JP3758046B2 - 現像方法 - Google Patents

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Description

本発明は電子写真法、特にトナー担持体を用いて着色剤を含有するトナー母粒子と外添剤からなるトナーを潜像担持体に移送し、潜像担持体上の静電潜像を可視像化する形式の現像方法に関する。更に詳しくは、トナー担持体、及びトナーを構成する着色剤、トナー母粒子、外添剤の帯電列の関係に関する。
従来、電子写真法としては、いわゆるカールソンプロセスを基本として、これまでに多数の方法が提案されている。一般には光導電性物質を用いた感光体上に静電気的潜像を形成し、次に該潜像に‘トナー’と呼ばれる微粉末を選択的に付着させ、現像を行い、該潜像を顕像化する。この顕像化したトナーを必要に応じて紙などの転写材に転写した後、熱及び圧力、または溶剤蒸気などにより定着し画像形成物を得るものである。
感光体上の静電気的潜像をトナーにより、可視像化する現像方法としては乾式現像方式、液体現像方式に大別でき、さらに乾式現像方式としてはキャリアを使用する二成分現像方式として磁気ブラシ現像法、カスケード現像法などが知られている。また、一成分現像方式としては、ジャンピング現像法、FEED現像法、磁気ブラシ現像法などが知られている。また、上記静電潜像を可視像化するトナーとしては、負極性トナーまたは正極性トナーが使用され、現像方式としては正転現像、反転現像方式が用いられている。
特に、近年注目されている1成分現像方式においては、2成分現像方式のようなキャリア粒子を使用しない為、トナー担持体や、トナー担持体上にトナーの薄層を形成するための層厚規制部材や、トナー担持体にトナーを供給するための供給部材により、トナーに効率的に電荷を付与しなければならない。この問題を解決するために、これまでに種々の提案がなされている。
しかし、従来の提案は、トナー担持体や層厚規制部材とトナーの帯電列の関係、あるいは外添剤の表面処理等にのみ着目してなされたものであり、特にトナーの経時的劣化を考慮すると、トナーへの効率的な電荷付与には不十分であり、非画像部のトナー付着、つまり地カブリを減少させる事が困難であるという問題点を有していた。この問題点に関して、当社にて先にトナー担持体、トナー母粒子、外添剤の帯電列を規定することにより、地カブリを経時的劣化及び環境変化を含め低減できることを提案した(特許文献1)。
その後、特許文献1を基に更に鋭意研究を行った結果、着色剤も効率的な電荷付与に寄与することが見いだされた。
従来、トナーの着色剤に注目した改良提案として、様々な提案がなされており、例えば、帯電性が良好な着色剤の採用、及び着色剤に帯電性向上剤をブレンドするなどして効率的な電荷付与を狙った提案がされている。しかし、着色剤として、特に顔料を用いた場合には、着色剤がトナー母粒子中で2次凝集を起こし易く、その結果、トナー母粒子表面に露出したり、トナー母粒子から離脱したりする。離脱した着色剤や着色剤が表面に露出したトナー母粒子は、トナー担持体などの帯電付与部材に静電付着する。また、摩擦帯電の方式をとる現像方法においては、トナーへの機械的ストレスがかかるため、更に着色剤はトナー担持体などへ付着しやすくなる。この付着した着色剤及び着色剤が表面に露出したトナー母粒子は、トナー担持体などの帯電性を不安定にし、その結果、トナー母粒子の帯電性を不安定にし地カブリを増加させる。この改良提案として、着色剤を被覆し、2次凝集を防ぎ、トナー母粒子表面に着色剤が露出することを防止するなどの提案がされている(特許文献2)。しかし、摩擦帯電の方式をとる現像方式において、従来の着色剤の被覆による提案では、どうしてもトナーへの機械的ストレスにより着色剤表面が露出し脱落してしまい、経時的に安定して帯電付与ができず地カブリが増加するという問題点を有していた。
特開平6−236065号公報 特開昭56ー80055号公報
本発明は以上のような現況に鑑みなされたものであり、その主たる目的は、着色剤及び着色剤が表面に露出したトナー母粒子が、トナー担持体などのトナーに電荷を付与する部材に付着しても、効率的な電荷付与ができ地カブリの少ない良好画像を印字できる耐久性に優れた現像方式を提案することにある。
また、別の目的は、高温高湿、低温低湿環境下においても安定した高画質の画像を長期に渡って提供する事を目的にする。
本発明の請求項1記載の現像方法は、トナー層厚規制部材およびトナー供給部材を備え、基材EPDM、ナイロン樹脂(2層)からなるトナー坦持体を用いてキナクリドン系着色剤を含有するトナー母粒子とアミノシランで表面処理したシリカ外添剤からなる負極性カラートナーを潜像坦持体に移送し、前記潜像坦持体上の静電潜像を可視像化する形式であって、摩擦帯電の方式をとる一成分現像方法において、前記トナー母粒子が粉砕法により製造されたトナー母粒子であって、かつ、前記トナー母粒子、キナクリドン系着色剤、外添剤、トナー坦持体、トナー層厚規制部材およびトナー供給部材の帯電列の関係がプラス側から順にトナー坦持体、外添剤、トナー層厚規制部材、トナー供給部材、キナクリドン系着色剤、トナー母粒子であることを特徴とする。
以上本発明によれば、トナー担持体、着色剤、トナー母粒子、外添剤の帯電列関係が、(1) トナー母粒子よりも、そのトナー母粒子に含まれる着色剤単体の方が、マイナス側を上位とすると、トナー母粒子よりも摩擦帯電列下位にあること。上記より、トナー担持体に着色剤が付着してもトナー母粒子に効率的に電荷付与することができる。
(2) トナー母粒子よりも、そのトナー母粒子に含まれる着色剤単体の方が、マイナス側を上位とすると、トナー母粒子よりも摩擦帯電列下位にあり、更にトナー担持体よりも着色剤の方が摩擦帯電列上位にあること。上記にすることにより、特に遊離した着色剤にも効率的に電荷付与できる。
(3) トナー母粒子よりも着色剤及び外添剤の方が、マイナス側を上位とすると、トナー母粒子よりも摩擦帯電列下位にあること。上記にすることにより、特に着色剤と外添剤がトナー担持体に付着しても効率的にトナー母粒子に電荷付与できる。
