現像剤、現像装置および画像形成装置
【課題】着色剤としてカーボンブラックを用いた場合においても、安定した印刷濃度を確保する手段を提供する。
【解決手段】結着樹脂と、カーボンブラックと、帯電制御剤とを少なくとも含む現像剤の、帯電制御剤を黒色帯電制御剤とし、結着樹脂を１００重量部としたときに、カーボンブラックの配合量を３．０重量部以上、７．０重量部以下とし、黒色帯電制御剤の配合量を０．３重量部以上、１．２重量部以下とする。
【解決手段】結着樹脂と、カーボンブラックと、帯電制御剤とを少なくとも含む現像剤の、帯電制御剤を黒色帯電制御剤とし、結着樹脂を１００重量部としたときに、カーボンブラックの配合量を３．０重量部以上、７．０重量部以下とし、黒色帯電制御剤の配合量を０．３重量部以上、１．２重量部以下とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式のプリンタや複写機等の画像形成装置に用いられる現像剤、現像装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像形成装置は、感光体ドラム、現像ローラ、現像ブレード、供給ローラ、帯電ローラおよびトナーカートリッジ等を備え、供給ローラから現像ローラ上に供給されたトナーを現像ブレードで均一な薄層にした後、現像ローラと接触しながら回転している感光体ドラムの静電潜像に、現像ローラからトナーを付着させてトナー像を形成し、このトナー像は転写ローラによって用紙上に転写され、定着器によって熱定着される。
この画像形成装置には、スチレン系樹脂あるいはポリエステル系樹脂等を結着樹脂とし、これに着色剤、帯電制御剤等を混練して溶融、冷却した後、粉砕、分級して製造された、平均粒径８μｍのトナーが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２９５５００号公報（段落００１６−００２０、００３７−００４１、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来の画像形成装置では、平均粒径８μｍの比較的大粒径のトナーを用いているので印刷濃度に問題は生じなかったが、近年の高速化、高精細化に伴って用いられるようになった平均粒径が小さい小粒径トナーでは、着色剤としてカーボンブラックを用いた場合は、発色が不十分になる結果、安定した印刷濃度を確保することが困難となって、印刷品質を低下させる場合があるという問題がある。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、着色剤としてカーボンブラックを用いた場合においても、安定した印刷濃度を確保する手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するために、結着樹脂と、カーボンブラックと、帯電制御剤とを少なくとも含む現像剤であって、前記帯電制御剤を、黒色帯電制御剤とし、前記結着樹脂を１００重量部としたときに、前記カーボンブラックの配合量を３．０重量部以上、７．０重量部以下とし、前記黒色帯電制御剤の配合量を０．３重量部以上、１．２重量部以下としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
これにより、本発明は、着色剤としてカーボンブラックを用いた場合においても、安定した印刷濃度を確保することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１のプリンタの概略構成を示す説明図
【図２】実施例１の現像装置およびその近傍の概略構成を示す説明図
【図３】実施例１の印刷濃度の測定結果を示す説明図
【図４】実施例１の印刷汚れの判定結果を示す説明図
【図５】実施例１のドラムカブリの測定結果を示す説明図
【図６】実施例１の総合評価結果を示す説明図
【図７】実施例２のトナー粒径に対する総合評価結果を示す説明図
【図８】実施例２のトナー粒径に対する総合評価結果を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、図面を参照して本発明による現像剤、現像装置および画像形成装置の実施例について説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１において、１は画像形成装置としてのプリンタである。本実施例のプリンタ１は、ブラックの画像を印刷する電子写真方式のモノクロプリンタである。
プリンタ１は、図１に示すように、その下部に、印刷用の媒体としての用紙Ｐを積層した状態で収納する用紙カセット２が着脱自在に装着され、用紙カセット２の上方には用紙Ｐを１枚ずつ分離して繰出すためのホッピングローラ３が配設されている。
【００１０】
また、用紙Ｐの搬送方向（用紙搬送方向という。）におけるホッピングローラ３の下流側にはピンチローラ４、５と共に用紙Ｐを挟持することによって用紙Ｐを搬送する搬送ローラ６、および用紙Ｐの斜行を修正し、現像装置７へ搬送するレジストローラ８が配設されており、これらホッピングローラ３、搬送ローラ６およびレジストローラ８は、図示しない駆動源からギヤ等を経由して動力が伝達されて回転する。
【００１１】
現像装置７の上方には、静電潜像を形成するための露光ヘッド９が、その下方には、現像装置７で形成された現像剤像としてのトナー像を用紙Ｐ上に転写する転写ローラ１０が配設され、現像装置７の用紙搬送方向の下流側には、ヒートローラ１１とバックアップローラ１２とを有し、転写されたトナー像を加圧および加熱することによって用紙Ｐ上に定着させる定着器１３が配設されている。
【００１２】
また、定着器１３の用紙搬送方向の下流側には、定着器１３から排出された用紙Ｐを、ピンチローラ１４、１５と共に挟持してスタッカ部１６へ搬送する排出ローラ１７、１８が配設されており、これら定着器１３のヒートローラ１１、排出ローラ１７、１８等は図示しない駆動源からギヤ等を経由して動力が伝達され回転する。
【００１３】
本実施例のプリンタ１の現像工程に使用される現像装置７は、図２に示すように、感光体ドラム２０と、その周囲に配置された帯電ローラ２１、現像ローラ２２、クリーニングローラ２３、および現像ローラ２２の周囲に配置された現像ブレード２４、供給ローラ２５、およびトナーカートリッジ２６、トナー室２７等を備えており、プリンタ１に着脱自在に装着されている。
【００１４】
潜像担持体としての感光体ドラム２０は、導電性を有するパイプの外周面に光導電層が形成された円筒状部材であって、その光導電層上に静電潜像およびそれを現像剤としてのトナーで現像したトナー像が形成される。
また、感光体ドラム２０の一端には、図示しない駆動源からギヤ列を介して伝達された駆動力により回転するドラムギヤが圧入その他の固定方法で固定されており、図２に矢印Ａで示す用紙搬送方向に用紙Ｐを搬送する回転方向（搬送回転方向Ａという。）に回転するように駆動される。
【００１５】
露光手段としての露光ヘッド９は、感光体ドラム２０の上方に対向配置され、複数の発光素子としてのＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を備えており、露光工程において、感光体ドラム２０の表面を露光してその表層に静電潜像を形成する。
帯電手段としての帯電ローラ２１は、ドラムギヤから図示しないチャージギヤに伝達された駆動力により感光体ドラム２０に接触して感光体ドラム２０と逆方向（図２に示すＢ方向）に回転し、図示しない電源部から印加された帯電電圧によって感光体ドラム２０の表面を一様の表面電位に帯電させる。
【００１６】
また、帯電ローラ２１には、エピクロルヒドリンゴム（ＥＣＯ）を主成分とするイオン導電性のゴム弾性層からなる導電性弾性層が形成され、導電性弾性層の表面は、イソシアネート（ＨＤＩ）成分を含む表面処理液を浸透させて硬化させる表面処理により、感光体ドラム２０の汚染を防止し、トナーやその外添剤等の離型性が確保されており、その導電性弾性層の硬さは、Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度計（高分子計器社製）を用いて測定したＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度で７３度であり、帯電ローラ２１の抵抗値は、６．３（ｌｏｇΩ）である。
【００１７】
なお、帯電ローラ２１の抵抗値の測定は、温度２０℃、湿度５０％の環境下で、使用する感光体ドラム２０と同じ外径、表面粗さを有する導電性金属ドラムに対してプリンタ１内と同じ圧力で帯電ローラ２１を押圧し、直流５００Ｖの電圧を印加して行った。
【００１８】
現像剤担持体としての現像ローラ２２は、ドラムギヤから図示しない現像ギヤに伝達された駆動力により感光体ドラム２０に接触して感光体ドラム２０と逆方向（図２に示すＣ方向）に回転し、図示しない電源部から印加された現像電圧によって感光体ドラム２０の静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する。
【００１９】
