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JP2007139808A - 画像形成装置 - Google Patents

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JP2007139808A
JP2007139808A JP2005308238A JP2005308238A JP2007139808A JP 2007139808 A JP2007139808 A JP 2007139808A JP 2005308238 A JP2005308238 A JP 2005308238A JP 2005308238 A JP2005308238 A JP 2005308238A JP 2007139808 A JP2007139808 A JP 2007139808A
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Hiroomi Harada
博臣 原田
Shinichi Kawahara
真一 川原
Atsuya Oojiya
篤哉 大慈彌
Masahito Yanagida
雅人 柳田
Hideki Tanaka
秀樹 田中
Takatsugu Fujishiro
宇貢 藤城
Takaaki Tawada
高明 多和田
Takeshi Tabuchi
健 田渕
Naohiro Kumagai
直洋 熊谷
Chotaro Kataoka
超太郎 片岡
Hidemasa Sato
秀将 佐藤
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

【課題】潤滑剤塗布量不足による像担持体トルクの上昇を防止し、色ずれを生じない高品質な画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供する。
【解決手段】像担持体1表面の移動方向においてクリーニング部材61の下流側に設けられた像担持体1表面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段7と、像担持体1表面の移動方向において潤滑剤供給手段7の下流側に設けられた像担持体1表面の潤滑剤を延伸する均一化部材74とを有し、像担持体1表面の移動方向において均一化部材74の上流かつ潤滑剤供給手段7の下流における潤滑剤の存在量が、0.11mg/m2以上である。
【選択図】 図2

Description

本発明は、像担持体上に形成されたトナー像を転写することによって画像を形成する複写機、ファクシミリ、プリンタ等の画像形成装置及びこれに用いるプロセスカートリッジに関するものである。
従来、感光体などの像担持体に脂肪酸金属塩などの潤滑剤を供給し、像担持体自体の摩擦係数を低下させる技術が知られている。像担持体に潤滑剤を供給する構成のひとつとして、像担持体の回転方向に対してクリーニング部材の上流側で潤滑剤を像担持体に供給する構成も知られている。かかる構成では像担持体上に供給された潤滑剤はクリーニング部材で延伸されて像担持体表面に均一に供給される。よって、潤滑剤を延伸する機構を有さない場合と異なり、像担持体上で潤滑剤が凝集状態のまま存在して摩擦係数を低下させる効果を発揮しなかったり、帯電部材、現像ローラなどに付着したりして異常画像を発生させることがない。しかし、クリーニング部材による延伸では、潤滑剤が転写残トナーと一緒にクリーニング部材に進入するのでトナーが存在する領域と存在しない領域とで潤滑剤の量にむらが出やすい。また転写残トナーに付着した潤滑剤がトナーと一緒にクリーニングされてしまうなど潤滑剤の供給量、消費量をコントロールするのが困難であった。
潤滑剤供給手段をクリーニング部材の下流側に配置して像担持体表面に供給される潤滑剤への転写残トナーの混入を抑制するとともに、像担持体上に供給された潤滑剤を延伸するための延伸手段を潤滑剤供給手段のさらに下流側に設ける構成も提案されている。例えば特許文献1にはクリーニングブレードとブレード状の均一化手段(潤滑剤延伸手段)との間に潤滑剤を収納した構成が開示されている。均一化手段は感光体に対しカウンターで当接するポリウレタンブレードで、当接圧は1.37g/mm、すくい角11.7度である。一方クリーニングブレードは感光体に対しカウンターで当接するポリウレタンブレードで、当接圧は2.97g/mm、すくい角9.6度である。また、特許文献2には、ベルト状の感光体に対してカウンターで当接するクリーニングブレードと、感光体移動方向においてクリーニングブレードの下流で感光体に当接する潤滑剤供給機構と、感光体移動方向において潤滑剤供給機構の下流でトレーリングで当接する均しブレードと、が開示されている。また、特許文献3には、感光体移動方向においてクリーニング手段の下流側に配置された潤滑剤塗布手段と、潤滑剤塗布手段の下流側に配置されたブラシ状の均し手段が開示されている。
特開2000−330443号公報 特開2001−305907号公報 特開2004−354695号公報
本発明者は、潤滑剤の消費量が安定で、かつ像担持体表面に均一に潤滑剤を供給できるシステムを構築するべく、クリーニング部材と、像担持体の移動方向においてクリーニング部材の下流側に配置された潤滑剤塗布手段と、潤滑剤塗布手段の下流側に配置され像担持体上の潤滑剤を延伸する均一化部材と、を有するプロセスを検討した。実験の結果、そのようなプロセスにおいては以下のような問題が生じやすいことが判明した。経時にわたり画像形成を続けた場合、ドット位置が副走査方向にずれ、結果として副走査方向に筋(ジター)が発生することがある。カラーの場合、この位置ずれによって色ずれが発生する。均一化手段を有しないシステムに比べて現像手段や帯電手段への潤滑剤の混入が頻繁に発生し、この原因による異常画像が出やすい(現像手段への潤滑剤混入によるトナー帯電量変化や、帯電手段への潤滑剤混入による帯電むらの発生)。また単色画像形成ステーションが副走査方向に複数配置されたいわゆるタンデム構成の画像形成装置においては、下流側のステーションからの転写時に虫食いが発生しやすい。
本発明者はこれらの不具合が発生した原因について検討した結果、以下の知見を得て本発明に至った。潤滑剤供給手段から像担持体表面に供給された潤滑剤の、均一化部材上流における存在量が少なすぎると、像担持体の表面に潤滑剤が存在しない部分が発生する。潤滑剤が存在しない部分では均一化部材およびクリーニング部材が潤滑剤を介さずに像担持体表面に直接接触し、これがトルクの増大をもたらし、副走査方向の位置ずれを生じさせる。均一化部材およびクリーニング部材の両者が像担持体に接触しているため、従来のクリーニング部材のみのシステムと比べて負荷トルクが大きくなり、位置ずれが生じやすい。特に均一化部材およびクリーニング部材がいずれもブレード形状をしている場合、現像手段などと比べ負荷トルクが大きいブレード状部材が2つ像担持体に当接している事になり、非常にトルクが大きくなる。具体的には、表1の「トルク大による位置ずれの異常画像」の評価に示すように、潤滑剤として脂肪酸金属塩を用いた場合、均一化部材上流における潤滑剤の存在量が0.11mg/m未満になると位置ずれが頻繁に発生するようになった。この表1に示す実験は、後述する実施例装置で、1000枚の通紙の間に異常が発生すれば×、異常が発生しなければ○という評価である(次の段落の「帯電ローラや現像ユニットへ付着による異常画像」の評価も同様)。この0.11mg/mという量は均一化部材やクリーニング部材の像担持体への押圧力によってほとんど影響されることはなかった。これは、潤滑剤の量がある程度以下であればこれら部材の押圧力と関わりなく潤滑剤が存在しない領域が発生し、これがトルクの増大を招くためと思われる。ここで、「均一化部材上流における潤滑剤の存在量」は、以下のように測定する。画像形成後に像担持体を取り出し、潤滑剤供給部材と均一化部材との間に存在する潤滑剤をすくいとり、この重量を測定する。測定された重量を潤滑剤をすくい取った領域の面積で割り、単位面積あたりの潤滑剤の存在量を求める。潤滑剤をすくい取る領域の面積は特に限定はなく、潤滑剤供給部材と均一化部材との間の領域であればよい。
Figure 2007139808
