JP2008064782A - 静電荷像現像用キャリア、静電荷像現像用現像剤、静電荷像現像用現像剤カートリッジ、プロセスカートリッジおよび画像形成装置 - Google Patents

静電荷像現像用キャリア、静電荷像現像用現像剤、静電荷像現像用現像剤カートリッジ、プロセスカートリッジおよび画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】温度や湿度等の環境依存性が少ないとともに、被覆樹脂層が剥離しにくく、長期にわたり安定的に画像形成を行うことができる静電荷像現像用キャリアを提供すること。
【解決手段】芯材と、該芯材表面を被覆し、脂環基を有する熱可塑性樹脂を含有する被覆樹脂層とを少なくとも有し、TGA法による100℃以上400℃以下の範囲内における熱減量がキャリア全体の0.5重量%以上5重量%以下の範囲内であり、且つ、DTA法による100℃以上400℃以下の範囲内におけるキャリア全体の吸熱量が7mJ/g以上40mJ/g以下の範囲内であることを特徴とする静電荷像現像用キャリア。
【選択図】なし

Description

本発明は、静電荷像現像用キャリア及びこれを用いた静電荷像現像用現像剤、並びに、前記静電荷像現像用現像剤を用いた静電荷像現像用現像剤カートリッジ、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関するものである。
電子写真法など静電潜像を経て画像情報を可視化する方法は、現在様々の分野で利用されている。電子写真法においては、帯電、露光工程により感光体上に静電潜像を形成し、トナーを含む現像剤で静電潜像を現像し、転写、定着工程を経て可視化される。
ここで用いられる現像剤には、トナーとキャリアからなる二成分現像剤と、磁性トナーなどのようにトナー単独で用いられる一成分現像剤とがある。その中でも二成分現像剤は、キャリアが現像剤の攪拌・搬送・帯電などの機能を分担し、現像剤として機能分離されているため、制御性がよいなどの特徴があり、現在広く用いられている。特に、芯材とこの芯材を被覆する樹脂とを有するキャリア(樹脂被覆キャリア)を用いる現像剤は、帯電制御性が優れ、環境依存性の改善が比較的容易である。
樹脂被覆キャリアとしては、例えば、耐湿性に優れ、劣化しにくいことから、メタクリル酸シクロアルキルエステルの重合体や、該樹脂とスチレン、酢酸ビニル、塩化ビニル等との共重合体で被覆されたキャリア(特許文献1参照)や、マトリックス樹脂中に樹脂粒子と、導電性の粉末とを分散含有せしめた樹脂を、芯材上に有するキャリア(特許文献2参照)、残存する界面活性剤が、被覆樹脂全体に対して5〜1000ppmである脂環式メタクリル酸エステル単量体と鎖式メタクリル酸エステル単量体との共重合体を用いるキャリア(特許文献3参照)などが提案されている。
また、近年では、高画質を安定的に提供するために、現像によって消費されるトナーといっしょにキャリアを追加し、現像機内のキャリアを少しずつ入れ替えることにより帯電量の変化を抑制し画像濃度を安定化する現像装置(いわゆるトリクル現像装置)(特許文献4参照)が提案されている。
特開昭59−104664号公報 特開平9−269614号公報 特開平7−114219号公報 特公平2−21591号公報
本発明は、温度や湿度等の環境依存性が少ないとともに、被覆樹脂層が剥離しにくく、長期にわたり安定的に画像形成を行うことができる静電荷像現像用キャリア及びこれを用いた静電荷像現像用現像剤、並びに、前記静電荷像現像用現像剤を用いた静電荷像現像用現像剤カートリッジ、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを課題とする。
上記課題は以下の本発明により達成される。すなわち、
請求項1に係わる発明は、
芯材と、該芯材表面を被覆し、脂環基を有する熱可塑性樹脂を含有する被覆樹脂層とを少なくとも有し、
TGA法による100℃以上400℃以下の範囲内における熱減量がキャリア全体の0.5重量%以上5重量%以下の範囲内であり、且つ、DTA法による100℃以上400℃以下の範囲内におけるキャリア全体の吸熱量が7mJ/g以上40mJ/g以下の範囲内であることを特徴とする静電荷像現像用キャリアである。
請求項2に係わる発明は、
前記吸熱量が7mJ/g以上30mJ/g以下の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の静電荷像現像用キャリアである。
請求項3に係わる発明は、
前記熱減量がキャリア全体の2.0重量%以上4.0重量%以下の範囲内であることを特徴とする請求項1または2に記載の静電荷像現像用キャリアである。
請求項4に係わる発明は、
前記被覆樹脂層の剥がれ量が2000ppm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の静電荷像現像用キャリアである。
請求項5に係わる発明は、
前記被覆樹脂層の剥がれ量が1500ppm以下であることを特徴とする請求項4に記載の静電荷像現像用キャリアである。
請求項6に係わる発明は、
トナーと、キャリアとを少なくとも含み、
前記キャリアが、請求項1〜5のいずれか1つに記載の静電荷像現像用キャリアであることを特徴とする静電荷像現像用現像剤である。
請求項7に係わる発明は、
粒子状の添加剤を含み、前記添加剤の体積平均粒径が200nm以上7μm以下の範囲内であることを特徴とする請求項6に記載の静電荷像現像用現像剤である。
請求項8に係わる発明は、
トナー像形成手段を少なくとも備えた画像形成装置に対して脱着可能であり、前記トナー像形成手段に供給するための現像剤を収納し、
前記現像剤が請求項6又は7に記載の静電荷像現像用現像剤であることを特徴とする静電荷像現像用現像剤カートリッジである。
請求項9に係わる発明は、
画像形成装置に対して脱着可能であり、
静電潜像保持体と、現像剤を収容すると共に前記静電潜像保持体表面に形成された静電潜像に前記現像剤を供給してトナー像を形成するトナー像形成手段とを少なくとも備え、
前記現像剤が請求項6又は7に記載の静電荷像現像用現像剤であることを特徴とするプロセスカートリッジである。
請求項10に係わる発明は、
前記トナー像形成手段が、前記静電潜像保持体表面に現像剤を供給する現像剤保持体を少なくとも有し、
前記現像剤保持体は、回転しながら前記静電潜像保持体表面に前記現像剤を供給する筒状部材であり、前記現像剤を供給する際の前記現像剤保持体の周速が400mm/s以上1500mm/s以下の範囲内であることを特徴とする請求項9に記載のプロセスカートリッジである。
請求項11に係わる発明は、
静電潜像保持体と、該静電潜像保持体表面を帯電する帯電手段と、帯電された前記静電潜像保持体表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像を前記現像剤により現像してトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記トナー像を記録媒体表面に転写する転写手段と、前記記録媒体表面に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を少なくとも備え、
前記現像剤が請求項6又は7に記載の静電荷像現像用現像剤であることを特徴とする画像形成装置である。
請求項12に係わる発明は、
前記トナー像形成手段が、前記静電潜像保持体表面に現像剤を供給する現像剤保持体を少なくとも有し、
前記現像剤保持体は、回転しながら前記静電潜像保持体表面に前記現像剤を供給する筒状部材であり、
前記現像剤を供給する際の前記現像剤保持体の周速が400mm/s以上1500mm/s以下の範囲内であることを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置である。
以上に説明したように請求項1に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、温度や湿度等の環境依存性が少ないとともに、被覆樹脂層が剥離しにくく、長期にわたり安定的に画像形成を行うことができる静電荷像現像用キャリアを提供することができる。
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明と比べて、更に温度や湿度等の環境依存性が少ないとともに、被覆樹脂層が剥離しにくく、長期にわたり安定的に画像形成を行うことができる静電荷像現像用キャリアを提供することができる。
請求項3に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明と比べて、更に温度や湿度等の環境依存性が少ないとともに、被覆樹脂層が剥離しにくく、長期にわたり安定的に画像形成を行うことができる静電荷像現像用キャリアを提供することができる。
請求項4に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明と比べて、更に被覆樹脂層が剥離しにくく、長期にわたり安定的に画像形成を行うことができる静電荷像現像用キャリアを提供することができる。
請求項5に記載の発明によれば、請求項4に記載の発明と比べて、更に被覆樹脂層が剥離しにくく、長期にわたり安定的に画像形成を行うことができる静電荷像現像用キャリアを提供することができる。
請求項6に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、温度や湿度等の環境依存性が少ないとともに、被覆樹脂層が剥離しにくく、長期にわたり安定的に画像形成を行うことができる静電荷像現像用現像剤を提供することができる。
請求項7に記載の発明によれば、請求項6に記載の発明と比べて、温度や湿度等の環境依存性が少ないとともに、被覆樹脂層が剥離しやすい条件においても、被覆樹脂層の剥離を抑制して、長期にわたり安定的に画像形成を行うことができる静電荷像現像用キャリアを提供することができる。
請求項8に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、温度や湿度等の環境依存性が少ないとともに、被覆樹脂層が剥離しにくく、長期にわたり安定的に画像形成を行うことができる静電荷像現像用現像剤カートリッジを提供することができる。
