トナー及びそれを用いた画像形成装置
【課題】
長期に亙って、画像欠陥を生じさせないトナー及びそれを用いた現像装置、及び該現像装置を備えた画像形成装置を提供することを課題とする。
【解決手段】
一定の速度で、トナーの単一粒子に加えた荷重に対する、単位時間ごとの変位量の積算値をトナーの体積平均粒子径で除した値を特定の範囲に規定するトナーとすることで、上記課題を解決する。
長期に亙って、画像欠陥を生じさせないトナー及びそれを用いた現像装置、及び該現像装置を備えた画像形成装置を提供することを課題とする。
【解決手段】
一定の速度で、トナーの単一粒子に加えた荷重に対する、単位時間ごとの変位量の積算値をトナーの体積平均粒子径で除した値を特定の範囲に規定するトナーとすることで、上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー及びそれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナーを表面に担持して回転する現像ローラと、トナーの層厚を規制する規制部材を備え、規制部材で規制されたのち搬送されるトナーで静電潜像を可視化する現像装置では、以下のような問題点が指摘されている。
【０００３】
規制部材と現像ローラが常に同じ当接部で加圧接触しているため、長期に亙って現像装置を使用する場合、摩擦熱やその圧力、或いは機内温度等の環境的要因等が相俟って、規制部材と現像ローラが接触する規制部材側に、トナーが軟化して固着する現象が発生しやすくなる。
【０００４】
固着したトナーは、初期には表面に薄い膜を張ったような僅かなものであり、出力画像上も問題にならないが、使用を重ねるにしたがって、拡がって、膜も厚くなり、やがて出力画像に悪影響を及ぼす。固着したトナーは、規制部材によるトナーの帯電性を悪化させたり、現像ローラとの間のトナーの流入を塞いでしまったり、或いは現像ローラと接触する表面で凹凸が形成され、局所的なトナー層厚の低下やスリ抜けを招き、均一なトナー層の形成ができなくなる。その結果、出力画像上で、画像濃度の低下や、出力画像の画像部分に白筋等の画像欠陥が生じるという問題がある。
【０００５】
このような問題に対処するために、例えば、特開２００６−１８４６９８号公報（特許文献１）では、トナーの単一粒子に、４．９×１０−４Ｎの荷重を加え、荷重に対する塑性変位量及び弾性変位量と外添剤の付着強度とトナー帯電量との関係を規定したトナーが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１８４６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のトナーのように、特定の荷重における変位量の規定だけでは、現像装置を使用する場合、画像欠陥が生じる場合があった。これは、トナーが、現像ローラと供給ローラの間での摺擦、現像ローラと規制部材の間での摺擦、撹拌部材での撹拌等、それぞれ異なる力を受けているにもかかわらず、特定の荷重における変位量の規定だけで 、画像ムラ、カブリ等の画像欠陥が解消できるとしているからである。
【０００８】
本願は上記の課題に鑑みてなされたものであり、トナーの硬さを適切にすること、具体的には、一定の速度で、トナーの単一粒子に加えた荷重に対する単位時間ごとの変位量の積算値をトナーの体積平均粒子径で除した値を特定の範囲に規定するトナーとすることで、長期に亙って、画像欠陥を生じさせないトナー及びそれを用いた現像装置、及び該現像装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、非磁性１成分トナーの単一粒子に、０．５ｍＮ／ｓの速度で、最大１０ｍＮまで荷重が加えられ、前記荷重に対する単位時間ごとの変位量の積算値を前記トナーの体積平均粒子径で除した値が、３．０×１０５ｍＮ／ｍ以上、６．０×１０５ｍＮ／ｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明は、前記非磁性１成分トナーに含有されるワックス成分の融点が８０度以上であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、前記非磁性１成分トナーを用いた現像装置を備えた画像形成装置を提供することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、非磁性１成分トナーの単一粒子に、０．５ｍＮ／ｓの速度で、最大１０ｍＮまで荷重が加えられ、荷重に対する単位時間ごとの変位量の積算値を非磁性１成分トナーの体積平均粒子径で除した値が、３．０×１０５ｍＮ／ｍ以上、６．０×１０５ｍＮ／ｍ以下とされることで、長期に亙って、画像濃度が高く、カブリも良好で、層厚ムラも現れず、定着性も不良となることがない。
【００１３】
また、本発明によれば、非磁性１成分トナーに含有されるワックス成分の融点を８０度以上とすることで、長期に亙って、画像濃度が高く、カブリも良好で、層厚ムラも現れず、定着性も不良となることがない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の現像装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施例及び比較例のトナーの単一粒子に、０．５ｍＮ／ｓの速度で、最大１０ｍＮまで荷重を加えたときの変位量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態の現像装置について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本願発明の現像装置１の構成を示す概略断面図である。以下には、本願発明の現像装置に関して説明するが、その他の構成については、電子写真複写装置の一般的な技術が適用できることはいうまでもない。
【００１７】
