JP6932916B2 - 画像形成用キャリア、画像形成用現像剤、画像形成装置、画像形成方法およびプロセスカートリッジ - Google Patents

画像形成用キャリア、画像形成用現像剤、画像形成装置、画像形成方法およびプロセスカートリッジ Download PDF

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Description

本発明は、画像形成用キャリア、画像形成用現像剤、画像形成装置、画像形成方法、トリクル現像用補充トナーおよびプロセスカートリッジに関する。
一般に電子写真法、静電写真法等の画像形成方法においては、潜像担持体上に形成された静電潜像を現像するために、トナーとキャリアとを撹拌混合することによって得られる現像剤が使用される。この現像剤は、適当に帯電された混合物であることが要求される。一般に静電潜像を現像する方法としては、トナーとキャリアとを混合して得られる二成分系現像剤を使用する方法と、キャリアを含まない一成分系現像剤を使用する方法が公知である。
二成分系現像方式は、キャリアを使用することからトナーに対する摩擦帯電面積が広く、一成分方式に比較して帯電特性が安定しており、長期に渡って高画質を維持する上で有利である。また、現像領域へのトナー量供給能力が高いことから、特に高速機に多く採用されている。また、レーザービームなどで感光体上に静電潜像を形成し、この潜像を顕像化するデジタル方式電子写真システムにおいても、前述の特徴が有用であることから二成分現像方式が広く採用されている。
このような二成分系現像方式に使用される粒状キャリアは、キャリア表面へのトナーのスペント防止、キャリア均一表面の形成、表面酸化防止、感湿性低下の防止、現像剤の寿命の延長、感光体のキャリアによるキズあるいは摩耗からの保護、帯電極性の制御または帯電量の調節等を目的として、適当な樹脂材料で被覆等を施すことにより、高耐久性化を図る検討が成されている。例えば特定の樹脂材料で被覆されたもの(特許文献1)、さらにその被覆層に種々の添加剤を添加するもの(特許文献2〜8)、さらに、キャリア表面に添加剤を付着させたものを用いるもの(特許文献9)などが開示されている。また、特許文献10にはグアナミン樹脂と該グアナミン樹脂と架橋可能な熱硬化樹脂でキャリア被覆材を構成するものが開示され、特許文献11には、メラミン樹脂とアクリル樹脂の架橋物をキャリア被覆材として用いることが開示されている。
また、更なる高耐久性化を望むべく、特許文献12では樹脂層に熱可塑性樹脂とグアナミン樹脂を架橋させた樹脂成分と、帯電調節剤を含有させたものが開示されている。これにより、現像剤を摩擦帯電させるための攪拌時に発生するトナーとの摩擦あるいはキャリア同士の摩擦による被覆樹脂への強い衝撃を吸収することが可能なだけの弾性を有する樹脂層を得ることができ、キャリアへのトナーのスペントを抑制することが可能になる。
しかしながら、市場における更なる高耐久性化への要望は依然として高く、更なる高耐久性化が求められている。
樹脂被覆キャリアは、樹脂被覆に伴って絶縁化され、現像電極として働かなくなるので、特にベタ画像部でエッジ効果が生じやすくなるといった欠点がある。また、トナー離脱時のカウンターチャージも過大となるので、静電現像による非画像部へのキャリア付着が発生しやすくなる。そこで、この問題を解決するために、例えば、キャリアの被覆層中に導電剤として導電性カーボンを分散した樹脂被覆キャリアが提案されている(特許文献13)。
しかし、このようなキャリアは、現像剤として使用する際のキャリア同士あるいはトナーとの摩擦や衝突等により、キャリア被覆層からカーボン、もしくはカーボンを含む樹脂片が脱離し、トナー粒子に付着したり、そのまま現像されたりする。黒トナーを使用した黒文字等の複写画像を形成するときは、この現象はそれほど大きな問題にならないが、カラートナー、特にイエロートナー、もしくは白色トナー、透明トナーと組み合わせた現像剤においては色の濁り(色汚れ)の問題として顕著に現れる。
特許文献14〜16では、キャリア被覆層中に導電性フィラーを含有させたキャリアが示されている。これらのキャリアでは、カーボンに限定せずに導電性フィラーを導電性微粒子として使用することが可能であることから、キャリアから脱離した有色物のトナーへの影響を少なくするために着色量の少ない材料を選択することが可能であるが、これらの提案は導電性フィラーの電気的安定性に起因する画質の向上を目的としており、なおかつ、導電性フィラーの色についての言及がされていないため、上記色汚れの問題を解決する手段としては不完全である。
特許文献17では、目的は異なるが、内層にカーボンブラックを含有させ、外層に樹脂のみをコーティングしたキャリアが提案されている。しかし、このキャリアは外層が樹脂のみのコーティングである為、被覆層削れ時のトナーの汚染は少ないと思われる。
特許文献18では、樹脂被覆層の深層側から表層側に向けて、カーボンブラックの濃度に勾配を持たせ、最表層にはカーボンブラックが存在しないキャリアが提案されている。しかし、これらのキャリアでは、唯一の抵抗制御剤であるカーボンブラックが被覆層の深層側と表層側で存在量が異なるために、被覆層が削れるにつれてキャリア抵抗が変化し、経時で画像品質が変化してしまう。
また、特許文献19では、被覆層の内側にカーボンブラックを含有した層を設け、その上に白色系導電剤を含有した被覆層を設けたキャリアが提案されている。このようなキャリアは、被覆最表層の削れによるトナーの汚染は少なく、かつ、被覆層削れによるキャリア抵抗の変化は少ないと思われるが、被覆層の削れを抑制する手段が取られていないため、白色導電剤を含有した被覆層は削れやすく、長期の使用によりカーボンブラックを含有した層が露出するとトナーの汚染が発生してしまう。
したがって、キャリア表面からの脱離が少なく、かつ、脱離したとしても色汚れを発生させず、なおかつ、長期間に渡る使用においても安定した画像品質を提供する手段が求められている。
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、長期間に渡る使用においても安定した画像品質が得られる画像形成用キャリアを提供することを目的とする。
上記課題を解決するための本発明に係る画像形成用キャリアは、少なくとも磁性材料からなる芯材粒子と該芯材粒子表面に被覆層を有するものであって、該被覆層は、少なくとも樹脂、カーボンブラック及び2種類の無機微粒子A、Bを含有し、かつ厚み方向に無機微粒子A及びカーボンブラックが濃度勾配を持ち、該被覆層の表層に向かうほど無機微粒子Aの濃度は高く、カーボンブラックの濃度は低くなり、該被覆層表面から深さ0.0〜0.1[μm]の範囲において、カーボンブラックの体積比が0[%]以上30[%]以下であり、該無機微粒子Aは、粉体比抵抗が200[Ω・cm]以下の導電性微粒子であるとともに、酸化スズにタングステン、インジウム、リン及びそれらの酸化物から選ばれるいずれかの材料をドープした化合物、もしくは、酸化スズをタングステン、インジウム、リン及びそれらの酸化物から選ばれるいずれかの材料にドープした化合物、もしくは、その化合物を基体表面に設けた無機微粒子であり、前記無機微粒子Bが硫酸バリウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム及びハイドロタルサイトから選択される無機微粒子であり、前記無機微粒子Bの体積平均粒径が、100〜6000nmであり、下記のようにして求められる前記被覆層の厚さ(t)を平均した前記被覆層の平均厚さ(T)が、0.1〜3.0μmであるとともに、前記無機微粒子Bの直径Dと前記被覆層の平均厚さTが以下の式を満たすことを特徴とする。
[被覆層の厚さ(t)]
前記芯材粒子の表面から前記被覆層の表面までの距離を前記被覆層の厚さ(t)とする。
[式]
D/2≦T≦D
本発明のキャリアによれば、カーボンブラックの優れた抵抗調整機能を利用しつつ、無機微粒子Bの存在により被覆層が削れにくく、かつ、長期の使用により少しずつ被覆層が削れたとしても、カーボンブラックの濃い黒色によるトナーへの汚染を抑制することができる。
本発明の画像形成装置の一例を示す概略説明図である。 本発明の画像形成装置の他の例を示す概略説明図である。 本発明の画像形成装置のタンデム型カラー画像形成装置を用いた一例を示す概略説明図である。 本発明の電子写真現像剤用キャリアの被覆層における導電性微粒子の粒子径(D)と被覆層の平均厚さ(T)との関係を概念的に示す模式図である。 本発明の画像形成装置の他の例を示す概略説明図である。 現像装置の他の例を示す概略説明図である。 本発明の画像形成装置の他の例を示す概略説明図である。 本発明の画像形成装置の他の例を示す概略説明図である。 現像装置の他の例を示す概略説明図である。 現像装置の他の例を示す概略説明図である。 現像剤の流れを説明するための概略模式図である。 現像装置の他の例を示す概略説明図である。 現像装置の他の例を示す概略説明図である。 現像装置の他の例を示す概略説明図である。 本発明のプロセスカートリッジの一例を示す概略説明図である。 本発明において電子写真現像剤用キャリアの体積固有抵抗を測定するキャリア抵抗測定装置の構成を示す概略図である。
以下に、本発明をさらに詳細に説明する。
なお、以下に述べる実施の形態は、本発明の好適な実施の形態であるから技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は以下の説明において本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、芯材粒子を被覆する被覆層中に抵抗調整機能の優れたカーボンブラックを処方しつつも、表層に近づくにつれてカーボンブラックを減量させることで、被覆層が削れた際にキャリアから遊離した被覆成分に含まれるカーボンブラックの量を少なくし、その結果、トナーに対する色汚れの発生を抑制する。また、カーボンブラックを減量したことで表層近くの電気抵抗が高くなる懸念に対し、導電性を有する無機微粒子Aをカーボンブラックの量が少ない表層側ほど多くなるように処方することで、表層側もカーボンブラックの濃度が高い深層側と同等の電気抵抗とすることが可能となる。
色汚れ抑制の観点でいえば、最表層のカーボンブラックの量はゼロにすることが理想である。しかし、カーボンブラックも粒径を持つため、最表層のカーボンブラックを皆無にするためにはカーボンブラックを全く含まない被覆層を厚く形成しなくてはならず、自ずと導電性である無機微粒子Aの使用量が多くなる。色汚れ抑制のためには、無機微粒子Aはできるだけ色の薄い物質を用いることが好ましいが、色の薄い導電性材料はレアアースを原料としていることが多く、資源保護の観点から、色汚れが許容できる範疇であれば、キャリア被覆層表面のカーボンブラックの存在量を皆無にせず、無機微粒子Aの使用量を抑えることが好ましい。
こうした技術構想を基に、本発明者らは適切なカーボンブラックの存在比率を検討し、その結果、カーボンブラックはキャリア被覆層の表層から深さ0.0〜0.1μmの範囲において、体積で30%程度存在していても、無機微粒子Bの存在によって被覆層削れの速度が抑制されることにより、トナーの色汚染を許容範囲内に抑えることができるとの結論に至った。
〔キャリア〕
したがって、本発明に係るキャリアは、少なくとも磁性材料からなる芯材粒子と該芯材粒子を被覆する被覆層とからなるもので、該被覆層が少なくとも樹脂、カーボンブラック及び2種類の無機微粒子A、Bを含有し、かつ厚み方向に無機微粒子A及びカーボンブラックが濃度勾配を持ち、該被覆層の表層に向かうほど無機微粒子Aの濃度は高く、カーボンブラックの濃度は低くなり、該被覆層表面から深さ0.0〜0.1[μm]の範囲において、カーボンブラックの体積比が0[%]以上30[%]以下であり、該無機微粒子Aが粉体比抵抗200[Ω・cm]以下の導電性微粒子であることを特徴としている。
これにより、カーボンブラックの優れた抵抗調整機能を利用しつつ、無機微粒子Bの存在により被覆層が削れにくく、かつ、長期の使用により少しずつ被覆層が削れたとしても、カーボンブラックの濃い黒色によるトナーへの汚染を抑制することができる。
本発明において、被覆層中にカーボンブラック及び無機微粒子Aの濃度に勾配を設ける方法として特に制限はないが、例えば、(i)キャリア芯材にカーボンブラック及び無機微粒子A、Bを含有した樹脂溶液を多数回コーティングする手法を取り、後工程ほどカーボンブラックの濃度が低く、無機微粒子Aの濃度が高い樹脂溶液を使用する方法、(ii)複数本のスプレーコートノズルを用い、カーボンブラックを含有させた樹脂溶液をスプレーするノズルと、無機微粒子Aを含有させた樹脂溶液をスプレーするノズルに分け、カーボンブラックを含有させた樹脂溶液のスプレー速度を連続的に低下させつつ、無機微粒子Aを含有させた樹脂溶液のスプレー速度を連続的に上昇させる方法などが挙げられる。
被覆層中のカーボンブラック、無機微粒子Aの所在及び、表層付近での体積比を確認する方法としては、従来公知の手法を取ることができる。例えば、FIB(集束イオンビーム)にてキャリア表面の被覆層を切断し、断面をSEM(走査型電子顕微鏡)、EDX(エネルギー分散X線分光法)にて観察することで確認をすることができる。以下に例を挙げるが、これに限られるものではない。
カーボンテープ上に試料を付着させ、表面保護及び導電処理のため、オスミウムを約20nmコーティングする。Carl Zeiss(SII社製 NVision40)を用いて、加速電圧 2.0kV、アパーチャ 30μm、High Current ON、検出器 SE2, InLens、導電処理なし、W.D 5.0mm、試料傾斜 54°にてFIB処理を行なう。Thermo Fisher Scientific社製 電子冷却型SDD検出器UltraDry(Φ30mm)と解析ソフトThermo Fisher Scientific社製 NORAN System6(NSS)を用いて、加速電圧 3.0kV、アパーチャ 120μm、High Current ON、導電処理 Os、ドリフト補正 有り、W.D 10.0mm、測定法 Area Scan、積算時間 10sec、積算回数 100回、試料傾斜 54°にてSEM観察、元素のマッピングを行ない、カーボンブラック及び無機微粒子Aの存在位置、表層付近での断面での専有面積を確認する。キャリア被覆層の表層付近でのカーボンブラックの体積の占める割合は、表層から深さ0.0〜0.1μmに範囲における断面積の3/2乗に対して、カーボンブラックの断面積の3/2乗の割合を計算することにより求める。
被覆層の平均厚さ(T)は0.1〜3.0μm、好ましくは0.1〜1.5μmである。0.1μmより薄いとキャリア芯材を覆う膜としての被覆層の総厚が薄すぎるため、ランニング経時において被覆層が削られてキャリア芯材が剥き出しになる現象が起こりやすくなり、キャリアの耐久性が低下する。3.0μmより厚いとキャリア芯材表面に形成される膜厚が厚すぎるため、キャリアの磁化が下がりやすくなり、キャリア付着を生じさせることがある。
ここで、被覆層の厚さは、例えば、FIB(集束イオンビーム)でキャリア断面を作成後、透過型電子顕微鏡(TEM)、走査型透過電子顕微鏡(STEM)を用いて50点以上のキャリア断面を観察し、求めた膜厚の平均値として算出することができる。
(無機微粒子A)