請求項9に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、被覆樹脂層が剥離しにくく、長期にわたり安定的に画像形成を行うことができるプロセスカートリッジを提供することができる。
請求項10に記載の発明によれば、高速な画像形成を行っても、被覆樹脂層が剥離しにくく、長期にわたり安定的に画像形成を行うことができるプロセスカートリッジカートリッジを提供することができる。
請求項11に記載の発明によれば、本構成を有していない場合に比べて、温度や湿度等の環境依存性が少ないとともに、被覆樹脂層が剥離しにくく、長期にわたり安定的に画像形成を行うことができる画像形成装置を提供することができる。
請求項12に記載の発明によれば、高速な画像形成を行っても、被覆樹脂層が剥離しにくく、長期にわたり安定的に画像形成を行うことができる画像形成装置を提供することができる。
(静電荷像現像用キャリア)
本発明の静電荷像現像用キャリア(以下、「キャリア」と略す場合がある)は、 芯材と、該芯材表面を被覆し、脂環基を有する熱可塑性樹脂を含有する被覆樹脂層とを少なくとも有し、TGA法による100℃以上400℃以下の範囲内における熱減量がキャリア全体の0.5重量%以上5重量%以下の範囲内であり、且つ、DTA法による100℃以上400℃以下の範囲内におけるキャリア全体の吸熱量が7mJ/g以上40mJ/g以下の範囲内であることを特徴とする。
この構成により、本発明の静電荷像現像用キャリアでは、温度や湿度等の環境依存性が少ないとともに、被覆樹脂層が剥離しにくく、長期にわたり安定的に画像形成を行うことができる。この理由は、以下のように推測される。
二成分現像剤においてはトナーとキャリアが摩擦帯電により生じた電荷がトナー表面とキャリア表面に生ずる。トナーは絶縁性が高いため、低温低湿下においても生じた電荷を保持できるが、キャリアは高画質化の目的で半導電性に抵抗が制御されているため、キャリア表面に生じた電荷が低温低湿下で漏洩しやすい。そのため、生じた電荷を漏洩させないことが、低温低湿下での帯電量を低下させない、つまり環境依存性を少なくすることとなる。
また、低温低湿下の電荷漏洩は、キャリア表面の被覆樹脂層が環境中の水分を吸着し、その吸着水分を介在して発生電荷が気中放電するためでもあると考えられる。特に、被覆樹脂層中に導電性の粉末を添加して抵抗を調整するタイプのキャリアではより電荷漏洩が起こりやすく、また、結晶性樹脂を含むトナーと組み合わせて現像剤とする場合にはトナーの発生電荷量も少なくなるため、上述した電荷漏洩は抑制することが更に必要となる。
そのため、本発明者らは、その被覆樹脂層表面に水分が吸着しづらくするため、被覆樹脂層中に「脂環基を有する熱可塑性樹脂」を用いることが非常に適していることを見出した。
しかし、長期に渡って画像を形成した場合、現像剤は現像機内で攪拌され続けるために、脂環基を有する熱可塑性樹脂は芯材表面との密着性が大きくないためにキャリア表面から剥がれていってしまう。
そこで、本発明者らは、芯材粒子との密着性があまり大きくない脂環基を有する熱可塑性樹脂を被覆樹脂層に用いる場合においても、現像機内での長期間の攪拌によって芯材と被覆樹脂層との剥がれを抑制するために鋭意検討した結果、TGA法による100℃以上400℃以下の範囲内における熱減量がキャリア全体の0.5重量%以上5重量%以下の範囲内であり、且つ、DTA法による100℃以上400℃以下の範囲内におけるキャリア全体の吸熱量が7mJ/g以上40mJ/g以下の範囲内であることが重要であることを見出した。
これは、キャリアの熱減量が上記範囲内である場合において吸熱量が上記範囲を満たす場合には、脂環基を有する熱可塑性樹脂の脂環基の配向を制御することによって、脂環基を有する熱可塑性樹脂の芯材に対する密着性を向上させることができると考えられるためである。この理由は以下に説明する通りである。
まず、通常、キャリアの作製に際して、芯材粒子表面を樹脂で被覆して被覆樹脂層を形成する場合、例えば、溶剤に溶かした樹脂を芯材粒子と混合後に脱溶媒したり、樹脂粉を機械的な衝撃力を利用して芯材粒子表面に固定化する方法が利用される。
この方法を利用して、脂環基を有する熱可塑性樹脂を用いて被覆樹脂層を形成すると、被覆樹脂層中の脂環基はランダムな方向を向いてしまう。この場合、樹脂中で主鎖よりも大きな骨格をとることが多い脂環基は、樹脂表面に微細でランダムな凹凸を形成する。すると、分子レベルでは芯材粒子表面との接触している部分は、樹脂の凸部だけとなり、樹脂骨格の凹部では極僅かに芯材粒子から離れている樹脂骨格部分が生じるようになる。しかし、この極僅かな距離でも、芯材粒子表面と樹脂との間に作用するファンデルワールス力は大きく減少するため、その結果、芯材粒子と脂環基を有する熱可塑性樹脂との密着性が低下するものと考えられる。
これらの観点からは、疎水性の高い脂環基がキャリア表面側(大気側)を向くように配向すれば、親水性である芯材表面に脂環基でない骨格が配向するようになり、芯材表面と樹脂の脂環基で無い部分とが接触するため、樹脂の芯材粒子側には脂環基による微細な凹凸がなくなるため両者の密着性が向上すると考えられる。そしてこの場合には、電荷漏洩の少ない、環境安定性に優れたキャリアを得ることができるものと考えられる。
一方、キャリアを加熱していった場合に測定される吸熱量は、被覆樹脂層中の樹脂分子の熱運動と関係しており、吸熱量が大きいほど、脂環基を有する熱可塑性樹脂がランダムに配向していることを意味しているものと考えられる。
それゆえ、本発明者らは、脂環基を有する熱可塑性樹脂の配向は、DTA法により測定される吸熱量に依存しており、また、脂環基を有する熱可塑性樹脂の配向性の向上に起因した、優れた環境安定性と芯材からの被覆樹脂層の剥離を抑制によって長期にわたり安定的に画像が形成できるという効果を得るには、キャリア全体の吸熱量を40mJ/g以下とすることが必要であることを見出した。なお、この吸熱量は30mJ/g以下であることが好ましく、25mJ/g以下であることが更に好ましい。
なお、吸熱量を40mJ/g以下となるように制御する方法は特に限定されるものではないが、芯材表面に、脂環基を有する熱可塑性樹脂を有する被覆樹脂層を従来公知の方法によって形成した後、このキャリアを、脂環基を有する熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上の熱処理をすることが特に好適である。
これは、被覆樹脂層を従来公知の方法によって形成した後の状態では、前述のように脂環基を有する熱可塑性樹脂がランダムに配向しているが、被覆樹脂層が形成されたキャリアを、脂環基を有する熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上で熱処理することで、樹脂分子が自由に運動して、配向性が向上するためである。また、被覆樹脂層形成後に上述した熱処理を実施することにより、疎水性の高い脂環基がキャリア表面側(大気側)を向くように配向し、親水性である芯材表面に脂環基でない骨格が配向すると考えられる。
なお、被覆樹脂層の形成に用いる脂環基を有する熱可塑性樹脂のガラス転移温度が100℃以下の場合、熱処理温度をガラス転移温度以上100℃以下の範囲内にとすることが好ましい。この場合、芯材粒子表面に吸着された水分により、上述した配向状態をより一層均一とすることができる。
また、上述に説明した理由から、吸熱量は小さければ小さいほど好ましく、0mJ/gであることが最も好ましいが、実用上は、7mJ/g以上であることが好ましい。
また、本発明のキャリアは、TGA法による100℃以上400℃以下の範囲内における熱減量がキャリア全体の0.5重量%以上5重量%以下の範囲内であることが必要であり、2.0重量%以上4.0重量%以下の範囲内であることが好ましく、2.5重量%以上4.0重量%以下の範囲内であることが更に好ましい。
熱減量がキャリア全体の0.5重量%未満の場合には、芯材表面を被覆する被覆樹脂層が薄すぎるために、被覆樹脂層の下層の影響が帯電性に現れて帯電量に環境依存性が悪化したり、また被覆樹脂層のないキャリア表面が現れやすくなり、帯電量に環境依存性が悪化する場合がある。また、熱減量がキャリア全体の5重量%を超える場合には、芯材表面を被覆する被覆樹脂層が厚過ぎるために、現像機内や、磁気ブラシ形成時の攪拌等によりキャリア同士が接触し、比較的柔らかい樹脂層に応力が蓄積されてゆく。一度の接触による応力は僅かであっても経時でこの応力は増大し、やがてキャリアから剥離してしまう。
ここで、本発明において、熱減量および吸熱量は以下に説明する方法によって測定した。
熱減量の測定はJIS K 7120−1987(プラスチックの熱重量測定方法)によって測定した。具体的な条件は気体としては乾燥空気を用い、これを50ml/分で、測定前1時間から流入した。試験片の量は102mgで行い、加熱は30℃から1000℃まで行った。熱減量は30℃における重量をa、400℃における重量をbとして、以下の式によって求めた。
熱減量(重量%)=100(a−b)/a
吸熱量の測定はJIS K 7121−1987(プラスチックの転移温度測定方法)によって測定した。具体的な条件は気体としては乾燥空気を用い、これを50ml/分で、測定前1時間から流入した。試験片の量は102mgで行い、加熱は30℃から1000℃まで行った。なおリファレンスはアルミナ100mgを用いた。なお熱減量の測定、吸熱量の測定はTA−60WS(島津製作所社製)を用い、熱減量、吸熱量は付属のソフトウェアを用いて測定した。
また、本発明のキャリアにおいては、被覆樹脂層の剥がれ量が2000ppm以下であることが好ましく、1500ppm以下であることがより好ましい。
被覆樹脂層の剥がれ量が2000ppmを超える場合には、被覆樹脂層が剥離しやすいために、長期にわたり安定的に画像形成を行うことが困難となる場合がある。
ここで、本発明において、被覆樹脂層の剥がれ量は、以下に説明する方法によって測定した。
