JP6089416B2 - 画像形成装置、画像形成方法、及び静電潜像現像用の回収トナー - Google Patents

画像形成装置、画像形成方法、及び静電潜像現像用の回収トナー Download PDF

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Description

本発明は、画像形成装置、画像形成方法、及び静電潜像現像用の回収トナーに関するものである。
電子写真法は、複写機やプリンター等に幅広く利用されている。
例えば、特許文献1には、「トナーの塊状化を防止する目的で、超音波を発生する振動子を設けたことを特徴とする画像形成装置」が提案されている。
また、引用文献2には、「回収トナーの搬送手段として空気流を利用する画像形成方法であって、凝集度が30%以下のトナーを用いることを特徴とする画像形成方法」が提案されている。
また、特許文献3には、「回収トナーをリサイクルして用いるトナーにおいて、2段外添を実施する」ことが提案されている。
また、特許文献4には、「回収トナーと混合させる補給用バージントナーにスペーサ粒子を用いる」ことが提案されている。
特開2004−325725号公報 特開2003−15346号公報 特開2001−281916号公報 特開2001−5215号公報
本発明の課題は、回収トナーの流動性を確保した画像形成装置を提供することである。
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
請求項1に係る発明は、
像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電された前記像保持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
体積平均粒径2.0μm以上6.5μm以下のトナー粒子及び外添剤である体積平均粒径40nm以上のシリカ粒子を含み、かつ前記シリカ粒子の含有量が2.0質量%以上であるトナーと体積平均粒径が35μm以下のキャリアとを有する現像剤を収容し、且つ現像剤保持体を有する現像手段であって、前記現像剤保持体の表面に形成した前記現像剤による磁気ブラシによって、前記像保持体に形成された前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、
前記像保持体に形成された前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記像保持体の表面に残留した前記トナーをクリーニングするクリーニング手段と、
前記現像手段に、体積平均粒径2.0μm以上6.5μm以下のトナー粒子及び外添剤である体積平均粒径40nm以上のシリカ粒子を含み、かつ前記シリカ粒子の含有量がトナー粒子に対して2.0質量%以上である補給用トナーを補給するトナー補給手段と、
を備え、
前記クリーニング手段によりクリーニングされて回収した回収トナーであって、回収した回収トナー自体におけるシリカ粒子の含有率、前記補給用トナーにおけるシリカ粒子の含有率の1.6倍以上である画像形成装置。
請求項2に係る発明は、
前記キャリアが、印加磁場1kエルステッドにおける一個のキャリア粒子当たりの平均磁化が3.5×10 −9 AM/個以下のキャリアである請求項1に記載の画像形成装置。
請求項に係る発明は、
前記現像剤保持体の単位面積当たりの現像量をX(g/m)、前記像保持体と前記現像剤保持体との最短距離をY(μm)としたとき、式(1)の関係を満たす請求項1又は2に記載の画像形成装置。
・式(1):(X/Y)>0.8
請求項に係る発明は、
像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
帯電された前記像保持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成工程と、
体積平均粒径2.0μm以上6.5μm以下のトナー粒子及び外添剤である体積平均粒径40nm以上のシリカ粒子を含み、かつ前記シリカ粒子の含有量が2.0質量%以上であるトナーと体積平均粒径が35μm以下のキャリアとを有する現像剤を収容し、且つ現像剤保持体を有する現像手段において、前記現像剤保持体の表面に前記現像剤による磁気ブラシを形成し、前記現像剤による磁気ブラシによって、前記像保持体に形成された前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像工程と、
前記像保持体に形成された前記トナー像を記録媒体に転写する転写工程と、
前記像保持体の表面に残留した前記トナーをクリーニングするクリーニング工程と、
前記現像手段に、体積平均粒径2.0μm以上6.5μm以下のトナー粒子及び外添剤である体積平均粒径40nm以上のシリカ粒子を含み、かつ前記シリカ粒子の含有量がトナー粒子に対して2.0質量%以上である補給用トナーを補給するトナー補給工程と、
を備え、
前記クリーニング工程によりクリーニングされて回収した回収トナーであって、回収した回収トナー自体におけるシリカ粒子の含有率が、前記補給用トナーにおけるシリカ粒子の含有率の1.6倍以上である画像形成方法。
請求項に係る発明は、
前記キャリアが、印加磁場1kエルステッドにおける一個のキャリア粒子当たりの平均磁化が3.5×10−9AM/個以下のキャリアである請求項に記載の画像形成方法。
請求項に係る発明は、
前記現像剤保持体の単位面積当たりの現像量をX(g/m)、前記像保持体と前記現像剤保持体との最短距離をY(μm)としたとき、式(1):(X/Y)>0.8の関係を満たす請求項4又は5に記載の画像形成方法。
・式(1):(X/Y)>0.8
請求項1に係る発明によれば、回収トナーにおけるシリカ粒子の含有率が補給用トナーにおけるシリカ粒子の含有率の1.4倍未満である場合に比べ、回収トナーの流動性を確保した画像形成装置が提供できる。
請求項2に係る発明によれば、印加磁場1kエルステッドにおける一個のキャリア粒子当たりの平均磁化が上記範囲外のキャリアを適用した場合に比べ、回収トナーの流動性を確保した画像形成装置が提供できる。
請求項に係る発明によれば、補給用トナーが体積平均粒径40nm以上のシリカ粒子を2.0質量%以上含まない場合に比べ、回収トナーの流動性を確保した画像形成装置が提供できる。
請求項に係る発明によれば、上記式(1)を満たさない場合に比べ、回収トナーの流動性を確保した画像形成装置が提供できる。
請求項に係る発明によれば、回収トナーにおけるシリカ粒子の含有率が補給用トナーにおけるシリカ粒子の含有率の1.4倍未満である場合に比べ、回収トナーの流動性を確保した画像形成方法が提供できる。
請求項に係る発明によれば、印加磁場1kエルステッドにおける一個のキャリア粒子当たりの平均磁化が上記範囲外のキャリアを適用した場合に比べ、回収トナーの流動性を確保した画像形成方法が提供できる。
請求項に係る発明によれば、記補給用トナーが体積平均粒径40nm以上のシリカ粒子を2.0質量%以上含まない場合に比べ、回収トナーの流動性を確保した画像形成方法が提供できる。
請求項に係る発明によれば、上記式(1)を満たさない場合に比べ、回収トナーの流動性を確保した画像形成方法が提供できる。
本実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。 他の本実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。 像保持体と現像剤保持体との最短距離Y(μm)を説明するための模式図である。
以下、本発明の一例である実施形態について説明する。
