画像形成装置
【課題】 クリーナレスプロセスにも十分対応し得るちりのない高画質な画像形成を行い、及び転写効率が良好で，逆転写及びこれによる混色を防止し、クリーナレスプロセスにも十分対応し得るちりのない高画質なカラー画像形成を行う。
【解決手段】 トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合を各々５個数％以下、トナー粒子の像担持体表面に対する付着力分布において、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合を１０重量％以下、かつ３×１０−７（Ｎ）以上のトナー粒子の占める割合はを５重量％以下とする。
【解決手段】 トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合を各々５個数％以下、トナー粒子の像担持体表面に対する付着力分布において、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合を１０重量％以下、かつ３×１０−７（Ｎ）以上のトナー粒子の占める割合はを５重量％以下とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真法、静電印刷法、磁気記録法等における静電潜像、磁気潜像を現像するための画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式で画像を形成する際に、例えば２成分乾式現像法を使用した場合、粒子状のトナーは、現像装置から、キャリア、像担持体、及び任意に中間転写部材等の搬送媒体を介して、記録媒体に搬送され、例えばヒートローラを備えた定着器にて加熱、加圧されて記録媒体に定着される。トナーは、各媒体に対して、トナーの各粒子の持つ電荷量から派生する静電気力、ファンデルワールス力、及び液架橋力すなわち水分または湿気により付着する力などによって付着している。トナーは、主に、外部電界によって１つの搬送媒体から引き剥され、後続の搬送媒体に付着されるという機構によって移動する。トナーが、最終的に例えば紙等の記録媒体上に搬送されて、所望のパターンに定着されることにより、画像が形成される。効率よくトナーを搬送して品質の良い最終画像を得るためには、搬送媒体に対するトナーの付着力を制御することが望ましい。
【０００３】
付着力の制御を利用した画像形成方法として、トナー及び像担持体間の付着力と、トナーの平均粒径と、トナーの帯電量との関係を限定した画像形成方法がある（例えば、特許文献１参照）。ここでは、遠心分離装置を用いて、トナーが、このトナーが付着された搬送媒体から分離したときの遠心力から、付着力を算出する方式が提案されている。
【０００４】
その他、転写性を改善するために、遠心分離方式を用い、ある圧力でトナーを像担持体表面に押し付けた後に測定されたトナー付着力分布の平均値をＦとし、標準偏差をσとした場合に、Ｆ／２σ＞１０であるトナーを規定する技術がある（例えば、特許文献２参照）。ここでは、特定の条件で測定される付着力分布を非常にシャープにすることによって転写特性のばらつきを抑え、効率良くまた高精細に転写することを試みている。
【０００５】
しかしながら、この付着力分布は非常に狭い範囲であり、例えば平均付着力６×１０−８Ｎのとき、標準偏差σは０．３×１０−８以下にしなければならず、非常に製造が困難であった。また、平均付着力を増大させればある程度分布を広い範囲にできるが、あまり付着力を高くすると、それを転写させるために必要な転写電界もまた非常に大きくなり、気中放電の危険性があった。また、この測定方法では、転写圧力を再現するため付着力測定前にトナーを転写媒体に押し付ける工程を用いているが、この方法を用いると、転写ニップに突入する直前に弱い転写電界を受けて像担持体から分離する付着力の弱いトナーの挙動を把握することが出来なかった。更にまた、この技術では、平均付着力から大きくかけ離れた値を持つトナーの粒子が少量存在する場合が含まれておる。付着力の大きな粒子は転写後のトナー残留の要因になり、付着力の小さな粒子は画像周辺のトナー飛び散りの要因となるため、この技術を用いても転写効率及び画像品質に問題があった。
【０００６】
残留トナーを現像と同時に回収する機構を備えたクリーナレスプロセスにおいては、転写後の残留トナーが発生した場合、そのまま後続の帯電工程、潜像形成工程を経た後、新たな画像部の現像と同時に非画像部の残留トナーが現像器に回収される。そのため、残留現像剤量が多いと、潜像を形成するための光源を遮蔽したり、現像器への回収が不十分となり、不所望な再転写が発生するなど、画像欠陥の原因となる。
【０００７】
また、タンデム構成のカラー画像形成装置の場合、像担持体から例えば中間転写媒体に転写されたトナーが、後段の像担持体の転写領域において転写電界を受け／及びこの後段の像担持体に圧着されて、逆転写されてしまうことがある。クリーナレスプロセスで、この逆転写されたトナーが現像器に回収されると、前段の現像ステーションの色のトナーが後段の現像器内に混入することになり、混入量が増せば出力画像の色管理が不可能になる。転写効率と逆転写効率は相反する性能である場合が多い。このため、逆転写による混色で回復不可能な状態に陥ることを防ぐため、転写性能をある程度犠牲にしても逆転写を防ぐ転写条件を採用しなければならなかった。
【０００８】
このようなことから、樹脂母粒子と像担持体との付着力が、樹脂母粒子間の付着力及び樹脂母粒子と転写体との付着力よりも小さくする技術がある（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
また、第１転写体とトナーの付着力が像担持体とトナーとの付着力より大きく、かつ第１転写体と樹脂母粒子の付着力よりも大きいことを規定する技術がある（例えば、特許文献４参照）。
【００１０】
しかしながら、トナーにばらつきがあるように、付着力にもばらつきがあため、トナー、樹脂母粒子、像担持体、第１転写体それぞれの付着力の大小関係を十分に満足させることは困難であった。また、例え平均付着力を基準としてこれらの規定を満足させたとしても、転写残りや逆転写を十分に制御することは難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−３２８４８４号公報
【特許文献２】特開２００４−１０１７５３号公報
【特許文献３】特開２００３−９８７２９号公報
【特許文献４】特開２００３−８４４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、転写効率が良好で，クリーナレスプロセスにも十分対応し得るちりのない高画質な画像形成を行うこと、及び転写効率が良好で，逆転写及びこれによる混色を防止し、クリーナレスプロセスにも十分対応し得るちりのない高画質なカラー画像形成を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、第１に、像担持体に形成された静電潜像にトナー粒子を供給し、該トナー粒子を該像担持体表面に付着させ、及び該像担持体上に現像剤像を形成するための現像部、該現像剤像を中間転写体に転写するための第１の転写部、及び該中間転写体上に転写された現像剤像を転写媒体に転写するための第２の転写部を具備するカラー画像形成装置であって、
前記トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合は、各々５個数％以下であり、
前記トナー粒子の該像担持体表面に対する付着力分布において、
１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合は、１０重量％以下、かつ３×１０−７（Ｎ）以上のトナー粒子の占める割合は、５重量％以下であるカラー画像形成装置を提供する。
【００１４】
本発明は、第２に、像担持体に形成された静電潜像にトナー粒子を供給し、該トナー粒子を該像担持体表面に付着させ、及び該像担持体上に現像剤像を形成するための現像部、該現像剤像を中間転写体に転写するための第１の転写部、及び該中間転写体上に転写された現像剤像を転写媒体に転写するための第２の転写部を具備するカラー画像形成装置であって、
前記トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合は、各々５個数％以下であり、
前記現像部は、前記像担持体表面の残留現像剤を現像と同時に該現像部内に回収する機構をさらに有し、
前記トナー粒子の該像担持体表面に対する付着力分布において、
１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合は、１０重量％以下、かつ３×１０−７（Ｎ）以上のトナー粒子の占める割合は、５重量％以下であるカラー画像形成装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、転写効率が良好で，クリーナレスプロセスにも十分対応し得るちりのない高画質な画像形成、及び転写効率が良好で，逆転写及びこれによる混色を防止し、クリーナレスプロセスにも十分対応し得るちりのない高画質なカラー画像形成を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】アングルローターの外観を表す図
【図２】図１のその回転軸に沿った断面を部分的に表す縦断面図
【図３】セルの構成を表す分解図
【図４】本発明の画像形成装置の一例を表す概略図
【図５】本発明の画像形成装置の一例を表す概略図
【図６】本発明の画像形成装置の一例を表す概略図
【図７】本発明の画像形成装置の一例を表す概略図
【図８】本発明にかかる画像形成における付着力分布の一例を表すグラフ
【図９】大粒径トナー量及び強付着力トナー量と、残留トナー量との関係を表すグラフ
【図１０】小粒径トナー量及び弱付着力トナー量と、感光体上の細線幅に対する転写媒体上の細線幅の比（ちりの度合い）との関係を表すグラフ
【図１１】大粒径トナー量及び強付着力トナー量と、残留トナー量との関係を表すグラフ
【図１２】残留トナー量とネガメモリーの度合いとの関係を表すグラフ
【図１３】小粒径トナーの量及び中間転写体に対し弱い付着力を有するトナー量と、細線濃度のばらつきの度合いとの関係を表すグラフ
【図１４】逆転写トナー量と、小粒径を持つトナー量、及び中間転写体との付着力が弱いトナーとの関係を表すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、以下の８つの観点に大別される。
【００１８】
本発明に係る画像形成装置は、基本的に、像担持体、静電潜像にトナー粒子を供給し、トナー粒子を像担持体表面に付着させ、像担持体上に現像剤像を形成するための現像部、及び現像剤像を転写媒体に転写するための転写部を含む構成を有し、使用される各トナー粒子の個数粒度分布、及び各トナー粒子と像担持体表面との付着力のばらつきを、以下の第１ないし第４の条件に、各々規定したものである。
【００１９】
また、本発明に係る画像形成方法は、基本的に、像担持体上に形成された静電潜像に、現像部内に収容された複数のトナー粒子を供給し、トナー粒子を像担持体表面に付着させ、像担持体上に現像剤像を形成する現像工程、及び現像剤像を転写媒体に転写する転写工程を有し、使用される各トナー粒子の個数粒度分布、及び各トナー粒子と像担持体表面との付着力のばらつきを、以下の第１ないし第４の条件に、各々規定したものである。
【００２０】
第１の条件は、トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合は、各々５％以下であり、
トナー粒子の該像担持体表面に対する付着力分布において、
１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合は、１０重量％以下、かつ３×１０−７（Ｎ）以上のトナー粒子の占める割合は、５重量％以下であることを規定する。
【００２１】
第２の条件は、現像部に、像担持体表面の転写後の残留現像剤を現像と同時に現像部内に回収する機構をさらに有する場合に適用されるもので、
トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合は、各々４％以下であり、トナー粒子の像担持体表面に対する付着力分布において、３×１０−７（Ｎ）以上のトナー粒子の占める割合は、４重量％以下であることを規定する。
【００２２】
第３の条件は、カラー画像形成に適用され、
トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下の粒径を有するトナー粒子の占める割合は、３％以下であり、トナー粒子の転写媒体表面に対する付着力分布において、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合は、５重量％以下であることを規定する。
【００２３】
第４の条件は、現像部に、像担持体表面の転写後の残留現像剤を現像と同時に現像部内に回収する機構を有するカラー画像形成に適用され、トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下の粒径を有するトナー粒子の占める割合は、２％以下であり、トナー粒子の転写媒体表面に対する付着力分布において、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合は、３重量％以下であることを規定する。
【００２４】
本発明者は、個数粒度分布及び付着力分布と、転写特性との間に強い相関があることを実験により見出し、これらの分布を上記第１の条件に規定することにより、良好な転写効率と良好な画質の両立を実現した。
【００２５】
粒径の大きなトナー粒子は、１粒の持つ電荷量が大きいため静電付着力が大きく、またファンデルワールス力も粒径に比例して大きい。付着力は、次式によって表される。
【００２６】
Ｆ＝Ｋｑ２＋Ｆｖ＋Ｆｂ
Ｋ：表面電荷密度に関わる定数
ｑ：トナー粒子１粒が持つ電荷量
Ｆｅ＝Ｋｑ２：静電付着力
Ｆｖ：ファンデルワールス力
Ｆｂ：液架橋力
