JP7516149B2 - Image forming device - Google Patents
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Description
本発明は、電子写真プロセス等を利用したカラー画像形成装置に関するものである。 The present invention relates to a color image forming apparatus that uses an electrophotographic process, etc.
従来から、複写機やレーザプリンターなどの画像形成装置として、中間転写体を使用する構成を有する画像形成装置が知られている。 Image forming devices that use an intermediate transfer body have been known for some time, including copying machines and laser printers.
この画像形成装置は、一次転写工程として、像担持体としての感光ドラム表面に形成されたトナー像を、感光ドラム対向部に配置された一次転写部材に電圧電源より電圧を印加することで、中間転写体上に転写する。その後、この一次転写工程を、複数色のトナー像に関して繰り返し実行することにより、中間転写体表面に複数色のトナー像を形成する。続けて、二次転写工程として、中間転写体表面に形成された複数色のトナー像を、二次転写部材へ電圧を印加することで、紙などの記録材表面に一括して転写する。一括転写されたトナー像は、その後、定着手段により、記録材に永久定着されることにより、カラー画像が形成される。 In this image forming apparatus, in the primary transfer process, a toner image formed on the surface of a photosensitive drum serving as an image carrier is transferred onto an intermediate transfer body by applying a voltage from a voltage source to a primary transfer member arranged opposite the photosensitive drum. This primary transfer process is then repeated for multiple color toner images, forming multiple color toner images on the surface of the intermediate transfer body. Then, in the secondary transfer process, a voltage is applied to the secondary transfer member to transfer the multiple color toner images formed on the surface of the intermediate transfer body all at once onto the surface of a recording material such as paper. The collectively transferred toner images are then permanently fixed to the recording material by a fixing means, forming a color image.
この特許文献1に記載の画像形成装置では、中間転写体としての中間転写ベルトは感光ドラムに当接して一次転写ニップ部を構成しており、一次転写ニップ部において、トナー像が、感光ドラムから中間転写ベルトに転写される。 In the image forming device described in Patent Document 1, the intermediate transfer belt as an intermediate transfer body contacts the photosensitive drum to form a primary transfer nip, where the toner image is transferred from the photosensitive drum to the intermediate transfer belt.
一次転写ニップ部においては、感光ドラムと中間転写ベルトの周速度を完全に同一にすると、転写効率が低下し、文字や線等のトナー像の中央部分が白く抜ける、いわゆる中抜けが生じることが知られている。そこで、特許文献1では、感光ドラムと中間転写ベルトの周速度に、積極的に周速差を付与することで、一次転写効率を高めて中抜けの発生を抑制し、画質改善が図られている。 It is known that in the primary transfer nip area, if the peripheral speeds of the photosensitive drum and the intermediate transfer belt are made completely the same, the transfer efficiency decreases, and the central parts of the toner images, such as letters and lines, become blank, resulting in so-called hollows. Therefore, in Patent Document 1, a peripheral speed difference is actively imparted between the photosensitive drum and the intermediate transfer belt, thereby increasing the primary transfer efficiency and suppressing the occurrence of hollows, thereby improving image quality.
しかしながら、上記の画像形成装置では、感光ドラム表面に形成されたトナー画像を中間転写ベルト表面に一次転写するとき、感光ドラムの急激な回転変動が発生することがある。これに起因してレーザ露光に露光ムラが生じ、後続して感光ドラム表面に形成されたトナー画像に画像スジが発生することがある。これは、一次転写ニップ部内にトナーが無い状態で、感光ドラム上に現像されたトナー画像の先端部分が一次転写ニップ部に突入した場合に、中間転写ベルト表面によって感光ドラム表面に作用する摩擦力が急激に減少するためである。 However, in the above image forming device, when the toner image formed on the photosensitive drum surface is primarily transferred to the intermediate transfer belt surface, sudden rotational fluctuations in the photosensitive drum may occur. This may cause uneven exposure in the laser exposure, and subsequently cause image streaks in the toner image formed on the photosensitive drum surface. This is because, when there is no toner in the primary transfer nip and the leading edge of the toner image developed on the photosensitive drum enters the primary transfer nip, the frictional force acting on the photosensitive drum surface by the intermediate transfer belt surface is suddenly reduced.
これに対し、画像パターンのトナー画像以外に、イエロー色等のトナーによるドット型の微小なトナー像を感光ドラム上に付加して形成することにより、感光ドラムや中間転写ベルトの回転変動を抑制し、各種の画像不良を防止出来ることが知られている。例えば、特許文献2に記載された画像形成装置においては、感光ドラム上に微小なドットトナー像を一様に分散して形成することで、中間転写ベルト上に一次転写されるトナー画像上に色ずれが発生することを防止している。
In response to this, it is known that by forming a small dot-type toner image using a yellow or other toner on the photosensitive drum in addition to the toner image of the image pattern, it is possible to suppress the rotational fluctuation of the photosensitive drum and intermediate transfer belt and prevent various image defects. For example, in the image forming device described in
しかしながら、特許文献2に記載の画像形成装置において、以下のような課題があった。高白色紙、コート紙、光沢紙といった種類の記録材上に印字を行う際にドットトナー像を付加して画像形成を行うと、付加したドットトナー像が記録材上で目立ち、記録材が全体的に黄色味を帯びて見え、画像品質が低下するという問題が生じることがあった。これは、高白色紙、コート紙、光沢紙といった記録材は表面平滑性が高く、二次転写性が良いことが要因である。中間転写ベルト上に一次転写されて、感光ドラムと中間転写ベルトの表面を互いに滑りやすくし、摩擦力を低減するイエローのドットトナー像が、記録材上において忠実に再現されてしまう。
However, the image forming apparatus described in
そこで、本発明は、ドットトナー像を付加することなく、感光ドラムや中間転写ベルトの回転変動を抑制することで、画像弊害の発生を抑制することを目的とする。 The present invention aims to prevent image defects by suppressing rotational fluctuations of the photosensitive drum and intermediate transfer belt without adding dot toner images.
そこで、本発明に係る画像形成装置は、回転可能な像担持体と、トナー母粒子と前記トナー母粒子の表面に形成され前記トナー母粒子の表面と面接触する接触部と、を有するトナー粒子と、前記接触部の表面と接触する外添剤としての微粒子と、により構成される現像剤を収容する現像剤収容部と、前記像担持体と接触して現像部を形成し、前記現像部において前記像担持体の表面に前記現像剤を供給する現像剤担持体と、前記像担持体と接触して転写部を形成し、前記像担持体の表面に供給された前記現像剤によって形成されたトナー像が、前記転写部において転写される中間転写体と、前記像担持体の表面の移動速度と前記中間転写体の表面の移動速度と、の間に速度差を有するように、前記像担持体と前記中間転写体と、を駆動する駆動部と、を有し、前記現像剤担持体を前記像担持体に押圧する押圧力をF、前記現像部において前記接触部と前記像担持体との間に介在する前記微粒子の総数をN、とした場合に、前記微粒子を単位微粒子当たりの押圧力であるF/Nで前記接触部に押圧した際に測定される前記微粒子と前記接触部との間に形成される付着力Ftと、前記微粒子を前記F/Nで前記像担持体に押圧した際に測定される前記微粒子と前記像担持体との間に形成される付着力Fdrと、の関係が、Ft≦Fdrを満たすことを特徴とする。 Therefore, the image forming apparatus according to the present invention includes a rotatable image carrier, a developer container for accommodating a developer composed of toner particles having toner base particles and contact portions formed on the surfaces of the toner base particles and in surface contact with the surfaces of the toner base particles, and fine particles as external additives in contact with the surfaces of the contact portions , a developer carrier that contacts the image carrier to form a development portion and supplies the developer to the surface of the image carrier in the development portion, an intermediate transfer body that contacts the image carrier to form a transfer portion and onto which a toner image formed by the developer supplied to the surface of the image carrier is transferred in the transfer portion, and a moving speed of the surface of the image carrier and a developer container for accommodating a developer composed of toner particles having toner base particles and contact portions formed on the surfaces of the toner base particles and in contact with the surfaces of the contact portions, and a drive unit which drives the image carrier and the intermediate transfer body so as to have a speed difference between the moving speed of the surface of the intermediate transfer body and the pressing force with which the developer carrier is pressed against the image carrier, and the total number of the microparticles present between the contact portion and the image carrier in the development unit is N, the relationship between an adhesive force Ft formed between the microparticle and the contact portion , which is measured when the microparticle is pressed against the contact portion with F/N, which is the pressing force per unit microparticle, and an adhesive force Fdr formed between the microparticle and the image carrier, which is measured when the microparticle is pressed against the image carrier with F/N, satisfies Ft≦Fdr.
以上説明したように、本発明によれば、ドットトナー像を付加することなく、感光ドラムや中間転写ベルトの回転変動を抑制することで、画像弊害の発生を抑制することが出来る。 As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of image defects by suppressing the rotational fluctuations of the photosensitive drum and intermediate transfer belt without adding dot toner images.
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。従って、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 The following describes in detail preferred embodiments of the present invention by way of example, with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, and relative positions of the components described in the following embodiments should be modified as appropriate depending on the configuration and various conditions of the device to which the present invention is applied. Therefore, unless otherwise specified, it is not intended to limit the scope of the present invention to these alone.
図1は、カラー画像形成装置の一例を示す概略図であり、図1を用いて本実施形態の画像形成装置の構成及び動作を説明する。尚、本実施形態の画像形成装置は、a~dの画像形成ステーションを設けている所謂タンデムタイプのプリンタである。第1の画像形成ステーションaはイエロー(Y)、第2の画像形成ステーションbはマゼンタ(M)、第3の画像形成ステーションcはシアン(C)、第4の画像形成ステーションdはブラック(Bk)の各色の画像を形成する。各画像形成ステーションの構成は、収容するトナーの色以外では同じであり、以下、第1の画像形成ステーションaを用いて説明する。また、以下、特に区別を要しない場合は、Y、M、C、Kにおけるa~dは省略して、総括的に説明する。 Figure 1 is a schematic diagram showing an example of a color image forming apparatus, and the configuration and operation of the image forming apparatus of this embodiment will be described using Figure 1. The image forming apparatus of this embodiment is a so-called tandem type printer equipped with image forming stations a to d. The first image forming station a forms images of yellow (Y), the second image forming station b forms images of magenta (M), the third image forming station c forms images of cyan (C), and the fourth image forming station d forms images of black (Bk). The configuration of each image forming station is the same except for the color of toner they contain, and the following description will be given using the first image forming station a. Furthermore, hereinafter, unless a distinction is particularly required, a to d in Y, M, C, and K will be omitted and a general description will be given.
第1の画像形成ステーションaは、ドラム状の電子写真感光体(以下、感光ドラムという)1aと、帯電部材である帯電ローラ2aと、露光ユニット3aと、現像器4aと、クリーニングユニット5aとを備える。
The first image forming station a includes a drum-shaped electrophotographic photosensitive member (hereinafter referred to as the photosensitive drum) 1a, a
コントローラ等の制御部200が画像信号を受信することによって画像形成動作が開始され、感光ドラム1aは回転駆動される。感光ドラム1aは回転過程で、帯電ローラ2aにより所定の極性(本実施形態では負極性)で所定の電位に一様に帯電処理され、露光ユニット3aにより画像信号に応じた露光を受ける。これにより、目的のカラー画像のイエロー色成分像に対応した静電潜像が形成される。次いで、その静電潜像は現像位置において現像器(イエロー現像器)4aにより現像され、イエロートナー像として可視化される。
When the
感光ドラム1aは、矢印の方向に100mm/secの周速度(プロセススピード)で回転駆動し、トナー像を担持する像担持体である。感光ドラム1aはφ20mmのアルミの素管上に感光層と表層を設けたもので、表層はポリアリレートで形成する膜厚20μmの薄膜層を用いている。
The
帯電部材としての帯電ローラ2aは、感光ドラム1aの表面に所定の圧接力によって帯電部において接触しており、感光ドラム1a表面との摩擦により感光ドラム1aに対して従動回転する。また、帯電ローラ2aの回転軸には、画像形成動作に応じて帯電高圧電源120から-1100Vの直流電圧を印加している。このとき、感光ドラム1aの表面電位をトレック社製の表面電位計Model344で測定すると、-500V程度であった。このときの感光ドラム1aの表面電位である-500Vは、非画像形成時の感光ドラム1の表面電位であり、トナー像の現像は行われない暗部電位(Vd)である。
The
露光ユニット3aは、レーザドライバ、レーザダイオード、ポリゴンミラー、光学レンズ系等を備えている。ホストコンピュータ(不図示)から入力される画像情報に基づきレーザ光を照射して、一様に帯電された感光ドラム1a表面に静電潜像を形成する露光手段である。本実施例では、露光ユニット3aの最大光量で露光された後の感光ドラム1表面の画像形成電位Vlが、-100Vとなるように露光量を調整している。画像形成電位は明部電位ともいう。
The
現像ユニット4aは、現像部材(トナー(現像剤)担持体)としての現像ローラ41a及び現像剤としての非磁性一成分トナー(以下、トナー)を備える現像剤収容部を有している。現像ユニット4aは、静電潜像をトナー像として現像するために、感光ドラム1に現像作用を行う現像手段である。現像ローラ41aは、200gfの押圧力で、画像形成動作に応じて感光ドラム1aと所定の当接幅を持って当接している。そして、現像ローラ41aは、感光ドラム1aの周速度よりも早い周速度で、感光ドラム1aとの対向部(接触部)において現像ローラ41aの表面移動方向が感光ドラム1aの表面移動方向と順方向となるように回転駆動される。
The developing
ここで、現像ローラ41aは、感光ドラム1に接離可能に設けられている。即ち、現像ユニット4aと画像形成装置本体100は、現像ローラ41aと感光ドラム1aの当接離間(現像離間)状態を制御する機構40を備えている。画像形成動作等に応じて現像ローラ41aと感光ドラム1aを当接させ、動作が停止するときには離間させている。
Here, the developing
また、現像ローラ41aの芯金には、画像形成動作に応じて現像高圧電源140から所定の直流電圧が印加される。本実施例では、現像ローラ41aの芯金には現像電圧Vdcとして-300Vの直流電圧が印加される。画像形成時には、現像電圧Vdc=-300Vと感光ドラム1aの画像形成電位Vl=-100Vの間の電位差により生じる静電力にて、現像ローラ41a上に担持されたトナーが感光ドラム1aの画像形成電位Vl部に現像される。
A specific DC voltage is applied to the core of the developing
ここで、以降の説明においては、電位や印加電圧に関し、負極性側に絶対値が大きい(例えば-500Vに対して-1000V)ことを電位が高いと称し、負極性側に絶対値が小さい(例えば-500Vに対して-300V)ことを電位が低いと称する。これは本実施例における負帯電性を持つトナーを基準として考えるためである。 In the following explanation, a high potential and applied voltage refers to an absolute value that is larger on the negative polarity side (e.g., -1000V compared to -500V), and a low potential refers to an absolute value that is smaller on the negative polarity side (e.g., -300V compared to -500V). This is because the negatively charged toner in this embodiment is considered as the standard.
また、本実施例での電圧は、アース電位(0V)との電位差として表現される。したがって、現像電圧Vdc=-300Vは、アース電位に対して、現像ローラ41aの芯金に印加された現像電圧によって、-300Vの電位差を有したと解釈される。これは、帯電電圧や転写電圧などに関しても同様である。本実施例におけるトナーは、懸濁重合法で製造した負帯電性を有する非磁性のトナーで、体積平均粒径が7.0μmである。トナーの体積平均粒径は、ベックマン・コールター株式会社製のレーザ回折式粒度分布測定器LS-230で測定した体積平均粒径である。トナーに関しては詳細を後述する。
In addition, the voltage in this embodiment is expressed as a potential difference with respect to the earth potential (0 V). Therefore, the development voltage Vdc = -300 V is interpreted as having a potential difference of -300 V with respect to the earth potential due to the development voltage applied to the core metal of the
また、現像器に収容されたトナーの正規の帯電極性は、負極性である。この実施形態では帯電部材による感光ドラムの帯電極性と同極性に帯電したトナーにより静電潜像を反転現像しているが、本発明は、感光ドラムの帯電極性とは逆極性に帯電したトナーにより静電潜像を正現像するようにした電子写真装置にも適用出来る。本実施例の特徴であるトナーの表面構成及び外添構成については後述する。 The normal charging polarity of the toner contained in the developing unit is negative. In this embodiment, the electrostatic latent image is reversely developed using toner charged to the same polarity as the charging polarity of the photosensitive drum by the charging member, but the present invention can also be applied to electrophotographic devices in which the electrostatic latent image is positively developed using toner charged to the opposite polarity to the charging polarity of the photosensitive drum. The toner surface configuration and external additive configuration, which are the characteristics of this embodiment, will be described later.
中間転写ベルト20は、複数の張架部材11、12、13とで張架され、感光ドラム1aと当接した対向部で周方向に移動する向きに、感光ドラム1aと一定の周速差で回転駆動される。中間転写ベルト20の構成は、図2に示すように、コート層21、基層22からなる2層構成であり、周長は700mmである。コート層21は、表面に厚み2μmのアクリル樹脂塗料を塗布することで、平滑度の高いコート層21としている。一方、基層22は、ポリエステルを主成分とする材料から構成され、厚みは100μmである。上述したコート層21は、基層22に比べて膜厚が薄いため、中間転写ベルト20の抵抗値に与える影響は小さいものの、必要に応じ、カーボンブラック等の導電剤を添加して、抵抗調整してもよい。また、コート層21の厚みについては、平滑性及び製造上観点より、0.5~4.0μmの範囲が好ましい。
The
なお、コート層21に塗布する樹脂の材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、ポリエステル、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリアリレート、ウレタン、シリコーン、フッ素樹脂等の材料を使用しても良い。また、基層22の材料に関しては、熱可塑性樹脂であれば、他の材料でもよい。例えば、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリアリレート、アクリロニトリルーブタジエンースチレン共重合体(ABS)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)等の材料及びこれらの混合樹脂を使用しても良い。
The resin material applied to the
感光ドラム1a上に形成されたイエロートナー像は、感光ドラム1aと中間転写体としての中間転写ベルト20を介した一次転写ローラ14aの当接部である一次転写部を通過する過程で、中間転写ベルト20の上に転写される(一次転写)。一次転写部材としての一次転写ローラ14aには画像形成動作に応じて一次転写電源160から500Vの直流電圧が印加される。そして、感光ドラム1a表面に残留した一次転写残トナーは、クリーニングユニット5aにより清掃、除去された後、帯電以下の画像形成プロセスに供せられる。
The yellow toner image formed on the
以下、同様にして、第2,3,4の画像形成ステーションb、c、dによって第2色のマゼンタトナー像、第3色のシアントナー像、第4色のブラックトナー像が形成される。そして、中間転写ベルト20上に順次重ねて転写され、目的のカラー画像に対応した合成カラー画像が得られる。
Similarly, the second, third and fourth image forming stations b, c and d form a magenta toner image as the second color, a cyan toner image as the third color and a black toner image as the fourth color. These are then transferred onto the
続いて、上述したような中間転写ベルト20上の4色のトナー像は、中間転写ベルト20と二次転写部材としての二次転写ローラ15が形成する二次転写ニップ部を通過する過程で、給紙手段60により給紙された記録材Pの表面に一括転写される(二次転写)。二次転写ローラ15は、中間転写ベルト20に対して、5kgfの加圧力で当接し、二次転写部において二次転写ニップを形成している。二次転写ローラ15は中間転写ベルト20に対して従動回転し、また、中間転写ベルト20上のトナーを紙等の記録材Pに二次転写している時には、二次転写電源150より、2500Vの電圧が印加されている。本実施例の中間転写ベルト20は、上述した平滑度の高いコート層21によって、記録材Pの表面との間に発生する微小空間を小さくすることが出来るため、二次転写ニップ部での電界の乱れが抑制され、二次転写効率を向上させることが出来る。
The four-color toner image on the
その後、4色のトナー像を担持した記録材Pは定着器30に導入され、そこで加熱および加圧されることにより4色のトナーが溶融混色して記録材Pに固定される。二次転写後に中間転写ベルト20上に残ったトナーは、クリーニングユニット50により清掃、除去される。
Then, the recording material P carrying the four-color toner image is introduced into the fixing
以上の動作により、フルカラーのプリント画像が形成される。 Through the above steps, a full-color print image is created.
