JP3586088B2 - 画像形成方法及び現像剤 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真複写機,プリンター等の静電潜像を現像するために使用される画像形成方法及び現像剤に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子写真法としては多数の方法が知られているが、一般には光導電性物質を利用し、様々の手段により感光体(静電荷像担持体,潜像担持体)上に電気的潜像を形成し、次いで該潜像を現像剤で現像を行なって可視像とし、必要に応じて紙などの転写材に現像剤像を転写した後、熱・圧力等により転写材上に現像剤画像を定着して複写物を得るものである。
【0003】
近年、電子写真法を用いた機器は、従来の複写機能を備えるとともに、高精細のコンピューターグラフィックをプリントアウトするデジタルプリンターを兼ねる、いわゆるデジタル複写機が主流になりつつある。
【0004】
従来、このようなデジタル複写機の現像機にはマグネット内設の現像剤担持ロールが設けられており、この現像剤担持ロールは現像剤を、現像剤担持ロールの感光体と対向する現像主極に搬送し、この現像主極からトナーを感光体に付着するようになっている。そして現像主極の磁性パターンは1つの磁力の山が形成された磁力パターンであった。
【0005】
この様な現像主極の磁力パターンが磁力の山を1つしか形成しないような磁気パターンでは、感光体と現像剤が接する現像領域(以後現像ニップと呼ぶ)が狭く十分な画像濃度が出にくい。この現像ニップを拡げるためには現像剤担持ロールの径を大きくする必要があり、現像機を大きくしなければならなかった。
【0006】
このようなシステムで現像ニップを単純に拡げたものは、トナーの穂立ちが過剰に感光体に接触するようになっているので、穂の後端がすでに現像された像をこすってしまうということが起きる。従来は以上の理由から容易に現像ニップを拡げることができなかった。
【0007】
このため特開平3−291680号公報に、現像極に反発磁界を持たせ現像剤の穂立ちを非接触にすることが開示されているが、単なる反発磁界では現像剤の現像性が低下するために、画像濃度が低く潜像担持体との間隔を著しく狭める必要があり、その結果キャリアの潜像担持体への付着や画像の細線再現性や解像性が著しく低下するというデメリットも生じる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述の如き問題点を解決した画像形成方法及び現像剤を提供することにある。
【0009】
さらに、本発明の目的は、画像濃度が高く、細線再現性や階調性の優れた画像形成方法及び現像剤を提供することにある。
【0010】
さらに、本発明の目的は、細線再現性及び解像度の良好な、デジタル潜像の現像に好適に使用される画像形成方法及び現像剤を提供することにある。
【0011】
さらに、本発明の目的は、デジタルな画像信号により潜像を形成し、該潜像を反転現像方式で現像する画像形成装置においても、解像性、階調性、細線再現性に優れたエッジ強調のない画像を形成し得る画像形成方法及び現像剤を提供することにある。
【0012】
本発明の目的は、感光体表面を損傷しにくい画像形成方法及び現像剤を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内部にマグネットが配設された現像剤担持体により現像剤を、現像剤担持体の静電荷像担持体と対向する現像主極に搬送し、直流電界に交流電界を1サイクル以上重畳した後、直流電界のみを印加する現像バイアスで、静電荷像担持体上の静電荷像を可視像化する画像形成方法において、
現像剤として、(1)シリコーン樹脂,ビニル系重合体及びフッ素樹脂から選ばれる樹脂により表面を被覆された重量平均粒径30〜100μmで、1000エルステッドにおける磁化の強さδsが10〜70emu/g、また残留磁化δrとの比(δr/δs)が10%以下のキャリアと、(2)重量平均粒径4〜13μmかつ体積分布の変動係数(体積分布の標準偏差/体積平均粒径)が27.5以下のトナーとを含む現像剤を用い、
前記現像剤担持体の現像マグネット主極は2つの極により形成されており、該2つの磁極の平均磁力Gmaxが600〜1200ガウスで、該極間における最低磁力Gminが1.25≦Gmax/Gmin≦5を満足することを特徴とする画像形成方法に関する。
【0014】
さらに本発明は、内部にマグネットが配設された現像剤担持体により現像剤を、現像剤担持体の静電荷像担持体と対向する現像主極に搬送し、直流電界に交流電界を1サイクル以上重畳した後、直流電界のみを印加する現像バイアスで、静電荷像担持体上の静電荷像を可視像化する画像形成方法であり、前記現像剤担持体の現像マグネット主極が2つの極により形成されており、該2つの磁極の平均磁力Gmaxが600〜1200ガウスで、該極間における最低磁力Gminが1.25≦Gmax/Gmin≦5を満足する画像形成方法に用いられる現像剤であって、