100mlのビーカーにキャリアを40g、mg単位まで正確に測定した。ついで0.1%のノニオン界面活性剤(HS−208、日本油脂社製)水溶液40mlを入れ、38℃に加温した。超音波ホモジナイザー(US−300TCVP−3、日本精機製作所社製)で4分間、Level V(200μA)で照射した。その後ビーカーの底に磁石をつけ、液を別のビーカーへ移した。このときキャリアが別のビーカーへ移動しないよう調整した。(1)前述のノニオン界面活性剤水溶液40mlをさらにキャリアが入っているビーカーに入れ、3分間ガラス棒で攪拌した後、再び該別のビーカーへ液を移した。続けて、(1)の作業を3回繰り返した。
ろ紙をmg単位まで正確に測定し、これをXmgとした。このろ紙を用い、前述の該別のビーカーに移された0.1%のノニオン界面活性剤水溶液をろ過して、ノニオン界面活性剤水溶液中の不純物をろ過した。ろ紙を乾燥機(50℃)に入れ12時間そのまま放置した。12時間後乾燥機から取り出し、25℃に冷却してこのろ紙の重量をmg単位で正確に測定した。これをYmgとした。
被覆樹脂層の剥がれ量は以下の式によって測定した。
被覆樹脂層の剥がれ量(ppm)=(Y−X)/(キャリア重量)
−芯材−
次に、本発明のキャリアを構成する構成材料や、キャリアのその他の諸特性について以下に説明する。
本発明のキャリアに用いられる芯材としては特に限定されるものではなく、公知のキャリア用の芯材が利用できる。例えば、鉄、鋼、ニッケル、コバルト等の磁性金属、これらとマンガン、クロム、希土類等との合金、及びフェライト、マグネタイト等の磁性酸化物等があげられるが、磁気ブラシ法を用いる観点からは磁性キャリアであることが望ましい。本発明に好適に用いられる芯材としては、表面均一化が容易で帯電性が安定するため、フェライト粒子が好ましい。
芯材は、造粒、焼結により形成されるが、前処理として、微細に粉砕することが好ましい。粉砕方法は特に問わず、公知の粉砕方法に従って粉砕等することができ、具体的には例えば、乳鉢、ボールミル、ジェットミル等を挙げる事ができる。前処理での最終的な粉砕状態は、材質等によって異なるが、体積平均粒径が2μm以上10μm以下であることが好ましい。2μm未満では、所望の粒径を得ることができない場合があり、10μmを超えると、粒径が大きくなり過ぎるか、あるいは円形度が小さくなってしまう場合がある。
また、焼結温度は従来の場合よりも低く抑えることが好ましく、具体的には、用いる材質によって異なるが、500℃以上1200℃以下が好適であり、600℃以上1000℃以下がより好適である。焼結温度が500℃未満であると、キャリアとして必要な磁力が得られない場合があり、1200℃を超えると、結晶成長が速く、内部構造の不均一化が起こりやすくなり、クラック、ひびが入りやすくなる。
焼結温度を低く抑えるために、焼結工程では、仮焼結を段階的に行うことが好ましい。そのため、全体の焼結にかける時間は長くすることが好ましい。
芯材の体積平均粒子径は、10μm以上500μm以下が好ましく、30μm以上150μm以下がより好ましく、30μm以上100μm以下が更に好ましい。芯材の体積平均粒径が10μm未満であると、静電荷像現像用現像剤に用いた場合にトナー・キャリア間の付着力が高くなり、トナーの現像量が減少する場合がある。一方、500μmを超えると、磁気ブラシが荒くなり、きめ細かい画像が形成され難くなる場合がある。
芯材の磁力は、3000エルステッドにおける飽和磁化が50emu/g以上であることが好ましく、60emu/g以上がより好ましい。飽和磁化が50emu/gより弱いとキャリアがトナーと共に、感光体上に現像されてしまう場合がある。
磁気特性の測定としての装置は振動試料型磁気測定装置VSMP10−15(東英工業社製)を用いる。測定試料は内径7mm、高さ5mmのセルに詰めて前記装置にセットする。測定は印加磁場を加え、最大3000エルステッドまで掃引する。ついで、印加磁場を減少させ、記録紙上にヒステリシスカーブを作製する。カーブのデータより、飽和磁化、残留磁化、保持力を求める。本発明においては、飽和磁化は3000エルステッドの磁場において測定された磁化を示す。
芯材の体積電気抵抗(体積抵抗率)は、10Ω・cm以上109.5Ω・cm以下の範囲であることが好ましく、10Ω・cm以上10Ω・cm以下の範囲であることがより好ましい。体積電気抵抗が10Ω・cmより小さいと、繰り返し複写によって、現像剤中のトナー濃度が減少した際に、キャリアへ電荷が注入され、キャリア自体が現像されてしまう可能性がある。一方、体積電気抵抗が109.5Ω・cmより大きくなると、際立ったエッジ効果や擬似輪郭等、画質に悪影響を及ぼす場合がある。
上記芯材の体積電気抵抗(Ω・cm)は以下のように測定する。なお、測定環境は、温度20℃、湿度50%RHとする。
20cm2の電極板を配した円形の治具の表面に、測定対象物を1〜3mm程度の厚さになるように平坦に載せ、層を形成する。この上に前記同様の20cm2の電極板を載せ層を挟み込む。測定対象物間の空隙をなくすため、層上に配置した電極板の上に4kgの荷重をかけてから層の厚み(cm)を測定する。層の上下の両電極には、エレクトロメーターおよび高圧電源発生装置に接続されている。両電極に電界が103.8V/cmとなるように高電圧を印加し、このとき流れた電流値(A)を読み取ることにより、測定対象物の体積電気抵抗(Ω・cm)を計算する。測定対象物の体積電気抵抗(Ω・cm)の計算式は、下記式(1)に示す通りである。
・式(1) R=E×20/(I−I0)/L
上記式中、Rは測定対象物の体積電気抵抗(Ω・cm)、Eは印加電圧(V)、Iは電流値(A)、I0は印加電圧0Vにおける電流値(A)、Lは層の厚み(cm)をそれぞれ表す。また、20の係数は、電極板の面積(cm2)を表す。
−被覆樹脂層−
本発明のキャリアを構成する被覆樹脂層は、上記の通り、「脂環基を有する熱可塑性樹脂」を含む。「脂環基を有する熱可塑性樹脂」は、脂環基および熱可塑性を有していれば特に制限は無く、目的に応じて選択することができる。また「脂環基を有する熱可塑性樹脂」は、結果として得られた樹脂に熱可塑性があれば、「脂環基を有するモノマー」の単独重合体であっても良いし、「脂環基を有するモノマー」と「その他のモノマー」との共重合体であっても良い。
「脂環基を有するモノマー」としては、具体的には例えば、シクロプロピルアクリレート、シクロブチルアクリレート、シクロペンチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、シクロプロピルメタクリレート、シクロブチルメタクリレート、シクロペンチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、およびこれらの誘導体などの脂環基含有アクリル系モノマー;ノルボルネン樹脂を構成するモノマー;ポリカーボネート樹脂を構成するモノマー;脂環基を有するポリエステル樹脂を構成するモノマー;シクロヘキサンジメタノール;シクロヘキサンジカルボン酸;ビスフェノールZ;などが挙げられるが、その中でも特に脂環基含有アクリル系モノマーが好ましく、さらにその中でも特にシクロヘキシルメタクリレートが分子構造的に安定であるため好ましい。
「その他のモノマー」としては、具体的には例えば、ジメチルアミノエチルメタクリレート、メチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノブチルメタクリレート 等のアミノ基含有アクリル系モノマーやそれらの誘導体等を含む窒素含有アクリル系モノマー;その他のアクリル系モノマー;ポリエチレン及びポリプロピレンなどのオレフィン樹脂を構成するモノマー;ポリスチレン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル及びポリビニルケトン等のポリビニル系樹脂及びポリビニリデン系樹脂を構成するモノマー;オルガノシロキサン結合からなるストレートシリコーン樹脂またはその変性品を構成するモノマー;ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素系樹脂を構成するモノマー;ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、尿素-ホルムアルデヒド樹脂(ユリア樹脂)、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ポリアミド樹脂等のアミノ樹脂を構成するモノマー;エポキシ樹脂を構成するモノマー;等のそれ自体の公知の樹脂を構成するモノマーが挙げられる。その中でも特に、窒素含有アクリル系モノマーが好ましい。キャリアが電荷を保持しやすくなるからである。さらにその中でも特に、アミノ基含有アクリル系モノマーがより好ましく、ジメチルアミノメタクリレートがさらに好ましい。
「脂環基を有するモノマー」と「その他のモノマー」との共重合体を合成する場合における共重合比(モル比)としては、「脂環基を有するモノマー」/「その他のモノマー」が、20/80〜80/20の範囲内であることが好ましく、60/40〜40/60の範囲内であることがより好ましい。
「その他のモノマー」に対して「脂環基を有するモノマー」の割合が多すぎて上記範囲を外れる場合には、脂環基同士の立体障害等により樹脂披覆が悪化し、キャリア表面から剥離しやすい場合があり、「その他のモノマー」に対して「脂環基を有するモノマー」の割合が少なすぎて上記範囲を外れる場合には、環境安定性に劣る場合がある。
また、被覆樹脂は、「脂環基を有するモノマー」を用いて合成された樹脂(「脂環基を有するモノマー」のみを用いて合成された重合体及び/または「脂環基を有するモノマー」と「その他のモノマー」との共重合体)と、「脂環基を有するモノマー」を用いずに合成された樹脂との混合樹脂を用いることもできるが、この場合、混合樹脂中に占める「脂環基を有するモノマー」を用いて合成された樹脂の割合が20重量%以上であることが好ましく、30重量%以上であることが好ましく、100重量%に近ければ近いほど好ましい。混合樹脂中に占める「脂環基を有するモノマー」を用いて合成された樹脂の割合が20重量%未満の場合には、被覆樹脂中に含まれる脂環基が少なすぎるために、キャリア表面の疎水性が低下し、温度や湿度等の変化に対する環境依存性
が大きくなる場合がある。