また、現像ローラ２２は、導電性のシャフト上に紫外線処理を行った弾性体としての半導体性シリコーンゴムの層が形成され、この半導体性シリコーンゴム層の表面に塗工して成膜されるウレタン系樹脂からなる表面コーティング層と、シランカップリング剤層とを備えている。
【００２０】
この表面コーティング層には、表面粗さを形成するためシリカの粒子が混合され、そのの層厚は、７〜１３μｍとなっている。この表面コーティングがなされた上での表面粗さは、必要に応じてＲｚ＝３〜１２μｍ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４による）となるように研磨されている。この表面粗さＲｚは大きいことが望ましい。
【００２１】
また、現像ローラ２２は、幅２．０ｍｍ、直径６．０ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成されたボールベアリングを２０ｇｆの力で押圧しシャフトとの間で１００Ｖの電圧を印加したときに、抵抗Ｒ＝電圧Ｖ／電流Ｉとして測定された抵抗Ｒは１００〜５０００ＭΩとなっている。
なお、上記した「〜」の記号は、例えば「３〜１２μｍ」は、「３μｍ以上、１２μｍ以下」を表す。他の場合も同様である。
【００２２】
現像剤供給手段としての供給ローラ２５は、現像ローラ２２の回転軸方向へ０．８５〜１．１５ｍｍ押し込まれた状態で、現像ギヤから図示しない供給ギヤに伝達された駆動力により現像ローラ２２と同方向（図２に示すＤ方向）に回転し、図示しない電源部から印加された供給電圧によって、現像剤収容器としてのトナーカートリッジ２６から現像剤室としてのトナー室２７に補給されたトナーを現像ローラ２２に供給する。
【００２３】
また、供給ローラ２５は、導電性シャフトの上に半導電性発泡シリコーンゴムを形成し、所定の外径になるように研磨されている。このシリコーンゴムのコンパウンドは、ジメチルシリコーンゴム、メチルフェニルシリコーンゴム等の各種合成ゴムに、補強性シリカ充填剤、加硫硬化に必要な加硫剤および発泡剤を添加して形成され、発泡剤としては重炭酸ナトリウム等の無機発泡剤、ＡＤＣＡ（アゾジカルボンアミド）等の有機発泡剤が用いられる。
【００２４】
更に、供給ローラ２５の硬度は、Ａｓｋｅｒ−Ｆ硬度計（高分子計器社製）を用いて測定したＡｓｋｅｒ−Ｆ硬度で４３〜５３度であり、供給ローラ２５の抵抗Ｒは、現像ローラ２２と同様の測定方法で３００Ｖの電圧を印加したときに１〜１００ＭΩである。
現像剤層形成部材としての現像ブレード２４は、現像ローラ２２の表面に接触して配置され、供給ローラ２５から現像ローラ２２上に供給されたトナーを薄層化して現像剤層としてのトナー薄層を形成する。
【００２５】
クリーニング手段としてのクリーニングローラ２３は、φ６の金属製のシャフトの外周にプライマーを介して接着されたＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）を主材とする導電性発泡層を備え、シャフトの両側に設けられたバネ部材の付勢力により感光体ドラム２０に押圧された状態で、ドラムギヤから図示しないクリーニングギヤに伝達された駆動力により感光体ドラム２０と逆方向（図２に示すＥ方向）に回転し、図示しない電源部からシャフトに印加された正電圧または負電圧により、トナー像の用紙２への転写後に感光体ドラム２０の表面に残留したトナーを一旦導電性発泡層内に蓄え、所定の時期に蓄えたトナーを感光体ドラム２０上に排出する。
【００２６】
また、クリーニングローラ２３の導電性発泡層は、実体顕微鏡を用いて観測した発泡層の発泡セル径の平均は１００〜３００μｍ、Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度計（高分子計器社製）を用い、荷重４．９Ｎにおいて測定したＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度は３５〜４５度である。
更に、クリーニングローラ２３は、φ３０の感光体ドラム２０の回転軸方向に０．２５ｍｍ押し付けて回転させながら４００Ｖの電圧を印加し、抵抗Ｒ＝電圧Ｖ／電流Ｉとして測定したときの抵抗Ｒは、２．０〜２０ＭΩとなっている。
【００２７】
転写手段としての転写ローラ１０は、感光体ドラム２０の下方に図示しない媒体搬送手段により搬送される用紙Ｐを挟んで対向配置され、導電性のゴム等によって形成されており、ドラムギヤから図示しない転写ギヤに伝達された駆動力により感光体ドラム２０と逆方向（図２に示すＦ方向）に回転し、図示しない電源部から印加された転写電圧による表面電位と感光体ドラム２０の表面電位との電位差によって、感光体ドラム２０上に形成されたトナー像を用紙Ｐ上に転写する。
【００２８】
定着手段としての定着器１３は、現像工程を行う現像装置７および転写工程を行う転写ローラ１０の用紙搬送方向の下流側に配設された定着工程を行う部位であって、アルミニウム素管の表面をＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）でコーティングした円筒状のヒートローラ１１と、ヒートローラ１１の内部に配置された熱源としてのハロゲンランプ１１ａと、弾性ローラとしてのバックアップローラ１２とを備えており、ヒートローラ１１とバックアップローラ１２とは押圧されている。
【００２９】
また、ヒートローラ１１は、感光体ドラム２０とは別系統のギヤ列を介して図示しないヒートローラギヤに伝達された駆動力により、感光体ドラム２０の搬送回転方向Ａと同方向（図２に示すＧ方向）に回転し、バックアップローラ１２はヒートローラ１１の回転に伴ってその従動方向（図２に示すＨ方向）に従動回転し、ハロゲンランプ１１ａは、図示しない電源部から供給された電力によって発熱し、ヒートローラ１１の表面温度を所定の定着温度に保つように図示しない制御部によって制御される。
なお、上記で説明した電源部は、ごく一般的に電子写真方式のプリンタ１の高圧電源として用いられている電源のことをいう。
【００３０】
上記ように構成されたプリンタ１による印刷動作は、図示しないＣＰＵ等の制御部が、図示しないメモリや磁気ディスク等の記憶部に格納されたプログラムに基づいて、電源部や駆動源等を制御しながら、露光ヘッド９による露光工程、現像装置７の各ローラ等による現像工程、転写ローラ１０による転写工程、定着器１３による定着工程の各動作を制御して実行される。
【００３１】
以下に、本実施例のプリンタによる印刷動作について説明する。
図示しない制御部は、印刷動作を開始すると、プリンタ１の図示しない駆動源および電源部等へ印刷指示を送信し、駆動源によって図示しないギヤ列およびドラムギヤを介して感光体ドラム２０を搬送回転方向Ａへ回転させ、そのドラムギヤによって帯電ローラ２１、現像ローラ２２、クリーニングローラ２３、転写ローラ１０を回転させ、現像ローラ２２の現像ギヤによって供給ローラ２５を回転させる。また、別系統のギヤ列によってヒートローラ１１およびこれに従動するバックアップローラ１２を回転させる。この場合の各ローラの回転方向は、図２に示す矢印Ａ〜Ｈ方向である。
【００３２】
この駆動源による回転開始と略同時に、制御部は、図示しない電源部によって、現像装置７の各ローラおよび転写ローラ１０へ予め設定された所定の電圧を印加すると共に、ヒートローラ１１のハロゲンランプ１１ａへ供給する電力のＯＮ、ＯＦＦによってヒートローラ１１の表面温度を所定の定着温度に保つように制御する。
本実施例では、供給ローラ２５へは−３００Ｖの供給電圧が、現像ローラ２２へは−２００Ｖの現像電圧が印加される。
【００３３】
帯電ローラ２１に印加された帯電電圧と帯電ローラ２１の回転とにより感光体ドラム２０の表層は一様に帯電（本実施例では−６００Ｖ）され、感光体ドラム２０の帯電された領域が露光ヘッド９の下方に到達すると、制御部は印刷すべき画像データに従って露光ヘッド９を発光させ、感光体ドラム２０上に静電潜像を形成する。
【００３４】
そして、感光体ドラム２０上の静電潜像が形成された領域が現像ローラ２２に到達すると、感光体ドラム２０上の静電潜像の電位（本実施例では−２０Ｖ）と現像ローラ２２との電位差により、現像ブレード２４により薄層化された現像ローラ２２上のトナーが感光体ドラム２０上に付着し、感光体ドラム２０上にトナー像が形成され、そのトナー像は 転写ローラ１０に印加された転写電圧によって用紙Ｐ上に転写され、転写されたトナー像は、ハロゲンランプ１１ａにより所定の定着温度に加熱されたヒートローラ１１からの熱と、ヒートローラ１１とバックアップローラ１２との間の押圧力とにより用紙Ｐ上に定着され、画像が定着された用紙Ｐは排出ローラ１７、１８により搬送されてスタッカ部１６上に排出される。
【００３５】
一方、用紙Ｐに転写されずに感光体ドラム２０上に残留したトナーは、クリーニングローラ２３に印加された正電圧により一旦内部に蓄えられ、印刷操作の終了後、制御部が実行する所定のシーケンスに従って、現像装置７のトナー室２７に回収される。
このようにして、本実施例のプリンタ１による印刷動作が行われる。
【００３６】
一方、近年の高速化、高精細化に伴い、高解像度の画像を得るためのトナーとして、トナー粒子の平均粒径が７μｍ以下の小粒径トナーが用いられるようになってきており、今後更にこのトナーの小粒径化は進むものと考えられる。