表面電荷密度が同じとするならば、静電引力はｑ２に比例するため粒径の４乗に、ファンデルワールス力は粒径の１乗に比例する。また荷電粒子が受ける電界の力は電荷量に比例するため粒径の２乗に比例する。従って、トナー粒径が１．５倍のとき像担持体との付着力は約３．９倍、転写媒体へ向かう引力は約２．２倍となり、像担持体との付着力の方が約２倍大きいため転写しにくくなり、転写残りとなる可能性が高い。また、トナー粒子の粒径が０．５倍のとき、像担持体との付着力は１／１６、転写媒体へ向かう引力は１／４になり、転写の力のほうが４倍大きくなるため、最高電界点となる像担持体と転写バイアス印加部材との接触点から、遠い位置で像担持体から離れ、転写媒体に向かって移動を始める。その時、移動距離が長いため正確に潜像に対応する転写媒体上の位置に移動することは難しく、このため、画像周辺に散りが発生して、画像劣化の原因となる。５０％平均粒径の１．５倍より大きな粒径を有するトナー粒子は、転写残りになりやすい。これにより、転写後の残留現像剤量を３重量％以下に抑えるためには５０％平均粒径の１．５倍以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合を５個数％以下に抑えることが必要である。残留現像剤量が３重量％であることは、現像剤を効率よく消費して廃棄される現像剤量を減らし、またリサイクルシステムで回収した残留現像剤を現像器に戻して再利用する際、長期使用によっても現像特性が変化しないために必要な最大量である。また、５０％平均粒径の０．５倍以下の粒径を持つ微粉の量が多いとき、画像周辺に発生するちりもまた相対的に多いことから、５０％平均粒径の０．５倍以下の粒径を有する微粉の量を５個数％以下に抑えることにより、視認しにくいレベルまでちりを低減させることが出来る。
【００２７】
現像剤のトナー粒子は、例えば粉砕もしくは重合法によって製造できる。粉砕法に比べて粒径や成分分布が均一になりやすい重合法であっても、厳密に粒径、形状、表面領域の成分を均一に製造することは難しい。また、トナー粒子表面への添加剤の添加において、添加剤の付着ムラが発生する可能性がある。表面領域の成分及び添加剤の付着ムラは、トナー粒子の表面電荷密度を変化させる原因となって上記式中の定数Ｋが変化し、また形状が不定形、不均一だと、ファンデルワールス力Ｆｖも変わってくる。粒度分布における大粒径と小粒径の粒子を除いたトナー粒子を使用しても、残留現像剤量及びちり量が許容レベルより多い場合があり、その原因が、上記表面電荷密度の変動であると考えられる。そのためトナー粒子の像担持体表面に対する付着力をトナー粒子の粒径のみで制御することは困難であり、付着力の分布を制御することが必要となる。３×１０−７（Ｎ）以上の強い付着力を持つトナー粒子は、転写電界によって像担持体から離れることが出来ず、残留現像剤量の増加の原因となる。逆に、１．３×１０−８（Ｎ）以下弱い付着力を持つトナー粒子は、弱い転写電界によって像担持体から離れてしまうため、画像周辺のちりの原因となりやすい。
【００２８】
転写時の現像剤のちりの度合いを、像担持体上に現像した細線の幅と、転写媒体に転写したあとの細線の幅との比で評価した。トナーが散って画像が劣化する場合には転写後の細線の幅が拡大するため、その転写前の像担持体上の細線幅に対する転写後の細線幅の増加を測定することによって転写時の画質劣化を評価することができる。ここでは、ＣＣＤカメラにて、１．５μｍ／１画素、１２００画素長さ＝１．８ｍｍの細線画像を電子データとして取り込み、細線の幅方向の反射率Ｔのプロファイルから、白紙部をＴ100、最大濃度部をＴ0としたとき、Ｔ60以上の幅を細線幅とする。
【００２９】
なお、付着力分布のみを制御した場合、トナー粒子と像担持体との付着力は、電荷量が変動すること、現像量によって像担持体と直接接しないトナー粒子が存在する場合があること、像担持体表面の汚染や傷による付着力への影響が変動すること等不安定要素が多く、付着力分布の測定結果と転写特性及び画質との関係が一致しない場合がある。なお、電荷量の変動には、環境温湿度や摩擦帯電状況例えばキャリア粒子との接触回数、混合時間、混合比率、及びキャリア粒子表面劣化等が関係している。
【００３０】
これに対し、本発明では、粒度分布と付着力分布を共に制御することにより、付着力の変動の影響を排除し、転写残りとちりによる画質劣化を同時に防止することが出来る。
【００３１】
この画像形成には、像担持体上に、転写後の残留現像剤を回収するための例えばゴム製ブレード等を備えたクリーニング装置を使用することができる。
【００３２】
また、この画像形成には、残留現像剤を現像器またはトナーホッパー等に戻すリサイクル機構を例えばこのクリーニング装置等に使用することができる。
【００３３】
本発明に用いられる第２の条件は、像担持体表面の残留現像剤を現像と同時に現像部内に回収する機構を有する現像部を使用した画像形成に適用される。像担持体表面の残留現像剤を現像と同時に現像部内に回収する機構を用いた画像形成では、転写後の残留現像剤はそのままクリーニングされること無く、次の画像のための帯電、露光工程を経て現像部に搬送され、次の画像のための静電潜像における非画像部に残存する現像剤のみが現像装置内に回収される。トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、１．５Ａ（μｍ）以上のトナー粒子の比率を４％以下に、かつ、現像により像担持体に付着したトナー粒子の付着力分布において、３×１０−７（Ｎ）以上の強い付着力を有するトナー粒子の占める割合が４重量％以下とすることによって、残留現像剤が次の画像に影響を及ぼし画像メモリーとして発現することを防止することができる。すなわち、画像を形成させるトナー粒子の量は、多いと、転写しにくくなったり、定着時の熱量不足により定着不良を起こしたり、定着ローラとの接触部における現像剤像の表面領域と内部領域との温度勾配によりオフセットを発生するなどの問題が生じるため、適量以下とすべきである。一般にベタ部のトナー量は０．６ｍｇ／ｃｍ２ 〜０．３ｍｇ／ｃｍ２で設計されている。最も多い０．６ｍｇ／ｃｍ２のトナー量を紙上に転写させる場合、像担持体上の残留現像剤量が２重量％であることは、約１０μｇ／ｃｍ２の量に相当する。トナー粒子を比重１．１の均一球形粒子と想定して計算すると、５μｍ径のトナー粒子ならば、像担持体表面積の約３％、７μｍ径のトナー粒子ならば、像担持体表面積の約２％の面積を覆う計算になる。この２〜３％の残留率であれば帯電、露光の障害になることは無い。しかし、残留現像剤量が２重量％を超え、及び表面残留率が３％を超えると、露光光をわずかに遮って残留粒子の無い感光体表面に比べてごくわずかに残留電位が高くなり、その電位の差が現像後の濃度差となって視認可能となる。
【００３４】
また、トナー粒子の像担持体表面に対する付着力が強いトナー粒子が残留現像剤として像担持体上に残り、それを現像部に回収して再利用するとき、像担持体との付着力が強すぎると現像部に回収しきれず、次の画像の転写時に転写されてしまうポジメモリーの発生、もしくは転写もされず回収もされない付着力の強い現像剤が像担持体上にずっと残留し、静電潜像の形成に支障をきたしたり、フィルミングの原因となる恐れがある。
【００３５】
更にまた、現像部で回収できても、付着力が強い傾向にあるトナーが現像部内に蓄積されて、長期使用につれて現像特性が変動してくる可能性もある。従って、残留現像剤量は２重量％以下にすることが望ましく、また付着力の強いトナー粒子が存在することは望ましくない。上記第２の条件によれば、５０％平均粒径の１．５倍以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合が４％以下、かつ現像されたトナー粒子と像担持体との付着力が３×１０−７（Ｎ）以上のトナー粒子の占める割合が４重量％以下という二つの条件を共に満たす現像剤を用いることにより、残留現像剤量を２重量％以下に抑えることができる。このとき、長期使用によっても像担持体表面に現像剤が付着して残存したり、現像特性が変動することは無い。
【００３６】
また、第２の条件において、トナー粒子の像担持体表面に対する付着力分布における、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合をさらに１０重量％以下することができる。これにより、ちりの量を視認レベル以下に抑え、画質を高品質に保つという利点がさらに得られる。
【００３７】
本発明に用いられる第３の条件は、複数の現像部を用いたカラー画像形成に適用される。
【００３８】
異なる色の現像剤による画像をそれぞれの像担持体上で形成する画像形成ユニットを二つ以上有するタンデム構造のカラー画像形成方式においては、第１の画像形成ユニットにより像担持体上に形成された第１の色のトナー画像は、第１の転写領域で転写媒体に転写される。その後、転写媒体は第２の画像形成ユニットの第２の転写領域に搬送され、第２の画像形成ユニットにより像担持体上に形成された第２の色の現像剤像が、被転写体上第１の色の未定着現像剤像の上から重ねて転写される。画像形成ユニットの数だけ繰り返されて転写媒体上に色数分の現像剤像が積層され、直接転写方式の場合はそのまま、中間転写方式の場合は中間転写媒体から紙等の転写媒体への２次転写を経て、定着されて画像が得られる。第２の転写領域において、転写電界によって第２の色の現像剤が転写媒体へ転写されると同時に、被転写体上に既に存在する前段の色の現像剤が第２の像担持体へ、第３の転写領域で第１及び第２の色の現像剤が、第４の転写領域で第１、第２、及び第３の色の現像剤が逆転写される現象が発生する。逆転写の発生によって、転写媒体上の現像剤像の画像濃度が薄くなったり、細線上のトナー粒子が欠損して鮮鋭度が悪くなったりといった画像欠陥が生じる。一般に、転写効率と逆転写効率の間には相反する特性だが、上記第３の条件に従って、トナー粒子の微粉量、及び転写媒体との付着力分布を制御することによって、カラー画像形成における転写効率と逆転写効率を共に最適化することが可能である。５０％平均粒径の０．５倍以下の粒径を持つトナー粒子は、１粒の持つ電荷量が小さく、そのファンデルワールス力も粒径に比例して小さいため、付着力も小さくなる。そのため、像担持体から転写媒体への転写効率は良いが、一旦転写したあと再び転写媒体から像担持体へ逆転写することも容易である。従って、微粒子の混入量を低く抑えることによって逆転写を抑えることが可能になる。
【００３９】
また、トナー粒子の粒径が比較的大きくても、粒子の表面成分の不均一、その形状、添加剤の付着度合い、及び帯電機会が少ない等の原因によって、電荷量及び付着力が小さいトナー粒子が存在する可能性があるため、転写媒体との付着力の小さい粒子をも取り除く必要がある。一方、付着力分布のみを制御した場合、転写されたトナー粒子と転写媒体との付着力は、環境温湿度や摩擦帯電状況例えばキャリア粒子との接触回数、混合時間、混合比率、及びキャリア粒子表面劣化等により電荷量が変動すること、転写量によって転写媒体と直接接しないトナー粒子が存在する場合があること、転写媒体が直接転写紙だった場合の抵抗変動や表面粗さにばらつきがあること、及び
中間転写体だった場合の転写体表面の汚染や傷により付着力の変動があること等不安定要素が多く、付着力分布の測定結果と逆転写特性との関係が常に一致するとは限らない。しかし、粒度分布と付着力分布を共に制御することによって、付着力の変動の影響を排除し、逆転写による画質劣化を防止することが出来る。逆転写による不具合は細線の劣化に顕著に表れ、像担持体から転写媒体に高画質で転写されたあと、逆転写によって細線の一部が逆転写で欠損することすなわち細線欠損によって、細線にばらつきが生じる。この細線濃度の長手方向のばらつきを指標としたとき、逆転写量が少なくなるほどばらつき量は小さくなり、ばらつきが ０．０７以下であれば画質の許容範囲である。細線濃度のばらつきは、トナー粒子の個数粒度分布における微粉の量、及びトナー粒子と転写媒体との付着力分布において１．３×１０−８（Ｎ）以下の付着力を有するトナー粒子の割合に相関がある。上記第３の条件によれば、使用するトナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径の１／２以下の粒径を有するトナー粒子の占める割合を３％以下とし、使用するトナー粒子と転写媒体との付着力において、１．３×１０−８（Ｎ）以下の弱い付着力を有するトナー粒子の占める割合を５重量％以下とすることにより、逆転写による細線劣化を防止することが出来る。
【００４０】
本発明に用いられる第４の条件は、像担持体表面の残留現像剤を現像と同時に現像部内に回収する機構を有する複数の現像部を用いたカラー画像形成に適用される。
【００４１】
このカラー画像形成では、上述のような逆転写の発生による画像欠陥が生じるだけでなく、像担持体上の転写部の後段にクリーニング機構を設けず、現像部によって現像同時回収を行うクリーナレスプロセスにおいては、逆転写してきた前段の現像剤を残留現像剤と同時に回収してしまういわゆる混色が生じるため、混色する現像剤量が多いと、現像剤の色合いが変わってしまい、出力画像の色の調整が不可能になる。そのため、カラー画像形成では、逆転写量は極力少なくすることを考慮することが望まれる。混色による色変化は、前段の色のトナーが逆転写され、それを現像器で回収することにより異なる色のトナーが混入するが、現像器内で均一に分散されて本来の色の現像剤と共に消費されていくため、現像器内への異色の現像剤の蓄積度合いは、前段の画像形成における印字率の割合により異なる。通常、印字画像のシミュレーションにより、可能性のある印字パターン中、最も混色率が高いと思われる最悪のケースを想定した場合、異色混入による変色を許容範囲内に収めるためには逆転写量を２重量％以下に抑えなければならない。逆転写量は現像剤の微粒子量及び転写媒体との付着力が１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の量に相関がある。上記第４の条件によれば、個数粒度分布における５０％平均粒径の１／２以下の粒径を有するトナー粒子の割合を２％以下、かつトナー粒子と転写媒体との付着力分布において１．３×１０−８（Ｎ）以下の付着力を有するトナー粒子の量を３重量％以下とすることによって、逆転写量を２％以下に制御できる。
【００４２】
なお、上記第１の付着力分布及び第２の付着力分布の規定に、各々第３の付着力分布の規定を加えることにより、双方の利点が得られる。同様に、第４の付着力分布の規定に、上記第１の付着力分布または第２の付着力分布の規定を加えることにより、双方の利点が得られる。
【００４３】
本発明で使用される付着力の測定は、例えば分離用超遠心器 日立工機製 ＣＰ１００ＭＸに、アングルローター 日立工機製 Ｐ１００ＡＴ２を取り付けて行うことができる。
【００４４】
図１に、アングルローターの外観を表す図、図２に、その回転軸に沿った断面を部分的に表す縦断面図、及び図３に、アングルローター内に試料を設置するためのセルの構成を表す分解図を各々示す。
【００４５】
図１及び図２に示すように、このアングルローター１０は、基台２上に設置された円錐状の回転体４内に、回転軸１に対しその中心軸が２６°の角度で傾斜した竪穴状のセル保持部９が設けられている。このセル保持部９内には、セル３を収容して固定し得る。セル３内には試料を収容して分離するための試料入れ５を設置し得る。
【００４６】
試料入れ５は、円筒形のスペーサ７と、その一端に設けられた円盤状の試料設置板６と、その他端に設けられ、分離された試料を受ける試料受け板８とから構成され、セル３内において、試料受け板８が回転中心から遠い位置に、試料設置板６が回転中心から近い位置になるように設置される。