潤滑剤供給手段から像担持体表面に供給された潤滑剤の、均一化部材上流における存在量が多すぎると、潤滑剤の一部が凝集状態を保ったまま均一化部材を超える。凝集状態の潤滑剤は摩擦係数を低下させる効果を発揮しないばかりか帯電部材、現像ローラなどに付着しやすくなり、異常画像の原因となる。従来のクリーニングブレードで延伸を実施していたシステムと比較して、転写残トナーが延伸作用を有する部材に接触しないために過剰な潤滑剤がトナーに付着してクリーニングされるということがなく、このため凝集状態の潤滑剤が均一化部材を超えやすい。またさらに、タンデム構成の画像形成装置においては転写部において凝集状態のまま中間転写体等に転写させられた潤滑剤は転写と同時に転写ニップにおいて延伸され、その領域における中間転写体等の摩擦係数を低下させてしまう。この結果、下流側のステーションにおいては摩擦係数が低下した領域では中間転写体等に潤滑剤が転写されずらくなり、トナーの一部が転写されない「虫食い」という異常画像が生じやすくなる。特に均一化部材の像担持体に対する単位面積あたりの押圧力がクリーニング部材から像担持体への単位面積あたりの押圧力よりも低い場合には、従来よりも押圧力が低い均一化部材に対してトナーと混入することなく潤滑剤が突入するため、凝集状態の潤滑剤が均一化部材を超えやすい。具体的には、表1の「帯電ローラや現像ユニットへ付着による異常画像」の評価に示すように、潤滑剤として脂肪酸金属塩を用いた場合、均一化部材上流における潤滑剤の存在量が1.2mg/mを超えると、帯電部材や現像部材への潤滑剤の付着が頻繁に発生するようになった。この1.2mg/mという量は均一化部材の像担持体への押圧力によってほとんど影響されることはなかった。メカニズムは明確ではないが、潤滑剤の存在量が一定以上の場合には積層した潤滑剤の内部や潤滑剤と均一化ブレードの接触面ですべりが生じる結果、押圧力に影響されず所定量の潤滑剤が凝集状態のまま均一化部材をすり抜けるのではないかと予想される。なお、帯電部材の付着は、特に帯電部材に交流電圧を印加して帯電させる場合に顕著に発生する。
以上のように、クリーニング部材と、像担持体の移動方向においてクリーニング部材の下流側に配置された潤滑剤塗布手段と、潤滑剤塗布手段の下流側に配置され像担持体上の潤滑剤を延伸する均一化部材と、を有するプロセスにおいては均一化部材の直上流の領域における潤滑剤の存在量がきわめて重要である。各特許文献1〜3には均一化部材の押圧力等は記載があるものの、均一化部材の直上流の領域における潤滑剤の存在量については何も記載がない。
本発明は、上記背景に鑑みなされたものであり、その第1の目的は、潤滑剤塗布量不足による像担持体トルクの上昇を防止し、色ずれを生じない高品質な画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することである。また、その第2の目的は、潤滑剤塗布量過多による潤滑剤凝集体の成長を防止し、異常画像を生じない高品質な画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することである。
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、像担持体と、像担持体上に画像情報に応じたトナー像を形成するトナー象形成手段と、形成されたトナー像が像担持体上から転写された後に像担持体上に残留するトナー粒子を除去するクリーニング部材と、を有し、像担持体上に形成されたトナー像を転写することによって画像を形成する画像形成装置において、像担持体表面の移動方向においてクリーニング部材の下流側に設けられた像担持体表面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段と、像担持体表面の移動方向において潤滑剤供給手段の下流側に設けられた像担持体表面の潤滑剤を延伸する均一化部材と、を有し、像担持体表面の移動方向において均一化部材の上流かつ潤滑剤供給手段の下流における潤滑剤の存在量が、0.11mg/m以上であることを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、像担持体と、像担持体上に画像情報に応じたトナー像を形成するトナー象形成手段と、形成されたトナー像が像担持体上から転写された後に像担持体上に残留するトナー粒子を除去するクリーニング部材と、を有し、像担持体上に形成されたトナー像を転写することによって画像を形成する画像形成装置において、像担持体表面の移動方向においてクリーニング部材の下流側に設けられた像担持体表面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段と、像担持体表面の移動方向において潤滑剤供給手段の下流側に設けられた像担持体表面の潤滑剤を延伸する均一化部材と、を有し、像担持体表面の移動方向において均一化部材の上流かつ潤滑剤供給手段の下流における潤滑剤の存在量が、1.2mg/m以下であることを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1又は2の画像形成装置において、前記均一化部材はエラストマーから成ることを特徴とした画像形成装置。
また、請求項4の発明は、請求項3の画像形成装置において、前記エラストマーはウレタンゴムであることを特徴とした画像形成装置。
また、請求項5の発明は、請求項4の画像形成装置において、前記ウレタンゴムはシート状に形成され、そのエッジ部にて均一化するよう設置されていることを特徴とした画像形成装置。
また、請求項6の発明は、請求項5の画像形成装置において、前記ウレタンゴムシートの当接方式が、トレーリング方式であることを特徴とした画像形成装置。
また、請求項7の発明は、請求項1乃至6の何れか一の画像形成装置において、前記潤滑剤は、脂肪酸金属塩であって、前記脂肪酸金属塩の金属が、亜鉛、鉄、カルシウム、アルミニウム、リチウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、セリウム、チタン、ジルコニウム、鉛、マンガンの中から選択される金属であり、前記脂肪酸金属塩の脂肪酸が、ラウリル酸、ステアリン酸、パルミチン酸、ミステリン酸、オレイン酸の中から選択される少なくとも1以上の脂肪酸であることを特徴とするものである。
また、請求項8の発明は、請求項1乃至7の何れか一の画像形成装置において、前記画像形成装置は、体積平均粒径が10μm以下で、体積平均粒径と個数平均粒径との比(分散度)が、1.00ないし1.40の範囲にあるトナーを用いることを特徴とするものである。
また、請求項9の発明は、請求項8の画像形成装置において、前記画像形成装置は、平均円形度が0.93ないし1.00の範囲にあるトナーを用いることを特徴とするものである。
また、請求項10の発明は、請求項8又は9の画像形成装置において、前記画像形成装置は、SF−1が100ないし180であって、SF−2が100ないし180の範囲にあるトナーを用いることを特徴とするものである。
また、請求項11の発明は、請求項8乃至10のいずれか一の画像形成装置において、前記画像形成装置は、外観形状がほぼ球形状であって、短軸と長軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0の範囲で、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲であって、長軸r1≧短軸r2≧厚さr3の関係を満足するトナーを用いることを特徴とするものである。
また、請求項12の発明は、請求項8乃至11のいずれか一の画像形成装置において、前記トナーは、少なくとも、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤、離型剤を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂微粒子の存在下で架橋及び/又は伸長反応させることを特徴とするものである。
また、請求項13の発明は、画像形成装置に装着されるカートリッジであって、像担持体と、クリーニング部材と、像担持体表面の移動方向においてクリーニング部材の下流側に設けられた潤滑剤供給手段と、潤滑剤供給手段の下流側に設けられた潤滑剤を延伸する均一化部材と、を有し、像担持体表面の移動方向において均一化部材の上流かつ潤滑剤供給手段の下流における潤滑剤の存在量が、0.11mg/mよりも多いことを特徴とするものである。
また、請求項14の発明は、画像形成装置に装着されるカートリッジであって、像担持体と、クリーニング部材と、像担持体表面の移動方向においてクリーニング部材の下流側に設けられた潤滑剤供給手段と、潤滑剤供給手段の下流側に設けられた潤滑剤を延伸する均一化部材と、を有し、像担持体表面の移動方向において均一化部材の上流かつ潤滑剤供給手段の下流における潤滑剤の存在量が、1.2mg/mよりも少ないことを特徴とするものである。
請求項1あるいは13の発明によれば、潤滑剤塗布量不足による像担持体トルクの上昇を防止し、色ずれを生じない高品質な画像形成装置あるいはプロセスカートリッジを提供することができるという効果がある。
請求項2あるいは14の発明によれば、潤滑剤塗布量過多による潤滑剤凝集体の成長を防止し、異常画像を生じない高品質な画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することができるという効果がある。
以下、本発明を画像形成装置であるフルカラーの複写機(以下、複写機100という)に適用した場合の実施形態について説明する。図1は、この複写機100の内部構成を示す概略構成図である。
胴内排紙型画像形成装置の略中央に画像形成部200が配置され、この画像形成部200のすぐ下方に給紙部400が配置されている。なお、必要に応じ別の給紙装置を下部に増設することができる。また、画像形成部200の上方には、排紙収納部80を隔てて原稿を読み取る、読み取り部300が配設されている。排紙収納部80には画像形成された記録媒体(以下、記録紙Pと言う)が排紙収納される。図1内の矢印Aは用紙の通紙経路を示している。
