JP2016191768A - 画像形成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、高速化、高画質、高耐久および耐部材汚染性を満足する画像形成方法を提供することを目的とする。
【解決手段】像担持体上の静電潜像を現像するためにトナー担持体にトナーを担持し搬送し、該トナーをトナー規制部材により規制する画像形成方法であって、該トナーを規制する部材の表面に積層した体積抵抗値が105乃至1010Ωcmの樹脂材料を有したトナー規制手段によるトナー規制工程を有し、該トナーの体積抵抗値Aと該トナー規制手段上に積層した樹脂材料の体積抵抗値Bの関係が 104≦A/B≦109
該トナー担持体は、動摩擦係数μdが0.45乃至0.80であり、トナー規制手段上に積層した樹脂材料表面の動摩擦係数μbが0.13乃至0.22であり、その差(μd−μb)が0.25乃至0.60、該トナーはトナー粒子と疎水化処理外添剤を有し、該疎水化処理外添剤の添加量がトナー粒子100質量部に対し1.4質量部以上、該トナーのフロー式粒子像測定装置で計測される平均円形度が0.960乃至0.995、該トナー(トナーをペレット状にした表面の)動摩擦係数μtが0.03乃至0.19、トナー規制手段上に積層した樹脂材料表面の動摩擦係数μbと該トナー動摩擦係数μtの差(μb−μt)が0乃至0.20、であることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、像担持体上に形成された潜像に現像剤を付着させて可視化する電子写真方式や静電記録方式などの複写機、プリンタ等の画像形成装置に使用されるトナーに関するものである。
最近の複写機やプリンターには、小型化、軽量化、高信頼性といった要求が強まり、性能に対する要求も厳しいものとなってきている。
例えば、複写機、プリンター、ファクシミリの受信装置などに用いられる電子写真技術は装置の発展とともに利用者からの要求も年々厳しくなっている。近年の動向では、多数枚印刷が可能であること、また、市場の拡大により使用される環境が広がったことから環境に依存しない安定した画像品質を提供することが強く求められるようになっている。
上記要求を満足させるためには、高耐久且つ高画質であるトナーが従来以上に必要とされ、前記課題を解決すべく数多く改良が行われている。例えば、ブラシクリーニングを備えた感光体の摩擦係数を規定した発明が開示されている(例えば、特許文献1)。また、トナーの摩擦係数を規定した発明が開示されている(例えば、特許文献2)。さらに、トナー、規制手段、担持体の摩擦係数を規定した発明が開示されている(例えば、特許文献3)。
確かにこのように種々の摩擦係数を規定することにより、画像形成のある一工程における一定の高耐久性と高画質安定性が得られるようになった。しかし、より苛酷な環境において多数枚印字を行うと依然として諸特性の改善を必要としてる状況である。
また、一工程だけでなく全体の工程に対して弊害の無いバランスの取れた画像形成方法が求められているのが実状である。
特開2004−233612号公報 特開2004−258625号公報 特開2000−275964号公報
本発明は、上記状況を鑑み、高速、高画質、高耐久および高環境安定性を満足する画像形成方法を提供することを目的とする。
上記目的は以下の本発明によって達成される。すなわち、像担持体上の静電潜像を現像するためにトナー担持体にトナーを担持し搬送し、該トナーをトナー規制部材により規制する画像形成方法であって、
該トナーを規制する部材の表面に積層した体積抵抗値が105乃至1010Ωcmの樹脂材料を有したトナー規制手段によるトナー規制工程を有し、該トナーの体積抵抗値Aと該トナー規制手段上に積層した樹脂材料の体積抵抗値Bの関係が104≦A/B≦109
該トナー担持体は、動摩擦係数μdが0.45乃至0.80であり、トナー規制手段上に積層した樹脂材料表面の動摩擦係数μbが0.13乃至0.22であり、その差(μd−μb)が0.25乃至0.60、
該トナーはトナー粒子と疎水化処理外添剤を有し、該疎水化処理外添剤添加量がトナー粒子100質量部に対し1.4質量部以上、該トナーのフロー式粒子像測定装置で計測される平均円形度が0.960乃至0.995、
該トナー(トナーをペレット状にした表面の)動摩擦係数μtが0.03乃至0.19、トナー規制手段上に積層した樹脂材料表面の動摩擦係数μbと該トナー動摩擦係数μtの差(μb−μt)が0乃至0.20
であることによって本発明が達成される。
本発明によれば、高速化したプリンタでの定着性に優れた画像形成方法が得られる。
さらに本発明によれば、高速化したプリンタでの現像性に優れた画像形成方法が得られる。
本発明の画像形成装置に用いられる現像装置の断面図である。 本発明の画像形成装置の断面図である。 本発明の測定に用いられる装置の構成説明図である。 本発明の測定に用いられる別の装置の構成説明図である。
本発明は、像担持体上の静電潜像を現像するためにトナー担持体にトナーを担持し搬送し、該トナーをトナー規制部材により規制する画像形成方法である。そして、該トナーを規制する部材の表面に積層した体積抵抗値が105乃至1010Ωcmの樹脂材料を有したトナー規制手段によるトナー規制工程を有し、該トナーの体積抵抗値Aと該トナー規制手段上に積層した樹脂材料の体積抵抗値Bの関係が104≦A/B≦109、該トナー担持体は、動摩擦係数μdが0.45乃至0.80であり、トナー規制手段上に積層した樹脂材料表面の動摩擦係数μbが0.13乃至0.22であり、その差(μd−μb)が0.25乃至0.60、該トナーはトナー粒子と疎水化処理外添剤を有し、該疎水化処理外添剤添加量がトナー粒子100質量部に対し1.4質量部以上、該トナーのフロー式粒子像測定装置で計測される平均円形度が0.960乃至0.995、該トナー(トナーをペレット状にした表面の)動摩擦係数μtが0.03乃至0.19、トナー規制手段上に積層した樹脂材料表面の動摩擦係数μbと該トナー動摩擦係数μtの差(μb−μt)が0乃至0.20、であることを特徴とする。
本発明は現像工程における摩擦係数を適正な幅とし、かつ体積抵抗値を適正なものとした現像構成である。具体的には下記に詳述する。
本発明においては、まずトナーを規制する部材の表面に積層した体積抵抗値が105乃至1010Ωcmの樹脂材料を有することが必要である。さらには、トナーの体積抵抗値Aと該トナー規制手段上に積層した樹脂材料の体積抵抗値Bの関係が104≦A/B≦109であることが必要である。この範囲に有るとブレードへ電荷を印加する場合に効率良く電荷が注入され効果が出やすかったり、トナーへの余分な電荷蓄積(チャージアップ)による画像弊害が起きにくい。
体積抵抗値が105Ωcm未満であると、ブレードへ電荷を印加する場合に効率良く電荷が注入され効果が出やすかったり、トナーへの余分な電荷蓄積(チャージアップ)による画像弊害が起きにくいものの、トナーからの電荷放出(リーク)が置きやすく、帯電量が低下したり、白地部へのカブリの現象が起きやすくなる。
逆に体積抵抗値が1010Ωcmを超えると、ブレードへ電荷を印加する場合に電荷が注入されずらく効果が出にくかったり、トナーへの余分な電荷蓄積(チャージアップ)による画像弊害が起きやすい。
本発明においては、トナー担持体の動摩擦係数μdが0.45乃至0.80であり、トナー規制手段上に積層した樹脂材料表面の動摩擦係数μbが0.13乃至0.22であり、その差(μd−μb)が0.25乃至0.60であることが必要である。
トナー担持体の動摩擦係数μdが0.80を超え、トナー規制手段上に積層した樹脂材料表面の動摩擦係数μbが0.13未満であり、その差(μd−μb)が0.60を超えると、トナーと担持体、トナーと規制手段の摩擦の差が大き過ぎるためトナー担持体にトナーがとどまってしまい、規制手段との摩擦および坪量規制が出来なくなる。
逆にトナー担持体の動摩擦係数μdが0.45未満で、トナー規制手段上に積層した樹脂材料表面の動摩擦係数μbが0.22を超え、その差(μd−μb)が0.25未満であると、トナーと担持体、トナーと規制手段の摩擦の差が小さ過ぎるためトナー担持体にトナーが載らなくなり、規制手段での帯電が与えられにくくなり、結果として坪量規制が出来なくなる。
本発明においては、トナー(トナーをペレット状にした表面の)動摩擦係数μtが0.03乃至0.19、トナー規制手段上に積層した樹脂材料表面の動摩擦係数μbと該トナー動摩擦係数μtの差(μb−μt)が0乃至0.20であることが必要である。
現像工程において、トナーに加わるストレスは単に現像工程のプロセス条件(規制手段圧やニップ幅)だけでは決まらないものである。トナー設計、トナー規制手段設計やトナー担持体設計、特にトナーと規制手段の摩擦力が大きく関与し、この摩擦を制御することが重要であると考えられる。
トナー(トナーをペレット状にした表面の)動摩擦係数μtが0.19を超えると、トナー自身の摩擦係数が高く様々な部材へのストレスが高い。特にトナー規制手段上にトナーが固定化し、相対するトナー担持体へトナーをこすりつける形になり、担持体上にスジ状の融着が発生し画像の均一性が悪化しやすくなる。その摩擦係数μtが0.03未満であると、トナーのストレスは軽減するが、高温環境下等では接触面積が多くトナーや外添剤との付着力が高まり溜め込みやすくなるため、汚れによる画像悪化が懸念される。また、トナーとトナー担持体や潜像担持体間の摩擦が低すぎるため色ずれや飛び散りが起こりやすくなる。