続いて、制御部200について説明する。図3は、本実施例における画像形成装置100の要部の概略制御態様を示す制御ブロック図である。コントローラ202は、ホスト装置との間で各種の電気的な情報の授受をすると共に、画像形成装置100の画像形成動作を所定の制御プログラムや参照テーブルに従って、インターフェース201を介して制御部202で統括的に制御する。制御部202は、様々な演算処理を行う中心的素子であるCPU155、記憶素子であるROM、RAMなどのメモリ154などを有して構成される。RAMには、センサの検知結果、カウンタのカウント結果、演算結果などが格納され、ROMには制御プログラム、予め実験などにより得られたデータテーブルなどが格納されている。制御部200には、画像形成装置100における各制御対象、センサ、カウンタなどが接続されている。制御部200は、各種の電気的情報信号の授受や、各部の駆動のタイミングなどを制御して、所定の画像形成シーケンスの制御などを行う。例えば、帯電電圧電源120、現像電圧電源140、露光ユニット3、一次転写電圧電源160、二次転写電圧電源150によって印加される電圧や露光量を制御部200によって制御している。その他、感光ドラム駆動部110、現像ローラ駆動部130、現像当接離間機構40の制御も行う。そして、この画像形成装置100は、ホスト装置からコントローラ202に入力される電気的画像信号に基づいて、記録材Pに画像形成を行う。なお、ホスト装置としては、イメージリーダー、パソコン、ファクシミリ、スマートフォン等が挙げられる。
2.中間転写ベルトと感光ドラムの周速差
本実施例では、一次転写効率改善のため、感光ドラム1a、1b、1c、1dと中間転写ベルト20との間に周速差を付けている。以下、詳細を第1の画像形成ステーションaを用いて説明する。
Next, the
2. Difference in peripheral speed between intermediate transfer belt and photosensitive drum In this embodiment, in order to improve the efficiency of primary transfer, a difference in peripheral speed is provided between the
図2は、第1の画像形成ステーションaにおける一次転写部の拡大図である。 Figure 2 is an enlarged view of the primary transfer section in the first image forming station a.
一次転写ローラ14aは、外径φ6mmの金属芯金141aに、厚み3mmのゴム状弾性を有する弾性体142aを巻いた構成である。一次転写部においては、一次転写ローラ14aが、中間転写ベルト20を挟んで感光ドラム1aに対向するように配置され、感光ドラム1aに対し、一次転写ローラ14aで中間転写ベルト20を500gfで押圧して狭持している。中間転写ベルト20は、感光ドラム1aに所定長さだけ巻き付いて互いに接触しており、この接触領域が転写部においてドラムニップ部を形成する。その際のドラムニップ部の当接幅であるドラムニップ幅をQとする。
The
感光ドラム1aは所定の周速度である表面移動速度Vdrで回転駆動され、中間転写ベルト20は所定の周速度である移動速度Vbで回転される。その状態で、ドラムニップ部において、トナーTは、順次、中間転写ベルト20に転写されていく。一次転写ローラ14aは、中間転写ベルト20と連れ回り回転している。なお、感光ドラム1a及び中間転写ベルト20の周速度Vdr、Vbは、それぞれ感光ドラム1の表面および中間転写ベルト20の表面の移動速度である。ここで、本実施例の構成において、中間転写ベルト20の表面の移動は、感光ドラム駆動部110から入力することで行い、感光ドラム1と中間転写ベルト20との表面移動速度差を発生させた。しかし、感光ドラム駆動部110とは別に、中間転写ベルト20を駆動する駆動部を有してもよいし、他の駆動部から駆動入力してもよい。
The
次に、図4を参照し、ドラムニップ部に周速差を付与することによる一次転写効率の改善メカニズムについて説明する。 Next, referring to Figure 4, we will explain the mechanism by which the primary transfer efficiency is improved by applying a peripheral speed difference to the drum nip.
図4は、上述したドラムニップ部内を模式的に示しており、感光ドラム1aと中間転写ベルト20の間に周速差を付与した場合の、トナーTの振る舞いを説明する図である。
Figure 4 is a schematic diagram showing the inside of the drum nip portion described above, and explains the behavior of the toner T when a difference in peripheral speed is applied between the
ドラムニップ部において、感光ドラム1aはVdrの周速で回転し、中間転写ベルト20は周速度Vbで回転することで、周速差Vdr-Vbが付与される。本実施例において、VdrとVbには、Vdr<Vbの関係があり、中間転写ベルト20の周速度Vbが感光ドラム1aの周速度Vdrより大きい一次転写構成となっている。
At the drum nip, the
現像プロセスにより、感光ドラム1a上の潜像形成部に付着する最下層のトナーTは、感光ドラム1aと接点を有する。感光ドラム1aと接点を有するトナーTは、それぞれの表面において、感光ドラム1aとの付着力が大きくなる個所を接点とし、安定した状態にある場合が多い。トナーTは、表面形状や表面電荷状態によって異なる付着力が大きいポイントで付着しやすい。また、付着力が大きいポイントで付着したトナーTは転写しにくく、一次転写効率を上げるためには、その付着力以上の力を発現させる転写条件が必要となる。
Due to the development process, the bottom layer of toner T that adheres to the latent image forming portion on the
まず、トナーTがドラムニップ部内に巡ってくると、周速差によりトナーTはベアリングのように回転することで、状態Aから状態Bに移動する。この移動に伴い、トナーTと感光ドラム1aとの接点Ptは点Pt’まで移動する。よって、ドラムニップ部突入前には、感光ドラム1aと接していた付着力が相対的に大きい接点Ptから、トナーTが離れることとなり、トナーTと感光ドラム1aの付着力は低下することとなる。周速差によって、接点PtにおいてトナーTの付着面が感光ドラム1aから離れるので、感光ドラム1aの周速度Vdrと中間転写ベルト20の周速度Vbの大小関係は、上述したVdr<Vbの関係に従う必要はなく、逆転しても効果が発生する。
First, when the toner T circulates within the drum nip, the difference in peripheral speed causes the toner T to rotate like a bearing, moving from state A to state B. As the toner T moves, the contact point Pt between the toner T and the
以上説明したように、感光ドラム1aと中間転写ベルト20との間に周速差を付与することで、トナーTと感光ドラム1aの付着力が低下し、感光ドラム1aからトナーTを引きはがしやすくなり、一次転写効率の改善効果が発現する。
As explained above, by creating a peripheral speed difference between the
次に、上述した一次転写効率の改善を実現する周速差の範囲について説明する。先ず、ドラムニップ部内に生じる感光ドラム1aと中間転写ベルト20との相対的な移動量を、周速差によるトナーTの転がり量として規定する。そして、転がり量が予め設定した範囲に収まるように、ドラムニップ部のニップ幅Q及び周速差率を設定し、転写効率と画質劣化のバランスを最適化している。
Next, the range of peripheral speed difference that realizes the above-mentioned improvement in primary transfer efficiency will be described. First, the amount of relative movement between the
以下、本実施例において規定する特有のパラメータであるトナーTの「転がり量」の関係について説明する。 The following describes the relationship between the "rolling amount" of toner T, which is a unique parameter defined in this embodiment.
トナーTの転がり量は、周速差によりドラムニップ部内に生じる感光ドラム1aと中間転写ベルト20の相対的な移動量であり、本実施形態においては、下記のように定義する。
The rolling amount of the toner T is the amount of relative movement between the
転がり量(R)=周速差率(Vr)×ドラムニップ幅(Q)・・・・・・(式1)
周速差率(Vr)=|Vdr-Vb|/Vdr×100・・・・・・(式2)
ここで、上記式1の周速差率(周速比、速度比)Vrは、感光ドラム1aの周速度Vdrに対する、周速度Vdrと中間転写ベルト20の周速度Vbの周速差|Vdr-Vb|の百分率として定義している。
Rolling amount (R) = peripheral speed difference rate (Vr) x drum nip width (Q) (Equation 1)
Peripheral speed difference rate (Vr) = |Vdr-Vb|/Vdr×100 (Formula 2)
Here, the peripheral speed difference rate (peripheral speed ratio, speed ratio) Vr in the above formula 1 is defined as a percentage of the peripheral speed difference |Vdr-Vb| between the peripheral speed Vdr and the peripheral speed Vb of the
表1には、ドラムニップ部と周速差率Vrを変化したときの転がり量Rを示している。表1に示すように、転がり量Rは、周速差率Vrが大きいほど、もしくは、ドラムニップ幅Qが大きいほど大きくなるパラメータである。 Table 1 shows the amount of rolling R when the drum nip portion and the peripheral speed difference rate Vr are changed. As shown in Table 1, the amount of rolling R is a parameter that increases as the peripheral speed difference rate Vr increases or the drum nip width Q increases.
図5は、上述したドラムニップ幅Qが1500μmの場合において、周速差率Vrを振って感光ドラム1の表面上に残る一次転写後の残留トナー量を測定した結果を示している。グラフ中の縦軸は、一次転写後の残留トナー量を反射濃度に対応する反射率に基づいて計測した結果を示している。M色のステーションでベタ画像を印字し、下流のC色ステーションでベタ画像の印字後(転写後)の、C色の感光ドラム1cの表面上の転写後の残留トナー像をテーピングする。そして、テーピングした結果に対して反射濃度計((有)東京電飾:型番TC-6DS)により反射率を計測した。その結果、周速差率Vrが大きくなれば大きくなるほど、一次転写後の残留トナーの量が減少し、一次転写効率が良くなっていることが分かる。また、周速差率Vrによる一次転写効率改善効果については、周速差率Vrが0.75%付近から急激に効果が発現し、周速差率Vrが2%以上の領域では、一次転写後の残留トナーがほとんど存在しない状態となっている。これは、周速差を設けることによる効果が十分に発揮されていることを示している。本実施例の構成におけるドラムニップ幅Qは1500μmを用いているため、一次転写効率改善効果が発現し始める周速差率(Vr)0.75%におけるトナーTの転がり量(R)は、11.25μmである。
Figure 5 shows the results of measuring the amount of residual toner remaining on the surface of the photosensitive drum 1 after primary transfer when the above-mentioned drum nip width Q is 1500 μm, varying the peripheral speed difference rate Vr. The vertical axis in the graph shows the results of measuring the amount of residual toner after primary transfer based on the reflectance corresponding to the reflection density. A solid image is printed at the M color station, and the residual toner image after transfer on the surface of the C color
上述したように、本実施例においては、重量平均粒径(D)が7.0μmのトナーTを用いており、トナーTを球体と仮定した場合、トナーTの周長は21.98μmとなる。ここで、一次転写効率改善効果が発現し始める転がり量Rは11.25μmであり、これは、トナーTの周長のおよそ半分の円弧長さである。つまり、おおよそ半周転がることで、トナーTの感光ドラム1aとの初期の接点は、中間転写ベルト20側に移動し、付着力を下げるのに十分な感光ドラム1aとの距離を確保することになり、一次転写効率が改善すると考えられる。以上から、本実施例では、用いるトナーTの重量平均粒径から算出される平均周長の半分の値を転がり量Rの下限値と設定した。
As described above, in this embodiment, toner T with a weight average particle diameter (D) of 7.0 μm is used, and if toner T is assumed to be spherical, the circumference of toner T is 21.98 μm. Here, the rolling amount R at which the primary transfer efficiency improvement effect begins to appear is 11.25 μm, which is an arc length of approximately half the circumference of toner T. In other words, by rolling approximately half a circumference, the initial contact point of toner T with
次に、転がり量Rの上限値について説明をする。転がり量Rの上限値については、画質劣化の観点より、ドラムニップ部内でのトナーの移動量を基準とした。図4にあるように、トナーTを、状態Aから状態Bまで、距離Lだけ回転移動させると、トナーTが距離Lを移動するために、感光ドラム1aと中間転写ベルト20の相対的な移動距離は、L×2になる。すなわち、感光ドラム1aと中間転写ベルト20の相対的な移動距離、すなわち「転がり量R」に対し、トナーTは、その周長の半値だけ、ドラムニップ部中でずれ動くこととなる。トナーTがずれ動くと、トナー像の高さや幅にばらつきがでてしまい、ガサツキが悪化してしまう。
Next, the upper limit of the rolling amount R will be explained. The upper limit of the rolling amount R was based on the amount of toner movement within the drum nip from the viewpoint of image quality degradation. As shown in FIG. 4, when the toner T is rotated by a distance L from state A to state B, the relative movement distance between the
そのため、トナーTのずれ動く量の許容範囲としては、一般的な画像形成装置の解像度である600DPIの1Dot程度の大きさに相当するおよそ50μmの範囲であると考えられるため、転がり量Rの上限値は100μmとなる。 Therefore, the allowable range of the amount of toner T shifting is considered to be a range of approximately 50 μm, which corresponds to the size of about 1 dot at 600 DPI, which is the resolution of a typical image forming device, so the upper limit of the rolling amount R is 100 μm.
以上より、一次転写効率と画質劣化のバランスをとった転がり量Rの範囲としては、トナーTの周長の半分の円弧の長さから100μmの範囲となる。トナー重量平均粒径D、ドラムニップ幅Q、周速差率Vrを用いると、下記式3に示すような範囲を満たす構成とすることが望ましい。
From the above, the range of the rolling amount R that balances the primary transfer efficiency and image quality degradation is the range from the length of the arc that is half the circumference of the toner T to 100 μm. Using the toner weight average particle size D, the drum nip width Q, and the peripheral speed difference rate Vr, it is desirable to have a configuration that satisfies the range shown in the following
1/2×D(μm)×π≦Vr(%)×Q(μm)/100≦100μm・・(式3)
本実施例の構成では、ドラムニップ幅Q=1500μm、周速差率Vr=2.5%を用いた。
1/2×D (μm)×π≦Vr (%)×Q (μm)/100≦100μm... (Formula 3)
In the configuration of this embodiment, the drum nip width Q was 1500 μm and the peripheral speed difference rate Vr was 2.5%.
また、本実施例では、トナーを球体と仮定して説明したものの、球体に限ることはなく、周速差によってトナーが転がる形状であれば、一次転写性の改善効果を得ることが出来る。
3.画像ブレメカニズム
上述のような感光ドラム1と中間転写ベルト20との間に周速差を付ける画像形成装置100では、感光ドラム1の表面に形成されたトナー画像を中間転写ベルト20の表面に一次転写するとき、感光ドラム1の急激な回転変動が発生することがある。回転変動に起因してレーザ露光に露光ムラが生じ、後続して感光ドラム1の表面に形成されたトナー画像に画像スジが発生し、これが最終画像の画質を劣化させる要因となっていることが分かった。
In addition, in this embodiment, the toner is assumed to be spherical, but the toner is not limited to a sphere. As long as the toner has a shape that allows it to roll due to a difference in peripheral speed, the primary transfer property can be improved.
3. Image Blur Mechanism In the
以下詳細について、第1の画像形成ステーションaにおける一次転写部の拡大図を示す図2を用いて説明する。 Details are provided below with reference to Figure 2, which shows an enlarged view of the primary transfer section in the first image forming station a.
プリント動作中、回転駆動される感光ドラム1aに対し、中間転写ベルト20は感光ドラム1aよりも約2.5%速い表面周速により回転駆動される。これは、上述したように感光ドラム1aと中間転写ベルト20との間に周速差を付与することで、トナーTと感光ドラム1aの付着力が低下し、感光ドラム1aからトナーTを引きはがしやすくなり、一次転写効率が改善するためである。
During printing, the
このような状況下において、ドラムニップ部内にトナーTが無い状態では、感光ドラム1aの表面には中間転写ベルト20の表面より接線方向(副走査方向)下流側への摩擦力Fが作用する。しかし、感光ドラム1aの表面上に現像されたトナー像の先端部分がドラムニップ部内に突入すると、この摩擦力Fは急激に減少する(F→F≒0)。これは、ドラムニップ部内へトナーTが供給されることで、感光ドラム1aの表面と中間転写ベルト20の表面とが互いに滑りやすくなるためである。そのため、感光ドラム1aには突発的な回転変動が生じ、感光ドラム1aの表面に対するレーザ露光に書き込みムラが生じる。これが、後続して感光ドラム1aの表面に形成されるトナー像上で主走査方向の画像スジとなり、最終画像上にも現れる。
Under such circumstances, when there is no toner T in the drum nip, a frictional force F acts on the surface of the
なお、画像スジは記録材P上の最終画像においては、画像パターン内に配されたトナー像の副走査方向の先頭部を起点として、レーザ露光部からドラムニップ間の距離(本実施例では、例えば30mm)だけ副走査方向下流側に移動した位置のトナー像上に現れる。特に、レーザの露光ムラの影響を受け易い、中間調のハーフトーントナー像部が前記位置に存在した場合には顕著な画像スジとなって現れる。 In the final image on the recording material P, the image streaks appear on the toner image at a position that has moved downstream in the sub-scanning direction from the laser exposure portion by the distance between the drum nips (for example, 30 mm in this embodiment) starting from the leading edge of the toner image in the sub-scanning direction arranged in the image pattern. In particular, when a halftone toner image portion, which is easily affected by uneven exposure of the laser, is present at the position, the image streaks appear prominently.
