JP6673284B2 - 画像形成装置、及び画像形成方法 - Google Patents
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Description
図1を用いて、本実施形態に係る画像形成装置の構成を説明する。図1は、本実施形態に係る画像形成装置の構成を示す図である。画像形成装置10は、タンデム方式の電子写真装置である。詳しくは、画像形成装置10は、各色に対応した画像形成部10A〜10Dと、露光装置17と、転写ベルト21と、二次転写ローラー23と、定着装置25と、制御部29とを備える。画像形成部10A〜10Dは、各々、現像装置11と、像担持体13と、帯電装置15と、一次転写ローラー19と、クリーニング部材27とを備える。
構成P:樹脂粒子55の個数平均一次粒子径が、50nm以上70nm以下である。
構成Q:樹脂粒子55のブロッキング率が、15質量%以上40質量%以下である。
構成R:像担持体13の表面13sの算術平均粗さRaが、40nm以上65nm以下である。
像担持体の表面の算術平均粗さRaが小さくなるにつれて、像担持体の表面とクリーニング部材の表面との接触面積が大きくなる傾向にある。そのため、像担持体の表面の算術平均粗さRaが小さ過ぎると、クリーニング時には、像担持体の表面とクリーニング部材の表面との間で発生する摩擦力を小さく抑えることが難しい。これにより、クリーニング部材が欠損することがある。クリーニング部材が欠損すると、脱離粒子が、クリーニング部材の欠損箇所を通って、像担持体とクリーニング部材との間を擦り抜けることがある。よって、クリーニング部材によるクリーニング性能が低下し易い。
像担持体の表面の算術平均粗さRaが大きくなるにつれて、像担持体の表面に形成された凹部が大きくなる傾向にある。そして、像担持体の表面に形成された凹部が大きくなると、脱離粒子が、像担持体の表面に形成された凹部内を通って、像担持体とクリーニング部材との間を擦り抜け易い。よって、クリーニング部材によるクリーニング性能が低下し易い。
画像形成装置10を用いた画像形成方法では、制御部29が、画像形成を実行する。CPUが所定の制御プログラムを実行することで、帯電工程と露光工程と現像工程と転写工程と定着工程とクリーニング工程とを行うことができる。以下では、帯電工程と露光工程と現像工程と転写工程と定着工程とクリーニング工程とを順に説明する。
以下、図面を参照することなく、本実施形態における現像剤の好ましい製造方法を説明する。本実施形態における現像剤の製造方法は、好ましくはトナーの製造工程を含み、より好ましくは混合工程をさらに含む。
トナーの製造工程は、トナー母粒子の製造工程と、樹脂粒子の製造工程と、外添工程とを含むことが好ましい。同時に製造された複数のトナー粒子は、互いに略同一の構成を有すると考えられる。
トナー母粒子の製造工程は、好ましくはトナーコアの製造工程を含み、より好ましくはシェル層の形成工程をさらに含む。トナーコアの製造工程とシェル層の形成工程とを順に行えば、カプセルトナーを製造できる。トナーコアの製造工程を行った後、シェル層の形成工程を行わなければ、非カプセルトナーを製造できる。ここで、カプセルトナーは、トナーコアと、トナーコアの表面に形成されたシェル層とを備える。非カプセルトナーは、トナーコアを備えるが、シェル層を備えない。非カプセルトナーでは、トナーコアがトナー母粒子に相当する。
樹脂粒子の製造工程は、樹脂粒子の分散液の調製工程と、樹脂粒子の分散液の乾燥工程とを含むことが好ましい。
外添工程では、混合機(例えば、日本コークス工業株式会社製のFMミキサー)を用いて、得られた粉体(複数の樹脂粒子)とトナー母粒子とを混合することが好ましい。これにより、トナー母粒子の表面には、樹脂粒子が付着する。こうして、トナー粒子を多数含むトナーが得られる。
混合工程では、得られたトナーとキャリアとを混合して攪拌することが好ましい。このとき、トナー粒子は、100質量部のキャリア粒子に対して、好ましくは1質量部以上20質量部以下添加され、より好ましくは3質量部以上15質量部以下添加される。また、混合機(例えば、ボールミル、ナウターミキサー又はロッキングミキサー等)を用いて、トナー粒子とキャリア粒子との混合及び攪拌を行うことができる。このようにして、現像剤が得られる。
