JP3670134B2 - Powder-to-powder adhesion measuring apparatus, powder-to-powder adhesion measuring method, and image forming apparatus and image forming method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トナー粒子間の付着力を測定する粉体間付着力測定装置及び粉体間付着力測定方法、並びにそれらを利用してトナー粒子の飛び散り防止することが可能な画像形成装置及び画像形成方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
粉体を取り扱う分野では、粉体の様々な特性値を把握することが重要である。粉体の付着力を測定する方法は、粉体の付着している物体から粉体を分離するのに必要な力を見積もる方法が一般的である。粉体を物体から分離させる方法としては、遠心力、振動、衝撃、空気圧、電界及び磁界等を用いた方法が知られている。このうち、遠心力を利用した方法は定量測定が容易であり、感光体及びキャリアへのトナーの付着における静電引力及びファンデルワールス力の寄与を論じた「C.J.Mastrangelo,Photogr.Sci.Eng.,26:194-197(1982)」、感光体へのトナーの付着において重要であるトナー粒子中の電荷分布を論じた「M.H.Lee and J.Ayala,J.Image.Tech.,11:279-284(1985)」及び定量化が困難な非静電的なトナーの付着力を論じた「寺尾和男、重広清:電子写真学会誌、34(1995)83」等の様々な研究結果が発表されている。
【0003】
ここで、「M.Takeuchi,A.Onose,M.Anzai,R.Kojima and K.Kawai:"Proc.IS&T 7th Int.Congress Adv.Non-Impact Printing Technology,21991,vol.1,pp.200-208」において用いられている遠心力を用いた粉体の付着力の測定方法(以下、遠心分離式付着力測定方法と称す)を以下に示す。この遠心分離式付着力測定方法は、粉体を付着させた試料基板と、試料基板から分離した粉体を付着させる受け基板と、試料基板と受け基板との間に設けられたスペーサとから構成される測定セルを、遠心分離装置のロータ内に設置し、ロータの回転による遠心力を用いて粉体を試料基板から分離して受け基板に付着させ、受け基板上の粉体を光学顕微鏡などを用いて観察し、その画像をコンピュータに取り込み、画像処理を行って粉体の粒径を測定し、粉体の粒径及び比重から粉体の重量を求め、粉体の重量及びロータの回転数から分離に必要な遠心力を計算して、各粉体の付着力を求めるという方法である。このように、粉体と平面間の付着力測定に関しては、多くの報告があるが、粉体間の付着力測定に関する報告は少ない。
【0004】
一方、電子写真方式で用いるトナー画像の転写プロセスでは、感光体上で電場により拘束されているトナー粒子集団を拘束力のない均一面にクーロン力で引っ張って移動させるため、原理的にトナーが散り易いという問題がある。また、転写体あるいは中間転写体上に転写されたトナーには、トナー粒子間のクーロン反発力が働いており、転写後のトナーの飛び散りの原因の一つになっていると考えられる。従って、トナーの飛び散りにはトナー粒子間の付着力が重要な特性値となる。特にファンデルワールス力や液架橋力のような非静電的付着力をコントロールすることが重要であり、その非静電的付着力を定量的に測定する方法の確立が望まれる。
【0005】
なお、この種の方法として関連するものには、例えば、特開平2−282760号公報、特開平5−333757号公報、特開平6−167825公報、特開平6−167826号公報がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術では、電子写真方式で用いるトナー画像の転写プロセスにおいてトナー粒子間の非静電的付着力をコントロールすることが重要であるにも拘らず、トナーのような粉体間の非静電的付着力を定量的かつ効率的に測定する方法が確立されていないという問題があった。
【0007】
本発明の目的は、このような問題点を改善し、トナーのような粉体間の非静電的付着力を定量的に測定できる粉体間付着力測定装置及び粉体間付着力測定方法を提供することにある。さらに、本発明の他の目的は、前記粉体間付着力測定装置及び粉体間付着力測定方法を利用して、トナー画像形成後のトナーの飛び散りを低減できる画像形成装置及び画像形成方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明の粉体間付着力測定装置は、粉体を複数層以上の厚さに重ねた粉体層を形成した試料面を有する試料基板、前記粉体層から分離した粉体を付着させる付着面を有する受け基板、及び前記試料面と前記付着面との間に設けられたスペーサから構成される測定セルと、前記測定セルを回転させるロータと、を有する遠心分離装置と、前記付着面に付着した粉体の画像を取得する画像取得手段と、前記画像取得手段にて取得された粉体の画像を解析し、前記受け基板上に付着している粉体の数、及び粉体の受け基板上への投影面積を求めるための画像処理手段と、前記画像処理手段により求められた付着面に付着する粉体の数と投影面積の関係から、個々の粉体同士が付着せずに独立して前記受け基板上に付着した状態を取り得る粉体の数及び投影面積を求める独立状態決定手段と、前記遠心分離装置のロータ回転数と前記受け基板上に付着した粉体の投影面積の関係から、個々の粉体が独立状態となるロータ回転数を決定するロータ回転数決定手段と、前記付着面に付着した粉体の平均粒径及び比重から計算した該粉体の平均重量と前記ロータの回転数とから、前記試料面上に形成した粉体層の最表面から粉体を分離するために必要な遠心力を求める付着力導出手段と、前記試料面上の粉体層の単位面積当たりの付着量、粉体の平均帯電量、及び、粉体層最表面から粉体を分離するために必要な遠心力の値を用いて、粉体間の非静電的付着力を算出する非静電的付着力算出手段と、を有することを特徴とする。
【0009】
また、前記目的を達成するため、本発明の粉体間付着力測定方法は、粉体を複数層以上の厚さに重ねた粉体層を形成した試料面を有する試料基板を作成し、前記粉体層から分離した粉体を付着させる付着面を有する受け基板を作成する基板作成工程と、前記試料基板と、前記受け基板と、前記試料面と前記付着面の間に設けられたスペーサと、から構成される測定セルを作成する測定セル作成工程と、前記測定セルを回転させるロータを有する遠心分離装置の該ロータ内に前記測定セルを設置する測定セル設置工程と、前記ロータの回転による遠心力により、前記試料面上に形成した粉体層の表面の粉体を分離して前記付着面に付着させる遠心分離工程と、前記測定セルを前記ロータから取り出して、前記受け基板を取得する受け基板取得工程と、前記付着面に付着する粉体の画像を取得し、取得された該粉体の画像を解析することにより、前記受け基板上に付着している粉体の数を求める粉体数導出工程と、前記粉体の画像を解析することにより、粉体の受け基板上への投影面積を求める投影面積導出工程と、前記付着面に付着する粉体の数と投影面積の関係から、個々の粉体同士が付着せずに独立して受け基板上に付着した状態を取り得る粉体の数及び投影面積を求める独立状態決定工程と、前記ロータの回転数と前記受け基板上に付着した粉体の投影面積の関係から、個々の粉体が独立状態となるロータ回転数を決定するロータ回転数決定工程と、前記粉体の平均粒径及び比重から計算した該粉体の平均重量と前記ロータの回転数とから、前記試料面上に形成した粉体層の最表面から粉体を分離するために必要な遠心力を求める付着力導出工程と、前記試料面上の粉体層の単位面積当たりの付着量、粉体の平均帯電量、及び、粉体層最表面から粉体を分離するために必要な遠心力の値を用いて、粉体間の非静電的付着力を算出する非静電的付着力算出工程と、を有することを特徴とする。
【0010】
また、前記目的を達成するため、本発明の画像形成装置は、少なくとも、静電潜像を担持する静電潜像担持体と、画像情報に応じて前記静電潜像担持体に静電潜像を形成する形成手段と、前記静電潜像にトナーを供給して顕像化する現像手段と、顕像化されたトナー画像を担持するトナー画像担持体とを有し、前記トナー画像担持体のトナー画像を形成するトナー粒子間の非静電的付着力をFt(N)、前記トナー画像担持体のトナー帯電量の平均値をQ(μC/g)、前記トナー画像担持体の最大のトナー付着量をM(mg/cm2)としたとき、以下の関係式M4×Q2/(Ft×109)≦60を満たすように、前記Q(μC/g)、前記M(mg/cm 2 )及び請求項6記載の粉体間付着力測定方法によって測定したFt(N)の値を設定し、かつ前記トナー画像担持体の表面抵抗を所定の値に設定したことを特徴とする。
【0011】
また、前記目的を達成するため、本発明の画像形成方法は、少なくとも、均一に帯電された静電潜像担持体に画像情報に応じて光を照射し、前記静電潜像担持体上に静電潜像を形成して担持する静電潜像形成工程と、前記静電潜像にトナーを供給して顕像化し、顕像化されたトナー画像をトナー画像担持体に担持する現像工程とを有し、前記トナー画像担持体のトナー画像を形成するトナー粒子間の非静電的付着力をFt(N)、前記トナー画像担持体のトナー帯電量の平均値をQ(μC/g)、前記トナー画像担持体の最大のトナー付着量をM(mg/cm2)としたとき、以下の関係式M4×Q2/(Ft×109)≦60を満たすように、前記Q(μC/g)、前記M(mg/cm 2 )及び請求項6記載の粉体間付着力測定方法によって測定したFt(N)の値を設定し、かつ前記トナー画像担持体の表面抵抗を所定の値に設定して、前記現像工程を実行することを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用い、本発明の一実施例を示して詳細に説明する。
《前記粉体間付着力測定装置及び粉体間付着力測定方法の実施例》 本実施例の粉体間付着力測定装置は、図1のように、装置全体を制御し、後述の粉体間付着力測定方法の工程を制御するCPU41、トナー等の粉体間付着力測定に用いる遠心分離装置5及びインタフェース43、CRT等から構成され、スキャナ49によって取り込まれた粉体の画像やその画像の解析結果等を表示する表示手段44、キーボードやマウス等の入力手段45、CPU41の制御プログラムや必要データを記憶したメモリ46、遠心力分離装置42による測定データやその解析結果等を蓄積するための外部記憶装置47、光学顕微鏡やCCDカメラ等により観察、撮影された粉体の画像を装置本体に取り込むためのスキャナ49及びインタフェース50、スキャナ49を介して取り込まれた粉体の画像を解析し、後述の受け基板3上に付着している粉体の数、及び粉体の受け基板3上への投影面積を求めるための画像処理手段48等を有する。また、図2のように、遠心分離装置5は、図3に示す測定セル1を回転させるロータ6と保持部材7とを備える。ロータ6は、自身の回転中心軸に対して垂直な断面で穴形状であり、保持部材7を嵌合可能に支持する試料設置部8を有する。保持部材7は棒状部7aと、棒状部7aに設けられた測定セル1を保持するセル保持部7bと、を備える。
【0013】
このような構成による、本実施例の粉体間付着力測定方法では、CPU41の制御によって、図4に示す手順でトナー等の粉体間の非静電的付着力を測定する。すなわち、粉体を複数層以上の厚さに重ねて形成した試料面2aを有する試料基板2を作成し、その試料基板2から分離した粉体を付着させる付着面を有する受け基板3を作成する受け基板作成工程101と、試料基板2と、受け基板3と、試料基板2の試料面2aと受け基板3の付着面3aの間に設けられたスペーサ4と、から構成される測定セル1を作成する測定セル作成工程102と、測定セル1を回転させるロータ6を有する遠心分離装置5のロータ6内に測定セル1を設置する測定セル設置工程103と、遠心分離装置5のロータ6の回転による遠心力により、試料面2aに形成した粉体層の表面の粉体を分離して受け基板3の付着面3aに付着させる遠心分離工程104と、測定セル1を遠心分離装置5のロータ6から取り出して、受け基板3を取得する受け基板取得工程105と、受け基板3の付着面3aに付着する粉体の画像を、図示していない光学顕微鏡やCCDカメラにて観察、撮影し、その画像をスキャナ49を介して取得し、取得した画像を画像処理手段48を用いて解析することにより、受け基板3に付着している粉体の数を求める粉体数導出工程106と、粉体の受け基板3の付着面3aへの投影面積を求める投影面積導出工程107と、受け基板3の付着面3aに付着する粉体の数と投影面積の関係から、個々の粉体同士が付着せずに独立して受け基板3上に付着した状態を取り得る粉体の数及び投影面積を求める独立状態決定工程108と、遠心分離装置5のロータ6の回転数と受け基板3上に付着した粉体の投影面積の関係から、独立状態となるロータ6の回転数を決定するロータ回転数決定工程109と、粉体の平均粒径及び比重から計算したその粉体の平均重量と前記ロータ6の回転数とから、試料面上に形成した粉体層の最表面から粉体を分離するために必要な遠心力を求める付着力導出工程110と、試料面上の粉体層の単位面積当たりの付着量(あるいは、試料面上の粉体の厚さ)、粉体の平均帯電量、及び粉体層最表面から粉体を分離するのに必要な遠心力より、粉体間の非静電的付着力を算出する非静電的付着力算出工程111と、から構成される。