画像形成部200には、イエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(K)の各色の画像を形成するための4つの画像形成ユニット12Y,12M,12C,12Kが設けられている。画像形成ユニット12Y,12M,12C,12Kの上方には、無端ベルト状の中間転写体である中間転写ベルト41を有する中間転写ユニット4が配置されており、画像形成ユニット12Y,12M,12C,12Kの下側には露光装置10が設置されている。これら画像形成ユニットの番号に付したK,M,C,Yという添え字は扱うトナーの色と対応させているものである。以下、特に扱うトナーの色を区別しないときには単に「画像形成ユニット12」といい、他の部材についても同様である。
ドラム状をした像担持体である感光体1の周囲に、感光体1の表面に帯電処理を行う帯電装置2、画像情報を感光体表面にレーザ光で照射する露光装置10、感光体1の表面に露光されて形成された静電潜像を可視化する現像装置3が備えられている。さらに、現像装置3で可視化されたトナー像を中間転写ベルト41に転写する一次転写ローラ13が中間転写ベルト41を挟んで感光体1に対向して配置されている。そして、転写後の感光体1表面に残留するトナーを除去回収する感光体クリーニング装置6、潤滑剤被塗布面である感光体1表面の摩擦係数を下げるための感光体潤滑剤塗布装置7が備えられている。
中間転写ユニット4の左側には、複数の感光体1上でそれぞれ現像されたトナー像を重ね合わせる中間転写ベルト41上のトナー像を、記録紙Pに転写する2次転写ローラ51を備えた二次転写装置5が配置されている。また、転写後の中間転写ベルト41表面に残留するトナーを除去回収する中間転写体クリーニング装置46、潤滑剤被塗布面としての中間転写ベルト41表面の摩擦係数を下げるための中間転写体潤滑剤塗布装置47が備えられている。
二次転写ローラ51にトナーが付着すると記録紙Pの裏汚れの原因となるので、二次転写ローラ51表面に付着したトナーを除去回収する二次転写部材クリーニング装置56が配置されている。さらに、潤滑剤被塗布面としての二次転写ローラ51の摩擦係数を下げるための二次転写部材潤滑剤塗布装置57が備えられている。
二次転写装置5でトナー像を得た記録紙P上のトナーを定着処理する定着装置8が用紙の搬送経路での下流に配置されている。定着装置8を通過した用紙は排紙ローラ9を経て排紙収納部80排紙収納される。
メンテナンスを容易にするため、画像形成ユニット12は、感光体1、帯電装置2、現像装置3、感光体クリーニング装置6等をプロセスカートリッジとして1つのユニットに組み込み、複写機100本体に対して着脱可能としている。
また、同様の理由から中間転写体クリーニング装置46と中間転写体潤滑剤塗布装置47とを一つのユニット内に収容し、中間転写ベルト41に対して着脱可能としている。また、中間転写ユニット4を、中間転写体クリーニング装置46、中間転写体潤滑剤塗布装置47及び中間転写ベルト41を1つのユニットに組み込み、複写機100本体に対して着脱可能としてもよい。
さらに、二次転写部材クリーニング装置56と二次転写部材潤滑剤塗布装置57と二次転写ローラ51とを一体的に収容し、複写機100本体に対して着脱可能としている。
給紙部400においては、未使用の記録紙Pが収容されており、給紙ローラ42の回転により、一番上の記録紙Pは給紙カセット40から送り出され、レジストローラ11へと搬送される。レジストローラ11は用紙の搬送を一時止め、中間転写ベルト41表面のトナー像と用紙の先端との位置関係が所定の位置になるよう、タイミングをとって回転が開始するよう制御される。
読み取り部300では、コンタクトガラス302上に載置される原稿(不図示)の読み取り走査を行うために、原稿照明用光源とミラーよりなる読み取り走行体301が往復移動する。この読み取り走行体301により走査された画像情報は、レンズ303の後方に設置されているCCD304に画像信号として読み込まれる。この読み込まれた画像信号は、デジタル化され画像処理される。画像処理された信号に基づいて、露光装置10のレーザダイオード(不図示)の発光により感光体1の表面に静電潜像が形成される。レーザダイオードからの光信号は、公知ポリゴンミラーやレンズを介して感光体1に至る。
図2は複写機100の部分拡大図である。図2中の矢印Bは感光体1の回転方向を示している。帯電装置2は主に帯電部材21と、それを感光体1に所定の圧力で加圧する帯電付勢部材22からなる。帯電部材21は、導電性のシャフトの周りに導電性弾性層を有する。電圧印加装置(不図示)により導電性シャフトを介して導電性弾性層と感光体1との空隙に所定の電圧を印加し、感光体1表面に電荷を付与する。現像装置3では、撹拌スクリュ33により現像剤を十分撹拌して、現像剤を現像ローラ31に磁気的に付着させる。付着した現像剤は現像ドクタ32により現像ローラ31上に薄層化される。薄層化された現像剤により感光体1上の静電潜像を顕像化する。顕像化されたトナー像は転写バイアスローラである一次転写ローラ13により電気的に中間転写ベルト41上に付着する。中間転写ベルト41上に転写されなかった残留トナーは感光体クリーニング装置6の感光体クリーニングブレード61により感光体1から除去される。
感光体クリーニング装置6の感光体1の表面移動方向下流側には感光体潤滑剤塗布装置7が設置されている。感光体クリーニングブレード61の下流側には、潤滑剤塗布部材71が設けられており、さらに下流側には潤滑剤均しブレード74が設けられている。感光体クリーニングブレード61の下流側に潤滑剤塗布部材71を設けることにより、感光体1上の残留トナーの上から潤滑剤が塗布されることを防止することができる。また、潤滑剤塗布部材71の下流側に潤滑剤均しブレード74を設けることにより感光体1表面上の潤滑剤を層状にすることができる。感光体1に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布部材71は金属シャフトにブラシを巻きつけローラ状に形成されている。固形潤滑剤72は付勢部材73により潤滑剤塗布部材71に付勢されており、潤滑剤塗布部材71を回転させることで固形潤滑剤72を微粉状に削り取り、感光体1の表面に潤滑剤を塗布する。潤滑剤塗布部材71は感光体1と同方向に回転する。感光体1に塗布された粉末の潤滑剤は均し部材としての均しブレード74により感光体1の表面上に圧着・伸展される。
上記固形潤滑剤としては、乾燥した固体疎水性潤滑剤を用いることが可能であり、ステアリン酸亜鉛の他にも、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸鉛、ステアリン酸鉄、ステアリン酸ニッケル、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸銅、ステアリン酸ストロンチウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸カドミウム、ステアリン酸マグネシウムなどのステアリン酸基を持つものを用いることができる。また、同じ脂肪酸基であるオレイン酸亜鉛、オレイン酸マンガン、オレイン酸鉄、オレイン酸コバルト、オレイン酸鉛、オレイン酸マグネシウム、オレイン酸銅、や、パルチミン酸、亜鉛パルチミン酸コバルト、パルチミン酸銅、パルチミン酸マグネシウム、パルチミン酸アルミニウム、パルチミン酸カルシウムを用いてもよい。他にも、カプリル酸鉛、カプロン酸鉛、リノレン酸亜鉛、リノレン酸コバルト、リノレン酸カルシウム、及びリコリノレン酸カドミウム等の脂肪酸、脂肪酸の金属塩なども使用できる。さらに、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックス、木ろう、オオバ油、みつろう、ラノリンなどのワックス等も使用できる。
現像装置10で使用するトナーは、体積平均粒径3〜8μmであり、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲にあることが好ましい。小粒径のトナーを用いることで、潜像に対して緻密にトナーを付着させることができる。しかしながら、本発明の範囲よりも体積平均粒径が小さい場合、二成分現像剤では現像装置における長期の攪拌において磁性キャリアの表面にトナーが融着し、磁性キャリアの帯電能力を低下させ、一成分現像剤として用いた場合には、現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化する為のブレード等の部材へのトナーの融着を発生させやすくなる。逆に、トナーの体積平均粒径が本発明の範囲よりも大きい場合には、高解像で高画質の画像を得ることが難しくなると共に、現像剤中のトナーの収支が行われた場合にトナーの粒径の変動が大きくなる場合が多い。また、粒径分布を狭くすることで、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、転写率を高くすることができる。しかしながら、Dv/Dnが1.40を超えると、帯電量分布が広くなり、解像力も低下するため好ましくない。なお、トナーの平均粒径及び粒度分布は、コールターカウンターTA−II、コールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)を用いて測定することができる。本発明においてはコールターカウンターTA−II型を用い個数分布、体積分布を出力するインターフェイス(日科技研社製)及びパーソナルコンピュータ(PC9801:NEC社製)に接続し、測定した。
