CN105652623B - 图像形成设备、处理盒和图像形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图像形成设备、处理盒和图像形成方法,所述图像形成设备不具备用于去除静电潜像承载构件上的不需要的调色剂的清洁单元,而利用显影装置回收转印残余调色剂,其特征在于,该显影装置具有:调色剂;调色剂承载构件(47);和控制构件,其用于控制承载于调色剂承载构件的调色剂的层厚,该调色剂承载构件与该静电潜像承载构件接触地配置,接触式充电辊(46)相对于该静电潜像承载构件以正方向旋转,该接触式充电辊具有芯轴、弹性层和表面层,该表面层的通用硬度为1.0~17.0N/mm2,该调色剂为具有调色剂颗粒和无机细颗粒的调色剂,该无机细颗粒的数均粒径为50~500nm,固着率为50~90质量%。
Description
技术领域
本发明涉及利用电子照相法的图像形成设备、处理盒和图像形成方法。
背景技术
近年来,打印机、复印机正在进行自模拟向数字的转变,在潜像的再现性优异且为高分辨率的同时,尤其是对打印机强烈要求小型化。
一直以来,打印机与网络相连接,多人利用该打印机进行印刷的使用方式是常见的,但近年来在个人办公桌上放置PC和打印机在手头进行印刷的需求也变得高涨。因此,打印机需要节省空间化,强烈需求打印机的小型化。
另外,即使是这种紧凑的打印机,为高图像质量、且在长期使用时变动也少的高稳定性的需求也大。
此处,若着眼于打印机的小型化,则小型化中主要是定影器的小型化和显影装置的小型化有效。尤其,后者占据打印机的容积的相当大的部分,可以说显影装置的小型化对于打印机的小型化而言是必须的。
若考虑到显影方式,则打印机的显影方式中有双组分显影方式、单组分显影方式,但就所谓紧凑的意义而言单组分显影是合适的。这是因为不使用载体等构件。
另外,作为显影装置,无清洁器系统(cleaner-less system)非常适合于小型化。许多打印机将转印工序中残余的静电潜像承载构件上的调色剂(以下称为残余调色剂)用清洁刮板等刮除,回收到清洁器容器中。另一方面,无清洁器系统由于没有清洁刮板、清洁器容器,因此可以将显影装置大幅小型化。
但是,无清洁器系统中也存在特有的问题。其中之一是纸尘、构件等的切削粉末、调色剂的聚集块等杂质附着或熔融粘附于静电潜像承载构件上。以这些杂质为核而生长出熔融粘附物。若熔融粘附物生长,则在利用充电辊使静电潜像承载构件带电时,存在发生带电不良、产生图像缺陷的问题。
现有的具有清洁刮板的显影装置由于上述杂质被清洁刮板刮除并存储于清洁器容器,因此变得不易产生上述图像缺陷。
针对这种问题,例如,充电辊具有导电性发泡构件,相对于图像承载构件表面,具有圆周速度差地进行接触。进而,在与图像承载构件表面的接触部具有以可移动的方式保持导电性颗粒的多孔性表面。进而,也报道了,通过使用包含相对于调色剂重量为0.1质量%以上且10质量%以下的导电性颗粒的单组分显影剂,能够消除非均匀带电(参照日本特开2003-233254号公报)。
另外,也报道了,通过对静电潜像承载构件与研磨辊赋予圆周速度差,且调色剂具有研磨颗粒,能够消除图像缺失(参照日本特开平10-333349号公报)。
但是,即便使用这些显影装置、调色剂,对上述那样由杂质造成的图像缺陷的效果也尚不充分。特别是在低温低湿环境下,附着物与静电潜像承载构件的附着力变得容易进一步提高,存在变得容易产生图像缺陷的倾向。
发明内容
本发明的目的在于提供即使在低温低湿环境下也能稳定地得到良好的图像的图像形成设备。
另外,本发明的另一目的在于提供即使在低温低湿环境下也能稳定地形成高质量的图像的处理盒。
另外,本发明的再另一目的在于提供即使在低温低湿环境下也能稳定地形成高质量的图像的图像形成方法。
根据本发明的一个方案,提供一种图像形成设备,其具有:静电潜像承载构件;接触式充电辊,其使该静电潜像承载构件带电;图像曝光单元,其用于对带电了的该静电潜像承载构件的表面照射图像曝光光而在该静电潜像承载构件的表面形成静电潜像;显影装置,其具有用于将形成于该静电潜像承载构件的表面的该静电潜像显影而在该静电潜像承载构件的表面形成调色剂图像的显影单元;转印单元,其用于经由中间转印构件或未经由中间转印构件地将形成于该静电潜像承载构件的表面的该调色剂图像转印到转印材料;和定影单元,其用于将转印于该转印材料的该调色剂图像定影于该转印材料,所述图像形成设备在该转印单元的下游且该接触式充电辊的上游侧不具备用于去除该静电潜像承载构件上的不需要的调色剂的清洁单元,而利用该显影装置回收转印该调色剂图像之后的转印残余调色剂,其中,
该显影装置具有:调色剂,其用于将该静电潜像显影;调色剂承载构件,其用于承载该调色剂;和控制构件,其用于控制承载于该调色剂承载构件的该调色剂的层厚,该调色剂承载构件与该静电潜像承载构件接触地配置,该接触式充电辊相对于该静电潜像承载构件以正方向(即,在接触位置为相同的方向)旋转,且圆周速度比为105%以上且140%以下,该接触式充电辊具有芯轴、弹性层和位于该弹性层外周的表面层,该表面层的通用硬度为1.0N/mm2以上且17.0N/mm2以下,该调色剂为具有调色剂颗粒和无机细颗粒的调色剂,所述调色剂颗粒含有粘结剂树脂和着色剂,
该无机细颗粒的一次颗粒的数均粒径(D1)为50nm以上且500nm以下,该调色剂具有相对于该调色剂颗粒100质量份为0.1质量份以上且1.0质量份以下的该无机细颗粒,该调色剂的该无机细颗粒的固着率为50质量%以上且90质量%以下。
另外,本发明涉及一种处理盒,其特征在于,具备:静电潜像承载构件;使该静电潜像承载构件带电的充电辊,其在与该静电潜像承载构件的接触位置、以105%以上且140%以下的圆周速度差以正方向旋转;和具有调色剂的显影装置,其兼作该静电潜像承载构件表面的清洁单元,并且所述处理盒以可拆卸地安装于图像形成设备的方式构成,
该充电辊的表面层的通用硬度为1.0N/mm2以上且17.0N/mm2以下,
该调色剂具有调色剂颗粒和无机细颗粒,所述调色剂颗粒含有粘结剂树脂和着色剂,该无机细颗粒的一次颗粒的数均粒径(D1)为50nm以上且500nm以下,该调色剂具有相对于该调色剂颗粒100质量份为0.1质量份以上且1.0质量份以下的该无机细颗粒,该无机细颗粒的固着率为50质量%以上且90质量%以下。
进而,本发明涉及一种图像形成方法,其使用了上述图像形成设备。
通过使用本发明的具有独特构成的显影装置,能够在低温低湿环境下得到无图像缺陷的鲜明的图像,并且即使长期使用也能够得到良好的图像。
以下参照附图说明具体实施方式,从而揭示本发明的进一步的特征。
附图说明
图1为示出能用于无机细颗粒的外部添加混合的混合处理装置的一例的示意图。
图2为示出混合处理装置所使用的搅拌构件的构成的一例的示意图。
图3为示出本发明的调色剂承载构件的一个实施方式的示意图。
图4为示出本发明的显影装置的一例的截面示意图。
图5为示出组装有本发明的显影装置的图像形成设备的一例的截面示意图。
图6为示出本发明的显影装置的另一例的截面示意图。
图7为涉及无机细颗粒的存在个数的4个区域的说明图。
图8为大粒径二氧化硅颗粒的重量基准粒度分布半值宽度的测定数据的一例。
图9为示出本发明的显影装置的一例的截面图。
图10为将本发明的一个实施方式的处理盒用于图像形成设备的一例。
附图标记说明
1:主壳体、2:旋转构件、3、3a、3b:搅拌构件、4:夹套、5:原料投入口、6:产品排出口、7:中心轴、8:驱动单元、9:处理空间、10:旋转构件端部侧面、11:旋转方向、12:倒退方向、13:前进方向、16:原料投入口用栓(inner piece)、17:产品排出口用栓、d:表示搅拌构件的重叠部分的间隔、D:搅拌构件的宽度、31:调色剂承载构件、32:基体、33:弹性层、34:表面层、45:静电潜像承载构件(感光构件)、46:充电辊、47:调色剂承载构件、48:调色剂供给构件、49:显影器、50:转印构件(转印辊)、51:定影器、52:拾取辊、53:转印材料(纸)、54:激光产生装置、55:调色剂控制构件、56:金属板、57:调色剂、58:搅拌构件、59:磁体
具体实施方式
以下按照附图详细说明本发明的优选的实施方式。
本发明涉及一种图像形成设备,其具有:静电潜像承载构件;接触式充电辊,其使该静电潜像承载构件带电;图像曝光单元,其用于对带电了的该静电潜像承载构件的表面照射图像曝光光而在该静电潜像承载构件的表面形成静电潜像;显影装置,其具有用于将形成于该静电潜像承载构件的表面的该静电潜像显影而在该静电潜像承载构件的表面形成调色剂图像的显影单元;转印单元,其用于经由中间转印构件或未经由中间转印构件地将形成于该静电潜像承载构件的表面的该调色剂图像转印到转印材料;和定影单元,其用于将转印于该转印材料的该调色剂图像定影于该转印材料,所述图像形成设备在该转印单元的下游且该接触式充电辊的上游侧不具备用于去除该静电潜像承载构件上的不需要的调色剂的清洁单元,而利用该显影装置回收转印该调色剂图像之后的转印残余调色剂,其特征在于,
该显影装置具有:调色剂,其用于将该静电潜像显影;调色剂承载构件,其用于承载该调色剂;和控制构件,其用于控制承载于该调色剂承载构件的该调色剂的层厚,该调色剂承载构件与该静电潜像承载构件接触地配置,该接触式充电辊相对于该静电潜像承载构件以正方向旋转,且圆周速度比为105%以上且140%以下,该接触式充电辊具有芯轴、弹性层和位于该弹性层外周的表面层,该表面层的通用硬度为1.0N/mm2以上且17.0N/mm2以下,该调色剂为具有调色剂颗粒和无机细颗粒的调色剂,所述调色剂颗粒含有粘结剂树脂和着色剂,
该无机细颗粒的一次颗粒的数均粒径(D1)为50nm以上且500nm以下,该调色剂具有相对于该调色剂颗粒100质量份为0.1质量份以上且1.0质量份以下的该无机细颗粒,该调色剂的该无机细颗粒的固着率为50质量%以上且90质量%以下。
本发明人等进行了详细研究,结果发现,表面层的通用硬度为1.0N/mm2以上且17.0N/mm2以下的接触式充电辊相对于静电潜像承载构件以正方向旋转,且圆周速度比为105%以上且140%以下,使用相对于调色剂颗粒100质量份具有0.1质量份以上且1.0质量份以下的、一次颗粒的数均粒径(D1)为50nm以上且500nm以下的无机细颗粒、且无机细颗粒的固着率为50质量%以上且90质量%以下的调色剂,从而能够在低温低湿环境下得到无图像缺陷的鲜明的图像。
为了抑制纸尘、构件等的切削粉末、调色剂的聚集块等杂质向静电潜像承载构件上的附着或熔融粘附、以及熔融粘附物的生长,稳定地将杂质自静电潜像承载构件刮除。进而,需要经由调色剂承载构件向显影器回收、或在转印时使其转移到介质上。
为了稳定地将杂质自静电潜像承载构件刮除,本发明人等进行了深入研究,结果使接触式充电辊承载调色剂是有效的。以下详细说明。
<充电辊>
本发明的充电辊为配置有芯轴、设置于其外周的弹性层和位于弹性层外侧的表面层的2层结构。
<弹性层>
本发明的弹性层包含橡胶成分。
作为该橡胶成分,没有特别限定,可以使用电子照相用导电性构件的领域中公知的橡胶。具体而言,可列举出环氧氯丙烷均聚物、环氧氯丙烷-环氧乙烷共聚物、环氧氯丙烷-环氧乙烷-烯丙基缩水甘油醚3元共聚物、丙烯腈-丁二烯共聚物、丙烯腈-丁二烯共聚物的氢化物、硅橡胶、丙烯酸类橡胶及聚氨酯橡胶等。
<表面层>
表面层可以包含电子照相用导电性构件的领域中公知的树脂。
具体而言,可列举出丙烯酸类树脂、聚氨酯、聚酰胺、聚酯、聚烯烃及有机硅树脂那样的树脂。
表面层根据需要可以进一步含有炭黑、石墨及氧化锡等具有导电性的氧化物、铜、银等金属、其氧化物、将金属覆盖于颗粒表面而赋予了导电性的导电性颗粒、季铵盐等具有离子交换性能的离子导电剂。
作为本发明的充电辊的电阻值的目标,分别为1×106Ω·cm以上且1×1014Ω·cm以下。其中,本发明的充电辊的电阻值优选设为1×109Ω·cm以上且1×1012Ω·cm以下。
将本发明的充电辊的电阻值设为1×109Ω·cm以上时,下游放电量的增加变得明显。其结果,对于充电辊通过后的调色剂,通过利用下游放电而使调色剂的带负电成为可能。另外,通过将本发明的充电辊的电阻值设为1×1012Ω·cm以下,能够抑制由电阻不足导致的图像缺陷产生。
本发明的充电辊需要与静电潜像承载构件接触。这是因为,通过充电辊与静电潜像承载构件接触,从而能够表现出刮除性。另外,接触式充电辊需要相对于静电潜像承载构件以正方向旋转,且圆周速度比为105%以上且140%以下。这是因为,通过以正方向、且赋予圆周速度差,能够使后述本发明的调色剂存在于静电潜像承载构件与充电辊的辊隙部,存在于辊隙部的调色剂会将杂质刮除。通过圆周速度比为105%以上,从而表现出刮除性。圆周速度比为140%以下时,变得不易发生非均匀带电。需要说明的是,相对于静电潜像承载构件,接触式充电辊以逆方向旋转时,调色剂变得难以滞留于静电潜像承载构件与充电辊的辊隙部,因此刮除性降低。
需要说明的是,前述正方向是指,在前述充电辊与前述静电潜像承载构件的接触部、前述充电辊表面与前述静电潜像承载构件表面的移动方向相同。前述圆周速度比是指,在前述充电辊与前述静电潜像承载构件的接触部的、前述充电辊表面的速度vr与前述静电潜像承载构件表面速度vd的比率,具体而言为:
圆周速度比(%)=(vr/vd)×100。
为了表现出刮除性,需要充电辊具有芯轴、弹性层和位于该弹性层外周的表面层,并控制表面层的通用硬度。通用硬度为1.0N/mm2以上且17.0N/mm2以下、优选为1.0N/mm2以上且10.0N/mm2以下。通用硬度为1.0N/mm2以上时,静电潜像承载构件与充电辊的辊隙部变得能够进行加压,刮除性提高。另一方面,通用硬度为17.0N/mm2以下时,不会对调色剂施加过度的剪切,因此使调色剂不会碎裂,变得不易产生碎裂的调色剂那样的杂质,变得不易产生图像缺陷。进而,通用硬度为10.0以下时,能够进一步抑制对调色剂的剪切。
需要说明的是,作为充电辊的表面的通用硬度,例如使用通用硬度计(商品名:超微硬度计H-100V,Fisher公司制造)进行测定。通用硬度是指,通过将压头边施加载荷边压入测定对象而求出的物性值,以(试验载荷)/(试验载荷下的压头的表面积)(N/mm2)的形式求出。将四棱锥等的压头一边施加规定的较小的试验载荷一边压入被测定物,达到规定的压入深度的时刻的自该压入深度起算压头接触的表面积,利用上述式求出通用硬度。本发明中,将使压头压入1.0μm的时刻的硬度设为通用硬度。
本发明的充电辊的通用硬度可以通过控制表面层的硬度而实现,本发明中,使表面层柔软化即可。为了使表面层柔软化,例如可以通过降低交联密度而达成,聚氨酯树脂由于容易控制交联密度而适宜。作为适于本发明的聚氨酯树脂,有聚醚系聚氨酯、聚碳酸酯系聚氨酯、聚酯系聚氨酯、聚烯烃系聚氨酯等。上述聚氨酯树脂由于材料自身的柔软性高,因此能够容易地与交联密度的降低相应地降低通用硬度。
本发明的一个实施方式的特征事项之一是,在静电潜像承载构件与充电辊的辊隙部存在调色剂,且调色剂表现出刮除性。为了使调色剂更良好地表现出刮除性,优选的是,充电辊与调色剂连带旋转,刮除静电潜像承载构件上的杂质。为了使充电辊与调色剂更良好地连带旋转,优选充电辊的表面具有凸部。通过使充电辊的表面存在凸部,能够使充电辊与调色剂更良好地连带旋转,表现出更加优异的刮除性。
另外,该凸部优选来源于与充电辊的表面层中的树脂(粘结剂树脂)一起存在的导电性颗粒。通过使该凸部为来源于导电性颗粒的凸部,从而即使长期使用充电辊时,也不易发生由放电劣化导致的非均匀带电,能够经长期维持优异的图像质量。
为了形成上述来源于导电性颗粒的凸部,优选作为表面层的一个构成要素的粘结剂的树脂中含有数均粒径10nm以上且100nm以下的导电性颗粒。通过将导电性颗粒的数均粒径设为10nm以上,能够更可靠地在充电辊的表面形成来源于该导电性颗粒的凸部,因此能使调色剂更良好地连带旋转,容易进一步表现出刮除性。另外,通过数均粒径设为100nm以下,从而在带电时不易产生不均匀,因此变得容易提高图像质量。
进而,控制该凸部的数量在实现刮除性的进一步提高的方面也有效。作为来源于导电性细颗粒的露出部的凸部的个数,优选在纵2.0μm/横2.0μm的区域(4.0μm2的区域)中为50个以上且500个以下。通过设为50个以上,使调色剂的连带旋转充分实现,刮除性进一步提高。另外,通过设为500个以下,能够有效地减轻对调色剂的负荷。
接着,针对在本发明的表面层的表面使导电性细颗粒露出、形成来源于该导电性细颗粒的凸部的方法进行说明。
在导电性构件的导电性的弹性层上利用浸渍涂布法形成表面层时,必然在表面层的最外表面形成外层(skin layer),因此导电性细颗粒无法在表面层的表面露出,无法充分得到向污染物质注入电子的效果。为了使导电性细颗粒的至少一部分在表面层的表面露出、其露出部在表面层的表面形成凸部,需要去除最外表面的外层。例如,通过进行紫外线处理、研磨法、电解研磨法、化学研磨法、离子减薄法等,从而去除粘结剂树脂的表面外层,可以使导电性细颗粒在表面层的表面露出。本发明中,由于表面层的硬度低,因此进行紫外线处理即可充分地去除外层,使导电性细颗粒在表面层的表面露出。紫外线处理与研磨法等相比,能够在将对表面层的损坏抑制在最小限度的基础上使导电性细颗粒在表面层的表面露出,故而优选。