本願発明の現像装置１は、トナー２を感光体３表面の静電潜像に供給して静電潜像を現像する現像装置である。現像装置１は、トナー２を収容する現像槽４と、トナー２を担持して、感光体３表面に搬送する現像ローラ５と、トナー２を現像ローラ５上に供給する供給ローラ６と、現像槽４の中でトナー２を撹拌搬送する撹拌部材７と、現像ローラ５上のトナー２の層厚を規制する規制部材としてのドクターブレード８と、ドクターブレード８を現像槽４に支持する支持部材９と、現像ローラ５にバイアスを印加する電源１０を含む。
【００１８】
現像ローラ５、供給ローラ６、撹拌部材７は、現像槽４内に回転自在に設けられ、各々、矢印で示す反時計方向に回転している。
【００１９】
感光体３は、直径３０ｍｍであり、対向して配設されている現像ローラ５との間隙は、不図示の間隙保持部材により、２００±２０μｍに設定されている。感光体３の回転方向は、矢印で示す時計方向であり、周速度は、１５０ｍｍ／ｓｅｃとした。
【００２０】
現像槽４は、例えば、硬質の合成樹脂等からなり、外観が略直方体形状を有する容器部材である。
【００２１】
現像ローラ５は、本願では、アルミニウムからなり、直径１６ｍｍ、肉厚が１ｍｍで、表面の算術平均粗さＲａが、０．３〜０．８μｍとなるようにサンドブラスト処理されたものである。また、現像ローラ５は、周速度１４５ｍｍ／ｓｅｃで、軸線周りに回転駆動される。
【００２２】
トナー供給ローラ６は、導電性の発泡ウレタン等の多孔性弾性部材であり、表面の空孔にトナー２を吸着しつつ、現像ローラ５を摺擦することで、トナー２を現像ローラ５に供給し、かつ、現像後に現像ローラ５に残存した余分のトナー２をクリーニングする。
【００２３】
トナー供給ローラ６と現像ローラ５の接触部の食い込み量は、０．５ｍｍ、この接触部の長手方向、即ちトナー供給ローラ６の軸線方向の幅は、３００ｍｍで設定されている。なお、トナー供給ローラ６は、アスカーＣ硬度で５度のウレタンスポンジを用いた。直径は１４ｍｍとした。また、周速度は、１４５ｍｍ／ｓｅｃとした。
【００２４】
撹拌部材７は、回転軸部から半径方向外方に突出する複数の羽根片を含んで構成され、その羽根片は、例えば、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）等の樹脂を用いて薄板状に形成される。
【００２５】
ドクターブレード８は、現像ローラ５の軸線方向に平行に延びる板状部材であり、現像ローラ５との当接位置にはトナーの付着を防止するため、例えば、ウレタンからなる樹脂８ａが貼り付けられている。ドクターブレード８と現像ローラ５は、線圧約１０〜３０ｇｆ／ｃｍで当接している。この線圧は、ドクターブレード８の板厚、及び樹脂８ａの材質及び現像ローラ５との当接位置により変更可能である。線圧が１０ｇｆ／ｃｍ未満であれば、現像ローラ５上のトナー２の層厚が均一にならず、トナー２に充分な帯電が付与できない。また、線圧が３０ｇｆ／ｃｍより大きくなると、現像ローラ５上のトナー２へのストレスが大きくなり、トナー２の融着等による画像欠陥が発生する。ドクターブレード８は、例えば、導電性樹脂や、ステンレス、りん青銅等の材質が用いられる。本願では、厚み０．１ｍｍのりん青銅を用い、樹脂８ａは、厚み１ｍｍのウレタン樹脂とした。このときの線圧は、１５ｇｆ／ｃｍであった。また、このときの現像ローラ５上のトナー２の層厚は、０．６〜０．８ｍｇ／ｃｍ２の範囲であった。
【００２６】
電源１０は、現像ローラ５に、−４００Ｖ〜−２０００Ｖ程度の直流のバイアスを印加し、現像ローラ５と感光体３の間隙及び所望の画像濃度に応じて、随時設定される。本願では、−１４００Ｖとした。
【００２７】
本願で用いられるトナー２の成分は、結着樹脂、着色剤、ワックス、帯電制御剤等が挙げられる。結着樹脂としては、例えば、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、オレフィン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、Ｎ−ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂等の従来公知の種々の熱可塑性樹脂の１種又は２種以上を用いることができ、特にスチレン系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂が好ましい。これらの樹脂は、通常の画像形成装置において用いられる熱定着手段によって、記録用紙等の印刷媒体の表面に良好に定着されるには、軟化点が１２０〜１５０℃、ガラス転移点が５５〜７５℃の範囲にあることが好ましく、その一部が架橋構造を有していても良い。
【００２８】
軟化点が１２０℃未満では、オフセットが発生する。一方、軟化点が１５０℃よりも高いと、定着性が充分でない。ガラス転移点が５５℃未満では、トナー２の単一粒子どうしが凝集しやすくなり、トナー２の融着等による画像欠陥が発生する。一方、ガラス転移点が７５℃よりも高いと、定着性が充分でない。なお、結着樹脂の軟化点は、フローテスタ（島津製作所製、型番：ＣＦＴ−５００）、ガラス転移点は、熱示走査熱量計（ＤＳＣ：パーキンエルマ製、型番：ＤＳＣ−７）により測定できる。
【００２９】
一般に、架橋構造とすることで、定着性を損なわず、長期に亙ってトナー２の保存安定性や耐久性を向上できる。結着樹脂の一部を架橋構造とするには、架橋剤を添加する、或いは熱硬化性樹脂を配合する等の既存の技術を用いることができる。架橋成分量の測定は、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）に結着樹脂を溶かしたときの不溶成分量を調べることにより行なう。
【００３０】