このようなトナーの小粒径化が進むと、ファンデルワールス力の減少によりトナー粒子同士の付着力が減少して現像ローラ２２上へのトナーの付着量が減少し、トナー薄層の層厚が薄くなって着色能力が低下し、トナー像の印刷濃度が設定した濃度に達しないという現象が生ずる。
【００３７】
特に、黒色の場合は、着色剤として通常ファーネスブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラックを用いるが、小粒径化に伴う印刷濃度の低下を補うためにカーボンブラックの量を増加させると、カーボンブラックは導電性を有しているので、その種類、配合量によりトナーの電気的物性、摩擦帯電性に影響を与え、トナー粒子の帯電保持能力が低下して帯電量が不安定となり、印刷濃度の低下や、かすれ、カブリ、印刷汚れ等が発生し、安定した印刷品質を得ることが困難になる。
【００３８】
本実施例は、カーボンブラックの導電性に起因するトナー粒子の帯電保持能力の低下等を、黒色の帯電制御剤（黒色帯電制御剤という。）を用いて抑制すると同時に、黒色のトナー像の発色性を高めようとするものである。
このような黒色帯電制御剤としては、鉄、コバルト、クロム、亜鉛等の各金属を成分とする含金属アゾ化合物の錯体を用いることができる。
なお、前記各金属を成分とする含金属アゾ化合物の色は、厳密には「黒色」といえないもの、例えば非常に濃い紫色のものも存在するが、本実施例では、一般的な人間が視覚を通じて「黒色」と認識する色を有する帯電制御剤を、黒色帯電制御剤という。
【００３９】
本実施例の小粒径トナーは、結着樹脂としてポリエステル樹脂（ガラス転移温度Ｔｇ＝６２℃、軟化温度Ｔ１／２＝１１５℃）、黒色帯電制御剤として鉄系アゾ化合物であるＴ−７７（保土ヶ谷化学工業社製）、着色剤として平均粒径３０ｎｍのカーボンブラック（Ｃａｂｏｔ社製、ＭＯＧＵＬ−Ｌ）、離型剤としてのカルナウバワックス（加藤洋行社製、カルナウバワックス１号粉末）を用いて形成した。
【００４０】
上記したトナーの各構成要素を、後述する各配合量で配合し、ヘンシェルミキサーを用いて混合した後、二軸押出機により溶融混練し、冷却後、直径２ｍｍのスクリーンを有するカッターミルで粗砕化し、その後、衝突板式粉砕機「ディスバージョンセパレーター」（日本ニューマチック工業株式会社製）を用いて粉砕し、さらに風力分級機を用いて分級を行い、体積平均粒径７．０μｍのトナー母粒子を得た。これにより得られたトナーは負帯電性である。
【００４１】
得られたトナー母粒子の体積平均粒径は、細胞計数分析装置「コールターマルチライザー３」（ベックマンコールター社製）において、アパチャー径１００μｍにて３００００カウント測定することで求めた。
【００４２】
また、トナー母粒子の円形度は、シスメックス株式会社製「フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２１００」を用いて次式により求め、そのトナー母粒子の円形度は０．９であった。
【００４３】
円形度＝Ｌ１／Ｌ２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
ここに、Ｌ１は、トナー母粒子の粒子投影像の面積と同じ面積を有する円の周囲長であり、Ｌ２は、粒子投影像の周囲長である。この円形度が１．００であれば真球であり、円形度が１．００より小さくなるにつれて粒子形状は不定形になる。
【００４４】
本実施例では、トナーの帯電性を安定させ良好な印刷品質を得るためのカーボンブラックと黒色帯電制御剤との配合量を得るために、結着樹脂を１００重量部に対して、カルナウバワックスを４重量部とし、
黒色帯電制御剤を０．１、０．３、０．６、０．９、１．２、１．３、１．５重量部、
カーボンブラックを２．０、３．０、４．０、５．０、６．０、７．０、８．０重量部
として各７水準設定し、それらを組合せて合計４９種類のトナー母粒子を形成した。
【００４５】
そして、これらのトナー母粒子１００重量部に、外添剤としてＭＰ−１０００（綜研化学社製）を０．２重量部、アエロジルＲＸ５０（日本アエロジル社製）を１．８重量部、加えて２５分間混合し、評価試験用のサンプルトナーを得た。
評価試験は、以下に説明する印刷試験を実施し、そのときの印刷濃度、印刷汚れ、ドラムカブリを評価し、これらの測定結果を総合して良好な印刷品質を得ることができるカーボンブラックと黒色帯電制御剤の配合量の範囲を求めることによって行った。
【００４６】
印刷試験は、上記したカーボンブラックと黒色帯電制御剤を変量した４９種のサンプルトナー群を、上記で説明したプリンタ１の現像装置７のトナーカートリッジ２６に収容し、レターサイズ標準紙（Ｘｅｒｏｘ４２００紙、白色度９２、坪量＝２０Ｌｂ紙）を縦方向送り（長手方向を搬送方向にすることをいう）として、１％デューティ（印刷可能面積の１００％をベタ印刷した場合を１００％デューティという）で画像を印刷し、１０００枚印刷した後にＰＱ（Ｐｒｉｎｔ Ｑｕａｌｉｔｙ）測定用パターンを１枚印刷し、そのＰＱ測定用パターンの印刷結果を基に印刷濃度および印刷汚れを評価した。
【００４７】
また、ＰＱ測定用パターンの印刷後に、０％デューティでもう一枚白紙印刷を行い、その印刷の途中でプリンタ１の電源をＯＦＦにして印刷を停止し、そのときに感光体ドラム２０の表面に付着しているトナー量を基にドラムカブリを評価した。
なお、ＰＱ測定用パターンとは、紙面上部３０ｍｍが１００％ベタパターンであり、紙面上部より１００ｍｍから１５０ｍｍの間が５０％のハーフトーン、紙面上部から５０ｍｍで紙面端部より５０ｍｍである４隅の４点と紙面上部より１８０ｍｍ、右端部より９０ｍｍの点が１ｍｍ２の１００％ベタブロックである印刷のことをいう。
【００４８】
印刷濃度の測定は、ＰＱ測定用パターンの５点の１ｍｍ２の１００％ベタブロックの濃度を、それぞれ分光測色計「Ｘ−Ｒｉｔｅ５２８」（キャノンアイテック社製）にて測定し、得られた５つのＯＤ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）値の平均値を印刷濃度に対応する値とした。この印刷濃度の測定結果を図３に示す。
【００４９】
ここに、ＯＤ値は、光を物体（本実施例では１００％ベタブロック）に照射したときの反射率に対応する値であり、具体的には、ＯＤ値＝−ｌｏｇ（反射率）であって反射率が小さいほど大きな値になる。従って、本実施例の場合は、黒色が強いほど照射光を多く吸収するため反射率が小さくなり、ＯＤ値は大きくなる。
【００５０】
図３に示すように、印刷濃度は、黒色帯電制御剤の配合量が多いほど高濃度になる傾向があり、カーボンブラックのみでの濃度調整に加えて、黒色帯電制御剤での濃度調整が有効であることがわかる。この結果に対する印刷濃度の良否は、ＯＤ値＝１．３０を閾値として判定し、１．３０以上を良好な印刷濃度とした（図３に太い実線で囲った範囲）。
印刷汚れに対する評価は、ＰＱ測定用パターンの０％デューティ部分、つまり地色の部分に意図せずにトナーが印刷されたことをもって印刷汚れとし、その発生の有無を判定した。印刷汚れの判定結果を図４に示す。
【００５１】
図４に示すように、汚れは、カーボンブラックの配合量が多いほど良化し、黒色帯電制御剤の配合量が多いほど悪化する傾向があり、黒色帯電制御剤の配合量が増えることによって過剰帯電となり、カーボンブラックの配合量を増やすことによって低帯電化することが分かる。なお、判定結果は、汚れが発生しているときを「×」、発生していないときを「○」とした。
なお、正常に帯電したトナーに対して、帯電量が高いトナー、いわゆる過剰帯電トナーにより画像の背景部、すなわち非画像部にトナーが付着することを印刷汚れといい、この印刷汚れを引き起こす過剰帯電トナーを汚れトナーという。
【００５２】
ドラムカブリの測定は、上記した印刷の停止後に、現像装置７をプリンタ１から取外し、感光体ドラム２０上に存在する現像後転写前のトナーを透明な粘着テープ（住友スリーエム社製スコッチメンディングテープ）に付着させ、それを真白な台紙上に貼り付ける（カブリ採取テープという）。また、比較用として感光体ドラム２０上に貼り付けていない未使用の粘着テープを同じ台紙上に貼り付け（比較用テープという）、比較用テープに対するカブリ採取テープの色差ΔＹを、分光測色計（コニカミノルタ製、ＣＭ−２６００ｄ、測定径＝φ８ｍｍ）で測定し、その平均値をドラムカブリに対応する値とした。このドラムカブリの測定結果を図５に示す（図５に示す各値はΔＹの平均値である。）。
【００５３】
なお、色差（Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系色度）ΔＹは、
ΔＹ＝−（ΔＬ＊２＋Δａ＊２十Δｂ＊２）１／２ ・・・・・・・・・・（２）
で算出した。ここに、Ｌ＊は明度、ａ＊、ｂ＊は色空間における色座標を表す（ＪＩＳＺ８７２９１）。
【００５４】
