JPH1020671A - 静電画像形成方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コピー経時で安定した現像能力と高画質を維
持しつつ、トナー消費効率が優れコスト的に有利な静電
画像形成装置を提供する。 【解決手段】 少なくとも静電荷像現像装置と現像剤を
用いる静電画像形成方法及び装置において、現像部中の
トナー質量Ｍの変化を示す下記一般式（１）中のパラメ
ーターγの値が０．００２以下であることを特徴とする
静電画像形成方法及び装置。 Ｍ＝Ｍ₀ｅ~^γt （１） （ここでＭはトナー質量、Ｍ₀は初期トナー質量、ｔは
複写枚数を表わす。）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子写真法、静電
印刷法などに用いられる静電画像形成方法及び装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】電子写真法、静電印刷法、静電記録法等
で形成される静電荷像は乾式法の場合、一般に金属粉等
で形成されるキャリアにより摩擦帯電されたバインダー
樹脂及び着色剤を主成分とする乾式トナーが電界により
現像された後、コピー紙上に転写・定着される。この時
高画質な画像を得るためには、現像により感光体上に形
成された潜像をどのような状況においても如何に忠実に
トナーを用いて表現できるかが最重要な技術課題の一つ
であり、現在各種検討がなされている。

【０００３】一般に複写機中では、現像器内のトナー濃
度を制御することから画像濃度を調整し一定にすること
が行われている。このようなトナー濃度制御方法として
は、従来から、感光体上に所定の基準画像パターンを形
成し、その基準画像パターンを光学的に測定し、あらか
じめ設定した基準濃度とを比較し、その比較結果に応じ
てトナー供給量を算出し、算出したトナー供給量に基づ
いてトナー供給制御手段を制御する事により現像器内に
トナーを供給する方法が広く用いられている。この方法
は感光体上のトナー基準画像パターンを直接制御できる
ため感光体の劣化等の影響を受けにくく、比較的容易に
画像濃度を制御することが可能である。しかし、該セン
サーを用いた画像濃度の制御は具体的には、現像部中の
トナー濃度を変化させトナー現像部位でのトナー帯電量
を適当な値にすることで行っていることから、現像剤の
現像時のトナー濃度の変化に対するトナー帯電量の変化
値がある適当な範囲の大きさを有していないと該センサ
ーによる画像濃度制御はできない。従って、この方法は
現像条件、現像剤特性に負う部分が大きく、複雑な制御
とならざるを得ない。

【０００４】そこで、複写機開発の段階では、該センサ
ーを上手く使用するために、複写機と現像剤のマッチン
グ試験による微調整により現像条件及び現像剤が決定さ
れているのが現状であり、マッチング性の指標となる特
性値の出現が切望されている。しかしながら、該センサ
ーの使用によっても外部環境等の変化により装置内部の
湿度等が変化し、感光体特性や現像特性が大きく変化す
るような場合においては、画像パターンの濃度が大きく
目標から外れてしまい、該センサーによる制御では、ト
ナー濃度のみを変化させて制御しているため、トナー濃
度の使用範囲が必然的に大きくなり、現像剤の負担が大
きくなり、トナー補給過多の場合においては、「トナー
飛散」や「地肌カブリ」を引き起こし、又、補給過少の
場合においては、「キャリア付着」や「現像剤寿命低
下」等の問題があった。

【０００５】このようなことから、現像器内にトナー濃
度センサーを設け、このトナー濃度センサーによりトナ
ー濃度を制御する方法が特開平１−２９５２８１号公報
に提案されている。又、電位計により感光体の表面電位
を測定し、その測定した電位に基づいて現像電位が一定
になるように現像バイアスを変更制御するものが特開平
２−２６９３７１号公報において提案されている。これ
らの公報に記載されている画像濃度制御方法によれば、
現像機内のトナー濃度あるいは感光体の表面電位を直接
測定できるので前述の諸問題を解決することができる。
特開平１−２９５２８１号公報では感光体上に形成した
基準パターンを測定するセンサーとトナー濃度を測定す
るトナー濃度センサーの二つが必要となり、センサー数
が増大するので、特に複数の現像器を持つカラー画像形
成装置においては構成が煩雑となるばかりでなく、コス
トが高くなるという問題があり、特開平２−２６９３７
１号公報でも現像バイアスのみでなく何らかの別の方法
でトナー供給を制御するか、又は現像器内のトナー濃度
を一定に保つ必要があり、このためトナー供給制御と画
像形成条件制御との二つの制御を行う必要があり、制御
が煩雑となるばかりでなく「トナー供給量制御」と「画
像形成条件制御」との二つの制御の重み付けによってト
ナー濃度の使用範囲が大きく異なってしまうという問題
がある。これらの問題を解決し、トナー濃度センサーを
不要にした方法が特開平７−２７１１１７号公報に提案
されているが、いずれにせよ何らかのセンサーは必要と
され構成・制御の簡素化は図られていないのが現状であ
る。