ワックスとしては、オレフィン系ワックス類、エステル系ワックス類、植物系ワックス類、鉱物系ワックス類、動物系ワックス類、石油系ワックス類、フィッシャ・トロプシュワックス類等の１種又は２種類以上を用いることができる。ワックスは、オフセット防止の目的で添加され、添加量としては、結着樹脂１００質量部に対して、０．１〜１０質量部が好ましい。添加量が０．１質量部未満では、オフセット防止効果が充分でなく、１０質量部より多いと、トナー２の単一粒子表面から脱離しやすくなる。
【００３１】
帯電制御剤としては、本願で用いるトナー２には、負荷電性の帯電制御剤を用いるのが好ましい。負荷電性の帯電制御剤としては、含金属アゾ染料、オキシナフトエ酸系金属錯体、サリチル酸系金属錯体、フェノール系縮合物、第四級アンモニウム塩、ホウ素錯体等が挙げられる。また、良好な負荷電性を損なわない程度に正荷電性の荷電制御剤を併用することもできる。正荷電性の帯電制御剤としては、アジン化合物のニグロシン系染料、第四級アンモニウム塩、第四級アンモニウム塩モリブデン錯体、第四級アンモニウム塩、トリフェニルメタン誘導体等が挙げられる。これらの帯電制御剤は、単独で混合して用いても良い。負荷電性の帯電制御剤の添加量は、結着樹脂１００質量部に対して、５．０質量部以下が好ましい。５．０質量部を超えると、トナー２の帯電量が高く、画像濃度が下がる、感光体３から、不図示のトナー支持体への転写性が劣る等の問題が生じる。
【００３２】
上記構成のトナー２の成分を、既存の製造方法によって粉砕或いは重合し、体積平均粒子径７〜１０μｍのトナー２を得る。体積平均粒子径が７μｍ未満では、トナー２と現像ローラ５間の静電的な付着力が強く、トナー２の現像性が低下する。体積平均粒子径が１０μｍより大きいと、記録用紙等の印刷媒体への被覆率が低くなるため、画像濃度が低下する。体積平均粒子径は、コールタカウンタ（ベックマン・コールタ製、型番：マルチサイザ３）にて測定を行った。
【００３３】
更に、得られたトナー２に、トナー２の流動性向上の目的で、シリカや酸化チタン等を外添する。シリカの添加量は、結着樹脂１００質量部に対して、０．５〜３．５質量部が好ましい。シリカ量が０．５質量部未満では、流動性向上効果が充分発揮できず、３．５質量部より多く添加すると、充分な定着強度が得られない。酸化チタンは、トナー２の単一粒子間の帯電を均一にする効果を有し、添加量は、結着樹脂１００質量部に対して、０．５〜１．５質量部が好ましい。酸化チタンが０．５質量部未満では、トナー２の単一粒子間の帯電を均一にする効果が充分発揮できず、１．５質量部より多く添加すると、トナー２の帯電量が急激に低下し、出力画像にかぶり等の画像欠陥が発生する。外添処理は、ヘンシェルミキサ等のような混合装置を用いる。
＜実施例１＞
トナー２の結着樹脂は、ポリエステル系樹脂を用い、軟化点は１３０℃、ガラス転移点は６３℃、架橋成分量は結着樹脂１００質量部に対して２４質量部であった。着色剤は、結着樹脂１００質量部に対して、カーボンブラックを６質量部添加した。ワックスは、植物系ワックス類のカルナバワックスを２質量部添加した。カルナバワックスの融点は、８２℃である。帯電制御剤としては、負荷電性のホウ素錯体を１．５質量部添加した。体積平均粒子径は、８．５μｍとした。外添処理は、１次粒子径が１２ｎｍ及び４０ｎｍのシリカをそれぞれ１．２質量部添加して、ヘンシェルミキサで１分間混合撹拌後、酸化チタン０．７質量部添加して、１分間混合攪拌した。
【００３４】
図２は、上述の実施例及び比較例のトナーの単一粒子に、０．５ｍＮ／ｓの速度で、最大１０ｍＮまで荷重ｋを加えたときの変位量ｘを示す図である。
【００３５】
変位量ｘの測定には、ナノレンジインデンテーションテスタ（フィッシャ・インストルメンツ製、型番：ＨＭ５００）を用いた。常温常圧環境下で、ガラス板上にトナーの単一粒子を載せ、５０×５０μｍの大きさの平面圧子を用いて、０．５ｍＮ／ｓの速度で、荷重ｋが最大１０ｍＮになるまでの２０秒間、荷重ｋを加えた。その後、８秒間かけて、８×１０−３ｍＮまで荷重ｋを下げた。
【００３６】
変位量ｘの積算値ｙは、以下の式（１）で表すことができ、０．５ｍＮ／ｓの速度で、荷重ｋが最大１０ｍＮになるまでの単位時間ごとの変位量ｘから算出した。これは、図２の各曲線と変位量ｘ軸で囲まれた面積に相当する。
【００３７】
【数１】
＜実施例２＞
１次粒子径が１２ｎｍ及び４０ｎｍのシリカを、それぞれ１．２質量部から、０．５質量部に変更した以外は、実施例１と同一とした。
＜実施例３＞
トナーの体積平均粒子径を、８．５μｍから９．７μｍに変更した以外は、実施例１と同一とした。
＜比較例１＞
実施例１において、融点８２℃のカルナバワックスから、融点７８℃のパラフィンワックスに変更した以外は、実施例１と同一とした。
＜比較例２＞
実施例１において、カルナバワックスを除外した以外は、実施例１と同一とした。得られたトナーは、体積平均粒子径が７．２μｍであった。
【００３８】
【表１】
表１は、上述の実施例及び比較例のトナーを本願発明の現像装置１に適用した画像形成装置を用いて、画像面積率４％のＡ４原稿を用い、普通紙を横連続通紙して、常温常湿環境下で初期及び４００００枚印刷後の実写試験を行ったものである。
【００３９】
以下に、種々の評価及び測定方法を記載する。
【００４０】
トナー帯電量は、吸引式小型帯電量測定装置（トレックジャパン社製、型番：２１０ＨＳ−２Ａ）を用いて、現像ローラ５上のトナー２を一定量吸引することで測定した。
【００４１】
トナー搬送量は、トナー帯電量測定時に吸引した現像ローラ５上の面積と吸引トナー量から、単位面積当たりの吸引トナー量を算出することで得られる。
【００４２】
画像濃度は、初期及び４００００枚目に、分光測色濃度計（Ｘ−Ｒｉｔｅ社製：Ｘ−Ｒｉｔｅ９３８）を用いて、実写試験で出力された出力画像の画像部の光学濃度を測定した。
【００４３】
カブリは、非画像部の濃度を次の手順により算出する。白度計（日本電色工業社製：Ｚ−Σ９０ ＣＯＬＯＲ ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ）を用いて、あらかじめプリント前の普通紙の白色度を測定した。次に、プリント後の普通紙の非画像部における白色度を、白度計を用いて測定したのち、プリント前の白色度との差を求める。この差をカブリとした。
