JP2017032657A - 画像形成装置用ユニット、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置 - Google Patents

画像形成装置用ユニット、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置 Download PDF

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Sakiko Hirai
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Abstract

【課題】クリーニング性能を良好に発揮しつつ色筋の発生を抑制した画像形成装置用ユニットの提供。【解決手段】像保持体12と、像保持体12との間に100μm以上300μm以下の間隔を設けて配置され、交番電圧が印加され、トナー及びキャリアを含む静電荷像現像剤を表面に保持し現像する現像ロール18A、及び現像ロール18Aとの間に0.6mm以下の間隔を設けて配置された規制部材18Cを備え、前記トナーは体積平均粒径が2μm以上5μm以下でありかつ個数平均粒径が70nm以上135nm以下である無機粒子が外添されたトナーである現像手段18と、像保持体12に対しクリーニングブレード60を接触させてクリーニングするクリーニング手段22と、を備え、前記無機粒子の個数平均粒径[nm]と規制部材18Cの現像ロール18Aに対する間隔[mm]との積が26以上である画像形成装置用ユニット。【選択図】図1

Description

本発明は、画像形成装置用ユニット、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置に関する。
電子写真法等、画像情報を可視化する方法は、現在様々な分野で利用されている。電子写真法においては、帯電及び静電荷像形成により、像保持体の表面に画像情報として静電荷像を形成する。そして、トナーを含む現像剤により、像保持体の表面にトナー画像を形成し、このトナー画像を記録媒体に転写した後、トナー画像を記録媒体に定着する。これら工程を経て、画像情報を画像として可視化する。そして、像保持体は、再度のトナー画像の形成前に、ブレード等によりクリーニングされる。
例えば、特許文献1には、像保持体に対して現像ギャップをもって対向配置され、磁性キャリアとトナーとからなる二成分現像剤を保持して搬送するローラ形状の現像剤保持体を有し、現像剤保持体表面にこの現像剤保持体の中心線と平行に延出した複数の溝が形成され、トナーには平均粒径が30から160nmである無機粒子が含有された現像装置が開示されている。
特許文献2には、磁石ロールと感光体ドラムとのギャップを0.2から0.5mmの範囲にし、磁石ロールと現像剤の穂立ちを規制する穂切りブレードのギャップを0.1から0.6mmにし、穂切りブレードの前後に相反する極性の磁極を配置し、それぞれの磁力のピークが、磁石ロール上の沿面距離で穂切りブレードから1mm以上10mm以下の距離にあり、上流側の磁力を下流側の磁力より小さくする画像形成装置が開示されている。
特開2005−266270号公報 特開2002−244440号公報
トナーとして体積平均粒径が2μm以上5μm以下である小径のトナーを用いると、静電荷像の現像に用いられるトナーの総現像量が少なくなり、クリーニングブレードと像保持体との接触部に溜まるトナー(トナーダム)の量が少なくなり、クリーニング性能が低下することがある。一方で、トナーは小径であるほど凝集力が大きくなり複数のトナー粒子同士が凝集して塊を形成し易くなる。そのため、トナーとして体積平均粒径が前記範囲の小径のトナーを用いると、複数のトナー粒子同士が凝集した塊に起因して、記録媒体に形成される画像において色筋(筋状の画質欠陥)となることがある。
本発明は、像保持体との間に100μm以上300μm以下の間隔を設けて配置され、電圧印加部により交番電圧が印加され、体積平均粒径が2μm以上5μm以下であるトナー及びキャリアを含む静電荷像現像剤を表面に保持し像保持体の表面に移行させて現像する現像ロールを備えた画像形成装置用ユニットにおいて、無機粒子の個数平均粒径[nm]と規制部材の現像ロールに対する間隔[mm]との積が下記式1の関係にない、規制部材の現像ロールに対する間隔が下記の数値範囲内にない、及び無機粒子の個数平均粒径が下記の数値範囲内にないという条件のうち少なくとも1つを満たす場合に比べ、クリーニングブレードによるクリーニング性能を良好に発揮しつつ画像における色筋の画質欠陥の発生を抑制した画像形成装置用ユニットを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、以下の発明が提供される。
請求項1に係る発明は、
像保持体と、
前記像保持体との間に100μm以上300μm以下の間隔を設けて配置され、トナー及びキャリアを含む静電荷像現像剤を表面に保持すると共に前記トナーを前記像保持体の表面に移行させて前記像保持体表面の静電荷像をトナー画像として現像する現像ロール、前記現像ロールに直流成分(DC)に交流成分(AC)を重畳した交番電圧を印加する電圧印加部、及び前記現像ロールとの間に0.6mm以下の間隔を設けて配置された、前記現像ロール上に保持される前記静電荷像現像剤の厚さを規制するための規制部材を備え、前記トナーは体積平均粒径が2μm以上5μm以下でありかつ個数平均粒径が70nm以上135nm以下である無機粒子が外添されたトナーである現像手段と、
前記像保持体に対しクリーニングブレードを接触させて前記像保持体の表面をクリーニングするクリーニング手段と、
を備え、
前記無機粒子の個数平均粒径[nm]と前記規制部材の前記現像ロールに対する間隔[規制部材間隔:mm]との積が下記式1の関係を満たす画像形成装置用ユニット。
(式1) 26≦無機粒子個数平均粒径[nm]×規制部材間隔[mm]
請求項2に係る発明は、
前記無機粒子の個数平均粒径[nm]と前記現像ロール及び前記規制部材の間隔[mm]との積が下記式2の関係を満たす請求項1に記載の画像形成装置用ユニット。
(式2) 26≦無機粒子個数平均粒径[nm]×規制部材間隔[mm]≦135
請求項3に係る発明は、
請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置用ユニットを備え、
画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジ。
請求項4に係る発明は、
請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置用ユニットと、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電した前記像保持体の表面に前記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トナー画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。
請求項1に係る発明によれば、像保持体との間に100μm以上300μm以下の間隔を設けて配置され、電圧印加部により交番電圧が印加され、体積平均粒径が2μm以上5μm以下であるトナー及びキャリアを含む静電荷像現像剤を表面に保持し像保持体の表面に移行させて現像する現像ロールを備えた画像形成装置用ユニットにおいて、無機粒子の個数平均粒径[nm]と規制部材の現像ロールに対する間隔[mm]との積が前記式1の関係にない、規制部材の現像ロールに対する間隔が前記の数値範囲内にない、及び無機粒子の個数平均粒径が前記の数値範囲内にないという条件のうち少なくとも1つを満たす場合に比べ、クリーニングブレードによるクリーニング性能を良好に発揮しつつ画像における色筋の画質欠陥の発生を抑制した画像形成装置用ユニットが提供される。
請求項2に係る発明によれば、像保持体との間に100μm以上300μm以下の間隔を設けて配置され、電圧印加部により交番電圧が印加され、体積平均粒径が2μm以上5μm以下であるトナー及びキャリアを含む静電荷像現像剤を表面に保持し像保持体の表面に移行させて現像する現像ロールを備えた画像形成装置用ユニットにおいて、無機粒子の個数平均粒径[nm]と規制部材の現像ロールに対する間隔[mm]との積が前記式2の関係にない場合に比べ、クリーニングブレードによるクリーニング性能を良好に発揮しつつ画像における色筋の画質欠陥の発生を抑制した画像形成装置用ユニットが提供される。
請求項3、及び4に係る発明によれば、像保持体との間に100μm以上300μm以下の間隔を設けて配置され、電圧印加部により交番電圧が印加され、体積平均粒径が2μm以上5μm以下であるトナー及びキャリアを含む静電荷像現像剤を表面に保持し像保持体の表面に移行させて現像する現像ロールを備えた態様において、無機粒子の個数平均粒径[nm]と規制部材の現像ロールに対する間隔[mm]との積が前記式1の関係にない、規制部材の現像ロールに対する間隔が前記の数値範囲内にない、及び無機粒子の個数平均粒径が前記の数値範囲内にないという条件のうち少なくとも1つを満たす画像形成装置用ユニットを備える場合に比べ、クリーニングブレードによるクリーニング性能を良好に発揮しつつ画像における色筋の画質欠陥の発生を抑制したプロセスカートリッジ、及び画像形成装置が提供される。