以上のように、上記摩擦力Fには、ユーザが得ようとする画像パターンに応じ断続的な時間変動が生じた結果、感光ドラム1aの回転変動による画像スジが最終画像上に発生する。
As described above, the friction force F varies intermittently over time depending on the image pattern the user wishes to obtain, resulting in image streaks on the final image due to fluctuations in the rotation of the
画像スジ対策として、ユーザが得ようとする画像パターンのトナー画像以外にイエロー等のトナーによるドット型の微小なトナー像を感光ドラム上に付加して形成することにより、感光ドラム1aや中間転写ベルト20の回転変動を抑制する方法が知られている。各種の画像不良を防止出来ることが一般的に知られているものの、付加したドットトナー像が記録材P上で黄色味を帯びて目立ってしまう場合があった。
As a countermeasure against image streaks, a method is known in which a dot-shaped tiny toner image made of yellow or other toner is added to the photosensitive drum in addition to the toner image of the image pattern that the user wishes to obtain, thereby suppressing the rotational fluctuation of the
上述から、ドラムニップ部における感光ドラム1aと中間転写ベルト20との間の摩擦力Fを、ドットトナー像以外の手段を使って低減することにより、トナー像の先端部分がドラムニップ部に突入した際にも感光ドラム1の回転変動による画像スジを抑制する。その上、記録材Pの色味変動を抑制することが出来る。
As described above, by reducing the friction force F between the
そこで、本実施例において、トナー像が現像される前に、現像ローラ41に担持されたトナーT上から感光ドラム1へ微粒子を供給し、感光ドラム1の表面上に微粒子を付着させる。感光ドラム1と中間転写ベルト20との間に微粒子を介在させることで、摩擦力Fを低減することを特徴としている。以下詳細を説明する。
Therefore, in this embodiment, before the toner image is developed, fine particles are supplied from the toner T carried by the developing roller 41 to the photosensitive drum 1, and the fine particles are caused to adhere to the surface of the photosensitive drum 1. The frictional force F is reduced by interposing the fine particles between the photosensitive drum 1 and the
図6(a)は、第1の画像形成ステーションaにおける現像ローラ41aと感光ドラム1aの当接時における現像ニップ部の模式図である。図6(a)に示すように、現像ニップ部では現像ローラ41a上に担持されたトナーTと感光ドラム1aが微粒子を介して接触している。図6(b)は、図6(a)で示した現像ローラ41aに担持されたトナーTと感光ドラム1aが、現像ニップ部を通過した後の状態を示した模式図である。
Figure 6(a) is a schematic diagram of the development nip when the
図6(b)に示すように、現像ニップ部でトナーTと感光ドラム1aとの間に介在していた微粒子は現像ニップ部通過後に現像ローラ41aに担持されたトナーT上から感光ドラム1aへと転移することで供給される。
As shown in FIG. 6(b), the fine particles present between the toner T and the
図6(a)に示した現像ニップ部でトナーTと感光ドラム1aとの間に介在する微粒子とトナーTとの間の付着力Ftが、微粒子と感光ドラム1a間の付着力Fdrよりも大きい場合には、微粒子はトナーT上から感光ドラム1a上に転移しづらい。そのため、FtがFdrよりも小さくなることが好ましい。
When the adhesive force Ft between the toner T and the fine particles present between the toner T and the
また、図7(a)は、トナー像Tが感光ドラム1aの表面上に担持されている場合の一次転写部の模式図であり、図7(b)は、図7(a)で示したトナー像Tの一次転写が終了して、感光ドラム1aと中間転写ベルト20とが分離した状態の模式図である。FtがFdrよりも小さい場合、図7(a)と図7(b)に示すように、トナー像Tが感光ドラム1aから中間転写ベルト20へと一次転写する際に、トナー像Tのみ中間転写ベルト20上に一次転写する。そして、トナー像Tと感光ドラム1aとの間に介在していた微粒子は感光ドラム1a上に残留する。
Also, FIG. 7(a) is a schematic diagram of the primary transfer section when the toner image T is carried on the surface of the
図8は、本実施例で用いた画像形成装置のプリント動作のタイミングチャートである。図8に示すように、本実施例の画像形成装置はプリント動作中において、現像ローラ41aから感光ドラム1aへトナーTの現像を開始する前に、現像ローラ41aを回転駆動させる。そして、感光ドラム1aに当接したタイミングで、現像ローラ41aから感光ドラム1aへと微粒子を供給している。
Figure 8 is a timing chart of the print operation of the image forming device used in this embodiment. As shown in Figure 8, during the print operation, the image forming device of this embodiment rotates the developing
本実施例では、トナーTがドラムニップ部に突入した際の回転変動を抑制するため、トナー像Tの現像を開始する前までに、感光ドラム1aと中間転写ベルト20とのドラムニップ部に微粒子を供給出来るようにする必要がある。そのため、微粒子の供給時間は、感光ドラム1a上の現像ローラ41aが当接した部位がドラムニップ部に到達するまでの時間以上に設定するのが好ましい。本実施例では、図8に示す微粒子の供給時間の長さを、上述した現像ローラ41aの当接部がドラムニップ部に到達する時間と略同じ200msecとなるようにタイミングを設定した。
In this embodiment, in order to suppress rotational fluctuations when the toner T enters the drum nip portion, it is necessary to supply fine particles to the drum nip portion between the
また、本実施例では、図8に示す微粒子供給タイミングにおいて、感光ドラム1aの表面電位を正規極性に帯電したトナーが現像しない非画像形成電位Vd=-500Vにしている。そのため、本実施例の微粒子の供給タイミングでは、現像ローラ41aから感光ドラム1aへとトナーTは現像せず、微粒子のみが現像ローラ41aから感光ドラム1a上へと供給される。
In addition, in this embodiment, at the timing of supplying the fine particles shown in FIG. 8, the surface potential of the
本実施例のように、現像ローラ41aと感光ドラム1aとの間で電位差がある状態で、現像ローラ41a上のトナーTから感光ドラム1aへと微粒子を供給する場合、微粒子の粒径が大きすぎると、電位差により生じる静電的な力の影響を微粒子が受けやすい。よって、現像ローラ41a上のトナーTから感光ドラム1aへの微粒子の供給を制御することが難しくなる。例えば、本実施例のように、非画像形成電位にて微粒子を供給する構成において、微粒子が負極性に帯電している場合、現像ローラ41a側に微粒子が静電気力で引き付けられてしまう。そのため、微粒子を現像ローラ41a上のトナーから感光ドラム1aへ供給しづらくなる。したがって、微粒子の粒径は静電的な力の影響を受けづらい1000nm以下にしておくことが好ましい。本実施例では、現像ローラ41aと感光ドラム1aとの間の電位差に関係なく、安定して現像ローラ41a上のトナーTから感光ドラム1aへと微粒子を供給するため、微粒子として粒径100nmの粒子を用いている。
4.現像剤、トナー、微粒子
次に、本実施例で用いた現像剤、トナー、微粒子について詳細を説明する。
In the case of supplying fine particles from the toner T on the developing
4. Developer, Toner, and Fine Particles Next, the developer, toner, and fine particles used in this embodiment will be described in detail.
本実施例では、現像剤としてトナーと、微粒子である外添剤Aとの混合物を用いた。トナーは、離型剤を含有するトナー母粒子及び該トナー母粒子表面の有機ケイ素重合体を含有するトナー粒子である。 In this embodiment, a mixture of toner and external additive A, which is a fine particle, was used as the developer. The toner is a toner particle that contains a release agent and an organosilicon polymer on the surface of the toner particle.
該有機ケイ素重合体は、R-Si(O1/2)3で表されるT3単位構造を有し、該Rは、炭素数1以上6以下のアルキル基又はフェニル基を表し、有機ケイ素重合体はトナー母粒子表面に凸部を形成している。 The organosilicon polymer has a T3 unit structure represented by R-Si(O 1/2 ) 3 , where R represents an alkyl group or a phenyl group having 1 to 6 carbon atoms, and the organosilicon polymer forms convex portions on the surfaces of the toner base particles.
凸部はトナー母粒子表面に面接触していることを特徴としており、面接触することにより、凸部の移動・脱離・埋没に対する抑制効果が顕著に期待出来る。 The protrusions are characterized by being in surface contact with the surface of the toner base particle, and this surface contact is expected to have a significant effect in inhibiting the movement, detachment, and embedding of the protrusions.
面接触の程度を、図9、図10、図11、図12に示す凸部の模式図にて説明する。 The degree of surface contact is explained using the schematic diagrams of the protrusions shown in Figures 9, 10, 11, and 12.
図9に示す61は、トナー粒子の約1/4程度が分かるトナー粒子の断面画像であり、62はトナー粒子、63はトナー母粒子表面、64が凸部である。トナー粒子の断面は後述する走査透過型電子顕微鏡(以下、STEMともいう)を用いて観察することが出来る。 In FIG. 9, 61 is a cross-sectional image of a toner particle in which about 1/4 of the toner particle can be seen, 62 is a toner particle, 63 is the surface of the toner base particle, and 64 is a protrusion. The cross section of a toner particle can be observed using a scanning transmission electron microscope (hereinafter also referred to as STEM) described later.
トナーの断面画像を観察し、トナー母粒子表面の周に沿った線を描く。その周に沿った線を基準に水平画像へ変換を行う。該水平画像において、該凸部と該トナー母粒子とが連続した界面を形成している部分における該周に沿った線の長さを凸幅wとする。 Observe the cross-sectional image of the toner and draw a line along the periphery of the toner base particle surface. Convert the image into a horizontal image based on the line along the periphery. In the horizontal image, the length of the line along the periphery in the part where the convex portion and the toner base particle form a continuous interface is defined as the convex width w.
また、該凸幅wの法線方向において該凸部の最大長を凸径Dとし、該凸径Dを形成する線分における該凸部の頂点から該周に沿った線までの長さを凸高さHとする。 The maximum length of the convex portion in the normal direction of the convex width w is the convex diameter D, and the length from the apex of the convex portion to a line along the circumference on the line segment that forms the convex diameter D is the convex height H.
図10及び図12において、凸径Dと凸高さHは同じであり、図11において、凸径Dは凸高さHより大きくなる。 In Figures 10 and 12, the convex diameter D and the convex height H are the same, while in Figure 11, the convex diameter D is greater than the convex height H.
また、図12は、中空粒子を潰す・割るなどして得られた、半球粒子の中心部が凹んだ、ボウル形状の粒子に類する粒子の固着状態を模式的に表したものである。 Figure 12 shows a schematic representation of the adhesion state of particles similar to bowl-shaped particles, which are hemispherical particles with a concave center, obtained by crushing or breaking hollow particles.
図12において、凸幅Wはトナー母粒子表面と接している有機ケイ素重合体の長さの合計とする。すなわち、図12における凸幅WはW1とW2の合計となる。 In Figure 12, the convex width W is the total length of the organosilicon polymer in contact with the surface of the toner base particle. In other words, the convex width W in Figure 12 is the sum of W1 and W2.
凸高さHの個数平均値は、30nm以上300nm以下であり、30nm以上200nm以下であることが好ましい。凸高さHの個数平均値が、30nm以上である場合、トナー母粒子表面と転写部材との間にスペーサー効果が生じる。一方、凸高さHの個数平均値が、300nm以下である場合、移動・脱離・埋没への抑制効果が著しい。凸高さHが30nm以上300nm以下である凸部において、凸高さHの累積分布をとる。該凸高さHの小さい方から積算して80個数%にあたる該凸高さをH80としたとき、H80は65nm以上120nm以下であることが好ましく、75nm以上100nm以下であることがより好ましい。 The number average value of the convex height H is 30 nm or more and 300 nm or less, and preferably 30 nm or more and 200 nm or less. When the number average value of the convex height H is 30 nm or more, a spacer effect occurs between the toner base particle surface and the transfer member. On the other hand, when the number average value of the convex height H is 300 nm or less, the effect of suppressing movement, detachment, and embedding is significant. A cumulative distribution of the convex height H is taken for the convex portion having a convex height H of 30 nm or more and 300 nm or less. When the convex height H that corresponds to 80% by number, calculated from the smallest convex height H, is H80, it is preferable that H80 is 65 nm or more and 120 nm or less, and more preferably 75 nm or more and 100 nm or less.
外添剤Aの一次粒子の個数平均粒径Rは、30nm以上1200nm以下であることが好ましい。Rが30nm以上であることで、転写部材との間にスペーサー効果を発現させる。一方、Rが1200nmを超える場合、トナーの流動性が低下して画像ムラが生じやすくなる。 The number-average particle size R of the primary particles of the external additive A is preferably 30 nm or more and 1200 nm or less. When R is 30 nm or more, a spacer effect is exerted between the toner and the transfer member. On the other hand, when R exceeds 1200 nm, the fluidity of the toner decreases, and image unevenness is easily generated.
外添剤Aの一次粒子の個数平均粒径Rの凸高さHの個数平均値に対する比は、1.00以上4.00以下であることが好ましい。該比[(外添剤Aの一次粒子の個数平均粒径R)/(凸高さHの個数平均値)]が上記範囲である場合、長寿命化に耐えうる優れた転写性と低温定着性の両立が可能である。 It is preferable that the ratio of the number average particle diameter R of the primary particles of the external additive A to the number average value of the convex height H is 1.00 or more and 4.00 or less. When the ratio [(number average particle diameter R of the primary particles of the external additive A)/(number average value of the convex height H)] is in the above range, it is possible to achieve both excellent transferability and low-temperature fixability that can withstand a long life.
凸高さHの個数平均値が最小値である30nmの場合、Rが30nm以上であれば、転写部材との間にスペーサー効果を発現させることが出来る。これは、脱離などの影響より凸部が存在していない場所に、該外添剤Aが置換されて、スペーサー効果を発現していると考えている。つまり、Rが30nm未満であれば、スペーサー効果を発現しにくい。 When the number average value of the convex height H is the minimum value of 30 nm, if R is 30 nm or more, a spacer effect can be achieved between the transfer member. This is thought to be because the external additive A is substituted in places where there are no convex portions due to the effects of detachment, etc., and the spacer effect is achieved. In other words, if R is less than 30 nm, the spacer effect is difficult to achieve.
外添剤Aのトナー粒子表面に対する固着率は、0%以上20%以下であることが好ましく、0%以上10%以下であることがより好ましい。該固着率が上記範囲にあることで、外添剤Aがトナー粒子の表面を動き易くなる。トナーを定着部材に定着させる定着工程において、トナー母粒子から、適切量の離型剤が染み出すことによって、定着部材と紙の分離性能を向上させている。 The adhesion rate of external additive A to the toner particle surface is preferably 0% or more and 20% or less, and more preferably 0% or more and 10% or less. When the adhesion rate is in the above range, external additive A can easily move on the surface of the toner particles. In the fixing process in which the toner is fixed to the fixing member, an appropriate amount of release agent seeps out from the toner base particles, improving the separation performance between the fixing member and the paper.
走査電子顕微鏡による該トナーの表面観察によって、該トナー表面の1.5μm四方の反射電子像を取得する。該反射電子像中の有機ケイ素重合体部分が明部となるように二値化処理した画像を得たとき、該画像の全面積に対する該画像の明部面積の面積割合(以下単に、明部面積の面積割合ともいう)は、30.0%以上75.0%以下である。また、該画像の明部面積の面積割合は、35.0%以上70.0%以下であることが好ましい。該明部面積の面積割合が高いほど、有機ケイ素重合体のトナー母粒子表面における存在割合が高いことを示している。該明部面積の面積割合が75.0%より高い場合、トナー母粒子由来の成分のトナー母粒子表面における存在割合が少なく、トナー母粒子からの離型剤の染み出しが生じにくくなり、低温定着時に定着器への薄紙巻き付きが発生し易い。一方、該画像の明部面積の面積割合が30.0%未満の場合、トナー母粒子由来の成分のトナー母粒子表面における存在割合が多い。すなわち、トナー母粒子由来の成分のトナー母粒子表面への露出面積が大きく、使用初期の転写性が低下する。該画像の明部面積の面積割合は、以後、トナー母粒子の表面における有機ケイ素重合体の被覆率ともいう。 By observing the surface of the toner with a scanning electron microscope, a reflected electron image of 1.5 μm square of the toner surface is obtained. When an image is obtained by binarizing the reflected electron image so that the organosilicon polymer portion becomes a bright portion, the area ratio of the bright portion area of the image to the total area of the image (hereinafter also simply referred to as the area ratio of the bright portion area) is 30.0% or more and 75.0% or less. In addition, it is preferable that the area ratio of the bright portion area of the image is 35.0% or more and 70.0% or less. The higher the area ratio of the bright portion area, the higher the presence ratio of the organosilicon polymer on the toner mother particle surface. When the area ratio of the bright portion area is higher than 75.0%, the presence ratio of the components derived from the toner mother particle on the toner mother particle surface is low, the exudation of the release agent from the toner mother particle is difficult to occur, and the thin paper is likely to wrap around the fixing device during low-temperature fixing. On the other hand, when the area ratio of the bright portion area of the image is less than 30.0%, the presence ratio of the components derived from the toner mother particle on the toner mother particle surface is high. In other words, the exposed area of the components derived from the toner base particles on the surface of the toner base particles is large, and the transferability is reduced in the initial stage of use. The area ratio of the bright area of the image is hereafter also referred to as the coverage rate of the organosilicon polymer on the surface of the toner base particles.
外添剤Aは、一次粒子の個数平均粒径Rが30nm以上1000nm以下であるものであれば特段限定されることはなく、各種有機微粒子又は無機微粒子を用いることが出来る。流動性を付与し易く、トナー母粒子と同じく負に帯電し易いという観点から、外添剤Aはシリカ微粒子を含有することが好ましい。外添剤A中のシリカ微粒子の含有量は、50質量%以上であることが好ましく、外添剤Aがシリカ微粒子であることがより好ましい。トナー中の外添剤Aの含有量は、0.02質量%以上5.00質量%以下であることが好ましく、0.05質量%以上3.00質量%以下であることがより好ましい。 External additive A is not particularly limited as long as the number average particle diameter R of the primary particles is 30 nm or more and 1000 nm or less, and various organic or inorganic fine particles can be used. From the viewpoint of easily imparting fluidity and being easily negatively charged like the toner mother particles, external additive A preferably contains silica fine particles. The content of silica fine particles in external additive A is preferably 50 mass% or more, and external additive A is more preferably silica fine particles. The content of external additive A in the toner is preferably 0.02 mass% or more and 5.00 mass% or less, and more preferably 0.05 mass% or more and 3.00 mass% or less.
シリカ微粒子以外の有機微粒子又は無機微粒子としては、例えば、以下のようなものが挙げられる。
(1)流動性付与剤:アルミナ微粒子、酸化チタン微粒子、カーボンブラック及びフッ化カーボン。
(2)研磨剤:金属酸化物の微粒子(チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、アルミナ、酸化マグネシウム、及び酸化クロムなどの微粒子)、窒化物の微粒子(窒化ケイ素などの微粒子)、炭化物の微粒子(炭化ケイ素などの微粒子)、金属塩の微粒子(硫酸カルシウム、硫酸バリウム、及び炭酸カルシウムなどの微粒子)。
(3)滑剤:フッ素系樹脂の微粒子(フッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどの微粒子)、脂肪酸金属塩の微粒子(ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムなどの微粒子)。
(4)荷電制御性微粒子:金属酸化物の微粒子(酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、及びアルミナなどの微粒子)、カーボンブラック。
Examples of organic or inorganic fine particles other than silica fine particles include the following.
(1) Fluidity imparting agents: alumina fine particles, titanium oxide fine particles, carbon black and carbon fluoride.
(2) Abrasives: fine particles of metal oxides (fine particles of strontium titanate, cerium oxide, alumina, magnesium oxide, chromium oxide, etc.), fine particles of nitrides (fine particles of silicon nitride, etc.), fine particles of carbides (fine particles of silicon carbide, etc.), fine particles of metal salts (fine particles of calcium sulfate, barium sulfate, calcium carbonate, etc.).
(3) Lubricants: fine particles of fluororesin (fine particles of vinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, etc.), fine particles of fatty acid metal salts (fine particles of zinc stearate, calcium stearate, etc.).
(4) Charge-controlling fine particles: fine particles of metal oxides (fine particles of tin oxide, titanium oxide, zinc oxide, alumina, etc.), carbon black.
シリカ微粒子及び該有機微粒子又は無機微粒子は、トナーの流動性の改善及びトナー粒子の帯電均一化のために疎水化処理が施されたものを用いてもよい。 The silica fine particles and the organic or inorganic fine particles may be subjected to a hydrophobic treatment to improve the flowability of the toner and to uniformly charge the toner particles.