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、像保持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電された像保持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、現像剤を収容し、且つ現像剤保持体を有する現像手段であって、現像剤保持体の表面に形成した現像剤による磁気ブラシを像保持体に接触させて、像保持体に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、像保持体に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、像保持体の表面に残留したトナーをクリーニングするクリーニング手段と、現像手段に、トナー粒子及び外添剤であるシリカ粒子を含む補給用トナーを補給するトナー補給手段と、を備える。
現像剤は、体積平均粒径2.0μm以上6.5μm以下のトナー粒子及び外添剤であるシリカ粒子を含むトナーとキャリアとを有する構成である。
一方、補給用トナーは、体積平均粒径2.0μm以上6.5μm以下のトナー粒子及び外添剤であるシリカ粒子を含むトナーである。
そして、クリーニング手段によりクリーニングされて回収した回収トナー自体におけるシリカ粒子の含有率補給用トナーにおけるシリカ粒子の含有率の1.4倍以上とする。ただし、本実施形態では1.6倍以上とする。
なお、本明細書において、単に「トナー」と称する場合は、補給用トナー(つまり、現像に利用するトナー)を意味する。
また、磁気ブラシとは、現像剤保持体内に内包されている磁石の磁力により、トナーを付着した複数のキャリアが現像剤保持体の表面上に直線状に連なり穂立ちを形成した状態を指す。
また、トナー及び回収トナーにおけるシリカ粒子の含有率は、トナー粒子に対する含有率を意味する。
ここで、近年、例えば、高画質を実現する目的で、トナー(トナー粒子)を小径化(体積平均粒径2.0μm以上6.5μm以下といった範囲で小径化)することが行われている。これにより、写真の人肌部、空の雲といったハーフトーン部、諧調部の粒状性や濃度再現性が向上する。
ところで、トナー(トナー粒子)は小径化すると、トナーの流動性が悪化することが知られている。トナー(トナー粒子)の小径化による流動性悪化の原因の一つには、小径化することで単位重量あたりの表面積が増え、接触、摩擦、負荷が大径のトナーに比べ大きいことが挙げられる。
このトナーの流動性は、トナー粒子自体の流動性と、外添剤の種類、粒径及び添加量等により改善される。つまり、トナー粒子自体の流動性が悪化しても、外添剤で、トナーの流動性が改善される。そして、このような外添剤としては、シリカ粒子が適している。
しかし、像保持体の表面に残留したトナーは、クリーニング手段によりクリーニングされることとなるが、このクリーニングされて回収した回収トナーは、例えば、現像、転写、及びクリーニングの負荷によって、外添剤としてのシリカ粒子がトナー粒子に埋まり込むことから、流動性が悪化する傾向となり、例えば、配管詰まりの原因となっているのが現状である。
一方で、回収トナーの再利用技術として、シリカ粒子の二段階にわたる外添処理をしたり、大径のシリカ粒子を外添する等して、シリカ粒子のトナー粒子に対する付着力を低減し、回収トナーに対して、補給用トナーと同等の外添構造、流動性を確保する技術も知られているが、やはり、トナーの現像時の負荷及びクリーニング時の負荷は大きく、シリカ粒子がトナー粒子に埋まり込む現象を抑制し切れず、回収トナーの流動性が悪化しているのが現状である。
そこで、本実施形態に係る画像形成装置では、回収トナーにおけるシリカ粒子の含有率を補給用トナーにおけるシリカ粒子の含有率の1.4倍以上とする。
これにより、補給用トナー(つまり現像に利用するトナー)のシリカ粒子の含有率を現像に適した量とする一方で、トナー(トナー粒子)を小径化しても、回収トナーにおけるシリカ粒子の含有率を増加させ、回収トナーの流動性が確保される。
なお、従来の画像形成装置では、回収トナーにおけるシリカ粒子の含有率を補給用トナーにおけるシリカ粒子の含有率の1.2倍から1.3倍程度であり、回収トナーの流動性を確保するには不十分である。
このため、本実施形態に係る画像形成装置では、回収トナーの流動性が確保される。その結果、例えば、回収トナーの配管詰まり、また、搬送に係るモーター(例えばオーガーのモーター等)のトルク超過等が抑制される。
本実施形態に係る画像形成装置において、回収トナーにおけるシリカ粒子の含有率を補給用トナーにおけるシリカ粒子の含有率の1.4倍以上とする方法としては、転写手段によるトナー像の転写後(中間転写方式の場合一次転写後)、像保持体に残留するシリカ粒子の量を多くする方法が挙げられる。
このような方法として具体的には、例えば、下記1)〜3)の手法が挙げられる。これら手法は、単独で実施しても、組み合わせて実施してもよい。
1)印加磁場1kエルステッドにおける一個のキャリア粒子当たりの平均磁化が3.5×10 −9 AM/個以下(望ましくは3.0×10 −9 AM/個以下、より望ましくは1.0×10 −9 AM/個以下)といった、磁化の低いキャリアを採用する手法。
ここで、外添剤としてのシリカ粒子をトナー粒子に埋没させる負荷のうち、最も大きいのが現像手段内での負荷であることが確認された。シリカ粒子をトナー粒子に埋没させなければ、A)トナー流動性が上がる、B)埋没していないシリカ粒子がトナー粒子と連れまわらず、像保持体に移行し、転写後、像保持体にシリカ粒子が残留し易くなる、ことがわかってきた。そして、この現像手段内の負荷を与える最も大きな要因はキャリアの磁化であることもわかった。
このため、キャリアの磁化を上記範囲に低減することで、現像手段内でのシリカ粒子のトナー粒子への埋没が抑制される結果、転写後、像保持体にシリカ粒子が残留し易くなる。
但し、キャリアの磁化を低減し過ぎると、キャリア自体の飛びが発生し易くなることから、上記キャリアの平均磁化は3.0×10 −10 AM/個以上とすることがよい。
2)体積平均粒径が40nm以上(望ましくは80nm以上、より望ましくは100nm以上)といった大型のシリカ粒子を1.0%以上、望ましくは3%以上、より望ましくは4%以上含む補給用トナーを採用する手法。
大型のシリカ粒子をトナーに外添すると、トナー粒子に対する付着力が弱まり、遊離状態(低付着でトナーから移動する状態)で存在し易くなり、シリカ粒子のトナー粒子への埋没が抑制される結果、転写後、像保持体にシリカ粒子が残留し易くなる。
但し、シリカ粒子が大きすぎると、逆に、トナー及び回収トナー共に流動性が低下する傾向となることから、シリカ粒子の体積平均粒径は400nm以下とすることがよい。
また、シリカ粒子の含有率も多すぎると、像保持体へ移行する量が過剰となり、クリーニング不良が発生し、像保持体の帯電障害が発生する傾向となることから、シリカ粒子の含有率は7質量%以下とすることがよい。
3)現像手段における現像剤保持体の単位面積当たりの現像量(つまり現像剤の付着量)をX(g/m)、像保持体と現像剤保持体との最短距離をY(μm)としたとき、式(1)(望ましくは式(1−2)、より望ましくは式(1−3))の関係を満たすようにする手法(図3参照)。
・式(1): (X/Y)>0.8
・式(1−2):(X/Y)>1.0
・式(1−3):(X/Y)>1.2
シリカ粒子自体は、マイナスに帯電することから、現像電界を強くすることで、シリカ粒子の現像促進(つまり、像保持体への移行促進)が実現されると考えられる。
シリカ粒子の現像促進を実現するためには、像保持体と現像剤保持体の最短距離を狭くすることがよい。これにより、現像電界が強くなり、シリカ粒子が現像され易くなると考えられる。
一方で、像保持体と現像剤保持体の最短距離を狭くしても、現像剤保持体上の現像量が低いとシリカ粒子の現像性が落ち、逆に、現像剤保持体上の現像量が多くても、像保持体と現像剤保持体が広いとシリカ粒子の現像性が落ちると考えられる。
このため、現像量(つまり現像剤の付着量)に対する像保持体と現像剤保持体との最短距離の比率である「X/Y」が上記範囲とすることで、シリカ粒子の現像促進(つまり、像保持体への移行促進)が実現される結果、転写後、像保持体にシリカ粒子が残留し易くなる。