無機微粒子Aは、酸化スズにタングステン、インジウム、リン及びそれらの酸化物から選ばれるいずれかの材料をドープした化合物、もしくは、酸化スズをタングステン、インジウム、リン及びそれらの酸化物から選ばれるいずれかの材料にドープした化合物、もしくは、その化合物を基体表面に設けた無機微粒子であることが好ましい。これにより、長期の使用により少しずつ被覆層が削れ、無機微粒子Aがキャリアから離脱したとしても、無機微粒子Aの着色が少ないために、トナーへの色汚染を抑えることができる。
無機微粒子Aは、前述のように、濃度勾配によってカーボンブラックが減少した分の抵抗調整機能を担保する役割を担う。そのためには、高い導電能力を持つことが必要である。本発明者らは無機微粒子Aに求められる粉体比抵抗の検討を行なった。その結果、無機微粒子Aの粉体比抵抗は200Ω・cm以下、より好ましくは100Ω・cm以下とすることが適切であるとの結論に至った。無機微粒子Aの粉体比抵抗が200Ω・cmよりも高いと、抵抗調整機能を果たすためには無機微粒子Aを大量に処方しなくてはならないが、その場合、被覆層表面からのこぼれ落ちが発生しやすくなる。抵抗調整機能を担わせた無機微粒子Aが被覆層表面よりこぼれ落ちると、その分キャリア抵抗は上昇することになり、経時において、早い段階にてキャリア抵抗が変化することになり、画像品質の安定性が乏しくなる。
無機微粒子Aの体積平均粒径は、50〜1200nmであり、好ましくは70〜1000nmである。
無機微粒子Aの粒径は自動粒度分布測定装置CAPA―700(堀場製作所社製)にて体積平均粒径を測定する。測定の前処理として、ジューサーミキサーにアミノシラン(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)30mlにトルエン溶液300mlを入れる。試料を6.0g加え、ミキサー回転速度をlowにセットし、3分間分散する。1000mlビーカーに予め用意されたトルエン溶液500mlの中に分散液を適量加えて希釈する。希釈液はホモジナイザーにて常に攪拌を続ける。この希釈溶液を超遠心式自動粒度分布測定装置CAPA―700にて測定する。
粉体比抵抗は以下の方法にて測定を行なった。内径1インチの塩化ビニル管の下部に鋼鉄製電極を当て、塩化ビニル管内に試料を5g入れ、塩化ビニル管上部に鋼鉄製電極を当てる。電極の上下に2mm厚テフロン(登録商標)板を敷き、油圧プレス機にて10kg/cmの加重を加える。加圧した状態でLCRメーター(横川-HEWLETT-PACKARD社製4261A)を接続する。接続直後の抵抗値r[Ω]を読み取り、ノギスにて全長L[cm]を測定する。試料を充填しない場合の全長をlとして、粉体比抵抗Rは以下の式にて算出される。
R[Ω・cm]=(2.54/2)2πr/(L-l)
無機微粒子Aは、粉体比抵抗が200Ω・cm以下であれば、従来既存の材料及び新規材料を用いることが可能である。無機微粒子Bを処方することにより、無機微粒子Aを含む被覆層表面の削れを少なく抑えているものの、それでも、長期の使用によって少量ずつの削れは発生する。その際、被覆層から脱離した無機微粒子A、もしくは脱離した被覆層に含まれる無機微粒子Aによるトナー色汚れを最小限に抑えるためには、無機微粒子Aはできるだけ白色、もしくは無色に近いことが好ましい。色及び導電機能の良好な材料としては、酸化スズにタングステン、インジウム、リン及びそれらの酸化物から選ばれるいずれかの材料をドープした化合物、もしくは、酸化スズをタングステン、インジウム、リン及びそれらの酸化物から選ばれるいずれかの材料にドープした化合物が挙げられ、単体、もしくはそれらの化合物を基体粒子表面に設けた微粒子として使用できる。基体粒子としては、従来既存もしくは新規の材料を用いることが可能であり、例えば酸化アルミニウム、酸化チタン等が挙げられる。
(無機微粒子B)
被覆層に無機微粒子Bを処方することで被覆層の削れに対する耐久性を向上させることができる。特にその材質に限定はないが、負帯電トナーを用いた場合、無機微粒子Bに、正帯電性を持つ材料を用いると、長期での帯電付与能力が安定する。特に好例な材料としては、硫酸バリウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、ハイドロタルサイトが挙げられる。
無機微粒子Bの直径Dは、被覆層の平均厚さをTとしたとき、以下の式を満たすことが好ましい。
D/2≦T≦D
こうしたことにより、無機微粒子Bが被覆層表面から突出する確率が高くなり、スペーサーとして機能することから、被覆層へのハザードを低減することができ、キャリアの耐久性を高めることができる。また、無機微粒子Bの粒が半分以上樹脂部に埋まり、無機微粒子Bがキャリア樹脂層から離脱しにくくなる。
図4は、本発明の電子写真現像剤用キャリアの被覆層における無機微粒子Bの粒子径(D)と被覆層の平均厚さ(T)の関係を概念的に示す模式図である。
図4において、tは「被覆層厚さ」、Dは「無機微粒子Bの直径」、G1は「無機微粒子B」、G2は「無機微粒子A」、26は「芯材」、27は「被覆層」を示しており、Tはtを平均することで求められる。
キャリアの被覆層の厚みtは、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、キャリア断面を観察し、キャリア表面を覆う被覆層の樹脂部の厚みを測定し、その平均値から被覆層の平均厚さ(T)が求められる。具体的には、キャリア芯材表面と粒子との間に存在する樹脂部の厚みのみを測定する。粒子間に存在する樹脂部の厚みや、無機微粒子上の樹脂部の厚みは測定には含めない。
より具体的には、前記キャリア断面における任意の50点測定の平均を求めて被覆層の平均厚さ(T)(μm)とする。無機微粒子の粒子径(D)は前述した無機微粒子Aの粒径測定方法と同様に超遠心式自動粒度分布測定装置CAPA−700にて測定することができる。
無機微粒子Bの粒径(D)を被覆層の平均厚さ(T)よりも大きくすることで無機微粒子Bが被覆層表面から突出する確率が高くなる。被覆層から無機微粒子の頭頂部が突出していると、キャリア同士、もしくは収容容器壁面、搬送冶具とキャリアが摺擦される際に摺擦対象と被覆層の樹脂との間のスペーサーとして機能し、被覆層の寿命を延ばすことができる。また、前述のように無機微粒子Bが正帯電付与機能を持ち、負帯電トナーを用いた現像剤にて使用される場合、無機微粒子Bのトナーに対する接触確率が高まるため、帯電付与機能の観点からも好ましい。また、被覆層の平均厚さ(T)が無機微粒子Bの粒径(D)の半分よりも大きいと、無機微粒子Bを樹脂部に強固に捕えるため、無機微粒子Bの離脱が発生しにくくなる。
無機微粒子Bの粒径は、処方前であれば、例えばナノトラックUPAシリーズ(日機装社製)を用いて測定することができる。処方後であれば、カーボンブラック、無機微粒子Aの所在の確認方法と同様、もしくは、さらに簡易的な装置でのSEM観察による画像から計測が可能である。また、被覆層の厚さについても同様にSEM観察による画像から計測することが可能である。ただし、無機微粒子Aには粒子毎の個体差、被覆層厚には場所による厚さのばらつきが存在することから、1粒/1箇所だけの測定に留まらず、統計的に問題のないn数の計測を行なう。
無機微粒子Bの体積平均粒径は、100〜6000nmであり、好ましくは200〜3000nmである。無機微粒子Bの粒子径(D)は前述した無機微粒子の粒径測定方法と同様に超遠心式自動粒度分布測定装置CAPA−700にて測定する。
(被覆樹脂)
キャリアの被覆樹脂としてはシリコーン樹脂、アクリル樹脂、またはこれらを併用して使用することができる。これは、アクリル樹脂は接着性が強く脆性が低いので耐磨耗性に非常に優れた性質を持つが、その反面、表面エネルギーが高いため、スペントし易いトナーとの組み合わせでは、トナー成分スペントが蓄積することによる帯電量低下など不具合が生じる場合がある。その場合、表面エネルギーが低いためトナー成分のスペントがし難く、膜削れが生じるためのスペント成分の蓄積が進み難い効果が得られるシリコーン樹脂を併用することで、この問題を解消することができる。しかし、シリコーン樹脂は接着性が弱く脆性が高いので、耐磨耗性が悪いという弱点も有するため、この2種の樹脂の性質をバランス良く得ることが重要であり、これによりスペントがし難く耐摩耗性も有する被覆膜を得ることが可能となる。これは、シリコーン樹脂は表面エネルギーが低いためトナー成分のスペントがし難く、膜削れが生じるためのスペント成分の蓄積が進み難い効果が得られるためである。
本明細書でいうシリコーン樹脂とは、一般的に知られているシリコーン樹脂全てを指し、オルガノシロサン結合のみからなるストレートシリコンや、アルキド、ポリエステル、エポキシ、アクリル、ウレタンなどで変性したシリコーン樹脂などが挙げられるが、これに限るものではない。例えば、市販品としてストレートシリコン樹脂としては、信越化学社製のKR271、KR255、KR152、東レ・ダウコーニング・シリコン社製のSR2400、SR2406、SR2410等が挙げられる。この場合、シリコーン樹脂単体で用いることも可能であるが、架橋反応する他成分、帯電量調整成分等を同時に用いることも可能である。さらに、変性シリコーン樹脂としては、信越化学社製のKR206(アルキド変性)、KR5208(アクリル変性)、ES1001N(エポキシ変性)、KR305(ウレタン変性)、東レ・ダウコーニング・シリコン社製のSR2115(エポキシ変性)、SR2110(アルキド変性)などが挙げられる。
縮重合触媒としては、チタン系触媒、スズ系触媒、ジルコニウム系触媒、アルミニウム系触媒が揚げられるが、本発明では、これら各種触媒のうち、優れた結果を齎らすチタン系触媒の中でも、特にチタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)が触媒として最も好ましい。これは、シラノール基の縮合反応を促進する効果が大きく、且つ触媒が失活しにくいためであると考えられる。
本明細書でいうアクリル樹脂とは、アクリル成分を有する樹脂全てを指し、特に限定するものではない。また、アクリル樹脂単体で用いることも可能であるが、架橋反応する他成分を少なくとも1つ以上同時に用いることも可能である。ここでいう架橋反応する他成分とは、例えばアミノ樹脂、酸性触媒などが挙げられるが、これに限るものではない。ここでいうアミノ樹脂とはグアナミン、メラミン樹脂等を指すが、これらに限るものではない。また、ここでいう酸性触媒とは、触媒作用を持つもの全てを用いることができる。例えば、完全アルキル化型、メチロール基型、イミノ基型、メチロール/イミノ基型等の反応性基を有するものであるが、これらに限るものではない。
また、被覆層は、アクリル樹脂とアミノ樹脂の架橋物を含有することがさらに好ましい。これにより、適度な弾性を維持したまま、被覆層同士の融着を抑制することができる。
アミノ樹脂としては、特に限定されないが、キャリアの帯電付与能力を向上させることができるため、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂が好ましい。また、適度にキャリアの帯電付与能力を制御する必要がある場合には、メラミン樹脂及び/又はベンゾグアナミン樹脂と、他のアミノ樹脂を併用してもよい。
アミノ樹脂と架橋し得るアクリル樹脂としては、ヒドロキシル基及び/又はカルボキシル基を有するものが好ましく、ヒドロキシル基を有するものがさらに好ましい。これにより、芯材粒子や導電性微粒子との密着性をさらに向上させることができ、導電性微粒子の分散安定性も向上させることができる。このとき、アクリル樹脂は、水酸基価が10mgKOH/g以上であることが好ましく、20mgKOH/g以上がさらに好ましい。
本発明において、被覆層用組成物は、シランカップリング剤を含有することが好ましい。これにより、導電性微粒子を安定に分散させることができる。
シランカップリング剤としては、特に限定されないが、r−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、r−(2−アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、r−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−β−(N−ビニルベンジルアミノエチル)−r−アミノプロピルトリメトキシシラン塩酸塩、r−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、r−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、r−クロルプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、r−アニリノプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、オクタデシルジメチル[3−(トリメトキシシリル)プロピル]アンモニウムクロライド、r−クロルプロピルメチルジメトキシシラン、メチルトリクロルシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、アリルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、1,3−ジビニルテトラメチルジシラザン、メタクリルオキシエチルジメチル(3−トリメトキシシリルプロピル)アンモニウムクロライド等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
シランカップリング剤の市販品としては、AY43−059、SR6020、SZ6023、SH6026、SZ6032、SZ6050、AY43−310M、SZ6030、SH6040、AY43−026、AY43−031、sh6062、Z−6911、sz6300、sz6075、sz6079、sz6083、sz6070、sz6072、Z−6721、AY43−004、Z−6187、AY43−021、AY43−043、AY43−040、AY43−047、Z−6265、AY43−204M、AY43−048、Z−6403、AY43−206M、AY43−206E、Z6341、AY43−210MC、AY43−083、AY43−101、AY43−013、AY43−158E、Z−6920、Z−6940(東レ・シリコーン社製)等が挙げられる。
シランカップリング剤の添加量は、シリコーン樹脂に対して、0.1〜10重量%であることが好ましい。シランカップリング剤の添加量が0.1重量%未満であると、芯材粒子や導電性微粒子とシリコーン樹脂の接着性が低下して、長期間の使用中に被覆層が脱落することがあり、10重量%を超えると、長期間の使用中にトナーのフィルミングが発生することがある。
(芯材)
本発明のキャリアに用いる芯材粒子としては特に制限はなく、磁性体であれば、電子写真用二成分キャリアとして公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、鉄、コバルト等の強磁性金属;マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の酸化鉄;各種合金や化合物;これらの磁性体を樹脂中に分散させた樹脂粒子等が挙げられる。中でも、環境面への配慮から、Mn系フェライト、Mn−Mg系フェライト、Mn−Mg−Srフェライト等が好ましい。具体的には、MFL−35S、MFL−35HS(以上、パウダーテック社製)、DFC−400M、DFC−410M、SM−350NV(以上、DOWAエレクトロニクス社製)が好適な例として挙げられる。