(1)シリコーン樹脂,ビニル系重合体及びフッ素樹脂から選ばれる樹脂により表面を被覆された重量平均粒径30〜100μmで、1000エルステッドにおける磁化の強さδsが10〜70emu/g、また残留磁化δrとの比(δr/δs)が10%以下のキャリアと、(2)重量平均粒径4〜13μmかつ体積分布の変動係数(体積分布の標準偏差/体積平均粒径)が27.5以下のトナーとを含むことを特徴とする現像剤に関する。
【0015】
【発明の実施の形態】
従来の二成分系現像剤では、現像ニップを拡大する方が高い画像濃度を出力できるが、現像剤の穂による静電荷現像のこすりで画像に穂あとを生じ解像力も低下する。また、反発磁界を設けた非接触現像システムでも画像濃度と解像力、キャリア付着等のバランスをとることは難しい。特にエッジ効果(画像の中央部の濃度が周辺部よりうすく現像される現象)が目立つ。
【0016】
本発明者らは鋭意検討の結果、現像極を2極用いてかつ現像剤の穂を静電荷像担持体に実質的に接触させ、現像バイアスとして直流電界に交流電界を1サイクル以上重畳した後、直流電界のみを印加する方法が、高い画像濃度を提供できるとともに高い解像力を示し、また従来の交番電界を印加して顕著であったエッジ効果が全くみられない現像方法を達成することができた。
【0017】
すなわち、交流電界に直流電界を印加する従来の交番電界現像は、一度静電荷像を現像したトナーが、交流電界に存在する現像剤担持体への引き戻し電界により現像剤(キャリア)に戻され、十分な画像濃度が得られにくく、エッジ効果による画像中央部が周辺部よりうすく現像される現象が目立つが、交流電界成分を制御することで、現像の引き戻し電界による潜像からのトナーの剥ぎ取りを少なくし、かつ2つの現像の穂を用いることで、著しくエッジ効果のないさらに高い画像濃度が得られることを見い出した。
【0018】
ただし、2つの現像剤の穂を同時に潜像担持体に押し付けるために、キャリアの表面が低表面エネルギーの樹脂で被覆されたキャリアを用いることが潜像担持体の表面におけるキズの発生を防止する。また、2つの現像極を用いて効果的に現像剤の穂立ちを形成させるためには、重量平均粒径30〜100μmでかつ1000エルステッドにおける磁化の強さδsが10〜70emu/g(Am2/kg)、また残留磁化δrとの比δr/δsが10%以下であることが重要である。特にδr/δsが10%を超えるものは現像剤が現像剤担持体に滞留し現像剤の劣化を促進する。
【0019】
さらにトナーの粒径は重量平均粒径が4〜13μmで、かつ体積分布の変動係数(体積分布の標準偏差/体積平均粒径)が27.5以下であるものが、本発明のシステムにおける現像剤の穂の安定的な形成に優れ高精細現像を達成するとともに、潜像をトナーで均質に現像することを可能にする。
【0020】
次に、上記トナーとキャリアを有する本発明の現像剤を詳細に説明する。
【0021】
本発明におけるトナーの結着物質としては、従来電子写真用トナー結着樹脂として知られる各種の材料樹脂が用いられる。
【0022】
例えば、ポリスチレン、スチレン・ブタジエン共重合体、スチレン・アクリル共重合体等のスチレン系共重合体、ポリエチレン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・ビニルアルコール共重合体のようなエチレン系共重合体、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリルフタレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、マレイン酸系樹脂等である。また、いずれの樹脂もその製造方法等は特に制約されるものではない。
【0023】
これらの樹脂の中で、特に負帯電能の高いポリエステル系樹脂を用いた場合本発明の効果は絶大である。すなわち、ポリエステル系樹脂は、定着性にすぐれ、カラートナーに適している反面、負帯電能が強く帯電が過大になりやすいが、本発明の構成にポリエステル樹脂を用いると弊害は改善され、優れたトナーが得られる。
【0024】
特に、次式
【0025】
【化1】
【0026】
(式中Rはエチレンまたはプロピレン基であり、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。)で代表されるビスフェノール誘導体もしくは置換体をジオール成分とし、2価以上のカルボン酸またはその酸無水物またはその低級アルキルエステルとからなるカルボン酸成分(例えばフマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸など)とを共縮重合したポリエステル樹脂がシャープな溶融特性を有するのでより好ましい。
