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JP2004118180A - 現像装置、プロセスカートリッジ及び非磁性一成分トナー - Google Patents

現像装置、プロセスカートリッジ及び非磁性一成分トナー Download PDF

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JP2004118180A
JP2004118180A JP2003303549A JP2003303549A JP2004118180A JP 2004118180 A JP2004118180 A JP 2004118180A JP 2003303549 A JP2003303549 A JP 2003303549A JP 2003303549 A JP2003303549 A JP 2003303549A JP 2004118180 A JP2004118180 A JP 2004118180A
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toner
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JP2003303549A
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Inventor
Kazumi Suzuki
鈴木 一己
Koichi Kato
加藤 弘一
Hiroshi Nakai
中井 洋志
Hiroshi Yasutomi
安富 啓
Hideki Kosugi
小杉 秀樹
Ichiro Kadota
門田 一郎
Hirokatsu Suzuki
鈴木 宏克
Jun Yura
由良 純
Hirota Sakon
左近 洋太
Masahiko Ishikawa
石川 正彦
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

【課題】 従来の非磁性一成分現像剤を使用する画像形成装置の現像装置の上記の問題点に鑑み、現像ローラ(2)上へのトナー供給量を一定に保つことができる非磁性一成分トナー及び現像装置を提供すること。
【解決手段】 電子写真画像形成装置を構成する1手段として用いられ、非磁性一成分トナーを周面に担持し、潜像担持体に接して回転し、該潜像担持体上に形成された静電潜像に該トナーを供給して現像を行なう現像ローラ、及び該現像ローラの周面に接し、該現像ローラ上の該トナーを薄層化する薄層形成部材とを少なくとも備えた現像装置であって、該現像ローラの該トナーとの摩擦力をF、該薄層形成部材の該トナーとの摩擦力をFとした場合、F<Fであることを特徴とする現像装置。
【選択図】   図2

Description

 本発明は、(電子写真プロセスにおける)非磁性一成分トナーを現像剤として使用する現像装置及び画像形成装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジ及び非磁性一成分トナーに関する。
 電子写真複写機、プリンタ、ファクシミリ等のような電子写真プロセスが用いられる画像形成装置においては、潜像担持体(感光体ともいう)上に形成された静電潜像を現像する現像装置として、非磁性一成分現像装置(11)のプロセスカートリッジ(10)が広く使用されている。
 該プロセスカートリッジ(10)が用いられた画像形成装置について、その一具体例の概略図1に基づいて説明すると、矢印(a)方向に回転する潜像担持体(1)に接して矢印(b)方向に回転する現像ローラ(2)、現像装置ケーシーグ(3)内に設置されたトナーホッパ(4)、該ホッパ(4)内に設置されたアジテータ(5)、該ホッパ(4)内に貯溜した非磁性一成分トナーを、該アジテータ(5)を回転させることによって攪拌してトナー補給部(c)に送り出し、送り出されたトナーを現像ローラ(2)に補給する補給ローラ(6)、現像ローラ(2)の周面の潜像担持体(1)に接する現像領域の上流側で現像ローラ(2)に先端部が接触し、現像ローラ上のトナーを薄層にする薄層形成部材(7)より構成されている。