本発明において使用されるキャリアの芯材の体積平均粒径は特に制限するものではないが、キャリア付着、キャリア飛散防止の点から、体積平均粒径が20μm以上であるものが好ましく、キャリアスジ等の異常画像発生を防止して、画像品質の低下を防止する観点から、100μm以下のものが好ましく、特に、20〜60μmのものを用いることで、近年の高画質化に対して、より好適に応えることができる。なお、体積平均粒径は、例えば、マイクロトラック粒度分布計モデルHRA9320−X100(日機装社製)を用いて測定することができる。
キャリア芯材は、形状係数SF2は120〜160の範囲で、算術平均表面粗さRaは0.5〜1.0μmにあることが好ましい。芯材形状を規定の範囲とすることで、特に経時での帯電安定性、抵抗安定性に優れたキャリアを得ることができる。この理由の詳細は明らかではないが、芯材の形状係数および算術平均表面粗さを規定の範囲とすることで、キャリアが適度な大きさの凹凸形状となり、それによってキャリアにスペントしたトナーを掻きとる効果が得られ、スペントによる帯電低下、抵抗上昇を防ぐことができるためだと考えられる。芯材粒子のSF2が120以下であると、本発明で意図しているような凹凸形状が得られず、真球に近い形状となり、スペント物掻き取り効果が得られなくなる。また芯材粒子のSF2が160以上であるものは、実使用時に現像機内で長期間使用した際、芯材の露出が多くなり過ぎ、初期抵抗値と使用後の抵抗値の変化が大きくなり、静電潜像担持体上のトナーの量、乗り方が変わり画像品質が安定しない事になる。
形状係数SF1、SF2は以下のものを意味する。形状係数を示すSF1、SF2とは、例えば日立製作所社製FE―SEM(S―800)を用い300倍に拡大したキャリア粒子像を100個無作為にサンプリングし、その画像情報はインターフェースを介して、例えばニレコ社製画像解析装置(Luzex AP)に導入し解析を行い、下記式(1)、(2)より算出し得られた値を形状係数SF1、SF2と定義する。
SF1=(L2/A)×(π/4)×100・・・(1)
SF2=(P2/A)×(1/4π)×100・・・(2)
式中、Lは粒子の絶対最大長(外接円の長さ)、Pは粒子の周囲長、Aは粒子の投影面積を示す。形状係数SF1は粒子の丸さの度合いを示し、形状係数SF2は粒子の凹凸の度合いを示している。円(球形)から離れるとSF1は値が大きくなる。表面の凹凸の起伏が激しくなるとSF2の値が大きくなる。
本発明において算術平均表面粗さRaは以下のものを意味する。LASERTEC社製のOPTELICS C130を使用し、対物レンズ50倍の倍率、Resolition 0.20μmで画像を取り込んだ後、芯材の頂点部を中心にして観察エリアを10μm×10μmとし、芯材数100個を測定した値を用いた。
〔現像剤〕
本発明の現像剤は、本発明の前記キャリアと、トナーとを含む二成分系現像剤である。
前記現像剤におけるトナーとキャリアの混合割合は、キャリアに対するトナーの質量比が1〜10%であることが好ましい。
[トナー]
前記トナーは、少なくとも結着樹脂及び着色剤を含んでなり、離型剤、帯電制御剤、更に必要に応じてその他の成分を含んでなる。また、トナーは外添剤を有するのが好ましい。
トナーはモノクロトナー、カラートナー、白色トナー及び透明トナーのいずれであってもよい。本発明のキャリアは、カーボンブラックによるトナーの汚染を抑制することを目的の一つとしているが、その効果は、カラートナー、特にイエロートナー、もしくは白色トナー、透明トナーと組み合わせた現像剤として利用する際に顕著である。これにより、本発明のキャリアの持つトナー汚れ抑制の機能を顕著に発揮させることができる。
定着ローラにトナー固着防止用オイルを塗布しないオイルレスシステムに適用するために、トナー粒子は、離型剤を含有しているのが好ましい。このようなトナーは、一般に、フィルミングが発生しやすいが、本発明のキャリアは、フィルミングを抑制することができるため、本発明の現像剤は、長期に渡り、良好な品質を維持することができる。
トナーは、粉砕法、重合法等の公知の方法を用いて製造することができる。例えば、粉砕法を用いてトナーを製造する場合、まず、トナー材料を混練することにより得られる溶融混練物を冷却した後、粉砕し、分級して、母体粒子を作製する。次に、転写性、耐久性をさらに向上させるために、母体粒子に外添剤を添加し、トナーを作製する。
このとき、トナー材料を混練する装置としては、特に限定されないが、バッチ式の2本ロール;バンバリーミキサー;KTK型2軸押出し機(神戸製鋼所社製)、TEM型2軸押出し機(東芝機械社製)、2軸押出し機(KCK社製)、PCM型2軸押出し機(池貝鉄工社製)、KEX型2軸押出し機(栗本鉄工所社製)等の連続式の2軸押出し機;コ・ニーダ(ブッス社製)等の連続式の1軸混練機等が挙げられる。
また、冷却した溶融混練物を粉砕する際には、ハンマーミル、ロートプレックス等を用いて粗粉砕した後、ジェット気流を用いた微粉砕機、機械式の微粉砕機等を用いて微粉砕することができる。なお、平均粒径が3〜15μmとなるように粉砕することが好ましい。
さらに、粉砕された溶融混練物を分級する際には、風力式分級機等を用いることができる。なお、母体粒子の体積平均粒径が5〜20μmとなるように分級することが好ましい。
また、母体粒子に外添剤を添加する際には、ミキサー類を用いて混合攪拌することにより、外添剤が解砕されながら母体粒子の表面に付着する。
(結着樹脂)
結着樹脂としては、特に限定されないが、ポリスチレン、ポリp−スチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の単独重合体;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−ビニルトルエン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロロメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は芳香族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
圧力定着用の結着樹脂としては、特に限定されないが、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン等のポリオレフィン;エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸エステル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー樹脂等のオレフィン共重合体;エポキシ樹脂、ポリエステル、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリビニルピロリドン、メチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体、マレイン酸変性フェノール樹脂、フェノール変性テルペン樹脂等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
(着色剤)
着色剤(顔料又は染料)としては、特に限定されないが、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローGR、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローNCG、タートラジンレーキ等の黄色顔料;モリブデンオレンジ、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、インダンスレンブリリアントオレンジRK、ベンジジンオレンジG、インダンスレンブリリアントオレンジGK等の橙色顔料;ベンガラ、カドミウムレッド、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン3B等の赤色顔料;ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ等の紫色顔料;コバルトブルー、アルカリブルー、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーBC等の青色顔料;クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ等の緑色顔料;カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物等の黒色顔料、酸化チタン等の白色顔料等が挙げられ、二種以上を併用してもよく、透明トナーの場合は使用しなくてもよい。
(離型剤)
離型剤としては、特に限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、脂肪酸金属塩、脂肪酸エステル、パラフィンワックス、アミド系ワックス、多価アルコールワックス、シリコーンワニス、カルナウバワックス、エステルワックス等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
前記離型剤の前記トナーにおける含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1重量%〜40質量%が好ましく、3重量%〜30質量%がより好ましい。前記含有量が40重量%を超えると、トナーの流動性が悪化することがある。
(帯電制御剤)
また、トナーは、帯電制御剤をさらに含有してもよい。帯電制御剤としては、特に限定されないが、ニグロシン;炭素数が2〜16のアルキル基を有するアジン系染料(特公昭42−1627号公報参照);C.I.Basic Yello 2(C.I.41000)、C.I.Basic Yello 3、C.I.Basic Red 1(C.I.45160)、C.I.Basic Red 9(C.I.42500)、C.I.Basic Violet 1(C.I.42535)、C.I.Basic Violet 3(C.I.42555)、C.I.Basic Violet 10(C.I.45170)、C.I.Basic Violet 14(C.I.42510)、C.I.Basic Blue 1(C.I.42025)、C.I.Basic Blue 3(C.I.51005)、C.I.Basic Blue 5(C.I.42140)、C.I.Basic Blue 7(C.I.42595)、C.I.Basic Blue 9(C.I.52015)、C.I.Basic Blue 24(C.I.52030)、C.I.Basic Blue25(C.I.52025)、C.I.Basic Blue 26(C.I.44045)、C.I.Basic Green 1(C.I.42040)、C.I.Basic Green 4(C.I.42000)等の塩基性染料;これらの塩基性染料のレーキ顔料;C.I.Solvent Black 8(C.I.26150)、ベンゾイルメチルヘキサデシルアンモニウムクロライド、デシルトリメチルクロライド等の4級アンモニウム塩;ジブチル、ジオクチル等のジアルキルスズ化合物;ジアルキルスズボレート化合物;グアニジン誘導体;アミノ基を有するビニル系ポリマー、アミノ基を有する縮合系ポリマー等のポリアミン樹脂;特公昭41−20153号公報、特公昭43−27596号公報、特公昭44−6397号公報、特公昭45−26478号公報に記載されているモノアゾ染料の金属錯塩;特公昭55−42752号公報、特公昭59−7385号公報に記載されているサルチル酸;ジアルキルサルチル酸、ナフトエ酸、ジカルボン酸のZn、Al、Co、Cr、Fe等の金属錯体;スルホン化した銅フタロシアニン顔料;有機ホウ素塩類;含フッ素4級アンモニウム塩;カリックスアレン系化合物等が挙げられるが、二種以上併用してもよい。なお、ブラック以外のカラートナーにおいては、白色のサリチル酸誘導体の金属塩等が好ましい。
前記帯電制御剤の添加量は、結着樹脂の種類、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるものであり、一義的に限定されるものではないが、前記結着樹脂に対し0.1重量%〜10重量%が好ましく、0.2重量%〜5重量%がより好ましい。前記添加量が、10重量%を超えると、トナーの帯電性が大きすぎ、帯電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電気的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招くことがあり、0.1重量%未満であると、帯電立ち上り性や帯電量が十分でなく、トナー画像に影響を及ぼしやすいことがある。
(外添剤)
外添剤としては、特に限定されないが、シリカ、酸化チタン、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素等の無機粒子;ソープフリー乳化重合法により得られる体積平均粒径が0.05〜1μmのポリメタクリル酸メチル粒子、ポリスチレン粒子等の樹脂粒子が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、表面が疎水化処理されているシリカ、酸化チタン等の金属酸化物粒子が好ましい。さらに、疎水化処理されているシリカ及び疎水化処理されている酸化チタンを併用し、疎水化処理されているシリカよりも疎水化処理されている酸化チタンの添加量を多くすることにより、湿度に対する帯電安定性に優れるトナーが得られる。
〈トナーの形状等〉
前記トナーは、その形状、大きさ等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、以下のような、平均円形度、体積平均粒径、体積平均粒径と個数平均粒径との比(体積平均粒径/個数平均粒径)等を有していることが好ましい。
前記平均円形度は、前記トナーの形状と投影面積の等しい相当円の周囲長を実在粒子の周囲長で除した値であり、例えば、0.900〜0.980が好ましく、0.950〜0.975がより好ましい。なお、前記平均円形度が0.94未満の粒子が15%以下であるものが好ましい。
前記トナーの体積平均粒径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、3μm〜10μmが好ましく、3μm〜8μmがより好ましい。
前記体積平均粒径が、3μm未満であると、二成分現像剤では現像装置における長期の撹拌においてキャリアの表面にトナーが融着し、キャリアの帯電能力を低下させることがあり、10μmを超えると、高解像で高画質の画像を得ることが難しくなり、現像剤中のトナーの収支が行われた場合にトナーの粒径の変動が大きくなることがある。
前記トナーにおける体積平均粒径と個数平均粒径との比(体積平均粒径/個数平均粒径)としては、1.00〜1.25が好ましく、1.10〜1.25がより好ましい。
〈トナーの製造方法〉
トナーは、粉砕法、重合法等の公知の方法を用いて製造することができる。例えば、粉砕法を用いてトナーを製造する場合、まず、トナー材料を混練することにより得られる溶融混練物を冷却した後、粉砕し、分級して、母体粒子を作製する。次に、転写性、耐久性をさらに向上させるために、母体粒子に外添剤を添加し、トナーを作製する。
