JP2016186508A - 画像形成装置、静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、及びプロセスカートリッジ - Google Patents

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

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Abstract

【課題】像保持体のクリーニング性とトナー流動性の低下に起因する画像不良の抑制とを両立させやすい画像形成装置を提供すること。
【解決手段】感光体1と、感光体1の表面に静電潜像を形成する露光装置3と、トナー粒子と第1のオイルで表面処理されたシリカ粒子と第2のオイルを含浸するエラストマー粒子とを有する静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、感光体1の表面に形成された静電潜像をトナー画像として現像する現像装置4と、感光体1の表面に形成されたトナー画像を記録媒体Pの表面に転写する一次転写ロール5と、クリーニングブレード60を有し感光体1の表面に残留したトナーTを除去するクリーニング装置6と、記録媒体Pの表面に転写されたトナー画像を定着する定着装置7と、を備える画像形成装置100である。
【選択図】図1

Description

本発明は、画像形成装置、静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、及びプロセスカートリッジに関する。
特許文献1には、少なくとも結着樹脂を含有するトナー母粒子を有し、前記トナー母粒子の表面に数平均粒子径が80nmを超え500nm以下の粒子が外添されたトナーと、数平均粒子径が1μm以上30μm以下の多孔質エラストマー粒子と、を含有し、前記多孔質エラストマー粒子が、1種類以上のオイルを含有することを特徴とする静電荷像現像剤が開示されている。
特開2014−115476号公報
本発明の課題は、像保持体をクリーニングブレードによってクリーニングするクリーニング手段を備えた画像形成装置において、トナー粒子と第1のオイルで表面処理されたシリカ粒子とを有し第2のオイルを含浸するエラストマー粒子を有さない静電荷像現像用トナーを用いた場合に比べ、クリーニングブレードによるクリーニング性とトナー流動性の低下に起因する画像不良の抑制とを両立させやすい画像形成装置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、
像保持体と、
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、
トナー粒子と第1のオイルで表面処理されたシリカ粒子と第2のオイルを含浸するエラストマー粒子とを有する静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電潜像をトナー画像として現像する現像手段と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、
クリーニングブレードを有し、前記像保持体の表面に残留したトナーを除去するクリーニング手段と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、
を備える画像形成装置である。
請求項2に係る発明は、
前記トナー粒子100質量部に対する前記第1のオイルで表面処理されたシリカ粒子の添加量は、0.3質量部以上3.0質量部以下である、請求項1に記載の画像形成装置である。
請求項3に係る発明は、
前記第2のオイルを含浸するエラストマー粒子の個数平均粒径は、1μm以上10μm以下である、請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置である。
請求項4に係る発明は、
前記トナー粒子100質量部に対する前記第2のオイルを含浸するエラストマー粒子の添加量は、0.05質量部以上0.5質量部以下である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の画像形成装置である。
請求項5に係る発明は、
前記第1のオイルと前記第2のオイルとは、いずれもジメチルシリコーンオイルである、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の画像形成装置である。
請求項6に係る発明は、
前記第1のオイルと前記第2のオイルとの合計含有量は、前記トナー粒子1gに対し、0.01mg以上100mg以下である、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の画像形成装置である。
請求項7に係る発明は、
前記第2のオイルの25℃における粘度は、10cs以上500cs以下である、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の画像形成装置である。
請求項8に係る発明は、
トナー粒子と、第1のオイルで表面処理されたシリカ粒子と、第2のオイルを含浸するエラストマー粒子と、を有する静電荷像現像用トナーである。
請求項9に係る発明は、
前記トナー粒子100質量部に対する前記第1のオイルで表面処理されたシリカ粒子の添加量は、0.3質量部以上3.0質量部以下である、請求項8に記載の静電荷像現像用トナーである。
請求項10に係る発明は、
前記第2のオイルを含浸するエラストマー粒子の個数平均粒径は、1μm以上10μm以下である、請求項8又は請求項9に記載の静電荷像現像用トナーである。
請求項11に係る発明は、
前記トナー粒子100質量部に対する前記第2のオイルを含浸するエラストマー粒子の添加量は、0.05質量部以上0.5質量部以下である、請求項8〜請求項10のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーである。
請求項12に係る発明は、
前記第1のオイルと前記第2のオイルとは、いずれもジメチルシリコーンオイルである、請求項8〜請求項11のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーである。
請求項13に係る発明は、
前記第1のオイルと前記第2のオイルとの合計含有量は、前記トナー粒子1gに対し、0.01mg以上100mg以下である、請求項8〜請求項12のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーである。
請求項14に係る発明は、
前記第2のオイルの25℃における粘度は、10cs以上500cs以下である、請求項8〜請求項13のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーである。
請求項15に係る発明は、
請求項8〜請求項14のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤である。
請求項16に係る発明は、
請求項8〜請求項14のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーを収容し、
画像形成装置に着脱されるトナーカートリッジである。
請求項17に係る発明は、
請求項15に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、
クリーニングブレードを有し、前記像保持体の表面に残留したトナーを除去するクリーニング手段と、
を備え、画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジである。
請求項1に係る発明によれば、像保持体をクリーニングブレードによってクリーニングするクリーニング手段を備えた画像形成装置において、トナー粒子と第1のオイルで表面処理されたシリカ粒子とを有し第2のオイルを含浸するエラストマー粒子を有さない静電荷像現像用トナーを用いた場合に比べ、クリーニングブレードによるクリーニング性とトナー流動性の低下に起因する画像不良の抑制とを両立させやすい画像形成装置が提供される。
請求項2に係る発明によれば、第1のオイルで表面処理されたシリカ粒子の添加量が上記範囲よりも少ない場合に比べてクリーニングブレードによるクリーニング性が良好であり、第1のオイルで表面処理されたシリカ粒子の添加量が上記範囲よりも多い場合に比べてトナー流動性の低下に起因する画像不良が抑制される画像形成装置が提供される。
請求項3に係る発明によれば、前記第2のオイルを含浸するエラストマー粒子の個数平均粒径が前記範囲よりも小さい場合に比べてトナー流動性の低下に起因する画像不良が抑制され、前記第2のオイルを含浸するエラストマー粒子の個数平均粒径が前記範囲よりも大きい場合に比べてクリーニングブレードによるクリーニング性が良好な画像形成装置が提供される。
請求項4に係る発明によれば、第2のオイルを含浸するエラストマー粒子の添加量が前記範囲よりも少ない場合に比べてクリーニングブレードによるクリーニング性が良好であり、第2のオイルを含浸するエラストマー粒子の添加量が前記範囲よりも多い場合に比べてトナー流動性の低下に起因する画像不良が抑制される画像形成装置が提供される。
請求項5に係る発明によれば、第1のオイルの種類と第2のオイルの種類とが異なる場合に比べ、クリーニングブレードによるクリーニング性が良好な画像形成装置が提供される。
