JP2006058359A - 非磁性一成分負帯電球形トナー及びそれを用いたフルカラー画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】トナー母粒子の球形度を高くしても外添剤粒子の埋没や遊離を防止でき、転写効率が高く、連続印字に際しての耐久性を向上できる非磁性一成分負帯電球形トナー。潜像坦持体上のトナーフィルミング量や転写残トナー量が少なく、潜像坦持体のクリーナーレス化が可能であり、小型化を可能とするフルカラー画像形成装置。
【解決手段】非磁性一成分負帯電球形トナーは、潜像坦持体をクリーナーレスとするフルカラー画像形成装置に適用されるトナーであって、トナーがトナー母粒子と外添剤粒子とからなり、微小圧縮試験を行う時に得られる圧縮変位曲線の10%変位荷重で求められる機械的強度が7〜19MPaであり、トナー母粒子が結着樹脂と着色剤とからなると共に外添剤粒子が特定粒径の疎水性無機微粒子と特定粒径の疎水性単分散球形シリカ粒子とからなり、疎水性単分散球形シリカ粒子の仕事関数をトナー母粒子の仕事関数より小さくした。
【選択図】図1
【解決手段】非磁性一成分負帯電球形トナーは、潜像坦持体をクリーナーレスとするフルカラー画像形成装置に適用されるトナーであって、トナーがトナー母粒子と外添剤粒子とからなり、微小圧縮試験を行う時に得られる圧縮変位曲線の10%変位荷重で求められる機械的強度が7〜19MPaであり、トナー母粒子が結着樹脂と着色剤とからなると共に外添剤粒子が特定粒径の疎水性無機微粒子と特定粒径の疎水性単分散球形シリカ粒子とからなり、疎水性単分散球形シリカ粒子の仕事関数をトナー母粒子の仕事関数より小さくした。
【選択図】図1
Description
本発明は、潜像坦持体をクリーナーレスとするフルカラー画像形成装置に用いられる非磁性一成分負帯電球形トナー、および該フルカラー画像形成装置に関する。
電子写真法では、光導電性物質を設けた潜像坦持体に形成した静電潜像を着色剤を含有したトナー粒子を用いて現像を行った後に、中間転写媒体に転写し、更に紙等の記録材にトナー画像を転写し、熱、圧力等により定着して複写物や印刷物を形成している。そして、転写工程後の潜像坦持体上に残留するトナーは、後工程での電子写真プロセスにおいてトナーの白抜けや記録材への地カブリを生じさせる原因となるため、潜像坦持体における残留トナーを除去するためにクリーニング手段が設けられている。
クリーニング手段としては、転写工程後の潜像坦持体にウレタンブレード等を当接させて残留トナーを掻きとる所謂ブレードクリーニング方式が広く用いられているが、ブレードクリーニング方式を用いたクリーニング手段は、潜像坦持体に膜削れを生じさせるため、潜像坦持体の寿命を縮めてしまうという問題がある。また、潜像坦持体の膜削れは潜像坦持体の静電容量を変動させるため、画像形成条件の変動をもたらし、画像品質の低下を招くといった問題、さらに潜像坦持体回りにクリーニング手段を設置するためのスペースが必要であり、近年要請が高まっている潜像坦持体の小型化に対応できないといった問題がある。
そのため、現像時に電位差を設けて転写残りトナーを現像器内に回収する所謂「現像同時クリーニング」に基づくクリーナーレス方式の画像形成装置が開発され(特許文献1〜4)ているが、画像形成装置の小型化を可能にするものの、潜像坦持体上の転写残りトナーや異物、紙粉とを現像装置に回収する結果、現像剤の帯電特性が不安定化し、転写効率の低下やカブリの発生また逆転写トナーの発生による混色をもたらすと同時に色再現性が不十分となるという問題がある。
また、高転写効率を目的として円形度0.96以上の球状トナーを用い、非接触現像によりクリーナーレスを行うものとして、潜像坦持体上の残留トナーを保持ローラに一旦回収した後、中間転写媒体に移行させ、中間転写媒体でクリーニングを行う方式が知られている(特許文献5)が、保持ローラを使用することによりトナーの混色防止は可能ではあるが、潜像坦持体回りの小型化の観点からは問題がある。
また、非磁性一成分現像方式に使用されるトナーとして、圧縮強度や圧縮荷重を所定のものとした球形トナーを使用することにより高い画像形成性と強靱性がえられること、また、トナー層規制部材による薄層規制によって充分な帯電量を付与しうることが知られ(特許文献6〜9)、また、トナー母粒子への外添剤粒子の埋め込みにより帯電安定性が損なわれることから、連続印字に際してより帯電安定性を図ることを目的として単分散球形シリカ粒子をスペーサとして外添処理することも知られている(特許文献10)が、トナー母粒子が球状で、かつ、圧縮強度や圧縮荷重の高い硬いトナー母粒子であるほど、外添剤である大粒径の単分散球形シリカ粒子が転がりやすく、トナー母粒子表面より剥がれやすくなり遊離するという問題があり、特に、トナー層規制部材により薄層規制使用とすると、流動化剤等の外添剤粒子の埋め込みが生じ、連続印字に際して逆帯電トナーが発生し、クリーニングトナー量が増大するという問題がある。また、潜像坦持体上でのフィルミングトナー量も増大して、転写効率が低下し、潜像坦持体のクリーナーレス化の課題に対応できないという問題がある。
特開平5−53482号公報
特開平8−146652号公報
特開平10−240004号公報
特開2000−75541
特開平11−249452号公報
特開2004−109601
特開平6−324526号公報
特開2001−66895
特開2004−46117
特開2002−318467
本発明は、トナー母粒子の球形度を高くしても外添剤粒子の埋没や遊離を防止でき、転写効率が高く、連続印字に際しての耐久性を向上できる非磁性一成分負帯電球形トナーの提供、および、潜像坦持体上のトナーフィルミング量や転写残トナー量が少なく、潜像坦持体のクリーナーレス化が可能であり、画像形成装置の小型化を可能とするフルカラー画像形成装置の提供を課題とする。
本発明の非磁性一成分負帯電球形トナーは、潜像坦持体に静電潜像を形成し、該静電潜像を、逐次、複数の現像器を用いて非接触現像によりトナー像を形成した後、該潜像坦持体に形成されたトナー像を中間転写媒体に転写してフルカラートナー像を形成し、一括して記録材上に転写し、定着するに際して、潜像坦持体上の転写残トナーを中間転写媒体に転写して中間転写媒体上でクリーニングし、潜像坦持体をクリーナーレスとするフルカラー画像形成装置に適用されるトナーであって、該トナーがトナー母粒子と外添剤粒子とからなる非磁性一成分負帯電球形トナーであり、微小圧縮試験を行う時に得られる圧縮変位曲線の10%変位荷重で求められる機械的強度が7〜19MPaであり、また、前記トナー母粒子が少なくとも結着樹脂と着色剤とからなると共に前記外添剤粒子が少なくとも平均粒径が7〜50nmの疎水性無機微粒子と平均粒径が70〜130nmの疎水性単分散球形シリカ粒子とからなり、かつ、該疎水性単分散球形シリカ粒子の仕事関数(ΦS )を前記トナー母粒子の仕事関数(ΦTB)より小さくしたことを特徴とする。
トナー母粒子が、フロー式粒子像測定装置により測定される個数基準の粒度分布として、平均粒径が9μm以下であって、3μm以下の粒子径の積算値が1%以下の粒度分布を有し、かつ、平均円形度値が0.970〜0.985であることを特徴とする。
トナー母粒子の仕事関数(ΦTB)が5.2〜5.8eVであると共に、疎水性単分散球形シリカ粒子の仕事関数(ΦS )が4.90〜5.20eVであり、その差が少なくとも0.2eVであることを特徴とする。
トナー母粒子と同極性でかつ仕事関数が5.25〜5.7eVであって、疎水性単分散球形シリカ粒子の仕事関数より少なくとも0.2eV大きく、かつ、トナー母粒子と同様の仕事関数を有する金属石鹸粒子によりさらに外添処理されることを特徴とする。
トナー母粒子が、溶解懸濁法により得られるものであることを特徴とする。
本発明のフルカラー画像形成装置は、潜像坦持体に静電潜像を形成し、該静電潜像を、逐次、複数の現像器を用いて非接触現像によりトナー像を形成した後、該潜像坦持体に形成されたトナー像を中間転写媒体に転写してフルカラートナー像を形成し、一括して記録材上に転写し、定着するに際して、潜像坦持体上の転写残トナーを中間転写媒体に転写し、中間転写媒体上でクリーニングし、潜像坦持体をクリーナーレスとするフルカラー画像形成装置において、該トナーがトナー母粒子と外添剤粒子とからなる非磁性一成分負帯電球形トナーであり、微小圧縮試験を行う時に得られる圧縮変位曲線の10%変位荷重で求められる機械的強度が7〜19MPaであり、また、前記トナー母粒子が少なくとも結着樹脂と着色剤とからなると共に前記外添剤粒子が少なくとも平均粒径が7〜50nmの無機微粒子と平均粒径が70〜130nmの疎水性単分散球形シリカ粒子とからなり、該疎水性単分散球形シリカ粒子の仕事関数(ΦS )を前記トナー母粒子の仕事関数(ΦTB)より小さくすると共に、前記中間転写媒体の仕事関数(ΦTM)を前記非磁性一成分負帯電球形トナーの仕事関数(ΦT )より小さくしたことを特徴とする。
非磁性一成分負帯電球形トナーにおけるトナー母粒子が、フロー式粒子像測定装置により測定される個数基準の粒度分布として、平均粒径が9μm以下であって、3μm以下の粒子径の積算値が1%以下の粒度分布を有し、かつ、平均円形度値が0.970〜0.985であることを特徴とする。
トナー母粒子の仕事関数(ΦTB)が5.2〜5.8eVであると共に疎水性単分散球形シリカ粒子の仕事関数(ΦS )が4.90〜5.20eVであり、また、中間転写媒体の仕事関数(ΦTM)が4.9〜5.5eVであると共にトナーの仕事関数(ΦT )が5.4〜5.9eVであって、トナー母粒子の仕事関数(ΦTB)と疎水性単分散球形シリカ粒子の仕事関数(ΦS )の差、また、中間転写媒体の仕事関数(ΦTM)とトナーの仕事関数(ΦT )の差がそれぞれ少なくとも0.2eVであることを特徴とする。
複数の現像器は、それぞれトナーを補充しないトナー収容部と現像部とが一体化された構造を有すると共に、該現像部が現像剤坦持体とトナー層規制部材とからなり該トナー層規制部材により現像剤坦持体上のトナー層が略一層規制されるものであることを特徴とする。
本発明の非磁性一成分負帯電球形トナーは、スペーサーとして機能する平均粒径が70〜130nmの疎水性単分散球形シリカ粒子のトナー母粒子からの遊離を防止でき、また、平均粒径が7〜50nmの無機微粒子等の外添剤粒子のトナー母粒子への埋没を防止できるので、連続印字に際しても耐久性に優れるものとでき、また、潜像坦持体上の転写残トナー量やトナーフィルミング量を少なくできるので、潜像坦持体のクリーナーレス化が可能で、印字品質に問題のないフルカラー画像形成装置とできる。
従来、表面に凹凸のない球形トナーにおいては、トナー層規制ブレード等による圧接に際して外添剤粒子の逃げ場がなく、外添剤粒子がトナー母粒子表面に埋め込まれやすいことから(日本画像学会2003年度第3回技術研究会予講集4頁)、トナー母粒子表面には適当な凹凸がある方が外添剤粒子の埋め込みを防止するために有利であるとされている。しかしながら、トナーの転写効率を高めるためにはトナーの球形度(円形度)を限りなく1.0に近づけることが有利であるが、上述のごとく外添剤粒子が埋め込まれることによる耐久性の悪化という問題があり、転写効率と耐久性の両立には矛盾があった。
本発明者等は、トナー粒子を微小圧縮試験を行う時に得られる圧縮変位曲線の10%変位荷重で求められる機械的強度が7〜19MPaと高い強度を有するものとし、また、その平均円形度値を0.970〜0.985と高くしても、スペーサーとしての機能を果たす外添剤粒子として、平均粒径が70〜130nmの疎水性単分散球形シリカ粒子とし、かつ、その仕事関数をトナー母粒子の仕事関数より小さくなるように調整することによりトナー母粒子からの遊離を防止できること、これにより、流動性改良剤等の機能を果たす外添剤粒子のトナー母粒子への埋没を防止でき、連続印字に際しての耐久性に優れる非磁性一成分負帯電球形トナーとできることを見いだした。
さらに、上記のトナー母粒子として、フロー式粒子像測定装置により測定される個数基準の粒度分布における平均粒径が9μm以下であって、3μm以下の積算値が1%以下の粒度分布を有し、かつ、平均円形度値が0.970〜0.985とすることにより、上記の効果と合わせて潜像坦持体上のトナーフィルミング量を少なくできるので、潜像坦持体をクリーナーレス化したフルカラー画像形成装置としても、印字品質に問題のないものとできることを見いだした。
図1は本発明のフルカラー画像形成装置における潜像坦持体、現像部および中間転写媒体の関係を説明するための図である。潜像担持体1には、帯電手段2、露光手段3、現像手段4および中間転写媒体5が配設されており、潜像坦持体は中間転写媒体のみと接触させるもので、潜像坦持体にクリーニングブレードを設けないでクリーナーレス化したものである。なお、図中7はバックアップローラ、8はトナー供給ローラ、9はトナー規制ブレード(トナー層厚規制部材)、10は現像ローラ、Tは非磁性一成分負帯電球形トナーであり、Lは現像ギャップである。
潜像坦持体1は直径24〜86mmで表面速度60〜300mm/sで回転する感光体ドラムで、コロナ帯電器2によりその表面が均一に負帯電された後、記録すべき情報に応じた露光3が行なわれることにより静電潜像が形成される。
潜像担持体としては、有機単層型でも有機積層型でもよく、有機積層型感光体としては、導電性支持体上に、下引き層を介して電荷発生層、電荷輸送層を順次積層したものである。
導電性支持体としては、公知の導電性支持体が使用可能であり、例えば体積抵抗1010Ω・cm以下の導電性を示すもの、例えばアルミニウム合金に切削等の加工を施した20mm〜90mmφの管状支持体、また、ポリエチレンテレフタレートフィルム上にアルミニウムを蒸着あるいは導電性塗料により導電性を付与したものや導電性ポリイミド樹脂を成形してなる20mm〜90mmφの管状、ベルト状、板状、シート状支持体等が例示される。他の例としてはニッケル電鋳管やステンレス管などをシームレスにした金属ベルトも好適に使用することができる。
導電性支持体上に設けられる下引き層としては、公知の下引き層が使用可能である。例えば、下引き層は接着性を向上させ、モワレを防止し、上層の電荷発生層の塗工性を改良、露光時の残留電位を低減させるなどの目的で設けられる。下引き層に使用する樹脂はその上に感光層を塗工する関係上、感光層に使用する溶剤に対して耐溶解性の高い樹脂であることが望ましい。使用可溶な樹脂としては、ポリビニルアルコール、カゼイン、ポリアクリル酸ナトリウム等の水溶性樹脂、酢酸ビニル、共重合ナイロン、メトキシメチル化ナイロン等のアルコール可溶性樹脂、ポリウレタン、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等であり、単独または2種以上の組み合わせで使用することができる。また、これらの樹脂に二酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物を含有させてもよい。
電荷発生層における電荷発生顔料としては、公知の材料が使用可能である。例えば、金属フタロシアニン、無金属フタロシアニンなどのフタロシアニン系顔料、アズレニウム塩顔料、スクエアリック酸メチン顔料、カルバゾール骨格を有するアゾ顔料、トリフェニルアミン骨格を有するアゾ顔料、ジフェニルアミン骨格を有するアゾ顔料、ジベンゾチオフェン骨格を有するアゾ顔料、フルオレン骨格を有するアゾ顔料、オキサジアゾール骨格を有するアゾ顔料、ビススチルベン骨格を有するアゾ顔料、ジスチリルオキサジアゾール骨格を有するアゾ顔料、ジスチリルカルバゾール骨格を有するアゾ顔料、ペリレン系顔料、アントラキノン系または多環キノン系顔料、キノンイミン系顔料、ジフェニルメタンおよびトリフェニルメタン系顔料、ベンゾキノンおよびナフトキノン系顔料、シアニンおよびアゾメチン系顔料、インジゴイド系顔料、ビスベンズイミダゾール系顔料などが挙げられる。これらの電荷発生顔料は、単独または2種以上の組み合わせで使用することができる。