このとき、トナー材料を混練する装置としては、特に限定されないが、バッチ式の2本ロール;バンバリーミキサー;KTK型2軸押出し機(神戸製鋼所社製)、TEM型2軸押出し機(東芝機械社製)、2軸押出し機(KCK社製)、PCM型2軸押出し機(池貝鉄工社製)、KEX型2軸押出し機(栗本鉄工所社製)等の連続式の2軸押出し機;コ・ニーダ(ブッス社製)等の連続式の1軸混練機等が挙げられる。
また、冷却した溶融混練物を粉砕する際には、ハンマーミル、ロートプレックス等を用いて粗粉砕した後、ジェット気流を用いた微粉砕機、機械式の微粉砕機等を用いて微粉砕することができる。なお、平均粒径が3〜15μmとなるように粉砕することが好ましい。
さらに、粉砕された溶融混練物を分級する際には、風力式分級機等を用いることができる。なお、母体粒子の体積平均粒径が5〜20μmとなるように分級することが好ましい。
また、母体粒子に外添剤を添加する際には、ミキサー類を用いて混合攪拌することにより、外添剤が解砕されながら母体粒子の表面に付着する。
〔画像形成方法及び画像形成装置〕
本発明の画像形成方法は、静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、本発明の現像剤を用いて、該静電潜像を現像して可視像を形成する現像工程と、該可視像を記録媒体上に転写する転写工程と、該記録媒体上に転写された転写像を定着させる定着工程とを有する。さらに必要に応じて適宜選択したその他の工程、例えば、除電工程、クリーニング工程、リサイクル工程、制御工程等を有する。
本発明の画像形成装置は、静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、本発明の現像剤を用いて、該静電潜像を現像して可視像を形成する現像手段と、該可視像を記録媒体上に転写する転写手段と、該記録媒体上に転写された転写像を定着させる定着手段とを有する。さらに必要に応じて適宜選択したその他の手段、例えば、除電手段、クリーニング手段、リサイクル手段、制御手段等を有する。
以下詳細を説明する。
−静電潜像形成工程及び静電潜像形成手段−
前記静電潜像形成工程は、静電潜像担持体上に静電潜像を形成する工程である。
前記静電潜像担持体(「電子写真感光体」、「感光体」と称することがある)としては、その材質、形状、構造、大きさ、等について特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができるが、その形状としてはドラム状が好適に挙げられ、その材質としては、例えばアモルファスシリコン、セレン等の無機感光体、ポリシラン、フタロポリメチン等の有機感光体(OPC)、等が挙げられる。これらの中でも、より高精細な画像が得られる点で、有機感光体(OPC)が好ましい。
前記静電潜像の形成は、例えば、前記静電潜像担持体の表面を一様に帯電させた後、像様に露光することにより行うことができ、静電潜像形成手段により行うことができる。
前記静電潜像形成手段は、例えば、前記静電潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電手段(帯電器)と、前記静電潜像担持体の表面を像様に露光する露光手段(露光器)とを少なくとも備える。
前記帯電は、例えば、前記帯電器を用いて前記静電潜像担持体の表面に電圧を印加することにより行うことができる。
前記帯電器としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、導電性又は半導電性のロール、ブラシ、フィルム、ゴムブレード等を備えたそれ自体公知の接触帯電器、コロトロン、スコロトロン等のコロナ放電を利用した非接触帯電器、等が挙げられる。
前記帯電器としては、静電潜像担持体に接触乃至非接触状態で配置され、直流及び交流電圧を重畳印加することによって静電潜像担持体表面を帯電するものが好ましい。
また、前記帯電器が、静電潜像担持体にギャップテープを介して非接触に近接配置された帯電ローラであり、該帯電ローラに直流並びに交流電圧を重畳印加することによって静電潜像担持体表面を帯電するものが好ましい。
前記露光は、例えば、前記露光器を用いて前記静電潜像担持体の表面を像様に露光することにより行うことができる。
前記露光器としては、前記帯電器により帯電された前記静電潜像担持体の表面に、形成すべき像様に露光を行うことができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、複写光学系、ロッドレンズアレイ系、レーザー光学系、液晶シャッタ光学系、等の各種露光器が挙げられる。
なお、本発明においては、前記静電潜像担持体の裏面側から像様に露光を行う光背面方式を採用してもよい。
−現像工程及び現像手段−
前記現像工程は、前記静電潜像を、前記現像剤を用いて現像して可視像を形成する工程である。
前記可視像の形成は、例えば、前記静電潜像を前記トナーを用いて現像することにより行うことができ、前記現像手段により行うことができる。
前記現像手段は、例えば、前記現像剤を収容し、前記静電潜像に該前記トナーを接触又は非接触的に付与可能な現像器を少なくとも有するものが好適であり、トナー入り容器を備えた現像器等がより好ましい。
前記現像器は、単色用現像器であってもよいし、多色用現像器であってもよく、例えば、前記トナーを摩擦攪拌させて帯電させる攪拌器と、回転可能なマグネットローラとを有するもの等が好適に挙げられる。
前記現像器内では、例えば、前記トナーと前記キャリアとが混合攪拌され、その際の摩擦により該トナーが帯電し、回転するマグネットローラの表面に穂立ち状態で保持され、磁気ブラシが形成される。該マグネットローラは、前記静電潜像担持体(感光体)近傍に配置されているため、該マグネットローラの表面に形成された前記磁気ブラシを構成する前記トナーの一部は、電気的な吸引力によって該静電潜像担持体(感光体)の表面に移動する。その結果、前記静電潜像が該トナーにより現像されて該静電潜像担持体(感光体)の表面に該トナーによる可視像が形成される。
−転写工程及び転写手段−
前記転写工程は、前記可視像を記録媒体に転写する工程であるが、中間転写体を用い、該中間転写体上に可視像を一次転写した後、該可視像を前記記録媒体上に二次転写する態様が好ましく、前記トナーとして二色以上を用い、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写工程と、該複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写工程とを含む態様がより好ましい。
前記転写は、例えば、前記可視像を転写帯電器を用いて前記静電潜像担持体(感光体)を帯電することにより行うことができ、前記転写手段により行うことができる。前記転写手段としては、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写手段と、該複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写手段とを有する態様が好ましい。
なお、前記中間転写体としては、特に制限はなく、目的に応じて公知の転写体の中から適宜選択することができ、例えば、転写ベルト等が好適に挙げられる。
前記転写手段(前記第一次転写手段、前記第二次転写手段)は、前記静電潜像担持体(感光体)上に形成された前記可視像を前記記録媒体側へ剥離帯電させる転写器を少なくとも有するのが好ましい。前記転写手段は1つであってもよいし、2以上であってもよい。
前記転写器としては、コロナ放電によるコロナ転写器、転写ベルト、転写ローラ、圧力転写ローラ、粘着転写器、等が挙げられる。
なお、前記記録媒体としては、特に制限はなく、公知の記録媒体(記録紙)の中から適宜選択することができる。
−定着工程及び定着手段−
前記定着工程は、記録媒体に転写された可視像を定着装置を用いて定着させる工程であり、各色の現像剤に対し前記記録媒体に転写する毎に行ってもよいし、各色の現像剤に対しこれを積層した状態で一度に同時に行ってもよい。
前記定着装置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、公知の加熱加圧手段が好適である。前記加熱加圧手段としては、加熱ローラと加圧ローラとの組合せ、加熱ローラと加圧ローラと無端ベルトとの組合せ、等が挙げられる。
前記定着装置が、発熱体を具備する加熱体と、該加熱体と接触するフィルムと、該フィルムを介して前記加熱体と圧接する加圧部材とを有し、前記フィルムと前記加圧部材の間に未定着画像を形成させた記録媒体を通過させて加熱定着する手段であることが好ましい。前記加熱加圧手段における加熱は、通常、80℃〜200℃が好ましい。
なお、本発明においては、目的に応じて、前記定着工程及び定着手段と共にあるいはこれらに代えて、例えば、公知の光定着器を用いてもよい。
前記除電工程は、前記静電潜像担持体に対し除電バイアスを印加して除電を行う工程であり、除電手段により好適に行うことができる。
前記除電手段としては、特に制限はなく、前記静電潜像担持体に対し除電バイアスを印加することができればよく、公知の除電器の中から適宜選択することができ、例えば、除電ランプ等が好適に挙げられる。
前記クリーニング工程は、前記静電潜像担持体上に残留する前記トナーを除去する工程であり、クリーニング手段により好適に行うことができる。
前記クリーニング手段としては、特に制限はなく、前記静電潜像担持体上に残留する前記トナーを除去することができればよく、公知のクリーナの中から適宜選択することができ、例えば、磁気ブラシクリーナ、静電ブラシクリーナ、磁気ローラクリーナ、ブレードクリーナ、ブラシクリーナ、ウエブクリーナ等が好適に挙げられる。
前記リサイクル工程は、前記クリーニング工程により除去した前記トナーを前記現像手段にリサイクルさせる工程であり、リサイクル手段により好適に行うことができる。前記リサイクル手段としては、特に制限はなく、公知の搬送手段等が挙げられる。
前記制御工程は、前記各工程を制御する工程であり、各工程は制御手段により好適に行うことができる。
前記制御手段としては、前記各手段の動きを制御することができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シークエンサー、コンピュータ等の機器が挙げられる。
図1に、本発明の画像形成装置の第一例を示す。画像形成装置100Aは、感光体ドラム10と、帯電ローラ20と、露光装置と、現像装置40と、中間転写ベルト50と、クリーニングブレードを有するクリーニング装置60と、除電ランプ70とを備える。
中間転写ベルト50は、内側に配置されている3個のローラ51で張架されている無端ベルトであり、図中、矢印方向に移動することができる。3個のローラ51の一部は、中間転写ベルト50に転写バイアス(一次転写バイアス)を印加することが可能な転写バイアスローラとしても機能する。また、中間転写ベルト50の近傍に、クリーニングブレードを有するクリーニング装置90が配置されている。さらに、転写紙95にトナー像を転写するための転写バイアス(二次転写バイアス)を印加することが可能な転写ローラ80が中間転写ベルト50と対向して配置されている。
また、中間転写ベルト50の周囲には、中間転写ベルト50に転写されたトナー像に電荷を付与するためのコロナ帯電装置58が、中間転写ベルト50の回転方向に対して、感光体ドラム10と中間転写ベルト50の接触部と、中間転写ベルト50と転写紙95の接触部との間に配置されている。
現像装置40は、現像ベルト41と、現像ベルト41の周囲に併設したブラック現像ユニット45K、イエロー現像ユニット45Y、マゼンタ現像ユニット45M及びシアン現像ユニット45Cから構成されている。なお、各色の現像ユニット45は、現像剤収容部42、現像剤供給ローラ43及び現像ローラ(現像剤担持体)44を備える。また、現像ベルト41は、複数のベルトローラで張架されている無端ベルトであり、図中、矢印方向に移動することができる。さらに、現像ベルト41の一部が感光体ドラム10と接触している。
次に、画像形成装置100Aを用いて画像を形成する方法について説明する。まず、帯電ローラ20を用いて、感光体ドラム10の表面を一様に帯電させた後、露光装置(不図示)を用いて、感光ドラム10に露光光Lを露光し、静電潜像を形成する。次に、感光ドラム10上に形成された静電潜像を、現像装置40から供給されたトナーで現像してトナー像を形成する。さらに、感光体ドラム10上に形成されたトナー像が、ローラ51から印加された転写バイアスにより、中間転写ベルト50上に転写(一次転写)された後、転写ローラ80から印加された転写バイアスにより、転写紙95上に転写(二次転写)される。一方、トナー像が中間転写ベルト50に転写された感光体ドラム10は、表面に残留したトナーがクリーニング装置60により除去された後、除電ランプ70により除電される。
図2に、本発明で用いられる画像形成装置の第二例を示す。画像形成装置100Bは、現像ベルト41を設けずに、感光体ドラム10の周囲に、ブラック現像ユニット45K、イエロー現像ユニット45Y、マゼンタ現像ユニット45M及びシアン現像ユニット45Cが直接対向して配置されている以外は、画像形成装置100Aと同様の構成を有する。
図3に、本発明で用いられる画像形成装置の第三例を示す。画像形成装置100Cは、タンデム型カラー画像形成装置であり、複写装置本体150と、給紙テーブル200と、スキャナ300と、原稿自動搬送装置(ADF)400とを備える。
複写装置本体150の中央部に設けられている中間転写ベルト50は、3個のローラ14、15及び16に張架されている無端ベルトであり、図中、矢印方向に移動することができる。ローラ15の近傍には、トナー像が記録紙に転写された中間転写ベルト50上に残留したトナーを除去するためのクリーニングブレードを有するクリーニング装置17が配置されている。ローラ14及び15により張架された中間転写ベルト50に対向すると共に、搬送方向に沿って、イエロー、シアン、マゼンタ及びブラックの画像形成ユニット120Y、120C、120M及び120Kが並置されている。
また、画像形成ユニット120の近傍には、露光装置21が配置されている。さらに、中間転写ベルト50の画像形成ユニット120が配置されている側とは反対側には、二次転写ベルト24が配置されている。なお、二次転写ベルト24は、一対のローラ23に張架されている無端ベルトであり、二次転写ベルト24上を搬送される記録紙と中間転写ベルト50は、ローラ16と23の間で接触することができる。
また、二次転写ベルト24の近傍には、一対のローラに張架されている無端ベルトである定着ベルト26と、定着ベルト26に押圧されて配置された加圧ローラ27とを備える定着装置25が配置されている。なお、二次転写ベルト24及び定着装置25の近傍に、記録紙の両面に画像を形成する場合に、記録紙を反転させるためのシート反転装置28が配置されている。
次に、画像形成装置100Cを用いて、フルカラー画像を形成する方法について説明する。まず、原稿自動搬送装置(ADF)400の原稿台130上に、カラー原稿をセットするか、原稿自動搬送装置400を開いてスキャナ300のコンタクトガラス32上に、カラー原稿をセットし、原稿自動搬送装置400を閉じる。スタートスイッチを押すと、原稿自動搬送装置400に原稿をセットした場合は、原稿が搬送されてコンタクトガラス32上へと移動された後で、一方、コンタクトガラス32上に原稿をセットした場合は、直ちに、スキャナ300が駆動し、光源を備える第1走行体33及びミラーを備える第2走行体34が走行する。このとき、第1走行体33から照射された光の原稿面からの反射光を第2走行体34で反射した後、結像レンズ35を介して、読み取りセンサ36で受光することにより、原稿が読み取られ、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの画像情報が得られる。