但し、「X/Y」が大きすぎると、キャリア自体の飛びや画像乱れの発生、現像剤層形成に不具合が生じることがあるため、「X/Y」<1.5とすることがよい。
また、現像手段における現像剤保持体の単位面積当たりの現像量Xは、150g/m以上600g/m以下(望ましくは200g/m以上500g/m以下)の範囲とすることがよい。
一方、像保持体と現像剤保持体との最短距離Yは、200μm以上700μm以下(望ましくは250μm以上600μm以下)の範囲とすることがよい。
なお、現像剤保持体の単位面積当たりの現像量は、次のようにして測定した値である。
現像剤保持体に対し、0.001mの範囲が残るようにマスキングを行う。フィルターの付いた吸引器具を用いて、残された部分の現像剤を吸引し、フィルターに回収された現像剤の重量を測定した。重量を0.001mで割ることにより、単位面積あたりの重量を算出し、これを現像剤保持体の単位面積当たりの現像量とする。
これら1)〜3)の手法を採用することにより、特に、回収トナーの流動性を確保するために、例えば、直接シリカ粒子や流動性の高いトナーを添加する機構や、超音波を発生する振動子を設ける機構、空気流を利用する機構等の特殊な回収機構を設けることなく、本実施形態に係る画像形成装置では、回収トナーの流動性が確保される。
また、外添剤としてのシリカ粒子の含有率(外添量)を増やすことにより、トナー粒子に埋まり込みきれずに存在するシリカ粒子を多くすると、回収トナーの流動性が確保されると考えられるが、単に、回収トナーのシリカ粒子の含有率を増す目的で、補給用トナー(つまり現像に利用するトナー)のシリカ粒子の外添量を増すと、例えば、帯電が高くなったり、トナー粒子から遊離したシリカ粒子が凝集体を作り、白点や現像剤の噴き出し等の現象が生じ、トナーの現像性が悪化することがあり、この点でも、本実施形態に係る画像形成装置は有利である。
本実施形態に係る画像形成装置において、回収トナーにおけるシリカ粒子の含有率を補給用トナーにおけるシリカ粒子の含有率の1.4倍以上とするが、望ましくは1.5倍以上、より望ましくは1.6倍以上である。
但し、回収トナーに過剰のシリカ粒子を含ませるように、転写後、像保持体に残留するシリカ粒子の量を多くすると、これに起因するクリーニング不良と共に、画像欠陥が発生することがあるため、回収トナーにおけるシリカ粒子の含有率は、補給用トナーにおけるシリカ粒子の含有率の4倍以下とすることがよい。
また、本実施形態に係る画像形成装置において、回収トナーにおけるシリカ粒子の含有率は、トナー粒子に対して5質量%以上であることがよく、望ましくは6質量%以上、より望ましくは7質量%以上であることがよい。
回収トナーにおけるシリカ粒子の含有率を上記範囲(特に5質量%以上)とすることにより、回収トナーの流動性が確保される。
但し、回収トナーに過剰のシリカ粒子を含むと、逆に流動性が悪化することがあるため、回収トナーにおけるシリカ粒子の含有率は10質量%以下であることがよい。
なお、ナー粒子に対して5質量%以上の回収トナーが、本実施形態に係る静電潜像現像用の回収トナーに相当する。
つまり、本実施形態に係る静電潜像現像用の回収トナーは、体積平均粒径2.0μm以上6.5μm以下のトナー粒子と、トナー粒子に対する含有量が5.0質量%以上のシリカ粒子である外添剤と、を含むものである。
ここで、トナー及び回収トナーのシリカ粒子の含有率(シリカ粒子量と称することがある)は、蛍光X線による測定方法(詳細は後述)により測定された値である。
以下、本実施形態を図面を参照しつつ説明する。
図1は、本実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。
本実施形態に係る画像形成装置101は、図1に示すように、例えば、矢印aで示すように、時計回り方向に回転する電子写真感光体10(像保持体の一例)と、電子写真感光体10の上方に、電子写真感光体10に相対して設けられ、電子写真感光体10の表面を帯電させる帯電装置20(帯電手段の一例)と、帯電装置20により帯電した電子写真感光体10の表面に露光して、静電潜像を形成する露光装置30(潜像形成手段の一例)と、露光装置30により形成された静電潜像に、現像剤に含まれるトナーを付着させて電子写真感光体10の表面にトナー像を形成する現像装置40(現像手段の一例)と、電子写真感光体10に接触しつつ矢印bで示す方向に走行するとともに、電子写真感光体10の表面に形成されたトナー像を転写するベルト状の中間転写体50と、電子写真感光体10の表面をクリーニングするクリーニング装置70(クリーニング手段の一例)とを備える。
ここで、現像装置40へ補給用トナーを補給するための補給用トナー収容容器47(トナー補給手段の一例)が、補給搬送路46を介して、現像装置40に連結されている。
帯電装置20、露光装置30、現像装置40、中間転写体50、及びクリーニング装置70は、電子写真感光体10を囲む円周上に、時計周り方向に配置されている。
中間転写体50は、内側から、支持ローラ50A、50B、背面ローラ50C、及び駆動ローラ50Dによって張力を付与されつつ保持されるとともに、駆動ローラ50Dの回転に伴い矢印bの方向に駆動される。中間転写体50の内側における電子写真感光体10に相対する位置には、中間転写体50をトナーの帯電極性とは異なる極性に帯電させて中間転写体50の外側の面に電子写真感光体10上のトナーを吸着させる一次転写装置51が設けられている。中間転写体50の下方における外側には、記録紙P(記録媒体の一例)をトナーの帯電極性とは異なる極性に帯電させて、中間転写体50に形成されたトナー像を記録紙P上に転写する二次転写装置52が背面ローラ50Cに対向して設けられている。
なお、これら、電子写真感光体10に形成されたトナー像を記録紙Pへ転写するための部材が転写手段の一例に相当する。
中間転写体50の下方には、さらに、二次転写装置52に記録紙Pを供給する記録紙供給装置53と、二次転写装置52においてトナー像が形成された記録紙Pを搬送しつつ、トナー像を定着させる定着装置80とが設けられている。
記録紙供給装置53は、1対の搬送ローラ53Aと、搬送ローラ53Aで搬送される記録紙Pを二次転写装置52に向かって誘導する誘導板53Bと、を備える。一方、定着装置80は、二次転写装置52によってトナー像が転写された記録紙Pを加熱・押圧することにより、トナー像の定着を行う1対の熱ローラである定着ローラ81と、定着ローラ81に向かって記録紙Pを搬送する搬送帯82とを有する。
記録紙Pは、記録紙供給装置53と二次転写装置52と定着装置80とにより、矢印cで示す方向に搬送される。
中間転写体50には、さらに、二次転写装置52において記録紙Pにトナー像を転写した後に中間転写体50に残ったトナーを除去するクリーニングブレードを有する中間転写体クリーニング装置54が設けられている。
以下、本実施形態に係る画像形成装置101における主な構成部材の詳細について説明する。
−現像剤−
現像剤は、トナーとキャリアを含む二成分系現像剤である。
現像剤において、トナーとキャリアとの混合比(質量比)は、例えば、トナー:キャリア=1:100から30:100程度の範囲が挙げられる。
まず、トナーについて説明する。
トナーは、例えば、結着樹脂、着色剤、及び必要に応じて離型剤等の他の添加剤を含むトナー粒子と、シリカ粒子である外添剤と、を含んで構成される。
なお、補給用トナーは、現像剤におけるトナーの構成と同様である。
トナー粒子について説明する。