クリーニングブレード33もしくは43を搭載することの効果が大きく得られる画像形成装置は、現像装置10で使用するトナーが、平均円形度0.93以上と円形度の高いトナーである場合である。円形度の高いトナーは、ブレード方式のクリーニングでは像担持体とクリーニングブレードの隙間に入り込み、すり抜けやすい。クリーニングブレード33もしくは43の像担持体に対する当接圧を上げると、像担持体のダメージが大きくなる。また、ブラシローラにトナーの帯電極性とは逆極性のバイアスを印加し、静電的にトナーを回収する方法においても、ブラシローラからのトナーの除去が困難なことから、徐々に静電的なトナー除去能力が低下する傾向にある。
しかしながら、クリーニングブレード33もしくは43により、上記のような平均円形度の高いトナーを用いる場合であっても、以下のようにして効率よく像担持体表面をクリーニングすることができる。
なお、トナーの平均円形度は、光学的に粒子を検知して、投影面積の等しい相当円の周囲長で除した値である。具体的には、フロー式粒子像分析装置(FPIA−2000;シスメックス社製)を用いて測定を行う。所定の容器に、予め不純固形物を除去した水100〜150mLを入れ、分散剤として界面活性剤0.1〜0.5mLを加え、さらに、測定試料0.1〜9.5g程度を加える。試料を分散した懸濁液を超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、分散液濃度を3,000〜10,000個/μLにしてトナーの形状及び分布を測定する。
また、画像形成装置で使用するトナーは、形状係数SF−1が100〜180の範囲にあり、形状係数SF−2が100〜180の範囲にあることが好ましい。
図3(a)、(b)は、形状係数SF−1、形状係数SF−2を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。形状係数SF−1は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式(1)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる形状の最大長MXLNGの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
SF−1={(MXLNG)/AREA}×(100π/4)
・・・式(1)
SF−1の値が100の場合トナーの形状は真球となり、SF−1の値が大きくなるほど不定形になる。
また、形状係数SF−2は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式(2)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる図形の周長PERIの二乗を図形面積AREAで除して、100/4πを乗じた値である。
SF−2={(PERI)/AREA}×(100/4π)
・・・式(2)
SF−2の値が100の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、SF−2の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと像担持体との接触が点接触に近くなるために、トナー同士の吸着力は弱くなり従って流動性が高くなり、また、トナーと感光体1との吸着力も弱くなって、転写率は高くなる。一方、球形トナーはクリーニングブレード8aと感光体1との間隙に入り込みやすいため、トナーの形状係数SF−1又はSF−2はある程度大きい方がよい。また、SF−1とSF−2が大きくなると、画像上にトナーが散ってしまい画像品位が低下する。このために、SF−1とSF−2は180を越えない方が好ましい。
なお、形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡(S−800:日立製作所製)でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置(LUSEX3:ニレコ社製)に導入して解析して計算した。
また、画像形成装置に好適に用いられるトナーは、例えば、少なくとも、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤、離型剤とを有機溶媒中に分散させたトナー材料液を、水系溶媒中で架橋及び/又は伸長反応させて得られるトナーである。以下に、トナーの構成材料及び製造方法の例を挙げて説明する。
(変性ポリエステル)
トナーはバインダ樹脂として変性ポリエステル(i)を含む。変性ポリエステル(i)としては、ポリエステル樹脂中にエステル結合以外の結合基が存在したり、またポリエステル樹脂中に構成の異なる樹脂成分が共有結合、イオン結合などで結合した状態をさす。具体的には、ポリエステル末端に、カルボン酸基、水酸基と反応するイソシアネート基などの官能基を導入し、さらに活性水素含有化合物と反応させ、ポリエステル末端を変性したものを指す。
変性ポリエステル(i)としては、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との反応により得られるウレア変性ポリエステルなどが挙げられる。イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)としては、多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の重縮合物で、かつ活性水素基を有するポリエステルを、さらに多価イソシアネート化合物(PIC)と反応させたものなどが挙げられる。上記ポリエステルの有する活性水素基としては、水酸基(アルコール性水酸基及びフェノール性水酸基)、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基などが挙げられ、これらのうち好ましいものはアルコール性水酸基である。
ウレア変性ポリエステルは、以下のようにして生成される。
多価アルコール化合物(PO)としては、2価アルコール(DIO)および3価以上の多価アルコール(TO)が挙げられ、(DIO)単独、または(DIO)と少量の(TO)との混合物が好ましい。2価アルコール(DIO)としては、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。3価以上の多価アルコール(TO)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
多価カルボン酸(PC)としては、2価カルボン酸(DIC)および3価以上の多価カルボン酸(TC)が挙げられ、(DIC)単独、および(DIC)と少量の(TC)との混合物が好ましい。2価カルボン酸(DIC)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸など);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸など);芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸など)などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。3価以上の多価カルボン酸(TC)としては、炭素数9〜20の芳香族多価カルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)などが挙げられる。なお、多価カルボン酸(PC)としては、上述のものの酸無水物または低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いて多価アルコール(PO)と反応させてもよい。
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、通常2/1〜1/1、好ましくは1.5/1〜1/1、さらに好ましくは1.3/1〜1.02/1である。
多価イソシアネート化合物(PIC)としては、脂肪族多価イソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエートなど);脂環式ポリイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネートなど);芳香族ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなど);芳香脂肪族ジイソシアネート(α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなど);イソシアネート類;前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの;およびこれら2種以上の併用が挙げられる。