本実施形態における画像形成装置の一例を示す概略図である。 図1に示す画像形成装置の現像装置部分を拡大して示す拡大概略図である。 図2に示す現像装置部分の現像ロールと感光体とが間隔をもって設けられた部分を拡大して示す拡大概略図である。 図1に示す画像形成装置のクリーニング装置部分を拡大して示す拡大概略図である。 クリーニング装置におけるクリーニングブレードの加圧力を説明するための模式図である。
以下、本発明の画像形成装置用ユニット、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。
<画像形成装置用ユニット>
本実施形態に係る画像形成装置用ユニットは、少なくとも像保持体と、現像手段と、クリーニング手段と、を備える。
現像手段は現像ロールを備え、この現像ロールがトナー及びキャリアを含む静電荷像現像剤を表面に保持し、かつ前記トナーを前記像保持体の表面に移行させて前記像保持体表面の静電荷像をトナー画像として現像する。また、現像手段は前記現像ロール上に保持される静電荷像現像剤の厚さを規制するための規制部材を備える。さらに、クリーニング手段は前記像保持体に対しクリーニングブレードを接触させて前記像保持体の表面をクリーニングする。
そして本実施形態では、前記現像ロールが前記像保持体との間に100μm以上300μm以下の間隔を設けて配置され、かつ電圧印加部により直流成分(DC)に交流成分(AC)を重畳した交番電圧が印加される。また、前記規制部材が前記現像ロールとの間に0.6mm以下の間隔を設けて配置され、現像手段には体積平均粒径が2μm以上5μm以下のトナーであってかつ個数平均粒径が70nm以上135nm以下である無機粒子が外添されたトナーを含む静電荷像現像剤が収容される。
さらに、前記無機粒子の個数平均粒径[nm]と前記規制部材の前記現像ロールに対する間隔[規制部材間隔:mm]との積が下記式1の関係を満たす。
(式1) 26≦無機粒子個数平均粒径[nm]×規制部材間隔[mm]
ここで、本実施形態に係る画像形成装置用ユニットを備える画像形成装置について、図を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る画像形成装置の一例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10には、図1に示すように、例えば、電子写真感光体(像保持体の一例;以下「感光体」とも称する)12が設けられている。感光体12は、円柱状とされ、モータ等の駆動部27にギア等の駆動力伝搬部材(不図示)を介して連結されており、当該駆動部27により、黒点で示す回転軸の周りに回転駆動される。図1に示す例では、矢印A方向に回転駆動される。
感光体12の周辺には、例えば、接触式の帯電ロール14を備える帯電装置(帯電手段の一例)15、潜像形成装置(静電荷像形成手段の一例)16、現像装置(現像手段の一例)18、転写装置(転写手段の一例)31、クリーニングブレード60を備えるクリーニング装置(クリーニング手段の一例)22、及び除電装置24が、感光体12の回転方向に沿って順に配設されている。そして、画像形成装置10には、定着装置(定着手段の一例)26も配設されている。また、画像形成装置10は、各装置(各部)の動作を制御する制御装置36を有している。
現像装置18は、図2に示すように、矢印B方向に回転駆動される現像ロール18Aを備える。現像ロール18Aは、感光体12との間に間隔(ギャップ)DRS(現像ロール18Aと感光体12との距離(最短距離))が形成されるよう配置され、本実施形態ではこの間隔DRSが100μm以上300μm以下の範囲に設定される。また、現像ロール18Aは、トナー及びキャリアを含む静電荷像現像剤(不図示;以下単に「現像剤」とも称す)が収容される筐体18B内に設置される。現像ロール18Aには、現像バイアスとして電源32から直流成分(DC)に交流成分(AC)を重畳した交番電圧が印加される。この交番電圧により、図3に示すように、現像剤に含まれたキャリアによって磁気ブラシ18Dが現像ロール18Aの表面に形成され、この磁気ブラシ18Dを感光体12に接触させることで、キャリアに付着するトナー(不図示)が感光体12に対して供給され、感光体12表面に形成された潜像(静電荷像)がトナー画像として現像される。なお、磁気ブラシとは、現像ロール18Aの表面上で穂立ちするように直線状に連なった複数のキャリアとそれに付着したトナーで構成されたものである。また、筐体18Bには現像ロール18A上に保持された現像剤(すなわち磁気ブラシ18D)の厚さを規制するための規制部材(規制トリマー)18Cが、間隔TG(現像ロール18Aと規制部材18Cとの距離(最短距離))をあけて設けられている。
近年では高精細な画像を得る観点からより小径化されたトナーの採用が求められており、本実施形態ではトナーとして体積平均粒径が2μm以上5μm以下であるトナー(以下このトナーを「小径トナー」と称す)を用いる。
ただし、小径トナーを用いた画像形成では、静電荷像の現像に用いられるトナーの総現像量が、体積平均粒径が5μmを超えるトナー(大径トナー)の場合に比べて少なくなる。さらに、トナーは小径であるほど離型力(脱離のし易さ)が小さくなるとの特性も有し、具体的には粒径の値の3乗で離型力が低下していく。そのため、小径トナーは大径トナーに比べてキャリアから脱離しにくく、この観点からも総現像量が大径トナーに比べて少なくなる。そのため、クリーニング装置22のクリーニングブレード60と感光体12との接触部に溜まる外添剤の量(トナーから遊離して接触部に溜まる外添剤の量)が少なくなり、クリーニング性能が低下することがある。
ここで、クリーニングブレード60による感光体12表面のクリーニングの操作について、図を用いて説明する。図4はクリーニング装置22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(中間転写部材、記録媒体等の被転写部材にトナー画像を転写した後にも感光体12表面に残留するトナー)、T2はクリーニングブレード60のプレニップ(接触部の上流側)に蓄積したトナーである。図4に示すように、感光体12の回転駆動中は感光体12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12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。
このクリーニングブレード60によるクリーニングにおいて、残留トナーや外添剤のすり抜けの抑制に有効に作用するのが、プレニップに形成されるトナーダム(トナー粒子が溜まった領域)TD及び外添ダム(外添剤の粒子が溜まった領域)ADであると考えられる。
感光体12の回転駆動が継続すると、プレニップでは、トナーから遊離した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12の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。そして、プレニップの感光体12の回転方向上流側では、集まり続けたトナー(トナー粒子)がプレニップに留まることができなくなって逐次移動し(図4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4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が溜まると、プレニップ側から押されて感光体12とは反対側(図4の矢印C方向)に移動した後、クリーニングブレード60の先端部から離れ、除去されて清掃される。
しかし、小径トナーを用いた場合、前述の通り静電荷像の現像に用いられるトナーの総現像量が少なくなるため、外添ダムADに溜まる外添剤の量も少なくなる。その結果、クリーニング装置22の位置での残留トナーや外添剤等のすり抜けが抑制し得ず、クリーニング性能が低下することがある。
以上の観点から、小径トナー(体積平均粒径が2μm以上5μm以下であるトナー)を用いた態様では、外添ダムADに溜まる外添剤の量の減少を抑制し、クリーニング性能を良好に発揮させることが求められる。
また、トナーは小径であるほど凝集力が大きくなって粉体特性が低下し、現像装置内で複数のトナー粒子同士が凝集して塊を形成し易くなる。凝集して塊状となったトナーが現像ロール表面に保持されると、規制部材によって現像剤の厚さが規制されるときに塊状のトナーが引き伸ばされてそのまま像保持体表面に現像され、記録媒体に形成される画像において色筋(筋状の画質欠陥)となることがある。
すなわち、外添ダムADに溜まる外添剤の量の減少を抑制してクリーニング性能を良好に発揮させつつ、かつトナーの凝集を抑制して画像における色筋の画質欠陥の発生を抑制することが求められている。
これに対し本実施形態では、無機粒子の個数平均粒径[nm]と規制部材の前記現像ロールに対する間隔[mm]との積が前記式1の関係を満たし、無機粒子の個数平均粒径が70nm以上135nm以下であり、かつ規制部材と現像ロールとの間隔が0.6mm以下であることで、クリーニングブレードによるクリーニング性能を良好に発揮しつつ画像における色筋の画質欠陥の発生を抑制し得る。
この効果が奏される理由は、必ずしも明確ではないものの以下のように推察される。
