JP7504695B2 - 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画像形成装置に関する。 The present invention relates to an image forming apparatus that uses an electrophotographic process, etc.
従来から、複写機やレーザープリンターなど、電子写真プロセスを用いて画像形成を行う画像形成装置が知られている。 Image forming devices that form images using electrophotographic processes, such as copying machines and laser printers, are known.
この画像形成装置は、転写工程として、像担持体としての感光ドラム対向部に配置された転写部材に電圧電源より電圧を印加することで、感光ドラム表面に形成されたトナー像を中間転写体や記録材上に静電転写する。複数色のトナー像を形成する場合は、この転写工程を、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、中間転写体や記録材表面に複数色のトナー像を形成する。感光ドラムから中間転写体や記録材に転写されなかった現像剤(トナー)は、クリーニング部材によって感光ドラム上から除去され、クリーニングユニット内の廃トナー収容部に廃トナーとして収容される。 In the transfer process, this image forming device applies a voltage from a voltage power source to a transfer member arranged opposite the photosensitive drum as an image carrier, thereby electrostatically transferring the toner image formed on the surface of the photosensitive drum onto an intermediate transfer body or recording material. When forming a toner image of multiple colors, this transfer process is repeatedly performed for the toner images of multiple colors, thereby forming a toner image of multiple colors on the surface of the intermediate transfer body or recording material. The developer (toner) that is not transferred from the photosensitive drum to the intermediate transfer body or recording material is removed from the photosensitive drum by a cleaning member and stored as waste toner in a waste toner storage section in the cleaning unit.
しかし、近年では、装置の小型化を目的として感光ドラム表面のクリーニングシステムを省略したクリーナレスシステムが提案されている。クリーナレスシステムを達成させるためには、感光ドラムから中間転写体へのトナー像の転写効率を向上させ、トナー像を転写部材によって転写した後に、感光ドラム表面に残留する転写残トナーを減らすことが好ましい。 However, in recent years, cleanerless systems have been proposed that omit the cleaning system for the photosensitive drum surface in order to reduce the size of the device. To achieve a cleanerless system, it is preferable to improve the transfer efficiency of the toner image from the photosensitive drum to the intermediate transfer body and reduce the amount of residual toner remaining on the photosensitive drum surface after the toner image is transferred by the transfer member.
特許文献1には、クリーナレスシステムの達成のために、感光ドラム表面に予め微粒子を付着させ、感光ドラムとトナー像の間に微粒子を介在させて感光ドラムとトナー間の付着力を低減して転写効率を向上させる構成が提案されている。
In order to achieve a cleanerless system,
さらに、特許文献1には、感光ドラム表面に微粒子を付着させる手段として、微粒子を外添したトナーを用いることで、現像装置から感光ドラム上に微粒子を供給する構成が提案されている。
Furthermore,
しかしながら、特許文献1のように、微粒子が感光ドラム表面に付着した状態で感光ドラムが回転すると、感光ドラム表面に付着した微粒子が感光ドラムに当接している部材の表面に移動することがあった。特に、感光ドラムの表面に形成されたトナー像が転写されるために、感光ドラムと接触している中間転写ベルトの表面にトナー像と共に微粒子が移動してしまうため、感光ドラムの表面に微粒子を保持することが困難であった。
However, as in
そこで、本発明は、感光ドラム表面に付着された微粒子を感光ドラムの表面から中間転写体に転写されることを抑制し、転写効率を向上させることを目的とする。 The present invention aims to prevent the fine particles attached to the surface of the photosensitive drum from being transferred from the surface of the photosensitive drum to the intermediate transfer body, thereby improving transfer efficiency.
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、トナー粒子及び前記トナー粒子の表面に付着するキャリア粒子により構成された現像剤を収容する現像剤収容部と、前記現像剤を担持し、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、を有し、前記像担持体が回転した状態で、前記現像部において、前記現像剤担持体の表面に担持され前記現像剤収容部に収容された前記キャリア粒子を前記像担持体の表面に供給することが可能な画像形成装置であって、前記像担持体を前記中間転写体に押圧する押圧力をF1、前記転写部において前記像担持体と前記中間転写体との間に介在する前記キャリア粒子の総数をN1、とした場合に、前記キャリア粒子を単位キャリア粒子当たりの押圧力であるF1/N1で前記中間転写体に押圧した際に測定される前記キャリア粒子と前記中間転写体との間に形成される付着力Fiと、前記キャリア粒子を前記F1/N1で前記像担持体に押圧した際に測定される前記キャリア粒子と前記像担持体との間に形成される付着力Fdr1と、の関係が、Fi<Fdr1を満たし、前記現像剤は、前記トナー粒子の表面に形成される凸部を有し、前記凸部上に前記キャリア粒子が配置され、隣接する前記凸部間の最近接距離を凸間隔Gとした場合、前記凸間隔Gの平均が前記キャリア粒子の平均粒径以下であることを特徴とする。 Therefore, the image forming apparatus according to the present invention has a rotatable image carrier, a developer container that contains a developer composed of toner particles and carrier particles adhering to the surfaces of the toner particles, a developer carrier that carries the developer and contacts the image carrier to form a development section and supplies the developer to the surface of the image carrier in the development section, and an intermediate transfer body that contacts the image carrier to form a transfer section and to which a toner image formed by the developer supplied to the surface of the image carrier is transferred in the transfer section, and the image forming apparatus is capable of supplying the carrier particles carried on the surface of the developer carrier and contained in the developer container to the surface of the image carrier in the development section while the image carrier is rotating, and pressing the image carrier against the intermediate transfer body. When a pressing force is F1 and a total number of the carrier particles interposed between the image carrier and the intermediate transfer body at the transfer portion is N1, an adhesive force Fi formed between the carrier particles and the intermediate transfer body, which is measured when the carrier particles are pressed against the intermediate transfer body with a pressing force per unit carrier particle, F1/N1, and an adhesive force Fdr1 formed between the carrier particles and the image carrier, which is measured when the carrier particles are pressed against the image carrier with F1/N1, satisfy a relationship of Fi<Fdr1, and the developer has convex portions formed on the surfaces of the toner particles, the carrier particles are arranged on the convex portions, and when a closest distance between adjacent convex portions is defined as a convex spacing G, an average of the convex spacing G is equal to or less than an average particle size of the carrier particles .
以上説明したように、本発明によれば、感光ドラム表面に付着された微粒子を感光ドラムの表面から中間転写体に転写されることを抑制し、転写効率を向上させることが出来る。 As described above, the present invention can prevent fine particles attached to the surface of the photosensitive drum from being transferred from the surface of the photosensitive drum to the intermediate transfer body, thereby improving transfer efficiency.
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.
1.画像形成装置
本発明は特に、像担持体のクリーニング手段を持たない、所謂、ドラムクリーナレス方式を用いた画像形成装置に関するものである。
1. Image Forming Apparatus The present invention particularly relates to an image forming apparatus using a so-called drum cleanerless system that does not have a cleaning means for an image carrier.