請求項6に係る発明によれば、第1のオイルと第2のオイルとの合計含有量が前記範囲よりも少ない場合に比べてクリーニングブレードによるクリーニング性が良好であり、第1のオイルと第2のオイルとの合計含有量が前記範囲よりも多い場合に比べてトナー流動性の低下に起因する画像不良が抑制される画像形成装置が提供される。
請求項7に係る発明によれば、第2のオイルの粘度が前記範囲よりも低い場合に比べてクリーニングブレードによるクリーニング性が良好であり、第2のオイルの粘度が前記範囲よりも高い場合に比べてトナーの流動性低下に起因する画像不良の発生及び画像濃度の変動が抑制される画像形成装置が提供される。
請求項8に係る発明によれば、トナー粒子と第1のオイルで表面処理されたシリカ粒子とを有し第2のオイルを含浸するエラストマー粒子を有さない場合に比べ、クリーニングブレードによるクリーニング性とトナーの流動性とを両立させやすいトナーが提供される。
請求項9に係る発明によれば、第1のオイルで表面処理されたシリカ粒子の添加量が上記範囲よりも少ない場合に比べてクリーニングブレードによるクリーニング性が良好であり、第1のオイルで表面処理されたシリカ粒子の添加量が上記範囲よりも多い場合に比べて流動性が低下しにくいトナーが提供される。
請求項10に係る発明によれば、前記第2のオイルを含浸するエラストマー粒子の個数平均粒径が前記範囲よりも小さい場合に比べてトナーの流動性が低下しにくく、前記第2のオイルを含浸するエラストマー粒子の個数平均粒径が前記範囲よりも大きい場合に比べてクリーニングブレードによるクリーニング性が良好なトナーが提供される。
請求項11に係る発明によれば、第2のオイルを含浸するエラストマー粒子の添加量が前記範囲よりも少ない場合に比べてクリーニングブレードによるクリーニング性が良好であり、第2のオイルを含浸するエラストマー粒子の添加量が前記範囲よりも多い場合に比べて流動性が低下しにくいトナーが提供される。
請求項12に係る発明によれば、第1のオイルの種類と第2のオイルの種類とが異なる場合に比べ、クリーニングブレードによるクリーニング性が良好なトナーが提供される。
請求項13に係る発明によれば、第1のオイルと第2のオイルとの合計含有量が前記範囲よりも少ない場合に比べてクリーニングブレードによるクリーニング性が良好であり、第1のオイルと第2のオイルとの合計含有量が前記範囲よりも多い場合に比べて流動性が低下しにくいトナーが提供される。
請求項14に係る発明によれば、第2のオイルの粘度が前記範囲よりも低い場合に比べてクリーニングブレードによるクリーニング性が良好であり、第2のオイルの粘度が前記範囲よりも高い場合に比べて流動性が低下しにくいトナーが提供される。
請求項15〜請求項17に係る発明によれば、トナー粒子と第1のオイルで表面処理されたシリカ粒子とを有し第2のオイルを含浸するエラストマー粒子を有さない静電荷像現像用トナーを用いた場合に比べ、クリーニングブレードによるクリーニング性とトナー流動性の低下に起因する画像不良の抑制とを両立させやすい静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、及びプロセスカートリッジが提供される。
本実施形態に係る画像形成装置の全体構成を示す概略図である。 クリーニング装置の構成を示す概略図である。 クリーニング装置におけるクリーニングブレードの先端部を拡大した模式図である。 図3の丸印Gの周囲をさらに拡大した模式図である。 クリーニング装置におけるクリーニングブレードの加圧力を説明するための模式図である。 評価実験において得られた、トナー排出速度とトナー総排出量との関係を示すグラフである。 評価実験において得られた、ゴーストレベルとランニングサイクル数との関係を示すグラフである。
以下、本発明の実施形態について、図面を基に詳細に説明する。
なお、図において、矢印UPが示されている場合は、それを上方向とし、矢印INが示されている場合は、それを内方向とし、これらを基に上下、内外の表現をする。
また、同じ機能を有するものには、全図面を通して同じ符号を付し、説明を省略することがある。
図1は、本実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。図2は、クリーニング装置を示す概略構成図である。
本実施形態に係る画像形成装置100の構成について簡単に説明するが、各色に共通する部位については、符号の後に各色を示す英字を付さずに説明する。
本実施形態に係る画像形成装置100は、例えば、図1に示すように、入力された画像データに基づく各色のトナー画像を、後述する無端ベルト状の中間転写ベルト8に転写し、画像を形成する4連タンデム方式の画像形成手段38を有している。
画像形成手段38は、例えば、記録媒体の一例である記録用紙Pの搬送方向上流側から順にイエロー(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画像形成ユニット40Y、40M、40C、40Kを有しており、各画像形成ユニット40Y〜40Kは、中間転写ベルト8の移動方向(矢印Bで示す)に沿って、互いに離隔して並設されている。
各画像形成ユニット40Y〜40Kは、例えば、像保持体としての感光体1Y〜1K(像保持体の一例)を有しており、この感光体1Y〜1Kは、例えば、導電性の金属製円筒体の表面(周面)に、有機光導電体等からなる感光層が積層されて構成され、図示の矢印A方向(反時計回り方向)へ目的とするプロセススピードで回転駆動するようになっている。
なお、この感光層は、例えば、電荷発生層と電荷輸送層が順次積層された機能分離型であり、LED光線が照射されると、LED光線が照射された部分の比抵抗が変化する性質を有している。また、各感光体1Y〜1Kの直径は、例えば、20mm以上100mm以下の範囲とされることが望ましい。
各感光体1Y〜1Kの周囲には、例えば、その回転方向上流側から順に、感光体1の表面(周面)を帯電する帯電装置としての帯電装置2Y〜2Kと、帯電された感光体1Y〜1Kの表面(周面)に、色分解された画像データ(画像信号)に基づくLED光線(像光)を照射し、露光によって静電潜像を形成する露光装置3Y〜3K(帯電装置2Y〜2K及び露光装置3Y〜3Kが静電潜像形成手段の一例)と、帯電した現像剤(トナーを含む現像剤)を静電潜像に転移させて(現像して)トナー画像とする現像装置4Y〜4K(現像手段の一例)と、感光体1Y〜1Kに接触する経路で内周面側から張力を付与されつつ支持された無端ベルト状の中間転写ベルト8と、感光体1Y〜1K上に形成されたトナー画像を中間転写ベルト8へ転写する一次転写ロール5Y〜5K(一次転写ロール5Y〜5K、中間転写ベルト8、及び後述する二次転写ロール12が転写手段の一例)と、一次転写後に感光体1Y〜1Kの表面に残留した転写残トナーT1を除去するクリーニング装置6Y〜6K(クリーニング手段の一例)と、が配置されている。
各クリーニング装置6Y〜6Kには、例えば、感光体1Y〜1Kの表面(周面)に接触し、感光体1Y〜1Kから転写残トナーT1を擦り取る(掻き取る)クリーニングブレード60Y〜60Kが設けられている。なお、このクリーニング装置6(クリーニングブレード60)については、後で詳述する。
また、各一次転写ロール5Y〜5Kは、例えば、中間転写ベルト8の内側に配置され、各感光体1Y〜1Kにそれぞれ対向した位置に設けられている。そして、一次転写ロール5Y〜5Kによる感光体1Y〜1Kと中間転写ベルト8との接触部が一次転写部(一次転写位置)とされている。
また、各一次転写ロール5Y〜5Kには、例えば、一次転写バイアスを印加するバイアス電源(図示省略)がそれぞれ接続されている。更に、各バイアス電源は、例えば、制御部(図示省略)に制御されて、各一次転写ロール5Y〜5Kに印加する一次転写バイアスが変更されるようになっている。また、帯電装置2Y〜2Kは、例えば、ロール形状の接触帯電器とされているが、スコロトロンや固体放電器等の非接触帯電器を用いてもよい。
一方、中間転写体としての中間転写ベルト8は、例えば、一次転写ロール5Y〜5Kと、図示しない駆動源により回転駆動される駆動ロール9と、従動ロール10と、二次転写部(二次転写位置)に配置された背面ロール11と、に巻き掛けられており、感光体1の回転に同期して矢印B方向に回転移動(周動)するようになっている。
なお、この中間転写ベルト8は、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、フッ素含有樹脂などの樹脂材料に、カーボンやイオン導電物質などの導電性付与のための物質を分散させ、表面抵抗率を例えば1010Ω/□以上1012Ω/□以下程度(測定電圧:100V)に調整して形成されている。
また、中間転写ベルト8を挟んで背面ロール11と対向する位置には、例えば、搬送機構20によって搬送される記録用紙P上に、中間転写ベルト8上のトナー画像を転写する二次転写ロール12が設けられている。この二次転写ロール12と中間転写ベルト8との接触部が二次転写部(二次転写位置)とされている。
また、この画像形成装置100は、例えば、二次転写ロール12によって記録用紙P上にトナー画像を転写した後に、中間転写ベルト8上に残留する転写残トナーを除去するトナー除去装置(クリーニング装置)13と、二次転写ロール12によって記録用紙P上に転写されたトナー画像を定着する定着装置7と、を備えている。