トナーに外添される無機粒子はその粒径が小さい程、トナーと同じく離型力(脱離のし易さ)が小さくなり、粒径の値の3乗で離型力が低下していく。そのため、無機粒子の粒径は大きい程トナーから脱離(遊離)しやすくなり、クリーニングブレード60のプレニップでの外添ダムADにおいても外添剤の量を増加し得る。また、現像ロール18A上に保持される現像剤の厚さを規制する規制部材18Cは、現像ロール18Aとの間隔TGが小さい程、トナー粒子表面の無機粒子に対する押し付けの圧力が増す。そのため、規制部材18Cと現像ロール18Aとの間隔TGが大きい程、トナー粒子表面への無機粒子の押し付け圧力が低減され、トナーから脱離(遊離)しやすくし得る。そのため、クリーニングブレード60のプレニップでの外添ダムADにおいても外添剤の量を増加し得る。
特に、無機粒子の粒径と規制部材における間隔TGとの間には、トナー粒子表面からの無機粒子の脱離(遊離)のし易さの観点で相関関係があることが分かった。つまり、無機粒子の個数平均粒径を70nm以上の範囲としつつ、かつ無機粒子の個数平均粒径[nm]と規制部材の前記現像ロールに対する間隔[mm]との関係を、前記式1を満たす関係とすることで、クリーニングブレード60のプレニップにおける外添ダムADへの外添剤の供給が良好に行われ、その結果クリーニングブレードによるクリーニング性能が良好に発揮される。
また、本実施形態では現像ロール18Aと感光体12との間隔DRSが100μm以上300μm以下の範囲に設定され、つまり現像ロール18Aが感光体12に対してより近い間隔DRSとなるよう配置される。間隔DRSが300μm以下と近いことで、キャリアからの脱離が生じにくい小径トナーを用いていても、効率的にトナーのキャリアからの脱離を生じさせられ、感光体(像保持体)12表面に移行させられる。その結果、感光体(像保持体)12表面への総現像量を増加させられ、クリーニングブレード60のプレニップの外添ダムADへの外添剤の供給も相対的に増加させられる。よって、この観点からも、クリーニングブレードによるクリーニング性能が良好に発揮される。
一方で、トナーに外添される無機粒子はその粒径が大きい程、トナー粒子の表面に存在する個数が減少すると共に無機粒子同士の間があき、トナー粒子の表面が露出しやすくなる。そのため、無機粒子の粒径が小さい程、トナー粒子同士が直接その表面を接触させることを低減し得、トナー粒子同士が凝集することが抑制される。この観点から、無機粒子の個数平均粒径が135nm以下であることで、現像装置内でのトナー粒子同士の凝集による塊状のトナーの発生が抑制され、記録媒体に形成される画像における色筋の画質欠陥の発生が抑制される。
なお、クリーニングブレード60のプレニップにおける外添ダムADに溜まる外添剤は、その粒径が大きい程外添ダムADの強度が低下することがある。これに対し、無機粒子の個数平均粒径が135nm以下であることで、外添ダムADにおける強度も得られ、クリーニングブレードによるクリーニング性能が良好に発揮される。
−(式1)無機粒子個数平均粒径と規制部材間隔TGとの積−
無機粒子の個数平均粒径[nm]と規制部材の現像ロールに対する間隔TG[mm]との積は26以上である。また、好ましくは26以上135以下であり、より好ましくは27以上110以下であり、28以上90以下がさらに好ましい。
式1に示す積の値が26未満であると、クリーニングブレード60のプレニップにおける外添ダムADへの外添剤の供給が少なくなり、その結果クリーニングブレードによるクリーニング性能が低下する。
なお、式1に示す積の値の上限値が135以下であることで、色筋の画質欠陥の発生が抑制され、外添ダムの強度が得られ、クリーニング性能が得られる。
−無機粒子の個数平均粒径−
無機粒子の個数平均粒径は、70nm以上135nm以下であり、好ましくは75nm以上135nm以下であり、より好ましくは80nm以上130nm以下であり、90nm以上125nm以下がさらに好ましい。無機粒子の個数平均粒径が70nm未満であると、クリーニングブレード60のプレニップにおける外添ダムADへの外添剤の供給が少なくなり、その結果クリーニングブレードによるクリーニング性能が低下する。一方、無機粒子の個数平均粒径が135nmを超えると、現像装置内でトナー粒子同士が凝集して塊状のトナーが発生し、記録媒体に形成される画像において色筋の画質欠陥が生じる。また、外添ダムADにおける強度が低下し、クリーニングブレードによるクリーニング性能が低下する。
上記個数平均粒径は、無機粒子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。
無機粒子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、トナー粒子から無機粒子が脱離しやすく、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、無機粒子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、トナー粒子から無機粒子が過剰に脱離することによるトナーの帯電性及び移行性の低下が、起こりにくくなる。
−規制部材の現像ロールに対する間隔TG−
規制部材の現像ロールとの間隔TGは、0.6mm以下であり、より好ましくは0.10mm以上0.60mm以下であり、0.15mm以上0.60mm以下がさらに好ましい。間隔TGが0.6mmを超えると、現像ロール18A上に保持される現像剤(つまり磁気ブラシ18D)が厚くなり、感光体(像保持体)12と現像ロール18Aとの間で詰まりを起こす現象(ジャミング)が発生する。
次いで、本実施形態に係る画像形成装置用ユニットを備えた画像形成装置の構成について、詳細に説明する。
本実施形態に係る画像形成装置は、本実施形態に係る画像形成装置用ユニットと、前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電した前記像保持体の表面に前記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トナー画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トナー画像を定着する定着手段と、を備える。
ここで、本実施形態に係る画像形成装置では、像保持体の表面を帯電する帯電工程と、帯電し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、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工程と、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工程と、像保持体の表面をクリーニングブレードによりクリーニングするクリーニング工程と、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工程と、を有する画像形成方法が実施される。
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体の表面に形成されたトナー画像を直接記録媒体に転写する直接転写方式の装置;像保持体の表面に形成されたトナー画像を中間転写体の表面に一次転写し、中間転写体の表面に転写されたトナー画像を記録媒体の表面に二次転写する中間転写方式の装置;トナー画像の転写後、帯電前に像保持体の表面に除電光を照射して除電する除電装置を備える装置等の周知の画像形成装置が適用される。
中間転写方式の装置の場合、転写装置は、例えば、表面にトナー画像が転写される中間転写体と、像保持体の表面に形成されたトナー画像を中間転写体の表面に一次転写する一次転写装置と、中間転写体の表面に転写されたトナー画像を記録媒体の表面に二次転写する二次転写装置と、を有する構成が適用される。
なお、本実施形態に係る画像形成装置において、例えば、像保持体と現像手段とクリーニング手段とを少なくとも含む部分が、画像形成装置に対して脱着されるカートリッジ構造(プロセスカートリッジ)であってもよい。
以下、本実施形態に係る画像形成装置の一例を、図を用いて説明するが、これに限定されるわけではない。
図1は、本実施形態に係る画像形成装置の一例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10には、図1に示すように、例えば、電子写真感光体(像保持体の一例;感光体)12が設けられている。感光体12は、円柱状とされ、モータ等の駆動部27にギア等の駆動力伝搬部材(不図示)を介して連結されており、当該駆動部27により、黒点で示す回転軸の周りに回転駆動される。図1に示す例では、矢印A方向に回転駆動される。
感光体12の周辺には、例えば、接触式の帯電ロール14を備える帯電装置(帯電手段の一例)15、潜像形成装置(静電荷像形成手段の一例)16、現像装置(現像手段の一例)18、転写装置(転写手段の一例)31、クリーニングブレード60を備えるクリーニング装置(クリーニング手段の一例)22、及び除電装置24が、感光体12の回転方向に沿って順に配設されている。そして、画像形成装置10には、定着装置(定着手段の一例)26も配設されている。また、画像形成装置10には、各装置(各部)の動作を制御する制御装置36を有している。
画像形成装置10は、少なくとも感光体12と現像装置18とクリーニング装置22とを一体化したプロセスカートリッジとしてもよい。このプロセスカートリッジは、他の装置も一体化したプロセスカートリッジであってもよい。
(感光体)
感光体12は、例えば、導電性基体と、この導電性基体上に形成された下引層と、この下引層の上に形成された感光層と、を有する。この感光層は、電荷発生層と電荷輸送層との2層構造であってもよい。感光層は、有機感光層であってもよいし、無機感光層であってもよい。感光体12は、感光層上に保護層を設けた構成であってもよい。