結着樹脂としては、特に制限はないが、スチレン類(例えばスチレン、クロロスチレン等)、モノオレフィン類(例えばエチレン、プロピレン、ブチレン、イソプレン等)、ビニルエステル類(例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル等)、α−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類(例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ドデシル等)、ビニルエーテル類(例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等)、ビニルケトン類(例えばビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等)等の単独重合体および共重合体、ジカルボン酸類とジオール類との共重合によるポリエステル樹脂等が挙げられる。
特に代表的な結着樹脂としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸アルキル共重合体、スチレン−メタクリル酸アルキル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。
また、代表的な結着樹脂としては、ポリウレタン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、変性ロジン、パラフィンワックス等も挙げられる。
着色剤としては、磁性粉(例えばマグネタイト、フェライト等)、カーボンブラック、アニリンブルー、カルイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、フタロシアニンブルー、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー17、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3等が代表的なものとして挙げられる。
その他の添加剤としては、例えば、離型剤、磁性体、帯電制御剤、無機粉体等が挙げられる。
離型剤としては、例えば、炭化水素系ワックス;カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス等の天然ワックス;モンタンワックス等の合成或いは鉱物・石油系ワックス;脂肪酸エステル、モンタン酸エステル等のエステル系ワックス;などが挙げられるが、これに限定されるものではない。
トナー粒子の特性について説明する。
トナー粒子は、平均形状係数(形状係数=(ML/A)×(π/4)×100で表される形状係数の個数平均、ここでMLは粒子の最大長を表し、Aは粒子の投影面積を表す)が100以上150以下であることが望ましく、105以上145以下であることがより望ましく、110以上140以下であることがさらに望ましい。
トナー粒子は、体積平均粒子径D50vが2.0μm以上6.5μm以下であり、2.0μm以上5.5μm以下であることが望ましく、2.0μm以上4.5μm以下であることが望ましい。なお、体積平均粒子径D50vの下限値として望ましくは2.5μm以上、より望ましくは3.0μm以上である。
ここで、トナー粒子の体積平均粒径D50vの測定法は、次の通りである。
まず、分散剤として界面活性剤(望ましくはアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム)の5質量%水溶液2ml中に、測定試料を0.5mg以上50mg以下加え、これを電解液100ml以上150ml以下中に添加した。この測定試料を懸濁させた電解液を超音波分散器で約1分間分散処理を行い、コールターマルチサイザーII型(ベックマン−コールター社製)により、アパーチャー径が100μmのアパーチャーを用いて、粒径が2.0μm以上60μm以下の範囲の粒子の粒度分布を測定する。測定する粒子数は50,000とする。
得られた粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、小粒径側から体積累積分布を引いて、累積50%となる粒径を体積平均粒径D50vとする。
外添剤について説明する。
外添剤としては、シリカ粒子が採用される。
シリカ粒子の体積平均粒径は、例えば、40nm以上がよく、望ましくは80nm以上、より望ましくは120nm以上がよい。
シリカ粒子の体積平均粒径を上記範囲とすることで、回収トナーの流動性が確保され易くなる。
但し、シリカ粒子が大きすぎると、逆に、トナー及び回収トナー共に流動性が低下する傾向となることから、シリカ粒子の体積平均粒径は400nm以下とすることがよい。
ここで、シリカ粒子の体積平均粒径は、シリカ粒子をトナー粒子に外添させた後のシリカ粒子の一次粒子100個をSEM(Scanning Electron Microscope)装置により観察し、一次粒子の画像解析によって粒子ごとの最長径、最短径を測定し、この中間値から球相当径を測定する。得られた球相当径の累積頻度における50%径(D50v)をシリカ粒子の平均粒径(つまり体積平均粒径)とする。
シリカ粒子の表面は、疎水化処理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。
シリカ粒子の含有率(外添量)は、例えば、2.0質量%以上がよく、望ましくは5質量%以上、より望ましくは7質量%以上である。
シリカ粒子の含有率(外添量)を上記範囲とすることで、回収トナーの流動性が確保され易くなる。
但し、シリカ粒子の含有率も多すぎると、像保持体へ移行する量が過剰となり、クリーニング不良が発生し、像保持体の帯電障害が発生する傾向となることから、シリカ粒子の含有率は7質量%以下とすることがよい。
外添剤としては、シリカ粒子以外に他の外添剤を併用してもよい。この場合、シリカ粒子の含有率(外添剤)は、他の外添剤との総量で、上記シリカ粒子の含有率の範囲とすることがよい。
他の外添剤としては、例えば、シリカ粒子以外の無機粒子が挙げられ、該無機粒子として、TiO、Al、CuO、ZnO、SnO、CeO、Fe、MgO、BaO、CaO、KO、NaO、ZrO、CaO・SiO、KO・(TiO、Al・2SiO、CaCO、MgCO、BaSO、MgSO等が挙げられる。
なお、他の外添剤の表面は、疎水化処理されていることがよい。
トナーの製造方法について説明する。
まず、トナー粒子は、特に製造方法により限定されるものではないが、例えば、結着樹脂、着色剤及び離型剤、必要に応じて帯電制御剤等を加えて混練、粉砕、分級する混練粉砕法;混練粉砕法にて得られた粒子を機械的衝撃力又は熱エネルギーにて形状を変化させる方法;結着樹脂の重合性単量体を乳化重合させ、形成された分散液と、着色剤及び離型剤、必要に応じて帯電制御剤等の分散液とを混合し、凝集、加熱融着させ、トナー粒子を得る乳化重合凝集法;結着樹脂を得るための重合性単量体と、着色剤及び離型剤、必要に応じて帯電制御剤等の溶液を水系溶媒に懸濁させて重合する懸濁重合法;結着樹脂と、着色剤及び離型剤、必要に応じて帯電制御剤等の溶液とを水系溶媒に懸濁させて造粒する溶解懸濁法等により製造されるトナー粒子が使用される。
また上記方法で得られたトナー粒子をコアにして、さらに凝集粒子を付着、加熱融合してコアシェル構造をもたせる製造方法等、公知の方法が使用される。なお、トナーの製造方法としては、形状制御、粒度分布制御の観点から水系溶媒にて製造する懸濁重合法、乳化重合凝集法、溶解懸濁法が望ましく、乳化重合凝集法が特に望ましい。
そして、トナーは、上記トナー粒子及び上記外添剤をヘンシェルミキサー又はVブレンダー等で混合することによって製造される。また、トナー粒子を湿式にて製造する場合は、湿式にて外添してもよい。
次に、キャリアについて説明する。
キャリアとしては、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、樹脂含浸型キャリアは、マトリックス樹脂中に磁性粉が分散・配合された粒子や、多孔質の磁性粉に樹脂を含浸させた粒子を芯材とし、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、例えば、酸化鉄、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。
