JP2006039445A - 電子写真現像剤用キャリアおよび現像方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 磁性を有する芯材粒子と該粒子表面を被覆する樹脂層とからなる、重量平均粒径Dwが22〜32μmで、かつ個数平均粒径Dpと重量平均粒径Dwの比Dw/Dpが1<Dw/Dp<1.20である電子写真現像剤用キャリアであって、20μmより小さい粒径を有する粒子の含有量が0〜7重量%、36μmより小さい粒子の含有量が90〜100重量%であり、該キャリアの形状係数SF1が100〜130、かつSF2が100〜120であることを特徴とする電子写真現像剤用キャリア。
【選択図】 図4
Description
二成分現像方式は、キャリアを使用することから、トナーに対する摩擦帯電面積が広いため、一成分方式に比較して、帯電特性が安定しており、長期にわたって高画質を維持するのに有利である。また、現像領域へのトナー量供給能力が高いことから、特に高速機に使用されることが多い。
レーザービームなどで感光体上に静電潜像を形成し、この潜像を顕像化するデジタル方式の電子写真システムにおいても、前述の特徴を活かした二成分現像方式が広く採用されている。
一方、現像剤としては、小粒径トナーの使用によりドットの再現性が大幅に改良される。しかし、小粒径トナーを含む現像剤には、地汚れの発生、画像濃度の不足などの解決すべき課題が残っている。また、小粒径のフルカラートナーの場合、充分な色調を得るため、低軟化点の樹脂が使用されるが、黒トナーの場合に比べて、キャリアへのスペント量が多くなり、現像剤が劣化して、トナー飛散および地肌汚れが起こり易くなる。
例えば、特許文献1では、スピネル構造をもつフェライト粒子からなる、平均粒径が30μm未満の磁性キャリアが提案されている。これは、樹脂コートされていないキャリアであって、低い現像電界のもとで使用するものであり、現像能力に乏しく、また樹脂コートされていないため、寿命が短い。
(1)単位体積当りの表面積が広いため、個々のトナーに充分な摩擦帯電を与えることができ、低帯電量トナー、逆帯電量トナーの発生が少ない。その結果、地汚れが発生しにくくなり、また、ドット周辺のトナーのちり、にじみが少なくドット再現性が良好となる。
(2)単位体積当りの表面積が広く、地汚れが発生しにくいことから、トナーの平均帯電量を低くすることができ、現像により充分な画像濃度が得られる。したがって、小粒径キャリアは、小粒径トナー使用時の不具合点を補うことが可能であり、小粒径トナーの利点を引き出すのに特に有効である。
(3)小粒径キャリアは、緻密な磁気ブラシを形成するため、画像に穂跡が発生しにくいという特徴がある。
また、キャリア粒径が小さくなると、粒子間の摩擦力が大きくなり、現像スリーブのトルクが大きくなるため、スリーブ表面の削れやトナーの固着が起こり易かった。それらが起きるとスリーブ上への現像剤の汲み上げ量変動し、画像濃度変動が起こっていた。
本発明者らは、上記の課題を、以下の具体的な手段により解決できることを見出し本発明に至った。
また上記課題は、本発明の(13)「トナーとキャリアからなる電子写真用現像剤であって、該キャリアとして、前記第(1)項乃至第(12)項のいずれかに記載のキャリアを用いることを特徴とする電子写真用現像剤」、(14)「トナーとキャリアとからなる電子写真用現像剤であって、該キャリアが前記第(1)項乃至第(12)項のいずれかに記載のキャリアであり、該トナーによるキャリアの被覆率が50%のときの該トナーの帯電量が15〜35μc/gであることを特徴とする電子写真用現像剤」、(15)「トナーとキャリアとからなる電子写真用現像剤であって、該キャリアが前記第(1)項乃至第(12)項のいずれかに記載のキャリアであり、該トナーの重量平均粒径が3.0〜5.0μmであることを特徴とする電子写真用現像剤」によって解決される。
また上記課題は、本発明の(16)「(I)磁性材料の粉砕物粒子を分級することによって、重量平均粒径Dwが21〜32μm、20μmより小さい粒径を有する粒子の含有割合が7重量%以下、36μmより小さい粒子の含有量が90重量%以上であり、該キャリアの形状係数SF1が100〜130、かつSF2が100〜120である芯材粒子を得る工程と、(II)該芯材粒子の表面に樹脂被膜を形成する工程を含むことにより前記第(1)項乃至第(12)項のいずれかに記載の電子写真現像用キャリアを製造することを特徴とする電子写真現像用キャリアの製造方法」、(17)「(I)磁性材料の粉砕物粒子の表面に樹脂被膜を形成して樹脂被膜粒子を得る工程と、(II)該樹脂被覆粒子を分級して、重量平均粒径Dwが22〜32μm、1<Dw/Dp<1.20、20μmより小さい粒径を有する粒子の含有割合が7重量%以下、36μmより小さい粒子の含有量が90重量%以上であり、該キャリアの形状係数SF1が100〜130、かつSF2が100〜120であるキャリアを得る工程を含むことにより前記第(1)項乃至第(12)項のいずれかに記載の電子写真用キャリアを製造することを特徴とする電子写真現像用キャリアの製造方法」、(18)「(I)磁性材料の粉砕物粒子の表面に樹脂被膜を形成して樹脂被膜粒子を得る工程と、(II)該樹脂被覆粒子を分級して、重量平均粒径Dwが22〜32μm、1<Dw/Dp<1.20、20μmより小さい粒径を有する粒子の含有割合が7重量%以下、36μmより小さい粒子の含有量が90重量%以上であり、該キャリアの形状係数SF1が100〜130、かつSF2が100〜120であるキャリアを得る工程を含むことにより電子写真用キャリアを製造することを特徴とする前記第(16)項に記載の電子写真現像用キャリアの製造方法」、(19)「超音波発振器付きの振動ふるい機を用いて、該磁性材料の粉砕物粒子を分級することを特徴とする前記第(16)項に記載の電子写真現像用キャリアの製造方法」、(20)「超音波発振器付きの振動ふるい機を用いて、該樹脂被覆粒子を分級することを特徴とする前記第(17)項又は第(18)項に記載の電子写真現像用キャリアの製造方法」、(21)「該振動ふるい機が、ふるい機に設置されている共振リングによって超音波振動を金網面に伝える構造を有することを特徴とする前記第(19)項又は第(20)項に記載の電子写真現像用キャリアの製造方法」によって解決される。
