ドデカンチオール(和光純薬工業(株)製) 0.4部
<水層1>
・イオン交換水 17部
・アニオン性界面活性剤(DAWFAX2A1、ダウケミカル社製) 0.4部
<水層2>
・イオン交換水 40部
・アニオン性界面活性剤(DAWFAX2A1、ダウケミカル社製) 0.05部
・ペルオキソ二硫酸アンモニウム(和光純薬工業(株)製) 0.4部
上記の油層成分と水層1の成分をフラスコに入れて撹拌混合し単量体乳化分散液とした。反応容器に上記水層2の成分を投入し、容器内を窒素で置換し、撹拌をしながらオイルバスで反応系内が75℃になるまで加熱した。反応容器内に上記の単量体乳化分散液を3時間かけて徐々に滴下し、乳化重合を行った。滴下終了後更に75℃で重合を継続し、3時間後に重合を終了させ、樹脂粒子分散液1を得た。
−トナー1の作製−
・樹脂粒子分散液1 150部
・着色剤粒子分散液1 30部
・離型剤粒子分散液1 40部
・ポリ塩化アルミニウム 0.5部
上記の成分をステンレス製フラスコ中でIKA社製のウルトラタラックスを用い混合、分散した後、加熱用オイルバスでフラスコを撹拌しながら48℃まで加熱した。48℃で80分保持した後、ここに樹脂粒子分散液1を70部追加した。
その後、濃度0.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を用いて系内のpHを5.5に調整した後、ステンレス製フラスコを密閉し、撹拌軸のシールを磁力シールして撹拌を継続しながら97℃まで加熱して3時間保持した。反応終了後、降温速度を1℃/分で冷却し、ヌッチェ式吸引濾過により固液分離を行った。これをさらに40℃のイオン交換水3,000部を用いて再分散し、15分間300rpmで撹拌、洗浄した。この洗浄操作をさらに5回繰り返し、ヌッチェ式吸引濾過によりNo.5Aろ紙を用いて固液分離を行った。次いで真空乾燥を12時間継続してトナー粒子を得た。
得られたトナー粒子の形状係数SF1は125であり、体積平均粒度分布GSDvは、1.20であった。
このトナー粒子に、ヘキサメチルジシラザン(以下、「HMDS」と称する場合がある)で表面疎水化処理した一次粒子平均粒子径40nmのシリカ(SiO2)粒子と、メタチタン酸とイソブチルトリメトキシシランとの反応生成物である一次粒子平均粒子径20nmのメタチタン酸化合物粒子とを、トナー粒子の表面に対する被覆率が40%となるように添加し、ヘンシェルミキサーで混合し、トナー1を作製した。
(現像剤の調製、及びその評価)
上記キャリア1乃至8をそれぞれ100部と、上記トナー1を6部と、を混合し、実施例1乃至5の現像剤、及び、比較例1乃至3の現像剤を調製した。これらの現像剤を用いて、DocuCentre Color400(富士ゼロックス株式会社製)の改造機を用いて出力テストを行った。具体的には、低温低湿(10℃、12%RH)の環境下で10000万枚の画像(A4;297cm×210cmのテストチャート)を出力した後に、高温高湿(30℃、85%RH)の環境下において、更に10000枚画像(A4;297cm×210cmのテストチャート)を出力した後における、キャリア表面の観察及び得られた画像の画質評価を行った。
−使用後におけるキャリア表面の観察−
上記低温低湿下の画像出力及び高温高湿下の画像出力を行った後、現像器内のキャリアを採取し、顕微鏡(3500倍)でキャリア表面の観察を行って、被覆層用粒子の離脱跡(具体的には、キャリアの被覆層から被覆層用粒子が離脱したことによって生じる空孔)の有無を確認した。評価基準は以下の通りであり、結果を表1に示す。
G1:離脱跡は全く観測されなかった。
G2:離脱跡が観測されたが、単位面積(10μm×10μm)あたり2箇所以内だった。
G3:離脱跡が、単位面積(10μm×10μm)あたり5箇所以上観測された。
−画質評価−
上記高温高湿環境下の画像出力において形成された10000枚目の画像を目視で観測し、画像部の欠陥(具体的には画像欠損)の有無を評価した。評価基準は以下の通りであり、結果を表1に示す。
G1:画像部の欠陥は全く観測されなかった。
G2:画像部の欠陥が観測されたが、1箇所以内だった。
G3:画像部の欠陥が2箇所以上観測された。
上記表に示すように、実施例においては、比較例に比べ、キャリアの被覆層から被覆層用粒子が離脱することが抑制され、また画像欠陥の発生も抑制されていることがわかる。
10、100、200・・・画像形成装置
12、110、212・・・像保持体
14、120、214・・・帯電手段
16、130、216・・・静電荷像形成手段
18、140、218・・・現像手段
20、220・・・転写手段
26、180、226・・・定着手段
28、147・・・現像剤カートリッジ
50、250、P・・・記録媒体
141・・・現像剤収容容器
146・・・現像剤供給手段
148・・・現像剤排出手段
152・・・2次転写ローラ
210・・・プロセスカートリッジ

Claims (9)

  1. 芯材粒子と、
    前記芯材粒子の表面を被覆し、ポリフェニレンエーテルを含有する被覆樹脂と粒子とを含む被覆層と、
    を有する静電荷像現像用キャリア。
  2. 前記ポリフェニレンエーテルの数平均分子量は、5000以上20000以下である、請求項1に記載の静電荷像現像用キャリア。
  3. 前記被覆層に含まれる前記粒子は、メラミン樹脂粒子である、請求項1又は請求項2に記載の静電荷像現像用キャリア。
  4. トナーと、請求項1から請求項3に記載の静電荷像現像用キャリアと、を含む静電荷像現像剤。
  5. 前記トナーに含まれるトナー粒子の形状係数SF1は110以上145以下であり、かつ、前記トナー粒子の体積平均粒度分布GSDvは1.15以上1.25以下である、請求項4に記載の静電荷像現像剤。
  6. 像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
    帯電された前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、
    前記像保持体の表面に形成された前記静電荷像を請求項4又は請求項5に記載の静電荷像現像剤により現像してトナー像を形成する現像工程と、
    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の表面に転写する転写工程と、
    前記記録媒体の表面に転写された前記トナー像を前記記録媒体に定着させる定着工程と、
    を有する画像形成方法。
  7. 請求項4又は請求項5に記載の静電荷像現像剤が収容された現像剤カートリッジ。
  8. 請求項4又は請求項5に記載の静電荷像現像剤が収容された現像手段を備えたプロセスカートリッジ。
  9. 像保持体と、
    前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
    帯電された前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
    前記像保持体の表面に形成された前記静電荷像を請求項4又は請求項5に記載の静電荷像現像剤により現像してトナー像を形成する現像手段と、
    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の表面に転写する転写手段と、
    前記記録媒体の表面に転写された前記トナー像を前記記録媒体に定着させる定着手段と、
    を有する画像形成装置。
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JP2015169845A (ja) * 2014-03-07 2015-09-28 富士ゼロックス株式会社 画像形成装置

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