芯材に被覆する被覆樹脂、磁性粉を分散・配合する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またはその変性品、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、芯材に被覆する被覆樹脂や、磁性粉を分散・配合する樹脂には、導電材料等、その他添加剤を含ませてもよい。
芯材の表面に被覆樹脂を被覆するには、被覆樹脂、およ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。
ここで、被覆樹脂の芯材に対する被覆量は、例えば、キャリア全体の質量に対して0.5質量%以上(望ましくは0.7質量%以上6質量%以下、より望ましくは1.0質量%以上5.0質量%以下)であることがよい。
芯材が露出し過ぎてしまうと、現像の際、磁気ブラシが感光体(像保持体)と接触したとき、それを構成するキャリアの硬い芯材が感光体(像保持体)の表面に接触し、強い
掻き取り力が発生してしまい、感光体(像保持体)の表面に塗布されたフッ素樹脂が逆に取り除かれ易くなってしまうことがあり、カブリが発生することがある。
また、露出した芯材が感光体(像保持体)と接触すると、電荷リークが生じ易くなることがある。
このため、被覆樹脂の芯材に対する被覆量は、上記範囲であることがよい。
この被覆量は、次のようにして求められる。
溶剤可溶の被覆樹脂の場合は、精量したキャリアを可溶溶剤(例えば、トルエン)に溶解させ、磁性粉を磁石で保持し、被覆樹脂が溶解した溶液を洗い流す。これを数度繰り返す事により、被服樹脂が取り除かれた磁性粉が残る。乾燥させ、磁性粉の質量を測定し、差分をキャリア量で割る事により被覆量が算出される。
具体的には、キャリア20.0gを計り取り、ビーカーに入れ、トルエン100gを加え攪拌翼で10分攪拌する。ビーカーの底に磁石をあて、芯材(磁性粉)が流れ出さないようにトルエンを流す。これを4回繰り返し、洗い流した後のビーカーを乾燥させる。乾燥後磁性粉量を測定し、式[(キャリア量−洗浄後の磁性粉量)/キャリア量]で被覆量を算出する。
一方、溶剤不溶の被覆樹脂の場合は、Rigaku社製Thermo plus EVOII 差動型示差熱天秤 TG8120を用い、窒素雰囲気下で、室温(25℃)以上1000℃以下の範囲で加熱し、その質量減少から被覆量を算出する。
キャリアは、印加磁場1kエルステッドにおける一個のキャリア粒子当たりの平均磁化が、例えば、3.5×10 −9 AM/個以下であることがよく、望ましくは3.0×10 −9 AM/個以下、より望ましくは2.5×10 −9 AM/個以下である。
キャリアの平均磁化を上記範囲とすることで、回収トナーの流動性が確保され易くなる。
但し、キャリアの磁化を低減し過ぎると、キャリア飛びが発生し易くなることから、上記キャリアの平均磁化は3.0×10 −10 AM/個以上とすることがよい。
ここで、印加磁場1kエルステッドにおける一個のキャリア粒子当たりの平均磁化σsは、次式で表される。
式:σs=σ×4π(r/2) ρ/(3×10 15
σ:キャリアの磁化(AM/kg)
r:キャリアの体積平均粒径D50v(μm)
ρ:キャリア(被覆キャリアの場合、芯材)の真比重(g/cm
キャリアの磁化は、例えば、30AM/kg以上80AM/kg以下がよく、望ましくは40AM/kg以上75AM/kg以下であり、より望ましくは40AM/kg以上70AM/kg以下である。
キャリアの磁化は、例えば、被覆キャリアの場合、用いる磁性粉の種類、大きさ等により調整され、磁性粉分散型キャリアの場合、用いる磁性粉の種類、量等により調整される。
キャリアの磁化(AM/kg)は、1000エルステッドの磁場中で、VSM(バイブレーションサンプルメソッド)測定器を用いてBHトレーサ法で測定した値である。測定器しては、東英工業株式会社製振動試料型磁力計VSM P10を用いる。
キャリアの体積平均粒径D50vは、例えば、15μm以上35μm以下がよく、望ましくは18μm以上32μm以下であり、より望ましくは20μm以上30μm以下である。
キャリアの体積平均粒径D50v及び体積平均粒度分布指標GSDvは、レーザー散乱粒度測定装置(日機装(株)製、マイクロトラック)を用いて、100μmのアパーチャ径で測定することにより得られる。このとき、測定はキャリアを電解質水溶液(アイソトン水溶液)に分散させ、超音波により30秒以上分散させた後に行った。
レーザー散乱粒度測定装置(日機装(株)製、マイクロトラック)で測定されたキャリアの粒度分布を基にして分割された粒度範囲(チャネル)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%となる粒径が体積平均粒径D50vとし、体積平均粒度分布指標GSDvにおいて、チャネルから粒径45μmの粒子の比率を求めた。
キャリア(被覆キャリアの場合、芯材)の真比重は、例えば、2.5g/cm以上6.0g/cm以下がよく、望ましくは2.8g/cm以上5.5g/cm以下であり、より望ましくは3.0g/cm以上5.0g/cm以下である。
キャリアの真比重は、次のようにして求められる値である。
キャリアの真比重ρは、例えば、被覆キャリアの場合、用いる磁性粉の種類により調整され、磁性粉分散型キャリアの場合、用いる磁性粉の種類、磁性粉充填量等により調整される。
キャリアの真比重は、例えば、気相置換法に準じて、高精度自動体積計(例えば、エステック社製VM−100等)を用いて測定する。
−電子写真感光体−
電子写真感光体10としては、有機感光体、無機感光体が挙げられる。
電子写真感光体10として具体的には、例えば、1)導電性基体上に下引層が設けられ、その上に電荷発生層、電荷輸送層、及び保護層が順次形成された構造を有するもの、2)導電性基体上に下引層が設けられ、その上に、電荷輸送層、電荷発生層、及び保護層が順次形成された構造を有するもの、3)導電性基体上に下引層が設けられ、その上に単層型感光層、保護層が順次形成された構造を有するもの、等、周知のものが挙げられる。
なお、電荷発生層及び電荷輸送層は機能分離型の感光層である。また、電子写真感光体10において、下引層は設けてもよいし、設けなくてもよい。
−帯電装置−
帯電装置20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型帯電器が挙げられる。また、帯電装置20としては、例えば、非接触方式のローラ帯電器、コロナ放電を利用したスコロトロン帯電器やコロトロン帯電器等のそれ自体公知の帯電器等も挙げられる。帯電装置20としては、接触型帯電器がよい。
なお、本実施形態では、直流に交流を重畳した電圧を印加する方式の帯電器を採用しても、放電生成物が生じ易い方式であるが、このような方式を採用しても、電子写真感光体10に放電生成物の付着・堆積が抑制され、画像の白抜けが抑制される。
−露光装置−
露光装置30としては、例えば、電子写真感光体10表面に、半導体レーザ光、LED光、液晶シャッタ光等の光を、像様に露光する光学系機器等が挙げられる。光源の波長は電子写真感光体10の分光感度領域にあるものがよい。半導体レーザーの波長としては、例えば、780nm前後に発振波長を有する近赤外がよい。しかし、この波長に限定されず、600nm台の発振波長レーザーや青色レーザーとして400nm以上450nm以下に発振波長を有するレーザーも利用してもよい。また、露光装置30としては、例えばカラー画像形成のためにはマルチビーム出力するタイプの面発光型のレーザー光源も有効である。
−現像装置−
現像装置40は、例えば、現像領域で電子写真感光体10に対向して配置されており、例えば、トナー及びキャリアを含む現像剤(2成分現像剤)を収容する現像容器41を有している。現像容器41は、現像容器本体41Aとその上端を塞ぐ現像容器カバー41Bとを有している。