また上記課題は、本発明の(22)「前記第(13)項乃至第(15)項のいずれかに記載の現像剤を用いることを特徴とする電子写真現像方法」、(23)「感光体、前記現像剤と、現像スリーブを用い、現像スリーブと感光体の距離が0.4mm以下であり、かつ現像バイアスとして交流電圧及び/または直流電圧を印加することを特徴とする前記第(22)項に記載の電子写真現像方法」によって解決される。
また上記課題は、本発明の(24)「前記第(13)項乃至第(15)項のいずれかに記載の現像剤を用いる現像手段を有することを特徴とする画像形成装置」、(25)「感光体、前記現像手段を有し、該現像手段が現像スリーブを用いるものであり、該現像スリーブと前記感光体の距離が0.4mm以下であり、かつ現像バイアスとして交流電圧及び/または直流電圧を印加することを特徴とする前記第(24)項に記載の画像形成装置」によって解決される。
また上記課題は、本発明の(26)「感光体と、該感光体の表面を帯電させる帯電ブラシと、前記第(13)項乃至第(15)項のいずれかに記載の静電潜像現像剤を擁する現像部と、前記感光体の表面に残存する現像剤を払拭するブレードとを具備することを特徴とするプロセスカートリッジ」によって解決される。
(1)本発明のキャリアにおいて、その重量平均粒径Dwが22〜32μmであり、好ましくは23μm〜30μmの範囲である。重量平均粒径Dwが前記範囲よりも大きいと、キャリア付着がより起こりにくくなるが、潜像に対してトナーが忠実に現像されなくなって、ドット径のバラツキが大きくなり粒状性が低下する。また、トナー濃度が高いと地汚れし易くなる。
前記キャリア付着は、静電潜像の画像部又は地肌部にキャリアが付着する現象を示す。それぞれの電界が強いほどキャリア付着し易い。画像部は、トナー現像されることにより電界が弱められるため、地肌部に比べ、キャリア付着は起こりにくい。
キャリア付着は、感光体ドラムや定着ローラーの傷の原因となる等の不都合を生じるので好ましくない。また、個数平均粒径Dpと重量平均粒径Dwの比Dw/Dpが1.20より大きいと、微粒子の比率が大きくなり、キャリア付着が悪化する。
キャリア粒径が小さくなると、粒子間の摩擦力が大きくなり、キャリアの流動性が悪く、現像スリーブのトルクが大きくなるが、小粒径キャリアの場合には、キャリア形状、および表面の平滑性も大きく影響する。即ち、SF1が130より大きいと、キャリアの形状が真球から外れて来る。また、SF2が120より大きくなると、表面の凹凸が大きくなる。それぞれの状態となると、現像スリーブのトルクが増大し、スリーブへのトナー固着やスリーブ表面削れが顕著になり、汲み上げ量が変化し、画像濃度変動が生じる。また、キャリアへのトナースペントも多くなり、現像剤帯電量の低下を引き起こす。
キャリアが真球に近づき、かつ表面の凹凸が小さいと、現像領域における磁気ブラシもより均一となる為、キャリア付着も改良される。
また、凹凸が大きいと場所によりコート樹脂の厚みが違ってきて、帯電量、および抵抗の不均一性を生じ易く、経時での耐久性、キャリア付着などに影響を及ぼす。
なお、該キャリアの形状係数SF1、およびSF2は以下のものを意味する。
形状係数を示すSF1、SF2とは、例えば日立製作所製FE−SEM(S−800)を用い300倍に拡大したキャリア粒子像を100個無作為にサンプリングし、その画像情報はインターフェースを介して、例えばニレコ社製画像解析装置(Luzex AP)に導入し解析を行い、下式より算出し得られた値を形状係数SF1、SF2と定義する。
式中、Lは粒子の絶対最大長(外接円の長さ)、Pは粒子の周囲長、Aは粒子の投影面積を示す。形状係数SF1はトナー粒子の丸さの度合いを示し、形状係数SF2はトナー粒子の凹凸の度合いを示している。
(4)該キャリア中の20μmより小さい粒径を有する粒子の含有量がより好ましくは3重量%以下である。
20μmより小さい粒子が7重量%より多くなると、粒径分布が広がってきて、磁気ブラシの至るところに磁化の小さな粒子が存在するようになりキャリア付着が急激に悪くなる。
20μmより小さい粒径を有するキャリア粒子の含有割合は0.5重量%以上が好まし
い。0.5重量%以上だと、コストをかけずに所望の値を得ることが可能となる。
更に、重量平均粒径Dwが22〜32μmのキャリア粒子において、36μmより小さ
い粒子が90重量%以上、より好ましくは、92重量%以上、かつ、
(5)44μmより小さい粒子の含有量が98重量%以上(98〜100重量%)となるシャープな粒径分布の樹脂で被覆されたキャリアは、各キャリア粒子の磁化のばらつきが小さくなり、キャリア付着を大幅に改善できる。
本発明においてキャリア、キャリア芯材及びトナーに関して言う重量平均粒径Dwは、個数基準で測定された粒子の粒径分布(個数頻度と粒径との関係)に基づいて算出されたものである。
この場合の重量平均粒径Dwは次式で表わされる。
また、本発明においてキャリア及びキャリア芯材粒子における個数平均粒径Dpは、個数基準で測定された粒子の粒径分布に基づいて算出されたものである。この場合の個数平均粒径Dpは以下の式で表わされる。
その測定条件は以下の通りである。
[1]粒径範囲:100〜8μm
[2]チャネル長さ(チャネル幅):2μm
[3]チャネル数:46
[4]屈折率:2.42
前記分級には、風力分級やふるい分級(ふるい分け)等が包含される。キャリア芯材粒子の製造には、振動ふるいが好ましく用いられているが、従来一般的に用いられている振動ふるいでは、小粒径の粒子を分級しようとすると、そのふるい(金網)の小さな網目がすぐに詰まってしまうという不都合を生じるため、その分級のための作業性は非常に悪いものであった。