(帯電装置)
帯電装置15は、感光体12の表面を帯電する。帯電装置15は、例えば、感光体12表面に接触して設けられ、感光体12の表面を帯電する帯電部材14、及び帯電部材14に帯電電圧を印加する電源28(帯電部材用の電圧印加部の一例)を備えている。電源28は、帯電部材14に電気的に接続されている。
帯電装置15の帯電部材14としては、例えば、導電性の帯電ローラ、帯電ブラシ、帯電フィルム、帯電ゴムブレード、帯電チューブ等を用いた接触方式の帯電器が挙げられる。
帯電装置15(電源28を含む)は、例えば、画像形成装置10に設けられた制御装置36に電気的に接続されており、制御装置36により駆動制御されて、帯電部材14に帯電電圧を印加する。電源28から帯電電圧を印加された帯電部材14は、印加された帯電電圧に応じた帯電電位に、感光体12を帯電させる。このため、電源28から印加される帯電電圧が調整されることで、感光体12は、異なる帯電電位に帯電される。
(潜像形成装置)
潜像形成装置16は、帯電された感光体12の表面に静電潜像を形成する。具体的には、例えば、潜像形成装置16は、画像形成装置10に設けられた制御装置36に電気的に接続されており、制御装置36により駆動制御されて、帯電部材14により帯電された感光体12の表面に、形成する対象となる画像の画像情報に基づいて変調された光Lを照射して、感光体12上に画像情報の画像に応じた静電潜像を形成する。
潜像形成装置16としては、例えば、半導体レーザ光、LED光、液晶シャッタ光等の光を像様に露光する光源を持つ光学系機器等が挙げられる。
(現像装置)
現像装置18は、例えば、潜像形成装置16による光Lの照射位置より感光体12の回転方向下流側に設けられている。現像装置18には、図2に示す筐体18B内に現像剤を収容する収容部が設けられている。この収容部には、トナーキャリアを含む二成分系の静電荷像現像剤が収容されている。トナーは、例えば、現像装置18内で帯電された状態で収容されている。現像装置18は、矢印B方向に回転駆動され、現像剤により感光体12の表面に形成された静電荷像を現像する現像ロール18Aと、現像ロール18Aに現像バイアスとして交番電圧を印加する電圧印加部としての電源32と、を備えている。また、筐体18Bには現像ロール18A上に保持された現像剤の厚さを規制するための規制部材(規制トリマー)18Cが、0.6mm以下の間隔TG(現像ロール18Aと規制部材18Cとの距離(最短距離))をあけて設けられている。
・現像ロールと感光体(像保持体)との間隔
現像ロール18Aは、図2に示すように、感光体12との間に間隔(ギャップ)DRS(現像ロール18Aと感光体12との距離(最短距離))を有する。この間隔DRSは100μm以上300μm以下の範囲に設定され、より好ましくは200μm以上280μm以下であり、さらには220μm以上260μm以下が好ましい。
現像ロール18Aと感光体12との間隔(ギャップ)DRSが300μmを超えると、小径トナー(体積平均粒径が2μm以上5μm以下であるトナー)を用いた場合に、キャリアからの脱離が生じにくくなり、感光体12表面の静電荷像に移行させるトナーの量(総現像量)が少なくなる。一方、間隔(ギャップ)DRSが100μm未満では、静電荷像が形成されていない部分に対しても磁気ブラシの押圧が高くなることでトナーが移行され易くなり、つまりカブリ(ジャミング)がより生じ易くなるとの欠点が生じる。
・交番電圧
現像ロール18Aには、現像バイアスとして電源32から直流成分(DC)に交流成分(AC)を重畳した交番電圧が印加される。交流成分の周波数は、5kHz以上20kHz以下の範囲が好ましい。
ここで、現像ロール18Aとしては、現像剤の種類に応じて選択されるが、例えば磁石が内蔵された現像スリーブを有する現像ロールが挙げられる。
また、規制部材18Cとしては、特に限定されることなく公知の規制部材(規制トリマー)が用いられ、磁性を有する部材、非磁性の部材のいずれでも用い得る。規制部材の形状としては、板状、ロール状等が挙げられ、中でも板状の規制部材が好ましく用いられる。
現像装置18(電源32を含む)は、例えば、画像形成装置10に設けられた制御装置36に電気的に接続されており、制御装置36により駆動制御されて、現像ロール18Aに現像電圧を印加する。現像電圧を印加された現像ロール18Aは、現像電圧に応じた現像電位に帯電される。そして、現像電位に帯電された現像ロール18Aは、例えば、現像装置18内に収容された現像剤を表面に保持して、現像剤に含まれるトナーを現像装置18内から感光体12表面へと供給する。なお、キャリアは現像ロール18Aに保持されたまま現像装置18内に戻る。
(転写装置)
転写装置31は、例えば、現像ロール18Aの配設位置より感光体12の回転方向下流側に設けられている。転写装置31は、例えば、感光体12の表面に形成されたトナー画像を記録媒体30Aへ転写する転写部材20と、転写部材20に転写電圧を印加する電源30と、を備えている。転写部材20は、例えば、円柱状とされており、図1中に示す例では、矢印F方向に回転し、感光体12との間で記録媒体30Aを挟んで搬送する。転写部材20は、例えば、電源30に電気的に接続されている。
転写部材20としては、例えば、ベルト、ローラ、フィルム、ゴムブレード等を用いた接触型転写帯電器、コロナ放電を利用したスコロトロン転写帯電器又はコロトロン転写帯電器等のそれ自体公知の非接触型転写帯電器が挙げられる。
転写装置31(電源30を含む)は、例えば、画像形成装置10に設けられた制御装置36に電気的に接続されており、制御装置36により駆動制御されて、転写部材20に転写電圧を印加する。転写電圧を印加された転写部材20は、転写電圧に応じた転写電位に帯電される。
転写部材20の電源30から転写部材20に、感光体12上に形成されたトナー画像を構成するトナーとは逆極性の転写電圧が印加されると、例えば、感光体12と転写部材20との向かい合う領域(図1中、転写領域32A参照)には、感光体12上のトナー画像を構成する各トナーを静電力により感光体12から転写部材20側へと移動させる電界強度の転写電界が形成される。
記録媒体30Aは、例えば、図示を省略する収容部に収容されており、この収容部から図示を省略する複数の搬送部材によって搬送経路34に沿って搬送され、感光体12と転写部材20との向かい合う領域である転写領域32Aに到る。図1中に示す例では、矢印E方向に搬送される。転写領域32Aに到った記録媒体30Aは、例えば、転写部材20に転写電圧が印加されることにより該領域に形成された転写電界によって、感光体12上のトナー画像が転写される。すなわち、例えば、感光体12表面から記録媒体30Aへのトナーの移動により、記録媒体30A上にトナー画像が転写される。
感光体12上のトナー画像は、転写電界により記録媒体30A上に転写される。転写電界の大きさは転写電流値に基づいて制御されている。転写電流値は、定電流制御で転写電界を印加したときに転写装置31で検出される電流値である。転写電流値は、転写電界の大きさを表す。例えば、転写電流値は、10μA以上45μA以下である。
(クリーニング装置)
クリーニング装置22は、筐体と、筐体から突出するように配設されるクリーニングブレード60と、を含んで構成されている。
なお、クリーニングブレード60は、筐体の端部で支持された形態であってもよいし、別に支持部材(ホルダー)により支持される形態であってもよいが、本実施形態では、筐体の端部で支持された形態を示している。
クリーニングブレード60について説明する。
クリーニングブレード60は、感光体12の回転軸に沿った方向に延びた板状のものであって、感光体12の回転方向(矢印A)の上流側に、先端部が圧力を掛けつつ接触されるよう設けられている。
クリーニングブレード60を構成する材料としては、ウレタンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム等が挙げられる。これらの中で、ウレタンゴムがよい。
ウレタンゴム(ポリウレタン)は、例えば、通常ポリウレタンの形成に用いられるものであれば特に限定されないが、例えばポリエチレンアジペート、ポリカプロラクトンなどのポリエステルポリオールなどのポリオールとジフェニルメタンジイソシアネートなどのイソシアネートとからなるウレタンプレポリマー、及びたとえば1,4−ブタンジオール、トリメチロールプロパン、エチレングリコールやこれらの混合物などの架橋剤を原料とするものがよい。
ここで、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12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12の仕様、帯電方式、感光体12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、1.5gf/mm以上3.5gf/mm以下の範囲が望ましい。
また、ブレード接触角度αは、8゜以上12゜以下が好ましい。
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。
(除電装置)
除電装置24は、例えば、クリーニング装置22より感光体12の回転方向下流側に設けられている。除電装置24は、トナー画像を転写した後、感光体12の表面を露光して除電する。具体的には、例えば、除電装置24は、画像形成装置10に設けられた制御装置36に電気的に接続されており、制御装置36により駆動制御されて、感光体12の全表面(具体的には例えば画像形成領域の全面)を露光して除電する。