現像容器本体41Aは、例えば、その内側に、現像ロール(現像剤保持体の一例)42を収容する現像ロール室42Aを有しており、現像ロール室42Aに隣接して、第1攪拌室43Aと第1攪拌室43Aに隣接する第2攪拌室44Aとを有している。また、現像ロール室42A内には、例えば、現像容器カバー41Bが現像容器本体41Aに装着された時に現像ロール42表面の現像剤の層厚を規制するための層厚規制部材45が設けられている。
第1攪拌室43Aと第2攪拌室44Aとの間は例えば仕切り壁41Cにより仕切られており、図示しないが、第1攪拌室43A及び第2攪拌室44Aは仕切り壁41Cの長手方向(現像装置長手方向)両端部に開口部が設けられて通じており、第1攪拌室43A及び第2攪拌室44Aによって循環攪拌室(43A+44A)を構成している。
そして、現像ロール室42Aには、電子写真感光体10と対向するように現像ロール42が配置されている。現像ロール42は、図示しないが磁性を有する磁性ロール(固定磁石)の外側にスリーブを設けたものである。第1攪拌室43Aの現像剤は磁性ロールの磁力によって現像ロール42の表面上に吸着されて、現像領域に搬送される。また、現像ロール42はそのロール軸が現像容器本体41Aに回転自由に支持されている。ここで、現像ロール42と電子写真感光体10とは、同方向に回転し、対向部において、現像ロール42の表面上に吸着された現像剤は、電子写真感光体10の進行方向とは逆方向から現像領域に搬送するようにしている。
また、現像ロール42のスリーブには、不図示のバイアス電源が接続され、現像バイアスが印加されるようになっている(本実施形態では、現像領域に交番電界が印加されるように、直流成分(AC)に交流成分(DC)を重畳したバイアスを印加)。
第1攪拌室43A及び第2攪拌室44Aには現像剤を攪拌しながら搬送する第1攪拌部材43(攪拌・搬送部材)及び第2攪拌部材44(攪拌・搬送部材)が配置されている。第1攪拌部材43は、現像ロール42の軸方向に伸びる第1回転軸と、回転軸の外周に螺旋状に固定された攪拌搬送羽根(突起部)とで構成されている。また、第2攪拌部材44も、同様に、第2回転軸及び攪拌搬送羽根(突起部)とで構成されている。なお、攪拌部材は現像容器本体41Aに回転自由に支持されている。そして、第1攪拌部材43及び第2攪拌部材44は、その回転によって、第1攪拌室43A及び第2攪拌室44Aの中の現像剤は互いに逆方向に搬送されるように配設されている。
そして、第2攪拌室44Aの長手方向一端側には、補給用トナー及び補給用キャリアを含む補給用トナーを第2攪拌室44Aへ供給するための補給搬送路46の一端が連結されており、補給搬送路46の他端には、補給用トナーを収容している補給用トナー収容容器47が連結されている。
−転写装置−
一次転写装置51、及び二次転写装置52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やコロトロン転写帯電器等のそれ自体公知の転写帯電器が挙げられる。
中間転写体50としては、導電剤を含んだポリイミド、ポリアミドイミド、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル、ゴム等のベルト状のもの(中間転写ベルト)が使用される。また、中間転写体の形態としては、ベルト状以外に円筒状のものが用いられる。
−クリーニング装置−
クリーニング装置70は、筐体71と、筐体71から突出するように配設されるクリーニングブレード72と、を含んで構成されている。
なお、クリーニングブレード72は、筐体71の端部で支持された形態であってもよし、別途、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71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72について説明する。
クリーニングブレード72は、電子写真感光体10の回転軸に沿った方向に延びた板状のものであって、電子写真感光体10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に設けられている。
クリーニングブレード72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、プロロピレンゴム、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よい。
次に、本実施形態に係る画像形成装置101の画像プロセス(画像形成方法)について説明する。
本実施形態に係る画像形成装置101では、まず、電子写真感光体10が矢印aで示される方向に沿って回転すると同時に、帯電装置20により帯電する。
帯電装置20によって表面が帯電した電子写真感光体10は、露光装置30により露光され、表面に潜像が形成される。
電子写真感光体10における潜像の形成された部分が現像装置40に近づき、現像装置40において、現像ロール42の表面に形成した現像剤による磁気ブラシが電子写真感光体10に接触又は非接触で接近することで、潜像にトナーが付着し、トナー像が形成される。
トナー像が形成された電子写真感光体10が矢印aに方向にさらに回転すると、トナー像は中間転写体50の外側の面に転写する。
トナー像が中間転写体50に転写されたら、記録紙供給装置53により、二次転写装置52に記録紙Pが供給され、中間転写体50に転写されたトナー像が二次転写装置52により、記録紙P上に転写される。これにより、記録紙Pにトナー像が形成される。
画像が形成された記録紙Pは、定着装置80でトナー像が定着される。
ここで、トナー像が中間転写体50に転写された後、電子写真感光体10は、転写後、クリーニング装置70のクリーニングブレード72により、表面に残ったトナーや放電生成物が除去される。そして、クリーニング装置70において、転写残のトナーや放電生成物が除去された電子写真感光体10は、帯電装置20により、再び帯電せられ、露光装置30において露光されて潜像が形成される。
また、随時、補給用トナー収容容器47から補給搬送路46を経て補給用トナーを現像装置40(第2攪拌室44A)へ供給する。
また、本実施形態に係る画像形成装置101は、例えば、図2に示すように、筐体11内に、電子写真感光体10、帯電装置20、現像装置40、及びクリーニング装置70を一体に収容させたプロセスカートリッジ101Aを備えた形態であってもよい。このプロセスカートリッジ101Aは、複数の部材を一体的に収容し、画像形成装置101に脱着させるものである。なお、図2に示す画像形成装置101では、補給用トナー収容容器47を省略して示している。
プロセスカートリッジ101Aの構成は、これに限られず、例えば、少なくとも、電子写真感光体10を備えてえればよく、その他、例えば、帯電装置20、露光装置30、現像装置40、一次転写装置51、及びクリーング装置70から選択される少なくとも一つを備えていてもよい。
また、本実施形態に係る画像形成装置101は、上記構成に限られず、例えば、電子写真感光体10の周囲であって、一次転写装置51よりも電子写真感光体10の回転方向下流側でクリーニング装置70よりも電子写真感光体の回転方向上流側に、残留したトナーの極性を揃え、クリーニングブラシ等で除去しやすくするための第1除電装置を設けた形態であってもよいし、クリーニング装置70よりも電子写真感光体の回転方向下流側で帯電装置20よりも電子写真感光体の回転方向上流側に、電子写真感光体10の表面を除電する第2除電装置を設けた形態であってもよい。
また、本実施形態に係る画像形成装置101は、上記構成に限れず、周知の構成、例えば、電子写真感光体10に形成したトナー像を直接、記録紙Pに転写する方式を採用してもよいし、タンデム方式の画像形成装置を採用してもよい。
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。ただし、実施例6は参考例に該当する。なお、特に断りがない限り、以下の実施例において「部」は質量部を、「%」は質量%を意味する。
[トナー粒子の作製]
(トナー1の作製)
−ポリエステル樹脂分散液の調製−
・テレフタル酸 30mol%