多価イソシアネート化合物(PIC)の比率は、イソシアネート基[NCO]と、水酸基を有するポリエステルの水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、通常5/1〜1/1、好ましくは4/1〜1.2/1、さらに好ましくは2.5/1〜1.5/1である。[NCO]/[OH]が5を超えると低温定着性が悪化する。[NCO]のモル比が1未満では、ウレア変性ポリエステルを用いる場合、そのエステル中のウレア含量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の多価イソシアネート化合物(PIC)構成成分の含有量は、通常0.5〜40wt%、好ましくは1〜30wt%、さらに好ましくは2〜20wt%である。0.5wt%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。また、40wt%を超えると低温定着性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の1分子当たりに含有されるイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
次に、ポリエステルプレポリマー(A)と反応させるアミン類(B)としては、2価アミン化合物(B1)、3価以上の多価アミン化合物(B2)、アミノアルコール(B3)、アミノメルカプタン(B4)、アミノ酸(B5)、およびB1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)などが挙げられる。
2価アミン化合物(B1)としては、芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタンなど);脂環式ジアミン(4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど);および脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)などが挙げられる。3価以上の多価アミン化合物(B2)としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。アミノアルコール(B3)としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。アミノメルカプタン(B4)としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどが挙げられる。アミノ酸(B5)としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。B1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)としては、前記B1〜B5のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリジン化合物などが挙げられる。これらアミン類(B)のうち好ましいものは、B1およびB1と少量のB2の混合物である。
アミン類(B)の比率は、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中のイソシアネート基[NCO]と、アミン類(B)中のアミノ基[NHx]の当量比[NCO]/[NHx]として、通常1/2〜2/1、好ましくは1.5/1〜1/1.5、さらに好ましくは1.2/1〜1/1.2である。[NCO]/[NHx]が2を超えたり1/2未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
また、ウレア変性ポリエステル中には、ウレア結合と共にウレタン結合を含有していてもよい。ウレア結合含有量とウレタン結合含有量のモル比は、通常100/0〜10/90であり、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは、60/40〜30/70である。ウレア結合のモル比が10%未満では、耐ホットオフセット性が悪化する。
変性ポリエステル(i)は、ワンショット法、プレポリマー法により製造される。変性ポリエステル(i)の重量平均分子量は、通常1万以上、好ましくは2万〜1000万、さらに好ましくは3万〜100万である。この時のピーク分子量は1000〜10000が好ましく、1000未満では伸長反応しにくくトナーの弾性が少なくその結果耐ホットオフセット性が悪化する。また10000を超えると定着性の低下や粒子化や粉砕において製造上の課題が高くなる。変性ポリエステル(i)の数平均分子量は、後述の変性されていないポリエステル(ii)を用いる場合は特に限定されるものではなく、前記重量平均分子量とするのに得やすい数平均分子量でよい。(i)単独の場合は、数平均分子量は、通常20000以下、好ましくは1000〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。20000を超えると低温定着性及びフルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
変性ポリエステル(i)を得るためのポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との架橋及び/又は伸長反応には、必要により反応停止剤を用い、得られるウレア変性ポリエステルの分子量を調整することができる。反応停止剤としては、モノアミン(ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミンなど)、およびそれらをブロックしたもの(ケチミン化合物)などが挙げられる。
なお、生成するポリマーの分子量は、THFを溶媒としゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて測定することができる。(未変性ポリエステル)
前記変性されたポリエステル(i)単独使用だけでなく、この(i)と共に、未変性ポリエステル(ii)をバインダ樹脂成分として含有させることもできる。(ii)を併用することで、低温定着性及びフルカラー装置に用いた場合の光沢性が向上し、単独使用より好ましい。(ii)としては、前記(i)のポリエステル成分と同様な多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)との重縮合物などが挙げられ、好ましいものも(i)と同様である。また、(ii)は無変性のポリエステルだけでなく、ウレア結合以外の化学結合で変性されているものでもよく、例えばウレタン結合で変性されていてもよい。(i)と(ii)は少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。従って、(i)のポリエステル成分と(ii)は類似の組成が好ましい。(ii)を含有させる場合の(i)と(ii)の重量比は、通常5/95〜80/20、好ましくは5/95〜30/70、さらに好ましくは5/95〜25/75、特に好ましくは7/93〜20/80である。(i)の重量比が5%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。
(ii)のピーク分子量は、通常1000〜10000、好ましくは2000〜8000、さらに好ましくは2000〜5000である。1000未満では耐熱保存性が悪化し、10000を超えると低温定着性が悪化する。(ii)の水酸基価は5以上であることが好ましく、さらに好ましくは10〜120、特に好ましくは20〜80である。5未満では耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。(ii)の酸価は1〜5が好ましく、より好ましくは2〜4である。ワックスに高酸価ワックスを使用するため、バインダは低酸価バインダが帯電や高体積抵抗につながるので二成分系現像剤に用いるトナーにはマッチしやすい。
バインダ樹脂のガラス転移点(Tg)は通常35〜70℃、好ましくは55〜65℃である。35℃未満ではトナーの耐熱保存性が悪化し、70℃を超えると低温定着性が不十分となる。ウレア変性ポリエステルは、得られるトナー母体粒子の表面に存在しやすいため、本発明のトナーにおいては、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。
なお、ガラス転移点(Tg)は、示差走査熱量計(DSC)によって測定することができる。
(着色剤)
着色剤としては、公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15重量%、好ましくは3〜10重量%である。