除電装置24としては、例えば、白色光を照射するタングステンランプ、赤色光を照射する発光ダイオード(LED)等の光源を有する装置が挙げられる。
(定着装置)
定着装置26は、例えば、転写領域32Aより記録媒体30Aの搬送経路34の搬送方向下流側に設けられている。定着装置26は、例えば、記録媒体30A上に転写されたトナー画像を定着する。具体的には、例えば、定着装置26は、画像形成装置10に設けられた制御装置36に電気的に接続されており、制御装置36により駆動制御されて、記録媒体30A上に転写されたトナー画像を熱または熱及び圧力によって記録媒体30Aに定着する。
定着装置26としては、それ自体公知の定着器、例えば熱ローラ定着器、オーブン定着器等が挙げられる。
ここで、搬送経路34に沿って搬送されて感光体12と転写部材20との向かい合う領域(転写領域32A)を通過することによりトナー画像を転写された記録媒体30Aは、例えば、図示を省略する搬送部材によってさらに搬送経路34に沿って定着装置26の設置位置に到り、記録媒体30A上のトナー画像の定着が行われる。
トナー画像の定着によって画像形成された記録媒体30Aは、図示を省略する複数の搬送部材によって画像形成装置10の外部へと排出される。なお、感光体12は、除電装置24による除電後、再度、帯電装置15によって帯電電位に帯電される。
(制御装置)
制御装置36は、装置全体の制御及び各種演算を行うコンピュータとして構成されている。具体的には、制御装置36は、CPU(中央処理装置; Central Processing Unit)、各種プログラムを記憶したROM(Read Only Memory)、プログラムの実行時にワークエリアとして使用されるRAM(Random Access Memory)、各種情報を記憶する不揮発性メモリ、及び入出力インターフェース(I/O)等を備えている。
(静電荷像現像剤)
次いで、これらの構成を備える本実施形態に係る画像形成装置10にて用いられ、現像装置18において筐体18B内に収容される現像剤(静電荷像現像剤)について説明する。
本実施形態に用いられる現像剤は、トナーとキャリアとを含む二成分系の現像剤である。そして、高精細な画像を得る観点から、本実施形態では小径化されたトナーが採用され、具体的にはトナーの体積平均粒径(つまりトナーに含まれるトナー粒子の体積平均粒径)が2μm以上5μm以下である。より好ましくは3μm以上5μm以下であり、4μm以上5μm以下がさらに好ましい。
なお、トナーの体積平均粒径が2μm未満であると、トナー一個当たりの電荷量が不足し、カブリ易く、キャリアからの離型力が減少し、求められる現像量が確保し得ない。また、クリーニングブレードと像保持体との接触部における外添ダムも少なくなり、クリーニングブレードへの負荷が増大し、クリーニング性能に劣るとの欠点が生じる。
トナーの体積平均粒径は、トナー粒子の体積平均粒径であり、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、電解液はISOTON−II(ベックマン・コールター社製)を使用して測定される。
測定に際しては、分散剤として、界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムが好ましい)の5%水溶液2ml中に測定試料を0.5mg以上50mg以下加える。これを電解液100ml以上150ml以下中に添加する。
試料を懸濁した電解液は超音波分散器で1分間分散処理を行い、コールターマルチサイザーIIにより、アパーチャー径として100μmのアパーチャーを用いて2μm以上60μm以下の範囲の粒径の粒子の粒度分布を測定する。なお、サンプリングする粒子数は50000個である。
測定される粒度分布を基にして分割された粒度範囲(チャンネル)に対して体積をそれぞれ小径側から累積分布を描いて、累積50%となる粒径を体積平均粒径D50vと定義する。
本実施形態におけるトナーは、トナー粒子と、外添剤と、を少なくとも含んで構成され、さらに他の添加剤を含んでいてもよい。
・トナー粒子
まず、トナー粒子について説明する。
トナー粒子は、例えば、結着樹脂と、必要に応じて、着色剤と、離型剤と、その他添加剤と、を含んで構成される。
−結着樹脂−
結着樹脂としては、例えば、スチレン類(例えばスチレン、パラクロロスチレン、α−メチルスチレン等)、(メタ)アクリル酸エステル類(例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸2−エチルヘキシル等)、エチレン性不飽和ニトリル類(例えばアクリロニトリル、メタクリロニトリル等)、ビニルエーテル類(例えばビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等)、ビニルケトン類(ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等)、オレフィン類(例えばエチレン、プロピレン、ブタジエン等)等の単量体の単独重合体、又はこれら単量体を2種以上組み合せた共重合体からなるビニル系樹脂が挙げられる。
結着樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂、変性ロジン等の非ビニル系樹脂、これらと前記ビニル系樹脂との混合物、又は、これらの共存下でビニル系単量体を重合して得られるグラフト重合体等も挙げられる。
これらの結着樹脂は、1種類単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
結着樹脂としては、ポリエステル樹脂が好適である。
ポリエステル樹脂としては、例えば、公知のポリエステル樹脂が挙げられる。
ポリエステル樹脂としては、例えば、多価カルボン酸と多価アルコールとの縮重合体が挙げられる。なお、ポリエステル樹脂としては、市販品を使用してもよいし、合成したものを使用してもよい。
多価カルボン酸としては、例えば、脂肪族ジカルボン酸(例えばシュウ酸、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、コハク酸、アルケニルコハク酸、アジピン酸、セバシン酸等)、脂環式ジカルボン酸(例えばシクロヘキサンジカルボン酸等)、芳香族ジカルボン酸(例えばテレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸等)、これらの無水物、又はこれらの低級(例えば炭素数1以上5以下)アルキルエステルが挙げられる。これらの中でも、多価カルボン酸としては、例えば、芳香族ジカルボン酸が好ましい。
多価カルボン酸は、ジカルボン酸と共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上のカルボン酸を併用してもよい。3価以上のカルボン酸としては、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸、これらの無水物、又はこれらの低級(例えば炭素数1以上5以下)アルキルエステル等が挙げられる。
多価カルボン酸は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
多価アルコールとしては、例えば、脂肪族ジオール(例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール等)、脂環式ジオール(例えばシクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、水添ビスフェノールA等)、芳香族ジオール(例えばビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物等)が挙げられる。これらの中でも、多価アルコールとしては、例えば、芳香族ジオール、脂環式ジオールが好ましく、より好ましくは芳香族ジオールである。
多価アルコールとしては、ジオールと共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上の多価アルコールを併用してもよい。3価以上の多価アルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールが挙げられる。
多価アルコールは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)は、50℃以上80℃以下が好ましく、50℃以上65℃以下がより好ましい。
なお、ガラス転移温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線より求め、より具体的にはJIS K 7121−1987「プラスチックの転移温度測定方法」のガラス転移温度の求め方に記載の「補外ガラス転移開始温度」により求められる。
ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)は、5000以上1000000以下が好ましく、7000以上500000以下がより好ましい。
ポリエステル樹脂の数平均分子量(Mn)は、2000以上100000以下が好ましい。
ポリエステル樹脂の分子量分布Mw/Mnは、1.5以上100以下が好ましく、2以上60以下がより好ましい。