【0014】
なお、前記測定セル設置工程103は、遠心分離装置5のロータ6を取り外し、取り外したロータ6内に測定セル1を設置することにより実行される。また、遠心分離工程104は、同一試料基板2に対して遠心分離装置5のロータ6の回転数を変化させ、試料基板2に付着した粉体を各回転数毎に交換される受け基板3の付着面3aに付着させることにより実行される。前述のような図1〜図3に示した構成の粉体間付着力測定装置により、測定セル設置工程103が、保持部材7のセル保持部7bにより測定セル1を保持する保持工程と、保持部材7を試料設置部8に嵌合させ、試料基板2の試料面2aの垂線と受け基板3の付着面3aの垂線が共に遠心分離装置5のロータ6の回転中心軸に対して垂直となり、試料基板2の試料面2aが受け基板3の付着面3aと遠心分離装置5のロータ6の回転中心軸との間に位置するように、保持部材7を遠心分離装置5のロータ6内に設置する設置工程と、から構成されるので、ロータ6を用いて測定セル1に大きな遠心力を加えることができる。
【0015】
本実施例においては、粉体の受ける遠心力Fは、粉体の重量m、ロータの回転数f(rpm)、ロータの中心軸から試料基板の粉体付着面までの距離rを用いて、次式(4)により求められる。
F=m×r×(2πf/60)2 (4)
また、粉体の重量mは、粉体の真比重ρ、円相当径dを用いて、次式(5)より求められる。
【0016】
m=(π/6)×ρ×d3 (5)
さらに、後述の式(1)及び(2)より、粉体の受ける遠心力Fは、次式(6)より求められる。
F=(π3/5400)×ρ×d3×r×f2 (6)
試料面上のトナー層を遠心分離法で分離しようとする場合、トナー層の最表面のトナーには、回転による遠心力、他のトナーとの非静電的付着力、他のトナーとのクーロン反発力、試料面との鏡像力が働いている。ここで、トナー間の非静電的付着力を測定したい場合、クーロン反発力や鏡像力などの静電的な力の影響を取り除く必要がある。本実施例では、試料面上の粉体層の単位面積当たりの付着量M(mg/cm2)、粉体の平均帯電量をQ(μC/g)、粉体層最表面から粉体を分離するために必要な遠心力をFs(N)としたとき、付着量M及び、又は帯電量Qが異なる複数の試料に対して遠心力Fsを求め、次の関係式(1)から、粉体間の非静電的付着力Ft(N)を算出する。但し、Aは定数である。
【0017】
Ft=Fs−A×(Q/M)2 (1)
また、試料面上の粉体層の厚さをH(μm)、粉体の平均帯電量をQ(μC/g)、粉体層最表面から粉体を分離するために必要な遠心力をFs(N)としたとき、厚さH及び、又は帯電量Qが異なる複数の試料に対して遠心力Fsを求め、次の関係式(2)から、粉体間の非静電的付着力Ft(N)を算出する。但し、Bは定数である。
【0018】
Ft=Fs−B×(Q/H)2 (2)
なお、遠心分離装置5は、日立工機製CP100α(最高回転数:100,000rpm、最大遠心加速度:800,000×g)を用いた。また、ロータ6は、日立工機製アングルロータP100ATを用いた。試料基板2、受け基板3、スペーサ4及び保持部材7は、遠心分離装置5の大きな遠心力に耐えられる強度があり、ロータ6内に設置したときに遠心分離装置5の最大回転数まで回転可能な重量以下となるような軽量の材料を用いる必要があるため、アルミ製の部材を用いた。また、受け基板3の付着面3aは、アルミを蒸着した、傷のない平滑な面とすることが望ましい。付着面3aの傷を無くすることで、トナー粒子測定の画面処理時に受け基板3の傷も計測されることを防ぐことができる。さらに、試料基板2の試料面2aとしては、測定対象の粉体層を形成することが可能なものであれば全て使用可能である。任意の試料面上に測定対象の粉体を上方から落下させで形成してもよいが、厚さが均一な粉体層を形成するためには、電子写真法を応用して粉体層を形成することが望ましい。特に、測定対象がトナーである場合、実際にトナー間の付着力を測定したい状態での試料を作成する必要がある。例えば、現像工程後の感光体上のトナー画像のトナー間付着力を測定したい場合、試料面2aとしてシート状の感光体を用いることが望ましい。また、転写工程でニップ圧力などを受けた後の状態を測定したい場合、実際の紙やOHPシートなどを試料面2aとして試料基板2に貼り付けることが望ましい。
【0019】
以下、より具体的な粉体間付着力測定方法を示す。本実施例では、トナー層の形成にはリコー製ディジタルフルカラー複写機PRETER650を使用した。また、PRETER650用トナーをベースとして、外添剤(H2000シリカ)添加量を変えたものを3種類用意した。各種トナーの凝集度の測定結果を表1に示す。
【0020】
◎
【表1】
【0021】
トナーの凝集度Cは、ホソカワミクロン製のパウダーテスタPT−N型を使用し、次の方法により測定した。パウダーテスタに3種類のメッシュを装着し(フルイ目開き、上段75μm、中段45μm、下段22μm)、トナーサンプルを2g上段のメッシュに載せ、振幅目盛が1mm振幅する状態で、30秒間振動させる。各メッシュ上に残ったトナーの重量からトナーの凝集度を次式により算出する。
【0022】
◎
【数1】
【0023】
ここで示したトナーの凝集度は、トナーの流動性を示す特性値であり、値の小さいほど流動性が向上する傾向がみられる。各種トナーとPRETER650用2成分現像剤のキャリアを混合し、現像剤とした。各種現像剤に対して荷電電位や露光量などの作像条件を設定し、中間転写ベルト上に直径3mmの円形のトナー像を形成した。さらに、中間転写ベルトを切りだし、図5のように、円形のアルミ基板上に貼り合わせ、試料基板2を作成した。試料基板(アルミ基板)2の試料面(中間転写ベルトの一部)2a上に形成したトナー層は帯電しているため、トナー粒子間のクーロン反発力や基板との鏡像力が働いていると考えられる。これらの力の影響を考察するために、各トナー種に対して、中間転写ベルト上のトナー帯電量Q(μC/g)とトナー付着量M(mg/cm2)を変化させた複数の試料面2aを作成した。トナー帯電量Q及びトナー付着量Mは既知の面積のトナー画像に対して吸引式ファラデーケージ法で測定した。こうして作成した試料基板2を保持部材7に装着し、保持部材7をロータ6に、ロータ6を遠心分離装置5にセットする。
【0024】
さらに、遠心分離装置5を作動させると、トナー粒子は遠心力によりトナー層表面から分離し、受け基板3(直径 本体:8mm、トナー受け範囲:5.2mm)に付着する。トナーの受ける遠心力Fは、前述の式(6)から求められる。なお、d:トナー粒径、ρ:トナー比重1.2g/cm3、r:遠心半径64.47mm、f:分離回転数rpmとする。
【0025】
F=(π3/5400)×ρ×d3×r×f2 (6)
本実施例では、試料基板2から分離するトナー数が比較的多いため、効率的な評価法として、受け基板3上の一個一個のトナー粒径は測定せず、平均粒径d=7.5μmであるとしてトナー粒子数のみを計数する方法を採用した。すなわち、受け基板3の付着面3aの中央部をCCD顕微鏡カメラ(キーエンス社製ハイパーマイクロスコープ)で拡大観察し、ビデオプリンタで出力した。200倍レンズを用いた場合、ビデオプリント上では77倍の倍率になり、一画面では横1.4mm×縦1.1mm=1.54mm2の面積を観察できる。拡大写真をスキャナ49を用いて400dpi×400dpi白黒写真モードでパーソナルコンピュータ(粉体間付着力測定装置本体側)に取り込み、画像処理手段48(画像処理ソフト(イメージプロプラス))を用いて、2値化処理、計数処理を行い、トナー粒子数とトナー粒子部分が占める画素数すなわちトナーの受け基板3上への投影面積を計数した。
【0026】
また、後述の方法で、トナー層中央部の最表層のトナー粒子が分離し始める回転数fを決定し、式(6)からトナーを分離するために必要な遠心力Fを求めた。トナー層の遠心分離を行う際、問題となるのが取り扱うトナー数の多さである。画像処理ソフトで付着面3a上のトナー粒子数を計数する場合、トナー数が多くなると、複数のトナー粒子が重なって大きな一つの粒子として計数されるようになる。そこで、本実施例では、トナー粒子数ではなく、トナー粒子部分が占有する総面積(投影面積)を用いて分離回転数を決定する方法を採用した。
【0027】
ここで、本実施例で測定した全サンプルに対して、付着面3a上のトナー粒子数とトナー部投影面積(画像処理の画素数)の関係を図6に示す。1枚のビデオプリント内のトナー部の画素数が1×105個程度までは画素数とトナー粒子数との間に直線的な関係が成り立っている。これは、トナー数が1000個程度までは一粒一粒が独立して付着していることを意味している。これに対して、トナー部の画素数が2×105個以上になると、トナー粒子数は約1800個程度で飽和してしまう。これは、トナー数が1800個程度以上になると、付着面3a上でトナー粒子同士が重なってしまうことを意味している。すなわち、本実施例では、独立状態決定工程108において、受け基板3上のトナー数1800個またはトナー部画素数2×105個が、トナー粒子が独立状態を取り得る最大数であると求められる。また、この状態では、トナー粒子の固まりが分離しているのではなく、トナー粒子が一粒一粒独立して分離していると考えられる。本実施例における独立状態の評価基準としては、遠心力の増加と共にトナー層の表層から分離し始めたトナーが累積し、1800個(画素数2×105個)程度飛んだ時点の回転数を分離回転数fと決めた。ビデオプリント画面の全面積での画素数は約2.4×106個であるから、単純に考えると、表層トナーの約8%が分離した状態である。この状態でトナー粒子は一粒一粒独立して分離していると考えられる。
【0028】
ここで、本実施例における3種類のトナーa,b,cについて、遠心回転数に対する分離トナー数の変化を図7〜図9に示す。なお、横軸には遠心回転数(rpm)を、縦軸には累積のトナー部画素数を対数で表した。前述の独立状態決定工程108で決定した画素数2×105個の位置は矢印で示した。また、表2に各条件での試料面2a上のトナー帯電量Q(μC/g)とトナー付着量M(mg/cm2)の測定結果を示した。
【0029】
◎
【表2】
【0030】
前記の各条件に対して、累積の画素数が2×105個になるロータ回転数を、分離回転数fとして決定し、式(6)でトナー粒径を7.5μmとして遠心力Fを計算した。この遠心力Fは表層のトナー粒子を分離するために必要な力であり、トナー粒子間に働く静電的な力と非静電的付着力の両者の影響を反映している。遠心力Fの計算結果を表3に示す。何れのトナーに対しても、トナー帯電量Qが大きいほどトナーを分離するための遠心力Fが大きく、トナー付着量Mが大きいほど遠心力Fが小さい傾向がある。
【0031】
◎
【表3】
【0032】
本実施例では、図10に示すような、鏡像力による付着状態のモデルを考え、解析することにより、トナー粒子間の非静電的付着力を決定する。表層のトナー粒子の中心に点電荷が存在すると仮定し、この点電荷に働く基板との鏡像力のみを考慮する。点電荷qは、トナー帯電量Q(μC/g)に比例し、基板と点電荷の距離hは、トナー付着量M(mg/cm2)にほぼ比例する。従って、点電荷に働く鏡像力FはF∝(q/h)2∝[Q/M]2に比例する。この計算結果も表3に示した。
【0033】
ここで、本実施例による鏡像力モデルでの解析方法に基づいて遠心力を整理した結果を図11に示す。なお、縦軸は表層のトナーが分離し始める遠心力Fs、横軸は[Q/M]2の計算値を示す。[Q/M]2の値は鏡像力に比例すると考えられるが、その絶対値自体に意味はない。各トナーとも、バラツキはあるものの、直線的な増加傾向が認められる。これにより、横軸をゼロに外挿したときの遠心力が非静電的なトナー粒子間の付着力Ftを表すと考えられる。すなわち、以下の関係式(7)が成り立つ。但し、Aは定数である。
【0034】
Fs=Ft+A×(Q/M)2 (7)
さらに、非静電的なトナー粒子間の付着力Ftとトナー凝集度の相関を図12に示す。トナーへの外添剤添加量の減少と共に、トナー凝集度が増加し、非静電的トナー間付着力が増加することが定量的に確認できた。