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100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
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、帯電手段である帯電ローラ2aと、露光ユニット3aと、現像器4a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
感光ドラム1aは矢印の方向に150mm/secの周速度(プロセススピード)で感光ドラム駆動部110によって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、直径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の薄膜層を用いた。
The
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(本実施形態では正規極性が負極性)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
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当接しており、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電圧電源120から所定の直流電圧が印加される。本実施例では、帯電ローラ2aは、直径φ5.5mmの金属軸上に、厚さが1.5mmで体積固有抵抗率が1×106Ωcm程度の導電性弾性体からなる弾性層を設けたものを使用している。そして、画像形成動作に応じて、制御部200は、帯電ローラ2aの回転軸に帯電電圧として-1050Vの直流電圧を印加して感光ドラム1aの表面を所定の電位である-500Vに帯電している。感光ドラム1aの表面電位の測定はトレック社製の表面電位計Model344で行った。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。また、帯電ローラ2aの表層には多数の凸部が設けられており、平均的な凸部の高さは10μm程度となっている。帯電ローラ2a表層に設けた凸部は、帯電部において帯電ローラ2aと感光ドラム1aとの間でスペーサーとしての役割を有している。後述する一次転写部において転写されずに感光ドラム1a上に残留したトナーである転写残トナーが帯電部に侵入した際に、凸部以外の箇所が転写残トナーに触れて帯電ローラ2aが転写残トナーで汚れることを抑制する役割である。
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。図2に示したように、露光ユニット3には、コントローラ202からインターフェース201を介して制御部200に入力し、画像処理された画像情報の時系列電気デジタル画素信号が入力する。本実施例では、露光ユニット3aで露光された後の静電潜像部の感光ドラム1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(現像剤担持体)としての現像ローラ41aと、トナーと後述する転写キャリア粒子から構成される非磁性一成分現像剤を備えている。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り、現像剤を収容する現像剤収容部である。現像ユニット4aと画像形成装置本体100は、図2に示したように現像ローラ41aと感光ドラム1aの当接離間(現像離間)状態を制御する当接離間機構40を備えている。制御部200は、画像形成動作等に応じて現像ローラ41aと感光ドラム1aを当接離間させる。現像ローラ41aと感光ドラム1aの当接時において、現像ローラ41aは200gfの押圧力で当接している。現像ローラ41aと感光ドラム1aとの当接部である現像ニップ部の幅は、感光ドラム1の回転方向における幅が2mm、感光ドラム長手方向における幅が220mmである。現像ローラ41aは、現像ニップ部において表面移動速度(以下、周速度)を感光ドラム1aの周速度と等速になるように、感光ドラム1aの表面移動方向と順方向に現像ローラ駆動部130によって回転駆動される。
The developing
除電手段としての前露光ユニット5aは、帯電ローラ2aによって感光ドラム1aの表面が帯電される前の感光ドラム1aの表面を露光することで除電する。感光ドラム1aの表面を除電することによって、感光ドラム1に形成された表面電位を均す役割や、帯電部で生じる放電による放電量を制御する役割を有する。
The
また、制御部200は、画像形成動作中の現像ローラ41aと感光ドラム1aの当接時に、現像電圧電源140から現像電圧Vdcとして-300Vの直流電圧を現像ローラ41aの芯金に印加するように制御する。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気力にて、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。
The
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。
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
続いて、制御部200について説明する。図2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。
Next, the
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であり、現像ローラ41a上に担持された際に負極性に帯電する。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。トナーに関しては詳細を後述する。
The toner in this embodiment is a negatively charged non-magnetic toner produced by suspension polymerization, has a volume average particle size of 7.0 μm, and is negatively charged when carried on the developing
中間転写体としての中間転写ベルト10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に対し等しい周速度で回転駆動される。一次転写部材としての一次転写ローラ14aには、画像形成動作中の一次転写時に一次転写電圧電源160から200Vの直流電圧が印加される。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と中間転写ベルト10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10の上に静電転写される。実施例1における中間転写ベルト10は、最大粗さRz=0.12μm以下とした。また、表層にアクリルコートを行い、表層の膜厚は2.3μmとした。
The
1次転写ローラ14aはΦ14mmの弾性ローラであり、芯金素材はSUS、弾性層の素材は発泡ウレタンとした。1次転写ローラ14aは、感光ドラム1aの中心位置に対して、中間転写ベルト10の移動方向の直下に配置されており、中間転写ベルト10を約220gfの力で押圧している。一次転写ローラ14aは中間転写ベルト10の回転に伴い従動して回転する。また、第2画像形成ステーションbに配置される一次転写ローラ14b、第3画像形成ステーションcに配置される一次転写ローラ14c、第4画像形成ステーションdに配置される一次転写ローラ14dについても、一次転写ローラ14aと同様の構成となる。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、中間転写ベルト10上に順次重ねて転写される。そして、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。
The
中間転写ベルト10上の4色のトナー像は、中間転写ベルト10と二次転写部材として二次転写ローラ15が形成する二次転写ニップ部を通過する二次転写工程の過程で、給紙手段50により給紙された記録材Pの表面に一括転写される。二次転写ローラ15は、中間転写ベルト10に対して、50Nの加圧力で当接して二次転写ニップ部を形成している。二次転写ローラ15は中間転写ベルト10に対して従動回転し、また、中間転写ベルト10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、二次転写電圧電源150より、1500Vの電圧が印加されている。
The four color toner images 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に導入される。定着器30により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10上に残ったトナーは、クリーニング装置17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
クリーニング装置17は、中間転写ベルト10の外周面に当接して中間転写ベルト10上に残ったトナーを掻き取り、中間転写ベルトクリーニング装置17内に回収するクリーニングブレードなどを有する。中間転写ベルトクリーニング装置17は、中間転写ベルト10のうち二次転写部よりも中間転写ベルト10の回転方向下流側で、中間転写ベルト10上に付着しているトナーを回収するように配置されている。
The
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。
2.現像剤、トナー、転写キャリア粒子
次に、本実施例で用いた現像剤、トナー、転写キャリア粒子について詳細を説明する。
Through the above operations, a full-color print image is formed.
2. Developer, Toner, and Transfer Carrier Particles Next, the developer, toner, and transfer carrier 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転写キャリア粒子である外添剤Aとの混合物を用いた。ここで、転写キャリア粒子とは、感光ドラム1上に現像されたトナー像と感光ドラム1との間に介在することで、トナー像と感光ドラム1との間の付着力を低減して、トナー像の一次転写効率を向上させる役割を有する粒子のことを言う。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 transfer carrier particles, is used as the developer. Here, the transfer carrier particles refer to particles that are present between the toner image developed on the
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3、図4、図5、図6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 3, 4, 5, and 6.
図3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. 3, 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4及び図6において、凸径Dと凸高さHは同じであり、図5において、凸径Dは凸高さHより大きくなる。 In Figures 4 and 6, the convex diameter D and the convex height H are the same, and in Figure 5, the convex diameter D is greater than the convex height H.
また、図6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 6 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6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6における凸幅WはW1とW2の合計となる。 In Figure 6, the convex width W is the total length of the organosilicon polymer in contact with the toner base particle surface. In other words, the convex width W in Figure 6 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、転写性が顕著に向上する。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く、長期使用においても高い転写性が維持される。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。H80が上記範囲であることで、転写性をより向上させることが出来る。 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 surface of the toner base particle and the transfer member, and the transferability is significantly improved. 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, and high transferability is maintained even during long-term use. 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 of the smallest convex heights H is H80, H80 is preferably 65 nm or more and 120 nm or less, and more preferably 75 nm or more and 100 nm or less. By setting H80 in the above range, the transferability can be further improved.
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、高い転写性を発揮させる。また、Rが大きいほど、転写性能は向上する傾向にある。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 transfer member and the external additive A, and high transferability is exhibited. In addition, the larger R is, the more the transferability tends to improve. On the other hand, when R is more than 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、転写性を良化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 30 nm, which is the minimum value, if R is 30 nm or more, a spacer effect can be exerted between the transfer member and the convexity, improving transferability. This is thought to be because the external additive A is substituted in places where there are no convexities due to the effects of detachment, etc., exerting the spacer effect. In other words, if R is less than 30 nm, the spacer effect is difficult to exert.
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り、凸部代替作用によって転写性をより向上させることが出来る。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 move easily on the surface of the toner particles, and the transferability can be further improved by the protrusion substitution effect. 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7は本実施例で用いた現像剤の拡大図である。図7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転写キャリア粒子である外添剤Aを配置したものになっている。 Figure 7 is an enlarged view of the developer used in this embodiment. As shown in Figure 7, the developer in this embodiment has external additive A, which is a transfer carrier particle, placed on a toner surface on which numerous protrusions of an organosilicon polymer are formed.
図7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 7 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が転写キャリアよりも大きいと転写キャリア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、転写キャリア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へ転写キャリア粒子が転移しづらくなる。そのため、凸間隔Gの個数平均値は転写キャリア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 transfer carrier, the transfer carrier particles will come into contact with the toner matrix when placed between the convex portions, and the adhesive force Ft between the transfer carrier particles and the toner will increase, making it difficult for the transfer carrier particles to transfer from the toner to the
また、凸高さHが転写キャリア粒子の粒径よりも高いと、凸部が転写キャリア粒子よりも先に感光ドラム1に接触してしまい、転写キャリア粒子が感光ドラム1と接触しづらくなり、トナーから感光ドラム1へ転写キャリア粒子が転移しづらくなる。そのため、凸高さHの個数平均値は転写キャリア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 transfer carrier particles, the convex portion will come into contact with the
ただし、前述したように転写キャリア粒子とトナー間の付着力Ftが転写キャリア粒子と感光ドラム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、転写キャリア粒子の材料としては転写キャリア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、転写キャリア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、凸部と転写キャリア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 transfer carrier particles and the toner is smaller than the adhesive force Fdr between the transfer carrier particles and the
トナーを被覆する転写キャリア粒子の個数は多い方が現像ローラ41から感光ドラム1への転写キャリア粒子の供給の観点からは好ましい。しかし、転写キャリア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、所望の一次転写性に合わせて調整することが好ましい。
A larger number of transfer carrier particles covering the toner is preferable from the viewpoint of supplying the transfer carrier particles from the developing
一次転写性は感光ドラム1上に占める転写キャリア粒子の被覆率の増加に伴って向上し、十分な一次転写性を得るためには感光ドラム1上に占める転写キャリア粒子の被覆率が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上に占める転写キャリア粒子の被覆率が増加するにつれ、一次転写性の向上度合いが鈍化し、転写キャリア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、転写キャリア粒子の感光ドラム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。
3.現像剤の物性測定方法
以下、各種測定方法を説明する。
The primary transferability improves with an increase in the coverage of the transfer carrier particles on the
3. 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 will be 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 (outer diameter 3 mm (inner diameter 1.5 mm) x 3 mm) is filled with photocurable resin D800 (JEOL Ltd.), and the cover glass is gently placed on top of the tube so that the toner is in contact with the photocurable resin D800. In this state, light is irradiated to harden the resin, and then the cover glass and tube are removed to form a cylindrical resin with the toner embedded in the outermost surface. Using an ultrasonic ultramicrotome (Leica, UC7), a cutting speed of 0.6 mm/s is used to cut from the outermost surface of the cylindrical resin to the length of the toner radius (for example, 4.0 μm when the weight average particle size (D4) is 8.0 μm) to expose the cross section of the center of the toner.
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3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 3. 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 area ratio of bright areas 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: 30.0 μm
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: 30.0 μm
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.