また、特に微粉側を分級する際に収率が大幅に低下し、約30%位しか確保できない。これは、分級処理より除去される粒子の中に、製品部分が混ざってしまうためであり、その結果、コストが数倍高くなってしまうという不具合があった。
金網を振動させる超音波振動は、高周波電流をコンバータに供給して超音波振動に変換することにより得ることができる。この場合のコンバータは、PZT振動子を用いたものである。超音波振動により金網を振動させるためには、コンバータにより発生される超音波振動を、金網に固定した共振部材に伝達させる。超音波振動が伝達された共振部材は、その超音波振動により共振し、そして、その共振部材に固定されている金網を振動させる。金網を振動させる周波数は、20〜50kHz、好ましくは30〜40kHzである。
共振部材の形状は、金網を振動させるのに適した形状であればよく、通常はリング状である。金網を振動させる振動方向は、垂直方向であるのが好ましい。
図1に示した超音波発振器付振動ふるい器(円形ふるい機)を作動させるには、ケーブル(7)を介して高周波電流をコンバータ(8)に供給する。コンバータ(8)に供給された高周波電流は、超音波振動に変換される。コンバータ(8)で発生した超音波振動は、そのコンバータ(8)が固定されている共振リング(8)及びそれに連設するリング状フレーム(9)を垂直方向に振動させる。この共振リング(6)の振動により、共振リング(6)とフレーム(9)に固定されている金網(5)が垂直方向に振動する。
キャリア芯材粒子の磁化が前記範囲よりも小さくなると、キャリア付着が生じやすくなるので好ましくない。
前記磁化は、以下のようにして測定することができる。
B−Hトレーサー(BHU−60/理研電子(株)製)を使用し、円筒のセルにキャリア芯材粒子1.0gを詰めて装置にセットする。磁場を徐々に大きくし、3000エルステッドまで変化させ、次に徐々に小さくして零にした後、反対向きの磁場を徐々に大きくし3000エルステッドとする。更に、徐々に磁場を小さくして零にした後、最初と同じ方向に磁場をかける。このようにして、BHカーブを図示し、その図より1000エルステッドの磁化を算出する。
フェライトとは、一般に下記式で表わされる焼結体である。
但し、x+y+z=100mol%であって、M、Nはそれぞれ、Ni、Cu、Zn、Li、Mg、Mn、Sr、Caなどであり、2価の金属酸化物と3価の鉄酸化物との完全混合物から構成されている。
本発明において、より好ましく用いられる1000エルステッドの磁場を印加したときの磁化が70emu/g以上の芯材粒子としては、例えば、鉄系、マグネタイト系、Mn−Mg−Sr系フェライト、Mn系フェライトなどが挙げられる。
例えばUS2003/0209820A1に記載されているように、粉砕処理した不定形のフェライト粒子、あるいはフェライト化反応させるための原材料をプラズマにさらすことによっても表面の平滑化、および球形化が可能である。
前者の方法を組み合わせることによって、更に表面性が平滑で真球に近いフェライト粒子が得られる。
嵩密度が小さいと、1KOeの磁化(emu/g)が大きくても、1粒子当たりの実質的な磁化の値が小さくなるため、キャリア付着に対して不利である。
嵩密度を大きくするには、焼成温度を高くすることなどにより可能であるが、芯材同士が融着し易くなり、解砕し難くなるため2.60未満が好ましい。したがって、通常2.10g/cm3以上、好ましくは、2.10〜2.60g/cm3であり、より好ましくは2.35g/cm3〜2.60g/cm3、さらに好ましくは2.35〜2.50g/cm3である。
本発明におけるキャリアの嵩密度は、金属粉−見掛密度試験方法(JIS−Z−2504)に従って、直径2.5mmのオリフィスからキャリアを自然に流出させ、その直下においた25cm3のステンレス製の円柱状の容器にキャリアをあふれるまで流し込んだのち、容器の上面を非磁性でできた水平なへらを用いて容器の上端に沿って一回の操作で平らにかきとる。
もし、直径2.5mmのオリフィスでは流れ難い場合は、直径5mmのオリフィスからキャリアを自然流出させる。この操作により、容器に流入したキャリア重量を、容器の体積25cm3で割ることにより、1cm3当りのキャリアの重量を求める。これを、キャリアの嵩密度と定義する。
キャリアの抵抗率が11.0よりも低いと、現像ギャップ(感光体と現像スリーブ間の最近接距離)が狭くなった場合、キャリアに電荷が誘導されてキャリア付着が発生し易くなる。感光体の線速度、および、現像スリーブの線速度が大きい場合、悪化の傾向が見られる。また、ACバイアスを印加する場合は顕著である。通常、カラートナー現像用キャリアは充分なトナー付着量を得るため、低抵抗のものが使用されることが一般的である。
上記の抵抗範囲のキャリアは、適正なトナー帯電量のもとで使用することにより、充分な画像濃度が得られることが判った。
また、16.0より大きいとトナーと反対極性の電荷が溜まりやすくなり、キャリアが帯電してキャリア付着が起き易くなる。
図2に示すように、電極間距離2mm、表面積2×4cmの電極(12a)、(12b)を収容したフッ素樹脂製容器からなるセル(11)にキャリア(13)を充填し、両極間に100Vの直流電圧を印加し、ハイレジスタンスメーター4329A(4329A+LJK 5HVLVWDQFH OHWHU;横川ヒューレットパッカード株式会社製)にて直流抵抗を測定し、電気抵抗率LogR・Ωcmを算出する。
キャリア抵抗測定の際の充填の度合いは、キャリアをセルにあふれるまで入れたのち、セル全体を20回タッピングしたのち、セルの上面を非磁性でできた水平なへらを用いてセルの上端に沿って一回の操作で平らにかきとる。充填の際に加圧は不要である。
これらの導電性微粉末は、以下の方法、即ち、コーティングに使用する溶媒、あるいは被覆用樹脂溶液に導電性微粉末を投入後、ボールミル、ビーズミルなどメディアを使用した分散機、あるいは高速回転する羽根を備えた攪拌機を使用することによって均一に分散することができる。
該アリール基には、各種の置換基が結合していてもよい。