該疎水化処理のための処理剤としては、未変性のシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、未変性のシリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シラン化合物、シランカップリング剤、その他有機ケイ素化合物、有機チタン化合物が挙げられる。これらの処理剤は単独で又は併用して用いてもよい。 Examples of treatment agents for the hydrophobic treatment include unmodified silicone varnish, various modified silicone varnishes, unmodified silicone oil, various modified silicone oils, silane compounds, silane coupling agents, other organosilicon compounds, and organotitanium compounds. These treatment agents may be used alone or in combination.
該シリカ微粒子は、公知のシリカの微粒子が使用可能であり、乾式シリカの微粒子、湿式シリカの微粒子のいずれであってもよい。好ましくは、ゾルゲル法により得られる湿式シリカの微粒子(以下、ゾルゲルシリカともいう)であることが好ましい。 The silica fine particles can be any known silica fine particles, and may be either dry silica fine particles or wet silica fine particles. Preferably, the silica fine particles are wet silica fine particles obtained by the sol-gel method (hereinafter, also referred to as sol-gel silica).
図13は本実施例で用いた現像剤の拡大図である。図13に示すように、本実施例の現像剤は有機ケイ素重合体の凸部が多数形成されたトナー表面上に微粒子である外添剤Aを配置したものになっている。 Figure 13 is an enlarged view of the developer used in this embodiment. As shown in Figure 13, the developer in this embodiment has a toner surface on which many protrusions of an organosilicon polymer are formed, and external additive A, which is fine particles, is placed on the toner surface.
図13で示すトナー表面の凸間隔Gと凸高さHは、後述する走査透過型電子顕微鏡(以下、STEMともいう)を用いて測定することが出来る。また、凸間隔Gと凸高さHは走査型プローブ顕微鏡(以下SPM)でも測定することが出来る。走査型プローブ顕微鏡(以下SPM)は、探針,探針を支持するカンチレバー及びカンチレバーの曲がりを検出する変位測定系を備えており、探針と試料との間の原子間力(引力または斥力)を検出して、試料表面の形状観察を行うものである。 The convex spacing G and convex height H on the toner surface shown in Figure 13 can be measured using a scanning transmission electron microscope (hereinafter referred to as STEM), which will be described later. The convex spacing G and convex height H can also be measured with a scanning probe microscope (hereinafter referred to as SPM). A scanning probe microscope (hereinafter referred to as SPM) is equipped with a probe, a cantilever that supports the probe, and a displacement measurement system that detects the bending of the cantilever, and detects the atomic force (attractive or repulsive force) between the probe and the sample to observe the shape of the sample surface.
凸間隔Gが微粒子よりも大きいと微粒子が凸部間に配置された場合にトナー母体と接触してしまい、微粒子とトナー間の付着力Ftが大きくなりトナーから感光ドラム1へ微粒子が転移しづらくなる。そのため、凸間隔Gの個数平均値は微粒子の個数平均粒径よりも小さいことが好ましい。 If the convex spacing G is larger than the microparticles, the microparticles will come into contact with the toner matrix when placed between the convex portions, and the adhesive force Ft between the microparticles and the toner will increase, making it difficult for the microparticles to transfer from the toner to the photosensitive drum 1. Therefore, it is preferable that the number-average convex spacing G is smaller than the number-average particle size of the microparticles.
また、凸高さHが微粒子の粒径よりも高いと、凸部が微粒子よりも先に感光ドラム1に接触してしまい、微粒子が感光ドラム1と接触しづらくなり、トナーから感光ドラム1へ微粒子が転移しづらくなる。そのため、凸高さHの個数平均値は微粒子の個数平均粒径よりも小さいことが好ましい。 Furthermore, if the convex height H is greater than the particle size of the microparticles, the convex portion will come into contact with the photosensitive drum 1 before the microparticles, making it difficult for the microparticles to come into contact with the photosensitive drum 1 and making it difficult for the microparticles to transfer from the toner to the photosensitive drum 1. Therefore, it is preferable that the number average value of the convex height H is smaller than the number average particle size of the microparticles.
ただし、前述したように微粒子とトナー間の付着力Ftが微粒子と感光ドラム1との間の付着力Fdrよりも小さいことが好ましい。そのため、微粒子の材料としては微粒子のトナーへの付着力Ftが小さくなるものを選択することが好ましい。例えば、本実施例のように、トナー表面の凸部が有機シリカ重合体などのシリカ系材料で形成されている場合は、微粒子の材料としても凸部と材料構成の近いシリカ系の材料を選択することが、凸部と微粒子間を低付着力にするため好ましい。 However, as mentioned above, it is preferable that the adhesive force Ft between the fine particles and the toner is smaller than the adhesive force Fdr between the fine particles and the photosensitive drum 1. Therefore, it is preferable to select a material for the fine particles that reduces the adhesive force Ft of the fine particles to the toner. For example, as in this embodiment, when the convex portions on the toner surface are formed of a silica-based material such as an organic silica polymer, it is preferable to select a silica-based material for the fine particles that has a similar material composition to the convex portions, in order to reduce the adhesive force between the convex portions and the fine particles.
トナーを被覆する微粒子の個数は多い方が現像ローラ41から感光ドラム1への微粒子の供給の観点からは好ましい。しかし、微粒子の添加量が多すぎると画像形成装置100内の部材汚染のリスクが高まるため、調整することが好ましい。
A larger number of fine particles covering the toner is preferable from the viewpoint of supplying the fine particles from the developing roller 41 to the photosensitive drum 1. However, if too many fine particles are added, the risk of contamination of components within the
十分なスペーサー効果を得るためには感光ドラム1上に占める微粒子の被覆率が10%以上であることが好ましい。しかしながら、感光ドラム1上に占める微粒子の被覆率が増加するにつれ、微粒子による画像形成装置内汚染の各種部材汚染のリスクが高まる。そのため、微粒子の感光ドラム1上に占める被覆率は50%以内にしておくことが好ましい。
5.現像剤の物性測定方法
以下、各種測定方法を説明する。
In order to obtain a sufficient spacer effect, it is preferable that the coverage of the fine particles on the photosensitive drum 1 is 10% or more. However, as the coverage of the fine particles on the photosensitive drum 1 increases, the risk of the fine particles contaminating various members inside the image forming apparatus increases. Therefore, it is preferable that the coverage of the fine particles on the photosensitive drum 1 is kept within 50%.
5. Methods for Measuring Developer Properties Various measuring methods will be described below.
<走査透過型電子顕微鏡(STEM)におけるトナーの断面の観察方法>
走査透過型電子顕微鏡(STEM)で観察されるトナーの断面は以下のようにして作製する。
<Method of observing a cross section of a toner using a scanning transmission electron microscope (STEM)>
A cross section of a toner to be observed with a scanning transmission electron microscope (STEM) is prepared as follows.
以下、トナーの断面の作製手順を説明する。なお、トナーに有機微粒子又は無機微粒子が外添されている場合は、下記方法等によって、有機微粒子又は無機微粒子を除去したものを試料として用いる。 The procedure for preparing a cross section of a toner is explained below. If organic or inorganic fine particles are added to the toner, the toner from which the organic or inorganic fine particles have been removed using the method described below or similar is used as the sample.
イオン交換水100mLにスクロース(キシダ化学製)160gを加え、湯せんをしながら溶解させ、ショ糖濃厚液を調製する。遠心分離用チューブ(容量50mL)に、上記ショ糖濃厚液を31gと、コンタミノンN(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)を6mL入れる。ここにトナー1.0gを添加し、スパチュラなどでトナーのかたまりをほぐす。遠心分離用チューブをシェイカー(AS-1N アズワン株式会社より販売)にて300spm(strokes per min)、20分間振とうする。振とう後、溶液をスイングローター用ガラスチューブ(50mL)に入れ替えて、遠心分離機(H-9R 株式会社コクサン製)にて3500rpm、30分間の条件で分離する。この操作により、トナー粒子と外添剤とが分離される。トナー粒子と水溶液が十分に分離されていることを目視で確認し、最上層に分離したトナー粒子をスパチュラ等で採取する。採取したトナー粒子を減圧濾過器で濾過した後、乾燥機で1時間以上乾燥し、測定用試料を得る。この操作を複数回実施して、必要量を確保する。 160 g of sucrose (Kishida Chemical) is added to 100 mL of ion-exchanged water, and dissolved in a hot water bath to prepare a concentrated sucrose solution. 31 g of the concentrated sucrose solution and 6 mL of Contaminon N (a 10% aqueous solution of a neutral detergent for cleaning precision measuring instruments, pH 7, consisting of a nonionic surfactant, anionic surfactant, and organic builder, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) are placed in a centrifuge tube (50 mL capacity). 1.0 g of toner is added to this, and the toner clumps are loosened with a spatula or the like. The centrifuge tube is shaken at 300 spm (strokes per minute) for 20 minutes in a shaker (AS-1N, sold by AS ONE Corporation). After shaking, the solution is transferred to a glass tube for a swing rotor (50 mL) and separated at 3500 rpm for 30 minutes in a centrifuge (H-9R, manufactured by Kokusan Co., Ltd.). This operation separates the toner particles from the external additives. Visually check that the toner particles and the aqueous solution are sufficiently separated, and collect the toner particles that have separated into the top layer with a spatula or similar. The collected toner particles are filtered through a vacuum filter, and then dried in a dryer for at least one hour to obtain a sample for measurement. This operation is carried out multiple times to ensure the required amount.
また、凸部が有機ケイ素重合体を含有するか否かについては、エネルギー分散型X線分析(EDS)による元素分析を組合せて確認する。 In addition, whether or not the convex portion contains an organosilicon polymer is confirmed by combining elemental analysis using energy dispersive X-ray analysis (EDS).
カバーガラス(松波硝子社、角カバーグラス;正方形No.1)上にトナーを一層となるように散布し、オスミウム(Os)・プラズマコーター(filgen社、OPC80T)を用いて、保護膜としてトナーにOs膜(5nm)及びナフタレン膜(20nm)を施す。次に、PTFE製のチューブ(外径3mm(内径1.5mm)×3mm)に光硬化性樹脂D800(日本電子社)を充填し、チューブの上に前記カバーガラスをトナーが光硬化性樹脂D800に接するような向きで静かに置く。この状態で光を照射して樹脂を硬化させた後、カバーガラスとチューブを取り除くことで、最表面にトナーが包埋された円柱型の樹脂を形成する。超音波ウルトラミクロトーム(Leica社、UC7)により、切削速度0.6mm/sで、円柱型の樹脂の最表面からトナーの半径(例えば、重量平均粒径(D4)が8.0μmの場合は4.0μm)の長さだけ切削して、トナー中心部の断面を出す。
Toner is spread onto a cover glass (Matsunami Glass Co., Ltd., square cover glass; square No. 1) in a single layer, and an osmium (Os) plasma coater (Filgen, OPC80T) is used to apply an Os film (5 nm) and a naphthalene film (20 nm) to the toner as a protective film. Next, a PTFE tube (
次に、膜厚100nmとなるように切削し、トナーの断面の薄片サンプルを作製する。このような手法で切削することで、トナー中心部の断面を得ることが出来る。 Next, the toner is cut to a thickness of 100 nm to produce a thin sample of the toner cross section. By cutting in this manner, a cross section of the center of the toner can be obtained.
走査透過型電子顕微鏡(STEM)として、JEOL社製、JEM-2800を用いた。STEMのプローブサイズは1nm、画像サイズ1024×1024ピクセルにて画像を取得する。また、明視野像のDetector ControlパネルのContrastを1425、Brightnessを3750、Image ControlパネルのContrastを0.0、Brightnessを0.5、Gammmaを1.00に調整して、画像を取得する。画像倍率は100,000倍にて行い、図9のようにトナー1粒子中の断面の周のうち4分の1から2分の1程度収まるように画像取得を行う。得られたSTEM画像について、画像処理ソフト(イメージJ(https://imagej.nih.gov/ij/より入手可能))を用いて画像解析を行い、有機ケイ素重合体を含む凸部を計測する。該計測はSTEM画像中から任意に選択した30個の凸部について行う。なお、凸部が有機ケイ素重合体を含有するか否かについては、走査型電子顕微鏡(SEM)及びエネルギー分散型X線分析(EDS)による元素分析の組合せにより確認する。まず、ライン描画ツール(StraghtタブのSegmented lineを選択)にてトナー母粒子の周に沿った線を描く。有機ケイ素重合体の凸部がトナー母粒子に埋没しているような部分は、その埋没はないものとして滑らかに線をつなぐ。その線を基準に水平画像へ変換(EditタブのSelection選択し、propertiesにてline widthを500ピクセルに変更後、EditタブのSelectionを選択しStraghtenerを行う)を行う。該水平画像中、有機ケイ素重合体を含む凸部の一つについて、下記計測を実施する。該凸部と該トナー母粒子とが連続した界面を形成している部分における該周に沿った線の長さを凸幅wとする。該凸幅wの法線方向において該凸部の最大長を凸径Dとし、該凸径Dを形成する線分における該凸部の頂点から該周に沿った線までの長さを凸高さHとする。該計測を、任意に選択した30個の凸部について実施し、各計測値の算術平均値を、凸高さHの個数平均値とする。 A JEM-2800 manufactured by JEOL was used as the scanning transmission electron microscope (STEM). The probe size of the STEM was 1 nm, and images were acquired with an image size of 1024 x 1024 pixels. In addition, the contrast of the Detector Control panel for the bright field image was adjusted to 1425, the brightness to 3750, and the contrast of the Image Control panel to 0.0, the brightness to 0.5, and the gamma to 1.00, to acquire the image. The image magnification was 100,000 times, and the image was acquired so that it covered about one-quarter to one-half of the circumference of the cross section of one toner particle, as shown in Figure 9. The obtained STEM image is subjected to image analysis using image processing software (ImageJ (available from https://imagej.nih.gov/ij/)) and the convex portions containing the organosilicon polymer are measured. The measurement is performed on 30 convex portions arbitrarily selected from the STEM image. Whether or not the convex portions contain the organosilicon polymer is confirmed by a combination of elemental analysis using a scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive X-ray analysis (EDS). First, a line is drawn along the periphery of the toner base particle using a line drawing tool (select Segmented line in the Strong tab). Parts where the organosilicon polymer convex portions are buried in the toner base particle are connected smoothly with a line, assuming that they are not buried. The image is converted to a horizontal image based on that line (select Selection on the Edit tab, change line width to 500 pixels in properties, then select Selection on the Edit tab and perform Strengthener). In the horizontal image, the following measurements are performed on one of the convex parts containing the organosilicon polymer. The length of the line along the circumference in the part where the convex part and the toner base particle form a continuous interface is defined as the convex width w. The maximum length of the convex part in the normal direction of the convex width w is defined as the convex diameter D, and the length from the apex of the convex part to the line along the circumference in the line segment that forms the convex diameter D is defined as the convex height H. The measurements are performed on 30 arbitrarily selected convex parts, and the arithmetic average of each measurement value is defined as the number average of the convex height H.
<H80の算出方法>
上記走査透過型電子顕微鏡(STEM)を用いたトナーの断面のSTEM画像において、凸高さHが30nm以上300nm以下である凸部において、該凸高さHの累積分布をとる。該凸高さHの小さい方から積算して80個数%にあたる該凸高さをH80(単位:nm)とする。
<Calculation method of H80>
In the STEM image of the cross section of the toner obtained by the above-mentioned scanning transmission electron microscope (STEM), a cumulative distribution of the convex height H is taken for convex portions having a convex height H of 30 nm or more and 300 nm or less. The convex height H that is integrated from the smallest convex height H and accounts for 80% by number is defined as H80 (unit: nm).
<トナー表面の1.5μm四方の反射電子像における明部面積の面積割合の算出方法>
明部面積の面積割合は、走査電子顕微鏡を用いて、トナーの表面観察を行う。そして、トナー表面の1.5μm四方の反射電子像を取得する。そして、該反射電子像中の有機ケイ素重合体部分が明部となるように二値化処理した画像を得て、該画像の全面積に対する該画像の明部面積の割合を求める。トナーに有機微粒子又は無機微粒子が外添されているときは、下記方法などによって、有機微粒子又は無機微粒子を除去したものを試料として用いる。
<Method of calculating the proportion of bright area in a 1.5 μm square reflected electron image of a toner surface>
The bright area ratio is determined by observing the toner surface using a scanning electron microscope. A backscattered electron image of a 1.5 μm square area of the toner surface is obtained. An image is then obtained that is binarized so that the organosilicon polymer portion in the backscattered electron image becomes the bright area, and the ratio of the bright area of the image to the total area of the image is determined. When organic or inorganic fine particles are externally added to the toner, the organic or inorganic fine particles are removed by the following method or the like, and the sample is used.
イオン交換水100mLにスクロース(キシダ化学製)160gを加え、湯せんをしながら溶解させ、ショ糖濃厚液を調製する。遠心分離用チューブ(容量50mL)に、上記ショ糖濃厚液を31gと、コンタミノンN(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)を6mL入れる。ここにトナー1.0gを添加し、スパチュラなどでトナーのかたまりをほぐす。遠心分離用チューブをシェイカー(AS-1N アズワン株式会社より販売)にて300spm(strokes per min)、20分間振とうする。振とう後、溶液をスイングローター用ガラスチューブ(50mL)に入れ替えて、遠心分離機(H-9R 株式会社コクサン製)にて3500rpm、30分間の条件で分離する。この操作により、トナー粒子と外添剤とが分離される。トナー粒子と水溶液が十分に分離されていることを目視で確認し、最上層に分離したトナー粒子をスパチュラなどで採取する。採取したトナー粒子を減圧濾過器で濾過した後、乾燥機で1時間以上乾燥し、測定用試料を得る。この操作を複数回実施して、必要量を確保する。 160 g of sucrose (Kishida Chemical) is added to 100 mL of ion-exchanged water, and dissolved in a hot water bath to prepare a concentrated sucrose solution. 31 g of the concentrated sucrose solution and 6 mL of Contaminon N (a 10% aqueous solution of a neutral detergent for cleaning precision measuring instruments, pH 7, consisting of a nonionic surfactant, anionic surfactant, and organic builder, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) are placed in a centrifuge tube (50 mL capacity). 1.0 g of toner is added to this, and the toner clumps are loosened with a spatula or the like. The centrifuge tube is shaken at 300 spm (strokes per minute) for 20 minutes in a shaker (AS-1N, sold by AS ONE Corporation). After shaking, the solution is transferred to a glass tube for a swing rotor (50 mL) and separated at 3500 rpm for 30 minutes in a centrifuge (H-9R, manufactured by Kokusan Co., Ltd.). This operation separates the toner particles from the external additives. Visually check that the toner particles and the aqueous solution are sufficiently separated, and collect the toner particles that have separated into the top layer with a spatula or similar. The collected toner particles are filtered through a vacuum filter, and then dried in a dryer for at least one hour to obtain a sample for measurement. This operation is carried out multiple times to ensure the required amount.
また、凸部が有機ケイ素重合体を含有するか否かについては、後述するエネルギー分散型X線分析(EDS)による元素分析を組合せて確認する。 Whether or not the convex portions contain an organosilicon polymer will be confirmed by combining this with elemental analysis using energy dispersive X-ray analysis (EDS), which will be described later.