各色の画像情報は、各色の画像形成ユニット120に伝達され、各色のトナー像が形成される。各色の画像形成ユニット120は、図3に示すように、それぞれ、感光体ドラム10と、感光体ドラム10を一様に帯電させる帯電ローラ160と、各色の画像情報に基づいて、感光体ドラム10に露光光Lを露光し、各色の静電潜像を形成する露光装置と、静電潜像を各色の現像剤で現像して各色のトナー像を形成する現像装置61と、トナー像を中間転写ベルト50上に転写させるための転写ローラ62と、クリーニングブレードを有するクリーニング装置63と、除電ランプ64とを備える。
各色の画像形成ユニット120で形成された各色のトナー像は、ローラ14、15及び16に張架されて移動する中間転写体50上に順次転写(一次転写)され、重ね合わされて複合トナー像が形成される。
一方、給紙テーブル200においては、給紙ローラ142の一つを選択的に回転させ、ペーパーバンク143に多段に備える給紙カセット144の一つから記録紙を繰り出し、分離ローラ145で1枚ずつ分離して給紙路146に送出し、搬送ローラ147で搬送して複写機本体150内の給紙路148に導き、レジストローラ49に突き当てて止める。あるいは、給紙ローラを回転して手差しトレイ54上の記録紙を繰り出し、分離ローラ52で1枚ずつ分離して手差し給紙路53に導き、レジストローラ49に突き当てて止める。
なお、レジストローラ49は、一般には接地されて使用されるが、記録紙の紙粉を除去するためにバイアスが印加された状態で使用されてもよい。次に、中間転写ベルト50上に形成された複合トナー像にタイミングを合わせてレジストローラ49を回転させることにより、中間転写ベルト50と二次転写ベルト24との間に記録紙を送出させ、複合トナー像を記録紙上に転写(二次転写)する。なお、複合トナー像を転写した中間転写ベルト50上に残留したトナーは、クリーニング装置17により除去される。
複合トナー像が転写された記録紙は、二次転写ベルト24により搬送された後、定着装置25により複合トナー像が定着される。次に、記録紙は、切換爪55により搬送経路が切り換えられ、排出ローラ56により排紙トレイ57上に排出される。あるいは、記録紙は、切換爪55により搬送経路が切り換えられ、シート反転装置28により反転され、裏面にも同様にして画像が形成された後、排出ローラ56により排紙トレイ57上に排出される。
本発明の画像形成方法、画像形成装置は現像剤として本発明の現像剤を用いるものであり、これによれば、高画質な画像を長期に渡って提供することができる。なお、本発明において使用される画像形成装置の構成としては、特に限定されるものではなく、同様の機能を有していれば、他の構成を有する画像形成装置を使用することも可能である。
また、本発明の実施形態では、上述したキャリアとトナーを含んで構成される現像剤を、補給用現像剤及び現像装置内用現像剤としてトリクル現像方式に使用することで、長期間の使用後においても、キャリア表面の膜削れや、キャリア表面におけるトナースペントの発生が防止されて、現像剤収容器内における現像剤の帯電量の低下やキャリアの電気抵抗値の低下が抑えられ、安定した現像特性が得られる。
次に、本発明の画像形成方法におけるその他の実施形態について説明する。
まず、本発明に係る画像形成装置の他の例を挙げて説明する。図5は本発明の画像形成装置における他の例である。図5の符号101Aは駆動ローラ、101Bは従動ローラ、102は感光体ベルト、103は帯電器、104はレーザー書き込み系ユニット、105A〜105Dはそれぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナーを収容する現像ユニット、106は給紙カセット、107は中間転写ベルト、107Aは中間転写ベルト駆動用の駆動軸ローラ、107Bは中間転写ベルトを支持する従動軸ローラ、108はクリーニング装置、109は定着ローラ、109Aは加圧ローラ、110は排紙トレイ、113は紙転写ローラを示している。
このカラー画像形成装置では、前記転写ドラムに対して可撓性の中間転写ベルト107が使用されており、該中間転写体たる中間転写ベルト107は駆動軸ローラ107Aと一対の従動軸ローラ107Bに張架されて時計方向に循環搬送されていて、一対の従動軸ローラ107B間のベルト面を駆動ローラ101Aの外周の感光体ベルト102に対して水平方向から当接させた状態としている。
通常のカラー画像出力時は、感光体ベルト102上に形成される各色のトナー像は、形成の都度前記中間転写ベルト107に転写されて、カラーのトナー像を合成する。これを給紙カセット106から搬送される転写紙に対し紙転写ローラ113によって一括転写し、転写後の転写紙は定着装置の定着ローラ109と加圧ローラ109Aの間へと搬送され、定着ローラ109と加圧ローラ109Aによる定着後、排紙トレイ110に排紙される。
105A〜105Dの現像ユニットがトナーを現像すると、現像ユニットに収容されている現像剤のトナー濃度が低下する。現像剤のトナー濃度の低下はトナー濃度センサにより検知される。トナー濃度の低下が検知されると、各現像ユニットにそれぞれ接続されているトナー補給装置が稼動し、トナーを補給してトナー濃度を上昇させる。このとき、補給されるトナーは、現像ユニットに現像剤排出機構が備わっていれば、キャリアとトナーが混合されている、いわゆるトリクル現像方式用現像剤であってもよい。
図5では中間転写ベルト上にトナー像を重ねて画像を形成しているが、中間転写ベルトを用いることなく転写ドラムから直接に記録媒体へ転写を行なうシステムにおいても、同様に本発明の画像形成装置に含まれる。
図6は、本発明で用いられる現像装置の一例を示す図であり、後述するような変形例も本発明の範疇に属するものである。
図6に示される例では、潜像担持体である感光体20に対向して配設された現像装置40は、現像剤担持体としての現像スリーブ41、現像剤収容部材42、規制部材としてのドクターブレード43、支持ケース44等から主に構成されている。
感光体20側に開口を有する支持ケース44には、内部にトナー21を収容するトナー収容部としてのトナーホッパー45が接合されている。トナーホッパー45に隣接した、トナー21と、キャリア23からなる現像剤を収容する現像剤収容部46には、トナー21とキャリア23を撹拌し、トナー21に摩擦/剥離電荷を付与するための、現像剤撹拌機構47が設けられている。
トナーホッパー45の内部には、駆動手段によって回動されるトナー供給手段としてのトナーアジテータ48及びトナー補給機構49が配設されている。トナーアジテータ48及びトナー補給機構49は、トナーホッパー45内のトナー21を現像剤収容部46に向けて撹拌しながら送り出す。
感光体20とトナーホッパー45との間の空間には、現像スリーブ41が配設されている。駆動手段で図の矢印方向に回転駆動される現像スリーブ41は、キャリア23による磁気ブラシを形成するために、その内部に現像装置40に対して相対位置不変に配設された、磁界発生手段としての磁石を有する。
現像剤収容部材42の、支持ケース44に取り付けられた側と対向する側には、ドクターブレード43が一体的に取り付けられている。ドクターブレード43は、この例では、その先端と現像スリーブ41の外周面との間に一定の隙間を保った状態で配設されている。
このような装置を適宜変更して用い、例えば次のように画像形成が遂行される。トナーホッパー45の内部からトナーアジテータ48、トナー補給機構49によって送り出されたトナー21は、現像剤収容部46へ運ばれ、現像剤撹拌機構47で撹拌される。これにより、所望の摩擦/剥離電荷が付与され、キャリア23と共に現像剤として、現像スリーブ41に担持されて感光体20の外周面と対向する位置まで搬送される。そして、トナー21のみが感光体20上に形成された静電潜像と静電的に結合することにより、感光体20上にトナー像が形成される。
図7は、図6の現像装置を有する画像形成装置の一例を示す図である。ドラム状の感光体20の周囲に、帯電部材32、像露光系33、現像装置40、転写装置50、クリーニング装置60、除電ランプ70が配置されている。この例の場合、帯電部材32の表面は、感光体20の表面とは約0.2mmの間隙を置いて非接触状態にあり、帯電部材32により感光体20に帯電を施す際、帯電部材32に図示してない電圧印加手段によって直流成分に交流成分を重畳した電界により、感光体20を帯電させる。この場合、帯電ムラを低減することが可能であり、効果的である。
現像方法を含む画像形成方法は、例えば以下の動作で行われる。
画像形成の一連のプロセスは、ネガ−ポジプロセスで説明を行なうことができる。有機光導電層を有する感光体(OPC)に代表される感光体20は、除電ランプ70で除電され、帯電チャージャ、帯電ローラ等の帯電部材32で均一にマイナスに帯電され、レーザー光学系等の像露光系33から照射されるレーザー光で潜像形成(この例では、露光部電位の絶対値は、非露光部電位の絶対値より低電位となる)が行われる。
レーザー光は、例えば半導体レーザーから発せられて、高速で回転する多角柱の多面鏡(ポリゴン)等により、感光体20の表面を、感光体20の回転軸方向に走査する。このようにして形成された潜像が、現像装置40にある現像剤担持体である現像スリーブ41上に供給されたトナー及びキャリアの混合物からなる現像剤により現像され、トナー像が形成される。潜像の現像時には、電圧印加機構から現像スリーブ41に、感光体20の露光部と非露光部の間に、ある適当な大きさの直流電圧又はこれに交流電圧を重畳した現像バイアスが印加される。
一方、転写媒体80(例えば紙)が、給紙機構から給送され、上下一対のレジストローラで画像先端と同期をとって、感光体20と転写装置50との間に給送され、トナー像が転写される。このとき、転写装置50には、転写バイアスとして、トナー帯電の極性と逆極性の電位が印加されることが好ましい。その後、転写媒体80は、感光体20より分離され、転写像が得られる。
また、感光体20上に残存するトナーは、クリーニング部材としてのクリーニングブレード61により、クリーニング装置60内のトナー回収室62に回収される。回収されたトナーは、トナーリサイクル手段により現像剤収容部46及び/又はトナーホッパー45に搬送され、再使用されてもよい。
画像形成装置は、上述の現像装置を複数配置し、転写媒体上へトナー像を順次転写した後、定着機構へ送り、熱等によってトナーを定着する装置であってもよく、一端中間転写媒体上へ複数のトナー像を転写し、これを一括して転写媒体に転写後同様の定着を行う装置であってもよい。
図8に本発明の画像形成装置の他の例を示す。感光体20は、導電性支持体上に少なくとも感光層が設けられており、駆動ローラ24a、24bにより駆動され、帯電部材32による帯電、像露光系33による像露光、現像装置40による現像、転写装置50を用いる転写、クリーニング前露光光源26によるクリーニング前露光、ブラシ状クリーニング手段64及びクリーニングブレード61によるクリーニング、除電ランプ70による除電が繰り返し行われる。図8においては、感光体20(この場合、例えば支持体が透光性)に支持体側よりクリーニング前露光が行われる。
本実施形態の画像形成方法としては以下のようにすることが好ましい。
本発明の画像形成用現像剤を現像剤担持体の表面に担持させ、潜像担持体と対向する箇所で前記潜像担持体の表面の潜像にトナーを供給して現像する現像工程と、
前記現像剤担持体の軸線方向に沿って前記画像形成用現像剤を搬送し、前記現像剤担持体に前記画像形成用現像剤を供給する現像剤供給工程と、
前記潜像担持体と対向する箇所より下流側の前記現像剤担持体から回収される前記画像形成用現像剤を、前記現像剤担持体の軸線方向に沿って、かつ、前記現像剤供給工程と同方向に搬送する現像剤回収工程と、
前記現像工程における現像に用いられずに前記現像剤供給工程の搬送方向の最下流側まで搬送された余剰現像剤と、前記現像剤担持体から回収され前記現像剤回収工程の搬送方向の最下流側まで搬送された回収現像剤との供給を受け、前記現像剤担持体の軸線方向に沿って、かつ、前記余剰現像剤及び前記回収現像剤を攪拌しながら前記現像剤供給工程とは逆方向に搬送し、前記現像剤供給工程に供給する現像剤攪拌工程と、
を有する。
また、画像形成方法としては以下のようにすることがより好ましい。
本発明の画像形成用現像剤を現像剤担持体の表面に担持させ、潜像担持体と対向する箇所で前記潜像担持体の表面の潜像にトナーを供給して現像する現像工程と、
前記現像剤担持体の軸線方向に沿って前記画像形成用現像剤を搬送し、前記現像剤担持体に前記画像形成用現像剤を供給する現像剤供給搬送部材を備えた現像剤供給搬送路により前記画像形成用現像剤を供給する現像剤供給工程と、
前記潜像担持体と対向する箇所より下流側の前記現像剤担持体から回収される前記画像形成用現像剤を、前記現像剤担持体の軸線方向に沿って、かつ、前記現像剤供給搬送路と同方向に搬送する現像剤回収搬送部材を備えた現像剤回収搬送路により前記画像形成用現像剤を回収する現像剤回収工程と、
前記現像工程における現像に用いられずに前記現像剤供給搬送路の搬送方向の最下流側まで搬送された余剰現像剤と、前記現像剤担持体から回収され前記現像剤回収搬送路の搬送方向の最下流側まで搬送された回収現像剤との供給を受け、前記現像剤担持体の軸線方向に沿って、かつ、前記余剰現像剤及び前記回収現像剤を攪拌しながら前記現像剤供給搬送路とは逆方向に搬送し、前記現像剤供給搬送路に供給する現像剤攪拌搬送部材を備えた現像剤攪拌搬送路により前記画像形成用現像剤を攪拌、搬送する現像剤攪拌工程と、
を有する画像形成方法であって、
前記現像剤供給搬送路、現像剤回収搬送路及び現像剤攪拌搬送路はそれぞれ、長手方向両端部を除いて仕切り部材により仕切られている。
供給部材(1軸目)による供給搬送路、攪拌搬送部材(2軸目)による攪拌搬送路、回収搬送部材(3軸目)による回収搬送路の3つの搬送路を要件とする現像装置を用いることで、記録媒体上で濃度ムラの少ない画像を提供することができる。
供給部材によって現像領域に供給された現像剤は、そのまま供給搬送路へは戻らず、直接、もしくは回収搬送路を経由して攪拌搬送路へ送られ、攪拌工程を経てから再度供給搬送路に送られる。なお、以下、このような現像方式を一方向循環現像と称することもある。
この現像方式では、現像領域に供給されることなく供給搬送路を通過してきた現像剤と、現像領域を通過して攪拌搬送路若しくは回収搬送路に回収された現像剤は、攪拌搬送路にて混合され、供給搬送路へ送られる。
そのため、供給搬送路に、現像に用いられたためにトナー濃度が低下した現像剤が混入することがないため、現像時にトナー濃度のムラに起因するトナー付着量のムラが発生しにくい。そのため、記録媒体上のいずれの部分においても、濃度の安定した画像を提供することが可能となる。
次に、本実施形態の画像形成方法に用いられる現像装置の好ましい構成例について図面を参照しつつ説明する。図9〜図11に示される例は、仕切り部材により仕切られた現像剤供給搬送路、現像剤回収搬送路、現像剤攪拌搬送路を有する現像方式を図示したものである。