Apparatus: 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(O1 /2 ) 2 (A2)
X3 structure: RmSi(O1 /2 ) 3 (A3)
X4 structure: Si(O1 /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。 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。 The image capture conditions for the S-4800 are as follows:
(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。
(1) Sample preparation: Apply a thin layer of conductive paste to a sample stage (
(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。
(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。 Click 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)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。
(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。 Then, the particle size of 300 toner particles is measured to determine the number average particle size (D1). The particle size of each particle is the maximum diameter observed when the toner particles are observed.
(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。
(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。 Rotate the focus knob [COARSE] on the operation panel, and 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 circles. Next, select [Aperture] and rotate the STIGMA/ALIGNMENT knobs (X, Y) one by one to stop the image movement or to minimize its movement. Close the aperture dialog and use autofocus to adjust the focus. Then, set the magnification to 50,000 (50k) times, adjust the focus using the focus knob and STIGMA/ALIGNMENT knob as above, and use autofocus to adjust the focus again. Repeat this operation to adjust the focus. Here, if the inclination angle of the observation surface is large, the accuracy of the coverage measurement tends to be low, so when adjusting the focus, select an object that can simultaneously bring the entire observation surface into focus, and select an object with as little surface inclination as possible for analysis.
(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。
(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)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。
(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 of the region (C) 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 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)
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 x 100)
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。
4.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.
4. 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
(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
(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
現像剤の物性を表1に示す。 The physical properties of the developer are shown in Table 1.
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が転写キャリア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。
5.転写キャリアの供給
次に、本実施例の特徴である感光ドラム1上への転写キャリア粒子の供給手段について説明する。転写キャリア粒子とは、上述したように、感光ドラム1上に現像されたトナー像と感光ドラム1との間に介在することで、トナー像と感光ドラム1との間の付着力を低減してトナー像の一次転写効率を向上させる役割を有する粒子のことを言う。
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 disposed as transfer carrier particles on the convex portions of the organosilicon polymer of the toner particles, and the average number of external additive A coated per toner particle was about 500 particles.
5. Supply of Transfer Carrier Next, a description will be given of a means for supplying transfer carrier particles onto the
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を用いて、感光ドラム1の表面に予め転写キャリア粒子を供給する。前もって感光ドラム1上を転写キャリア粒子で被膜することで、トナー像と感光ドラム1との間に転写キャリア粒子を介在させる。
In this embodiment, before the toner image is developed, transfer carrier particles are supplied to the surface of the
図8(a)は、現像ローラ41と感光ドラム1の当接時における現像ニップ部の模式図である。図8(a)に示すように、現像ニップ部では現像ローラ41上に担持されたトナーと感光ドラム1が転写キャリア粒子を介して接触している。図8(b)は、図8(a)で示した現像ローラ41に担持されたトナーと感光ドラム1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。図8(b)に示すように、現像ニップ部でトナーと感光ドラム1との間に介在していた転写キャリア粒子は、現像ニップ部通過後に現像ローラ41に担持されたトナーの表面上から感光ドラム1の表面に転移することで供給される。
Figure 8(a) is a schematic diagram of the development nip when the
図8(a)に示すように、現像ニップ部でトナーと感光ドラム1との間に介在する転写キャリア粒子とトナー間の付着力Ftが、転写キャリア粒子と感光ドラム1間の付着力Fdrよりも大きい場合には、転写キャリア粒子は感光ドラム1上に転移しづらい。そのため、FtがFdrよりも小さいことが好ましい。
As shown in FIG. 8(a), if the adhesive force Ft between the transfer carrier particles and the toner present between the toner and the
図9(a)は、トナー像が感光ドラム1の表面に担持されている場合の一次転写部の模式図である。図9(b)は、図9(a)で示したトナー像の一次転写が終了して感光ドラム1と中間転写ベルト10が分離した状態の模式図である。FtがFdrよりも小さい場合において、トナー像が感光ドラム1から中間転写ベルト10の表面上に一次転写する際に、トナー像のみ中間転写ベルト10上に一次転写し、トナー像と感光ドラム1との間に介在する転写キャリア粒子は感光ドラム1上に残留する。
Figure 9(a) is a schematic diagram of the primary transfer section when a toner image is carried on the surface of the
仮に、トナー像と共にトナー像と感光ドラム1との間に介在する転写キャリア粒子が中間転写ベルト10に一次転写し、感光ドラム1の表面上から転写キャリア粒子が失われた場合を考える。その際には、次に感光ドラム1の表面上に現像するトナー像と感光ドラム1との間に転写キャリア粒子が介在せずトナー像と感光ドラム1との間の付着力が大きいため、一次転写性が低下してしまうこととなる。
Let us consider a case where the transfer carrier particles interposed between the toner image and the
したがって、現像ローラ41に担持されたトナー上から感光ドラム1へと転写キャリア粒子を供給し易くなるだけではなく、感光ドラム1上に被膜された転写キャリア粒子を維持する観点からも、FtがFdrよりも小さいことが好ましい。
Therefore, it is preferable that Ft is smaller than Fdr, not only because this makes it easier to supply transfer carrier particles from the toner carried on the developing
図10は、本実施例で用いた画像形成装置100のプリント動作のタイミングチャートである。図10に示すように、本実施例の画像形成装置100は画像形成動作中において、現像ローラ41から感光ドラム1へとトナーの現像を開始する前に、現像ローラ41と感光ドラム1が当接状態で回転駆動する。それにより、現像ローラ41から感光ドラム1へと転写キャリア粒子を供給するタイミング(転写キャリア供給モード)を設けている。
Figure 10 is a timing chart of the print operation of the
感光ドラム1の表面全体に亘ってトナー像の一次転写効率を向上させるために、トナー像の現像を開始する前までに、感光ドラム1の表面全体を転写キャリア粒子で被膜する。そのために、転写キャリア粒子の供給タイミングの時間は感光ドラム1を1周以上回転させる時間に設定するのが好ましい。そのため、本実施例では、感光ドラム1の表面全体に転写キャリア粒子を被膜出来るように、図10に示す転写キャリア粒子供給タイミングの長さを感光ドラム1が1周する時間と略同じ500msecに設定している。
In order to improve the primary transfer efficiency of the toner image over the entire surface of the
また、本実施例では、図10に示す転写キャリア粒子供給タイミングにおいて感光ドラム1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、本実施例の転写キャリア粒子の供給タイミングでは、正規極性が負極性であるトナーは現像ローラ41から感光ドラム1の表面に現像せず、転写キャリア粒子のみが現像ローラ41から感光ドラム1上へと供給される。
In addition, in this embodiment, at the timing of supplying transfer carrier particles shown in FIG. 10, the surface potential of the
本実施例のように、現像ローラ41と感光ドラム1との間で電位差がある状態で現像ローラ41上のトナーから感光ドラム1に転写キャリア粒子を供給する場合には以下の問題がある。転写キャリア粒子の粒径が大きすぎると、転写キャリア粒子が現像ローラ41と感光ドラム1との間の電位差により生じる静電的な力の影響を受けやすい。そのため、現像ローラ41上のトナーから感光ドラム1への転写キャリア粒子の供給を制御することが難しくなるのである。例えば、本実施例のように、非画像形成電位にて転写キャリア粒子を供給する構成において、転写キャリア粒子が負極性に帯電している場合、現像ローラ41側に転写キャリア粒子が静電力で引き付けられる。したがって、転写キャリア粒子を現像ローラ41上のトナーから感光ドラム1へ供給しづらくなる。ここで、転写キャリア粒子の粒径は、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41と感光ドラム1との間の電位差に関係なく安定して現像ローラ41上のトナーから感光ドラム1の表面に転写キャリア粒子を供給するため、転写キャリア粒子として粒径100nmの粒子を用いている。
When transfer carrier particles are supplied from the toner on the developing
本実施例で用いた現像剤は、上述したトナーと転写キャリア粒子の混合物を用いた。図7は本実施例で用いた現像剤の拡大図である。図7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転写キャリア粒子を配置したものになっている。図7で示すトナー表面の凸間隔Gと凸高さHは、走査型プローブ顕微鏡(以下SPM)により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 developer used in this embodiment is a mixture of the toner and transfer carrier particles described above. Figure 7 is an enlarged view of the developer used in this embodiment. As shown in Figure 7, the developer in this embodiment is a toner surface on which a large number of protrusions of an organosilicon polymer are formed, with transfer carrier particles arranged on the toner surface. The protrusion interval G and protrusion height H on the toner surface shown in Figure 7 can be measured by a scanning probe microscope (hereinafter SPM). A scanning probe microscope (hereinafter 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が転写キャリアよりも大きいと転写キャリア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、転写キャリア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へ転写キャリア粒子が転移しづらくなる。そのため、凸間隔Gは転写キャリア粒子の粒径よりも狭いことが好ましい。したがって、隣接する凸部間の最近接距離を凸間隔Gとした場合、凸間隔Gの平均が転写キャリア粒子の平均粒径以下とすることが好ましい。
If the convex spacing G is larger than the transfer carrier, when the transfer carrier particles are placed between the convex portions, they will come into contact with the toner matrix, and the adhesive force Ft between the transfer carrier particles and the toner will increase, making it difficult for the transfer carrier particles to transfer from the toner to the
また、凸高さHが転写キャリア粒子の粒径よりも高いと、凸部が転写キャリア粒子よりも先に感光ドラム1に接触してしまい、転写キャリア粒子が感光ドラム1と接触しづらくなる。そのため、トナーから感光ドラム1へ転写キャリア粒子が転移しづらくなることから、凸高さHは転写キャリア粒子の粒径よりも低いことが好ましい。したがって、凸部のトナー粒子の表面からの高さを凸高さHとした場合、凸高さHの平均が転写キャリア粒子の平均粒径以下であることが好ましい。
Furthermore, if the convex height H is higher than the particle size of the transfer carrier particles, the convex portion will come into contact with the
本実施例のトナー表面の凸部について測定を行ったところ、トナー表面の凸間隔Gの平均は約30nm、凸高さHの平均は50nmであり、凸間隔Gと凸高さHはともに転写キャリアの粒径100nmよりも小さかった。 When the convex portions on the toner surface of this embodiment were measured, the average convex spacing G on the toner surface was approximately 30 nm, and the average convex height H was 50 nm, and both the convex spacing G and the convex height H were smaller than the particle diameter of the transfer carrier, which was 100 nm.