本実施形態における現像剤を構成する材料としては、例えば、以下に示す材料が挙げられる。以下では、化合物名の後に「系」を付けて、化合物及びその誘導体を包括的に総称する場合がある。化合物名の後に「系」を付けて重合体名を表す場合には、重合体の繰返し単位が化合物又はその誘導体に由来することを意味する。また、アクリル及びメタクリルを包括的に「(メタ)アクリル」と総称する場合がある。また、アクリロニトリル及びメタクリロニトリルを包括的に「(メタ)アクリロニトリル」と総称する場合がある。
(結着樹脂)
トナーコアでは、通常、成分の大部分(例えば、85質量%以上)を結着樹脂が占める。このため、結着樹脂の性質がトナーコア全体の性質に大きな影響を与えると考えられる。
ポリエステル樹脂は、1種以上のアルコールと1種以上のカルボン酸との共重合体である。ポリエステル樹脂を合成するためのアルコールとしては、例えば以下に示す2価アルコール又は3価以上のアルコールを使用できる。2価アルコールとしては、例えば、ジオール類又はビスフェノール類を使用できる。ポリエステル樹脂を合成するためのカルボン酸としては、例えば以下に示す2価カルボン酸又は3価以上のカルボン酸を使用できる。
離型剤は、例えば、正帯電性トナーの定着性又は耐高温オフセット性を向上させる目的で使用される。トナーコアのカチオン性を強めるためには、カチオン性を有するワックスを用いてトナーコアを作製することが好ましい。
電荷制御剤は、例えば、正帯電性トナーの帯電安定性又は帯電立ち上がり特性を向上させる目的で使用される。正帯電性トナーの帯電立ち上がり特性は、短時間で所定の帯電レベルに正帯電性トナーを帯電可能か否かの指標になる。トナーコアに正帯電性の電荷制御剤を含有させることで、トナーコアのカチオン性を強めることができる。トナーコアに負帯電性の電荷制御剤を含有させることで、トナーコアのアニオン性を強めることができる。
着色剤としては、正帯電性トナーの色に合わせて公知の顔料又は染料を用いることができる。正帯電性トナーを用いて高画質の画像を形成するためには、着色剤の量が、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上20質量部以下であることが好ましい。
シェル層は、熱可塑性樹脂を含有することが好ましい。シェル層が含有する熱可塑性樹脂としては、例えば、前述の(結着樹脂)に記載の熱可塑性樹脂を使用できる。
樹脂粒子を構成する樹脂は、架橋アクリル酸系樹脂と架橋スチレン−アクリル酸系樹脂とのうちの少なくとも1つであることが好ましい。架橋アクリル酸系樹脂と架橋スチレン−アクリル酸系樹脂とは、各々、帯電性に優れる。また、架橋アクリル酸系樹脂と架橋スチレン−アクリル酸系樹脂とは、各々、メラミン樹脂に比べ、微粒子を作製し易い。より好ましくは、樹脂粒子を構成する樹脂は、架橋スチレン−アクリル酸系樹脂である。
キャリア粒子は、キャリアコアで構成されてもよいし、キャリアコアとコート層とを有してもよい。
評価1では、個数平均一次粒子径が互いに異なる樹脂粒子(より具体的には、樹脂粒子B−11〜B−15の各々)を用いて、画像形成装置(より具体的には、装置A−11〜A−15の各々)を製造した。得られた画像形成装置を用いて、クリーニング部材によるクリーニング性能を評価し、かぶり濃度を評価した。表1には、評価1で製造した画像形成装置の構成を示す。表1において、「粒子径」には、樹脂粒子の個数平均一次粒子径を記す。「DVBの配合量」には、樹脂粒子の製造時におけるジビニルベンゼンの配合量を記す。「粗さRa」には、像担持体の表面の算術平均粗さRaを記す。
攪拌機、冷却管、温度計、及び窒素導入管を備えた四つ口フラスコ(容量:1000mL)に、600gのイオン交換水と、100gのメタクリル酸ブチル(BMA)と、20gのスチレンと、60gのジビニルベンゼン(DVB、架橋剤)と、15gのベンゾイルパーオキサイド(BPO、重合開始剤)と、6gのカチオン界面活性剤(花王株式会社製「コータミン(登録商標)24P」、成分:ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド25質量%水溶液)とを、攪拌しながら、入れた。フラスコに窒素ガスを供給しながら、且つ攪拌速度90rpmでフラスコの内容物を攪拌しながら、フラスコ内の温度を90℃に昇温させた。窒素ガスの供給とフラスコの内容物の攪拌とを継続しながら、所定の時間にわたってフラスコ内の温度を90℃に保った。フラスコ内の温度を90℃に保っている間に、フラスコの内容物を反応(重合反応)させた。このようにして、樹脂粒子のエマルションを得た。得られたエマルションを乾燥して、樹脂粒子(粉体)を得た。