図５に示すように、ドラムカブリは、カーボンブラックの配合量が多いほど悪化し、黒色帯電制御剤の配合量が多いほど良化する傾向があり、カーボンブラックの配合量が増えることにより低帯電トナーが増加し、黒色帯電制御剤の配合量を増やすことによって高帯電化することが分かる。この結果に対するドラムカブリの良否は、ΔＹ＝４．００を閾値として判定し、４．００以下を良好な印刷とし（図５に太い実線で囲った範囲）、それを超える場合をカブリが多く発生していると判定した。
【００５５】
なお、正常に帯電したトナーに対して、低い帯電量のトナーや逆極性に帯電したトナーにより画像の背景部、すなわち非画像部にトナーが付着することをカブリといい、このカブリを引き起こす低帯電量のトナーや逆極性に帯電したトナーをカブリトナーという。
【００５６】
上記した測定結果および判定結果を基に、これらを総合的に評価した総合評価結果を図６に示す。
総合評価の判定は、印刷濃度のＯＤ値≧１．３０、ドラムカブリの色差ΔＹ≦４．００、印刷汚れ発生なしのトナーを非常に良好な印刷である評価して「◎」とし、印刷濃度、ドラムカブリのいずれかが１．２０≦ＯＤ値≦１．３０、４．００≦ΔＹ≦９．００の範囲であるトナーを評価「◎」のトナーよりは劣るが、実使用可能である評価して「○」とした。
【００５７】
この総合評価結果から、カーボンブラックの配合量３．０〜７．０重量部、黒色帯電制御剤の配合量０．３〜１．２重量部であるトナーは実使用可能であり（図６に太い実線で囲った範囲）、より望ましくはカーボンブラックの配合量４．０〜６．０重量部、黒色帯電制御剤の配合量０．６〜１．２重量部であるトナーを用いればより良好な印刷品質が得られることが分かる。
【００５８】
このように、本実施例のトナーは、カーボンブラックの配合量と、黒色帯電制御剤の配合量とを適切な範囲内にすることによって、小粒径トナーの着色剤としてカーボンブラックを用いた場合においても、安定した印刷濃度を確保しながら、印刷汚れやカブリを抑制することができ、良好な印刷品質を得ることができる。
【００５９】
以上説明したように、本実施例では、平均粒径７μｍ以下の黒色のトナーの帯電制御剤を、黒色帯電制御剤とし、結着樹脂を１００重量部としたときに、カーボンブラックの配合量を３．０重量部以上、７．０重量部以下とし、黒色帯電制御剤の配合量を０．３重量部以上、１．２重量部以下としたことによって、小粒径トナーの着色剤としてカーボンブラックを用いた場合においても、安定した印刷濃度を確保しながら、印刷汚れやカブリを抑制することができ、良好な印刷品質を得ることができる。
【００６０】
なお、本実施例においては、カーボンブラックの平均粒径は３０ｎｍであるとして説明したが、カーボンブラックの平均粒径は２０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下の範囲であればよい。カーボンブラックの平均粒径を２０ｎｍ未満とすると、黒色の印刷画像が青味を帯びたものになり、平均粒径が５０ｎｍを超えると、黒色の印刷画像が赤味を帯びたものになってしまうからである。
【実施例２】
【００６１】
以下に、図７を用いて本実施例の現像剤について説明する。なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
上記実施例１でも述べたが、トナー粒子を小粒径化するとファンデルワールス力の減少によりトナー粒子同士の付着力が減少して現像ローラ２２上へのトナーの付着量が減少する結果、印刷濃度の低濃度化が引き起こされる。
本実施例では、実施例１で示した、トナー粒子の粒子径を７μｍとした場合のサンプルトナー群に対して、トナー粒子の更なる小粒径化を行った場合の印刷について評価した。
【００６２】
この評価試験は、結着樹脂１００重量部に対して、カーボンブラックの配合量を４．０重量部、黒色帯電制御剤の配合量を０．９重量部とし、トナー粒子の粒径を、２．０、３．０、４．０、５．０、６．０、７．０μｍの６水準とした６種のサンプルトナーについて、実施例１と同様に、ＰＱ測定用パターンの印刷濃度の測定およびドラムカブリの測定をすることによって行い、図７に示す総合評価結果を得た。なお、他のカルナウバワックスや外添剤の配合量は実施例１と同様である。
【００６３】
図７に示すように、トナー粒子の粒径の粒径が、３．０μｍ〜７．０μｍの範囲で総合評価は「◎」であった。なお、結着樹脂１００重量部に対して、カーボンブラックの配合量が４．０〜６．０重量部、黒色帯電制御剤の配合量が０．６〜１．２重量部の範囲で、上記図７と同様の総合評価結果が得られた。
【００６４】
また、結着樹脂１００重量部に対して、カーボンブラックの配合量を３．０重量部、黒色帯電制御剤の配合量を０．３重量部として、上記と同様の印刷濃度の測定およびドラムカブリの測定を行い、図８に示す総合評価結果を得た。
図８に示すように、トナー粒子の粒径の粒径が、３．０μｍ〜７．０μｍの範囲で総合評価は「○」であった。
【００６５】
なお、結着樹脂１００重量部に対して、カーボンブラックの配合量が３．０重量部、黒色帯電制御剤の配合量が０．３〜１．２重量部の範囲で、上記図８と同様の総合評価結果が得られた。
また、結着樹脂１００重量部に対して、カーボンブラックの配合量が７．０重量部、黒色帯電制御剤の配合量が０．３〜１．２重量部の範囲、結着樹脂１００重量部に対して、カーボンブラックの配合量が４．０〜６．０重量部、黒色帯電制御剤の配合量が３．０重量部の範囲でも、上記図８と同様の総合評価結果が得られた。
【００６６】
以上説明したように、トナー粒子の平均粒径が、３．０μｍ以上、７．０μｍ以下の黒色トナーについて、結着樹脂１００重量部に対して、カーボンブラックの配合量を３．０重量部以上〜７．０重量部以下とし、黒色帯電制御剤の配合量を０．３重量部以上、１．２重量部以下の範囲とすれば、安定した印刷濃度を確保しながら、印刷汚れやカブリを抑制することができ、良好な印刷品質を得ることができる。
【００６７】
また、トナー粒子の平均粒径が、３．０μｍ以上、７．０μｍ以下の黒色トナーについて、結着樹脂１００重量部に対して、カーボンブラックの配合量を４．０重量部以上〜６．０重量部以下とし、黒色帯電制御剤の配合量を０．６重量部以上、１．２重量部以下の範囲とすれば、更に良好な印刷品質を得ることができる。
【００６８】
なお、上記各実施例においては、画像形成装置は、電子写真方式のモノクロプリンタであるとして説明したが、画像形成装置は前記に限らず、画像形成装置は、電子写真方式のカラープリンタや、ファクシミリ、複写装置、ＭＦＰ（Ｍｕｌｔｉ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｒｉｎｔｅｒ）であってもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１ プリンタ
２ 用紙カセット
３ ホッピングローラ
４、５、１４、１５ ピンチローラ
６ 搬送ローラ
７ 現像装置
８ レジストローラ
９ 露光ヘッド
１０ 転写ローラ
１１ ヒートローラ
１１ａ ハロゲンランプ
１２ バックアップローラ
１３ 定着器
１７、１８ 排出ローラ
２０ 感光体ドラム
２１ 帯電ローラ
２２ 現像ローラ
２３ クリーニングローラ
２４ 現像ブレード
２５ 供給ローラ
２６ トナーカートリッジ
２７ トナー室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真方式のプリンタや複写機等の画像形成装置に用いられる現像剤、現像装置および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像形成装置は、感光体ドラム、現像ローラ、現像ブレード、供給ローラ、帯電ローラおよびトナーカートリッジ等を備え、供給ローラから現像ローラ上に供給されたトナーを現像ブレードで均一な薄層にした後、現像ローラと接触しながら回転している感光体ドラムの静電潜像に、現像ローラからトナーを付着させてトナー像を形成し、このトナー像は転写ローラによって用紙上に転写され、定着器によって熱定着される。
この画像形成装置には、スチレン系樹脂あるいはポリエステル系樹脂等を結着樹脂とし、これに着色剤、帯電制御剤等を混練して溶融、冷却した後、粉砕、分級して製造された、平均粒径８μｍのトナーが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２９５５００号公報（段落００１６−００２０、００３７−００４１、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来の画像形成装置では、平均粒径８μｍの比較的大粒径のトナーを用いているので印刷濃度に問題は生じなかったが、近年の高速化、高精細化に伴って用いられるようになった平均粒径が小さい小粒径トナーでは、着色剤としてカーボンブラックを用いた場合は、発色が不十分になる結果、安定した印刷濃度を確保することが困難となって、印刷品質を低下させる場合があるという問題がある。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、着色剤としてカーボンブラックを用いた場合においても、安定した印刷濃度を確保する手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するために、結着樹脂と、カーボンブラックと、帯電制御剤とを少なくとも含む現像剤であって、前記帯電制御剤を、黒色帯電制御剤とし、前記結着樹脂を１００重量部としたときに、前記カーボンブラックの配合量を３．０重量部以上、７．０重量部以下とし、前記黒色帯電制御剤の配合量を０．３重量部以上、１．２重量部以下としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