【００４７】
まず、感光体と同等の表面保護層を表面に積層した感光体シートを作成する。付着力を測定するためには表面保護層が同等である必要があるが、表面保護層の化学的組成の違いによる付着力の差は非常に小さいと考えられるため、必ずしも同組成である必要はない。感光体へのトナー付着を再現するためにCGL層、CTL層が感光体と同様に積層されたものを用いることができる。このシートをアルミ素管に巻きつけて感光層をGNDに接地し、感光体ドラム位置にセットして、トナーをシート表面に現像し、付着させる。
【００４８】
トナーを付着させた感光体シートを試料受け板８の大きさにカットし、スペーサー７と接する側にトナー付着面を向けて試料設置板６に両面テープで貼り付ける。
【００４９】
試料設置板６、試料受け板８、スペーサ７の外周直径は例えば７ｍｍ、円筒形であるスペーサの厚みは例えば1mm、高さは例えば3mmである。アングルロータに設置した場合のセル３の回転の最小径Ｒminは例えば３．５６ｃｍ、最大径Ｒmaxは例えば７．１８ｃｍ、平均径Ｒavは例えば５．３７ｃｍである。
【００５０】
試料設置板６の試料を貼り付けた側の裏側が回転中心を向くように、試料入れ５をセル３内に設置し、セル３をアングルロータ１０のセル保持部９内にセットし、アングルロータ１０を図示しない超遠心機に装着する。
超遠心機を10000rpmで回転させたあと試料設置板６、試料受け板８を取り出し、それぞれに付着しているトナーをメンディングテープで剥離し、白紙に貼り付ける。このトナーが付着したテープの反射濃度をMacbeth濃度計にて測定する。
この濃度から分離したトナー量、及び分離しなかったトナー量を算出する。
また、超遠心機の回転数を100000rpmまで、任意の間隔例えば10000rpmずつあげて同様の操作を繰り返す。
【００５１】
セル中に設置された試料がロータの回転によって受ける遠心加速度ＲＣＦは、
ＲＣＦ＝１．１１８×１０−５×ｒ×Ｎ２×ｇ …（１）
ｒ：サンプルセット位置の回転中心からの距離
Ｎ：回転速度（ｒｐｍ）
ｇ：重力加速度
トナーが受ける遠心力は、トナー１粒の重さがｍのとき、
Ｆ＝ＲＣＦ×ｍ …（２）
ｍ＝（４／３）π×ｒ３×ρ …（３）
ｒ：真球相当半径
ρ：トナーの比重
で表される。
【００５２】
各回転数のときトナーにかかる遠心力Ｆ＝ＲＣＦ×ｍ …（２） に、 本発明では、夫々の回転数での分離トナー比率を掛け、すべて足したものをその現像剤におけるトナーと感光体との平均付着力とする。
なお、付着力にはトナーの帯電量が大きく影響するため、精度良く測定するためには実際のプロセスに即した付着のさせ方で測定サンプルを作成することが望ましい。
【００５３】
本発明に使用される現像剤は、着色剤及びバインダー樹脂を含有するトナー粒子、及び必要に応じてトナー粒子表面に添加される添加剤を含有するトナーを含む。二成分現像剤の場合は、このトナーとキャリアが混合される。
【００５４】
バインダー樹脂としては、ポリエステル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂等を使用することができる。
【００５５】
着色剤としては、カーボンブラック、縮合多環系顔料、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、無機顔料等公知の顔料、染料等を使用することができる。
【００５６】
定着補助剤として、ワックス、帯電制御剤（ＣＣＡ）などを例えばトナー粒子中に添加することができる。また、流動性を改善するために、トナー粒子表面に、添加剤として、例えばシリカ等の無機微粒子を添加することができる。
【００５７】
トナー粒子は、粉砕法、及び重合法等の既知の製造方法にて製造することができる。
【００５８】
本発明に使用する現像剤は、付着力分布を合わせる為、微粉及び粗大粉をカットして粒度分布をシャープに揃えることが望ましい。
【００５９】
現像剤の体積平均粒径は４〜７μｍであることが好ましい。
【００６０】
２μｍ以下、及び１０μｍ以上のトナー粒子は分級して除去することが望ましい。また、粒子の表面成分を均一にするため、粉砕法で製造する場合、混錬装置の温度ムラ及びストレスムラ等が発生しないよう製造条件を制御することが望ましい。また、現像剤中の成分の偏在を防ぐため、成分投入の分量及びタイミングを制御し得る。更に、上記添加剤の付着ムラを無くすため、粒子表面に１〜２層の添加剤粒子層ができる様に、添加剤粒径とトナー粒径から投入量を計算し、均一に付着させることが望ましい。
【００６１】
また、更に、トナー帯電量分布を均一化するため、２成分現像剤においては、キャリア粒子と適量で混合することが望ましく、１成分現像剤においては、現像部内で帯電付与部材と現像剤との接触圧や形状を適度に設定することが望ましい。
【００６２】
２成分現像の場合、使用されるキャリアは、例えばフェライト、マグネタイト、酸化鉄、及び磁性粉を混入した樹脂粒子等の磁性キャリアであり、表面の全部または一部に樹脂コートを施すことができる。
【００６３】
図４ないし図７に、本発明の画像形成装置の一例を表す概略図を示す。
【００６４】
図４に示すように、この画像形成装置２０は、感光体１１と、感光体１１に対向して、順に設けられた、帯電装置１２、露光部１３，現像装置１４，転写部１５，及びクリーニング装置１６を含む画像形成ユニットを有する。また、転写部１５は、搬送部材１７を介して感光体１１と対向して配置されており、搬送部材１７の下流には定着部１８が設けられている。さらに、クリーニング装置１６から現像装置１４へ搬送路２４が設けられ、残留トナーを回収するためのリサイクル機構を成している。
【００６５】
この画像形成装置２０において、矢印ａの方向に回転可能な感光体１１には、帯電装置１２例えばチャージャワイヤ、櫛歯型チャージャ、スコロトロン等のコロナ帯電器、接触帯電ローラ、非接触帯電ロータ、及び固体チャージャ等により、一様に例えば−５００〜８００Ｖの表面電位が付与されている。露光部１３により感光体１１上に静電潜像が形成される。露光部では、レーザー、ＬＥＤ等の光源を使用できる。なお、感光体１１としては、例えばマイナス帯電のみならずプラス帯電の有機感光体層、アモルファスシリコン層等を使用することができる。感光体表面に形成される感光層は、電荷発生層、電荷輸送層、及び保護層等が積層されても、一つの感光体層が複数の働きを兼ね備えていても良い。現像装置１４は、例えばマグネットローラを内包した現像ローラ２５を有し、例えば２成分現像剤を搬送する磁気ブラシ現像によって、静電潜像に例えば負帯電したトナーを供給し、顕像化し得る。現像ローラ２５にはトナーを静電潜像に付着させるような電界を形成するために現像バイアスが印加される。トナーが感光体表面に均一・安定に付着するよう、現像バイアスには例えばＤＣにＡＣを重量することができる。このとき使用される現像剤は、着色剤、及びバインダー樹脂を含有するトナーを含む。また、その現像剤は、トナーの個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合が、各々５％以下であり、かつトナーの感光体１１表面に対する付着力分布において、
１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナーの占める割合は、１０重量％以下、かつ３×１０−７（Ｎ）以上のトナーの占める割合は、５重量％以下である。
【００６６】
現像装置１４内では、トナーホッパー内にキャリアとトナーからなる２成分現像剤が例えば１００ｇ〜７００ｇ収められ、攪拌オーガ２６によって現像ローラ２５に搬送され、トナーの一部を現像によって失ったあと、現像ローラ２５の剥離極位置で現像ローラ２５から離れ、攪拌オーガ２６により現像剤格納領域に戻される。現像剤格納領域には図示しないトナー濃度センサが取り付けられ、濃度センサがトナー量の減少を検知すると、信号がトナーホッパーに送られて未使用のトナーが補給される。印字データの積算又は／及び感光体上現像トナー量の検知からトナー消費量を推定し、それをもとに未使用トナーの補給を行っても良い。また、センサー出力と消費量の推定の両方の手段を用いることもできる。
【００６７】
現像装置１４の下流では、感光体１１に転写ローラ１５が押し当てられ、転写ローラ１５と感光体１１との間に、給紙部１９から搬送された記録媒体例えば紙Ｐを介在させ、さらに、図示しない高圧電源により転写ローラ１５に印加された例えば＋３００ないし５ｋＶのバイアス電圧によって感光体１１上のトナー像が紙に転写される。転写ニップを通過した紙Ｐは、定着器１８へと搬送され得る。
【００６８】
定着器１８は、加圧ローラ２２及び加熱ローラ２１からなる一対のローラを有し、紙Ｐは、加熱ローラ２１と加圧ローラ２２との間を、トナー像が加熱ローラ２１と接触する状態で、通されることにより、紙Ｐ上に定着される。
【００６９】
トナー像を転写した後、転写ニップの下流で、感光体１１上の残留トナーは、クリーニング装置１６により除去され、除電手段２３により除電が行なわれる。クリーニング装置１６で除去された残留トナーは、図示しないオーガ等によって搬送路２４内に送られて現像装置１４内に回収される。
【００７０】
なお、１成分現像方式を適用する場合、現像剤格納領域内にはトナーのみが格納され、搬送オーガ、中間搬送スポンジローラ等公知の構造によって現像ローラ表面に供給され、現像ローラ表面に圧着されたシリコンゴム、フッ素ゴム、金属ブレード等のトナー帯電部材によって摩擦帯電され、静電潜像を顕像化する。現像ローラは、導電性ゴム層を表面に持った弾性ローラもしくは表面にサンドブラスト等によって粗さを設けたＳＵＳ等の金属ローラなどで作られ、感光体と接触または規定のギャップを持って非接触で対峙し、感光体表面と速度差を持って回転している。トナーの静電潜像への付着を助けるため、現像ローラには現像バイアスが印加される。トナーが感光体表面に均一・安定に付着するよう、現像バイアスにはＤＣにＡＣを重畳することができる。
【００７１】
また、上記現像剤は、トナーの個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナーの占める割合は、各々５個数％以下であり、トナーの感光体表面に対する付着力分布において、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナーの占める割合は、１０重量％以下、かつ３×１０−７（Ｎ）以上のトナーの占める割合は、５重量％以下である。
【００７２】
図５は、本発明の画像形成装置の他の一例を表す概略図であって、クリーニング装置１６及び搬送路２４を持たず、現像装置１４の代わりに、現像同時クリーニング機構を有する現像装置２８が設けられ、さらに、転写部１５と帯電装置１２との間にメモリー攪乱部材２７が設けられた画像ユニットを用いること以外は、図４と同様の構成を有する。また、使用される現像剤は、
トナーの個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナーの占める割合は、各々４個数％以下であり、トナーの感光体１１表面に対する付着力分布において、３×１０−７（Ｎ）以上のトナーの占める割合は、４重量％以下である。
【００７３】
なお、残留トナーを一旦回収し、現像器に回収させるために再び像担持体上に放出する、図示しない一時回収部材をさらに配置しても良い。メモリー撹乱部材及び一時回収部材には、その機能を効率的に果たすために、プラス又は／及びマイナスの電圧を印加することができる。
【００７４】
また、上記現像剤の代わりに、トナーの個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナーの占める割合は、各々４個数％以下であり、トナーの感光体１１表面に対する付着力分布において、３×１０−７（Ｎ）以上のトナーの占める割合は、４重量％以下、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナーの占める割合は、１０重量％以下である現像剤を用いることができる。
【００７５】
図６は、本発明のカラー画像形成装置の一例を表す概略図を示す。
【００７６】
このカラー画像形成装置５０は、図４の画像ユニットと同様の構成を有し、各々、イエロー色現像剤、マゼンタ色現像剤、シアン色現像剤、及び黒色現像剤が収容される画像形成ユニット４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，及び４０Ｋを、その各転写部１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋが中間転写部材２９を介して対向するように４段並べて配置し、二次転写部４５、及び定着部１８が、転写部１５Ｋの下流に設けられた構成を有する。使用される各色の現像剤は、トナーの個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下の粒径を有するトナーの占める割合は、３個数％以下であり、トナーの中間転写部材２９表面に対する付着力分布において、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナーの占める割合は、５重量％以下である。
【００７７】
また、画像形成ユニット４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，及び４０Ｋとして、図４の画像ユニットの代わりに図５の画像ユニットを用いることができる。
【００７８】
この場合、使用する各色の現像剤は、トナーの個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下の粒径を有するトナー粒子の占める割合は、２個数％以下であり、トナーの中間転写部材２９表面表面に対する付着力分布において、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナーの占める割合は、３重量％以下である。
【００７９】
また、図７は、本発明のカラー画像形成装置の他の一例を表す概略図を示す。
【００８０】
このカラー画像形成装置６０は、図４の画像ユニットと同様の構成を有し、各々、イエロー色現像剤、マゼンタ色現像剤、シアン色現像剤、及び黒色現像剤が収容される画像形成ユニット４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，及び４０Ｋを、その各転写部１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋが搬送部材１７を介して対向するように４段並べて配置し、定着部１８が、転写部１５Ｋの下流に設けられた構成を有する。この装置は、中間転写部材２９の代わりに搬送部材１７が使用され、中間転写部材２９及び二次転写部４５を用いないこと以外は、図６と同様の構成を有し、各転写部１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋにおいて、例えば紙等の転写媒体に直接転写が行われる。