電荷発生層におけるバインダー樹脂としては、ポリビニルブチラール樹脂、部分アセタール化ポリビニルブチラール樹脂、ポリアリレート樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体等を挙げることができる。バインダー樹脂と前記電荷発生物質の構成比は、質量比でバインダー樹脂100部に対して、10〜1000部の範囲で用いられる。
電荷輸送層を構成する電荷輸送物質としては公知の材料が使用可能であり、電子輸送物質と正孔輸送物質とがある。電子輸送物質としては、例えばクロルアニル、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、2,4,7−トリニトロ−9−フルオレノン、パラジフェノキノン誘導体、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体などの電子受容性物質が挙げられる。これらの電子輸送物質は、単独または2種以上の組み合わせで使用することができる。
正孔輸送物質としては、オキサゾール化合物、オキサジアゾール化合物、イミダゾール化合物、トリフェニルアミン化合物、ピラゾリン化合物、ヒドラゾン化合物、スチルベン化合物、フェナジン化合物、ベンゾフラン化合物、ブタジエン化合物、ベンジジン化合物およびこれらの化合物の誘導体が挙げられる。これらの電子供与性物質は単独または2種以上の組み合わせで使用することができる。電荷輸送層中には、これらの物質の劣化防止のために酸化防止剤、老化防止剤、紫外線吸収剤などを含有することもできる。
電荷輸送層におけるバインダー樹脂としては、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、シリコーン樹脂などを用いることができるが、電荷輸送物質との相溶性、膜強度、溶解性、塗料としての安定性の点でポリカーボネートが好ましい。バインダー樹脂と電荷輸送物質の構成比は、質量比でバインダー樹脂100部に対して25〜300部の範囲で用いられる。
電荷発生層、電荷輸送層を形成するためには、塗布液を使用するとよく、溶剤はバインダー樹脂の種類によって異なるが、例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールモノメチルエーテル類等のエーテル類、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル類、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロルエチレン、四塩化炭素、トリクロルエチレン等の脂肪族ハロゲン化炭化水素、あるいはベンゼン、トルエン、キシレン、モノクロルベンゼン等の芳香族類等を用いることができる。
また、電荷発生顔料の分散には、サンドミル、ボールミル、アトライター、遊星式ミル等の機械式の方法を用いて分散と混合を行うとよい。
下引き層、電荷発生層および電荷輸送層の塗工法としては、浸漬コーティング法、リングコーティング法、スプレーコーティング法、ワイヤーバーコーティング法、スピンコーティング、ブレードコーティング法、ローラーコーティング法、エアナイフコーティング法等の方法を用いる。また、塗工後の乾燥は常温乾燥後、30〜200℃の温度で30から120分間加熱乾燥することが好ましい。これらの乾燥後の膜厚は電荷発生層では、0.05〜10μmの範囲、好ましくは0.1〜3μmである。また、電荷輸送層では5〜50μmの範囲、好ましくは10〜40μmである。
また、単層有機感光体層は、上述した有機積層型感光体において説明した導電性支持体上に、同様の下引き層を介して、電荷発生剤、電荷輸送剤、増感剤等とバインダー、溶媒等からなる単層有機感光層を塗布形成することにより作製される。有機負帯電単層型感光体については、例えば特開2000−19746号公報に準じて作製するとよい。
単層有機感光層における電荷発生剤としてはフタロシアニン系顔料、アゾ系顔料、キノン系顔料、ペリレン系顔料、キノシアトン系顔料、インジゴ系顔料、ビスベンゾイミダゾール系顔料、キナクリドン系顔料が挙げられ、好ましくはフタロシアニン系顔料、アゾ系顔料である。電荷輸送剤としてはヒドラゾン系、スチルベン系、フェニルアミン系、アリールアミン系、ジフェニルブタジエン系、オキサゾール系等の有機正孔輸送化合物が例示され、また、増感剤としては各種の電子吸引性有機化合物であって電子輸送剤としても知られているパラジフェノキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、クロラニル等が例示される。バインダーとしてはポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性樹脂が例示される。
各成分の組成比は、バインダー40〜75質量%、電荷発生剤0.5〜20質量%、電荷輸送剤10〜50質量%、増感剤0.5〜30質量%であり、好ましくはバインダー45〜65質量%、電荷発生剤1〜20質量%、電荷輸送剤20〜40質量%、増感剤2〜25質量%である。溶剤としては、下引き層に対して、溶解性を有しない溶媒が好ましく、トルエン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン等が例示される。
各成分は、ホモミキサー、ボールミル、サンドミル、アトライター、ペイントコンディショナー等の攪拌装置で粉砕・分散混合され、塗布液とされる。塗布液は、下引き層上にディップコート、リングコート、スプレーコート等により乾燥後の膜厚15〜40μm、好ましくは20〜35μmで塗布され、単層有機感光体層とされる。
現像装置は、潜像坦持体上の静電潜像を非接触で反転現像し、可視像化するものである。現像装置は、一成分非磁性トナーTが収納され、トナーを補充しないトナー収容部と現像ローラ10からなる現像部とからなり、図示のごとく反時計方向で回転する供給ローラ8によりトナーを現像ローラ10に供給する。現像ローラは図示のごとく反時計方向に回転し、供給ローラ8により搬送されたトナーTをその表面に吸着した状態で潜像坦持体との対峙部に搬送し、潜像坦持体1上の静電潜像を可視像化する。
現像ローラは、例えば直径16〜24mmの金属製のパイプの表面をメッキやブラスト処理したローラ、あるいは中心軸周面にNBR、SBR、EPDM、ウレタンゴム、シリコンゴム等からなる体積抵抗値104 〜108 Ω・cm、硬度が40〜70°(アスカーA硬度)の導電性弾性体層が形成されたものが使用できる。現像ローラのパイプのシャフトや中心軸を介して現像バイアス電圧が印加される。
規制ブレード9としてはSUS、リン青銅、ゴム板、金属薄板にゴムチップの貼り合わせたもの等が使用され、そのトナー接触面における仕事関数としては4.8〜5.4eVとするとよく、トナーの仕事関数より小さいものとするとよい。規制ブレードは、現像ローラに対して図示しないスプリング等の付勢手段により、あるいは弾性体としての反発力を利用して線圧0.08〜0.6N/cmで押圧され、トナー搬送量が0.3〜0.6mg/cm2 、また、現像ローラ上のトナー層厚を5〜20μm、好ましくは6〜10μm、トナー粒子の積層形態としては略1層となるように規制されることにより、トナー粒子の摩擦帯電を充分なものとできる。現像ローラ上のトナー層厚を2層以上(トナー搬送量0.7mg/cm2 以上)に規制すると、球形トナーのすり抜けが生じ、摩擦帯電作用を充分なものとできず、また、小粒径のトナーはトナー層規制部材と接触しない状態で通過して正帯電トナー化し、規制後のトナー層中に混在しやすくなり、カブリや転写効率の低下の原因となる。規制ブレード9に電圧を印加してブレードに接触するトナーへ電荷注入してトナー帯電量を制御してもよい。
現像ローラ10は潜像坦持体1と現像ギャップLを介して対峙される。現像ギャップとしては100〜350μmとするとよい。また、図示しないが直流電圧(DC)の現像バイアスとしては−200〜−500Vであり、これに重畳する交流電圧(AC)としては1.5〜3.5kHz、P−P電圧1000〜1800Vの条件とするとよい。また、反時計方向に回転する現像ローラの周速としては、時計方向に回転する潜像坦持体に対して1.0〜2.5、好ましくは1.2〜2.2の周速比とするとよい。
潜像坦持体と現像ローラとの対峙部において、トナーTは現像ローラ表面と潜像坦持体表面との間で振動し、静電潜像が現像されるが、トナー粒子と潜像坦持体は、現像ローラ表面と潜像坦持体表面との間でトナー8が振動する間に接触するので、正帯電トナーが存在しても後述する仕事関数の関係から正帯電トナーの負帯電化を可能とする。
次に、中間転写媒体5は潜像坦持体1とバックアップローラ(転写ローラ)7との間に送られる。転写ローラは、中間転写媒体を潜像坦持体に圧接させると共に、転写電圧として負帯電トナーとは逆極性の電圧が印加される。
中間転写媒体としては、電子導電性の転写ドラムや転写ベルトが例示される。まず、転写ベルト方式の転写媒体は2種類の基体を用いるタイプに分けることができる。1つは樹脂からなるフィルムやシームレスベルト上に表層である転写層を設けるものであり、他は弾性体の基層上に表層である転写層を設けるものである。また、ドラム方式の転写媒体も2種類の基体を用いるタイプに分けることができる。1つは潜像坦持体が剛性のあるドラム、例えばアルミ製のドラム上に有機感光層を設けた場合には、中間転写媒体としてはアルミ等の剛性のあるドラム基体上に弾性の表層である転写層が設けられる。また、潜像坦持体の支持体がベルト状、あるいはゴム等の弾性支持体上に感光層を設けた所謂「弾性感光体」である場合には、中間転写媒体としてはアルミ等の剛性のあるドラム基体上に直接あるいは導電性中間層を介して表層である転写層を設けられるとよい。
基体としては、公知の導電性あるいは絶縁性基体が使用可能である。転写ベルトの場合には、体積抵抗104 〜1012Ω・cm、好ましくは106 〜1011Ω・cmの範囲が好ましい。使用する基体により次の2種類に分けることができる。
フィルムおよびシームレスに適する材質と作製方法としては、変性ポリイミド、熱硬化ポリイミド、ポリカーボネート、エチレンテトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンアロイ等のエンジニアリングプラスチックに、導電性カーボンブラック、導電性酸化チタン、導電性酸化スズ、導電性シリカ等の導電材料を分散した厚さ50〜500μmの半導電性フィルム基体を押し出し成形でシームレス基体とする。そして、その外側にさらに表面エネルギーを下げ、トナーのフィルミングを防止する表面保護層として厚さ5〜50μmのフッ素コーティングを行ったシームレスベルトが挙げられる。塗工方法としては、浸漬コーティング法、リングコーティング法、スプレーコーティング法その他の方法を用いることができる。なお、転写ベルトの両端部には転写ベルトの端部で亀裂や伸びおよび蛇行防止のために、膜厚80μmのPETフイルム等のテープやウレタンゴム等のリブを貼り付けて使用する。
フィルムシートで基体を作製する場合には、ベルト状とするために端面を超音波溶着を行うことでベルトを作製することができる。具体的にはシートフィルム上に導電性層並びに表面層を設けてから、超音波溶着を行うことにより所望の物性を有する転写ベルトを作製することができる。具体的には、基体として厚さ60〜150μmのポリエチレンテレフタレートフィルムを絶縁性基体として用いた場合には、その表面にアルミ等を蒸着し、必要によりさらにカーボンブラック等の導電材料と樹脂からなる中間導電性層を塗工し、その上にそれより高い表面抵抗を有するウレタン樹脂、フッ素樹脂、導電材料、フッ素系微粒子からなる半導電性表面層を設けて転写ベルトとすることができる。塗工後の乾燥時に熱をさほど必要としない抵抗層を設けることができる場合には、先にアルミ蒸着フィルムを超音波溶着させてから上記の抵抗層を設け、転写ベルトとすることも可能である。
ゴム等の弾性基体に適する材質と作製方法としては、シリコンゴム、ウレタンゴム、NBR(ニトリルゴム)、EPDM(エチレンプロピレンゴム)等に上記の導電材料を分散した厚さ0.8〜2.0mmの半導電性ゴムベルトを押し出し成形で作製後、表面をサンドペーパーやポリシャー等の研磨材により所望の表面粗さに制御する。このときの弾性層をこのままで使用してもよいが、さらに上記と同じようにして表面保護層を設けることができる。
転写ドラムの場合には、体積抵抗104 〜1012Ω・cm、好ましくは107 〜1011Ω・cmの範囲が好ましい。転写ドラムはアルミ等の金属円筒上に必要により弾性体の導電性中間層を設けて導電性弾性基体とし、さらにその上に表面エネルギーを下げ、トナーのフィルミングを防止する表面保護層として半導電性の厚さ5〜50μmの、例えばフッ素コーティングを行い作製することができる。
導電性弾性基体としては、例えばシリコンゴム、ウレタンゴム、NBR(ニトリルゴム)、EPDM(エチレンプロピレンゴム)、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エピクロロヒドリンゴム、フッ素ゴム等のゴム材料に、カーボンブラック、導電性酸化チタン、導電性酸化スズ、導電性シリカ等の導電材料を配合、混練、分散した導電性ゴム素材を、直径が90〜180mmのアルミ円筒に密着成形して、研磨後の厚さが0.8〜6mmで、体積抵抗が104 〜1010Ω・cmとするとよい。次いで、ウレタン樹脂、フッ素樹脂、導電材料、フッ素系微粒子からなる半導電性の表面層を膜厚約15〜40μm設けて、所望の体積抵抗107 〜1011Ω・cmを有する転写ドラムとすることができる。このときの表面粗さは1μmRa以下が好ましい。また、別の例としては上記のように作製した導電性弾性基体の上にフッ素樹脂等の半導電性のチューブを被せて、加熱により収縮させて所望の表面層と電気抵抗を有する転写ドラムを作製することも可能である。
転写ドラムや転写ベルトにおける導電性層には、一次転写電圧として+250〜+600Vの電圧が印加され、また、紙等の転写材への二次転写に際しては、二次転写電圧として+400〜+2800Vの電圧が印加されるとよい。
また、転写ローラ7は、直径10〜20mmの金属シャフトの周表面に弾性層、導電層、抵抗性表面層の順で積層した構造を有する。抵抗性表面層はフッ素樹脂、ポリビニルブチラール等の樹脂、ポリウレタン等のゴムに導電性カーボン等の導電性微粒子を分散させた可撓性に優れた抵抗性シートを使用することができ、表面が平滑であることが好ましく、体積抵抗値107 〜1011Ω・cm、好ましくは108 〜1010Ω・cmのものであり、膜厚は0.02〜2mmである。
導電層としては、ポリエステル樹脂等に導電性カーボン等の導電性微粒子を分散させた導電性樹脂、金属シート、また、導電性接着剤から選ばれるとよく、体積抵抗値が105 Ω・cm以下のものである。弾性層は、転写ローラが潜像坦持体に圧接して用いられる際にその圧接時に柔軟に変形し、圧接開放時にはすみやかに原形に復帰することが必要であり、発泡ゴムスポンジ等の弾性体を用いて形成される。発泡構造としては、連続発泡(通泡)構造、独立気泡構造のいずれてもよく、ゴム硬度(アスカーC硬度)30〜80のものとするとよく、膜厚は1〜5mmである。転写ローラの弾性変形により、潜像坦持体と中間転写媒体は幅広いニップ幅で密着させることができる。転写ローラによる潜像坦持体への押圧荷重は、0.245〜0.588N/cm、好ましくは0.343〜0.49N/cmとするとよい。