SEMの装置及び観察条件は、下記の通りである。
使用装置:カールツァイスマイクロスコピー株式会社製 ULTRA PLUS
加速電圧:1.0kV
WD:2.0mm
Aperture Size:30.0μm
検出信号:EsB(エネルギー選択式反射電子)
EsB Grid:800V
観察倍率:50,000倍
コントラスト:63.0±5.0%(参考値)
ブライトネス:38.0±5.0%(参考値)
解像度:1024×768
前処理:トナー粒子をカーボンテープに散布(蒸着は行わない)
加速電圧及びEsB Gridは、トナー粒子の最表面の構造情報の取得、未蒸着試料のチャージアップ防止、エネルギーの高い反射電子の選択的検出、といった項目を達成するように設定する。観察視野は、トナー粒子の曲率が最も小さくなる頂点付近を選択する。反射電子像の明部が有機ケイ素重合体由来であることは、走査電子顕微鏡(SEM)で取得出来るエネルギー分散型X線分析(EDS)による元素マッピング像と、前記反射電子像を重ね合わせることで確認した。
The SEM equipment and observation conditions are as follows.
Equipment used: ULTRA PLUS manufactured by Carl Zeiss Microscopy Co., Ltd.
Acceleration voltage: 1.0 kV
WD: 2.0 mm
Aperture Size: 30.0μm
Detection signal: EsB (energy selective backscattered electrons)
EsB Grid: 800V
Observation magnification: 50,000 times Contrast: 63.0±5.0% (reference value)
Brightness: 38.0±5.0% (reference value)
Resolution: 1024 x 768
Pretreatment: Toner particles are scattered onto carbon tape (no deposition is performed)
The accelerating voltage and EsB Grid are set to achieve the following: obtaining structural information on the outermost surface of the toner particles, preventing charging up of undeposited samples, and selectively detecting high-energy reflected electrons. The observation field is selected to be near the apex where the curvature of the toner particles is smallest. It was confirmed that the bright areas of the reflected electron image were derived from the organosilicon polymer by superimposing the reflected electron image on an element mapping image obtained by energy dispersive X-ray analysis (EDS) that can be obtained by a scanning electron microscope (SEM).
SEM/EDSの装置及び観察条件は、下記の通りである。
使用装置(SEM):カールツァイスマイクロスコピー株式会社製 ULTRA PLUS
使用装置(EDS):サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製 NORAN System 7、Ultra Dry EDS Detecter
加速電圧:5.0kV
WD:7.0mm
Aperture Size:30.0μm
検出信号:SE2(二次電子)
観察倍率:50,000倍
モード:Spectral Imaging
前処理:トナー粒子をカーボンテープに散布し、白金スパッタ
本手法で取得したケイ素元素のマッピング像と、前記反射電子像を重ね合わせ、マッピング像のケイ素原子部と反射電子像の明部とが一致することを確認する。
The SEM/EDS equipment and observation conditions are as follows.
Equipment used (SEM): ULTRA PLUS manufactured by Carl Zeiss Microscopy Co., Ltd.
Equipment used (EDS): NORAN System 7, Ultra Dry EDS Detector, manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.
Acceleration voltage: 5.0 kV
WD: 7.0 mm
Aperture Size: 30.0μm
Detection signal: SE2 (secondary electrons)
Observation magnification: 50,000x Mode: Spectral Imaging
Pretreatment: Toner particles are scattered on carbon tape and platinum sputtered. The mapping image of silicon element obtained by this method is superimposed on the above-mentioned reflected electron image, and it is confirmed that the silicon atom parts of the mapping image match the bright parts of the reflected electron image.
反射電子像の全面積に対する明部面積の面積率の算出は、上記手法で得られたトナー粒子の表面の反射電子像を、画像処理ソフトImageJ(開発元 Wayne Rashand)を用いて解析することで取得した。以下に手順を示す。 The ratio of the bright area to the total area of the reflected electron image was calculated by analyzing the reflected electron image of the toner particle surface obtained by the above method using image processing software ImageJ (developed by Wayne Rashand). The procedure is as follows:
まず、ImageメニューのTypeから、反射電子像を8-bitに変換する。次に、ProcessメニューのFiltersから、Median径を2.0ピクセルに設定し、画像ノイズを低減させる。反射電子像下部に表示されている観察条件表示部を除いた上で画像中心を見積もり、ツールバーの長方形ツール(Rectangle Tool)を用いて反射電子像の画像中心から1.5μm四方の範囲を選択する。次に、ImageメニューのAdjustから、Thresholdを選択する。Defaultを選択し、Autoをクリックした後、Applyをクリックして二値化画像を得る。この操作によって、反射電子像の明部が白で表示される。再度、反射電子像下部に表示されている観察条件表示部を除いた上で画像中心を見積もり、ツールバーの長方形ツール(Rectangle Tool)を用いて反射電子像の画像中心から1.5μm四方の範囲を選択する。次に、AnalyzeメニューのHistogramを選択する。新規に開いたHistogramウインドウから、Count値を読み取る(反射電子像の全面積に相当)。また、Listをクリックし、輝度0のときのCount値を読み取る(反射電子像の明部面積に相当)。上記値から、反射電子像の全面積に対する明部面積の面積率を算出する。上記手順を、評価対象のトナー粒子につき10視野について行い、個数平均値を算出して、反射電子像中の有機ケイ素重合体部分が明部となるように二値化処理した画像の、全面積に対する該画像の明部面積の面積割合(%)とする。 First, convert the backscattered electron image to 8-bit from Type in the Image menu. Next, set the Median diameter to 2.0 pixels from Filters in the Process menu to reduce image noise. Estimate the image center after excluding the observation condition display section displayed at the bottom of the backscattered electron image, and select a 1.5 μm square range from the center of the backscattered electron image using the Rectangle Tool on the toolbar. Next, select Threshold from Adjust in the Image menu. Select Default, click Auto, and then click Apply to obtain a binarized image. This operation displays the bright areas of the backscattered electron image in white. Again, estimate the image center after excluding the observation condition display section displayed at the bottom of the backscattered electron image, and select a 1.5 μm square range from the center of the backscattered electron image using the Rectangle Tool on the toolbar. Next, select Histogram from the Analyze menu. Read the Count value from the newly opened Histogram window (corresponding to the total area of the reflected electron image). Also, click List and read the Count value when the brightness is 0 (corresponding to the bright area of the reflected electron image). From this value, calculate the area ratio of the bright area to the total area of the reflected electron image. The above procedure is carried out for 10 fields of view for the toner particles to be evaluated, and the number average value is calculated to obtain the area ratio (%) of the bright area of the image to the total area of the image that has been binarized so that the organosilicon polymer portion in the reflected electron image becomes the bright area.
<有機ケイ素重合体の同定方法>
有機ケイ素重合体の同定方法は走査型電子顕微鏡(SEM)による観察及びエネルギー分散型X線分析(EDS)による元素分析を組み合わせて行う。
<Method of Identifying Organosilicon Polymer>
The organosilicon polymer is identified by a combination of observation with a scanning electron microscope (SEM) and elemental analysis by energy dispersive X-ray analysis (EDS).
走査型電子顕微鏡「日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡 S-4800」((株)日立ハイテクノロジーズ)を用いて、最大5万倍に拡大した視野において、トナーを観察する。トナー粒子表面にピントを合わせて、表面を観察する。表面に存在する粒子などに対してEDS分析を行い、Si元素ピークの有無から、分析した粒子などが有機ケイ素重合体であるか否かを判断する。トナー粒子表面に、有機ケイ素重合体とシリカ微粒子の両方が含まれている場合には、Si、及びOの元素含有量(atomic%)の比(Si/O比)を標品と比較することで有機ケイ素重合体の同定を行う。有機ケイ素重合体、及びシリカ微粒子それぞれの標品に対して、同条件でEDS分析を行い、Si、及びOそれぞれの元素含有量(atomic%)を得る。有機ケイ素重合体のSi/O比をAとし、シリカ微粒子のSi/O比をBとする。AがBに対して、有意に大きくなる測定条件を選択する。具体的には、標品に対して、同条件で10回の測定を行い、A及びB、それぞれの相加平均値を得る。得られた平均値がA/B>1.1となる測定条件を選択する。判別対象の粒子などのSi/O比が[(A+B)/2]よりもA側にある場合に当該粒子などを有機ケイ素重合体と判断する。 Using a scanning electron microscope "Hitachi Ultra High Resolution Field Emission Scanning Electron Microscope S-4800" (Hitachi High-Technologies Corporation), the toner is observed in a field of view magnified up to 50,000 times. The surface is observed by focusing on the surface of the toner particles. EDS analysis is performed on the particles present on the surface, and the presence or absence of an Si element peak is used to determine whether the particles analyzed are organosilicon polymers. If the toner particle surface contains both organosilicon polymers and silica fine particles, the organosilicon polymer is identified by comparing the ratio of the elemental contents (atomic %) of Si and O (Si/O ratio) with a standard. EDS analysis is performed under the same conditions on standard samples of the organosilicon polymer and silica fine particles to obtain the elemental contents (atomic %) of Si and O. The Si/O ratio of the organosilicon polymer is designated as A, and the Si/O ratio of the silica fine particles is designated as B. Measurement conditions are selected under which A is significantly greater than B. Specifically, a standard sample is measured 10 times under the same conditions, and the arithmetic mean values for A and B are obtained. Measurement conditions are selected such that the obtained mean value is A/B>1.1. If the Si/O ratio of the particle to be identified is on the A side of [(A+B)/2], the particle is determined to be an organosilicon polymer.
有機ケイ素重合体粒子の標品として、トスパール120A(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社)を、シリカ微粒子の標品として、HDK V15(旭化成)を用いる。 Tospearl 120A (Momentive Performance Materials Japan, LLC) is used as a sample of organosilicon polymer particles, and HDK V15 (Asahi Kasei) is used as a sample of silica microparticles.
<外添剤の一次粒子の個数平均粒径Rの測定方法>
走査型電子顕微鏡「日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡 S-4800」((株)日立ハイテクノロジーズ)及びエネルギー分散型X線分析(EDS)による元素分析を組み合わせて行う。
<Method of measuring number average particle size R of primary particles of external additive>
This is performed in combination with a scanning electron microscope "Hitachi Ultra-High Resolution Field Emission Scanning Electron Microscope S-4800" (Hitachi High-Technologies Corporation) and elemental analysis using energy dispersive X-ray analysis (EDS).
最大5万倍に拡大した視野において、上述するEDSによる元素分析手法を併用し、ランダムに外添剤粒子を撮影する。撮影された画像から、ランダムに100個の外添剤粒子を選び出し、対象とする外添剤粒子の一次粒子の長径を測定して、その算術平均値を個数平均粒径Rとする。観察倍率は、外添剤粒子の大きさによって適宜調整する。 In a field of view magnified up to 50,000 times, the external additive particles are randomly photographed using the EDS elemental analysis method described above. From the photographed image, 100 external additive particles are randomly selected, the major axis of the primary particles of the target external additive particles is measured, and the arithmetic average value is taken as the number-average particle size R. The observation magnification is adjusted appropriately depending on the size of the external additive particles.
<有機ケイ素重合体の構成化合物の組成と比率の同定方法>
トナー中に含まれる有機ケイ素重合体の構成化合物の組成と比率の同定には、NMRを用いる。トナー中に、有機ケイ素重合体以外に、シリカ微粒子などの外添剤が含まれる場合は、以下の操作を行う。
<Method for identifying the composition and ratio of constituent compounds of organosilicon polymer>
The composition and ratio of the constituent compounds of the organosilicon polymer contained in the toner are identified using NMR. When the toner contains an external additive such as silica fine particles in addition to the organosilicon polymer, the following procedure is carried out.
トナー1gをバイアル瓶に入れクロロホルム31gに溶解させ、分散させる。分散には超音波式ホモジナイザーを用いて30分間処理して分散液を作製する。
超音波処理装置:超音波式ホモジナイザーVP-050(タイテック株式会社製)
マイクロチップ:ステップ型マイクロチップ、先端径φ2mm
マイクロチップの先端位置:ガラスバイアルの中央部、且つバイアル底面から5mmの高さ
超音波条件:強度30%、30分
このとき、分散液が昇温しないようにバイアルを氷水で冷却しながら超音波を掛ける。該分散液をスイングローター用ガラスチューブ(50mL)に入れ替えて、遠心分離機(H-9R;株式会社コクサン社製)にて、58.33S-1、30分間の条件で遠心分離を行う。遠心分離後のガラスチューブ内においては、下層に比重の重い粒子、例えば、シリカ微粒子が含まれる。上層の有機ケイ素重合体を含むクロロホルム溶液を採取して、クロロホルムを真空乾燥(40℃/24時間)にて除去しサンプルを作製する。上記サンプル又は有機ケイ素重合体を用いて、有機ケイ素重合体の構成化合物の存在量比及び、有機ケイ素重合体中のR-Si(O1/2)3で表されるT3単位構造の割合を、固体29Si-NMRで測定・算出する。
1 g of the toner is placed in a vial, dissolved in 31 g of chloroform, and dispersed in the vial by treating with an ultrasonic homogenizer for 30 minutes to prepare a dispersion liquid.
Ultrasonic treatment device: Ultrasonic homogenizer VP-050 (manufactured by Taitec Co., Ltd.)
Microchip: Step type microchip, tip diameter φ2mm
Tip position of the microchip: Center of the glass vial, and 5 mm above the bottom of the vial. Ultrasonic conditions:
まず、上記Rで表される炭化水素基は、13C-NMRにより確認する。
≪13C-NMR(固体)の測定条件≫
装置:JEOLRESONANCE製JNM-ECX500II
試料管:3.2mmφ
試料:サンプル又は有機ケイ素重合体
測定温度:室温
パルスモード:CP/MAS
測定核周波数:123.25MHz(13C)
基準物質:アダマンタン(外部標準:29.5ppm)
試料回転数:20kHz
コンタクト時間:2ms
遅延時間:2s
積算回数:1024回
該方法にて、ケイ素原子に結合しているメチル基(Si-CH3)、エチル基(Si-C2H5)、プロピル基(Si-C3H7)、ブチル基(Si-C4H9)、ペンチル基(Si-C5H11)、ヘキシル基(Si-C6H13)又はフェニル基(Si-C6H5-)などに起因するシグナルの有無により、上記Rで表される炭化水素基を確認する。一方、固体29Si-NMRでは、有機ケイ素重合体の構成化合物のSiに結合する官能基の構造によって、異なるシフト領域にピークが検出される。各ピーク位置は標準サンプルを用いて特定することでSiに結合する構造を特定することが出来る。また、得られたピーク面積から各構成化合物の存在量比を算出することが出来る。全ピーク面積に対してT3単位構造のピーク面積の割合を計算によって求めることが出来る。
First, the hydrocarbon group represented by R is confirmed by 13 C-NMR.
< 13C -NMR (solid) measurement conditions>
Equipment: JEOL RESONANCE JNM-ECX500II
Sample tube: 3.2 mm diameter
Sample: Sample or organosilicon polymer Measurement temperature: Room temperature Pulse mode: CP/MAS
Measurement nuclear frequency: 123.25MHz ( 13C )
Reference substance: Adamantane (external standard: 29.5 ppm)
Sample rotation speed: 20 kHz
Contact time: 2 ms
Delay time: 2s
Number of integrations: 1024 times. Using this method, the presence or absence of signals due to methyl groups (Si-CH 3 ), ethyl groups (Si-C 2 H 5 ), propyl groups (Si-C 3 H 7 ), butyl groups (Si-C 4 H 9 ), pentyl groups (Si-C 5 H 11 ), hexyl groups (Si-C 6 H 13 ), or phenyl groups (Si-C 6 H 5 -) bonded to silicon atoms is used to confirm the presence or absence of the hydrocarbon group represented by R. On the other hand, in solid-state 29 Si-NMR, peaks are detected in different shift regions depending on the structure of the functional groups bonded to Si in the constituent compounds of the organosilicon polymer. The structure bonded to Si can be identified by identifying the position of each peak using a standard sample. Furthermore, the abundance ratio of each constituent compound can be calculated from the obtained peak area. The ratio of the peak area of the T3 unit structure to the total peak area can be calculated.
固体29Si-NMRの測定条件は、具体的には下記の通りである。
装置:JNM-ECX5002 (JEOL RESONANCE)
温度:室温
測定法:DDMAS法 29Si 45°
試料管:ジルコニア3.2mmφ
試料:試験管に粉末状態で充填
試料回転数:10kHz
relaxation delay :180s
Scan:2000
該測定後に、サンプル又は有機ケイ素重合体の、置換基及び結合基の異なる複数のシラン成分をカーブフィティングにて下記X1構造、X2構造、X3構造、及びX4構造にピーク分離して、それぞれピーク面積を算出する。
The specific measurement conditions for solid-state 29Si -NMR are as follows.
Equipment: JNM-ECX5002 (JEOL RESONANCE)
Temperature: Room temperature measurement method: DDMAS method 29 Si 45°
Sample tube: Zirconia 3.2 mm diameter
Sample: Powdered sample filled in test tube Sample rotation speed: 10 kHz
relaxation delay: 180s
Scan: 2000
After the measurement, the peaks of a plurality of silane components having different substituents and bonding groups of the sample or organosilicon polymer are separated into the following X1, X2, X3, and X4 structures by curve fitting, and the peak areas of each are calculated.
なお、下記X3構造がT3単位構造である。
X1構造:(Ri)(Rj)(Rk)SiO1/2 (A1)
X2構造:(Rg)(Rh)Si(O1/2)2 (A2)
X3構造:RmSi(O1/2)3 (A3)
X4構造:Si(O1/2)4 (A4)
The following X3 structure is a T3 unit structure.
X1 structure: (Ri) (Rj) (Rk) SiO 1/2 (A1)
X2 structure: (Rg)(Rh)Si(O 1/2 ) 2 (A2)
X3 structure: RmSi(O 1/2 ) 3 (A3)
X4 structure: Si(O 1/2 ) 4 (A4)
該式(A1)、(A2)及び(A3)中のRi、Rj、Rk、Rg、Rh、Rmはケイ素に結合している、炭素数1~6の炭化水素基などの有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アセトキシ基又はアルコキシ基を示す。なお、構造をさらに詳細に確認する必要がある場合、上記13C-NMR及び29Si-NMRの測定結果と共に1H-NMRの測定結果によって同定してもよい。 In the formulae (A1), (A2) and (A3), Ri, Rj, Rk, Rg, Rh and Rm each represent an organic group such as a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, a halogen atom, a hydroxyl group, an acetoxy group or an alkoxy group, which is bonded to a silicon atom. When it is necessary to confirm the structure in more detail, it may be identified by the results of 1 H-NMR measurement together with the results of 13 C-NMR and 29 Si-NMR measurement.
<トナー中に含まれる有機ケイ素重合体又はシリカ微粒子の定量方法>
トナーを、上記のようにクロロホルムに分散させ、その後に遠心分離を用い、比重の差で有機ケイ素重合体及びシリカ微粒子などの外添剤を分離し、各サンプルを得、有機ケイ素重合体又はシリカ微粒子などの外添剤の含有量を求める。
<Method for quantifying organosilicon polymer or silica fine particles contained in toner>
The toner is dispersed in chloroform as described above, and then centrifugal separation is used to separate the external additives such as the organosilicon polymer and silica fine particles based on the difference in specific gravity to obtain samples, and the content of the external additives such as the organosilicon polymer or silica fine particles is determined.