なお、共重合体におけるモノマーの組み合わせは、特に限定されるものではないが、シクロヘキシルメタクリレートと窒素含有アクリル系モノマーが好ましく、シクロヘキシルメタクリレートとジメチルアミノエチルメタクリレートがより好ましい。この組み合わせにより、被覆樹脂層の芯材への密着性の向上と共に、環境依存性を少なく抑えつつ、帯電性も向上させることができる。加えて、上記特定の芯材を適用することで、シクロヘキシルメタクリレートと窒素含有アクリル系モノマーとをモノマー成分として含む共重合体が芯材内部に入り込まないようにすることができるため、特に環境依存性を更に向上させることができる。
また、シクロヘキシルメタクリレートと窒素含有アクリル系モノマー(特に、ジメチルアミノエチルメタクリレート)の共重合体における重合比は、共重合体の重合に用いた全モノマーに占める窒素含有アクリル系モノマーの含有量(モル比)が、20モル%以上80モル%以下であることが最も好ましい。
被覆樹脂層には、抵抗を制御するためなどの目的で、必要に応じて導電粉を含んでも良い。
導電粉として具体的には例えば、金、銀、銅等の金属粒子;カーボンブラック;ケッチェンブラック;アセチレンブラック;酸化チタン、酸化亜鉛等の体積抵抗率が10Ω・cm〜1012Ω・cmの範囲内の半導電性酸化物粒子(;酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム粉末等の表面を酸化スズ、カーボンブラック、金属等で覆った粒子;などが挙げられる。
これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
導電粉としては、製造安定性、コスト、導電性等が良好である点で、カーボンブラック粒子が好ましい。
カーボンブラックの種類としては、特に制限はないが、DBP吸油量が50〜250ml/100g程度であるカーボンブラックが、製造安定性に優れて好ましい。
導電粉の体積平均粒子径は、0.5μm以下のものが好ましく、0.05μm以上0.5μm以下の範囲内がより好ましく、0.05μm以上0.35μm以下の範囲内が更に好ましい。体積平均粒子径が0.05μmより小さいと、逆に導電粉の凝集性が悪化しキャリア粒子間の体積抵抗に差を生じやすくなり、体積平均粒子径が0.5μmより大きいと、導電粉が被覆樹脂層から脱落しやすく、安定した帯電性が得られなくなる可能性がある。
導電粉の体積平均粒子径は、レーザー回析式粒度分布測定装置(LA−700:堀場製作所製)を用いて測定する。
測定法としては、界面活性剤、好適にはアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの5%水溶液50ml中に測定試料を2g加え、超音波分散機(1,000Hz)にて2分間分散して、試料を作製し、測定する。
得られたチャンネルごとの体積平均粒子径を、体積平均粒子径の小さい方から累積し、累積50%になったところを体積平均粒子径とする。
導電粉の体積電気抵抗は、10Ω・cm以上1011Ω・cm以下であることが好ましく、10Ω・cm以上10Ω・cm以下がより好ましい。
また導電粉の体積電気抵抗は、芯材の体積電気抵抗と同様にして測定する。
導電粉の含有量は、被覆樹脂層全体に対し、0.05質量%以上1.5質量%以下が好ましく、0.10質量%以上1.0質量%以下がより好ましい。含有量が1.5質量%より大きいと、キャリア抵抗の低下を招き、現像像へのキャリア付着などにより画像欠損を引き起こす場合がある。一方、含有量が0.05質量%より小さいと、キャリアが絶縁化され、現像時、キャリアが現像電極として働きにくくなり、特に黒のベタ画像を形成した際にエッジ効果が出る等、ソリッド画像の再現性が劣る場合がある。
また被覆樹脂層は、他に樹脂粒子を含有しても良い。樹脂粒子としては、例えば、熱可塑性樹脂粒子、熱硬化性樹脂粒子等があげられる。これらの中でも、比較的硬度を上げることが容易な観点から熱硬化性樹脂が好ましく、トナーに負帯電性を付与する観点からは、N原子を含有する含窒素樹脂による樹脂粒子が好ましい。なお、これらの樹脂粒子は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
樹脂粒子の体積平均粒子径としては、例えば、0.1μm以上2.0μm以下が好ましく、0.2μm以上1.0μm以下がより好ましい。樹脂粒子の平均粒径が0.1μm未満であると、被覆樹脂層における樹脂粒子の分散性が非常に悪くなる可能性があり、一方、2.0μmを越えると、被覆樹脂層から樹脂粒子の脱落が生じ易く、本来の効果を発揮しなくなることがある。
樹脂粒子の体積平均粒子径は、導電粉の体積平均粒子径と同様な測定を行うことによって求めることができる。
樹脂粒子の含有量は、被覆樹脂層全体に対し、1容量%以上50容量%以下であることが好ましく、1容量%以上30容量%以下がより好ましく、1容量%以上20容量%以下が更に好ましい。樹脂粒子の含有率が1容量%よりも少ないと、樹脂粒子の効果が発現しない場合があり、50容量%を超えると、被覆樹脂層からの脱落が生じ易く、安定した帯電性が得られない場合がある。
被覆樹脂層を芯材表面に形成する方法としては、特に制限はないが、例えば、導電粉と、脂環基含有アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等と、を溶剤中に含む被膜形成用液を用いる方法などが挙げられる。
例えば、芯材を被膜形成用液に浸漬する浸漬法、被膜形成用液を芯材の表面に噴霧するスプレー法、芯材を流動エアーにより浮遊させた状態で被膜形成用液と混合し溶剤を除去するニーダーコーター法、等が挙げられる。これらの中でも、ニーダーコーター法が好ましい。
被膜形成用液に用いる溶剤としては、樹脂のみを溶解することが可能なものであれば、特に制限はなく、それ自体公知の溶剤の中から選択することができる。具体的には例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;などが挙げられる。
被覆樹脂層中に樹脂粒子が分散されている場合において、その厚み方向及びキャリア表面の接線方向に、樹脂粒子が均一に分散しているため、キャリアを長期間使用して被覆樹脂層が摩耗したとしても、常に未使用時と同様な表面形成を保持でき、トナーに対し、良好な帯電付与能力を長期間にわたって維持することができる。
また、被膜樹脂層に導電粉が分散されている場合においては、その厚み方向及びキャリア表面の接線方向に、導電粉が均一に分散しているため、キャリアを長期間使用して被膜樹脂層が摩耗したとしても、常に未使用時と同様な表面形成を保持でき、キャリア劣化を長期間防止することができる。
なお、被膜樹脂層に樹脂粒子と導電粉とが分散されている場合において、上述の効果を同時に奏する事ができる。
また被覆樹脂層は、単層に限られず、2層以上の構成であってもよい。
本発明のキャリア中における被覆樹脂層の全含有量は、芯材100重量部に対し、0.5重量部以上10重量部以下の範囲が好ましく、1重量部以上5重量部以下がより好ましく、1重量部以上3重量部以下が更に好ましい。被覆樹脂層の含有量が0.5重量部より少ないと、芯材粒子の表面露出が多すぎるため、現像電界が注入しやすくなる可能性がある。また被覆樹脂層の含有量が10重量部より大きいと、被覆樹脂層から遊離する樹脂粉が多くなり、初期から現像剤中に剥がれたキャリア樹脂粉が含有されるようになってしまう可能性がある。
被覆樹脂層による芯材表面の被覆率は95%以上であることが好ましく、98%以上であることがより好ましく、100%に近ければ近いほど好ましい。被覆率が95%未満の場合には、長期に渡って使用した場合にキャリアへの電荷注入が発生し、電荷注入が起こったキャリアが感光体上へ移行し、画像上に白抜けが発生してしまう場合がある。
なお、被覆樹脂層の被覆率は、XPS測定(X線光電子分光測定)により求めることができる。XPS測定装置としては、日本電子製、JPS80を使用し、測定は、X線源としてMgKα線を用い、加速電圧を10kV、エミッション電流を20mVに設定して実施し、被覆樹脂層を構成する主たる元素(通常は炭素)と、芯材を構成する主たる元素(例えば芯材がマグネタイトなどの酸化鉄系材料の場合は鉄および酸素)とについて測定する(以下、芯材が、酸化鉄系である場合を前提に説明する)。ここで、炭素についてはC1sスペクトルを、鉄についてはFe2p3/2スペクトルを、酸素についてはO1sスペクトルを測定する。
これらの各々の元素のスペクトルに基づいて、炭素、酸素、鉄の元素個数(A+A+AFe)を求めて、得られた炭素、酸素、鉄の元素個数比率より下記式(2)に基づいて、芯材単体、および、芯材を被覆樹脂層で被覆した後(キャリア)の鉄量率を求め、続いて、下記式(3)により被覆率を求めた。
・式(2)
鉄量率(atomic%)=AFe/(A+A+AFe)×100
・式(3)
被覆率(%)={1−(キャリアの鉄量率)/(芯材単体の鉄量率)}×100
なお、芯材として、酸化鉄系以外の材料を用いる場合には、酸素の他に芯材を構成する金属元素のスペクトルを測定し、上述の式(2)や式(3)に準じて同様の計算を行えば被覆率を求めることができる。
各被覆樹脂層の平均膜厚は、0.1μm以上10μm以下であることが好ましく、0.1μm以上〜3.0μm以下がより好ましく、0.1μm以上〜1.0μm以下が更に好ましい。被覆樹脂層の平均膜厚が0.1μmよりも薄いと、長時間使用時に被覆樹脂層剥離による抵抗低下が発生したり、キャリアの粉砕を充分に制御し難くなる場合がある。一方、被覆樹脂層の平均膜厚が10μmを超えると、飽和帯電量に達するまでの時間がかかる場合がある。
被覆樹脂層の平均膜厚(μm)は、芯材の真比重をρ(無次元)、芯材の体積平均粒子径をd(μm)、被覆樹脂層の平均比重をρ、芯材100重量部に対する被覆樹脂層の全含有量をW(重量部)とすると、下記式(4)以下のようにして求めることができる。
・式(4)
平均膜厚(μm)=[キャリア1個当たりの被覆樹脂量(導電粉等の添加物もすべて含む)/キャリア1個当たりの表面積]÷被覆樹脂層の平均比重
=[4/3π・(d/2)・ρ・W]/[4π・(d/2)]÷ρ
=(1/6)・(d・ρ・W/ρ
<キャリアの特性>