これにより、本発明は、着色剤としてカーボンブラックを用いた場合においても、安定した印刷濃度を確保することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１のプリンタの概略構成を示す説明図
【図２】実施例１の現像装置およびその近傍の概略構成を示す説明図
【図３】実施例１の印刷濃度の測定結果を示す説明図
【図４】実施例１の印刷汚れの判定結果を示す説明図
【図５】実施例１のドラムカブリの測定結果を示す説明図
【図６】実施例１の総合評価結果を示す説明図
【図７】実施例２のトナー粒径に対する総合評価結果を示す説明図
【図８】実施例２のトナー粒径に対する総合評価結果を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、図面を参照して本発明による現像剤、現像装置および画像形成装置の実施例について説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１において、１は画像形成装置としてのプリンタである。本実施例のプリンタ１は、ブラックの画像を印刷する電子写真方式のモノクロプリンタである。
プリンタ１は、図１に示すように、その下部に、印刷用の媒体としての用紙Ｐを積層した状態で収納する用紙カセット２が着脱自在に装着され、用紙カセット２の上方には用紙Ｐを１枚ずつ分離して繰出すためのホッピングローラ３が配設されている。
【００１０】
また、用紙Ｐの搬送方向（用紙搬送方向という。）におけるホッピングローラ３の下流側にはピンチローラ４、５と共に用紙Ｐを挟持することによって用紙Ｐを搬送する搬送ローラ６、および用紙Ｐの斜行を修正し、現像装置７へ搬送するレジストローラ８が配設されており、これらホッピングローラ３、搬送ローラ６およびレジストローラ８は、図示しない駆動源からギヤ等を経由して動力が伝達されて回転する。
【００１１】
現像装置７の上方には、静電潜像を形成するための露光ヘッド９が、その下方には、現像装置７で形成された現像剤像としてのトナー像を用紙Ｐ上に転写する転写ローラ１０が配設され、現像装置７の用紙搬送方向の下流側には、ヒートローラ１１とバックアップローラ１２とを有し、転写されたトナー像を加圧および加熱することによって用紙Ｐ上に定着させる定着器１３が配設されている。
【００１２】
また、定着器１３の用紙搬送方向の下流側には、定着器１３から排出された用紙Ｐを、ピンチローラ１４、１５と共に挟持してスタッカ部１６へ搬送する排出ローラ１７、１８が配設されており、これら定着器１３のヒートローラ１１、排出ローラ１７、１８等は図示しない駆動源からギヤ等を経由して動力が伝達され回転する。
【００１３】
本実施例のプリンタ１の現像工程に使用される現像装置７は、図２に示すように、感光体ドラム２０と、その周囲に配置された帯電ローラ２１、現像ローラ２２、クリーニングローラ２３、および現像ローラ２２の周囲に配置された現像ブレード２４、供給ローラ２５、およびトナーカートリッジ２６、トナー室２７等を備えており、プリンタ１に着脱自在に装着されている。
【００１４】
潜像担持体としての感光体ドラム２０は、導電性を有するパイプの外周面に光導電層が形成された円筒状部材であって、その光導電層上に静電潜像およびそれを現像剤としてのトナーで現像したトナー像が形成される。
また、感光体ドラム２０の一端には、図示しない駆動源からギヤ列を介して伝達された駆動力により回転するドラムギヤが圧入その他の固定方法で固定されており、図２に矢印Ａで示す用紙搬送方向に用紙Ｐを搬送する回転方向（搬送回転方向Ａという。）に回転するように駆動される。
【００１５】
露光手段としての露光ヘッド９は、感光体ドラム２０の上方に対向配置され、複数の発光素子としてのＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を備えており、露光工程において、感光体ドラム２０の表面を露光してその表層に静電潜像を形成する。
帯電手段としての帯電ローラ２１は、ドラムギヤから図示しないチャージギヤに伝達された駆動力により感光体ドラム２０に接触して感光体ドラム２０と逆方向（図２に示すＢ方向）に回転し、図示しない電源部から印加された帯電電圧によって感光体ドラム２０の表面を一様の表面電位に帯電させる。
【００１６】
また、帯電ローラ２１には、エピクロルヒドリンゴム（ＥＣＯ）を主成分とするイオン導電性のゴム弾性層からなる導電性弾性層が形成され、導電性弾性層の表面は、イソシアネート（ＨＤＩ）成分を含む表面処理液を浸透させて硬化させる表面処理により、感光体ドラム２０の汚染を防止し、トナーやその外添剤等の離型性が確保されており、その導電性弾性層の硬さは、Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度計（高分子計器社製）を用いて測定したＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度で７３度であり、帯電ローラ２１の抵抗値は、６．３（ｌｏｇΩ）である。
【００１７】
なお、帯電ローラ２１の抵抗値の測定は、温度２０℃、湿度５０％の環境下で、使用する感光体ドラム２０と同じ外径、表面粗さを有する導電性金属ドラムに対してプリンタ１内と同じ圧力で帯電ローラ２１を押圧し、直流５００Ｖの電圧を印加して行った。
【００１８】
現像剤担持体としての現像ローラ２２は、ドラムギヤから図示しない現像ギヤに伝達された駆動力により感光体ドラム２０に接触して感光体ドラム２０と逆方向（図２に示すＣ方向）に回転し、図示しない電源部から印加された現像電圧によって感光体ドラム２０の静電潜像にトナーを付着させてトナー像を形成する。
【００１９】
また、現像ローラ２２は、導電性のシャフト上に紫外線処理を行った弾性体としての半導体性シリコーンゴムの層が形成され、この半導体性シリコーンゴム層の表面に塗工して成膜されるウレタン系樹脂からなる表面コーティング層と、シランカップリング剤層とを備えている。
【００２０】
この表面コーティング層には、表面粗さを形成するためシリカの粒子が混合され、そのの層厚は、７〜１３μｍとなっている。この表面コーティングがなされた上での表面粗さは、必要に応じてＲｚ＝３〜１２μｍ（ＪＩＳＢ０６０１−１９９４による）となるように研磨されている。この表面粗さＲｚは大きいことが望ましい。
【００２１】
また、現像ローラ２２は、幅２．０ｍｍ、直径６．０ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成されたボールベアリングを２０ｇｆの力で押圧しシャフトとの間で１００Ｖの電圧を印加したときに、抵抗Ｒ＝電圧Ｖ／電流Ｉとして測定された抵抗Ｒは１００〜５０００ＭΩとなっている。
なお、上記した「〜」の記号は、例えば「３〜１２μｍ」は、「３μｍ以上、１２μｍ以下」を表す。他の場合も同様である。
【００２２】
現像剤供給手段としての供給ローラ２５は、現像ローラ２２の回転軸方向へ０．８５〜１．１５ｍｍ押し込まれた状態で、現像ギヤから図示しない供給ギヤに伝達された駆動力により現像ローラ２２と同方向（図２に示すＤ方向）に回転し、図示しない電源部から印加された供給電圧によって、現像剤収容器としてのトナーカートリッジ２６から現像剤室としてのトナー室２７に補給されたトナーを現像ローラ２２に供給する。
【００２３】
また、供給ローラ２５は、導電性シャフトの上に半導電性発泡シリコーンゴムを形成し、所定の外径になるように研磨されている。このシリコーンゴムのコンパウンドは、ジメチルシリコーンゴム、メチルフェニルシリコーンゴム等の各種合成ゴムに、補強性シリカ充填剤、加硫硬化に必要な加硫剤および発泡剤を添加して形成され、発泡剤としては重炭酸ナトリウム等の無機発泡剤、ＡＤＣＡ（アゾジカルボンアミド）等の有機発泡剤が用いられる。
【００２４】
更に、供給ローラ２５の硬度は、Ａｓｋｅｒ−Ｆ硬度計（高分子計器社製）を用いて測定したＡｓｋｅｒ−Ｆ硬度で４３〜５３度であり、供給ローラ２５の抵抗Ｒは、現像ローラ２２と同様の測定方法で３００Ｖの電圧を印加したときに１〜１００ＭΩである。
現像剤層形成部材としての現像ブレード２４は、現像ローラ２２の表面に接触して配置され、供給ローラ２５から現像ローラ２２上に供給されたトナーを薄層化して現像剤層としてのトナー薄層を形成する。
【００２５】
クリーニング手段としてのクリーニングローラ２３は、φ６の金属製のシャフトの外周にプライマーを介して接着されたＥＰＤＭ（エチレン−プロピレン−ジエンゴム）を主材とする導電性発泡層を備え、シャフトの両側に設けられたバネ部材の付勢力により感光体ドラム２０に押圧された状態で、ドラムギヤから図示しないクリーニングギヤに伝達された駆動力により感光体ドラム２０と逆方向（図２に示すＥ方向）に回転し、図示しない電源部からシャフトに印加された正電圧または負電圧により、トナー像の用紙２への転写後に感光体ドラム２０の表面に残留したトナーを一旦導電性発泡層内に蓄え、所定の時期に蓄えたトナーを感光体ドラム２０上に排出する。