【0027】
本発明のトナーに使用される着色剤としては、非磁性トナーとしては公知の染顔料、例えばフタロシアニンブルー、インダスレンブルー、ピーコックブルー、パーマネントレッド、レーキレッド、ローダミンレーキ、ハンザイエロー、パーマネントイエロー、ベンジジンイエロー等を使用することができる。その含有量としては、OHP用フィルムの透過性に対し敏感に反映するために、結着樹脂100重量部に対して12重量部以下であり、好ましくは0.5〜9重量部である。
【0028】
また、本発明におけるトナーは、負帯電性、正帯電性を限定するものではないが、負帯電性トナーをつくる場合は、特に負荷電特性を安定化させる目的で荷電制御剤を添加することが好ましい。負荷電制御剤としては例えばアルキル置換サリチル酸の金属錯体(例えば、ジ−ターシャリーブチルサリチル酸のクロム錯体又は亜鉛錯体)の如き有機金属錯体が挙げられる。
【0029】
正帯電性のトナーをつくる場合には、正帯電性を示す荷電制御剤として、ニグロシンやトリフェニルメタン系化合物、ローダミン系染料、ポリビニルピリジンなどを用いてもかまわない。また、カラートナーをつくる場合においては、トナーの色調に影響を与えない無色又は淡色の正荷電制御剤を用いることが望ましい。
【0030】
本発明におけるトナーには必要に応じてトナーの特性を損ねない範囲で添加剤を混合しても良い。そのような添加剤としては、例えば有機樹脂粒子、金属酸化物の如きの帯電助剤、あるいはテフロン、ステアリン酸亜鉛、ポリフッ化ビニリデンの如き滑剤、あるいは定着助剤(例えば低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレンなど)、シランカップリング剤で表面処理した疎水化酸化チタン、アルミナ微粒子が挙げられる。
【0031】
本発明の着色剤含有樹脂粒子およびトナーの製造にあたっては、熱ロール、ニーダー、エクストルーダーの如き熱混練機によって構成材料を良く混練した後、機械的に粉砕し、粉砕粉を分級してトナーを得る方法;結着樹脂溶液中に着色剤の如き材料を分散した後、噴霧乾燥することにより得る方法;結着樹脂を構成すべき重合性単量体に所定材料を混合して単量体組成物を得、この組成物の乳化懸濁液を重合させることによりトナーを得る懸濁重合によるトナー製造法が応用できる。
【0032】
一方、本発明の現像剤に使用されるキャリアとしては、例えば表面酸化または未酸化の鉄、ニッケル、銅、亜鉛、コバルト、マンガン、クロム、希土類等の金属およびそれらの合金または酸化物及びフェライトなどが使用できる。また、その製造方法として特別な制約はないが、好ましくは銅、亜鉛、ストロンチウム、マンガン、マグネシウム等を構成原子とするフェライトが良い。
【0033】
また、上記キャリアの表面を樹脂等で被覆する方法としては、樹脂等の被覆材を溶剤中に溶解もしくは懸濁せしめて塗布しキャリアに付着せしめる方法、単に粉体で混合する方法等、従来公知の方法がいずれも適用できる。
【0034】
キャリア表面への固着物質としてはトナー材料により異なるが、例えばポリテトラフルオロエチレン、モノクロロトリフルオロエチレン重合体、ポリフッ化ビニリデン、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ジターシャーリーブチルサリチル酸の金属錯体、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ニグロシン、アミノアクリレート樹脂、塩基性染料及びそのレーキ、シリカ微粉末、アルミナ微粉末などを単独或は複数で用いるのが適当であるが、必ずしもこれに制約されない。
【0035】
本発明における現像剤を調製する場合、その混合比率は現像剤中のトナー濃度として、2重量%〜15重量%、好ましくは3重量%〜13重量%、より好ましくは4重量%〜10重量%にすると通常良好な結果が得られる。トナー濃度が2重量%未満では画像濃度が低く実用不可となり、15重量%を超える場合ではカブリや機内飛散を増加せしめ、現像剤の耐用寿命が短くなる傾向にある。
【0036】
本発明の現像剤担持体の現像マグネット主極は2つの極により形成されており、該2つの磁極の平均磁力Gmaxが600〜1200ガウスで、Gmaxが600ガウス以下である場合、現像剤担持体の現像剤の磁気による穂立ち(現像剤コート状態)が不均一になり、現像像の精細性に劣り、また画像濃度の均一性も悪くなる。またGmaxが1200ガウス以上である場合、磁性の穂立ちが強固になるため現像のキャリアの穂による現像像の摺擦跡が出る。