トナー規制手段上に積層した樹脂材料表面の動摩擦係数μbと該トナー動摩擦係数μtの差(μb−μt)が0.20を超えると、規制手段の摩擦係数が高く、トナーと樹脂間の摩擦係数差が大きくなる場合である。規制部材の摩擦係数が高いため担持体上のトナーがストレスを受け、相対するトナー担持体へトナーをこすりつける形になり、担持体上にスジ状の融着が発生し画像の均一性が悪化しやすくなる。また、規制力が強いため多数枚印字後などではトナーが担持体上に載らなくなってしまう場合がある。その差(μb−μt)が0未満であると、規制手段の摩擦係数よりトナーの摩擦係数が高い場合であり、規制手段によるトナーへの帯電付与が不十分になる傾向となり、転写不良やカブリ等の画像弊害が起きやすい。また、トナー坪量規制が不十分で白地部斑点が生じる場合がある。
上記現像剤量規制ブレードに用いられるブレード部材は、現像剤担持体との当接面を支持する当接支持面を有する支持部材上に形成された樹脂またはエラストマーを主材とする被膜からなり、該被膜が少なくとも当接支持面から先端面に亘って支持部材を被覆してなるものである。被膜が支持部材の当接支持面のみならず当接支持面から先端面に亘って被覆して形成されることにより、現像剤担持体との間に一定のトナー取込み口を確保し、現像剤担持体上のトナー量を適正且つ均一にすることができる。更に、被膜は当接支持面と先端面とが交わる角(エッジ)を含み、変曲点を有しないことが、トナーの取り込みを容易とし、現像剤担持体上に均一な膜厚のトナー膜を形成することができるため、好ましい。
本発明のトナー規制部材に用いられる支持部材は、規制部材を支持可能な強度を有するものであれば、特に限定されるものではない。かかる支持部材は、例えば、現像容器の開口縁部に固定され、開口縁との接線を支点(線)として現像容器の開口に配置されるトナー担持体にトナー規制部材が所望の圧接力Fを持って当接するように、トナー規制部材を支持するものが好ましい。このような構成により、トナー担持体との間で、トナーを均一な電荷に帯電することが容易となる。
支持部材の材質としては、金属、樹脂などいずれであってもよく、具体的には、ステンレススチール、りん青銅、アルミ等の金属や、ポリエチレンテレフタレート、アクリル、ポリエチレン、ポリエステル等の樹脂を挙げることができる。支持部材はトナー規制部材の電極として作用するように、所望の導電性を有することが好ましく、樹脂製の場合は、導電剤を含有することが好ましい。
支持部材の形状は、トナー規制部材をトナー担持体と所望の圧接力で当接可能な形状であれば、いずれの形状であってもよいが、平板状又はこれを湾曲した板状であることが好ましい。
上記トナー規制部材は樹脂又はエラストマーで成形された導電性の成形体からなり、この成形体が支持部材の一端に取着され、トナー担持体に長手方向の全長に亘って当接する。成形体の材質は、樹脂又はエラストマーから選択される。樹脂又はエラストマーがブレード部材としての導電性が充分でない場合は、樹脂若しくはエラストマーに導電剤を含有させることが好ましい。
上記成形体材料に用いる樹脂又はエラストマーとして、導電剤と共に使用することが好ましいものとしては、例えば、以下のものを挙げることができる。ポリエステル、ポリエステルエラストマー、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、シリコンゴム、シリコン樹脂、ポリアミド、ポリアミドエラストマー、メラミン樹脂等。
また、成形体材料に用いる樹脂又はエラストマーとして、トナー規制部材としての導電性を備え、導電剤の使用を不要とする樹脂又はエラストマーとしては、例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン等を挙げることができる。
上記樹脂又はエラストマーは導電性の有無を問わず、2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記樹脂又はエラストマーとして、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリンのいずれかを使用する場合、樹脂又はエラストマー全体を100質量部としたとき、50質量部以上含有することが、成形体に良好な導電性を付与することができ好ましい。
上記樹脂又はエラストマーに含有させる導電剤としては、電子導電系、イオン導電系いずれも使用することができる。具体的には、電子導電系導電剤としては、カーボンブラック、グラファイト、導電性酸化チタン等の金属酸化物、金属粉等を挙げることができる。イオン導電系導電剤としては、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド等の陽イオン性界面活性剤、ラウリルベタイン等の両性イオン界面活性剤、過塩素酸テトラエチルアンモニウム等の第四級アンモニウム塩、過塩素酸リチウム、イミドリチウム塩等のスルホン酸塩等の有機酸リチウム塩、有機ホウ素錯体リチウム塩等を挙げることができる。これらは1種又は2種以上を組み合わせて、使用することができる。
これらの導電剤は、成形体が105Ω以上1010Ω以下、より好ましくは、106Ω以上109Ω以下の体積抵抗値を有するように、その使用量を調整することができる。成形体の体積抵抗値が1010Ω以下であれば、トナーに適正な電荷を与えることができ、ムラ、カブリ等の画像不良の発生を低減することができる。導電剤の使用量としては、使用する樹脂又はエラストマーや導電剤の種類により適量を選択することが好ましい。
ここで、成形体の体積抵抗値は、JIS K6911に準じた測定方法による測定値を採用することができる。
<トナーおよび外添剤体積抵抗値測定方法>
トナーの体積抵抗値は以下の方法で測定した。
すなわち、直径5mmの下部電極を有するシリンダーに導電性物質0.3乃至1.0gをタップ充填後、直径15mmの上部電極をのせて、350g(3.43N)の荷重をかけた状態で測定したものである。このとき試料の厚みを測定した後、0Vから100V刻みで印加電圧を掃引した。測定される試料の抵抗値、試料厚みと印加電圧から電界を算出し、1×104V/cmにおける体積抵抗値を求めた。体積抵抗値の測定に用いる装置を図3に示す。
図3において、21は下部電極を示し、22は上部電極を示し、24は電流計を示し、25は定電圧装置を示し、27は測定サンプルを示し、28はガイドリングを示し、dは測定サンプルの厚みを示し、Aは体積抵抗測定セルを示す。セルAにサンプルを充填し、充填したサンプル27に接するように電極21及び22を配し、該電極間に電圧を印加し、その時流れる電流を電流計24で測定することにより求めた。その測定条件としては、23℃、65%の環境、試料厚みは0.5乃至1.0mmで行った。
<部材の体積抵抗値測定方法>
本発明においては、例えば体積抵抗測定装置(ヒュ−レットパッカ−ド社製4140B pA MATER)にて、23℃、65%の環境で測定することができる。
疎水化処理外添剤の添加量としては、トナー粒子100質量部に対し1.4質量部以上であることが好ましい。1.4質量部より少ないと本発明の効果が得られにくい場合がある。
本発明においてはトナーのフロー式粒子像測定装置で計測される平均円形度が0.960乃至0.995であると上述してきた効果が増し好ましい。
0.960未満であるとトナーの転写残が多く中間転写体へのトナーのフィルミングが起こりやすい傾向となり、また帯電ローラー汚染やクリーニング部における融着が起こる場合がある。0.995を超えると円形度が高すぎ、通常の環境における耐久試験においては問題ないが、高温環境下における2万枚を超えるような耐久においてはトナー上の外添剤が劣化し画像弊害が起こる場合がある。
<トナーの平均円形度測定方法>
トナーの平均円形度は、フロー式粒子像測定装置「FPIA−2100」(シスメックス社製)を用いて測定する。詳細は以下の通りである。
先ず、円形度を次式より算出する。
円形度=(粒子投影面積と同じ面積の円の周囲長)/(粒子投影像の周囲長)
ここで、「粒子投影面積」とは二値化された粒子像の面積であり、「粒子投影像の周囲長」とは該粒子像のエッジ点を結んで得られる輪郭線の長さである。測定は、512×512の画像処理解像度(0.3μm×0.3μmの画素)で画像処理した時の粒子像の周囲長を用いる。
本発明における円形度は粒子の凹凸の度合いを示す指標であり、粒子が完全な球形の場合に1.00を示し、表面形状が複雑になる程、円形度は小さな値となる。
また、円形度頻度分布の平均値を意味する平均円形度Cは、粒度分布の分割点iでの円形度をci、測定粒子数をmとすると、下記式から算出される。
Figure 2016191768
具体的な測定方法は、以下の通りである。まず、ガラス製の容器中に予め不純固形物などを除去したイオン交換水約10mlを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約0.1ml加える。更に測定試料を約0.02g加え、超音波分散器を用いて5分間分散処理を行い、測定用の分散液とする。分散させる手段としてはエスエムテー社製の超音波分散機UM−50(振動子は5φのチタン合金チップ)を用いた。また、円形度のバラツキを抑えるため、フロー式粒子像分析装置FPIA−2100の機内温度が26〜27℃になるよう装置の設置環境を23℃±0.5℃にコントロールする。また、一定時間おきに、好ましくは2時間おきに2μmの下記標準ラテックス粒子を用いて自動焦点調整を行う(例えば、Duke Scientific社製の「RESEARCH AND TEST PARTICLES Latex Microsphere Suspensions 5200A」をイオン交換水で希釈)。