着色剤は樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。マスターバッチの製造、またはマスターバッチとともに混練されるバインダ樹脂としては、ポリスチレン、ポリ−p−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の重合体、あるいはこれらとビニル化合物との共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが挙げられ、単独あるいは混合して使用できる。
(荷電制御剤)
荷電制御剤としては公知のものが使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY
VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4級アンモニウム塩のコピーチャージ
NEG
VP2036、コピーチャージ
NX
VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
荷電制御剤の使用量は、バインダ樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダ樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5重量部の範囲がよい。10重量部を超える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、荷電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電気的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
(離型剤)
離型剤としては、融点が50〜120℃の低融点のワックスが、バインダ樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に定着ローラとトナー界面との間で働き、これにより定着ローラにオイルの如き離型剤を塗布することなく高温オフセットに対し効果を示す。このようなワックス成分としては、以下のものが挙げられる。ロウ類及びワックス類としては、カルナバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス、ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス、オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス、及びおよびパラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス等が挙げられる。また、これら天然ワックスの外に、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス、エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙げられる。さらに、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド及び、低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ−n−ステアリルメタクリレート、ポリ−n−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等)等、側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子等も用いることができる。
荷電制御剤、離型剤はマスターバッチ、バインダ樹脂とともに溶融混練することもできるし、もちろん有機溶剤に溶解、分散する際に加えても良い。
(外添剤)
トナー粒子の流動性や現像性、帯電性を補助するための外添剤として、無機微粒子が好ましく用いられる。この無機微粒子の一次粒子径は、5×10−3〜2μmであることが好ましく、特に5×10−3〜0.5μmであることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500m2/gであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01〜5wt%であることが好ましく、特に0.01〜2.0wt%であることが好ましい。
無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。中でも、流動性付与剤としては、疎水性シリカ微粒子と疎水性酸化チタン微粒子を併用するのが好ましい。特に両微粒子の平均粒径が5×10−2μm以下のものを使用して攪拌混合を行った場合、トナーとの静電力、ファンデルワールス力は格段に向上することより、所望の帯電レベルを得るために行われる現像装置内部の攪拌混合によっても、トナーから流動性付与剤が脱離することなく、ホタルなどが発生しない良好な画像品質が得られて、さらに転写残トナーの低減が図られる。
酸化チタン微粒子は、環境安定性、画像濃度安定性に優れている反面、帯電立ち上がり特性の悪化傾向にあることより、酸化チタン微粒子添加量がシリカ微粒子添加量よりも多くなると、この副作用の影響が大きくなることが考えられる。しかし、疎水性シリカ微粒子及び疎水性酸化チタン微粒子の添加量が0.3〜1.5wt%の範囲では、帯電立ち上がり特性が大きく損なわれず、所望の帯電立ち上がり特性が得られ、すなわち、コピーの繰り返しを行っても、安定した画像品質が得られる。
(トナーの製造方法)
次に、トナーの製造方法について説明する。ここでは、好ましい製造方法について示すが、これに限られるものではない。
1)着色剤、未変性ポリエステル、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー、離型剤を有機溶媒中に分散させトナー材料液を作る。
有機溶媒は、沸点が100℃未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい。具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー100重量部に対し、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100重量部、さらに好ましくは25〜70重量部である。
2)トナー材料液を界面活性剤、樹脂微粒子の存在下、水系媒体中で乳化させる。
水系媒体は、水単独でも良いし、アルコール(メタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などの有機溶媒を含むものであってもよい。
トナー材料液100重量部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。50重量部未満ではトナー材料液の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。20000重量部を超えると経済的でない。
また、水系媒体中の分散を良好にするために、界面活性剤、樹脂微粒子等の分散剤を適宜加える。
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルなどのアニオン性界面活性剤、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウムなどの4級アンモニウム塩型のカチオン性界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやN−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムべタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
また、フルオロアルキル基を有する界面活性剤を用いることにより、非常に少量でその効果をあげることができる。好ましく用いられるフルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤としては、炭素数2〜10のフルオロアルキルカルボン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[ω−フルオロアルキル(C6〜C11)オキシ]−1−アルキル(C3〜C4)スルホン酸ナトリウム、3−[ω−フルオロアルカノイル(C6〜C8)−N−エチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜C20)カルボン酸及び金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜C13)及びその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜C12)スルホン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、N−プロピル−N−(2−ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜C10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜C16)エチルリン酸エステルなどが挙げられる。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102(ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などが挙げられる。