(4) トナー母粒子よりも着色剤及び外添剤の方が、マイナス側を上位とすると、トナー母粒子よりも摩擦帯電列下位にあり、更にトナー坦持体よりも着色剤及び外添剤の方が摩擦帯電列上位にあること。上記にすることにより、特に着色剤と外添剤がトナー担持体に付着した状態にあっても、遊離した着色剤、更に遊離した外添剤にも効率的に電荷付与することができる。
(5) トナー母粒子よりも着色剤及び外添剤の方が、マイナス側を上位とすると、トナー母粒子よりも摩擦帯電列下位にあり、更にトナー坦持体よりも着色剤及び外添剤の方が摩擦帯電列上位にあり、更に着色剤よりも外添剤の方が、摩擦帯電列下位にある事。上記にすることにより、特にトナー担持体に付着した外添剤によっても、遊離した着色剤に効果的に電荷付与できる。
以上より、逆極性トナーの発生を抑える事ができ、カブリによる画質劣化がなく、高品質な画像を形成できるという効果を有する。また、経時変化、環境変化に対しても安定してカブリのない高品質な画像を形成できるという効果を有する。また、本発明を用いる事により、材料選択巾が広がり、種種の材料を用いて、比較的容易にカブリのない良好な画像を形成する事ができるという効果を有する。
本発明の負極性トナーとは、潜像担持体上の静電潜像が顕像化される領域(以下、画像部)において、潜像担持体画像部とトナー担持体の間の電界の方向が、潜像担持体からトナー担持体に向くときに、トナー担持体上のトナーが潜像担持体上の画像部に移動し、静電潜像を顕像化するトナーである。
図面に基づき、参考例と実施例からなる実験例を説明する。
図1(a)は実験例1(参考例)の摩擦帯電列の関係で、着色剤の摩擦帯電列がトナー母粒子よりもプラス側にある場合である。詳しくは、プラス側から着色剤、トナー担持体、トナー母粒子、外添剤の順に並んだ場合を示したものである。図1(b)はトナー担持体1、外添剤2、トナー母粒子3、着色剤4の現像装置内での帯電極性の関係を模式的に示したものである。この図1(b)に示すように、着色剤4がトナー母粒子3から離脱してトナー担持体1表面に付着した場合、図1(a)の関係より、トナー母粒子3はトナー担持体1表面の着色剤4と接触してマイナスに帯電され、電界Nにより、潜像担持体11上の画像部に移動し、潜像を顕像化するのに用いられる。逆にトナー担持体1表面の着色剤4はプラスに帯電する。よってトナー母粒子3は地カブリの原因となるプラスには帯電されず、潜像担持体11上の潜像を顕像化する正規のトナーとして用いられる。
上記のように実験例1(参考例)においては、摩擦帯電列の関係を図1(a)とすることにより、着色剤がトナー母粒子から離脱し、トナー担持体に付着した場合であってもトナーを所望の極性に維持し、逆極性トナーの発生を防止し、ひいては地カブリを防止することができる。
次に、実験例2(参考例)であり、着色剤の摩擦帯電列がトナー母粒子よりもプラス側で、トナー担持体よりもマイナス側の場合の関係を説明する。詳しくは、図2(a)に示すようにプラス側からトナー担持体、着色剤、トナー母粒子、外添剤の順に並んだ場合である。図2(b)はトナー担持体1、外添剤2、トナー母粒子3、着色剤4の現像装置内での帯電極性の関係を模式的に示したものである。この図2(b)に示すように、着色剤4がトナー母粒子3から離脱してトナー担持体1表面に付着した場合、図2(a)の関係より、トナー母粒子3はトナー担持体1表面の着色剤4と接触してマイナスに帯電され、電界Nにより、潜像担持体11上の画像部に移動し、潜像を顕像化するのに用いられる。更に、この帯電列の関係においては、トナー母粒子3から離脱した遊離着色剤4にも対応できる。異常帯電した着色剤は、特に白紙などに印字する場合や複数色のカラートナーを重ね合わせることによりフルカラー画像を形成する場合に、それ単体で画像欠陥となるため、遊離着色剤をなくすことは高品質画像を目指すためには重要となる。本実験例では、トナー母粒子3から離脱し、遊離した着色剤4は、トナー担持体1と接触してマイナスに帯電され、電界Nにより潜像担持体11上の画像部に移動し、潜像を顕像化するのに用いることができる。よってトナー母粒子3及び遊離している着色剤4は、地カブリの原因となるプラスには帯電されず、潜像担持体11上の潜像を顕像化する正規のトナーとして用いられる。
上記のように、実験例2(参考例)においては、摩擦帯電列の関係を図2(a)とすることにより、着色剤がトナー母粒子から離脱しトナー担持体に付着した場合、更に遊離している状態にあっても、トナーを所望の極性に維持し、逆極性トナーの発生を防止し、ひいては地カブリを防止することができる。
次に、実験例3(参考例)の帯電列の関係について説明する。実験例3(参考例)の帯電列の関係は、図3(a)に示すように、実験例1(参考例)、実験例2(参考例)の帯電列の関係と比較して、着色剤4に加え外添剤2の帯電列も、トナー母粒子3の帯電列よりもプラス側にある事が異なる。詳細にはプラス側から順に着色剤、外添剤、トナー担持体、トナー母粒子の順に並んだ場合である。この関係において、図3(b)はトナー担持体1、外添剤2、トナー母粒子3、着色剤4の現像装置内での帯電極性の関係を模式的に示したものである。この図3(b)に示されるように、トナー担持体1に、トナー母粒子3から離脱した着色剤4とトナーから遊離した外添剤2が付着した場合、図3(a)の関係より、トナー母粒子3はトナー担持体1表面の着色剤4及び外添剤2と接触してマイナスに帯電され、電界Nにより、潜像担持体11上の画像部に移動し、潜像を顕像化するのに用いられる。よってトナー母粒子3は地カブリの原因となるプラスには帯電されず、潜像担持体11上の潜像を顕像化する正規のトナーとして用いられ地カブリを無くす事ができる。