トナー粒子の円形度測定には、前記フロー式粒子像測定装置を用い、シース液にはパーティクルシース「PSE−900A」(シスメックス社製)を使用した。前記手順に従い調整した分散液を前記フロー式粒子像分析装置に導入し、測定時のトナー粒子濃度が約5000個/μlとなる様に該分散液濃度を再調整して計測する。計測後、このデータを用いて、円相当径2.00μm以上40.02μm未満の範囲のトナーの平均円形度を求める。尚、円相当径は、以下のようにして算出される値である。
円相当径=(粒子投影面積/π)1/2×2
本発明で用いている測定装置である「FPIA−2100」は、従来トナーの形状を観察するために用いられていた「FPIA−1000」と比較して、シースフローの薄層化(7μm→4μm)及び処理粒子画像の倍率が向上した装置である。また、取り込んだ画像の処理解像度を向上(256×256→512×512)させた装置であり、トナーの形状測定の精度が向上した装置である。
<トナー規制部材、トナー担持体およびトナーの摩擦係数の測定方法>
新東科学製表面性測定機HEIDON−14DRのサンプル移動装置を用いることにより中間転写体とトナーの摩擦係数Aの測定を行う。端子は径10mmのアルミナ球状端子(ASTM D−1894で規定)サンプルは、端子の移動測定方向と同方向になるように。さらに測定面が水平になるように固定されている。測定時には、受皿の上に任意の重さの分銅Wを載せることにより荷重をかけられる構成となっている。
分銅Wを載せない状態で、バランサーウェイトの重さや取り付け位置を調整して支持棒が水平になるように調整する。
受皿に500gの分銅Wを載せ、感光体1と中間転写ベルトサンプルSを接触させ、支点207を調整することにより、支持棒206を水平に調整する。ロードセルの高さを調節し、支持棒と接続する。
測定条件としては50mm/min.の速度で、100mmの測定を行う。
ロードセルで測定された力F[N]と測定荷重である0.98[N]から摩擦係数Aを計算する。測定値としては100mm測定間の最低値を使用する。
計算式を以下に示す。
(摩擦係数A)=F/0.98
測定雰囲気は23±1℃、60±5%Rhとし、測定サンプルは予め同雰囲気下に8時間以上放置しておく。
本発明トナーにおいては必須要件ではないが、後述の項目が達成されると上述してきた効果が増したり、他の様々な特性が発現し好ましい。
まず、本発明トナーはトナーの加圧下(2.0kPa)での円形平板を用いて測定したトルクが10乃至20mNmであることが好ましい。
加圧下の円形平板を用いて測定したトルクは、非磁性一成分現像方法においてトナー規制部材がトナー担持体に加圧されトナー坪量を規制している状況を模している。この値が10乃至20mNmであると、トナーへのストレスが少なくかつ適正な帯電量にすることが可能である。
トルクが10mNmより小さいと、トナー坪量を制御することが困難なため、トナーが吹き出し飛散して本体内を汚してしまう場合がある。逆に、トルクが20mNmを超える場合は、トナーへのストレスが大きくなるため、多数枚印字後のトナーの流動性が低下し画像弊害が発生する場合がある。
<トナーのトルクの測定方法>
本発明における、トナーのトルクは、粉体流動性分析装置パウダーレオメータFT−4(Freeman Technology社製)(以下、FT−4と省略する場合がある)を用いることによって測定する。
具体的には、以下の操作により測定を行う。尚、全ての操作において、測定端子は、48mm径円形平板(直径48mmの円形平板の中心に法線方向に回転軸が存在し、材質はSUS製。以下、円形平板と省略する場合がある)を用いる。
FT−4測定専用の直径50mm、容積160mlの円筒状のスプリット容器(型番:C203。容器底面からスプリット部分までの高さ82mm。材質は、ガラス。以下、容器と省略する場合がある)に23℃、60%環境に3日以上放置されたトナーを100g入れることでトナー粉体層とする。
トナートルクの測定は粉体層表面に対して円形平板の回転スピードが100mm/sec、かつ徐々に下方に押し込んで行き、設定の加重となった状態でのトルクを測定する。
上記、一連の操作を5回繰り返し、上下2点を除外し、中央値3点の平均を測定値とする。本発明では加圧2.0kPaの条件としている。
本発明においてはトナー担持体表面層添加粒子による該トナーの23℃/50%の環境での摩擦帯電量が−15乃至−40mC/kgであることが好ましい。
トナー担持体表面層添加粒子による該トナーの摩擦帯電量は、非磁性一成分現像方法においてトナー担持体表層にトナー搬送性向上のために添加される粒子が与える帯電性を定量化している。この値が−15乃至−40mC/kgであると、均一性に優れた画像が得られる。
摩擦帯電量の絶対値が−15mC/kgより小さいと、白地部へのカブリが発生しやすくなる。逆に、摩擦帯電量の絶対値が−40mC/kgを超える場合は、トナー担持体から離れにくくなり、コートムラとなって縦スジ等の画像弊害が発生する場合がある。
<摩擦帯電量測定>
ブローオフ法に基づいてトナー担持体表面層添加粒子による該トナーの摩擦帯電量を測定した。先ず、トナーの製造例にて得られたトナー2質量部に対し、測定対象トナー担持体表面層添加粒子98質量部を混合して調製した現像剤を、20℃/50%RHの高温高湿環境下に15乃至20時間放置する。図4は摩擦帯電量を測定する装置の説明図である。底に635メッシュのスクリーン33のある金属製の測定容器32に、放置された現像剤を約0.3g入れて金属製のフタ34をする。このときの測定容器32全体の質量を秤りW1(g)とする。次に、吸引機31(測定容器32と接する部分は少なくとも絶縁体)において、吸引口37から吸引し風量調節弁36を調整して真空計35の圧力を250mmAqとする。この状態で充分、好ましくは2分間吸引を行い、現像剤を吸引除去する。このときの電位計39の電位をV(ボルト)とする。ここで38はコンデンサーであり容量をC(μF)とする。吸引後の測定容器全体の質量を秤りW2(g)とする。摩擦帯電量(mC/kg)は下式の如く規定する。この絶対値が大きい程トナー担持体表面層添加粒子のトナーに対する帯電付与能が大きいことを意味する。
摩擦帯電量(mC/kg)=(C×V)/(W1−W2)
本発明においては外添剤粒子として疎水化処理前原体のBET比表面積250乃至450m2/gのシリカを含むことが好ましい。また、シリコーンオイルにより疎水化処理をされている外添剤を含むことが好ましい。
非磁性一成分現像方法においてはトナーの流動性が画像の均一性を左右する。比較的小粒径の外添剤、好ましくは帯電性の観点でシリカを添加することが好ましい。さらに、環境安定性や部材汚染の観点からシリコーンオイルにより疎水化処理をされている外添剤を含む方が良い。
<トナーBET比表面積測定方法>
トナーのBET比表面積の測定は次のようにして行う。
BET比表面積は、例えば湯浅アイオニクス(株)製、全自動ガス吸着量測定装置(オートソープ1)を使用し、吸着ガスに窒素を用い、BET多点法により求める。サンプルの前処理としては、50℃で10時間の脱気を行う。
本発明においては軸芯体の外周に弾性層を有し、その外周に少なくとも結着樹脂と粒子を含有する表面層を有するトナー担持体であり、該トナー担持体表面層添加粒子は体積粒度分布において1つのピークを有し、該トナー担持体表面層の弾性率が1×105乃至5×107Paであることが好ましい。
トナー担持体表面層添加粒子は体積粒度分布において1つのピークを有し、該トナー担持体表面層の弾性率が1×105乃至5×107Paであることで、トナーへのストレスが少なくかつ適正な帯電量にすることが可能である。
トナー担持体表面層の弾性率が1×105Paより小さいと、トナー担持体表面が軟らかくなるため、トナー劣化は防止できる半面、帯電付与能が低下し白地部のカブリが生じやすくなる場合がある。逆に、トナー担持体表面層の弾性率が5×107Paを超える場合は、トナー担持体表面が硬くなり、トナーの劣化が促進してしまい画像弊害が発生する場合がある。
<トナー担持体表面層の粘弾性測定方法>
測定装置としては、回転平板型レオメーター「ARES」(TA INSTRUMENTS社製)を用いる。
測定試料としては、25℃の環境下で、錠剤成型器を用いて、トナー担持体表面層樹脂を直径7.9mm、厚さ2.0±0.3mmの円板状に加圧成型した試料を用いる。
該試料をパラレルプレートに装着し、25℃から100℃に15分間で昇温して、試料の形を整えた後、粘弾性の測定開始温度まで冷却し、測定を開始する。この際、初期のノーマルフォースが0になるようにサンプルをセットすることが、重要である。また、以下に述べるように、その後の測定においては、自動テンション調整(Auto Tension Adjustment ON)にすることで、ノーマルフォースの影響をキャンセルできる。
測定は、以下の条件で行う。
(1)直径7.9mmのパラレルプレートを用いる。
(2)周波数(Frequency)は1.0Hzとする。
(3)印加歪初期値(Strain)を0.1%に設定する。
(4)0〜50℃の間を、昇温速度(Ramp Rate)2.0℃/minで測定を行う。尚、測定においては、以下の自動調整モードの設定条件で行う。自動歪み調整モード(Auto Strain)で測定を行う。