以下、外添剤がシリカ微粒子の場合について例示する。他の微粒子であっても、同様の手法で定量することが出来る。 The following is an example of an external additive that is silica microparticles. Other microparticles can also be quantified using the same method.
まず、プレスしたトナーを蛍光X線で測定し、検量線法又はFP法などの解析処理を行うことでトナー中のケイ素の含有量を求める。次に、有機ケイ素重合体及びシリカ微粒子を形成する各構成化合物について、固体29Si-NMR及び熱分解GC/MSなどを用いて構造を特定し、有機ケイ素重合体中及びシリカ微粒子中のケイ素含有量を求める。蛍光X線で求めたトナー中のケイ素の含有量と、固体29Si-NMR及び熱分解GC/MSで求めた有機ケイ素重合体中及びシリカ微粒子中のケイ素含有量の関係から、計算によってトナー中の有機ケイ素重合体及びシリカ微粒子の含有量を求める。 First, the pressed toner is measured by fluorescent X-rays, and the silicon content in the toner is determined by performing analytical processing such as the calibration curve method or FP method. Next, the structures of the constituent compounds forming the organosilicon polymer and the silica fine particles are identified using solid-state 29Si -NMR and pyrolysis GC/MS, and the silicon content in the organosilicon polymer and the silica fine particles is determined. The content of the organosilicon polymer and the silica fine particles in the toner is calculated from the relationship between the silicon content in the toner determined by fluorescent X-rays and the silicon content in the organosilicon polymer and the silica fine particles determined by solid-state 29Si -NMR and pyrolysis GC/MS.
<有機ケイ素重合体又はシリカ微粒子などの外添剤の水洗法による、トナー母粒子又はトナー粒子に対する固着率の測定方法>
(水洗工程)
50mL容量のバイアルに「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の30質量%水溶液20gを秤量し、トナー1gと混合する。いわき産業(株)製「KM Shaker」(model: V.SX)にセットし、speedを50に設定して120秒間振とうする。これにより、有機ケイ素重合体又はシリカ微粒子の固着状態に依っては、有機ケイ素重合体又はシリカ微粒子などの外添剤が、トナー母粒子又はトナー粒子表面から、分散液側へ移行する。その後、遠心分離機(H-9R;株式会社コクサン社製)(16.67S-1にて5分間)にて、トナーと上澄み液に移行した有機ケイ素重合体又はシリカ微粒子などの外添剤を分離する。沈殿しているトナーは、真空乾燥(40℃/24時間)することで乾固させて、水洗後トナーとする。
<Method of measuring the adhesion rate of external additives such as organosilicon polymers or silica fine particles to toner base particles or toner particles by water washing method>
(Water washing process)
20 g of a 30% by weight aqueous solution of "Contaminon N" (a neutral detergent for cleaning precision measuring instruments, consisting of a nonionic surfactant, an anionic surfactant, and an organic builder, with a pH of 7) is weighed out and placed in a 50 mL vial, and mixed with 1 g of toner. The vial is then set in a "KM Shaker" (model: V.SX) manufactured by Iwaki Sangyo Co., Ltd., and shaken for 120 seconds at a speed of 50. Depending on the adhesion state of the organosilicon polymer or silica fine particles, the external additives such as the organosilicon polymer or silica fine particles will migrate from the toner base particles or toner particle surfaces to the dispersion liquid. Thereafter, the toner and the external additives such as the organosilicon polymer or silica fine particles that have migrated to the supernatant liquid are separated using a centrifuge (H-9R; manufactured by Kokusan Co., Ltd.) (16.67 S-1 for 5 minutes). The precipitated toner is dried by vacuum drying (40°C/24 hours) and is used as a toner after washing with water.
次に、日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡S-4800((株)日立ハイテクノロジーズ)を用いて、上記水洗工程を行わないトナー(水洗前トナー)、及び、上記水洗工程を経て得られたトナー(水洗後トナー)を撮影する。 Next, a Hitachi ultra-high resolution field emission scanning electron microscope S-4800 (Hitachi High-Technologies Corporation) was used to photograph the toner that was not subjected to the above-mentioned washing process (toner before washing) and the toner obtained through the above-mentioned washing process (toner after washing).
また、測定対象の同定は、エネルギー分散型X線分析(EDS)を用いた元素分析により行う。 Additionally, the measurement target is identified by elemental analysis using energy dispersive X-ray analysis (EDS).
そして、撮影されたトナー表面画像を、画像解析ソフトImage-Pro Plus ver.5.0((株)日本ローパー)を用いて解析し、被覆率を算出する。 The captured toner surface image is then analyzed using image analysis software Image-Pro Plus ver. 5.0 (Nippon Roper Co., Ltd.) to calculate the coverage rate.
S-4800の画像撮影条件は以下のとおりである。
(1)試料作製
試料台(アルミニウム試料台15mm×6mm)に導電性ペーストを薄く塗り、その上にトナーを吹きつける。さらにエアブローして、余分なトナーを試料台から除去し十分乾燥させる。試料台を試料ホルダにセットし、試料高さゲージにより試料台高さを36mmに調節する。
(2)S-4800観察条件の設定
被覆率の測定に際して、予め、上述したエネルギー分散型X線分析(EDS)による元素分析を行い、トナー表面の有機ケイ素重合体又はシリカ微粒子などの外添剤を区別した上で測定を行う。S-4800の筺体に取り付けられているアンチコンタミネーショントラップに液体窒素を溢れるまで注入し、30分間置く。S-4800の「PC-SEM」を起動し、フラッシング(電子源であるFEチップの清浄化)を行う。画面上のコントロールパネルの加速電圧表示部分をクリックし、[フラッシング]ボタンを押し、フラッシング実行ダイアログを開く。フラッシング強度が2であることを確認し、実行する。フラッシングによるエミッション電流が20~40μAであることを確認する。試料ホルダをS-4800筺体の試料室に挿入する。コントロールパネル上の[原点]を押し試料ホルダを観察位置に移動させる。
The image capturing conditions for the S-4800 are as follows.
(1) Sample preparation: Apply a thin layer of conductive paste to a sample stage (
(2) Setting the S-4800 observation conditions When measuring the coverage, perform elemental analysis by the energy dispersive X-ray analysis (EDS) described above in advance to distinguish between external additives such as organosilicon polymers or silica fine particles on the toner surface before carrying out the measurement. Pour liquid nitrogen into the anti-contamination trap attached to the S-4800 housing until it overflows, and leave it for 30 minutes. Start the S-4800's "PC-SEM" and perform flushing (cleaning the FE chip, which is the electron source). Click on the accelerating voltage display area on the control panel on the screen, press the [Flushing] button, and open the flushing execution dialog. Check that the flushing intensity is 2 and execute it. Check that the emission current due to flushing is 20 to 40 μA. Insert the sample holder into the sample chamber of the S-4800 housing. Press [Origin] on the control panel to move the sample holder to the observation position.
加速電圧表示部をクリックしてHV設定ダイアログを開き、加速電圧を[1.1kV]、エミッション電流を[20μA]に設定する。オペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、信号選択を[SE]に設置し、SE検出器を[上(U)]及び[+BSE]を選択し、[+BSE]の右の選択ボックスで[L.A.100]を選択し、反射電子像で観察するモードにする。同じくオペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、電子光学系条件ブロックのプローブ電流を[Normal]に、焦点モードを[UHR]に、WDを[4.5mm]に設定する。コントロールパネルの加速電圧表示部の[ON]ボタンを押し、加速電圧を印加する。
(3)トナーの個数平均粒径(D1)算出
コントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を5000(5k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。この操作をさらに2度繰り返し、ピントを合わせる。
Click on the acceleration voltage display to open the HV setting dialog, and set the acceleration voltage to [1.1 kV] and the emission current to [20 μA]. In the [Basic] tab of the operation panel, set the signal selection to [SE], select the SE detector to [Upper (U)] and [+BSE], and select [L.A. 100] in the selection box to the right of [+BSE] to set the mode to observation with backscattered electron images. In the same [Basic] tab of the operation panel, set the probe current in the electron optical system condition block to [Normal], the focus mode to [UHR], and the WD to [4.5 mm]. Press the [ON] button on the acceleration voltage display of the control panel to apply the acceleration voltage.
(3) Calculation of toner number average particle diameter (D1) Drag within the magnification display area of the control panel to set the magnification to 5000 (5k). Rotate the focus knob [COARSE] on the operation panel to adjust the aperture alignment when the image is in focus to a certain extent. Click [Align] on the control panel to display the alignment dialog and select [Beam]. Rotate the STIGMA/ALIGNMENT knobs (X, Y) on the operation panel to move the displayed beam to the center of the concentric circle. Next, select [Aperture] and rotate the STIGMA/ALIGNMENT knobs (X, Y) one by one to stop the image movement or adjust it so that the movement is minimized. Close the aperture dialog and adjust the focus with autofocus. Repeat this operation two more times to adjust the focus.
その後、トナー300個について粒径を測定して個数平均粒径(D1)を求める。なお、個々の粒子の粒径は、トナーの粒子を観察した際の最大径とする。
(4)焦点調整
(3)で得た、個数平均粒径(D1)の±0.1μmの粒子について、最大径の中点を測定画面の中央に合わせた状態でコントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を10000(10k)倍に設定する。
Thereafter, the particle diameters of 300 toner particles are measured to obtain the number average particle diameter (D1). The particle diameter of each particle is the maximum diameter observed when the toner particles are observed.
(4) Focus Adjustment For the particles obtained in (3) with a number average particle diameter (D1) of ±0.1 μm, align the midpoint of the maximum diameter with the center of the measurement screen, and drag within the magnification display section of the control panel to set the magnification to 10,000 (10k) times.
操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。その後、倍率を50,000(50k)倍に設定し、上記と同様にフォーカスつまみ、STIGMA/ALIGNMENTつまみを使用して焦点調整を行い、再度オートフォーカスでピントを合わせる。この操作を再度繰り返し、ピントを合わせる。ここで、観察面の傾斜角度が大きいと被覆率の測定精度が低くなりやすいので、ピント調整の際に観察面全体のピントが同時に合うものを選ぶことで、表面の傾斜が極力無いものを選択して解析する。
(5)画像保存
ABCモードで明るさ合わせを行い、サイズ640×480ピクセルで写真撮影して保存する。この画像ファイルを用いて下記の解析を行う。トナー1つに対して写真を1枚撮影し、トナー粒子について画像を得る。
(6)画像解析
下記解析ソフトを用いて、上述した手法で得た画像を二値化処理することで被覆率を算出する。このとき、上記一画面を正方形で12分割してそれぞれ解析する。画像解析ソフトImage-Pro Plus ver.5.0の解析条件は以下のとおりである。ただし、分割区画内に、粒径が30nm未満及び300nmを超える有機ケイ素重合体、又は、粒径が30nm未満及び1200nmを超えるシリカ微粒子などの外添剤が入る場合はその区画では被覆率の算出を行わないこととする。
Rotate the focus knob [COARSE] on the operation panel, and adjust the aperture alignment when the image is in focus to some extent. Click [Align] on the control panel to display the alignment dialog, and select [Beam]. Rotate the STIGMA/ALIGNMENT knobs (X, Y) on the operation panel to move the displayed beam to the center of the concentric circle. Next, select [Aperture], and rotate the STIGMA/ALIGNMENT knobs (X, Y) one by one to stop the image movement or adjust it so that it moves as little as possible. Close the aperture dialog, and adjust the focus with autofocus. Then, set the magnification to 50,000 (50k) times, and adjust the focus using the focus knob and STIGMA/ALIGNMENT knob in the same way as above, and adjust the focus again with autofocus. Repeat this operation to adjust the focus. Here, if the inclination angle of the observation surface is large, the measurement accuracy of the coverage rate is likely to be low, so when adjusting the focus, select an observation surface with as little surface inclination as possible for analysis by selecting one that can simultaneously bring the entire observation surface into focus.
(5) Image storage Adjust the brightness in ABC mode, take a photograph with a size of 640 x 480 pixels, and save it. Use this image file to perform the following analysis. Take one photograph for each toner particle to obtain an image of the toner particles.
(6) Image Analysis The image obtained by the above-mentioned method is binarized using the following analysis software to calculate the coverage. At this time, the above screen is divided into 12 squares and each is analyzed. The analysis conditions for the image analysis software Image-Pro Plus ver. 5.0 are as follows. However, if an external additive such as an organosilicon polymer with a particle size of less than 30 nm and more than 300 nm, or silica fine particles with a particle size of less than 30 nm and more than 1200 nm is included in a divided section, the coverage is not calculated for that section.
画像解析ソフトImage-Pro Plus5.0において、ツールバーの「測定」から「カウント/サイズ」、「オプション」の順に選択し、二値化条件を設定する。オブジェクト抽出オプションの中で8連結を選択し、平滑化を0とする。その他、予め選別、穴を埋める、包括線は選択せず、「境界線を除外」は「なし」とする。ツールバーの「測定」から「測定項目」を選択し、面積の選別レンジに2~107と入力する。 In the image analysis software Image-Pro Plus 5.0, select "Count/Size" from "Measurement" on the toolbar, then "Options" to set the binarization conditions. Select 8 connectivity in the object extraction options and set smoothing to 0. Other options include not selecting in advance, not filling holes, and not including lines, and setting "Exclude boundaries" to "None." Select "Measurement item" from "Measurement" on the toolbar and enter 2 to 107 as the selection range for area.
被覆率の計算は、正方形の領域を囲って行う。このとき、領域の面積(C)は24,000~26,000ピクセルになるようにする。「処理」-二値化で自動二値化し、有機ケイ素重合体又はシリカ微粒子などの外添剤の無い領域の面積の総和(D)を算出する。正方形の領域の面積C、有機ケイ素重合体又はシリカ微粒子などの外添剤の無い領域の面積の総和Dから下記式4で被覆率が求められる。 The coverage rate is calculated by enclosing a square region. In this case, the area (C) of the region should be between 24,000 and 26,000 pixels. Automatic binarization is performed using "Processing" - Binarization, and the total area (D) of regions free of external additives such as organosilicon polymers or silica microparticles is calculated. The coverage rate can be calculated using the following formula 4 from the area C of the square region and the total area D of regions free of external additives such as organosilicon polymers or silica microparticles.
被覆率(%)=100-(D/C×100) (式4)
得られた全データの算術平均値を被覆率とする。
Coverage rate (%) = 100 - (D / C × 100) (Equation 4)
The arithmetic mean value of all the data obtained is taken as the coverage rate.
そして、水洗前トナーと水洗後トナーの、それぞれの被覆率を算出し、
〔水洗後トナーの被覆率〕/〔水洗前トナーの被覆率〕×100を、本発明の「固着率」とする。
6.トナー粒子、外添剤、現像剤の製造方法
次に、本実施例のトナー粒子、外添剤A、現像剤の製造例について説明する。
Then, the coverage of the toner before and after washing is calculated,
[Toner coverage after washing]/[Toner coverage before washing]×100 is defined as the “adhesion rate” in the present invention.
6. Methods for Producing Toner Particles, External Additives, and Developer Next, examples of producing the toner particles, external additive A, and developer of this embodiment will be described.
<トナー粒子の製造例>
(水系媒体1の調製)
撹拌機、温度計、及び還留管を具備した反応容器に、イオン交換水650.0部及びリン酸ナトリウム(ラサ工業社製・12水和物)14.0部を投入し、窒素パージしながら65℃で1.0時間保温した。T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、15000rpmで攪拌しながら、イオン交換水10.0部に9.2部の塩化カルシウム(2水和物)を溶解した塩化カルシウム水溶液を一括投入し、分散安定剤を含む水系媒体を調製した。さらに、水系媒体に10質量%塩酸を投入し、pHを5.0に調整し、水系媒体1を得た。
<Production Example of Toner Particles>
(Preparation of aqueous medium 1)
In a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, and a reflux tube, 650.0 parts of ion-exchanged water and 14.0 parts of sodium phosphate (12-hydrate, manufactured by Rasa Kogyo Co., Ltd.) were charged, and the mixture was kept warm at 65 ° C. for 1.0 hours while purging with nitrogen. A calcium chloride aqueous solution in which 9.2 parts of calcium chloride (dihydrate) was dissolved in 10.0 parts of ion-exchanged water was charged all at once using a T.K. homomixer (manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.) while stirring at 15,000 rpm, to prepare an aqueous medium containing a dispersion stabilizer. Furthermore, 10% by mass of hydrochloric acid was charged into the aqueous medium, and the pH was adjusted to 5.0, to obtain aqueous medium 1.
(重合性単量体組成物の調製)
・スチレン :60.0部
・C.I.ピグメントブルー15:3 : 6.5部
前記材料をアトライタ(三井三池化工機株式会社製)に投入し、さらに直径1.7mmのジルコニア粒子を用いて、220rpmで5.0時間分散させた後、ジルコニア粒子を取り除き、着色剤分散液を調製した。
・スチレン :20.0部
・n-ブチルアクリレート :20.0部
・架橋剤(ジビニルベンゼン) : 0.3部
・飽和ポリエステル樹脂 : 5.0部
(プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物)とテレフタル酸との重縮合物(モル比10:12)、ガラス転移温度(Tg)が68℃、重量平均分子量(Mw)が10000、分子量分布(Mw/Mn)が5.12)
・フィッシャートロプシュワックス(融点78℃) : 7.0部
該材料を上記着色剤分散液に加え、65℃に加熱後、T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、500rpmで均一に溶解及び分散し、重合性単量体組成物を調製した。
(Preparation of Polymerizable Monomer Composition)
The above materials were put into an attritor (manufactured by Mitsui Miike Chemical Engineering Co., Ltd.), and further dispersed at 220 rpm for 5.0 hours using zirconia particles having a diameter of 1.7 mm, and then the zirconia particles were removed to prepare a colorant dispersion.
Styrene: 20.0 parts n-Butyl acrylate: 20.0 parts Crosslinking agent (divinylbenzene): 0.3 parts Saturated polyester resin: 5.0 parts (polycondensate of propylene oxide modified bisphenol A (2 mole adduct) and terephthalic acid (molar ratio 10:12), glass transition temperature (Tg) 68°C, weight average molecular weight (Mw) 10,000, molecular weight distribution (Mw/Mn) 5.12)
Fischer-Tropsch wax (melting point 78° C.): 7.0 parts This material was added to the colorant dispersion and heated to 65° C., and then dissolved and dispersed uniformly at 500 rpm using a T.K. homomixer (manufactured by Tokushu Kika Kogyo Co., Ltd.) to prepare a polymerizable monomer composition.
(造粒工程)
水系媒体1の温度を70℃に調整し、T.K.ホモミクサーの回転数を15000rpmに保ちながら、水系媒体1中に重合性単量体組成物を投入し、重合開始剤であるt-ブチルパーオキシピバレート10.0部を添加した。そのまま、該撹拌装置にて15000rpmを維持しつつ10分間造粒した。
(Granulation process)
The temperature of the aqueous medium 1 was adjusted to 70° C., and the polymerizable monomer composition was charged into the aqueous medium 1 while maintaining the rotation speed of the T.K. homomixer at 15,000 rpm, and 10.0 parts of t-butyl peroxypivalate as a polymerization initiator was added. Granulation was continued for 10 minutes while maintaining the rotation speed at 15,000 rpm with the stirring device.