キャリアの重量平均粒子径は、15μm以上50μm以下が好ましく、25μm以上40μm以下がより好まし。キャリアの重量平均粒子径が15μmより小さいと、キャリア汚染が悪化する可能性がある。またキャリアの重量平均粒子径が50μmより大きいと、攪拌によるトナー劣化が顕著となる可能性がある。
キャリアの重量平均粒子径は、コールターマルチサイザーII(ベックマン−コールター社製)を用いて測定する。電解液としては、ISOTON−II(ベックマン−コールター社製)を使用する。
具体的な測定法としては、分散剤として界面活性剤、好適にはアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの5%水溶液2ml中に、測定試料を0.5〜50mg加え、これを前記電解液100〜150ml中に添加する。この測定試料を懸濁させた電解液を超音波分散器で1分間分散処理を行い、前記コールターマルチサイザーII型により、アパーチャー径が100μmのアパーチャーを用いて、粒径が2.0〜60μmの範囲の粒子の粒度分布を測定する。測定する粒子数は50,000である。
測定された粒度分布を、分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、重量について小径側から累積分布を描き、累積50%となる粒径を重量平均粒子径と定義する。
また、キャリアの形状係数SF1は、120以上145以下であることが好ましい。高画質とクリーニング性を両立するためである。
なお、キャリアの形状係数SF1は、下記式(5)により求められる値を意味する。
・式(5) SF1=100π×(ML)/(4×A)
ここで、MLはキャリア粒子の最大長、Aはキャリア粒子の投影面積である。なお、キャリア粒子の最大長と投影面積は、スライドガラス上にサンプリングしたキャリア粒子を光学顕微鏡により観察し、ビデオカメラを通じて画像解析装置(LUZEX III、NIRECO社製)に取り込んで、画像解析を行うことにより求めたものである。この際のサンプリング数は100個以上で、その平均値を用いて、式(5)に示す形状係数を求める。
キャリアの飽和磁化は、40emu/g以上であることが好ましく、50emu/g以上であることがより好ましい。
磁気特性の測定としての装置は振動試料型磁気測定装置VSMP10−15(東英工業社製)を用いる。測定試料は内径7mm、高さ5mmのセルに詰めて前記装置にセットする。測定は印加磁場を加え、最大1000エルステッドまで掃引する。ついで、印加磁場を減少させ、記録紙上にヒステリシスカーブを作製する。カーブのデータより、飽和磁化、残留磁化、保持力を求める。本発明においては、飽和磁化は1000エルステッドの磁場において測定された磁化を示す。
キャリアの体積電気抵抗は、1×10Ω・cm以上1×1015Ω・cm以下の範囲に制御されることが好ましく、1×10Ω・cm以上1×1014Ω・cm以下の範囲であることがより好ましく、1×10Ω・cm以上1×1013Ω・cm以下の範囲であることがさらに好ましい。
キャリアの体積電気抵抗が1×1015Ω・cmを超える場合、高抵抗になり、現像時に現像電極として働きにくくなるため、特にベタ画像部でエッジ効果が出るなど、ソリッド再現性が低下する場合がある。一方、1×10Ω・cm未満の場合、低抵抗になるため、現像剤中のトナー濃度が低下した時に現像ロールからキャリアへ電荷が注入し、キャリア自体が現像されてしまう不具合が発生しやすくなる場合がある。
またキャリアの体積電気抵抗は、芯材の体積電気抵抗と同様にして測定を行う。
(静電荷像現像用現像剤)
本発明の静電荷像現像用現像剤(以下、「現像剤」と略す場合がある)は、トナーと、キャリアとを少なくとも含み、キャリアとして本発明のキャリアが用いられるものである。
トナーとしては、特に制限はなく、公知のトナーを用いることができる。トナーとしては、代表的には、結着樹脂と着色剤とを含む着色トナーを挙げることができるが、着色剤の代わりに赤外線吸収剤を用いた赤外線吸収トナーなどを用いることも可能である。また、これらの成分に加えて、必要に応じて離型剤や各種の内添剤、外添剤等のその他の成分を更に添加することもできる。
また、本発明の現像剤には、粒子状の添加剤が含まれ、この添加剤の体積平均粒径が200nm以上7μm以下の範囲内であることが好ましく、300nm以上2μm以下の範囲内であることがより好ましい。この粒子状の添加剤の存在は、本来であればキャリアの被覆樹脂層を剥がれやすくしてしまうが、本発明の現像剤では、本発明のキャリアを用いているためキャリアの被覆樹脂層の剥離を抑制して、長期に渡り高画質の画像を安定的に形成することができる。
ここで、粒子状の添加剤とは、キャリアおよびトナー(トナー粒子本体)以外の成分を意味し、好適には、後述するトナー粒子表面に外添処理される無機酸化物粒子が挙げられ、特に、体積平均粒径が200nm以上7μm以下のいわゆる研磨剤として利用されるシリカ、酸化セリウム等の無機酸化物粒子が好適である。
なお、粒子状の添加剤の体積平均粒径の測定は、導電粉の体積平均粒径の測定と同様にして行うことができる。
次に、本発明の現像剤に用いられるトナーについてより詳細に説明する。
トナーの結着樹脂としては、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソプレン等のモノオレフィン;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル;アクリル酸メチル、アクリル酸フェニル、アクリル酸オクチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ドデシル等のα-メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類;等の単独重合体又は共重合体等が挙げられる。これらの中でも特に代表的な結着樹脂としては、例えばポリスチレン、スチレン-アクリル酸アルキル共重合体、スチレン-ブタジエン共重合体、スチレン-無水マレイン酸共重合体、ポリスチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。さらに、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、変性ロジン等が挙げられる。
また結晶性の結着樹脂としては、例えば、メチレン基を6以上直鎖状につなげたアルキル基を主鎖に持つ、ノナンジオール、デカンジオール、ドデカンジオール等のジアルコールとデカンニ酸、ドデカンニ酸等のジカルボン酸との縮合により形成されるポリエステル樹脂や、前記メチレン基を6以上直鎖状につなげたアルキル基を側鎖に持つアクリル酸デシル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸ステアリルを重合単位として有する樹脂などが挙げられる。
なお、本発明のキャリアと組み合わせて用いられるトナーとしては、結晶性樹脂を5重量%以上含むトナーが好適である。このトナーは、高温高湿環境下において帯電量が低くなる傾向にあるが、本発明のキャリアと組み合わせて用いることにより帯電量の環境依存性を小さくすることができる。
着色剤としては、特に制限はないが例えば、カーボンブラック、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デユポンオイルレッド、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、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・ブルー15:1、ピグメント・ブルー15:3等が挙げられる。
またトナーは、必要に応じて帯電制御剤を含むことができる。その際、特にカラートナー等に用いる場合には、色調に影響を与えない無色又は淡色の帯電制御剤が好ましい。その帯電制御剤としては、公知のものを使用することができるが、アゾ系金属錯体;サルチル酸もしくはアルキルサルチル酸の金属錯体もしくは金属塩;等を用いることが好ましい。またトナーは、低分子量プロピレン、低分子量ポリエチレン、離型剤等のオフセット防止剤等、その他の公知の成分を含むこともできる。
離型剤は例えば、次のものが挙げられる。パラフィンワックス及びその誘導体、モンタンワックス及びその誘導体、マイクロクリスタリンワックス及びその誘導体、フィッシャートロプシュワックス及びその誘導体、ポリオレフィンワックス及びその誘導体等である。誘導体とは酸化物、ビニルモノマーとの重合体、グラフト変性物を含む。この他に、アルコール、脂肪酸、植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックス、エステルワックス、酸アミド等も利用できる。
またトナーは、内部に無機酸化物粒子を添加しても良い。無機酸化物粒子としては例えば、SiO、TiO、Al、CuO、ZnO、SnO、CeO、Fe、MgO、BaO、CaO、KO、NaO、ZrO2、CaO・SiO、KO・(TiO)n、Al・2SiO、CaCO、MgCO、BaSO、MgSO等を例示することができる。これらのうち、特にシリカ粒子、チタニア粒子が好ましい。酸化物粒子の表面は、必ずしも予め疎水化処理されている必要はないが、疎水化処理されていてもよい。疎水化処理されていると、内部の無機粒子の一部がトナー表面に露出した場合においても、帯電の環境依存性およびキャリア汚染性を、効果的に少なく抑えることができる。
疎水化処理は、疎水化処理剤に無機酸化物を浸漬等することにより行うことができる。疎水化処理剤としては特に制限はないが、例えば、シランカップリング剤、シリコーンオイル、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤等が挙げられる。これらは、一種単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。これらの中でもシランカップリング剤が好適に挙げられる。