次に、図4(a)は、実験例4(参考例)であり、帯電列の関係で、図3(a)とは別の例を示すものである。図3(a)の関係と比較して、外添剤2の帯電列が着色剤4の帯電列よりもプラス側にある場合について説明する。この関係において、図4(b)はトナー担持体1、外添剤2、トナー母粒子3、着色剤4の現像装置内での帯電極性の関係を模式的に示したものである。この場合にも、図4(b)に示すように、トナー担持体1に外添剤2と着色剤4が付着した場合、図4(a)の関係より、トナー母粒子3はトナー担持体1表面の着色剤4及び外添剤2と接触してマイナスに帯電され、電界Nにより、潜像担持体11上の画像部に移動し、潜像を顕像化するのに用いられる。よってトナー母粒子3は地カブリの原因となるプラスには帯電されず、潜像担持体11上の潜像を顕像化する正規のトナーとして用いられ地カブリを無くす事ができる。
次に、図5(a)は、実験例5(参考例)てあり、帯電列の関係で、図3(a)とは更に別の例を示すものである。図3(a)の関係と比較して、外添剤2の帯電列がトナー担持体1の帯電列よりもマイナス側にある場合について説明する。この関係において、図5(b)及び(c)はトナー担持体1、外添剤2、トナー母粒子3、着色剤4の現像装置内での帯電極性の関係を模式的に示したものである。この図5(b)に示すように、着色剤4がトナー母粒子3から離れてトナー担持体1表面に付着した場合、図5(a)の関係より、トナー母粒子3及び外添剤2はトナー担持体1表面の着色剤4と接触してマイナスに帯電され、電界Nにより、潜像担持体11上の画像部に移動し、潜像を顕像化するのに用いられる。よってトナー母粒子3は地カブリの原因となるプラスには帯電されず、潜像担持体11上の潜像を顕像化する正規のトナーとして用いられる。
また、図5(c)に示すように、トナー担持体1に外添剤2と着色剤4が付着した場合、図5(a)の関係より、トナー母粒子3はトナー担持体1表面の着色剤4及び外添剤2と接触してマイナスに帯電され、電界Nにより、潜像担持体11上の画像部に移動し、潜像を顕像化するのに用いられる。よってトナー母粒子3は地カブリの原因となるプラスには帯電されず、潜像担持体11上の潜像を顕像化する正規のトナーとして用いられ地カブリを無くす事ができる。
上記のように実験例3(参考例)〜実験例5(参考例)においては、摩擦帯電列の関係を図3(a)、図4(a)及び図5(a)とすることにより、トナー担持体1に、トナー母粒子3から離脱した着色剤4とトナーから遊離した外添剤2の両部剤が付着した場合であっても、トナーを所望の極性に維持し、逆極性トナーの発生を防止し、ひいては地カブリを防止することができる。
次に、図6(a)に示す場合は、実験例7(参考例)であり、着色剤4の帯電列が、トナー担持体1の帯電列よりもマイナス側にあり、且つ外添剤2の帯電列がトナー担持体1よりプラス側にある事が異なる。詳細にはプラス側から順に外添剤、トナー担持体、着色剤、トナー母粒子の順に並んだ場合である。この関係において、図6(b)はトナー担持体1、外添剤2、トナー母粒子3、着色剤4の現像装置内での帯電極性の関係を模式的に示したものである。この図6(b)に示すように、トナー担持体1に外添剤2と着色剤4が付着した場合、図6(a)の関係より、トナー母粒子3はトナー担持体1表面の着色剤4及び外添剤2と接触してマイナスに帯電され、電界Nにより、潜像担持体11上の画像部に移動し、潜像を顕像化するのに用いられる。よってトナー母粒子3は地カブリの原因となるプラスには帯電されず、潜像担持体11上の潜像を顕像化する正規のトナーとして用いられ地カブリを無くす事ができる。更に、この帯電列の関係においては、トナー母粒子3から離脱した遊離着色剤4にも対応できる。詳しくは、トナー母粒子3から離脱し、遊離した着色剤4は、トナー担持体1と接触してマイナスに帯電され、電界Nにより潜像担持体11上の画像部に移動し、潜像を顕像化するのに用いることができる。よってトナー母粒子3及び遊離している着色剤4は、地カブリの原因となるプラスには帯電されず、潜像担持体11上の潜像を顕像化する正規のトナーとして用いられる。
尚、トナー及びトナー担持体から離脱した外添剤は、トナー担持体によりプラスに帯電されることになるが、一般に、外添剤は疎水性シリカ等の無色叉は白色であるため、これ単体では画像欠陥として問題にならない。
上記のように、摩擦帯電列の関係を図6(a)とすることにより、着色剤がトナー母粒子から離脱しトナー担持体に付着した場合、更に遊離している状態にあっても、トナーを所望の極性に維持し、逆極性トナーの発生を防止し、ひいては地カブリを防止することができる。
次に、図7(a)に示す場合は、実験例8(参考例)であり、着色剤4及び外添剤2の帯電列が、トナー担持体1の帯電列よりもマイナス側にある事が異なる。詳細にはプラス側から順にトナー担持体、着色剤、外添剤、トナー母粒子の順に並んだ場合である。この関係において、図7(b)はトナー担持体1、外添剤2、トナー母粒子3、着色剤4の現像装置内での帯電極性の関係を模式的に示したものである。図7(b)に示すように、着色剤4がトナー母粒子3から離脱してトナー担持体1表面に付着した場合、図7(a)の関係より、トナー母粒子3はトナー担持体1表面の着色剤4と接触してマイナスに帯電され、電界Nにより、潜像担持体11上の画像部に移動し、潜像を顕像化するのに用いられる。更に、この帯電列の関係においては、トナーから遊離した外添剤2にも対応できる。遊離外添剤2が所望のトナー極性とは逆極性に帯電してしまった場合に、その異常帯電した遊離外添剤2が、トナー母粒子3と再付着するとトナーの帯電が低下または逆転するため地カブリの原因となる。しかし、本実験例においては、遊離外添剤2が比較的多く、トナー母粒子3への再付着が起こり易い場合にも、遊離外添剤2がトナー担持体1により所望のトナー極性と同極性に帯電されるため地カブリをなくすことができる。よって、本実験例では、トナー母粒子3から離脱し、遊離している着色剤4と、トナーから遊離した外添剤2は、トナー担持体1と接触してマイナスに帯電され、電界Nにより潜像担持体11上の画像部に移動し、潜像を顕像化するのに用いられる。
また、図7(c)に示すように、トナー担持体1に外添剤2と着色剤4が付着した場合、図7(a)の関係より、トナー母粒子3はトナー担持体1表面の着色剤4及び外添剤2と接触してマイナスに帯電され、電界Nにより、潜像担持体11上の画像部に移動し、潜像を顕像化するのに用いられる。よってトナー母粒子3は地カブリの原因となるプラスには帯電されず、潜像担持体11上の潜像を顕像化する正規のトナーとして用いられ地カブリを無くす事ができる。