上記変性シリコーン樹脂の具体例としては、エポキシ変性物:ES−1001N、アクリル変性シリコーン:KR−5208、ポリエステル変性物:KR−5203、アルキッド変性物:KR−206、ウレタン変性物:KR−305(以上、信越化学工業社製)、エポキシ変性物:SR2115、アルキッド変性物:SR2110(東レダウコーニングシリコーン社製)などが挙げられる。
ポリスチレン、クロロポリスチレン、ポリ−α−メチルスチレン、スチレン−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−ブタジエン共重合体、スチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体(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−アクリル酸フェニル共重合体等)、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体(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−メタクリル酸フェニル共重合体等)、スチレン−α−クロルアクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体などのスチレン系樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリウレタン樹脂、ケトン樹脂、エチレン−エチルアクリレート共重合体、キシレン樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、メラミン樹脂、フッ素系樹脂などが挙げられる。
特に、流動床型コーティング装置を用いる方法は、均一な塗付膜を形成するのに有効である。
キャリア芯材粒子表面上に形成する樹脂層の厚みは、通常0.02〜1μm、好ましくは0.03〜0.8μmである。
本発明で用いるアミノシランカップリング剤としては以下のようなものが挙げられる。含有量は、0.001〜30重量%が好ましい。
本発明のキャリアとトナーとからなる現像剤において、トナーによるキャリアの被覆率は、10〜90%、好ましくは20〜80%である。また、本発明の現像剤において、トナーによるキャリアの被覆率が50%のときのトナーの帯電量は、好ましくは10〜50μc/g、より好ましくは15〜35μc/gである。
帯電量が10μc/gより低いと、地汚れ、およびトナー飛散が多くなる。また、50μc/gより大きいとキャリア付着が起き易くなる。35μc/g未満ではキャリア付着が大変良好である。
一定量の現像剤を、両端に金属メッシュを備えた導体容器(ケージ)(15)に入れる。メッシュ(ステンレス製)の目開きはトナーとキャリアの粒径の中間のもの(目開き20μm)選び、トナーがメッシュの間を通過するように設定する。ノズルから圧縮窒素ガス(1kgf/cm2)を60秒間吹き付けて、トナーをゲージの外へ飛び出させると、ケージ内にトナーの電荷と逆極性を持ったキャリアが残される。
その電荷量Qと、飛び出したトナーの質量Mを測定し、単位質量当たりの電荷量を帯電量Q/Mとして算出する。トナー帯電量はμc/gで表示される。
なお、前記被覆率は以下の式で算出される。
本発明の現像剤は、前記キャリアとトナーとからなる。
スチレン系バインダー樹脂として、ポリスチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の単重合体、スチレン−p−クロルスチレン共重合体、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−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−メタアクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタア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−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等のスチレン系共重合体;アクリル系バインダーとして、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレーが挙げられ、その他、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、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、脂肪族または脂肪族炭化水素樹脂、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。
アルコールとしては、ポリエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオールなどのジオール類、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ポリオキシエチレン化ビスフェノールA、ポリオキシプロピレン化ビスフェノーAなどのエーテル化ビスフェノール類、これらを炭素数3〜22の飽和もしくは不飽和の炭化水素基で置換した2価のアルコール単位体、その他の2価のアルコール単位体、ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエスリトール、ジペンタエスリトール、トリペンタエスリトール、蔗糖、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン等の三価以上の高アルコール単量体を挙げることができる。
離型材料としては、低分子量ポリプロピレン、低分子量ポリエチレン、カルナウバワックス、マイクロクリスタリンワックス、ホホバワックス、ライスワックス、モンタン酸ワックス等を単独または混合して用いることができるが、これらに限定されるものではない。