搬送機構20は、例えば、給紙部21に収容された記録用紙Pを1枚ずつ搬送する取出ロール22と、記録用紙Pの搬送経路に設けられたガイド部材26、27、28、29、及び30と、搬送ロール23及び24と、定着装置7の下流側に設けられた一対の排紙ロール25と、排紙部(図示省略)と、等から構成されている。
この搬送機構20により、例えば、給紙部21に収容された記録用紙Pが、二次転写ロール12と背面ロール11とが中間転写ベルト8を挟んで対向する二次転写部(二次転写位置)へ搬送され、二次転写部(二次転写位置)から定着装置7へ搬送され、定着装置7から排紙部へ搬送される構成である。
以上構成の画像形成装置100は、例えば、次のように動作して画像を形成する。なお、各色の画像形成ユニット40Y〜40Kは、同一の構成を有しているため、ここでは画像形成ユニット40Yにより、イエロートナー画像を形成する動作の一例について説明する。
まず、帯電装置2Yによって感光体1Yの表面が例えば−600V以下−800V以下の電位に帯電される。帯電された感光体1Yの表面には、例えば、制御部から送られて来るイエロー用の画像データに従って、露光装置3YによりLED光線が照射される。すなわち、感光体1Yの感光層にイエロー印字パターンの静電潜像が形成される。
なお、静電潜像とは、例えば、帯電により感光体1Yの表面(感光層)に形成される像であり、感光層において、LED光線が照射された部分の比抵抗が低下し、感光体1Yの表面に帯電した電荷が流れる一方、LED光線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。
こうして、感光体1Y上に形成された静電潜像は、例えば、感光体1Yの回転により現像位置まで搬送される。そして、この現像位置で、感光体1Y上の静電潜像が、現像装置4Yによって可視像(トナー画像)化される。
イエロートナーは、例えば、現像装置4Yの内部で撹拌されることで摩擦帯電し、感光体1Yの表面の帯電荷と同極性(−)の電荷を有している。したがって、感光体1Yの表面が現像装置4Yを通過して行くことにより、例えば、感光体1Yの表面の除電された潜像部にのみ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。その後、感光体1Yは、引き続き回転し、その表面に現像されたトナー画像が、一次転写部(一次転写位置)へ搬送される。
感光体1Yの表面のイエロートナー画像が一次転写部(一次転写位置)へ搬送されると、例えば、一次転写ロール5Yに一次転写バイアスが印加され、感光体1Yから一次転写ロール5Yに向かう静電気力がトナー画像に作用し、感光体1Yの表面のトナー画像が中間転写ベルト8の表面に転写される。このとき印加される一次転写バイアスは、例えば、トナーの極性(−)と逆の極性(+)であり、画像形成ユニット40Yでは、制御部によって例えば+20μA以上+30μA以下に定電流制御されている。
感光体1Yの表面の転写残トナーT1は、例えば、クリーニング装置6Yによりクリーニングされる。また、画像形成ユニット40M〜40Kの一次転写ロール5M〜5Kに印加される一次転写バイアスも例えば上記と同様に制御されている。こうして、画像形成ユニット40Yにてイエロートナー画像が転写された中間転写ベルト8は、例えば、残りの色の画像形成ユニット40M〜40Kへ順次搬送され、各色のトナー画像が重ねられるようにして転写される(多重転写される)。
各画像形成ユニット40Y〜40Kを通過して全ての色のトナー画像が多重転写された中間転写ベルト8は、例えば、図示の矢印B方向に周動搬送され、中間転写ベルト8の内面(裏面)に接する背面ロール11と、中間転写ベルト8のトナー画像保持面側に配置された二次転写ロール12とで構成された二次転写部(二次転写位置)へ至る。
一方、記録用紙Pが、例えば、搬送機構20によって二次転写ロール12と中間転写ベルト8との間に給紙され、二次転写バイアスが二次転写ロール12に印加される。このとき印加される二次転写バイアスは、例えば、トナーの極性(−)と逆の極性(+)であり、中間転写ベルト8から記録用紙Pに向かう静電気力がトナー画像に作用し、中間転写ベルト8の表面のトナー画像が記録用紙Pの表面に転写される。
また、このときの二次転写バイアスは、例えば、二次転写部(二次転写位置)の抵抗を検出する抵抗検出装置(図示省略)により検出された抵抗に応じて決定され、定電圧で制御されている。その後、例えば、記録用紙Pは定着装置7へと送り込まれ、トナー画像が加熱及び加圧され、色重ねされた(多重転写された)トナー画像が溶融されて、記録用紙Pの表面へ永久定着される。こうして、画像の定着が完了した記録用紙Pは、例えば、排紙部へ向けて搬出され、一連の画像形成動作が終了する。
次に、現像剤について説明する。
現像剤としては、例えば、トナーと、キャリアと、を含む二成分現像剤が挙げられるが、トナーのみで構成された一成分現像剤であってもよい。
トナーは、例えば、トナー粒子と、外添剤と、を含んで構成される。
トナー粒子について説明する。
トナー粒子は、例えば、結着樹脂、及び、必要に応じて、着色剤、離型剤等の他の添加剤を含んで構成される。
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−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、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂等が代表的なものとして挙げられる。
また、結着樹脂としては、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も挙げられる。
その他の添加剤としては、例えば、着色剤、離型剤、磁性体、帯電制御剤、無機粉体等が挙げられる。
着色剤としては、磁性粉(例えばマグネタイト、フェライト等)、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挙げられる。
離型剤としては、例えば、炭化水素系ワックス;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の天然ワックス;モンタンワックス等の合成或いは鉱物・石油系ワックス;脂肪酸エステル、モンタン酸エステル等のエステル系ワックス;などが代表的なものとして挙げられる。
トナー粒子の特性について説明する。
トナー粒子は、平均形状係数(形状係数=(ML/A)×(π/4)×100で表される形状係数の個数平均、ここでMLは粒子の最大長を表し、Aは粒子の投影面積を表す)が100以上150以下であることが望ましく、105以上145以下であることがより望ましく、110以上140以下であることがさらに望ましい。
トナー粒子は、例えば、体積平均粒子径D50vが2.0μm以上10μm以下がよく、2.0μm以上6.5μm以下が望ましく、2.0μm以上5.5μm以下であることがより望ましく、2.0μm以上4.5μm以下であることが特に望ましい。なお、体積平均粒子径D50vの下限値として望ましくは2.5μm以上、より望ましくは3.0μm以上である。
外添剤について説明する。
外添剤としては、少なくとも、第1のオイルで表面処理されたシリカ粒子(以下「オイル処理シリカ」と称する場合がある)と、第2のオイルを含浸するエラストマー粒子(以下「オイル含浸エラストマー」と称する場合がある)と、を併用し、必要に応じてその他の外添剤をさらに用いてもよい。例えば、トナーには帯電制御剤や転写助剤として平均粒径10〜150nm程度のシリカやチタニアが適量外添される。
外添剤として、オイル処理シリカとオイル含浸エラストマーとを併用することで、外添剤がオイル処理シリカのみである場合に比べ、クリーニングブレードによるクリーニング性とトナー流動性の低下に起因する画像不良の抑制とを両立させやすくなる。その理由は、以下のように推測される。
ブレードクリーニング方式では、像保持体とクリーニングブレードとの接触部(ニップ)において像保持体の表面に残留したトナー(トナー粒子及び外添剤)等を掻き取るが、外添剤等のように粒径の小さい粒子は接触部をすり抜けてしまう場合がある。例えば外添剤としてシリカ粒子を用いた場合、接触部をすり抜けたシリカ粒子は、帯電部によりマイナスの電荷が付与されて現像部に到達するが、電荷付与により帯電したシリカ粒子は現像ニップのスキャベンジ力(掻き取り力)によって取り除かれる。このため、取り除かれたシリカ粒子が持っていた電荷量分が無くなることにより像担持体の表面電位が変化する現象が起こる。特に、連続プリント時など繰り返し同じ部位に画像形成され、このような帯電シリカ粒子が蓄積すると、画像に白点となって現れる現象(いわゆる連続プリントゴースト)が発生する場合がある。また、接触部をすり抜けたシリカ粒子が帯電装置(特に接触型の帯電装置)に付着することによっても、帯電不良に起因する画像劣化を引き起こす場合がある。
一方、プレニップ(接触部の上流側近傍)においてトナー粒子や外添剤等が一定量溜まると、溜まった粒子がダムのような働きをして、粒径の小さい粒子がすり抜けるのを防ぐ。以下、プレニップにトナー粒子が溜まった領域を「トナーダム」、外添剤の粒子が溜まった領域を「外添ダム」と称する場合がある。特に、この外添ダムは、像保持体の軸方向(クリーニングブレードの幅方向)に均一に近い状態で形成されることがクリーニング性の観点から望ましい。そして、オイル処理シリカを用いることで、シリカ粒子の表面から遊離したオイルが外添ダムの中で結着剤のような働きをして外添剤同士を適度につなぎ合わせ、この働きにより像保持体の軸方向に均一に近い状態で外添ダムが形成される。