【００４４】
カブリは、初期及び４００００枚目に測定を行った。０．４未満であれば良好で、「○」と判定し、０．４以上１．０未満ならばやや良好で、「△」と判定し、１．０以上では、肉眼でカブリが明確に見える状態であるため、不良で「×」と判定した。
【００４５】
層厚ムラは、初期及び４００００枚目に、現像ローラ５上のトナーの層厚を目視にて観察した。同時に、ハーフトーン画像のＡ４原稿を用い、普通紙を横通紙して、実写試験を行い、出力画像を得た。
【００４６】
出力画像に層厚ムラによる白筋が現れた場合は、不良で「×」と判定し、出力画像に層厚ムラによる白筋が現れず、現像ローラ５上のトナーの層厚に筋が現れた場合は、やや良好で「△」と判定し、出力画像に層厚ムラによる白筋が現れず、現像ローラ５上のトナーの層厚にも筋が現れなかった場合は、良好で「○」と判定した。
【００４７】
定着性は、実写試験の初期、画像形成装置において用いられる熱定着手段の温度を５℃ずつ変化させながら、出力画像に画像が充分定着されない低温オフセットと、熱定着手段に画像が剥ぎ取られてしまう高温オフセットが、いずれも発生しない非オフセット温度領域を調べた。
【００４８】
非オフセット温度領域が４０℃以上であれば、良好で「○」と判定し、３０℃以上４０℃未満であれば、やや良好で「△」と判定し、３０℃未満であれば、不良で「×」と判定した。
【００４９】
表１に示すように、実施例１は、トナーの単一粒子に、０．５ｍＮ／ｓの速度で、最大１０ｍＮまで荷重ｋが加えられ、荷重ｋに対する単位時間ごとの変位量ｘの積算値ｙをトナーの体積平均粒子径で除した値が、３．２×１０５ｍＮ／ｍであるため、初期及び４００００枚目ともに、画像濃度が高く、カブリも良好で、層厚ムラも現れなかった。
【００５０】
実施例２は、実施例１よりも外添するシリカを減量したことで、荷重ｋを加えたときのシリカによる結着樹脂の変位量ｘが減り、結果として、トナー内部に受けた荷重ｋを保持した状態で、変位が続けられた。最大１０ｍＮまで荷重ｋを加え終えたときの変位量ｘの積算値ｙをトナーの体積平均粒子径で除した値は、４．４×１０５ｍＮ／ｍと、実施例１よりも大きいが、初期及び４００００枚目ともに、画像濃度が高く、カブリも良好で、層厚ムラも現れなかった。
【００５１】
実施例３は、実施例１よりもトナーの体積平均粒子径が大きいため、荷重ｋを加えたときの変位可能な量が大きい。実際、変位量ｘの積算値ｙをトナーの体積平均粒子径で除した値は、５．８×１０５ｍＮ／ｍと、実施例１よりも大きいが、初期及び４００００枚目ともに、画像濃度が高く、カブリも良好で、層厚ムラも現れなかった。ただし、トナーの体積平均粒子径が大きいため、定着性はやや良好という結果にとどまった。
【００５２】
比較例１は、実施例１よりもワックスの融点が低く、最大１０ｍＮまで荷重ｋを加え終えたときの変位量ｘの積算値ｙをトナーの体積平均粒子径で除した値は、２．８×１０５ｍＮ／ｍと、３．０×１０５ｍＮ／ｍ未満であるため、実写試験の初期から、トナー帯電量が３．２μＣ／ｇと低く、カブリがやや良好という結果になってしまった。また、ドクターブレード８と現像ローラ５が接触するドクターブレード８側に、トナーが軟化して固着したことによって、現像ローラ５上の局所的なトナーの層厚の低下が発生し、筋が現れた。更に、４００００枚目では、画像濃度が０．４まで下がり、カブリ、層厚ムラともに不良となってしまった。
【００５３】
比較例２は、実施例１と異なり、体積平均粒子径が小さいものの、ワックスを添加していないため、トナー内部に受けた荷重ｋを保持した状態で、変位が続けられ、最大１０ｍＮまで荷重ｋを加え終えたときの変位量ｘの積算値ｙをトナーの体積平均粒子径で除した値は、６．３×１０５ｍＮ／ｍと、６．０×１０５ｍＮ／ｍを超えてしまった。そのため、初期及び４００００枚目ともに、画像濃度が高く、カブリも良好で、層厚ムラも現れなかったが、ワックスを添加していないため、非オフセット温度領域が狭く、定着性は不良となってしまった。
【００５４】
以上、表１に示すように、トナーの単一粒子に、０．５ｍＮ／ｓの速度で、最大１０ｍＮまで加えた荷重ｋに対する、単位時間ごとの変位量ｘの積算値ｙをトナーの体積平均粒子径で除した値が、３．０×１０５ｍＮ／ｍ以上、６．０×１０５ｍＮ／ｍ以下と規定されるトナーとすることで、長期に亙って、画像濃度が高く、カブリも良好で、層厚ムラも現れず、定着性も不良となることがなかった。
【００５５】
なお、上述した実施形態では、現像ローラ５に供給されるトナー２の量を規制するドクターブレード８を備えて、トナーの層厚を規制するようにした画像形成装置であれば、上述したような構成の画像形成装置に限定されるものではなく、その他の画像形成装置等に展開が可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 現像装置
２ トナー
３ 感光体
４ 現像槽
５ 現像ローラ
６ 供給ローラ
７ 撹拌部材
８ ドクターブレード
８ａ 樹脂
９ 支持部材
１０ 電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー及びそれを用いた画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トナーを表面に担持して回転する現像ローラと、トナーの層厚を規制する規制部材を備え、規制部材で規制されたのち搬送されるトナーで静電潜像を可視化する現像装置では、以下のような問題点が指摘されている。
【０００３】
規制部材と現像ローラが常に同じ当接部で加圧接触しているため、長期に亙って現像装置を使用する場合、摩擦熱やその圧力、或いは機内温度等の環境的要因等が相俟って、規制部材と現像ローラが接触する規制部材側に、トナーが軟化して固着する現象が発生しやすくなる。