なお、前記トナー付着量Mの代わりにトナー層の厚さHを測定した。トナー層厚さHはキーエンス社の表面形状測定顕微鏡VF7500を用いて測定した。図13にトナー付着量Mとトナー層厚さHの相関を示す。両者にはほぼ比例関係が成り立つ。従って、式(7)と同様に式(8)が成り立ち、Ftを測定することができた。但し、Bは定数である。
【0035】
Fs=Ft+B×(Q/H)2 (8)
本実施例の更なる検討の結果、前述した転写工程でのトナーの飛び散り、いわゆる転写チリ現象は、トナー帯電量とトナー付着量、さらに本実施例の方法により測定したトナー間付着力の三つの特性値で記述できることを見いだした。転写チリが多いほど、ライン間のような非画像部に見えるトナー粒子数が多くなる。この非画像部に散ったトナー数から転写チリレベルを評価した。本実施例では、中間転写ベルト上の200μm幅のライン状トナー画像をCCD顕微鏡カメラで撮影し、その拡大写真をスキャナ49からパーソナルコンピュータに白黒連続調画像として取り込んだ。市販の画像処理ソフトを用いて、連続調の写真画像を2値化してトナー粒子部分とベルト部分の輪郭を強調、分離した。前記画像処理ソフトの計数機能を用いてトナー粒子部分の個数(オブジェクト数)を計数し、長さ1mm当たりのラインエッジ部から飛び散ったトナー粒子の個数を算出した。この数値を「ライン散りトナー数N(個/mm)」と定義した。また、中間転写ベルト上のトナー帯電量Q及びトナー付着量Mは吸引式ファラデーケージ法で測定し、200μm幅のライン画像を既知の長さ分だけ吸引、採集した。採集したトナーによる誘起電荷量qと重量mから単位重量当たりのトナーの電荷量を算出し、平均トナー帯電量Q(μC/g)として表す。また、ライン画像の拡大写真からライン幅の平均値を求めてライン画像の面積aを算出し、単位面積当たりのトナーの重量をトナー付着量M(mg/cm2)として表す。
【0036】
ここで、図14に、中間転写ベルト上でのライン散りトナー数Nと、中間転写ベルト上のトナー付着量Mの相関を示す。M=0.8〜1.0mg/cm2程度までのトナー付着量が比較的少ない場合はマゼンタトナーの単色画像で、それ以上トナー付着量が多い場合はシアントナーの上にマゼンタトナーを重ねた2色重ね画像で実験した。また、トナーとして前述のトナーaを用いた。また、帯電能力のみが異なる3種類のキャリアによる現像剤を作成し、中間転写ベルト上のトナー帯電量Qをパラメータとして変化させた。キャリアの帯電能力は製造過程の焼成温度を変化させてコントロールした。帯電能力の高い順にキャリアA、キャリアB、キャリアCとした。図14では、ライン散りトナー数Nはトナー付着量Mの増加と共に急激に増加する。また、トナー帯電量Qが大きいほどライン散りトナー数Nも大きい。本発明者の検討では、転写チリが実用上許容できるレベルは、中間転写ベルト上でのライン散りトナー数が130個/mmとした。トナー荷電量が大きい場合は中間転写ベルト上でのトナー付着量を低減しなければならない。すなわち、中間転写ベルト上の画像領域内でトナー付着量が最も多くなる部分でのトナー付着量が少なくなるような作像条件を設定しなければならない。逆に、トナー帯電量を小さくすれば、中間転写ベルト上での最大トナー付着量が多くても許容される。図14中の三つの曲線は、「N= αM4Q2+β」の特性を表し、α=0.28、β=18で同一である。この特性とトナー付着量Mとトナー帯電量Qに対する転写チリの実験結果はよく一致している。同様に、外添剤の添加量が異なる前記3種類のトナーa,b,cを使用し、トナー凝集度またはトナー間付着力をパラメータとして変化させた結果を図15に示す。
【0037】
この図15においても、トナー付着量Mの増加に伴う散りトナー数Nの増加は同様である。また、外添剤量の減少によってトナー凝集度またはトナー間付着力が大きくなるほど、散りトナー数が減少する傾向がある。図15中の三つの曲線も、「N= αM4Q2+β」の特性を表し、トナーaではα=0.28、β=18、トナーbではα=0.12、β=14、トナーcではα=0.08、β=10となった。この特性と転写チリの実験結果はよく一致している。
【0038】
さらに、図16に、図12で求めたトナー粒子間の非静電的付着力Ftと図14から求めた前記パラメータαの関係を示す。図中の曲線はα=1.8/Ft(図16でのFtの単位はnN=10-9N)の関係を示しており、実験結果とほぼ一致している。なお、転写チリ発生のメカニズムの詳細は明らかでないが、トナー粒子間の非静電的付着力Ft(N)、トナー付着量M、トナー帯電量Qの三つのパラメータの変化に対して、ライン散りトナー数Nは実験的には以下の経験式と良く一致することが明らかとなった。
【0039】
N=1.8M4Q2/(Ft×109)+β (βは10〜20程度) (9)
前述のように実用上許容できるライン散りトナー数Nは130個/mm程度以下であるから、βを10〜20として、
N−β=1.8M4Q2/(Ft×109)≦110〜120 (10)
となる。従って、中間転写ベルト上の画像領域内で最もトナー量が多くなる部分に対して、以下の関係式(3)を満たすような作像条件を設定すれば、転写チリの少ない画像が得られる。
【0040】
M4Q2/(Ft×109)≦60 (3)
前記関係式(3)において、トナー粒子間の非静電的付着力Ftは、5×10-9N〜3×10-8Nの範囲であることが好ましい。Ftが5×10-9Nよりも小さい場合、前記関係式(3)を満たすためには、トナー付着量Mまたはトナー帯電量Qを非常に小さくする必要がある。中間転写ベルト上で最もトナーが多い部分でのトナー付着量Mの低下は画像濃度の不足となり、トナー帯電量Qの低下はトナー凝集度の低下と重なってトナー飛散等の不具合を生じる。一方、Ftが3×10-8Nよりも大きい場合は、転写チリに対してはライン散りトナー数Nが減少する減少する方向だが、現像時のトナー画像の粒状性の悪化やトナー補給時の搬送性の悪化等の不具合を生じる。
【0041】
また、前記関係式(3)において、中間転写ベルト上でのトナー帯電量の絶対値が10〜30μC/gの範囲であることが好ましい。トナー帯電量の絶対値が10μC/gより小さい場合、転写チリに対してはライン散りトナー数が減少する方向だが、トナー飛散や転写不良等の不具合を生じる。逆に、トナー帯電量の絶対値が30μC/gよりも大きい場合も、転写性が不十分になる。
【0042】
さらに、本実施例においては、中間転写ベルトの表面抵抗値が108〜1010 Ω/□であることが好ましい。表面抵抗値が108 Ω/□よりも小さい場合、転写電圧がリークしてしまい、転写不良が発生する。逆に、表面抵抗値が1010 Ω/□よりも大きい場合、ベルト転写工程後の中間転写ベルトの非画像部にマイナス電位を保持するようになる。従って、この残留電位を除去するための除電装値が必要になるという欠点がある。しかし、この非画像部の電荷保持は中間転写ベルト上での転写チリ低減には効果がある。すなわち、中間転写ベルト上で画像を形成するトナー粒子間にはトナーが持つマイナス電荷間にクーロン反発力が作用してトナー散りが発生するが、非画像部にマイナス電荷を保持している場合、非画像部のマイナス電荷とトナー電荷の間にクーロン反発力が作用し転写チリを抑制すると考えられる。このような場合、転写チリ低減には必ずしも関係式(3)の条件を満たす必要はなくなる。逆に言えば、関係式(3)は中間転写ベルトの表面抵抗値が10 10 Ω/□以下の場合に特に有効である。
【0043】
《前記画像形成装置及び画像形成方法の第1の実施例》 次に、図17を用い、前記の粉体間付着力測定方法の測定結果を適用したカラー画像形成装置について述べる。本実施例では、1本の感光体に対向して4色の現像器を並べて配置してあり、感光体上に異なる色成分毎に形成されるトナー像を中間転写ベルト上に順次重ねて転写し、その重ねて転写されたトナー像を転写紙等に一括転写することによって、カラー画像を得る1ドラム中間転写体方式を採用する。
【0044】
図17において、感光体ドラム35(=静電潜像担持体)はアルミ素管上に、下引き層、電荷発生層、電荷輸送層の順に重ねて製膜した機能分離型の感光層を有する。感光層の厚さは約28μm、静電容量は約90pF/cm2である。本実施例においては、感光体ドラム35をスコロトロン帯電器21で均一にマイナス帯電(約−650〜−700V)した後、画像情報に応じたレーザ光を露光部22に照射し、−100V〜−500Vの静電潜像を形成する。感光体の帯電電位や露光部電位を電位センサA23で検出し、帯電条件や露光条件等を制御することもできる。すなわち、静電潜像を形成する形成手段は、スコロトロン帯電器21、露光部22、電位センサA23等からなる。
【0045】
また、現像部24(=現像手段)には4色の現像器が並べて配置されており、各色毎に静電潜像を現像する。乾式2成分現像剤を用い、感光体上の低電位部にマイナス帯電トナーを付着させる反転現像方式である。前記乾式2成分現像剤は平均粒径が7.5μmの粉砕トナーと平均粒径が50μmの樹脂コートキャリアからなり、現像剤中のトナーの帯電量は、−10〜−30μC/gとした。トナーには外添剤として0.2〜0.8重量部のシリカ微粒子が添加されている。本実施例においては、現像バイアス値は約−500〜−550Vとした。現像バイアスには交流成分を重畳させてもよい。現像後の位置にはPセンサ25が設置され、光学的反射率からトナー付着量を検出してプロセス条件を制御することもできる。
【0046】
また、各色のトナー像は中間転写ベルト26(=トナー画像担持体)上に転写される。転写電圧の間接印加方式を採用しており、入口ローラ32と出口ローラ33の間に架け渡されたベルト部分が感光体に接離可能に構成されている。前記中間転写ベルト26はポリカーボネート樹脂あるいはフッ素系樹脂等の中にカーボンブラックを分散させた単層の中抵抗体であり、厚さ約150μm、表面抵抗値は108〜1010 Ω/□、体積抵抗値は109〜1011Ωcmの範囲のものを用いた。また、入口ローラ32は接地され、出口ローラ33に+1000〜+1500V程度の転写電圧(Vt)が印加される。転写電圧(Vt)は図示していない電源より供給され、その出力値は図示していない制御部にて制御されている。以後、感光体から中間転写ベルト26上への転写を「ベルト転写」と称す。なお、ベルト転写後の感光体上の残留トナーは、PCC(クリーニング前チャージャ)27によって帯電量が制御され、ドラムクリーニング装置29でブラシ及びブレードで除去される。
【0047】
本実施例においては、中間転写ベルト26上に1色目のトナー画像が形成された後、2色目の作像動作を開始し、中間転写ベルト26上に2色目のトナー像を重ねて転写する。この時、転写される順番毎に転写電圧を増加させていってもよい。フルカラー画像の場合、中間転写ベルト26上に黒、シアン、マゼンタ、イエローの4色のトナー画像を順次形成した後、一括して記録紙34上に転写する。中間転写ベルト26上から記録紙34上へのトナー像の転写は、紙転写ローラ31で紙の裏側からプラス極性の電圧を印加する。以後、中間転写ベルト26から記録紙34上への転写を「ペーパー転写」と称す。ペーパー転写後の中間転写ベルト26上に残留したトナーはクリーニング装置28によって除去される。
【0048】
《前記画像形成装置及び画像形成方法の第2の実施例》 本実施例の画像形成装置の構成は、第1の実施例(図17)と概ね同様であるが、後述のように中間転写ベルト26として、表面抵抗値が109 Ω/□、体積抵抗値が1010Ωcmの単層の中抵抗体を用いた。また、本実施例においては、前記粉体間付着力測定方法によって測定したトナー粒子間の非静電的付着力Ftが8×10−9Nとなるトナーaを用い、シアンとマゼンタを2色重ねたブルーのライン部について最終画像での転写チリ品位を目視判定した。このように2色重ねた色の部分は、ペーパー転写工程前、すなわち、中間転写ベルト26上でのトナー付着量が多くなり、転写チリが増加する。このような中間転写ベルト26上でトナー付着量が最大となる部分において転写チリが低減できれば、これよりもトナー付着量が少ない部分でも確実に転写チリは低減する。また、前記中間転写ベルト26は、エチレン−テトラ−フルオロエチレン(ETFE)樹脂の中にカーボンブラックを分散させた表面抵抗値が109 Ω/□、体積抵抗値が1010Ωcmの単層の中抵抗体であって、ベルト転写バイアス値は、1色目、2色目共に+1200Vとした。現像剤中のトナー帯電量はシアンとマゼンタ共に−30μC/g程度であった。ベルト転写工程後の中間転写ベルト26上でのトナー帯電量の平均値Qは−17.7μC/gであった。この時のライン散りトナー数は図14中の●プロットの結果となり、中間転写ベルト上でのトナー付着量Mが1.1mg/cm2以下では、「M4Q2/(Ft×109)≦60」が成立し、転写チリは許容できるレベルであった。その他の不具合も発生しなかった。