【００８１】
また、上記画像形成ユニット４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，及び４０Ｋには、図４の画像ユニットの代わりに図５のユニットを使用することができる。
【００８２】
以下、実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。
【００８３】
実験例
以下のように４種のトナー及び２種のキャリアを作成した。
【００８４】
トナーＡの作成
ポリエステル樹脂９２重量部、カーミン６Ｂ ６重量部、ライスワックス２重量部を混練して、疎粉砕、及び微粉砕後、エルボジェット分級により８μｍ以上及び３μｍ以下をカットして、サフュージング処理を行うことにより、機械的球形化処理を施し、球形度０．９５を有するトナー粒子を得た。
【００８５】
得られたトナー粒子 ９６重量部に対し、添加剤として、１次粒径７０ｎｍのシリカを３重量部、酸化チタン １重量部を、ヘンシェルミキサーを用いて添加し、５０％平均粒径４．６μｍ、２．３μｍ以下の粒径を有するトナーの割合が２％、６．９μｍ以上の粒径を有するトナーの割合４．２％という粒度分布を有するトナーＡを得た。
【００８６】
定量分析と観察を行ったところ、トナー粒子表面を添加剤層が１層、ほぼ均一に被っているものと考えられる。
【００８７】
キャリアαの作成
４０μｍの体積平均粒径を有する球形フェライトコアに、シリコン樹脂コートを施し、１×１０９Ω／ｃｍ２の表面抵抗を有するキャリアαを得た。
【００８８】
トナーＢ
ライスワックスの添加量を２重量部に変更すること以外はトナーＡと同様にして、５０％平均粒径４．５μｍ、６．７５μｍ以上の粒径を有するトナーの割合が５％、２．２５μｍ以下の粒径を有するトナーの割合２．８％という粒度分布を有するトナーＢを作成した。
【００８９】
トナーＣの作成
トナーＡに、トナーＡよりも強い負荷をかけてサフュージング処理を行うことにより、機械的球形化処理を施し、球形度０．９７を有するトナー粒子を得た。その後、得られたトナー粒子９６．５重量部に対し、１次粒径７０ｎｍのシリカ２．５重量部及び酸化チタン１重量部をヘンシェルミキサーにて添加して、トナーＣを得た。
【００９０】
キャリアβの作成
４０μｍの平均粒径を有する球形フェライトコアに、シリコン樹脂コートを施し、キャリアαより高い１１．５×１０１０Ω／cm２の表面抵抗を有するキャリアβを得た。
【００９１】
キャリアγの作成
球形マグネタイトからなる５×１０６Ω／cm２の表面抵抗を有するコア材にカーボンブラックからなる導電粒子を分散させたフッ素樹脂を平均約５μｍの厚さでコートした３５μｍの体積平均粒径を有する半導電のキャリアγを得た。
【００９２】
トナーＤの作成
スチレンモノマー６０重量部、アクリルモノマー３０重量部、ライスワックス２重量部、カーミン６Ｂ ７重量部、ＣＣＡ １重量部の割合で乳化重合法により０．１μｍ径の重合粒子を製造し、凝集、洗浄、及び乾燥させて、平均粒径４．９μｍのトナー粒子を得た。得られたトナー粒子の球形度は０．９６であった。このトナー粒子９２重量部に対し、添加剤として、１次粒径２０ｎｍのシリカを６重量部、及び酸化チタン２重量部を添加し、トナーＤを得た。
【００９３】
トナーＥの作成
１次粒径３５ｎｍのシリカの添加量を８重量部に変更すること以外はトナーＤと同様にしてトナーＥを得た。
【００９４】
実験例１
トナーＢ ５重量部と、フェライトキャリアα ９５重量部とを混合して現像剤を作成した。
【００９５】
得られた現像剤を、感光体表面に感光体と同様の感光層を形成したフィルムを巻いたこと以外は、図４と同様の構成を有する画像形成装置に適用し、帯電、露光、及び現像を行った。
【００９６】
トナーＢが現像されたフィルムをそのまま取り出し、付着力分布を測定した。
【００９７】
その結果を図８に示す。
【００９８】
図８は、本発明に用いられる第１の条件を用いた画像形成における付着力分布の一例を表すグラフを示す。
【００９９】
このグラフは、現像剤の付着力と、その付着力を有する現像剤の加算重量比との関係を表す。
【０１００】
図示するように、１．３×１０−８（Ｎ）以下、及び３．０×１０−７（Ｎ）以上の粒子の割合は、共に３重量％であった。
【０１０１】
また、搬送部材の代わりに中間転写体を用い、記録媒体を供給しないこと以外は図４と同様に構成を有する画像形成装置を用意した。上記現像剤をこの画像形成装置に適用して、中間転写体に転写させ、転写特性として、残留トナー量を測定した。残留トナー量は、テープで剥離してマクベス濃度計により反射濃度を測定し、予め作成したトナー量と反射濃度の校正式に当てはめることにより測定した。
【０１０２】
この装置と現像剤でライフ試験を行なったところ、１００Ｋ枚まで行なってもトナー帯電量の変動などの不具合は許容範囲内で、リサイクルを行なうことによる不具合も発生しなかった。
【０１０３】
同様に、下記表１のように、上記トナーＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅと、上記キャリアα，β，γを各々組合せて、その個数粒度分布、付着力分布、残留トナー量、及び逆転写量を測定し、ちりの度合い、及び細線欠損を評価した。
【表１】
【０１０４】
なお、細線欠損は、細線の長手方向の画像濃度を測定し、細線濃度のばらつきとして評価した。細線濃度のばらつきは、下記のように求めた。
【０１０５】
細線濃度のばらつき＝細線濃度の標準偏差／細線濃度の平均値
得られた結果を下記表２及び表３に示す。
【表２】
【０１０６】
【表３】
【０１０７】
表２に示すように、サンプル３，４，８，及び９は、本発明に用いられる第１の条件を満たすもので、トナーの個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナーの占める割合は、各々５個数％以下であり、トナーの感光体表面に対する付着力分布において、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合は、１０重量％以下、かつ３×１０−７（Ｎ）以上のトナー粒子の占める割合は、５重量％以下である。 第１の条件を満たす上記サンプル３，４，８，及び９は、残留トナー量、逆転写トナー量、ちりの度合い、及び細線欠損共に良好であった。
【０１０８】
サンプル１は、トナーの感光体表面に対する付着力分布において、３×１０−７（Ｎ）以上のトナーの占める割合は５重量％を超えており、サンプル２，５は、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合は、１０重量％を超えており、各々第１の条件に対して比較例となっている。
【０１０９】
表３に示すように、サンプル１，２は、残留トナー量及び逆転写トナー量が多く、ちりの度合いが１．５以上と劣っていた。さらに、細線欠損が大きかった。
【０１１０】
サンプル５は、逆転写量が多く、ちりの度合いが１．５以上と劣っていた。さらに、細線欠損が大きかった。
【０１１１】
図９に、上記表１に示すトナーとキャリアの組合せで作成した現像剤を用いたときの、５０％平均粒径×１．５以上の大粒径を持つトナー量および３．０×１０−７（Ｎ）以上の強い付着力を持つトナー量と、残留トナー量との関係を表すグラフを示す。
【０１１２】
同じ残留トナー量のプロットは、同一サンプルのデータである。図中、ひし形は大粒径トナー量、正方形は強付着力トナー量を各々示す。図示するように、大粒径トナー量及び強付着力トナー量が共に５重量％以下であるとき、残留トナー量３重量％以下が実現できることがわかった。
【０１１３】
また、図１０には、５０％平均粒径×０．５以下の小粒径を持つトナーの量および１．３×１０−８（Ｎ）以下の弱い付着力を持つトナーの量と、感光体上の細線幅に対する転写媒体上の細線幅の比（ちりの度合い）との関係を表すグラフを示す。
【０１１４】
図中、ひし形は小粒径トナー量、正方形は弱付着力トナー量を各々示す。同じちりの度合いのプロットは、同一サンプルのデータである。
【０１１５】
この細線幅の比は、転写時の画像劣化を表すもので、ここでは、ちりの度合いは１．５以下が許容範囲であると見なした。
【０１１６】
小粒径トナー量５重量％以下かつ弱付着力トナー量１０重量％以下のとき、ちりの度合い１．５以下を実現できることがわかった。
【０１１７】
また、これらの現像剤でライフ試験を行なったが、残留トナー量５％以下のサンプルは１００Ｋ枚まで行なっても、トナー帯電量の変動等の不具合は許容範囲内であった。一方、残留トナー量が５重量％より多いサンプルは、トナー帯電量が徐々に上昇し、画像濃度の低下が見られた。
【０１１８】
実験例２
図５と同様の構成を有する画像形成装置に、上記表１に示すトナーを適用して、残留トナー量を計測した。
【０１１９】
図１１に、５０％平均粒径×１．５以上の大きな粒径を有するトナー量及び３．０×１０−７（Ｎ）以上の強い付着力を有するトナー量と、残留トナー量との関係を表すグラフを示す。
【０１２０】
同じ残留トナー量のプロットは、同一サンプルのデータである。図中、ひし形は大粒径トナー量、正方形は強付着力トナー量を各々示す。
【０１２１】
図から、５０％平均粒径×１．５以上の粒径を有するトナー量及び３．０×１０−７（Ｎ）以上の付着力を有するトナー量が共に４重量％以下であるとき、残留トナー量を２重量％以下を実現できることがわかった。
【０１２２】
また、残留トナー量 ２重量％以下の現像剤を用いたとき、露光障害によるネガメモリーや、回収不良によるポジメモリーなどの不具合は発生せず、ライフ試験を行なったが１００Ｋ枚でもメモリー画像の発生は見られなかった。
【０１２３】
比較として、残留トナー量３．０重量％である現像剤を用いて同様の装置を用いて画出しを行なった。
【０１２４】
その結果、残留トナーが、次の画像の露光を阻害して画像部の電位が落ちきらず、ネガメモリーとなって表出した。また、この装置でライフ試験を行なったところ、感光体の表面劣化と共に残留トナーの回収効率が落ち、８０Ｋ枚で回収しきれずに次の画像に転写されてしまうポジメモリーとなって表出した。残留トナー量が２重量％を超える他の現像剤でも同様に、初期においてネガメモリーがわずかながら発生し、また９０Ｋ枚でポジメモリーが発生した。
【０１２５】
図１２に残留トナー量とネガメモリーの度合いとの関係を表すグラフを示す。
【０１２６】
ネガメモリーは、残留トナーによる露光障害がない部分と、残留トナーによる露光障害がある部分とについて、現像、転写、及び定着した画像の画像濃度をマクベス社製画像濃度計ＲＤ−９１８により測定し、その濃度の差により評価した。
【０１２７】
画像濃度差が０．０１５以下であると視認されることが無いことから、残留トナー量は２重量％以下であることが望ましいことがわかった。
【０１２８】
実験例３
搬送部材の代わりに中間転写体を使用すること以外は、実験例１に使用した画像形成装置と同様の装置を用意した。
【０１２９】
中間転写体の表面抵抗は１０７ Ωｃｍ〜１０１２Ωｃｍであることが望ましい。ここでは１０９ Ωｃｍ。
【０１３０】
中間転写体に使用する材質としては、ゴム例えばＥＰＤＭ、ＣＲゴム等、及び樹脂例えばポリイミド、ポリカーボネート、ＰＶＤＦ、ＥＴＦＥ等があげられる。この中間転写体には、ポリイミド樹脂フィルムを用いた。上記表１に示す各現像剤を用いて、感光体に現像し、得られたトナー像を、中間転写体に、転写効率９７％以上となるような転写条件にて転写させた。中間転写体上に転写されたトナー像を、中間転写体ごと画像形成装置から取り出し、付着力分布を測定した。
【０１３１】
５０％平均粒径×０．５以下の小さい粒径を持つトナーの量及び中間転写体に対し１．３×１０−８（Ｎ）以下の弱い付着力を有するトナー量と、細線濃度の長手方向のばらつきの度合いとの関係を表すグラフを図１３に示す。
【０１３２】
図示するように、小粒径トナー量３重量％以下、かつ弱付着力トナー量５重量％以下のとき、細線濃度ばらつきは、視認されにくい０．０７以下になり、逆転写が減少していることがわかった。
【０１３３】
実験例４
まず、図５の画像ユニットを使用した図６と同様の画像形成装置を用意した、上記表１に記載の現像剤を適用して、画出しを行なった。
【０１３４】
図１４に、後続のステーションの感光体への逆転写トナー量と、５０％平均粒径×０．５以下の小さい粒径を持つトナー量、及び中間転写体との付着力が１．３×１０−８（Ｎ）以下である弱い付着力を持つトナーとの関係を表すグラフを示す。
【０１３５】
図中、ひし形は小粒径トナー量、正方形は弱付着力トナー量を各々示す。同じ細線濃度ばらつきを表す現像剤のプロットは、同一サンプルのデータである。
【０１３６】
混色による画像の色変動を防止するために必要な逆転写量２重量％以下を実現するためには、小粒径トナー量を２重量％以下、かつ転写媒体との弱付着力トナー量３重量％以下にすればよいことがわかった。
【０１３７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１３８】
１１…像担持体、１４…現像部、１５…転写部、１６…クリーニング装置、２０…画像形成装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真法、静電印刷法、磁気記録法等における静電潜像、磁気潜像を現像するための画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子写真方式で画像を形成する際に、例えば２成分乾式現像法を使用した場合、粒子状のトナーは、現像装置から、キャリア、像担持体、及び任意に中間転写部材等の搬送媒体を介して、記録媒体に搬送され、例えばヒートローラを備えた定着器にて加熱、加圧されて記録媒体に定着される。トナーは、各媒体に対して、トナーの各粒子の持つ電荷量から派生する静電気力、ファンデルワールス力、及び液架橋力すなわち水分または湿気により付着する力などによって付着している。トナーは、主に、外部電界によって１つの搬送媒体から引き剥され、後続の搬送媒体に付着されるという機構によって移動する。トナーが、最終的に例えば紙等の記録媒体上に搬送されて、所望のパターンに定着されることにより、画像が形成される。効率よくトナーを搬送して品質の良い最終画像を得るためには、搬送媒体に対するトナーの付着力を制御することが望ましい。
【０００３】
付着力の制御を利用した画像形成方法として、トナー及び像担持体間の付着力と、トナーの平均粒径と、トナーの帯電量との関係を限定した画像形成方法がある（例えば、特許文献１参照）。ここでは、遠心分離装置を用いて、トナーが、このトナーが付着された搬送媒体から分離したときの遠心力から、付着力を算出する方式が提案されている。
【０００４】