外添剤としては該無機微粒子の他に一般的な疎水化処理無機微粒子を併用することができるが、疎水化処理された一次粒子の平均粒径が1〜100nm、より好ましくは5nm〜70nmの無機微粒子を含むことが望ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500m2/gであることが好ましい。
特に好適な添加剤としては、疎水化されたシリカ、チタニア、酸化チタン、アルミナ微粒子があげられる。シリカ微粒子としては、HDK H 2000、HDK H 2000/4、HDK H 2050EP、HVK21、HDK H 1303(以上クラリアントジャパン)やR972、R974、RX200、RY200、R202、R805、R812(以上日本アエロジル)がある。また、チタニア微粒子としては、P−25(日本アエロジル)やSTT−30、STT−65C−S(以上チタン工業)、TAF−140(富士チタン工業)、MT−150W、MT−500B、MT−600B、MT−150A(以上テイカ)などがある。特に疎水化処理された酸化チタン微粒子としては、T−805(日本アエロジル)やSTT−30A、STT−65S−S(以上チタン工業)、TAF−500T、TAF−1500T(以上富士チタン工業)、MT−100S、MT−100T(以上テイカ)、IT−S(石原産業)などがある。
疎水化処理された無機微粒子、シリカ微粒子及びチタニア微粒子、アルミナ微粒子を得るためには、親水性の微粒子をメチルトリメトキシシランやメチルトリエトキシシラン、オクチルトリメトキシシランなどのシランカップリング剤で処理して得ることができる。
なお、トナー粒径はコールターカウンター(コールターカウンター社製)を用いて測定した。
本発明の現像方法は、前記した本発明のキャリア、トナー、および現像剤を用いて潜像を現像する方法である。該方法においては、外部から印加する現像バイアスとして、直流電圧に交流電圧を重畳させた交流電圧を印加すると、充分な画像濃度が得られる。特に、ハイライトの粒状性が良好となる。
図4は、本発明の電子写真現像方法および現像装置を説明するための概略図であり、下記するような変形例も本発明の範疇に属するものである。
図4において、潜像担持体である感光体ドラム(20)に対向して配設された現像装置(40)は、現像剤担持体としての現像スリーブ(41)、現像剤収容部材(42)、規制部材としてのドクターブレード(43)、支持ケース(44)等から主に構成されている。
感光体ドラム(20)側に開口を有する支持ケース(44)には、内部にトナー(21)を収容するトナー収容部としてのトナーホッパー(45)が接合されている。トナーホッパー(45)に隣接した、トナー(21)とキャリア粒子(23)とからなる現像剤を収容する現像剤収容部(46)には、トナー粒子(21)とキャリア粒子(23)を撹拌し、トナー粒子に摩擦/剥離電荷を付与するための、現像剤撹拌機構(47)が設けられている。
感光体ドラム(20)とトナーホッパー(45)との間の空間には、現像スリーブ(41)が配設されている。図示しない駆動手段で図の矢印方向に回転駆動される現像スリーブ(41)は、キャリア粒子(23)による磁気ブラシを形成するために、その内部に現像装置(40)に対して相対位置不変に配設された、磁界発生手段としての図示しない磁石を有する。
現像剤収容部材(42)の、支持ケース(44)に取り付けられた側と対向する側には、規制部材(ドクターブレード)(43)が一体的に取り付けられている。規制部材(ドクターブレード)(43)は、この例では、その先端と現像スリーブ(41)の外周面との間に一定の隙間を保った状態で配設されている。
また、像担持体上に残存するトナー粒子は、クリーニング部材としてのクリーニングブレード(61)にて、クリーニング機構(60)内のトナー回収室(62)へ回収される。
回収されたトナー粒子は、トナーリサイクル手段(図示せず)により現像部および/またはトナー補給部に搬送され、再使用されても良い。
画像形成装置は、上述の現像装置を複数配置し、転写媒体上へトナー像を順次転写した後、定着機構へ送り、熱等によってトナーを定着する装置であっても良く、一端中間転写媒体上へ複数のトナー像を転写し、これを一括して転写媒体に転写後同様の定着を行なう装置であっても良い。
トナーの製造例
(トナー製造例1)
ポリエステル樹脂 100部
キナクリドン系マゼンタ顔料 3.5部
含フッ素4級アンモニウム塩 4部
以上の各成分をブレンダーにて充分に混合した後、2軸式押出し機にて溶融混練し、放冷後カッターミルで粗粉砕し、ついでジェット気流式微粉砕機で微粉砕し、さらに風力分級機を用いて分級して、重量平均平均粒径6.8μm、真比重1.20g/cm3のトナー母粒子を得た。
更に、このトナー母粒子100部に対して、疎水性シリカ微粒子(R972:日本アエロジル社製)0.8部を加え、ヘンシェルミキサーで混合して、トナーIを得た。
トナー製造例1と全く同様にして母体トナーを作成し、重量平均粒径4.6μmの疎水性シリカ微粒子(R972:日本アエロジル社製)の添加量1.2部、真比重1.20g/cm3のトナーIIを得た。
シリコーン樹脂(SR2411 トーレダウコーニングシリコーン社製)を希釈して、シリコーン樹脂溶液(固形分:5%)を得た。
流動床型コーティング装置を用いて、表1に示した性状を持つキャリア芯材粒子(a)(CuZn系フェライト、1KOeの磁化57emu/g)5Kgの各粒子表面上に、上記のシリコーン樹脂溶液を、90℃の雰囲気下で30g/minの割合で塗布し、更に230℃で2時間加熱して、膜厚0.33μm、比重5.0のキャリアAを得た。膜厚の調整はコート液量により行なった。
表1のキャリア芯材粒子(b)を使用する以外は製造例1と全く同様にして、膜厚0.32μm、比重5.0のキャリアBを得た。
表1のキャリア芯材粒子(c)を使用する以外は製造例1と全く同様にして、膜厚0.33μm、比重5.0のキャリアCを得た。
表1のキャリア芯材粒子(d)を使用する以外は製造例1と全く同様にして、膜厚0.33μm、比重5.0の比較用キャリアDを得た。