【0049】
なお、本実施例と比較するために、図14中の●プロットの結果において、中間転写ベルト26上でのトナー付着量Mを1.2mg/cm2以上にした場合、前記関係式「M4Q2/(Ft×109)≦60」が成立せず、転写チリが目立ち許容できなくなった。
《前記画像形成装置及び画像形成方法の第3の実施例》 本実施例の画像形成装置の構成は、第1の実施例(図17)と概ね同様である。本実施例では、前記粉体間付着力測定方法で測定したトナー粒子間の非静電的付着力Ftが2×10-8Nとなるトナーcを用いた。現像剤中のトナー帯電量はシアンとマゼンタ共に−28μC/g程度であった。ベルト転写工程後の中間転写ベルト26上でのトナー帯電量の平均値Qは−17.4μC/gであった。この時のライン散りトナー数Nは図15中の△プロットの結果となり、中間転写ベルト26上でのトナー付着量Mが1.36mg/cm2以下では、前記関係式「M4Q2/(Ft×109)≦60」が成立し、転写チリは許容できるレベルであった。その他の不具合も発生しなかった。
【0050】
《前記画像形成装置及び画像形成方法の第4の実施例》 本実施例の画像形成装置の構成は、第1の実施例(図17)と概ね同様である。本実施例では、第3の実施例と同様に、トナー粒子間の非静電的付着力Ftが2×10-8Nとなるトナーcを用いた。さらに、現像剤中のトナー濃度を低下させてトナー帯電量を増加させた。現像剤中のトナー帯電量はシアンとマゼンタ共に−40μC/g程度になった。ベルト転写工程後の中間転写ベルト26上でのトナー帯電量Qは本実施例の範囲外の−31μC/gになった。この時の中間転写ベルト26上でのトナー付着量Mは1.00mg/cm2で、前記関係式「M4Q2/(Ft×109)≦60」が成立し、転写チリは許容できるレベルであった。しかし、中間転写ベルト26上でのトナー帯電量が大き過ぎるため、ペーパー転写工程で転写不良が発生した。
【0051】
《前記画像形成装置及び画像形成方法の第5の実施例》 本実施例の画像形成装置の構成は、第1の実施例(図17)と概ね同様である。本実施例では、外添剤添加量が1.0重量部のトナーdを用い、第4の実施例と同様に画像形成を行った。前記粉体間付着力測定方法で測定したトナー粒子間の非静電的付着力Ftは4×10-9N程度となり本実施例の範囲外となった。現像剤中のトナー帯電量はシアンとマゼンタ共に−15μC/g程度であった。ベルト転写工程後の中間転写ベルト26上でのトナー帯電量の平均値Qは−11.5μC/gであった。この時の中間転写ベルト26上でのトナー付着量Mが1.1mg/cm2では、前記関係式「M4Q2/(Ft×109)≦60」が成立し、転写チリは許容できるレベルであった。しかし、現像装置からのトナー飛散が発生した。
【0052】
《前記画像形成装置及び画像形成方法の第6の実施例》 本実施例の画像形成装置の構成は、第1の実施例(図17)と概ね同様である。本実施例では、キャリアAと外添剤未添加のトナーeを用い、第4の実施例と同様に画像形成を行った。前記粉体間付着力測定方法で測定したトナー粒子間の非静電的付着力Ftは4×10-8N程度となり本実施例の範囲外となる。現像剤中のトナー帯電量はシアンとマゼンタ共に−25μC/g程度であった。ベルト転写工程後の中間転写ベルト26上でのトナー帯電量の平均値Qは−16μC/gであった。中間転写ベルト26上でのトナー付着量Mが1.5mg/cm2では、前記関係式「M4Q2/(Ft×109)≦60」が成立し、転写チリは許容できるレベルであった。しかし、現像後のドット画像の粒状性が悪化した。
【0053】
《前記画像形成装置及び画像形成方法の第7の実施例》 本実施例の画像形成装置の構成は、第1の実施例(図17)と概ね同様であるが、中間転写ベルト26として、ポリカーボネート樹脂の中にカーボンブラックを分散させた表面抵抗値が108 Ω/□、体積抵抗値が1011Ωcmの単層の中抵抗体を用いた。その結果、現像剤中のトナー帯電量はシアンとマゼンタ共に−30μC/g程度であった。ベルト転写工程後の中間転写ベルト26上でのトナー帯電量の平均値Qは−17.7μC/gであった。中間転写ベルト26上でのトナー付着量Mが1.0mg/cm2では、前記関係式「M4Q2/(Ft×109)≦60」が成立し、転写チリは許容できるレベルであった。中間転写ベルト26上での残留電荷もなく、中間転写ベルト26の除電装置を省略することができた。その他の不具合も発生しなかった。
【0054】
《前記画像形成装置及び画像形成方法の第8の実施例》 本実施例の画像形成装置の構成は、第1の実施例(図17)と概ね同様であるが、中間転写ベルト26の表面に約20μmの高抵抗層を設けた。その表面層はPVdF樹脂中に酸化チタンを分散させたもので、表面抵抗値は1013Ωcmである。ベルト転写バイアス値は1色目のシアン転写時は+1600V、2色目のマゼンタ転写時には+2000Vとした。また、現像剤としてはトナーaを用いた。現像剤中のトナー帯電量はシアンとマゼンタ共に−24μC/g程度であった。ベルト転写工程後の中間転写ベルト26上でのトナー帯電量Qが−14.0μC/g、トナー付着量Mが1.37mg/cm2で、前記関係式「M4Q2/(Ft×109)≦60」を満たしていないが、中間転写ベルト26上でのライン散りトナー数Nは50個程度しかなく、転写チリは許容できるレベルであった。これは、中間転写ベルト26上の非画像部のマイナス電荷がトナー散りを抑制したものと考えられる。しかし、そのマイナス電荷の影響で次の作像工程で転写ムラによる残像が発生した。
【0055】
本実施例によれば、遠心分離法により粉体層最表面から粉体を分離するために必要な遠心力Fs(N)を測定し、試料面上の粉体層の単位面積当たりの付着量M(mg/cm2)及び粉体の平均帯電量Q(μC/g)の依存性から静電的な力の影響を分離できるので、粉体間の非静電的付着力Ft(N)を求めることができる。また、遠心分離法により粉体層最表面から粉体を分離するために必要な遠心力Fs(N)を測定し、試料面上の粉体層の厚さH(μm)及び粉体の平均帯電量Q(μC/g)の依存性から静電的な力の影響を分離できるので、粉体間の非静電的付着力Ft(N)を求めることができる。
【0056】
また、本実施例によれば、試料基板2上に粉体を複数層以上の厚さに重ねて粉体層を形成する工程は、電子写真方式の現像工程により、静電潜像を形成したシート状の試料基板2上に粉体層を形成するようにしたので、均一な粉体層を形成できる。さらに、試料基板2上に粉体を複数層以上の厚さに重ねて粉体層を形成する工程は、電子写真方式の現像工程により、静電潜像を形成した粉体像担持体上に粉体層を形成した後、電子写真方式の転写工程により、粉体像をシート状の試料基板上に転写して形成するようにしたので、簡単な構成で粉体層を形成し、精度良く非静電的付着力を測定することができる。すなわち、トナーのような粉体間の非静電的付着力を定量的かつ効率的に測定できる。
【0057】
さらに、本実施例によれば、トナー粒子間の非静電的付着力及びトナー画像担持体上でのトナー帯電量とトナー付着量の三つの特性値の関係を最適化できるので、転写チリの少ない高品質の画像を得ることができる。また、トナー画像担持体上でのトナー粒子間の非静電的付着力を最適化し、例えばトナー画像担持体上に形成したトナー画像のトナー粒子間の非静電的付着力Ft(N)が、5×10-9N〜3×10-8Nの範囲にあるようにしたので、転写チリを低減し、トナー飛散や現像ムラ等の異常画像の発生を抑制して、高品質の画像を得ることができる。あるいはトナー帯電量を最適化し、例えばトナー画像担持体上でのトナーの平均帯電量の絶対値が10〜30μC/gであるようにしたので、転写チリが少なく、トナー飛散や現像ムラのない高品質の画像を得ることができる。
【0058】
また、本実施例によれば、トナー画像担持体がトナー画像を一時的に担持する中間転写ベルトであり、その中間転写ベルトの抵抗値を最適化し、例えば中間転写ベルトの表面抵抗値が108〜1010 Ω/□であるようにしたので、小型の装置で、転写チリが少なく、残像などのない高品質のカラー画像を得ることができる。
【0059】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のによれば、遠心分離法により粉体層最表面から粉体を分離するために必要な遠心力Fs(N)を測定し、試料面上の粉体層の単位面積当たりの付着量M(mg/cm2)及び粉体の平均帯電量Q(μC/g)の依存性から静電的な力の影響を分離できるので、粉体間の非静電的付着力Ft(N)を求めることができる。また、遠心分離法により粉体層最表面から粉体を分離するために必要な遠心力Fs(N)を測定し、試料面上の粉体層の厚さH(μm)及び粉体の平均帯電量Q(μC/g)の依存性から静電的な力の影響を分離できるので、粉体間の非静電的付着力Ft(N)を求めることができる。よって、トナーのような粉体間の非静電的付着力を定量的に測定できる粉体間付着力測定装置及び粉体間付着力測定方法を提供することができる。
【0060】
また、本発明によれば、前記粉体間付着力測定装置及び粉体間付着力測定方法を用いて、トナー粒子間の非静電的付着力及びトナー画像担持体上でのトナー帯電量とトナー付着量の三つの特性値の関係を最適化できるので、転写チリの少ない高品質の画像を得ることができる。よって、トナー画像形成後のトナーの飛び散りを低減できる画像形成装置及び画像形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における粉体間付着力測定装置の構成図である。
【図2】本発明の一実施例における粉体間付着力測定装置における遠心分離装置の測定セルを示す斜視図である。
【図3】本発明の一実施例における粉体間付着力測定装置における遠心分離装置の一部断面図である。
【図4】本発明の一実施例における粉体間付着力測定方法の概略を示すフローチャートである。
【図5】本発明の一実施例における粉体間付着力測定装置及び粉体間付着力測定方法における遠心分離サンプル図である。
【図6】本発明の一実施例における粉体間付着力測定装置及び粉体間付着力測定方法におけるトナー部面積とトナー粒子数の相関を示す図である。
【図7】本発明の一実施例における粉体間付着力測定装置及び粉体間付着力測定方法におけるトナーaの遠心分離結果を示す図である。
【図8】本発明の一実施例における粉体間付着力測定装置及び粉体間付着力測定方法におけるトナーbの遠心分離結果を示す図である。
【図9】本発明の一実施例における粉体間付着力測定装置及び粉体間付着力測定方法におけるトナーcの遠心分離結果を示す図である。
【図10】本発明の一実施例における粉体間付着力測定装置及び粉体間付着力測定方法における鏡像力モデルを示す図である。
【図11】本発明の一実施例における粉体間付着力測定装置及び粉体間付着力測定方法における鏡像力モデルによる遠心力の解析結果を示す図である。
【図12】本発明の一実施例における粉体間付着力測定装置及び粉体間付着力測定方法におけるトナー凝集度とトナー間付着力の相関を示す図である。
【図13】本発明の一実施例における粉体間付着力測定装置及び粉体間付着力測定方法におけるトナー付着量と厚さの相関を示す図である。
【図14】本発明の一実施例における粉体間付着力測定装置及び粉体間付着力測定方法における転写チリとトナー付着の相関(トナー帯電量の変化)を示す図である。
【図15】本発明の一実施例における粉体間付着力測定装置及び粉体間付着力測定方法における転写チリとトナー付着の相関(トナー凝集度の変化)を示す図である。
【図16】本発明の一実施例における粉体間付着力測定装置及び粉体間付着力測定方法におけるトナー凝集度とパラメータαの相関を示す図である。
【図17】本発明の一実施例における画像形成装置の構成図である。
【符号の説明】
1 測定セル
2 試料基板
2a 試料面
3 受け基板
3a 付着面
5 遠心分離装置
6 ロータ
41 CPU
48 画像処理手段
49 スキャナ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a powder-to-powder adhesion measuring device and a powder-to-powder adhesion measuring method for measuring the adhesion between toner particles, and an image forming apparatus and an image capable of preventing scattering of toner particles using them. It relates to a forming method.