その他、転写性を改善するために、遠心分離方式を用い、ある圧力でトナーを像担持体表面に押し付けた後に測定されたトナー付着力分布の平均値をＦとし、標準偏差をσとした場合に、Ｆ／２σ＞１０であるトナーを規定する技術がある（例えば、特許文献２参照）。ここでは、特定の条件で測定される付着力分布を非常にシャープにすることによって転写特性のばらつきを抑え、効率良くまた高精細に転写することを試みている。
【０００５】
しかしながら、この付着力分布は非常に狭い範囲であり、例えば平均付着力６×１０−８Ｎのとき、標準偏差σは０．３×１０−８以下にしなければならず、非常に製造が困難であった。また、平均付着力を増大させればある程度分布を広い範囲にできるが、あまり付着力を高くすると、それを転写させるために必要な転写電界もまた非常に大きくなり、気中放電の危険性があった。また、この測定方法では、転写圧力を再現するため付着力測定前にトナーを転写媒体に押し付ける工程を用いているが、この方法を用いると、転写ニップに突入する直前に弱い転写電界を受けて像担持体から分離する付着力の弱いトナーの挙動を把握することが出来なかった。更にまた、この技術では、平均付着力から大きくかけ離れた値を持つトナーの粒子が少量存在する場合が含まれておる。付着力の大きな粒子は転写後のトナー残留の要因になり、付着力の小さな粒子は画像周辺のトナー飛び散りの要因となるため、この技術を用いても転写効率及び画像品質に問題があった。
【０００６】
残留トナーを現像と同時に回収する機構を備えたクリーナレスプロセスにおいては、転写後の残留トナーが発生した場合、そのまま後続の帯電工程、潜像形成工程を経た後、新たな画像部の現像と同時に非画像部の残留トナーが現像器に回収される。そのため、残留現像剤量が多いと、潜像を形成するための光源を遮蔽したり、現像器への回収が不十分となり、不所望な再転写が発生するなど、画像欠陥の原因となる。
【０００７】
また、タンデム構成のカラー画像形成装置の場合、像担持体から例えば中間転写媒体に転写されたトナーが、後段の像担持体の転写領域において転写電界を受け／及びこの後段の像担持体に圧着されて、逆転写されてしまうことがある。クリーナレスプロセスで、この逆転写されたトナーが現像器に回収されると、前段の現像ステーションの色のトナーが後段の現像器内に混入することになり、混入量が増せば出力画像の色管理が不可能になる。転写効率と逆転写効率は相反する性能である場合が多い。このため、逆転写による混色で回復不可能な状態に陥ることを防ぐため、転写性能をある程度犠牲にしても逆転写を防ぐ転写条件を採用しなければならなかった。
【０００８】
このようなことから、樹脂母粒子と像担持体との付着力が、樹脂母粒子間の付着力及び樹脂母粒子と転写体との付着力よりも小さくする技術がある（例えば、特許文献３参照）。
【０００９】
また、第１転写体とトナーの付着力が像担持体とトナーとの付着力より大きく、かつ第１転写体と樹脂母粒子の付着力よりも大きいことを規定する技術がある（例えば、特許文献４参照）。
【００１０】
しかしながら、トナーにばらつきがあるように、付着力にもばらつきがあため、トナー、樹脂母粒子、像担持体、第１転写体それぞれの付着力の大小関係を十分に満足させることは困難であった。また、例え平均付着力を基準としてこれらの規定を満足させたとしても、転写残りや逆転写を十分に制御することは難しかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−３２８４８４号公報
【特許文献２】特開２００４−１０１７５３号公報
【特許文献３】特開２００３−９８７２９号公報
【特許文献４】特開２００３−８４４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、転写効率が良好で，クリーナレスプロセスにも十分対応し得るちりのない高画質な画像形成を行うこと、及び転写効率が良好で，逆転写及びこれによる混色を防止し、クリーナレスプロセスにも十分対応し得るちりのない高画質なカラー画像形成を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、第１に、像担持体に形成された静電潜像にトナー粒子を供給し、該トナー粒子を該像担持体表面に付着させ、及び該像担持体上に現像剤像を形成するための現像部、該現像剤像を中間転写体に転写するための第１の転写部、及び該中間転写体上に転写された現像剤像を転写媒体に転写するための第２の転写部を具備するカラー画像形成装置であって、
前記トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合は、各々５個数％以下であり、
前記トナー粒子の該像担持体表面に対する付着力分布において、
１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合は、１０重量％以下、かつ３×１０−７（Ｎ）以上のトナー粒子の占める割合は、５重量％以下であるカラー画像形成装置を提供する。
【００１４】
本発明は、第２に、像担持体に形成された静電潜像にトナー粒子を供給し、該トナー粒子を該像担持体表面に付着させ、及び該像担持体上に現像剤像を形成するための現像部、該現像剤像を中間転写体に転写するための第１の転写部、及び該中間転写体上に転写された現像剤像を転写媒体に転写するための第２の転写部を具備するカラー画像形成装置であって、
前記トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合は、各々５個数％以下であり、
前記現像部は、前記像担持体表面の残留現像剤を現像と同時に該現像部内に回収する機構をさらに有し、
前記トナー粒子の該像担持体表面に対する付着力分布において、
１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合は、１０重量％以下、かつ３×１０−７（Ｎ）以上のトナー粒子の占める割合は、５重量％以下であるカラー画像形成装置を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、転写効率が良好で，クリーナレスプロセスにも十分対応し得るちりのない高画質な画像形成、及び転写効率が良好で，逆転写及びこれによる混色を防止し、クリーナレスプロセスにも十分対応し得るちりのない高画質なカラー画像形成を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】アングルローターの外観を表す図
【図２】図１のその回転軸に沿った断面を部分的に表す縦断面図
【図３】セルの構成を表す分解図
【図４】本発明の画像形成装置の一例を表す概略図
【図５】本発明の画像形成装置の一例を表す概略図
【図６】本発明の画像形成装置の一例を表す概略図
【図７】本発明の画像形成装置の一例を表す概略図
【図８】本発明にかかる画像形成における付着力分布の一例を表すグラフ
【図９】大粒径トナー量及び強付着力トナー量と、残留トナー量との関係を表すグラフ
【図１０】小粒径トナー量及び弱付着力トナー量と、感光体上の細線幅に対する転写媒体上の細線幅の比（ちりの度合い）との関係を表すグラフ
【図１１】大粒径トナー量及び強付着力トナー量と、残留トナー量との関係を表すグラフ
【図１２】残留トナー量とネガメモリーの度合いとの関係を表すグラフ
【図１３】小粒径トナーの量及び中間転写体に対し弱い付着力を有するトナー量と、細線濃度のばらつきの度合いとの関係を表すグラフ
【図１４】逆転写トナー量と、小粒径を持つトナー量、及び中間転写体との付着力が弱いトナーとの関係を表すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、以下の８つの観点に大別される。
【００１８】
本発明に係る画像形成装置は、基本的に、像担持体、静電潜像にトナー粒子を供給し、トナー粒子を像担持体表面に付着させ、像担持体上に現像剤像を形成するための現像部、及び現像剤像を転写媒体に転写するための転写部を含む構成を有し、使用される各トナー粒子の個数粒度分布、及び各トナー粒子と像担持体表面との付着力のばらつきを、以下の第１ないし第４の条件に、各々規定したものである。
【００１９】
また、本発明に係る画像形成方法は、基本的に、像担持体上に形成された静電潜像に、現像部内に収容された複数のトナー粒子を供給し、トナー粒子を像担持体表面に付着させ、像担持体上に現像剤像を形成する現像工程、及び現像剤像を転写媒体に転写する転写工程を有し、使用される各トナー粒子の個数粒度分布、及び各トナー粒子と像担持体表面との付着力のばらつきを、以下の第１ないし第４の条件に、各々規定したものである。
【００２０】
第１の条件は、トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合は、各々５％以下であり、
トナー粒子の該像担持体表面に対する付着力分布において、
１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合は、１０重量％以下、かつ３×１０−７（Ｎ）以上のトナー粒子の占める割合は、５重量％以下であることを規定する。
【００２１】
第２の条件は、現像部に、像担持体表面の転写後の残留現像剤を現像と同時に現像部内に回収する機構をさらに有する場合に適用されるもので、
トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合は、各々４％以下であり、トナー粒子の像担持体表面に対する付着力分布において、３×１０−７（Ｎ）以上のトナー粒子の占める割合は、４重量％以下であることを規定する。
【００２２】
第３の条件は、カラー画像形成に適用され、
トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下の粒径を有するトナー粒子の占める割合は、３％以下であり、トナー粒子の転写媒体表面に対する付着力分布において、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合は、５重量％以下であることを規定する。
【００２３】
第４の条件は、現像部に、像担持体表面の転写後の残留現像剤を現像と同時に現像部内に回収する機構を有するカラー画像形成に適用され、トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下の粒径を有するトナー粒子の占める割合は、２％以下であり、トナー粒子の転写媒体表面に対する付着力分布において、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合は、３重量％以下であることを規定する。
【００２４】
本発明者は、個数粒度分布及び付着力分布と、転写特性との間に強い相関があることを実験により見出し、これらの分布を上記第１の条件に規定することにより、良好な転写効率と良好な画質の両立を実現した。
【００２５】
粒径の大きなトナー粒子は、１粒の持つ電荷量が大きいため静電付着力が大きく、またファンデルワールス力も粒径に比例して大きい。付着力は、次式によって表される。
【００２６】
Ｆ＝Ｋｑ２＋Ｆｖ＋Ｆｂ
Ｋ：表面電荷密度に関わる定数
ｑ：トナー粒子１粒が持つ電荷量
Ｆｅ＝Ｋｑ２：静電付着力
Ｆｖ：ファンデルワールス力
Ｆｂ：液架橋力
表面電荷密度が同じとするならば、静電引力はｑ２に比例するため粒径の４乗に、ファンデルワールス力は粒径の１乗に比例する。また荷電粒子が受ける電界の力は電荷量に比例するため粒径の２乗に比例する。従って、トナー粒径が１．５倍のとき像担持体との付着力は約３．９倍、転写媒体へ向かう引力は約２．２倍となり、像担持体との付着力の方が約２倍大きいため転写しにくくなり、転写残りとなる可能性が高い。また、トナー粒子の粒径が０．５倍のとき、像担持体との付着力は１／１６、転写媒体へ向かう引力は１／４になり、転写の力のほうが４倍大きくなるため、最高電界点となる像担持体と転写バイアス印加部材との接触点から、遠い位置で像担持体から離れ、転写媒体に向かって移動を始める。その時、移動距離が長いため正確に潜像に対応する転写媒体上の位置に移動することは難しく、このため、画像周辺に散りが発生して、画像劣化の原因となる。５０％平均粒径の１．５倍より大きな粒径を有するトナー粒子は、転写残りになりやすい。これにより、転写後の残留現像剤量を３重量％以下に抑えるためには５０％平均粒径の１．５倍以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合を５個数％以下に抑えることが必要である。残留現像剤量が３重量％であることは、現像剤を効率よく消費して廃棄される現像剤量を減らし、またリサイクルシステムで回収した残留現像剤を現像器に戻して再利用する際、長期使用によっても現像特性が変化しないために必要な最大量である。また、５０％平均粒径の０．５倍以下の粒径を持つ微粉の量が多いとき、画像周辺に発生するちりもまた相対的に多いことから、５０％平均粒径の０．５倍以下の粒径を有する微粉の量を５個数％以下に抑えることにより、視認しにくいレベルまでちりを低減させることが出来る。
【００２７】
現像剤のトナー粒子は、例えば粉砕もしくは重合法によって製造できる。粉砕法に比べて粒径や成分分布が均一になりやすい重合法であっても、厳密に粒径、形状、表面領域の成分を均一に製造することは難しい。また、トナー粒子表面への添加剤の添加において、添加剤の付着ムラが発生する可能性がある。表面領域の成分及び添加剤の付着ムラは、トナー粒子の表面電荷密度を変化させる原因となって上記式中の定数Ｋが変化し、また形状が不定形、不均一だと、ファンデルワールス力Ｆｖも変わってくる。粒度分布における大粒径と小粒径の粒子を除いたトナー粒子を使用しても、残留現像剤量及びちり量が許容レベルより多い場合があり、その原因が、上記表面電荷密度の変動であると考えられる。そのためトナー粒子の像担持体表面に対する付着力をトナー粒子の粒径のみで制御することは困難であり、付着力の分布を制御することが必要となる。３×１０−７（Ｎ）以上の強い付着力を持つトナー粒子は、転写電界によって像担持体から離れることが出来ず、残留現像剤量の増加の原因となる。逆に、１．３×１０−８（Ｎ）以下弱い付着力を持つトナー粒子は、弱い転写電界によって像担持体から離れてしまうため、画像周辺のちりの原因となりやすい。
【００２８】
転写時の現像剤のちりの度合いを、像担持体上に現像した細線の幅と、転写媒体に転写したあとの細線の幅との比で評価した。トナーが散って画像が劣化する場合には転写後の細線の幅が拡大するため、その転写前の像担持体上の細線幅に対する転写後の細線幅の増加を測定することによって転写時の画質劣化を評価することができる。ここでは、ＣＣＤカメラにて、１．５μｍ／１画素、１２００画素長さ＝１．８ｍｍの細線画像を電子データとして取り込み、細線の幅方向の反射率Ｔのプロファイルから、白紙部をＴ100、最大濃度部をＴ0としたとき、Ｔ60以上の幅を細線幅とする。
【００２９】