<個数平均一次粒子径の測定方法>
走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、得られた樹脂粒子(より具体的には、樹脂粒子B−11〜B−15の各々)の個数平均一次粒子径を測定した。結果を表1に示す。
次に示す方法で、樹脂粒子(より具体的には、樹脂粒子B−11〜B−15の各々)のブロッキング率を測定した。詳しくは、まず、測定用治具(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製)を準備した。測定用治具は、円柱状の穴(直径:10mm、深さ:10mm)が形成された台(材質:オーステナイトステンレス鋼)と、円柱状の圧子(直径:10mm、材質:オーステナイトステンレス鋼)と、ヒーターとを、備えていた。
ブロッキング率=100×吸引後の樹脂粒子の質量/吸引前の樹脂粒子の質量
<現像剤の製造方法>
まず、トナー母粒子を製造した。詳しくは、FMミキサー(日本コークス工業株式会社製)を用いて、100質量部のポリエステル樹脂(酸価:5.6mgKOH/g、融点:105℃)と、4質量部の着色剤(C.I.ピグメントブルー15:3、成分:銅フタロシアニン顔料)と、5質量部の離型剤(日油株式会社製「ニッサンエレクトール(登録商標)WEP−3」、成分:エステルワックス、溶融温度:73℃)と、1質量部の電荷制御剤(オリヱント化学工業株式会社製「BONTRON(登録商標)P−51」、成分:4級アンモニウム塩)とを、混合した。得られた混合物を、2軸押出機(株式会社池貝「PCM−30型」)を用いて、溶融混練して溶融混練物を得た。得られた溶融混練物を、機械式粉砕機(フロイント・ターボ株式会社「ターボミル」)を用いて、粉砕し、粉砕物を得た。得られた粉砕物を、分級機(日鉄鉱業株式会社「エルボージェット」)を用いて、分級した。このようにして、体積中位径(D50)が6.8μmであるトナー母粒子を得た。
まず、複合機(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製の「Taskalfa6052ci」において像担持体として像担持体C−12を取り付けたもの)を準備した。詳しくは、準備した複合機は、像担持体C−12と現像装置とクリーニング部材とを備えていた。また、準備した複合機は、タッチダウン現像法で現像可能に構成されていた。より具体的には、現像装置は、現像剤担持体とトナー担持体とを有していた。現像剤担持体とトナー担持体とは、各々、現像剤担持体の表面に担持された現像剤がトナー担持体に接触した状態で、回転するように構成されていた。トナー担持体と像担持体C−12とは、各々、トナー担持体の表面に担持されたトナーが静電潜像へ向かって飛翔して、静電潜像をトナー像として現像するように、構成されていた。そして、像担持体C−12は、アルミ素管と、アモルファスシリコン感光層とを、有していた。アルミ素管の周面には、サンドブラスト加工が施されていた。アモルファスシリコン層は、アルミ素管の周面に設けられていた。JIS(日本工業規格) B 0601:1994で規定の方法に従い、アモルファスシリコン層の表面の算術平均粗さ(像担持体の表面の算術平均粗さに相当)Raを測定した。アモルファスシリコン層の表面の算術平均粗さRaは、40nmであった。
樹脂粒子B−11の代わりに樹脂粒子B−12〜B−15を用いたことを除いては装置A−11の製造方法に従い、各々、装置A−12〜A−15を製造した。
<クリーニング部材によるクリーニング性能の評価方法:擦り抜け試験>
温度10℃且つ湿度10%RHの環境下において、画像形成装置(より具体的には、装置A−11〜A−15の各々)を用いて、A4サイズの普通紙に対し、印字率20%のパターン画像を10万枚連続印刷した。その後、A3サイズの印刷用紙全面にハーフトーン画像(解像度:300dpi)を印刷した。得られたハーフトーン画像において、縦筋状の画像欠陥がないか、目視で確認した。
(評価基準)