本発明のフルカラー画像形成装置においては、中間転写媒体の仕事関数をトナーの仕事関数よりも小さくすることにより、潜像坦持体上の転写残トナーを中間転写媒体に転写することができ、また、中間転写媒体から紙等の記録部材への転写後における中間転写媒体上の転写残トナー量を少なくできる。
次に、本発明のフルカラー画像形成装置およびそれに使用される非磁性一成分負帯電球形トナーを規定する仕事関数について説明しておく。
仕事関数(Φ)は、その物質から電子を取り出すために必要なエネルギーとして知られており、仕事関数が小さいほど電子を出しやすく、大きい程電子を出しにくい。そのため、仕事関数の小さい物質と大きい物質を接触させると、仕事関数の小さい物質は正に、仕事関数の大きい物質は負に帯電する。仕事関数は下記の測定方法により測定されるものであり、その物質から電子を取り出すためのエネルギー(eV)として数値化され、種々の物質からなるトナーと画像形成装置における種々の部材との接触による帯電性を評価しうるものである。
仕事関数は、表面分析装置(理研計器(株)製AC−2、低エネルギー電子計数方式)を使用して測定される。本発明にあっては、該装置において、重水素ランプを使用し、金属メッキを施した現像ローラは照射光量10nWで、それ以外の測定では照射光量500nWに設定し、分光器により単色光を選択し、スポットサイズ4mm角とし、エネルギー走査範囲3.4〜6.2eV、測定時間10sec/1ポイントでサンプルに照射する。そして、サンプル表面から放出される光電子を検知し、仕事関数計ソフトを使用して演算処理され得られるもので、仕事関数に関しては、繰り返し精度(標準偏差)0.02eVで測定されるものである。なお、データ再現性を確保するための測定環境としては、使用温湿度25℃、55%RHの条件下で、24時間放置品を測定サンプルとする。
トナー専用測定セルは、図2(a)(b)に示すように、直径13mm、高さ5mmのステンレス製円盤の中央に直径10mmで深さ1mmのトナー収容用凹部を有する形状を有する。サンプルトナーは、セルの凹部内にトナーを秤量サジを使用して突き固めないで入れた後、ナイフエッジを使用して表面を均して平らにした状態で測定に供する。トナーを充填した測定セルをサンプル台の規定位置上に固定した後、照射光量500nWに設定し、スポットサイズ4mm角とし、エネルギー走査範囲4.2〜6.2eVの条件で測定される。
また、感光体や現像ローラ等の形状が円筒形状の画像形成装置部材をサンプルとする場合には、円筒形状の画像形成装置部材を1〜1.5cmの幅で切断し、ついで、稜線に沿って横方向に切断して図3(a)に示す形状の測定用試料片を得た後、サンプル台の規定位置上に、図3(b)に示すように、測定光が照射される方向に対して照射面が平滑になるように固定する。これにより、放出される光電子が検知器(光電子倍像管)により効率よく検知される。中間転写ベルト、規制ブレード、また、感光体がシート形状の場合は、測定光が上述のように、4mm角のスポットで照射されるので、試料片は少なくとも1cm角の大きさに切り欠いて図3(b)と同様にサンプル台に固定し同様に測定される。
この表面分析においては、単色光の励起エネルギーを低い方から高い方にスキャンするとあるエネルギー値(eV)から光量子放出が始まり、このエネルギー値を仕事関数(eV)という。図4に、トナーについて得られるチャートの1例を示す。図4は励起エネルギー(eV)を横軸とし、規格化光量子収率(単位光量子当りの光電子収率のn乗)を縦軸とするものであり、一定の傾き(Y/eV)が得られる。図4の場合、仕事関数はその屈曲点(A)における励起エネルギー値(eV)で示される。
潜像坦持体(感光体)表面の仕事関数(Φopc )としては5.2〜5.6eV、好ましくは5.25〜5.5eVとするとよく、5.2eV未満であると、使用可能な電荷輸送剤の選択が困難になるという問題があり、また、5.6eVを超えると使用可能な電荷発生剤の選択が困難になるという問題がある。
中間転写媒体表面の仕事関数(ΦTM)としては、4.9〜5.5eV、好ましくは4.95〜5.45eVとするとよい。中間転写媒体表面の仕事関数(ΦTM)が5.5eVより大きいと、トナーとしての材料設計が困難となるので好ましくなく、また、4.9eVより小さいと中間転写媒体中の導電剤の量が多くなりすぎ、中間転写媒体の機械的強度が低下するという問題がある。
また、規制ブレードの仕事関数をトナーの仕事関数より小さいものとしておくとよく、逆帯電トナーの発生をより防止できる。
次に、本発明における非磁性一成分負帯電球形トナーについて説明する。
本発明におけるトナー母粒子としては、後述する硬さを有するものであれば、トナー母粒子におけるバインダー樹脂の種類や、また、溶液懸濁法、重合法等の製造方法により限定されない。バインダー樹脂としては、ポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、クロロポリスチレン、スチレン−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−ブタジエン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ビニルメチルエーテル共重合体等のスチレン系樹脂でスチレン又はスチレン置換体を含む単重合体又は共重合体、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン変成エポキシ樹脂、シリコーン変成エポキシ樹脂、塩化ビニル樹脂、ロジン変性マレイン酸樹脂、フェニール樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂等が単独又は複合して使用できるが、バインダー樹脂としてはシャープメルト性や強靱性からポリエステル樹脂が好ましい。
ポリエステル樹脂としては、一定の酸価を有するポリエステル樹脂とこのポリエステル樹脂の多価金属化合物による一部架橋物との混合物が例示される。ポリエステル樹脂は、2官能カルボン酸類及びジオール類との重縮合物であり、2官能カルボン酸類としては、例えば2価のカルボン酸、2価のカルボン酸の無水物及びそのエステル類等の誘導体であり、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ジフェニル−p,p′−ジカルボン酸、ナフタレン−2,7−ジカルボン酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸、ジフェニルメタン−p,p′−ジカルボン酸、ベンゾフェノン−4,4′−ジカルボン酸、1,2−ジフェノキシエタン−p,p′−ジカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、グルタル酸、シクロヘキサンカルボン酸、コハク酸、マロン酸、アジピン酸或はこれらの無水物やエステル化物などが例示される。
また、ジオール成分としては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール等のアルキレングリコール、ビスフェノールA、水添ビスフェノールA、ポリオキシプロピレン(2,0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン(2,0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェノル)プロパン、2,2′−(1,4−フェニレンビスオキシ)ビスエタノール、1,1′−ジメチル−2,2′−(1,4−−フェニレンビスオキシ)ビスエタノール、1,1,1′,1′−テトラメチル−2,2′−(1,4−フェニレンビスオキシ)ビスエタノール等が例示される。
一定の酸価を有するポリエステル樹脂は、2官能カルボン酸とジオールとをジブチル錫オキサイド等の触媒の存在下、加熱攪拌し、反応水を除去しつつ縮重合反応させて得られるものである。
ポリエステル樹脂の多価金属化合物による一部架橋物は、ポリエステル樹脂と共に多価金属化合物をヘンシェルミキサー、サイクロミックス等に投入したのち、連続式2本ロール、二軸押出し混練機、プラネタリーミキサー、双腕ニーダー等に所定量投入し、最高温度50℃で5分〜15分混練されることにより反応させて得られる。
多価金属化合物としては、2価以上の金属を含む有機性の塩類ないしは錯体類が例示される。2価以上の金属としてはAl、Ba、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、Mg、Mn、Ni、Pb、Sn、Sr、Zn等が例示され、また、有機金属化合物としては上記金属のカルボン酸塩、アルコキシレート、有機金属錯体、キレート化合物が挙げられる。多価金属化合物は、ポリエステル樹脂100質量部に対して1質量部〜15質量部の割合で反応させるとよく、その反応量によりポリエステル樹脂の架橋の程度を調節することができる。
バインダー樹脂とするには、一定の酸価を有するポリエステル樹脂(A)と該ポリエステル樹脂の多価金属化合物による一部架橋物(B)との混合割合(質量比)を調整して、トナー母粒子としての硬度が後述するものとなるように配合されるとよく、2軸押出混練機でシリンダにおける最高温度120℃、2分〜5分の滞留時間として混練されるとよい。
バインダー樹脂には着色剤、離型剤、荷電制御剤等が添加される。フルカラー用着色剤としては、カーボンブラック、ランプブラック、マグネタイト、チタンブラック、クロムイエロー、群青、アニリンブルー、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ハンザイエローG、ローダミン6G、カルコオイルブルー、キナクリドン、ベンジジンイエロー、ローズベンガル、マラカイトグリーンレーキ、キノリンイエロー、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド184、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・イエロー17、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー180、C.I.ソルベント・イエロー162、C.I.ピグメント・ブルー5:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3等の染料および顔料を単独あるいは混合して使用できる。
離型剤としては、パラフィンワックス、マイクロワックス、マイクロクリスタリンワックス、キャデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックス、モンタンワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、酸化型ポリエチレンワックス、酸化型ポリプロピレンワックス等が挙げられる。中でもポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、カルナウバワックス、エステルワックス等を使用することが好ましい。
荷電調整剤としては、オイルブラック、オイルブラックBY、ボントロンS−22(オリエント化学工業(株)製)、ボントロンS−34(オリエント化学工業(株)製)、サリチル酸金属錯体E−81(オリエント化学工業(株)製)、チオインジゴ系顔料、銅フタロシアニンのスルホニルアミン誘導体、スピロンブラックTRH(保土ヶ谷化学工業(株)製)、カリックスアレン系化合物、有機ホウ素化合物、含フッ素4級アンモニウム塩系化合物、モノアゾ金属錯体、芳香族ヒドロキシルカルボン酸系金属錯体、芳香族ジカルボン酸系金属錯体、多糖類等が挙げられる。中でもカラートナー用には無色ないしは白色のものが好ましい。
トナー母粒子における成分比としては、バインダー樹脂100質量部に対して、着色剤は0.5〜15質量部、好ましくは1〜10質量部であり、また、離型剤は1〜10質量部、好ましくは2.5〜8質量部であり、また、荷電制御剤は0.1〜7質量部、好ましくは0.5〜5質量部である。トナー粒子の硬さは、離型剤の添加割合によっても調整することができる。
次に、トナー母粒子の造粒方法について説明する。トナー母粒子の形状を球状としたり、また、粒度分布のシャープさからは溶解懸濁法により造粒するとよく、上記の組成物を有機溶媒中に分散・溶解して油性液とした後、多孔質ガラスの細孔を通して、分散安定剤と乳化剤を含有する水性液中に圧入してエマルション油滴とし、有機溶媒を除去して得られる。エマルション油滴とする際しては、水性液中に圧入段階で形成されるエマルション油滴を振動させ、トナー粒子サイズに対応するエマルション微粒子とするとよい。
製造装置の概要を図5(a)に、また、そのA部の拡大断面の概要を(b)に示す。図中1は、側面に多孔質ガラス1′が配置された円筒形状の油性液圧入部、2は油性液の導入方向、3は超音波素子、4は攪拌羽根、5は攪拌水面、6は油性液、7は水性液、8はエマルション油滴、9は容器底部である。
図5(a)(b)に示すように、容器中に多孔質ガラス(油性液圧入部)が配置され、油性液圧入部の上部2より圧入された油性液は多孔質ガラス1′の細孔1″を通して水性液中に圧入され、トナー粒子サイズに対応するエマルション油滴を造粒する。油性液の水性液中への圧入時におけるエマルション油滴の形成過程として、多孔質ガラスの細孔出口において油滴の尾引き現象が生じ、尾の部分が切れて微小粒径の油滴が発生するのではないかと考え、多孔質ガラスにおける細孔部出口(噴出部)で形成される油滴8を振動させることにより、好ましくは油性液の水性液中への圧入方向に対して垂直方向に振動させることにより、尾引き現象を減少させることができ、微粒子成分の少ないシャープな粒度分布のトナー母粒子とできる。
多孔質ガラスにおける細孔部出口におけるエマルション油滴を振動させるには、多孔質ガラス部の上方の水性液中に超音波素子3を配置し、縦方向の振幅を有する超音波を使用し、細孔出口における油滴に容器における上下方向での振動を与えるとよい。
超音波素子3は、超音波ホモジナイザー(日本精機製作所製、モデルUS−300T、出力300W、振動子径:26mm)が例示され、水性液に対して上下方向に振動する縦方向の振幅を発生させるもので、振動数(周波数)と電圧により制御されるものであり、例えば振動数:20kHzとし、電圧を制御して400μAの電流値とすると縦方向で30μm、また、100μAの電流値とすると縦方向で10μmの振幅の振動を発生させることができる。
超音波素子における振動数は、1kHz〜1MHz、好ましくは3kHz〜800kHzとするとよい。1MHzを超えると油滴が微粒子となり、小粒径化するので好ましくなく、また、1kHz未満であると、細孔出口における油滴形成に際して微粒子の発生を防止できず、また、粒径が不揃いとなる傾向がある。また、超音波素子における縦方向での振幅は5〜100μm、好ましくは8〜60μmとするとよく、所望のトナー粒径とすることができる。縦方向での振幅が100μmを超えると油滴が小さくなりすぎ、また、5μm未満であると逆に油滴が大きくなりすぎる傾向となる。
超音波素子3の配置箇所としては、多孔質ガラスからの圧入方向に対して垂直方向に超音波の縦振動が付与できる位置であれば多孔質ガラスからの距離等に格別の限定はないが、水性液中に垂直方向に多孔質ガラスが配置される場合には、水性液中における多孔質ガラス面の上方部に10cm程度の距離をおいて配置するとよい。また、多孔質ガラスの真上でなくても、斜め上方であってもよい。
また、多孔質ガラスにおける細孔部出口におけるエマルション油滴を振動させるには、上述した超音波素子を水性液中に配置する方法の他に、直接、多孔質ガラス1自体を超音波振動で振動させてもよい。この場合には、振動数を低く押さえることが必要である。