 非磁性一成分トナーは、補給ローラ(6)や薄層形成部材(7)によって摩擦帯電された後、現像ローラ(2)に担持されて潜像担持体に接する現像領域に搬送され、書き込み光(L)による像露光によって潜像担持体(1)上に形成された静電潜像の電位と、バイアス電圧が印加された現像ローラ(2)の電位との差によって、潜像担持体(1)上に移動して、該静電潜像が現像される。
 しかし、現像ローラ(2)上への薄層形成が変動し過剰にトナーが供給されると、未帯電トナーが発生し、潜像担持体(1)上の電荷のない部分にもトナーが移転しやすく、これにより地汚れが発生することがしばしばあった。
 その解決策として、薄層形成部材の上流側で現像ローラに摺接する摩擦帯電部材を設けることが提案されているが、構造が複雑になる欠点がある(例えば、特許文献1参照)。 さらに、薄層形成部材の表面をRz1〜3μmとすることが提案されているが、薄層形成部材へのフィルミング及び白スジが発生しやすい不具合がある(例えば特許文献2参照)。
特開昭63−121065号公報(請求項1、第2頁右上欄第19行     目〜第2頁左下欄第2行目) 特開平5−188748号公報(請求項1、第2頁右欄第13行目〜     15行目)
 本発明の課題は、従来の非磁性一成分トナーを使用する画像形成装置における現像装置が有する上記の問題点に鑑み、現像ローラ(2)上への非磁性一成分トナーの供給量を一定に保つことができる現像装置とプロセスカートリッジおよびそれらに用いられる非磁性一成分トナーを提供することである。
 すなわち、上記課題は、本発明の(1)「電子写真画像形成装置を構成する1手段として用いられ、非磁性一成分トナーを周面に担持し、潜像担持体に接して回転し、該潜像担持体上に形成された静電潜像に該トナーを供給して現像を行なう現像ローラ、及び該現像ローラの周面に接し、該現像ローラ上の該トナーを薄層化する薄層形成部材とを少なくとも備えた現像装置であって、該現像ローラの該トナーとの摩擦力をF、該薄層形成部材の該トナーとの摩擦力をFとした場合、F<Fであることを特徴とする現像装置」、(2)「現像ローラとトナーとの摩擦力F、薄層形成部材とトナーとの摩擦力Fの差「F−F」が0.50〜2.00(N)であることを特徴とする前記第(1)項に記載の現像装置」、(3)「現像ローラとトナーとの摩擦力F、薄層形成部材とトナーとの摩擦力Fの関係のF<Fを、5%画像面積の画像チャートを5000枚ランニング出力した後にも保つことを特徴とする前記第(1)項または第(2)項に記載の現像装置」、(4)「5%画像面積の画像チャートを5000枚ランニング出力した後の現像ローラとトナーとの摩擦力F、薄層形成部材とトナーとの摩擦力Fの差「F−F」が0.50〜2.00(N)であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(3)項の何れかに記載の現像装置」、(5)「該薄層形成部材がローラ状であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(4)項の何れかに記載の現像装置」、(6)「薄層形成ローラが一定の周速で回転することを特徴とする前記第(5)項に記載の現像装置」、(7)「該薄層形成ローラの回転がA4サイズ1000枚プリントに対し1回転以下であることを特徴とする前記第(6)項に記載の現像装置」、(8)「該薄層形成部材の少なくとも該現像ローラに接触する部分近傍の表面粗さRzが1μm以下の弾性材料で構成されていることを特徴とする前記第(1)項乃至第(7)項の何れかに記載の現像装置」により解決される。
 また、上記課題は、本発明の(9)「潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像しトナー像を形成する現像装置とを備えたプロセスカートリッジであって、該現像装置として、前記第(1)項乃至第(8)項の何れかに記載の現像装置を備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ」により解決される。