本実施例で用いた転写キャリア粒子は、ゾルゲル法で製造した粒径100nmのシリカ粒子である。本実施例では転写キャリア粒子としてシリカを用いたが、転写キャリア粒子の材料はシリカに限るものでなく各種有機又は無機微粉体であってもよい。ただし、前述したように、転写キャリア粒子とトナーとの間の付着力Ftが、転写キャリア粒子と感光ドラム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、転写キャリア粒子の材料としては、転写キャリア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、転写キャリア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とよい。凸部と材料構成の近いシリカ系の材料を選択することは、凸部と転写キャリア粒子間を低付着力にする観点から好ましい。
The transfer carrier particles used in this embodiment are silica particles with a particle size of 100 nm manufactured by the sol-gel method. In this embodiment, silica is used as the transfer carrier particles, but the material of the transfer carrier particles is not limited to silica and may be various organic or inorganic fine powders. However, as described above, it is preferable that the adhesion force Ft between the transfer carrier particles and the toner is smaller than the adhesion force Fdr between the transfer carrier particles and the
また、本実施例では、転写キャリア粒子の添加量は転写キャリア粒子のトナー1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。トナーを被覆する転写キャリア粒子の個数は、多い方が現像ローラ41から感光ドラム1の表面に転写キャリア粒子を行うことが出来る。しかし、転写キャリア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、所望の一次転写性に合わせて調整することが好ましい。
In addition, in this embodiment, the amount of transfer carrier particles added was adjusted so that the number of transfer carrier particles coated per toner particle was about 500. The more transfer carrier particles that coat the toner, the more transfer carrier particles can be transferred from the developing
また、一次転写性は感光ドラム1の表面を占める転写キャリア粒子の被覆率の増加に伴ってある程度向上する。しかし、感光ドラム1の表面を占める転写キャリア粒子の被覆率が増加するにつれ、一次転写性の向上度合いが鈍化し、転写キャリア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、転写キャリア粒子の感光ドラム1の表面を占める被覆率は80%以内にしておくことが好ましい。
6.転写キャリア粒子の効果
次に、本実施例の感光ドラム1への転写キャリア粒子の供給手段の効果を確認するために行った効果確認実験について説明する。
Furthermore, the primary transferability improves to a certain extent with an increase in the coverage of the transfer carrier particles occupying the surface of the
6. Effect of Transfer Carrier Particles Next, an effect confirmation experiment conducted to confirm the effect of the means for supplying transfer carrier particles to the
まず、転写キャリア粒子が被膜されていない新品の感光ドラム1をセットした画像形成装置100を用いて、イエローの濃度100%のパッチ画像を画像形成させる。そして、画像形成したイエローのパッチ画像の一次転写が終了した直後に、画像形成装置100を停止させる。その際に、イエローステーションの感光ドラム1aの表面上に残留しているパッチ画像部の転写残トナー濃度を確認した。
First, a yellow patch image with a density of 100% is formed using the
転写残トナー濃度の測定は以下の手法で行った。まず、感光ドラム1a表面上のイエローのパッチ画像の転写残トナー部に透明なテープ(ポリエステルテープ 5511 ニチバン)を貼り、転写残トナーを透明テープに捕集した。その後、感光ドラム1aの表面から剥がした転写残トナーを捕集した透明テープと、新品の透明テープをそれぞれ高白色紙上(GFC081 キヤノン)に貼った。そして、転写残トナー捕集部の透明テープの濃度D1と、新品の透明テープ部の濃度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。測定により得られる差分「D0-D1」を転写残トナー濃度とした。転写残トナー濃度は、数値が小さいほど転写残トナーが少ないことを意味しており、値が1.0以下であればほぼ転写残トナーが無いと判断することが出来、帯電ローラ2aへの付着などで生じる画像弊害が発生しない。
The measurement of the residual toner density was performed by the following method. First, a transparent tape (polyester tape 5511, Nichiban) was applied to the residual toner portion of the yellow patch image on the surface of the
また、転写残トナー濃度を測定した感光ドラム1a表面の顕微鏡観察を実施し、感光ドラム1aの表面に占める転写キャリア粒子の被膜率を算出した。具体的には、感光ドラム1aの表面におけるレーザ顕微鏡(VK-X200 キーエンス)による倍率3000倍の観察画像に対して以下の手順で被覆率を算出した。転写キャリア粒子の部分とそれ以外の部分とで2値化処理を行い、感光ドラム1の表面に占める転写キャリア粒子の総面積率を、感光ドラム1の表面の転写キャリア粒子の被膜率として算出した。
The surface of the
また、本実施例で用いた転写キャリア粒子とトナーとの付着力を、SPMを用いて測定した。具体的には、レバー先端に転写キャリア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する。その後、カンチレバーをトナーから脱離させるのに必要な力を転写キャリア粒子とトナー間との付着力Ftとして測定した。 The adhesive force between the transfer carrier particles and toner used in this example was measured using an SPM. Specifically, a cantilever was created with a transfer carrier particle fixed to the tip of the lever, and the cantilever was pressed against the toner with a specified pressure. After that, the force required to detach the cantilever from the toner was measured as the adhesive force Ft between the transfer carrier particles and 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1との間に介在する転写キャリア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い。以下に説明する計算方法で押圧力を算出した。ここで、「現像ニップ部においてトナーと感光ドラム1との間に転写キャリアが介在する」とは、転写キャリア粒子がトナーと感光ドラム1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 during adhesion measurement is preferably set to the force with which the transfer carrier particles interposed between the toner and the
まず、計算を行うにあたり、仮定した条件を図11と図12を用いて説明する。図11(a)は現像ニップ部の模式図であり、現像ニップ部において現像ローラ41と感光ドラム1はトナーを介して接触しているものと仮定した。また、図11(b)は、図11(a)の点線ABにおける感光ドラム1の表面と平行な断面を示したもので、感光ドラム1と接触しているトナーは斜線部に示すように最密充填しているものと仮定した。図12は、図11の点線で囲ったトナーと感光ドラム1の接触部を拡大した模式図である。図12に示すように、トナーと感光ドラム1は転写キャリア粒子を介して接触しているものと仮定した。また、感光ドラム1の表面上には転写キャリア粒子がまだ供給されておらず、感光ドラム1の表面上には予め転写キャリア粒子が存在していない状態とした。
First, the conditions assumed for the calculation will be explained with reference to Figs. 11 and 12. Fig. 11(a) is a schematic diagram of the development nip portion, and it is assumed that the
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1との間に介在する転写キャリア粒子の総数Nを計算で以下のように算出した。算出したNと現像ローラ41と感光ドラム1との当接力Fより、現像部における転写キャリア1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。
Based on the above assumptions, the total number N of transfer carrier particles present between the toner and the
まず、現像ニップ部においてトナーと感光ドラム1との間に介在する転写キャリア粒子の総数Nの計算方法について説明する。
First, we will explain how to calculate the total number N of transfer carrier particles present between the toner and the
図13(a)は現像部におけるトナー、転写キャリア粒子、感光ドラム1の接触状態を二次元で示した模式図である。図13(b)に示すように、転写キャリア粒子の粒径をrとすると、感光ドラム1とトナー表面との距離がrを超えるとトナー上の転写キャリア粒子は感光ドラム1とほぼ接触しなくなる。従って、トナー円周上に配置された転写キャリア粒子が感光ドラム1と接触可能であるトナー円周部分はAからBを結んだ円弧上になる。実際は、図13(b)のようにトナーを球として考える必要があり、円弧ABを円周方向に積分した表面積(図13(b)の斜線部)がトナー表面積に占める比率を求める必要がある。斜線部の表面積は球冠の表面積として一般的に求めることができ、式(2)のようになる。したがって、トナー表面積に占める比率は式(3)のようになる。トナーの平均粒径R、転写キャリア粒子の粒径rより実際の数値は算出出来る。
Figure 13(a) is a schematic diagram showing the contact state of the toner, transfer carrier particles, and
上記計算により、本実施例の構成における円弧ABがトナー円周部に占める比率は約1.43%と計算される。 From the above calculations, the ratio of the arc AB in the configuration of this embodiment to the toner circumference is calculated to be approximately 1.43%.