【０００６】そして、各種現像装置に使用されるトナー
については、消費効率の高いトナーという所望条件を定
量的に表現し、規定する手段が求められていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、特定のパラ
メーターを用いることによって、コピー経時で安定した
高い現像能力を有し、高画質な、特に地肌汚れがない画
像出力を維持しつつ、トナー消費量が少ないためコスト
的にも有利な画像形成方法及び装置を構成する現像装置
と現像剤の最適な組み合せを実現するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討を
重ねた結果、静電画像形成装置を用いたトナー無補給状
態でのＡ４画像面積６％チャートによる複写実験におけ
る現像部中のトナー質量Ｍの変化に着目し、トナー質量
Ｍの変化に関する特定のパラメーターが経時で安定した
高画質な画像を維持しつつトナー消費量を少なくし得る
ことの指標となることを見出し本発明に至った。

【０００９】即ち、本発明は、下記の（１）及び（２）
である。

【００１０】（１）少なくとも静電荷像現像装置と現像
剤を用いる静電画像形成方法において、現像部中のトナ
ー質量Ｍの変化を示す下記一般式（１）中のパラメータ
ーγの値が０．００２以下であることを特徴とする静電
画像形成方法。

【００１１】Ｍ＝Ｍ₀ｅ~^γt （１） （ここでＭはトナー質量、Ｍ₀は初期トナー質量、ｔは
複写枚数を表わす。） （２）少なくとも静電荷像現像装置と現像剤からなる静
電画像形成装置において、現像部中のトナー質量Ｍの変
化を示す下記一般式（１）中のパラメーターγの値が
０．００２以下であることを特徴とする静電画像形成装
置。

【００１２】Ｍ＝Ｍ₀ｅ~^γt （１） （ここでＭはトナー質量、Ｍ₀は初期トナー質量、ｔは
複写枚数を表わす。） 上記（１）式において、トナー質量Ｍは、電子写真複写
機を用いたトナー無補給状態でのＡ４画像面積６％チャ
ートの複写実験によって求められる。

【００１３】上記（１）式は、現像部中の現像装置及び
現像剤の組み合せにおける現像特性を表現しており、パ
ラメーターγは現像係数（質量）と呼べるものである。
パラメーターγの値が大きければ、現像能力は高いもの
のトナーの消費効率は小さくなり、また地肌汚れ等の問
題が発生する。ここで、γの値が０．００２以下の場合
は現像能力を維持しつつトナーの消費効率が向上する。

【００１４】本発明で規定されるパラメーターγは、上
記のようにトナー無補給状態での複写実験によって求め
られるが、これはあくまでγ値の算出方法であって、現
像装置と現像剤の組み合せのパラメーターγの値が０．
００２以下であれば、トナー無補給状態の静電画像形成
方法及び装置に限定されず、本発明にはトナー補給状態
の静電画像形成方法及び装置も含まれる。

【００１５】次に本発明のトナーに用いられる材料につ
いて詳細に説明する。

【００１６】本発明に使用される結着樹脂としては、ポ
リスチレン、ポリｐ−クロロスチレン、ポリビニルトル
エンなどのスチレン及びその置換体の単重合体；スチレ
ン−ｐ−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレ
ン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチ
レン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル
酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合
体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−
アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸
メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合
体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン
−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−
アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルエ
ーテル共重合体、スチレン−ビニルエチルエーテル共重
合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレ
ン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合
体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、
スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸
エステル共重合体などのスチレン系共重合体が挙げられ
る。又、下記の樹脂を混合して使用することもできる。
ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレー
ト、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリア
ミド、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリアク
リル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェ
ノール樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系
石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなど
が挙げられる。