シランカップリング剤としては、例えばクロロシラン、アルコキシシラン、シラザン、特殊シリル化剤のいずれかのタイプを使用することも可能である。具体的には、メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、イソブチルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、N,O−(ビストリメチルシリル)アセトアミド、N,N−(トリメチルシリル)ウレア、tert−ブチルジメチルクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシピロピルトリメトキシシラン、β−(3、4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
疎水化処理剤の量としては、無機酸化物粒子の種類等により異なり一概に規定することはできないが、通常無機酸化物粒子100重量部に対して、5〜50重量部程度が好ましい。
またトナーは、無機酸化物粒子をトナー表面に添加する事もできる。トナー表面に添加される無機酸化物粒子としては、SiO、TiO、Al、CuO、ZnO、SnO、CeO、Fe、MgO、BaO、CaO、KO、NaO、ZrO2、CaO・SiO、KO・(TiO)n、Al・2SiO、CaCO、MgCO、BaSO、MgSO等を例示することができる。これらのうち、特にシリカ粒子、チタニア粒子が好ましい。酸化物粒子は、表面が予め疎水化処理されていることが望ましい。この疎水化処理によりトナーの粉体流動性改善のほか、帯電の環境依存性、キャリア汚染性を効果的に少なく抑えることができる。
疎水化処理は、上記と同様に、疎水化処理剤に無機酸化物を浸漬等することにより行うことができる。疎水化処理剤としては特に制限はないが、例えば、シランカップリング剤、シリコーンオイル、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤等が挙げられる。これらは、一種単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。これらの中でもシランカップリング剤が好適に挙げられる。
前記シランカップリング剤としては、例えばクロロシラン、アルコキシシラン、シラザン、特殊シリル化剤のいずれかのタイプを使用することも可能である。具体的にはメチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、イソブチルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、N,O−(ビストリメチルシリル)アセトアミド、N,N−(トリメチルシリル)ウレア、tert−ブチルジメチルクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシピロピルトリメトキシシラン、β−(3、4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
疎水化処理剤の量としては、上記と同様に、無機酸化物粒子の種類等により異なり一概に規定することはできないが、通常無機酸化物粒子100重量部に対して、5〜50重量部程度が好ましい。
トナーの粒度分布については、4μm以下の粒径のトナー粒子が、全トナー粒子数の6〜25個数%であることが好ましく、6〜16個数%がより好ましい。4μm以下の粒径のトナー粒子が6個数%未満であると、微小なドット再現性や粒状性に寄与する粒子が少なく、有効な粒子径であるがゆえに選択的に消費されるため、繰り返し複写を行うと現像に寄与しにくい粒子径のトナーが現像機中へ滞留してしまうため、次第に画質が悪化する場合がある。一方、25個数%を越えると、トナーの流動性が悪化するため、現像剤の搬送性が低下し、現像性に悪影響を及ぼす懸念がある。
また、16μm以上の粒径のトナー粒子は、1.0体積%以下であることが好ましい。1.0体積%より大きいと、細線再現性や階調性に悪影響を及ぼすだけでなく、転写時、16μm以上の粗粉トナーがトナー層中に介在することによって、電潜像保持体と転写体の静電的付着状態を妨げる働きをするため、転写効率の低下、ひいては画質の低下を招く恐れがある。
また、トナーの体積平均粒子径が、5〜9μmであることが好ましく、高画質を再現するためには上述した粒度分布の好ましい範囲と両立していることが望ましい。体積平均粒子径5μm未満であると、トナーの流動性が悪化するばかりでなく、キャリアから十分な帯電能を付与されにくくなるため、背景部へのカブリが生じたり、濃度再現性が低下しやすくなったりする場合がある。体積平均粒子径が9μmを越えると、先述したキャリアの特性を十分発揮できず、微細なドットの再現性、階調性、粒状性の改善効果が乏しくなる場合がある。
従って、上述したトナーの粒度分布および体積平均粒子径を有することによって、写真や絵画、パンフレット等の画像面積の大きく、濃度階調がある原稿の繰り返し複写においても微細な静電潜像のドットに対して、忠実な再現性が期待できる。
トナーの粒度分布および体積平均粒子径は、キャリアの体積平均粒子径と同様な測定を行うことにより求められるが、測定された粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、重量について小径側から累積分布を描く代わりに、体積について小径側から累積分布を描き、累積50%となる粒径を体積平均粒子径と定義する。
トナーの製造方法は、一般に使用されている混練粉砕法や湿式造粒法等を利用することができる。ここで、湿式造粒法としては、懸濁重合法、乳化重合法、乳化重合凝集法、ソープフリー乳化重合法、非水分散重合法、in−situ重合法、界面重合法、乳化分散造粒法、凝集・合一法等を用いることができる。
混練粉砕法でトナーを作製するには、結着樹脂、必要に応じて着色剤やその他の添加剤等を、ヘンシェルミキサー、ボールミル等の混合機により充分混合し、加熱ロール、ニーダー、エクストルーダの如き熱混練機を用いて溶融混練して樹脂類を互いに相溶せしめた中に、赤外線吸収剤、酸化防止剤等を分散又は溶解せしめ、冷却固化後粉砕及び分級を行ってトナーを得ることができる。
湿式造粒法によりトナー粒子を作製した場合には、トナー粒子の形状係数は110〜135の範囲であることが好ましい。
ここで上記トナー粒子の形状係数は、キャリアの形状係数SF1と同様にして求められる。
本発明の現像剤における、トナーとキャリアの混合重量比としては、トナー重量/キャリア重量が0.01以上0.3以下が好ましく、0.03以上0.2以下がより好ましい。
本発明の現像剤は、予めトナー像形成手段(現像剤収容容器)内に収容される現像剤としてはもちろんのこと、例えば、トリクル現像方式などに利用される供給用現像剤としても適用することができる。
但し、トリクル現像方式などに利用される供給用現像剤として本発明の現像剤を利用する場合における、トナーとキャリアの混合重量比としては、トナー重量/キャリア重量が2以上が好ましく、3以上が好ましく、5以上が更に好ましい。
(静電荷像現像用現像剤用カートリッジ、画像形成装置、及びプロセスカートリッジ)
次に、本発明の静電荷像現像用現像剤用カートリッジ(以下、「カートリッジ」と略す場合がある)について説明する。本発明のカートリッジは、トナー像形成手段を少なくとも備えた画像形成装置に脱着可能であり、トナー像形成手段に供給するための現像剤を収納し、現像剤が既述した本発明の現像剤であることを特徴とする。
従って、カートリッジの脱着が可能な構成を有する画像形成装置において、本発明の現像剤を収納した本発明のカートリッジを利用することにより、温度や湿度等の環境依存性が少ないとともに、被覆樹脂層が剥離しにくく、長期にわたり安定的に画像形成を行うことができる。
ここで本発明のカートリッジは、特にトリクル現像方式の画像形成装置に用いる場合、本発明の現像剤を収納するカートリッジであっても良いし、トナーを単独で収納するカートリッジと本発明のキャリアを単独で収納するカートリッジとを別体としたものであってもよい。
また、本発明の画像形成装置は、二成分現像剤を利用して画像の形成が可能な電子写真方式の画像形成装置であれば特に限定されないが、具体的には、静電潜像保持体と、該静電潜像保持体表面を帯電する帯電手段と、帯電された前記静電潜像保持体表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像を前記現像剤により現像してトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記トナー像を記録媒体表面に転写する転写手段と、前記記録媒体表面に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を少なくとも備えたものであることが好ましい。但し、現像剤としては本発明の静電荷像現像用現像剤が用いられる。
従って、本発明の現像剤を用いた本発明の画像形成装置を利用することにより、温度や湿度等の環境依存性が少ないとともに、被覆樹脂層が剥離しにくく、長期にわたり安定的に画像形成を行うことができる。
なお、本発明の画像形成装置は、上記の静電潜像保持体と、帯電手段と、静電潜像形成手段と、トナー像形成手段と、転写手段と、定着手段と、を少なくとも含むものであれば特に限定はされないが、その他必要に応じてクリーニング手段や除電手段等を含んでいていても良い。
またトナー像形成手段は、本発明の現像剤を収容するための現像剤収容容器と、現像剤を現像剤収容容器に供給するための現像剤供給手段と、現像剤収容容器内に収容されている現像剤の少なくとも一部を、排出するための現像剤排出手段とを備える構成、すなわち、トリクル現像方式を採用しても良い。
ここで、現像剤収容容器に供給するための現像剤(供給用現像剤)は、トナー・キャリア混合重量比が、トナー重量/キャリア重量≧2であることが好ましく、トナー重量/キャリア重量≧3であることがより好ましく、トナー重量/キャリア重量≧5であることが更に好ましい。
トリクル現像方式を用いる場合、被覆樹脂層が剥離しやすい樹脂被覆キャリアを用いると、もともと現像剤収容容器にある現像剤における被覆樹脂層の剥離が起こるだけでなく、現像剤供給手段から現像剤収容容器に随時供給される現像剤における被覆樹脂層の剥離も起こることとなり、トリクル現像方式を用いない場合に比べて、キャリア樹脂剥がれ粉による影響が大きくなる。