上記のように、摩擦帯電列の関係を図7(a)とすることにより、トナー担持体1に、トナー母粒子3から離脱した着色剤4とトナーから遊離した外添剤2の両部剤が付着した場合や、遊離した着色剤や外添剤が存在する状態にあっても、トナーを所望の極性に維持し、逆極性トナーの発生を防止し、ひいては地カブリを防止することができる。
次に、図8(a)に示す場合は、本発明の請求項1記載に係る発明で、実験例10(実施例)であり、上記、図7(a)の帯電列の関係と比較して、着色剤4の帯電列が、外添剤2の帯電列よりもマイナス側にある事が異なる。詳細にはプラス側から順にトナー担持体、外添剤、着色剤、トナー母粒子の順に並んだ場合である。この関係において、図8(b)はトナー担持体1、外添剤2、トナー母粒子3、着色剤4の現像装置内での帯電極性の関係を模式的に示したものである。図8(b)に示すように、トナー担持体1に外添剤2と着色剤4が付着した場合、図8(a)の関係より、トナー母粒子3はトナー担持体1表面の着色剤4及び外添剤2と接触してマイナスに帯電され、電界Nにより、潜像担持体11上の画像部に移動し、潜像を顕像化するのに用いられる。よってトナー母粒子3は地カブリの原因となるプラスには帯電されず、潜像担持体11上の潜像を顕像化する正規のトナーとして用いられ地カブリを無くす事ができる。更に、この帯電列の関係では、トナー母粒子3から離脱した着色剤4をトナー担持体1に付着した外添剤2でも帯電付与ができる。本実施例では、トナー母粒子3から離脱し、遊離している着色剤4と、更に浮遊している外添剤2は、図8(a)の関係より、トナー担持体1と接触してマイナスに帯電され、更にまた、遊離している着色剤4はトナー担持体1上に付着している外添剤2によってもマイナスに帯電される機会に恵まれ、電界Nにより潜像担持体11上の画像部に移動し、潜像を顕像化するのに用いられる。よってトナー母粒子3及び遊離している着色剤4更に浮遊している外添剤2は、地カブリの原因となるプラスには帯電されず、潜像担持体11上の潜像を顕像化する正規のトナーとして用いられる。
上記のように、摩擦帯電列の関係を図8(a)とすることにより、離脱した着色剤及び外添剤がトナー担持体に付着した場合や、遊離した着色剤や外添剤が存在する状態にあっても、トナーを所望の極性に維持し、逆極性トナーの発生を防止し、ひいては地カブリを防止することができる。
次に、参考例、実施例の帯電列の関係にあるトナー担持体1、着色剤4、トナー母粒子3、外添剤2からなる現像方法を用いた一実施例の画像形成装置の断面概観図を図9に示す。図9において、潜像担持体11は、導電性の支持部12の上に有機または無機の光導電性を有する感光層13を形成したものである。この潜像担持体11に対して、コロナ帯電器や帯電ローラ等の帯電器14にて感光層13を所定の電位に帯電する。こうして潜像担持体11を帯電させた後、レーザーやLED等の光源15から出た光を、複数のレンズ及びポリゴンスキャナーを用いた走査光学系やファイバーアレーを用いた等倍結像光学系等の結像光学系16を通して感光層13に画像に応じて選択的に光照射し、潜像担持体11上に電位コントラストを得て静電潜像パターンを形成する。一方、現像装置17はトナー18を搬送し現像するものであって、トナー18を供給する供給部材19はシャフト20の外周に発泡部材21が同心円状に配設したもので、トナー18を搬送するトナー担持体22は、シャフト23の外周に導電性の弾性体24を同心円状に配設したもので、供給部材19によりトナー担持体22近傍に供給されたトナー18をトナー担持体22上に保持し、非磁性または磁性の金属や樹脂で構成される板状の規制部材25で適量に薄層規制し、トナー担持体22を回転させて薄層のトナー18を搬送し現像部に供給するものである。トナー担持体22は潜像担持体11に対して所定の圧力で押圧されており、潜像担持体11とトナー担持体22とが接触する現像部にトナー18が搬送されると、潜像担持体11の電位コントラスト及び現像バイアス印加手段26による現像電界に応じて帯電したトナー18が潜像担持体11に転移し静電潜像パターンが顕像化される。この時、トナー18の帯電極性により、反転現像または正転現像を行うように現像バイアスを印加する。尚、シール部材27が現像装置17の開口部に配設され、シール部材27をトナー担持体22に対して軽く接触させることにより、現像後のトナーの落下や現像装置17の内部からのトナーの飛散を防止している。さらに、潜像担持体11上に現像されたトナー18は、潜像担持体11に対してバネ等の弾性体に懸架され数gf/mm程度の軽荷重で圧接された転写ローラーや転写ベルト等の転写部材28に、電圧を印加して記録材29上に転写される。記録材29上に転写されたトナーは、熱や圧力により記録材29に定着され所望の画像が得られる。転写終了後、図には記していないが、潜像担持体11は回転してクリーニング装置により潜像担持体11上に付着した転写残りトナーや異物を除去し、除電装置により潜像担持体11上の不要な電荷を除去した後、再び帯電されて上記のプロセスを繰り返して画像を連続形成する。クリーニングで回収されたトナーを再び現像装置17へ送り込みトナーのリサイクルを行っても良い。
以下に、上述の図9の画像形成装置を用いた実験例を示し、本発明を詳細に説明する。

(実験例1(参考例))
実験例1(参考例)の帯電列の関係、具体的には、図1(a)及び(b)の帯電列の関係で、トナー担持体表面に着色剤が付着している場合のトナー母粒子についての実験例を示す。
トナー担持体として、表1に示すものを用いた。
Figure 0003758046
また、表2に上記トナー担持体の特性を示す。
Figure 0003758046
トナー担持体は外径20φ、長さ230mmのものを用いた。また、抵抗はトナー担持体を平板の電極上に載せ、両端に500g、合計1kgの荷重をかけた状態で1μAの電流を流したときの電圧より求めた。また、表面粗さは走査型レーザー顕微鏡(レーザーテック社製)により求めた。また、供給部材としては平均セル径300μm、セル密度4個/mm、抵抗107 Ωcnm、のウレタンスポンジローラを用い、層厚規制部材として厚さ0.2mmのステンレス製金属ブレードを用いた。