多孔質ガラス1は、例えばシラスポーラスガラス(SPGテクノ(株)製)やエッチング加工膜等が挙げられ、断面は、図5(b)に模式的に示すがその細孔径分布は狭い範囲にコントロール可能である。多孔質ガラスにおける細孔径は、2μmから20μmまでの種々の径とできるが、油性液の粘度、圧入条件、所望するトナー粒径、水性液の組成等を考慮して適宜選択されるとよい。また、油性液における顔料等の分散粒子径は細孔径より小さくしておくことが望ましい。多孔質ガラスの厚みとしては油性液の圧入に際しての機械的強度の観点から0.2〜5mmであり、また、表面特性としては油性液に対するより水性液に対する親和性(濡れ特性)が高いものが好ましい。
油性液の粘度としては、回転型粘度計を使用し、25℃で20〜500mP・s(cps)、好ましくは30〜300mP・s(cps)とするとよい。粘度が高すぎると多孔質ガラスが油性液を通過させるための臨界圧が高くなりすぎ、また、目詰まりを起こしやすくなり、また低すぎると溶媒量が多くなり、生産性に劣るものとなる。
図5(a)における多孔質ガラスを側面に有する油性液圧入部には、上部から矢印のごとく油性液が一定圧で圧入される。油性液に対する圧力は1×103 〜5×105 Pa、好ましくは5×103 〜3×105 Paであり、油性液の粘度や細孔径の大きさ、水性液の濃度、また、所望するトナー粒径を考慮して適宜選択されるとよい。細孔径が小さいと高い圧力で圧入する必要があるが、圧力が高すぎると生産性は向上するものの、得られるトナー粒径がばらつくという問題があり、また、低すぎると油性液が圧入されないという問題がある。
また、攪拌羽根4は、形成された油滴が合一しないように水性液を攪拌することを目的とするものであり、水性液を緩やかに攪拌するものであればよい。激しく攪拌すると、油滴形成に影響を与えるので好ましくない。
エマルション微粒子が形成される模式図を図5(b)に示す。多孔質ガラスの細孔出口に形成された油滴は縦方向、すなわち水性液中への圧入方向に対して垂直方向の振動を受け、尾引きをすることなく、多孔質ガラス表面から離れていき、直ちに水相中の分散剤や乳化剤を表面に取り込み、分散剤や乳化剤を油滴表面に有する安定したエマルション微粒子を形成すると考えられる。
油性液は、トナー母粒子の構成成分を有機溶媒中に分散・溶解したものであり、油性液を調製するには、トナー母粒子の構成材料をニーダー、ローダミル或いは2軸押出機を用いて均一混練した後、粗粉砕し、次いで粗粉砕物を有機溶媒中に溶解・分散させ、均一分散した油性液とするとよい。或いは、上記の混練機でマスターバッチを作製した後、必要なバインダー樹脂を追加して均一混練した後、粗粉砕し、次いで粗粉砕物を極性有機溶媒中に溶解・分散させてもよい。また、均一混練工程を省略し、有機溶媒中に前述のトナー母粒子の構成材料を混合した後、高速攪拌機で微粒子状に溶解・分散させてもよく、また、ポールミルを用いてトナー母粒子の構成材料を微分散させてもよい。
有機溶剤としては、トルエン、キシレン、ヘキサン等の炭化水素類、塩化メチレン、クロロホルム、ジクロロエタン、トリクロロエタン、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素、エタノール、ブタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、ベンジルアルコールエチルエーテル、ベンジルアルコールイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類が挙げられ、単独でも二種以上混合して用いることができる。上記のトナー構成材料を有機溶剤に溶解・分散させ、上述の油性液の粘度範囲とされる。
油性液が圧入される水性液としては、水に分散安定剤、乳化剤を溶解・分散した水溶液が使用される。分散安定剤としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウム、リン酸三カルシウム、ヒドロキシアパタイト、炭酸カルシウム、シリカ等の各種金属酸化物が挙げられる。
また、分散安定剤と併用される乳化剤としては、オレイン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等のアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、α−オレフィンスルホン酸ナトリウム、アルキルスルホン酸ナトリウム、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム等が例示される。
分散安定剤および乳化剤の添加量としては、圧入される油滴量(固形分質量)に対して、0.01〜10質量%、好ましくは0.1〜5質量%である。
有機溶媒中にトナー構成材料を溶解・分散した油性液を水性液中に圧入し、トナー粒子サイズに対応するエマルション微粒子を造粒した後、得られたエマルション溶液を有機溶媒の沸点以上の温度に加熱するか、または、エマルション溶液をスプレードライ装置等により有機溶媒の沸点以上の雰囲気下にスプレーすることにより有機溶媒を除去し、トナー母粒子とされる。加熱温度は、バインダー樹脂のガラス転移温度以下で行うことによりトナー母粒子の凝集を防止することができる。
このようにして得られるトナー母粒子としては、フロー式粒子像測定装置(シスメックス製 FPIA2100)により測定される個数基準の粒度分布における平均粒径が9μm以下であって、3μm以下の積算値が1%以下の粒度分布を有し、かつ、平均円形度値が0.970〜0.985の球形状とされる。
トナー母粒子の個数平均粒径は、9μm以下とするとよく、8μm〜4.5μmであることがより好ましい。9μmよりも大きなトナー粒子では、1200dpi以上の高解像度で潜像を形成しても、その解像度の再現性が小粒子径のトナーに比べて低下し、また4.5μm以下になると、トナーによる隠蔽性が低下するとともに、流動性を高めるために外添剤の使用量が増大し、定着性能が低下する傾向があるので好ましくない。
また、トナー母粒子の個数基準での粒度分布において、平均粒径が3μm以下の積算値が1%以下、好ましくは0.8%以下とするとよい。平均粒径が3μm以下の積算値が1%を超えると、トナー層規制部材による帯電付与が不充分となり、逆帯電トナーの発生、潜像坦持体上でのトナーフィルミングが上昇し、クリーナーレス化が困難となる。
また、トナー母粒子形状としては、真球に近い形状のトナー粒子が好ましい。具体的には、トナー母粒子は下記式(I)
R=L0/L1・・・(I)
{但し、式中、L1(μm)は、測定対象のトナー粒子の投影像の周囲長、L0(μm)は、測定対象のトナー粒子の投影像の面積に等しい面積の真円(完全な幾何学的円)の周囲長を表す。}
で表される平均円形度Rとして0.970〜0.985、好ましくは0.972〜0.983とするとよい。これにより、転写効率が高く、連続印字しても転写効率の変動が少なく、帯電量の安定したトナーとできる。
R=L0/L1・・・(I)
{但し、式中、L1(μm)は、測定対象のトナー粒子の投影像の周囲長、L0(μm)は、測定対象のトナー粒子の投影像の面積に等しい面積の真円(完全な幾何学的円)の周囲長を表す。}
で表される平均円形度Rとして0.970〜0.985、好ましくは0.972〜0.983とするとよい。これにより、転写効率が高く、連続印字しても転写効率の変動が少なく、帯電量の安定したトナーとできる。
次に、外添処理について説明する。トナー母粒子には、少なくとも平均粒径が7〜50nmの疎水性無機微粒子と平均粒径が70〜130nmの疎水性単分散球形シリカ粒子が外添処理され、好ましくはさらに金属石けん粒子が外添処理される。なお、本発明における外添剤の粒径は、電子顕微鏡像によって観察して測定したもので、個数平均粒子径である。
平均粒径が7〜50nmの疎水性無機微粒子としては、少なくとも疎水性シリカ粒子が例示される。平均粒径が7〜50nm(BET比表面積350〜30m2 /g)の疎水性シリカ粒子は、負帯電性、流動性付与を目的として添加されるもので、ケイ素のハロゲン化物等から乾式で作製した粒子、およびケイ素化合物から液中で析出した湿式法によるもののいずれをも用いることができる。シリカ粒子の一次粒子の平均粒子径は、7nm〜50nmとすることが好ましく、10nm〜40nmとすることがより好ましい。また、シリカ粒子の一次粒子の平均粒子径が7nmより小さいと、トナーの母粒子に埋没しやすくなり、また、負に帯電しやすくなる。
平均粒径が7〜50nmの疎水性シリカ粒子の添加量としては、トナー母粒子100質量部に対して0.5〜3質量部である。0.5質量部よりも少ない場合には流動性の付与に効果がなく、逆に3質量部を超えると定着性の悪化をもたらすので好ましくない。
疎水性シリカ粒子の仕事関数としては、5.0〜5.3の範囲であるが、トナー母粒子より、少なくとも0.05ev以上小さいものとするとよい。これにより、仕事関数差による電荷移動により疎水性シリカ粒子をトナー母粒子に固着させることができる。
また、高流動性、帯電安定性を目的として平均粒径が10〜50nmの疎水性酸化チタン粒子が添加されてもよい。疎水性酸化チタン粒子の結晶形態としてはルチル型、アナターゼ型、ルチル/アナターゼ混晶型のいずれの酸化チタン粒子でもよい。
疎水性酸化チタン粒子の添加量としては、トナー母粒子100質量部に対して0.05〜2質量部、好ましくは0.1〜1.5質量部とするとよく、0.05質量部よりも少ない場合には帯電安定性の付与に効果がなく、逆に2質量部を超えるとトナーの負帯電量が小さくなりすぎるので好ましくない。また、疎水性酸化チタン粒子の添加量は、平均粒径が7〜50nmの疎水性シリカ粒子100質量部に対して10〜150質量部の添加割合とするとよい。10質量部よりも少ない場合には過帯電防止に効果がなく、逆に150質量部を超えるとトナーの負帯電量が小さくなりすぎ、好ましくない。
疎水性酸化チタン粒子の仕事関数としては5.5〜 5.7eVの範囲であり、小粒子径の疎水性シリカ粒子と共にトナー母粒子に外添処理されてもよいが、トナー母粒子の仕事関数と酸化チタン粒子の仕事関数とが略同一(絶対値差が0.1eV以内)の仕事関数のものであれば、トナー母粒子にまず疎水性シリカ粒子を外添処理した後、後述する金属石けん粒子と共に外添処理されるとよい。
仕事関数がトナー母粒子と略同一であるとトナー母粒子へ直接付着しにくくなる反面、仕事関数の小さい疎水性シリカ粒子表面を介してトナー母粒子へ接触電位差により付着させることができるので、過帯電した疎水性シリカ粒子からの電荷移動を容易とでき、疎水性シリカ粒子における過帯電性をより効果的に防止できるので好ましい。
その他に各種の平均粒径が7〜50nmの無機および有機のトナー用外添剤が併用可能である。例えば、シリカの表面をチタン、スズ、ジルコニウムおよびアルミニウムから選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物、水酸化物によって修飾した表面修飾シリカ粒子を含み、シリカ粒子に対して表面修飾シリカ粒子が質量比で1.5倍以下の比で含有されたもの、正帯電性シリカ、アルミナ、酸化亜鉛、フッ化マグネシウム、炭化ケイ素、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、窒化ホウ素、窒化チタン、窒化ジルコニウム、酸化ジルコニウム、炭酸カルシウム、マグネタイト、二硫化モリブデン、チタン酸ストロンチウム等のチタン酸金属塩、ケイ素金属塩、アクリル樹脂、スチレン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂微粒子が例示される。これらの外添粒子にしても、添加目的と共にトナー母粒子への付着性を考慮し適宜の仕事関数のものとするとよい。
外添剤粒子は、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、高級脂肪酸、シリコーンオイル等で疎水化処理して使用することが好ましい。疎水化率としては40%以上、好ましくは50%以上である。シランカップリング剤としては、例えばジメチルジクロルシラン、オクチルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、シリコーンオイル、オクチル−トリクロルシラン、デシル−トリクロルシラン、ノニル−トリクロルシラン、(4−iso −プロピルフェニル)−トリクロルシラン、(4−t −ブチルフェニル)−トリクロルシラン、ジペンチル−ジクロルシラン、ジヘキシル−ジクロルシラン、ジオクチル−ジクロルシラン、ジノニル−ジクロルシラン、ジデシル−ジクロルシラン、ジドデシル−ジクロルシラン、(4−t −ブチルフェニル)−オクチル−ジクロルシラン、ジデセニル−ジクロルシラン、ジノネニル−ジクロルシラン、ジ−2−エチルヘキシル−ジクロルシラン、ジ−3,3−ジメチルペンチル−ジクロルシラン、トリヘキシル−クロルシラン、トリオクチル−クロルシラン、トリデシル−クロルシラン、ジオクチル−メチル−クロルシラン、オクチル−ジメチル−クロルシラン、(4−iso −プロピルフェニル)−ジエチル−クロルシラン等が例示される。
平均粒径が7〜50nmの外添粒子の全体としての添加量は、トナー母粒子100質量部に対して0.1ないし5質量部、より好ましくは0.5ないし4.0質量部である。0.1部より少ないと流動性付与や電荷調整が不十分となり、また、5質量部より多いと定着性の悪化だけでなく、帯電のバランスがくずれてしまう。
次に、平均粒径が70〜130nm(BET比表面積30〜5m2 /g)の疎水性単分散球形シリカ粒子について説明する。疎水性単分散球形シリカ粒子は、外添剤粒子のトナー母粒子への埋め込みを防止するスペーサとして機能させることを目的として外添処理される。平均粒径と標準偏差値は、10万倍の電子顕微鏡撮影像の任意の粒子300個の粒径を実測して求められ、「単分散」とは平均粒径の標準偏差値が1〜1.3であることを意味する。また、形状としては、トナー形状と同様に、上記式(I)で表される平均円形度Rとして、0.6以上、好ましくは0.8以上であることが望ましい。シリカ粒子は屈折率は1.5前後であり、疎水性単分散球形シリカ粒子における粒径が大きくても透明性に優れ、カラートナーの外添剤として適する。
気相法による通常の球形シリカ粒子は粒径が最大でも50nmであるが、平均粒径が70〜130nmの単分散球形シリカ粒子は、特公平7−91400号公報に記載の湿式法であるゾルゲル法により得ることができる。また、球状シリカの粒径、形状、単分散性等の物性は、ゾルゲル法における加水分解、縮重合工程での原料比、反応温度、攪拌速度、供給速度等の反応条件を調整することにより容易に制御される。平均粒径が70nm未満であると、スペーサーとしての機能を果たさず、また、130μmを超えるとその仕事関数としてトナー母粒子の仕事関数より小さくしたとしても、トナー母粒子から遊離しやすくなり、負帯電性が低下し、逆帯電トナーの増加といった問題が生じる。
単分散球形シリカ粒子における仕事関数は、後述するように疎水化しない段階でも5.07eV程度であり、トナー母粒子の仕事関数より低いものであるが、耐環境性からは疎水化されるのが好ましい。そのため、疎水性単分散球形シリカ粒子とした際の仕事関数(ΦS )がトナー母粒子の仕事関数(ΦTB)より少なくとも0.2eV以上小さいものになるように疎水化剤を選択する必要がある。このような疎水化剤としては、ジメチルシリコンオイル、メチルフェニルシリコンオイル、メチルハイドロジェンシリコンオイル等が挙げられる。単分散球形シリカ粒子を変性シリコンオイルであるアミノ変性シリコンオイルを使用して疎水化すると、トナー母粒子より大きな仕事関数を示すものとなり、負帯電量が低下すると共に逆帯電トナーが増加するという問題が生じ、好ましくない。