したがって、現像ニップ部において転写キャリア粒子がトナーと感光ドラム1間に介在するのはトナー全表面のうちの約1.43%の領域であると考えることが出来る。トナー1個当たりに被覆されている転写キャリア粒子の個数は500個であることから、トナー1個当たりに対するトナーと感光ドラム1との間に介在する転写キャリア粒子の個数Mは「500個×1.43%」で計算され、約7.2個となる。
Therefore, it can be considered that the area of the transfer carrier particles between the toner and the
そして、トナー1個当たりに対するトナーと感光ドラム1との間に介在する転写キャリア粒子の個数7.2個に現像部で感光ドラム1と接触しているトナーの総数を乗算する。すると、現像ニップ部でトナーと感光ドラム1間に介在している転写キャリア粒子の総数Nを算出することが出来る。
Then, multiply the number of transfer carrier particles between the toner and the
現像ニップ部で感光ドラム1と接触しているトナーの総数Lは「現像ニップ部の面積×トナーの充填率)/トナーの最大断面積」で計算出来る。
The total amount of toner L in contact with the
(現像ニップ部で感光ドラム1と接触しているトナーの総数)
=(220[mm]×2.0[mm]×π/√12)/(π×(7.0/2)2)
=約10.37×106個
(二次元の円の最密充填率であるπ/√12≒0.9069、を用いた。)
従って、「現像ニップ部においてトナーと感光ドラム1との間に介在している転写キャリアの総数N」は以下のように算出される。「現像ニップ部で感光ドラム1と接触しているトナーの総数」と「トナー1個当たりに対するトナーと感光ドラム1との間に介在する転写キャリア粒子の個数」の乗算より算出され、総数Nは約7.47×107個となる。
(Total number of toner particles in contact with the
= (220 [mm] × 2.0 [mm] × π / √12) / (π × (7.0 / 2) 2 )
= approx. 10.37 x 106 (The closest packing rate of a two-dimensional circle, π/√12 ≒ 0.9069, was used.)
Therefore, the "total number N of transfer carrier particles present between the toner and the
本実施例における現像ローラ41の感光ドラム1への押圧力はF=200gfであるため、「現像部における転写キャリア1個当たりのトナーに対する押圧力」であるF/Nは26.3nNと求まる。以上求めたF/Nの値を、SPMによる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として採用した。また、感光ドラム1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転写キャリア粒子と感光ドラム1との付着力Fdrを測定した。
7.転写キャリア粒子の感光ドラムに対する付着力と中間転写ベルトに対する付着力の関係
続いて、本実施例の特徴である転写キャリア粒子の感光ドラム1に対する付着力と中間転写ベルト10に対する付着力の関係について説明する。本実施例では、転写キャリア粒子を感光ドラム1の表面に付着させた状態で、画像形成動作を実行することによって転写効率を向上させる。そのためには、感光ドラム1から、転写部において接触する中間転写ベルト10の表面に、極力転写キャリア粒子が移動しないように構成する必要がある。そこで、実施例1の構成においては、転写キャリア粒子と感光ドラム1間の付着力Fdrと、転写キャリア粒子と中間転写ベルト10との間の付着力Fiと、の関係を、Fdr>Fiとする。
In this embodiment, the pressing force of the developing
7. Relationship between Adhesion Force of Transfer Carrier Particles to the Photosensitive Drum and to the Intermediate Transfer Belt Next, the relationship between the adhesion force of the transfer carrier particles to the
次に、転写キャリア粒子と感光ドラム1間の付着力Fdrと、中間転写ベルト10に対する転写キャリア粒子の付着力Fiの算出方法を説明する。転写キャリア粒子と感光ドラム1間の付着力Fdr、転写キャリア粒子と中間転写ベルト10との間の付着力Fiは、式(4)で算出される。
Next, we will explain how to calculate the adhesion force Fdr between the transfer carrier particles and the
ここで、A1(hamaker constant):6.58E-20(J)、Z0(seperation distance): 4.00E-10(m)、R(composite diameter):5.00E-8(m)とした。αは粒子変形量である。そして、粒子変形量αは、式(5)を用いて計算することが出来る。 Here, A1 (hamaker constant): 6.58E-20 (J), Z0 (separation distance): 4.00E-10 (m), R (composite diameter): 5.00E-8 (m). α is the particle deformation amount. The particle deformation amount α can be calculated using formula (5).
fは、転写キャリア粒子1個に対する押圧力(N)を表す。E*はE(ヤング率(Pa))、ν(ポアソン比)の関係式(6)から算出される。 f represents the pressure (N) applied to one transfer carrier particle. E* is calculated from the relationship (6) between E (Young's modulus (Pa)) and ν (Poisson's ratio).
したがって、式(5)、式(6)から、転写キャリア粒子と感光ドラム1間の付着力Fdrや転写キャリア粒子と中間転写ベルト10との間の付着力Fiは、材質の転写キャリア粒子1個に対する押圧力とヤング率、ポアソン比に依存することが分かる。
Therefore, from equations (5) and (6), it can be seen that the adhesion force Fdr between the transfer carrier particles and the
よって、式(4)、式(5)、式(6)から、感光ドラム1の表面の材質のヤング率とポアソン比が小さいと、感光ドラム1と中間転写ベルト10を押圧した時の付着力は大きくなることが分かる。そのため、Fdr>Fiにするためには、感光ドラム1に用いる材質のヤング率とポアソン比は、中間転写ベルト10に用いる材質のヤング率とポアソン比よりも小さいことが好ましい。
Therefore, from equations (4), (5), and (6), it can be seen that if the Young's modulus and Poisson's ratio of the material of the surface of the
また、感光ドラム1と中間転写ベルト10を押圧した時の付着力は、押圧力に依存して大きくなる。Fdr>Fiにするためには、転写キャリア粒子を感光ドラム1に押圧する力を大きく、転写キャリア粒子を中間転写ベルト10に押圧する力を小さくすることが好ましい。
In addition, the adhesion force when the
本実施例において、感光ドラム1の表層のポリカーボネートのヤング率は2.20(GPa)、ポアソン比は0.37であり、中間転写ベルト10の表層のアクリルのヤング率は3.00(GPa)、ポアソン比は0.38とした。そのため、感光ドラム1に用いる材質のヤング率とポアソン比は、中間転写ベルト10に用いる材質のヤング率とポアソン比よりも小さい構成となっている。
In this embodiment, the Young's modulus of the polycarbonate surface layer of the
また、転写部における感光ドラム1に対する中間転写ベルト10の押圧力は220gfである。図14(a)は、感光ドラム1と中間転写ベルト10の当接時における転写ニップ部の模式図である。図14(a)に示すように、転写ニップ部では転写キャリア粒子は感光ドラム1から付着力Fdr、中間転写ベルト10から付着力Fiを受ける。図14(b)は、図14(a)で示した感光ドラム1に担持されたトナーと中間転写ベルト10が転写部を通過した後の状態を示した模式図である。図14(b)に示すように、転写部において感光ドラム1と中間転写ベルト10間に介在する転写キャリア粒子に対して、Fdr>Fiの関係を満たす構成とすることで、感光ドラム1から中間転写ベルト10への転写キャリア粒子の移動を抑制することが出来る。
The pressing force of the
また、感光ドラム1に接触し、感光ドラム1の表面の転写キャリア粒子を押圧する押圧部材を別途設置しても良い。押圧部材によって、感光ドラム1への押圧力を追加することが出来るため、Fdr>Fiの関係を、より維持することが出来る。ここで、押圧部材と感光ドラム1、それぞれの転写キャリア粒子への付着力の関係も、感光ドラム1と中間転写ベルト10、それぞれの付着力の関係と同様にする。それによって、感光ドラム1に転写キャリア粒子を付着させることが出来る効果が好適に得られる。
A pressing member that comes into contact with the
本実施例では、現像ローラ41は感光ドラム1に転写キャリア粒子を供給するだけでなく、押圧もしている。現像ローラ41が感光ドラム1表面の転写キャリア粒子を押圧し、感光ドラム1の押圧力を大きくして、Fdr>Fiを維持するために好ましい。この現像ローラ41は押圧部材として使っても良い。また、現像ローラ41を転写キャリア粒子供給部材として使っても良い。
In this embodiment, the developing
また、本実施例においては、現像ローラ41から感光ドラム1に転写キャリア粒子を供給する構成であるが、感光ドラム1に接する転写キャリア粒子供給部材を別途設けてもよい。この転写キャリア粒子供給部材が、感光ドラム1の表面の転写キャリア粒子を押圧すると、感光ドラム1への付着力が大きくなるため、Fdr>Fiを維持することが出来る。この転写キャリア粒子供給部材は、上記の押圧部材と兼用してもよい。さらに、Fdr>Fiを維持するためには、転写部における感光ドラム1の押圧力よりも、転写キャリア粒子供給部、もしくは押圧部材での転写キャリア粒子部材の感光ドラム1への押圧力が大きい方が好ましい。本実施例においては、現像部において感光ドラム1を200gfで押圧しており、現像ニップ幅は2mmである。一方、転写部において感光ドラム1を220gfで押圧しており、一次転写部でのニップ幅は3mmである。そのため、単位面積あたりの転写キャリア粒子に与える押圧力は、現像部において100gf/mm、一次転写部において73.3gf/mmとなる。そのため、本実施例においては、現像部における転写キャリア粒子の押圧力の方が、転写部における転写キャリア粒子の押圧力よりも大きい。
In addition, in this embodiment, the transfer carrier particles are supplied from the developing