次に、本実験例1で用いたトナーについて説明する。トナー組成を以下に示す。
ポリエステル樹脂 88wt%
ポリプロピレンワックス 5wt%
負帯電性電荷制御剤 1wt%
着色剤a 5wt%
本実験では着色剤aとして、キナクリドン系着色剤を使用した。上記組成の原料を使用し、スクリュウ押出機で混練し、粗粉砕する。次にジエット粉砕機で微粉砕し、分級して体積平均粒径9μmのトナー母粒子Aを作製した。
次に、ヘンシェルミキサーを用いて粒径0.016μmの外添剤cを0.8wt%トナー母粒子の表面に含有させたトナーAacを作製した。ヘンシェルミキサーによる混合条件は2000rpm−10secで行った。外添剤cは乾式法シリカにヘキサメチルジシラザンで表面処理したものを用いた。外添剤の疎水化率は60%以上であった。またトナー抵抗は5×1017Ωcmであった。また、上記材料の帯電列を求めた。測定は試料同士を軽く接触させ、摩擦させて表面電位計により極性を調べ帯電列を決定した。この時、外添剤、着色剤、トナー母粒子は加圧錠剤成型機によりペレットにしたものを用い、各試料の帯電列を求めた。帯電列の結果を図10に示す。図10より着色剤aはトナー母粒子Aよりプラス側にあることが解る。また、帯電付与部材としてはトナー担持体の他に層厚規制部材、及びトナー供給部材などもあげられるが、この両部材においても、トナーの帯電極性とは同一で、トナー担持体と略同一か、あるいは前記帯電付与部材の方が摩擦帯電列下位であることが望ましい。よって、本実験で使用したステンレス製金属ブレードからなる規制部材、及びウレタンスポンジからなる供給部材は、トナー母粒子Aよりプラス側で更にトナー担持体よりもプラス側にあるものを選定した。
このように実験例1(参考例)においては、着色剤の摩擦帯電列をトナー母粒子よりもプラスにすることにより、着色剤がトナー母粒子から離脱し、トナー担持体に付着した場合であってもトナーを負極性に維持し、逆極性トナーの発生を防止し、ひいては地カブリを防止することができる。
次に上記、トナー担持体(G)、トナー、供給部材、層厚規制部材を用いて、上記図9に示す画像形成装置により、画像を形成した。この時の潜像担持体はマイナス帯電用のものを用い、表面電位がマイナス600Vになるようにした。また、トナー担持体と潜像担持体の間に印加する現像バイアスはマイナス250Vで行った。画像は全白(印字しない)、黒ベタ、テストパターンを順に印字させ、画像を評価した。特に、全白印字における潜像担持体上の付着トナーの量を測定し、カブリトナー量とした。測定はテープ(3M社製、スコッチメンディングテープ810)に感光体上のカブリトナーを付着させ、電子天秤により、付着前後の重量を測定し、その差をカブリトナー量とした。結果を表3に示す。
Figure 0003758046
上記のように潜像担持体上のカブリトナー量は0.01mg/cm2以下であった。更に、全白印字及びテストパターン印字を行った記録材上を光学顕微鏡により観察したところカブリは殆ど無く、高品質な画像を形成する事ができた。
また、トナー担持体表面を定性分析及び電子顕微鏡観察したところ、着色剤及び表面に着色剤が露出したトナー母粒子が付着していることが確認された。また、3000枚のランニング印字を行っても最後まで安定して、初期と同等のカブリの無い良好な画像を形成する事ができた。また、同様な試験を35℃〜65%の高温高湿下及び10℃〜15%の低温低湿下において行ったが、著しい画質劣化はなく、安定して良好な画像を形成する事ができた。そして、3000枚ランニング印字後、トナー担持体表面を定性分析及び電子顕微鏡観察したところ、上記トナー担持体の表面に、初期よりも幾分増加した着色剤及び表面に着色剤が露出したトナー母粒子が確認された。
以上、実験例1の結果より、着色剤がトナー担持体表面に付着していても、図1(a)に示すように、着色剤の摩擦帯電列がトナー母粒子よりもプラスであるなら、カブリの無い良好な画像を形成する事ができる。
(実験例2(参考例))
次に、図2(a)に示す場合の実験例を示す。
本実験例では、実験例1の使用したトナー担持体Gの替わりに、表4に示すトナー担持体を使用した。
表4に本実験例で用いたトナー担持体の特性を示す。
Figure 0003758046
また、表5に上記トナー担持体の特性を示す。
Figure 0003758046
また、供給部材、層厚規制部材は実験例1と同様なものを用いた。またトナー母粒子A、外添剤c、着色剤aも実験例1と同じものを用いた。尚、本実験例で用いた部材の帯電列を図10に示す。また、画像形成、画像評価及び観察評価についても、実験例1と同様に行った。その結果、実験例1と同様に良好な画像を形成する事ができた。潜像担持体上のカブリトナー量を表6に示す。
Figure 0003758046
また、3000枚のランニング印字を行っても最後まで安定して、初期と同等のカブリの無い良好な画像を形成する事ができた。また、同様な試験を35℃〜65%の高温高湿下及び10℃〜15%の低温低湿下において行ったが、著しい画質劣化はなく、安定して良好な画像を形成する事ができた。そして、3000枚ランニング印字後、トナー担持体表面付近のトナーを定性分析及び電子顕微鏡観察したところ、トナーから遊離した着色剤が確認された。
以上、実験例2の結果より、着色剤がトナー母粒子から離脱しトナー担持体に付着した場合、更に遊離している状態にあっても、図2(a)に示す帯電列の関係であれば、トナーを所望の極性に維持し、逆極性トナーの発生を防止し、ひいては地カブリを防止することができる。
(実験例3(参考例))
次に、実験例3(参考例)の帯電列の関係、具体的には、図3(a)及び(b)の帯電列の関係でトナー担持体表面に外添剤が付着している場合のトナー担持体、外添剤、トナー母粒子についての実験例を示す。本実験例では実験例1で使用した外添剤cの替わりに、シリカにジメチルシリコーンオイルを表面処理した外添剤aと、トナー担持体Gの替わりに、表7に示すようなトナー担持体を用いた。トナー担持体は表面におけるタック性をもつもの、つまり外添剤が付着しやすいように帯電性に影響を及ぼさない程度に表面を粗したものを用いた。