一方、オイル処理シリカはトナーの流動性を低下させる働きもあるため、トナーの搬送性を悪化させる要因になっていた。一般に、シリカは帯電特性や転写特性及びクリーニング特性などから必要な添加量が決定されるが、オイル処理シリカをクリーニング特性から必要量添加させると搬送性が悪くなり、例えばトナーを多量に消費する画像を印字している場合に、現像器内にトナーを必要量供給できず画像濃度が低下するといったトラブルが生じていた。そのため、クリーニング特性を付与する外添剤としてオイル処理シリカのみを用いたのでは、クリーニングブレードによるクリーニング性とトナー流動性の低下に起因する画像不良の抑制とを両立させることは難しい。
これに対して本実施形態では、オイル処理シリカに加えてオイル含浸エラストマーも外添剤として用いている。そのため、オイル含浸エラストマーによって外添ダムに必要なオイルを供給することで、トナー流動性が確保される程度にオイル処理シリカの量を少なくしても、外添ダムに必要なオイルが供給される。
また、オイル含浸エラストマーは、ほぼ球形なのでそれ自体流動性が高く、オイル処理シリカと異なりトナーダムや外添ダムの中で比較的自由に動き回ることができるため、外添ダムに対しては像保持体の軸方向全体に均一に近い状態でオイルを供給しやすい。例えば、画像部と非画像部が像保持体の軸方向に混在する画像を連続的に印字する場合などにおいても、非画像部に不足するオイル量が補われやすい。そのため、非画像部にも外添ダムが形成されやすく、外添剤のすり抜けに起因する連続プリントゴーストの発生や帯電装置の汚染が抑制される。
さらに本実施形態では、外添剤として、オイル含浸エラストマー単体ではなく、オイル含浸エラストマーとオイル処理シリカとを併用している。オイル処理シリカはオイルを吸着しやすい特性があるため、外添剤としてオイル含浸エラストマーとオイル処理シリカとを併用すると、オイル含浸エラストマーから供給された第2のオイルをオイル処理シリカが受け取り、より素早く、より強固に外添ダムを形成することができ、クリーニング性が向上すると考えられる。
以上のように、本実施形態では、オイル処理シリカとオイル含浸エラストマーとを併用することで、外添剤がオイル処理シリカのみである場合に比べ、クリーニングブレードによるクリーニング性とトナー流動性の低下に起因する画像不良の抑制とを両立させやすいと推測される。
オイル処理シリカについて説明する。
第1のオイルのよる表面処理の対象となるシリカ粒子としては、シリカ、すなわちSiOを主成分とする粒子であればよく、結晶性でも非晶性でもよい。また、シリカ粒子は、水ガラスやアルコキシシラン等のケイ素化合物を材料として製造された粒子であってもよいし、石英を粉砕して得られる粒子であってもよい。
具体的には、シリカ粒子としては、例えば、ゾルゲルシリカ粒子、水性コロイダルシリカ粒子、アルコール性シリカ粒子、気相法により得られるフェームドシリカ粒子、溶融シリカ粒子が挙げられる。
シリカ粒子に表面処理する第1のオイルとしては、融点が20℃未満である化合物、すなわち、20℃において液体である化合物であれば特に限定されず、例えば、潤滑油及び油脂からなる群から選択される1以上の化合物が挙げられる。第1のオイルとして具体的には、例えば、シリコーンオイル、パラフィンオイル、フッ素オイル、植物性オイル等が挙げられる。第1のオイルは、1種で用いてもよいし、複数種用いてもよい。
シリコーンオイルとしては、例えば、ジメチルシリコーンオイル(ジメチルポリシロキサン)、ジフェニルシリコーンオイル(ジフェニルポリシロキサン)、メチルフェニルシリコーンオイル(メチルフェニルポリシロキサン)、クロルフェニルシリコーンオイル(クロルフェニルポリシロキサン)、メチルハイドロジェンシリコーンオイル(メチルハイドロジェンポリシロキサン)、アルキル変性シリコーンオイル(アルキル変性ポリシロキサン)、フッ素変性シリコーンオイル(フッ素変性ポリシロキサン)、ポリエーテル変性シリコーンオイル(ポリエーテル変性ポリシロキサン)、アルコール変性シリコーンオイル(アルコール変性ポリシロキサン)、アミノ変性シリコーンオイル(アミノ変性ポリシロキサン)、エポキシ変性シリコーンオイル(エポキシ変性ポリシロキサン)、エポキシ・ポリエーテル変性シリコーンオイル(エポキシ・ポリエーテル変性ポリシロキサン)、フェノール変性シリコーンオイル(フェノール変性ポリシロキサン)、カルボキシル変性シリコーンオイル(カルボキシル変性ポリシロキサン)、メルカプト変性シリコーンオイル(メルカプト変性ポリシロキサン)、アクリル・メタクリル変性シリコーンオイル(アクリル・メタクリル変性ポリシロキサン)、1−メチルスチレン変性シリコーンオイル(1−メチルスチレン変性ポリシロキサン)、高級脂肪酸変性シリコーンオイル(高級脂肪酸変性ポリシロキサン)、メチルスチリル変性シリコーンオイル(メチルスチリル変性ポリシロキサン)等が挙げられる。
パラフィンオイルとしては、例えば、流動パラフィン等が挙げられる。
フッ素オイルとしては、例えば、フッ素オイル、フッ素塩化オイル等が挙げられる。
鉱物油としては、例えば、機械油等が挙げられる。
植物性オイルとしては、例えば、ナタネ油、パーム油等が挙げられる。
第1のオイルとしては、外添ダムの形成によるクリーニング性向上の観点及び水分が吸着することにより電荷導通路を形成する観点からシリコーンオイルが好ましい。また第1のオイルは、シリコーンオイルの中でも、外添ダムの形成によるクリーニング性向上の観点及び他のプロセスにおける汚染等の抑制の観点からジメチルシリコーンオイルがより好ましい。
シリカ粒子を第1のオイルにより表面処理する方法としては、例えば、気相中で浮遊させられたシリカ粒子に対して第1のオイル又は第1のオイルを含む溶液を噴霧するスプレードライ法等の乾式法、第1のオイル又は第1のオイルを含む溶液中にシリカ粒子を浸漬した後乾燥させる湿式法、第1のオイルとシリカ粒子とを混合機により混合する混合法などが挙げられる。
シリカ粒子は、上記方法等により第1のオイルで表面処理された後、エタノールなどの溶剤に再度浸漬し、上記溶剤を乾燥することにより、残留した第1のオイルや低沸点残留分等を除去してもよい。
シリカ粒子の表面処理に用いる第1のオイルの量(処理量)は、クリーニングブレードによるクリーニング性を向上させる観点及びトナーの帯電特性を良好にする観点から、シリカ粒子100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下とすることが好ましく、3質量部以上15質量部以下とすることがより好ましく、5質量部以上12質量部以下とすることがさらに好ましい。
オイル処理シリカの個数平均粒径は、70nm以上150nm以下が好ましい。
上記個数平均粒径は、オイル処理シリカの一次粒子についての粒径である。なお、個数平均粒径は、JIS Z 8901に基づき顕微鏡法による円相当径(Heywood径)で求められ、顕微鏡としては走査型電子顕微鏡(SEM)を用いる。
オイル処理シリカの個数平均粒径が上記範囲であることにより、上記範囲よりも小さい場合に比べて、トナー粒子からオイル処理シリカが脱離しやすく、外添ダムの形成に十分な外添剤量が得られ、均一に近い外添ダムが形成されやすい。また、オイル処理シリカの個数平均粒径が上記範囲であることにより、上記範囲よりも大きい場合に比べて、トナー粒子からオイル処理シリカが過剰に脱離することによるトナーの帯電性及び転写性の低下が、起こりにくくなる。
オイル処理シリカの外添量(添加量)は、トナー粒子100質量部に対して、0.3質量部以上3.0質量部以下が好ましく、0.5質量部以上1.0質量部以下がより好ましい。オイル処理シリカの添加量が上記範囲であることにより、上記範囲よりも少ない場合に比べて外添ダムへのオイル供給が十分に行われることでクリーニングブレードによるクリーニング性が良好となり、上記範囲よりも多い場合に比べてトナー流動性低下による画像不良が抑制される。
オイル含浸エラストマーについて説明する。
オイル含浸エラストマーは、エラストマー粒子を構成する分子鎖の隙間に第2のオイルが染み込んだものである。エラストマー粒子に第2のオイルが含浸していることで、外部からの圧力により、第2のオイルがエラストマー粒子の外に染み出してくる。
第2のオイルを含浸させる対象となるエラストマー粒子の材質としては、外力により変形し、外力を除くとその変形が回復する性質を有するもの、いわゆる、エラストマーであれば特に制限はなく、公知の各種エラストマーが挙げられる。具体的には、例えば、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム)、エピクロロヒドリンゴム等の合成ゴム;ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル等の合成樹脂;等が挙げられる。
エラストマー粒子の材質は、第2のオイルとの相性を考慮して選ぶことが好ましく、同質であることが好ましいことから、第2のオイルとして例えばシリコーンオイルを使用する場合、シリコーンゴムが好ましい。
また、エラストマー粒子は、オイルを含浸させる特性を有するものであれば特に制限はなく、例えば架橋構造を有しているものでも、多孔質のものでもよい。
エラストマー粒子に含浸させる第2のオイルとしては、前記シリカ粒子に表面処理する第1のオイルと同じ具体例が挙げられる。第2のオイルは、1種で用いてもよいし、複数種用いてもよい。