なお、重量平均分子量及び数平均分子量は、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定する。GPCによる分子量測定は、測定装置として東ソー製GPC・HLC−8120GPCを用い、東ソー製カラム・TSKgel SuperHM−M(15cm)を使用し、THF溶媒で行う。重量平均分子量及び数平均分子量は、この測定結果から単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用して算出する。
ポリエステル樹脂は、周知の製造方法により得られる。具体的には、例えば、重合温度を180℃以上230℃以下とし、必要に応じて反応系内を減圧にし、縮合の際に発生する水やアルコールを除去しながら反応させる方法により得られる。
なお、原料の単量体が、反応温度下で溶解又は相溶しない場合は、高沸点の溶剤を溶解補助剤として加え溶解させてもよい。この場合、重縮合反応は溶解補助剤を留去しながら行う。共重合反応において相溶性の悪い単量体が存在する場合は、あらかじめ相溶性の悪い単量体とその単量体と重縮合予定の酸又はアルコールとを縮合させておいてから主成分と共に重縮合させるとよい。
結着樹脂の含有量としては、例えば,トナー粒子全体に対して、40質量%以上95質量%以下が好ましく、50質量%以上90質量%以下がより好ましく、60質量%以上85質量%以下がさらに好ましい。
−着色剤−
着色剤としては、例えば、カーボンブラック、クロムイエロー、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、スレンイエロー、キノリンイエロー、ピグメントイエロー、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド、ブリリアントカーミン3B、ブリリアントカーミン6B、デュポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、リソールレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ピグメントレッド、ローズベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、ピグメントブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオキサレートなどの種々の顔料、又は、アクリジン系、キサンテン系、アゾ系、ベンゾキノン系、アジン系、アントラキノン系、チオインジコ系、ジオキサジン系、チアジン系、アゾメチン系、インジコ系、フタロシアニン系、アニリンブラック系、ポリメチン系、トリフェニルメタン系、ジフェニルメタン系、チアゾール系などの各種染料等が挙げられる。
着色剤は、1種類単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
着色剤は、必要に応じて表面処理された着色剤を用いてもよく、分散剤と併用してもよい。また、着色剤は、複数種を併用してもよい。
着色剤の含有量としては、例えば、トナー粒子全体に対して、1質量%以上30質量%以下が好ましく、3質量%以上15質量%以下がより好ましい。
−離型剤−
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又は鉱物・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;などが挙げられる。離型剤は、これに限定されるものではない。
離型剤の融解温度は、50℃以上110℃以下が好ましく、60℃以上100℃以下がより好ましい。
なお、融解温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線から、JIS K 7121−1987「プラスチックの転移温度測定方法」の融解温度の求め方に記載の「融解ピーク温度」により求める。
離型剤の含有量としては、例えば、トナー粒子全体に対して、1質量%以上20質量%以下が好ましく、5質量%以上15質量%以下がより好ましい。
−その他の添加剤−
その他の添加剤としては、例えば、磁性体、帯電制御剤、無機粉体等の周知の添加剤が挙げられる。これらの添加剤は、内添剤としてトナー粒子に含まれる。
−トナー粒子の特性等−
トナー粒子は、単層構造のトナー粒子であってもよいし、芯部(コア粒子)と芯部を被覆する被覆層(シェル層)とで構成された所謂コア・シェル構造のトナー粒子であってもよい。
ここで、コア・シェル構造のトナー粒子は、例えば、結着樹脂と必要に応じて着色剤及び離型剤等のその他添加剤とを含んで構成された芯部と、結着樹脂を含んで構成された被覆層と、で構成されていることがよい。
トナー粒子の形状係数SF1としては、110以上150以下が好ましく、120以上140以下がより好ましい。
なお、形状係数SF1は、下記式により求められる。
式:SF1=(ML/A)×(π/4)×100
上記式中、MLはトナーの絶対最大長、Aはトナーの投影面積を各々示す。
具体的には、形状係数SF1は、主に顕微鏡画像又は走査型電子顕微鏡(SEM)画像を、画像解析装置を用いて解析することによって数値化され、以下のようにして算出される。すなわち、スライドガラス表面に散布した粒子の光学顕微鏡像をビデオカメラによりルーゼックス画像解析装置に取り込み、100個の粒子の最大長と投影面積を求め、上記式によって計算し、その平均値を求めることにより得られる。
・外添剤
本実施形態では、トナーに個数平均粒径が70nm以上135nm以下である無機粒子が外添される。無機粒子としては、SiO、TiO、Al、CuO、ZnO、SnO、CeO、Fe、MgO、BaO、CaO、KO、NaO、ZrO、CaO・SiO、KO・(TiO)n、Al・2SiO、CaCO、MgCO、BaSO、MgSO等が挙げられる。
無機粒子としては、シリカ、すなわちSiOを主成分とする粒子がよく、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、球状シリカ粒子が挙げられる。
外添剤としての無機粒子の表面は、疎水化処理が施されていることがよい。疎水化処理は、例えば疎水化処理剤に無機粒子を浸漬する等して行う。疎水化処理剤は特に制限されないが、例えば、シラン系カップリング剤、シリコーンオイル、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤等が挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
無機粒子(特にシリカ粒子が好ましい)に表面処理するオイルとしては、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が好ましく、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。表面処理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。表面処理オイルは、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。
表面処理オイルとしては、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。また表面処理オイルは、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からジメチルシリコーンオイルがより好ましい。
無機粒子を表面処理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無機粒子に対して表面処理オイル又は表面処理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、表面処理オイル又は表面処理オイルを含む溶液中に無機粒子を浸漬した後乾燥させる湿式法、表面処理オイルと無機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。
無機粒子は、上記方法等により表面処理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、残留した表面処理オイルや低沸点残留分等を除去してもよい。
無機粒子の表面処理に用いる表面処理オイルの量(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。
無機粒子の外添量(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。無機粒子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。
外添剤としては、樹脂粒子(ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、メラミン樹脂等の樹脂粒子)、クリーニング活剤(例えば、ステアリン酸亜鉛に代表される高級脂肪酸の金属塩、フッ素系高分子量体の粒子)等も挙げられる。
(トナーの製造方法)
次に、本実施形態に係るトナーの製造方法について説明する。
本実施形態に係るトナーは、トナー粒子を製造後、トナー粒子に対して、外添剤を外添することで得られる。
トナー粒子は、乾式製法(例えば、混練粉砕法等)、湿式製法(例えば凝集合一法、懸濁重合法、溶解懸濁法等)のいずれにより製造してもよい。トナー粒子の製法は、これらの製法に特に制限はなく、周知の製法が採用される。
これらの中でも、凝集合一法により、トナー粒子を得ることがよい。