なお、付着力分布のみを制御した場合、トナー粒子と像担持体との付着力は、電荷量が変動すること、現像量によって像担持体と直接接しないトナー粒子が存在する場合があること、像担持体表面の汚染や傷による付着力への影響が変動すること等不安定要素が多く、付着力分布の測定結果と転写特性及び画質との関係が一致しない場合がある。なお、電荷量の変動には、環境温湿度や摩擦帯電状況例えばキャリア粒子との接触回数、混合時間、混合比率、及びキャリア粒子表面劣化等が関係している。
【００３０】
これに対し、本発明では、粒度分布と付着力分布を共に制御することにより、付着力の変動の影響を排除し、転写残りとちりによる画質劣化を同時に防止することが出来る。
【００３１】
この画像形成には、像担持体上に、転写後の残留現像剤を回収するための例えばゴム製ブレード等を備えたクリーニング装置を使用することができる。
【００３２】
また、この画像形成には、残留現像剤を現像器またはトナーホッパー等に戻すリサイクル機構を例えばこのクリーニング装置等に使用することができる。
【００３３】
本発明に用いられる第２の条件は、像担持体表面の残留現像剤を現像と同時に現像部内に回収する機構を有する現像部を使用した画像形成に適用される。像担持体表面の残留現像剤を現像と同時に現像部内に回収する機構を用いた画像形成では、転写後の残留現像剤はそのままクリーニングされること無く、次の画像のための帯電、露光工程を経て現像部に搬送され、次の画像のための静電潜像における非画像部に残存する現像剤のみが現像装置内に回収される。トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、１．５Ａ（μｍ）以上のトナー粒子の比率を４％以下に、かつ、現像により像担持体に付着したトナー粒子の付着力分布において、３×１０−７（Ｎ）以上の強い付着力を有するトナー粒子の占める割合が４重量％以下とすることによって、残留現像剤が次の画像に影響を及ぼし画像メモリーとして発現することを防止することができる。すなわち、画像を形成させるトナー粒子の量は、多いと、転写しにくくなったり、定着時の熱量不足により定着不良を起こしたり、定着ローラとの接触部における現像剤像の表面領域と内部領域との温度勾配によりオフセットを発生するなどの問題が生じるため、適量以下とすべきである。一般にベタ部のトナー量は０．６ｍｇ／ｃｍ２ 〜０．３ｍｇ／ｃｍ２で設計されている。最も多い０．６ｍｇ／ｃｍ２のトナー量を紙上に転写させる場合、像担持体上の残留現像剤量が２重量％であることは、約１０μｇ／ｃｍ２の量に相当する。トナー粒子を比重１．１の均一球形粒子と想定して計算すると、５μｍ径のトナー粒子ならば、像担持体表面積の約３％、７μｍ径のトナー粒子ならば、像担持体表面積の約２％の面積を覆う計算になる。この２〜３％の残留率であれば帯電、露光の障害になることは無い。しかし、残留現像剤量が２重量％を超え、及び表面残留率が３％を超えると、露光光をわずかに遮って残留粒子の無い感光体表面に比べてごくわずかに残留電位が高くなり、その電位の差が現像後の濃度差となって視認可能となる。
【００３４】
また、トナー粒子の像担持体表面に対する付着力が強いトナー粒子が残留現像剤として像担持体上に残り、それを現像部に回収して再利用するとき、像担持体との付着力が強すぎると現像部に回収しきれず、次の画像の転写時に転写されてしまうポジメモリーの発生、もしくは転写もされず回収もされない付着力の強い現像剤が像担持体上にずっと残留し、静電潜像の形成に支障をきたしたり、フィルミングの原因となる恐れがある。
【００３５】
更にまた、現像部で回収できても、付着力が強い傾向にあるトナーが現像部内に蓄積されて、長期使用につれて現像特性が変動してくる可能性もある。従って、残留現像剤量は２重量％以下にすることが望ましく、また付着力の強いトナー粒子が存在することは望ましくない。上記第２の条件によれば、５０％平均粒径の１．５倍以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合が４％以下、かつ現像されたトナー粒子と像担持体との付着力が３×１０−７（Ｎ）以上のトナー粒子の占める割合が４重量％以下という二つの条件を共に満たす現像剤を用いることにより、残留現像剤量を２重量％以下に抑えることができる。このとき、長期使用によっても像担持体表面に現像剤が付着して残存したり、現像特性が変動することは無い。
【００３６】
また、第２の条件において、トナー粒子の像担持体表面に対する付着力分布における、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合をさらに１０重量％以下することができる。これにより、ちりの量を視認レベル以下に抑え、画質を高品質に保つという利点がさらに得られる。
【００３７】
本発明に用いられる第３の条件は、複数の現像部を用いたカラー画像形成に適用される。
【００３８】
異なる色の現像剤による画像をそれぞれの像担持体上で形成する画像形成ユニットを二つ以上有するタンデム構造のカラー画像形成方式においては、第１の画像形成ユニットにより像担持体上に形成された第１の色のトナー画像は、第１の転写領域で転写媒体に転写される。その後、転写媒体は第２の画像形成ユニットの第２の転写領域に搬送され、第２の画像形成ユニットにより像担持体上に形成された第２の色の現像剤像が、被転写体上第１の色の未定着現像剤像の上から重ねて転写される。画像形成ユニットの数だけ繰り返されて転写媒体上に色数分の現像剤像が積層され、直接転写方式の場合はそのまま、中間転写方式の場合は中間転写媒体から紙等の転写媒体への２次転写を経て、定着されて画像が得られる。第２の転写領域において、転写電界によって第２の色の現像剤が転写媒体へ転写されると同時に、被転写体上に既に存在する前段の色の現像剤が第２の像担持体へ、第３の転写領域で第１及び第２の色の現像剤が、第４の転写領域で第１、第２、及び第３の色の現像剤が逆転写される現象が発生する。逆転写の発生によって、転写媒体上の現像剤像の画像濃度が薄くなったり、細線上のトナー粒子が欠損して鮮鋭度が悪くなったりといった画像欠陥が生じる。一般に、転写効率と逆転写効率の間には相反する特性だが、上記第３の条件に従って、トナー粒子の微粉量、及び転写媒体との付着力分布を制御することによって、カラー画像形成における転写効率と逆転写効率を共に最適化することが可能である。５０％平均粒径の０．５倍以下の粒径を持つトナー粒子は、１粒の持つ電荷量が小さく、そのファンデルワールス力も粒径に比例して小さいため、付着力も小さくなる。そのため、像担持体から転写媒体への転写効率は良いが、一旦転写したあと再び転写媒体から像担持体へ逆転写することも容易である。従って、微粒子の混入量を低く抑えることによって逆転写を抑えることが可能になる。
【００３９】
また、トナー粒子の粒径が比較的大きくても、粒子の表面成分の不均一、その形状、添加剤の付着度合い、及び帯電機会が少ない等の原因によって、電荷量及び付着力が小さいトナー粒子が存在する可能性があるため、転写媒体との付着力の小さい粒子をも取り除く必要がある。一方、付着力分布のみを制御した場合、転写されたトナー粒子と転写媒体との付着力は、環境温湿度や摩擦帯電状況例えばキャリア粒子との接触回数、混合時間、混合比率、及びキャリア粒子表面劣化等により電荷量が変動すること、転写量によって転写媒体と直接接しないトナー粒子が存在する場合があること、転写媒体が直接転写紙だった場合の抵抗変動や表面粗さにばらつきがあること、及び
中間転写体だった場合の転写体表面の汚染や傷により付着力の変動があること等不安定要素が多く、付着力分布の測定結果と逆転写特性との関係が常に一致するとは限らない。しかし、粒度分布と付着力分布を共に制御することによって、付着力の変動の影響を排除し、逆転写による画質劣化を防止することが出来る。逆転写による不具合は細線の劣化に顕著に表れ、像担持体から転写媒体に高画質で転写されたあと、逆転写によって細線の一部が逆転写で欠損することすなわち細線欠損によって、細線にばらつきが生じる。この細線濃度の長手方向のばらつきを指標としたとき、逆転写量が少なくなるほどばらつき量は小さくなり、ばらつきが ０．０７以下であれば画質の許容範囲である。細線濃度のばらつきは、トナー粒子の個数粒度分布における微粉の量、及びトナー粒子と転写媒体との付着力分布において１．３×１０−８（Ｎ）以下の付着力を有するトナー粒子の割合に相関がある。上記第３の条件によれば、使用するトナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径の１／２以下の粒径を有するトナー粒子の占める割合を３％以下とし、使用するトナー粒子と転写媒体との付着力において、１．３×１０−８（Ｎ）以下の弱い付着力を有するトナー粒子の占める割合を５重量％以下とすることにより、逆転写による細線劣化を防止することが出来る。
【００４０】
本発明に用いられる第４の条件は、像担持体表面の残留現像剤を現像と同時に現像部内に回収する機構を有する複数の現像部を用いたカラー画像形成に適用される。
【００４１】
このカラー画像形成では、上述のような逆転写の発生による画像欠陥が生じるだけでなく、像担持体上の転写部の後段にクリーニング機構を設けず、現像部によって現像同時回収を行うクリーナレスプロセスにおいては、逆転写してきた前段の現像剤を残留現像剤と同時に回収してしまういわゆる混色が生じるため、混色する現像剤量が多いと、現像剤の色合いが変わってしまい、出力画像の色の調整が不可能になる。そのため、カラー画像形成では、逆転写量は極力少なくすることを考慮することが望まれる。混色による色変化は、前段の色のトナーが逆転写され、それを現像器で回収することにより異なる色のトナーが混入するが、現像器内で均一に分散されて本来の色の現像剤と共に消費されていくため、現像器内への異色の現像剤の蓄積度合いは、前段の画像形成における印字率の割合により異なる。通常、印字画像のシミュレーションにより、可能性のある印字パターン中、最も混色率が高いと思われる最悪のケースを想定した場合、異色混入による変色を許容範囲内に収めるためには逆転写量を２重量％以下に抑えなければならない。逆転写量は現像剤の微粒子量及び転写媒体との付着力が１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の量に相関がある。上記第４の条件によれば、個数粒度分布における５０％平均粒径の１／２以下の粒径を有するトナー粒子の割合を２％以下、かつトナー粒子と転写媒体との付着力分布において１．３×１０−８（Ｎ）以下の付着力を有するトナー粒子の量を３重量％以下とすることによって、逆転写量を２％以下に制御できる。
【００４２】
なお、上記第１の付着力分布及び第２の付着力分布の規定に、各々第３の付着力分布の規定を加えることにより、双方の利点が得られる。同様に、第４の付着力分布の規定に、上記第１の付着力分布または第２の付着力分布の規定を加えることにより、双方の利点が得られる。
【００４３】
本発明で使用される付着力の測定は、例えば分離用超遠心器 日立工機製 ＣＰ１００ＭＸに、アングルローター 日立工機製 Ｐ１００ＡＴ２を取り付けて行うことができる。
【００４４】
図１に、アングルローターの外観を表す図、図２に、その回転軸に沿った断面を部分的に表す縦断面図、及び図３に、アングルローター内に試料を設置するためのセルの構成を表す分解図を各々示す。
【００４５】
図１及び図２に示すように、このアングルローター１０は、基台２上に設置された円錐状の回転体４内に、回転軸１に対しその中心軸が２６°の角度で傾斜した竪穴状のセル保持部９が設けられている。このセル保持部９内には、セル３を収容して固定し得る。セル３内には試料を収容して分離するための試料入れ５を設置し得る。
【００４６】
試料入れ５は、円筒形のスペーサ７と、その一端に設けられた円盤状の試料設置板６と、その他端に設けられ、分離された試料を受ける試料受け板８とから構成され、セル３内において、試料受け板８が回転中心から遠い位置に、試料設置板６が回転中心から近い位置になるように設置される。
【００４７】
まず、感光体と同等の表面保護層を表面に積層した感光体シートを作成する。付着力を測定するためには表面保護層が同等である必要があるが、表面保護層の化学的組成の違いによる付着力の差は非常に小さいと考えられるため、必ずしも同組成である必要はない。感光体へのトナー付着を再現するためにCGL層、CTL層が感光体と同様に積層されたものを用いることができる。このシートをアルミ素管に巻きつけて感光層をGNDに接地し、感光体ドラム位置にセットして、トナーをシート表面に現像し、付着させる。
【００４８】
トナーを付着させた感光体シートを試料受け板８の大きさにカットし、スペーサー７と接する側にトナー付着面を向けて試料設置板６に両面テープで貼り付ける。
【００４９】
試料設置板６、試料受け板８、スペーサ７の外周直径は例えば７ｍｍ、円筒形であるスペーサの厚みは例えば1mm、高さは例えば3mmである。アングルロータに設置した場合のセル３の回転の最小径Ｒminは例えば３．５６ｃｍ、最大径Ｒmaxは例えば７．１８ｃｍ、平均径Ｒavは例えば５．３７ｃｍである。
【００５０】
試料設置板６の試料を貼り付けた側の裏側が回転中心を向くように、試料入れ５をセル３内に設置し、セル３をアングルロータ１０のセル保持部９内にセットし、アングルロータ１０を図示しない超遠心機に装着する。
超遠心機を10000rpmで回転させたあと試料設置板６、試料受け板８を取り出し、それぞれに付着しているトナーをメンディングテープで剥離し、白紙に貼り付ける。このトナーが付着したテープの反射濃度をMacbeth濃度計にて測定する。
この濃度から分離したトナー量、及び分離しなかったトナー量を算出する。
また、超遠心機の回転数を100000rpmまで、任意の間隔例えば10000rpmずつあげて同様の操作を繰り返す。
【００５１】
セル中に設置された試料がロータの回転によって受ける遠心加速度ＲＣＦは、
ＲＣＦ＝１．１１８×１０−５×ｒ×Ｎ２×ｇ …（１）
ｒ：サンプルセット位置の回転中心からの距離
Ｎ：回転速度（ｒｐｍ）
ｇ：重力加速度
トナーが受ける遠心力は、トナー１粒の重さがｍのとき、
Ｆ＝ＲＣＦ×ｍ …（２）
ｍ＝（４／３）π×ｒ３×ρ …（３）
ｒ：真球相当半径
ρ：トナーの比重
で表される。
【００５２】
各回転数のときトナーにかかる遠心力Ｆ＝ＲＣＦ×ｍ …（２） に、 本発明では、夫々の回転数での分離トナー比率を掛け、すべて足したものをその現像剤におけるトナーと感光体との平均付着力とする。
なお、付着力にはトナーの帯電量が大きく影響するため、精度良く測定するためには実際のプロセスに即した付着のさせ方で測定サンプルを作成することが望ましい。
【００５３】
本発明に使用される現像剤は、着色剤及びバインダー樹脂を含有するトナー粒子、及び必要に応じてトナー粒子表面に添加される添加剤を含有するトナーを含む。二成分現像剤の場合は、このトナーとキャリアが混合される。
【００５４】