【００２６】
また、クリーニングローラ２３の導電性発泡層は、実体顕微鏡を用いて観測した発泡層の発泡セル径の平均は１００〜３００μｍ、Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度計（高分子計器社製）を用い、荷重４．９Ｎにおいて測定したＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度は３５〜４５度である。
更に、クリーニングローラ２３は、φ３０の感光体ドラム２０の回転軸方向に０．２５ｍｍ押し付けて回転させながら４００Ｖの電圧を印加し、抵抗Ｒ＝電圧Ｖ／電流Ｉとして測定したときの抵抗Ｒは、２．０〜２０ＭΩとなっている。
【００２７】
転写手段としての転写ローラ１０は、感光体ドラム２０の下方に図示しない媒体搬送手段により搬送される用紙Ｐを挟んで対向配置され、導電性のゴム等によって形成されており、ドラムギヤから図示しない転写ギヤに伝達された駆動力により感光体ドラム２０と逆方向（図２に示すＦ方向）に回転し、図示しない電源部から印加された転写電圧による表面電位と感光体ドラム２０の表面電位との電位差によって、感光体ドラム２０上に形成されたトナー像を用紙Ｐ上に転写する。
【００２８】
定着手段としての定着器１３は、現像工程を行う現像装置７および転写工程を行う転写ローラ１０の用紙搬送方向の下流側に配設された定着工程を行う部位であって、アルミニウム素管の表面をＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）やＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）でコーティングした円筒状のヒートローラ１１と、ヒートローラ１１の内部に配置された熱源としてのハロゲンランプ１１ａと、弾性ローラとしてのバックアップローラ１２とを備えており、ヒートローラ１１とバックアップローラ１２とは押圧されている。
【００２９】
また、ヒートローラ１１は、感光体ドラム２０とは別系統のギヤ列を介して図示しないヒートローラギヤに伝達された駆動力により、感光体ドラム２０の搬送回転方向Ａと同方向（図２に示すＧ方向）に回転し、バックアップローラ１２はヒートローラ１１の回転に伴ってその従動方向（図２に示すＨ方向）に従動回転し、ハロゲンランプ１１ａは、図示しない電源部から供給された電力によって発熱し、ヒートローラ１１の表面温度を所定の定着温度に保つように図示しない制御部によって制御される。
なお、上記で説明した電源部は、ごく一般的に電子写真方式のプリンタ１の高圧電源として用いられている電源のことをいう。
【００３０】
上記ように構成されたプリンタ１による印刷動作は、図示しないＣＰＵ等の制御部が、図示しないメモリや磁気ディスク等の記憶部に格納されたプログラムに基づいて、電源部や駆動源等を制御しながら、露光ヘッド９による露光工程、現像装置７の各ローラ等による現像工程、転写ローラ１０による転写工程、定着器１３による定着工程の各動作を制御して実行される。
【００３１】
以下に、本実施例のプリンタによる印刷動作について説明する。
図示しない制御部は、印刷動作を開始すると、プリンタ１の図示しない駆動源および電源部等へ印刷指示を送信し、駆動源によって図示しないギヤ列およびドラムギヤを介して感光体ドラム２０を搬送回転方向Ａへ回転させ、そのドラムギヤによって帯電ローラ２１、現像ローラ２２、クリーニングローラ２３、転写ローラ１０を回転させ、現像ローラ２２の現像ギヤによって供給ローラ２５を回転させる。また、別系統のギヤ列によってヒートローラ１１およびこれに従動するバックアップローラ１２を回転させる。この場合の各ローラの回転方向は、図２に示す矢印Ａ〜Ｈ方向である。
【００３２】
この駆動源による回転開始と略同時に、制御部は、図示しない電源部によって、現像装置７の各ローラおよび転写ローラ１０へ予め設定された所定の電圧を印加すると共に、ヒートローラ１１のハロゲンランプ１１ａへ供給する電力のＯＮ、ＯＦＦによってヒートローラ１１の表面温度を所定の定着温度に保つように制御する。
本実施例では、供給ローラ２５へは−３００Ｖの供給電圧が、現像ローラ２２へは−２００Ｖの現像電圧が印加される。
【００３３】
帯電ローラ２１に印加された帯電電圧と帯電ローラ２１の回転とにより感光体ドラム２０の表層は一様に帯電（本実施例では−６００Ｖ）され、感光体ドラム２０の帯電された領域が露光ヘッド９の下方に到達すると、制御部は印刷すべき画像データに従って露光ヘッド９を発光させ、感光体ドラム２０上に静電潜像を形成する。
【００３４】
そして、感光体ドラム２０上の静電潜像が形成された領域が現像ローラ２２に到達すると、感光体ドラム２０上の静電潜像の電位（本実施例では−２０Ｖ）と現像ローラ２２との電位差により、現像ブレード２４により薄層化された現像ローラ２２上のトナーが感光体ドラム２０上に付着し、感光体ドラム２０上にトナー像が形成され、そのトナー像は 転写ローラ１０に印加された転写電圧によって用紙Ｐ上に転写され、転写されたトナー像は、ハロゲンランプ１１ａにより所定の定着温度に加熱されたヒートローラ１１からの熱と、ヒートローラ１１とバックアップローラ１２との間の押圧力とにより用紙Ｐ上に定着され、画像が定着された用紙Ｐは排出ローラ１７、１８により搬送されてスタッカ部１６上に排出される。
【００３５】
一方、用紙Ｐに転写されずに感光体ドラム２０上に残留したトナーは、クリーニングローラ２３に印加された正電圧により一旦内部に蓄えられ、印刷操作の終了後、制御部が実行する所定のシーケンスに従って、現像装置７のトナー室２７に回収される。
このようにして、本実施例のプリンタ１による印刷動作が行われる。
【００３６】
一方、近年の高速化、高精細化に伴い、高解像度の画像を得るためのトナーとして、トナー粒子の平均粒径が７μｍ以下の小粒径トナーが用いられるようになってきており、今後更にこのトナーの小粒径化は進むものと考えられる。
このようなトナーの小粒径化が進むと、ファンデルワールス力の減少によりトナー粒子同士の付着力が減少して現像ローラ２２上へのトナーの付着量が減少し、トナー薄層の層厚が薄くなって着色能力が低下し、トナー像の印刷濃度が設定した濃度に達しないという現象が生ずる。
【００３７】
特に、黒色の場合は、着色剤として通常ファーネスブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラックを用いるが、小粒径化に伴う印刷濃度の低下を補うためにカーボンブラックの量を増加させると、カーボンブラックは導電性を有しているので、その種類、配合量によりトナーの電気的物性、摩擦帯電性に影響を与え、トナー粒子の帯電保持能力が低下して帯電量が不安定となり、印刷濃度の低下や、かすれ、カブリ、印刷汚れ等が発生し、安定した印刷品質を得ることが困難になる。
【００３８】
本実施例は、カーボンブラックの導電性に起因するトナー粒子の帯電保持能力の低下等を、黒色の帯電制御剤（黒色帯電制御剤という。）を用いて抑制すると同時に、黒色のトナー像の発色性を高めようとするものである。
このような黒色帯電制御剤としては、鉄、コバルト、クロム、亜鉛等の各金属を成分とする含金属アゾ化合物の錯体を用いることができる。
なお、前記各金属を成分とする含金属アゾ化合物の色は、厳密には「黒色」といえないもの、例えば非常に濃い紫色のものも存在するが、本実施例では、一般的な人間が視覚を通じて「黒色」と認識する色を有する帯電制御剤を、黒色帯電制御剤という。
【００３９】
本実施例の小粒径トナーは、結着樹脂としてポリエステル樹脂（ガラス転移温度Ｔｇ＝６２℃、軟化温度Ｔ１／２＝１１５℃）、黒色帯電制御剤として鉄系アゾ化合物であるＴ−７７（保土ヶ谷化学工業社製）、着色剤として平均粒径３０ｎｍのカーボンブラック（Ｃａｂｏｔ社製、ＭＯＧＵＬ−Ｌ）、離型剤としてのカルナウバワックス（加藤洋行社製、カルナウバワックス１号粉末）を用いて形成した。
【００４０】
上記したトナーの各構成要素を、後述する各配合量で配合し、ヘンシェルミキサーを用いて混合した後、二軸押出機により溶融混練し、冷却後、直径２ｍｍのスクリーンを有するカッターミルで粗砕化し、その後、衝突板式粉砕機「ディスバージョンセパレーター」（日本ニューマチック工業株式会社製）を用いて粉砕し、さらに風力分級機を用いて分級を行い、体積平均粒径７．０μｍのトナー母粒子を得た。これにより得られたトナーは負帯電性である。
【００４１】
得られたトナー母粒子の体積平均粒径は、細胞計数分析装置「コールターマルチライザー３」（ベックマンコールター社製）において、アパチャー径１００μｍにて３００００カウント測定することで求めた。
【００４２】
また、トナー母粒子の円形度は、シスメックス株式会社製「フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２１００」を用いて次式により求め、そのトナー母粒子の円形度は０．９であった。