【００１７】又、特に圧力定着用に好適な結着樹脂とし
ては下記のものを挙げることができ、混合して使用でき
る。

【００１８】ポリオレフィン（低分子量ポリエチレン、
低分子量ポリプロピレン、酸化ポリエチレンポリ４弗化
エチレンなど）、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ス
チレン−ブタジエン共重合体（モノマー比５〜３０：９
５〜７０）、オレフィン共重合体（エチレン−アクリル
酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、
エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−メタクリ
ル酸エステル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合
体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー樹
脂）、ポリビニルピロリドン、メチルビニルエーテル−
無水マレイン酸共重合体、マレイン酸変性フェノール樹
脂、フェノール変性テルペン樹脂。

【００１９】更に、本発明のトナーは更に磁性材料を含
有させ、磁性トナーとしても使用し得る。本発明の磁性
トナー中に含まれる磁性材料としては、マグネタイト、
ヘマタイト、フェライト等の酸化鉄、鉄、コバルト、ニ
ッケルのような金属あるいはこれら金属のアルミニウ
ム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、スズ、亜鉛、ア
ンチモンベリリウム、ビスマス、スドミウム、カルシウ
ム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジ
ウムのような金属の合金およびその混合物などが挙げら
れる。

【００２０】これらの強磁性体は平均粒径が０．１〜２
μｍ程度のものが望ましく、トナー中に含有させる量と
しては樹脂成分１００重量部に対し約２０〜２００重量
部、特に好ましくは樹脂成分１００重量部に対し４０〜
１５０重量部である。

【００２１】又、本発明のトナーに含有される帯電制御
剤としては、従来公知のものが全て使用できる。正帯電
制御剤としては、ニグロシン、塩基性染料、塩基性染料
のレーキ顔料、四級アンモニウム塩化合物他等が挙げら
れ、負帯電制御剤としては、モノアゾ染料の金属塩、サ
リチル酸、ナフトエ酸、ダイカルボン酸の金属錯体他等
が挙げられる。

【００２２】又、本発明のトナーは、必要に応じて公知
の添加物を混合してもよい。添加物としては、例えばテ
フロン、ステアリン酸亜鉛のごとき滑剤あるいは酸化セ
リウム、炭化ケイ素等の研磨剤、あるいは例えばコロイ
ダルシリカ、酸化アルミニウムなどの流動性付与剤、ケ
ーキング防止剤、あるいは例えばカーボンブラック、酸
化スズ等の導電性付与剤、あるいは低分子量ポリオレフ
ィンなどの定着助剤等がある。

【００２３】着色剤としては、トナー用として公知のも
のがすべて使用できる。黒色の着色剤としては、例え
ば、カーボンブラック、アニリンブラック、ファーネス
ブラック、ランプブラック等が使用できる。シアンの着
色剤としては、例えば、フタロシアニンブルー、メチレ
ンブルー、ビクトリアブルー、メチルバイオレット、ア
ニリンブルー、ウルトラマリンブルー等が使用できる。
マゼンタの着色剤としては、例えば、ローダミン６Ｇレ
ーキ、ジメチルキナクリドン、ウオッチングレッド、ロ
ーズベンガル、ローダミンＢ、アリザリンレーキ等が使
用できる。イエローの着色剤としては、例えば、クロム
イエロー、ベンジジンイエロー、ハンザイエロー、ナフ
トールイエロー、モリブデンオレンジ、キノリンイエロ
ー、タートラジン等が使用できる。

【００２４】本発明に使用し得るキャリアとしては、公
知のものがすべて使用可能であり、例えば鉄粉、フェラ
イト粉、ニッケル粉のごとき磁性を有する粉体、ガラス
ビーズ等及びこれらの表面を樹脂などで処理した物など
が挙げられる。