【0037】
また本発明は、該極間における最低磁力Gminが1.25≦Gmax/Gmin≦5であり、Gmax/Gminが5を超える場合は、2つの現像極での現像剤の搬送が不十分となり現像剤の現像剤担持体における滞留が生じ耐久における画像濃度の低下を生じさせる。またGmax/Gminが1.25未満の場合は、2つの現像極の現像剤穂立ち状態が同極性の磁場の干渉により不均一となり高精細現像性が失われる。
【0038】
【実施例】
本発明を実施例にて詳細に説明する。「部」は「重量部」を示す。
【0039】
(トナー製造例)
プロポキシ化ビスフェノールとフマル酸を
縮合して得られたポリエステル樹脂 100部
カーボンブラック 4部
ジ−tert−ブチルサリチル酸のクロム錯体 4部
をヘンシェルミキサーにより十分予備混合を行ない、二軸押出式混練機により溶融混練し、冷却後ハンマーミルを用いて約1〜2mm程度に粗粉砕し、次いでエアージェット方式による微粉砕機で微粉砕した。さらに得られた微粉砕物をコアンダ効果を利用した多分割分級装置で分級して、微粉体を得た。得られた微粉体100部に、疎水化アルミナ(平均粒径30nm)1部をヘンシェルミキサーで混合して、表1に示す様な粒度分布の黒色トナー(トナー1〜トナー4)を得た。
【0040】
(キャリア製造例)
Fe2O3,CuO,ZnO,SrOをそれぞれ表2に示すフェライト成分のモル分率になるようそれぞれ秤量し、ボールミルにより混合した。得られた混合粉を約900℃で仮焼した後、粉砕し、粉砕後の粉砕粒子の粒径を空気透過法を用いて測定した結果、平均粒径で約2.0μmであった。次いで、粉砕粒子に、バインダーとしてPVA(ポリビニルアルコール)の水溶液(PVA量としては0.5〜5.0重量%)を加え、スプレ−ドライヤーにより造粒した。
【0041】
得られた造粒粉を1,100〜1,300℃で焼成し、粉砕した後、分級により所望の粒度のキャリア粒子を得た。
【0042】
得られたキャリア粒子表面を樹脂被覆層で被覆するため、被覆層を形成する硬化型シリコーン樹脂材をキシレン中に溶かして固形分10%溶液とし、この被覆溶液を塗布機(岡田精工社製:スピラコータ)によりキャリア粒子に塗布した後、乾燥により溶剤を除去し、加熱して被覆キャリア1〜3を得た。
【0043】
得られたキャリアの諸特性を表2に記載する。
【0044】
【表1】
【0045】
【表2】
【0046】
(1)トナーの粒度分布(重量平均粒径)の測定
トナーの平均粒径及び粒度分布はコールターカウンターTA−II型あるいはコールターマルチサイザー(コールター社製)を用いて測定可能であるが、本発明においてはコールターマルチサイザー(コールター社製)を用い、個数分布,体積分布を出力するインターフェイス(日科機製)及びPC9801パーソナルコンピューター(NEC製)を接続し、電解液は1級塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液を調製する。たとえば、ISOTON R−II(コールターサイエンティフィックジャパン社製)が使用できる。測定法としては前記電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩を0.1〜5ml加え、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行ない前記コールターマルチサイザーによりアパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、2μm以上のトナーの体積,個数を測定して体積分布と個数分布とを算出した。それから、本発明に係わる所の体積分布から求めた体積基準の体積平均粒径(Dv:各チャンネルの中央値をチャンネルの代表値とする)及び重量平均粒径(D4)、個数分布から求めた個数基準の長さ平均粒径(D1)、及び体積分布から求めた体積基準の粒子比率(8.00μm以上及び3.17μm以下))、個数分布から求めた個数基準の粒子比率(5μm以下及び3.17μm以下)を求めた。
【0047】
(2)キャリアの磁気特性の測定
装置は、BHU−60型磁化測定装置(理研測定製)を用いる。測定試料は約1.0g秤量し内径7mmφ、高さ10mmのセルにつめ、前記の装置にセットする。測定は印加磁場を徐々に加え最大1,000エルステッドまで変化させる。次いで印加磁場を減少せしめ、最終的に記録紙上に試料のヒステリシスカーブを得る。これより、飽和磁化,残留磁化を求める。
【0048】
(3)キャリアの粒度分布の測定
装置は、マイクロトラック粒度分析計(日機装株式会社)のSRAタイプを使用し0.7〜125μmのレンジ設定で行なった。
【0049】