また、カチオン性界面活性剤としては、フルオロアルキル基を右する脂肪族1級、2級もしくは2級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6−C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩などの脂肪族4級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩、商品名としてはサーフロンS−121(旭硝子社製)、フロラードFC−135(住友3M社製)、ユニダインDS−202(ダイキンエ業杜製)、メガファックF−150、F−824(大日本インキ社製)、エクトップEF−132(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−300(ネオス社製)などが挙げられる。
樹脂微粒子は、水系媒体中で形成されるトナー母体粒子を安定化させるために加えられる。このために、トナー母体粒子の表面上に存在する被覆率が10〜90%の範囲になるように加えられることが好ましい。例えば、ポリメタクリル酸メチル微粒子1μm、及び3μm、ポリスチレン微粒子0.5μm及び2μm、ポリ(スチレン―アクリロニトリル)微粒子1μm、商品名では、PB−200H(花王社製)、SGP(総研社製)、テクノポリマーSB(積水化成品工業社製)、SGP−3G(総研社製)、ミクロパール(積水ファインケミカル社製)等がある。
また、リン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等の無機化合物分散剤も用いることができる。
上記樹脂微粒子、無機化合物分散剤と併用して使用可能な分散剤として、高分子系保護コロイドにより分散液滴を安定化させても良い。例えばアクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマール酸、マレイン酸または無水マレイン酸などの酸類、あるいは水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体、例えばアクリル酸−β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸−β−ヒドロキシエチル、アクリル酸−β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−3−クロロ2−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドなど、ビニルアルコールまたはビニルアルコールとのエーテル類、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテルなど、またはビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニルなど、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドあるいはこれらのメチロール化合物、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどの酸クロライド類、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミンなどの含窒素化合物、またはその複素環を有するものなどのホモポリマーまたは共重合体、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステルなどのポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類などが使用できる。
分散の方法としては特に限定されるものではないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波などの公知の設備が適用できる。この中でも、分散体の粒径を2〜20μmにするために高速せん断式が好ましい。高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は特に限定はないが、通常1000〜30000rpm、好ましくは5000〜20000rpmである。分散時間は特に限定はないが、バッチ方式の場合は、通常0.1〜5分である。分散時の温度としては、通常、0〜150℃(加圧下)、好ましくは40〜98℃である。
3)乳化液の作製と同時に、アミン類(B)を添加し、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)との反応を行わせる。
この反応は、分子鎖の架橋及び/又は伸長を伴う。反応時間は、ポリエステルプレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)との反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは2〜24時間である。反応温度は、通常、0〜150℃、好ましくは40〜98℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどが挙げられる。
4)反応終了後、乳化分散体(反応物)から有機溶媒を除去し、洗浄、乾燥してトナー母体粒子を得る。
有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に層流の攪拌状態で昇温し、一定の温度域で強い攪拌を与えた後、脱溶媒を行うことで紡錘形のトナー母体粒子が作製できる。また、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能な物を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗するなどの方法によって、トナー母体粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
5)上記で得られたトナー母体粒子に、荷電制御剤を打ち込み、ついで、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子等の無機微粒子を外添させ、トナーを得る。
荷電制御剤の打ち込み、及び無機微粒子の外添は、ミキサー等を用いた公知の方法によって行われる。
これにより、小粒径であって、粒径分布のシャープなトナーを容易に得ることができる。さらに、有機溶媒を除去する工程で強い攪拌を与えることで、真球状からラクビーボール状の間の形状を制御することができ、さらに、表面のモフォロジーも滑らかなものから梅干形状の間で制御することができる。
また、トナーの形状は略球形状であり、以下の形状規定によって表すことができる。
図4(a)〜(c)は、トナーの形状を模式的に示す図である。図4において、略球形状のトナーを長軸r1、短軸r2、厚さr3(但し、r1≧r2≧r3とする。)で規定するとき、トナーは、短軸と長軸との比(r2/r1)(図4(b)参照)が0.5〜1.0で、厚さと短軸との比(r3/r2)(図4(c)参照)が0.7〜1.0の範囲にあることが好ましい。短軸と長軸との比(r2/r1)が0.5未満では、真球形状から離れるためにドット再現性及び転写効率が劣り、高品位な画質が得られなくなる。また、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7未満では、扁平形状に近くなり、球形トナーのような高転写率は得られなくなる。特に、厚さと短軸との比(r3/r2)が1.0では、長軸を回転軸とする回転体となり、トナーの流動性を向上させることができる。
なお、r1、r2、r3は、走査型電子顕微鏡(SEM)で、視野の角度を変えて写真を撮り、観察しながら測定した。
以上によって製造されたトナーは、磁性キャリアを使用しない1成分系の磁性トナー或いは、非磁性トナーとしても用いることができる。
また、2成分系現像剤に用いる場合には、磁性キャリアと混合して用いれば良く、磁性キャリアとしては、鉄、マグネタイト、Mn、Zn、Cu等の2価の金属を含むフェライトであって、体積平均粒径20〜100μmが好ましい。平均粒径が20μm未満では、現像時に感光体1にキャリア付着が生じやすく、100μmを越えると、トナーとの混合性が低く、トナーの帯電量が不十分で連続使用時の帯電不良等を生じやすい。また、Znを含むCuフェライトが飽和磁化が高いことから好ましいが、画像形成装置のプロセスにあわせて適宜選択することができる。磁性キャリアを被覆する樹脂としては、特に限定されないが、例えばシリコーン樹脂、スチレン−アクリル樹脂、含フッ素樹脂、オレフィン樹脂等がある。その製造方法は、コーティング樹脂を溶媒中に溶解し、流動層中にスプレーしコア上にコーティングしても良く、また、樹脂粒子を静電気的に核粒子に付着させた後に熱溶融させて被覆するものであってもよい。被覆される樹脂の厚さは、0.05〜10μm、好ましくは0.3〜4μmがよい。