 また、上記課題は、本発明の(10)「少なくとも樹脂と着色剤とからなり、該樹脂がポリスチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂もしくはその共重合体のいずれか一を主成分とすることを特徴とする前記第(1)項乃至第(8)項の何れかに記載の現像装置、または前記第(9)項に記載のプロセスカートリッジに用いられる非磁性一成分トナー」、(11)「表面に外添剤が固着され、該外添剤の該トナー表面被覆率が80%以上140%以下であることを特徴とする前記第(10)項に記載の非磁性一成分トナー」、(12)「該外添剤が少なくとも2種の混合であることを特徴とする前記第(11)項に記載の非磁性一成分トナー」、(13)「少なくとも一種の該外添剤の粒径が40nm以上100nm以下であることを特徴とする前記第(11)項または第(12)項に記載の非磁性一成分トナー」により解決される。
 また、上記課題は、本発明の(14)「前記第(1)項乃至第(8)項の何れかに記載の現像装置、または前記第(9)項に記載のプロセスカートリッジが搭載されたことを特徴とする電子写真画像形成装置」により解決される。
 本発明の現像装置は、上記の課題を解決するため、現像ローラとトナーとの表面摩擦力F、薄層形成部材とトナーとの表面摩擦力Fの関係がF<Fであることを特徴とする。
 また、該現像ローラとトナーとの摩擦力Fと、薄層形成部材とトナーとの摩擦力Fとの差「F−F」が0.50〜2.00(N)である場合には、特に弱帯電トナーの発生を防ぐのに有効である。
 本発明における現像ローラとトナーとの摩擦力F及び薄層形成部材とトナーとの摩擦力Fの測定は、概略が図3に示されるように、新東科学(株)社製、型番:HEIDON−14Sの表面性測定機を用いて、次のようにして行なわれる。
 トナーを縦150mm横30mmの基板上に単層になるよう接着剤あるいは粘着剤にて固定化して、サンプルを作成する。該サンプル上に、摩擦体となる現像ローラもしくは薄層形成簿材を配置し、該現像ローラもしくは薄層形成簿材に500g/cmの線圧がかかるように荷重を調整し、速度150mm/minで平行に30mm移動させ、その移動時の平均摩擦力を測定する。
 本発明における摩擦力は、物質同士の摩擦係数、接触面積、表面粗さ等様々な因子により変化するものと考えられ、前記測定方法によって測定される摩擦力は、これらの因子の他に、さらに外添剤の「ころがり」を考慮に入れなければならないと思われる。
 すなわち、本発明に用いられる摩擦力測定方法では、トナー母体を固定し「ころがり」の影響を受けないサンプルとしているが、添加剤を固定しているわけではないために、実際には添加剤の存在状態によって添加剤の表面摩擦力、ころがり摩擦力が混在している摩擦力となっていると考えられる。
 トナー母体に固着されていない添加剤は、ある程度ころがりベアリングのような効果を発揮し、その結果、摩擦力が回転力へと変換されて、実測値は小さくなる。
 トナー母体に添加剤が埋没等によって固着されると、そのころがり摩擦はなくなり、ほぼ接触面の表面摩擦力となると考えられる。
 したがって、本発明における摩擦力の大きさは、摩擦の対象である現像ローラと薄層形成部材それぞれの表面を構成する材料が弾性率及びトナー表面の外添剤の存在状態に大きく影響を受ける。
 表面を構成する材料の弾性率が高い材料とトナー表面との圧密状態での摩擦力は外添剤がトナー表面に固定されていない場合、ころがりの影響が大きくなり摩擦力は低くなる。また、弾性率の低い材料では外添剤のころがりが緩和され摩擦力は大きくなる。
 トナー表面に外添剤が存在しうる初期状態において表面摩擦力F1、薄層形成部材とトナーとの表面摩擦力F2の関係がF1<F2である場合、5000枚後にその関係を維持できる条件は埋没していない外添剤がトナー表面に存在しているかどうかによる。外添剤が埋没しない条件は、特に、外添剤粒径50nm未満の場合、母剤弾性率にもよる。
 本発明のトナーは、定着樹脂及び着色剤を主成分とするトナー母体と外添剤とからなるものである。
 本発明のトナーにおいて、添加混合される外添剤(流動性付与部剤)としては、例えばポリテトラフロロエチレン系フッ素樹脂、ステアリン酸亜鉛のごとき滑剤あるいは酸化セリウム、炭化珪素等の研磨剤、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、ワックス等の定着助剤、あるいは例えばコロイダルシリカ、酸化アルミニウム、酸化チタン等を挙げることができる。
 外添剤の添加量としては、トナーに対し0.1重量%〜10重量%、好ましくは0.2重量%〜5重量%である。
 外添剤による表面被覆率は、トナー母体の表面積と外添剤個々の投影面積の総和の比によって、次のように表わされる。
Figure 2004118180