<実施例1>
表1のトナー1を30g、表2のキャリア3を470g混合し、これを現像剤として用い、キヤノン社製カラー複写機CLC−730の黒現像器における現像剤担持体の現像マグネットパターンを図1の様に配置したマグネットを投載した改造現像器を用いて、10000枚の連続画出しテストを行なった。ここで、Gmax=950ガウス,Gmax/Gmin=1.7で、この時の現像バイアスを図2に示した。その結果、表3に示す様に十分な画像濃度と解像性、さらにエッジ効果の全く見られない良好な画像が維持できた。
【0050】
<実施例2〜4>
実施例1と同じ重量比でトナーとキャリアを表3に示す現像剤を調製し、実施例1と同じ方法で評価した。実施例1と同等の良好な画像が提供できた。
【0051】
<比較例1>
表1のトナー4を30g、表2のキャリア3を470g混合し、実施例1と同様な方法で評価したところ、10000枚の画出しで画像濃度が低下しかつエッジ効果が目立つ画質となった。
【0052】
<比較例2>
実施例1における現像バイアスを図3に示すものに代えて、実施例1と同様に評価したところ、比較例1と同様な画像濃度が低くかつエッジ効果が目立つ画像となった。
【0053】
【表3】
【0054】
(1)解像力の測定
線幅及び間隔の等しい5本の細線よりなるパターンで、1mmの間に2.8;3.2;3.6;4.0;4.5;5.0;5.6;6.3;7.1;8.0;9.0又は10.0本あるように描かれているオリジナル画像をつくる。この12種類の線画像を有するオリジナル原稿を適正な複写条件でコピーした画像を、拡大鏡にて観察し、細線間が明確に分離している画像の本数(本/mm)をもって解像力の値とする。この数が大きいほど、解像力が高いことを示す。
【0055】
(2)エッジ効果の評価
1cm×1cmの正方形のベタ黒画像を出力して目視で判断した。
【0056】
【発明の効果】
本発明によれば画像濃度が十分に高く、高い解像力のある高品位の画像が得られかつエッジ効果がほとんど見られず、長期に渡り安定した画像を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】現像剤担持体の現像マグネットパターンを示す図である。
【図2】実施例で用いる現像バイアスを示す図である。
【図3】比較例2で用いる現像バイアスを示す図である。
Claims (3)
- 内部にマグネットが配設された現像剤担持体により現像剤を、現像剤担持体の静電荷像担持体と対向する現像主極に搬送し、直流電界に交流電界を1サイクル以上重畳した後、直流電界のみを印加する現像バイアスで、静電荷像担持体上の静電荷像を可視像化する画像形成方法において、
現像剤として、(1)シリコーン樹脂,ビニル系重合体及びフッ素樹脂から選ばれる樹脂により表面を被覆された重量平均粒径30〜100μmで、1000エルステッドにおける磁化の強さδsが10〜70emu/g、また残留磁化δrとの比(δr/δs)が10%以下のキャリアと、(2)重量平均粒径4〜13μmかつ体積分布の変動係数(体積分布の標準偏差/体積平均粒径)が27.5以下のトナーとを含む現像剤を用い、
前記現像剤担持体の現像マグネット主極は2つの極により形成されており、該2つの磁極の平均磁力Gmaxが600〜1200ガウスで、該極間における最低磁力Gminが1.25≦Gmax/Gmin≦5を満足することを特徴とする画像形成方法。 - 該現像剤担持体と静電荷像担持体との間隔が300〜1000μmであり、かつ現像剤の穂立ちが静電荷像担持体と実質的に接触していることを特徴とする請求項1に記載の画像形成方法。
- 内部にマグネットが配設された現像剤担持体により現像剤を、現像剤担持体の静電荷像担持体と対向する現像主極に搬送し、直流電界に交流電界を1サイクル以上重畳した後、直流電界のみを印加する現像バイアスで、静電荷像担持体上の静電荷像を可視像化する画像形成方法であり、前記現像剤担持体の現像マグネット主極が2つの極により形成されており、該2つの磁極の平均磁力Gmaxが600〜1200ガウスで、該極間における最低磁力Gminが1.25≦Gmax/Gmin≦5を満足する画像形成方法に用いられる現像剤であって、
(1)シリコーン樹脂,ビニル系重合体及びフッ素樹脂から選ばれる樹脂により表面を被覆された重量平均粒径30〜100μmで、1000エルステッドにおける磁化の強さδsが10〜70emu/g、また残留磁化δrとの比(δr/δs)が10%以下のキャリアと、(2)重量平均粒径4〜13μmかつ体積分布の変動係数(体積分布の標準偏差/体積平均粒径)が27.5以下のトナーとを含むことを特徴とする現像剤。
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