・フマル酸 70mol%
・ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物 20mol%
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物 80mol%
攪拌装置、窒素導入管、温度センサー、精留塔を備えた内容量5リットルのフラスコに上記モノマーを仕込み、1時間を要して190℃まで上げ、反応系内が攪拌されていることを確認した後、ジブチル錫オキサイド1.2質量部を投入した。
さらに生成する水を留去しながら同温度から6時間を要して240℃まで温度を上げ、240℃でさらに3時間脱水縮合反応を継続し、酸価が12.0mg/KOH、重量平均分子量9700である非晶質ポリエステル樹脂を得た。
次いで、これを溶融状態のまま、キャビトロンCD1010(株式会社ユーロテック製)に毎分100gの速度で移送した。
別途準備した水性媒体タンクには試薬アンモニア水をイオン交換水で希釈した0.37質量%濃度の希アンモニア水を入れ、熱交換器で120℃に加熱しながら毎分0.1リットルの速度で、上記非晶質ポリエステル樹脂1溶融体と同時にキャビトロンCD1010(株式会社ユーロテック製)に移送した。
回転子の回転速度が60Hz、圧力が5kg/cmの条件でキャビトロンを運転し、平均粒径0.16μm、固形分量30質量部のポリエステル樹脂からなる樹脂分散液を得た。
−着色剤分散液の調製−
・シアン顔料(銅フタロシアニンB15:3:大日精化社製) 45質量部
・イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬社製) 5質量部
・イオン交換水 200質量部
上記成分を混合溶解し、ホモジナイザー(IKAウルトラタラックス)により10分間分散し、中心粒径168nm、固形分量22.0質量部の着色剤分散液を得た。
−離型剤分散液の調製−
・パラフィンワックス HNP9(融点75℃:日本精鑞社製) 45質量部
・カチオン性界面活性剤 ネオゲンRK(第一工業製薬社製) 5質量部
・イオン交換水 200質量部
上記成分を95℃に加熱して、IKA製ウルトラタラックスT50にて分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理し、中心径200nm、固形分量20.0質量部の離型剤分散液を得た。
−トナー粒子の作製−
・ポリエステル樹脂分散液 278.9質量部
・着色剤分散液 27.3質量部
・離型剤分散液 35質量部
上記成分を丸型ステンレス製フラスコ中においてウルトラタラックスT50で混合・分散した。次いで、これにポリ塩化アルミニウム0.20質量部を加え、ウルトラタラックスで分散操作を継続した。加熱用オイルバスでフラスコを攪拌しながら48℃まで加熱した。48℃で60分保持した後、ここに樹脂分散液を70.0質量部追加した。
その後、0.5mol/lの水酸化ナトリウム水溶液で系内のpHを9.0にした後、ステンレス製フラスコを密閉し、磁力シールを用いて攪拌を継続しながら96℃まで加熱し、5時間保持した。
反応終了後、冷却し、濾過、イオン交換水で洗浄した後、ヌッチェ式吸引濾過により固液分離を施した。これを更に40℃のイオン交換水1Lに再分散し、15分300rpmで攪拌・洗浄した。
これを更に5回繰り返し、濾液のpHが7.5、電気伝導度7.0μS/cmtとなったところで、ヌッチェ式吸引濾過によりNo5Aろ紙を用いて固液分離を行った。次いで真空乾燥を12時間継続した。
このときの粒子径をコールターマルチサイザーにて測定したところ体積平均粒径D50は3.2μm、粒度分布係数GSDは1.14であった。また、ルーゼックスによる形状観察より求めたトナー粒子の形状係数は0.970であることが観察された。
このようにして、トナー粒子1を得た。
(トナー粒子2〜3の作製)
トナー粒子1の製造条件を変更した以外は、トナー粒子1と同様にして、表1に示す体積平均粒径を持つトナー粒子2〜3を得た。
[外添剤の準備]
外添剤として、表1に示すシリカ粒子1〜4を準備した。
[キャリアの作製]
(キャリア1の作製)
・綜研化学社製「ポリメタクリル酸メチル(PMMA)樹脂(Mw72,000、Mn36,000): 3質量部
・和光純薬工業株式会社 トルエン(特級): 30質量部
・芯材[パウダーテック社製磁性粉「Mn−Mgフェライトコア(平均粒径25μm、飽和磁化55A/m/kg(1kOe時)、真比重4.6g/cm)]: 100質量部
まず、上記組成のうち、PMMA樹脂をトルエンに溶解させPMMA樹脂のトルエン溶液を作製する。
次に、芯材であるフェライトコア(磁性粉)を80℃に加熱したニーダーに投入し、攪拌させる。
フェライトコアが50℃になった時点で、PMMAのトルエン溶液を投入し、密閉し10分攪拌させる。
次に、攪拌したまま、真空にし、トルエンを蒸発させる。30分後真空を解除し、取り出す。
そして、放置冷却させ30℃になった後、45μm篩分を実施し、キャリア1を得る。
(キャリア2の作製)
得られるキャリアが表1に示す磁化/粒径となるように、磁化/粒径を調整した芯材(フェライトコア[真比重4.6]:磁性粉)を用いた以外は、キャリア1の作製と同様にキャリア2を作製した。
(キャリア3の作製)
得られるキャリアが表1に示す磁化/粒径となるように、磁化/粒径を調整した芯材(フェライトコア[真比重4.6]:磁性粉)を用いた以外は、キャリア1の作製と同様にキャリア3を作製した。
(キャリア4の作製)
得られるキャリアが表1に示す磁化/粒径となるように、磁化/粒径を調整した芯材(フェライトコア[真比重4.6]:磁性粉)を用いた以外は、キャリア1の作製と同様にキャリア比較キャリア1を作製した。
なお、作製したキャリアの特性を表1に一覧にして示す。
[実施例1〜11、比較例1〜3]
表3に従った組み合わせで、トナー粒子100質量部に、表3に従った添加量でシリカ粒子を加える共に、酸化チタン(「TM150AW」テイカ社製、体積平均粒径が20nmで、デシルトリメトキシシランで表面処理)、5リットルヘンシェルミキサーを用い、攪拌速度2500rpmで30分間ブレンドを行った後、45μmの目開きの篩を用いて粗大粒子を除去し、各トナーを作製した。
そして、表3に従った組み合わせで、トナー9質量部とキャリア100質量部とを、V型ブレンダーで、攪拌速度10rpmで30分間ブレンドして、各現像剤を作製した。
得られた現像剤を、富士ゼロックス社製「C4475」改造機の現像装置に収容すると共に、現像剤に採用したトナーを補給用トナーとして、トナーカートリッジに充填して、以下の評価を行った。
本改造機は、クリーニング装置から、クリーニング装置によりクリーニングした回収トナーを、搬送部材(オーガ)が挿入された排出管を通じて回収容器へ搬送するようになっている。そして、排出管の透明アクリル樹脂製のものに置き換え、回収トナーの搬送状態を観察できるよう加工した。
なお、評価は、「C4475」改造機の黒現像位置で実施すると共に、表3に従った現像条件(表2参照)で実施した。
ここで、表2に示す各現像条件において、現像ロールの単位面積当たりの現像量X(g/m)は、現像ロールに対向して配置された現像層(磁気ブラシ)規制板の幅で調整した。
また、感光体と現像ロールとの最短距離Y(μm)は、現像ロールの軸に感光体と接触し距離を調整するトラッキングロールにより調整した。なお、現像剤を入れる前に、トラッキングロールにより感光体と現像ロールとの最短距離Yを調整し、目的とする最短距離Yとなった所で固定した後、現像装置を外し、現像剤を投入した。
[評価]
−画像出力−
以下に示す環境、形成画像、出力枚数に従った下記画像出力条件(1)、(2)、(3)、(4)、(5)の順で画像の出力を行った。
(1)H/H、5%、2万枚
(2)H/H、20%、2万枚
(3)L/L、5%、2万枚
(4)L/L、20%、2万枚
(5)H/H、20%、2万枚
なお、上記画像出力条件において、各略語は、以下を意味する。
