JP2007171499A - 電子写真現像剤用キャリア、その製造方法、電子写真用現像剤、電子写真現像方法及びプロセスカートリッジ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】キャリア芯材を構成する原料をスラリーにし、該スラリー液をノズル1から液滴6として吐出させ、液滴6を電極2により帯電した後、溶媒除去設備3で溶媒を除去することにより固化粒子7(一次造粒物)を生成する。そして、除電器4による除電後に固化粒子7を捕集部5にて捕集し、貯蔵器に搬送する。
【選択図】図1
Description
(1)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)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、充分な画像濃度が得られる。
(3)また、小粒径トナーを使用した場合にも、キャリアに対するトナー被覆率が大きくならないため、小粒径トナー使用時の不具合点を補い、利点を引き出すのに特に有効である。
(4)小粒径キャリアは、緻密な磁気ブラシを形成し、かつ、穂の流動性が良いため、画像に穂跡が発生しにくい等の特徴がある。
ノズル1は、先に述べたように、キャリア芯材の構成材料である磁性粉、バインダー及び分散液、消泡剤をスラリーとし、このスラリー液を、吐出させて液滴とする部材である。
電極2は、ノズルから吐出される液滴6を帯電させて単分散粒子とするための部材である。電極2は、ノズル1に対向して設置された一対の部材であり、その形状としては、特に制限はなく、適宜選択することができるが、例えば、リング状に形成するのが好ましい。前記電極2による帯電方法としては、特に制限はないが、ノズルから吐出される液滴6に、常に一定の帯電量を液滴6に与えることができることから、例えば、液滴6に、誘導荷電により、正電荷又は負電荷を与えることが好ましい。より具体的には、該誘導荷電は、液滴6を、直流電圧が印加された一対の電極2、2間に通過させることにより行われるのが好ましい。気流中の液滴6が高荷電状態となることは、エレクトロスプレー法や静電噴霧による微粒子製造等でもすでに実証されている。この場合、揮発成分の蒸発による液滴の表面積縮小作用から、固体への帯電よりも高い帯電量を維持させることが原理的には可能であり、さらに高荷電な固体粒子を得ることができる。静電反発を利用し、液滴時の合一防止に優れた方法といえるが、キャリア芯材の構成材料によっては必ずしもこの帯電を経ずとも合一しないものもあることから、必須の工程ではない。
溶媒除去設備3としては、液滴6の溶媒を除去できれば特に制限はないが、液滴6吐出方向と同方向に乾燥気体を流す気流を流すことにより気流を発生させ、該気流により、液滴6を溶媒除去設備3内で搬送させるとともに、該搬送中に液滴6中の溶媒を除去させることにより、粒子7を形成するのが好ましい。なお、ここで、「乾燥気体」とは、大気圧下の露点温度が−10℃以下の状態の気体を意味する。当該乾燥気体としては、液滴6を乾燥可能な気体であれば特に制限はなく、例えば、空気、窒素ガス等が好適に使用できる。後述する本発明の適用例の一部で記載するような、粒径が異なる粒子を同時に製造する場合には、粒径の相違による粒子間での飛翔経路のばらつきを抑制する観点から、上記気流が存在することが好ましい。また、図示の例のように、前記溶媒除去設備3の内壁面には、液滴6が前記溶媒除去設備3の壁面に付着することを防止する観点から、液滴の電荷と同極性に帯電された電界カーテン8を設け、電界カーテン8で周囲が覆われた搬送路を形成し、該搬送路内に液滴を通過させるのが好ましい。
除電器4は、液滴6を搬送路内に通過させることにより形成した粒子7の電荷を、一時的に中和させた後、粒子7を捕集部5にて収容させるための部材である。除電器4による除電の方法としては、特に制限はなく、通常知られている方法を適宜選択して使用することができるが、効率的に除電が可能であることから、例えば、軟X線照射、プラズマ照射等により行うのが好ましい。
粒子捕集部5は、粒子を効率的に捕集し、搬送する観点から、キャリア芯材製造装置の底部に設けられた部材である。前記粒子捕集部5の構造としては、粒子を捕集できれば特に制限はなく、適宜選択することができるが、上述の観点から、図示の例のように、開口径が漸次縮小するテーパー面を有してなり、該開口径が入口部51より縮小した出口部52から、粒子7を、乾燥気体を用い、該乾燥気体の流れを形成し、該乾燥期待の流れにより、粒子を貯蔵容器12に移送させるのが好ましい。移送の方法としては、図示の例のように、圧送チューブ9を介した乾燥気体により、粒子7を貯蔵容器12に圧送してもよいし、貯蔵容器12側から粒子7を吸い込んでもよい。当該乾燥気体の流れとしては、特に制限はないが、遠心力を発生させて確実に粒子7を移送できる観点から、渦流であることが好ましい。さらに、粒子7の搬送をより効率的に行う観点から、捕集部5、圧送チューブ9、及び捕集容器が、導電性の材料で形成され、かつ、これらがアースに接続されているのがより好ましい。また、該キャリア芯材製造装置は、防曝仕様であることが好ましい。