しかし、本発明の現像剤を用いた本発明の画像形成装置を利用すれば、本発明の現像剤における樹脂被覆層が剥離しにくく、トリクル現像方式を用いても上記問題が生じにくいため、環境依存性を少なく抑えつつ、かつ、長期にわたり安定的に画像形成を行うことができる。
本発明のプロセスカートリッジは、画像形成装置に対して脱着可能であり、静電潜像保持体と、本発明の現像剤を収容すると共に前記静電潜像保持体表面に形成された静電潜像に前記現像剤を供給してトナー像を形成するトナー像形成手段とを少なくとも備えたものである。なお、必要に応じて、帯電手段、クリーニング手段、除電手段等から選択される少なくとも一種を備えることが更に好ましい。
したがって、プロセスカートリッジの脱着が可能な構成を有する画像形成装置において、本発明の現像剤を収容した本発明のプロセスカートリッジを利用することにより、温度や湿度等の環境依存性が少ないとともに、被覆樹脂層が剥離しにくく、長期にわたり安定的に画像形成を行うことができる。
また、本発明の画像形成装置やプロセスカートリッジを構成するトナー像形成手段は、通常、静電潜像保持体表面に現像剤を供給する現像剤保持体を少なくとも有しており、この現像剤保持体が回転しながら静電潜像保持体表面に現像剤を供給する筒状部材である。
ここで、現像剤を供給する際の現像剤保持体の周速としては400mm/s以上であることが好ましく、450mm/s以上であることがより好ましい。現像剤保持体の周速が400mm/s以上の高速域では、本発明の画像形成装置や、本発明のプロセスカートリッジを取り付けた画像形成装置では、高速な画像形成が可能である反面、画像形成時に現像剤に加わる機械的ストレスも大きくなるため、被覆樹脂層の剥離が起こりやすくなる。
しかし、本発明の画像形成装置やプロセスカートリッジでは、被覆樹脂層の剥離が起こりにくい本発明の現像剤を用いているため、長期に渡って高速な画像形成を行っても、被覆樹脂層の剥離を抑制して、高画質画像を長期に渡って安定的に形成することができる。
なお、現像剤保持体の周速の上限は特に限定されないが、実用上は1500mm/s以下であることが好ましく、1200mm/s以下であることがより好ましい。
以下、本発明のカートリッジ、画像形成装置、及びプロセスカートリッジの具体例について、図面を用いて具体的に説明する。
図1は、本発明の画像形成装置の好適な一実施形態(第一実施形態)の基本構成を概略的に示す断面図である。図1に示す画像形成装置は、本発明のカートリッジを備えた構成となっている。
図1に示す画像形成装置10は、静電潜像保持体12、帯電手段14、静電潜像形成手段16、トナー像形成手段18、転写手段20、クリーニング手段22、除電手段24、定着手段26、カートリッジ28を備える。
なお、トナー像形成手段18中およびカートリッジ28中に収納される現像剤は、本発明の現像剤である。
また図1は便宜上、本発明の現像剤を収納したトナー像形成手段18およびカートリッジ28を一つずつ備えた構成のみを図示しているが、例えばカラー画像形成装置の場合などは、画像形成装置に応じた数のトナー像形成手段18およびカートリッジ28を備えた構成をとることも可能である。
図1示す画像形成装置は、カートリッジ28の着脱が可能な構成を有する画像形成装置であり、カートリッジ28は、現像剤供給管30を通してトナー像形成手段18に接続されている。よって画像形成を行う際は、カートリッジ28の中に収納されている本発明の現像剤が、現像剤供給菅30を通してトナー像形成手段18に供給されることにより、長期間にわたり、本発明の現像剤を用いた画像を形成することができる。また、カートリッジ28の中に収納されている現像剤が少なくなった場合には、このカートリッジ28を交換することができる。
静電潜像保持体12の周囲には、静電潜像保持体12の回転方向(矢印A方向)に沿って順に、静電潜像保持体12表面を帯電させる帯電手段14、画像情報に応じて静電潜像保持体12表面に静電潜像を形成させる静電潜像形成手段16、形成された静電潜像に本発明の現像剤を供給するトナー像形成手段18、静電潜像保持体12表面に接触し静電潜像保持体12の矢印A方向への回転に伴い矢印B方向に従動回転することができるドラム状の転写手段20、静電潜像保持体12表面に接触するクリーニング装置22、静電潜像保持体12表面を除電する除電手段24が配置されている。
静電潜像保持体12と転写手段20との間隙は、矢印C方向と反対側から不図示の搬送手段により矢印C方向に搬送される記録媒体50が挿通可能である。静電潜像保持体12の矢印C方向側には加熱源(不図示)を内蔵した定着手段26が配置され、定着手段26には圧接部32が設けられている。また、静電潜像保持体12と転写手段20との間隙を通過した記録媒体50は、この圧接部32を矢印C方向へと挿通可能である。
電潜像保持体12としては、例えば感光体または誘電記録体等が使用できる。
感光体としては例えば、単層構造の感光体または多層構造の感光体等を用いることができる。また感光体の材質としては、セレンやアモルファスシリコン等の無機感光体や、有機感光体等が考えられる。
帯電手段14としては、例えば、導電性または半導電性のローラー、ブラシ、フィルム、ゴムブレード等を用いた接触帯電装置、コロナ放電を利用したコロトロン帯電やスコロトロン帯電などの非接触型の帯電装置等、公知の手段を使用することができる。
静電潜像形成手段16としては、例えば、露光手段の他に、トナー像を記録媒体表面の所望の位置に形成しうる信号を形成できる、従来公知のいずれの手段を使うこともできる。
露光手段としては、例えば、半導体レーザー及び走査装置の組み合わせ、光学系からなるレーザー走査書き込み装置、あるいは、LEDヘッドなど、従来公知の露光手段を使用することができる。均一で、解像度の高い露光像を作るという好ましい態様を実現させるためには、レーザー走査書き込み装置またはLEDヘッドを使うことが好ましい。
転写手段20としては、具体的には例えば、電圧を印加した導電性または半導電性のローラー、ブラシ、フィルム、ゴムブレード等を用いて、電潜像保持体12と記録媒体50との間に電界を作り、帯電したトナーの粒子からなるトナー像を転写する手段や、コロナ放電を利用したコロトロン帯電器やスコロトロン帯電器などで記録媒体50の裏面をコロナ帯電して、帯電したトナーの粒子からなるトナー像を転写する手段など、従来公知の手段を使用することができる。
また転写手段20として、二次転写手段を用いることもできる。すなわち、図示しないが二次転写手段は、トナー像を一旦中間転写体に転写した後、中間転写体から記録媒体50にトナー像を二次転写する手段である。
クリーニング手段22としては例えば、クリーニングブレード、クリーニングブラシなどが挙げられる。
除電手段24としては例えば、タングステンランプ、LEDなどが挙げられる。
定着手段26としては、例えば加熱ロールと加圧ロールとからなる加熱加圧によりトナー像を定着する熱定着器や、フラッシュランプ等による光照射によりトナー像を加熱して定着する光定着器などが利用できる。
加熱ロールまたは加圧ロール等のロール表面を形成する材料は、トナーを付着させない目的で、例えばトナーに対して離型性の優れた材料、シリコンゴムやフッ素系樹脂などであることが好ましい。この際、シリコーンオイル等の離型性液体を、ロール両面に塗布しないことが望ましい。離型性液体は、定着ラチチュードを広くすることに対しては有効であるが、定着される記録媒体に転移する為、画像形成された印刷物にベトツキが生じ、テープを貼れないことやマジックで文字を書き加えられないこと等の問題が生じる可能性がある。この問題は、記録媒体としてOHPなどのフィルムを用いると顕著となる場合がある。また離型性液体は、定着画像表面の荒さをスムーズにすることが困難であるため、記録媒体としてOHPフィルムを用いる場合に特に重要となる画像透明性が低下する要因にもなる場合がある。しかし、トナーにワックス(オフセット防止剤)を含む場合には、十分な定着ラチチュードを示すので、定着ロールに塗布されるシリコーンオイル等の離型性液体は必要無い。
記録媒体50としては、特に制限はなく、普通紙や光沢紙等をはじめとする従来公知のものが利用できる。また記録媒体は、基材と基材上に形成された受像層を有するものを利用することもできる。
次に、画像形成装置10を用いた画像形成について説明する。まず、静電潜像保持体12の矢印A方向への回転に伴い、帯電手段14により静電潜像保持体12表面を帯電し、帯電された静電潜像保持体12表面に静電潜像形成手段16により画像情報に応じた静電潜像を形成し、この静電潜像が形成された静電潜像保持体12表面に、静電潜像の色情報に応じてトナー像形成手段18から本発明の現像剤Pを供給することによりトナー像を形成する。
次に、静電潜像保持体12表面に形成されたトナー像は、静電潜像保持体12の矢印A方向への回転に伴い、静電潜像保持体12と転写手段20との接触部に移動する。この際、接触部を、記録媒体50が、不図示の用紙搬送ロールにより矢印C方向に挿通され、静電潜像保持体12と転写手段20との間に印加された電圧により、静電潜像保持体12表面に形成されたトナー像が接触部にて記録媒体50表面に転写される。
トナー像を転写手段20に転写した後の静電潜像保持体12の表面は、クリーニング手段22のクリーニングブレードによって残留しているトナーが除去され、除電手段24により除電される。
このようにしてトナー像がその表面に転写された記録媒体50は、定着手段26の圧接部32に搬送され、圧接部32を通過する際に、内蔵された加熱源(不図示)によってその圧接部32の表面が加熱された定着手段26によって加熱される。この際、トナー像が記録媒体50表面に定着されることにより画像が形成される。
図2は、本発明の画像形成装置の他の好適な一実施形態(第二実施形態)の基本構成を概略的に示す断面図である。図2に示す画像形成装置は、本発明の現像剤(供給用現像剤)を、トナー像形成手段内にある現像剤収容容器へ現像剤供給手段により供給すると共に、現像剤収容容器に収容されている現像剤の少なくとも一部を、現像剤排出手段により排出する、トリクル現像方式を採用した構成となっている。