导电性细颗粒的露出状态可以使用原子力显微镜(AFM)来确认。以AFM的轻敲模式(tapping mode)取得高度图像。此时,来源于导电性细颗粒的露出部的部分作为凸部而被确认到。在浸渍涂布后的存在外层的状态下取得高度图像时,确认不到前述凸部。进而,以AFM的轻敲模式取得相位图像。此时,得到导电性细颗粒的相移少、且由于粘结剂树脂与导电性细颗粒的硬度差而浓淡对比度差非常大的图像。在浸渍涂布后的存在外层的状态下取得相位图像时,取得相位差非常少、对比度差低的图像。
作为凸部尺寸的测定方法,使用扫描电子显微镜(SEM),拍摄任意的2μm见方的区域的图像,利用二值化后的图像算出导电点的尺寸即可。
另外,本发明中,为了利用来源于导电性细颗粒的凸部来向污染物质注入电荷,将凸部的数量控制在优选的范围是重要的。作为来源于导电性细颗粒的露出部的微小凸部的个数,优选在纵2.0μm/横2.0μm的区域(4.0μm2的区域)中为50个以上且500个以下。通过设为50个以上,能够确保作为对污染物质注入电荷的起点的凸部的个数。另外,通过设为500个以下,能够抑制电荷向感光构件的注入。该凸部的个数的算出可以如下进行:使用扫描电子显微镜(SEM),拍摄任意的2μm见方的区域的图像,利用二值化后的图像算出导电点数,从而进行。
作为导电性细颗粒,可列举出炭黑、氧化钛、氧化锡、氧化锌等金属氧化物系导电性颗粒、铝、铁、铜、银那样的金属系导电性颗粒。这些导电性颗粒可以单独使用或组合使用2种以上。另外,作为导电性颗粒,也可以使用将二氧化硅颗粒用导电性颗粒覆盖而得到的复合颗粒。作为表面层中使用的导电性细颗粒,优选炭黑。炭黑由于比重低且导电性高,因此相对于粘结剂树脂以少量添加即可确保对表面层而言充分的导电性。本发明中,需要保持表面层的硬度为低硬度,因此是适宜的。
接着,针对调色剂进行说明。
调色剂为具有调色剂颗粒和无机细颗粒的调色剂,所述调色剂颗粒含有粘结剂树脂和着色剂,无机细颗粒的一次颗粒的数均粒径(D1)为50nm以上且500nm以下。
本发明中,为了在静电潜像承载构件与充电辊的辊隙部使调色剂表现出刮除性,需要调色剂具有无机细颗粒。推测这是因为,通过调色剂具有无机细颗粒,能使调色剂表面的无机细颗粒刮除杂质。
无机细颗粒的一次颗粒的数均粒径(D1)为50nm以上时,变得能够刮除纸尘、构件等的切削粉末、调色剂的聚集块等杂质。另外,无机细颗粒的一次颗粒的数均粒径(D1)为500nm以下时,能够提高后述无机细颗粒的固着率,利用固着于调色剂的无机细颗粒而使刮除性提高。
另外,本发明的调色剂具有相对于调色剂颗粒100质量份为0.1质量份以上且1.0质量份以下的无机细颗粒是重要的。具有0.1质量份以上无机细颗粒时,存在于调色剂表面的无机细颗粒的频率变高,因此刮除性提高。
另一方面,无机细颗粒为1.0质量份以下时,能够提高后述无机细颗粒的固着率。通过提高固着量,从而容易自调色剂脱离的无机细颗粒减少,因此变得容易抑制由自调色剂脱离的无机细颗粒造成的充电辊的污染,能够抑制由充电辊的污染造成的非均匀带电。
另外,本发明的调色剂的无机细颗粒的固着率为50质量%以上且90质量%以下。如上所述,为了在静电潜像承载构件与充电辊的辊隙部使调色剂表现出刮除性,需要调色剂具有无机细颗粒。若仅依靠调色剂具有无机细颗粒,则刮除性的表现不充分,通过无机细颗粒固着于调色剂,从而能够表现出刮除性。推测这是因为,能够刮除附着或熔融粘附于静电潜像承载构件上的杂质,而不会因刮除静电潜像承载构件上的杂质时受到的能量而使无机外部添加剂自调色剂脱离。无机细颗粒的固着率为50质量%以上时,牢固地固着于调色剂的无机细颗粒的存在量增加,因此刮除性提高,能够抑制图像缺陷。无机细颗粒的固着率为90质量%以下时,无机细颗粒变得不易埋没在调色剂表面以下,刮除性提高。
这是因为,为了使无机细颗粒牢固地固着于调色剂,例如,无机细颗粒的外部添加工序中过度地赋予较大的处理能量时,虽然无机细颗粒的固着率提高,但也发生埋没。因此,无机细颗粒的固着率为90质量%以下。
另外,即使在低温低湿环境下,为了抑制图像缺陷而提高无机细颗粒的固着率也是特别重要的项目。低温低湿环境下,存在调色剂的带电量变高的倾向。另外,无机细颗粒的固着率低时,存在自调色剂脱离的无机细颗粒,存在它们的带电量也变高的倾向。因此,低温低湿环境下,对于无机细颗粒的固着率低的调色剂而言,存在于调色剂表面的无机细颗粒变得更容易减少,存在于调色剂表面的无机细颗粒的频率变低,因此刮除性降低。因此,提高无机细颗粒的固着率是重要的。
另外,自调色剂脱离的无机细颗粒的带电量容易变高,因此无机细颗粒变得容易附着于充电辊、静电潜像承载构件,也有时成为非均匀带电、静电潜像承载构件上的杂质的起点。
无机细颗粒优选为含有镁、铝和钛中至少一种以上金属的氧化物。为这种金属氧化物时,无机细颗粒的硬度变高,刮除性提高,变得不易产生图像缺陷,故而优选。
作为这种含有镁、铝和钛中至少一种以上金属的氧化物,可列举出氧化铝、氧化钛、氧化镁、钛酸钡、钛酸铝、钛酸镁、钛酸钙、钛酸锶等。
这些当中,优选使用钛酸锶。
另外,无机细颗粒的形状优选具有立方体、长方体中的任意形状。具有立方体、长方体中的任意形状时,例如将无机细颗粒外部添加于调色剂颗粒时,无机细颗粒变得容易固着于调色剂颗粒,因此能够提高固着率。另外,调色剂刮除静电潜像承载构件上的杂质时,无机细颗粒也具有立方体、长方体中的任意形状,从而刮除性提高,变得容易抑制图像缺陷。
作为具有立方体、长方体中的任意形状的含有镁、铝和钛中至少一种以上金属的氧化物,更优选使用具有钙钛矿型晶体结构的钛酸锶。
具有立方体、长方体中的任意形状、具有钙钛矿型晶体结构的钛酸锶主要在水系介质中未经烧结工序地制造。因此,从容易控制为均匀粒径的方面出发在本发明中优选使用。即,这种钛酸锶能更均匀地附着于调色剂,以不易脱离的状态留在调色剂颗粒表面。另外,调色剂刮除静电潜像承载构件上的杂质时,刮除性也变得容易提高。
对于确认晶体结构为钙钛矿型(由3种不同元素构成的面心立方晶格),可以通过进行X射线衍射测定来确认。
本发明的调色剂除了无机细颗粒的固着率之外还优选无机细颗粒均匀扩散。作为表示无机细颗粒均匀扩散的定义,使用扫描电子显微镜拍摄的该调色剂表面的背散射电子图像中的如以下那样定义的4个区域(参照图7)中,以各个区域中所占的无机细颗粒的平均存在率来表现。
区域的定义:调色剂的背散射电子图像中,将具有最大长度的弦设为线段A,将与该线段A平行且与该线段A相距1.5μm的2条直线设为直线B和直线C。将通过该线段A的中点且与该线段A正交的直线设为直线D,将与该直线D平行且与该直线D相距1.5μm的2条直线设为直线E和直线F。由该线段A和直线B、C、D、E及F形成的边长1.5μm的正方形的4个区域。
在如此定义的4个区域中,各个区域中所占的无机细颗粒的平均存在率为1.5面积%以上且15.0面积%以下是优选的。
无机细颗粒的平均存在率为1.5面积%以上时,在静电潜像承载构件与充电辊的辊隙部调色剂刮除静电潜像承载构件上的杂质的特性得到提高,变得容易抑制图像缺陷。无机细颗粒的平均存在率为15.0面积%以下时,变得容易控制调色剂的带电性,图像质量变得容易提高。
另外,上述使用扫描电子显微镜拍摄的该调色剂表面的背散射电子图像中的4个区域的无机细颗粒的存在个数的变异系数为0.5以下是优选的。
变异系数为0.5以下时,使无机细颗粒均匀地存在于调色剂表面,在静电潜像承载构件与充电辊的辊隙部调色剂刮除静电潜像承载构件上的杂质的特性提高,变得容易抑制图像缺陷。
为了调整如上所述的无机细颗粒的平均存在率、存在个数的变异系数,通过调整进行外部添加的装置、与其它无机细颗粒的外部添加顺序、外部添加强度和外部添加时间等、通过与大粒径二氧化硅颗粒同时外部添加,从而能够控制。
尤其,进行外部添加的装置、及外部添加顺序是重要的。以下示出一例。
首先,使用具有高扩散、破碎能力的外部添加混合装置外部添加无机细颗粒及大粒径二氧化硅颗粒后,利用图1中示出的装置外部添加小粒径二氧化硅颗粒。作为具有高扩散、破碎能力的外部添加混合装置的例子,有双锥混合机、V型混合机、滚筒型混合机、超级混合机、亨舍尔混合机、诺塔混合器,分别可以优选地使用。通过以这种装置、顺序进行外部添加,从而变得容易调整无机细颗粒的平均存在率及变异系数(扩散)。
这是因为,相对于小粒径二氧化硅颗粒,无机细颗粒及大粒径二氧化硅颗粒具有因形状、粒径的影响而难以松散的性质。因此,先用无机细颗粒及大粒径二氧化硅颗粒与调色剂颗粒外部添加,从而变得容易对无机细颗粒及大粒径二氧化硅颗粒施加剪切,无机细颗粒及大粒径二氧化硅颗粒变得容易松散。
另一方面,本发明人等推测是因为,向调色剂颗粒外部添加小粒径二氧化硅颗粒后外部添加无机细颗粒及大粒径二氧化硅颗粒时,由于在调色剂细颗粒中外部添加了小粒径二氧化硅颗粒,因此流动性变高,变得难以对无机细颗粒及大粒径二氧化硅颗粒施加剪切,变得难以使无机细颗粒及大粒径二氧化硅颗粒松散。
大粒径二氧化硅颗粒的一次颗粒的数均粒径(D1)为80nm以上且200nm以下时,从无机细颗粒的固着率、扩散性的控制的观点出发是优选的。
进而,大粒径二氧化硅颗粒的重量基准的粒度分布图中的一次颗粒的峰的半值宽度优选为25nm以下。
如此,作为得到半值宽度小的大粒径二氧化硅颗粒的方法,优选溶胶-凝胶法。
但是,即使是通过溶胶-凝胶法得到的溶胶-凝胶二氧化硅,以球形且单分散存在,但也存在一部分发生了聚结的颗粒。上述半值宽度为25nm以下时,这种聚结颗粒少,大粒径二氧化硅颗粒在调色剂颗粒表面的均匀附着性增加,能够得到更高的流动性。其结果,变得容易控制无机细颗粒的固着率、扩散性。
接着,针对基于溶胶-凝胶法的大粒径二氧化硅颗粒的制造方法,在以下进行说明。
首先,在存在水的有机溶剂中,利用催化剂使烷氧基硅烷进行水解、缩合反应,得到二氧化硅溶胶悬浮液。然后,自二氧化硅溶胶悬浮液去除溶剂,进行干燥,得到二氧化硅细颗粒。由溶胶-凝胶法得到的大粒径二氧化硅颗粒的一次颗粒的数均粒径可以通过水解/缩合反应工序中的反应温度、烷氧基硅烷的滴加速度、水、有机溶剂及催化剂的重量比、搅拌速度来控制。例如,反应温度越高,存在由溶胶-凝胶法得到的大粒径二氧化硅颗粒的一次颗粒的数均粒径越小的倾向。
如此得到的由溶胶-凝胶法得到的大粒径二氧化硅颗粒通常为亲水性,表面硅烷醇基多。因此,用作调色剂的外部添加剂时,优选对二氧化硅细颗粒的表面进行疏水化处理。
作为疏水化处理的方法,可列举出:自二氧化硅溶胶悬浮液去除溶剂,使其干燥后利用疏水化处理剂进行处理的方法;向二氧化硅溶胶悬浮液中直接添加疏水化处理剂,在干燥的同时进行处理的方法。从粒度分布半值宽度的控制和饱和水分吸附量的控制的观点出发,优选向二氧化硅溶胶悬浮液中直接添加疏水化处理剂的方法。
通过悬浮液中的疏水化处理,能够以保持溶胶-凝胶二氧化硅以单分散存在的状态不变的方式实施疏水化处理,因此干燥后不易产生聚集块,进而均匀涂布成为可能。
另外,二氧化硅溶胶-凝胶悬浮液的pH更优选为酸性。通过使悬浮液为酸性,从而与疏水化处理剂的反应性提高,能够实施更牢固且均匀的疏水化处理。
作为疏水化处理剂,例如可列举出以下的物质:γ-(2-氨基乙基)氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2-氨基乙基)氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、N-β-(N-乙烯基苄基氨基乙基)γ-氨基丙基三甲氧基硅烷盐酸盐、六甲基二硅氮烷、甲基三甲氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、己基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、癸基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、邻甲基苯基三甲氧基硅烷、对甲基苯基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、己基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、癸基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、邻甲基苯基三乙氧基硅烷、对甲基苯基三乙氧基硅烷。
进而,为了使大粒径二氧化硅颗粒在调色剂颗粒表面单分散、或发挥稳定的间隔效果,也可以对大粒径二氧化硅颗粒进行了破碎处理。
大粒径二氧化硅颗粒的表观密度优选为150g/L以上且300g/L以下。大粒径二氧化硅颗粒的表观密度处于上述范围表示小粒径二氧化硅颗粒难以密集堆积,而以细颗粒间夹杂大量空气的方式存在,表观密度非常低。因此,外部添加工序时调色剂颗粒与大粒径二氧化硅颗粒的混合性提高,容易得到均匀的覆盖状态。
作为将大粒径二氧化硅颗粒的表观密度控制在上述范围的手段,可列举出二氧化硅溶胶悬浮液中的疏水化处理、或疏水化处理后的破碎处理的强度的调节、及疏水化处理量等的调整。通过实施均匀的疏水化处理,能够减少较大的聚集体自身。或者,通过调节破碎处理的强度,能够使干燥后二氧化硅细颗粒中所含的较大聚集体松散成较小的二次颗粒,使表观密度降低。
此处,大粒径二氧化硅颗粒的添加量相对于调色剂颗粒100质量份优选为0.1质量份以上且1.0质量份以下。通过大粒径二氧化硅颗粒的添加量为上述范围,变得容易控制覆盖率和固着率、以及扩散状态。
作为小粒径二氧化硅颗粒,特别优选为通过硅卤化物的气相氧化而生成的细颗粒,其被称为干法二氧化硅或气相二氧化硅。例如,利用四氯化硅气体在氧气、氢气中的热分解氧化反应,作为基础的反应式如下所述。
SiCl4+2H2+O2→SiO2+4HCl
该制造工序中,通过将例如氯化铝或氯化钛那样的其它金属卤化物与硅卤化物一起使用,也可以得到二氧化硅与其它金属氧化物的复合细颗粒,它们也包括在内。
关于小粒径二氧化硅颗粒的粒径,一次颗粒的数均粒径(D1)优选为5nm以上且20nm以下。更优选为7nm以上且15nm以下。
通过小粒径二氧化硅颗粒的粒径处于上述范围,容易控制平均存在率及变异系数,是优选的。
本发明中,关于小粒径二氧化硅颗粒的一次颗粒的数均粒径(D1)的测定法,利用扫描电子显微镜,在向调色剂外部添加之前、以二氧化硅细颗粒的单独的状态放大观察,或在外部添加于调色剂后放大观察调色剂的表面,从而进行。此时,测定至少300个二氧化硅细颗粒的粒径,取平均,从而得到一次颗粒的数均粒径(D1)。
另外,通过硅卤化物的气相氧化而生成的小粒径二氧化硅颗粒更优选为表面经疏水化处理的处理二氧化硅细颗粒。处理二氧化硅细颗粒特别优选为以利用甲醇滴定试验测定的疏水度显示出30~80的范围的值的方式处理二氧化硅细颗粒而得到的物质。
作为上述疏水化处理的方法,可列举出利用与二氧化硅细颗粒反应或物理吸附的有机硅化合物和/或硅油进行化学处理的方法。将通过硅卤化物的气相氧化而生成的二氧化硅细颗粒利用有机硅化合物进行化学处理的方法可以作为优选方法列举。
作为上述有机硅化合物,可列举出六甲基二硅氮烷、三甲基硅烷、三甲基氯硅烷、三甲基乙氧基硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、烯丙基二甲基氯硅烷、烯丙基苯基二氯硅烷、苄基二甲基氯硅烷、溴甲基二甲基氯硅烷、α-氯乙基三氯硅烷、β-氯乙基三氯硅烷、氯甲基二甲基氯硅烷、三有机甲硅烷硫醇、三甲基甲硅烷硫醇、三有机甲硅烷丙烯酸酯、乙烯基二甲基乙酰氧基硅烷、二甲基乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、六甲基二硅氧烷、1,3-二乙烯基四甲基二硅氧烷、1,3-二苯基四甲基二硅氧烷、以及每1分子中具有2~12个硅氧烷单元且位于末端的单元的Si上各具有1个羟基的二甲基聚硅氧烷。它们可以使用1种或以2种以上的混合物的形式使用。
另外,具有氮原子的氨基丙基三甲氧基硅烷、氨基丙基三乙氧基硅烷、二甲基氨基丙基三甲氧基硅烷、二乙基氨基丙基三甲氧基硅烷、二丙基氨基丙基三甲氧基硅烷、二丁基氨基丙基三甲氧基硅烷、单丁基氨基丙基三甲氧基硅烷、二辛基氨基丙基二甲氧基硅烷、二丁基氨基丙基二甲氧基硅烷、二丁基氨基丙基单甲氧基硅烷、二甲基氨基苯基三乙氧基硅烷、三甲氧基甲硅烷-γ-丙基苯基胺、三甲氧基甲硅烷-γ-丙基苄基胺那样的硅烷偶联剂也可以单独使用或组合使用。作为优选的硅烷偶联剂,可列举出六甲基二硅氮烷(HMDS)。
作为上述硅油,优选25℃下的粘度为0.5~10000mm2/秒、更优选为1~1000mm2/秒、进一步优选为10~200mm2/秒。具体而言,可列举出二甲基硅油、甲基苯基硅油、α-甲基苯乙烯改性硅油、氯苯基硅油、氟改性硅油。
作为硅油处理的方法,例如可列举出:使用亨舍尔混合机那样的混合机将用硅烷偶联剂处理了的二氧化硅细颗粒和硅油直接混合的方法;向成为基底的二氧化硅细颗粒喷雾硅油的方法;或者在适当的溶剂中使硅油溶解或分散后加入二氧化硅细颗粒进行混合并去除溶剂的方法。
对于用硅油处理了的二氧化硅细颗粒,更优选的是,在硅油的处理后,将二氧化硅在非活性气体中加热至200℃以上(更优选为250℃以上)而使表面的涂布稳定化。
硅油的处理量相对于二氧化硅细颗粒100质量份为1质量份~40质量份、优选为3质量份~35质量份是优选的,容易得到良好的疏水性。