【００２５】本発明におけるキャリアにコーティングし
得る樹脂粉末としては、スチレン−アクリル共重合体、
シリコーン樹脂、マレイン酸樹脂、フッ素系樹脂、ポリ
エステル樹脂エポキシ樹脂等がある。スチレン−アクリ
ル共重合体の場合は、３０〜９０重量％のスチレン分を
有するものが好ましい。この場合スチレン分が３０重量
％未満だと現像特性が低く、９０重量％を越えるとコー
ティング膜が硬くなって剥離しやすくなり、キャリアの
寿命が短くなるからである。

【００２６】又、本発明におけるキャリアの樹脂コーテ
ィングは、上記樹脂の他に接着付与剤、硬化剤、潤滑
剤、導電材、荷電制御剤等を含有してもよい。

【００２７】本発明に用いられる静電荷像現像装置は、
特に限定されず、現像剤との関係で上記（１）式中のパ
ラメーターγが０．００２以下となりうるものであれば
全て用いることができる。又、本発明の静電画像形成方
法及び装置は静電荷像現像装置と現像剤を必須の構成要
件とするが、これ以外の公知の付加的な構成要件が加わ
ってもよい。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例等によって
さらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定される
ものではない。なお、部数はすべて重量部である。

【００２９】まず、実施例等に用いるシリコーン樹脂を
被覆層に有するキャリアの製造例を示す。これは公知の
手段で行うことができる。

【００３０】 キャリア製造例１ 被覆層形成液の組成 シリコン樹脂溶液（ＫＲ２５０ 信越シリコーン社製） １００部 カーボンブラック（＃４４ 三菱化成工業社製） ４部 トルエン １００部 上記処方をホモミキサーで３０分間分散して被覆層形成
液を調製した。この被覆層形成液を平均粒径１００μｍ
の球状フェライト１０００重量部の表面に流動床型塗布
装置を用いて被覆層を形成したキャリアＡを得た。

【００３１】 キャリア製造例２ 被覆層形成液の組成 シリコン樹脂溶液（ＫＲ２５０ 信越シリコーン社製） １００部 クロル基を有するシランカップリング剤 ６部 カーボンブラック（＃４４ 三菱化成工業社製） ６部 トルエン １００部 上記処方をホモミキサーで３０分間分散して被覆層形成
液を調製した。この被覆層形成液を平均粒径１００μｍ
の球状フェライト１０００重量部の表面に流動床型塗布
装置を用いて被覆層を形成したキャリアＢを得た。

【００３２】 キャリア製造例３ 被覆層形成液の組成 シリコン樹脂溶液（ＫＲ２５０ 信越シリコーン社製） １００部 アミノシランカップリング剤 ６部 カーボンブラック（＃４４ 三菱化成工業社製） ４部 トルエン １００部 上記処方をホモミキサーで３０分間分散して被覆層形成
液を調製した。この被覆層形成液を平均粒径１００μｍ
の球状フェライト１０００重量部の表面に流動床型塗布
装置を用いて被覆層を形成したキャリアＣを得た。

【００３３】実施例１ 下記の現像剤を用いた ポリエステル １５部 スチレンメチルアクリレート ８０部 低分子量ポリプロピレン ５部 ローダミン系染料 ０．３部 上記組成の混合物をヘンシェルミキサー中で十分撹拌混
合した後、ロールミルで１３０〜１４０℃の温度で約３
０分間加熱溶融し、室温まで冷却後、得られた混練物を
ジェットミルで粉砕分級し、５〜２０μｍの粒径のトナ
ーを得た。このトナー３．５部に対し、上記キャリアＡ
９６．５部とをボールミルで混合し現像剤を得た。

【００３４】上記現像剤をリコー製複写機ＦＴ−４５０
０を用いてトナー無補給状態で複写実験を行なった。ト
ナー帯電量の現像能力を表わすパラメーターγの値は、
０．００１６であった。なお、この時の複写画像チャー
トはＡ４画像面積６％のものを用いた。本画像形成方法
及び装置の使用により、表１に示すように、リコー製複
写機ＦＴ−４５００を用いた２０万枚ランニング後（ト
ナー補給有り）においても、スタート時と同様に良好な
画像が得られた。