(5)最大歪(Max Applied Strain)を20.0%に設定する。
(6)最大トルク(Max Allowed Torque)200.0g・cmとし、最低トルク(Min Allowed Torque)0.2g・cmと設定する。
(7)歪み調整(Strain Adjustment)を20.0% of Current Strainと設定する。測定においては、自動テンション調整モード(Auto Tension)を採用する。
(8)自動テンションディレクション(Auto Tension Direction)をコンプレッション(Compression)と設定する。
(9)初期スタティックフォース(Initial Static Force)を10.0g、自動テンションセンシティビティ(Auto Tension Sensitivity)を40.0gと設定する。
(10)自動テンション(Auto Tension)の作動条件は、サンプルモデュラス(Sample Modulus)が1.0×103Pa以上である。
本発明においてはトナー担持体表面のレーザー顕微鏡による表面粗さS−Raが0.3乃至2.0μmであり、該トナー担持体表面層添加粒子は体積粒度分布において、ピーク粒径をC[μm]とし、該トナーの体積粒度分布において、重量平均粒径をDとしたとき、2.0≦C/D≦5.0であることが好ましい。
C/Dの値は、非磁性一成分現像方法においてトナー担持体に搬送されるトナー坪量左右する値であり、値が大きいほど粒径差が有りトナー搬送力が高いことを示す。この値が2.0乃至5.0であると、トナー坪量および帯電量を最適にすることが可能である。
C/Dの値が2.0より小さいと、トナー搬送力が低いため、十分な画像濃度が得られにくい傾向にある。逆に、C/Dの値が5.0を超える場合は、トナー坪量が多くなるため、トナー粒子中に帯電分布が生じて逆極性のトナーが増加する。そのため、高温高湿環境下において、カブリ等弊害が発生する場合がある。
ここで本発明の粒度分布測定方法と粗さ測定方法を以下に示す。
<トナーおよびトナー担持体表面層添加粒子の粒度分布測定方法>
トナーの重量平均粒径(D4)は、以下のようにして算出する。測定装置としては、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)を用いる。測定条件の設定及び測定データの解析は、付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いる。尚、測定は実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで行なう。
測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター社製)が使用できる。
尚、測定、解析を行なう前に、以下のように専用ソフトの設定を行なった。
専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更」画面において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定する。「閾値/ノイズレベルの測定ボタン」を押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、「測定後のアパーチャーチューブのフラッシュ」にチェックを入れる。
専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定」画面において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μmから60μmまでに設定する。
具体的な測定法は以下の通りである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250ml丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mlを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行なう。そして、専用ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100ml平底ビーカーに前記電解水溶液約30mlを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約0.3ml加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispension System Tetora150」(日科機バイオス社製)を準備する。超音波分散器の水槽内に約3.3lのイオン交換水を入れ、この水槽中にコンタミノンNを約2ml添加する。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。尚、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散した前記(5)の電解質水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行なう。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行ない、重量平均粒径(D4)および個数平均粒径(D1)を算出する。尚、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、「分析/体積統計値(算術平均)」画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)である。専用ソフトでグラフ/個数%と設定したときの、「分析/個数統計値(算術平均)」画面の「平均径」が個数平均粒径(D1)である。
<トナー担持体表面粗さRa測定方法>
本発明において、トナー担持体の表面粗さRaは、JIS表面粗さ「JIS B 0601(2001)」に基づき、表面粗さ測定器(小坂研究所社製「サーフコーダSE−30H」)を用いて測定される中心線平均粗さに相当する。
本発明のトナーを製造する方法は、懸濁重合法を用いて直接トナーを生成する方法;単量体には可溶で水溶性重合開始剤の存在下で直接重合させてトナー粒子を生成するソープフリー重合法に代表される乳化重合法によるトナー粒子の製造などが挙げられる。また、マイクロカプセル製法のような界面重合法、in situ重合法、コアセルベーション法などの製造も挙げられる。さらに、少なくとも1種以上の微粒子を凝集させ所望のトナーを得る界面会合法なども挙げられる。あるいは、粉砕法によって得られたトナーを、機械的衝撃力で球形化する方法などが挙げられる。
中でも、小粒径のトナー粒子が容易に得られる懸濁重合方法が特に好ましい。トナー粒子の製造方法として懸濁重合を利用する場合には、以下の如き製造方法によって直接的にトナー粒子を製造することが可能である。
単量体中に着色剤,重合開始剤,架橋剤,その他の添加剤を加え、ホモジナイザー,超音波分散機等によって均一に溶解又は分散せしめた単量体組成物を、分散安定剤を含有する水系媒体中に通常の撹拌機またはホモミキサー,ホモジナイザー等により分散せしめる。好ましくは単量体組成物の液滴が所望のトナー粒子のサイズを有するように撹拌速度・時間を調整し、造粒する。その後は、分散安定剤の作用により、粒子状態が維持され、且つ粒子の沈降が防止される程度の撹拌を行えば良い。重合温度は40℃以上、通常50乃至80℃(好ましくは55乃至70℃)の温度に設定して重合を行う。重合反応後半に昇温しても良く、必要に応じpHを変更しても良い。本発明では、更に、トナーの定着時の臭いの原因となる未反応の重合性単量体、副生成物等を除去するために反応後半、又は、反応終了後に一部水系媒体を留去しても良い。反応終了後、生成したトナー粒子を洗浄・ろ過により収集し、乾燥する。
以下に重合法トナーの材料に関して記載する。
本発明のトナーを重合方法で製造する際に用いられる重合性単量体としては、ラジカル重合が可能なビニル系重合性単量体が用いられる。該ビニル系重合性単量体としては、主に単官能性重合性単量体を使用する。本発明においては、上記した単官能性重合性単量体を単独或いは、2種以上組み合わせて使用する。
本発明においては反応の補助として水溶性開始剤を併用しても良い。また、重合性単量体の重合度を制御する為に、連鎖移動剤,重合禁止剤等を更に添加し用いることも可能である。
本発明に用いられる着色剤は、カーボンブラックあるいは以下に示したような公知のイエロー/マゼンタ/シアン着色剤が利用される。
イエロー着色剤としては、縮合アゾ化合物,イソインドリノン化合物,アンスラキノン化合物,アゾ金属錯体,メチン化合物,アリルアミド化合物に代表される化合物が用いられる。具体的には、C.I.ピグメントイエロー12、13、14、15、17、62、74、83、93、94、95、109、110、111、128、129、147、151、154、155、168、180、185等が好適に用いられる。
マゼンタ着色剤としては、縮合アゾ化合物,ジケトピロロピロール化合物,アントラキノン,キナクリドン化合物,塩基染料レーキ化合物,ナフトール化合物,ベンズイミダゾロン化合物,チオインジゴ化合物,ペリレン化合物が用いられる。具体的には、C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、7、23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、122、146、166、150、169、177、184、185、202、206、220、221、254が特に好ましい。