また、一次転写性は感光ドラム1上に占める転写キャリア粒子の被覆率の増加に伴ってある程度までは向上する。十分な一次転写性を得るためには、感光ドラム1上に占める転写キャリア粒子の被覆率が、感光ドラム表面全体を100%とした場合に、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上に占める転写キャリア粒子の被覆率が増加するにつれ、以下のような弊害が生じることがある。感光ドラム1の表面に転写キャリア粒子が多くなりすぎると、感光ドラム1の表面に当接する部材に対して、転写キャリア粒子による汚染リスクが高まる。そのため、転写キャリア粒子の感光ドラム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。感光ドラム1表面の観察結果から、本実施例では、感光ドラム1表面に存在する転写キャリア粒子の被覆率は10%以上であることを確認した。
8.中間転写ベルトへの付着力Fiの設定による効果
次に、本実施例において、感光ドラム1から中間転写ベルト10に転写キャリア粒子が移動することを抑制する抑制効果を確認するために、効果確認を行った。実験方法について以下に説明する。まず、感光ドラム1から中間転写ベルト10に転写キャリア粒子が移動したことを確認する方法を説明する。
In addition, the primary transferability improves to a certain extent with an increase in the coverage of the transfer carrier particles on the
8. Effect of Setting Adhesion Force Fi to Intermediate Transfer Belt Next, in this embodiment, an effect of suppressing the movement of transfer carrier particles from the
転写キャリア粒子が付着した感光ドラム1をセットした実施例1の画像形成装置を用意し、感光ドラム1と中間転写ベルト10を一次転写圧である220gfで押圧させた。押圧後の感光ドラム1表面の顕微鏡観察を実施し、感光ドラム1の表面に占める転写キャリア粒子の被膜率を算出した。具体的には、まず、レーザ顕微鏡(VK-X200 キーエンス)にて、感光ドラム1の表面を倍率3000倍で観察した観察画像を取得する。その後、観察画像中の感光ドラム1の表面を転写キャリア粒子が被覆された部分と転写キャリア粒子が被覆されていない部分で2値化処理を行い、感光ドラム1の表面に占める転写キャリア粒子の面積率を算出した。
The image forming apparatus of Example 1 was prepared with the
観察画像を取得するために、転写キャリア粒子が感光ドラム1の表面に供給されている状態で画像形成装置を停止させる。観察は、感光ドラム1上であって、感光ドラム1と中間転写ベルト10とが当接している転写ニップ位置よりも上流側と下流側の両方で実施する。それに伴い、面積率は転写ニップ上流側、下流側のそれぞれで算出する。上流側の面積率を分母とし、上流側の面積率から下流側の面積率を引いた面積率の変化量を分子とした数字を「感光ドラム1上の転写キャリア粒子の被覆率の変化率」と定義する。
To obtain an observation image, the image forming apparatus is stopped with transfer carrier particles being supplied to the surface of the
もし、新たに転写キャリア粒子の供給が無いと、感光ドラム1上の転写キャリア粒子の被覆率の変化率が50%以上の場合には、約10回転で転写キャリア粒子が感光ドラム1の表面からほぼ無くなる。感光ドラム1上の転写キャリア粒子の被覆率の変化率としては20%未満であることが好ましい。
If there is no new supply of transfer carrier particles, and the rate of change in the coverage of the transfer carrier particles on the
次に、FdrとFiの計算方法を説明する。付着力の計算方法は、上述の式(4)、式(5)、式(6)を用いて行った。本実施例では、材質の弾性力に着目して、式(4)、式(5)、式(6)から各材質の付着力を算出し、材質のスクリーニングを行っている。そのため、弾性力に関係の無い定数は材料に依らないものとし、計算によりスクリーニングして得られた結果から、いくつかの組み合わせにおいて行った後述の付着力の実測結果を正確な付着力としている。本実施例では、図16に示した各材料におけるヤング率、ポアソン比を用いて付着力を計算した。さらに、本実施例で用いた転写キャリア粒子とトナーとの付着力を、SPMを用いて測定した。具体的には、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転写キャリア粒子と感光ドラム1、中間転写ベルト10の付着力であるFdr、Fiとして測定した。カンチレバーは、表面がシリコンの酸化膜で被覆されたシリコン製で、ラウンドチップ型の先端径100nmのものを用いた。カンチレバーの表面材質を、転写キャリア粒子と同じSiO2とし、さらに、先端径を転写キャリア粒子の個数平均粒径に等しい100nmとすることで、精度良く転写キャリア粒子と付着力を再現することが出来る。付着力を測定する際の、感光ドラム1、中間転写ベルト10に押圧する所定の押圧力は、転写部において感光ドラム1と中間転写ベルト10間に介在する転写キャリア粒子が押圧される力に設定することが好ましい。押圧力は、以下に説明する計算方法で算出した。ここで、転写部において、「感光ドラム1と中間転写ベルト10との間に転写キャリア粒子が介在する」とは、転写キャリア粒子が感光ドラム1と中間転写ベルト10との両方に同時に接触している状態のことをいう。
Next, the calculation method of Fdr and Fi will be described. The adhesive force was calculated using the above-mentioned formulas (4), (5), and (6). In this embodiment, focusing on the elasticity of the material, the adhesive force of each material was calculated from formulas (4), (5), and (6), and the materials were screened. Therefore, constants unrelated to the elasticity are not dependent on the material, and the actual measurement results of the adhesive force, which will be described later, performed in several combinations from the results obtained by screening by calculation are regarded as accurate adhesive forces. In this embodiment, the adhesive force was calculated using the Young's modulus and Poisson's ratio of each material shown in FIG. 16. Furthermore, the adhesive force between the transfer carrier particles and the toner used in this embodiment was measured using an SPM. Specifically, after pressing the cantilever against the toner with a predetermined pressing force, the force required to detach the cantilever from the toner was measured as Fdr and Fi, which are the adhesive forces between the transfer carrier particles, the
まず、計算に当たって仮定した条件を、図15を用いて説明する。図15(a)は、現像ニップ部の模式図であり、転写部において感光ドラム1と中間転写ベルト10は転写キャリア粒子を介して接触しているものと仮定した。図15(b)は、図15(a)の点線ABにおける感光ドラム1表面と平行な断面を示したもので、中間転写ベルト10と接触しているトナーは斜線部に示すように最密充填しているものと仮定した。転写部における中間転写ベルト10と感光ドラム1のニップ部の面積と、転写キャリア粒子の最大断面積から、中間転写ベルト10と感光ドラム1間に介在している転写キャリア粒子の総数Nを算出することが出来る。
First, the conditions assumed in the calculation will be explained using FIG. 15. FIG. 15(a) is a schematic diagram of the development nip, and it is assumed that the
転写部で感光ドラム1と接触している転写キャリア粒子の総数Ntは、「転写部の面積×転写キャリア粒子の被覆率/転写キャリア粒子の最大断面積」で計算することが出来、約6.6×10E9(個)となる。以上の計算結果と、本実施例の1次転写ローラ14と感光ドラム1との押圧力Fは220gfであることから、「転写部における転写キャリア粒子一個当たりのトナーに対する押圧力」=F/Ntは約0.33(nN)となる。この0.33(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転写部における所定の押圧力として採用した。
The total number Nt of transfer carrier particles in contact with the
次に、本実施例の効果確認の結果を説明する。始めに、効果確認を行った感光ドラム1と中間転写ベルト10の材質に関して、順を追って説明する。
Next, we will explain the results of the effectiveness verification of this embodiment. First, we will explain the materials of the
実施例1においては、感光ドラム1の表層には、ポリカーボネートで形成する膜厚20μmの薄膜層を用いた。ヤング率2.20(GPa)、ポアソン比は0.37である。中間転写ベルト10は、最大粗さRz=0.12μm以下とした。また、表層にアクリルコートを行い、表層の膜厚は2.3μmとした。ヤング率3.00(GPa)、ポアソン比は0.38である。以下、変形例1~5、比較例1~4に関して説明する。なお、実施例1と同様の構成に関しては説明を割愛する。
In Example 1, the surface layer of the
〔変形例1〕
感光ドラム1の表層には、ポリアリレートで形成する膜厚23μmの薄膜層を用いた。ヤング率2.15(GPa)、ポアソン比は0.37である。Rzは0.1μmである。
[Modification 1]
A thin film layer made of polyarylate and having a thickness of 23 μm was used as the surface layer of the
〔変形例2〕
中間転写ベルト10には、ポリイミドで形成する膜厚65μmの単層ベルトを用いた。ヤング率は2.65(GPa)、ポアソン比は0.30である。
[Modification 2]
A single-layer belt made of polyimide and having a thickness of 65 μm was used as the
〔変形例3〕
感光ドラム1の表層には、ポリアリレートで形成する膜厚23μmの薄膜層を用いた。中間転写ベルト10には、ポリイミドで形成する膜厚65μmの単層ベルトを用いた。ヤング率は2.65(GPa)、ポアソン比は0.30である。
[Modification 3]