図9は、現像装置4及び感光体1を示す拡大構成図である。図9に示すように感光体1は図中矢印(G)方向に回転しながら、その表面を帯電装置により帯電される。帯電された感光体1の表面は不図示の露光装置より照射されたレーザー光により静電潜像を形成された潜像に現像装置4からトナーが供給され、トナー像を形成する。
現像装置4は、図中矢印(I)方向に表面移動しながら感光体1の表面の潜像に現像剤を供給し、現像する現像剤担持体としての現像ローラ5を有している。また、現像ローラ5に現像剤を供給しながら図9の手前方向に現像剤を搬送する現像剤供給搬送部材としての供給スクリュー8を有している。
現像ローラ5の供給スクリュー8との対向部から表面移動方向下流側には、現像ローラ5に供給された現像剤を現像に適した厚さに規制する現像剤規制部材としての現像ドクタ12を備えている。
現像ローラ5の感光体1との対向部である現像部から表面移動方向下流側には、現像部を通過した現像済みの現像剤を回収し、回収した回収現像剤を供給スクリュー8と同方向に搬送する現像剤回収搬送部材としての回収スクリュー6を備えている。供給スクリュー8を備えた現像剤供給搬送路である供給搬送路9は、現像ローラ5の横方向に、回収スクリュー6を備えた現像剤回収搬送路としての回収搬送路7は現像ローラ5の下方に並設されている。
現像装置4は、供給搬送路9の下方で回収搬送路7に並列して、現像剤攪拌搬送路である攪拌搬送路10を設けている。攪拌搬送路10は、現像剤を攪拌しながら供給スクリュー8とは逆方向である図中奥方向に搬送する現像剤攪拌搬送部材としての攪拌スクリュー11を備えている。
供給搬送路9と攪拌搬送路10とは仕切り部材としての第一仕切り壁133によって仕切られている。第一仕切り壁133の供給搬送路9と攪拌搬送路10とを仕切る箇所は図中手前側と奥側との両端は開口部となっており、供給搬送路9と攪拌搬送路10とが連通している。
なお、供給搬送路9と回収搬送路7とも第一仕切り部材133によって仕切られているが、第一仕切り壁133の供給搬送路9と回収搬送路7とを仕切る箇所には開口部を設けていない。
また、攪拌搬送路10と回収搬送路7との2つの搬送路は仕切り部材としての第二仕切り壁134によって仕切られている。第二仕切り壁134は、図中手前側が開口部となっており、攪拌搬送路10と回収搬送路7とが連通している。
現像剤搬送部材である供給スクリュー8、回収スクリュー6及び攪拌スクリュー11は、この例の装置では、樹脂のスクリューからなっており、一例としては、各スクリュー径を全てφ18[mm]、スクリューピッチを25[mm]、回転数を約600[rpm]としたものが挙げられる。
現像ローラ5上にステンレスからなる現像ドクタ12によって薄層化された現像剤を感光体1との対抗部である現像領域まで搬送し現像を行なう。現像ローラ5の表面はV溝あるいはサンドブラスト処理されており、構成の一例としては、φ25[mm]のAl[アルミ]素管を用い、現像ドクタ12及び感光体1とのギャップを0.3[mm]程度にしたものが挙げられる。
現像後の現像剤は回収搬送路7にて回収を行ない、図9中の断面手前側に搬送され、非画像領域部に設けられた第一仕切り壁133の開口部で、攪拌搬送路10へ現像剤が移送される。なお、攪拌搬送路10における現像剤搬送方向上流側の第一仕切り壁133の開口部の付近で攪拌搬送路10の上側に設けられたトナー補給口から攪拌搬送路10にトナーが供給される。
次に、3つの現像剤搬送路内での現像剤の循環について説明する。
図10は現像剤搬送路内の現像剤の流れを説明する現像装置4の斜視断面図である。図中の各矢印は現像剤の移動方向を示している。
また、図11は、現像装置4内の現像剤の流れの模式図であり、図10と同様、図中の各矢印は現像剤の移動方向を示している。
攪拌搬送路10から現像剤の供給を受けた供給搬送路9では、現像ローラ5に現像剤を供給しながら、供給スクリュー8の搬送方向下流側に現像剤を搬送する。そして、現像ローラ5に供給され現像に用いられず供給搬送路9の搬送方向下流端まで搬送された余剰現像剤は第一仕切り壁133の開口部より攪拌搬送路10に供給される(図11中矢印(E))。
現像ローラ5から回収搬送路7に送られ、回収スクリュー6によって回収搬送路7の搬送方向下流端まで搬送された回収現像剤は第二仕切り壁134の開口部より攪拌搬送路10に供給される(図11中矢印(F))。
そして、攪拌搬送路10は、供給された余剰現像剤と回収現像剤とを攪拌し、攪拌スクリュー11の搬送方向下流側であり、供給スクリュー8の搬送方向上流側に搬送し、第一仕切り壁133の開口部より供給搬送路9に供給される(図11中矢印(D))。
攪拌搬送路10では攪拌スクリュー11によって、回収現像剤、余剰現像剤及び移送部で必要に応じて補給されるトナーを、回収搬送路7及び供給搬送路9の現像剤と逆方向に攪拌搬送する。そして、搬送方向下流側で連通している供給搬送路9の搬送方向上流側に攪拌された現像剤を移送する。なお、攪拌搬送路10の下方には、不図示のトナー濃度センサが設けられ、センサ出力により不図示のトナー補給制御装置を作動し、不図示のトナー収容部からトナー補給を行なっている。
図11に示す現像装置4では、供給搬送路9と回収搬送路7とを備え、現像剤の供給と回収とを異なる現像剤搬送路で行なうので、現像済みの現像剤が供給搬送路9に混入することがない。よって、供給搬送路9の搬送方向下流側ほど現像ローラ5に供給される現像剤のトナー濃度が低下することを防止することができる。
また、回収搬送路7と攪拌搬送路10とを備え、現像剤の回収と攪拌とを異なる現像剤搬送路で行なうので、現像済みの現像剤が攪拌の途中に落ちることがない。よって、充分に攪拌がなされた現像剤が供給搬送路9に供給されるため、剤供給搬送路9に供給される現像剤が攪拌不足となることを防止することができる。
このように、供給搬送路9内の現像剤のトナー濃度が低下することを防止し、供給搬送路9内の現像剤が攪拌不足となることを防止することができるので現像時の画像濃度を一定にすることができる。
図12は、感光体1を用いた画像形成装置に、本発明に用いられる現像装置3を用いたときの感光体1まわりの概略を示した各部材配置構成図の一例である。なお、図12では、現像剤攪拌搬送路は省略してある。
現像装置3はケーシング301内に、現像剤320を現像剤供給搬送路で撹拌搬送する現像剤供給搬送部材304及び現像剤回収搬送路で搬送する現像剤回収搬送部材305、現像ローラ302などの回転部材及びその他の部材を具備している。現像ローラ302はその長手方向の寸法が感光体1の長手方向と略同じ長さを有している。
現像ローラ302は感光体1に近接して対向させることで現像ニップ領域Aを構成するようにして近接配置されている。この感光体1との対向部位に相当するケーシング301の部位は現像ローラ302を露出させるため開口している。
現像ローラ302によりケーシング301内の現像剤320は現像ニップ領域Aへ搬送されるようになっている。現像ニップ領域Aで感光体1の表面に形成されている静電潜像に現像剤320中のトナーが付着してトナー像として顕像化される。
現像装置3は、ケーシング301の内部に現像ローラ302、現像剤供給搬送部材304、現像剤回収搬送部材305、現像剤規制部材303を有し、現像剤320を撹拌搬送して循環させている。
現像ローラの周囲に円筒状に位置するスリーブ302cは、アルミ等の非磁性の金属で形成されている。マグネットローラ302dは、各磁石が所定の方向を向くように不動部材、例えば、ケーシング301に固定されており、その周囲をスリーブ302cが回転して、現像ローラ内部に設けたマグネットローラ302dの円周方向に配置した、複数の磁石によって引き付けた現像剤320を搬送していく。
現像ローラ302と感光体1は現像ニップ領域Aで直接には接触せずに、現像に適する一定の間隔、現像ギャップGP1を保持して対向している。
現像ローラ302上において現像剤320を穂立ちさせ、現像剤320を感光体1に接触させることで、感光体1表面の静電潜像にトナーを付着させて顕像化する。
この現像装置3では、固定軸302aには接地されたバイアス用の電源が接続されている。固定軸302aに接続された電源の電圧は、スリーブ302cに印加される。一方、感光体1を構成する最下層の導電性支持体は接地されている。
こうして、現像ニップ領域Aには、キャリアから離脱したトナーを感光体1側へ移動させる電界を形成しておき、スリーブ302cと感光体1の表面に形成された静電潜像との電位差によりトナーを感光体1側に向けて移動させることに供している。
なお、本例の現像装置は、露光用の光で書き込む方式の画像形成装置と組み合わせている。帯電装置2により感光体1上に一様に負極性の電荷を乗せ、書き込み量を少なくするために文字部を露光用の光で露光することで、低下した電位の文字部(静電潜像)に負極性のトナーで現像するいわゆる反転現像方式を採用している。これは一例であり、本発明の現像方式の中で、感光体1に乗せる帯電電荷の極性は大きな問題ではない。
現像後、現像ローラ302上に担持された現像後の現像剤320は現像ローラ302の回転と共に下流側に搬送され、ケーシング301内に引き入れられる。該ケーシング301の一部はスリーブ302cの周面に近接して沿う湾曲形状をしており、シール効果によりいわゆるトナー飛散防止機能を果たしている。
引き入れられた現像剤には、それまで現像ローラ302周囲に引き寄せていた現像剤320を現像ローラ302から引き離す“剤離し”の作用が働き、剤離し領域(図12に符号9で示す。)が形成される。
感光体1にトナーを付着させた現像剤320は、現像剤中のトナー濃度が下がっているため、このトナー濃度が低下した現像剤が現像ローラ302から離れずに再度現像ニップ領域Aに搬送され現像に供給されると、狙いの画像濃度を得ることができないという不具合が生じてしまう。
これを防止するため、本例では、現像後の剤離し領域9で、現像ローラ302から現像剤を離す。現像ローラ302から離した現像剤はその後、狙いのトナー濃度、トナー帯電量になるように、現像剤攪拌搬送路にて撹拌混合する。
こうして、狙いのトナー濃度、帯電量にされた現像剤が、現像ローラ上の剤汲み上げ領域(図12に符号10で示す)で、現像ローラ302に汲み上げられる。そして、現像ローラ302に引き付けられ、いわゆる汲み上げられた現像剤は現像剤規制部材303を通過することにより、所定の厚さに整えられて、磁気ブラシを形成しながら現像ニップ領域Aに搬送される。
以下、必要に応じて、現像装置の内部の構成を組み立て状態で示した図13及び分解状態で示した図14等をも参照しつつ、各部材の配置構成などを説明する。図13、図14は本発明に用いられる現像装置の一例について、内部の構成を組み立て状態で模式的に示す要部斜視図又は要部分解斜視図である。
図12に示されるように、現像剤供給搬送部材304は現像ローラ302のまわりの位置で、剤汲み上げ領域10の近傍に配置されている。この位置は現像剤規制部材303の上流側でもある。図13、図14に示すように、現像剤供給搬送部材304は回転軸の回りにスパイラルを設けたスクリュー形状をしており、現像ローラ302の中心(O−302をとおる中心線(O−302a)と平行な中心線(O−304a)を中心に回転し、該中心線(O−304a)の長手方向奥側から手前側に向けて矢印11で示すように現像剤を撹拌しながら搬送する。つまり、現像剤供給搬送部材304は回転軸の回転により現像剤をその軸方向に搬送する。
現像剤供給搬送部材304及び現像剤回収搬送部材305の奥側端部は現像ローラ302の奥側端部よりも若干奥側に位置するように設定して、現像ローラ302の奥側端部の現像剤の供給を確保している。また、現像剤供給搬送部材304及び現像剤回収搬送部材305の手前側端部は現像ローラ302の手前側端部よりも手前側に位置するようにして後述するトナー補給のためのスペースを確保している。現像剤規制部材303は現像ローラ302の長さに合わせて設置されている。
現像剤供給搬送部材304と現像剤回収搬送部材305の間であって、現像ローラ302の長手方向両端部を除く中央部で、現像剤供給搬送部材304周囲の空間と現像剤撹拌搬送部材305周囲の空間とを遮蔽する仕切板306がケーシング301の現像ローラ302から離れる側の内壁と一体に片持ち支持状に形成されている。
仕切板306はその長手方向については、現像ローラ302の長手方向両端部を除く中央部に位置し、現像ローラ302の長手方向両端部に対応する部位にはない。一方、現像剤供給搬送部材304及び現像剤撹拌搬送部材305の各長手方向端部は現像ローラ302の長手方向両端部まで及んでいる。
仕切板306はその長手方向については、現像ローラ302の長手方向両端部を除く中央部に位置するようにしたのは、その長手方向の端部での現像剤の流れを可能にして、全体として循環搬送路を形成するためである。
なお、図示の例では、仕切板306はその奥側の端部近傍に開口307を設けていて、この開口307を介して現像剤撹拌搬送路から現像剤供給搬送路への現像剤の移動を行なうようにしている。このため、現像ローラ302の長手方向奥側端部まで仕切板306が及ぶ構成とすることもできる。
仕切板306により現像ローラ302の長手方向両端部を除く中央部で現像剤供給搬送部材304の周囲と現像剤回収搬送部材305の周囲の空間が仕切られている。これにより、現像ローラ302に対しては現像剤供給搬送部材304により、トナーとキャリアを充分に撹拌混合された現像剤320のみが供給される。このため、現像直後のトナー濃度の下がった現像剤は専ら現像剤回収搬送部材305により搬送されるだけで、直ぐに現像ローラ320に供給されることがない。これにより、現像ローラ320へは狙いの帯電量を持ったトナーだけが現像に用いられることとなり、高画質を得ることができる。
仕切板306の機能をより確実にするため、好ましくは現像ローラ302の外周部と仕切板306との間隔、仕切板ギャップGP2を、0.2〜1mm程度のギャップに保持する。0.2mm未満では現像ローラ302の回転時の偏心により仕切板306が現像ローラにぶつかるおそれがあり、1mmを超えると穂切り性能が不完全になるおそれがあるからである。これにより、仕切板306の設定位置を剤離し領域9の任意の位置にしても充分な機能を得る。つまり、仕切板設定位置の自由度が増す。
さらに、剤離し領域9からずれた配置としても、仕切板としての機能を得ることは可能である。しかし、剤離し領域9からずれた配置とした場合には、仕切板が多量の現像剤を規制するケースも生じ得ることから、現像剤が受けるストレスが大となり、好ましくない。
その場合、現像ローラ302を間にして感光体1と反対側の現像ローラ302の周りに剤離れ領域9が位置し、現像ローラの回転方向上で剤離れ領域9の下流側に隣接して剤汲み上げ位置10が位置する構成とすることが考えられる。この場合、剤離し領域9と剤汲み上げ位置10との間で、現像ローラ302の周囲に現像剤が付着する量が最も少ない位置に、現像剤供給搬送路の空間と、現像剤撹拌搬送路の空間を遮蔽するようにして、仕切板306を設け、かつ、仕切板306の現像ローラ302側の端部を現像ローラ302に対向させた構成とすることが好ましい。
このような構成であれば、前記仕切板ギャップGP2の0.2〜1mmの設定をしなくてもこの仕切板が設けられる部位では現像ローラ302の周囲に現像剤が付着する量が最も少ない位置であるので、仕切板306の機能を発揮できる。また、該仕切板により規制されることで現像剤が受けるストレスを最小限にすることができる。つまり、仕切板設定時のギャップ管理を緩和できる。もっとも、その上で仕切板ギャップGP2を0.2〜1mmの設定にする条件をさらに付加した構成とすれば、現像剤に与えるストレスをより少なくすることが可能となる。