単分散球形シリカ粒子に対するシリコンオイル処理量としては、単分散球形シリカ粒子に対して、質量比で0.1〜10質量%、好ましくは1〜8質量%とするとよい。処理量が少ないと疎水化度が低下し、多いと処理されたシリカ粒子が凝集しやすくなり、外添剤としての機能に影響を与えるので好ましくない。疎水化度としては40〜80%、好ましくは50〜70%である。
トナー母粒子に対する疎水性単分散球形シリカ粒子の添加量は、トナー母粒子100質量部に対して0.05〜2質量部、好ましくは0.1〜1.5質量部である。添加量が少ないとスペーサー機能を果たすことができず、また、多いと薄層規制後に現像ローラからトナーが飛散するという問題が生じる。疎水性単分散球形シリカ粒子の添加時期としては、小粒径の疎水性シリカ粒子と同時にトナー母粒子に外添処理されるとよい。
本発明のトナー母粒子には、上述した外添剤粒子の他に、金属石けん粒子が外添処理されるとよい。これにより、トナー粒子とした際の外添粒子の個数遊離率を低下させ、カブリの発生を防止することができる。
金属石けん粒子としては、高級脂肪酸の亜鉛、マグネシウム、カルシウム、アルミウムから選ばれる金属塩であり、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸モノアルミニウム、ステアリン酸トリアルミニウム等が例示される。金属石けん粒子の平均粒子径は0.5〜20μm、好ましくは0.8〜10μmとするとよい。
金属石けん粒子の添加量は、トナー母粒子100質量部に対して0.05〜0.5質量部、好ましくは0.1〜0.3質量部である。0.05質量部より少ないと滑剤としての機能およびバインダーとしての機能が不十分であり、また、0.5質量部より多いと逆にカブリが増大する傾向にある。また、金属石けん粒子の添加量は、上述した疎水性シリカ粒子や疎水性酸化チタン粒子等の外添粒子100質量部に対して2〜10質量部の添加割合とするとよい。2質量部よりも少ない場合には滑剤やバインダーとしての効果がなく、逆に10質量部を超えると流動性の低下やカブリの増大につながるので好ましくない。
また、金属石けん粒子の仕事関数としては、5.3〜5.8の範囲であるが、トナー母粒子の仕事関数と略同一(絶対値差が0.15eV以内、好ましくは0.1eV以内)の仕事関数のものとするとよく、外添方法としては、トナー母粒子にまず疎水性シリカ粒子を外添処理した後、金属石けん粒子が外添処理されるとよい。疎水性シリカ粒子の仕事関数は5.0〜5.3eVであり、また、トナー母粒子の仕事関数は5.25〜5.8eVであり、仕事関数の小さい外添粒子はトナー母粒子表面に仕事関数差による電荷移動により固着する。そして、後工程で添加される金属石けん粒子はトナー母粒子表面の外添剤近傍あるいはトナー母粒子表面に直接付着するが、トナー母粒子と金属石けん粒子との仕事関数を略同一とすることにより、無機外添粒子の作用である流動性付与、帯電性付与といった特性を阻害することがなく、トナー母粒子の流動性や帯電性の維持を可能とする。
また、金属石けん粒子としてトナー母粒子とほぼ同一(絶対値差が0.15eV以内)の仕事関数の金属石けん粒子を添加することにより、外添粒子の個数遊離率をより低下させることができ、カブリの発生をより防止できる。このことは外添粒子における電荷移動を阻害しないためと考えられる。また、金属石けんはトナー母粒子と外添剤との接着剤的な作用を有するので、外添剤のトナー母粒子からの遊離を防止できる。
本発明の疎水性単分散球形シリカ粒子は、トナー母粒子にまず大小粒径の疎水性シリカ粒子を外添処理した後、金属石けん粒子が外添処理されるとよい。疎水性シリカ粒子の仕事関数は5.0〜5.3eVであり、また、トナー母粒子の仕事関数は5.25〜5.8eVであり、仕事関数の小さい大小粒径の外添粒子はトナー母粒子表面に仕事関数差による電荷移動により固着する。また、金属石けん粒子が後工程で添加されることにより、疎水性シリカ粒子の遊離を防止でき、上記した金属石けん粒子添加による作用を発揮させることができる。
また、外添粒子として他の外添粒子を併用する場合には、例えば疎水性ルチル/アナターゼ型酸化チタンの仕事関数は5.64であり、金属石けん粒子と共に後工程で外添処理されるとよい。仕事関数がトナー母粒子と略同一であるとトナー母粒子へ直接付着しにくくなる反面、仕事関数の小さい疎水性シリカ粒子表面を介してトナー母粒子へ接触電位差により付着させることができる。
トナー母粒子への外添剤の添加方法としては、ヘンシェルミキサー(三井三池社製)、メカノフュージョンシステム(細川ミクロン社製)、メカノミル(岡田精工社製)等より行うとよいが、ヘンシェルミキサーを使用する場合、第1段階の疎水性シリカ粒子の添加に際しては5,000rpm〜7,000rpmで、1分〜3分とするとよく、また、第2段階の金属石けん粒子の添加に際しては5,000rpm〜7,000rpmで1分〜3分とするとよい。
非磁性一成分負帯電球形トナーの仕事関数として5.25〜5.85eV、好ましくは5.35〜5.8eVとするとよい。トナーの仕事関数が5.25eV未満であると、使用できる潜像担持体や中間転写媒体の使用範囲が狭まるという問題があり、また、5.85eVを超えるとトナー中の着色剤の含有量が低下することを意味し、着色性が低下するという問題がある。また、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のトナー間にあっては、上記したトナーの仕事関数の範囲内で、トナー粒子を構成するバインダー、着色剤、外添剤等の種類を適宜選択して、得られるトナー粒子の仕事関数を調整し、仕事関数がそれぞれ少なくとも0.02eV相違させるとよい。
そして、4色のトナーの色重ねに際して、最初に現像、または転写されるトナーとしては、仕事関数が5.8〜5.6eVと最も大きい仕事関数のものとするとよく、その第1色上に色重ねされる第2色目のトナーとしては5.7〜5.5eV、更に第2色上に色重ねされる第3色目のトナーとしては5.6〜5.4eV、最後に第3色上に色重ねされる第4色目のトナーとしては5.5〜5.25eVの順に小さい仕事関数の範囲を有するものとするとよい。特に、第1色目においては、少なくとも5.6eVの仕事関数を有するトナーとするとよい。
本発明の非磁性一成分負帯電球形トナーは、微小圧縮試験機(島津製作所製「MCT−W500)を用いて下記の条件で得られる試験力−変位グラフから10%変位荷重として求められる機械的強度が7〜19MPa、好ましくは7.5〜17MPaの硬さのものとされる。
測定時の設定条件は、上部加圧圧子:フラット圧子50μm径、下部加圧板:SKS平板、負荷速度:0.17848mN/sec.室温25℃、湿度50%とした。測定はトナー粒子1個ずつ行ない、測定回数は10回以上行ない算術平均して得られる値であり、10%変位荷重は、縦軸に荷重、横軸に圧縮変位をとり、その相関をプロットした相関曲線における弾性圧縮領域において得られるものである。弾性圧縮領域とは、荷重負荷と共にほぼ直線的にトナーが圧縮され、荷重によって降伏することなく、その弾性によって可逆変形可能な領域である。10%変位荷重として求められる機械的強度が7MPa未満であると、トナー母粒子中に外添剤粒子の埋没が生じ、連続印字に際してトナーの帯電安定性が低下し、負帯電量が減少する一方、逆帯電トナー量が増加するものであり、カブリの増大や転写効率の低下をもたらすという問題があり、また、19MPaを超えるとトナーが硬過ぎ、定着性が悪化するという問題がある。
本発明の非磁性一成分負帯電球形トナーは、トナー母粒子、または外添処理されトナー粒子とされた段階で、THF可溶分におけるポリスチレンを基準としたゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)測定での数平均分子量(Mn)が1,500〜20,000、好ましくは2,000〜15,000、より好ましくは3,000〜12,000のものである。数平均分子量(Mn)が1,500より小さいと、低温定着性に優れるものの、着色剤の保持性や耐フィルミング性、耐オフセット性、定着像強度、保存性に劣るものであり、また、20,000より大きいと低温定着性に劣るものとなる。また、重量平均分子量(Mw)は3,000〜300,000、好ましくは5,000〜50,000であり、Mw/Mnが1.5〜20、好ましくは1.8〜8である。
また、フロー軟化温度(Tf1/2)は100℃〜120℃の範囲にある。フロー軟化温度が100℃より低いと高温オフセット性に劣るものとなり、また、120℃より高いと低温での定着強度に劣るものとなる。また、ガラス転移温度(Tg)は55℃〜70℃の範囲にある。ガラス転移温度(Tg)が55℃より低いと保存性に劣るものとなり、また、70℃より高いとそれにともなってTf1/2が上昇し、低温定着性に劣るものとなる。また、本発明におけるトナーは、50%流出点における溶融粘度が2×103 〜1.5×104 Pa・sであり、オイルレス定着用トナーとして適したものとできる。
本発明のフルカラー画像形成装置は、非磁性一成分負帯電球形トナー粒子の平均円形度Rを0.970〜0.985と高くすることにより、転写効率の高いものとでき、クリーナーレス化を可能とするが、球形トナーの仕事関数(Φt )と、画像形成装置における潜像担持体表面の仕事関数(ΦOPC)と中間転写媒体の仕事関数(ΦM )の関係として、Φt >ΦOPC>ΦTMとすることにより、より転写効率に優れるものとでき、潜像坦持体表面への転写残トナーの量を少なくできる。
また、中間転写媒体表面の仕事関数(ΦTM)としては4.9〜5.5eVとでき、また、非磁性一成分負帯電球形トナーの仕事関数として5.25〜5.85eVとできるが、本発明のフルカラー画像形成装置においては、中間転写媒体の仕事関数をトナーの仕事関数より少なくとも0.2eV小さくすることにより、紙等の記録部材への転写後における中間転写媒体上の転写残トナー量を少なくできる。
図6に示す画像形成装置において、現像プロセスをイエローY、シアンC、マゼンタM、ブラックKからなる4色のトナー(現像剤)による現像器と感光体を組み合わせればフルカラー画像形成装置となる。図6には、本発明におけるロータリー方式のフルカラープリンターの一例を、また、図7には、実施例1、2においてクリーニング量を比較するために使用するロータリー方式のフルカラープリンターで、潜像坦持体にクリーニング手段を配置したロータリー方式のフルカラープリンターを、また、図8には、タンデム方式の一例を示す。
図6は本発明に係る一括転写方式の4サイクルロータリー現像方式のカラー画像形成装置の説明図である。この画像形成装置は、紙等の記録材の両面にフルカラー画像を形成することのできるカラー画像形成装置であり、ケース10と、このケース10内に収容された、像担持体ユニット20と、露光手段としての露光ユニット30と、現像手段としての現像器(現像装置)40と、中間転写体ユニット50と、定着手段としての定着ユニット(定着器)60とを備えている。ケース10には装置本体の図示しないフレームが設けられており、このフレームに各ユニット等が取り付けられている。
像担持体ユニット20は、外周面に感光層を有する潜像坦持体(感光体)21と、この感光体21の外周面を一様に帯電させる帯電手段(スコロトロン帯電器)22とを有しており、この帯電手段22により一様に帯電させられた感光体21の外周面を露光ユニット30からのレーザー光Lで選択的に露光して静電潜像を形成し、この静電潜像に現像器40で現像剤であるトナーを付与して可視像(トナー像)とし、このトナー像を中間転写体ユニット50の中間転写ベルト51に一次転写部T1で一次転写し、さらに、二次転写部T2で、転写対象である用紙に二次転写させるようになっている。
ケース10内には、上記二次転写部T2により片面に画像が形成された用紙をケース10上面の用紙排出部(排紙トレイ部)15に向けて搬送する搬送路16と、この搬送路16により用紙排出部15に向けて搬送された用紙をスイッチバックさせて他面にも画像を形成すべく前記二次転写部T2に向けて返送する返送路17とが設けられている。ケース10の下部には、複数枚の用紙を積層保持する給紙トレイ18と、その用紙を一枚ずつ上記二次転写部T2に向けて給送する給紙ローラ19とが設けられている。
現像器40はロータリ現像器であり、回転体本体41に対して、それぞれトナーが収容された複数の現像器カートリッジが着脱可能に装着されている。この実施の形態では、イエロー用の現像器カートリッジ42Yと、マゼンタ用の現像器カートリッジ42Mと、シアン用の現像器カートリッジ42Cと、ブラック用の現像器カートリッジ42Kとが設けられていて(図ではイエロー用の現像器カートリッジ42Yのみを直接描いてある)、回転体本体41が矢印方向に90度ピッチで回転することによって、感光体21に現像ローラ43を選択的に対峙させ、感光体21の表面を選択的に現像することが可能となっている。
露光ユニット30は、板ガラス等で構成された露光窓31から上記レーザー光Lを感光体21に向けて照射するようになっている。
中間転写体ユニット50は、図示しないユニットフレームと、このフレームで回転可能に支持された駆動ローラ54,従動ローラ55,一次転写ローラ56、一次転写部T1でのベルト51の状態を安定させるためのガイドローラ57,およびテンションローラ58と、これらローラに掛け回されて張架された前記中間転写ベルト51とを備えており、ベルト51が図示矢印方向に循環駆動される。
感光体21と一次転写ローラ56との間において前記一次転写部T1が形成されており、駆動ローラ54と本体側に設けられた二次転写ローラ10bとの圧接部において前記二次転写部T2が形成される。
二次転写ローラ10bは、前記駆動ローラ54に対して(したがって中間転写ベルト51に対して)接離可能であり、接触した際に二次転写部T2が形成される。
したがって、カラー画像を形成する際には、二次転写ローラ10bが中間転写ベルト51から離間している状態で中間転写ベルト51上において複数色のトナー像が重ね合わされてカラー画像が形成され、その後、二次転写ローラ10bが中間転写ベルト51に当接し、その当接部(二次転写部T2)に用紙が供給されることによって用紙上にカラー画像(トナー像)が転写されることとなる。
トナー像が転写された用紙は、定着ユニット60の加熱ローラ対61を通ることでトナー像が溶融定着され、上記排紙トレイ部15に向けて排出される。定着器60は、加熱ローラ61にオイルを塗布しないオイルレスの定着器で構成してある。
また、図7は、図6に示した本発明の一括転写方式の4サイクルロータリー現像方式のカラー画像形成装置において、潜像坦持体にクリーニング手段を設けたカラー画像形成装置の説明図であり、クリーニング手段以外の構成では、図6と同一である。
図7のカラー画像形成装置は、後述する実施例1、2においてクリーニング量を比較するために使用するものであり、像担持体ユニット20には、一次転写後に感光体21の表面に残留しているトナーを除去するクリーニング手段(クリーニングブレード)23と、このクリーニング手段23で除去された廃トナーを収容する廃トナー収容部24が設けられている。
次に、図8は、本発明におけるタンデム方式のカラープリンタの一例を説明する図である。画像形成装置201は、潜像坦持体にクリーニング手段を有さないものであり、ハウジング202と、ハウジング202の上部に形成された排紙トレイ203と、ハウジング202の前面に開閉自在に装着された扉体204を有し、ハウジング202内には、制御ユニット205、電源ユニット206、露光ユニット207、画像形成ユニット208、排気ファン209、転写ユニット210、給紙ユニット211が配設され、扉体204内には紙搬送ユニット212が配設されている。各ユニットは、本体に対して着脱可能な構成であり、メンテナンス時等には一体的に取り外して修理または交換を行うことが可能な構成になっている。