表7に本実験例で用いたトナー担持体の特性を示す。
Figure 0003758046
また、表8に上記トナー担持体の特性を示す。
Figure 0003758046
また、供給部材、層厚規制部材は実験例1と同様なものを用いた。またトナー母粒子A、着色剤aも実験例1と同じものを用いた。尚、本実験例で用いた部材の帯電列を図10に示す。また、画像形成、画像評価についても、実験例1と同様に行った。その結果、実験例1と同様に良好な画像を形成する事ができた。潜像担持体上のカブリトナー量を表9に示す。
Figure 0003758046
また、実験例1と同様に初期及びランニング試験後、トナー担持体表面を観察したところ、実験例1とは異なり、トナー担持体の表面に、着色剤及び表面に着色剤が露出したトナー母粒子の他に白色の微粉体で覆われている事が観察された。更に、トナー担持体表面を覆っていた白色の微粉体をX線マイクロアナライザーにより分析した結果、使用したシリカである事が判明した。以上、実験例3の結果より、トナー担持体表面に着色剤、外添剤の両方が付着した場合にも、図3(a)に示すように、着色剤及び外添剤の帯電列がトナー母粒子よりもプラス側であればカブリの無い良好な画像を形成する事ができる。
(実験例4(参考例))
次に帯電列の関係で、図4(a)に示す場合の実験例4(参考例)を示す。
本実験例では、実験例3の使用した外添剤aの替わりに、粒径0.013μmのアルミナ微粉体をアミノシランとオクチルシランで表面処理した外添剤dを用いた。帯電列は、図10に示すように着色剤aよりもプラス側であった。その他は実験例3と同様にして、画像形成、画像評価及び観察評価を行った結果、実験例3と同様な、良好な画像を形成する事ができた。
(実験例5(参考例))
次に、実験例5(参考例))の帯電列の関係、具体的には、図5(a)及び(b)の帯電列の関係でトナー担持体表面に外添剤が付着していない場合のトナー担持体、外添剤、トナー母粒子についての実験例を示す。
本実験例では実験例3で使用したトナー担持体Hの替わりに、トナー担持体として、表10に示すものを用いた。
Figure 0003758046
また、表11に上記トナー担持体の特性を示す。
Figure 0003758046
帯電列は、図10に示すように外添剤aよりもややプラス側であった。その他は実験例3と同様にして、画像形成、画像評価及び観察評価を行った結果、実験例3と同様な、良好な画像を形成する事ができた。
(実験例6(参考例))
次に、図5(c)に示す場合の実験例を示す。
トナー担持体として本実験例では表面におけるタック性をもつもの、つまり外添剤が付着しやすいように帯電性に影響を及ぼさない程度に表面を粗したものを用いた。表12に本実験例で用いたトナー担持体の特性を示す。
Figure 0003758046
また、供給部材、層厚規制部材は実験例5と同様なものを用いた。またトナー母粒子A、外添剤a、着色剤aも実験例5と同じものを用いた。尚、本実験例で用いた部材の帯電列を図10に示す。また、画像形成、画像評価及び観察評価についても、実験例5と同様に行った。その結果、実験例5と同様に良好な画像を形成する事ができた。
上記のように、摩擦帯電列の関係を図3(a)、図4(a)及び図5(a)とすることにより、トナー担持体1に、トナー母粒子3から離脱した着色剤4とトナーから遊離した外添剤2の両部剤が付着した場合であっても、トナーを所望の極性に維持し、逆極性トナーの発生を防止し、ひいては地カブリを防止することができる。
(実験例7(参考例))
次に、実験例7(参考例)の帯電列の関係であり、図6(a)及び(b)の帯電列の関係でトナー担持体表面に外添剤が付着している場合のトナー担持体、外添剤、トナー母粒子についての実験例を示す。本実験例では実験例3で使用した外添剤aの替わりに、粒径0.013μmのアルミナ微粉体をアミノシランとオクチルシランで表面処理した外添剤dと、トナー担持体Hの替わりに、表13に示すようなトナー担持体を用いた。トナー担持体は表面におけるタック性をもつもの、つまり外添剤が付着しやすいように帯電性に影響を及ぼさない程度に表面を粗したものを用いた。
表13に本実験例で用いたトナー担持体の特性を示す。
Figure 0003758046
また、表14に上記トナー担持体の特性を示す。
Figure 0003758046
また、供給部材、層厚規制部材は実験例3と同様なものを用いた。またトナー母粒子A、着色剤aも実験例3と同じものを用いた。尚、本実験例で用いた部材の帯電列を図10に示す。また、画像形成、画像評価及び観察評価についても、実験例3と同様に行った。その結果、実験例3と同様に良好な画像を形成する事ができた。潜像担持体上のカブリトナー量を表15に示す。
Figure 0003758046
また、トナー担持体付近のトナーには、トナーから遊離した着色剤が確認された。
上記のように、摩擦帯電列の関係を図6(a)とすることにより、着色剤がトナー母粒子から離脱しトナー担持体に付着した場合、更に遊離している状態にあっても、トナーを所望の極性に維持し、逆極性トナーの発生を防止し、ひいては地カブリを防止することができる。
(実験例8(参考例))
次に、実験例8(参考例)の帯電列の関係であり、図7(a)及び(b)の帯電列の関係でトナー担持体表面に外添剤が付着していない場合のトナー担持体、外添剤、トナー母粒子についての実験例を示す。
本実験例では、実験例7の使用した外添剤dの替わりに、シリカにジメチルシリコーンオイルを表面処理した外添剤aを用いた。帯電列は、図10に示すように着色剤aよりもマイナス側であった。その他は実験例7と同様にして、画像形成、画像評価及び観察評価を行った結果、実験例7と同様な、良好な画像を形成する事ができた。また、トナー担持体付近のトナーには、トナーから遊離した着色剤と外添剤が確認された。
(実験例9(参考例))
次に、図7(c)に示す場合の実験例を示す。