 本発明の非磁性一成分トナーのおける外添剤表面被覆率は、80%〜140%が好ましい。
 外添剤表面被覆率が80%以下では、薄層形成時における外添剤への応力が分散しにくくなりトナー母体への埋没が起こりやすくなる。また、140%以上となると、外添剤がトナー母体から浮遊し現像ローラへの付着等による帯電不良を発生しやすくなる場合がある。
 本発明者等の調査によると、従来の非磁性1成分トナーの中に、この外添剤被覆率が100%を超えるものはなく、従がってFとFの差はそれほど大きくならず、両者は近い値を示すものと考えられる。
 本発明のトナーにおいては、外添剤の粒径が40nm以上100nm以下であるが好ましく、外添剤を複数種用いる場合にも少なくともその一種の粒径が40nm以上100nm以下であるが好ましい。
 40nm以下の外添剤は、トナー母体に埋没しやすく、100nm以上の外添剤はトナーの流動性を著しく低下させるものとなる。
 本発明で用いられる定着樹脂としては、これまでトナー用結着樹脂として通常使用されているものが適用できる。
 具体的には、ポリスチレン、ポリクロロスチレン、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;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、ポリビニルブチルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。
 本発明のトナー中には、離型剤を含有させることもできる。
 使用される離型剤としては、従来使用されてきたものを適用でき、低分子量のポリエチレン、ポリプロピレンなどの合成ワックス類の他、キャンデリラワックス、カルナウバワックス、ライスワックス、木ロウ、ホホバ油などの植物系ワックス類;ミツロウ、ラノリン、鯨ロウ等の動物系ワックス類;モンタンワックス、オゾケライトなどの鉱物系ワックス類;硬化ヒマシ油、ヒドロキシステアリン酸、脂肪酸アミド、フェノール脂肪酸エステルなどの油脂系ワックス類などが挙げられる。
 また、本発明のトナーに使用される着色剤としては、従来から使用されてきた顔料、染料が適用される。
 具体的には、群青、ニグロシン染料、アニリンブルー、カルコオイルブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ローダミン6Cレーキ、キナクリドン、ベンジジンイエロー、マラカイトグリーン、ハンザイエローG,マラカイトグリーンヘキサレート、オイルブラック、アゾオイルブラック、ローズベンガル、モノアゾ系染顔料、ジスアゾ系染顔料、トリスアゾ系染顔料などが挙げられる。
 なお、本発明のトナーにおいては、極性を制御するために、帯電制御剤を配合することが効果的である。この場合の帯電制御剤の例としては、ニグロシン、4級アンモニウム塩、含金属アゾ染料、サリチル酸の錯化合物などがある。
 本発明の現像装置を構成する薄層形成部材は、ローラ状の形態であり一定の周速で回転するのが好ましい。これにより薄層形成部材へのフィルミングを防止し摩擦力の変動が緩和される。
 薄層形成部材の少なくとも現像ローラに接触する部分近傍は、平滑度が高いものが好ましく、表面粗さRzは1μm以下であることが好ましい。該接触する近傍部の表面粗さが大きいとトナーの流れが一部遮断され白スジの原因となりうる。
 また、本発明の薄膜形成部材の表面を構成する材料は弾性材料である。
 現像ローラと薄層形成部材との圧密状態にした場合に、薄層形成部材に歪が形成され、それがギャップとなって、トナーが通過し、またその歪があそびとって、トナーの流れを均一化し白スジを防ぐ効果をもたらすことができ、薄層形成部材が弾性材料であると、特に有効である。
 以上行なった詳細且つ具体的な説明によって明らかなように、本発明によれば、非磁性一成分現像装置におけるトナー供給量を一定に保ち、安定した薄層形成が可能となり、その結果地汚れを防止することができるものである。
 以下に本発明の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、部は重量部を表わす。
 図2は、先に説明した図1の現像装置(11)及び現像装置本体における着脱可能なプロセスカートリッジ(10)の薄層形成部材(7)を、第3の発明である薄層形成ローラを適用した現像装置及び及び現像装置本体に着脱可能なプロセスカートリッジの1例である。