転写ユニット210は、ハウジング202の下方に配設され図示しない駆動源により回転駆動される駆動ローラ213と、駆動ローラ213の斜め上方に配設される従動ローラ214と、この2本のローラのみで間に張架されて図示矢印方向(反時計方向)へ循環駆動される中間転写ベルト215を備え、従動ローラ214および中間転写ベルト215が駆動ローラ213に対して図で左側に傾斜する方向に配設されている。これにより中間転写ベルト215の駆動時のベルト張り側(駆動ローラ213により引っ張られる側)217が下方に位置し、ベルト弛み側218が上方に位置するようにされている。
駆動ローラ213は、後述する2次転写ローラ219のバックアップローラを兼ねている。駆動ローラ213の周面には、厚さ3mm程度、体積抵抗率が1×105 Ω・cm以下のゴム層が形成されており、金属製の軸を介して接地することにより、2次転写ローラ219を介して供給される2次転写バイアスの導電経路としている。このように駆動ローラ213に高摩擦かつ衝撃吸収性を有するゴム層を設けることにより、2次転写部へ記録材が進入する際の衝撃が中間転写ベルト215に伝達しにくく、画質の劣化を防止することができる。
また、駆動ローラ213の径を従動ローラ214の径より小さくしている。これにより、2次転写後の記録紙が記録紙自身の弾性力で剥離し易くすることができる。
また、中間転写ベルト215の裏面には、後述する画像形成ユニット208を構成する各色毎の単色画像形成ユニットY,M,C,Kの潜像坦持体220に対向して1次転写部材221が当接され、1次転写部材221には転写バイアスが印加されている。
画像形成ユニット208は、複数(本実施形態では4つ)の異なる色の画像を形成する単色画像形成ユニットY(イエロー用),M(マゼンタ用),C(シアン用),K(ブラック用)を備え、各単色画像形成ユニットY,M,C,Kにはそれぞれ、有機感光層、無機感光層を形成した感光体からなる潜像坦持体220と、潜像坦持体220の周囲に配設された、コロナ帯電器からなる帯電手段222および現像手段223を有している。
各単色画像形成ユニットY,M,C,Kの潜像坦持体220が中間転写ベルト215のベルト張り側217に当接されるようにされ、その結果、各単色画像形成ユニットY,M,C,Kも駆動ローラ213に対して図で左側に傾斜する方向に配設される。潜像坦持体220は、図示矢印に示すように、中間転写ベルト215と逆方向に回転駆動される。
露光ユニット207は、画像形成ユニット208の斜め下方に配設され、内部にポリゴンミラーモータ224、ポリゴンミラー225、f−θレンズ226、反射ミラー227、折り返しミラー228を有し、ポリゴンミラー225から各色に対応した画像信号が共通のデータクロック周波数に基づいて変調形成されて射出され、f−θレンズ226、反射ミラー227、折り返しミラー228を経て、各単色画像形成ユニットY,M,C,Kの潜像坦持体220に照射され、潜像を形成する。なお、各単色画像形成ユニットY,M,C,Kの潜像坦持体220への光路長は折り返しミラー228の作用によって実質的に同一の長さにされている。
次に、現像手段223について、単色画像形成ユニットYを代表して説明する。本実施態様においては、各単色画像形成ユニットY,M,C,Kが図で左側に傾斜する方向に配設されているので、トナー収納容器229が斜め下方に傾斜して配置されている。
すなわち、現像手段223は、トナーを収納するトナー収納容器229と、このトナー収納容器229内に形成されたトナー貯蔵部230(図のハッチング部)と、トナー貯蔵部230内に配設されたトナー撹拌部材231と、トナー貯蔵部230の上部に区画形成された仕切部材232と、仕切部材232の上方に配設されたトナー供給ローラ233と、仕切部材232に設けられトナー供給ローラ233に当接される帯電ブレード234と、トナー供給ローラ233および潜像坦持体220に近接するように配設される現像ローラ235と、現像ローラ235に当接される規制ブレード236とから構成されている。
現像ローラ235およびトナー供給ローラ233は、図示矢印に示すように、潜像坦持体220の回転方向とは逆方向に回転駆動され、一方、撹拌部材231は供給ローラ233の回転方向とは逆方向に回転駆動される。トナー貯蔵部230において撹拌部材231により撹拌、運び上げられたトナーは、仕切部材232の上面に沿ってトナー供給ローラ233に供給され、供給されたトナーは可撓性材料によって作製された帯電ブレード234と摺擦して供給ローラ233の表面の凹凸部への機械的付着力と摩擦帯電力による付着力によって、現像ローラ235の表面に供給される。
現像ローラ235に供給されたトナーは規制ブレード236により所定厚さに薄層化規制される。薄層化したトナー層は、潜像坦持体220へと搬送されて現像ローラ235と潜像坦持体220が近接する現像領域で潜像坦持体220の静電潜像を現像する。
また、画像形成時には、給紙ユニット211は、記録材Sの複数枚が積層保持されている給紙カセット238と、給紙カセット238から記録材Sを一枚ずつ給送するピックアップローラ239を備えている。
紙搬送ユニット212は、二次転写部への記録材Sの給紙タイミングを規定するゲートローラ対240(一方のローラはハウジング202側に設けられている)と、駆動ローラ213および中間転写ベルト215に圧接される二次転写手段としての二次転写ローラ219と、主記録材搬送路241と、定着手段242と、排紙ローラ対243と、両面プリント用搬送路244を備えており、記録材に転写した後に、中間転写ベルト215に残留する転写残りトナーは、クリーニング手段216によって除去される。
定着手段242は、少なくも一方にハロゲンヒータ等の発熱体を内蔵した回転自在な定着ローラ対245と、この定着ローラ対245の少なくも一方側のローラを他方側に押圧付勢してシート材に2次転写された2次画像を記録材Sに押圧する押圧手段を有し、記録材に2次転写された2次画像は、定着ローラ対245の形成するニップ部で所定の温度で記録材に定着される。
中間転写ベルト215が駆動ローラ213に対して図で左側に傾斜する方向に配設されているため、右側に広い空間が生じその空間に定着手段242を配設することができ、画像形成装置の小型化を実現することができると共に、定着手段242で発生する熱が、左側に位置する露光ユニット207、中間転写ベルト215および各単色画像形成ユニットY,M,C,Kへ悪影響をおよぼすことを防止することができる。
以下、本発明を実施例を用いてさらに詳細に説明する。
下記の各実施例で使用した画像形成装置における各部材、疎水性単分散球形シリカ粒子等の作製例を示す。
有機感光体1の作製
直径30mmのアルミ素管の導電性支持体に、下引き層としてアルコール可溶性ナイロン{東レ(株)製「CM8000」}6質量部とアミノシラン処理された酸化チタン微粒子4質量部とをメタノール100質量部に溶解、分散させてなる塗工液をリングコーティング法で塗工し、温度100℃で40分乾燥させ、膜厚1.5〜2μmの下引き層を形成した。
直径30mmのアルミ素管の導電性支持体に、下引き層としてアルコール可溶性ナイロン{東レ(株)製「CM8000」}6質量部とアミノシラン処理された酸化チタン微粒子4質量部とをメタノール100質量部に溶解、分散させてなる塗工液をリングコーティング法で塗工し、温度100℃で40分乾燥させ、膜厚1.5〜2μmの下引き層を形成した。
この下引き層上に、電荷発生顔料としてのオキシチタニルフタロシアニン顔料1質量部とブチラール樹脂{BX−1、積水化学(株)製}1質量部とジクロルエタン100質量部とを、φ1mmのガラスビーズを用いたサンドミルで8時間分散させて得られる顔料分散液をリングコーティング法で塗工し、80℃で20分間乾燥させ、膜厚0.3μmの電荷発生層を形成した。
この電荷発生層上に、下記構造式(1)のスチリル化合物の電荷輸送物質40質量部とポリカーボネート樹脂(パンライトTS、帝人化成(株)製)60質量部をトルエン400質量部に溶解させ、乾燥膜厚が22μmになるように浸漬コーティング法で塗工、乾燥させて電荷輸送層を形成し、2層からなる有機感光体{OPC1}を作製した。
構造式(1)
得られた有機感光体の一部を切り欠き、試料片として、仕事関数を表面分析装置(AC−2型、理研計器(株)製)を用い、照射光量500nWで測定したところ、5.47eVを示した。
有機感光体2の作製
有機感光体(OPC1)において、電荷発生顔料としてチタニルフタロシアニン、電荷輸送部室に下記構造式(2)のジスチリル化合物に代えた以外は同様にして有機感光体{OPC2}を作製した。この有機感光体{OPC2}の仕事関数を同様に測定すると5.50eVであった。
有機感光体(OPC1)において、電荷発生顔料としてチタニルフタロシアニン、電荷輸送部室に下記構造式(2)のジスチリル化合物に代えた以外は同様にして有機感光体{OPC2}を作製した。この有機感光体{OPC2}の仕事関数を同様に測定すると5.50eVであった。
構造式(2)
現像ローラの作製例
直径18mmのアルミパイプ表面にブラスト処理を施した後に、無電解ニッケルメッキ(厚さ8μm)を施した。表面粗さ(Rz)は3μmであった。この現像ローラ表面の仕事関数を同様の条件で測定したところ、4.58eVであった。
直径18mmのアルミパイプ表面にブラスト処理を施した後に、無電解ニッケルメッキ(厚さ8μm)を施した。表面粗さ(Rz)は3μmであった。この現像ローラ表面の仕事関数を同様の条件で測定したところ、4.58eVであった。
規制ブレードの作製例
厚さ80μmのSUS板に厚さ1.5mmの導電性ウレタンゴムチップを導電性接着剤で貼り付けた。同様の条件でのウレタンゴム面の仕事関数は5.01eVであった。
厚さ80μmのSUS板に厚さ1.5mmの導電性ウレタンゴムチップを導電性接着剤で貼り付けた。同様の条件でのウレタンゴム面の仕事関数は5.01eVであった。
中間転写ベルト1の作製例
ポリブチレンテレフタレート85質量部、ポリカーボネート15質量部およびアセチレンブラック15質量部を窒素雰囲気下でミキサーにより予備混合し、得られた混合物を引続き窒素ガス雰囲気下で二軸押出機により混練し、ペレット化した。このペレットを環状ダイスを有する一軸押出機により260℃にて外径170mm、厚さ160μmのチューブ状フイルムに押出した。次に、押し出した溶融チューブを、環状ダイスと同じ軸線上に支持した冷却インサイドマンドレルにより内径を規制し、冷却固化させてシームレスチューブを作製した。規定寸法に切断し、外径172mm、幅342mm、厚さ150μmのシームレスベルトを得た。この転写ベルトの体積抵抗は3.2×108 Ω・cmであった。
ポリブチレンテレフタレート85質量部、ポリカーボネート15質量部およびアセチレンブラック15質量部を窒素雰囲気下でミキサーにより予備混合し、得られた混合物を引続き窒素ガス雰囲気下で二軸押出機により混練し、ペレット化した。このペレットを環状ダイスを有する一軸押出機により260℃にて外径170mm、厚さ160μmのチューブ状フイルムに押出した。次に、押し出した溶融チューブを、環状ダイスと同じ軸線上に支持した冷却インサイドマンドレルにより内径を規制し、冷却固化させてシームレスチューブを作製した。規定寸法に切断し、外径172mm、幅342mm、厚さ150μmのシームレスベルトを得た。この転写ベルトの体積抵抗は3.2×108 Ω・cmであった。
仕事関数を同様の条件で測定したところ5.19eV、規格化光電子収率10.88であった。
中間転写ベルト2の作製例
アルミニウムを蒸着した厚さ130μmのポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム上に、
・塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体 ・・・ 30質量部
・導電性カーボンブラック ・・・ 10質量部
・メチルアルコール ・・・ 70質量部
からなる均一分散液を、厚さが20μmになるようにロールコーティング法にて塗工乾燥し、中間導電性層を形成した。
アルミニウムを蒸着した厚さ130μmのポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム上に、
・塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体 ・・・ 30質量部
・導電性カーボンブラック ・・・ 10質量部
・メチルアルコール ・・・ 70質量部
からなる均一分散液を、厚さが20μmになるようにロールコーティング法にて塗工乾燥し、中間導電性層を形成した。
次いで、中間導電性層上に
・ノニオン系水系ウレタン樹脂(固形分62質量%)・・ 55質量部
・ポリテトラフルオロエチレンエマルジョン樹脂(固形分60質量%)
・・11.6質量部
・導電性酸化チタン ・・ 5質量部
・導電性酸化スズ ・・ 25質量部
・ポリテトラフルオロエチレン微粒子(max粒子系0.3μm以下)
・・ 34質量部
・ポリエチレンエマルジョン(固形分35質量%) ・・ 5質量部
・イオン交換水 ・・ 20質量部
の組成を混合分散してなる塗工液を厚さ10μmとなるようにロールコーティング法にて同様に塗工乾燥し、転写層を形成した。
・ノニオン系水系ウレタン樹脂(固形分62質量%)・・ 55質量部
・ポリテトラフルオロエチレンエマルジョン樹脂(固形分60質量%)
・・11.6質量部
・導電性酸化チタン ・・ 5質量部
・導電性酸化スズ ・・ 25質量部
・ポリテトラフルオロエチレン微粒子(max粒子系0.3μm以下)
・・ 34質量部
・ポリエチレンエマルジョン(固形分35質量%) ・・ 5質量部
・イオン交換水 ・・ 20質量部
の組成を混合分散してなる塗工液を厚さ10μmとなるようにロールコーティング法にて同様に塗工乾燥し、転写層を形成した。
この塗工シートを長さ540mmに裁断し、塗工面を上にして端部を合わせ、超音波溶着を行うことにより中間転写媒体(転写ベルト)を作製した。この転写ベルトの体積抵抗は8.8×109 Ω・cmであった。また、仕事関数は5.69、規格化光電子収率7.39を示した。
球形シリカ粒子1の作製例
特公平7−91440号公報に記載の方法に準じて作製した。攪拌機、滴下口、温度計を備えた1リットルのガラス製反応器にシクロヘキサン750ミリリットル、ポリエチレングリコールノニルフェニルエーテル33g、及び28%アンモニア水溶液30gを入れ、混合した。この混合液を30℃に維持して攪拌しつつ、テトラエトキシシラン42g及びジアセトキシジメチルシラン5.5gを10分かけて滴下口より滴下し、滴下後も2時間攪拌を続け、加水分解を行ない、懸濁液を得た。この懸濁液を蒸発缶に移し、缶温度を40℃で減圧下におき、アンモニア、水およびシクロヘキサンを除去し、粉末状のシリカ微粒子を得た。このシリカ微粒子を走査型電子顕微鏡(日立製作所製、S−4800)で観察したところ、平均粒子径100nm、粒子径の範囲が78〜123nmの球状シリカ微粒子であった。仕事関数は5.07eVであった。
特公平7−91440号公報に記載の方法に準じて作製した。攪拌機、滴下口、温度計を備えた1リットルのガラス製反応器にシクロヘキサン750ミリリットル、ポリエチレングリコールノニルフェニルエーテル33g、及び28%アンモニア水溶液30gを入れ、混合した。この混合液を30℃に維持して攪拌しつつ、テトラエトキシシラン42g及びジアセトキシジメチルシラン5.5gを10分かけて滴下口より滴下し、滴下後も2時間攪拌を続け、加水分解を行ない、懸濁液を得た。この懸濁液を蒸発缶に移し、缶温度を40℃で減圧下におき、アンモニア、水およびシクロヘキサンを除去し、粉末状のシリカ微粒子を得た。このシリカ微粒子を走査型電子顕微鏡(日立製作所製、S−4800)で観察したところ、平均粒子径100nm、粒子径の範囲が78〜123nmの球状シリカ微粒子であった。仕事関数は5.07eVであった。