以上の詳細に説明したキャリア芯材製造装置によれば、ノズル1の吐出孔から発生する液滴による粒子数を1秒当り数万乃至数百万個と非常に多くすることもでき、生産性という観点から優れている。また、本方式によれば、粒子径を極めて精度良く制御することができる。粒子径のばらつきが少なければ粒子自体の流動性が高くなるため、製造装置等への付着抑制を目的として外添剤を加える場合においても、極めて少量でその効果を発揮することができる。外添剤剥離による信頼性低下や、剥離した微粒子の人体への安全性を考えると、外添剤を少なく制御することが可能となれば利点がある。
[計算式(1)]
Dp=(6×Q×C/π/f)1/3
(Dp:固体粒子径、Q:液流量(ポンプ流速とノズル径で決まる)、f:振動周波数、C:固形分の体積濃度、π:円周率)
粒子径は、上記計算式(1)で計算することが可能であるが、下記計算式(2)によっても求めることができる。
[計算式(2)]
固形分体積濃度(体積%)=(固体粒子径/液滴径)3
すなわち、本発明により得られる固体粒子の直径は、液滴径と固形分濃度を調整することによっても制御することが可能である。
(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
リコーン樹脂が好適である。なお[化1]及び[化2]を適宜組み合わせた繰り
返し単位でもよい。
H2N(CH2)3Si(OCH3)3 (MW:179.3)
H2N(CH2)3Si(OC2H5)3 (MW:221.4)
H2NCH2CH2CH2Si(CH3)2(OC2H5) (MW:161.3)
H2NCH2CH2CH2Si(CH3)(OC2H5)2 (MW:191.3)
H2NCH2CH2NHCH2Si(OCH3)3 (MW:194.3)
H2NCH2CH2NHCH2CH2CH2Si(CH3)(OCH3)2 (MW:206.4)
H2NCH2CH2NHCH2CH2CH2Si(OCH3)3 (MW:224.4)
(CH3)2NCH2CH2CH2Si(CH3)(OC2H5)2 (MW:219.4)
(C4H9)2NC3H6Si(OCH3)3 (MW:291.6)
被覆率(%)=(Wt/Wc)×(ρc/ρt)×(Dc/Dt)×(1/4)×100
なお、上記式中、Dcはキャリアの重量平均粒径(μm)、Dtはトナーの重量平均粒径(μm)、Wtはトナーの重量(g)、Wcはキャリアの重量(g)、ρtはトナー真密度(g/cm3)、ρcはキャリア真密度(g/cm3)をそれぞれ表わすものとする。
まず、サンプルのトナーを製造した。
ポリエステル樹脂:100部
カーボンブラック:5部
含フッ素4級アンモニウム塩:5部
上記材料をブレンダーにより充分に混合した後、二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、重量基準平均径4.80μm、真比重1.20g/cm3の母体トナーを得た。さらに、この母体トナー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)を1.5部加え、ヘンシェルミキサーで混合して、トナーIを得た。
上記トナー製造例1で得られた母体トナー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)を1.0部、酸化チタンを0.5部加え、ヘンシェルミキサーで混合してトナーIIを得た。
上記トナー製造例1で得られた母体トナー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)を1.0部、酸化チタンを0.5部、ステアリン酸亜鉛を0.3部加え、ヘンシェルミキサーで混合してトナーIIIを得た。