【００３５】実施例２ 下記の現像剤を用いた。

【００３６】 ポリエステル樹脂（重量平均分子量２５万） ７５部 スチレン−メチルメタアクリレート共重合体 ２５部 酸価ライスワックス（酸価１５） ５部 カーボンブラック（三菱カーボン社製＃４４） １０部 ４級アンモニウム塩化合物 ０．５部 上記組成の混合物をヘンシェルミキサー中で十分撹拌混
合した後、ロールミルで１３０〜１４０℃の温度で約３
０分間加熱溶融し、室温まで冷却後、得られた混練物を
ジェットミルで粉砕分級し、５〜２０μｍの粒径のトナ
ーを得た。このトナー２．５部に対し、キャリアＢ９
７．５部とをボールミルで混合し、帯電量２２．１μＣ
／ｇの現像剤を得た。該現像剤は、トナー帯電能力が小
さくキャリア帯電能力が非常に大きい組合わせを有して
いる。

【００３７】市販の（株）リコー製複写機ＦＴ−４５０
０を用いて、該現像剤によりトナー無補給状態で複写実
験を行ったところ、トナー帯電量の現像能力を表わすパ
ラメーターγの値は、０．００１０であった。なお、こ
の時の複写画像チャートはＡ４画像面積６％のものを用
いた。本画像形成方法及び装置の使用により、表１に示
すように、リコー製複写機ＦＴ−４５００を用いた２０
万枚ランニング後（トナー補給有り）においても、スタ
ート時と同様に良好な画像が得られた。

【００３８】比較例１ 下記の現像剤を用いた。

【００３９】 ポリエステル樹脂（重量平均分子量２５万） ７５部 スチレン−メチルメタアクリレート共重合体 ２５部 酸価ライスワックス（酸価１５） ５部 カーボンブラック（三菱カーボン社製＃４４） ８部 ４級アンモニウム塩化合物 １１部 上記組成の混合物をヘンシェルミキサー中で十分撹拌混
合した後、ロールミルで１３０〜１４０℃の温度で約３
０分間加熱溶融し、室温まで冷却後、得られた混練物を
ジェットミルで粉砕分級し、５〜２０μｍの粒径のトナ
ーを得た。このトナー２．５部に対し、キャリアＣ９
７．５部とをボールミルで混合し、帯電量２３．３μＣ
／ｇの現像剤を得た。該現像剤は、トナー帯電能力が非
常に大きくキャリア帯電能力が小さい組合わせを有して
いる。

【００４０】市販の（株）リコー製複写機ＦＴ−４５０
０を用いて、該現像剤によりトナー無補給状態で複写実
験を行ったところ、トナー帯電量の現像能力を表わすパ
ラメーターγの値は、０．００２８であった。なお、こ
の時の複写画像チャートはＡ４画像面積６％のものを用
いた。本画像形成方法及び装置の使用では、表１に示す
ように、リコー製複写機ＦＴ−４５００を用いた２０万
枚ランニング後（トナー補給有り）において、スタート
時と同様に良好な画像は得られなかった。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【発明の効果】上記の通り、パラメーターγの値を０．
００２以下とすることにより、コピー経時で安定した現
像能力と高画質を維持しつつ、トナー消費効率が優れコ
スト的に有利な静電画像形成方法及び装置を構成するこ
とができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも静電荷像現像装置と現像剤を
   用いる静電画像形成方法において、現像部中のトナー質
   量Ｍの変化を示す下記一般式（１）中のパラメーターγ
   の値が０．００２以下であることを特徴とする静電画像
   形成方法。 Ｍ＝Ｍ₀ｅ~^γt （１） （ここでＭはトナー質量、Ｍ₀は初期トナー質量、ｔは
   複写枚数を表わす。）
2. 【請求項２】 少なくとも静電荷像現像装置と現像剤か
   らなる静電画像形成装置において、現像部中のトナー質
   量Ｍの変化を示す下記一般式（１）中のパラメーターγ
   の値が０．００２以下であることを特徴とする静電画像
   形成装置。 Ｍ＝Ｍ₀ｅ~^γt （１） （ここでＭはトナー質量、Ｍ₀は初期トナー質量、ｔは
   複写枚数を表わす。）