A thin film layer having a thickness of 23 μm and made of polyarylate was used as the surface layer of the
〔変形例4〕
中間転写ベルト10には、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)で形成する膜厚55μmの単層ベルトを用いた。ヤング率は3.70(GPa)、ポアソン比は0.40である。
[Modification 4]
A single-layer belt made of polyether ether ketone (PEEK) and having a thickness of 55 μm was used as the
〔変形例5〕
感光ドラム1の表層には、ポリアリレートで形成する膜厚23μmの薄膜層を用いた。中間転写ベルト10には、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)で形成する膜厚55μmの単層ベルトを用いた。ヤング率は3.70(GPa)、ポアソン比は0.40である。
[Modification 5]
A thin film layer having a thickness of 23 μm and made of polyarylate was used as the surface layer of the
〔比較例1〕
中間転写ベルト10には、ウレタンで形成する約2μmの表層を用いた。ヤング率は1.50(GPa)、ポアソン比は0.48である。弾性層の材質はシリコンゴムで厚さ約350μm、基層の材質はポリイミドで厚さ約60μmとした。
Comparative Example 1
The
〔比較例2〕
感光ドラム1の表面には、Siで形成する膜厚1.2μmの表層を形成させた。ヤング率は185(GPa)、ポアソン比は0.28である。
Comparative Example 2
A surface layer made of Si and having a thickness of 1.2 μm was formed on the surface of the
〔比較例3〕
中間転写ベルト10には、ポリブチレンテレフタレート(PBN)で形成する約80μmの単層ベルトを用いた。ヤング率は2.20(GPa)、ポアソン比は0.38である。
Comparative Example 3
A single-layer belt of about 80 μm made of polybutylene terephthalate (PBN) was used as the
〔比較例4〕
感光ドラム1の表層には、ポリアリレートで形成する膜厚23μmの薄膜層を用いた。中間転写ベルト10には、ポリブチレンテレフタレート(PBN)で形成する約80μmの単層ベルトを用いた。ヤング率は2.20(GPa)、ポアソン比は0.38である。
Comparative Example 4
A thin film layer having a thickness of 23 μm and made of polyarylate was used as the surface layer of the
実施例1、変形例1~5、比較例1~4の構成と共に、押圧力220gf、転写キャリア粒子1個にかかる圧力0.33nNにおける転写キャリア粒子と感光ドラムの付着力Fdr、転写キャリア粒子と中間転写ベルト10の付着力Fiを、図16に示した。転写キャリア粒子を付着させた感光ドラムに220gfに圧力を加えることで、転写キャリア粒子が中間転写ベルト10に移動するかを確認した。図16には、「感光ドラム1上の転写キャリア粒子の被覆率の変化率」を記載している。その他、各材料の付着力Fdr、Fiの計算結果と、付着力Fdr、FiのSPMの測定結果を示す。
Figure 16 shows the adhesion force Fdr between the transfer carrier particles and the photosensitive drum, and the adhesion force Fi between the transfer carrier particles and the
図16の「感光ドラム1上の転写キャリア粒子の被覆率の変化率」に示すように、実施例1、変形例1~5の感光ドラム1の材料と中間転写ベルト10の材料の組み合わせにおいて、「感光ドラム1上の転写キャリア粒子の被覆率の変化率」は20%未満である。一方、比較例1、3、4は、「感光ドラム1上の転写キャリア粒子の被覆率の変化率」は20%以上50%未満である。比較例2では、「感光ドラム1上の転写キャリア粒子の被覆率の変化率」は50%以上である。図16の付着力計算結果を比較すると、感光ドラム1と中間転写ベルト10の付着力の関係が、Fdr>Fiである実施例1、変形例1~5においては、転写キャリア粒子の移動を抑制することが出来、転写効率が維持される。また、感光ドラム1と中間転写ベルト10の付着力の関係が、Fdr<Fiである比較例1~4においては、転写キャリア粒子の移動が行われ、転写効率の低下を招いてしまった。
As shown in the "change rate of the coverage of the transfer carrier particles on the
図17に、SPMを用いて測定した押圧力と付着力の関係を示した。図17に示したように、いずれの材質においても、付着力は、転写キャリア粒子の押圧力に依存する。したがって、Fiを下げるためには、押圧力をなるべく小さくすることが好ましい。 Figure 17 shows the relationship between pressure and adhesion measured using an SPM. As shown in Figure 17, for any material, adhesion depends on the pressure of the transfer carrier particles. Therefore, in order to reduce Fi, it is preferable to make the pressure as small as possible.
以上の結果から、実施例1の構成は以下のような特徴を有する。 From the above results, the configuration of Example 1 has the following features:
感光ドラム1を中間転写ベルト10に押圧する押圧力をF1、転写部において感光ドラム1と中間転写ベルト10との間に介在する転写キャリア粒子の総数をN1、とした場合を考える。転写キャリア粒子を単位転写キャリア粒子当たりの押圧力であるF1/N1で中間転写ベルト10に押圧した際に測定される転写キャリア粒子と中間転写ベルト10との間に形成される付着力Fiとする。転写キャリア粒子をF1/N1で感光ドラム1に押圧した際に測定される転写キャリア粒子と感光ドラム1との間に形成される付着力Fdr1とする。FiとFdr1の関係が、Fi<Fdr1を満たす。
Let us consider the case where the pressing force pressing the
また、現像剤を収容する現像ユニット4を有し、現像ローラ41は、トナー粒子及びトナー粒子の表面に付着する転写キャリア粒子により構成される現像剤を担持する。現像ローラ41は、感光ドラム1と接触して現像部を形成し、現像部において現像剤を供給する。現像ローラ41を感光ドラム1に押圧する押圧力をF2、現像部においてトナー粒子と感光ドラム1との間に介在する転写キャリア粒子の総数をN2、とした場合を考える。転写キャリア粒子を単位転写キャリア粒子当たりの押圧力であるF2/N2でトナー粒子に押圧した際に測定される転写キャリア粒子とトナー粒子との間に形成される付着力Ftとする。転写キャリア粒子をF/Nで感光ドラム1に押圧した際に測定される転写キャリア粒子と感光ドラム1との間に形成される付着力Fdr2とする。FtとFdr2の関係が、Ft≦Fdr2を満たす。
The developing
また、感光ドラム1の表面に付着した転写キャリア粒子を押圧する押圧部材を備えてもよい。ここで、押圧部材を感光ドラム1に押圧する押圧力をF3、押圧部において感光ドラム1と押圧部材との間に介在する転写キャリア粒子の総数をN3、とした場合を考える。転写キャリア粒子を単位転写キャリア粒子当たりの押圧力であるF3/N3で感光ドラム1に押圧した際に測定される転写キャリア粒子と押圧部材との間に形成される付着力Fpとする。転写キャリア粒子をF3/N3で感光ドラム1に押圧した際に測定される転写キャリア粒子と感光ドラム1との間に形成される付着力Fdr3とする。FpとFdr3の関係が、Fp<Fdr3を満たす。
A pressing member may also be provided to press the transfer carrier particles adhering to the surface of the
また、感光ドラム1の表面に転写キャリア粒子を供給する転写キャリア供給部材を備えてもよい。ここで、転写キャリア供給部材を感光ドラム1に押圧する押圧力をF4、供給部において感光ドラム1と供給部材との間に介在する転写キャリア粒子の総数をN4、とした場合を考える。転写キャリア粒子を単位転写キャリア粒子当たりの押圧力であるF4/N4で感光ドラム1に押圧した際に測定される転写キャリア粒子と供給部材との間に形成される付着力Fsとする。転写キャリア粒子をF4/N4で感光ドラム1に供給した際に測定される転写キャリア粒子と感光ドラム1との間に形成される付着力Fdr4とする。FsとFdr4の関係が、Fs<Fdr4を満たす。
A transfer carrier supply member may also be provided to supply transfer carrier particles to the surface of the
以上、説明した通り、本実施例の構成では、転写効率向上に十分な量の転写キャリア粒子を感光ドラム1上に供給しつつ、感光ドラム1の表面に転写キャリア粒子を維持させることが出来る。
As described above, the configuration of this embodiment makes it possible to supply a sufficient amount of transfer carrier particles onto the
また、一次転写ローラ14の端部に、一次転写ローラ14の径よりも大きい径の剛体としてコロを挿入してもよい。一次転写ローラ14の端部にコロを挿入することで、一次転写ローラ14が感光ドラム1を直接押圧することがないため、転写部での押圧力を低減することが出来る。
In addition, a roller may be inserted at the end of the primary transfer roller 14 as a rigid body with a diameter larger than that of the primary transfer roller 14. By inserting a roller at the end of the primary transfer roller 14, the primary transfer roller 14 does not directly press against the
また、本実施例においては、一次転写部材に一次転写ローラ14を採用したが、シート形状、ブラシ形状の一次転写部材を配置してもよい。 In addition, in this embodiment, a primary transfer roller 14 is used as the primary transfer member, but a sheet-shaped or brush-shaped primary transfer member may also be used.
本実施例で適用する画像形成装置の構成において、前述した実施例1と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 members as those in the first embodiment described above are given the same reference numerals and the description thereof is omitted.