トナー担持体として本実験例では表面におけるタック性をもつもの、つまり外添剤が付着しやすいように帯電性に影響を及ぼさない程度に表面を粗したものを用いた。表16に本実験例で用いたトナー担持体の特性を示す。
Figure 0003758046
また、供給部材、層厚規制部材は実験例8と同様なものを用いた。またトナー母粒子A、外添剤a、着色剤aも実験例8と同じものを用いた。尚、本実験例で用いた部材の帯電列を図10に示す。また、画像形成、画像評価及び観察評価についても、実験例8と同様に行った。その結果、実験例8と同様に良好な画像を形成する事ができた。
上記のように、摩擦帯電列の関係を図7(a)とすることにより、トナー担持体1に、トナー母粒子3から離脱した着色剤4とトナーから遊離した外添剤2の両部剤が付着した場合や、遊離した着色剤や外添剤が存在する状態にあっても、トナーを所望の極性に維持し、逆極性トナーの発生を防止し、ひいては地カブリを防止することができる。
(実験例10(実施例))
次に、本発明の請求項1に係る発明で、実験例10(実施例)であり、図8(a)及び(b)の帯電列の関係でトナー担持体表面に外添剤が付着している場合のトナー担持体、外添剤、トナー母粒子についての実験例を示す。本実験例では実験例9の使用した外添剤aの替わりに、アミノシランで表面処理した外添剤bを用いた。帯電列は、図10に示すように着色剤aよりもややプラス側であった。その他は実験例9と同様にして、画像形成、画像評価及び観察評価を行った結果、実験例9と同様な、良好な画像を形成する事ができた。
上記のように、摩擦帯電列の関係を図8(a)とすることにより、離脱した着色剤及び外添剤がトナー担持体に付着した場合や、遊離した着色剤や浮遊する外添剤が存在する状態にあっても、トナーを所望の極性に維持し、逆極性トナーの発生を防止し、ひいては地カブリを防止することができる。
以上、反転現像の場合について説明したが、正規現像の場合にも本発明を適用する事ができる。
また、外添剤、トナー母粒子、トナー担持体の関係について説明を行ったが、トナー母粒子とトナーの帯電列はほぼ同じ位置にあり、前述した実験例のトナー母粒子をトナーに置き換えても、同様な効果があった。
尚、本発明に用いるトナー支持体22としては、磁性、非磁性、導電性、絶縁性、金属、ゴム、樹脂等、トナー支持体として形成できるものならば全て用いる事ができる。例えば、材質的にはアルミニウム、ニッケル、ステンレス等の金属、天然ゴム、シリコンゴム、ウレタンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ネオプレンゴム、NBR等のゴム、スチロール樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、メタクリル樹脂、ナイロン樹脂等の樹脂を用いる事ができる。また、形態としては非弾性体、弾性体、単層、多層、フィルム、ローラ等全てのものを用いる事ができる。
また、本発明に用いる供給部材19及び層厚規制部材25としては、トナー担持体22と同様に全ての材質、形態のものを用いる事ができる。
更に、本発明に用いるトナー18としては一般の混練粉砕法、スプレードライ法、重合法によって作製された粒径5〜20μmのものを使用することができる。トナー組成としては特に限定されるものではなく、一般的なものを使用することができる。例えば、結着用樹脂としては、ポリスチレン及び共重合体、例えば、水素添加スチレン樹脂、スチレン・イソブチレン共重合体、ABS樹脂、ASA樹脂、AS樹脂,AAS樹脂、ACS樹脂、AES樹脂、スチレン・Pクロロスチレン共重合体、スチレン・プロピレン共重合体、スチレン・ブタジエン架橋ポリマー、スチレン・ブタジエン・塩素化パラフィン共重合体、スチレン・アリル・アルコール共重合体、スチレン・ブタジエンゴムエマルジョン、スチレン・マレイン酸エステル共重合体、スチレン・イソブチレン共重合体、スチレン・無水マレイン酸共重合体、アクリレート系樹脂あるいはメタアクリレート系樹脂及びその共重合体、スチレン・アクリル系樹脂及びその共重合体、例えば、スチレン・アクリル共重合体、スチレン・ジエチルアミノ・エチルメタアクリレート共重合体、スチレン・ブタジエン・アクリル酸エステル共重合体、スチレン・メチルメタアクリレート共重合体、スチレン・nーブチルメタアクリレート共重合体、スチレン・ジエチルアミノ・エチルメタアクリレート共重合体、スチレン・メチルメタアクリレート・n−ブチルアクリレート共重合体、スチレン・メチルメタアクリレート・ブチルアリレート・N−(エトキシメチル)アクリルアミド共重合体、スチレン・グリシジルメタアクリレート共重合体、スチレン・ブタジエン・ジメチル・アミノエチルメタアクリレート共重合体、スチレン・アクリル酸エステル・マレイン酸エステル共重合体、スチレン・メタアクリル酸メチル・アクリル酸2ーエチルヘキシル共重合体、スチレン・n−ブチルアリレート・エチルグリコールメタアクリレート共重合体、スチレン・n−ブチルメタアクリレート・アクリル酸共重合体、スチレン・n−ブチルメタアクリレート・無水マレイン酸共重合体、スチレン・ブチルアクリレート・イソブチルマレイン酸ハーフエステル・ジビニルベンゼン共重合体、ポリエステル及びその共重合体、ポリエチレン及びその共重合体、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリプロピレン及びその共重合体、フッソ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリビニールアルコール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂などを一種類あるいは、二種類以上ブレンドしたものを使用する事ができる。
着色剤としてはキナクリドン系着色剤を使用することができる。