【０００４】
固着したトナーは、初期には表面に薄い膜を張ったような僅かなものであり、出力画像上も問題にならないが、使用を重ねるにしたがって、拡がって、膜も厚くなり、やがて出力画像に悪影響を及ぼす。固着したトナーは、規制部材によるトナーの帯電性を悪化させたり、現像ローラとの間のトナーの流入を塞いでしまったり、或いは現像ローラと接触する表面で凹凸が形成され、局所的なトナー層厚の低下やスリ抜けを招き、均一なトナー層の形成ができなくなる。その結果、出力画像上で、画像濃度の低下や、出力画像の画像部分に白筋等の画像欠陥が生じるという問題がある。
【０００５】
このような問題に対処するために、例えば、特開２００６−１８４６９８号公報（特許文献１）では、トナーの単一粒子に、４．９×１０−４Ｎの荷重を加え、荷重に対する塑性変位量及び弾性変位量と外添剤の付着強度とトナー帯電量との関係を規定したトナーが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１８４６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のトナーのように、特定の荷重における変位量の規定だけでは、現像装置を使用する場合、画像欠陥が生じる場合があった。これは、トナーが、現像ローラと供給ローラの間での摺擦、現像ローラと規制部材の間での摺擦、撹拌部材での撹拌等、それぞれ異なる力を受けているにもかかわらず、特定の荷重における変位量の規定だけで 、画像ムラ、カブリ等の画像欠陥が解消できるとしているからである。
【０００８】
本願は上記の課題に鑑みてなされたものであり、トナーの硬さを適切にすること、具体的には、一定の速度で、トナーの単一粒子に加えた荷重に対する単位時間ごとの変位量の積算値をトナーの体積平均粒子径で除した値を特定の範囲に規定するトナーとすることで、長期に亙って、画像欠陥を生じさせないトナー及びそれを用いた現像装置、及び該現像装置を備えた画像形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、非磁性１成分トナーの単一粒子に、０．５ｍＮ／ｓの速度で、最大１０ｍＮまで荷重が加えられ、前記荷重に対する単位時間ごとの変位量の積算値を前記トナーの体積平均粒子径で除した値が、３．０×１０５ｍＮ／ｍ以上、６．０×１０５ｍＮ／ｍ以下であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明は、前記非磁性１成分トナーに含有されるワックス成分の融点が８０度以上であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明は、前記非磁性１成分トナーを用いた現像装置を備えた画像形成装置を提供することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、非磁性１成分トナーの単一粒子に、０．５ｍＮ／ｓの速度で、最大１０ｍＮまで荷重が加えられ、荷重に対する単位時間ごとの変位量の積算値を非磁性１成分トナーの体積平均粒子径で除した値が、３．０×１０５ｍＮ／ｍ以上、６．０×１０５ｍＮ／ｍ以下とされることで、長期に亙って、画像濃度が高く、カブリも良好で、層厚ムラも現れず、定着性も不良となることがない。
【００１３】
また、本発明によれば、非磁性１成分トナーに含有されるワックス成分の融点を８０度以上とすることで、長期に亙って、画像濃度が高く、カブリも良好で、層厚ムラも現れず、定着性も不良となることがない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の現像装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の実施例及び比較例のトナーの単一粒子に、０．５ｍＮ／ｓの速度で、最大１０ｍＮまで荷重を加えたときの変位量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態の現像装置について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本願発明の現像装置１の構成を示す概略断面図である。以下には、本願発明の現像装置に関して説明するが、その他の構成については、電子写真複写装置の一般的な技術が適用できることはいうまでもない。
【００１７】
本願発明の現像装置１は、トナー２を感光体３表面の静電潜像に供給して静電潜像を現像する現像装置である。現像装置１は、トナー２を収容する現像槽４と、トナー２を担持して、感光体３表面に搬送する現像ローラ５と、トナー２を現像ローラ５上に供給する供給ローラ６と、現像槽４の中でトナー２を撹拌搬送する撹拌部材７と、現像ローラ５上のトナー２の層厚を規制する規制部材としてのドクターブレード８と、ドクターブレード８を現像槽４に支持する支持部材９と、現像ローラ５にバイアスを印加する電源１０を含む。
【００１８】
現像ローラ５、供給ローラ６、撹拌部材７は、現像槽４内に回転自在に設けられ、各々、矢印で示す反時計方向に回転している。
【００１９】
感光体３は、直径３０ｍｍであり、対向して配設されている現像ローラ５との間隙は、不図示の間隙保持部材により、２００±２０μｍに設定されている。感光体３の回転方向は、矢印で示す時計方向であり、周速度は、１５０ｍｍ／ｓｅｃとした。
【００２０】
現像槽４は、例えば、硬質の合成樹脂等からなり、外観が略直方体形状を有する容器部材である。
【００２１】
現像ローラ５は、本願では、アルミニウムからなり、直径１６ｍｍ、肉厚が１ｍｍで、表面の算術平均粗さＲａが、０．３〜０．８μｍとなるようにサンドブラスト処理されたものである。また、現像ローラ５は、周速度１４５ｍｍ／ｓｅｃで、軸線周りに回転駆動される。
【００２２】