具体的には、例えば、トナー粒子を凝集合一法により製造する場合、
結着樹脂となる樹脂粒子が分散された樹脂粒子分散液を準備する工程(樹脂粒子分散液準備工程)と、樹脂粒子分散液中で(必要に応じて他の粒子分散液を混合した後の分散液中で)、樹脂粒子(必要に応じて他の粒子)を凝集させ、凝集粒子を形成する工程(凝集粒子形成工程)と、凝集粒子が分散された凝集粒子分散液に対して加熱し、凝集粒子を融合・合一して、トナー粒子を形成する工程(融合・合一工程)と、を経て、トナー粒子を製造する。
以下、各工程の詳細について説明する。
なお、以下の説明では、着色剤、及び離型剤を含むトナー粒子を得る方法について説明するが、着色剤、離型剤は、必要に応じて用いられるものである。無論、着色剤、離型剤以外のその他添加剤を用いてもよい。
−樹脂粒子分散液準備工程−
まず、結着樹脂となる樹脂粒子が分散された樹脂粒子分散液と共に、例えば、着色剤粒子が分散された着色剤粒子分散液、離型剤粒子が分散された離型剤粒子分散液を準備する。
ここで、樹脂粒子分散液は、例えば、樹脂粒子を界面活性剤により分散媒中に分散させることにより調製する。
樹脂粒子分散液に用いる分散媒としては、例えば水系媒体が挙げられる。
水系媒体としては、例えば、蒸留水、イオン交換水等の水、アルコール類等が挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
界面活性剤としては、例えば、硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン界面活性剤;アミン塩型、4級アンモニウム塩型等のカチオン界面活性剤;ポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン系界面活性剤等が挙げられる。これらの中でも特に、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤が挙げられる。非イオン系界面活性剤は、アニオン界面活性剤又はカチオン界面活性剤と併用してもよい。
界面活性剤は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
樹脂粒子分散液において、樹脂粒子を分散媒に分散する方法としては、例えば回転せん断型ホモジナイザーや、メディアを有するボールミル、サンドミル、ダイノミル等の一般的な分散方法が挙げられる。また、樹脂粒子の種類によっては、例えば転相乳化法を用いて樹脂粒子分散液中に樹脂粒子を分散させてもよい。
なお、転相乳化法とは、分散すべき樹脂を、その樹脂が可溶な疎水性有機溶剤中に溶解せしめ、有機連続相(O相)に塩基を加えて、中和したのち、水媒体(W相)を投入することによって、W/OからO/Wへの、樹脂の変換(いわゆる転相)が行われて不連続相化し、樹脂を、水媒体中に粒子状に分散する方法である。
樹脂粒子分散液中に分散する樹脂粒子の体積平均粒径としては、例えば0.01μm以上1μm以下が好ましく、0.08μm以上0.8μm以下がより好ましく、0.1μm以上0.6μm以下がさらに好ましい。
なお、樹脂粒子の体積平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(例えば、堀場製作所製、LA−700)の測定によって得られた粒度分布を用い、分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、体積について小粒径側から累積分布を引き、全粒子に対して累積50%となる粒径を体積平均粒径D50vとして測定される。なお、他の分散液中の粒子の体積平均粒径も同様に測定される。
樹脂粒子分散液に含まれる樹脂粒子の含有量としては、例えば、5質量%以上50質量%以下が好ましく、10質量%以上40質量%以下がより好ましい。
なお、樹脂粒子分散液と同様にして、例えば、着色剤粒子分散液、離型剤粒子分散液も調製される。つまり、樹脂粒子分散液における粒子の体積平均粒径、分散媒、分散方法、及び粒子の含有量に関しては、着色剤粒子分散液中に分散する着色剤粒子、及び離型剤粒子分散液中に分散する離型剤粒子についても同様である。
−凝集粒子形成工程−
次に、樹脂粒子分散液と共に、着色剤粒子分散液と、離型剤粒子分散液と、を混合する。
そして、混合分散液中で、樹脂粒子と着色剤粒子と離型剤粒子とをヘテロ凝集させ目的とするトナー粒子の径に近い径を持つ、樹脂粒子と着色剤粒子と離型剤粒子とを含む凝集粒子を形成する。
具体的には、例えば、混合分散液に凝集剤を添加すると共に、混合分散液のpHを酸性(例えばpHが2以上5以下)に調整し、必要に応じて分散安定剤を添加した後、樹脂粒子のガラス転移温度(具体的には、例えば、樹脂粒子のガラス転移温度−30℃以上ガラス転移温度−10℃以下)の温度に加熱し、混合分散液に分散された粒子を凝集させて、凝集粒子を形成する。
凝集粒子形成工程においては、例えば、混合分散液を回転せん断型ホモジナイザーで攪拌下、室温(例えば25℃)で上記凝集剤を添加し、混合分散液のpHを酸性(例えばpHが2以上5以下)に調整し、必要に応じて分散安定剤を添加した後に、上記加熱を行ってもよい。
凝集剤としては、例えば、混合分散液に添加される分散剤として用いる界面活性剤と逆極性の界面活性剤、無機金属塩、2価以上の金属錯体が挙げられる。特に、凝集剤として金属錯体を用いた場合には、界面活性剤の使用量が低減され、帯電特性が向上する。
凝集剤の金属イオンと錯体もしくは類似の結合を形成する添加剤を必要に応じて用いてもよい。この添加剤としては、キレート剤が好適に用いられる。
無機金属塩としては、例えば、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、塩化バリウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム等の金属塩、及び、ポリ塩化アルミニウム、ポリ水酸化アルミニウム、多硫化カルシウム等の無機金属塩重合体等が挙げられる。
キレート剤としては、水溶性のキレート剤を用いてもよい。キレート剤としては、例えば、酒石酸、クエン酸、グルコン酸等のオキシカルボン酸、イミノジ酸(IDA)、ニトリロトリ酢酸(NTA)、エチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)等が挙げられる。
キレート剤の添加量としては、例えば、樹脂粒子100質量部に対して0.01質量部以上5.0質量部以下が好ましく、0.1質量部以上3.0質量部未満がより好ましい。
−融合・合一工程−
次に、凝集粒子が分散された凝集粒子分散液に対して、例えば、樹脂粒子のガラス転移温度以上(例えば樹脂粒子のガラス転移温度より10から30℃高い温度以上)に加熱して、凝集粒子を融合・合一し、トナー粒子を形成する。
以上の工程を経て、トナー粒子が得られる。
なお、凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を得た後、当該凝集粒子分散液と、樹脂粒子が分散された樹脂粒子分散液と、をさらに混合し、凝集粒子の表面にさらに樹脂粒子を付着するように凝集して、第2凝集粒子を形成する工程と、第2凝集粒子が分散された第2凝集粒子分散液に対して加熱をし、第2凝集粒子を融合・合一して、コア/シェル構造のトナー粒子を形成する工程と、を経て、トナー粒子を製造してもよい。
ここで、融合・合一工程終了後は、溶液中に形成されたトナー粒子を、公知の洗浄工程、固液分離工程、乾燥工程を経て乾燥した状態のトナー粒子を得る。
洗浄工程は、帯電性の点から充分にイオン交換水による置換洗浄を施すことがよい。また、固液分離工程は、特に制限はないが、生産性の点から吸引濾過、加圧濾過等を施すことがよい。また、乾燥工程も特に方法に制限はないが、生産性の点から凍結乾燥、フラッシュジェット乾燥、流動乾燥、振動型流動乾燥等を施すことがよい。
そして、本実施形態に係るトナーは、例えば、得られた乾燥状態のトナー粒子に、外添剤を添加し、混合することにより製造される。混合は、例えばVブレンダー、ヘンシェルミキサー、レーディゲミキサー等によって行うことがよい。更に、必要に応じて、振動篩分機、風力篩分機等を使ってトナーの粗大粒子を取り除いてもよい。
<静電荷像現像剤>
本実施形態に係る静電荷像現像剤は、トナーとキャリアと混合した二成分現像剤である。
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、磁性粉からなる芯材の表面に被覆樹脂を被覆した被覆キャリア;マトリックス樹脂中に磁性粉が分散・配合された磁性粉分散型キャリア;多孔質の磁性粉に樹脂を含浸させた樹脂含浸型キャリア;等が挙げられる。
なお、磁性粉分散型キャリアおよび樹脂含浸型キャリアは、当該キャリアの構成粒子を芯材とし、これに被覆樹脂により被覆したキャリアであってもよい。
磁性粉としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性金属、フェライト、マグネタイト等の磁性酸化物等が挙げられる。
被覆樹脂、及びマトリックス樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、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、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、オルガノシロキサン結合を含んで構成されるストレートシリコーン樹脂又はその変性品、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