本発明に用いられるシアン着色剤としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体,アントラキノン化合物,塩基染料レーキ化合物等が利用できる。具体的には、C.I.ピグメントブルー1、7、15、15:1、15:2、15:3、15:4、60、62、66等が特に好適に利用される。
本発明において用いられるワックスとしては、化学構造としての制限はないが、好ましい形態としてエステルワックス(例としてモノエステル、ジエステル、トリエステル、テトラエステル、ヘキサエステル、オリゴエステル等)及びこれらのグラフト化合物、ブロック化合物の如き誘導体が挙げられる。
本発明の好ましい形態として、これらワックスから液状脂肪酸、長鎖アルコール等の如き残原材料、反応残渣、複生成物を予め精製除去してあるものが良い。精製方法としては、蒸留、溶媒洗浄、再結晶等の方法が挙げられ、これら方法の工程条件などを変えることで本発明に最適な範囲に調整することが可能である。
これらワックスには酸化防止剤が添加されていても良い。
さらに本発明においては、好ましい形態のエステルワックスに加え、汎用のワックスを併用しても良い。ただし、本発明の効果を顕在化するにはエステルワックスを全添加ワックスの少なくとも半量以上入れることが好ましい。
本発明に使用できるトナーの添加剤としては、オイル処理されたシリカ,チタニア等の無機微粒子が好適に用いられる。その他、酸化ジルコニウム,酸化マグネシウムの如き酸化物の他に、炭化ケイ素,チッ化ケイ素,チッ化ホウ素,チッ化アルミニウム,炭酸マグネシウム,有機ケイ素化合物なども併用することが可能である。
シリカは、出発材料あるいは温度等の酸化の条件により、ある程度任意に、一次粒子の合一をコントロールできる点で好ましい。例えば、かかるシリカは硅素ハロゲン化物やアルコキシドの蒸気相酸化により生成されたいわゆる乾式法またはヒュームドシリカと称される乾式シリカ及びアルコキシド,水ガラス等から製造されるいわゆる湿式シリカの両者が使用可能である。表面及びシリカ微粉体の内部にあるシラノール基が少なく、またNa2O,SO3 2-の如き製造残滓の少ない乾式シリカの方が好ましい。また乾式シリカにおいては、製造工程において例えば、塩化アルミニウム,塩化チタン等他の金属ハロゲン化合物を硅素ハロゲン化合物と共に用いることによって、シリカと他の金属酸化物の複合微粉体を得ることも可能でありそれらも包含する。
更に、上記シリカは疎水化処理されていることが、トナーの帯電量の温度や湿度の如き環境依存性を少なくするため及びトナー表面からの過剰な遊離を防止するために良い。この疎水化処理剤としては、例えばシランカップリング剤、チタンカップリング剤,アルミニウムカップリング剤の如きカップリング剤が挙げられる。特にシランカップリング剤が、無機酸化物微粒子上の残存基あるいは吸着水と反応し均一な処理が達成され、トナーの帯電の安定化,流動性付与の点で好ましい。
シランカップリング剤は、下記一般式
Rm SiYn
R:アルコキシ基
m:1〜3の整数
Y:アルキル基
ビニル基、グリシドキシ基、メタクリル基を含む炭化水素基
n:1〜3の整数
で表されるものであり、例えば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−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン,ビニルトリアセトキシシラン,メチルトリメトキシシラン,メチルトリエトキシシラン,イソブチルトリメトキシシラン,ジメチルジメトキシシラン,ジメチルジエトキシシラン,トリメチルメトキシシラン,ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン,フェニルトリメトキシシラン,n−ヘキサデシルトリメトキシシラン,n−オクタデシルトリメトキシシラン等を挙げることができる。
より好ましくは、Ca2a+1−Si(OCb2b+13
(a=4〜12、b=1〜3)
である。ここで、一般式におけるaが4より小さいと、処理は容易となるが疎水性が十分に達成できない。またaが12より大きいと疎水性は十分になるが、粒子同士の合一が多くなり、流動性付与能が低下してしまう。
bは3より大きいと反応性が低下して疎水化が十分に行われなくなってしまう。したがって上記一般式におけるaは4〜12、好ましくは4〜8、bは1〜3、好ましくは1〜2が良い。
シリカのオイル処理に関しては、未処理のシリカに直接オイルで処理しても構わないし、上記疎水化処理をしたシリカにさらにオイル処理しても構わない。
オイルとしては、ジメチルポリシロキサン、メチルハイドロジェンポリシロキサン、パラフィン、ミネラルオイル等が使用できるが、なかでも環境安定性に優れたジメチルポリシロキサンが好適である。
本発明のトナーにおいては、実質的な悪影響を与えない範囲内で更に他の添加剤、例えばフッ素樹脂粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末の如き滑剤粉末;酸化セリウム粉末、炭化硅素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末の如き研磨剤、酸化アルミニウム粉末の如きケーキング防止剤、あるいは例えばカーボンブラック粉末、酸化亜鉛粉末、酸化スズ粉末の如き導電性付与剤、また、逆極性の有機微粒子及び無機微粒子を現像性向上剤として少量用いることもできる。
次に、本発明の画像形成方法及び、該方法を実施する画像形成装置ならびにプロセスカートリッジに関して説明する。
本発明が適用可能な画像形成方法を添付図面を参照しながら以下に説明する。
(非磁性一成分画像形成装置)
(1)画像形成装置例
図2は本発明に従う画像形成装置の一例の概略構成図である。本例の画像形成装置は、複数の画像担持体(潜像担持体)である感光ドラムを上下に並べて配置したタンデム型で、中間転写ベルト方式の電子写真カラー(多色画像)プリンタである。
PY・PM・PC・PBkはそれぞれイエロー(Y)・マゼンタ(M)・シアン(C)・ブラック(Bk)の各色のトナー画像を形成する第1〜第4の4つの画像形成部(画像形成ユニット)であり、画像形成装置本体内に下から上に順に並列配置されている。
これらの第1〜第4の4つの画像形成部PY・PM・PC・PBkは互いに形成するトナー画像の色が上記のように異なる他は、同一の構成・電子写真作像機能を有している。すなわち、第1〜第4の各画像形成部はそれぞれ、第1の画像担持体としてのドラム型の電子写真感光体(感光ドラム)1、一次帯電手段としての帯電ローラ2、露光手段としてのレーザー照射装置3、現像手段としてのトナー現像装置4、一次転写手段としての一次転写ローラ5、クリーニング手段としてのブレードクリーニング装置6等からなる。第1〜第4の各画像形成部のトナー現像装置4に収容させている現像剤はそれぞれイエロートナー、シアントナー、マゼンタトナー、ブラックトナーである。各色のトナーは後述する。
本実施例の画像形成装置は、第1〜第4の各画像形成部PY・PM・PC・PBkにおいて、それぞれ、図1に示すように、感光ドラム1、帯電ローラ2、現像装置4、ブレードクリーニング装置6の4つのプロセス機器を一括して画像形成装置本体に対して着脱交換自在のプロセスユニット(プロセスカートリッジ)としてある。
本発明においてはトナー規制手段が、トナー担持体との当接面を支持する当接支持面を有する支持部材上に形成された樹脂またはエラストマーを主材とする被膜からなり、該被膜が導電性を有し、支持部材を少なくとも当接支持面から先端面に亘って被覆してなるものであることが好ましい。
13は第2の画像担持体としてのエンドレスベルト状の中間転写ベルトであり、上記の第1〜第4の4つの画像形成部PY・PM・PC・PBkの感光ドラム1側(プリンタ前面側)においてこの4つの画像形成部の全体部に亘らせて、不図示の複数の支持ローラ間に懸回張設させて縦方向に配設してある。第1〜第4の各画像形成部において、一次転写ローラ5はそれぞれこの中間転写ベルト13を介して感光ドラム1に圧接させてある。各感光ドラム1と中間転写ベルト13との接触部が一次転写部である。
第1〜第4の各画像形成部PY・PM・PC・PBkにおいて、正回転駆動された各感光ドラム1はその回転過程でそれぞれ不図示の電源回路から帯電バイアスが印加される帯電ローラ2により所定の極性及び電位に一様に一次帯電処理される。その帯電処理面に対してLEDアレイ装置3によりそれぞれフルカラー画像の色分解成分像である、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各画像パターンにしたがった光像露光LY・LM・LC・LBkがなされる。そして各感光ドラム1上に画像情報の静電潜像が形成される。その静電潜像がそれぞれ現像装置4によってトナー画像として現像される。第1〜第4の4つの画像形成部PY・PM・PC・PBkの各感光ドラム1の面にそれぞれ電子写真プロセスによりフルカラー画像の色分解成分像である、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色トナー画像が所定のシーケンス制御タイミングにて形成される。