第2のオイルとしては、外添ダムの形成によるクリーニング性向上の観点から、シリコーンオイルが好ましい。また第2のオイルは、シリコーンオイルの中でも、像保持体の軸方向に均一に近い状態で外添ダムを形成する観点及び他のプロセスにおける汚染等の抑制の観点からジメチルシリコーンオイル(ジメチルポリシロキサン)がより好ましい。
また第2のオイルは、第1のオイルと同種のオイルを用いてもよく、異なるオイルを用いてもよいが、外添ダムの形成によるクリーニング性向上の観点から、同種のオイルを用いることが望ましい。すなわち、第1のオイルとしてジメチルシリコーンオイルを用いた場合、第2のオイルとしてもジメチルシリコーンオイルを用いることが望ましい。
また、第2のオイルの25℃における粘度は、10cs以上500cs以下が好ましく、30cs以上150cs以下がより好ましい。第2のオイルの25℃における粘度が上記範囲であることにより、上記範囲よりも低い場合に比べてクリーニングブレードによるクリーニング性が良好であり、上記範囲よりも高い場合に比べてトナーの流動性低下に起因する高温高湿環境下(28℃、85%RH)における画像不良の発生及び画像濃度の変動が抑制されるという利点がある。
エラストマー粒子に第2のオイルを含浸させる方法は、特に制限はなく、例えば、エラストマー粒子と第2のオイルとを接触させる方法、第2のオイルを有機溶媒に溶解し、その溶液とエラストマー粒子とを接触させ、有機溶媒を留去する方法等が挙げられる。
前記接触は、公知の方法で行えばよく、例えば、エラストマー粒子と第2のオイル又は第2のオイルの溶液とを混合する方法や、第2のオイル又は第2のオイルの溶液にエラストマー粒子を浸漬する方法等が挙げられる。
前記有機溶媒としては、第2のオイルを溶解するものであれば特に制限はないが、炭化水素系溶媒やアルコール類が好ましく挙げられる。
オイル含浸エラストマーの個数平均粒径は、1μm以上10μm以下が好ましく、2μm以上5μm以下がより好ましい。
上記個数平均粒径は、オイル含浸エラストマーの一次粒子についての粒径であり、前記オイル処理シリカと同様の方法で求められる。
オイル含浸エラストマーの個数平均粒径が上記範囲であることにより、上記範囲よりも小さい場合に比べて、トナー粒子の表面に付着することに起因するトナーの流動性低下が抑制されるという利点がある。また、オイル含浸エラストマーの個数平均粒径が上記範囲であることにより、上記範囲よりも大きい場合に比べて、オイル含浸エラストマーが外添ダムの中に進入しやすく、第2のオイルを外添ダムに供給することで、像保持体の軸方向に均一に近い状態で形成してクリーニング性が良好になるという利点がある。
オイル含浸エラストマーの球形度は、例えば、0.90以上1.00以下の範囲が挙げられ、0.95以上1.00以下の範囲が好ましい。
前記球形度は、下記の方法で測定した平均円形度を意味する。
測定サンプルとして、オイル含浸エラストマー200mgをエチレングリコール水溶液30mlに添加及び攪拌し、上澄み水溶液を除去した残渣中のオイル含浸エラストマーを用いて、以下の方法で測定した。測定は、FPIA−3000(シスメックス社製)を使用し、撮影された少なくとも5000個以上各々のオイル含浸エラストマーの粒子に対して画像解析を行い、統計処理することによって、平均円形度を求めた。ここで、個々の円形度は下記式(3)に基づいて求めた。
式(3): 円形度=円相当径周囲長/周囲長=[2×(A×π)1/2]/PM
(上記式(3)において、Aは粒子の投影面積、PMは粒子の周囲長を表す。)
なお、測定はHPFモード(高分解能モード)、希釈倍率10倍で行った。また、データの解析に当たっては、測定ノイズ除去の目的で、個数粒径解析範囲を2〜5μmの範囲、円形度解析範囲を0.85乃至1.00の範囲で実施した。
オイル含浸エラストマーの外添量(添加量)は、トナー粒子100質量部に対して、0.05質量部以上0.5質量部以下が好ましく、0.1質量部以上0.3質量部以下がより好ましい。オイル含浸エラストマーの添加量が上記範囲であることにより、上記範囲よりも少ない場合に比べて外添ダムへのオイル供給が十分に行われ、像保持体の軸方向に均一に近い状態で外添ダムが形成されることから、クリーニング性が良好となる。一方、オイル含浸エラストマーの添加量が上記範囲であることにより、上記範囲よりも多い場合に比べて、トナー流動性の低下に起因する画像不良が抑制される。
第1のオイルと第2のオイルとの合計含有量は、トナー粒子1gに対し、0.01mg以上100mg以下であることが好ましく、0.05mg以上50mg以下であることがより好ましく、0.1mg以上30mg以下であることがさらに好ましい。第1のオイルと第2のオイルとの合計含有量が上記範囲であることにより、上記範囲よりも少ない場合に比べ、クリーニングブレードによるクリーニング性が良好であることにより濃度変動がより少ない画像が得られる。また、第1のオイルと第2のオイルとの合計含有量が上記範囲であることにより、上記範囲よりも多い場合に比べて、トナーの流動性が良好であることにより高温高湿度環境下(28℃、85%RH)であっても画像不良の発生が抑制される。
第1のオイルと第2のオイルとの合計含有量の測定方法としては、以下の方法が挙げられる。まず、オイル処理シリカ及びオイル含浸エラストマーのそれぞれについて、溶媒中で超音波洗浄し、洗浄液をデカンテーション後、60℃で12時間真空乾燥する。そして、オイル除去前後の重量変化から、オイル処理シリカ及びオイル含浸エラストマーのそれぞれについてオイル含有率を算出し、オイル処理シリカ及びオイル含浸エラストマー粒子のそれぞれの添加量から、トナー粒子1gに対するオイル含有量を算出して合計する。
その他の外添剤としては、例えば、無機粒子、樹脂粒子等が挙げられる。
外添剤としての無機粒子としては、オイルで処理されていないシリカ粒子のほか、TiO、Al、CuO、ZnO、SnO、CeO、SrTiO、Fe、MgO、BaO、CaO、KO、NaO、ZrO、CaO・SiO、KO・(TiO、Al・2SiO、CaCO、MgCO、BaSO、MgSO、PTFE(‘ポリテトラフルオロエチレン)、ZnSt(ステアリン酸亜鉛)等が挙げられる。
外添剤としての樹脂粒子としては、例えば、PMMA(ポリメタクリル酸メチル樹脂)、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリプロピレン樹脂等の粒子が好適に挙げられる。
トナーの製造方法について説明する。
まず、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いが、例えば、結着樹脂、着色剤及び離型剤、必要に応じて帯電制御剤等を加えて混練、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、着色剤及び離型剤、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、着色剤及び離型剤、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、着色剤及び離型剤、必要に応じて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により製造されるトナー粒子が使用される。
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等、公知の方法が使用される。なお、トナーの製造方法としては、形状制御、粒度分布制御の観点から水系溶媒にて製造する懸濁重合法、乳化重合凝集法、溶解懸濁法が望ましく、乳化重合凝集法が特に望ましい。
そして、トナーは、上記トナー粒子及び上記外添剤をヘンシェルミキサー又はVブレンダー等で混合することによって製造される。また、トナー粒子を湿式にて製造する場合は、湿式にて外添してもよい。
次に、キャリアについて説明する。
キャリアとしては、特に制限はなく、公知のキャリアが挙げられる。キャリアとしては、例えば、樹脂被覆キャリア、磁性分散型キャリア、樹脂分散型キャリア等が挙げられる。
なお、二成分現像剤における、トナーとキャリアとの混合比(重量比)は、例えば、トナー:キャリア=1:100乃至30:100程度の範囲が望ましく、3:100乃至20:100程度の範囲がより望ましい。
次に、クリーニング装置6について詳細に説明する。
クリーニング装置6は、例えば、図2に示すように、感光体1の表面(周面)に近接して配置され、感光体1の表面と対向する側に開口する筐体64を備えている。
なお、このクリーニング装置6は、例えば、少なくとも感光体1と一体化された感光体ユニット(像保持体ユニット)として構成されていてもよく、その感光体ユニットの状態で画像形成装置100に対して着脱される構成とされている。また、クリーニング装置6が単体でユニット化され、画像形成装置100に対して着脱される構成とされてもよく、更にはクリーニング装置6が画像形成装置100に対して着脱されない状態で取り付けられ、感光体1が画像形成装置100に対して着脱される構成とされてもよい。
クリーニング装置6は、感光体1と対向する側に開口する筐体64を備えている。筐体64の上方側における開口端部の内面には、例えば、クリーニング装置6内に収容された廃トナー等が外部へ漏れるのを防ぐシール部材65が配設されている。すなわち、このシール部材65は、感光体1と筐体64との間の隙間を塞ぐように、感光体1に向かって延在するとともに、その感光体1には接触しない構成とされている。なお、シール部材65には、例えば厚さ0.1mmの熱可塑性ポリウレタンフィルムが用いられる。