(重合工程及び蒸留工程)
造粒工程の後、攪拌機をプロペラ撹拌羽根に換え150rpmで攪拌しながら70℃を保持して5.0時間重合を行い、さらに、85℃に昇温して2.0時間保持することで重合を行った。その後、反応容器の還留管を冷却管に付け替え、得られたスラリーを100℃まで加熱することで、蒸留を6時間行い、未反応の重合性単量体を留去し、樹脂粒子分散液を得た。
(Polymerization process and distillation process)
After the granulation step, the agitator was replaced with a propeller agitator blade, and polymerization was carried out for 5.0 hours while stirring at 150 rpm and maintaining the temperature at 70° C., and then the temperature was raised to 85° C. and maintained at that temperature for 2.0 hours. Thereafter, the reflux tube of the reaction vessel was replaced with a cooling tube, and the obtained slurry was heated to 100° C. to carry out distillation for 6 hours, thereby distilling off the unreacted polymerizable monomer, and a resin particle dispersion was obtained.
(有機ケイ素重合体の形成工程)
撹拌機、温度計を備えた反応容器に、イオン交換水60.0部を秤量し、10質量%の塩酸を用いてpHを4.0に調整した。これを撹拌しながら加熱し、温度を40℃にした。その後、有機ケイ素化合物であるメチルトリエトキシシラン40.0部を添加して2時間以上撹拌して加水分解を行った。加水分解の終点は目視にて油水が分離せず1層になったことで確認を行い、冷却して有機ケイ素化合物の加水分解液を得た。
(Organosilicon Polymer Formation Step)
In a reaction vessel equipped with a stirrer and a thermometer, 60.0 parts of ion-exchanged water was weighed, and the pH was adjusted to 4.0 using 10% by mass hydrochloric acid. This was heated while stirring, and the temperature was set to 40°C. Then, 40.0 parts of methyltriethoxysilane, an organosilicon compound, was added, and the mixture was stirred for 2 hours or more to carry out hydrolysis. The end point of hydrolysis was confirmed by visual observation that the oil and water were not separated and became one layer, and the mixture was cooled to obtain a hydrolyzed liquid of an organosilicon compound.
上記で得られた樹脂粒子分散液の温度を55℃に調整した後、該有機ケイ素化合物の加水分解液を25.0部(有機ケイ素化合物の添加量は10.0部)添加して、有機ケイ素化合物の重合を開始した。そのまま0.25時間保持した後に、3.0%炭酸水素ナトリウム水溶液で、pHを5.5に調整した。55℃で撹拌を継続したまま、1.0時間保持(縮合反応1)した後、3.0%炭酸水素ナトリウム水溶液を用いてpHを9.5に調整し、さらに4.0時間保持(縮合反応2)してトナー粒子分散液を得た。 After adjusting the temperature of the resin particle dispersion obtained above to 55°C, 25.0 parts of the hydrolyzed liquid of the organosilicon compound (addition amount of organosilicon compound was 10.0 parts) was added to initiate polymerization of the organosilicon compound. After holding for 0.25 hours, the pH was adjusted to 5.5 with a 3.0% aqueous sodium bicarbonate solution. With continued stirring at 55°C, the mixture was held for 1.0 hour (condensation reaction 1), after which the pH was adjusted to 9.5 with a 3.0% aqueous sodium bicarbonate solution and held for a further 4.0 hours (condensation reaction 2) to obtain a toner particle dispersion.
(洗浄工程及び乾燥工程)
有機ケイ素重合体の形成工程終了後、トナー粒子分散液を冷却し、トナー粒子分散液に塩酸を加えpHを1.5以下に調整して1.0時間、撹拌しながら放置した。その後、加圧ろ過器で固液分離し、トナーケーキを得た。得られたトナーケーキはイオン交換水でリスラリーして再び分散液とした後に、前述のろ過器で固液分離してトナーケーキを得た。得られたトナーケーキを40℃の恒温槽に移し、72時間かけて乾燥及び分級を行い、トナー粒子を得た。
(Washing process and drying process)
After the organosilicon polymer formation process was completed, the toner particle dispersion was cooled, and hydrochloric acid was added to the toner particle dispersion to adjust the pH to 1.5 or less, and the mixture was left for 1.0 hour while stirring. Thereafter, the mixture was subjected to solid-liquid separation using a pressure filter to obtain a toner cake. The obtained toner cake was reslurried with ion-exchanged water to form a dispersion again, and then subjected to solid-liquid separation using the aforementioned filter to obtain a toner cake. The obtained toner cake was transferred to a thermostatic chamber at 40°C, and dried and classified for 72 hours to obtain toner particles.
<外添剤Aの製造例>
外添剤Aは以下のように製造した。攪拌機、滴下ノズル、温度計を具備した1.5Lのガラス製反応容器に5%アンモニア水150部を入れて、アルカリ触媒溶液とした。該アルカリ触媒溶液を50℃に調整した後、攪拌しながらテトラエトキシシラン100部と5%アンモニア水50部とを同時に滴下し、8時間反応させてシリカ微粒子分散液を得た。その後、得られたシリカ微粒子分散液を噴霧乾燥により乾燥し、ピンミルで解砕し、外添剤Aとして一次粒子の個数平均粒径が100nmのシリカ微粒子を得た。
<Production Example of External Additive A>
The external additive A was produced as follows. 150 parts of 5% aqueous ammonia was added to a 1.5 L glass reaction vessel equipped with a stirrer, a dropping nozzle, and a thermometer to prepare an alkaline catalyst solution. After adjusting the alkaline catalyst solution to 50°C, 100 parts of tetraethoxysilane and 50 parts of 5% aqueous ammonia were dropped simultaneously while stirring, and reacted for 8 hours to obtain a silica microparticle dispersion. The obtained silica microparticle dispersion was then dried by spray drying and crushed with a pin mill to obtain silica microparticles with a number average particle size of 100 nm as the external additive A.
<現像剤の製造例>
ジャケット内に7℃の水を通水したヘンシェルミキサ(日本コークス工業株式会社製 FM10C型)中に100.00部のトナー粒子1、及び、1.00部の外添剤Aを投入した。次に、該ジャケット内の水温が7℃±1℃で安定してから、回転羽根の周速を38m/secとして10分間混合した。該混合において、ヘンシェルミキサの槽内温度が25℃を超えないようジャケット内の通水量を適宜調整した。得られた混合物を目開き75μmのメッシュで篩い現像剤を得た。
<Production Example of Developer>
100.00 parts of toner particles 1 and 1.00 parts of external additive A were charged into a Henschel mixer (FM10C type manufactured by Nippon Coke & Engineering Co., Ltd.) with water at 7°C passing through the jacket. Next, after the water temperature in the jacket stabilized at 7°C ± 1°C, the mixture was mixed for 10 minutes with the peripheral speed of the rotating blade set to 38 m/sec. During the mixing, the amount of water passing through the jacket was appropriately adjusted so that the temperature inside the tank of the Henschel mixer did not exceed 25°C. The obtained mixture was sieved through a mesh with an opening of 75 μm to obtain a developer.
現像剤の物性を表2に示す。 The physical properties of the developer are shown in Table 2.
表中、「X」は、外添剤Aの一次粒子の個数平均粒径Rの凸高さHの個数平均値に対する比を表す。製造した現像剤に対してSEMを用いて観察を実施したところ、トナー粒子の有機ケイ素重合体の凸部上に外添剤Aが微粒子として配置されていることが確認でき、トナー粒子一個当たりの外添剤Aの平均被覆個数は500個程度であった。
7.本実施例の作用
次に、本実施例の作用について、比較例を用いて説明をする。
In the table, "X" represents the ratio of the number average particle diameter R of the primary particles of external additive A to the number average value of the convex height H. When the produced developer was observed using an SEM, it was confirmed that external additive A was arranged as fine particles on the convex portions of the organosilicon polymer of the toner particles, and the average number of external additive A particles coated per toner particle was about 500.
7. Operation of the Present Example Next, the operation of the present example will be described using a comparative example.
本実施例では、トナー像が現像される前に現像ローラ41に担持されたトナー上から感光ドラム1へ予め微粒子を供給し、感光ドラム1上に微粒子を付着させる。そのために、微粒子とトナー間の付着力Ftが微粒子と感光ドラム1間の付着力Fdrよりも小さくすることを特徴としている。これにより、感光ドラム1と中間転写ベルト20間の摩擦力Fを低減することで、感光ドラム1の回転変動による画像スジを抑制しつつ、記録材Pの色味変動も抑制することが出来る。
In this embodiment, before the toner image is developed, fine particles are supplied from the toner carried on the developing roller 41 to the photosensitive drum 1 in advance, and the fine particles are caused to adhere to the photosensitive drum 1. To achieve this, the adhesion force Ft between the fine particles and the toner is made smaller than the adhesion force Fdr between the fine particles and the photosensitive drum 1. This reduces the friction force F between the photosensitive drum 1 and the
以降、第1画像形成ステーションaの構成を元に説明を行う。 The following explanation will be based on the configuration of the first image forming station a.
先ず、本実施例の感光ドラム1a上に微粒子を一定以上被覆する効果の実証のため、微粒子とトナー間の付着力Ft及び微粒子と感光ドラム1a間の付着力Fdrの測定を行った。
First, to demonstrate the effect of covering the
具体的には、付着力の測定はSPMを用いて行い、レバー先端に微粒子を固定したカンチレバーを作成し、カンチレバーを所定の押圧力でトナーに押圧した後、カンチレバーをトナーから脱離させるのに必要な力を微粒子とトナー間の付着力Ftとして測定した。 Specifically, the adhesion force was measured using an SPM. A cantilever with a microparticle fixed to the tip of the lever was created, and the cantilever was pressed against the toner with a specified pressure, after which the force required to detach the cantilever from the toner was measured as the adhesion force Ft between the microparticle and the toner.
付着力測定時のカンチレバーをトナーに押圧する所定の押圧力は、現像ニップ部においてトナーと感光ドラム1a間に介在する微粒子がトナーに対して押圧される力に設定することが好ましく、以下に説明する計算方法で算出した。ここで、現像ニップ部においてトナーと感光ドラム1a間に微粒子が介在する状態とは、微粒子がトナーと感光ドラムの両方に同時に接触している状態のことをいう。
The specified pressure with which the cantilever is pressed against the toner when measuring adhesion is preferably set to the force with which the fine particles present between the toner and the
具体的には、現像ニップ部において現像ローラ41aと感光ドラム1aはトナーを介して接触しているものと仮定し、感光ドラム1aと接触しているトナーは最密充填しているものと仮定した。また、トナーと感光ドラム1aの接触部に関しては、トナーと感光ドラム1aは微粒子を介して接触しているものと仮定した。
Specifically, it is assumed that the developing
以上のような仮定を行った上で、現像ニップ部にてトナーと感光ドラム1a間に介在する微粒子の総数Nを計算で算出する。そして、算出したNと現像ローラ41aと感光ドラム1aとの当接力Fより現像部における微粒子一個当たりのトナーに対する押圧力であるF/Nを算出し、算出したF/Nを付着力測定時のカンチレバーのトナーに対する所定の押圧力として採用した。
After making the above assumptions, the total number N of microparticles present between the toner and the
本実施例の現像ローラ41aと感光ドラム1aとの押圧力Fは200gfであることから、「現像ニップ部における微粒子一個当たりのトナーに対する押圧力」=F/Nは約4.5(nN)となる。そこで、本実施例ではこの4.5(nN)を、SPMによる付着力測定時のカンチレバーのトナーに対する所定の押圧力として採用した。
In this embodiment, the pressing force F between the developing
また、感光ドラム1aに対しても同様の付着力測定を実施し、カンチレバー先に固定した微粒子と感光ドラム1aとの付着力Fdrを測定した。
A similar adhesion measurement was also performed on the
その結果、本実施例の微粒子とトナー間の付着力Ftは32.8(nN)、微粒子と感光ドラム1a間の付着力Fdrは210.1(nN)であり、微粒子とトナー間の付着力Ftが、微粒子と感光ドラム1a間の付着力Fdrよりも小さいことが確認できた。なお、カンチレバーの押圧力の範囲としては、3.0(nN)から50(nN)の範囲で測定しても大小関係は変わらない。
As a result, in this embodiment, the adhesive force Ft between the particles and the toner was 32.8 (nN), and the adhesive force Fdr between the particles and the
次に、本実施例の感光ドラム1aへの微粒子の供給手段による効果を確認するために行った評価結果について説明する。
Next, we will explain the results of an evaluation conducted to confirm the effect of the means for supplying fine particles to the
評価については、本実施例、その他の実施例、及び比較例1、比較例2、比較例3について、画像スジの発生有無及び、記録材Pの色味変動の測定を行った。 For the evaluation, the present embodiment, other embodiments, and Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3 were evaluated for the presence or absence of image streaks and the color variation of the recording material P.
画像スジに関しては、レーザの露光ムラの影響を受け易いハーフトーントナー像部が目立ちやすいため、25%濃度のハーフトーン画像により判定を行った。ハーフトーン画像でも画像スジがはっきりと視認出来るレベルをCランクと定義し、ハーフトーン画像でうっすら画像スジが視認出来るレベルをBランク、ハーフトーン画像でも画像スジが視認できないレベルをAランクと定義した。 Regarding image streaks, because they are easily affected by uneven laser exposure and tend to stand out in halftone toner image areas, a judgment was made using a halftone image with a density of 25%. A level where image streaks are clearly visible even in a halftone image was defined as rank C, a level where image streaks are faintly visible even in a halftone image was defined as rank B, and a level where image streaks are not visible even in a halftone image was defined as rank A.
記録材Pの色味変動については、高白色紙(GFC081 キヤノン)を印刷した後の白地部分の濃度D1と、印刷を行っていない高白色紙の濃度D0をそれぞれ反射濃度計(リフレクトメーター モデル TC-6DS 東京電色社製)を用いて測定した。そして、その差分である「D0-D1」を記録材Pの色味変動と定義した。上記反射濃度の差分値「D0-D1」が3.5%以上の場合は、記録材Pの色味変動がはっきりと視認出来るCランクとした。2.5%以上の場合は、記録材Pの色味変動がうっすらと視認出来るBランクとした。2.5%未満の場合は、記録材Pの色味変動が視認できないAランクと定義した。 Regarding the color variation of the recording material P, the density D1 of the white part after printing on high white paper (GFC081 Canon) and the density D0 of the high white paper on which no printing was performed were each measured using a reflection densitometer (Reflectometer Model TC-6DS manufactured by Tokyo Denshoku Co., Ltd.). The difference "D0-D1" was then defined as the color variation of the recording material P. When the reflection density difference value "D0-D1" was 3.5% or more, the recording material P was rated as C rank, in which the color variation was clearly visible. When it was 2.5% or more, the recording material P was rated as B rank, in which the color variation was faintly visible. When it was less than 2.5%, the recording material P was rated as A rank, in which the color variation was not visible.
本実施例では、感光ドラム1aと中間転写ベルト20の摩擦力Fを低減するために感光ドラム1a上に微粒子を被覆する構成として、微粒子の添加量をトナー重量の0.5%程度、微粒子のトナー一個当たりに対する被覆個数が500個程度になるように調整した。感光ドラム1a上の微粒子の被覆率は30%である。
In this embodiment, the
他の構成は、感光ドラム1aと中間転写ベルト20の摩擦力Fを低減するために感光ドラム1a上に微粒子を被覆する構成として、微粒子の添加量をトナー重量の0.2%程度、微粒子のトナー一個当たりに対する被覆個数が200個程度になるように調整した。感光ドラム1a上の微粒子の被覆率は10%のものを使用した。
In another configuration, the
比較例1の構成は、感光ドラム1a上に微粒子を被覆する構成として、微粒子の添加量をトナー重量の0.1%程度、微粒子のトナー一個当たりに対する被覆個数が100個程度になるように調整した。感光ドラム1a上の微粒子の被覆率は5%のものを使用した。
In the configuration of Comparative Example 1, the
比較例2の構成は、感光ドラム1aと中間転写ベルト20の摩擦力Fを低減する手段として微粒子やトナーを用いない構成を用いた。
Comparative example 2 uses a configuration that does not use fine particles or toner as a means for reducing the friction force F between the
比較例3の構成は、感光ドラム1aと中間転写ベルト20の摩擦力Fを低減する手段として、イエロードットトナー像を用いた構成とし、感光ドラム1a上のトナー被覆率が5%になるものを使用した。
In the configuration of Comparative Example 3, a yellow dot toner image was used as a means for reducing the friction force F between the
次に、評価結果について表3を用いて説明する。 Next, the evaluation results are explained using Table 3.
比較例1の構成は、摩擦力低減のための感光ドラム1a上の微粒子の被覆率が5%であり、ドラムニップ部内にトナーが無い状態では、感光ドラム1a表面には中間転写ベルト20表面より接線方向(副走査方向)下流側に、僅かに摩擦力Fが作用する。そして、感光ドラム1a上に現像されたハーフトーン画像のトナー像先端部分がドラムニップ部内に突入すると、この摩擦力Fは減少する。これにより、感光ドラム1aには、僅かではあるものの突発的な回転変動が生じ、感光ドラム1a表面に対するレーザ露光に書き込みムラが生じる。その結果、後続して感光ドラム1a表面に形成されるトナー像上で主走査方向のスジとなり、ハーフトーン画像上に画像スジが発生した。一方、記録材Pの色味変動に関しては、感光ドラム1aと中間転写ベルト20の摩擦力Fを低減する手段として、トナーではなく微粒子を用いているため、色味変動は発生しなかった。
In the configuration of Comparative Example 1, the coverage rate of the fine particles on the
比較例2の構成は、摩擦力低減のための微粒子やトナーが感光ドラム1a上に存在しないため、感光ドラム1a上に現像されたハーフトーン画像のトナー像先端部分がドラムニップ部内に突入すると、摩擦力Fは急激に減少する。それによって、感光ドラム1aの突発的な回転変動が生じ、感光ドラム1a表面に対するレーザ露光に書き込みムラが生じた。その結果、ハーフトーン画像上にはっきりと視認出来る画像スジが発生してしまった。一方、記録材Pの色味変動に関しては、感光ドラム1aと中間転写ベルト20の摩擦力Fを低減する手段としてトナーも微粒子も用いていないため、色味変動は発生しなかった。
In the configuration of Comparative Example 2, since no fine particles or toner for reducing frictional force are present on the
比較例3の構成は、摩擦力低減のためにイエロードットトナーを感光ドラム1a上に5%被覆した構成となっている。感光ドラム1a上に現像されたハーフトーン画像のトナー像先端部分がドラムニップ部内に突入すると、比較例1と同様に、ハーフトーン画像上に画像スジが発生した。さらに、記録材Pの色味変動に関しては、反射濃度の差分値「D0-D1」が2.5%以上となり、色味変動がうっすらと視認出来るレベルになってしまった。比較例3の条件を、画像スジ抑制の方向である被覆率を上げる方向とすると、色味変動がさらに悪化し、逆に色味変動を抑制する方向として被覆率を下げる方向とすると、画像スジが悪化してしまう。
In the configuration of Comparative Example 3, the
これに対し、本実施例及びその他実施構成(変形例)では、摩擦力低減のために微粒子を感光ドラム1a上にそれぞれ30%、10%と被覆した構成となっている。いずれも、感光ドラム1a上に現像されたハーフトーン画像のトナー像先端部分がドラムニップ部内に突入しても、感光ドラム1aの突発的な回転変動が生じないため、画像スジは発生しない。また、摩擦力低減のために必要な感光ドラム1a上に供給される微粒子の被覆率は、比較例1の結果も踏まえると、10%以上であることが好ましい。
In contrast, in this embodiment and other implementation configurations (variations), the
一方、記録材Pの色味変動に関しても、感光ドラム1aと中間転写ベルト20の摩擦力Fを低減する手段としてトナーではなく微粒子を用いているため、色味変動は発生しなかった。
On the other hand, no color fluctuation occurred in the recording material P because fine particles, rather than toner, were used as a means for reducing the friction force F between the
以上説明したように、本実施例において、トナー像が現像される前に現像ローラ41に担持されたトナー上から感光ドラム1へ予め微粒子を供給し、感光ドラム1上に微粒子を付着させる構成を有する。それによって、感光ドラム1と中間転写ベルト20間に微粒子を介在させて、ドラムニップ部の摩擦力Fを低減させた。さらに、微粒子の感光ドラム1への供給に関しては、微粒子とトナー間の付着力Ftが微粒子と感光ドラム1間の付着力Fdrよりも小さくし、且つ微粒子の粒径を1000nm以下とする。それによって、静電的な影響を受けずに、感光ドラム1へ微粒子を供給することができた。
As described above, in this embodiment, before the toner image is developed, fine particles are supplied from the toner carried on the developing roller 41 to the photosensitive drum 1 in advance, and the fine particles are adhered to the photosensitive drum 1. As a result, the fine particles are interposed between the photosensitive drum 1 and the
これにより、簡易な構成で、感光ドラム1の回転変動による画像スジを抑制しつつ、記録材Pの色味変動も抑制することができた。 This makes it possible to suppress image streaks caused by rotational fluctuations of the photosensitive drum 1 while also suppressing color fluctuations in the recording material P with a simple configuration.