表1のキャリア芯材粒子(e)を使用する以外は製造例1と全く同様にして、膜厚0.32μm、比重5.0の比較用キャリアEを得た。
表1のキャリア芯材粒子(f)を使用する以外は製造例1と全く同様にして、膜厚0.32μm、比重5.0の比較用キャリアFを得た。
表1のキャリア芯材粒子(g)を使用する以外は製造例1と全く同様にして、膜厚0.34μm、比重5.0のキャリアGを得た。
表1のキャリア芯材粒子(h)を使用する以外は製造例1と全く同様にして、膜厚0.33μm、比重5.0のキャリアHを得た。
表1のキャリア芯材粒子(i)を使用する以外は製造例1と全く同様にして、膜厚0.34μm、比重5.0のキャリアIを得た。
表1のキャリア芯材粒子(j)(MnMgSrフェライト、1KOeの磁化72emu/g)を使用する以外は製造例1と全く同様にして、膜厚0.34μm、比重4.9のキャリアHを得た。
表1のキャリア芯材粒子(k)(Mnフェライト、1KOeの磁化79emu/g)を使用する以外は製造例1と全く同様にして、膜厚0.34μm、比重5.1のキャリアKを得た。
表1のキャリア芯材粒子(l)(マグネタイト、1KOeの磁化80emu/g)を使用する以外は製造例1と全く同様にして、膜厚0.33μm、比重5.2のキャリアLを得た。
表1のキャリア芯材粒子(m)(CuZnフェライト、1KOeの磁化57emu/g、嵩比重2.43g/cm3)を使用する以外は製造例1と全く同様にして、膜厚0.33μm、比重5.1のキャリアMを得た。
シリコーン樹脂(SR2411:トーレダウコーニングシリコーン社製)中に、樹脂固形分に対して7重量%のカーボン(ライオンアクゾ社製、ケッチェンブラックEC−DJ600)を添加し、ボールミルを使用して60分間分散し、この分散液を希釈して固形分5wt%の分散液を得た。次に、流動床型コーティング装置を用いて、表1に示したキャリア芯材粒子(c)5Kgの各粒子表面上に、上記のシリコーン樹脂溶液を、100℃の雰囲気下で30g/minの割合で塗布し、更に250℃で2時間加熱して、膜厚0.34μm、比重5.0、キャリア抵抗がLogR(Ωcm)が13.1のキャリアNを得た。膜厚の調整はコート液量により行なった。
シリコーン樹脂(SR2411:トーレダウコーニングシリコーン社製)を希釈して、固形分5%のシリコーン樹脂溶液を得た。固形分に対して、2.0重量%のアミノシランカップリング剤H2N(CH2)2Si(OC2H5)3を添加し、流動床型コーティング装置を用いて、表1に示したキャリア芯材粒子(c)5Kgの各粒子表面上に、上記のシリコーン樹脂溶液を、90℃の雰囲気下で30g/minの割合で塗布し、更に230℃で2時間加熱して、膜厚0.33μm、比重5.0のキャリアOを得た。膜厚の調整はコート液量により行なった。
キャリアの焼成温度を300℃とする以外は製造例3と全く同様にして、膜厚0.34μm、比重5.0のキャリアPを得た。
表1のキャリア芯材(f)5Kgを、350メッシュをセットした超音波発振振動子を有する振動ふるい機で5分間振動させ、メッシュを通過した芯材を更に635メッシュをセットした超音波発振振動子付きの振動ふるい機で5分間振動させ、表1に示す性状を持つキャリア芯材(n)を得た。振動ふるい機は図1に示す構造を有するもので、フレーム(9)に支持された70cmφの金網(350メッシュ、または635メッシュ)(5)に直接接触して共振リング(6)を取付け、そのリング(6)に36kHzの超音波を発振する振動子(8)を設けたふるい装置(1)である。金網(5)は、ベース(4)にスプリング(3)を介して支持された円筒容器(2)内に配設されている。ベース(4)内には図示しない振動モータが設置され、その駆動により発生する高周波電流は、ケーブル(7)を介して共振リング(6)に取付けた振動子(8)に送られ、超音波が発振される。この超音波により、共振リング(6)が振動し、その振動は網面(5)全体の垂直方向の振動を生じさせる。円筒容器(2)内の金網(5)上に供給されたキャリア芯材(f)はふるい処理を受けた後、最終的に円筒容器(2)の金網の上にキャリア芯材(n)として回収された。メッシュの目詰まりは全くなかった。超音波発振器付きの振動ふるい機(1)を用いることにより、20μm未満の比率を8.9重量%から2.3重量%と極めて少量にすることができた。収率は、約84重量%あった。このキャリア芯材(n)を用い、キャリア製造例1と全く同じ方法でコートキャリアQ得た。
キャリア製造例6において、キャリア芯材(f)を用いて得た比較用のキャリアFを、キャリア製造例17で用いたふるい装置(1)により、製造例17と全く同じ方法でふるい処理(350メッシュ→635メッシュ)して、表2に示す粒径特性をもつ本発明のキャリアF’を得た。キャリアDは20μm未満の粒子を8.3重量%含有するものであったが、ふるい処理により、キャリアF’の20μm未満粒子含有量は2.0重量%となっていた。ふるい処理中、メッシュの目詰まりは全くなかった。
以上のトナー製造例1及び2で得たトナーI及びトナーIIと、キャリア製造実施例1〜18で得たキャリアA〜F’を用いて、種々の現像剤を製造した。
また、得られた現像剤を用いて画像形成を行ない、その画像品質確認および信頼性試験等の特性試験を行なった。
なお、画像はイマジオカラー4000(リコー製デジタルカラー複写機・プリンター複合機)を使用し、次の現像条件で作成した。
現像ギャップ(感光体−現像スリーブ):0.35mm
ドクターギャップ(現像スリーブ−ドクター):0.65mm
感光体線速度200mm/sec
(現像スリーブ線速度/感光体線速度)=1.80
書込み密度:600dpi
帯電電位(Vd):−600V
画像部(べた原稿)にあたる部分の露光後の電位(Vl):−150V
現像バイアス:直流電圧−500V/交流バイアス成分:2KHZ、−100V〜−900V、50%duty
品質評価は転写紙上で実施、但しキャリア付着は現像後転写前の状態を感光体上から粘着テープに転写して観察した。
(1)画像濃度:
上記現像条件における、30mm×30mmのベタ部の中心をX−Rite938分光測色濃度計で、5個所測定し平均値を出す。