球形シリカ粒子2の作製例
トルエン150ミリリットルと酢酸エチル60ミリリットルの混合液中に、0.6gのジメチルシリコーンを混合し、1分間超音波分散(日本精機製作所製、モデルUS−300T)して均一に分散させた後、上記で得た単分散球形シリカ粒子1を9g投入し、更に超音波分散3分間行なった。その後、減圧濾過を行ない、65℃で5時間乾燥させた。乾燥後、ブレンダー(WARING社製 COMMERCIL LABORATORY BLENDER)を用いて解砕し、BET比表面積10.7m2 /gの疎水性単分散球形シリカ粒子を得た。このシリカ微粒子を走査型電子顕微鏡(日立製作所製、S−4800)で観察したところ、平均粒子径100nm、粒子径の範囲が79〜124nmの疎水性単分散球状シリカ微粒子であった。仕事関数は5.20eVであった。
トルエン150ミリリットルと酢酸エチル60ミリリットルの混合液中に、0.6gのジメチルシリコーンを混合し、1分間超音波分散(日本精機製作所製、モデルUS−300T)して均一に分散させた後、上記で得た単分散球形シリカ粒子1を9g投入し、更に超音波分散3分間行なった。その後、減圧濾過を行ない、65℃で5時間乾燥させた。乾燥後、ブレンダー(WARING社製 COMMERCIL LABORATORY BLENDER)を用いて解砕し、BET比表面積10.7m2 /gの疎水性単分散球形シリカ粒子を得た。このシリカ微粒子を走査型電子顕微鏡(日立製作所製、S−4800)で観察したところ、平均粒子径100nm、粒子径の範囲が79〜124nmの疎水性単分散球状シリカ微粒子であった。仕事関数は5.20eVであった。
球形シリカ粒子3の作製例
疎水性単分散球形シリカ粒子2の作製例において、ジメチルシリコーンに代えて、アミノ変性シリコーンオイル(信越シリコーン(株)製「KF−868」)を使用した以外は同様にしてBET比表面積9.8m2 /gの疎水性単分散球形シリカ粒子を得た。このシリカ微粒子を走査型電子顕微鏡(日立製作所製、S−4800)で観察したところ、平均粒子径100nm、粒子径の範囲が75〜130nmの疎水性単分散球状シリカ微粒子であった。仕事関数は5.62eVであった。
疎水性単分散球形シリカ粒子2の作製例において、ジメチルシリコーンに代えて、アミノ変性シリコーンオイル(信越シリコーン(株)製「KF−868」)を使用した以外は同様にしてBET比表面積9.8m2 /gの疎水性単分散球形シリカ粒子を得た。このシリカ微粒子を走査型電子顕微鏡(日立製作所製、S−4800)で観察したところ、平均粒子径100nm、粒子径の範囲が75〜130nmの疎水性単分散球状シリカ微粒子であった。仕事関数は5.62eVであった。
以下、実施例1、2においては、潜像坦持体にクリーニング手段を設けた画像形成装置を使用して、本発明における非磁性一成分負帯電球形トナーの性能を説明するものであり、また、実施例3以降は、本発明における非磁性一成分負帯電球形トナーおよびフルカラー画像形成装置を説明するためのものである。
(実施例1)
シアントナー母粒子1の作製
・芳香族ジカルボン酸とアルキレンエーテル化ビスフェノールAとの重縮合ポリエステル樹脂とその重縮合ポリエステル樹脂の多価金属化合物による一部架橋物の50:50(質量比)混合物(三洋化成工業(株)製、ハイマーES−803) ・・100質量部
・シアン顔料(ピグメントブルー15:1) ・・ 5質量部
・離型剤(カルナウバワックス、融点:80〜86℃) ・・ 4質量部
・荷電制御剤(オリエント化学工業(株)製「サリチル酸金属錯体E−81」)
・・ 4質量部
をヘンシェルミキサーを用いて均一混合した後、内温130℃の二軸押出機で混練し、冷却した。
(実施例1)
シアントナー母粒子1の作製
・芳香族ジカルボン酸とアルキレンエーテル化ビスフェノールAとの重縮合ポリエステル樹脂とその重縮合ポリエステル樹脂の多価金属化合物による一部架橋物の50:50(質量比)混合物(三洋化成工業(株)製、ハイマーES−803) ・・100質量部
・シアン顔料(ピグメントブルー15:1) ・・ 5質量部
・離型剤(カルナウバワックス、融点:80〜86℃) ・・ 4質量部
・荷電制御剤(オリエント化学工業(株)製「サリチル酸金属錯体E−81」)
・・ 4質量部
をヘンシェルミキサーを用いて均一混合した後、内温130℃の二軸押出機で混練し、冷却した。
次いで、冷却物を2mm角以下に粗粉砕し、この粗粉砕物の100質量部をトルエン150質量部と酢酸エチル100質量部の有機溶剤の混合溶液中に攪拌し、油相の均一混合分散溶液を作製した。この分散溶液の粘度は25℃で67mP・sであった。
次に、イオン交換水1100質量部にリン酸三カルシウムの微粉末(ボールミルで事前に粉砕し、粒子径が3μm以上のものが無い状態を確認)5質量部とドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの1質量%の水溶液5部を添加し、攪拌を行い水相の均一混合分散溶液を作製した。
造粒には、図5(a)に示す多孔質ガラス(細孔径:3μm、SPGテクノ(株)製)の噴出し部、攪拌羽根、超音波素子とを備えた容器に、先ず、前述の水相の分散溶液を移し毎分10回転で攪拌する。次いで容器内の多孔質ガラスからなる噴き出し部に直結しているパイプに前述の油相の分散溶液を14.7×104 Paの力で圧入(容器上部の矢印方向)しながら、攪拌を続けた。
この場合、形成されたエマルジュン微粒子が合一しないように、容器上部に固定された超音波ホモジナイザー(日本精機製作所製、モデルUS−300T、出力300W、振動子の径:26mm)に電圧を印加し、電流を100μA流して事前に振動させておいた。振動は20kHzで、振幅は縦方向であり、400μAで30μm、100μAで10μmの値を維持できるが、本実施例では電流を100μAとし10μmの縦方向の振幅を与えた。液相の分散溶液の圧入終了後も、攪拌は図5(a)中の回転矢印の如く10分間続けた。
その後、別に用意した攪拌槽に容器の底部Aより抜き取り、形成されたエマルションを移した後、さらに攪拌しながら温度を50℃以上に保ち、含まれる有機溶媒を除去した。その後、5N規定の塩酸で洗浄、水洗濾過を繰返して乾燥することでシアントナー母粒子1を得た。
得られたシアントナー母粒子の平均粒径、円形度を、Sysmex社製フロー式粒子像分析装置「FPIA−2100」を用い測定した。個数基準で平均粒径6.5μm、円形度0.980であった。また、仕事関数は照射光量500nWで測定すると5.25eVであった。
(比較用のシアントナー母粒子A、B、Cの作製)
実施例1のトナー母粒子の作製において、カルナウバワックス4質量部を、8質量部、10質量部、12質量部に代えた以外は同様にしてそれぞれ比較用のシアントナー母粒子A、B、Cを作製し、同様にして平均一次粒子径、円形度、仕事関数を測定した。結果を下記表1に示す。
実施例1のトナー母粒子の作製において、カルナウバワックス4質量部を、8質量部、10質量部、12質量部に代えた以外は同様にしてそれぞれ比較用のシアントナー母粒子A、B、Cを作製し、同様にして平均一次粒子径、円形度、仕事関数を測定した。結果を下記表1に示す。
次に、得られたシアントナー母粒子1および比較用のシアントナー母粒子A、B、Cの各100質量部に対して、質量比で流動性改良剤である平均一次粒子径が12nmの疎水性シリカ粒子(仕事関数5.22eV)を0.8質量%、平均一次粒子径が100nmで粒子径の範囲が79〜124nmの球状疎水性シリカ粒子(仕事関数5.20eV)を0.5質量%添加混合し、次いで平均一次粒子径が20nmの疎水性酸化チタン(仕事関数5.64eV)を0.5質量%と平均一次粒子径が1.2μmのステアリン酸カルシウム粒子(仕事関数5.32eV)を0.1質量%添加混合して、実施例1のシアントナー1と比較用のシアントナーA、B、Cをそれぞれ作製した。
得られた各トナーの機械的強度を、微小圧縮試験機(島津製作所製「MCT−W500)を下記の条件で用いて、10%変位荷重として求められると共に、仕事関数についても同様に求めた結果を表2に示す。測定条件は、上部加圧圧子:フラット圧子50μm径、下部加圧板:SKS平板、負荷速度:0.17848mN/sec.室温25℃、湿度50%である。
また、作製した各トナーを、図7に示す潜像坦持体にクリーニング手段を有する4サイクルロータリー方式のフルカラープリンターにおけるシアントナーの現像カートリッジにそれぞれ装填し、耐久評価の連続印字試験を実施した。なお、潜像坦持体は上記で作製した有機感光体(OPC1)を、また、現像ローラ、規制ブレードも上記で作製したもの、また、中間転写媒体は上記で作製した中間転写ベルト1をそれぞれ使用した。
評価方法は、シアン色5%に相当する原稿を5,000枚連続印字し、耐久前後の現像ローラ上のトナーの帯電特性を測定した。帯電特性の測定は、帯電量分布測定機(ホソカワミクロン(株)製「E−SPART III」を使用し求め、その結果を表3に示す。
なお、その際の作像条件は、図1に図示するように非接触現像方式で、現像ギャップは170μm、現像バイアスはパッチ制御で有機感光体上の現像トナー量が約0.55mg/cm2 となるように調整した。直流と重畳する交流の周波数は2.5kHz、ピークtoピーク電圧1300V、現像ローラ上の規制トナー量は約0.42mg/cm2 になるように調整した。また、一次転写部の転写電圧は+450Vを印加した。
表から明らかなように、10%変位荷重の機械的強度が小さくなるに従い、負帯電量が減少し、かつ、逆帯電の+トナー量が増大することがわかる。また、表1の結果と合わせ検討すると、円形度が高い場合には、トナー母粒子の機械的強度が7MPa以下の小さい値であると、外添剤の埋没が生じてトナーの帯電特性が連続印字で変化し、負帯電量が低下すると共に逆帯電の+トナー量が増大し、カブリの増大や転写効率の低下をもたらすことが推測される。
そのため、上記の5,000枚連続印字後の潜像坦持体(有機感光体)のクリーニング手段によりクリーニングされたトナー量を測定し、再度、10%変位荷重の機械的強度と共に、表4に示す。
表から明らかなように、潜像坦持体をクリーナーレス化するには、10%変位荷重の機械的強度が少なくとも7MPa以上の値を有するトナーを使用するとよいことがわかる。トナーの機械的強度が低い場合、外添剤粒子の埋没が生じ、その結果、表4から明らかなように、カブリの増大や転写残トナー量の増大をもたらすものであるが、これは、潜像坦持体の帯電極性とは逆極性である+トナー量に起因している。
実施例1のシアントナー1と比較用のシアントナーCを用い、ドット再現性(ドット径:42μm)を比較した結果を図9に示す。図9(a)は実施例1のシアントナー1で現像した場合、また(b)は比較用のシアントナーCで現像した場合である。トナー母粒子の10%変位荷重の機械的強度が3.325MPaのシアントナーCはドット間カブリがあり、中間調画質の再現性について劣る結果を与えるものであり、中間調画質の再現には少なくとも10%変位荷重の機械的強度が7MPa以上必要であることがわかる。
(実施例2)
実施例1のトナー母粒子におけるバインダー樹脂として、芳香族ジカルボン酸とアルキレンエーテル化ビスフェノールAとの重縮合ポリエステル樹脂とその重縮合ポリエステル樹脂の多価金属化合物による一部架橋物の質量比を、40:60、30:70、20:80の各混合物(三洋化成工業(株)製)とした以外は同様にして、シアントナー母粒子2、3、4を作製した。
(実施例2)
実施例1のトナー母粒子におけるバインダー樹脂として、芳香族ジカルボン酸とアルキレンエーテル化ビスフェノールAとの重縮合ポリエステル樹脂とその重縮合ポリエステル樹脂の多価金属化合物による一部架橋物の質量比を、40:60、30:70、20:80の各混合物(三洋化成工業(株)製)とした以外は同様にして、シアントナー母粒子2、3、4を作製した。
作製したシアントナー母粒子について、実施例1同様に個数基準での平均一次粒子径、円形度および仕事関数を測定した結果を表5に示す。
次に、得られたシアントナー母粒子各100質量部に対して、質量比で流動性改良剤である平均一次粒子径が12nmの疎水性シリカ粒子(仕事関数5.22eV)を0.8質量%、平均一次粒子径が100nmで粒子径の範囲が79〜124nmの球状疎水性シリカ粒子(仕事関数5.20eV)を5質量%添加混合し、次いで平均一次粒子径が20nmの疎水性酸化チタン(仕事関数5.64eV)を0.5質量%と平均一次粒子径が1.2μmのステアリン酸カルシウム粒子(仕事関数5.32eV)を0.1質量%添加混合して、シアントナー2、3、4をそれぞれ作製した。また、実施例1で得たシアントナー母粒子1を上記と同様に外添処理し、シアントナー1′を同様に作製した。
得られた各トナーの仕事関数、および機械的強度を、実施例1と同様に測定し、結果を表6に示す。
また、実施例1同様に、図7に示す、潜像坦持体にクリーニング手段を有する4サイクルロータリー方式のフルカラープリンターにおけるシアントナーの現像カートリッジにそれぞれ装填し、定着部の温度を190℃、印字速度を40枚/分に設定した時の30%デューティの中間調原稿を印字し、紙(J紙)上に定着した。
定着画像のハーフ定着率を、200gの分銅をガーゼで包み、荷重状態で定着中間調画像表面を20往復擦り、擦る前後のトナー像濃度を反射濃度計で測定し、低下した濃度/初期濃度を100分率表示で求め、その結果を表6に示す。
ハーフ定着率は、60%以下の場合、指で定着画像を擦ると指が汚れる場合があり、実質上好ましくない印字品質となる。表から明らかなように、10%変位荷重の機械的強度としては19MPa以下が好ましいことがわかる。
(実施例3)
実施例1において、シアン顔料であるピグメントブルー15:1を10質量部と芳香族ジカルボン酸とアルキレンエーテル化ビスフェノールAとの重縮合ポリエステル樹脂とその重縮合ポリエステル樹脂の多価金属化合物による一部架橋物の50:50(質量比)混合物(三洋化成工業(株)製、ハイマーES−803)2質量部をトルエン50質量部と共に、ボールミル中で3時間混合粉砕した。混合粉砕後、濾過し、さらに風乾することにより、ポリエステル樹脂で表面処理したシアン顔料を得た。
(実施例3)
実施例1において、シアン顔料であるピグメントブルー15:1を10質量部と芳香族ジカルボン酸とアルキレンエーテル化ビスフェノールAとの重縮合ポリエステル樹脂とその重縮合ポリエステル樹脂の多価金属化合物による一部架橋物の50:50(質量比)混合物(三洋化成工業(株)製、ハイマーES−803)2質量部をトルエン50質量部と共に、ボールミル中で3時間混合粉砕した。混合粉砕後、濾過し、さらに風乾することにより、ポリエステル樹脂で表面処理したシアン顔料を得た。
この顔料5.5質量部を使用した以外は、実施例1と同様にしてシアントナー母粒子5を作製した。
また、実施例1におけるシアン顔料に代えて、マゼンタ顔料のカーミン6B、イエロー顔料のピグメントイエロー180、そして、ブラック顔料であるカーボンブラックを使用した以外は同様にして、マゼンタトナー母粒子1、イエロートナー母粒子1、ブラックトナー母粒子1を作製した。
上記で得たシアントナー母粒子5、マゼンタトナー母粒子1、イエロートナー母粒子1、ブラックトナー母粒子1について、実施例1同様に個数基準での平均一次粒子径、円形度および仕事関数を測定した結果を表7に示す。