なお、被覆樹脂、及びマトリックス樹脂には、導電性粒子等、その他添加剤を含ませてもよい。
導電性粒子としては、金、銀、銅等の金属、カーボンブラック、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム等の粒子が挙げられる。
ここで、芯材の表面に被覆樹脂を被覆するには、被覆樹脂、及び必要に応じて各種添加剤を適当な溶媒に溶解した被覆層形成用溶液により被覆する方法等が挙げられる。溶媒としては、特に限定されるものではなく、使用する被覆樹脂、塗布適性等を勘案して選択すればよい。
具体的な樹脂被覆方法としては、芯材を被覆層形成用溶液中に浸漬する浸漬法、被覆層形成用溶液を芯材表面に噴霧するスプレー法、芯材を流動エアーにより浮遊させた状態で被覆層形成用溶液を噴霧する流動床法、ニーダーコーター中でキャリアの芯材と被覆層形成用溶液とを混合し、溶剤を除去するニーダーコーター法等が挙げられる。
二成分現像剤における、トナーとキャリアとの混合比(質量比)は、トナー:キャリア=1:100乃至30:100が好ましく、3:100乃至20:100がより好ましい。
なお、本実施形態に用いるキャリアの粒径(体積平均粒径)は、トナーに対する比率(トナー粒径:キャリア粒径)で、1:3乃至1:10の範囲が好ましく、さらには1:5乃至1:7の範囲がより好ましい。
以上の構成を有する本実施形態に係る画像形成装置10の動作について説明する。
画像形成装置10の動作は、制御装置36において実行する制御により行われる。まず、感光体12の表面が帯電装置15により帯電される。潜像形成装置16は、帯電された感光体12の表面を画像情報に基づいて露光する。これにより、感光体12上に画像情報に応じた静電荷像が形成される。現像装置18では、トナーを含む現像剤により、感光体12の表面に形成された静電荷像が現像される。これにより、感光体12の表面に、トナー画像が形成される。転写装置31では、感光体12の表面に形成されたトナー画像が記録媒体30Aへ転写される。記録媒体30Aに転写されたトナー画像は、定着装置26により定着され画像が形成される。一方、トナー画像を転写した後の感光体12の表面が、クリーニング装置22によりクリーニング(清掃)され、除電装置24により除電される。
以下に、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
なお、下記の実施例には、画像形成装置として富士ゼロックス社製、製品名:DocuCentre−IV C5570を使用し、感光体(像保持体)と現像ロールとの間隔(ギャップ)、及び現像ロールと規制トリマー(規制部材)との間隔TGを、自由に調整し得るよう改造した改造機を用いた。
また、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、C.I.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は4.7μmであった。
(無機外添剤(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140nm、遊離オイル量10質量%のオイル処理シリカ粒子1を得た。
(無機外添剤(オイル処理シリカ)2乃至6の作製)
また、前記無機外添剤1の作製において、上記水素ガスと酸素ガスのモル比を調整することで、個数平均粒径が70nm、80nm、100nm、110nm、130nmであるオイル処理シリカ粒子2乃至6を得た。
(トナーの作製)
トナー粒子1を100部に対し、下記表1又は表2に示される個数平均粒径を有するオイル処理シリカ(オイル処理シリカ1乃至6の何れか)を0.50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、各実施例及び比較例で用いるトナーを作製した。
[キャリア]
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]
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。
〔実施例1〜16、比較例1〜16〕
画像形成装置における感光体(像保持体)と現像ロールとの間隔(DRS/μm)、現像ロールと規制トリマー(規制部材)との間隔TG、及び無機外添剤(無機粒子)の個数平均粒径(nm)を、下記表1又は表2に記載のものとし、後述の評価試験を実施した。
〔評価試験〕
・ブレード維持性
以下の方法により、ブレード維持性(クリーニング性能)について評価試験を実施した。結果を下記表1、表2に示す。
−試験方法−
平均画像密度を、低画像密度の1.8%と高画像密度の14%の2水準として、接触型帯電ロール(バイアスチャージロール、BCR)の流入電流をハーフトーン画像の白点が消失する電流値から1.4倍に設定し、感光体の総回転数が50kcyclesになるまで、実験した。実験後のクリーニングブレードを、キーエンス社製レーザー顕微鏡VK9500で測定し、感光体との接触面の断面方向の摩耗面積を測定した。なお、それぞれの画像密度で評価した。
−評価基準−
A(○):≦5μm
B(△):>5μm、かつ≦10μm
C(×):>10μm
・現像量
以下の方法により、トナーの総現像量について評価試験を実施した。結果を下記表1、表2に示す。
−試験方法−
画像濃度1.5のときの現像電位が、感光体の性能上の最大電位差未満の条件下で、記録媒体(用紙)上の画像の濃度をX−Rite(エックスライト社)で測定した。また、ハーフトーンの粒状性を、以下の基準で評価した。
−評価基準−
A(○):濃度≧1.25、≦1.85、かつ目視でハーフトーンの粒状性に問題なし
B(△):濃度≧1.25、≦1.85、かつ目視で確認し得るハーフトーンの粒状性の欠陥が発生
C(×):濃度<1.25
・色筋
以下の方法により、記録媒体上に形成された画像の色支持の発生について評価試験を実施した。結果を下記表1、表2に示す。
−試験方法−
平均画像密度25%(高画像密度)の画像を、記録媒体(用紙)上濃度1.3〜1.6で1000枚出力した。出力画像1000枚における色筋発生本数を目視で数えて評価した。
−評価基準−
A(○):0〜5本
B(△):5本を超え20本未満
C(×):20本以上
Figure 2017032657
Figure 2017032657
なお、上記表2に示す比較例15(DRS=310μm)では、現像電界の不足により現像量が低下した。また、比較例16(DRS=90μm)では、感光体と現像ロールとの間隔不足によりジャミングが発生した。
10 画像形成装置
12 感光体
14 帯電部材
15 帯電装置
16 潜像形成装置
18 現像装置
18A 現像ロール
18B 筐体
18C 規制部材
18D 磁気ブラシ
20 転写部材
22 クリーニング装置
24 除電装置
26 定着装置
30A 記録媒体
31 転写装置
36 制御装置
60 クリーニングブレード

Claims (4)

  1. 像保持体と、
    前記像保持体との間に100μm以上300μm以下の間隔を設けて配置され、トナー及びキャリアを含む静電荷像現像剤を表面に保持すると共に前記トナーを前記像保持体の表面に移行させて前記像保持体表面の静電荷像をトナー画像として現像する現像ロール、前記現像ロールに直流成分(DC)に交流成分(AC)を重畳した交番電圧を印加する電圧印加部、及び前記現像ロールとの間に0.6mm以下の間隔を設けて配置された、前記現像ロール上に保持される前記静電荷像現像剤の厚さを規制するための規制部材を備え、前記トナーは体積平均粒径が2μm以上5μm以下でありかつ個数平均粒径が70nm以上135nm以下である無機粒子が外添されたトナーである現像手段と、
    前記像保持体に対しクリーニングブレードを接触させて前記像保持体の表面をクリーニングするクリーニング手段と、
    を備え、
    前記無機粒子の個数平均粒径[nm]と前記規制部材の前記現像ロールに対する間隔[規制部材間隔:mm]との積が下記式1の関係を満たす画像形成装置用ユニット。
    (式1) 26≦無機粒子個数平均粒径[nm]×規制部材間隔[mm]
  2. 前記無機粒子の個数平均粒径[nm]と前記現像ロール及び前記規制部材の間隔[mm]との積が下記式2の関係を満たす請求項1に記載の画像形成装置用ユニット。
    (式2) 26≦無機粒子個数平均粒径[nm]×規制部材間隔[mm]≦135
  3. 請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置用ユニットを備え、
    画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジ。
  4. 請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置用ユニットと、
    前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
    帯電した前記像保持体の表面に前記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トナー画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。
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