关于本发明中使用的二氧化硅细颗粒,为了对调色剂赋予良好的流动性,通过基于氮气吸附的BET法测定的比表面积优选为20m2/g~350m2/g的范围内。更优选为将比表面积25m2/g~300m2/g的二氧化硅细颗粒进行上述疏水化处理而得到的二氧化硅细颗粒。
上述通过BET法测定的基于氮气吸附的比表面积的测定根据JIS Z8830(2001年)进行。作为测定装置,使用采用基于定容法的气体吸附法作为测定方式的“自动比表面积/细孔分布测定装置TriStar3000(株式会社岛津制作所制造)”。
小粒径二氧化硅颗粒的表观密度优选为15g/L以上且50g/L以下。更优选为20g/L以上且40g/L以下。二氧化硅细颗粒的表观密度处于上述范围表示二氧化硅细颗粒C难以密集堆积,而以细颗粒间夹杂大量空气的方式存在,表观密度非常低。因此,调色剂中,调色剂彼此也难以密集堆积,因此能够大幅降低劣化的速度。
作为将小粒径二氧化硅颗粒的表观密度控制在上述范围的手段,可列举出小粒径二氧化硅颗粒所使用的二氧化硅基料的粒径、上述疏水化处理的前后或中途进行的破碎处理的强度的调节、及硅油的处理量等的调整。通过降低二氧化硅基料的粒径,所得到的小粒径二氧化硅颗粒的BET比表面积变大,能够大量夹杂空气,因此能够降低表观密度。另外,通过进行破碎处理,能够将小粒径二氧化硅颗粒中所含的较大的聚集体松散成较小的二次颗粒,能够降低表观密度。
作为外部添加混合上述小粒径二氧化硅颗粒的混合处理装置,可以使用公知的混合处理装置,但从能够容易地控制小粒径二氧化硅颗粒的覆盖率及扩散状态的方面出发优选图1中示出那样的装置。
图1为示出在外部添加混合本发明所使用的小粒径二氧化硅颗粒时能使用的混合处理装置的一例的示意图。
该混合处理装置形成为对调色剂颗粒和小粒径二氧化硅颗粒在狭窄的空隙部施加剪切的构成,因此能够将小粒径二氧化硅颗粒自二次颗粒松散成一次颗粒,并附着于调色剂颗粒表面。
进而,如后所述,从在旋转构件的轴向,调色剂颗粒和小粒径二氧化硅颗粒容易循环,在固着推进之前容易充分均匀混合的观点出发,容易将覆盖率及扩散状态控制在优选范围。
另一方面,图2为示出上述混合处理装置中使用的搅拌构件的构成的一例的示意图。
以下,针对上述小粒径二氧化硅颗粒的外部添加混合工序,使用图1及图2进行说明。
外部添加混合上述小粒径二氧化硅颗粒的混合处理装置具有:表面设置有至少多个搅拌构件3的旋转构件2、对旋转构件进行旋转驱动的驱动单元8、与搅拌构件3具有间隙地设置的主壳体1。
为了对调色剂颗粒均匀地施加剪切,将小粒径二氧化硅颗粒自二次颗粒松散成一次颗粒,并容易附着于调色剂颗粒表面,主壳体1的内周部与搅拌构件3的间隙(空隙)保持恒定且微小是重要的。
另外,本装置中,主壳体1的内周部的直径为旋转构件2的外周部的直径的2倍以下。图1中示出主壳体1的内周部的直径为旋转构件2的外周部的直径(自旋转构件2去除了搅拌构件3的筒体部的直径)的1.7倍的例子。主壳体1的内周部的直径为旋转构件2的外周部的直径的2倍以下时,力作用于调色剂颗粒的处理空间被适度地限定,因此会对形成为二次颗粒的小粒径二氧化硅颗粒充分地施加冲击力。
另外,上述空隙根据主壳体的大小而调整是重要的。设为主壳体1的内周部的直径的1%以上且5%以下左右在对小粒径二氧化硅颗粒施加充分的剪切的方面是重要的。具体而言,主壳体1的内周部的直径为130mm左右时,将空隙设为2mm以上且5mm以下左右,主壳体1的内周部的直径为800mm左右时,设为10mm以上且30mm以下左右即可。
关于本发明的小粒径二氧化硅颗粒的外部添加混合工序,使用混合处理装置,利用驱动单元8使旋转构件2旋转,将投入到混合处理装置中的调色剂颗粒及小粒径二氧化硅颗粒进行搅拌、混合,从而对调色剂颗粒的表面用小粒径二氧化硅颗粒进行外部添加混合处理。
如图2所示,多个搅拌构件3的至少一部分形成为伴随旋转构件2的旋转而将调色剂颗粒及小粒径二氧化硅颗粒送至旋转构件的轴向的一个方向的进给用搅拌构件3a。另外,多个搅拌构件3的至少一部分形成为将调色剂颗粒及小粒径二氧化硅颗粒伴随旋转构件2的旋转返回至旋转构件的轴向的另一个方向的返回用搅拌构件3b。此处,如图1那样,原料投入口5和产品排出口6设置在主壳体1的两端部时,将自原料投入口5朝向产品排出口6的方向(图1中的右方向)称为“前进方向”。
即,如图2所示,进给用搅拌构件3a的板面以向前进方向(13)进给调色剂颗粒的方式倾斜。另一方面,搅拌构件3b的板面以向倒退方向(12)进给调色剂颗粒及小粒径二氧化硅颗粒的方式倾斜。由此,一边重复进行向“前进方向”的进给(13)和向“倒退方向”的进给(12),一边对调色剂颗粒的表面进行二氧化硅细颗粒的外部添加混合处理。另外,关于搅拌构件3a和3b,在旋转构件2的圆周方向上隔开间隔地配置的多片构件成为一组。图2中示出的例子中,搅拌构件3a、3b在旋转构件2上彼此以180度的间隔由2片构件形成一组,但也可以以120度的间隔由3片形成一组、或以90度的间隔由4片形成一组这样地将多个构件作为一组。
图2中示出的例子中,搅拌构件3a和3b以等间隔形成有总计12片。
进而,图2中,D表示搅拌构件的宽度,d表示间隔,该间隔表示搅拌构件的重叠部分。从向前进方向和倒退方向高效地进给调色剂颗粒及小粒径二氧化硅颗粒的观点出发,相对于图2中的旋转构件2的长度,D优选为20%以上且30%以下左右的宽度。图2中,示出为23%的例子。进而,搅拌构件3a和3b优选的是,自搅拌构件3a的端部位置向垂直方向画延长线时,与搅拌构件3b以某种程度具有搅拌构件的重叠部分d。由此,能够对形成为二次颗粒的二氧化硅细颗粒高效地施加剪切。相对于D,d为10%以上且30%以下在施加剪切的方面优选。
需要说明的是,关于叶片的形状,如图2所示那样的形状以外,只要能够向前进方向及倒退方向进给调色剂颗粒、能够维持空隙,则也可以为具有曲面的形状、前端叶片部分利用棒状臂结合于旋转构件2的浆结构。
以下,根据图1及图2中示出的装置的示意图,更详细地说明本发明。
图1中示出的装置具有:表面设置有至少多个搅拌构件3的旋转构件2、对旋转构件2进行旋转驱动的驱动单元8、以及与搅拌构件3具有间隙地设置的主壳体1。进而,具有位于主壳体1的内侧及旋转构件端部侧面10、能流通冷热介质的夹套4。
进而,图1中示出的装置具有:形成于主壳体1上部的原料投入口5,其用于导入调色剂颗粒及二氧化硅细颗粒;形成于主壳体1下部的产品排出口6,其用于将进行了外部添加混合处理的调色剂自主壳体1排出到外部。
进而,关于图1中示出的装置,在原料投入口5内插入有原料投入口用栓16,在产品排出口6内插入有产品排出口用栓17。
本发明中,首先,自原料投入口5取出原料投入口用栓16,将调色剂颗粒经由原料投入口5投入到处理空间9。接着,将二氧化硅细颗粒经由原料投入口5投入到处理空间9,插入原料投入口用栓16。接着,利用驱动单元8使旋转构件2旋转(11表示旋转方向),将上述投入的处理物利用设置于旋转构件2表面的多个搅拌构件3进行搅拌、混合,从而进行外部添加混合处理。
需要说明的是,关于投入的顺序,也可以首先将二氧化硅细颗粒经由原料投入口5投入,接着将调色剂颗粒经由原料投入口5投入。另外,也可以利用亨舍尔混合机那样的混合机预先将调色剂颗粒与小粒径二氧化硅颗粒混合后,将混合物经由图1中示出的装置的原料投入口5投入。
作为外部添加混合处理条件,将驱动单元8的动力控制在0.2W/g以上且2.0W/g以下时,在提高覆盖率及扩散性的方面优选。另外,更优选将驱动单元8的动力控制在0.6W/g以上且1.6W/g以下。动力低于0.2W/g时,存在覆盖率难以变高、扩散性容易降低的倾向。另一方面,高于2.0W/g时,虽然扩散性容易提高,但是存在小粒径二氧化硅颗粒过度嵌入的倾向。
作为处理时间,没有特别限定,优选为3分钟以上且10分钟以下。处理时间短于3分钟时,存在覆盖率及扩散性变低的倾向。
关于外部添加混合时的搅拌构件的旋转速度,没有特别限定。图1中示出的装置的处理空间9的容积为2.0×10-3m3的装置中,作为将搅拌构件3的形状设为图2的形状时的搅拌构件的旋转速度,优选为800rpm以上且3000rpm以下。通过为800rpm以上且3000rpm以下,变得容易控制覆盖率及扩散状态。
进而,本发明中,特别优选的处理方法是在用小粒径二氧化硅颗粒进行外部添加混合处理操作之前具有各预混合工序。通过加入预混合工序,小粒径二氧化硅颗粒在调色剂颗粒表面上高度地均匀分散,从而覆盖率容易变高,进而容易控制扩散状态。更具体而言,作为预混合处理条件,优选将驱动单元8的动力设为0.06W/g以上且0.20W/g以下、将处理时间设为0.5分钟以上且1.5分钟以下。作为预混合处理条件,负荷动力低于0.06W/g、或处理时间短于0.5分钟时,难以进行对预混合而言充分的均匀混合。另一方面,作为预混合处理条件,负荷动力高于0.20W/g、或处理时间长于1.5分钟时,进行充分的均匀混合之前,小粒径二氧化硅颗粒有时会固着在调色剂颗粒表面。
关于预混合处理的搅拌构件的旋转速度,图1中示出的装置的处理空间9的容积为2.0×10-3m3的装置中,作为将搅拌构件3的形状设为图2的形状时的搅拌构件的旋转速度,优选为50rpm以上且500rpm以下。通过为50rpm以上且500rpm以下,覆盖率及扩散状态变得容易控制。
外部添加混合处理结束后,取出产品排出口6内的产品排出口用栓17,利用驱动单元8使旋转构件2旋转,自产品排出口6排出调色剂。对于所得到的调色剂根据需要利用圆形振动筛等筛机分离粗粒等,得到调色剂。
本发明的调色剂也可以通过粉碎法而得到。作为利用粉碎法制造时优选使用的调色剂的粘结剂树脂,可列举出乙烯基系树脂、聚酯系树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂等。可以没有特别限定地使用现有公知的树脂。其中,从兼顾带电性和定影性的观点出发优选含有聚酯树脂或乙烯基系树脂。
聚酯树脂的组成如以下所述。
作为2元的醇成分,可列举出:乙二醇、丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、新戊二醇、2-乙基-1,3-己二醇、氢化双酚A,此外可列举出(A)式所示的双酚及其衍生物;
(式中,R为亚乙基或亚丙基,x、y分别为0以上的整数,且x+y平均值为0~10。)
此外可列举出(B)式所示的二醇类。
(式中,R’为
(x’、y’为0以上的整数,且x+y的平均值为0~10。)
作为2元的酸成分,例如可列举出邻苯二甲酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸酐等苯二甲酸类或其酐、低级烷基酯;琥珀酸、己二酸、癸二酸、壬二酸等烷基二羧酸类或其酐、低级烷基酯;正十二烯基琥珀酸、正十二烷基琥珀酸等链烯基琥珀酸类或烷基琥珀酸类、或其酐、低级烷基酯;富马酸、马来酸、柠康酸、衣康酸等不饱和二羧酸类或其酐、低级烷基酯等二羧酸类及其衍生物。
另外,也可以单独使用或组合使用作为交联成分发挥作用的3元以上的醇成分、3元以上的酸成分。
作为3元以上的多元醇成分,例如可列举出山梨糖醇、1,2,3,6-己四醇、1,4-山梨醇酐、季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇、1,2,4-丁三醇、1,2,5-戊三醇、甘油、2-甲基丙三醇、2-甲基-1,2,4-丁三醇、三羟甲基乙烷、三羟甲基丙烷、1,3,5-三羟基苯等。
另外,作为本发明中的三元以上的多元羧酸成分,例如可列举出偏苯三酸、均苯四甲酸、1,2,4-苯三羧酸、1,2,5-苯三羧酸、2,5,7-萘三羧酸、1,2,4-萘三羧酸、1,2,4-丁烷三羧酸、1,2,5-己烷三羧酸、1,3-二羧基-2-甲基-2-亚甲基羰基丙烷、四(亚甲基羧基)甲烷、1,2,7,8-辛烷四羧酸、Empol三聚酸、及它们的酐、低级烷基酯;下述式所示的四羧酸等、及它们的酐、低级烷基酯等多元羧酸类及其衍生物。
(式中,X为具有1个以上碳数3以上的侧链的碳数5~30的亚烷基或亚链烯基)
优选的是,作为本发明中使用的醇成分,为40~60mol%、优选为45~55mol%,作为酸成分,为60~40mol%、优选为55~45mol%。
该聚酯树脂通常通过周知的缩聚而得到。
另外,本发明中也可以含有乙烯基系树脂。
作为用于生成乙烯基系树脂的乙烯基系单体,可列举出以下那样的单体。
可列举出:苯乙烯;邻甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、对甲氧基苯乙烯、对苯基苯乙烯、对氯苯乙烯、3,4-二氯苯乙烯、对乙基苯乙烯、2,4-二甲基苯乙烯、对正丁基苯乙烯、对叔丁基苯乙烯、对正己基苯乙烯、对正辛基苯乙烯、对正壬基苯乙烯、对正癸基苯乙烯、对正十二烷基苯乙烯那样的苯乙烯及其衍生物;乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯那样的苯乙烯不饱和单烯烃类;丁二烯、异戊二烯那样的不饱和多烯类;氯乙烯、偏二氯乙烯、溴乙烯、氟乙烯那样的卤代乙烯类;乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯那样的乙烯酯类;甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸十二烷酯、甲基丙烯酸2乙基己酯、甲基丙烯酸硬脂酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯那样的α-亚甲基脂肪族单羧酸酯类;丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸十二烷酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸硬脂酯、丙烯酸2-氯乙酯、丙烯酸苯酯那样的丙烯酸酯类;乙烯基甲醚、乙烯基乙醚、乙烯基异丁醚那样的乙烯基醚类;乙烯基甲基酮、乙烯基己基酮、甲基异丙烯基酮那样的乙烯基酮类;N-乙烯基吡咯、N-乙烯基咔唑、N-乙烯基吲哚、N-乙烯基吡咯烷酮那样的N-乙烯基化合物;乙烯基萘类;丙烯腈、甲基丙烯腈、丙烯酰胺那样的丙烯酸或甲基丙烯酸衍生物。
进而,可列举出马来酸、柠康酸、衣康酸、链烯基琥珀酸、富马酸、中康酸那样的不饱和二元酸;马来酸酐、柠康酸酐、衣康酸酐、链烯基琥珀酸酐那样的不饱和二元酸酐;马来酸甲基半酯、马来酸乙基半酯、马来酸丁基半酯、柠康酸甲基半酯、柠康酸乙基半酯、柠康酸丁基半酯、衣康酸甲基半酯、链烯基琥珀酸甲基半酯、富马酸甲基半酯、中康酸甲基半酯那样的不饱和二元酸的半酯;马来酸二甲酯、富马酸二甲酯那样的不饱和二元酸酯;丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、肉桂酸那样的α,β-不饱和酸;巴豆酸酐、肉桂酸酐那样的α,β-不饱和酸酐、该α,β-不饱和酸与低级脂肪酸的酐;链烯基丙二酸、链烯基戊二酸、链烯基己二酸、它们的酸酐及它们的单酯那样的具有羧基的单体。
进而,可列举出丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸2-羟基丙酯等丙烯酸或甲基丙烯酸酯类;4-(1-羟基-1-甲基丁基)苯乙烯、4-(1-羟基-1-甲基己基)苯乙烯那样的具有羟基的单体。
本发明的调色剂中,粘结剂树脂的乙烯基系树脂也可以具有利用含2个以上乙烯基的交联剂进行了交联的交联结构,关于此时使用的交联剂,作为芳香族二乙烯基化合物,例如可列举出二乙烯基苯、二乙烯基萘,作为利用烷基链连接的二丙烯酸酯化合物类,例如可列举出乙二醇二丙烯酸酯、1,3-丁二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,5-戊二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、及将以上的化合物的丙烯酸酯替换为甲基丙烯酸酯而得到的物质;作为利用含醚键的烷基链连接的二丙烯酸酯化合物类,例如可列举出二乙二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二丙烯酸酯、四乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇#400二丙烯酸酯、聚乙二醇#600二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、及将以上的化合物的丙烯酸酯替换成甲基丙烯酸酯而得到的物质;作为利用含芳香族基团及醚键的链连接的二丙烯酸酯化合物类,例如可列举出聚氧乙烯(2)-2,2-双(4-羟基苯基)丙烷二丙烯酸酯、聚氧乙烯(4)-2,2-双(4-羟基苯基)丙烷二丙烯酸酯、及将以上的化合物的丙烯酸酯替换为甲基丙烯酸酯而得到的物质;作为聚酯型二丙烯酸酯化合物类,例如可列举出商品名MANDA(日本化药株式会社)。
作为多官能的交联剂,可列举出季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基乙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、四羟甲基甲烷四丙烯酸酯、低聚酯丙烯酸酯、及将以上的化合物的丙烯酸酯替换为甲基丙烯酸酯而得到的物质;氰脲酸三烯丙酯、偏苯三酸三烯丙酯。