また、筐体64内の下方側には、例えば、回収した廃トナー等を筐体64外に設けられた廃トナー排出部(図示省略)まで搬送するオーガ63が配設されている。そして、例えば、筐体64のシール部材65よりも感光体1の回転方向(矢印A方向)下流側には、クリーニングブレード60が配設されている。
すなわち、例えば、感光体1の軸方向に亘って設けられた支持基材としての板金61の上部外面に、クリーニングブレード60の基部(一端側)が、接着等によって固定支持されており、その板金61は、止めネジ62によって筐体64の下部内面に固定されている。
また、このクリーニングブレード60は、例えば、弾性材料で構成された板状(ブレード状)に形成されており、例えば、その厚さが2.0mm、自由長(板金61に固定されていない領域における上下方向の長さ)が8.0mm、感光体1の軸方向の長さが330mmとされている。また、その弾性材料としては、例えば、耐磨耗性、耐欠損性、耐クリープ性など、機械的性質に優れる、例えば熱硬化型ポリウレタンゴムが挙げられる。また、弾性材料としては、例えばシリコーンゴム、フッ素ゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム等の機能性ゴム材なども挙げられる。
クリーニングブレード60は、例えば、その先端部(上端部)が感光体1の回転方向(矢印A)とは反対側に向けた状態で、その先端部(上端部)のエッジ部60Aを感光体1に対向するようにして接触させて、配置している。
クリーニングブレード60の加圧方式(感光体1に対する加圧方式)は、構造が簡単で低コストの定変位方式を採用してもよいし、定変位方式に限られるものではなく、加圧力の経時変化がほとんどない定荷重方式を採用してもよい。
クリーニング装置6により感光体1のクリーニングを行うと、図2に示すように、感光体1の表面に残留した転写残トナーT1が、シール部材65の前を通過した後、クリーニングブレード60によって掻き取られる。クリーニングブレード60で掻き取られたトナーの一部は、筐体64に一旦収容された後、最終的にオーガ63によってクリーニング装置6の側方外部に搬送及び排出される。
また、転写残トナーT1の一部(特に粒径の小さい外添剤)は、クリーニングブレード60のエッジ部60Aと感光体1の表面との間をすり抜ける場合がある。具体的には、例えば、クリーニングブレード60の先端部が感光体1との摺擦で摩耗した場合や、感光体1の表面の摩擦係数が高くクリーニングブレード60の先端部が不規則に変形してエッジ部60Aにおける塞き止め力が低下した場合等では、粒径の小さい外添剤がすり抜けやすくなる。特に、トナーの外添剤として使用されているシリカは粒径が小さく、ファンデルワールス力などで感光体1の表面に強固に付着しやすいため、クリーニングブレード60のエッジ部60Aと感光体1の表面との間をすり抜けやすい。
この外添剤のすり抜けの抑制に有効に作用するのが、後述する通り、クリーニングブレード60のエッジ部60Aと感光体1との接触部における感光体1の回転方向上流側である「プレニップ」に形成される外添ダムADである。
なお、後述するように、プレニップにおける外添ダムADのさらに感光体1回転方向上流側には、トナー粒子が溜まった領域であるトナーダムTDが形成され、このトナーダムはトナー粒子のすり抜けの抑制に有効に作用する。
以下、外添ダムAD及びトナーダムTDが形成されるプレニップについて詳細に説明する。
クリーニング装置6によるクリーニングを継続させると、プレニップにトナー(トナー粒子や外添剤)が蓄積される。
図3はクリーニング装置6のクリーニングブレード60の先端部を拡大したもので、T1は転写残トナー、T2はクリーニングブレード60のプレニップに蓄積したトナーである。図3に示すように、感光体1の回転中は感光体1の表面とクリーニングブレード60のエッジ部60Aとの間に発生する動摩擦力により、クリーニングブレード60のエッジ部60Aは、感光体1の回転方向(矢印A方向)に引っ張られて変形(矢印D方向に変形)し、先端角度が小さな楔形形状になる。
この際、重要となるのは、プレニップを詳細に観察及び分析を重ねた結果、次の現象が起こっていることをつきとめたことである。
感光体1の回転が継続すると、プレニップでは、トナーのうち相対的に粒径の小さい外添剤が集まりはじめて外添ダムADを形成し、外添ダムADの感光体1回転方向上流側に粒径の大きいトナー粒子が集まってトナーダムTDを形成する。
なお、プレニップの感光体1の回転方向上流側では、ある程度トナー(トナー粒子)が集まった後、プレニップに留まることはできなくなって逐次移動し(図3のT3で示す)、クリーニングブレード60の先端部に堆積する(図3のT4で示す)。そして、クリーニングブレード60の先端部に堆積するトナーT4が多量に溜まると、プレニップ側から押されて感光体1とは反対側(図3の矢印C方向)に移動した後、重力によってクリーニングブレード60の先端部から落下する。落下したトナー(図示省略)は、筐体64内に一旦収容された後、オーガ63によって排出される。
プレニップをさらに詳細に説明するために、図3の丸印Gの周囲を拡大表示したものが図4である。図4は、感光体1が回転中の状態における外添ダムAD及びトナーダムTDの様子を表している。
プレニップにおける楔形形状部分において、感光体1の回転方向上流側からトナー粒子及び外添剤が次々と運ばれてくるため、押されたトナー粒子及び外添剤は感光体1の表面から遠ざかる方向に移動する。そのため、トナーダムTD及び外添ダムAD内では、図4の矢印Y1及び矢印Y2で示された向きに流れる対流が起こる。
その結果、外添ダムの中に混在するオイル含浸エラストマーOPが外添ダムAD内で撹拌されることで、オイル含浸エラストマーからオイルが遊離し、遊離したオイルが外添ダムの中で結着剤の働きをして外添剤同士を適度につなぎ合わせる。この働きにより、外添ダムは感光体1の軸方向に均一に近い状態で形成されると推定される。
そして前述のように、オイル含浸エラストマーの個数平均粒径が1μm以上10μm以下であると、上記範囲よりも大きい場合に比べてオイル含浸エラストマーは外添ダムの中に侵入しやすく、上記範囲よりも小さい場合に比べてトナー粒子の表面に付着されることに起因するトナーの流動性低下が抑制される。
以上のように、本実施形態では、トナーの外添剤としてオイル処理シリカに加えてオイル含浸エラストマーを用いることで、オイル含浸エラストマーの第2のオイルが外添ダムに供給される。そして本実施形態では、オイル含浸エラストマーの粒径、第2のオイルの種類、第2のオイルの粘度、第2のオイルの含有量等を個別に調整することで、従来のようにオイル処理シリカのみを用いる場合に比べて、外添ダムに供給するオイル量等が最適に制御される。
また、オイル処理シリカはシリカ粒子の表面から第1のオイルが遊離することで第1のオイルを外添ダムに供給する。これに対して、オイル含浸エラストマーは、第2のオイルとエラストマー粒子とが化学的に結合しておらず、エラストマー粒子が含浸する第2のオイルが外部に染み出すことで外添ダムに第2のオイルが供給されるため、外添ダムに供給するオイル量をより制御しやすい。
さらに、オイル含浸エラストマーは、オイル処理シリカに比べて球形に近いため、トナーダムの中で移動しやすく、感光体1の軸方向に均一に近い状態でオイルを供給しやすい。それにより、特に画像部と非画像部が感光体1の軸方向に混在する画像を連続的に印字する場合などにおいても、非画像部に不足しやすいオイルを補いやすく、非画像部での外添剤のすり抜けが抑制され、連続プリントゴーストの発生や帯電装置の汚染が抑制される。
なお、外添ダムを良好な状態に保つためには、クリーニングブレード60の姿勢を安定化することが重要であり、そのためには外添剤を適度の量(画像欠陥や帯電器汚染に影響しない程度の量)だけすり抜けさせることが望ましいこともわかった。この外添剤の適度なすり抜けに最も影響しているのは、後述するクリーニングブレード60のブレード荷重N及びブレード接触角度αであると考えられる。
図5に示すように、クリーニングブレード60のブレード荷重Nは、ブレード自由長L、ブレード厚みt、ブレード材のヤング率(硬度)、ブレード設定角度θ(ブレード接触角度α)、ブレード食い込み量d(感光体1に対する食い込み量)、画像形成装置で使用しているトナー仕様、感光体1の仕様、帯電方式、感光体1の周りで接触している部材、ブレード要求寿命などに依存するが、本実施形態では、外添剤の適度なすり抜けの観点から、2.0gf/mm以上3.5gf/mm以下の範囲が望ましい。
ここで、クリーニングブレード60のブレード荷重Nは、次式で算出される。
・式:N=dEt/4L
但し、dはブレード食い込み量、Eはブレードヤング率、tはブレード厚み、Lはブレード自由長である。
また、ブレード接触角度αは、外添剤の適度なすり抜けの観点から、9゜以上12゜以下が好ましい。
以上、クリーニングブレード60の先端部が上向き(重力方向と反対方向)である形態について説明したが、本実施形態ではこれに限られず、クリーニングブレード60の先端部が下向き(重力方向)でも、横向き(重力方向に垂直な方向)でもよい。
クリーニングブレード60の先端部が上向きである場合は、クリーニングブレード60の先端部が下向きである場合に比べ、特に感光体1の軸方向における外添ダムの偏在が起こりやすいと考えられる。しかしながら本実施形態では、前記の通り外添剤としてオイル処理シリカとオイル含浸エラストマーとを併用しているため、クリーニングブレード60の先端部の向きに関わらず、感光体1の軸方向全体にわたって均一に近い状態で外添ダムを形成しやすく、クリーニング性が良好となる。