以上、本実施の画像形成装置によれば、像担持体表面の移動方向において均一化部材の上流かつ潤滑剤供給手段の下流における潤滑剤の存在量が、0.11mg/m以上である。よって、潤滑剤塗布量不足による感光体トルクの上昇を防止し、色ずれを生じない高品質な画像を形成できる。
また、像担持体表面の移動方向において均一化部材の上流かつ潤滑剤供給手段の下流における潤滑剤の存在量が、1.2mg/m以下である。よって、潤滑剤塗布量過多による潤滑剤凝集体の成長を防止し、異常画像を生じない高品質な画像を形成できる。
また、均一化部材はエラストマーから成るので、均一化部材下流に配置されている部材や機内の汚染を軽減し、高品質な画像を形成できる。
さらに、エラストマーはウレタンゴムであるので、経時の劣化を軽減し、長期に亘って品質を維持できる。
さらに、前記ウレタンゴムはシート状に形成され、そのエッジ部にて均一化するよう設置されているので、部品精度のばらつきに対して安定して機能し、品質のよい画像を形成できる。
さらに、前記ウレタンゴムシートの当接方式が、トレーリング方式であるので、均一化部材下流に配置されている部材や機内の汚染を軽減し、高品質な画像を形成できる。
また、潤滑剤は、脂肪酸金属塩であって、前記脂肪酸金属塩の金属が、亜鉛、鉄、カルシウム、アルミニウム、リチウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、セリウム、チタン、ジルコニウム、鉛、マンガンの中から選択される金属であり、前記脂肪酸金属塩の脂肪酸が、ラウリル酸、ステアリン酸、パルミチン酸、ミステリン酸、オレイン酸の中から選択される少なくとも1以上の脂肪酸であるので、被塗布部材を安定して保護することができる。
本実施形態にかかる複写機の概略構成図。 実施例1にかかる画像形成ユニットの概略構成図。 (a)形状係数SF−1を説明するためにトナー形状を模式的に表した説明図。 (b)形状係数SF−2を説明するためにトナー形状を模式的に表した説明図。 (a)トナーの形状を座標軸x、y、z上に示す模式図。 (b)トナーの形状を座標軸x、z上に示す模式図。 (c)トナーの形状を座標軸y、z上に示す模式図。
符号の説明
1 感光体
2 帯電装置
3 現像装置
4 中間転写ユニット
5 二次転写装置
6 感光体クリーニング装置
7 感光体潤滑剤塗布装置
8 定着装置
9 排紙ローラ
10 露光装置
11 レジストローラ
12 画像形成ユニット
13 一次転写ローラ
21 帯電部材
40 給紙カセット
41 中間転写ベルト
61 感光体クリーニングブレード
71 潤滑剤塗布部材
72 固形潤滑剤
73 付勢部材
74 均しブレード
75 弾性部材
76 支持部材
77 ケーシング
80 排紙収納部
100 複写機
200 画像形成部
300 読み取り部
400 給紙部

Claims (14)

  1. 像担持体と、像担持体上に画像情報に応じたトナー像を形成するトナー象形成手段と、形成されたトナー像が像担持体上から転写された後に像担持体上に残留するトナー粒子を除去するクリーニング部材と、を有し、像担持体上に形成されたトナー像を転写することによって画像を形成する画像形成装置において、
    像担持体表面の移動方向においてクリーニング部材の下流側に設けられた像担持体表面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段と、像担持体表面の移動方向において潤滑剤供給手段の下流側に設けられた像担持体表面の潤滑剤を延伸する均一化部材と、を有し、像担持体表面の移動方向において均一化部材の上流かつ潤滑剤供給手段の下流における潤滑剤の存在量が、0.11mg/m以上であることを特徴とする画像形成装置。
  2. 像担持体と、像担持体上に画像情報に応じたトナー像を形成するトナー象形成手段と、形成されたトナー像が像担持体上から転写された後に像担持体上に残留するトナー粒子を除去するクリーニング部材と、を有し、像担持体上に形成されたトナー像を転写することによって画像を形成する画像形成装置において、
    像担持体表面の移動方向においてクリーニング部材の下流側に設けられた像担持体表面に潤滑剤を供給する潤滑剤供給手段と、像担持体表面の移動方向において潤滑剤供給手段の下流側に設けられた像担持体表面の潤滑剤を延伸する均一化部材と、を有し、像担持体表面の移動方向において均一化部材の上流かつ潤滑剤供給手段の下流における潤滑剤の存在量が、1.2mg/m以下であることを特徴とする画像形成装置。
  3. 請求項1又は2の画像形成装置において、
    前記均一化部材はエラストマーから成ることを特徴とした画像形成装置。
  4. 請求項3の画像形成装置において、
    前記エラストマーはウレタンゴムであることを特徴とした画像形成装置。
  5. 請求項4の画像形成装置において、
    前記ウレタンゴムはシート状に形成され、そのエッジ部にて均一化するよう設置されていることを特徴とした画像形成装置。
  6. 請求項5の画像形成装置において、
    前記ウレタンゴムシートの当接方式が、トレーリング方式であることを特徴とした画像形成装置。
  7. 請求項1乃至6の何れか一の画像形成装置において、
    前記潤滑剤は、脂肪酸金属塩であって、前記脂肪酸金属塩の金属が、亜鉛、鉄、カルシウム、アルミニウム、リチウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、セリウム、チタン、ジルコニウム、鉛、マンガンの中から選択される金属であり、前記脂肪酸金属塩の脂肪酸が、ラウリル酸、ステアリン酸、パルミチン酸、ミステリン酸、オレイン酸の中から選択される少なくとも1以上の脂肪酸であることを特徴とする画像形成装置。
  8. 請求項1乃至7の何れか一の画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、体積平均粒径が10μm以下で、体積平均粒径と個数平均粒径との比(分散度)が、1.00ないし1.40の範囲にあるトナーを用いることを特徴とする画像形成装置。
  9. 請求項8の画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、平均円形度が0.93ないし1.00の範囲にあるトナーを用いることを特徴とする画像形成装置。
  10. 請求項8又は9の画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、SF−1が100ないし180であって、SF−2が100ないし180の範囲にあるトナーを用いることを特徴とする画像形成装置。
  11. 請求項8乃至10のいずれか一の画像形成装置において、
    前記画像形成装置は、外観形状がほぼ球形状であって、短軸と長軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0の範囲で、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲であって、長軸r1≧短軸r2≧厚さr3の関係を満足するトナーを用いることを特徴とする記載の画像形成装置。
  12. 請求項8乃至11のいずれか一の画像形成装置において、
    前記トナーは、少なくとも、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤、離型剤を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂微粒子の存在下で架橋及び/又は伸長反応させることを特徴とする画像形成装置。
  13. 画像形成装置に装着されるカートリッジであって、
    像担持体と、クリーニング部材と、像担持体表面の移動方向においてクリーニング部材の下流側に設けられた潤滑剤供給手段と、潤滑剤供給手段の下流側に設けられた潤滑剤を延伸する均一化部材と、を有し、像担持体表面の移動方向において均一化部材の上流かつ潤滑剤供給手段の下流における潤滑剤の存在量が、0.11mg/mよりも多いことを特徴とするプロセスカートリッジ。
  14. 画像形成装置に装着されるカートリッジであって、
    像担持体と、クリーニング部材と、像担持体表面の移動方向においてクリーニング部材の下流側に設けられた潤滑剤供給手段と、潤滑剤供給手段の下流側に設けられた潤滑剤を延伸する均一化部材と、を有し、像担持体表面の移動方向において均一化部材の上流かつ潤滑剤供給手段の下流における潤滑剤の存在量が、1.2mg/mよりも少ないことを特徴とするプロセスカートリッジ。
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