更に、分散剤として、金属石鹸、ポリエチレングリコールなど、帯電制御剤として、電子受容性の有機錯体、塩素化ポリエステル、ニトロフニン酸、第4級アンモニウム塩、ピリジニル塩などを添加することができる。磁性剤としては結着樹脂1に分散したときに化学的に安定であり、粒径5μm以下の微粒子が好ましい。例としては、Fe、Co、Ni、Cr、Mnの金属粉、Fe3 4 、Fe2 3 、Cr2 3 、フェライトなどの金属酸化物、マンガンと銅を含む合金など熱処理によって強磁性を示す合金などを用いる事ができ、予めカップリング剤等の予備処理を施しても構わない。また、離型剤としてポリプロピレンワックス、ポリエチレンワックス等を添加する事もできる。更に、その他の添加剤として、ステアリン酸亜鉛、酸化亜鉛、酸化セリウム等を用いる事ができる。また、外添剤としては種種のものを使用する事ができる。例えばシリカ、アルミナ、酸化チタンなどの金属酸化物、及びこれらの複合酸化物等の無機微粒子や、アクリル微粒子等の有機物微粒子を用いる事ができる。また、これらの表面処理剤として、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、フッ素含有シランカップリング剤、シリコーンオイル等を用いる事ができる。上記処理剤で処理された外添剤の疎水化率は従来のメタノール法によるもので60%以上のものが好ましい。これ以下であると、高温高湿下において、水分の吸着により摩擦帯電電荷の低下が生じ好ましくない。また、外添剤の粒径としては0.001〜1μmである事が好ましい。外添剤添加量としてはトナー母粒子に対して0.1〜5wt%である事が好ましい。また、本発明に用いるトナーの体積抵抗は1017Ωcm以上が好ましい。但し、抵抗の測定方法はトナーを厚さ0.5mmのペレットに圧粉成形し、上下に電極を載せ、1Kg/cm2 の荷重を印加した状態で電圧250Vを印加したときの電流値を求め、体積抵抗値に換算した。測定は窒素雰囲気に置換した乾燥デシケータ内で行った。
更に尚、上述の実施例においては、地カブリが発生しやすい一成分圧接現像方式について説明を行ったが、本発明はこれらに限定されるものではなく、別の現像方法、例えば非磁性非接触現像方式、磁性接触現像方式磁性非接触現像方式、等に応用しても同様に地カブリを低減することができる。
また、上述の実施例では外添剤が1種類のものについて説明を行ったが、外添剤は2種類以上のものを混合したものについても本発明を適用する事ができる。つまり、トナー担持体への付着性により、外添剤の混合物の帯電列を適用する場合、あるいは混合物中のそれぞれの外添剤の帯電列を適用する場合があり、これらを考慮して外添剤を選択することにより地カブリを低減することができる。
以上、実施例を述べたが、本発明は以上の実施例に限定されるものではない。広く電子写真プロセスを用いた画像形成装置に応用することができ、特にプリンターや複写機やファクシミリやディスプレーに応用すれば有効である。
(a)は実験例1(参考例)の負極性トナーによる現像方法に いるトナー担持体、外添剤、トナー母粒子の帯電列関係を示す図、(b)は外添剤がトナー担持体上に付着しない場合の帯電極性を示す図。 (a)は実験例2(参考例)の負極性トナーによる現像方法に いるトナー担持体、外添剤、トナー母粒子の帯電列関係を示す図、(b)は外添剤がトナー担持体表面に付着しない場合の帯電極性を示す図。 (a)は実験例3(参考例)の負極性トナーによる現像方法に いるトナー担持体、外添剤、トナー母粒子の帯電列関係を示す図、(b)は外添剤がトナー担持体表面に付着した場合の帯電極性を示す図。 (a)は実験例4(参考例)の負極性トナーによる現像方法に いるトナー担持体、外添剤、トナー母粒子の帯電列関係を示す図、(b)は外添剤がトナー担持体表面に付着した場合の帯電極性を示す図。 (a)は実験例5(参考例)の負極性トナーによる現像方法に いるトナー担持体、外添剤、トナー母粒子の帯電列関係を示す図、(b)は外添剤がトナー担持体上に付着しない場合の帯電極性を示す図、(c)外添剤がトナー担持体表面に付着した場合の帯電極性を示す図。 (a)は実験例7(参考例)の負極性トナーによる現像方法に いるトナー担持体、外添剤、トナー母粒子の帯電列関係を示す図、(b)は外添剤がトナー担持体表面に付着した場合の帯電極性を示す図。 (a)は実験例8(参考例)の負極性トナーによる現像方法に いるトナー担持体、外添剤、トナー母粒子の帯電列関係を示す図、(b)は外添剤がトナー担持体表面に付着しない場合の帯電極性を示す図、(c)は外添剤がトナー担持体表面に付着した場合の帯電極性を示す図。 (a)は本発明の負極性トナーによる現像方法に用いるトナー担 持体、外添剤、トナー母粒子の帯電列関係を示す図、(b)は外添剤がトナー担持体表面に付着した場合の帯電極性を示す図。 実験例で用いた現像方法からなる一画像形成装置の断面概観図。 負極性トナーの実験例に用いた部材の帯電列関係を示す図。
符号の説明
1 トナー担持体
2 外添剤
3 トナー母粒子
4 着色剤
11 潜像担持体
12 導電性の支持部
13 感光層
14 帯電器
15 光源
16 結像光学系
17 現像装置
18 トナー
19 供給部材
20 シャフト
21 発泡部材
22 トナー担持体
23 シャフト
24 弾性体
25 規制部材
26 現像バイアス印加手段
27 シール部材
28 転写器
29 記録紙

Claims (1)

  1. トナー層厚規制部材およびトナー供給部材を備え、基材EPDM、ナイロン樹脂(2層)からなるトナー坦持体を用いてキナクリドン系着色剤を含有するトナー母粒子とアミノシランで表面処理したシリカ外添剤からなる負極性カラートナーを潜像坦持体に移送し、前記潜像坦持体上の静電潜像を可視像化する形式であって、摩擦帯電の方式をとる一成分現像方法において、前記トナー母粒子が粉砕法により製造されたトナー母粒子であって、かつ、前記トナー母粒子、キナクリドン系着色剤、外添剤、トナー坦持体、トナー層厚規制部材およびトナー供給部材の帯電列の関係がプラス側から順にトナー坦持体、外添剤、トナー層厚規制部材、トナー供給部材、キナクリドン系着色剤、トナー母粒子であることを特徴とする現像方法。
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