[0002]
[Prior art]
In the field of handling powder, it is important to grasp various characteristic values of the powder. As a method for measuring the adhesion force of a powder, a method for estimating a force necessary for separating the powder from an object to which the powder is adhered is generally used. As a method for separating powder from an object, a method using centrifugal force, vibration, impact, air pressure, electric field, magnetic field or the like is known. Among them, the method using centrifugal force is easy to quantitatively measure, and discussed the contribution of electrostatic attraction and van der Waals force in the adhesion of toner to the photoreceptor and the carrier `` CJMastrangelo, Photogr.Sci.Eng. , 26: 194-197 (1982), discussing charge distribution in toner particles, which is important in toner adhesion to a photoreceptor, "MHLee and J. Ayala, J. Image. Tech., 11: 279-". 284 (1985) ”and“ Kazuo Terao, Kiyoshi Shigehiro: Journal of Electrophotographic Society, 34 (1995) 83 ”, which discussed non-electrostatic toner adhesion that is difficult to quantify, were announced. ing.
[0003]
Here, "M. Takeuchi, A. Onose, M. Anzai, R. Kojima and K. Kawai:" Proc. IS & T 7th Int.Congress Adv.Non-Impact Printing Technology, 21991, vol.1, pp.200-208 "Measurement method of adhesion force of powder using centrifugal force (hereinafter referred to as centrifugal adhesion measurement) The method is referred to below. This centrifugal adhesion measuring method comprises a sample substrate to which powder is adhered, a receiving substrate to which powder separated from the sample substrate is adhered, and a spacer provided between the sample substrate and the receiving substrate. The measurement cell is placed in the rotor of the centrifuge, and the powder is separated from the sample substrate using the centrifugal force generated by the rotation of the rotor and attached to the receiving substrate. The image is taken into a computer, image processing is performed, the particle size of the powder is measured, the weight of the powder is obtained from the particle size and specific gravity of the powder, the weight of the powder and the rotation of the rotor In this method, the centrifugal force required for separation is calculated from the number to determine the adhesion force of each powder. As described above, there are many reports on the measurement of the adhesion between the powder and the flat surface, but there are few reports on the measurement of the adhesion between the powder.
[0004]
On the other hand, in the toner image transfer process used in the electrophotographic system, the toner particle group restrained by the electric field on the photosensitive member is moved to a uniform surface having no restraining force by a Coulomb force. There is a problem that it is easy. In addition, it is considered that the toner transferred onto the transfer body or the intermediate transfer body has a Coulomb repulsive force between the toner particles, which is one of the causes of the toner scattering after the transfer. Therefore, the adhesion force between the toner particles is an important characteristic value for the scattering of the toner. In particular, it is important to control non-electrostatic adhesion forces such as van der Waals force and liquid crosslinking force, and establishment of a method for quantitatively measuring the non-electrostatic adhesion forces is desired.
[0005]
Examples of this type of method include, for example, JP-A-2-282760, JP-A-5-333757, JP-A-6-167825, and JP-A-6-167826.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above prior art, it is important to control the non-electrostatic adhesion between toner particles in the transfer process of a toner image used in an electrophotographic system, but non-electrostatic between powders such as toner is important. There has been a problem that a method for quantitatively and efficiently measuring the adhesive force has not been established.
[0007]
An object of the present invention is to improve such a problem and to measure a non-electrostatic adhesion force between powders such as toners quantitatively, and a method for measuring adhesion force between powders and a method for measuring adhesion force between powders Is to provide. Furthermore, another object of the present invention is to provide an image forming apparatus and an image forming method capable of reducing the scattering of toner after the toner image is formed by using the powder-to-powder adhesive force measuring apparatus and the inter-powder adhesive force measuring method. It is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an apparatus for measuring adhesion between powders according to the present invention is provided by separating a sample substrate having a sample surface on which a powder layer is formed by stacking powders in a thickness of a plurality of layers, from the powder layer. Centrifugal separation having a receiving substrate having an attachment surface to which the powder is adhered, a measurement cell comprising a spacer provided between the sample surface and the attachment surface, and a rotor for rotating the measurement cell An apparatus, an image acquisition means for acquiring an image of the powder adhered to the adhesion surface, an image of the powder obtained by the image acquisition means, and an analysis of the powder adhered on the receiving substrate From the relationship between the number and the projected area of the powder onto the receiving substrate, and the relationship between the number of the powder adhering to the adhesion surface obtained by the image processing means and the projected area, Adhered to the receiving substrate independently without adhering to each other Independent state determination means for determining the number of powders that can take the state and the projected area, and the relationship between the rotational speed of the rotor of the centrifugal separator and the projected area of the powder adhering to the receiving substrate, the individual powders are independent. From the rotor rotational speed determining means for determining the rotor rotational speed to be in the state, the average weight of the powder calculated from the average particle diameter and specific gravity of the powder adhered to the adhesion surface, and the rotational speed of the rotor An adhesion force deriving means for obtaining a centrifugal force necessary for separating the powder from the outermost surface of the powder layer formed on the surface; an adhesion amount per unit area of the powder layer on the sample surface; Non-electrostatic adhesion calculation means for calculating non-electrostatic adhesion force between powders using the average charge amount and the value of centrifugal force necessary to separate the powder from the outermost surface of the powder layer It is characterized by having.
[0009]
In order to achieve the above object, the inter-powder adhesion measuring method of the present invention creates a sample substrate having a sample surface on which a powder layer is formed by laminating powders in a thickness of a plurality of layers. A substrate creation step of creating a receiving substrate having an attachment surface to which the powder separated from the powder layer is attached; the sample substrate; the receiving substrate; a spacer provided between the sample surface and the attachment surface; A measurement cell creation step for creating a measurement cell comprising: a measurement cell installation step for installing the measurement cell in the rotor of a centrifuge having a rotor for rotating the measurement cell; and by rotation of the rotor A centrifugal separation step of separating the powder on the surface of the powder layer formed on the sample surface by centrifugal force and attaching the powder to the attachment surface; and taking out the measurement cell from the rotor to obtain the receiving substrate Receiving board acquisition worker And a powder number deriving step of obtaining an image of the powder adhering to the adhering surface and determining the number of powder adhering on the receiving substrate by analyzing the acquired image of the powder And by analyzing the image of the powder, a projection area deriving step for obtaining a projected area of the powder on the receiving substrate, and the relationship between the number of the powder adhering to the adhesion surface and the projection area, Independent state determination step for obtaining the number and projected area of powders that can take a state of being adhered to the receiving substrate independently without adhering to each other; the number of rotations of the rotor and the powder adhering to the receiving substrate From the relationship of the projected area of the body, the rotor rotational speed determination step for determining the rotor rotational speed at which each powder becomes an independent state, the average weight of the powder calculated from the average particle diameter and specific gravity of the powder, and the Based on the number of rotations of the rotor, the final powder layer formed on the sample surface An adhesion force deriving step for obtaining a centrifugal force required to separate the powder from the surface, an adhesion amount per unit area of the powder layer on the sample surface, an average charge amount of the powder, and a maximum powder layer And a non-electrostatic adhesive force calculating step for calculating a non-electrostatic adhesive force between the powders using a centrifugal force value necessary for separating the powder from the surface.
[0010]
In order to achieve the above object, an image forming apparatus according to the present invention includes at least an electrostatic latent image carrier that carries an electrostatic latent image and an electrostatic latent image on the electrostatic latent image carrier according to image information. Forming means for forming an image; developing means for supplying a toner to the electrostatic latent image to make it visible; and a toner image carrier that carries the visualized toner image;SaidFt (N) is a non-electrostatic adhesion force between toner particles forming a toner image on the toner image carrier.Of the toner image carrierThe average value of the toner charge amount is Q (μC / g),Of the toner image carrierMaximum toner adhesion amount is M (mg / cm2), The following relational expression M4× Q2/ (Ft × 109) ≦ 60, Q (μC / g), M (mg / cm 2 And Ft (N) measured by the method for measuring adhesion between powders according to
[0011]
In order to achieve the above object, the image forming method of the present invention irradiates at least a uniformly charged electrostatic latent image carrier with light in accordance with image information, and the image is formed on the electrostatic latent image carrier. An electrostatic latent image forming step for forming and supporting an electrostatic latent image, and a developing step for supplying toner to the electrostatic latent image to make it visible and supporting the visualized toner image on a toner image carrier AndToner image carrierNon-electrostatic adhesion force between toner particles forming a toner image of Ft (N),Of the toner image carrierThe average value of the toner charge amount is Q (μC / g),Of the toner image carrierMaximum toner adhesion amount is M (mg / cm2), The following relational expression M4× Q2/ (Ft × 109) ≦ 60Q (μC / g), M (mg / cm) 2 And Ft (N) measured by the method for measuring adhesion between powders according to
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<< Embodiment of the above-mentioned powder adhesion measuring apparatus and powder adhesion measuring method >> The powder adhesion measuring apparatus of this embodiment controls the entire apparatus as shown in FIG.
[0013]
With such a configuration, in the method for measuring adhesion between powders of this example,CPU41By controlling this, the non-electrostatic adhesion force between the powders such as toner is measured by the procedure shown in FIG. That is, a
[0014]
The measurement
[0015]
In this embodiment, the centrifugal force F received by the powder is determined by using the weight m of the powder, the rotation speed f (rpm) of the rotor, and the distance r from the central axis of the rotor to the powder adhesion surface of the sample substrate. It calculates | requires by following Formula (4).
F = m × r × (2πf / 60)2 (4)
Further, the weight m of the powder is obtained from the following equation (5) using the true specific gravity ρ and the equivalent circle diameter d of the powder.
[0016]
m = (π / 6) × ρ × dThree (5)
Further, the centrifugal force F received by the powder is obtained from the following equation (6) from the equations (1) and (2) described later.
F = (πThree/ 5400) × ρ × dThree× r × f2 (6)
When the toner layer on the sample surface is to be separated by centrifugal separation, the toner on the outermost surface of the toner layer includes centrifugal force due to rotation, non-electrostatic adhesion to other toners, and coulomb with other toners. The repulsive force and the image power with the sample surface are working. Here, when it is desired to measure the non-electrostatic adhesion force between toners, it is necessary to remove the influence of electrostatic force such as Coulomb repulsion force and mirror image force. In this example, the adhesion amount M per unit area of the powder layer on the sample surface (mg / cm2), When the average charge amount of the powder is Q (μC / g), and the centrifugal force required to separate the powder from the outermost surface of the powder layer is Fs (N), the adhesion amount M and / or the charge amount Centrifugal force Fs is obtained for a plurality of samples having different Qs, and non-electrostatic adhesion force Ft (N) between powders is calculated from the following relational expression (1). However, A is a constant.
[0017]
Ft = Fs−A × (Q / M)2 (1)
In addition, the thickness of the powder layer on the sample surface is H (μm), the average charge amount of the powder is Q (μC / g), and the centrifugal force necessary to separate the powder from the outermost surface of the powder layer is When Fs (N) is used, the centrifugal force Fs is obtained for a plurality of samples having different thicknesses H and / or charge amounts Q, and the non-electrostatic adhesion force between the powders is obtained from the following relational expression (2). Ft (N) is calculated. However, B is a constant.
[0018]
Ft = Fs−B × (Q / H)2 (2)
As the
[0019]
Hereinafter, a more specific method for measuring the adhesion between powders will be described. In this embodiment, a Ricoh digital full-color copying machine PRETER650 is used for forming the toner layer. Also, three types of toners with different additives (H2000 silica) added based on the PRETER650 toner were prepared. Table 1 shows the measurement results of the degree of aggregation of various toners.
[0020]
◎
[Table 1]
[0021]
The toner aggregation degree C was measured by the following method using a powder tester PT-N type manufactured by Hosokawa Micron. Three types of meshes are attached to the powder tester (fluid opening, upper 75 μm, middle 45 μm, lower 22 μm), and a toner sample is placed on the 2 g upper mesh and vibrated for 30 seconds with an amplitude scale of 1 mm. The degree of toner aggregation is calculated from the weight of the toner remaining on each mesh by the following equation.