○(良い):ハーフトーン画像において、縦筋状の画像欠陥が確認されなかった。
×(悪い):ハーフトーン画像において、縦筋状の画像欠陥が確認された。
温度10℃且つ湿度10%RHの環境下において、画像形成装置(より具体的には、装置A−11〜A−15の各々)を用いて、A4サイズの普通紙に対し、印字率5%のパターン画像を10万枚連続印刷した。その後、印字率100%の評価用画像をA4サイズの普通紙に形成した。その後、カラー反射濃度計(伊原電子工業株式会社製「R710」)を用いて、評価用画像の空白部の反射濃度を測定した。そして、下記式に基づいて、かぶり濃度(FD)を算出した。
FD=(空白部の反射濃度)−(未印刷紙の反射濃度)
表2に、装置A−11〜A−15の各々の評価結果を示す。表2において、「粒子径」には、樹脂粒子の個数平均一次粒子径を記す。「クリーニング」には、クリーニング部材によるクリーニング性能の評価結果を記す。「かぶり濃度(FD)」には、かぶり濃度(FD)の算出結果を記す。
評価2では、ブロッキング率が互いに異なる樹脂粒子(より具体的には、樹脂粒子B−13及びB−21〜B−25の各々)を用いて、画像形成装置(より具体的には、装置A−13及びA−21〜A−25の各々)を製造した。得られた画像形成装置を用いて、クリーニング部材によるクリーニング性能を評価し、かぶり濃度を評価した。表3には、評価2で評価した画像形成装置の構成を示す。表3において、「粒子径」には、樹脂粒子の個数平均一次粒子径を記す。「DVBの配合量」には、樹脂粒子の製造時におけるジビニルベンゼンの配合量を記す。「粗さRa」には、像担持体の表面の算術平均粗さRaを記す。
まず、樹脂粒子B−21〜B−25の各々を製造した。このとき、ジビニルベンゼンの配合量を表3に示す値に変更したことを除いては前述の評価1に記載の方法に従い、樹脂粒子B−21〜B−25の各々を製造した。次に、前述の評価1に記載の方法に従い、樹脂粒子B−21〜B−25を用いて、各々、現像剤TC−21〜TC−25を製造した。その後は、前述の評価1に記載の方法に従い、装置A−21〜A−25の各々を製造した。
前述の評価1に記載の方法に従い、装置A−21〜A−25の各々を評価した。結果を表4に示す。
表4に、装置A−13及びA−21〜A−25の各々の評価結果を示す。表4において、「ブロッキング率」には、樹脂粒子のブロッキング率を記す。「クリーニング」には、クリーニング部材によるクリーニング性能の評価結果を記す。「かぶり濃度(FD)」には、かぶり濃度(FD)の算出結果を記す。
評価3では、表面の算術平均粗さRaが互いに異なる像担持体(より具体的には、像担持体C−11〜C−15の各々)を用いて、画像形成装置(より具体的には、装置A−31〜A−35の各々)を製造した。得られた画像形成装置を用いて、クリーニング部材によるクリーニング性能を評価し、かぶり濃度を評価した。表5には、評価3で製造した画像形成装置の構成を示す。表5において、「粒子径」には、樹脂粒子の個数平均一次粒子径を記す。「DVBの配合量」には、樹脂粒子の製造時におけるジビニルベンゼンの配合量を記す。「粗さRa」には、像担持体の表面の算術平均粗さRaを記す。
まず、前述の評価1に記載の方法に従い、樹脂粒子B−13を用いて現像剤TC−13を製造した。
前述の評価1に記載の方法に従い、装置A−31〜A−35の各々を評価した。結果を表6に示す。
表6に、装置A−31〜A−35の各々の評価結果を示す。表6において、「粗さRa」には、像担持体の表面の算術平均粗さRaを記す。「クリーニング」には、クリーニング部材によるクリーニング性能の評価結果を記す。「かぶり濃度(FD)」には、かぶり濃度(FD)の算出結果を記す。
構成p:樹脂粒子の個数平均一次粒子径が、50nm以上70nm以下である。
構成q:樹脂粒子のブロッキング率が、15質量%以上40質量%以下である。
構成r:像担持体の表面の算術平均粗さRaが、40nm以上65nm以下である。
構成s:現像方式が、二成分現像方式である。
11 現像装置
13 像担持体
13s 像担持体の表面
27 クリーニング部材
41 現像剤
51 トナー粒子
53 トナー母粒子
55 樹脂粒子
121 現像剤担持体
121s 現像剤担持体の表面
141 トナー担持体
141s トナー担持体の表面
311 導電性基体
313 粗面