这些交联剂相对于其它单体成分100质量份,可以使用0.01~10质量份(进一步优选为0.03~5质量份)。
这些交联性单体当中,作为从定影性、耐污损性的观点出发适宜在粘结剂树脂中使用的单体,可列举出芳香族二乙烯基化合物(特别是二乙烯基苯)、利用含芳香族基团及醚键的链连接的二丙烯酸酯化合物类。
作为制造本发明的乙烯基系共聚物时使用的聚合引发剂,例如可列举出2,2’-偶氮二异丁腈、2,2’-偶氮二(4-甲氧基-2,4-二甲基戊腈)、2,2’-偶氮二(-2,4-二甲基戊腈)、2,2’-偶氮二(-2甲基丁腈)、二甲基-2,2’-偶氮二异丁酸酯、1,1’-偶氮二(1-环己甲腈)、2-(氨基甲酰基偶氮)-异丁腈、2,2’-偶氮二(2,4,4-三甲基戊烷)、2-苯基偶氮-2,4-二甲基-4-甲氧基戊腈、2,2-偶氮二(2-甲基丙烷)、过氧化甲乙酮、过氧化乙酰丙酮、过氧化环己酮那样的酮过氧化物类、2,2-双(叔丁基过氧化)丁烷、叔丁基过氧化氢、异丙苯过氧化氢、1,1,3,3-四甲基丁基过氧化氢、二叔丁基过氧化物、叔丁基枯基过氧化物、二枯基过氧化物、α,α’-双(叔丁基过氧化异丙基)苯、异丁基过氧化物、过氧化辛酰、过氧化癸酰、过氧化月桂酰、过氧化3,5,5-三甲基己酰、过氧化苯甲酰、过氧化间甲苯酰、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化二碳酸二-2-乙基己酯、过氧化二碳酸二正丙酯、过氧化碳酸二-2-乙氧基乙酯、过氧化二碳酸二甲氧基异丙酯、过氧化碳酸二(3-甲基-3-甲氧基丁基)酯、乙酰基环己磺酰过氧化物、过氧化乙酸叔丁酯、过氧化异丁酸叔丁酯、叔丁基过氧化新癸酸酯、过氧化2-乙基己酸叔丁酯、过氧化月桂酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化异丙基碳酸叔丁酯、过氧化间苯二甲酸二叔丁酯、过氧化烯丙基碳酸叔丁酯、过氧化2-乙基己酸叔戊酯、过氧化六氢对苯二甲酸二叔丁酯、过氧化壬二酸二叔丁酯。
本发明的粘结剂树脂从容易兼顾低温定影性和保存性的观点出发玻璃化转变温度(Tg)为45~70℃、优选为50~70℃是较好的。Tg低于45℃时,保存性容易恶化,Tg高于70℃时,存在低温定影性恶化的倾向,不优选。
本发明的调色剂含有着色剂。作为本发明中优选使用的着色剂,可列举出以下的着色剂。
关于作为青色系着色剂的有机颜料或有机染料,可列举出酞菁铜化合物及其衍生物、蒽醌化合物、碱性染料色淀化合物。
关于作为品红系着色剂的有机颜料或有机染料,可列举出以下的物质:缩合偶氮化合物、二酮吡咯并吡咯化合物、蒽醌、喹吖啶酮化合物、碱性染料色淀化合物、萘酚化合物、苯并咪唑酮化合物、硫靛化合物、苝化合物。
关于作为黄色系着色剂的有机颜料或有机染料,可列举出以缩合偶氮化合物、异吲哚啉酮化合物、蒽醌化合物、偶氮金属络合物、甲川化合物、烯丙基酰胺化合物为代表的化合物。
作为黑色着色剂,可列举出炭黑、使用上述黄色系着色剂、品红系着色剂、及青色系着色剂调色成黑色的着色剂。
使用着色剂时,优选的是,相对于聚合性单体或粘结剂树脂100质量份添加1质量份以上且20质量份以下来使用。
本发明的调色剂也可以含有磁性材料。本发明中,磁性材料也可以兼具着色剂的功能。
作为本发明中使用的磁性材料,可列举出磁铁体、磁赤铁矿、铁氧体等氧化铁;铁、钴、镍那样的金属或它们与金属铝、钴、铜、鉛、镁、锡、锌、锑、铍、铋、镉、钙、锰、硒、钛、钨、钒那样的金属的合金及其混合物等。
这些磁性材料的个数基准的平均粒径为2μm以下、优选为0.05~0.5μm。另外,关于施加795.8kA/m下的磁特性,优选的是,矫顽力为1.6~12.0kA/m、饱和磁化强度为50~200Am2/kg(优选为50~100Am2/kg)、残余磁化强度为2~20Am2/kg。
本发明的调色剂中使用的磁性材料例如可以通过下述方法制造。
向亚铁盐水溶液中加入相对于铁成分为当量或当量以上的氢氧化钠等碱,制备包含氢氧化亚铁的水溶液。一边将所制备的水溶液的pH维持在pH7以上一边吹入空气,一边将水溶液加热至70℃以上一边进行氢氧化亚铁的氧化反应,首先生成成为磁性氧化铁的芯的晶种。
接着,向包含晶种的浆料状的液体中加入以之前加入的碱的添加量作为基准包含约1当量的硫酸亚铁的水溶液。一边将液体的pH维持在5~10一边吹入空气一边进行氢氧化亚铁的反应,以晶种作为芯使磁性氧化铁生长。此时,通过选择任意的pH及反应温度、搅拌条件,能够控制磁性材料的形状及磁特性。随着氧化反应进行,液体的pH向酸性侧移动,但优选不使液体的pH低于5。将如此得到的磁性材料利用常规方法进行过滤、清洗、干燥,从而能够得到磁性粉末。
另外,本发明中,利用聚合法制造调色剂时,非常优选对磁性材料表面进行疏水化处理。以干式进行表面处理时,对经清洗、过滤、干燥的磁性材料进行偶联剂处理。以湿式进行表面处理时,使氧化反应结束后进行了干燥的氧化体再分散,或使氧化反应结束后进行清洗、过滤而得到的氧化体未经干燥地再分散于其它水系介质中,进行偶联处理。具体而言,一边将再分散液充分搅拌一边添加硅烷偶联剂,水解后提高温度,或者水解后将分散液的pH调整至碱区域,从而进行偶联处理。其中,从进行均匀的表面处理的观点出发优选的是,在氧化反应结束后,过滤、清洗后不经干燥地直接进行再浆料化,进行表面处理。
对于以湿式进行磁性材料的表面处理、即在水系介质中用偶联剂处理磁性材料,首先在水系介质中将磁性材料充分分散,使其成为一次粒径,以不会沉淀、聚集的方式利用搅拌叶片等进行搅拌。接着,向上述分散液中投入任意量的偶联剂,一边将偶联剂水解一边进行表面处理,但此时也一边进行搅拌一边使用销棒粉碎机(pin mill)、轮碾机(linemill)等装置以不会聚集的方式使其充分分散一边进行表面处理是更优选的。
此处,水系介质是指以水作为主要成分的介质。具体而言,可列举出水自身、在水中添加有少量表面活性剂的介质、在水中添加有pH调节剂的介质、在水中添加有有机溶剂的介质。作为表面活性剂,优选聚乙烯醇等非离子表面活性剂。表面活性剂相对于水优选添加0.1质量%~5.0质量%。作为pH调节剂,可列举出盐酸等无机酸。作为有机溶剂,可列举出醇类等。
作为本发明中的磁性材料的表面处理中能够使用的偶联剂,例如可列举出硅烷偶联剂、钛偶联剂等。更优选使用的是硅烷偶联剂,为通式(I)所示的物质。
RmSiYn (I)
[式中,R表示烷氧基,m表示1~3的整数,Y表示烷基、乙烯基、环氧基、(甲基)丙烯酰基等官能团,n表示1~3的整数。其中,m+n=4。]
作为通式(I)所示的硅烷偶联剂,例如可列举出乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、β-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-苯基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷、正丁基三甲氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、三甲基甲氧基硅烷、正己基三甲氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、正癸基三甲氧基硅烷、羟基丙基三甲氧基硅烷、正十六烷基三甲氧基硅烷、正十八烷基三甲氧基硅烷等。
其中,从对磁性材料赋予高疏水性的观点出发,优选使用下述通式(II)所示的烷基三烷氧基硅烷偶联剂。
CpH2p+1-Si-(OCqH2q+1)3 (II)
[式中,p表示2~20的整数,q表示1~3的整数。]
上述式中的p为2以上时,变得容易对磁性材料赋予疏水性。另外,p为20以下时,磁性材料彼此的聚结变得容易抑制。进而,q为3以下时,硅烷偶联剂的反应性变得容易提高,是优选的。优选使用式中的p表示2~20的整数、q表示1~3的整数的烷基三烷氧基硅烷偶联剂。
使用上述硅烷偶联剂时,可以单独进行处理,或者组合使用多个种类进行处理。组合使用多个种类时,可以利用各个偶联剂分别进行处理,也可以同时进行处理。
另外,本发明中,优选添加电荷控制剂来使用。需要说明的是,本发明的磁性调色剂的带电性为正负中任一者均可,粘结剂树脂自身的负带电性高,因此优选为负带电性调色剂。
作为负带电性的物质,例如有机金属络合物、螯合化合物是有效的,作为其例子,可列举出单偶氮金属络合物;乙酰基丙酮金属络合物;芳香族羟基羧酸或芳香族二羧酸的金属络合物及其金属盐、酐、酯类、双酚那样的酚衍生物类。
关于作为带负电用的电荷控制剂而优选的物质,例如可列举出Spilon BlackTRH、T-77、T-95(保土谷化学株式会社)、BONTRON(注册商标)S-34、S-44、S-54、E-84、E-88、E-89(Orient Chemical Industries Co.,Ltd.)。
作为控制为正带电性的物质,可列举出利用苯胺黑及脂肪酸金属盐等得到的改性物;三丁基苄基铵-1-羟基-4-萘磺酸盐、四丁铵四氟硼酸盐那样的季铵盐、及作为它们的类似体的鏻盐等鎓盐、及它们的色淀颜料;三苯基甲烷染料及它们的色淀颜料(作为色淀化剂,有磷钨酸、磷钼酸、磷钨钼酸、鞣酸、月桂酸、五倍子酸、铁氰酸、亚铁氰化物等);高级脂肪酸的金属盐;二丁基氧化锡、二辛基氧化锡、二环己基氧化锡那样的二有机锡氧化物;二丁基锡硼酸盐、二辛基锡硼酸盐、二环己基锡硼酸盐那样的有机锡硼酸盐。这些可以单独使用或组合使用2种以上。
关于作为带正电用的电荷控制剂而优选的物质,例如可列举出TP-302、TP-415(保土谷化学株式会社)、BONTRON(注册商标)N-01、N-04、N-07、P-51(Orient ChemicalIndustries Co.,Ltd.)、Copy Blue PR(Clariant Japan K.K.)。
本发明中,作为蜡,从在调色剂中容易分散、脱模性高的方面出发优选使用低分子量聚乙烯、低分子量聚丙烯、微晶蜡、石蜡等烃系蜡,可以根据需要少量地组合使用一种或二种以上的蜡。作为例子,可列举出以下物质。
可列举出:氧化聚乙烯蜡等脂肪族烃系蜡的氧化物、或者它们的嵌段共聚物;巴西棕榈蜡、沙索蜡、褐煤酸酯蜡等以脂肪酸酯作为主要成分的蜡类;及脱氧巴西棕榈蜡等将脂肪酸酯类的一部分或全部脱氧化而成的物质等。进而,可列举出:棕榈酸、硬脂酸、褐煤酸等饱和直链脂肪酸类;巴西烯酸、桐酸、十八碳四烯酸等不饱和脂肪酸类;硬脂醇、芳烷基醇、山嵛醇、巴西棕榈醇、蜡醇(ceryl alcohol)、三十烷醇(melissyl alcohol)等饱和醇类;长链烷基醇类;山梨糖醇等多元醇类;亚油酸酰胺、油酸酰胺、月桂酸酰胺等脂肪酸酰胺类;亚甲基双硬脂酸酰胺、亚乙基双癸酸酰胺、亚乙基双月桂酸酰胺、六亚甲基双硬脂酸酰胺等饱和脂肪酸双酰胺类;亚乙基双油酸酰胺、六亚甲基双油酸酰胺、N,N’-二油基己二酸酰胺、N,N-二油基癸二酸酰胺等不饱和脂肪酸酰胺类;间二甲苯双硬脂酸酰胺、N,N-二硬脂基间苯二甲酸酰胺等芳香族系双酰胺类;硬脂酸钙、月桂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁等脂肪酸金属盐(通常被称为金属皂),此外可列举出:使用苯乙烯、丙烯酸等乙烯基系单体对脂肪族烃系蜡进行接枝化而得到的蜡类;此外可列举出:山嵛酸单甘油酯等脂肪酸与多元醇的偏酯化物,此外可列举出:通过植物性油脂的氢化等而得到的具有羟基的甲酯化合物等。
另外,该蜡的由利用差示扫描热量计(DSC)测定的升温时的最大吸热峰温度规定的熔点优选为70~140℃。更优选为90~135℃是较好的。熔点为70℃以下时,磁性调色剂的粘度容易降低,变得容易发生磁性调色剂向静电潜像承载构件的熔融粘附,不优选。另一方面,熔点为140℃以上时,低温定影性容易恶化,不优选。
蜡的“熔点”通过使用差示扫描热量计(DSC测定装置)DSC-7(珀金埃尔默公司制造)根据ASTM D3418-82进行测定而求出。测定试样精密称量5~20mg、优选10mg。
将其放入铝盘中,作为参照使用空的铝盘,在测定温度范围30~200℃之间以升温速度10℃/分钟在常温常湿下进行测定。
第2次的升温过程中,在温度40~100℃的范围内得到最大吸热峰,因此使用此时的温度作为蜡的熔点。
本发明的调色剂从静电潜像承载构件与充电辊的辊隙部的刮除性的观点出发,重均粒径(D4)优选为5.0μm~10.0μm、更优选为6.0μm~9.0μm。
另外,本发明中,调色剂颗粒的平均圆形度优选为0.960以上、更优选为0.970以上。调色剂颗粒的平均圆形度为0.960以上时,调色剂的形状成为球形或接近于球形的形状,流动性优异且容易得到均匀的摩擦带电性。因此,即使在耐久晚期也容易维持高显影性,故而优选。此外,平均圆形度高的调色剂颗粒由于在后述无机细颗粒的外部添加处理中容易将上述平均存在率及变异系数控制为本发明的范围,故而优选。
关于本发明的调色剂,只要是能够调整平均存在率及变异系数、优选具有调整平均圆形度的工序的制造方法,则在其以外的制造工序中没有特别限定,可以通过公知的方法制造。
通过粉碎法制造时,例如利用亨舍尔混合机或球磨机等混合机将粘结剂树脂及着色剂、以及根据需要的脱模剂等其它添加剂等充分混合。然后,使用加热辊、捏合机、及挤出机那样的热捏合机进行熔融混炼,使调色剂材料分散或溶解,冷却固化、粉碎后,进行分级、根据需要进行表面处理,得到调色剂颗粒。关于分级及表面处理的顺序,任一者在先均可。分级工序中在生产效率方面优选使用多级分级器。
上述粉碎中,可以通过使用机械冲击式、喷射式等的公知的粉碎装置的方法来进行。另外,为了得到本发明的具有优选圆形度的调色剂,优选进一步施加热并进行粉碎、或进行辅助地施加机械冲击力的处理。另外,也可以使用将进行了微粉碎(根据需要进行分级)的调色剂颗粒分散于热水中的热水浴法、使其在热气流中通过的方法等。
作为施加机械冲击力的手段,例如可列举出使用川崎重工株式会社制造的Kryptron System、TURBO工业株式会社制造的Turbo Mill等的机械冲击式粉碎机的方法。另外,可列举出如Hosokawa Micron Corporation制造的Mechanofusion System、奈良机械制作所制造的Hybridization System等装置那样利用压缩力、摩擦力等力对调色剂施加机械冲击力的方法。
本发明的调色剂如上所述可以通过粉碎法制造,但所得到的调色剂颗粒通常为不规则形状。本发明的无清洁器的图像形成设备中,提高调色剂的转印性对于提高图像质量而言非常有效。因此,从转印性的观点出发优选使用具有高圆形度的调色剂。具体而言,优选平均圆形度为0.960以上。为了通过粉碎法得到这种高圆形度的调色剂,需要进行机械处理/热处理或某种特殊处理,生产率变差。于是,本发明的调色剂优选的是分散聚合法、缔合凝集法、溶液悬浮法、悬浮聚合法等在水系介质中制造调色剂,特别是悬浮聚合法容易满足本发明的适宜的物性,非常优选。
悬浮聚合法是指,使聚合性单体及着色剂(进而根据需要的聚合引发剂、交联剂、电荷控制剂、其它添加剂)均匀溶解或分散,得到聚合性单体组合物。然后,使用适当的搅拌器将该聚合性单体组合物分散在含有分散稳定剂的连续相(例如水相)中,同时进行聚合反应,得到具有期望粒径的调色剂。通过该悬浮聚合法得到的调色剂(以后也称为“聚合调色剂”)由于各个调色剂颗粒形状整齐地为大致球形,因此容易得到满足平均圆形度为0.960以上这样的本发明适宜的物性条件的调色剂。进而,这种调色剂由于带电量的分布也变得较均匀,因此能够期待图像质量的提高。
本发明的聚合调色剂颗粒的制造中,作为构成聚合性单体组合物的聚合性单体,可以使用公知的物质。其中,从调色剂的显影特性及耐久性的方面出发优选单独使用苯乙烯或苯乙烯衍生物,或者将苯乙烯或苯乙烯衍生物与其它聚合性单体混合来使用。
本发明中,作为上述悬浮聚合法中使用的聚合引发剂,优选聚合反应时的半衰期为0.5小时以上且30.0小时以下的聚合引发剂。另外,聚合引发剂的添加量相对于聚合性单体100质量份优选为0.5质量份以上且20.0质量份以下。
作为具体的聚合引发剂例,可列举出偶氮系或重氮系聚合引发剂、过氧化物系聚合引发剂。
上述悬浮聚合法中,也可以在聚合反应时添加交联剂,作为优选的添加量,相对于聚合性单体100质量份,为0.1质量份以上且10.0质量份以下。
此处,作为交联剂,主要使用具有2个以上能进行聚合的双键的化合物。例如,可以单独使用或以2种以上的混合物的形式使用芳香族二乙烯基化合物、具有2个双键的羧酸酯、二乙烯基化合物、及具有3个以上乙烯基的化合物。
以下,具体地说明利用悬浮聚合法的调色剂颗粒的制造,但并不限定于此。首先,适宜地加入上述聚合性单体及着色剂等,将利用均化器、球磨机、超声波分散机等分散机均匀溶解或分散的聚合性单体组合物悬浮在含有分散稳定剂的水系介质中。此时,使用高速搅拌机或超声波分散机那样的分散机一次性制成期望的调色剂颗粒的尺寸时,所得到的调色剂颗粒的粒径变得尖锐。作为聚合引发剂添加的时机,可以在向聚合性单体中添加其它添加剂时的同时进行添加,也可以在即将悬浮于水系介质中之前进行混合。另外,也可以在刚造粒后且开始聚合反应前加入溶解于聚合性单体或溶剂的聚合引发剂。
造粒后,使用通常的搅拌机,进行维持颗粒状态且防止颗粒的浮动/沉淀的水平的搅拌即可。