現像剤供給搬送部材304の回転方向は、現像ローラ302と逆向きにすることが好ましい。一般に、スクリューは、被搬送物を軸方向に送りながら、回転方向に寄せる作用があるので、現像剤供給搬送部材304は現像剤320を現像剤供給搬送路で現像ローラ302に寄せながら搬送することになる。したがって、現像ローラ302への連続した現像剤供給が可能になる。
現像装置3内の現像剤320は、現像動作を繰り返す内にトナーが消費されていくので、現像装置外部から装置内の現像剤に対してトナーを補給する必要がある。現像剤撹拌搬送路の上流側端部、すなわち、現像装置の手前側の端部近傍に設けた現像剤の補給部より外部などからトナーの補給を行なうと、補給されたトナーが直ちに現像に供されることがなく、現像剤撹拌搬送部材で撹拌され、安定した所定のトナー濃度で現像に供される。
現像剤撹拌搬送路は、現像ローラ302へのトナー供給は行なわないので、補給用開口310から新しく補給されたトナーにより充分に撹拌されていない、トナー濃度が不均一な状態の現像剤が現像に供されることがない。
補給トナーは、現像ローラ302から離れた、トナー濃度の低下した現像剤320と共に撹拌混合されながら、現像装置3の奥側まで搬送される。それまでにトナー濃度は正常化され、現像剤供給搬送部材304により手前側に搬送されながら現像ローラ302に供給され現像に使用される。
本例に係る現像装置3では、現像剤供給搬送部材304で搬送される現像剤320は、手前側に向けて搬送されながら、現像ローラ302に汲み上げられる。現像ローラ302に汲み上げられた現像剤320は、磁気ブラシを介して感光体1に接触して現像に供された後、現像装置3内で剤離し領域9で現像ローラ302から離され、現像剤回収搬送部材305により、手前へ向けて搬送される。
〔プロセスカートリッジ〕
図15に、本発明のプロセスカートリッジの一例を示す。このプロセスカートリッジは、感光体20と、近接型のブラシ状の帯電部材32、本発明の現像剤を収納する現像装置40、クリーニングブレード61を少なくとも有するクリーニング装置を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在である。本発明においては、上述の各構成要素をプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカートリッジを複写機、プリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱自在に構成することができる。
以下、本発明を実施例および比較例を挙げて説明する。なお、本発明はここに例示される実施例に限定されるものではない。また、以下において「部」は重量部を、「%」は重量%を表す。なお、実施例11、12、17、28、29、34とあるのは、本発明に含まれない参考例11、12、17、28、29、34とする。
[トナーの作製]
(結着樹脂合成例1)
冷却管、攪拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物724部、イソフタル酸276部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧下230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応した後、160℃まで冷却して、これに32部の無水フタル酸を加えて2時間反応した。
次いで、80℃まで冷却し、酢酸エチル中にてイソフォロンジイソシアネート188部と2時間反応を行い、イソシアネート含有プレポリマー(P1)を得た。
次いで、プレポリマー(P1)267部とイソホロンジアミン14部を50℃で2時間反応させ、重量平均分子量64000のウレア変性ポリエステル(U1)を得た。
上記と同様にビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物724部、テレフタル酸276部を常圧下、230℃で8時間重縮合し、次いで10〜15mmHgの減圧で5時間反応して、ピーク分子量5000の変性されていないポリエステル(E1)を得た。
ウレア変性ポリエステル(U1)200部と変性されていないポリエステル(E1)800部を酢酸エチル/MEK(1/1)混合溶剤2000部に溶解、混合し、結着樹脂(B1)の酢酸エチル/MEK溶液を得た。一部減圧乾燥し、結着樹脂(B1)を単離した。結着樹脂(B1)のTgは62℃であった。
(ポリエステル樹脂合成例A)
テレフタル酸 :60部
ドデセニル無水コハク酸 :25部
無水トリメリット酸 :15部
ビスフェノールA(2,2)プロピレンオキサイド :70部
ビスフェノールA(2,2)エチレンオキサイド :50部
上記組成物を、温度計、攪拌器、コンデンサー及び窒素ガス導入管を備えた容量1Lの4つ口丸底フラスコ内に入れ、このフラスコをマントルヒーターにセットし、窒素ガス導入管より窒素ガスを導入してフラスコ内を不活性雰囲気下に保った状態で昇温し、次いで0.05gのジブチルスズオキシドを加えて温度を200℃に保って反応させて、[ポリエステル樹脂A]を得た。
このポリエステル樹脂AのTgは60℃、数平均分子量(Mn)は3800であった。
(ポリエステル樹脂合成例B)
温度計、攪拌機、冷却器および窒素導入管の付いた反応槽中にビスフェノールAのPO付加物(水酸基価:320)443部、ジエチレングリコール135部、テレフタル酸422部およびジブチルチンオキサイド2.5部を入れて、200℃で酸価が10になるまで反応させて、[ポリエステル樹脂B]を得た。
このポリエステル樹脂BのTgは63℃、数平均分子量(Mn)は6000であった。
(ポリエステル樹脂合成例C)
温度計、攪拌機、冷却器および窒素導入管の付いた反応槽中にビスフェノールAのPO付加物(水酸基価 320)443部、ジエチレングリコール135部、テレフタル酸422部およびジブチルチンオキサイド2.5部を入れて、230℃で酸価が7になるまで反応させて、[ポリエステル樹脂C]を得た。
このポリエステル樹脂CのTgは65℃、数平均分子量(Mn)は16000であった。
(マスターバッチ作成例1)
顔料(C.I.Pigment Yellow 155):40部
結着樹脂(ポリエステル樹脂A):60部
水:30部
上記原材料をヘンシェルミキサーにて混合し、顔料凝集体中に水が染み込んだ混合物を得た。これをロ−ル表面温度130℃に設定した2本ロールにより45分間混練を行い、パルベライザーで1mmφの大きさに粉砕し、マスターバッチ(M1)を得た。
(トナー製造例A)
ビーカー内に前記の結着樹脂(B1)の酢酸エチル/MEK溶液240部、ペンタエリスリトールテトラベヘネート(融点81℃、溶融粘度25cps)20部、マスターバッチ(M1)8部を入れ、60℃にてTK式ホモミキサーにて12000rpmで攪拌し、均一に溶解、分散させ、トナー材料液を用意した。
ビーカー内にイオン交換水706部、ハイドロキシアパタイト10%懸濁液(日本化学工業社製スーパタイト10)294部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.2部を入れ均一に溶解した。
次いで、60℃に昇温し、TK式ホモミキサーにて12000rpmに攪拌しながら、上記トナー材料溶液を投入し10分間攪拌した。
次いで、この混合液を攪拌棒および温度計付のコルベンに移し、98℃まで昇温して溶剤を除去し、濾別、洗浄、乾燥した後、風力分級し、母体トナー粒子Aを得た。
(トナー製造例B)
ポリエステル樹脂B 40部
ポリエステル樹脂C 60部
カルナバワックス 1部
カーボンブラック(#44、三菱化学社製) 10部
上記のトナー構成材料を、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製のヘンシェル20Bで、1500rpmで3分間)で混合し、一軸混練機(Buss社製の小型ブス・コ・ニーダー)にて以下の条件で混練を行なった。
・設定温度:入口部100℃
・出口部50℃
・フィード量:2kg/Hr
更に、混練後圧延冷却し、パルペライザーで粉砕し、更に、I式ミル(日本ニューマチック社製IDS−2型にて、平面型衝突板を用い、エアー圧力:6.8atm/cm、フィード量:0.5kg/hrの条件)にて微粉砕を行い、更に分級を行って(アルピネ社製の132MP)、母体トナー粒子Bを得た。
(トナー製造例C)
カーボンブラックを酸化チタン50部に変更したこと以外はトナー製造例Bと同様にして母体トナー粒子Cを得た。
(トナー製造例D)
カーボンブラックを処方しないこと以外はトナー製造例Bと同様にして母体トナー粒子Dを得た。
上記の母体トナー粒子A〜Dのそれぞれ100部に、疎水性シリカ1.0部と、疎水化酸化チタン1.0部をヘンシェルミキサーにて混合して、「トナーA」、「トナーB」、「トナーC」、「トナーD」を得た。
トナー粒径を、コールターエレクトロニクス社製の粒度測定器「コールターカウンターTA2」を用い、アパーチャ径100μmで測定したところ、トナーAは体積平均粒径(Dv)=6.2μm、個数平均粒径(Dn)=5.1μmであり、トナーB、C及びDは体積平均粒径(Dv)=6.9μm、個数平均粒径(Dn)=6.1μmであった。
引き続き、円形度を、フロー式粒子像分析装置FPIA−1000(東亜医用電子社製)により平均円形度として計測した。測定は、前記装置に、予め不純固形物を除去した水100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(アルキルベンゼンスルフォン酸塩)を0.1〜0.5ml加え、更に測定試料を0.1〜0.5g程度加え、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、分散液濃度を3000〜1万個/μlに調整した測定液をセットして行った。トナーAの円形度は0.96であり、トナーB、C及びDの円形度は0.94であった。
[キャリアの作製]
(製造例1)
<樹脂液a>
アクリル樹脂溶液(固形分濃度:20%) 200部
シリコーン樹脂溶液(固形分濃度:40%) 2000部
アミノシラン(固形分濃度:100%) 10部
カーボン(ケッチェンブラック) 80部
硫酸バリウム(体積平均粒径:0.60[μm]) 1000部
トルエン 6000部
<樹脂液b>
アクリル樹脂溶液(固形分濃度:20%) 200部
シリコーン樹脂溶液(固形分濃度:40%) 2000部
アミノシラン(固形分濃度:100%) 10部
酸化スズドープ酸化インジウム(ITO)表面処理アルミナ 800部
(粉体比抵抗:20[Ω・cm])
硫酸バリウム(体積平均粒径:0.60[μm]) 1000部
トルエン 6000部
樹脂液a、樹脂液bのそれぞれにおいて、以上の各材料をホモミキサーにて10分間分散し、樹脂層形成液を調合した。キャリア芯材として粒径35μmのCu−Znフェライトを用い、上記樹脂液aを芯材表面に厚みが0.20μmとなるようにスピラコーター(岡田精工社製)により55℃の雰囲気下で30g/minに割合で塗布し、続いて、樹脂液bを同様に塗布し、その後、乾燥させた。層厚の調整は液量によって行った。得られたキャリアを電気炉中にて150℃で1時間放置して焼成し、冷却後に目開き100μmの篩を用いて解砕して、キャリア1を得た。被覆層の平均厚さ(T:芯材表面から被覆層表面までの厚み)は0.40μmであった。
前記芯材の体積平均粒径の測定は、マイクロトラック粒度分析計(日機装社製)のSRAタイプを使用し、0.7μm以上、125μm以下のレンジ設定で行ったものを用いた。
前記芯材表面から被覆層表面までの厚みT(μm)は、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、キャリア断面の観察をし、芯材表面から被覆層表面までの厚みtを、キャリア表面に沿って0.2μm間隔で50点測定し、得られた測定値を平均して求めた。
(製造例2)
樹脂液aによる厚みを0.36μm、樹脂液bによる厚みを0.04μmとなるように液量を調整して塗布したこと以外は、製造例1と同様にしてキャリア2を得た。
(製造例3)
樹脂液aによる厚みを0.04μm、樹脂液bによる厚みを0.36μmとなるように液量を調整して塗布したこと以外は、製造例1と同様にしてキャリア3を得た。
(製造例4)
<樹脂液c>
アクリル樹脂溶液(固形分濃度:20%) 200部
シリコーン樹脂溶液(固形分濃度:40%) 2000部
アミノシラン(固形分濃度:100%) 10部
酸化スズドープ酸化インジウム(ITO)表面処理アルミナ 400部
(粉体比抵抗:20[Ω・cm])
カーボン(ケッチェンブラック) 40部
硫酸バリウム(体積平均粒径:0.60[μm]) 1000部
トルエン 6000部
樹脂液bを樹脂液cに変更したこと以外は製造例1と同様にしてキャリア4を得た。
(製造例5)
<樹脂液d>
アクリル樹脂溶液(固形分濃度:20%) 200部
シリコーン樹脂溶液(固形分濃度:40%) 2000部
アミノシラン(固形分濃度:100%) 10部
酸化スズドープ酸化インジウム(ITO)表面処理アルミナ 300部
(粉体比抵抗:20[Ω・cm])
カーボン(ケッチェンブラック) 50部
硫酸バリウム(体積平均粒径:0.60[μm]) 1000部
トルエン 6000部
樹脂液bを樹脂液dに変更したこと以外は製造例1と同様にしてキャリア5を得た。
(製造例6)
<樹脂液e>
アクリル樹脂溶液(固形分濃度:20%) 400部
シリコーン樹脂溶液(固形分濃度:40%) 4000部
アミノシラン(固形分濃度:100%) 20部
酸化スズドープ酸化インジウム(ITO)表面処理アルミナ 800部
(粉体比抵抗:20[Ω・cm])
カーボン(ケッチェンブラック) 80部
硫酸バリウム(体積平均粒径:0.60[μm]) 2000部
トルエン12000部
樹脂液を樹脂液eのみとし、被覆層の平均厚さが0.40μmとなるように塗布したこと以外は製造例1と同様にしてキャリア6を得た。
(製造例7)
<樹脂液f>
アクリル樹脂溶液(固形分濃度:20%) 200部
シリコーン樹脂溶液(固形分濃度:40%) 2000部
アミノシラン(固形分濃度:100%) 10部
酸化リンドープ酸化スズ(ITO)表面処理アルミナ 800部
(粉体比抵抗:190[Ω・cm])
硫酸バリウム(体積平均粒径:0.60[μm]) 1000部
トルエン 6000部
樹脂液bを樹脂液fに変更したこと以外は製造例1と同様にしてキャリア7を得た。
(製造例8)
<樹脂液g>
アクリル樹脂溶液(固形分濃度:20%) 200部
シリコーン樹脂溶液(固形分濃度:40%) 2000部
アミノシラン(固形分濃度:100%) 10部
酸化リンドープ酸化スズ表面(ITO)処理アルミナ 1000部
(粉体比抵抗:210[Ω・cm])
硫酸バリウム(体積平均粒径:0.60[μm]) 1000部
トルエン 6000部
樹脂液bを樹脂液gに変更したこと以外は製造例1と同様にしてキャリア8を得た。
(製造例9)
<樹脂液h>
アクリル樹脂溶液(固形分濃度:20%) 200部
シリコーン樹脂溶液(固形分濃度:40%) 2000部
アミノシラン(固形分濃度:100%) 10部
酸化タングステンドープ酸化スズ(ITO)表面処理アルミナ 800部
(粉体比抵抗:40[Ω・cm])
硫酸バリウム(体積平均粒径:0.60[μm]) 1000部