上記現像条件における地肌部のよごれを10段階で評価した。ランクが高いほど地汚れが少なく、ランク10が最良。
評価方法/転写紙上の地肌部(非画像部)に付着しているトナーの個数を数え、1cm2当たり付着個数に換算して、地汚れランクとした。各ランクとトナー付着数(個/cm2)は以下の通りである。
<ランク>
ランク10:0〜36
ランク9:37〜72
ランク8:73〜108
ランク7:109〜144
ランク6:145〜180
ランク5:181〜216
ランク4:217〜252
ランク3:253〜288
ランク2:289〜324
ランク1:325以上
下記の式で定義された粒状度(明度範囲:50〜80)を測定し、その数値を下記のようにランクに置き換え、表示した(ランク10が最良)。
粒状度=exp(aL+b)∫{WS(f)}1/2VTF(f)df
L:平均明度
f:空間周波数(cycle/mm)
WS(f):明度変動のパワースペクトラム
VTF(f):視覚の空間周波数特性
a,b:係数
L:平均明度
f:空間周波数(cycle/mm)
WS(f):明度変動のパワースペクトラム
VTF(f):視覚の空間周波数特性
a,b:定数
<ランク>
ランク10:−0.10〜0
ランク9:0〜0.05
ランク8:0.05〜0.10
ランク7:0.10〜0.15
ランク6:0.15〜0.20
ランク5:0.20〜0.25
ランク4:0.25〜0.30
ランク3:0.30〜0.40
ランク2:0.40〜0.50
ランク1:0.50以上
図8に各ランクの画像サンプルを示す。併せて、実施例の画像の拡大サンプルを示す。
キャリア付着が発生すると、感光体ドラムや定着ローラーの傷の原因となり、画像品質の低下を招く。キャリア付着しても一部のキャリアしか紙に転写してこないため、感光体ドラム上から粘着テープで転写して評価した。
副走査方向に2ドットライン(100lpi/inch)の画像パターンを作成し、直流バイアス400Vを印加して現像し、2ドットラインのライン間に付着したキャリアの個数(面積100cm2)粘着テープで転写し、その個数を以下のようにランクで置き換え、表示した。ランク10が最良。
<ランク>
ランク10:0
ランク9:1〜10個
ランク8:11〜20個
ランク7:21〜30個
ランク6:31〜50個
ランク5:51〜100個
ランク4:101〜300個
ランク3:301〜600個
ランク2:601〜1000個
ランク1:1000個以上
現像スリーブ上の現像剤の密度(mg/cm2)をスリーブの長手方向の3点(奥側、中央、手前側)で測定し、その変動率を以下の様にランク付けした。
変動率={(初期の汲み上げ量−30Kラン後の汲み上げ量)/初期の汲み上}×100
<ランク>
◎(±5%以内)
○(5〜15%低下)
△(15〜30%)
×(30%以上)
初期画像出しに使用したマゼンタトナーI、またはトナーIを補給しながら画像面積率6%の文字画像チャートで3万枚のランニング評価を行なった。上記現像条件における地肌部の地汚れを前記(2)と同じ基準でランク評価した。
キャリアA(100部)に対して、トナーI(12.3部)を加えて、ボールミルで20分攪拌して、11.0Wt%の現像剤を作成した。キャリアに対するトナーの被覆率は50%であり、トナー帯電量は、−38μc/gであった。
次に、前記現像条件のリコー製イマジオカラー4000を使用し、前述の測定評価方法により、まず画像品質の確認を行なった。
画像濃度は1.63、地汚れランクは6、ハイライトの均一性はランク7、キャリア付着はランク5であった。引き続き、画像面積率6%の文字画像チャートで3万枚のランニング評価を行なった。3万枚ランニング後に、地汚れを確認したところ、地汚れはランク6と良好なレベルであり、高画質が維持されていた。
トナーとキャリアの組み合わせを表3に示すように変更して、被覆率50%の現像剤を作成した以外は、実施例1と全く同様にして評価を行なった。
キャリア製造例(キャリア芯材特性、およびキャリア特性)を表1及び表2に、また品質評価結果を表3に示す。
実施例3で作成したものと全く同じ現像剤を用い、現像バイアスとして、DC成分(−450V)のみ印加して画像形成を行ない、実施例1と同様に、品質評価、信頼性の評価を行なった。結果を表3に示す。
2 円筒容器
3 スプリング
4 ベース
5 金網
6 共振リング
7 高周波電流ケーブル
8 コンバータ(振動子)
9 リング状フレーム
11 セル
12a 電極
12b 電極
13 キャリア
15 導体容器(ブローオフケージ)
20 感光体ドラム
21 トナー
23 キャリア
24a 駆動ローラ
24b 駆動ローラ
26 クリーニング前露光光源
32 像担持体帯電部材
33 像露光系
40 現像装置
41 現像スリーブ
42 現像剤収容部材
43 現像剤供給規制部材
44 支持ケース
45 トナーホッパー
46 現像剤収容部
47 現像剤撹拌機構
48 トナーアジテータ
49 トナー補給機構
50 転写機構
60 クリーニング機構
61 クリーニングブレード
64 ブラシ状クリーニング手段
70 除電ランプ
80 中間転写媒体
Claims (26)
- 磁性を有する芯材粒子と該粒子表面を被覆する樹脂層とからなる、重量平均粒径Dwが22〜32μmで、かつ個数平均粒径Dpと重量平均粒径Dwの比Dw/Dpが1<Dw/Dp<1.20である電子写真現像剤用キャリアであって、20μmより小さい粒径を有する粒子の含有量が0〜7重量%、36μmより小さい粒子の含有量が90〜100重量%であり、該キャリアの形状係数SF1が100〜130、かつSF2が100〜120であることを特徴とする電子写真現像剤用キャリア。
- 該キャリアの形状係数SF1が100〜120、かつSF2が100〜110であることを特徴とする請求項1に記載の電子写真現像剤用キャリア。
- 該キャリア中の20μmより小さい粒径を有する粒子の含有量が0〜5重量%であることを特徴とする請求項1に記載の電子写真現像剤用キャリア。