作为上述分散稳定剂可以使用公知的表面活性剂、有机分散剂或无机分散剂。其中,由于无机分散剂不易生成有害的超微粉末,并通过其位阻性得到分散稳定性,因此即使反应温度发生变化,稳定性也不易被破坏,并且容易洗净,不易对调色剂产生不良影响,所以可以优选使用。作为这种无机分散剂的例子,可以举出磷酸三钙、磷酸镁、磷酸铝、磷酸锌、羟基磷灰石等磷酸多价金属盐,碳酸钙、碳酸镁等碳酸盐,偏硅酸钙、硫酸钙、硫酸钡等无机盐,氢氧化钙、氢氧化镁、氢氧化铝等无机化合物。
这些无机分散剂相对于聚合性单体100质量份优选使用0.20质量份以上且20.00质量份以下的量。另外,上述分散稳定剂可以单独使用,也可以组合使用多种。进而,相对于聚合性单体100质量份,也可以组合使用0.0001质量份以上且0.1000质量份以下的表面活性剂。
上述聚合性单体的聚合反应中的聚合温度设定为40℃以上、通常设定为50℃以上且90℃以下的温度。
上述聚合性单体的聚合结束后,将所得到的聚合物颗粒通过公知的方法进行过滤、清洗、干燥,从而得到调色剂颗粒。向该调色剂颗粒外部添加混合无机细颗粒、大粒径二氧化硅颗粒、小粒径二氧化硅颗粒等,使附着于调色剂颗粒的表面,从而得到本发明的调色剂。
另外,也可以在制造工序(无机细颗粒的混合前)中加入分级工序,去除调色剂颗粒中所含的粗粉、微粉。
接着,针对本发明的图像形成设备或处理盒中使用的调色剂承载构件进行说明。
本发明中使用的调色剂承载构件具有基体、弹性层和包含聚氨酯树脂的表面层,该聚氨酯树脂具有源自后述结构式(1)所示的化合物与多异氰酸酯反应的部分结构。
将本发明的调色剂承载构件的一个实施方式示于图3。图3中示出的导电性辊31(调色剂承载构件)在圆柱状或中空圆筒状的导电性的基体32的外周面形成有弹性层33。另外,表面层34覆盖弹性层33的外周面。
<基体>
基体32作为导电性辊31的电极和支撑构件发挥功能,由铝、铜合金、不锈钢那样的金属或合金;利用铬或镍实施了镀金处理的铁;具有导电性的合成树脂那样的导电性的材质构成。
<弹性层>
弹性层33对导电性辊赋予为了在导电性辊与静电潜像承载构件的抵接部形成规定宽度的抵接部而必需的弹性。
弹性层33通常优选由橡胶材料的成型体形成。作为橡胶材料,可列举出以下的物质:乙烯-丙烯-二烯共聚橡胶(EPDM)、丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、氯丁橡胶(CR)、天然橡胶(NR)、异戊二烯橡胶(IR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、氟橡胶、硅橡胶、环氧氯丙烷橡胶、NBR的氢化物、聚氨酯橡胶。它们可以单独使用或混合使用2种以上。
这些当中,特别优选即使经长期与其它构件(显影剂控制刮板等)抵接时也不易使弹性层产生压缩永久变形的硅橡胶。作为硅橡胶,可列举出加成固化型的硅橡胶的固化物等。进一步来说,从与后述表面层的粘接性优异的方面出发,特别优选采用加成固化型二甲基硅橡胶的固化物。
弹性层33中,适宜地配混导电性赋予剂、非导电性填充剂、交联剂、催化剂那样的各种添加剂。作为导电性赋予剂,可以使用炭黑;铝、铜那样的导电性金属;氧化锌、氧化锡、氧化钛那样的导电性金属氧化物的细颗粒。其中,炭黑可以较容易地获取,能得到良好的导电性,故而特别优选。作为导电性赋予剂使用炭黑时,相对于橡胶材料中的橡胶100质量份,配混2~50质量份。作为非导电性填充剂,可列举出二氧化硅、石英粉末、氧化钛、氧化锌或碳酸钙。作为交联剂,可列举出二叔丁基过氧化物、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷或二枯基过氧化物。作为催化剂,可列举出通常使用的公知的催化剂。
<表面层>
表面层34为以聚氨酯树脂作为主要成分的树脂层,聚氨酯树脂通过多元醇与多异氰酸酯的反应而得到,可以如以下那样地合成。
首先,使聚醚多元醇、聚酯多元醇那样的多元醇成分与多异氰酸酯反应,得到异氰酸酯基末端预聚物。
接着,使异氰酸酯基末端预聚物与具有结构式(1)的结构的化合物反应,从而能够得到本发明的聚氨酯树脂。
作为聚醚多元醇,可列举出聚乙二醇、聚丙二醇、聚1,4-丁二醇。作为聚酯多元醇,可列举出通过1,4-丁二醇、3-甲基-1,4-戊二醇、新戊二醇那样的二醇成分、三羟甲基丙烷那样的三醇成分与己二酸、邻苯二甲酸酐、对苯二甲酸、六羟基邻苯二甲酸等二羧酸的缩合反应而得到的聚酯多元醇。
上述以外,可列举出聚丁二烯多元醇、聚异戊二烯多元醇那样的聚烯烃多元醇、或它们的氢化物、聚碳酸酯多元醇。
这些多元醇成分也可以采用根据需要预先利用2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)、1,4-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)那样的异氰酸酯进行扩链而得到的预聚物。
该聚醚多元醇、聚酯多元醇的数均分子量特别优选为1000以上且4000以下。多元醇的数均分子量为上述范围时,相对于分子量的羟基量多,因此与异氰酸酯表现出高反应性,未反应成分变少,因此在高温高湿环境下的带电性变得更良好。
作为与这些多元醇成分、及结构式(1)所示的化合物反应的异氰酸酯化合物,没有特别限定,可以使用亚乙基二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)那样的脂肪族多异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、环己烷1,3-二异氰酸酯、环己烷1,4-二异氰酸酯那样的脂环式多异氰酸酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯(TDI)、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、聚二苯基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、萘二异氰酸酯那样的芳香族异氰酸酯及它们的共聚物、异氰脲酸酯体、TMP加合体、缩二脲体、其封端体。
其中可以更适宜地使用甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、聚二苯基甲烷二异氰酸酯那样的芳香族异氰酸酯。
关于与多元醇成分、及结构式(1)所示的化合物反应的异氰酸酯化合物的混合比,相对于各自的羟基1.0,异氰酸酯基的比率优选为1.0~2.0的范围。
本发明中使用的调色剂承载构件的表面层中具有结构式(1)所示的化合物,如前所述通过使用该化合物,从而能够维持调色剂的良好的滚动性,并且能够对调色剂赋予高带电性。
结构式(1)
对结构式(1)所示的化合物进行详细说明时,结构式(1)所示的化合物表示分子中具有胺结构的多官能多元醇或末端氨基化合物。n为1以上且4以下的情况下、即具有4个以上且7个以下作为反应性官能团的羟基或氨基的结构的情况下,良好地形成基于氨基甲酸酯基或脲基的交联结构,微观硬度提高。其结果,能够维持调色剂的良好的滚动性。
接着,根据本发明人等的研究,本效果是通过结构式(1)所示的化合物的羟基或氨基数为4以上且7以下而发挥的。因此,结构式(1)所示的化合物的末端官能团数最低为4个即可,即使其余被烷基取代也能得到同等的效果。
结构式(1)所示的化合物中,R3各自独立地为选自由下述(a)~(c)组成的组中的任意者。
(a)碳数2以上且8以下的羟基烷基
(b)碳数2以上且8以下的氨基烷基
(c)结构式(2)所示的基团
若R3为羟基烷基时碳数为2以上且8以下、R3为氨基烷基时碳数为2以上且8以下,则容易形成基于氨基甲酸酯或脲基的交联结构,是优选的。
结构式(2)表示具有所谓醚的重复单元且末端为羟基的基团。R3为结构式(2)所示的基团时,也出于同样的理由优选R5是碳数为2以上且5以下的亚烷基、重复数m为2以上且3以下。
结构式(2)
结构式(1)中,R4优选为碳数2以上且4以下的亚烷基。若为碳数2以上且4以下的亚烷基,则调色剂承载构件的带电性提高。认为这是因为,R4为碳数2以上且4以下的亚烷基时,作为分子成为适度的大小,因此与异氰酸酯反应时的分散性变得良好。
结构式(1)所示的化合物当中,特别优选结构式(3)所示的物质,即特别优选在结构式(1)所示的化合物中,n为1或2,R3各自独立地为碳数2或碳数3的亚烷基,R4为碳数2的亚烷基。
包含源自结构式(3)的部分结构的聚氨酯树脂由于官能团数(5官能)、氨基甲酸酯基间的距离成为最适合的范围,因此控制部的调色剂的滚动性变得良好,特别优选。
结构式(3)
结构式(3)中,n为1或2,R6各自独立地为碳数2或碳数3的亚烷基,R7表示碳数2的亚烷基。
需要说明的是,本发明中,通过结构式(1)所示的化合物与多异氰酸酯的反应而形成的结构在R3为前述(a)碳数2以上且8以下的羟基烷基或(c)上述结构式(2)所示的基团时成为在结构式(1)的末端具有氨基甲酸酯基的结构。
另外,R3为前述(b)碳数2以上且8以下的氨基烷基时,成为在结构式(1)的末端具有脲基的结构。
表面层34优选具有导电性。作为导电性的赋予手段,可列举出离子导电剂、导电性细颗粒的添加,可以适宜地使用廉价且电阻的环境变动少的导电性细颗粒,此外从导电性赋予性和加强性的观点出发特别优选炭黑。作为该导电性细颗粒的性状,若是一次粒径为18nm以上且50nm以下、且DBP吸油量为50ml/100g以上且160ml/100g以下那样的炭黑,则导电性、硬度、分散性的平衡良好,是优选的。导电性细颗粒的含有率相对于形成表面层的树脂成分100质量份优选为10质量%以上且30质量%以下。
作为调色剂承载构件需要表面粗糙度时,可以在表面层34中添加用于控制粗糙度的细颗粒。作为粗糙度控制用细颗粒,体积平均粒径优选为3~20μm。另外,添加于表面层的颗粒添加量相对于表面层的树脂固成分100质量份,优选为1~50质量份。粗糙度控制用细颗粒可以使用聚氨酯树脂、聚酯树脂、聚醚树脂、聚酰胺树脂、丙烯酸类树脂、酚醛树脂的细颗粒。
作为表面层34的形成方法,没有特别限定,可列举出基于涂料的喷雾、浸渍、或辊涂。日本特开昭57-5047号公报中记载那样的自浸渍槽上端使涂料溢出的浸渍涂覆方法作为形成表面层的方法简便且生产稳定性优异。
接着,关于本发明的图像形成设备及处理盒,使用附图进行详细说明,但本发明不限定于这些。
图4、图6分别为示出本发明的图像形成设备及处理盒中使用的显影装置的一例的截面示意图。另外,图5为示出本发明的图像形成设备的一个实施方式的截面示意图。图9为示出本发明的图像形成设备及处理盒中使用的显影装置的另一例的截面示意图。图10为将本发明的一个实施方式的处理盒用于图像形成设备的一例。
图4或图5中,使形成有静电潜像的图像承载构件即静电潜像承载构件45沿箭头R1方向旋转。调色剂承载构件47沿箭头R2方向旋转,从而向调色剂承载构件47与静电潜像承载构件45对置的显影区域输送调色剂57。另外,调色剂供给构件48与调色剂承载构件接触,沿箭头R3方向旋转,从而向调色剂承载构件表面供给调色剂57。
在静电潜像承载构件45的周围设有充电辊46、转印构件(转印辊)50、定影器51、拾取辊52等。利用充电辊46使静电潜像承载构件45带电。然后,利用激光产生装置54对静电潜像承载构件45照射激光,从而进行曝光,形成与目标图像相对应的静电潜像。静电潜像承载构件45上的静电潜像利用显影器49内的调色剂而被显影,得到调色剂图像。调色剂图像经由转印材料利用与静电潜像承载构件45抵接的转印构件(转印辊)50向转印材料(纸)53上转印。载置有调色剂图像的转印材料(纸)53向定影器51运送,被定影在转印材料(纸)53上。
本发明的图像形成设备的充电工序中,优选使用如下的接触充电装置:静电潜像承载构件与充电辊形成抵接部而接触,对充电辊施加规定的充电偏压,使静电潜像承载构件面以规定的极性/电位带电的接触充电装置。通过如此进行接触充电,从而能够进行稳定的均匀的带电,进而能够减少臭氧的产生。另外,为了均匀地保持与静电潜像承载构件的接触、进行均匀的带电,更优选使用与静电潜像承载构件沿同方向旋转的充电辊。
作为使用充电辊时的优选的工艺条件,可例示出:充电辊的抵接压力为4.9~490.0N/m、直流电压、或在直流电压上重叠交流电压。
优选的是,交流电压为0.5~5.0kVpp,交流频率为50~5kHz,作为直流电压,电压的绝对值为400~1700V。
关于充电辊的材质,作为弹性体的材料,可列举出在乙烯-丙烯-二烯聚乙烯(EPDM)、聚氨酯、丁二烯丙烯腈橡胶(NBR)、硅橡胶、异戊二烯橡胶等中为了调整电阻而分散有炭黑、金属氧化物等导电性物质的橡胶材料、或将它们发泡而成的物质,但不限定于这些。另外,也可以以不分散导电性物质的方式或以与导电性物质组合使用的方式使用离子导电性的材料来调整电阻。
另外,作为充电辊中使用的芯轴,可列举出铝、SUS等。充电辊以反抗弹性地利用规定的按压力压接于作为静电潜像承载构件的被充电构件的方式而配置,形成充电辊与静电潜像承载构件的抵接部即充电抵接部。
接着,关于本发明的图像形成设备中优选应用的接触转印工序进行具体说明。接触转印工序是指,一边将静电潜像承载构件隔着记录介质和被施加了与调色剂相反极性的电压的转印构件抵接,一边将调色剂图像静电转印于记录介质。作为转印构件的抵接压力,优选为线压力2.9N/m以上、更优选为19.6N/m以上。作为抵接压力的线压力低于2.9N/m时,变得容易发生记录介质的输送偏移、转印不良。
本发明中,优选通过调色剂控制构件隔着调色剂抵接于调色剂承载构件,从而控制调色剂承载构件上的调色剂层厚度。如此能够得到无起雾的高图像质量。作为抵接于调色剂承载构件的调色剂控制构件,控制刮板是常规的,本发明中也可以适宜地使用。
作为上述控制刮板,可以使用硅橡胶、聚氨酯橡胶、NBR那样的橡胶弹性体;聚对苯二甲酸乙二醇酯那样的合成树脂弹性体、磷青铜板、SUS板等的金属弹性体,进而也可以为它们的复合体。进而,在橡胶、合成树脂、金属弹性体那样的弹性支撑体上,为了控制调色剂的带电性,也可以以接触调色剂承载构件抵接部分的方式施加树脂、橡胶、金属氧化物、金属那样的带电控制物质。其中,特别优选在金属弹性体上以接触调色剂承载构件抵接部的方式粘贴树脂、橡胶。
作为金属弹性体上粘贴的构件的材质,聚氨酯橡胶、聚氨酯树脂、聚酰胺树脂、尼龙树脂那样的容易以正极性带电的物质是优选的。
上述控制刮板上边部侧的基部被固定保持在显影器侧,使下边部侧成为反抗刮板的弹性力地沿调色剂承载构件的正方向或逆方向弯曲的状态,具有适度的弹性按压力地抵接于调色剂承载构件表面。
关于控制刮板与调色剂承载构件的抵接压力,作为调色剂承载构件母线方向的线压力,优选为1.30~245.0N/m、进一步优选为4.9~118.0N/m是有效的。抵接压力小于1.30N/m时,调色剂的均匀涂布变得困难,容易成为起雾、飞散的原因。抵接压力超过245.0N/m时,对调色剂施加较大的压力,存在容易发生调色剂劣化的倾向。
调色剂承载构件上的调色剂层的量优选为2.0g/m2以上且15.0g/m2以下、更优选为3.0g/m2以上且14.0g/m2以下。
调色剂承载构件上的调色剂量小于2.0g/m2时,难以得到充分的图像浓度。另一方面,调色剂承载构件上的调色剂量多于15.0g/m2时,变得容易发生控制不良,此外,容易损害均匀带电性,因此存在招致起雾增大的倾向。
需要说明的是,本发明中,调色剂承载构件上的调色剂量可以通过改变调色剂承载构件的表面粗糙度(Ra)、控制刮板的自由长度、控制刮板的抵接压力而任意变化。
关于调色剂承载构件上的调色剂量的测定,在外径为6.5mm的吸嘴上安装圆筒滤纸。将其安装于吸尘器,一边抽吸一边吸取调色剂承载构件上的调色剂,将吸取的调色剂量(g)除以吸取的面积(m2)而得到的值作为调色剂承载构件上的调色剂量。
本发明中,承载调色剂的调色剂承载构件的外径优选为8.0mm以上且14.0mm以下。从显影装置的所谓紧凑化的意义出发,调色剂承载构件的外径越小越好,但存在外径越小,显影性越容易降低,起雾也恶化的倾向。因此,本发明中使用的调色剂承载构件和调色剂中,为了兼顾紧凑化和起雾,调色剂承载构件的外径优选为8.0mm以上且14.0mm以下。
本发明中使用的调色剂承载构件的表面粗糙度以JIS B 0601:1994表面粗糙度的标准中的轮廓算术平均偏差粗糙度Ra计优选处于0.3μm以上且5.0μm以下的范围,更优选为0.5μm以上且4.5μm以下。
Ra为0.3μm以上且5.0μm以下时,能够充分得到调色剂的输送量,而且容易控制调色剂承载构件上的调色剂量,不易产生控制不良,并且调色剂的带电量容易变得均匀。
调色剂承载构件表面的JIS B 0601:1994表面粗糙度的标准中的轮廓算术平均偏差粗糙度Ra的测定使用小坂研究所制造的SURFCORDER SE-3500来进行。作为测定条件,在截止0.8mm、评价长度4mm、进给速度0.5mm/秒下对9点(针对沿轴向以等间隔取3点的各点,沿圆周方向取3点)进行测定,取其平均值。
为了使本发明中的调色剂承载构件的表面粗糙度为上述范围,例如,可以通过改变调色剂承载构件的表层的研磨状态、或添加球状碳颗粒、碳细颗粒、石墨、树脂细颗粒等来实现。
本发明中,显影工序优选为对调色剂承载构件施加显影偏压使调色剂转移至静电潜像承载构件上的静电潜像而形成调色剂图像的工序,施加的显影偏压可以为直流电压、在直流电压上重叠了交流电场的电压。