実施例2では、実施例1とは異なり、1次転写ローラ51に金属ローラを用いることで、中間転写ベルト10と感光ドラム1の当接圧が安定し、長期に亘って付着力の関係をさらに維持することが出来る。
In Example 2, unlike Example 1, a metal roller is used for the primary transfer roller 51, which stabilizes the contact pressure between the
本実施例の構成を説明する。図18に、本実施例で用いる画像形成装置の模式図について、特に、実施例1と変更した部分を拡大して示した。1次転写ローラ51aは、φ6mmの円筒形状の金属ローラであり、素材はニッケルメッキのSUSを用いている。1次転写ローラ51aは、感光ドラム1aの中心位置に対して、中間転写ベルト10の表面移動方向下流側に7mmオフセットされた位置に配置されている。中間転写ベルト10は感光ドラム1aに巻きつくような構成になっている。1次転写部材51aは、感光ドラム1aへの中間転写ベルト10の巻きつき量を確保することが出来るように、感光ドラム1aと中間転写ベルト10で形成される水平面に対して0.3mm持ち上げた位置に配置される。その際に、中間転写ベルト10を約200gfの力で押圧している。一次転写ローラ51aは、中間転写ベルト10の回転に伴い従動して回転する。また、第2画像形成ステーションbに配置される1次転写ローラ51b、第3画像形成ステーションcに配置される1次転写ローラ51c、第4画像形成ステーションdに配置される1次転写ローラ51dについても1次転写部材ローラ51aと同様の構成となる。
The configuration of this embodiment will be described. FIG. 18 shows a schematic diagram of the image forming apparatus used in this embodiment, with the parts changed from those in the first embodiment enlarged. The
以下に、本実施例の作用について説明する。 The operation of this embodiment is explained below.
図17に示したように、中間転写ベルト10と転写キャリア粒子の付着力Fiは、転写部における中間転写ベルト10の押圧力に依存して変動する。そのため、Fdr>Fiを維持して感光ドラム1から中間転写ベルト10への転写キャリア粒子の移動を抑制するためには、転写部における中間転写ベルト10の押圧力を下げる構成が好ましい。実施例2においては、感光ドラム1を1次転写ローラ51で直接押圧している構成ではない。したがって、実施例1に比べて、転写部における中間転写ベルト10の押圧力を下げることが出来る。よって、長期に亘ってFdr>Fiの付着力の関係を維持することが可能となる。
As shown in FIG. 17, the adhesion force Fi between the
1 感光ドラム
2 帯電ローラ
3 露光ユニット
4 現像ユニット
14 転写ローラ
41 現像ローラ
62 トナー粒子
REFERENCE SIGNS
Claims (14)
トナー粒子及び前記トナー粒子の表面に付着するキャリア粒子により構成された現像剤を収容する現像剤収容部と、
前記現像剤を担持し、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、を有し、
前記像担持体が回転した状態で、前記現像部において、前記現像剤担持体の表面に担持され前記現像剤収容部に収容された前記キャリア粒子を前記像担持体の表面に供給することが可能な画像形成装置であって、
前記像担持体を前記中間転写体に押圧する押圧力をF1、前記転写部において前記像担持体と前記中間転写体との間に介在する前記キャリア粒子の総数をN1、とした場合に、
前記キャリア粒子を単位キャリア粒子当たりの押圧力であるF1/N1で前記中間転写体に押圧した際に測定される前記キャリア粒子と前記中間転写体との間に形成される付着力Fiと、
前記キャリア粒子を前記F1/N1で前記像担持体に押圧した際に測定される前記キャリア粒子と前記像担持体との間に形成される付着力Fdr1と、の関係が、
Fi<Fdr1
を満たし、
前記現像剤は、前記トナー粒子の表面に形成される凸部を有し、前記凸部上に前記キャリア粒子が配置され、隣接する前記凸部間の最近接距離を凸間隔Gとした場合、前記凸間隔Gの平均が前記キャリア粒子の平均粒径以下であることを特徴とする画像形成装置。 A rotatable image carrier ;
a developer storage section that stores a developer composed of toner particles and carrier particles adhered to the surfaces of the toner particles;
a developer carrier that carries the developer , that comes into contact with the image carrier to form a development section, and that 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 a toner image formed by the developer supplied to the surface of the image carrier is transferred to the intermediate transfer body in the transfer section;
an image forming apparatus capable of supplying the carrier particles carried on the surface of the developer carrier and accommodated in the developer accommodating section to the surface of the image carrier in a state in which the image carrier is rotated, in the developing section;
When the pressing force with which the image carrier is pressed against the intermediate transfer body is F1 and the total number of the carrier particles present between the image carrier and the intermediate transfer body in the transfer portion is N1,
an adhesive force Fi formed between the carrier particles and the intermediate transfer body, the adhesive force being measured when the carrier particles are pressed against the intermediate transfer body with a pressing force per unit carrier particle, F1/N1;
and an adhesive force Fdr1 formed between the carrier particles and the image carrier, the adhesive force Fdr1 being measured when the carrier particles are pressed against the image carrier at F1/N1,
Fi < Fdr1
The filling,
The developer has convex portions formed on the surfaces of the toner particles, the carrier particles are arranged on the convex portions, and when the closest distance between adjacent convex portions is defined as a convex spacing G, the average of the convex spacing G is equal to or less than the average particle size of the carrier particles .
前記キャリア粒子を単位キャリア粒子当たりの押圧力であるF2/N2で前記トナー粒子に押圧した際に測定される前記キャリア粒子と前記トナー粒子との間に形成される付着力Ftと、
前記キャリア粒子を前記F2/N2で前記像担持体に押圧した際に測定される前記キャリア粒子と前記像担持体との間に形成される付着力Fdr2と、の関係が、
Ft≦Fdr2
を満たすことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 When the pressing force with which the developer carrier is pressed against the image carrier is F2 and the total number of the carrier particles present between the toner particles and the image carrier in the developing section is N2,
an adhesive force Ft formed between the carrier particles and the toner particles, the adhesive force Ft being measured when the carrier particles are pressed against the toner particles with a pressing force F2/N2 per unit carrier particle;
and an adhesive force Fdr2 formed between the carrier particles and the image carrier, the adhesive force Fdr2 being measured when the carrier particles are pressed against the image carrier at F2/N2,
Ft≦Fdr2
2. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the above-mentioned condition is satisfied.
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。) 3. The image forming apparatus according to claim 2, wherein said convex portions are formed from fine particles containing an organosilicon polymer having a structure represented by the following formula (1):
R-Si(O1/2)3 (1)
(The above R represents a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms.)
前記転写部材は、前記中間転写体の表面の移動方向において、前記転写部よりも下流側に配置されることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の画像形成装置。 a transfer member for transferring the toner image formed on the surface of the image carrier onto the surface of the intermediate transfer member;
10. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the transfer member is disposed downstream of the transfer portion in a moving direction of the surface of the intermediate transfer body.
前記押圧部材は、前記押圧部において、前記像担持体の表面の前記キャリア粒子を押圧するように構成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 pressing member that contacts the image carrier to form a pressing portion,
11. The image forming apparatus according to claim 1, wherein the pressing member is configured to press the carrier particles on the surface of the image carrier at the pressing portion.
前記キャリア粒子を単位キャリア粒子当たりの押圧力であるF3/N3で前記像担持体に押圧した際に測定される前記キャリア粒子と前記押圧部材との間に形成される付着力Fpと、
前記キャリア粒子を前記F3/N3で前記像担持体に押圧した際に測定される前記キャリア粒子と前記像担持体との間に形成される付着力Fdr3と、の関係が、
Fp<Fdr3
を満たすことを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。 When the pressing force of the pressing member against the image carrier is F3 and the total number of the carrier particles present between the image carrier and the pressing member in the pressing portion is N3,
an adhesive force Fp formed between the carrier particles and the pressing member, the adhesive force Fp being measured when the carrier particles are pressed against the image carrier with a pressing force F3/N3 per unit carrier particle;
and an adhesive force Fdr3 formed between the carrier particles and the image carrier, the adhesive force Fdr3 being measured when the carrier particles are pressed against the image carrier at F3/N3,
Fp<Fdr3
13. The image forming apparatus according to claim 12 , wherein the above formula is satisfied.
前記キャリア粒子を単位キャリア粒子当たりの押圧力であるF4/N4で前記像担持体に押圧した際に測定される前記キャリア粒子と前記供給部材との間に形成される付着力Fsと、
前記キャリア粒子を前記F4/N4で前記像担持体に供給した際に測定される前記キャリア粒子と前記像担持体との間に形成される付着力Fdr4と、の関係が、
Fs<Fdr4
を満たすことを特徴とする請求項13に記載の画像形成装置。 When a pressing force with which the supply member is pressed against the image carrier is F4, and a total number of the carrier particles present between the image carrier and the supply member in the supply section is N4,
an adhesive force Fs formed between the carrier particles and the supply member, the adhesive force Fs being measured when the carrier particles are pressed against the image carrier with a pressing force F4/N4 per unit carrier particle;
and an adhesive force Fdr4 formed between the carrier particles and the image carrier, which is measured when the carrier particles are supplied to the image carrier at F4/N4,
Fs < Fdr4
13. The image forming apparatus according to claim 12 , wherein the above expression is satisfied.
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