そして、第1〜第4の各画像形成部PY・PM・PC・PBkにおいて、各感光ドラム1の面に形成されるイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色トナー画像が、各感光ドラム1の正回転方向に順方向の矢印の時計方向に感光ドラム1と略同速で回転駆動される中間転写ベルト13の面に対して、第1〜第4の各画像形成部PY・PM・PC・PBkの一次転写部において一次転写ローラに不図示の電源回路から印加される一次転写バイアスによって順次に重畳転写される。これにより回転駆動される中間転写ベルト13の面に未定着のフルカラートナー画像(鏡像)が合成形成される。
第1〜第4の各画像形成部PY・PM・PC・PBkにおいて、中間転写ベルト13に対するトナー画像の一次転写後に各感光ドラム1上に残った転写残トナーはブレードクリーニング装置6のクリーニングブレードによって除かれて、該装置6内の貯留部6bに貯留される。
15は2次転写ローラである。対向ローラは中間転写ベルト13の下端側において中間転写ベルトの内側に配設してあり、2次転写ローラ15は対向ローラとの間に中間転写ベルト13を挟ませて該中間転写ベルト13の外面に当接させて配設してある。2次転写ローラ15と中間転写ベルト13との接触部が二次転写部である。
20は画像形成装置本体の下部に配設した給紙カセットであり、最終記録媒体としての転写材を積載収容させてある。所定のシーケンス制御タイミングにて搬送手段(ピックアップローラ)14を駆動させて給紙カセット20内の転写材Pを1枚分離給紙させ、所定のタイミングにて二次転写部に給送する。中間転写ベルト13上に合成形成された未定着のフルカラートナー画像は、この二次転写部において二次転写ローラ15に不図示の電源回路から印加される二次転写バイアスによって転写材Pの面に一括転写されていく。
二次転写部を通過した転写材は、中間転写ベルト13の面から分離されて搬送ベルト18によって定着装置7に送られる。
中間転写ベルト13上に残った転写残トナーはブレードクリーニング装置16のクリーニングブレードによって除かれ、廃トナーボックス17に送られて貯留される。
定着装置7に送られた転写材上の未定着のフルカラートナー画像は定着装置7により熱および圧を加えられて転写材に溶融固着され、シートパスを通って画像形成装置本体の上面に配設した排紙トレイ19上にカラー画像形成物として排出される。
尚、中間転写ベルト13の構成としては、厚さ100μm、体積抵抗率1010ΩcmのPVDFを用いている。
2次転写対向ローラは、Al芯金にカーボンを導電剤として分散した抵抗104Ω、肉厚1.5mmのEPDMゴムを被覆したΦ25のものを用いている。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、これは本発明をなんら限定するものではない。
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、これは本発明をなんら限定するものではない。
<極性樹脂の合成例(1)>
下記原料を、温度計,撹拌器,リフラックスコンデンサー及び窒素ガス導入管を具備している四口フラスコに入れ、下記原料100質量部に対し0.5質量%の触媒量のシュウ酸チタン化合物を入れた。四口フラスコに窒素ガスを通し撹拌しながら徐々に昇温し、150℃で10時間反応し、縮重合反応の後半200℃に温度を上げ、減圧下で縮重合反応をすすめた。結果、重量平均分子量Mwが11000の前駆ポリエステル樹脂(1)(酸価5mgKOH/g)を得た。
・一般式(1)であらわされるジオール成分 55mol%
Figure 2016191768
(式中、Rはエチレン又はプロピレン基を表し、x,yはそれぞれ1以上の整数であり、かつx+yの平均値は2〜10である。本実施例では、Rはプロピレン基であり、x+yの平均値は3である。)
・イソフタル酸 20mol%
・テレフタル酸 25mol%
その後、前駆ポリエステル樹脂(1)の100質量部を四口フラスコに入れ温度150℃に加熱する。無水トリメリット酸0.5質量部を加え、徐々に加熱して前駆ポリエステル樹脂(1)のポリマーの末端がトリメリット酸で変性された極性樹脂(1)を調製した。
<カルボキシル基含有スチレン系樹脂1の製造>
減圧装置、水分離装置、窒素ガス導入装置、温度測定装置、撹拌装置を備えたオートクレーブ中にキシレン(沸点144℃)300質量部を投入し、撹拌しながら容器内を十分に窒素で置換した後、昇温して還流させた。この還流下で、
・スチレン 93.1質量部
・メタクリル酸メチル 2.5質量部
・メタクリル酸 1.8質量部
・メタクリル酸2−ヒドロキシエチル共重合体 2.6質量部
・開始剤 ジ−tert−ブチルパーオキサイド 2.0質量部
の混合液を添加した後、重合温度を170℃、反応時の圧力を0.150MPaとして、5時間かけて重合を行った。その後、減圧下にて脱溶剤工程を3時間行い、キシレンを除去して、粉砕することでカルボキシル基含有スチレン系樹脂1を得た。
以下に、本発明で用いるシリカの製造例について述べる。
<シリカ1の製造>
ヘキサメチルジシラザン10質量部およびジメチルポリシロキサン(商品名:KF−96−100cs、信越化学工業社製)20質量部を含むヘキサン溶液中に、気相酸化および高温焼成によって得られた原体シリカ微粒子(商品名:アエロジル380、日本アエロジル社製、原体BET比表面積380m2/g)100質量部を加え、350℃で疎水化処理を行った。処理後にピンミルを用いて周速70m/秒の条件で解砕処理を行い、さらに分級処理を行って粒度調整をしてシリカ1(平均一次粒径7nm、実測BET比表面積300m2/g)を得た。
〈トナー1の製造〉
(懸濁重合法)
65℃に加温したイオン交換水900質量部にリン酸三カルシウム3質量部を添加し、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて10,000rpmにて撹拌し、水系媒体を得た。
一方、
スチレン 80質量部
n−ブチルアクリレート 20質量部
極性樹脂(1) 5質量部
カルボキシル基含有スチレン系樹脂1 5質量部
C.I.Pigment Blue15:3 10質量部
荷電制御剤:芳香族オキシカルボン酸Al化合物
(3,5−ジ−ターシャリーブチルサリチル酸のアルミ化合物〔ボントロンE88:オリエント化学社製〕 2.0質量部
上記処方をアトライター(三井三池化工機(株))を用いて均一に分散混合した。この単量体組成物を65℃に加温し、
パラフィンワックス(1) 10質量部
(DSC吸熱ピーク:69℃、Mw:700、Mn:500)
を添加混合溶解し、これに重合開始剤(t−ブチルパーオキシピバレート)8質量部を溶解した。
前記水系媒体中に上記重合性単量体系を投入し、65℃,N2雰囲気下においてTK式ホモミキサーにて10,000rpmで7分間撹拌し、造粒した。その後パドル撹拌翼で撹拌しつつ、75℃で4時間反応させた。最後に液温を85℃とし更に3時間撹拌を続けた。室温(25℃)まで冷却された懸濁液に塩酸を加えて燐酸カルシウム塩を溶解し、濾過・水洗を行い、湿潤着色粒子を得た。
次に、上記粒子を40℃にて12時間乾燥して、最後に粒子100質量部に対し、シリカ1を1.5質量部、そしてシリカ1と同様の疎水化処理を行ったアルミナ粒子(平均一次粒径が30nm)を0.2質量部添加してヘンシェルミキサーにより外添を行い、重量平均粒径5.75μmのシアントナー1を得た。
〈トナー5の製造〉
(乳化凝集法)
下記乳化凝集法により、シアントナー5を製造した。
《樹脂粒子分散液1の調製》
・スチレン 90質量部
・nブチルアクリレート 20質量部
・アクリル酸 3質量部
・ドデカンチオール 6質量部
・四臭化炭素 1質量部
以上を混合し、溶解したものを、非イオン性界面活性剤(三洋化成(株)製:ノニポール400)1.5質量部及びアニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)2.5質量部をイオン交換水140質量部に溶解したものに、フラスコ中で分散し、乳化する。10分間ゆっくりと混合しながら、これに過硫酸アンモニウム1質量部を溶解したイオン交換水10質量部を投入し、窒素置換を行った後、前記フラスコ内を撹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。こうして、平均粒径が0.17μm、ガラス転移点が57℃、重量平均分子量(Mw)が11,000である樹脂粒子を分散させてなる樹脂粒子分散液1を調製した。
《樹脂粒子分散液2の調製》
・スチレン 75質量部
・nブチルアクリレート 25質量部
・アクリル酸 2質量部
以上を混合し、溶解したものを、非イオン性界面活性剤(三洋化成(株)製:ノニポール400)1.5質量部及びアニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)3質量部をイオン交換水140質量部に溶解したものに、フラスコ中で分散し、乳化する。10分間ゆっくりと混合しながら、これに過硫酸アンモニウム0.8質量部を溶解したイオン交換水10質量部を投入し、窒素置換を行った後、前記フラスコ内を撹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する。平均粒径が0.1μm、ガラス転移点が61℃、重量平均分子量(Mw)が550,000である樹脂粒子を分散させてなる樹脂粒子分散液2を調製した。