トナー供給ローラ６は、導電性の発泡ウレタン等の多孔性弾性部材であり、表面の空孔にトナー２を吸着しつつ、現像ローラ５を摺擦することで、トナー２を現像ローラ５に供給し、かつ、現像後に現像ローラ５に残存した余分のトナー２をクリーニングする。
【００２３】
トナー供給ローラ６と現像ローラ５の接触部の食い込み量は、０．５ｍｍ、この接触部の長手方向、即ちトナー供給ローラ６の軸線方向の幅は、３００ｍｍで設定されている。なお、トナー供給ローラ６は、アスカーＣ硬度で５度のウレタンスポンジを用いた。直径は１４ｍｍとした。また、周速度は、１４５ｍｍ／ｓｅｃとした。
【００２４】
撹拌部材７は、回転軸部から半径方向外方に突出する複数の羽根片を含んで構成され、その羽根片は、例えば、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）等の樹脂を用いて薄板状に形成される。
【００２５】
ドクターブレード８は、現像ローラ５の軸線方向に平行に延びる板状部材であり、現像ローラ５との当接位置にはトナーの付着を防止するため、例えば、ウレタンからなる樹脂８ａが貼り付けられている。ドクターブレード８と現像ローラ５は、線圧約１０〜３０ｇｆ／ｃｍで当接している。この線圧は、ドクターブレード８の板厚、及び樹脂８ａの材質及び現像ローラ５との当接位置により変更可能である。線圧が１０ｇｆ／ｃｍ未満であれば、現像ローラ５上のトナー２の層厚が均一にならず、トナー２に充分な帯電が付与できない。また、線圧が３０ｇｆ／ｃｍより大きくなると、現像ローラ５上のトナー２へのストレスが大きくなり、トナー２の融着等による画像欠陥が発生する。ドクターブレード８は、例えば、導電性樹脂や、ステンレス、りん青銅等の材質が用いられる。本願では、厚み０．１ｍｍのりん青銅を用い、樹脂８ａは、厚み１ｍｍのウレタン樹脂とした。このときの線圧は、１５ｇｆ／ｃｍであった。また、このときの現像ローラ５上のトナー２の層厚は、０．６〜０．８ｍｇ／ｃｍ２の範囲であった。
【００２６】
電源１０は、現像ローラ５に、−４００Ｖ〜−２０００Ｖ程度の直流のバイアスを印加し、現像ローラ５と感光体３の間隙及び所望の画像濃度に応じて、随時設定される。本願では、−１４００Ｖとした。
【００２７】
本願で用いられるトナー２の成分は、結着樹脂、着色剤、ワックス、帯電制御剤等が挙げられる。結着樹脂としては、例えば、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、オレフィン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、Ｎ−ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂等の従来公知の種々の熱可塑性樹脂の１種又は２種以上を用いることができ、特にスチレン系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂が好ましい。これらの樹脂は、通常の画像形成装置において用いられる熱定着手段によって、記録用紙等の印刷媒体の表面に良好に定着されるには、軟化点が１２０〜１５０℃、ガラス転移点が５５〜７５℃の範囲にあることが好ましく、その一部が架橋構造を有していても良い。
【００２８】
軟化点が１２０℃未満では、オフセットが発生する。一方、軟化点が１５０℃よりも高いと、定着性が充分でない。ガラス転移点が５５℃未満では、トナー２の単一粒子どうしが凝集しやすくなり、トナー２の融着等による画像欠陥が発生する。一方、ガラス転移点が７５℃よりも高いと、定着性が充分でない。なお、結着樹脂の軟化点は、フローテスタ（島津製作所製、型番：ＣＦＴ−５００）、ガラス転移点は、熱示走査熱量計（ＤＳＣ：パーキンエルマ製、型番：ＤＳＣ−７）により測定できる。
【００２９】
一般に、架橋構造とすることで、定着性を損なわず、長期に亙ってトナー２の保存安定性や耐久性を向上できる。結着樹脂の一部を架橋構造とするには、架橋剤を添加する、或いは熱硬化性樹脂を配合する等の既存の技術を用いることができる。架橋成分量の測定は、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）に結着樹脂を溶かしたときの不溶成分量を調べることにより行なう。
【００３０】
ワックスとしては、オレフィン系ワックス類、エステル系ワックス類、植物系ワックス類、鉱物系ワックス類、動物系ワックス類、石油系ワックス類、フィッシャ・トロプシュワックス類等の１種又は２種類以上を用いることができる。ワックスは、オフセット防止の目的で添加され、添加量としては、結着樹脂１００質量部に対して、０．１〜１０質量部が好ましい。添加量が０．１質量部未満では、オフセット防止効果が充分でなく、１０質量部より多いと、トナー２の単一粒子表面から脱離しやすくなる。
【００３１】
帯電制御剤としては、本願で用いるトナー２には、負荷電性の帯電制御剤を用いるのが好ましい。負荷電性の帯電制御剤としては、含金属アゾ染料、オキシナフトエ酸系金属錯体、サリチル酸系金属錯体、フェノール系縮合物、第四級アンモニウム塩、ホウ素錯体等が挙げられる。また、良好な負荷電性を損なわない程度に正荷電性の荷電制御剤を併用することもできる。正荷電性の帯電制御剤としては、アジン化合物のニグロシン系染料、第四級アンモニウム塩、第四級アンモニウム塩モリブデン錯体、第四級アンモニウム塩、トリフェニルメタン誘導体等が挙げられる。これらの帯電制御剤は、単独で混合して用いても良い。負荷電性の帯電制御剤の添加量は、結着樹脂１００質量部に対して、５．０質量部以下が好ましい。５．０質量部を超えると、トナー２の帯電量が高く、画像濃度が下がる、感光体３から、不図示のトナー支持体への転写性が劣る等の問題が生じる。
【００３２】
上記構成のトナー２の成分を、既存の製造方法によって粉砕或いは重合し、体積平均粒子径７〜１０μｍのトナー２を得る。体積平均粒子径が７μｍ未満では、トナー２と現像ローラ５間の静電的な付着力が強く、トナー２の現像性が低下する。体積平均粒子径が１０μｍより大きいと、記録用紙等の印刷媒体への被覆率が低くなるため、画像濃度が低下する。体積平均粒子径は、コールタカウンタ（ベックマン・コールタ製、型番：マルチサイザ３）にて測定を行った。