次に、得られたトナー母粒子各100質量部に対して、質量比で流動性改良剤である平均一次粒子径が12nmの疎水性シリカ粒子(仕事関数5.22eV)を0.8質量%、平均一次粒子径が100nmで粒子径の範囲が79〜124nmの球状疎水性シリカ粒子(仕事関数5.20eV)を0.3質量%添加混合し、次いで平均一次粒子径が20nmの疎水性酸化チタン(仕事関数5.64eV)を0.5質量%と平均一次粒子径が1.1μmのステアリン酸マグネシウム粒子(仕事関数5.58eV)を0.1質量%添加混合して、シアントナー5、マゼンタトナー1、イエロートナー1、ブラックトナー1をそれぞれ作製した。各トナーの仕事関数、および10%変位荷重の機械的強度を下記表8に示す。
作製した各トナーを、図6に示す、潜像坦持体からクリーニング手段を取り外した4サイクル方式のカラープリンタにおけるそれぞれ該当する現像カートリッジに装填し、連続印字試験を行った。この時、潜像坦持体表面の微量の転写残りトナーはスコロトロン帯電器により負に帯電され、中間転写ベルトに転写され、中間転写ベルト上でクリーニングされるように制御されている。なお、中間転写ベルトとしては、図7同様に、上記作製した中間転写媒体1を使用している。
現像は、非接触現像方式により、現像順を中間転写ベルトが進む上流側から、カラートナーでは仕事関数が大きい順、即ちマゼンタトナー1、イエロートナー1、シアントナー5とし、ブラックトナー1としては現像順としては最初にくるように設定した。
また、この時の作像条件は、実施例1と同様とした。なお、一次転写部の電源は定電圧制御であり、+450Vを印加し、二次転写部の電源は定電流制御とした。
そして、JIS X 9201−1995準拠の標準画像データのN−2A「カフェテリア」の画像を2,000枚連続印字した後、中間転写ベルトにおけるクリーニング手段によりクリーニングされたトナー量を測定した。
また、中間転写ベルト1に代えて、中間転写ベルト2を使用した以外は同様にして連続印字した以外は同様にしてクリーニングされたトナー量を測定した。その結果を表8に示す。
表から明らかなように、潜像坦持体上にクリーニング手段を設けない画像形成装置においては、少なくとも10%変位荷重の機械的強度が7MPa以上のトナーであって、中間転写ベルトの仕事関数をトナーの仕事関数より小さくすることによって、紙への転写後の中間転写ベルト上の転写残りトナー量を少なくできることがわかる。
(実施例4)
実施例3における表7記載の各トナー母粒子100質量部に対して、質量比で流動性改良剤である平均一次粒子径が12nmの疎水性シリカ粒子(仕事関数5.22eV)を0.8質量%、平均一次粒子径が40nmの疎水性シリカ粒子(仕事関数5.24eV)を0.2質量%、上記で作製した平均一次粒子径が100nmで粒子径の範囲が79〜124nmの球形シリカ粒子2を0.4質量%添加混合し、次いで、平均一次粒子径が20nmの疎水性酸化チタン(仕事関数5.64eV)0.5質量%、一次粒子径が走査型電子顕微鏡写真で0.3μm〜0.6μmの範囲にある不定形の酸化チタン(仕事関数5.41eV)0.2質量%と平均一次粒子径が1.2μmのステアリン酸カルシウム粒子(仕事関数5.32eV)を0.1質量%添加混合して、シアントナー6、マゼンタトナー2、イエロートナー2、ブラックトナー2をそれぞれ作製した。
(実施例4)
実施例3における表7記載の各トナー母粒子100質量部に対して、質量比で流動性改良剤である平均一次粒子径が12nmの疎水性シリカ粒子(仕事関数5.22eV)を0.8質量%、平均一次粒子径が40nmの疎水性シリカ粒子(仕事関数5.24eV)を0.2質量%、上記で作製した平均一次粒子径が100nmで粒子径の範囲が79〜124nmの球形シリカ粒子2を0.4質量%添加混合し、次いで、平均一次粒子径が20nmの疎水性酸化チタン(仕事関数5.64eV)0.5質量%、一次粒子径が走査型電子顕微鏡写真で0.3μm〜0.6μmの範囲にある不定形の酸化チタン(仕事関数5.41eV)0.2質量%と平均一次粒子径が1.2μmのステアリン酸カルシウム粒子(仕事関数5.32eV)を0.1質量%添加混合して、シアントナー6、マゼンタトナー2、イエロートナー2、ブラックトナー2をそれぞれ作製した。
また、球形シリカ粒子2に代えて、上記で作製した球形シリカ粒子1を使用し、上記と同様にして、シアントナー7、マゼンタトナー3、イエロートナー3、ブラックトナー3をそれぞれ作製した。
また、球形シリカ粒子2に代えて、上記で作製した球形シリカ粒子3を使用し、上記と同様にして、シアントナー8、マゼンタトナー4、イエロートナー4、ブラックトナー4をそれぞれ作製した。
得られた各トナーの仕事関数、および10%変位荷重の機械的強度を下記表9に示す。また、作製した各トナーを、図8に示す、潜像坦持体からクリーニング手段を取り外したタンデムカラープリンタのシアン現像ユニットに装填し、白色ベタ印字を行った後に、現像ローラ上のトナーの帯電特性を帯電量分布測定機(ホソカワミクロン(株)製「E−SPART III」を使用し求め、その結果を表10に示す。
表から明らかなように、トナーの仕事関数より球状シリカ粒子の仕事関数が大きいと、帯電量の低下だけでなく、逆極性である+トナーの量も増大しており、カブリの発生や転写効率の低下をもたらすことがわかる。
そこで、作製した各トナーを、図8に示す、潜像坦持体からクリーニング手段を取り外したタンデムカラープリンタの該当する現像カートリッジに入れて連続印字試験を行った。現像は非接触現像方式により、現像順を中間転写ベルトが進む上流側から、トナーの仕事関数が大きい順、即ちマゼンタトナー、イエロートナー、シアントナー、ブラックトナーとした。但し、ブラックトナーについては現像順で最初に持ってきても、最後にもってきても印字できるようにし、また、現像順を変更する時は画像処理の順番を変えている。
なお、潜像坦持体は上記で作製した有機感光体(OPC2)を使用し、現像ローラ、規制ブレードは上記で作製したもの、また、中間転写媒体は中間転写ベルト1を使用した。
作像条件は、現像ギャップは200μm、現像バイアスはパッチ制御で有機感光体上の1色当たりの現像トナー量が最大0.55mg/cm2 までに抑えるようにした。直流と重畳する交流の周波数は2.5kHz、ピークtoピーク電圧1400V、現像ローラ上の規制トナー量は約4.2mg/cm2 になるように調整した。また、一次転写部の電源は定電圧制御であり、転写電圧は+500Vを印加した。二次転写部の電源は定電流制御としている。
そして、JIS X 9201−1995準拠の標準画像データのN−2A「カフェテリア」の画像を1,000枚連続印字した結果、シアントナー8、マゼンタトナー4、イエロートナー4、ブラックトナー4を用いた場合には、2枚目から印字画像に転写残りトナーの履歴が観察され、潜像坦持体をクリーナーレス化できないものであった。
(実施例5)
実施例1におけるシアントナー母粒子1において、カルナウバワックスの添加量を3質量部とした以外は同様にしてシアントナー母粒子9を作製した。得られたシアントナー母粒子9について、フロー式粒子像測定装置(FPIA−2100)により測定される個数基準での粒度分布を図10に示す。シアントナー母粒子9は個数基準で平均一次粒子径6.5μmであり、また、円形度は、0.980、仕事関数5.23eVであった。
(実施例5)
実施例1におけるシアントナー母粒子1において、カルナウバワックスの添加量を3質量部とした以外は同様にしてシアントナー母粒子9を作製した。得られたシアントナー母粒子9について、フロー式粒子像測定装置(FPIA−2100)により測定される個数基準での粒度分布を図10に示す。シアントナー母粒子9は個数基準で平均一次粒子径6.5μmであり、また、円形度は、0.980、仕事関数5.23eVであった。
また、実施例1におけるシアントナー母粒子1の造粒に際して、超音波素子を振動させないで、同様に比較用のシアントナー母粒子Dを作製した。得られたシアントナー母粒子Dについて、フロー式粒子像測定装置(FPIA−2100)により測定される個数基準での粒度分布を図11に示す。比較用のシアントナー母粒子Dは個数基準で平均一次粒子径6.3μmであり、また、円形度は、0.978、仕事関数5.23eVであった。
図11から明らかなように、トナー母粒子の造粒に際して、超音波をかけないで作製すると、平均一次粒子径が3μm以下のトナー母粒子を積算で5.15%含有し、微粒子の多いものであることがわかる。図10から明らかなように、本発明のトナー母粒子9は、平均一次粒子径が3μm以下のトナー母粒子を積算で実質上0に近い0.23%であることがわかる。
前述のシアン顔料に代えて、マゼンタ顔料のカーミン6B、イエロー顔料のピグメントイエロー180、そして、ブラック顔料であるカーボンブラックを使用した以外は同様にして、マゼンタトナー母粒子5、イエロートナー母粒子5、ブラックトナー母粒子5を作製した。また、上記と同様に、マゼンタトナー母粒子5、イエロートナー母粒子5、ブラックトナー母粒子5の造粒に際して、超音波素子を振動させないで、同様に比較用のマゼンタトナー母粒子D、イエロートナー母粒子D、ブラックトナー母粒子Dを作製した。
各トナーについて、フロー式粒子像測定装置(FPIA−2100)により測定される個数基準での粒度分布を測定し、個数基準での平均一次粒子径、平均円形度、および3μm以下の微粒子径の積算値を求めた。結果を表11に示す。
表から明らかなように、本発明の如く超音波をかけたエマルジョンから作製したトナー母粒子は、実質上3μm以下のトナーをゼロに近いレベルにまで抑えることができるが、超音波をかけないエマルジョンから作製したトナー母粒子は、3μm以下の粒子径の積算値が6〜7%の値を示し、微粒子の存在が認められた。なお、各トナー母粒子の仕事関数は、超音波の有無に係わらず、マゼンタトナー母粒子は5.70eV、イエロートナー母粒子は5.51eV、ブラックトナー母粒子は5.40eVを示した。
次に、実施例4と同様に、各色トナー母粒子を外添剤処理した。但し、球形シリカは、上記で作製した疎水性単分散球形シリカ粒子2(仕事関数5.20eV)を使用し、また、シアントナーにおいてはステアリン酸カルシウムを、その他のトナーにはステアリン酸マグネシウムを使用した。
更に、図8のクリーナーレス方式のタンデムカラープリンタを用い、JIS X 9201−1995準拠の標準画像データのN−2A「カフェテリア」の画像を2,000枚連続印字し、その後、各色毎の潜像坦持体表面のトナーフィルミング量をテープ転写法で測定した。その結果を表12に示す。
なお、テープ転写法とは潜像坦持体(有機感光体)上のトナーにテープ(住友3M社製メンディングテープ)を貼り付け、トナーをテープ上に転写し、テープ重量を測定し、貼り付け前後のテープ重量差よりフィルミングしたトナー等の重量を求める方法である。
表からわかるように、球形度の高いトナーであっても、3μm以下の粒子径の積算値(%)が1%以下と実質上ゼロに近い状態にあれば、潜像坦持体のクリーナーレス化が可能であることがわかる。
1は潜像担持体、2は帯電手段、3は露光手段、4は現像手段、5は中間転写媒体、7はバックアップローラ、8はトナー供給ローラ、9はトナー規制ブレード(トナー層厚規制部材)、10は現像ローラ、Tは一成分非磁性トナーであり、Lは現像ギャップである。
Claims (9)
- 潜像坦持体に静電潜像を形成し、該静電潜像を、逐次、複数の現像器を用いて非接触現像によりトナー像を形成した後、該潜像坦持体に形成されたトナー像を中間転写媒体に転写してフルカラートナー像を形成し、一括して記録材上に転写し、定着するに際して、潜像坦持体上の転写残トナーを中間転写媒体に転写して中間転写媒体上でクリーニングし、潜像坦持体をクリーナーレスとするフルカラー画像形成装置に適用されるトナーであって、該トナーがトナー母粒子と外添剤粒子とからなる非磁性一成分負帯電球形トナーであり、微小圧縮試験を行う時に得られる圧縮変位曲線の10%変位荷重で求められる機械的強度が7〜19MPaであり、また、前記トナー母粒子が少なくとも結着樹脂と着色剤とからなると共に前記外添剤粒子が少なくとも平均粒径が7〜50nmの疎水性無機微粒子と平均粒径が70〜130nmの疎水性単分散球形シリカ粒子とからなり、かつ、該疎水性単分散球形シリカ粒子の仕事関数(ΦS )を前記トナー母粒子の仕事関数(ΦTB)より小さくしたことを特徴とする非磁性一成分負帯電球形トナー。
- トナー母粒子が、フロー式粒子像測定装置により測定される個数基準の粒度分布として、平均粒径が9μm以下であって、3μm以下の粒子径の積算値が1%以下の粒度分布を有し、かつ、平均円形度値が0.970〜0.985であることを特徴とする請求項1記載の非磁性一成分負帯電球形トナー。
- トナー母粒子の仕事関数(ΦTB)が5.2〜5.8eVであると共に、疎水性単分散球形シリカ粒子の仕事関数(ΦS )が4.90〜5.20eVであり、その差が少なくとも0.2eVであることを特徴とする請求項1記載の非磁性一成分負帯電球形トナー。
- トナー母粒子と同極性でかつ仕事関数が5.25〜5.7eVであって、疎水性単分散球形シリカ粒子の仕事関数より少なくとも0.2eV大きく、かつ、トナー母粒子と同様の仕事関数を有する金属石鹸粒子によりさらに外添処理されることを特徴とする請求項3記載の非磁性一成分負帯電球形トナー。
- トナー母粒子が、溶解懸濁法により得られるものであることを特徴とする請求項1記載の非磁性一成分負帯電球形トナー。
- 潜像坦持体に静電潜像を形成し、該静電潜像を、逐次、複数の現像器を用いて非接触現像によりトナー像を形成した後、該潜像坦持体に形成されたトナー像を中間転写媒体に転写してフルカラートナー像を形成し、一括して記録材上に転写し、定着するに際して、潜像坦持体上の転写残トナーを中間転写媒体に転写し、中間転写媒体上でクリーニングし、潜像坦持体をクリーナーレスとするフルカラー画像形成装置において、該トナーがトナー母粒子と外添剤粒子とからなる非磁性一成分負帯電球形トナーであり、微小圧縮試験を行う時に得られる圧縮変位曲線の10%変位荷重で求められる機械的強度が7〜19MPaであり、また、前記トナー母粒子が少なくとも結着樹脂と着色剤とからなると共に前記外添剤粒子が少なくとも平均粒径が7〜50nmの無機微粒子と平均粒径が70〜130nmの疎水性単分散球形シリカ粒子とからなり、該疎水性単分散球形シリカ粒子の仕事関数(ΦS )を前記トナー母粒子の仕事関数(ΦTB)より小さくすると共に、前記中間転写媒体の仕事関数(ΦTM)を前記非磁性一成分負帯電球形トナーの仕事関数(ΦT )より小さくしたことを特徴とするフルカラー画像形成装置。
- トナー母粒子が、フロー式粒子像測定装置により測定される個数基準の粒度分布として、平均粒径が9μm以下であって、3μm以下の粒子径の積算値が1%以下の粒度分布を有し、かつ、平均円形度値が0.970〜0.985であることを特徴とする請求項6記載のフルカラー画像形成装置。
- トナー母粒子の仕事関数(ΦTB)が5.2〜5.8eVであると共に疎水性単分散球形シリカ粒子の仕事関数(ΦS )が4.90〜5.20eVであり、また、中間転写媒体の仕事関数(ΦTM)が4.9〜5.5eVであると共にトナーの仕事関数(ΦT )が5.4〜5.9eVであって、トナー母粒子の仕事関数(ΦTB)と疎水性単分散球形シリカ粒子の仕事関数(ΦS )の差、また、中間転写媒体の仕事関数(ΦTM)とトナーの仕事関数(ΦT )の差がそれぞれ少なくとも0.2eVであることを特徴とする請求項6記載のフルカラー画像形成装置。
- 前記複数の現像器はそれぞれトナーを補充しないトナー収容部と現像部とが一体化された構造を有すると共に該現像部が現像剤坦持体とトナー層規制部材とからなり該トナー層規制部材により現像剤坦持体上のトナー層が略一層規制されるものであることを特徴とする請求項6記載のフルカラー画像形成装置。
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