[0022]
◎
[Expression 1]
[0023]
The degree of toner aggregation shown here is a characteristic value indicating the fluidity of the toner. The smaller the value, the more the fluidity tends to improve. Various toners and a carrier of a two-component developer for PRETER 650 were mixed to obtain a developer. Image forming conditions such as charge potential and exposure amount were set for various developers, and a circular toner image having a diameter of 3 mm was formed on the intermediate transfer belt. Further, the intermediate transfer belt was cut out and bonded onto a circular aluminum substrate as shown in FIG. Since the toner layer formed on the sample surface (a part of the intermediate transfer belt) 2a of the sample substrate (aluminum substrate) 2 is charged, the Coulomb repulsive force between the toner particles and the mirror image force with the substrate are working. Conceivable. In order to consider the influence of these forces, the toner charge amount Q (μC / g) and the toner adhesion amount M (mg / cm) on the intermediate transfer belt for each toner type.2A plurality of
[0024]
Further, when the
[0025]
F = (πThree/ 5400) × ρ × dThree× r × f2 (6)
In this embodiment, since the number of toners separated from the
[0026]
Further, the rotational speed f at which the outermost toner particles in the central portion of the toner layer began to be separated was determined by the method described later, and the centrifugal force F required to separate the toner was determined from Equation (6). The problem with the centrifugal separation of the toner layer is the large number of toners handled. When the number of toner particles on the
[0027]
Here, FIG. 6 shows the relationship between the number of toner particles on the
[0028]
Here, with respect to the three types of toners a, b, and c in this embodiment, changes in the number of separated toners with respect to the number of centrifugal revolutions are shown in FIGS. The horizontal axis represents the centrifugal rotation speed (rpm), and the vertical axis represents the cumulative number of toner portion pixels in logarithm. The number of pixels determined in the independent
[0029]
◎
[Table 2]
[0030]
For each of the above conditions, the cumulative number of pixels is 2 × 10FiveThe number of rotor rotations to be separated was determined as the separation rotation number f, and the centrifugal force F was calculated using the formula (6) with the toner particle size of 7.5 μm. The centrifugal force F is a force necessary for separating the toner particles on the surface layer, and reflects the influence of both electrostatic force and non-electrostatic adhesion force acting between the toner particles. The calculation result of the centrifugal force F is shown in Table 3. For any toner, the centrifugal force F for separating the toner increases as the toner charge amount Q increases, and the centrifugal force F tends to decrease as the toner adhesion amount M increases.
[0031]
◎
[Table 3]
[0032]
In the present embodiment, a non-electrostatic adhesion force between toner particles is determined by considering and analyzing a model of an adhesion state by a mirror image force as shown in FIG. Assuming that a point charge exists at the center of the toner particles on the surface layer, only the image force with the substrate acting on this point charge is considered. The point charge q is proportional to the toner charge amount Q (μC / g), and the distance h between the substrate and the point charge is the toner adhesion amount M (mg / cm2). Therefore, the mirror image force F acting on the point charge is F∝ (q / h)2∝ [Q / M]2Is proportional to The calculation results are also shown in Table 3.
[0033]
Here, the result of arranging the centrifugal force based on the analysis method using the image force model according to the present embodiment is shown in FIG. The vertical axis is the centrifugal force Fs at which the surface toner starts to separate, and the horizontal axis is [Q / M].2The calculated value of is shown. [Q / M]2The value of is considered to be proportional to the image force, but its absolute value itself has no meaning. Although there is variation in each toner, a linear increasing tendency is recognized. Thereby, it is considered that the centrifugal force when the horizontal axis is extrapolated to zero represents the adhesion force Ft between non-electrostatic toner particles. That is, the following relational expression (7) is established. However, A is a constant.
[0034]
Fs = Ft + A × (Q / M)2 (7)
Further, FIG. 12 shows a correlation between the adhesion force Ft between the non-electrostatic toner particles and the toner aggregation degree. It was quantitatively confirmed that the toner aggregation degree was increased and the non-electrostatic toner adhesion force was increased as the amount of the external additive added to the toner decreased.
Instead of the toner adhesion amount M, the thickness H of the toner layer was measured. The toner layer thickness H was measured using a surface shape measuring microscope VF7500 manufactured by Keyence Corporation. FIG. 13 shows the correlation between the toner adhesion amount M and the toner layer thickness H. A proportional relationship is established between the two. Therefore, equation (8) was established in the same manner as equation (7), and Ft could be measured. However, B is a constant.
[0035]
Fs = Ft + B × (Q / H)2 (8)
As a result of further examination of the present embodiment, toner scattering in the transfer process described above, so-called transfer dust phenomenon, is caused by three factors, namely, toner charge amount and toner adhesion amount, and adhesion force between toners measured by the method of this embodiment. We found that it can be described with characteristic values. The more transfer dust, the greater the number of toner particles that can be seen in the non-image area between the lines. The transfer dust level was evaluated from the number of toners scattered in the non-image area. In this example, a 200 μm wide line-shaped toner image on the intermediate transfer belt was taken with a CCD microscope camera, and the enlarged photograph was taken as a monochrome continuous tone image from the
[0036]
Here, FIG. 14 shows a correlation between the number N of scattered toner on the intermediate transfer belt and the toner adhesion amount M on the intermediate transfer belt. M = 0.8 to 1.0 mg / cm2When the amount of toner adhesion was relatively small, a magenta toner single-color image was used. When the amount of toner adhesion was larger than that, a two-color superimposed image in which magenta toner was superimposed on cyan toner was used. Further, the toner a described above was used as the toner. Further, developers with three types of carriers that differ only in charging ability were prepared, and the toner charge amount Q on the intermediate transfer belt was changed as a parameter. The charging ability of the carrier was controlled by changing the firing temperature during the production process. Carrier A, carrier B, and carrier C were used in descending order of charging ability. In FIG. 14, the number N of scattered toner is abruptly increased as the toner adhesion amount M is increased. Further, the larger the toner charge amount Q, the larger the number N of scattered toner. According to the study of the present inventors, the level that transfer dust is practically acceptable is 130 toner / mm of line scattering toner on the intermediate transfer belt. When the toner charge amount is large, the toner adhesion amount on the intermediate transfer belt must be reduced. That is, the image forming conditions must be set so that the toner adhesion amount is reduced at the portion where the toner adhesion amount is the largest in the image area on the intermediate transfer belt. On the contrary, if the toner charge amount is reduced, even if the maximum toner adhesion amount on the intermediate transfer belt is large, it is acceptable. The three curves in FIG. 14 are “N = αMFourQ2+ Β ”, which is the same when α = 0.28 and β = 18. The experimental result of transfer dust with respect to this characteristic and the toner adhesion amount M and the toner charge amount Q are in good agreement. Similarly, FIG. 15 shows the results of using the three types of toners a, b, and c with different amounts of external additives and changing the toner aggregation degree or the adhesion force between the toners as parameters.
[0037]
Also in FIG. 15, the increase in the number N of scattered toner with the increase in the toner adhesion amount M is the same. Further, the number of scattered toners tends to decrease as the degree of toner aggregation or the adhesion between toners increases as the amount of external additive decreases. The three curves in FIG. 15 also show “N = αMFourQ2In the toner a, α = 0.28, β = 18, the toner b is α = 0.12, β = 14, the toner c is α = 0.08, and β = 10. This characteristic agrees well with the experimental results of transcription dust.
[0038]
Further, FIG. 16 shows the relationship between the non-electrostatic adhesion force Ft between the toner particles obtained in FIG. 12 and the parameter α obtained from FIG. The curve in the figure is α = 1.8 / Ft (the unit of Ft in FIG. 16 is nN = 10-9N), which is almost in agreement with the experimental results. The details of the transfer dust generation mechanism are not clear, but the line scattering is caused by changes in three parameters of non-electrostatic adhesion force Ft (N) between toner particles, toner adhesion amount M, and toner charge amount Q. The number of toners N was experimentally found to be in good agreement with the following empirical formula.
[0039]
N = 1.8MFourQ2/ (Ft × 109) + Β (β is about 10-20) (9)
As described above, since the number N of line scattering toners that can be practically accepted is about 130 / mm or less, β is set to 10 to 20,
N-β = 1.8MFourQ2/ (Ft × 109) <= 110-120 (10)
It becomes. Therefore, if an image forming condition that satisfies the following relational expression (3) is set for the portion of the image area on the intermediate transfer belt where the toner amount is the largest, an image with less transfer dust can be obtained.
[0040]
MFourQ2/ (Ft × 109) ≦ 60 (3)
In the relational expression (3), the non-electrostatic adhesion force Ft between toner particles is 5 × 10.-9N-3x10-8A range of N is preferable. Ft is 5 × 10-9If it is smaller than N, in order to satisfy the relational expression (3), it is necessary to make the toner adhesion amount M or the toner charge amount Q very small. A decrease in the toner adhesion amount M at the portion where the toner is the most on the intermediate transfer belt results in an insufficient image density, and a decrease in the toner charge amount Q overlaps with a decrease in the toner aggregation degree to cause problems such as toner scattering. On the other hand, Ft is 3 × 10-8If it is larger than N, the number of scattered toner on the transfer dust decreases and the number N of toner decreases. However, problems such as deterioration of toner image granularity during development and transportability deterioration during toner replenishment occur. .
[0041]
In the relational expression (3), the absolute value of the toner charge amount on the intermediate transfer belt is preferably in the range of 10 to 30 μC / g. When the absolute value of the toner charge amount is smaller than 10 μC / g, the number of scattered toner is reduced with respect to transfer dust, but problems such as toner scattering and transfer failure occur. On the contrary, when the absolute value of the toner charge amount is larger than 30 μC / g, the transferability becomes insufficient.
[0042]
Furthermore, in this embodiment, the surface resistance value of the intermediate transfer belt is 108-1010 Ω / □It is preferable that The surface resistance value is 108 Ω / □If it is smaller than the range, the transfer voltage leaks, and transfer failure occurs. Conversely, the surface resistance value is 1010 Ω / □Is greater than the negative potential, the negative potential is held in the non-image portion of the intermediate transfer belt after the belt transfer process. Therefore, there is a drawback that a static elimination value is required to remove this residual potential. However, this charge retention in the non-image area is effective in reducing transfer dust on the intermediate transfer belt. That is, between the toner particles forming the image on the intermediate transfer belt, the Coulomb repulsive force acts between the negative charges of the toner to cause toner scattering, but when the negative charge is held in the non-image portion, It is considered that the Coulomb repulsive force acts between the negative charge of the non-image area and the toner charge to suppress transfer dust. In such a case, it is not always necessary to satisfy the relation (3) for reducing transfer dust. In other words, the relational expression (3) is for the intermediate transfer belt.The surface resistance value is 10 10 Ω / □This is particularly effective in the following cases.
[0043]
<< First Example of Image Forming Apparatus and Image Forming Method >> Next, a color image forming apparatus to which the measurement result of the above-described adhesion between powders measurement method is applied will be described with reference to FIG. In this embodiment, four color developing devices are arranged side by side so as to face one photoconductor, and toner images formed for different color components on the photoconductor are sequentially superimposed and transferred onto the intermediate transfer belt. In addition, a one-drum intermediate transfer body system is used in which a color image is obtained by transferring the superimposed toner images onto transfer paper or the like.
[0044]
In FIG. 17, a photosensitive drum 35 (= electrostatic latent image carrier) has a function-separated type photosensitive layer formed on an aluminum base tube in the order of an undercoat layer, a charge generation layer, and a charge transport layer. . The photosensitive layer has a thickness of about 28 μm and a capacitance of about 90 pF / cm.2It is. In this embodiment, the
[0045]
The developing unit 24 (= developing means) is provided with four color developing devices arranged to develop an electrostatic latent image for each color. This is a reversal development method in which a negatively charged toner is attached to a low potential portion on a photoreceptor using a dry two-component developer. The dry two-component developer comprises a pulverized toner having an average particle diameter of 7.5 μm and a resin-coated carrier having an average particle diameter of 50 μm, and the charge amount of the toner in the developer was −10 to −30 μC / g. To the toner, 0.2 to 0.8 parts by weight of silica fine particles are added as an external additive. In this embodiment, the developing bias value is about −500 to −550V. An AC component may be superimposed on the developing bias.