バインダー樹脂としては、ポリエステル系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂等を使用することができる。
【００５５】
着色剤としては、カーボンブラック、縮合多環系顔料、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、無機顔料等公知の顔料、染料等を使用することができる。
【００５６】
定着補助剤として、ワックス、帯電制御剤（ＣＣＡ）などを例えばトナー粒子中に添加することができる。また、流動性を改善するために、トナー粒子表面に、添加剤として、例えばシリカ等の無機微粒子を添加することができる。
【００５７】
トナー粒子は、粉砕法、及び重合法等の既知の製造方法にて製造することができる。
【００５８】
本発明に使用する現像剤は、付着力分布を合わせる為、微粉及び粗大粉をカットして粒度分布をシャープに揃えることが望ましい。
【００５９】
現像剤の体積平均粒径は４〜７μｍであることが好ましい。
【００６０】
２μｍ以下、及び１０μｍ以上のトナー粒子は分級して除去することが望ましい。また、粒子の表面成分を均一にするため、粉砕法で製造する場合、混錬装置の温度ムラ及びストレスムラ等が発生しないよう製造条件を制御することが望ましい。また、現像剤中の成分の偏在を防ぐため、成分投入の分量及びタイミングを制御し得る。更に、上記添加剤の付着ムラを無くすため、粒子表面に１〜２層の添加剤粒子層ができる様に、添加剤粒径とトナー粒径から投入量を計算し、均一に付着させることが望ましい。
【００６１】
また、更に、トナー帯電量分布を均一化するため、２成分現像剤においては、キャリア粒子と適量で混合することが望ましく、１成分現像剤においては、現像部内で帯電付与部材と現像剤との接触圧や形状を適度に設定することが望ましい。
【００６２】
２成分現像の場合、使用されるキャリアは、例えばフェライト、マグネタイト、酸化鉄、及び磁性粉を混入した樹脂粒子等の磁性キャリアであり、表面の全部または一部に樹脂コートを施すことができる。
【００６３】
図４ないし図７に、本発明の画像形成装置の一例を表す概略図を示す。
【００６４】
図４に示すように、この画像形成装置２０は、感光体１１と、感光体１１に対向して、順に設けられた、帯電装置１２、露光部１３，現像装置１４，転写部１５，及びクリーニング装置１６を含む画像形成ユニットを有する。また、転写部１５は、搬送部材１７を介して感光体１１と対向して配置されており、搬送部材１７の下流には定着部１８が設けられている。さらに、クリーニング装置１６から現像装置１４へ搬送路２４が設けられ、残留トナーを回収するためのリサイクル機構を成している。
【００６５】
この画像形成装置２０において、矢印ａの方向に回転可能な感光体１１には、帯電装置１２例えばチャージャワイヤ、櫛歯型チャージャ、スコロトロン等のコロナ帯電器、接触帯電ローラ、非接触帯電ロータ、及び固体チャージャ等により、一様に例えば−５００〜８００Ｖの表面電位が付与されている。露光部１３により感光体１１上に静電潜像が形成される。露光部では、レーザー、ＬＥＤ等の光源を使用できる。なお、感光体１１としては、例えばマイナス帯電のみならずプラス帯電の有機感光体層、アモルファスシリコン層等を使用することができる。感光体表面に形成される感光層は、電荷発生層、電荷輸送層、及び保護層等が積層されても、一つの感光体層が複数の働きを兼ね備えていても良い。現像装置１４は、例えばマグネットローラを内包した現像ローラ２５を有し、例えば２成分現像剤を搬送する磁気ブラシ現像によって、静電潜像に例えば負帯電したトナーを供給し、顕像化し得る。現像ローラ２５にはトナーを静電潜像に付着させるような電界を形成するために現像バイアスが印加される。トナーが感光体表面に均一・安定に付着するよう、現像バイアスには例えばＤＣにＡＣを重量することができる。このとき使用される現像剤は、着色剤、及びバインダー樹脂を含有するトナーを含む。また、その現像剤は、トナーの個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合が、各々５％以下であり、かつトナーの感光体１１表面に対する付着力分布において、
１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナーの占める割合は、１０重量％以下、かつ３×１０−７（Ｎ）以上のトナーの占める割合は、５重量％以下である。
【００６６】
現像装置１４内では、トナーホッパー内にキャリアとトナーからなる２成分現像剤が例えば１００ｇ〜７００ｇ収められ、攪拌オーガ２６によって現像ローラ２５に搬送され、トナーの一部を現像によって失ったあと、現像ローラ２５の剥離極位置で現像ローラ２５から離れ、攪拌オーガ２６により現像剤格納領域に戻される。現像剤格納領域には図示しないトナー濃度センサが取り付けられ、濃度センサがトナー量の減少を検知すると、信号がトナーホッパーに送られて未使用のトナーが補給される。印字データの積算又は／及び感光体上現像トナー量の検知からトナー消費量を推定し、それをもとに未使用トナーの補給を行っても良い。また、センサー出力と消費量の推定の両方の手段を用いることもできる。
【００６７】
現像装置１４の下流では、感光体１１に転写ローラ１５が押し当てられ、転写ローラ１５と感光体１１との間に、給紙部１９から搬送された記録媒体例えば紙Ｐを介在させ、さらに、図示しない高圧電源により転写ローラ１５に印加された例えば＋３００ないし５ｋＶのバイアス電圧によって感光体１１上のトナー像が紙に転写される。転写ニップを通過した紙Ｐは、定着器１８へと搬送され得る。
【００６８】
定着器１８は、加圧ローラ２２及び加熱ローラ２１からなる一対のローラを有し、紙Ｐは、加熱ローラ２１と加圧ローラ２２との間を、トナー像が加熱ローラ２１と接触する状態で、通されることにより、紙Ｐ上に定着される。
【００６９】
トナー像を転写した後、転写ニップの下流で、感光体１１上の残留トナーは、クリーニング装置１６により除去され、除電手段２３により除電が行なわれる。クリーニング装置１６で除去された残留トナーは、図示しないオーガ等によって搬送路２４内に送られて現像装置１４内に回収される。
【００７０】
なお、１成分現像方式を適用する場合、現像剤格納領域内にはトナーのみが格納され、搬送オーガ、中間搬送スポンジローラ等公知の構造によって現像ローラ表面に供給され、現像ローラ表面に圧着されたシリコンゴム、フッ素ゴム、金属ブレード等のトナー帯電部材によって摩擦帯電され、静電潜像を顕像化する。現像ローラは、導電性ゴム層を表面に持った弾性ローラもしくは表面にサンドブラスト等によって粗さを設けたＳＵＳ等の金属ローラなどで作られ、感光体と接触または規定のギャップを持って非接触で対峙し、感光体表面と速度差を持って回転している。トナーの静電潜像への付着を助けるため、現像ローラには現像バイアスが印加される。トナーが感光体表面に均一・安定に付着するよう、現像バイアスにはＤＣにＡＣを重畳することができる。
【００７１】
また、上記現像剤は、トナーの個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナーの占める割合は、各々５個数％以下であり、トナーの感光体表面に対する付着力分布において、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナーの占める割合は、１０重量％以下、かつ３×１０−７（Ｎ）以上のトナーの占める割合は、５重量％以下である。
【００７２】
図５は、本発明の画像形成装置の他の一例を表す概略図であって、クリーニング装置１６及び搬送路２４を持たず、現像装置１４の代わりに、現像同時クリーニング機構を有する現像装置２８が設けられ、さらに、転写部１５と帯電装置１２との間にメモリー攪乱部材２７が設けられた画像ユニットを用いること以外は、図４と同様の構成を有する。また、使用される現像剤は、
トナーの個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナーの占める割合は、各々４個数％以下であり、トナーの感光体１１表面に対する付着力分布において、３×１０−７（Ｎ）以上のトナーの占める割合は、４重量％以下である。
【００７３】
なお、残留トナーを一旦回収し、現像器に回収させるために再び像担持体上に放出する、図示しない一時回収部材をさらに配置しても良い。メモリー撹乱部材及び一時回収部材には、その機能を効率的に果たすために、プラス又は／及びマイナスの電圧を印加することができる。
【００７４】
また、上記現像剤の代わりに、トナーの個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナーの占める割合は、各々４個数％以下であり、トナーの感光体１１表面に対する付着力分布において、３×１０−７（Ｎ）以上のトナーの占める割合は、４重量％以下、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナーの占める割合は、１０重量％以下である現像剤を用いることができる。
【００７５】
図６は、本発明のカラー画像形成装置の一例を表す概略図を示す。
【００７６】
このカラー画像形成装置５０は、図４の画像ユニットと同様の構成を有し、各々、イエロー色現像剤、マゼンタ色現像剤、シアン色現像剤、及び黒色現像剤が収容される画像形成ユニット４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，及び４０Ｋを、その各転写部１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋが中間転写部材２９を介して対向するように４段並べて配置し、二次転写部４５、及び定着部１８が、転写部１５Ｋの下流に設けられた構成を有する。使用される各色の現像剤は、トナーの個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下の粒径を有するトナーの占める割合は、３個数％以下であり、トナーの中間転写部材２９表面に対する付着力分布において、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナーの占める割合は、５重量％以下である。
【００７７】
また、画像形成ユニット４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，及び４０Ｋとして、図４の画像ユニットの代わりに図５の画像ユニットを用いることができる。
【００７８】
この場合、使用する各色の現像剤は、トナーの個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下の粒径を有するトナー粒子の占める割合は、２個数％以下であり、トナーの中間転写部材２９表面表面に対する付着力分布において、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナーの占める割合は、３重量％以下である。
【００７９】
また、図７は、本発明のカラー画像形成装置の他の一例を表す概略図を示す。
【００８０】
このカラー画像形成装置６０は、図４の画像ユニットと同様の構成を有し、各々、イエロー色現像剤、マゼンタ色現像剤、シアン色現像剤、及び黒色現像剤が収容される画像形成ユニット４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，及び４０Ｋを、その各転写部１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋが搬送部材１７を介して対向するように４段並べて配置し、定着部１８が、転写部１５Ｋの下流に設けられた構成を有する。この装置は、中間転写部材２９の代わりに搬送部材１７が使用され、中間転写部材２９及び二次転写部４５を用いないこと以外は、図６と同様の構成を有し、各転写部１５Ｙ、１５Ｍ、１５Ｃ、１５Ｋにおいて、例えば紙等の転写媒体に直接転写が行われる。
【００８１】
また、上記画像形成ユニット４０Ｙ，４０Ｍ，４０Ｃ，及び４０Ｋには、図４の画像ユニットの代わりに図５のユニットを使用することができる。
【００８２】
以下、実験例を示し、本発明をより具体的に説明する。
【００８３】
実験例
以下のように４種のトナー及び２種のキャリアを作成した。
【００８４】
トナーＡの作成
ポリエステル樹脂９２重量部、カーミン６Ｂ ６重量部、ライスワックス２重量部を混練して、疎粉砕、及び微粉砕後、エルボジェット分級により８μｍ以上及び３μｍ以下をカットして、サフュージング処理を行うことにより、機械的球形化処理を施し、球形度０．９５を有するトナー粒子を得た。
【００８５】
得られたトナー粒子 ９６重量部に対し、添加剤として、１次粒径７０ｎｍのシリカを３重量部、酸化チタン １重量部を、ヘンシェルミキサーを用いて添加し、５０％平均粒径４．６μｍ、２．３μｍ以下の粒径を有するトナーの割合が２％、６．９μｍ以上の粒径を有するトナーの割合４．２％という粒度分布を有するトナーＡを得た。
【００８６】
定量分析と観察を行ったところ、トナー粒子表面を添加剤層が１層、ほぼ均一に被っているものと考えられる。
【００８７】
キャリアαの作成
４０μｍの体積平均粒径を有する球形フェライトコアに、シリコン樹脂コートを施し、１×１０９Ω／ｃｍ２の表面抵抗を有するキャリアαを得た。
【００８８】
トナーＢ
ライスワックスの添加量を２重量部に変更すること以外はトナーＡと同様にして、５０％平均粒径４．５μｍ、６．７５μｍ以上の粒径を有するトナーの割合が５％、２．２５μｍ以下の粒径を有するトナーの割合２．８％という粒度分布を有するトナーＢを作成した。
【００８９】
トナーＣの作成
トナーＡに、トナーＡよりも強い負荷をかけてサフュージング処理を行うことにより、機械的球形化処理を施し、球形度０．９７を有するトナー粒子を得た。その後、得られたトナー粒子９６．５重量部に対し、１次粒径７０ｎｍのシリカ２．５重量部及び酸化チタン１重量部をヘンシェルミキサーにて添加して、トナーＣを得た。
【００９０】
キャリアβの作成
４０μｍの平均粒径を有する球形フェライトコアに、シリコン樹脂コートを施し、キャリアαより高い１１．５×１０１０Ω／cm２の表面抵抗を有するキャリアβを得た。
【００９１】
キャリアγの作成
球形マグネタイトからなる５×１０６Ω／cm２の表面抵抗を有するコア材にカーボンブラックからなる導電粒子を分散させたフッ素樹脂を平均約５μｍの厚さでコートした３５μｍの体積平均粒径を有する半導電のキャリアγを得た。
【００９２】
トナーＤの作成
スチレンモノマー６０重量部、アクリルモノマー３０重量部、ライスワックス２重量部、カーミン６Ｂ ７重量部、ＣＣＡ １重量部の割合で乳化重合法により０．１μｍ径の重合粒子を製造し、凝集、洗浄、及び乾燥させて、平均粒径４．９μｍのトナー粒子を得た。得られたトナー粒子の球形度は０．９６であった。このトナー粒子９２重量部に対し、添加剤として、１次粒径２０ｎｍのシリカを６重量部、及び酸化チタン２重量部を添加し、トナーＤを得た。