【００４３】
円形度＝Ｌ１／Ｌ２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
ここに、Ｌ１は、トナー母粒子の粒子投影像の面積と同じ面積を有する円の周囲長であり、Ｌ２は、粒子投影像の周囲長である。この円形度が１．００であれば真球であり、円形度が１．００より小さくなるにつれて粒子形状は不定形になる。
【００４４】
本実施例では、トナーの帯電性を安定させ良好な印刷品質を得るためのカーボンブラックと黒色帯電制御剤との配合量を得るために、結着樹脂を１００重量部に対して、カルナウバワックスを４重量部とし、
黒色帯電制御剤を０．１、０．３、０．６、０．９、１．２、１．３、１．５重量部、
カーボンブラックを２．０、３．０、４．０、５．０、６．０、７．０、８．０重量部
として各７水準設定し、それらを組合せて合計４９種類のトナー母粒子を形成した。
【００４５】
そして、これらのトナー母粒子１００重量部に、外添剤としてＭＰ−１０００（綜研化学社製）を０．２重量部、アエロジルＲＸ５０（日本アエロジル社製）を１．８重量部、加えて２５分間混合し、評価試験用のサンプルトナーを得た。
評価試験は、以下に説明する印刷試験を実施し、そのときの印刷濃度、印刷汚れ、ドラムカブリを評価し、これらの測定結果を総合して良好な印刷品質を得ることができるカーボンブラックと黒色帯電制御剤の配合量の範囲を求めることによって行った。
【００４６】
印刷試験は、上記したカーボンブラックと黒色帯電制御剤を変量した４９種のサンプルトナー群を、上記で説明したプリンタ１の現像装置７のトナーカートリッジ２６に収容し、レターサイズ標準紙（Ｘｅｒｏｘ４２００紙、白色度９２、坪量＝２０Ｌｂ紙）を縦方向送り（長手方向を搬送方向にすることをいう）として、１％デューティ（印刷可能面積の１００％をベタ印刷した場合を１００％デューティという）で画像を印刷し、１０００枚印刷した後にＰＱ（Ｐｒｉｎｔ Ｑｕａｌｉｔｙ）測定用パターンを１枚印刷し、そのＰＱ測定用パターンの印刷結果を基に印刷濃度および印刷汚れを評価した。
【００４７】
また、ＰＱ測定用パターンの印刷後に、０％デューティでもう一枚白紙印刷を行い、その印刷の途中でプリンタ１の電源をＯＦＦにして印刷を停止し、そのときに感光体ドラム２０の表面に付着しているトナー量を基にドラムカブリを評価した。
なお、ＰＱ測定用パターンとは、紙面上部３０ｍｍが１００％ベタパターンであり、紙面上部より１００ｍｍから１５０ｍｍの間が５０％のハーフトーン、紙面上部から５０ｍｍで紙面端部より５０ｍｍである４隅の４点と紙面上部より１８０ｍｍ、右端部より９０ｍｍの点が１ｍｍ２の１００％ベタブロックである印刷のことをいう。
【００４８】
印刷濃度の測定は、ＰＱ測定用パターンの５点の１ｍｍ２の１００％ベタブロックの濃度を、それぞれ分光測色計「Ｘ−Ｒｉｔｅ５２８」（キャノンアイテック社製）にて測定し、得られた５つのＯＤ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄｅｎｓｉｔｙ）値の平均値を印刷濃度に対応する値とした。この印刷濃度の測定結果を図３に示す。
【００４９】
ここに、ＯＤ値は、光を物体（本実施例では１００％ベタブロック）に照射したときの反射率に対応する値であり、具体的には、ＯＤ値＝−ｌｏｇ（反射率）であって反射率が小さいほど大きな値になる。従って、本実施例の場合は、黒色が強いほど照射光を多く吸収するため反射率が小さくなり、ＯＤ値は大きくなる。
【００５０】
図３に示すように、印刷濃度は、黒色帯電制御剤の配合量が多いほど高濃度になる傾向があり、カーボンブラックのみでの濃度調整に加えて、黒色帯電制御剤での濃度調整が有効であることがわかる。この結果に対する印刷濃度の良否は、ＯＤ値＝１．３０を閾値として判定し、１．３０以上を良好な印刷濃度とした（図３に太い実線で囲った範囲）。
印刷汚れに対する評価は、ＰＱ測定用パターンの０％デューティ部分、つまり地色の部分に意図せずにトナーが印刷されたことをもって印刷汚れとし、その発生の有無を判定した。印刷汚れの判定結果を図４に示す。
【００５１】
図４に示すように、汚れは、カーボンブラックの配合量が多いほど良化し、黒色帯電制御剤の配合量が多いほど悪化する傾向があり、黒色帯電制御剤の配合量が増えることによって過剰帯電となり、カーボンブラックの配合量を増やすことによって低帯電化することが分かる。なお、判定結果は、汚れが発生しているときを「×」、発生していないときを「○」とした。
なお、正常に帯電したトナーに対して、帯電量が高いトナー、いわゆる過剰帯電トナーにより画像の背景部、すなわち非画像部にトナーが付着することを印刷汚れといい、この印刷汚れを引き起こす過剰帯電トナーを汚れトナーという。
【００５２】
ドラムカブリの測定は、上記した印刷の停止後に、現像装置７をプリンタ１から取外し、感光体ドラム２０上に存在する現像後転写前のトナーを透明な粘着テープ（住友スリーエム社製スコッチメンディングテープ）に付着させ、それを真白な台紙上に貼り付ける（カブリ採取テープという）。また、比較用として感光体ドラム２０上に貼り付けていない未使用の粘着テープを同じ台紙上に貼り付け（比較用テープという）、比較用テープに対するカブリ採取テープの色差ΔＹを、分光測色計（コニカミノルタ製、ＣＭ−２６００ｄ、測定径＝φ８ｍｍ）で測定し、その平均値をドラムカブリに対応する値とした。このドラムカブリの測定結果を図５に示す（図５に示す各値はΔＹの平均値である。）。
【００５３】
なお、色差（Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系色度）ΔＹは、
ΔＹ＝−（ΔＬ＊２＋Δａ＊２十Δｂ＊２）１／２ ・・・・・・・・・・（２）
で算出した。ここに、Ｌ＊は明度、ａ＊、ｂ＊は色空間における色座標を表す（ＪＩＳＺ８７２９１）。
【００５４】
図５に示すように、ドラムカブリは、カーボンブラックの配合量が多いほど悪化し、黒色帯電制御剤の配合量が多いほど良化する傾向があり、カーボンブラックの配合量が増えることにより低帯電トナーが増加し、黒色帯電制御剤の配合量を増やすことによって高帯電化することが分かる。この結果に対するドラムカブリの良否は、ΔＹ＝４．００を閾値として判定し、４．００以下を良好な印刷とし（図５に太い実線で囲った範囲）、それを超える場合をカブリが多く発生していると判定した。
【００５５】
なお、正常に帯電したトナーに対して、低い帯電量のトナーや逆極性に帯電したトナーにより画像の背景部、すなわち非画像部にトナーが付着することをカブリといい、このカブリを引き起こす低帯電量のトナーや逆極性に帯電したトナーをカブリトナーという。
【００５６】
上記した測定結果および判定結果を基に、これらを総合的に評価した総合評価結果を図６に示す。
総合評価の判定は、印刷濃度のＯＤ値≧１．３０、ドラムカブリの色差ΔＹ≦４．００、印刷汚れ発生なしのトナーを非常に良好な印刷である評価して「◎」とし、印刷濃度、ドラムカブリのいずれかが１．２０≦ＯＤ値≦１．３０、４．００≦ΔＹ≦９．００の範囲であるトナーを評価「◎」のトナーよりは劣るが、実使用可能である評価して「○」とした。
【００５７】
この総合評価結果から、カーボンブラックの配合量３．０〜７．０重量部、黒色帯電制御剤の配合量０．３〜１．２重量部であるトナーは実使用可能であり（図６に太い実線で囲った範囲）、より望ましくはカーボンブラックの配合量４．０〜６．０重量部、黒色帯電制御剤の配合量０．６〜１．２重量部であるトナーを用いればより良好な印刷品質が得られることが分かる。
【００５８】
このように、本実施例のトナーは、カーボンブラックの配合量と、黒色帯電制御剤の配合量とを適切な範囲内にすることによって、小粒径トナーの着色剤としてカーボンブラックを用いた場合においても、安定した印刷濃度を確保しながら、印刷汚れやカブリを抑制することができ、良好な印刷品質を得ることができる。
【００５９】
以上説明したように、本実施例では、平均粒径７μｍ以下の黒色のトナーの帯電制御剤を、黒色帯電制御剤とし、結着樹脂を１００重量部としたときに、カーボンブラックの配合量を３．０重量部以上、７．０重量部以下とし、黒色帯電制御剤の配合量を０．３重量部以上、１．２重量部以下としたことによって、小粒径トナーの着色剤としてカーボンブラックを用いた場合においても、安定した印刷濃度を確保しながら、印刷汚れやカブリを抑制することができ、良好な印刷品質を得ることができる。
【００６０】
なお、本実施例においては、カーボンブラックの平均粒径は３０ｎｍであるとして説明したが、カーボンブラックの平均粒径は２０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下の範囲であればよい。カーボンブラックの平均粒径を２０ｎｍ未満とすると、黒色の印刷画像が青味を帯びたものになり、平均粒径が５０ｎｍを超えると、黒色の印刷画像が赤味を帯びたものになってしまうからである。
【実施例２】
【００６１】