本実施例で適用する画像形成装置の構成において、前記実施例1と同様のものには、同一部材には同一符号を付し、説明を省略する。 In the configuration of the image forming device applied in this embodiment, the same components as those in the first embodiment are given the same reference numerals and the description is omitted.
実施例1の構成では、感光ドラム1の回転変動による画像スジを抑制しつつ、記録材Pの色味変動も抑制するため、トナーに添加された微粒子を感光ドラム1に供給する方法について説明した。 In the configuration of Example 1, a method was described in which fine particles added to the toner are supplied to the photosensitive drum 1 in order to suppress image streaks caused by rotational fluctuations of the photosensitive drum 1 while also suppressing color fluctuations of the recording material P.
これに対し、本実施例では、感光ドラム1a、1b、1c、1d上のクリーニングユニット5a、5b、5c、5dを設けない、所謂、ドラムクリーナレス構成とする。それによって、感光ドラム1a、1b、1c、1d上に微粒子を長期に亘り維持することが出来ることを特徴としている。
In contrast, in this embodiment, the cleaning units 5a, 5b, 5c, and 5d on the
以下、図14を参考にして、本実施例の構成を説明する。 The configuration of this embodiment is explained below with reference to Figure 14.
上述したドラムクリーナレス方式では、図14に示されるように感光ドラム1a、1b、1c、1d上にクリーニングユニットを設けない。そのため、一次転写時に感光ドラム1a、1b、1c、1d上に残ったトナーを現像ユニット4a、4b、4c、4dに回収する必要がある。
In the drum cleanerless system described above, as shown in FIG. 14, no cleaning units are provided on the
以下、感光ドラム1a、1b、1c、1d上に残ったトナーの回収方法について、第4画像形成ステーションdを用いて説明する。
Below, we will explain how to recover the toner remaining on the
一次転写部で中間転写ベルト20上に一次転写されずに感光ドラム1d上に残ったトナー(1次転写残トナー及び再転写トナー)の内、正極性のトナーは帯電ローラ2dに付着する。そして、負極性のトナーは、感光ドラム1dの回転に伴い、帯電ローラ2dとの接触部を通って現像ユニット4dとの対向部に搬送される。このとき、感光ドラム1dの表面を、再び、帯電・露光されて、画像情報に従った静電潜像が形成される。現像ユニット4dとの対向部に搬送されてきた残トナーは、ほぼ負極性である。そのため、感光ドラム1dの表面電位(非露光部が-500V、露光部が-100V)と現像ローラ41dに印加される電圧(-300V)との差により形成される電界で、残トナーの一部が現像ユニット4dに回収される。そして、非露光部においては、電界の向きが負極性トナーを感光ドラム1d上から現像ローラ41d上に移動させる方向であるため、感光ドラム1d上の残トナーが現像ローラ41d上に移動して現像ユニット4d内に回収される。
Among the toner (primary transfer residual toner and retransferred toner) remaining on the
一方、露光部においては、電界の向きが負極性トナーを現像ローラ41d上から感光ドラム1d上に移動させる方向であるため、現像ローラ41d上の負極性トナーが、感光ドラム1d上に移動して感光ドラム1d上の静電潜像を現像する。このとき、感光ドラム1d上の転写残トナーも静電潜像の現像に使用される。このように、現像ユニット4dは、感光ドラム1dに形成された静電潜像をトナー像に現像すると共に、感光ドラム1dに付着しているトナーを回収可能に構成されている。
Meanwhile, in the exposure section, the direction of the electric field is such that the negative toner moves from the developing
以上の動作により、ドラムクリーナレス方式における感光ドラム1d上の残トナー回収が行われる。
The above operations are used to recover the remaining toner on the
その他の構成については実施例1と同様であるため、説明は省略する。 The rest of the configuration is the same as in Example 1, so the explanation will be omitted.
次に、本実施例の作用について説明する。 Next, we will explain the operation of this embodiment.
本実施例の構成では、実施例1と同様に、トナー像が現像される前に現像ローラ41に担持されたトナー上から感光ドラム1へ予め微粒子を供給する。感光ドラム1上に微粒子を供給するために、微粒子とトナー間の付着力Ftが、微粒子と感光ドラム1間の付着力Fdrよりも小さくしている。それによって、図7(a)と図7(b)に示すように、トナー像が感光ドラム1から中間転写ベルト20へと一次転写する際に、トナー像のみ中間転写ベルト20上に一次転写する。そして、トナー像と感光ドラム1間に介在していた微粒子は、感光ドラム1上に残留する。この場合、実施例1の構成では、感光ドラム1上に配置されたクリーニングユニット5により、感光ドラム1上に残留した微粒子を回収してしまう。そのため、現像ローラ41に担持されたトナーから、画像形成動作の度に微粒子を供給しなければならない。一方、本実施例の構成では、感光ドラム1上にクリーニングユニットを設けていないため、感光ドラム1上に供給された微粒子は、感光ドラム1上に残り続ける。さらに、上述したドラムクリーナレス方式における現像ユニット4へのトナー回収の動作の際も同様である。つまり、微粒子の粒径を1000nm以下としているため、静電的な影響を受けにくくなり、微粒子は現像ユニット4に回収されず、感光ドラム1上に残り続ける。これにより、感光ドラム1上に微粒子が付着されている状態を維持することが出来、長期に亘って安定した画像を提供することが出来る。
In the configuration of this embodiment, as in the first embodiment, before the toner image is developed, fine particles are supplied to the photosensitive drum 1 from the toner carried on the developing roller 41. In order to supply fine particles onto the photosensitive drum 1, the adhesion force Ft between the fine particles and the toner is made smaller than the adhesion force Fdr between the fine particles and the photosensitive drum 1. As a result, as shown in FIG. 7(a) and FIG. 7(b), when the toner image is primarily transferred from the photosensitive drum 1 to the
画像形成動作時における微粒子の供給時間に関しても、実施例1の構成では、感光ドラム1上の現像ローラ41が当接した部位が、ドラムニップ部に到達するまでの時間以上に設定する必要があった。本実施例のドラムクリーナレス構成では、上述のように、感光ドラム1上に供給された微粒子を維持することが出来るため、現像ローラ41が感光ドラム1に当接したタイミングで現像を開始することが出来る。これにより、画像形成装置が画像データを受信してからプリントアウトされるまでの時間を短縮することが出来、ユーザストレスの低減につながる。 In the configuration of Example 1, the time for supplying the fine particles during the image formation operation had to be set to be longer than the time it takes for the part of the photosensitive drum 1 where the developing roller 41 contacts to reach the drum nip. In the drum cleaner-less configuration of this embodiment, as described above, the fine particles supplied to the photosensitive drum 1 can be maintained, so development can begin at the timing when the developing roller 41 contacts the photosensitive drum 1. This shortens the time from when the image forming device receives image data to when it prints it out, which reduces user stress.
以上説明したように、感光ドラム1上にクリーニングユニット5を設けない、所謂、ドラムクリーナレス構成とすることで、感光ドラム1上に微粒子を安定して維持することが出来る。そのため、長期に亘って安定した画像を提供することが出来る。また、画像データを受信してからプリントアウトされるまでの時間も短縮することが出来る。 As explained above, by adopting a so-called drum cleanerless configuration in which the cleaning unit 5 is not provided on the photosensitive drum 1, it is possible to stably maintain fine particles on the photosensitive drum 1. This makes it possible to provide stable images over a long period of time. In addition, the time from when image data is received until it is printed out can be shortened.
本実施例で適用する画像形成装置の構成において、前記実施例1、実施例2と同様のものには、同一部材には同一符号を付し、説明を省略する。 In the configuration of the image forming device applied in this embodiment, the same components as those in the first and second embodiments are given the same reference numerals and the description is omitted.
実施例1の構成では、感光ドラム1の回転変動による画像スジを抑制しつつ、記録材Pの色味変動を抑制するため、トナーに添加された微粒子を感光ドラム1に供給する方法について説明した。 In the configuration of Example 1, a method was described in which fine particles added to the toner are supplied to the photosensitive drum 1 in order to suppress image streaks caused by rotational fluctuations of the photosensitive drum 1 while suppressing color fluctuations of the recording material P.
これに対し、本実施例では、転写部における感光ドラム1の対向位置に、中間転写ベルト20を介して金属ローラ40を所定量オフセットして配置した構成とする。それによって、感光ドラム1と中間転写ベルト20との間の摩擦力Fを低減することが可能となり、画像スジを抑制することが出来る。
In contrast, in this embodiment, the
以下、図15、図16を参考にして、本実施例の構成を説明する。 The configuration of this embodiment will be explained below with reference to Figures 15 and 16.
図15は、本実施例における画像形成装置の図であり、図16は、図15の中で、第1画像形成ステーションaの構成を拡大したものである。図16において、金属ローラ40aは、感光ドラム1aの中心位置に対して、中間転写ベルト20の移動方向下流側に8mmオフセットされた位置に配置されている。また、感光ドラム1aへの中間転写ベルト20の巻きつき量を確保出来るように、感光ドラム1aと中間転写ベルト20で形成される水平面に対して、1.0mm持ち上げた位置に配置される。上述した金属ローラ40の配置については、感光ドラム1への接触による傷の発生を避けるため、感光ドラム1へ接触しない範囲内でなるべく近づけるようにしている。また、中間転写ベルト20の移動方向下流側に配置したのは、1次転写ニップ上流側で転写電界が出来ることで発生する飛び散りという現象に対して、有利になるからである。
Figure 15 is a diagram of the image forming apparatus in this embodiment, and Figure 16 is an enlarged view of the configuration of the first image forming station a in Figure 15. In Figure 16, the
金属ローラ40aのオフセット距離をK、中間転写ベルト20に対する金属ローラ40aの持ち上げ高さをZ、ドラムニップ幅をNkとした時、本実施例では、K=8mm、Z=1.0mm、Nk=1500μmとする。なお、金属ローラ40aは、外径6mmのストレート形状のニッケルメッキSUS丸棒で構成され、中間転写ベルト20の回転に伴い、従動して回転する。第2画像形成ステーションbに配置される金属ローラ40b、第3画像形成ステーションcに配置される金属ローラ40c、第4画像形成ステーションdに配置される金属ローラ40d、についても金属ローラ40aと同様の構成となる。
When the offset distance of the
その他の構成は実施例2と同様であるため、説明を省略する。 The rest of the configuration is the same as in Example 2, so the explanation is omitted.
次に本実施例の作用について説明する。 Next, we will explain the operation of this embodiment.
上述したように、本実施例では、転写部における感光ドラム1の対向位置に、中間転写ベルト20を介して金属ローラ40を所定量オフセットして配置した構成としている。また、実施例1で述べたように、感光ドラム1と中間転写ベルト20との間の周速差による一次転写効率改善効果を実現するため、ドラムニップ幅Nkは実施例1と同じ1500μmとしている。
As described above, in this embodiment, the
本構成によると、実施例1のような転写ローラ14が中間転写ベルト20を介して、感光ドラム1へ直接加圧してドラムニップ部を形成する構成に対して、ドラムニップ部にかかる圧力を低減することが出来る。つまり、摩擦力Fは垂直抗力と摩擦係数の乗算であり、垂直抗力に相当するドラムニップ部にかかる圧力が低減することは、ドラムニップ部の摩擦力Fの低減にもつながるということである。
With this configuration, it is possible to reduce the pressure applied to the drum nip portion compared to the configuration in Example 1 in which the transfer roller 14 applies pressure directly to the photosensitive drum 1 via the
また、ドラムニップ部の摩擦力Fを低減するため、微粒子とトナー間の付着力Ftが微粒子と感光ドラム1間の付着力Fdrよりも小さくする。感光ドラム1上に微粒子を供給することによる、感光ドラム1の回転変動による画像スジ及び記録材Pの色味変動を抑制する効果については、実施例1、2と同様である。 In addition, to reduce the friction force F at the drum nip, the adhesion force Ft between the fine particles and the toner is made smaller than the adhesion force Fdr between the fine particles and the photosensitive drum 1. The effect of suppressing image streaks and color fluctuations on the recording material P caused by rotational fluctuations of the photosensitive drum 1 by supplying fine particles onto the photosensitive drum 1 is the same as in Examples 1 and 2.
以上説明したように、本実施例においては、転写部における感光ドラム1の対向位置に、中間転写ベルト20を介して金属ローラ40を所定量オフセットして配置した構成とする。それによって、感光ドラム1と中間転写ベルト20と間の摩擦力Fを低減することが可能となり、画像スジを抑制することが出来る。
As described above, in this embodiment, the
また、本実施例では、各色画像形成ステーションに対応する感光ドラム1に微粒子を供給、付着させる構成について説明した。例えば、ブラックのみを単色印字するモノモードで印字する際も、カラー色(イエロー、マゼンタ、シアン)の画像形成ステーションa、b、cの一次転写部材を離間しなくても、感光ドラム1と中間転写ベルト20の摩擦力Fが低い状態を維持することが出来る。つまり、一次転写部材の当接離間機構を設ける必要が無く、本体の更なる小型化、低コスト化をすることが可能である。
In addition, in this embodiment, a configuration has been described in which fine particles are supplied to and adhered to the photosensitive drum 1 corresponding to each color image forming station. For example, even when printing in a mono mode in which only black is printed in a single color, the friction force F between the photosensitive drum 1 and the
1 感光ドラム
4 現像ユニット
20 中間転写ベルト
41 現像ローラ
T トナー
1 Photosensitive drum 4
Claims (11)
トナー母粒子と前記トナー母粒子の表面に形成され前記トナー母粒子の表面と面接触する接触部と、を有するトナー粒子と、前記接触部の表面と接触する外添剤としての微粒子と、により構成される現像剤を収容する現像剤収容部と、
前記像担持体と接触して現像部を形成し、前記現像部において前記像担持体の表面に前記現像剤を供給する現像剤担持体と、
前記像担持体と接触して転写部を形成し、前記像担持体の表面に供給された前記現像剤によって形成されたトナー像が、前記転写部において転写される中間転写体と、
前記像担持体の表面の移動速度と前記中間転写体の表面の移動速度と、の間に速度差を有するように、前記像担持体と前記中間転写体と、を駆動する駆動部と、を有し、
前記現像剤担持体を前記像担持体に押圧する押圧力をF、前記現像部において前記接触部と前記像担持体との間に介在する前記微粒子の総数をN、とした場合に、
前記微粒子を単位微粒子当たりの押圧力であるF/Nで前記接触部に押圧した際に測定される前記微粒子と前記接触部との間に形成される付着力Ftと、
前記微粒子を前記F/Nで前記像担持体に押圧した際に測定される前記微粒子と前記像担持体との間に形成される付着力Fdrと、の関係が、
Ft≦Fdr
を満たすことを特徴とする画像形成装置。 A rotatable image carrier;
a developer storage section for storing a developer including toner particles each having a toner base particle and a contact portion formed on the surface of the toner base particle and in surface contact with the surface of the toner base particle, and fine particles as an external additive in contact with the surface of the contact portion ;
a developer carrier that contacts the image carrier to form a development section and supplies the developer to a surface of the image carrier in the development section;
an intermediate transfer body that contacts the image carrier to form a transfer section, and onto which a toner image formed by the developer supplied to the surface of the image carrier is transferred in the transfer section;
a drive unit that drives the image carrier and the intermediate transfer body so that there is a speed difference between a moving speed of the surface of the image carrier and a moving speed of the surface of the intermediate transfer body;
When a pressing force for pressing the developer carrier against the image carrier is F and a total number of the fine particles present between the contact portion and the image carrier in the developing portion is N,
an adhesive force Ft formed between the particle and the contact portion , the adhesive force Ft being measured when the particle is pressed against the contact portion with a pressing force per unit particle, F/N;
and an adhesive force Fdr formed between the fine particle and the image carrier measured when the fine particle is pressed against the image carrier at the F/N ratio,
Ft≦Fdr
An image forming apparatus comprising:
R-Si(O1/2)3 (1)
(前記Rは、炭素数1以上6以下の炭化水素基を示す。) 2. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the developer has convex portions at the contact portion formed from fine particles containing an organosilicon polymer having a structure represented by the following formula (1) present on the surface of the toner base particle, and the fine particles are disposed on the convex portions:
R-Si(O1/2)3 (1)
(The R represents a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms.)
前記転写部において前記像担持体と前記中間転写体と、が形成するニップのニップ幅をQ、
前記トナー粒子の重量平均粒径をD、と定義した場合において、
前記Vrと前記Qは、以下の関係式を満たすことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
1/2×D(μm)×π≦Vr(%)×Q(μm)/100≦100(μm) The speed ratio between the moving speed Vdr of the image carrier and the moving speed Vb of the intermediate transfer body is Vr=|Vdr-Vb|/Vdr×100.
The nip width of the nip formed between the image carrier and the intermediate transfer body in the transfer portion is Q,
When the weight average particle diameter of the toner particles is defined as D,
5. The image forming apparatus according to claim 1, wherein Vr and Q satisfy the following relational expression: Vr=V+Q/Q.
1/2 x D (μm) x π≦Vr (%) x Q (μm)/100≦100 (μm)
前記転写部材は、前記中間転写体の表面の移動方向に対して、前記像担持体が配置されている位置からオフセットした位置に配置されていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の画像形成装置。 a transfer member that transfers a toner image formed by the developer supplied to the surface of the image carrier to the intermediate transfer body in the transfer section;
11. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the transfer member is disposed at a position offset from a position at which the image carrier is disposed with respect to a moving direction of the surface of the intermediate transfer body.
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