【００９３】
トナーＥの作成
１次粒径３５ｎｍのシリカの添加量を８重量部に変更すること以外はトナーＤと同様にしてトナーＥを得た。
【００９４】
実験例１
トナーＢ ５重量部と、フェライトキャリアα ９５重量部とを混合して現像剤を作成した。
【００９５】
得られた現像剤を、感光体表面に感光体と同様の感光層を形成したフィルムを巻いたこと以外は、図４と同様の構成を有する画像形成装置に適用し、帯電、露光、及び現像を行った。
【００９６】
トナーＢが現像されたフィルムをそのまま取り出し、付着力分布を測定した。
【００９７】
その結果を図８に示す。
【００９８】
図８は、本発明に用いられる第１の条件を用いた画像形成における付着力分布の一例を表すグラフを示す。
【００９９】
このグラフは、現像剤の付着力と、その付着力を有する現像剤の加算重量比との関係を表す。
【０１００】
図示するように、１．３×１０−８（Ｎ）以下、及び３．０×１０−７（Ｎ）以上の粒子の割合は、共に３重量％であった。
【０１０１】
また、搬送部材の代わりに中間転写体を用い、記録媒体を供給しないこと以外は図４と同様に構成を有する画像形成装置を用意した。上記現像剤をこの画像形成装置に適用して、中間転写体に転写させ、転写特性として、残留トナー量を測定した。残留トナー量は、テープで剥離してマクベス濃度計により反射濃度を測定し、予め作成したトナー量と反射濃度の校正式に当てはめることにより測定した。
【０１０２】
この装置と現像剤でライフ試験を行なったところ、１００Ｋ枚まで行なってもトナー帯電量の変動などの不具合は許容範囲内で、リサイクルを行なうことによる不具合も発生しなかった。
【０１０３】
同様に、下記表１のように、上記トナーＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅと、上記キャリアα，β，γを各々組合せて、その個数粒度分布、付着力分布、残留トナー量、及び逆転写量を測定し、ちりの度合い、及び細線欠損を評価した。
【表１】
【０１０４】
なお、細線欠損は、細線の長手方向の画像濃度を測定し、細線濃度のばらつきとして評価した。細線濃度のばらつきは、下記のように求めた。
【０１０５】
細線濃度のばらつき＝細線濃度の標準偏差／細線濃度の平均値
得られた結果を下記表２及び表３に示す。
【表２】
【０１０６】
【表３】
【０１０７】
表２に示すように、サンプル３，４，８，及び９は、本発明に用いられる第１の条件を満たすもので、トナーの個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナーの占める割合は、各々５個数％以下であり、トナーの感光体表面に対する付着力分布において、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合は、１０重量％以下、かつ３×１０−７（Ｎ）以上のトナー粒子の占める割合は、５重量％以下である。 第１の条件を満たす上記サンプル３，４，８，及び９は、残留トナー量、逆転写トナー量、ちりの度合い、及び細線欠損共に良好であった。
【０１０８】
サンプル１は、トナーの感光体表面に対する付着力分布において、３×１０−７（Ｎ）以上のトナーの占める割合は５重量％を超えており、サンプル２，５は、１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合は、１０重量％を超えており、各々第１の条件に対して比較例となっている。
【０１０９】
表３に示すように、サンプル１，２は、残留トナー量及び逆転写トナー量が多く、ちりの度合いが１．５以上と劣っていた。さらに、細線欠損が大きかった。
【０１１０】
サンプル５は、逆転写量が多く、ちりの度合いが１．５以上と劣っていた。さらに、細線欠損が大きかった。
【０１１１】
図９に、上記表１に示すトナーとキャリアの組合せで作成した現像剤を用いたときの、５０％平均粒径×１．５以上の大粒径を持つトナー量および３．０×１０−７（Ｎ）以上の強い付着力を持つトナー量と、残留トナー量との関係を表すグラフを示す。
【０１１２】
同じ残留トナー量のプロットは、同一サンプルのデータである。図中、ひし形は大粒径トナー量、正方形は強付着力トナー量を各々示す。図示するように、大粒径トナー量及び強付着力トナー量が共に５重量％以下であるとき、残留トナー量３重量％以下が実現できることがわかった。
【０１１３】
また、図１０には、５０％平均粒径×０．５以下の小粒径を持つトナーの量および１．３×１０−８（Ｎ）以下の弱い付着力を持つトナーの量と、感光体上の細線幅に対する転写媒体上の細線幅の比（ちりの度合い）との関係を表すグラフを示す。
【０１１４】
図中、ひし形は小粒径トナー量、正方形は弱付着力トナー量を各々示す。同じちりの度合いのプロットは、同一サンプルのデータである。
【０１１５】
この細線幅の比は、転写時の画像劣化を表すもので、ここでは、ちりの度合いは１．５以下が許容範囲であると見なした。
【０１１６】
小粒径トナー量５重量％以下かつ弱付着力トナー量１０重量％以下のとき、ちりの度合い１．５以下を実現できることがわかった。
【０１１７】
また、これらの現像剤でライフ試験を行なったが、残留トナー量５％以下のサンプルは１００Ｋ枚まで行なっても、トナー帯電量の変動等の不具合は許容範囲内であった。一方、残留トナー量が５重量％より多いサンプルは、トナー帯電量が徐々に上昇し、画像濃度の低下が見られた。
【０１１８】
実験例２
図５と同様の構成を有する画像形成装置に、上記表１に示すトナーを適用して、残留トナー量を計測した。
【０１１９】
図１１に、５０％平均粒径×１．５以上の大きな粒径を有するトナー量及び３．０×１０−７（Ｎ）以上の強い付着力を有するトナー量と、残留トナー量との関係を表すグラフを示す。
【０１２０】
同じ残留トナー量のプロットは、同一サンプルのデータである。図中、ひし形は大粒径トナー量、正方形は強付着力トナー量を各々示す。
【０１２１】
図から、５０％平均粒径×１．５以上の粒径を有するトナー量及び３．０×１０−７（Ｎ）以上の付着力を有するトナー量が共に４重量％以下であるとき、残留トナー量を２重量％以下を実現できることがわかった。
【０１２２】
また、残留トナー量 ２重量％以下の現像剤を用いたとき、露光障害によるネガメモリーや、回収不良によるポジメモリーなどの不具合は発生せず、ライフ試験を行なったが１００Ｋ枚でもメモリー画像の発生は見られなかった。
【０１２３】
比較として、残留トナー量３．０重量％である現像剤を用いて同様の装置を用いて画出しを行なった。
【０１２４】
その結果、残留トナーが、次の画像の露光を阻害して画像部の電位が落ちきらず、ネガメモリーとなって表出した。また、この装置でライフ試験を行なったところ、感光体の表面劣化と共に残留トナーの回収効率が落ち、８０Ｋ枚で回収しきれずに次の画像に転写されてしまうポジメモリーとなって表出した。残留トナー量が２重量％を超える他の現像剤でも同様に、初期においてネガメモリーがわずかながら発生し、また９０Ｋ枚でポジメモリーが発生した。
【０１２５】
図１２に残留トナー量とネガメモリーの度合いとの関係を表すグラフを示す。
【０１２６】
ネガメモリーは、残留トナーによる露光障害がない部分と、残留トナーによる露光障害がある部分とについて、現像、転写、及び定着した画像の画像濃度をマクベス社製画像濃度計ＲＤ−９１８により測定し、その濃度の差により評価した。
【０１２７】
画像濃度差が０．０１５以下であると視認されることが無いことから、残留トナー量は２重量％以下であることが望ましいことがわかった。
【０１２８】
実験例３
搬送部材の代わりに中間転写体を使用すること以外は、実験例１に使用した画像形成装置と同様の装置を用意した。
【０１２９】
中間転写体の表面抵抗は１０７ Ωｃｍ〜１０１２Ωｃｍであることが望ましい。ここでは１０９ Ωｃｍ。
【０１３０】
中間転写体に使用する材質としては、ゴム例えばＥＰＤＭ、ＣＲゴム等、及び樹脂例えばポリイミド、ポリカーボネート、ＰＶＤＦ、ＥＴＦＥ等があげられる。この中間転写体には、ポリイミド樹脂フィルムを用いた。上記表１に示す各現像剤を用いて、感光体に現像し、得られたトナー像を、中間転写体に、転写効率９７％以上となるような転写条件にて転写させた。中間転写体上に転写されたトナー像を、中間転写体ごと画像形成装置から取り出し、付着力分布を測定した。
【０１３１】
５０％平均粒径×０．５以下の小さい粒径を持つトナーの量及び中間転写体に対し１．３×１０−８（Ｎ）以下の弱い付着力を有するトナー量と、細線濃度の長手方向のばらつきの度合いとの関係を表すグラフを図１３に示す。
【０１３２】
図示するように、小粒径トナー量３重量％以下、かつ弱付着力トナー量５重量％以下のとき、細線濃度ばらつきは、視認されにくい０．０７以下になり、逆転写が減少していることがわかった。
【０１３３】
実験例４
まず、図５の画像ユニットを使用した図６と同様の画像形成装置を用意した、上記表１に記載の現像剤を適用して、画出しを行なった。
【０１３４】
図１４に、後続のステーションの感光体への逆転写トナー量と、５０％平均粒径×０．５以下の小さい粒径を持つトナー量、及び中間転写体との付着力が１．３×１０−８（Ｎ）以下である弱い付着力を持つトナーとの関係を表すグラフを示す。
【０１３５】
図中、ひし形は小粒径トナー量、正方形は弱付着力トナー量を各々示す。同じ細線濃度ばらつきを表す現像剤のプロットは、同一サンプルのデータである。
【０１３６】
混色による画像の色変動を防止するために必要な逆転写量２重量％以下を実現するためには、小粒径トナー量を２重量％以下、かつ転写媒体との弱付着力トナー量３重量％以下にすればよいことがわかった。
【０１３７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１３８】
１１…像担持体、１４…現像部、１５…転写部、１６…クリーニング装置、２０…画像形成装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
像担持体に形成された静電潜像にトナー粒子を供給し、該トナー粒子を該像担持体表面に付着させ、及び該像担持体上に現像剤像を形成するための現像部、該現像剤像を中間転写体に転写するための第１の転写部、及び該中間転写体上に転写された現像剤像を転写媒体に転写するための第２の転写部を具備するカラー画像形成装置であって、
前記トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合は、各々５個数％以下であり、
前記トナー粒子の該像担持体表面に対する付着力分布において、
１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合は、１０重量％以下、かつ３×１０−７（Ｎ）以上のトナー粒子の占める割合は、５重量％以下であるカラー画像形成装置。
【請求項２】
像担持体に形成された静電潜像にトナー粒子を供給し、該トナー粒子を該像担持体表面に付着させ、及び該像担持体上に現像剤像を形成するための現像部、該現像剤像を中間転写体に転写するための第１の転写部、及び該中間転写体上に転写された現像剤像を転写媒体に転写するための第２の転写部を具備するカラー画像形成装置であって、
前記トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合は、各々５個数％以下であり、
前記現像部は、前記像担持体表面の残留現像剤を現像と同時に該現像部内に回収する機構をさらに有し、
前記トナー粒子の該像担持体表面に対する付着力分布において、
１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合は、１０重量％以下、かつ３×１０−７（Ｎ）以上のトナー粒子の占める割合は、５重量％以下であるカラー画像形成装置。
【請求項１】
像担持体に形成された静電潜像にトナー粒子を供給し、該トナー粒子を該像担持体表面に付着させ、及び該像担持体上に現像剤像を形成するための現像部、該現像剤像を中間転写体に転写するための第１の転写部、及び該中間転写体上に転写された現像剤像を転写媒体に転写するための第２の転写部を具備するカラー画像形成装置であって、
前記トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合は、各々５個数％以下であり、
前記トナー粒子の該像担持体表面に対する付着力分布において、
１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合は、１０重量％以下、かつ３×１０−７（Ｎ）以上のトナー粒子の占める割合は、５重量％以下であるカラー画像形成装置。
【請求項２】
像担持体に形成された静電潜像にトナー粒子を供給し、該トナー粒子を該像担持体表面に付着させ、及び該像担持体上に現像剤像を形成するための現像部、該現像剤像を中間転写体に転写するための第１の転写部、及び該中間転写体上に転写された現像剤像を転写媒体に転写するための第２の転写部を具備するカラー画像形成装置であって、
前記トナー粒子の個数粒度分布において、５０％平均粒径がＡ（μｍ）のとき、Ａ×０．５（μｍ）以下、及びＡ×１．５（μｍ）以上の粒径を有するトナー粒子の占める割合は、各々５個数％以下であり、
前記現像部は、前記像担持体表面の残留現像剤を現像と同時に該現像部内に回収する機構をさらに有し、
前記トナー粒子の該像担持体表面に対する付着力分布において、
１．３×１０−８（Ｎ）以下のトナー粒子の占める割合は、１０重量％以下、かつ３×１０−７（Ｎ）以上のトナー粒子の占める割合は、５重量％以下であるカラー画像形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１４５７０６（Ｐ２０１１−１４５７０６Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８７７７８（Ｐ２０１１−８７７７８）
【出願日】平成２３年４月１１日（２０１１．４．１１）
【分割の表示】特願２００６−１２０９０７（Ｐ２００６−１２０９０７）の分割
【原出願日】平成１８年４月２５日（２００６．４．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１１日（２０１１．４．１１）
【分割の表示】特願２００６−１２０９０７（Ｐ２００６−１２０９０７）の分割
【原出願日】平成１８年４月２５日（２００６．４．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００００３５６２）東芝テック株式会社 (5,631)
【Ｆターム（参考）】
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