次に、本実施形態の効果を確認するため実施した検証実験について述べる。
検証実験には、画像形成装置として富士ゼロックス製カラー複合機DocuCentre C7775を使用し、クリーニング装置内のブレード設定パラメータを変更し評価した。なお、クリーニングブレードは、製品オリジナルのものをそのまま使用した。
実験に使用したクリーニング装置は、具体的には、図2に示すように、クリーニングブレード60の先端部が上向きであり、ブレード厚みtが2.0mm、ブレード自由長Lが8.0mm、ブレード材の硬度が78である。また、ブレード荷重Nを2.5gf/mm、ブレード接触角度αを11.0°として評価を行った。
また、実験に使用した現像剤は、以下のように作製したものである。
(ポリエステル樹脂(A1)及びポリエステル樹脂粒子分散液(a1)の調製)
加熱乾燥した二口フラスコに、ポリオキシエチレン(2,0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン15モル部と、ポリオキシプロピレン(2,2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン85モル部と、テレフタル酸10モル部と、フマル酸67モル部と、n−ドデセニルコハク酸3モル部と、トリメリット酸20モル部と、これらの酸成分(テレフタル酸、n−ドデセニルコハク酸、トリメリット酸、フマル酸の合計モル数)に対して0.05モル部のジブチル錫オキサイドと、を入れ、容器内に窒素ガスを導入して不活性雰囲気に保ち昇温した後、150℃乃至230℃で12時間から20時間共縮重合反応させた。その後、210℃乃至250℃で徐々に減圧して、ポリエステル樹脂(A1)を合成した。この樹脂の重量平均分子量Mwは65000、ガラス転移温度Tgは65℃であった。
高温・高圧乳化装置(キャビトロンCD1010、スリット:0.4mm)の乳化タンクに、得られたポリエステル樹脂3000質量部、イオン交換水10000質量部、界面活性剤ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム90質量部を投入した後、130℃に加熱溶融後、110℃で流量3L/mにて10000回転で30分間分散させ、冷却タンクを通過させて非晶性樹脂粒子分散液(高温・高圧乳化装置(キャビトロンCD1010 スリット0.4mm)を回収し、ポリエステル樹脂粒子分散液(a1)を得た。
(ポリエステル樹脂(B1)及びポリエステル樹脂粒子分散液(b1)の調製)
加熱乾燥した3口フラスコに、1、9−ノナンジオール45モル部と、ドデカンジカルボン酸55モル部と、触媒としてジブチル錫オキサイド0.05モル部とを入れた後、減圧操作により容器内の空気を窒素ガスにより不活性雰囲気下とし、機械攪拌にて180℃で2時間攪拌を行った。その後、減圧下にて230℃まで徐々に昇温を行い5時間攪拌し、粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させ、ポリエステル樹脂(B1)を合成した。この樹脂の重量平均分子量Mwは25000、溶融温度Tmは73℃であった。
その後、ポリエステル樹脂分散液(A1)の作製と同じ条件にて高温・高圧乳化装置(キャビトロンCD1010、スリット:0.4mm)を用い、ポリエステル樹脂分散液(b1)を得た。
(着色剤粒子分散液の調製)
・シアン顔料(大日精化(株)製、Pigment Blue 15:3(銅フタロシアニン)):1000質量部
・アニオン性界面活性剤ネオゲンSC(第一工業製薬)アニオン界面活性剤(ラウリル硫酸ナトリウム 和光純薬工業製):150質量部
・イオン交換水:4000質量部
以上を混合し、溶解し、高圧衝撃式分散機アルティマイザー((株)スギノマシン製、HJP30006)を用いて1時間分散して着色剤(シアン顔料)粒子を分散させてなる着色剤粒子分散液を調製した。着色剤粒子分散液における着色剤(シアン顔料)粒子の体積平均粒子径は0.15μm、着色剤粒子濃度は20%であった。
(離型剤粒子分散液の調製)
・離型剤(WEP−2、日油社製):100質量部
・アニオン性界面活性剤ネオゲンSC(第一工業製薬):2質量部
・イオン交換水:300質量部
・脂肪酸アミドワックス(日本精化、ニュートロンD:100質量部
・アニオン界面活性剤(日油社製、ニューレックスR):2質量部
・イオン交換水:300質量部
以上の成分を95℃に加熱して、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて分散した後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザー(ゴーリン社)で分散処理し、体積平均粒子径が200nmである離型剤粒子を分散させてなる離型剤粒子分散液(1)(離型剤濃度:20質量%)を調製した。
(トナー粒子1の作製)
・ポリエステル樹脂粒子分散液(a1):340質量部
・ポリエステル樹脂粒子分散液(b1):160質量部
・着色剤粒子分散液:50質量部
・離型剤粒子分散液:60質量部
・界面活性剤水溶液:10質量部
・0.3M硝酸水溶液:50質量部
・イオン交換水:500質量部
上記成分を丸型ステンレス製フラスコ中に収容して、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて分散した後、加熱用オイルバス中で42℃まで加熱し30分保持した後、更に加熱用オイルバスの温度を上げて58℃で30分間保持し、凝集粒子が形成されていることを確認した段階で、追加のポリエステル樹脂粒子分散液(a1):100質量部を添加後、更に30分保持した。
続いて、ニトリロ3酢酸Na塩(中部キレスト社製、キレスト70)を全液の3質量%となるように添加した。その後1Nの水酸化ナトリウム水溶液をpH7.2に到達するまで穏やかに添加した後、攪拌を継続しながら85℃まで加熱し、3.0時間保持した。その後、反応生成物をろ過し、イオン交換水で洗浄した後、真空乾燥機を用いて乾燥してトナー粒子1を得た。
このときの粒子径をコールターマルチサイザーにて測定したところ体積平均粒径D50は4.5μm、粒度分布係数GSDは1.22であった。
(オイル処理シリカ1の作製)
SiCl、水素ガス、酸素ガスを燃焼バーナーの混合室内で混合後に、1000℃以上3000℃以下の温度で燃焼させ、燃焼後のガスからシリカ粉末を取りだすことでシリカ基材を得た。この時、水素ガスと酸素ガスのモル比を1.3:1にすることで体積平均粒径136nmのシリカ粒子(1)を得た。
シリカ粒子(1)100部とエタノール500部とをエバポレーターに入れ、温度を40℃に維持したまま15分間攪拌した。次に、シリカ粒子100部に対して10部のジメチルシリコーンオイル(信越化学工業(株)製、型番:KM351)を入れ15分間攪拌した後に、更にシリカ粒子100部に対して10部のジメチルシリコーンオイルを入れ15分撹拌した。最後に温度を90℃に上げエタノールを減圧乾燥させた、その後、処理物を取り出して更に120℃で30分間真空乾燥を行うことで、個数平均粒径136nm、遊離オイル量10質量%のオイル処理シリカ粒子1を得た。
(オイル含浸エラストマー1の作製)
スチレン40部、ブタジエン10部、希釈剤としてジエチルベンゼン25部及びイソアミルアルコール50部、並びに、重合開始剤としてジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)2.0部を混合溶解した。
この混合物を、炭酸カルシウム粉末(数平均粒子径:0.1μm、奥多摩工業(株)製TP−123)10部、塩化ナトリウム50部、水200部の分散溶液の中に投入した。ミキサーで6,000rpm、1分間乳化を行った後、窒素雰囲気下70℃で20時間重合反応を行った。
その後塩酸を投入して炭酸カルシウムを分解後、水洗浄を行い、次に希釈剤を除去するためにエタノールで洗浄した。更に湿式分級して3μmの個数平均粒子径を有するエラストマー粒子を選別し、100℃で12時間真空乾燥を行った。
その後、ジメチルシリコーンオイル(信越化学工業(株)製、型番:KM351、25℃における粘度:50cs)150部をエタノール1,000部に溶解し、エラストマー粒子100部と撹拌混合した後、エバポレーターを用いて溶剤のエタノールを留去し、乾燥させ、オイル含浸エラストマー1を得た。得られたオイル含浸エラストマーの数平均粒子径は3μm、球形度は0.95であった。
(トナー1の作製)
トナー粒子1を100部に対し、オイル処理シリカを0.50部、オイル含浸エラストマーを0.30部、及びその他の外添剤として非オイル処理シリカ粒子(個数平均粒径:140nm)を2.50部、チタニア粒子(個数平均粒径:20nm)を1.50部添加し、5リットルヘンシェルミキサーを用い、周速30m/sで15分間混合を行った後、45μmの目開きの篩を用いて粗大粒子を除去し、トナー1を作製した。
なお、第1のオイルと第2のオイルとの合計含有量(オイル処理シリカ及びオイル含浸エラストマーに含まれるジメチルシリコーンオイルの総量)は、トナー粒子1gに対し、3mgであった。
[キャリア1]
フェライト粒子(パウダーテック社製、平均粒径50μm)100質量部とメチルメタクリレート樹脂(三菱レイヨン社製、分子量95000、10000以下の成分比率は5質量%)1.5質量部を、トルエン500質量部と共に加圧式ニーダーに入れ、常温(25℃)で15分間攪拌混合した後、減圧混合しながら70℃まで昇温してトルエンを留去し、その後冷却し、105μmの篩を用いて分級して樹脂被覆フェライトキャリア(キャリア1)を得た。