作为交流电场的波形,可以适宜使用正弦波、矩形波、三角波等。另外,也可以为通过将直流电源周期性地接通/断开而形成的脉冲波。如此作为交流电场的波形可以使用其电压值周期性变化的偏压。
本发明中,使用利用磁性输送调色剂而不使用调色剂供给构件的方式时,需要在调色剂承载构件的内部配置磁体(图6的符号59)。此时,调色剂承载构件优选具备在内部具有多极的固定的磁体、磁极优选具有3~10极。
作为本发明中的图像形成设备中使用的显影装置的另一例,如图9所示,也可以采用如下的构成:利用具有调色剂的调色剂补充容器60,在显影器内调色剂不足或消失时等补充调色剂,继续使用显影器的构成。
本发明中的处理盒至少具备:充电辊,其使静电潜像承载构件带电;静电潜像承载构件;具有调色剂的显影装置,此外,将它们保持为一体、且以可拆卸地安装于图像形成设备的方式构成。
进而,将前述充电辊的驱动设为利用前述静电潜像承载构件的驱动接受驱动力的构成。由此,可以对于独自的处理盒,相对于前述静电潜像承载构件表面速度控制前述充电辊的表面速度。作为传递前述驱动的例子,可列举出:将配置于感光构件的第一端部的齿轮构件与配置于前述充电辊的第一端的齿轮构件啮合。此外,也可以为使用带等的通常的方法。
进而,自图像形成设备直接接受充电辊的驱动,将其向静电潜像承载构件传递那样的变形例也可以作为一例而举出。
另外,图10中示出了将处理盒61安装于图像形成设备的图。处理盒61将静电潜像承载构件45、充电辊46和显影装置49作为一体而保持。
接着,关于本发明中使用的调色剂的各物性的测定方法进行说明。
<调色剂的平均粒径及粒度分布>
调色剂的重均粒径(D4)如以下所述地算出。作为测定装置,使用具备100μm的口管的基于细孔电阻法的精密粒度分布测定装置“Coulter Counter Multisizer 3”(注册商标、Beckman Coulter,Inc.制造)。测定条件的设定及测定数据的分析使用附属的专用软件“Beckman Coulter Multisizer 3 Version3.51”(Beckman Coulter,Inc.制造)。需要说明的是,测定在有效测定通道数2万5千通道的条件下进行。
测定所使用的电解水溶液可以使用将特级氯化钠溶解于离子交换水使其浓度约为1质量%的溶液,例如“ISOTON II”(Beckman Coulter,Inc.制造)。
需要说明的是,进行测定、分析之前,如以下所述进行了专用软件的设定。
在专用软件的“变更标准测定方法(SOM)”画面中,将控制模式的总计数数设定为50000颗粒,将测定次数设定为1次,将Kd值设定为使用“标准颗粒10.0μm”(BeckmanCoulter,Inc.制造)而得到的值。通过按压“阈值/噪声电平的测定按钮”,自动设定阈值和噪声电平。另外,将电流设定为1600μA,将增益设定为2,将电解液设定为ISOTON II,勾选“测定后的口管的冲洗”。
在专用软件的“自脉冲向粒径的转换设定”画面中,将元件间隔设为对数粒径,将粒径元件设为256个粒径元件,将粒径范围设为2μm~60μm。
具体的测定法如以下所述。
(1)在Multisizer 3专用的玻璃制250ml圆底烧杯中放入前述电解水溶液约200ml,安装于样品架,以逆时针旋转、以24转/秒进行搅拌棒的搅拌。然后,利用专用软件的“口的冲洗”功能,去除口管内的污垢和气泡。
(2)在玻璃制的100ml平底烧杯中放入前述电解水溶液约30ml。向其中加入将作为分散剂的“CONTAMINON N”(包含非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、有机助剂的pH7的精密测定器清洗用中性洗涤剂的10质量%水溶液、和光纯药工业株式会社制造)用离子交换水稀释至约3质量倍而得到的稀释液约0.3ml。
(3)以相位错开180度的状态内置2个振荡频率50kHz的振荡器,准备电功率120W的超声波分散器“Ultrasonic Dispension System Tetora150”(Nikkaki Bios Co.,Ltd.制造)。在超声波分散器的水槽内加入约3.3l的离子交换水,在该水槽中添加约2ml的CONTAMINON N。
(4)将前述(2)的烧杯安装于前述超声波分散器的烧杯固定孔,运行超声波分散器。然后,以烧杯内的电解水溶液的液面的共振状态成为最大的方式调整烧杯的高度位置。
(5)在对前述(4)的烧杯内的电解水溶液照射了超声波的状态下,将调色剂约10mg少量逐次地添加到前述电解水溶液中,使其分散。然后,进一步继续60秒超声波分散处理。需要说明的是,超声波分散时,以水槽的水温成为10℃以上且40℃以下的方式适当调节。
(6)在设置于样品架内的前述(1)的圆底烧杯中,使用移液器滴加分散有调色剂的前述(5)的电解质水溶液,以测定浓度成为约5%的方式调整。然后,进行测定直至测定颗粒数达到50000个。
(7)对测定数据利用装置附属的前述专用软件进行分析,算出重均粒径(D4)。需要说明的是,专用软件中设定为图/体积%时的、“分析/体积统计值(算术平均)”画面的“平均径”为重均粒径(D4)。
<调色剂颗粒的平均圆形度的测定方法>
调色剂颗粒的平均圆形度利用流动式颗粒图像分析装置“FPIA-3000”(SysmexCorporation制造)在校准操作时的测定及分析条件下进行测定。
具体的测定方法如以下所述。首先,在玻璃制的容器中加入预先去除了固体杂质等的离子交换水约20ml。向其中加入将作为分散剂的“CONTAMINON N”(包含非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、有机助剂的pH7的精密测定器清洗用中性洗涤剂的10质量%水溶液、和光纯药工业株式会社制造)用离子交换水稀释至约3质量倍而得到的稀释液约0.2ml。然后加入测定试样约0.02g,使用超声波分散器进行2分钟分散处理,制成测定用的分散液。此时,以分散液的温度成为10℃以上且40℃以下的方式适当冷却。作为超声波分散器,使用振荡频率50kHz、电功率150W的台式的超声波清洗器分散器(例如“VS-150”(VELVO株式会社制造)),在水槽内加入规定量的离子交换水,在该水槽中添加前述约2ml的CONTAMINON N。
测定中,使用搭载有作为物镜的“UPlanApro”(倍率10倍、数值孔径0.40)的前述流动式颗粒图像分析装置,鞘液使用颗粒鞘“PSE-900A”(Sysmex Corporation制造)。将按照前述步骤调制的分散液导入到前述流动式颗粒图像分析装置中,在HPF测定模式下、以总计数模式测量3000个调色剂颗粒。然后,将颗粒分析时的二值化阈值设为85%,将分析粒径限定为当量圆直径1.985μm以上且不足39.69μm,求出调色剂颗粒的平均圆形度。
测定时,在测定开始前使用标准乳胶颗粒(例如,将Duke Scientific公司制造的“RESEARCH AND TEST PARTICLES Latex Microsphere Suspensions 5200A”用离子交换水稀释)进行自动调焦。然后,优选自测定开始起每隔2小时实施调焦。
需要说明的是,本发明中,使用进行了Sysmex Corporation的校准操作的、接受了Sysmex Corporation发行的校准证书的发行的流动式颗粒图像测定装置。除了将分析粒径限定为当量圆直径1.985μm以上且不足39.69μm之外,在接受校准证明时的测定及分析条件下进行测定。
流动式颗粒图像测定装置“FPIA-3000”(Sysmex Corporation制造)的测定原理是,将流动的颗粒作为静止图像进行拍摄,进行图像分析。向试样室加入的试样利用试样吸入注射器送入平面鞘层流动池。送入平面鞘层流动池的试样夹在鞘液中形成扁平的流。对于通过平面鞘层流动池内的试样,以1/60秒间隔照射频闪光,可以将流动的颗粒作为静止图像进行拍摄。另外,由于为扁平的流,因此在焦点对准的状态下拍摄。颗粒图像用CCD相机拍摄,拍摄的图像以512×512像素的图像处理分辨率(每一个像素0.37×0.37μm)进行图像处理,进行各颗粒图像的轮廓提取,测量颗粒图像的投影面积S、周长L等。
接着,使用上述面积S和周长L求出当量圆直径和圆形度。当量圆直径是指,具有与颗粒图像的投影面积相同的面积的圆的直径,圆形度作为由当量圆直径求出的圆的周长除以颗粒投影图像的周长得到的值而被定义,利用下述式算出。
圆形度=2×(π×S)1/2/L
颗粒图像为圆形时圆形度成为1.000,颗粒图像的外周的凹凸的程度越大,圆形度成为越小的值。算出各颗粒的圆形度后,将圆形度0.200~1.000的范围分割成800份,算出所得到的圆形度的算术平均值,将该值作为平均圆形度。
<无机细颗粒的平均存在率及无机细颗粒的变异系数的算出>
本发明中,根据利用日立超高分辨率场发射扫描电子显微镜S-4800(HitachiHigh-Technologies Corporation.)拍摄的调色剂表面图像进行分析而算出。S-4800的图像拍摄条件如以下所述。
(1)试样制作
在试样台(铝试样台15mm×6mm)上薄薄地涂布导电性糊剂,在其上吹送调色剂。然后吹送空气,将多余的调色剂自试样台去除并进行充分干燥。将试样台安装于试样架,利用试样高度计将试样台高度调节至36mm。
(2)S-4800观察条件设定
无机细颗粒的平均存在率的算出使用利用S-4800的背散射电子图像观察得到的图像进行。背散射电子图像与2次电子图像相比无机细颗粒的充电少,因此能够精度良好地测定平均存在率。
在安装于S-4800的镜体的防污染阱(anti-contamination trap)中注入液氮直至溢出,放置30分钟。启动S-4800的“PC-SEM”,进行冲洗(作为电子源的FE片的清洁化)。点击画面上的控制面板的加速电压显示部分,按压[冲洗]按钮,打开冲洗运行对话框。确认冲洗强度为2,运行。确认到由冲洗带来的发射电流为20~40μA。将试样架插入到S-4800镜体的试样室。按压控制面板上的[原点],将试样架移动至观察位置。
点击加速电压显示部,打开HV设定对话框,将加速电压设定为[0.8kV]、发射电流设定为[20μA]。在操作面板的[基本]的选项卡内,将信号选择设置为[SE],SE检测器选择[上(U)]和[+BSE],在[+BSE]右边的选择框选择[L.A.100],设为利用背散射电子图像观察的模式。同样地在操作面板的[基本]的选项卡内,将电子光学系统条件模块的探针电流设定为[Normal]、焦点模式设定为[UHR]、WD设定为[3.0mm]。按压控制面板的加速电压显示部的[ON]按钮,施加加速电压。
(3)调色剂的数均粒径(D1)算出
拖拽控制面板的倍率显示部内,将倍率设定为5000(5k)倍。旋转操作面板的调焦旋钮[COARSE],在焦点以某种程度对准的状态下进行光圈对准的调整。点击控制面板的[Align],显示光圈对准对话框,选择[束]。旋转操作面板的STIGMA/ALIGNMENT旋钮(X,Y),将所显示的束移动到同心圆的中心。接着选择[光圈],逐一旋转STIGMA/ALIGNMENT旋钮(X,Y),以停止图像的运动或使其成为最小运动的方式进行调节。关闭光圈对话框,利用自动调焦进行调焦。将该操作进一步重复2次,进行调焦。
然后,针对300个调色剂颗粒测定粒径,求出数均粒径(D1)。需要说明的是,各个颗粒的粒径设为观察调色剂的颗粒时的最大直径。
(4)调焦
针对(3)中得到的数均粒径(D1)的±0.1μm的颗粒,在将最大直径的中点对准测定画面的中央的状态下拖拽控制面板的倍率显示部内,将倍率设定为10000(10k)倍。旋转操作面板的调焦旋钮[COARSE],在焦点以某种程度对准的状态下进行光圈对准的调整。点击控制面板的[Align],显示光圈对准对话框,选择[束]。旋转操作面板的STIGMA/ALIGNMENT旋钮(X,Y),将所显示的束移动到同心圆的中心。接着选择[光圈],逐一旋转STIGMA/ALIGNMENT旋钮(X,Y),以停止图像的运动或使其成为最小运动的方式进行调节。关闭光圈对话框,利用自动调焦进行调焦。然后,将倍率设定为50000(50k)倍,与上述同样地使用调焦旋钮、STIGMA/ALIGNMENT旋钮进行调焦,再次利用自动调焦进行调焦。将该操作再重复一次,进行调焦。此处,观察面的倾斜角度大时,平均存在率的测定精度容易变低,因此通过在调焦时选择观察面整体的焦点同时对准,从而选择尽量不存在表面倾斜的方式来进行分析。
(5)图像保存
以ABC模式进行亮度调节,以尺寸640×480像素进行照片拍摄并保存。使用该图像文件进行下述分析。对于一个调色剂颗粒拍摄1张照片,针对至少30个以上的调色剂颗粒得到图像。
(6)图像分析
将调色剂表面的背散射电子图像分割为如下定义的4个区域(参照图7)分别进行分析。
区域的定义:调色剂的背散射电子图像中,将具有最大长度的弦设为线段A,将与该线段A平行且与该线段A相距1.5μm的2条直线设为直线B和直线C。将通过该线段A的中点且与该线段A正交的直线设为直线D,将与该直线D平行且与该直线D相距1.5μm的2条直线设为直线E和直线F。由该线段A和直线B、C、D、E及F形成的边长1.5μm的正方形的4个区域。
上述4个区域中,
将由线段A、及线段B、D、E包围的区域设为区域K,
将由线段A、及线段B、D、F包围的区域设为区域L,
将由线段A、及线段C、D、E包围的区域设为区域M,
将由线段A、及线段C、D、F包围的区域设为区域N。
在各个区域中测定无机细颗粒的个数。此处,无机细颗粒也有时以聚集块的形式存在,因此仅测定能确认为一次颗粒的颗粒。
基于下述式算出无机细颗粒的各区域中的存在率。
区域K中的无机细颗粒的存在率K=(区域K内的无机细颗粒的个数×由无机细颗粒的一次颗粒的数均粒径算出的面积/区域K的面积)×100(%)
关于区域L及M、N中的无机细颗粒的存在率L及M、N,也与上述式同样地算出。
无机细颗粒的平均存在率=上述4个区域的存在率的平均值
无机细颗粒的变异系数=(无机细颗粒的标准偏差/无机细颗粒的平均存在个数)
无机细颗粒的标准偏差=(无机细颗粒的分散K及L、M、N的平方的平均值的平方根)
分散K及L、M、N=(无机细颗粒的平均存在个数-区域K及L、M、N中的无机细颗粒的存在个数)
<二氧化硅颗粒及无机细颗粒的一次颗粒的数均粒径的测定方法>
二氧化硅颗粒及无机细颗粒的一次颗粒的数均粒径由利用日立超高分辨率场发射扫描电子显微镜S-4800(Hitachi High-Technologies Corporation.)拍摄的调色剂表面的二氧化硅细颗粒及第2族元素的钛酸盐子图像算出。S-4800的图像拍摄条件如以下所述。
(1)试样制作
在试样台(铝试样台15mm×6mm)上薄薄地涂布导电性糊剂,在其上吹送调色剂。然后吹送空气,将多余的调色剂自试样台去除并进行充分干燥。将试样台安装于试样架,利用试样高度计将试样台高度调节至36mm。
(2)S-4800观察条件设定
二氧化硅颗粒及无机细颗粒的一次颗粒的数均粒径的算出使用利用S-4800的背散射电子图像观察得到的图像来进行。背散射电子图像由于与二次电子像相比的充电少,因此能够精度良好地测定粒径。
在安装于S-4800的镜体的防污染阱(anti-contamination trap)中注入液氮直至溢出,放置30分钟。启动S-4800的“PCSTEM”,进行冲洗(作为电子源的FE片的清洁化)。点击画面上的控制面板的加速电压显示部分,按压[冲洗]按钮,打开冲洗运行对话框。确认冲洗强度为2,运行。确认到由冲洗带来的发射电流为20~40μA。将试样架插入到S-4800镜体的试样室。按压控制面板上的[原点],将试样架移动至观察位置。
点击加速电压显示部,打开HV设定对话框,将加速电压设定为[0.8kV]、发射电流设定为[20μA]。在操作面板的[基本]的选项卡内,将信号选择设置为[SE],SE检测器选择[上(U)]和[+BSE],在[+BSE]右边的选择框选择[L.A.100],设为利用背散射电子图像观察的模式。同样地在操作面板的[基本]的选项卡内,将电子光学系统条件模块的探针电流设定为[Normal]、焦点模式设定为[UHR]、WD设定为[3.0mm]。按压控制面板的加速电压显示部的[ON]按钮,施加加速电压。
(3)二氧化硅颗粒及无机细颗粒的数均粒径(D1)的算出
拖拽控制面板的倍率显示部内,将倍率设定为100000(100k)倍。旋转操作面板的调焦旋钮[COARSE],在焦点以某种程度对准的状态下进行光圈对准的调整。点击控制面板的[Align],显示光圈对准对话框,选择[束]。旋转操作面板的STIGMA/ALIGNMENT旋钮(X,Y),将所显示的束移动到同心圆的中心。接着选择[光圈],逐一旋转STIGMA/ALIGNMENT旋钮(X,Y),以停止图像的运动或使其成为最小运动的方式进行调节。关闭光圈对话框,利用自动调焦进行调焦。将该操作进一步重复2次,进行调焦。
然后,针对调色剂表面上的至少300个二氧化硅颗粒及无机细颗粒测定粒径,求出平均粒径。此处,二氧化硅颗粒及无机细颗粒也有时以聚集块的形式存在,因此仅求出能确认为一次颗粒的颗粒的最大直径,对所得的最大直径取算术平均,从而得到二氧化硅颗粒及无机细颗粒的一次颗粒的数均粒径(D1)。
<无机细颗粒的固着率的测定方法>
样品的准备
游离前调色剂:直接使用后述实施例中制作的各种调色剂。