315 感光層
M 記録媒体
Claims (5)
- 現像剤を用いて、画像を記録媒体に形成する画像形成装置であって、
前記画像形成装置は、前記現像剤を含み、
前記現像剤は、トナーと、前記トナーを摩擦により正に帯電させるキャリアとを、含み、
前記トナーは、複数のトナー粒子を含み、
前記トナー粒子は、各々、トナー母粒子と、前記トナー母粒子の表面に付着する外添剤とを、含み、
前記外添剤は、複数の樹脂粒子を含み、
前記トナー母粒子と、前記樹脂粒子とは、各々、前記キャリアよりも強い正帯電性を有し、
温度160℃且つ圧力0.1kgf/mm2での5分間加圧後における前記樹脂粒子のブロッキング率が、目開き75μmのメッシュによる測定で40質量%であり、
前記樹脂粒子の個数平均一次粒子径が、50nm以上70nm以下であり、
前記画像形成装置は、
静電潜像を表面に保持する像担持体と、
前記トナーを用いて、前記静電潜像を現像する現像装置と、
前記像担持体の表面に圧接され、前記像担持体の表面に残留する現像剤を前記像担持体の表面から除去するクリーニング部材と、
を、さらに備え、
前記像担持体は、
粗面を有する導電性基体と、
前記粗面の上に設けられた感光層と、
を有し、
前記像担持体の表面には、前記粗面に形成された凹凸に対応する凹凸が、形成され、
前記像担持体の表面の算術平均粗さRaが、40nm以上65nm以下である、画像形成装置。 - 前記現像装置は、
前記現像剤を収容する収容部と、
前記収容部から供給された現像剤を表面に担持する現像剤担持体と、
前記トナーを前記現像剤担持体から受け取って表面に担持するトナー担持体と、
を有し、
前記現像剤担持体と、前記トナー担持体とは、各々、前記現像剤担持体の表面に担持された現像剤が前記トナー担持体に接触した状態で、回転するように構成され、
前記トナー担持体と、前記像担持体とは、各々、前記トナー担持体の表面に担持されたトナーが前記静電潜像へ向かって飛翔して、前記静電潜像をトナー像として現像するように、構成されている、請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記粗面は、ブラスト面である、請求項1又は2に記載の画像形成装置。
- 現像剤を用いて、画像を記録媒体に形成する画像形成方法であって、
前記現像剤は、トナーと、前記トナーを摩擦により正に帯電させるキャリアとを、含み、
前記トナーは、複数のトナー粒子を含み、
前記トナー粒子は、各々、トナー母粒子と、前記トナー母粒子の表面に付着する外添剤とを、含み、
前記外添剤は、複数の樹脂粒子を含み、
前記トナー母粒子と、前記樹脂粒子とは、各々、前記キャリアよりも強い正帯電性を有し、
温度160℃且つ圧力0.1kgf/mm2での5分間加圧後における前記樹脂粒子のブロッキング率が、目開き75μmのメッシュによる測定で40質量%であり、
前記樹脂粒子の個数平均一次粒子径が、50nm以上70nm以下であり、
前記画像形成方法は、
静電潜像を像担持体の表面に形成することと、
前記トナーを前記静電潜像に供給して、前記静電潜像をトナー像として現像することと、
前記トナー像を前記記録媒体へ転写することと、
前記トナー像を前記記録媒体へ転写した後に、前記像担持体の表面に残留する現像剤を前記像担持体の表面から除去することと、
を含み、
前記像担持体は、
粗面を有する導電性基体と、
前記粗面の上に設けられた感光層と、
を有し、
前記像担持体の表面には、前記粗面に形成された凹凸に対応する凹凸が、形成され、
前記像担持体の表面の算術平均粗さRaが、40nm以上65nm以下である、画像形成方法。 - 前記静電潜像を前記トナー像として現像することは、
前記現像剤を、現像剤担持体の表面に担持させることと、
前記トナーを含むトナー層を、前記現像剤担持体と対向するトナー担持体の表面に形成することと、
前記トナー層に含まれるトナーを、前記静電潜像へ向けて飛翔させることと、
を含み、
前記トナー層を前記トナー担持体の表面に形成するときには、前記トナー担持体の表面を、前記現像剤担持体の表面に担持された現像剤で擦りながら、前記トナーを、前記現像剤担持体の表面から前記トナー担持体の表面へ移動させる、請求項4に記載の画像形成方法。
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