[0046]
The toner images of the respective colors are transferred onto the intermediate transfer belt 26 (= toner image carrier). A transfer voltage indirect application method is employed, and a belt portion stretched between the
[0047]
In this embodiment, after the first color toner image is formed on the
[0048]
<< Second Embodiment of Image Forming Apparatus and Image Forming Method >> The configuration of the image forming apparatus of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment (FIG. 17), but an intermediate transfer belt as will be described later. 26, the surface resistance value is 109 Ω / □,Volume resistance value is 1010A single-layer medium resistor of Ωcm was used. In this embodiment, the non-electrostatic adhesion force Ft between toner particles measured by the method for measuring adhesion between powders is 8 × 10.-9Using the toner a which becomes N, the transfer dust quality in the final image was visually determined for the blue line portion in which two colors of cyan and magenta were overlaid. In this way, the two-color superimposed color portion increases the amount of toner adhesion before the paper transfer process, that is, on the
[0049]
For comparison with the present embodiment, in the result of the ● plot in FIG. 14, the toner adhesion amount M on the
<< Third Embodiment of Image Forming Apparatus and Image Forming Method >> The configuration of the image forming apparatus of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment (FIG. 17). In this embodiment, the non-electrostatic adhesion force Ft between toner particles measured by the method for measuring adhesion between powders is 2 × 10.-8Toner c to be N was used. The toner charge amount in the developer was about −28 μC / g for both cyan and magenta. The average value Q of the toner charge amount on the
[0050]
<< Fourth Embodiment of Image Forming Apparatus and Image Forming Method >> The configuration of the image forming apparatus of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment (FIG. 17). In this embodiment, as in the third embodiment, the non-electrostatic adhesion force Ft between the toner particles is 2 × 10.-8Toner c to be N was used. Further, the toner charge amount was increased by lowering the toner concentration in the developer. The toner charge amount in the developer was about −40 μC / g for both cyan and magenta. The toner charge amount Q on the
[0051]
<< Fifth Embodiment of Image Forming Apparatus and Image Forming Method >> The configuration of the image forming apparatus of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment (FIG. 17). In this example, image formation was performed in the same manner as in the fourth example, using toner d having an additive additive amount of 1.0 part by weight. The non-electrostatic adhesion Ft between toner particles measured by the method for measuring adhesion between powders is 4 × 10.-9N, which is out of the range of this example. The toner charge amount in the developer was about −15 μC / g for both cyan and magenta. The average value Q of the toner charge amount on the
[0052]
<< Sixth Embodiment of Image Forming Apparatus and Image Forming Method >> The configuration of the image forming apparatus of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment (FIG. 17). In this example, image formation was performed in the same manner as in the fourth example using the carrier A and the toner e with no external additive added. The non-electrostatic adhesion Ft between toner particles measured by the method for measuring adhesion between powders is 4 × 10.-8N, which is outside the scope of this embodiment. The toner charge amount in the developer was about −25 μC / g for both cyan and magenta. The average value Q of the toner charge amount on the
[0053]
<< Seventh Embodiment of Image Forming Apparatus and Image Forming Method >> The configuration of the image forming apparatus of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment (FIG. 17). The surface resistance value obtained by dispersing carbon black in the resin is 108 Ω / □,Volume resistance value is 1011A single-layer medium resistor of Ωcm was used. As a result, the toner charge amount in the developer was about −30 μC / g for both cyan and magenta. The average value Q of the toner charge amount on the
[0054]
<< Eighth Embodiment of the Image Forming Apparatus and Image Forming Method >> The configuration of the image forming apparatus of this embodiment is substantially the same as that of the first embodiment (FIG. 17), but the surface of the
[0055]
According to this example, the centrifugal force Fs (N) required to separate the powder from the outermost surface of the powder layer is measured by the centrifugal separation method, and the amount of adhesion per unit area of the powder layer on the sample surface M (mg / cm2) And the dependence of the average charge amount Q (μC / g) of the powder, the influence of the electrostatic force can be separated, and the non-electrostatic adhesion force Ft (N) between the powders can be obtained. In addition, the centrifugal force Fs (N) required to separate the powder from the outermost surface of the powder layer is measured by a centrifugal separation method, and the thickness H (μm) of the powder layer on the sample surface and the average of the powder Since the influence of electrostatic force can be separated from the dependency of the charge amount Q (μC / g), the non-electrostatic adhesion force Ft (N) between the powders can be obtained.
[0056]
Further, according to the present example, the step of forming a powder layer by stacking a plurality of powders on the
[0057]
Further, according to the present embodiment, the relationship between the three electrostatic property values of the non-electrostatic adhesion force between the toner particles and the toner charge amount and the toner adhesion amount on the toner image carrier can be optimized. A few high quality images can be obtained. Further, the non-electrostatic adhesion force between the toner particles on the toner image carrier is optimized. For example, the non-electrostatic adhesion force Ft (N) between the toner particles of the toner image formed on the toner image carrier is obtained. 5 × 10-9N-3x10-8Since it is in the range of N, it is possible to reduce transfer dust and suppress the occurrence of abnormal images such as toner scattering and development unevenness, thereby obtaining a high-quality image. Alternatively, the toner charge amount is optimized so that, for example, the absolute value of the average charge amount of the toner on the toner image bearing member is 10 to 30 μC / g. A quality image can be obtained.
[0058]
Further, according to this embodiment, the toner image carrier is an intermediate transfer belt that temporarily carries a toner image, and the resistance value of the intermediate transfer belt is optimized. For example, the surface resistance value of the intermediate transfer belt is 108-1010 Ω / □Therefore, it is possible to obtain a high-quality color image with little transfer dust and no afterimage with a small apparatus.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the centrifugal force Fs (N) required for separating the powder from the outermost surface of the powder layer is measured by the centrifugal separation method, and the powder layer on the sample surface is measured. Amount of adhesion per unit area M (mg / cm2) And the dependence of the average charge amount Q (μC / g) of the powder, the influence of the electrostatic force can be separated, and the non-electrostatic adhesion force Ft (N) between the powders can be obtained. In addition, the centrifugal force Fs (N) required to separate the powder from the outermost surface of the powder layer is measured by a centrifugal separation method, and the thickness H (μm) of the powder layer on the sample surface and the average of the powder Since the influence of electrostatic force can be separated from the dependency of the charge amount Q (μC / g), the non-electrostatic adhesion force Ft (N) between the powders can be obtained. Therefore, it is possible to provide a powder-to-powder adhesion measuring apparatus and a powder-to-powder adhesion measuring method that can quantitatively measure non-electrostatic adhesion between powders such as toner.
[0060]
In addition, according to the present invention, the non-electrostatic adhesion force between the toner particles and the toner charge amount on the toner image carrier can be obtained using the powder adhesion force measuring device and the powder adhesion measurement method. Since the relationship between the three characteristic values of the toner adhesion amount can be optimized, a high-quality image with little transfer dust can be obtained. Therefore, it is possible to provide an image forming apparatus and an image forming method that can reduce scattering of toner after toner image formation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an apparatus for measuring adhesion between powders in one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a measurement cell of a centrifugal separator in an apparatus for measuring adhesion between powders in one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a centrifugal separator in the apparatus for measuring adhesion between powders in one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing an outline of a method for measuring adhesion between powders in one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sample of a centrifugal separation in a powder adhesion measuring apparatus and a powder adhesion measurement method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a correlation between the toner area and the number of toner particles in the inter-powder adhesion measuring device and the inter-powder adhesion measuring method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a result of centrifugal separation of toner a in the powder-to-powder adhesion measuring apparatus and the powder-to-powder adhesion measuring method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a result of centrifugal separation of toner b in an apparatus for measuring adhesion between powders and a method for measuring adhesion between powders in one example of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a result of centrifugal separation of toner c in an apparatus for measuring adhesion between powders and a method for measuring adhesion between powders in one example of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing an image force model in the inter-powder adhesion measuring device and the inter-powder adhesion measuring method in one embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing the analysis result of the centrifugal force by the mirror image force model in the inter-powder adhesion measuring apparatus and the inter-powder adhesion measuring method in one embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a correlation between a toner aggregation degree and an adhesion force between toners in a powder adhesion force measuring device and a powder adhesion force measurement method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing the correlation between the toner adhesion amount and the thickness in the inter-powder adhesion measuring apparatus and the inter-powder adhesion measuring method in one embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a correlation (change in toner charge amount) between transfer dust and toner adhesion in an inter-powder adhesion measuring apparatus and inter-powder adhesion measuring method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a correlation (change in toner aggregation degree) between transfer dust and toner adhesion in an apparatus for measuring adhesion between powders and a method for measuring adhesion between powders in one example of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a correlation between a toner aggregation degree and a parameter α in the inter-powder adhesion measuring apparatus and the inter-powder adhesion measuring method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a configuration diagram of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Measurement cell
2 Sample substrate
2a Sample surface
3 receiving substrate
3a Adhering surface
5 Centrifugal separator
6 Rotor
41 CPU
48 Image processing means
49 Scanner
Claims (12)
前記付着面に付着した粉体の画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段にて取得された粉体の画像を解析し、前記受け基板上に付着している粉体の数、及び粉体の受け基板上への投影面積を求めるための画像処理手段と、
前記画像処理手段により求められた付着面に付着する粉体の数と投影面積の関係から、
個々の粉体同士が付着せずに独立して前記受け基板上に付着した状態を取り得る粉体の数及び投影面積を求める独立状態決定手段と、
前記遠心分離装置のロータ回転数と前記受け基板上に付着した粉体の投影面積の関係から、個々の粉体が独立状態となるロータ回転数を決定するロータ回転数決定手段と、
前記付着面に付着した粉体の平均粒径及び比重から計算した該粉体の平均重量と前記ロータの回転数とから、前記試料面上に形成した粉体層の最表面から粉体を分離するために必要な遠心力を求める付着力導出手段と、
前記試料面上の粉体層の単位面積当たりの付着量、粉体の平均帯電量、及び、粉体層最表面から粉体を分離するために必要な遠心力の値を用いて、粉体間の非静電的付着力を算出する非静電的付着力算出手段と、
を有することを特徴とする粉体間付着力測定装置。A sample substrate having a sample surface on which a powder layer in which a plurality of layers of powder are stacked to form a thickness is formed, a receiving substrate having an attachment surface to which powder separated from the powder layer is attached, and the sample surface and A centrifuge having a measurement cell composed of a spacer provided between the adhesion surface and a rotor for rotating the measurement cell;
Image acquisition means for acquiring an image of the powder adhered to the adhesion surface;
Image processing means for analyzing the image of the powder acquired by the image acquisition means, and determining the number of powders adhering on the receiving substrate and the projected area of the powder on the receiving substrate; ,
From the relationship between the number of powders adhering to the adhesion surface determined by the image processing means and the projected area,
Independent state determination means for obtaining the number and projected area of powders that can take a state of being independently adhered on the receiving substrate without being adhered to each other;
From the relationship between the rotor rotational speed of the centrifugal separator and the projected area of the powder adhered on the receiving substrate, the rotor rotational speed determining means for determining the rotor rotational speed at which each powder is in an independent state;
The powder is separated from the outermost surface of the powder layer formed on the sample surface from the average weight of the powder calculated from the average particle diameter and specific gravity of the powder adhered to the adhesion surface and the rotational speed of the rotor. An adhesion force deriving means for obtaining a centrifugal force necessary to
Using the adhesion amount per unit area of the powder layer on the sample surface, the average charge amount of the powder, and the value of the centrifugal force necessary to separate the powder from the outermost surface of the powder layer, Non-electrostatic adhesive force calculating means for calculating the non-electrostatic adhesive force between,
A device for measuring the adhesion between powders.
Ft=Fs−A×(Q/M)2
から粉体間の非静電的付着力Ft(N)を算出することを特徴とする請求項1記載の粉体間付着力測定装置。The non-electrostatic adhesion force calculating means includes an adhesion amount M (mg / cm 2 ) per unit area of the powder layer on the sample surface, an average charge amount of the powder Q (μC / g), and a powder When the centrifugal force required to separate the powder from the outermost layer is Fs (N) and the constant is A, the centrifugal force Fs is obtained for a plurality of samples having different adhesion amounts M and charge amounts Q. , The following relational expression
Ft = Fs−A × (Q / M) 2
The non-electrostatic adhesion force Ft (N) between powders is calculated from the powder.
前記付着面に付着した粉体の画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段にて取得された粉体の画像を解析し、前記受け基板上に付着している粉体の数、及び粉体の受け基板上への投影面積を求めるための画像処理手段と、
前記画像処理手段により求められた付着面に付着する粉体の数と投影面積の関係から、
個々の粉体同士が付着せずに独立して前記受け基板上に付着した状態を取り得る粉体の数及び投影面積を求める独立状態決定手段と、
前記遠心分離装置のロータ回転数と前記受け基板上に付着した粉体の投影面積の関係から、個々の粉体が独立状態となるロータ回転数を決定するロータ回転数決定手段と、
前記付着面に付着した粉体の平均粒径及び比重から計算した該粉体の平均重量と前記ロータの回転数とから、前記試料面上に形成した粉体層の最表面から粉体を分離するために必要な遠心力を求める付着力導出手段と、
前記試料面上の粉体層の厚さ、粉体の平均帯電量、及び、粉体層最表面から粉体を分離するために必要な遠心力の値を用いて、粉体間の非静電的付着力を算出する非静電的付着力算出手段と、
を有することを特徴とする粉体間付着力測定装置。A sample substrate having a sample surface on which a powder layer in which a plurality of layers of powder are stacked to form a thickness is formed, a receiving substrate having an attachment surface to which powder separated from the powder layer is attached, and the sample surface and A centrifuge having a measurement cell composed of a spacer provided between the adhesion surface and a rotor for rotating the measurement cell;
Image acquisition means for acquiring an image of the powder adhered to the adhesion surface;
Image processing means for analyzing the image of the powder acquired by the image acquisition means, and determining the number of powders adhering on the receiving substrate and the projected area of the powder on the receiving substrate; ,
From the relationship between the number of powders adhering to the adhesion surface determined by the image processing means and the projected area,
Independent state determination means for obtaining the number and projected area of powders that can take a state of being independently adhered on the receiving substrate without being adhered to each other;
From the relationship between the rotor rotational speed of the centrifugal separator and the projected area of the powder adhered on the receiving substrate, the rotor rotational speed determining means for determining the rotor rotational speed at which each powder is in an independent state;
The powder is separated from the outermost surface of the powder layer formed on the sample surface from the average weight of the powder calculated from the average particle diameter and specific gravity of the powder adhered to the adhesion surface and the rotational speed of the rotor. An adhesion force deriving means for obtaining a centrifugal force necessary to
Using the thickness of the powder layer on the sample surface, the average charge amount of the powder, and the value of the centrifugal force necessary to separate the powder from the outermost surface of the powder layer, A non-electrostatic adhesive force calculating means for calculating the electric adhesive force;
A device for measuring the adhesion between powders.