次に、サンプルのキャリアを製造した。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)にカーボン(樹脂固形分に対して10%)を分散させ、さらに固形分換算で5%に希釈し、シリコーン樹脂溶液を得た。キャリア芯材粒子は、図1の振動オリフィスによる芯材粒子製造装置を用いて、CuZnフェライト、バインダー及び分散液、消泡剤を入れてスラリーとし、このスラリー液を液滴化し単分散な一次造粒物を得た。このときの粒子形状は真球であり、重量基準平均粒径が27.8μm、D4/Dn=1.01であった。この一次造粒物をロータリーキルンによりバインダー等の添加物を700℃で分解除去した。さらに、電気炉を用いて、酸素濃度0.05%以下、焼成温度1300℃で5時間焼成し、重量基準平均粒径25.0μmのキャリア芯材粒子CuZnフェライト(重量平均粒径が25.0μm、D4/Dn=1.01、嵩比重2.50g/cm3、1000Oeの磁化が60emu/g)を得た。次に流動床型コーティング装置を用いて、前記キャリア芯材粒子の表面に、上記のようにして作製したシリコーン樹脂溶液を、90℃の雰囲気下で30g/minの割合で塗布した。その後、230℃で2時間加熱してコートキャリアを形成し、電気抵抗LogR=12.1Ωcm、コートキャリアの膜厚0.22μm、真比重5.0g/cm3のキャリアAを得た。膜厚の調整はコート液量により行った。
キャリア芯材粒子の重量基準平均粒径を30.0μmにした以外は、上述したキャリア製造例1と同様の方法によりキャリアBを得た。
キャリア芯材粒子の重量基準平均粒径を35.0μmにした以外は、上述したキャリア製造例1と同様の方法によりキャリアCを得た。
キャリアの芯材組成をMnMgSrにした以外は、上述したキャリア製造例1と同様の方法によりキャリアDを得た。
キャリアの芯材組成をMnフェライトにした以外、上述したキャリア製造例1と同様の方法によりキャリアEを得た。
キャリアの芯材組成をマグネタイトにした以外、上述したキャリア製造例1と同様の方法によりキャリアFを得た。
コートキャリアにアミノシランを含有させた以外、上述したキャリア製造例1と同様の方法によりキャリアGを得た。
キャリア芯剤粒子として、CuZnフェライト、バインダー及び分散液、消泡剤を入れてスラリーとし、このスラリー液を液滴化し、一般的なアトマイザーを用いた造粒装置を用いて一次造粒物を得た。アトマイザーを利用した以外は上述したキャリア製造例1と同様にしてキャリアHを得た。得られた粒子形状は真球であり、重量基準平均粒径が30.8μm、D4/Dnは分級処理を実施した後で1.21であった。
(現像条件)
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
書き込み密度: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:DC−500V/交流バイアス成分:2KHZ、−100V〜−900V、50%duty
(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、平均値を出した。
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
(上記式中の記号)
L:平均明度
f:空間周波数(cycle/mm)
WS(f):は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
(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
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が最良であるものとする。
(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/1cm2)は以下の通りである。
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
キャリア付着が発生すると、感光体ドラムや定着ローラの傷の原因となり、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。
(評価方法)
副走査方向に2ドットライン(100lpi/inch)の画像パターンを作製し、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)を、以下のようにランクで置き換えて表示した。ランク10が最良であるものとする。
ランク10 :0
ランク9 :10個未満
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
A4サイズの全面黒ベタ画像を10枚連続で出力し、11枚目に全面白の画像をとった時の転写紙上でのクリーニング不良の有無を確認する。
(6)現像剤汲み上げ量
現像スリーブ上での1cm2当りの現像剤汲み上げ量を測定した。