実施例1
  定着樹脂:芳香族ポリエステル樹脂               90部
       (Tg=61℃)
  着色剤:カーボンブラック                    7部
  帯電制御剤:2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸3、4−   ジクロロフェニルマレイミドアクリル酸ブチルエステル      3部
 上記組成の混合物を溶融混練し、冷却後ハンマーミルを用いて粗粉砕し、次いでエアージェット方式による微粉砕機で微粉砕した。得られた微粉砕品を分級して平均粒径7μmのトナー母体を得た。
 更に、このトナー母体100部に対して、
  疎水性シリカ                     2.4部
   (ヘキスト社製HDK−2000:粒径約20nm)
  酸化チタン                      0.6部
  (テイカ社製SMT−150AI:粒径約20nm)
を添加混合してトナーを得た。
 このトナーの外添剤被覆率は133%であった。
実施例2
 実施例1のトナー母体に対して、
  疎水性シリカ                     1.2部
   (ヘキスト社製HDK−2000:粒径約20nm)
  酸化チタン                      0.6部
   (テイカ社製SMT−150A:粒径約20nmI)
を添加混合してトナーを得た。
 このトナーの外添剤被覆率は80%であった。
実施例3
 実施例1のトナー母体に対して、
  疎水性シリカ                      1.2部
   (ヘキスト社製HDK−2000:粒径約20nm)
  酸化チタン                       0.6部
   (テイカ社製SMT−150AI:粒径約20nm)
  表面処理二酸化ケイ素                  1.0部
   (日本アエロジル社製RX50:粒径約60nm)
を添加混合してトナーを得た。
 このトナーの外添剤被覆率は94%であった。
実施例4
 実施例1のトナー母体に対して、
  疎水性シリカ                      1.2部
   (ヘキスト社製HDK−2000:粒径約20nm)
  酸化チタン                       0.6部
   (テイカ社製SMT−150AI:粒径約20nm)
  表面処理二酸化ケイ素                  0.5部
   (日本アエロジル社製RX50:粒径約60nm)
を添加混合してトナーを得た。
 このトナーの外添剤被覆率は87%であった。
実施例5
 実施例3のトナーを現像装置内に補給し5%画像面積の画像チャートを5000枚ランニング出力した後、トナーホッパー内に残ったトナーを取り出した。
 このときトナーをSEMにて観察すると20nmの外添剤はすべてトナー母体に埋没していたが、60nmの外添剤は埋没していなかった。
比較例1
 実施例1のトナーを現像装置内に補給し、5%画像面積の画像チャートを5000枚ランニング出力した後、トナーホッパー内に残ったトナーを取り出した。
 このときトナーをSEMにて観察すると外添剤はすべてトナー母体に埋没していた。
比較例2
 実施例1のトナーを現像装置内に補給し、60分間現像装置の空回しを行なった後トナーを取り出した。
 このときトナーをSEMにて観察すると外添剤はすべてトナー母体に埋没していた。
比較例3
 実施例1のトナー母体に対して、
  疎水性シリカ                      0.6部
   (ヘキスト社製HDK−2000:粒径約20nm)
  酸化チタン                       0.3部
   (テイカ社製SMT−150AI:粒径約20nm)
を添加混合してトナーを得た。
 このトナーの外添剤被覆率は40%であった。
 実施例1〜5、比較例1〜3のトナーと現像ローラの摩擦力F、薄層形成ローラとの摩擦力F、その差「F−F」、と現像装置内に該トナーを供給し現像を行なったときの現像ローラ単位面積あたりのトナー量、地汚れの有無の評価結果を書き、表1にまとめた。
Figure 2004118180