以下に、図７を用いて本実施例の現像剤について説明する。なお、上記実施例１と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
上記実施例１でも述べたが、トナー粒子を小粒径化するとファンデルワールス力の減少によりトナー粒子同士の付着力が減少して現像ローラ２２上へのトナーの付着量が減少する結果、印刷濃度の低濃度化が引き起こされる。
本実施例では、実施例１で示した、トナー粒子の粒子径を７μｍとした場合のサンプルトナー群に対して、トナー粒子の更なる小粒径化を行った場合の印刷について評価した。
【００６２】
この評価試験は、結着樹脂１００重量部に対して、カーボンブラックの配合量を４．０重量部、黒色帯電制御剤の配合量を０．９重量部とし、トナー粒子の粒径を、２．０、３．０、４．０、５．０、６．０、７．０μｍの６水準とした６種のサンプルトナーについて、実施例１と同様に、ＰＱ測定用パターンの印刷濃度の測定およびドラムカブリの測定をすることによって行い、図７に示す総合評価結果を得た。なお、他のカルナウバワックスや外添剤の配合量は実施例１と同様である。
【００６３】
図７に示すように、トナー粒子の粒径の粒径が、３．０μｍ〜７．０μｍの範囲で総合評価は「◎」であった。なお、結着樹脂１００重量部に対して、カーボンブラックの配合量が４．０〜６．０重量部、黒色帯電制御剤の配合量が０．６〜１．２重量部の範囲で、上記図７と同様の総合評価結果が得られた。
【００６４】
また、結着樹脂１００重量部に対して、カーボンブラックの配合量を３．０重量部、黒色帯電制御剤の配合量を０．３重量部として、上記と同様の印刷濃度の測定およびドラムカブリの測定を行い、図８に示す総合評価結果を得た。
図８に示すように、トナー粒子の粒径の粒径が、３．０μｍ〜７．０μｍの範囲で総合評価は「○」であった。
【００６５】
なお、結着樹脂１００重量部に対して、カーボンブラックの配合量が３．０重量部、黒色帯電制御剤の配合量が０．３〜１．２重量部の範囲で、上記図８と同様の総合評価結果が得られた。
また、結着樹脂１００重量部に対して、カーボンブラックの配合量が７．０重量部、黒色帯電制御剤の配合量が０．３〜１．２重量部の範囲、結着樹脂１００重量部に対して、カーボンブラックの配合量が４．０〜６．０重量部、黒色帯電制御剤の配合量が３．０重量部の範囲でも、上記図８と同様の総合評価結果が得られた。
【００６６】
以上説明したように、トナー粒子の平均粒径が、３．０μｍ以上、７．０μｍ以下の黒色トナーについて、結着樹脂１００重量部に対して、カーボンブラックの配合量を３．０重量部以上〜７．０重量部以下とし、黒色帯電制御剤の配合量を０．３重量部以上、１．２重量部以下の範囲とすれば、安定した印刷濃度を確保しながら、印刷汚れやカブリを抑制することができ、良好な印刷品質を得ることができる。
【００６７】
また、トナー粒子の平均粒径が、３．０μｍ以上、７．０μｍ以下の黒色トナーについて、結着樹脂１００重量部に対して、カーボンブラックの配合量を４．０重量部以上〜６．０重量部以下とし、黒色帯電制御剤の配合量を０．６重量部以上、１．２重量部以下の範囲とすれば、更に良好な印刷品質を得ることができる。
【００６８】
なお、上記各実施例においては、画像形成装置は、電子写真方式のモノクロプリンタであるとして説明したが、画像形成装置は前記に限らず、画像形成装置は、電子写真方式のカラープリンタや、ファクシミリ、複写装置、ＭＦＰ（Ｍｕｌｔｉ−Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｒｉｎｔｅｒ）であってもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１ プリンタ
２ 用紙カセット
３ ホッピングローラ
４、５、１４、１５ ピンチローラ
６ 搬送ローラ
７ 現像装置
８ レジストローラ
９ 露光ヘッド
１０ 転写ローラ
１１ ヒートローラ
１１ａ ハロゲンランプ
１２ バックアップローラ
１３ 定着器
１７、１８ 排出ローラ
２０ 感光体ドラム
２１ 帯電ローラ
２２ 現像ローラ
２３ クリーニングローラ
２４ 現像ブレード
２５ 供給ローラ
２６ トナーカートリッジ
２７ トナー室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結着樹脂と、カーボンブラックと、帯電制御剤とを少なくとも含む現像剤であって、
前記帯電制御剤を、黒色帯電制御剤とし、
前記結着樹脂を１００重量部としたときに、前記カーボンブラックの配合量を３．０重量部以上、７．０重量部以下とし、前記黒色帯電制御剤の配合量を０．３重量部以上、１．２重量部以下としたことを特徴とする現像剤。
【請求項２】
請求項１に記載の現像剤において、
前記カーボンブラックの平均粒径が、２０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下であることを特徴とする現像剤。
【請求項３】
請求項１に記載の現像剤において、
前記黒色帯電制御剤は、鉄、コバルト、クロム、亜鉛の少なくとも―つを成分とする含金属アゾ化合物であることを特徴とする現像剤。
【請求項４】
請求項１に記載の現像剤において、
前記カーボンブラックの配合量を４．０重量部以上、６．０重量部以下とし、前記黒色帯電制御剤の配合量を０．６重量部以上、１．２重量部以下としたことを特徴とする現像剤。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の現像剤において、
前記現像剤は、平均粒径が３．０μｍ以上、７．０μｍ以下であることを特徴とする現像剤。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の現像剤において、
前記現像剤は、粉砕法で製造され、負帯電性であることを特徴とする現像剤。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の現像剤を収容した現像剤収容器を備えたことを特徴とする現像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の現像剤装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１】
結着樹脂と、カーボンブラックと、帯電制御剤とを少なくとも含む現像剤であって、
前記帯電制御剤を、黒色帯電制御剤とし、
前記結着樹脂を１００重量部としたときに、前記カーボンブラックの配合量を３．０重量部以上、７．０重量部以下とし、前記黒色帯電制御剤の配合量を０．３重量部以上、１．２重量部以下としたことを特徴とする現像剤。
【請求項２】
請求項１に記載の現像剤において、
前記カーボンブラックの平均粒径が、２０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下であることを特徴とする現像剤。
【請求項３】
請求項１に記載の現像剤において、
前記黒色帯電制御剤は、鉄、コバルト、クロム、亜鉛の少なくとも―つを成分とする含金属アゾ化合物であることを特徴とする現像剤。
【請求項４】
請求項１に記載の現像剤において、
前記カーボンブラックの配合量を４．０重量部以上、６．０重量部以下とし、前記黒色帯電制御剤の配合量を０．６重量部以上、１．２重量部以下としたことを特徴とする現像剤。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の現像剤において、
前記現像剤は、平均粒径が３．０μｍ以上、７．０μｍ以下であることを特徴とする現像剤。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の現像剤において、
前記現像剤は、粉砕法で製造され、負帯電性であることを特徴とする現像剤。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の現像剤を収容した現像剤収容器を備えたことを特徴とする現像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の現像剤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３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−８３５０２（Ｐ２０１２−８３５０２Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２９１２７（Ｐ２０１０−２２９１２７）
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【出願人】（５９１０４４１６４）株式会社沖データ (2,444)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月８日（２０１０．１０．８）
【出願人】（５９１０４４１６４）株式会社沖データ (2,444)
【Ｆターム（参考）】
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