トルエン 6000部
樹脂液bを樹脂液hに変更したこと以外は製造例1と同様にしてキャリア9を得た。
(製造例10)
<樹脂液i>
アクリル樹脂溶液(固形分濃度:20%) 200部
シリコーン樹脂溶液(固形分濃度:40%) 2000部
アミノシラン(固形分濃度:100%) 10部
酸化スズ表面処理アルミナ 800部
(粉体比抵抗:189[Ω・cm])
硫酸バリウム(体積平均粒径:0.60[μm]) 1000部
トルエン 6000部
樹脂液bを樹脂液iに変更したこと以外は製造例1と同様にしてキャリア10を得た。
(製造例11)
硫酸バリウムを、体積平均粒径0.85μmのものに変更したこと以外は、製造例1と同様にしてキャリア11を得た。
(製造例12)
硫酸バリウムを、体積平均粒径0.35μmのものに変更したこと以外は、製造例1と同様にしてキャリア12を得た。
(製造例13)
硫酸バリウムを、酸化亜鉛(体積平均粒径0.65μm)に変更したこと以外は、製造例1と同様にしてキャリア13を得た。
(製造例14)
硫酸バリウムを、酸化マグネシウム(体積平均粒径0.55μm)に変更したこと以外は、製造例1と同様にしてキャリア14を得た。
(製造例15)
硫酸バリウムを、水酸化マグネシウム(体積平均粒径0.61μm)に変更したこと以外は、製造例1と同様にしてキャリア15を得た。
(製造例16)
硫酸バリウムを、ハイドロタルサイト(体積平均粒径0.58μm)に変更したこと以外は、製造例1と同様にしてキャリア16を得た。
(製造例17)
硫酸バリウムを、アルミナ(体積平均粒径0.62μm)に変更したこと以外は、製造例1と同様にしてキャリア17を得た。
各キャリアを表1に示す。
Figure 0006932916
〔実施例1〕
トナー製造例で得たトナーAを7部と、キャリア製造例1で得たキャリア1を93部用い、ミキサーで10分攪拌して現像剤1−Aを作成した。
市販のデジタルフルカラープリンター(リコー社製、imagio MP C4500)に現像剤1−Aをセットし、画像面積5%の文字チャート(1文字の大きさが2mm×2mm程度)を10万枚出力し、以下の評価を行なった。
[評価方法]
(耐久性)
10万枚画像出力前後での、帯電低下量およびキャリア抵抗変化量をもって耐久性の評価を行った。
帯電低下量の測定は以下の方法にて行った。
まず、初期のキャリア93%に対しトナー7%の割合で混合し摩擦帯電させたサンプルを、一般的なブローオフ法(東芝ケミカル社製、TB−200)にて測定し、この値を初期帯電量とする。次に、画像出力後の現像剤からトナーを前記ブローオフ装置にて除去し、得られたキャリア93%に対し新規にトナーを7%の割合で混合し、初期のキャリアと同様に摩擦帯電させたサンプルを、初期のキャリアと同様に帯電量測定を行い、初期帯電量との差を帯電低下量とする。帯電低下量の目標値は10.0μC/g以内である。
キャリア抵抗値変化量の測定は以下の方法にて行った。
キャリアを抵抗計測平行電極の電極(32a、32b)間距離2mm、表面積2×4cmの電極32a、電極32bを収容したフッ素樹脂製容器からなるセル31にキャリア33を投入し(図16参照)、DC1000Vを印加して30sec後の抵抗値をハイレジスト計で計測した。得られた値を体積抵抗率に変換した値を初期抵抗値とする。次に、ランニング後の現像剤中のトナーを前記ブローオフ装置にて除去し、得たキャリアに対して前記抵抗測定方法と同様の方法で抵抗測定を行い、得られた値を体積抵抗率に変換し、初期抵抗値との差をキャリア抵抗値変化量とする。キャリア抵抗値変化量の目標値は絶対値で2.0〔Log(Ω・cm)〕以内である。
(色汚れ)
ベタ画像を出力してX−Riteにより測定した。具体的には、現像剤をセットしセット直後の画像をX−Rite(アムテック社製、X−Rite 938 D50)により測定した値(E)と、10万枚出力後に画像を出力し、その画像をX−Riteにより測定した値(E')を用いて、次式によりΔEを求め、以下のようにランク付けした。
Figure 0006932916
E=初期値
E'=10万枚画像出力後
◎:ΔE≦2
○:2<ΔE≦5
×:5<ΔE
〔実施例2〜4〕
トナーとして、トナーB、C、Dを用い、現像剤1−B、1−C、1−Dとしたこと以外は実施例1と同様にして評価を行なった。
〔実施例5〜17、比較例1〜3〕
キャリアとして、キャリア2〜17を用い、現像剤2〜17−Aとしたこと以外は実施例1と同様にして評価を行なった。
各実施例、比較例に用いた現像剤のキャリアとトナーの組み合わせ及び評価結果を表2に示す。
Figure 0006932916
〔実施例18〕
実施例1で得られた現像剤1−Aを図5の現像ユニット105D内に収容し、画像面積5%の文字チャート(1文字の大きさが2mm×2mm程度)を10万枚出力し、以下の評価を行なった。なお、現像ユニット105Dは図9〜図11に示す現像装置と同様の構成であるが、現像ユニット105A〜Cは使用しなかった。また、現像剤搬送路に対して、トナーとキャリアを該現像装置に補給するとともに、余剰となった現像剤を排出しながら現像を行なう、いわゆるトリクル現像方式は用いなかった。
[評価方法]
耐久性及び色汚れの評価については実施例1と同様にして行った。また、連続出力時の画像品質安定性については以下のようにして行った。
(連続出力時の画像品質安定性)
連続出力における画像品質の安定性は、A4紙にてベタ画像を10枚連続で出力し、1枚目と10枚目の画像を比較し、10枚目の画像の1枚目の画像に対する画像ムラの程度を目視にて確認した。評価基準は以下の通りである。
○:画像ムラの変化が目視で確認できない。
△:画像ムラが悪化しているが許容できる。
×:画像ムラが明らかに悪化しており、許容できない。
〔実施例19〜21〕
トナーとして、トナーB、C、Dを用い、現像剤1−B、1−C、1−Dとしたこと以外は実施例18と同様にして評価を行なった。
〔実施例22〜34、比較例4〜6〕
キャリアとして、キャリア2〜17を用い、現像剤2〜17−Aとしたこと以外は実施例18と同様にして評価を行なった。
〔実施例35〕
現像剤搬送路に対して、トナーとキャリアを該現像装置に補給するとともに、余剰となった現像剤を排出しながら現像を行なう、いわゆるトリクル現像方式も併用したこと以外は実施例18と同様にして評価を行なった。
トリクル現像方式で用いるトリクル現像用補充トナーは、現像剤1−Aのトナーとキャリアの比率をそれぞれ逆にすることで作成した。
各実施例、比較例に用いた現像剤のキャリアとトナーの組み合わせ及び評価結果を表3に示す。
Figure 0006932916
表2、表3の評価結果にみられるように、本発明によれば長期の使用によっても色汚れの発生が少なく、安定した画像品質が得られる。
(図1〜図3において)
10 感光体
10K ブラック用感光体
10Y イエロー用感光体
10M マゼンタ用感光体
10C シアン用感光体
14、15、16 支持ローラ
17 中間転写体クリーニング装置
18 画像形成手段
20 帯電ローラ
21 露光装置
22 二次転写装置
23 ローラ
24 二次転写ベルト
25 定着装置
26 定着ベルト
27 加圧ベルト
28 シート反転装置
32 コンタクトガラス
33 第1走行体
34 第2走行体
35 結像レンズ
36 読み取りセンサ
40 現像装置
41 現像ベルト
42K、42Y、42M、42C 現像剤収容部
43K、43Y、43M、43C 現像剤供給ローラ
44K、44Y、44M、44C 現像ローラ
45K ブラック用現像器
45Y イエロー用現像器
45M マゼンタ用現像器
45C シアン用現像器
49 レジストローラ
50 中間転写体
52 分離ローラ
53 手差し給紙路
54 手差しトレイ
55 切り換え爪
56 排出ローラ
57 排出トレイ
58 コロナ帯電器
59 帯電器
60 クリーニング装置
61 現像器
62 転写帯電器
70 除電ランプ
80 転写ローラ
90 クリーニング装置
95 記録紙
100A、100B、100C 画像形成装置
110 ベルト式定着装置
120 タンデム型現像器
130 原稿台
142a、142b 給紙ローラ
143 ペーパーバンク
144 給紙カセット
145a、145b 分離ローラ
146 給紙路
147 搬送ローラ
148 給紙路
150 複写装置本体
200 給紙テーブル
300 スキャナ
400 原稿自動搬送装置
L 露光装置
(図4において)
26 芯材
27 被覆層
(図5において)
101A 駆動ローラ
101B 従動ローラ
102 感光体ベルト
103 帯電器
104 レーザー書き込み系ユニット
105A〜105D それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色のトナーを収容する現像ユニット
106 給紙カセット
107 中間転写ベルト
107A 中間転写ベルト駆動用の駆動軸ローラ
107B 中間転写ベルトを支持する従動軸ローラ
108 クリーニング装置
109 定着ローラ
109A 加圧ローラ
110 排紙トレイ
113 紙転写ローラ
(図6において)
20 感光体
21 トナー
23 キャリア
41 現像スリーブ
42 現像剤収容部材
43 ドクターブレード
44 支持ケース
45 トナーホッパー
46 現像剤収容部
47 現像剤撹拌機構
48 トナーアジテータ
49 トナー補給機構
(図7において)
20 感光体
32 帯電部材
33 像露光系
40 現像装置
41 現像スリーブ
45 トナーホッパー
47 現像剤撹拌機構
50 転写装置
60 クリーニング装置
61 クリーニングブレード
62 トナー回収室
70 除電ランプ
80 転写媒体
(図8において)
20 感光体
24a 駆動ローラ
24b 駆動ローラ
26 クリーニング前露光光源
32 帯電部材
33 像露光系
40 現像装置
50 転写装置
61 クリーニングブレード
64 ブラシ状クリーニング手段
70 除電ランプ
(図9〜図11において)
1 感光体
4 現像装置
5 現像ローラ
6 回収スクリュー
7 回収搬送路
8 供給スクリュー
9 供給搬送路
10 攪拌搬送路
11 攪拌スクリュー
12 現像ドクタ
133 第一仕切り壁
134 第二仕切り壁
(図13〜図14において)
1 感光体
2 帯電装置
3 現像装置
9 剤離し領域
10 剤汲み上げ領域
11 現像剤循環系路
12 現像剤循環系路
13 現像剤循環系路
14 現像剤循環系路
301 ケーシング
302 現像ローラ
302a 固定軸
302c スリーブ
302d マグネットローラ
303 現像剤規制部材
304 現像剤供給搬送部材
305 現像剤回収搬送部材
305J 軸部
306 仕切板
307 開口
308 羽根車
310 補給用開口
320 現像剤
O−302 中心
O−302a 中心線
O−304a 中心線
O−305a 中心線
A 現像ニップ領域A
GP1 現像ギャップ
GP2 仕切板ギャップ
(図15において)
20 感光体
32 帯電手段
40 現像手段
61 クリーニング手段
(図16において)
31 セル
32a、32b 電極
33 キャリア
特許第5473642号公報 特開昭54−155048号公報 特開昭57−40267号公報 特開昭58−108549号公報 特開昭59−166968号公報 特公平1−19584号公報 特公平3−628号公報 特開平6−202381号公報 特開平5−273789号公報 特開平8−6307号公報 特許第2683624号公報 特開2001−117287 特開昭56−75659号公報 特開平4−360156号公報 特開平5−303238号公報 特開平11−174740号公報 特開平3−73968号公報 特開平8−179570号公報 特開平8−286429号公報

Claims (8)

  1. 少なくとも磁性材料からなる芯材粒子と、該芯材粒子表面に被覆層を有するキャリアであって、
    該被覆層は、少なくとも樹脂、カーボンブラック及び2種類の無機微粒子A、Bを含有し、かつ厚み方向に無機微粒子A及びカーボンブラックが濃度勾配を持ち、該被覆層の表層に向かうほど無機微粒子Aの濃度は高く、カーボンブラックの濃度は低くなり、
    該被覆層表面から深さ0.0〜0.1[μm]の範囲において、カーボンブラックの体積比が0[%]以上30[%]以下であり、
    該無機微粒子Aは、粉体比抵抗が200[Ω・cm]以下の導電性微粒子であるとともに、酸化スズにタングステン、インジウム、リン及びそれらの酸化物から選ばれるいずれかの材料をドープした化合物、もしくは、酸化スズをタングステン、インジウム、リン及びそれらの酸化物から選ばれるいずれかの材料にドープした化合物、もしくは、その化合物を基体表面に設けた無機微粒子であり、
    前記無機微粒子Bが硫酸バリウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム及びハイドロタルサイトから選択される無機微粒子であり、前記無機微粒子Bの体積平均粒径が、100〜6000nmであり、
    下記のようにして求められる前記被覆層の厚さ(t)を平均した前記被覆層の平均厚さ(T)が、0.1〜3.0μmであるとともに、
    前記無機微粒子Bの直径Dと前記被覆層の平均厚さTが以下の式を満たすことを特徴とする画像形成用キャリア。
    [被覆層の厚さ(t)]
    前記芯材粒子の表面から前記被覆層の表面までの距離を前記被覆層の厚さ(t)とする。
    [式]
    D/2≦T≦D
  2. トナーと、請求項に記載の画像形成用キャリアとからなることを特徴とする画像形成用現像剤。
  3. 前記トナーが負帯電トナーであることを特徴とする請求項に記載の画像形成用現像剤。
  4. 前記トナーが、カラートナー、白色トナー又は透明トナーのいずれかであることを特徴とする、請求項又はに記載の画像形成用現像剤。
  5. 請求項のいずれかに記載の画像形成用現像剤を用いることを特徴とする画像形成装置。
  6. 請求項のいずれかに記載の画像形成用現像剤を用いることを特徴とする画像形成方法。
  7. 請求項のいずれかに記載の画像形成用現像剤を現像剤担持体の表面に担持させ、潜像担持体と対向する箇所で前記潜像担持体の表面の潜像にトナーを供給して現像する現像工程と、
    前記現像剤担持体の軸線方向に沿って前記画像形成用現像剤を搬送し、前記現像剤担持体に前記画像形成用現像剤を供給する現像剤供給工程と、
    前記潜像担持体と対向する箇所より下流側の前記現像剤担持体から回収される前記画像形成用現像剤を、前記現像剤担持体の軸線方向に沿って、かつ、前記現像剤供給工程と同方向に搬送する現像剤回収工程と、
    前記現像工程における現像に用いられずに前記現像剤供給工程の搬送方向の最下流側まで搬送された余剰現像剤と、前記現像剤担持体から回収され前記現像剤回収工程の搬送方向の最下流側まで搬送された回収現像剤との供給を受け、前記現像剤担持体の軸線方向に沿って、かつ、前記余剰現像剤及び前記回収現像剤を攪拌しながら前記現像剤供給工程とは逆方向に搬送し、前記現像剤供給工程に供給する現像剤攪拌工程と、
    を有することを特徴とする請求項に記載の画像形成方法。
  8. 請求項のいずれかに記載の画像形成用現像剤を用いることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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