【００３３】
更に、得られたトナー２に、トナー２の流動性向上の目的で、シリカや酸化チタン等を外添する。シリカの添加量は、結着樹脂１００質量部に対して、０．５〜３．５質量部が好ましい。シリカ量が０．５質量部未満では、流動性向上効果が充分発揮できず、３．５質量部より多く添加すると、充分な定着強度が得られない。酸化チタンは、トナー２の単一粒子間の帯電を均一にする効果を有し、添加量は、結着樹脂１００質量部に対して、０．５〜１．５質量部が好ましい。酸化チタンが０．５質量部未満では、トナー２の単一粒子間の帯電を均一にする効果が充分発揮できず、１．５質量部より多く添加すると、トナー２の帯電量が急激に低下し、出力画像にかぶり等の画像欠陥が発生する。外添処理は、ヘンシェルミキサ等のような混合装置を用いる。
＜実施例１＞
トナー２の結着樹脂は、ポリエステル系樹脂を用い、軟化点は１３０℃、ガラス転移点は６３℃、架橋成分量は結着樹脂１００質量部に対して２４質量部であった。着色剤は、結着樹脂１００質量部に対して、カーボンブラックを６質量部添加した。ワックスは、植物系ワックス類のカルナバワックスを２質量部添加した。カルナバワックスの融点は、８２℃である。帯電制御剤としては、負荷電性のホウ素錯体を１．５質量部添加した。体積平均粒子径は、８．５μｍとした。外添処理は、１次粒子径が１２ｎｍ及び４０ｎｍのシリカをそれぞれ１．２質量部添加して、ヘンシェルミキサで１分間混合撹拌後、酸化チタン０．７質量部添加して、１分間混合攪拌した。
【００３４】
図２は、上述の実施例及び比較例のトナーの単一粒子に、０．５ｍＮ／ｓの速度で、最大１０ｍＮまで荷重ｋを加えたときの変位量ｘを示す図である。
【００３５】
変位量ｘの測定には、ナノレンジインデンテーションテスタ（フィッシャ・インストルメンツ製、型番：ＨＭ５００）を用いた。常温常圧環境下で、ガラス板上にトナーの単一粒子を載せ、５０×５０μｍの大きさの平面圧子を用いて、０．５ｍＮ／ｓの速度で、荷重ｋが最大１０ｍＮになるまでの２０秒間、荷重ｋを加えた。その後、８秒間かけて、８×１０−３ｍＮまで荷重ｋを下げた。
【００３６】
変位量ｘの積算値ｙは、以下の式（１）で表すことができ、０．５ｍＮ／ｓの速度で、荷重ｋが最大１０ｍＮになるまでの単位時間ごとの変位量ｘから算出した。これは、図２の各曲線と変位量ｘ軸で囲まれた面積に相当する。
【００３７】
【数１】
＜実施例２＞
１次粒子径が１２ｎｍ及び４０ｎｍのシリカを、それぞれ１．２質量部から、０．５質量部に変更した以外は、実施例１と同一とした。
＜実施例３＞
トナーの体積平均粒子径を、８．５μｍから９．７μｍに変更した以外は、実施例１と同一とした。
＜比較例１＞
実施例１において、融点８２℃のカルナバワックスから、融点７８℃のパラフィンワックスに変更した以外は、実施例１と同一とした。
＜比較例２＞
実施例１において、カルナバワックスを除外した以外は、実施例１と同一とした。得られたトナーは、体積平均粒子径が７．２μｍであった。
【００３８】
【表１】
表１は、上述の実施例及び比較例のトナーを本願発明の現像装置１に適用した画像形成装置を用いて、画像面積率４％のＡ４原稿を用い、普通紙を横連続通紙して、常温常湿環境下で初期及び４００００枚印刷後の実写試験を行ったものである。
【００３９】
以下に、種々の評価及び測定方法を記載する。
【００４０】
トナー帯電量は、吸引式小型帯電量測定装置（トレックジャパン社製、型番：２１０ＨＳ−２Ａ）を用いて、現像ローラ５上のトナー２を一定量吸引することで測定した。
【００４１】
トナー搬送量は、トナー帯電量測定時に吸引した現像ローラ５上の面積と吸引トナー量から、単位面積当たりの吸引トナー量を算出することで得られる。
【００４２】
画像濃度は、初期及び４００００枚目に、分光測色濃度計（Ｘ−Ｒｉｔｅ社製：Ｘ−Ｒｉｔｅ９３８）を用いて、実写試験で出力された出力画像の画像部の光学濃度を測定した。
【００４３】
カブリは、非画像部の濃度を次の手順により算出する。白度計（日本電色工業社製：Ｚ−Σ９０ ＣＯＬＯＲ ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭ）を用いて、あらかじめプリント前の普通紙の白色度を測定した。次に、プリント後の普通紙の非画像部における白色度を、白度計を用いて測定したのち、プリント前の白色度との差を求める。この差をカブリとした。
【００４４】
カブリは、初期及び４００００枚目に測定を行った。０．４未満であれば良好で、「○」と判定し、０．４以上１．０未満ならばやや良好で、「△」と判定し、１．０以上では、肉眼でカブリが明確に見える状態であるため、不良で「×」と判定した。
【００４５】
層厚ムラは、初期及び４００００枚目に、現像ローラ５上のトナーの層厚を目視にて観察した。同時に、ハーフトーン画像のＡ４原稿を用い、普通紙を横通紙して、実写試験を行い、出力画像を得た。
【００４６】
出力画像に層厚ムラによる白筋が現れた場合は、不良で「×」と判定し、出力画像に層厚ムラによる白筋が現れず、現像ローラ５上のトナーの層厚に筋が現れた場合は、やや良好で「△」と判定し、出力画像に層厚ムラによる白筋が現れず、現像ローラ５上のトナーの層厚にも筋が現れなかった場合は、良好で「○」と判定した。
【００４７】
定着性は、実写試験の初期、画像形成装置において用いられる熱定着手段の温度を５℃ずつ変化させながら、出力画像に画像が充分定着されない低温オフセットと、熱定着手段に画像が剥ぎ取られてしまう高温オフセットが、いずれも発生しない非オフセット温度領域を調べた。
【００４８】
非オフセット温度領域が４０℃以上であれば、良好で「○」と判定し、３０℃以上４０℃未満であれば、やや良好で「△」と判定し、３０℃未満であれば、不良で「×」と判定した。