[現像剤1]
トナー濃度が7質量%となるように、上記得られたトナーと、上記樹脂被覆フェライトキャリアと、を混合して、現像剤を作製した。
[現像剤2]
トナー1の作製において、オイル処理シリカの外添量をトナー粒子100部に対して2.00部とし、かつ、オイル含浸エラストマーを用いない(すなわちオイル含浸エラストマーの外添量を0部とした)以外は、現像剤1と同様にして、現像剤2を作製した。
上記現像剤を備えた前述の画像形成装置を用いて、トナーの流動性及び感光体のクリーニング性を検証した。
[トナーの流動性の検証]
トナーの流動性を確認するため、トナー排出速度、すなわち、現像器へ供給される単位時間当たりのトナー供給量の時間変化を測定した。測定にはオフラインのディスペンスレート(排出速度)評価装置を使用し、トナーカートリッジにトナーを充填(350g)してからトナーが排出されなくなるまで(トナー排出速度が0g/sになるまで)測定した。現像剤1を用いた測定の結果(トナー総排出量(トナーカートリッジ内排出量)に対するトナー排出速度(排出レート)の変化)を図6に示す。
また、上記測定を4回繰り返し、4回の測定における60秒〜720秒のトナー排出速度を平均し、「平均トナー排出速度」とした。また、トナー排出速度が0g/sまで下がった後にトナーカートリッジ内に残ったトナーの量を「トナー残量」とした。
現像剤1を用いた測定では、平均トナー排出速度が0.38g/sであり、トナーカートリッジの充填量350gに対しトナー残量は16gであった。
一方、オイル含浸エラストマーを含まない現像剤2を用いた測定においては、平均トナー排出速度は0.15g/sであり、トナーカートリッジの充填量350gに対しトナー残量は36gであった。すなわち現像剤1を用いた本実施形態の画像形成装置では、現像剤2を用いた従来の画像形成装置に比べて、平均トナー排出速度が2倍程度の値を示し、トナー残量が半分以下となった。
[クリーニング性の検証]
感光体のクリーニング性を確認するため、画像形成の繰り返し数(ランニングサイクル数)に対するゴーストレベル(ΔL)の変化を測定した。具体的には、ゴースト評価チャートを連続50枚プリントし、50枚目のゴーストレベルをΔLで評価した。なお、ゴーストレベルは、画像部と非画像部の明度LをX−Rite938を用いて測定し、画像部の明度と非画像部の明度の差を算出した値が明度差ΔLであり、ΔL値が低いほどクリーニング性が良好である。
現像剤1を用いた測定の結果(画像形成の繰り返し数に対するゴーストレベルΔLの変化)を図7に示す。現像剤1を用いた測定では、100000枚の画像形成を行ってもゴーストレベルが0.15以下の状態が維持され、連続プリントゴーストが認識されないレベルであった。これに対して、オイル含浸エラストマーを含まない現像剤2を用いた測定では、100000枚目の画像におけるゴーストレベルは1.50であり、連続プリントゴーストの発生が確認された。
以上の検証実験から、本実施形態の画像形成装置では、従来の画像形成装置に比べて、クリーニングブレードによるクリーニング性とトナーの流動性の低下に起因する画像不良の抑制とを両立させやすいことが分かる。
なお、本実施形態では、転写装置として一次転写ロール5、中間転写ベルト8、及び二次転写ロール12等を備えた中間転写装置を備えた画像形成装置や、タンデム方式の画像形成装置について説明したが、これに限られず、例えば、感光体1に形成されたトナー画像を直接記録用紙Pに転写する直接転写方式の画像形成装置や、一つの感光体1を備えた白黒画像を形成する画像形成装置等、周知の画像形成装置を適用してもよい。
1 感光体(像保持体の一例)
2 帯電装置
3 露光装置(静電潜像形成手段の一例)
4 現像装置(現像手段の一例)
5 一次転写ロール(転写手段の一例)
6 クリーニング装置(クリーニング手段の一例)
7 定着装置(定着手段の一例)
8 中間転写ベルト
9 駆動ロール
10 従動ロール
11 背面ロール
12 二次転写ロール
20 搬送機構
21 給紙部
22 取出ロール
23、24 搬送ロール
25 排紙ロール
26、27、28、29、30 ガイド部材
38 画像形成手段
40 画像形成ユニット
60 クリーニングブレード
60A クリーニングブレードのエッジ部
61 板金
62 ネジ
63 オーガ
64 筐体
65 シール部材
100 画像形成装置
P 記録用紙(記録媒体の一例)

Claims (17)

  1. 像保持体と、
    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、
    トナー粒子と第1のオイルで表面処理されたシリカ粒子と第2のオイルを含浸するエラストマー粒子とを有する静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電潜像をトナー画像として現像する現像手段と、
    前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、
    クリーニングブレードを有し、前記像保持体の表面に残留したトナーを除去するクリーニング手段と、
    前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、
    を備える画像形成装置。
  2. 前記トナー粒子100質量部に対する前記第1のオイルで表面処理されたシリカ粒子の添加量は、0.3質量部以上3.0質量部以下である、請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記第2のオイルを含浸するエラストマー粒子の個数平均粒径は、1μm以上10μm以下である、請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 前記トナー粒子100質量部に対する前記第2のオイルを含浸するエラストマー粒子の添加量は、0.05質量部以上0.5質量部以下である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  5. 前記第1のオイルと前記第2のオイルとは、いずれもジメチルシリコーンオイルである、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  6. 前記第1のオイルと前記第2のオイルとの合計含有量は、前記トナー粒子1gに対し、0.01mg以上100mg以下である、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  7. 前記第2のオイルの25℃における粘度は、10cs以上500cs以下である、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  8. トナー粒子と、第1のオイルで表面処理されたシリカ粒子と、第2のオイルを含浸するエラストマー粒子と、を有する静電荷像現像用トナー。
  9. 前記トナー粒子100質量部に対する前記第1のオイルで表面処理されたシリカ粒子の添加量は、0.3質量部以上3.0質量部以下である、請求項8に記載の静電荷像現像用トナー。
  10. 前記第2のオイルを含浸するエラストマー粒子の個数平均粒径は、1μm以上10μm以下である、請求項8又は請求項9に記載の静電荷像現像用トナー。
  11. 前記トナー粒子100質量部に対する前記第2のオイルを含浸するエラストマー粒子の添加量は、0.05質量部以上0.5質量部以下である、請求項8〜請求項10のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
  12. 前記第1のオイルと前記第2のオイルとは、いずれもジメチルシリコーンオイルである、請求項8〜請求項11のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
  13. 前記第1のオイルと前記第2のオイルとの合計含有量は、前記トナー粒子1gに対し、0.01mg以上100mg以下である、請求項8〜請求項12のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
  14. 前記第2のオイルの25℃における粘度は、10cs以上500cs以下である、請求項8〜請求項13のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナー。
  15. 請求項8〜請求項14のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤。
  16. 請求項8〜請求項14のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーを収容し、
    画像形成装置に着脱されるトナーカートリッジ。
  17. 請求項15に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、
    クリーニングブレードを有し、前記像保持体の表面に残留したトナーを除去するクリーニング手段と、
    を備え、画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジ。
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