Ft=Fs−B×(Q/H)2
から、粉体間の非静電的付着力Ft(N)を算出することを特徴とする請求項3記載の粉体間付着力測定装置。The non-electrostatic adhesion force calculating means is configured such that the thickness of the powder layer on the sample surface is H (μm), the average charge amount Q (μC / g) of the powder, and the powder from the outermost surface of the powder layer. When the centrifugal force required for separation is Fs (N) and the constant is B, the centrifugal force Fs is obtained for a plurality of samples having different thicknesses H and charge amounts Q, and the following relational expression is obtained.
Ft = Fs−B × (Q / H) 2
The non-electrostatic adhesion force Ft (N) between the powders is calculated from the above.
前記粉体層から分離した粉体を付着させる付着面を有する受け基板を作成する基板作成工程と、
前記試料基板と、前記受け基板と、前記試料面と前記付着面の間に設けられたスペーサと、から構成される測定セルを作成する測定セル作成工程と、
前記測定セルを回転させるロータを有する遠心分離装置の該ロータ内に前記測定セルを設置する測定セル設置工程と、
前記ロータの回転による遠心力により、前記試料面上に形成した粉体層の表面の粉体を分離して前記付着面に付着させる遠心分離工程と、
前記測定セルを前記ロータから取り出して、前記受け基板を取得する受け基板取得工程と、
前記付着面に付着する粉体の画像を取得し、取得された該粉体の画像を解析することにより、前記受け基板上に付着している粉体の数を求める粉体数導出工程と、
前記粉体の画像を解析することにより、粉体の受け基板上への投影面積を求める投影面積導出工程と、
前記付着面に付着する粉体の数と投影面積の関係から、個々の粉体同士が付着せずに独立して受け基板上に付着した状態を取り得る粉体の数及び投影面積を求める独立状態決定工程と、
前記ロータの回転数と前記受け基板上に付着した粉体の投影面積の関係から、個々の粉体が独立状態となるロータ回転数を決定するロータ回転数決定工程と、
前記粉体の平均粒径及び比重から計算した該粉体の平均重量と前記ロータの回転数とから、前記試料面上に形成した粉体層の最表面から粉体を分離するために必要な遠心力を求める付着力導出工程と、
前記試料面上の粉体層の単位面積当たりの付着量、粉体の平均帯電量、及び、粉体層最表面から粉体を分離するために必要な遠心力の値を用いて、粉体間の非静電的付着力を算出する非静電的付着力算出工程と、
を有することを特徴とする粉体間付着力測定方法。Create a sample substrate having a sample surface on which a powder layer is formed by laminating powder in multiple layers or more,
A substrate creating step of creating a receiving substrate having an attachment surface to which the powder separated from the powder layer is attached;
A measurement cell creating step of creating a measurement cell composed of the sample substrate, the receiving substrate, and a spacer provided between the sample surface and the adhesion surface;
A measurement cell installation step of installing the measurement cell in the rotor of a centrifuge having a rotor for rotating the measurement cell;
A centrifugal separation step of separating the powder on the surface of the powder layer formed on the sample surface by the centrifugal force caused by the rotation of the rotor and attaching the powder to the adhesion surface;
A receiving substrate acquisition step of taking out the measurement cell from the rotor and acquiring the receiving substrate;
Obtaining an image of the powder adhering to the adhering surface, and analyzing the obtained image of the powder to obtain the number of powders adhering on the receiving substrate,
By analyzing the powder image, a projected area deriving step for obtaining a projected area of the powder on the receiving substrate;
From the relationship between the number of powders adhering to the adhering surface and the projected area, the number of powders and the projected area that can take the state of individual powders adhering to the receiving substrate independently without adhering to each other are obtained. A state determination process;
From the relationship between the rotational speed of the rotor and the projected area of the powder adhering to the receiving substrate, a rotor rotational speed determination step for determining the rotor rotational speed at which each powder is in an independent state;
Necessary for separating the powder from the outermost surface of the powder layer formed on the sample surface from the average weight of the powder calculated from the average particle diameter and specific gravity of the powder and the rotational speed of the rotor. Adhesive force derivation process for obtaining centrifugal force;
Using the adhesion amount per unit area of the powder layer on the sample surface, the average charge amount of the powder, and the value of the centrifugal force necessary to separate the powder from the outermost surface of the powder layer, A non-electrostatic adhesive force calculating step for calculating a non-electrostatic adhesive force between,
A method for measuring the adhesion between powders, comprising:
Ft=Fs−A×(Q/M)2
から粉体間の非静電的付着力Ft(N)を算出することを特徴とする請求項5記載の粉体間付着力測定方法。In the non-electrostatic adhesion calculation step, the amount of adhesion M (mg / cm 2 ) per unit area of the powder layer on the sample surface, the average charge amount of the powder Q (μC / g), powder When the centrifugal force required to separate the powder from the outermost layer is Fs (N) and the constant is A, the centrifugal force Fs is obtained for a plurality of samples having different adhesion amounts M and charge amounts Q. , The following relational expression
Ft = Fs−A × (Q / M) 2
The non-electrostatic adhesion force Ft (N) between the powders is calculated from the powder.
前記粉体層から分離した粉体を付着させる付着面を有する受け基板を作成する基板作成工程と、
前記試料基板と、前記受け基板と、前記試料面と前記付着面の間に設けられたスペーサと、から構成される測定セルを作成する測定セル作成工程と、
前記測定セルを回転させるロータを有する遠心分離装置の該ロータ内に前記測定セルを設置する測定セル設置工程と、
前記ロータの回転による遠心力により、前記試料面上に形成した粉体層の表面の粉体を分離して前記付着面に付着させる遠心分離工程と、
前記測定セルを前記ロータから取り出して、前記受け基板を取得する受け基板取得工程と、
前記付着面に付着する粉体の画像を取得し、取得された該粉体の画像を解析することにより、前記受け基板上に付着している粉体の数を求める粉体数導出工程と、
前記粉体の画像を解析することにより、粉体の受け基板上への投影面積を求める投影面積導出工程と、
前記付着面に付着する粉体の数と投影面積の関係から、個々の粉体同士が付着せずに独立して受け基板上に付着した状態を取り得る粉体の数及び投影面積を求める独立状態決定工程と、
前記ロータの回転数と前記受け基板上に付着した粉体の投影面積の関係から、個々の粉体が独立状態となるロータ回転数を決定するロータ回転数決定工程と、
前記粉体の平均粒径及び比重から計算した該粉体の平均重量と前記ロータの回転数とから、前記試料面上に形成した粉体層の最表面から粉体を分離するために必要な遠心力を求める付着力導出工程と、
前記試料面上の粉体層の厚さ、粉体の平均帯電量、及び、粉体層最表面から粉体を分離するために必要な遠心力の値を用いて、粉体間の非静電的付着力を算出する非静電的付着力算出工程と、
を有することを特徴とする粉体間付着力測定方法。Create a sample substrate having a sample surface on which a powder layer is formed by laminating powder in multiple layers or more,
A substrate creating step of creating a receiving substrate having an attachment surface to which the powder separated from the powder layer is attached;
A measurement cell creating step of creating a measurement cell composed of the sample substrate, the receiving substrate, and a spacer provided between the sample surface and the adhesion surface;
A measurement cell installation step of installing the measurement cell in the rotor of a centrifuge having a rotor for rotating the measurement cell;
A centrifugal separation step of separating the powder on the surface of the powder layer formed on the sample surface by the centrifugal force caused by the rotation of the rotor and attaching the powder to the adhesion surface;
A receiving substrate acquisition step of taking out the measurement cell from the rotor and acquiring the receiving substrate;
Obtaining an image of the powder adhering to the adhering surface, and analyzing the obtained image of the powder to obtain the number of powders adhering on the receiving substrate,
By analyzing the powder image, a projected area deriving step for obtaining a projected area of the powder on the receiving substrate;
From the relationship between the number of powders adhering to the adhering surface and the projected area, the number of powders and the projected area that can take the state of individual powders adhering to the receiving substrate independently without adhering to each other are obtained. A state determination process;
From the relationship between the rotational speed of the rotor and the projected area of the powder adhering to the receiving substrate, a rotor rotational speed determination step for determining the rotor rotational speed at which each powder is in an independent state;
Necessary for separating the powder from the outermost surface of the powder layer formed on the sample surface from the average weight of the powder calculated from the average particle diameter and specific gravity of the powder and the rotational speed of the rotor. Adhesive force derivation process for obtaining centrifugal force;
Using the thickness of the powder layer on the sample surface, the average charge amount of the powder, and the value of the centrifugal force necessary to separate the powder from the outermost surface of the powder layer, A non-electrostatic adhesive force calculating step for calculating electric adhesive force;
A method for measuring the adhesion between powders, comprising:
Ft=Fs−B×(Q/H)2
から、粉体間の非静電的付着力Ft(N)を算出することを特徴とする請求項7記載の粉体間付着力測定方法。In the non-electrostatic adhesive force calculating step, the thickness of the powder layer on the sample surface is H (μm), the average charge amount Q (μC / g) of the powder, and the powder is removed from the outermost surface of the powder layer. When the centrifugal force required for separation is Fs (N) and the constant is B, the centrifugal force Fs is obtained for a plurality of samples having different thicknesses H and charge amounts Q, and the following relational expression is obtained.
Ft = Fs−B × (Q / H) 2
The non-electrostatic adhesion force Ft (N) between powders is calculated from the above, The method for measuring the adhesion force between powders according to claim 7.
前記トナー画像担持体のトナー画像を形成するトナー粒子間の非静電的付着力をFt(N)、前記トナー画像担持体のトナー帯電量の平均値をQ(μC/g)、前記トナー画像担持体の最大のトナー付着量をM(mg/cm2)としたとき、以下の関係式
M4×Q2/(Ft×109)≦60
を満たすように、前記Q(μC/g)、前記M(mg/cm 2 )及び請求項6記載の粉体間付着力測定方法によって測定したFt(N)の値を設定し、かつ前記トナー画像担持体の表面抵抗を所定の値に設定したことを特徴とする画像形成装置。At least an electrostatic latent image carrier that carries an electrostatic latent image, a forming unit that forms an electrostatic latent image on the electrostatic latent image carrier in accordance with image information, and a toner supply to the electrostatic latent image Development means for visualizing the toner, and a toner image carrier that carries the visualized toner image,
The non-electrostatic adhesion force between the toner particles forming the toner image of the toner image carrier Ft (N), the average value of the toner charge amount of the toner image bearing member Q (μC / g), the toner image When the maximum toner adhesion amount on the carrier is M (mg / cm 2 ), the following relational expression
M 4 × Q 2 / (Ft × 10 9 ) ≦ 60
The Q (μC / g), the M (mg / cm 2 ), and the Ft (N) value measured by the method for measuring the adhesion between powders according to claim 6 are set so as to satisfy An image forming apparatus, wherein the surface resistance of the image carrier is set to a predetermined value .
前記トナー画像担持体のトナー画像を形成するトナー粒子間の非静電的付着力をFt(N)、前記トナー画像担持のトナー帯電量の平均値をQ(μC/g)、前記トナー画像担持体の最大のトナー付着量をM(mg/cm2)としたとき、以下の関係式
M4×Q2/(Ft×109)≦60
を満たすように、前記Q(μC/g)、前記M(mg/cm 2 )及び請求項6記載の粉体間付着力測定方法によって測定したFt(N)の値を設定し、かつ前記トナー画像担持体の表面抵抗を所定の値に設定して、前記現像工程を実行することを特徴とする画像形成方法。An electrostatic latent image forming step of irradiating at least a uniformly charged electrostatic latent image carrier in accordance with image information to form and carry an electrostatic latent image on the electrostatic latent image carrier; A developing process for supplying toner to the electrostatic latent image to visualize it, and carrying the visualized toner image on a toner image carrier,
The non-electrostatic adhesion force between the toner particles forming the toner image of the toner image carrier Ft (N), the average value of the toner charge amount of the toner image bearing Q (μC / g), the toner image bearing When the maximum toner adhesion amount on the body is M (mg / cm 2 ), the following relational expression
M 4 × Q 2 / (Ft × 10 9 ) ≦ 60
The Q (μC / g), the M (mg / cm 2 ), and the Ft (N) value measured by the method for measuring the adhesion between powders according to claim 6 are set so as to satisfy An image forming method , wherein the developing step is executed by setting a surface resistance of an image carrier to a predetermined value .
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