游离后调色剂:在50ml容量的小瓶中称量“CONTAMINON N”(包含非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、有机助剂的pH7的精密测定器清洗用中性洗涤剂的2质量%水溶液)20g,与调色剂1g混合。安装于IWAKI SANGYO CO.,LTD.制造的“KM Shaker”(model:V.SX),将speed设定为50振动30秒。然后,利用离心分离机(1000rpm下5分钟)将调色剂与水溶液分离。分离上清液,将沉淀的调色剂真空干燥,从而使其干固。
去除了外部添加剂的调色剂:去除了外部添加剂的调色剂是指,该试验中去除了能游离的外部添加剂的状态。关于样品制备方法,在异丙醇那样的不溶解调色剂的溶剂中加入调色剂,利用超声波清洗机施加10分钟振动。然后,利用离心分离机(1000rpm下5分钟)将调色剂与溶液分离。分离上清液,将沉淀的调色剂真空干燥,从而使其干固。
针对该去除游离外部添加剂前后的样品,利用波长色散X射线荧光分析(XRF)、通过使用第2族元素的强度,从而进行钛酸细颗粒的定量,求出以何种程度游离。
(i)使用装置的例子
X射线荧光分析装置3080(理学电气株式会社)
试样压制成型机MAEKAWA Testing Machine(MFG Co,LTD制造)
(ii)测定条件
(iii)关于自调色剂颗粒的固着率的算出方法
首先,利用上述方法求出游离前调色剂、游离后调色剂和去除了外部添加剂的调色剂的元素的强度。然后,基于下述式算出游离率。
[式]无机细颗粒的固着率=(游离后调色剂的无机细颗粒的强度-去除了外部添加剂的调色剂的无机细颗粒的强度)/(游离前调色剂的无机细颗粒的强度-去除了外部添加剂的调色剂的无机细颗粒的强度)×100
<大粒径二氧化硅颗粒的重量基准的粒度分布图中的峰的半值宽度的测定方法>
大粒径二氧化硅颗粒的重量基准粒度分布半值宽度使用CPS Instruments Inc.制造的盘式离心式粒度分布测定装置DC24000来测定。以下示出测定方法。
1)磁性调色剂的情况
首先,在离子交换水100g中加入Triton‐X100(KISHIDA CHEMICAL Co.,Ltd.制造)0.5mg,制作分散介质。在该分散介质9g中添加调色剂1g,利用超声波分散机进行5分钟分散。然后,使用钕磁铁约束调色剂颗粒,制作上清液。接着,在安装有针筒式过滤器(直径:13mm/孔径0.45μm)(ADVANTEC东洋株式会社制造)的全塑料一次性注射器(东京硝子器械株式会社)的前端安装CPS公司制造的测定装置专用注射器针头,采集上清液0.1mL。用注射器将采集的上清液注入到盘式离心式粒度分布测定装置DC24000,测定大粒径二氧化硅颗粒的重量基准粒度分布。
测定方法的详细情况如以下所述。
首先,利用CPS软件上的电机控制(Motor Control),使盘以24000rpm旋转。然后,自过程定义(Procedure Definitions)设定下述条件。
(1)样品参数(Sample parameter)
·最大直径(Maximum Diameter):0.5μm
·最小直径(Minimum Diameter):0.05μm
·颗粒密度(Particle Density):2.0-2.2g/mL(二氧化硅的密度;输入所使用的样品中的值)
·颗粒折射率(Particle Refractive Index):1.43
·颗粒吸收(Particle Absorption):0K
·非圆球系数(Non-Sphericity Factor):1.1
(2)校准标准参数(Calibration Standard Parameters)
·峰值直径(Peak Diameter):0.226μm
·半峰宽度(Half Height Peak Width):0.1μm
·颗粒密度(Particle Density):1.389g/mL
·流体密度(Fluid Density):1.059g/mL
·流体折射率(Fluid Refractive Index):1.369
·流体粘度(Fluid Viscosity):1.1cps
设定上述条件后,使用CPS Instruments Inc.制造的Auto Gradient MakerAG300,制作基于8质量%蔗糖水溶液和24wt%蔗糖水溶液的密度梯度溶液,向测定容器内注入15mL。
注入后,为了防止密度梯度溶液的蒸发,注入1.0mL的十二烷(KISHIDA CHEMICALCo.,Ltd.制造)形成油膜,为了装置稳定,待机30分钟以上。
待机后,利用注射器向测定装置内注入校准用标准颗粒(重量基准中心粒径:0.226μm)0.1mL,进行校准。然后,将上述采集的上清液注入到装置中,测定重量基准粒度分布。
在图8中示出通过测定得到的重量基准的粒度分布图的一例。如图8所示,在80nm以上且200nm以下的区域观测到峰,将该峰的半值宽度作为重量基准的粒度分布图中的一次颗粒的峰的半值宽度。需要说明的是,由于将测定的下限值设为0.05μm,因此未观测到二氧化硅细颗粒A,此外,在图8中,在大于200nm的大粒径侧出现的峰为源自其它外部添加颗粒的峰。
2)非磁性调色剂的情况
首先,在离子交换水100g中加入Triton‐X100(KISHIDA CHEMICAL Co.,Ltd.制造)0.5mg,制作分散介质。在该分散介质9.4g中添加调色剂0.6g,利用超声波分散机进行5分钟分散。然后,在安装有针筒式过滤器(直径:13mm/孔径0.45μm)(ADVANTEC东洋株式会社制造)的全塑料一次性注射器(东京硝子器械株式会社)的前端安装CPS公司制造的测定装置专用注射器针头,采集上清液0.1mL。用注射器将采集的上清液注入到盘式离心式粒度分布测定装置DC24000,测定大粒径二氧化硅颗粒的重量基准的粒度分布,求出图中的一次颗粒的峰的半值宽度。测定方法的详细情况如上所述。
<来源于导电性细颗粒的露出部的凸部的个数的测定>
导电性辊的表面层的表面的来源于导电性细颗粒的露出部的凸部的个数的测定方法如以下所述。首先,自导电性辊切出包含表面层的弹性层,对表面层的最外表面进行铂蒸镀,使用扫描电子显微镜(商品名:S-4800、Hitachi High-Technologies Corporation.制造)以40000倍观察纵2.0μm×横2.0μm的区域,进行照片拍摄。将所得到的图像使用图像分析软件(商品名:Image-Pro Plus、Puranetoron株式会社(现Media CyberneticsDivision ofNippon Roper)制造)进行分析。对于所拍摄的SEM图像,进行二值化处理,算出凸部的个数。拍摄5张SEM图像,将算出的颗粒数的平均值作为来源于本发明的导电性细颗粒的露出部的凸部的个数。
<通用硬度的测定>
自导电性辊的表面层的表面将压头压入1μm,利用通用硬度计测定深度1μm的位置处的通用硬度。测定使用超微硬度计(商品名:HM-2000、Fischer公司制造),将10次测定的平均值作为本发明的通用硬度。另外,作为压头,使用维氏压头。关于压入速度,在以下的条件式(1)下进行。需要说明的是,式(1)中,F为力、t为时间。
dF/dt=1mN/30s······(1)
将自导电性辊的表面层的表面深度1μm的位置处的通用硬度定义为“通用硬度(t=1μm位置)”。
实施例
以下,利用制造例及实施例更具体地说明本发明,但这些例子对本发明没有任何限定。需要说明的是,以下的配方中的份数均表示质量份。
(充电辊的制作)
<未硫化橡胶组合物的制备>
将下述的表1中示出的种类和量的各材料混合,制备未硫化橡胶组合物。
表1
<导电性弹性辊的制作>
准备在易切削钢的表面实施了化学镀镍处理的全长252mm、外径6mm的圆棒。接着,对前述圆棒的除两端部各11mm之外的230mm的范围遍及整个圆周地涂布粘接剂。粘接剂使用导电性的热熔型的粘接剂。另外,涂布中使用辊涂机。本实施例中,使用涂布有前述粘接剂的圆棒作为导电性的芯轴。
接着,准备具有导电性的芯轴的供给机构、未硫化橡胶辊的排出机构的十字头挤出机,在十字头上安装内径12.5mm的模具,将挤出机和十字头调整为80℃,将导电性的芯轴的输送速度调整为60mm/秒。在该条件下,利用挤出机供给未硫化橡胶组合物,在十字头内在导电性的芯轴上覆盖未硫化橡胶组合物作为弹性层,得到未硫化橡胶辊。接着,在170℃的热风硫化炉中投入前述未硫化橡胶辊,加热60分钟,从而得到未研磨导电性弹性辊。然后,切除、去除弹性层的端部。最后,通过旋转磨石研磨弹性层的表面。由此,得到自中央部向两端部侧各90mm的位置的各直径为9.9mm、中央部直径为10.0mm的导电性弹性辊。
<涂覆液1的制作>
通过以下的方法制作形成本发明的导电层的粘结剂树脂的涂覆液。
在氮气气氛下、在反应容器中,对于聚MDI(商品名:MILLIONATE MR200日本聚氨酯工业株式会社制造)27份,一边将反应容器内的温度保持在65℃一边缓慢滴加聚碳酸酯二醇(商品名:T5652(Mn=2000)Asahi Kasei Chemicals Corporation制造)100份。滴加结束后,在温度65℃下反应2小时。将所得到的反应混合物冷却至室温,得到异氰酸酯基含量4.6%的异氰酸酯基末端预聚物1。
(涂覆液1的制备)
对于异氰酸酯基末端预聚物150.0份,同样地搅拌混合聚碳酸酯二醇(商品名:T5652(Mn=2000)Asahi Kasei Chemicals Corporation制造)36.9份、炭黑(商品名:MA230数均粒径30nm、20.0份三菱化学株式会社制造)。
接着,以总固成分比成为30质量%的方式加入甲乙酮(以下MEK)后,用油漆搅拌器进行12小时混合搅拌。接着,进一步用MEK调整至粘度8cps,制备涂覆液1。
<充电辊的制造>
在通过上述方法制作的涂覆液1中、将上述制作的导电性弹性辊浸渍1次后,在23℃下风干30分钟,接着在设定为90℃的热风循环干燥机中干燥1小时,进而在设定为160℃的热风循环干燥机中干燥1小时,在导电性弹性辊的外周面上形成导电层。以浸渍涂布浸渍时间调整为9秒,浸渍涂布提拉速度以初始速度成为20mm/秒、最终速度成为2mm/秒的方式进行调整,自20mm/秒至2mm/秒之间,相对于时间,使速度线性变化。
接着,对于通过上述方法制作的充电辊以累积光量成为9000mJ/cm2的方式照射254nm的波长的紫外线,使表面层的最外表面的粘结剂树脂分解,形成导电性的凸部。紫外线照射使用低压汞灯(哈里森东芝照明公司制造)。通过以上的方法制造充电辊1。
<充电辊2~9>
除了将涂覆液1变更为表3中记载的各个涂覆液之外,与充电辊1同样操作,制造充电辊2~9。需要说明的是,作为表3记载的涂覆液的原料,将(A)羟基末端预聚物(多元醇)、(B)异氰酸酯基末端预聚物(异氰酸酯)、(C)粗颗粒记载于表2-1~2-3。异氰酸酯基末端预聚物的一部分使用与实施例1同样地如表2记载那样使多元醇与聚MDI(商品名:MILLIONATEMR200日本聚氨酯工业株式会社制造)预先反应、调整为异氰酸酯基含量4.6%的物质。
表2-1
表2-2
表2-3
表3
(基体的准备)
作为基体(图3的32),准备在SUS304制的直径6mm的芯轴上涂布底漆(商品名、DY35-051;Dow Corning Toray Co.,Ltd.制造)并焙烧而得到的基体。
(弹性辊的制作)
将上述准备的基体配置在模具中,将混合以下的材料而成的加成型硅橡胶组合物注入到形成于模具内的腔体中。
·液状硅橡胶材料(商品名、SE6724A/B;Dow Corning Toray Co.,Ltd.制造)100份
·炭黑(商品名、TOKABLACK#4300;TOKAI CARBON CO.,LTD.制造)15份
·作为耐热性赋予剂的二氧化硅粉体0.2份
·铂催化剂0.1份
将混合上述表1中记载的材料而成的加成型硅橡胶组合物注入到形成于模具内的腔体中。接着,加热模具,将硅橡胶在温度150℃下进行15分钟硫化使其固化。将在周面形成有固化了的硅橡胶层的基体自模具脱模后,将该基体进一步在温度180℃下加热1小时,使硅橡胶层的固化反应完结。如此,制作在基体的外周形成有直径12mm的硅橡胶弹性层的弹性辊D-1。
(表面层的制备)
以下示出用于得到本发明的聚氨酯表面层(图3的34)的合成例。
(异氰酸酯基末端预聚物A-1的合成)
在氮气气氛下、反应容器中,对于甲苯二异氰酸酯(TDI)(商品名:Cosmonate T80;三井化学株式会社制造)17.7份,一边将反应容器内的温度保持在65℃一边缓慢滴加聚丙二醇系多元醇(商品名:EXCENOL4030;旭硝子株式会社制造)100.0g。滴加结束后,在温度65℃下反应2小时。将所得到的反应混合物冷却至室温,得到异氰酸酯基含量3.8质量%的异氰酸酯基末端预聚物A-1。
(氨基化合物B-3的合成)
在安装有搅拌装置、温度计、滴加装置和温度调节装置的反应容器中,一边搅拌一边将二乙烯三胺100.0份(0.97mol)、乙醇100份加热至40℃。接着,一边将反应温度保持在60℃以下一边经30分钟缓慢滴加环氧乙烷235.0份(5.34mol)。进一步搅拌1小时来进行反应,得到反应混合物。将所得到的反应混合物在减压下进行加热,蒸馏去除乙醇,得到氨基化合物B-3 276g。
<调色剂承载构件1的制作>
作为表面层的材料,对于异氰酸酯基末端预聚物A-1 618.9份,搅拌混合氨基化合物B-3 33.2份、炭黑(商品名、MA230;三菱化学株式会社制造)117.4份、及聚氨酯树脂细颗粒(商品名、ARTPEARL C-400;根上工业株式会社制造)130.4份。
接着,以总固成分比成为30%的方式加入甲乙酮(以下MEK)后,用砂磨机进行混合。接着,进一步利用MEK调整至粘度10~13cps,制备表面层形成用涂料。
将先前制作的弹性辊D-1浸渍于表面层形成用涂料,在弹性辊D-1的弹性层的表面形成该涂料的涂膜,使其干燥。进而,在温度150℃下进行1小时加热处理,从而在弹性层外周设置膜厚约15μm的表面层,制作调色剂承载构件1。
<调色剂承载构件2的制作>
(基体的准备)
作为基体,在外径(直径)且算术平均粗糙度Ra0.2μm的经研削加工的铝制圆筒管上涂布底漆(商品名、DY35-051;Dow Corning Toray Co.,Ltd.制造)并焙烧。
(弹性辊的制作)
将上述准备的基体配置于模具,将混合以下的材料而成的加成型硅橡胶组合物注入到形成于模具内的腔体中。
·液状硅橡胶材料(商品名、SE6724A/B;Dow Corning Toray Co.,Ltd.制造)100份
·炭黑(商品名、TOKABLACK#4300;TOKAI CARBON CO.,LTD.制造)15部
·作为耐热性赋予剂的二氧化硅粉体0.2份
·铂催化剂0.1份
接着,加热模具,将硅橡胶在温度150℃下进行15分钟硫化使其固化。将在周面形成有固化了的硅橡胶层的基体自模具脱模后,将该基体进一步在温度180℃下加热1小时,使硅橡胶层的固化反应完结。如此,制作在基体1的外周形成有膜厚0.5mm、直径11mm的硅橡胶弹性层的弹性辊D-2。
(表面层的制作)
作为表面层的材料,对于异氰酸酯基末端预聚物A-1 618.9份,搅拌混合氨基化合物B-3 33.2份、炭黑(商品名、MA230;三菱化学株式会社制造)117.4份、及聚氨酯树脂细颗粒(商品名、ARTPEARL C-400;根上工业株式会社制造)130.4份。
接着,以总固成分比成为30质量%的方式加入MEK,制备表面层形成用涂料。
接着,将先前制作的弹性辊D-2的无橡胶的部分遮蔽并垂直竖立,使其以1500rpm旋转,一边使喷雾枪以30mm/秒下降一边涂布前述涂料。接着,在热风干燥炉中以温度180℃进行20分钟加热,使涂布层固化/干燥,从而制作在弹性层外周设有膜厚约8μm的表面层的调色剂承载构件2。
<钛酸锶细颗粒1的制造例>
将使硫酸氧钛水溶液水解而得到的水合二氧化钛用纯水清洗至滤液的电导率成为2200μS/cm。向该水合二氧化钛浆料中添加NaOH,进行清洗直至使吸附的硫酸根以SO3计成为0.24%。接着,向该水合二氧化钛浆料中添加盐酸,使浆料的pH为1.0,得到二氧化钛溶胶分散液。向该二氧化钛溶胶分散液中添加NaOH,使分散液的pH为6.0,使用纯水通过倾析进行清洗直至上清液的电导率成为120μS/cm。
将如上得到的含水率91%的偏钛酸533g(0.6摩尔)放入SUS制反应容器,吹入氮气放置20分钟,对反应容器内进行氮气置换。加入Sr(OH)2·8H2O(纯度95.5%)183.6g(0.66摩尔),进一步加入蒸馏水,制备成0.3摩尔/升(SrTiO3换算)、SrO/TiO2摩尔比1.10的浆料。
在氮气气氛中将该浆料升温至90℃,进行反应。反应后冷却至40℃,在氮气气氛下去除上清液,将加入2.5升的纯水进行倾析的操作重复2次来进行清洗,然后用吸滤器进行过滤。将得到的滤饼在110℃的大气中进行4小时干燥,得到钛酸锶细颗粒。
向作为脂肪酸金属盐的硬脂酸钠水溶液(硬脂酸钠7份和水100份)中添加100份钛酸锶细颗粒。向其中一边搅拌一边滴加硫酸铝水溶液,在钛酸锶细颗粒的表面析出硬脂酸铝,使其吸附,制作利用硬脂酸进行了处理的钛酸锶。
<钛酸锶细颗粒2~7的制造例>
调整将浆料升温至90℃后的反应时间,从而调整为目标粒径,除此之外按照钛酸锶细颗粒1的制造例制造表4中示出的钛酸锶细颗粒2~7。