・「L/L」:画像出力環境が低温低湿下(15℃/10%)の環境であること
・「H/H」:画像出力環境が高温高湿下(30℃/88%)の環境であること
・「5%」:画像密度5%のハーフトーン画像を出力すること。
・「20%」:画像密度20%のハーフトーン画像を出力すること。
・「2万枚」:A4用紙で2万枚の画像を出力すること
−シリカ粒子量の分析−
まず、画像出力前に、トナーカートリッジから補給用トナーを採取して、シリカ粒子量を分析した。
そして、画像出力後に、クリーニング装置によりクリーニングした回収トナーが搬送される排出管から、当該回収トナーを採取して、シリカ粒子量を分析した。
ここで、シリカ粒子量の分析は、以下に示す蛍光X線による測定方法により実施した。
まず、採取した各トナー150mgを精秤し、加圧成型器で5t/cm、1分間の加圧成型を実施し10mm径、円板状の測定試料を作製した。
次に、作製した測定試料を、波長分散型蛍光X線分析装置XRF−1500((株)島津製作所製)にて、Rhターゲット、管電圧40KV、管電流70mA、測定時間30分の測定条件にて各元素由来の発生X線量であるNet強度(kcps)値を測定した。
一方で、予め、シリカ粒子の添加量変えた6水準(添加量0.5質量%、1質量%、2質量%、5質量%、10質量%、20質量%)とシリカ粒子添加無しとの計7水準のトナーを予め作製しておき、本添加量と蛍光X線のNet強度値の検量線を作成した。そして、近似式に基づき、測定試料のNet強度(kcps)値からシリカ粒子量を算出した。
−回収トナー配管詰まり−
クリーニング装置によりクリーニングした回収トナーが搬送される排出管を観察して評価した。クリーニング装置によりクリーニングした回収トナーが搬送される排出管に挿入されている搬送部材(オーガ)のモーターが回転負荷により停止(所謂トルクオーバー)した時点を、回収トナー配管詰まりとし評価した。
評価基準は、以下の通りである。
○:回収配管 壁付着無し。
○−:回収配管 壁付着有り。排出性問題無し。
△:回収配管 溜まり/トルク負荷有り。排出性問題無し。
×:モーターが負荷により停止。
−画質−
画質は、4ptの”響”文字を出力し、文字下部の日における横線の再現性を指標とし、下記評価基準で評価した。
○:線に白抜けが無く、滲みもみられない。
○−:線に白抜けが無いが、滲みがみられる。
△:線に途切れが数か所ある。
×:線の途切れが5箇所以上ある。
上記結果から、実施例では、比較例に比べ、回収トナーの排出管詰まりが抑制されることがわかる。
一方で、実施例の結果から、回収トナーのシリカ粒子量が過剰になると、画像欠陥が生じることもわかる。
10 電子写真感光体、10A 電子写真感光体、10B 電子写真感光体、20 帯電装置、30 露光装置、40 現像装置、41 現像容器、41A 現像容器本体、41B 現像容器カバー、41C 仕切り壁、42 現像ロール、42A 現像ロール室、43 攪拌部材、43A 攪拌室、44 攪拌部材、44A 攪拌室、45 層厚規制部材、46 補給搬送路、47 補給用トナー収容容器、50 中間転写体、50A 支持ローラ、50B 支持ローラ、50C 背面ローラ、50D 駆動ローラ、51 一次転写装置、52 二次転写装置、53 記録紙供給装置、53A 搬送ローラ、53B 誘導板、54 中間転写体クリーニング装置、70 クリーニング装置、71 筐体、72 クリーニングブレード、80 定着装置、81 定着ローラ、82 搬送帯、101 画像形成装置、101A プロセスカートリッジ、

Claims (6)

  1. 像保持体と、
    前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
    帯電された前記像保持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
    体積平均粒径2.0μm以上6.5μm以下のトナー粒子及び外添剤である体積平均粒径40nm以上のシリカ粒子を含み、かつ前記シリカ粒子の含有量が2.0質量%以上であるトナーと体積平均粒径が35μm以下のキャリアとを有する現像剤を収容し、且つ現像剤保持体を有する現像手段であって、前記現像剤保持体の表面に形成した前記現像剤による磁気ブラシによって、前記像保持体に形成された前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像手段と、
    前記像保持体に形成された前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
    前記像保持体の表面に残留した前記トナーをクリーニングするクリーニング手段と、
    前記現像手段に、体積平均粒径2.0μm以上6.5μm以下のトナー粒子及び外添剤である体積平均粒径40nm以上のシリカ粒子を含み、かつ前記シリカ粒子の含有量がトナー粒子に対して2.0質量%以上である補給用トナーを補給するトナー補給手段と、
    を備え、
    前記クリーニング手段によりクリーニングされて回収した回収トナーであって、回収した回収トナー自体におけるシリカ粒子の含有率、前記補給用トナーにおけるシリカ粒子の含有率の1.6倍以上である画像形成装置。
  2. 前記キャリアが、印加磁場1kエルステッドにおける一個のキャリア粒子当たりの平均磁化が3.5×10−9AM/個以下のキャリアである請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記現像剤保持体の単位面積当たりの現像量をX(g/m)、前記像保持体と前記現像剤保持体との最短距離をY(μm)としたとき、式(1)の関係を満たす請求項1又は2のいずれか1項に記載の画像形成装置。
    ・式(1):(X/Y)>0.8
  4. 像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
    帯電された前記像保持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成工程と、
    体積平均粒径2.0μm以上6.5μm以下のトナー粒子及び外添剤である体積平均粒径40nm以上のシリカ粒子を含み、かつ前記シリカ粒子の含有量が2.0質量%以上であるトナーと体積平均粒径が35μm以下のキャリアとを有する現像剤を収容し、且つ現像剤保持体を有する現像手段において、前記現像剤保持体の表面に前記現像剤による磁気ブラシを形成し、前記現像剤による磁気ブラシによって、前記像保持体に形成された前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像工程と、
    前記像保持体に形成された前記トナー像を記録媒体に転写する転写工程と、
    前記像保持体の表面に残留した前記トナーをクリーニングするクリーニング工程と、
    前記現像手段に、体積平均粒径2.0μm以上6.5μm以下のトナー粒子及び外添剤である体積平均粒径40nm以上のシリカ粒子を含み、かつ前記シリカ粒子の含有量がトナー粒子に対して2.0質量%以上である補給用トナーを補給するトナー補給工程と、
    を備え、
    前記クリーニング工程によりクリーニングされて回収した回収トナーであって、回収した回収トナー自体におけるシリカ粒子の含有率が、前記補給用トナーにおけるシリカ粒子の含有率の1.6倍以上である画像形成方法。
  5. 前記キャリアが、印加磁場1kエルステッドにおける一個のキャリア粒子当たりの平均磁化が3.5×10−9AM/個以下のキャリアである請求項に記載の画像形成方法。
  6. 前記現像剤保持体の単位面積当たりの現像量をX(g/m)、前記像保持体と前記現像剤保持体との最短距離をY(μm)としたとき、式(1):(X/Y)>0.8の関係を満たす請求項4又は5に記載の画像形成方法。
    ・式(1):(X/Y)>0.8
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