《離型剤粒子分散液の調製》
・エステル系ワックス(融点65℃) 50質量部
・アニオン性界面活性剤 5質量部
(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)
・イオン交換水 200質量部
以上を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、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、平均粒径が0.5μmである離型剤を分散させてなる離型剤粒子分散液を調製した。
《着色剤粒子分散液1の調製》
・銅フタロシアニン 20質量部
・アニオン性界面活性剤 2質量部
(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)
・イオン交換水 78質量部
以上を混合し、サンドグラインダーミルを用いて分散した。この着色剤粒子分散液1における粒度分布を、粒度測定装置(堀場製作所製、LA−700)を用いて測定したところ、含まれる着色剤粒子の平均粒径は0.2μmであり、また1μmを超える粗大粒子は観察されなかった。
《帯電制御粒子分散液の調製》
・ジ−アルキル−サリチル酸の金属化合物 20質量部
(帯電制御剤、ボントロンE−88、オリエント化学工業社製)
・アニオン性界面活性剤 2質量部
(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)
・イオン交換水 78質量部
以上を混合し、サンドグラインダーミルを用いて分散した。この帯電制御粒子分散液における粒度分布を、粒度測定装置(堀場製作所製、LA−700)を用いて測定したところ、含まれる帯電制御粒子の平均粒径は0.2μmであり、また1μmを超える粗大粒子は観察されなかった。
<混合液調製>
・樹脂粒子分散液1 250質量部
・樹脂粒子分散液2 110質量部
・着色剤粒子分散液1 50質量部
・離型剤粒子分散液 70質量部
以上を、撹拌装置,冷却管,温度計を装着した1リットルのセパラブルフラスコに投入し撹拌した。この混合液を1N−水酸化カリウムを用いてpH=5.2に調整した。
<凝集粒子形成>
この混合液に凝集剤として、10%塩化ナトリウム水溶液150質量部を滴下し、加熱用オイルバス中でフラスコ内を撹拌しながら57℃まで加熱した。この温度の時、樹脂粒子分散液2の3質量部と帯電制御剤粒子分散液の10質量部を加えた。50℃で1時間保持した後、光学顕微鏡にて観察すると平均粒径が約5.75μmである凝集粒子(A)が形成されていることが確認された。
<融着工程>
その後、ここにアニオン製界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)3質量部を追加した後、ステンレス製フラスコを密閉し、磁力シールを用いて撹拌を継続しながら105℃まで加熱し、3時間保持した。そして、冷却後、反応生成物をろ過し、イオン交換水で十分に洗浄した後、乾燥させ、最後に粒子100質量部に対し、シリカ1を1.5質量部、そしてシリカ1と同様の疎水化処理を行ったアルミナ粒子(平均一次粒径が30nm)を0.2質量部添加してヘンシェルミキサーにより外添を行い、シアントナー5を得た。
〈トナー9の製造〉
(乾式法)
下記材料を予め混合物し、二軸エクストルーダーで溶融混練し、冷却した混練物をハンマーミルで粗粉砕し、得られた微粉砕物を分級して、機械的に衝撃を加える処理装置を用いて球形化処理を行い、最後に粒子100質量部に対し、シリカ1を1.5質量部、そしてシリカ1と同様の疎水化処理を行ったアルミナ粒子(平均一次粒径が30nm)を0.2質量部添加してヘンシェルミキサーにより外添を行い、シアントナー9を得た。
・結着樹脂 100質量部
[スチレン−n−ブチルアクリレート共重合樹脂(Mw=30,000、Tg=62℃)]
・スチレン系樹脂(1) 10質量部
・C.I.Pigment Blue15:3 5質量部
・ジ−ターシャリーブチルサリチル酸のアルミ化合物 3質量部
〔オリエント化学工業社製:ボントロンE88〕
・エステルワックス 6.0質量部
(ベヘン酸ベヘニル:最大吸熱ピーク=72℃、Mw=700)
〈その他トナーの製造〉
製造方法、処方を変更し、表1に示す物性のトナー2乃至4、6乃至8、10乃至20を得た。
<実施例1乃至27、比較例1乃至12>
(画像評価)
得られたトナー1乃至20を用い、以下の方法に従って画像評価を行った。
画像形成装置としては図2に概略を示す市販のレーザプリンタHP社製CLJ−CP3525(HP社製)のプロセススピードを350mm/秒に変えた改造機を用いた。また、カートリッジ(図1参照)はCLJ−CP3525用を後述の通りに改造し使用した。
本発明の評価方法としては2種類の評価を行った。
1つ目として、高温高湿環境下(30℃,80%RH)において、印字比率が1%となる画像を用い、単色モードにて以下に示す連続印字方法において10000枚を印字した。
2つ目として、低温低湿環境下(15℃,10%RH)において、印字比率が1%となる画像を用い、単色モードにて以下に示す連続印字方法において10000枚を印字した。
なお、画像形成速度はいずれも普通紙モード時の速度とした。
初期と10000枚目の画像を用い、以下の評価基準に基づき画像評価を行った。各評価結果について、表4、5に記す。
なお、改造現像器に使用する現像ローラ(トナー担持体)は下記のように作製し使用した。
(トナー担持体D−1の製造方法)
[弾性層の形成]
軸芯体としてSUS製のΦ8mm芯金にニッケルメッキを施し、さらにプライマ−DY35−051(商品名、東レダウコーニングシリコーン社製)を塗布、焼付けしたものを用いた。ついで、軸芯体を内径16mmの円筒状金型に同心となるように配置し、液状シリコーンゴム材料SE6724A/B(商品名、東レ・ダウコーニングシリコーン社製)100質量部に対し、カーボンブラック トーカブラック#7360SB(商品名、東海カーボン社製)を35質量部、耐熱性付与剤としてシリカ粉体を0.2質量部、および白金触媒0.1質量部を混合した付加型シリコーンゴム組成物を、金型内に形成されたキャビティに注入した。続いて、金型を加熱してシリコーンゴムを150℃、15分間加硫硬化し、脱型した後、さらに200℃、2時間加熱し硬化反応を完結させ、厚み4mmの弾性層を軸芯体の外周に設けた。
[ポリオールの合成]
表面層の結着樹脂成分として、ポリテトラメチレングリコールPTG1000SN(商品名、保土谷化学社製)100質量部に、イソシアネート化合物ミリオネートMT(商品名、日本ポリウレタン工業社製)20質量部をMEK溶媒中で段階的に混合し、窒素雰囲気下80℃にて7時間反応させて、水酸基価が20mgKOH/gのポリエーテルポリオールを作製した。
[イソシアネートの合成]
窒素雰囲気下、数平均分子量500のポリプロピレングリコール100質量部に対し、粗製MDI57質量部を90℃で2時間加熱反応した後、ブチルセロソルブを固形分70%になるように加え、固形分当たりのNCO%が5.0%のイソシアネート化合物を得た。その後、反応物温度50℃の条件下、MEKオキシム22質量部を滴下し、ブロックポリイソシアネートAを得た。
[表面層用塗料の作製]
上記のようにして作製したポリオールに対し、ブロックポリイソシアネートAをNCO/OH基比が1.4になるように混合し、結着樹脂固形分100質量部に対し、カーボンブラック(商品名:MA100、三菱化学社製、Ph=3.5)20質量部を混合し、総固形分比が35質量%になるようにMEKに溶解、混合し、1.5mmの粒径のガラスビースを用いてサンドミルを用いて4時間分散して分散液1を作製した。その後、分散液中の結着樹脂成分固形分と同量のMEK中に球状ウレタン樹脂粒子(体積平均粒径15.3μm)を30質量部添加し、超音波分散することにより球状ウレタン樹脂粒子分散液を得た。得られた球状ウレタン樹脂粒子分散液を分散液1に追加して、サンドミルを用いてさらに30分間分散して表面層用塗料を得た。
[弾性層上への表面層の形成]
上記のようにして得られた表面層用塗料を、オーバーフロー方式の浸漬塗工装置を用いて前記弾性層上にそれぞれ浸漬塗工した後乾燥させ、150℃にて2時間加熱処理することで弾性層表面に厚さ10μmの表面層(樹脂層)を設け、トナー担持体D−1を得た。
〈その他トナー担持体の製造〉
製造方法、処方を変更し、表2と3に示す物性のトナー担持体D−2〜D−13を得た。
また、改造現像器に使用するトナー規制部材は下記のように作製し使用した。
(トナー規制部材B−1の製造方法)
[トナー規制部材作製]
支持部材として、厚さ0.1mmのリン青銅シート(原田伸銅所社製)を、押出成形機(プラ技研社製)に挿入した。ブレード部材の原料として、主材にポリエステルエラストマ−を用い、ポリエステルエラストマー100質量部にホウ素錯体リチウムのスルホン酸塩1.0質量部を添加した。その後200〜270℃で溶融し、溶融物を押出成形機内の支持部材を走行させつつ成形キャビティに順次注入した。ポリエステルエラストマーを固化し、支持部材とトナー規制部材とを一体化し、支持部材の当接支持面と先端面に被膜を形成したトナー規制部材用シートを得た。樹脂の押出し量とSUSシートの送り速度、金型の大きさを変えることにより、支持部材上の部材の被膜厚さの調整を行った。得られたトナー規制部材用シートを長さ200mm、幅23mmの寸法にプレス切断し、トナー規制部材のサンプルとした。このサンプルのトナー規制部材の体積抵抗値は、JIS K6911に準して測定したところ、2.3×107Ωであった。