キャリアI(100部)に対して、トナーI(6.55部)を加えて、ボールミルで20分攪拌して、6.52wt%の現像剤を作製した。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、−31μc/gであった。実施例1と全く同様にして、イマジオカラー4000を使用し、上述した測定評価方法により画像品質の確認を行ったところ、画像濃度は1.60、粒状性はランク7、地汚れはランク8、キャリア付着はランク9であった。続いてクリーニング試験においてはクリーニング不良が発生した。さらに、画像面積率6%の文字画像チャートで10万枚のランニング評価を行った。10万枚ランニング後に、地汚れを確認したところ、地汚れはランク5、粒状性もランク4であり、実施例1に比較して劣化した。
2 電極
3 溶媒除去設備
4 除電器
5 粒子捕集部
6 液滴
7 固化粒子(一次造粒物)
8 電界カーテン
9 圧送チューブ
10 ヘッドハウジング
11 吐出部材
12 対抗電極
13 ハウジング
14 ノズル板
15 絶縁性基板
16 液流路
17 直流高電圧装置接続
18 Oリング
19 分散気体
20 液滴
30 プロセスカートリッジ
31 感光体
32 帯電手段
33 現像部
34 クリーニング手段
Claims (17)
- キャリア芯材を樹脂層により被覆されてなる電子写真現像剤用キャリアであって、
キャリアの重量基準平均粒径(D4)が20μmから45μmの範囲にあり、個数基準平均粒径(Dn)との比率(D4/Dn)が1.00から1.03の範囲にあることを特徴とする電子写真現像剤用キャリア。 - キャリア芯材を構成する原料をスラリーにし、前記スラリーを噴霧して一次造粒物とした後、焼成、解砕して得られるキャリア芯材に樹脂層を被覆する電子写真現像剤用キャリアの製造方法であって、
前記一次造粒物を、前記比率(D4/Dn)が1.00から1.03の範囲にあることを特徴とする電子写真現像剤用キャリアの製造方法。 - キャリア芯材を構成する原料をスラリーにし、前記スラリーを噴霧して一次造粒物とするキャリア製造方法は、一定の周波数で振動させたノズルからスラリーを吐出させて液滴とし、前記液滴を乾燥させて固化する造粒方法であることを特徴とする請求項2記載の電子写真現像剤用キャリアの製造方法。
- 前記ノズルは、圧電体の伸縮により一定の周波数で振動されることを特徴とする請求項3に記載の電子写真現像剤用キャリアの製造方法。
- 前記ノズルの吐出孔が厚み5μmから100μmの金属板で形成され、かつ、その開口径が10μmから50μmの範囲にあることを特徴とする請求項3又は4に記載の電子写真現像剤用キャリアの製造方法。
- 嵩密度は、2.15g/cm3から2.70g/cm3の範囲に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。
- 1000エルステッドの磁界を印加したときにおけるキャリア芯材粒子の磁化が40emu/gから150emu/gの範囲にあることを特徴とする請求項1又は6に記載の電子写真現像剤用キャリア。
- 前記キャリア芯材は、MnMgSrフェライトからなることを特徴とする請求項1、請求項6、請求項7のいずれか1項に記載の電子写真現像剤用キャリア。
- 前記キャリア芯材は、Mnフェライトからなることを特徴とする請求項1、又は請求項6から請求項8のいずれか1項に記載の電子写真現像剤用キャリア。
- 前記キャリア芯材は、マグネタイトからなることを特徴とする請求項1、又は請求項6から請求項9のいずれか1項に記載の電子写真現像剤用キャリア。
- 前記樹脂層は、シリコーン樹脂からなることを特徴とする請求項1、又は請求項6から請求項10のいずれか1項に記載の電子写真現像剤用キャリア。
- 前記樹脂層は、アミノシランカップリング剤を含有することを特徴とする請求項1、又は請求項6から請求項11のいずれか1項に記載の電子写真現像剤用キャリア。
- トナーとキャリアとからなり、 前記キャリアは、請求項1、又は請求項6から12のいずれか1項に記載の電子写真現像剤用キャリアであることを特徴とする電子写真用現像剤。
- 前記トナーによる前記キャリアの被覆率が50%のときの前記トナーの帯電量は、絶対値で15μc/gから50μc/gの範囲にあることを特徴とする請求項13に記載の電子写真用現像剤。
- 前記トナーの重量平均粒径は、3.0μmから6.0μmの範囲にあることを特徴とする請求項13又は14に記載の電子写真用現像剤。
- 請求項13から15のいずれか1項に記載の電子写真用現像剤を適用することを特徴とする電子写真現像方法。
- 感光体と、
前記感光体の表面を帯電させる帯電手段と、
請求項13から15のいずれか1項に記載の電子写真用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クリーニング手段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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