本発明が適用される現像装置の一例の構成を感光体の近傍とともに示す断面図である。 本発明の実施例の薄層形成部材に薄層形成ローラを用いた例を示す平面図である。 本発明で用いたHEIDON−14Sの表面性測定機の平面図である。
符号の説明
1 感光体
2 現像ローラ
3 現像装置ケーシング
4 トナーホッパ
5 アジテータ
6 補給ローラ
7 薄層形成部材
8 転写チャージャ
9 薄層形成ローラ
10 プロセスカートリッジ
11 現像装置
a 感光体の回転する方向
b 現像ローラの回転する方向
c トナー補給部
L 書き込み光

Claims (14)

  1. 電子写真画像形成装置を構成する1手段として用いられ、非磁性一成分トナーを周面に担持し、潜像担持体に接して回転し、該潜像担持体上に形成された静電潜像に該トナーを供給して現像を行なう現像ローラ、及び該現像ローラの周面に接し、該現像ローラ上の該トナーを薄層化する薄層形成部材とを少なくとも備えた現像装置であって、該現像ローラの該トナーとの摩擦力をF、該薄層形成部材の該トナーとの摩擦力をFとした場合、F<Fであることを特徴とする現像装置。
  2. 現像ローラとトナーとの摩擦力F、薄層形成部材とトナーとの摩擦力Fの差「F−F」が0.50〜2.00(N)であることを特徴とする請求項1に記載の現像装置。
  3. 現像ローラとトナーとの摩擦力F、薄層形成部材とトナーとの摩擦力Fの関係のF<Fを、5%画像面積の画像チャートを5000枚ランニング出力した後にも保つことを特徴とする請求項1または2に記載の現像装置。
  4. 5%画像面積の画像チャートを5000枚ランニング出力した後の現像ローラとトナーとの摩擦力F、薄層形成部材とトナーとの摩擦力Fの差「F−F」が0.50〜2.00(N)であることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の現像装置。
  5. 該薄層形成部材がローラ状であることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の現像装置。
  6. 薄層形成ローラが一定の周速で回転することを特徴とする請求項5に記載の現像装置。
  7. 該薄層形成ローラの回転がA4サイズ1000枚プリントに対し1回転以下であることを特徴とする請求項6に記載の現像装置。
  8. 該薄層形成部材の少なくとも該現像ローラに接触する部分近傍の表面粗さRzが1μm以下の弾性材料で構成されていることを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の現像装置。
  9. 潜像担持体と、該潜像担持体上の潜像を現像しトナー像を形成する現像装置とを備えたプロセスカートリッジであって、該現像装置として、請求項1乃至8の何れかに記載の現像装置を備えたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
  10. 少なくとも樹脂と着色剤とからなり、該樹脂がポリスチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂もしくはその共重合体のいずれか一を主成分とすることを特徴とする請求項1乃至8の何れかに記載の現像装置、または請求項9に記載のプロセスカートリッジに用いられる非磁性一成分トナー。
  11. 表面に外添剤が固着され、該外添剤の該トナー表面被覆率が80%以上140%以下であることを特徴とする請求項10に記載の非磁性一成分トナー。
  12. 該外添剤が少なくとも2種の混合であることを特徴とする請求項11に記載の非磁性一成分トナー。
  13. 少なくとも一種の該外添剤の粒径が40nm以上100nm以下であることを特徴とする請求項11または12に記載の非磁性一成分トナー。
  14. 請求項1乃至8の何れかに記載の現像装置、または請求項9に記載のプロセスカートリッジが搭載されたことを特徴とする電子写真画像形成装置。
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JP2014044315A (ja) * 2012-08-27 2014-03-13 Fuji Xerox Co Ltd 現像方法及び現像装置並びにこれを用いた画像形成組立体、画像形成装置

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