表4
钛酸锶细颗粒目录
粒径(nm) | 形状 | |
ST细颗粒1 | 100 | 立方体 |
ST细颗粒2 | 200 | 立方体 |
ST细颗粒3 | 60 | 立方体 |
ST细颗粒4 | 50 | 立方体 |
ST细颗粒5 | 500 | 立方体 |
ST细颗粒6 | 40 | 立方体 |
ST细颗粒7 | 550 | 立方体 |
<无机细颗粒>
将本发明中使用的钛酸锶细颗粒1~7以外的无机外部添加剂的目录示于表5。
表5
无机细颗粒目录
制造方法 | 粒径(nm) | 形状 | |
碳酸钙 | 湿法 | 100 | 立方体 |
钛酸锶(焙烧法) | 焙烧法 | 100 | 无定形 |
氧化钛 | 焙烧法 | 100 | 无定形 |
氧化镁 | 焙烧法 | 100 | 无定形 |
氧化铝 | 焙烧法 | 100 | 无定形 |
<大粒径二氧化硅颗粒1和2的制造例>
在具备搅拌机、滴液漏斗和温度计的3L的玻璃制反应器中加入甲醇621.3g、水42.0g、28质量%氨水47.1g并混合。将所得到的溶液调整为35℃,一边搅拌一边开始同时添加四甲氧基硅烷1100.0g(7.23mol)和5.4质量%氨水395.2g。用6小时滴加四甲氧基硅烷,用5小时滴加氨水。滴加结束后,进一步继续搅拌0.2小时,进行水解,从而得到亲水性球状溶胶-凝胶二氧化硅细颗粒的甲醇-水分散液。接着,在玻璃制的反应器上安装酯适配器和冷却管,将上述分散液在80℃、减压下充分干燥。将得到的二氧化硅颗粒在恒温槽中在400℃下加热10分钟。
将上述工序实施多次,对于所得到的二氧化硅颗粒,利用粉碎机(HosokawaMicron Corporation制造)进行破碎处理。
然后,作为表面处理工序,首先,将二氧化硅颗粒500g投入到内容积1000mL的聚四氟乙烯内筒式不锈钢高压釜。接着,将高压釜内用氮气进行置换。然后,一边使高压釜附带的搅拌叶片以400rpm旋转,一边将2.0g的HMDS(六甲基二硅氮烷(表面处理剂))和1.0g的水利用双流体喷嘴呈雾状地均匀吹送至二氧化硅颗粒。30分钟搅拌后,密闭高压釜,在200℃下加热2小时。接着,将进行了加热的体系中直接减压,进行脱氨处理,得到大粒径二氧化硅颗粒1。将大粒径二氧化硅颗粒1的各物性示于表6。
大粒径二氧化硅颗粒1的制造例中,将HMDS和水的量由2.0g和1.0g变更为10.0g和2.0g,得到大粒径二氧化硅颗粒2。将大粒径二氧化硅颗粒2的各物性示于表6。
表6
大粒径二氧化硅目录
粒径(nm) | BET(m<sup>2</sup>/g) | 半值宽度(nm) | |
大粒径二氧化硅1 | 114 | 8 | 8.7 |
大粒径二氧化硅2 | 112 | 8 | 29.8 |
<小粒径二氧化硅颗粒1的制造例>
在带搅拌机的高压釜中投入未处理的干式二氧化硅(一次颗粒的数均粒径=9nm),在基于搅拌的流动化状态下加热至200℃。
将反应器内部用氮气进行置换,密闭反应器,对于二氧化硅基料100份,向内部喷雾25份的六甲基二硅氮烷,在二氧化硅的流动化状态下进行硅烷化合物处理。将该反应继续60分钟后,使反应结束。反应结束后,将高压釜卸压,利用氮气气流进行清洗,自疏水性二氧化硅去除过量的六甲基二硅氮烷及副产物。
进而,一边搅拌反应槽内一边对于二氧化硅基料100份喷雾20份的二甲基硅油(粘度=100mm2/秒),继续30分钟搅拌后,一边搅拌一边升温至300℃,进一步搅拌3小时后取出,实施破碎处理,得到小粒径二氧化硅颗粒。小粒径二氧化硅颗粒1为粒径9nm、BET130m2/g、表观密度30g/L。
<聚酯树脂1的制造例>
在带有冷却管、搅拌机及氮气导入管的反应槽中放入下述成分,在230℃下在氮气气流下一边蒸馏去除生成的水一边进行10小时反应。
接着,在5~20mmHg的减压下进行反应,在酸值成为0.1以下的时刻冷却至180℃,加入偏苯三酸酐15份,在常压密闭下反应2小时后取出,冷却至室温后,进行粉碎,得到聚酯树脂1。所得到的树脂的酸值为1.0mgKOH/g。
<磁性材料1的制造例>
在硫酸亚铁水溶液中混合相对于铁元素为1.00~1.10当量的氢氧化钠溶液、相对于铁元素为以磷元素换算计0.15质量%的量的P2O5、相对于铁元素为以硅元素换算计0.50质量%的量的SiO2,制备包含氢氧化亚铁的水溶液。使水溶液的pH为8.0,一边吹入空气一边在85℃下进行氧化反应,制备具有晶种的浆料液。
接着,在该浆料液中加入相对于当初的碱量(氢氧化钠的钠成分)为0.90~1.20当量的硫酸亚铁水溶液后,将浆料液维持在pH7.6,一边吹入空气一边进行氧化反应,得到包含磁性氧化铁的浆料液。进行过滤、清洗后,将该含水浆料液暂时取出。此时,采集少量含水样品,测量含水量。接着,将该含水样品在未经干燥的状态下投入到其它水系介质中,在搅拌的同时一边使浆料循环一边利用销棒粉碎机进行再分散,将再分散液的pH调整至约4.8。然后,一边搅拌一边添加相对于磁性氧化铁100份为1.6份(磁性氧化铁的量以自含水样品减去含水量而得的值的形式计算)正己基三甲氧基硅烷偶联剂,进行水解。然后,充分进行搅拌,使分散液的pH为8.6,进行表面处理。将生成的疏水性磁性材料利用压滤机进行过滤,利用大量水进行清洗后,在100℃下干燥15分钟、在90℃下干燥30分钟,对所得到的颗粒进行破碎处理,得到体积平均粒径为0.21μm的磁性材料1。
<调色剂颗粒1的制造例>
(水系介质的制备)
在离子交换水342.8份中投入十二水合磷酸钠3.1份,使用TK式均质混合器(特殊机化工业株式会社制造)一边搅拌一边加热至60℃后,添加在离子交换水12.7份中添加二水合氯化钙1.8份而成的氯化钙水溶液,进行搅拌,得到包含分散稳定剂的水系介质。
(聚合性单体组合物的制备)
将上述材料使用磨碎机(attritor;三井三池化工机株式会社制造)均匀分散混合后,加热至60℃,向其中添加混合石蜡(最大吸热峰的峰值温度:80℃)15.0份,进行溶解,得到聚合性单体组合物。
(造粒)
在上述水系介质中投入上述聚合性单体组合物和作为聚合引发剂的过氧化新戊酸叔丁酯7.0份,在60℃、N2气氛下利用TK式均质混合器(特殊机化工业株式会社)以12000rpm搅拌10分钟来进行造粒,得到包含聚合性单体组合物液滴的造粒液。
(聚合/蒸馏/干燥/)
将上述造粒液一边用桨式搅拌叶片搅拌一边在74℃下反应4小时。反应结束后,在98℃下蒸馏5小时后,冷却悬浮液,加入盐酸进行清洗,进行过滤/干燥,得到重均粒径为8.0μm的调色剂颗粒1。
所得到的调色剂的粒度分布(D50/D1)为1.12、平均圆形度为0.979。
<调色剂1的制造例>
使用亨舍尔混合机FM10C(三井三池化工机株式会社),使用100份调色剂颗粒1和0.3份钛酸锶细颗粒1、0.3份大粒径二氧化硅颗粒1,进行预外部添加混合工序。此时的亨舍尔混合机FM10C的旋转速度和运行时间设为4000rpm、5分钟。需要说明的是,以亨舍尔混合机的夹套成为40℃的方式进行温度调整。
接着,将自装置抽取出的全部量、及0.6份小粒径二氧化硅颗粒1投入到图1中示出的装置。
为了使调色剂颗粒与小粒径二氧化硅颗粒1均匀混合,实施第一混合。关于第一混合的条件,将驱动单元8的动力设为0.10W/g(驱动单元8的旋转速度150rpm)、将处理时间设为1分钟。
然后,进行第二混合工序,得到颗粒混合物。此时的动力和运行时间分别为0.3W/g(1200rpm)、5分钟。
需要说明的是,作为图1中示出的装置的构成,使用主壳体1的内周部的直径为130mm、处理空间9的容积为2.0×10-3m3的装置,将驱动单元8的额定动力设为5.5kW,将搅拌构件3的形状设为图2的形状。此外,对于图2中的搅拌构件3a与搅拌构件3b的重叠宽度d,相对于搅拌构件3的最大宽度D,设为0.25D,将搅拌构件3与主壳体1内周的空隙设为3.0mm。
外部添加混合处理后,利用设置有直径500mm、开口75μm的筛网的圆形振动筛机去除粗粒等,得到调色剂1。
<调色剂2~22的制造例>
调色剂1的制造例中,变更为表7中示出的外部添加剂的种类及添加份数、外部添加条件等,除此之外同样地操作,制造调色剂2~22。将所得到的调色剂2~22的物性分别示于表8。
表7
表8
<实施例1>
(图像形成设备)
改造佳能制造的打印机LBP7700C并输出图像,用于评价。作为改造点,使显影装置的调色剂供给构件如图4所示那样与调色剂承载构件进行反向旋转,并且关闭向调色剂供给构件的电压施加。另外,拆掉清洁刮板,以调色剂承载构件与静电潜像承载构件的抵接部的宽度成为1.1mm的方式调整抵接压力。
另外,将充电辊变更为充电辊1,以充电辊1相对于静电潜像承载构件的圆周速度比成为120%的方式改造。
在如此改造的显影装置中填充100g调色剂1,使用调色剂承载构件1制作显影装置。将所制作的显影装置安装于黑色工作站(black station)。
接着,在低温低湿环境(15℃、10%RH)下,以静电潜像承载构件上的电位成为-900V的方式向充电构件施加直流电压。另外,向调色剂承载构件施加-300V的直流电压,使│V1-V2│成为600V,进行图像输出试验。
需要说明的是,作为图像,使用打印率成为2%那样的横线,以连续进纸的方式打印2000张后,进一步向显影装置中补充100g调色剂1,以连续进纸的方式打印2000张(总计4000枚),由此进行图像输出试验。
其结果,即使无清洁器,也能在低温低湿环境下得到良好的图像浓度和无图像缺陷的图像。将评价结果示于表9。
以下说明本发明的实施例及比较例中进行的各评价的评价方法及其判断基准。
[图像浓度]
关于图像浓度,形成实心图像部,利用Macbeth反射浓度计(Macbeth公司制造)测定该实心图像的浓度。评价的排名如下进行。
A:1.40以上
B:1.35以上且1.39以下
C:1.30以上且1.34以下
D:1.29以下
[图像缺陷]
图像缺陷的确认通过目视观察静电潜像承载构件和全黑图像而进行。评价的排名如下进行。
A:静电潜像承载构件上未产生熔融粘附物。
B:静电潜像承载构件上稍微产生熔融粘附物,但未产生图像缺陷。
C:静电潜像承载构件上稍微产生熔融粘附物,产生了1个以上且5个以下微小的图像缺陷。
D:静电潜像承载构件上产生熔融粘附物,产生了5个以上微小的图像缺陷,且产生了1个以上且5个以下粗大的图像缺陷。
<实施例2~22、30>
将调色剂、充电辊、圆周速度比设为表9中所示那样的组合来制作显影装置,与实施例1同样地进行图像输出评价。其结果,在低温低湿环境下能得到良好的图像浓度和无图像缺陷的图像。将评价结果示于表9。
<参考例1~11>
将调色剂、充电辊、圆周速度比设为表9中所示那样的组合来制作显影装置,与实施例1同样地进行图像输出评价。其结果,在低温低湿环境下能够得到实用上没有问题的图像浓度和实用上没有问题的图像缺陷水平的图像。将评价结果示于表9。
<比较例1>
将调色剂、充电辊、圆周速度比设为表9中所示那样的组合来制作显影装置,与实施例1同样地进行图像输出评价。其结果,在低温低湿环境下发生图像缺陷。将评价结果示于表9。
表9
<实施例23>
改造佳能制造的打印机LBP3100,并输出图像,用于评价。作为改造点,如图4所示以调色剂承载构件抵接于静电潜像承载构件的方式改造。另外,拆掉清洁刮板,以调色剂承载构件与静电潜像承载构件的抵接部的宽度成为1.0mm的方式调整抵接压力。
另外,将充电辊变更为充电辊1,以充电辊1相对于静电潜像承载构件的圆周速度比成为120%的方式改造。
在如此改造的显影装置中填充100g调色剂1,使用调色剂承载构件2制作显影装置。
在低温低湿环境(15℃、10RH)下,以静电潜像承载构件上的电位成为-800V的方式向充电构件施加直流电压。另外,向调色剂承载构件施加-300V的直流电压,使│V1-V2│成为500V,进行图像输出试验。
需要说明的是,作为图像,使用打印率成为2%那样的横线,以连续进纸的方式打印2000张后,进一步向显影装置中补充100g调色剂1,以连续进纸的方式打印2000张(总计4000枚),由此进行图像输出试验。
其结果,即使无清洁器,也能在低温低湿环境下得到良好的图像浓度和无图像缺陷的图像。将评价结果示于表10。
<实施例24~29>
将调色剂、充电辊、圆周速度比设为表10中所示那样的组合来制作显影装置,与实施例23同样地输出图像,进行评价。其结果,在低温低湿环境下能够得到实用上没有问题的图像浓度和实用上没有问题的图像缺陷水平的图像。将评价结果示于表10。
表10
评价结果
本发明已经参照具体实施方式进行了说明,但应该理解的是,本发明不限于所公开的具体实施方式。权利要求书的保护范围应被赋予最宽的解释,以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。
Claims (10)
1.一种图像形成设备,其具有:
静电潜像承载构件;
接触式充电辊,其使该静电潜像承载构件带电;
图像曝光单元,其用于对带电了的该静电潜像承载构件的表面照射图像曝光光而在该静电潜像承载构件的表面形成静电潜像;
显影装置,其具有用于将形成于该静电潜像承载构件的表面的该静电潜像显影而在该静电潜像承载构件的表面形成调色剂图像的显影单元;
转印单元,其用于经由中间转印构件或未经由中间转印构件地将形成于该静电潜像承载构件的表面的该调色剂图像转印到转印材料;和
定影单元,其用于将转印于该转印材料的该调色剂图像定影于该转印材料,
所述图像形成设备在该转印单元的下游且该接触式充电辊的上游的位置不具备用于去除该静电潜像承载构件上的不需要的调色剂的清洁单元,而利用该显影装置回收转印该调色剂图像之后的转印残余调色剂,其特征在于,
该显影装置具有:
调色剂,其用于将该静电潜像显影;
调色剂承载构件,其用于承载该调色剂;和
控制构件,其用于控制承载于该调色剂承载构件的该调色剂的层厚,
该调色剂承载构件与该静电潜像承载构件接触地配置,
该接触式充电辊相对于该静电潜像承载构件以正方向旋转,且圆周速度比为105%以上且140%以下,
该接触式充电辊具有芯轴、弹性层和位于该弹性层外周的表面层,该表面层的通用硬度为1.0N/mm2以上且17.0N/mm2以下,
所述接触式充电辊的所述表面层包含树脂和导电性颗粒,且该表面层的表面具有来源于该导电性颗粒的凸部,
该调色剂为具有调色剂颗粒和无机细颗粒的调色剂,所述调色剂颗粒含有粘结剂树脂和着色剂,
该无机细颗粒的一次颗粒的数均粒径D1为50nm以上且500nm以下,
该调色剂具有相对于该调色剂颗粒100质量份为0.1质量份以上且1.0质量份以下的该无机细颗粒,该调色剂的该无机细颗粒的固着率为50质量%以上且90质量%以下。
2.根据权利要求1所述的图像形成设备,其特征在于,所述接触式充电辊的表面层的通用硬度为1.0N/mm2以上且10.0N/mm2以下。
3.根据权利要求1所述的图像形成设备,其特征在于,所述表面层的来源于该导电性颗粒的凸部的个数在纵2.0μm/横2.0μm的区域即4.0μm2的区域中为50个以上且500个以下。
4.根据权利要求1所述的图像形成设备,其特征在于,所述无机细颗粒为含有镁、铝和钛中至少一种金属的氧化物。
5.根据权利要求1所述的图像形成设备,其特征在于,所述无机细颗粒的形状具有立方体、长方体中的任意形状。
6.根据权利要求1所述的图像形成设备,其特征在于,所述无机细颗粒为钛酸锶。
7.根据权利要求1所述的图像形成设备,其特征在于,
在使用扫描电子显微镜拍摄的所述调色剂表面的背散射电子图像中的下述定义的4个区域中,
所述无机细颗粒的平均存在率为1.5面积%以上且15.0面积%以下,该4个区域中的该无机细颗粒的存在个数的变异系数为0.5以下,
变异系数=无机细颗粒的存在个数的标准偏差/无机细颗粒的平均存在个数
区域的定义:调色剂的背散射电子图像中,将具有最大长度的弦设为线段A,将与该线段A平行且与该线段A相距1.5μm的2条直线设为直线B和直线C,将通过该线段A的中点且与该线段A正交的直线设为直线D,将与该直线D平行且与该直线D相距1.5μm的2条直线设为直线E和直线F,由该线段A和直线B、C、D、E及F形成的边长1.5μm的正方形的4个区域。
8.一种处理盒,其特征在于,其具备:
静电潜像承载构件;
使该静电潜像承载构件带电的充电辊,其相对于该静电潜像承载构件以正方向旋转,且圆周速度比为105%以上且140%以下;和
具有调色剂的显影装置,其兼作该静电潜像承载构件表面的清洁单元,
并且,所述处理盒以可拆卸地安装于图像形成设备的方式构成,
该充电辊的表面层的通用硬度为1.0N/mm2以上且17.0N/mm2以下,
所述充电辊的表面层包含树脂和导电性颗粒,并且具有来源于所述导电性颗粒的凸部,
该调色剂具有调色剂颗粒和无机细颗粒,所述调色剂颗粒含有粘结剂树脂和着色剂,
该无机细颗粒的一次颗粒的数均粒径D1为50nm以上且500nm以下,
该调色剂具有相对于该调色剂颗粒100质量份为0.1质量份以上且1.0质量份以下的该无机细颗粒,该无机细颗粒的固着率为50质量%以上且90质量%以下。
9.根据权利要求8所述的处理盒,其特征在于,所述充电辊的表面层的通用硬度为1.0N/mm2以上且10.0N/mm2以下。
10.一种图像形成方法,其特征在于,使用权利要求1~7中任一项所述的图像形成设备。
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