【００４９】
表１に示すように、実施例１は、トナーの単一粒子に、０．５ｍＮ／ｓの速度で、最大１０ｍＮまで荷重ｋが加えられ、荷重ｋに対する単位時間ごとの変位量ｘの積算値ｙをトナーの体積平均粒子径で除した値が、３．２×１０５ｍＮ／ｍであるため、初期及び４００００枚目ともに、画像濃度が高く、カブリも良好で、層厚ムラも現れなかった。
【００５０】
実施例２は、実施例１よりも外添するシリカを減量したことで、荷重ｋを加えたときのシリカによる結着樹脂の変位量ｘが減り、結果として、トナー内部に受けた荷重ｋを保持した状態で、変位が続けられた。最大１０ｍＮまで荷重ｋを加え終えたときの変位量ｘの積算値ｙをトナーの体積平均粒子径で除した値は、４．４×１０５ｍＮ／ｍと、実施例１よりも大きいが、初期及び４００００枚目ともに、画像濃度が高く、カブリも良好で、層厚ムラも現れなかった。
【００５１】
実施例３は、実施例１よりもトナーの体積平均粒子径が大きいため、荷重ｋを加えたときの変位可能な量が大きい。実際、変位量ｘの積算値ｙをトナーの体積平均粒子径で除した値は、５．８×１０５ｍＮ／ｍと、実施例１よりも大きいが、初期及び４００００枚目ともに、画像濃度が高く、カブリも良好で、層厚ムラも現れなかった。ただし、トナーの体積平均粒子径が大きいため、定着性はやや良好という結果にとどまった。
【００５２】
比較例１は、実施例１よりもワックスの融点が低く、最大１０ｍＮまで荷重ｋを加え終えたときの変位量ｘの積算値ｙをトナーの体積平均粒子径で除した値は、２．８×１０５ｍＮ／ｍと、３．０×１０５ｍＮ／ｍ未満であるため、実写試験の初期から、トナー帯電量が３．２μＣ／ｇと低く、カブリがやや良好という結果になってしまった。また、ドクターブレード８と現像ローラ５が接触するドクターブレード８側に、トナーが軟化して固着したことによって、現像ローラ５上の局所的なトナーの層厚の低下が発生し、筋が現れた。更に、４００００枚目では、画像濃度が０．４まで下がり、カブリ、層厚ムラともに不良となってしまった。
【００５３】
比較例２は、実施例１と異なり、体積平均粒子径が小さいものの、ワックスを添加していないため、トナー内部に受けた荷重ｋを保持した状態で、変位が続けられ、最大１０ｍＮまで荷重ｋを加え終えたときの変位量ｘの積算値ｙをトナーの体積平均粒子径で除した値は、６．３×１０５ｍＮ／ｍと、６．０×１０５ｍＮ／ｍを超えてしまった。そのため、初期及び４００００枚目ともに、画像濃度が高く、カブリも良好で、層厚ムラも現れなかったが、ワックスを添加していないため、非オフセット温度領域が狭く、定着性は不良となってしまった。
【００５４】
以上、表１に示すように、トナーの単一粒子に、０．５ｍＮ／ｓの速度で、最大１０ｍＮまで加えた荷重ｋに対する、単位時間ごとの変位量ｘの積算値ｙをトナーの体積平均粒子径で除した値が、３．０×１０５ｍＮ／ｍ以上、６．０×１０５ｍＮ／ｍ以下と規定されるトナーとすることで、長期に亙って、画像濃度が高く、カブリも良好で、層厚ムラも現れず、定着性も不良となることがなかった。
【００５５】
なお、上述した実施形態では、現像ローラ５に供給されるトナー２の量を規制するドクターブレード８を備えて、トナーの層厚を規制するようにした画像形成装置であれば、上述したような構成の画像形成装置に限定されるものではなく、その他の画像形成装置等に展開が可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１ 現像装置
２ トナー
３ 感光体
４ 現像槽
５ 現像ローラ
６ 供給ローラ
７ 撹拌部材
８ ドクターブレード
８ａ 樹脂
９ 支持部材
１０ 電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非磁性１成分トナーの単一粒子に、０．５ｍＮ／ｓの速度で、最大１０ｍＮまで荷重が加えられ、前記荷重に対する単位時間ごとの変位量の積算値を前記非磁性１成分トナーの体積平均粒子径で除した値が、３．０×１０５ｍＮ／ｍ以上、６．０×１０５ｍＮ／ｍ以下であることを特徴とする非磁性１成分トナー。
【請求項２】
前記非磁性１成分トナーに含有されるワックス成分の融点が８０度以上であることを特徴とする請求項１に記載の非磁性１成分トナー。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の非磁性１成分トナーを用いた現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
非磁性１成分トナーの単一粒子に、０．５ｍＮ／ｓの速度で、最大１０ｍＮまで荷重が加えられ、前記荷重に対する単位時間ごとの変位量の積算値を前記非磁性１成分トナーの体積平均粒子径で除した値が、３．０×１０５ｍＮ／ｍ以上、６．０×１０５ｍＮ／ｍ以下であることを特徴とする非磁性１成分トナー。
【請求項２】
前記非磁性１成分トナーに含有されるワックス成分の融点が８０度以上であることを特徴とする請求項１に記載の非磁性１成分トナー。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の非磁性１成分トナーを用いた現像装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−７３３３０（Ｐ２０１２−７３３３０Ａ）
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１６８０５（Ｐ２０１０−２１６８０５）
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２８日（２０１０．９．２８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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