(トナー規制部材B−6の製造方法)
[トナー規制部材作製]
鏡面(Rz=0.2μm)に仕上げた温度40℃の金型に、トナー規制部材B−1の製造方法で用いたブレード部材の材料を用い、射出成形し、幅5mm、厚さ900μmの
板状成形物を作製した。この板状成形物を、厚さ0.1mmのリン青銅シート(原田伸銅
所社製)の当接支持面の片面に接着固定し、先端面は被覆しない長手方向の長さ200mm、幅23mmのトナー規制部材B−6を作製した。
〈その他トナー規制部材の製造〉
製造方法、処方を変更し、表2と3に示す物性のトナー規制部材B−2〜B−5、
B−7〜B−8を得た。
[現像性評価方法](かぶりの測定)
カブリの測定は、REFLECTOMETER MODEL TC−6DS(東京電色社製)を用い測定し、下記式により算出した。かぶり値は少ない方が良好である。
3万枚耐久後で評価する。
カブリ(反射率;%)=(標準紙の反射率;%)−(サンプルの白べた部の反射率;%)
A;1.5%以下
B:1.5%を超え2.0%以下
C:2.0%を超え2.5%以下
D:2.5%を超える
(トナー担持体縦方向ムラ)
トナー担持体の縦方向ムラ評価はトナー担持体表面の目視及び画像で評価を行った。
3万枚印字後のハーフトーン画像において、1%印字画像部と非印字画像部の間で濃淡ムラが発生していないか目視で評価した。その後、トナー担持体表面のトナーをエアーで吹き、トナー担持体表面の観察を行った。
A:画像上に濃淡ムラの発生がなく、トナー担持体表面も良好
B:画像上に濃淡ムラの発生はないが、トナー担持体表面に若干のフィルミングが確認される。
C:画像上に軽度な濃淡ムラ発生
D:画像上に醜い濃淡ムラ発生(転写効率)
転写効率は、5千枚通紙後の現像剤を図2に示す画像形成装置を用い、N/N条件下、感光体に現像したトナー坪量に対する紙上に転写したトナー坪量の割合を下記評価基準に基づいて評価した。
A:90%以上
B:80%を超え90%未満
C:70%を超え80%未満
D:70%未満(画像濃度変化)
画像濃度はマクベス濃度計またはカラー反射濃度計(例えばColorreflection densitometer X−RITE 404Amanufactured by X−Rite Co.)で測定する。
初期濃度と3万枚耐久後の濃度の差で評価する。
A;10%以下
B:10%を超え20%以下
C:20%を超え30%以下
D:30%を超える
(現像剤規制部材上フィルミング)
現像剤規制部材上フィルミングは規制部材表面を目視で観察し、さらに画像欠陥を観察し、以下の評価基準に基づいて評価した。3万枚耐久後で評価する。
A;規制部材表面、画像ともに欠陥は全く認められない。
B;耐久後半、規制部材表面に汚れが若干認められるが、画像には現れない。
C;耐久後半、規制部材表面に汚れが若干認められ、画像にも若干のムラが生ずる。
D;耐久後半、規制部材表面の汚れがひどく、画像にもムラが生ずる。(白地部斑点)白地部斑点は、現像剤担持体表面を目視で観察し、さらに画像欠陥を観察し、下記評価基準に基づいて評価した。3万枚耐久後で評価する。
A;現像剤担持体表面、画像ともに欠陥は全く認められない。
B;耐久後半、現像剤担持体表面にトナー粒塊が若干認められるが、画像には現れない。
C;耐久後半、現像剤担持体表面にトナー粒塊が若干認められ、画像白地部にも若干のトナー粒塊が生ずる。
D;耐久後半、現像剤担持体表面のトナー粒塊がひどく、画像にもトナー粒塊が生ずる。
(文字飛び散り)
文字飛び散りは、5pointの文字(本発明においては「電」「驚」)を中間転写体上または転写材搬送体上転写紙上に現像転写させる。さらに150℃の温度設定における定着を行い目視およびルーペで観察し、下記評価基準に基づいて評価した。3万枚耐久後で評価する。
A;ルーペにて確認しても文字のつぶれや文字抜けは認められない。
B;目視では文字のつぶれや文字抜けは認められないが、ルーペにて確認すると若干の文字抜けが見られる。
C;目視で若干の文字抜けは認められる。
D;目視にて文字抜けが認められ、明らかに文字のつぶれも生ずる。
(色ずれ)
色ずれは、5pointの文字(本発明においては「電」「驚」)を中間転写体上または転写材搬送体上転写紙上に現像転写させる。さらに150℃の温度設定における定着を行い目視およびルーペで観察し、下記評価基準に基づいて評価した。3万枚耐久後で評価する。
A;ルーペにて確認しても色ずれは認められない。
B;目視では色ずれは認められないが、ルーペにて確認すると若干の色ずれが見られる。
C;目視で若干の色ずれは認められる。
D;目視にて明らかに色ずれが生ずる。
Figure 2016191768
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Figure 2016191768
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1 感光ドラム、2 帯電ローラ、3 露光装置、4 現像装置、5 一次転写ローラ、6 クリーニング装置、7 定着装置、8 廃トナー容器、9 現像ローラ、10 トナー供給ローラ、11 トナー規制ブレード、12 トナー撹拌羽根、13 中間転写ベルト、14 ピックアップローラ、15 二次転写ローラ、16 中間転写ベルトクリーニング装置、17 廃トナーボックス、18 紙搬送ベルト、19 排紙部、20 給紙カセット、21 下部電極、22 上部電極、24 電流計、25 定電圧装置、27 測定サンプル、28 ガイドリング、31 吸引機、32 測定容器、33 635メッシュのスクリーン、34 フタ、35 真空計、36 風量調節弁、37 吸引口、38 コンデンサー、39 電位計

Claims (8)

  1. 像担持体上の静電潜像を現像するためにトナー担持体にトナーを担持し搬送し、該トナーをトナー規制部材により規制する画像形成方法であって、
    該トナーを規制する部材の表面に積層した体積抵抗値が105乃至1010Ωcmの樹脂材料を有したトナー規制手段によるトナー規制工程を有し、該トナーの体積抵抗値Aと該トナー規制手段上に積層した樹脂材料の体積抵抗値Bの関係が104≦A/B≦109
    該トナー担持体は、動摩擦係数μdが0.45乃至0.80であり、トナー規制手段上に積層した樹脂材料表面の動摩擦係数μbが0.13乃至0.22であり、その差(μd−μb)が0.25乃至0.60、
    該トナーはトナー粒子と疎水化処理外添剤を有し、該疎水化処理外添剤の添加量がトナー粒子100質量部に対し1.4質量部以上、該トナーのフロー式粒子像測定装置で計測される平均円形度が0.960乃至0.995、
    該トナー(トナーをペレット状にした表面の)動摩擦係数μtが0.03乃至0.19、
    トナー規制手段上に積層した樹脂材料表面の動摩擦係数μbと該トナー動摩擦係数μtの差(μb−μt)が0乃至0.20、
    であることを特徴とする画像形成方法。
  2. 該トナーの加圧下(2.0kPa)での円形平板を用いて測定したトルクが10乃至20(mNm)である事ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成方法。
  3. 該トナー担持体表面層添加粒子による該トナーの23℃/50%の環境での摩擦帯電量が−15乃至−40(mC/kg)である事ことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成方法。
  4. 該外添剤粒子として疎水化処理前原体のBET比表面積250乃至450m2/gのシリカを含むことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像形成方法。
  5. 該トナーはシリコーンオイルにより疎水化処理をされている外添剤を含むことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成方法。
  6. 軸芯体の外周に弾性層を有し、その外周に少なくとも結着樹脂と粒子を含有する表面層を有するトナー担持体であり、該トナー担持体表面層添加粒子は体積粒度分布において1つのピークを有し、該トナー担持体表面層の弾性率が1×105乃至5×107Paであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の画像形成方法。
  7. 該トナー担持体表面のレーザー顕微鏡による表面粗さS−Raが0.3乃至2.0μmであり、該トナー担持体表面層添加粒子は体積粒度分布において、ピーク粒径をC[μm]とし、該トナーの体積粒度分布において、重量平均粒径をDとしたとき、2.0≦C/D≦5.0であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の画像形成方法。
  8. トナー規制手段が、トナー担持体との当接面を支持する当接支持面を有する支持部材上に形成された樹脂またはエラストマーを主材とする被膜からなり、該被膜が導電性を有し、支持部材を少なくとも当接支持面から先端面に亘って被覆してなるものであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の画像形成方法。
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