- 該キャリア中の20μmより小さい粒径を有する粒子の含有量が0〜3重量%であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電子写真現像剤用キャリア。
- 該キャリア中の44μmより小さい粒子の含有量が98〜100重量%であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の電子写真現像剤用キャリア。
- 1000エルステッドの磁界を印加したときの該芯材粒子の磁化が、50〜150emu/gであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の電子写真現像剤用キャリア。
- キャリア芯材がMnMgSr系フェライトであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の電子写真現像剤用キャリア。
- キャリア芯材がMnフェライトであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の電子写真現像剤用キャリア。
- キャリア芯材がマグネタイトであることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の電子写真現像剤用キャリア。
- 嵩密度が2.1(g/cm3)以上である芯材を使用することを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の電子写真現像剤用キャリア。
- キャリア抵抗(LogR、Ωcm)が11.0〜16.0であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の電子写真現像剤用キャリア。
- 少なくとも樹脂層の一部が、アミノシランカップリング剤を含有するシリコーン樹脂からなることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の電子写真現像剤用キャリア。
- トナーとキャリアからなる電子写真用現像剤であって、該キャリアとして、請求項1乃至12のいずれかに記載のキャリアを用いることを特徴とする電子写真用現像剤。
- トナーとキャリアとからなる電子写真用現像剤であって、該キャリアが請求項1乃至12のいずれかに記載のキャリアであり、該トナーによるキャリアの被覆率が50%のときの該トナーの帯電量が15〜35μc/gであることを特徴とする電子写真用現像剤。
- トナーとキャリアとからなる電子写真用現像剤であって、該キャリアが請求項1乃至12のいずれかに記載のキャリアであり、該トナーの重量平均粒径が3.0〜5.0μmであることを特徴とする電子写真用現像剤。
- (I)磁性材料の粉砕物粒子を分級することによって、重量平均粒径Dwが21〜32μm、20μmより小さい粒径を有する粒子の含有割合が7重量%以下、36μmより小さい粒子の含有量が90重量%以上であり、該キャリアの形状係数SF1が100〜130、かつSF2が100〜120である芯材粒子を得る工程と、(II)該芯材粒子の表面に樹脂被膜を形成する工程を含むことにより請求項1乃至12のいずれかに記載の電子写真現像用キャリアを製造することを特徴とする電子写真現像用キャリアの製造方法。
- (I)磁性材料の粉砕物粒子の表面に樹脂被膜を形成して樹脂被膜粒子を得る工程と、(II)該樹脂被覆粒子を分級して、重量平均粒径Dwが22〜32μm、1<Dw/Dp<1.20、20μmより小さい粒径を有する粒子の含有割合が7重量%以下、36μmより小さい粒子の含有量が90重量%以上であり、該キャリアの形状係数SF1が100〜130、かつSF2が100〜120であるキャリアを得る工程を含むことにより請求項1乃至12のいずれかに記載の電子写真用キャリアを製造することを特徴とする電子写真現像用キャリアの製造方法。
- (I)磁性材料の粉砕物粒子の表面に樹脂被膜を形成して樹脂被膜粒子を得る工程と、(II)該樹脂被覆粒子を分級して、重量平均粒径Dwが22〜32μm、1<Dw/Dp<1.20、20μmより小さい粒径を有する粒子の含有割合が7重量%以下、36μmより小さい粒子の含有量が90重量%以上であり、該キャリアの形状係数SF1が100〜130、かつSF2が100〜120であるキャリアを得る工程を含むことにより電子写真用キャリアを製造することを特徴とする請求項16に記載の電子写真現像用キャリアの製造方法。
- 超音波発振器付きの振動ふるい機を用いて、該磁性材料の粉砕物粒子を分級することを特徴とする請求項16に記載の電子写真現像用キャリアの製造方法。
- 超音波発振器付きの振動ふるい機を用いて、該樹脂被覆粒子を分級することを特徴とする請求項17又は18に記載の電子写真現像用キャリアの製造方法。
- 該振動ふるい機が、ふるい機に設置されている共振リングによって超音波振動を金網面に伝える構造を有することを特徴とする請求項19又は20に記載の電子写真現像用キャリアの製造方法。
- 請求項13乃至15のいずれかに記載の現像剤を用いることを特徴とする電子写真現像方法。
- 感光体、前記現像剤と、現像スリーブを用い、現像スリーブと感光体の距離が0.4mm以下であり、かつ現像バイアスとして交流電圧及び/または直流電圧を印加することを特徴とする請求項22に記載の電子写真現像方法。
- 請求項13乃至15のいずれかに記載の現像剤を用いる現像手段を有することを特徴とする画像形成装置。
- 感光体、前記現像手段を有し、該現像手段が現像スリーブを用いるものであり、該現像スリーブと前記感光体の距離が0.4mm以下であり、かつ現像バイアスとして交流電圧及び/または直流電圧を印加することを特徴とする請求項24に記載の画像形成装置。
- 感光体と、該感光体の表面を帯電させる帯電ブラシと、請求項13乃至15のいずれかに記載の静電潜像現像剤を擁する現像部と、前記感光体の表面に残存する現像剤を払拭するブレードとを具備することを特徴とするプロセスカートリッジ。
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