画像形成装置100は、図2に示すように、矢印aで示すように、時計回り方向に回転する静電潜像保持体110と、静電潜像保持体110の上方に、静電潜像保持体110に相対して設けられ、静電潜像保持体110の表面を負に帯電させる帯電手段120と、帯電手段120により帯電した静電潜像保持体110の表面に、現像剤(トナー)で形成しようとする画像を書き込んで静電潜像を形成する静電潜像形成手段130と、静電潜像形成手段130の下流側に設けられ、静電潜像形成手段130で形成された静電潜像にトナーを付着させて静電潜像保持体110の表面にトナー像を形成するトナー像形成手段140と、静電潜像保持体110に接触しつつ矢印bで示す方向に走行するとともに、静電潜像保持体110の表面に形成されたトナー像を転写するエンドレスベルト状の中間転写ベルト150と、中間転写ベルト150にトナー像を転写した後の静電潜像保持体110の表面を除電して、表面に残った転写残トナーを除去し易くする除電手段160と、静電潜像保持体110の表面を清掃して前記転写残トナーを除去するクリーニング手段170とを備える。
帯電手段120、静電潜像形成手段130、トナー像形成手段140、中間転写ベルト150、除電手段160、及びクリーニング手段170は、静電潜像保持体110を囲む円周上に、時計周り方向に配設されている。
中間転写ベルト150は、内側から、張架ローラ150A、150B、バックアップローラ150C、及び駆動ローラ150Dによって緊張され、保持されるとともに、駆動ローラ150Dの回転に伴い矢印bの方向に駆動される。中間転写ベルト150の内側における静電潜像保持体110に相対する位置には、中間転写ベルト150を正に帯電させて中間転写ベルト150の外側の面に静電潜像保持体110上のトナーを吸着させる1次転写ローラ151が設けられている。中間転写ベルト150の下方における外側には、記録媒体Pを正に帯電させて中間転写ベルト150に押圧することにより、中間転写ベルト150に形成されたトナー像を記録媒体P上に転写する2次転写ローラ152がバックアップローラ150Cに対向して設けられている。
中間転写ベルト150の下方には、さらに、2次転写ローラ152に記録媒体Pを供給する記録媒体供給装置153と、2次転写ローラ152においてトナー像が形成された記録媒体Pを搬送しつつ、前記トナー像を定着させる定着手段180とが設けられている。
記録媒体供給装置153は、1対の搬送ローラ153Aと、搬送ローラ153Aで搬送される記録媒体Pを2次転写ローラ152に向かって誘導する誘導スロープ153Bと、を備える。一方、定着手段180は、2次転写ローラ152によってトナー像が転写された記録媒体Pを加熱・押圧することにより、前記トナー像の定着を行う1対の熱ローラである定着ローラ181と、定着ローラ181に向かって記録媒体Pを搬送する搬送コンベア182とを有する。
記録媒体Pは、記録媒体供給装置153と2次転写ローラ152と定着手段180とにより、矢印cで示す方向に搬送される。
中間転写ベルト150を挟んで駆動ローラ150Dに対向配置されるように、2次転写ローラ152において記録媒体Pにトナー像を転写した後に中間転写ベルト150に残ったトナーを除去するクリーニングブレードを有する中間転写体クリーニング手段154が設けられている。
以下、トナー像形成手段140について詳細に説明する。トナー像形成手段140は、現像領域で静電潜像保持体110に対向して配置されており、例えば、負(−)極性に帯電するトナー及び正(+)極性に帯電するキャリアからなる2成分現像剤を収容する現像剤収容容器141を有している。現像剤収容容器141は、現像剤収容容器本体141Aとその上端を塞ぐ現像剤収容容器カバー141Bとを有している。
現像剤収容容器本体141Aはその内側に、現像ロール142を収容する現像ロール室142Aを有しており、現像ロール室142Aに隣接して、第1攪拌室143Aと第1攪拌室143Aに隣接する第2攪拌室144Aとを有している。また、現像ロール室142A内には、現像剤収容容器カバー141Bが現像剤収容容器本体141Aに装着された時に現像ロール142表面の現像剤の層厚を規制するための層厚規制部材145が設けられている。
第1攪拌室143Aと第2攪拌室144Aとは仕切り壁141Cにより仕切られており、図示しないが、第1攪拌室143A及び第2攪拌室144Aは仕切り壁141Cの長手方向(現像装置長手方向)両端部で通じており、第1攪拌室143A及び第2攪拌室144Aによって循環攪拌室(143A+144A)を構成している。
そして、現像ロール室142Aには、静電潜像保持体110と対向するように現像ロール142が配置されている。現像ロール142は、図示しないが磁性を有する磁性ロール(固定磁石)の外側にスリーブを設けたものである。第1攪拌室143Aの現像剤は磁性ロールの磁力によって現像ロール142の表面上に吸着されて、現像領域に搬送される。また、現像ロール142はそのロール軸が現像剤収容容器本体141Aに回転自由に支持されている。ここで、現像ロール142と静電潜像保持体110とは、逆方向に回転し、対向部において、現像ロール142の表面上に吸着された現像剤は、静電潜像保持体110の進行方向と同方向から現像領域に搬送するようにしている。
また、現像ロール142のスリーブには、不図示のバイアス電源が接続され、所定の現像バイアスが印加されるようになっている(本実施の形態では、現像領域に交番電界が印加されるように、直流成分(DC)に交流成分(AC)を重畳したバイアスを印加)。
第1攪拌室143A及び第2攪拌室144Aには現像剤を攪拌しながら搬送する第1攪拌部材143(攪拌・搬送部材)及び第2攪拌部材144(攪拌・搬送部材)が配置されている。第1攪拌部材143は、現像ロール142の軸方向に伸びる第1回転軸と、回転軸の外周に螺旋状に固定された攪拌搬送羽根(突起部)とで構成されている。また、第2攪拌部材144も、同様に、第2回転軸及び攪拌搬送羽根(突起部)とで構成されている。なお、攪拌部材は現像剤収容容器本体141Aに回転自由に支持されている。そして、第1攪拌部材143及び第2攪拌部材144は、その回転によって、第1攪拌室143A及び第2攪拌室144Aの中の現像剤は互いに逆方向に搬送されるように配設されている。
そして、第2攪拌室144Aの長手方向一端側には、供給用トナー及び供給用キャリアを含む供給用現像剤を第2攪拌室144Aへ供給するための現像剤供給手段146の一端が連結されており、現像剤供給手段146の他端には、供給用現像剤を収容している現像剤カートリッジ147が連結されている。また、第2攪拌室144Aの長手方向一端側には、収容している現像剤を排出するための現像剤排出手段148の一端も連結されており、現像剤排出手段148の他端には図示しないが排出した現像剤を回収する現像剤回収容と連結されている。
このようにトナー像形成手段140は、現像剤カートリッジ147から現像剤供給手段146を経て供給用現像剤をトナー像形成手段140(第2攪拌室144A)へ供給し、古くなった現像剤を現像剤排出手段148から排出する、所謂トリクル現像方式(現像剤の帯電性能の低下を防止して現像剤交換のインターバルを延ばすために、現像装置内に供給用現像剤(トリクル現像剤)を徐々に供給する一方で、過剰になった(劣化したキャリアを多く含む)劣化現像剤を排出しながら現像を行う現像方式である)を採用している。
ここで本実施形態では、本発明のキャリアを含む供給用現像剤を収容している現像剤カートリッジ147を用いる構成を一例として挙げたが、現像剤カートリッジ147は、供給用トナーを単独で収納するカートリッジと本発明のキャリアを単独で収納するカートリッジとを別体としたものであっても良い。
次に、クリーニング手段170について詳細に説明する。クリーニング手段170は、ハウジング171と、ハウジング171から突出するように配設されるクリーニングブレード172を含んで構成されている。クリーニングブレード172は、静電潜像保持体110の回転軸の延在方向に延びる板状のものであって、静電潜像保持体110における1次転写ローラ151による転写位置より回転方向(矢印a方向)下流側で且つ、除電手段160によって除電される位置より回転方向下流側に、先端部(以下、エッジ部という)が圧接されるように設けられている。
クリーニングブレード172は、静電潜像保持体110が所定方向(矢印a方向)に回転することによって、1次転写ローラ151により記録媒体Pに転写されずに静電潜像保持体110上に付着している未転写残留トナーや記録媒体Pの紙粉等の異物を、堰き止めて静電潜像保持体110から除去する。
また、ハウジング171内の底部には、搬送部材173が配設されており、ハウジング171における搬送部材173の搬送方向下流側にはクリーニングブレード172により除去されたトナー粒子(現像剤)をトナー像形成手段140へ供給するための供給搬送手段174の一端が連結されている。そして、供給搬送手段174の他端は現像剤供給手段146へ合流するように連結されている。
このようにクリーニング手段170は、ハウジング171の底部に設けられた搬送部材173の回転に伴い、供給搬送手段174を通じて未転写残留トナー粒子をトナー像形成手段140(第2攪拌室144A)へと搬送し、収容されている現像剤(トナー)とともに攪拌搬送して再利用するトナーリクレームを採用している。
図3は、本発明の画像形成装置の他の好適な一実施形態(第三実施形態)の基本構成を概略的に示す断面図である。図3に示す画像形成装置は、本発明のプロセスカートリッジを備えた構成となっている。
図3に示す画像形成装置200は、画像形成装置本体(図示せず)に脱着可能に配設されるプロセスカートリッジ210と、静電潜像形成手段216と、転写手段220と、定着手段226とを備えている。
プロセスカートリッジ210は、静電潜像形成のための開口部211Aが設けられた筐体211内に静電潜像保持体212と共に、その周囲に帯電手段214、トナー像形成手段218、及びクリーニング手段222を取り付けレール(図示せず)により組み合わせて一体化したものである。なお、プロセスカートリッジ210は、これに限られず、トナー像形成手段218と、静電潜像保持体212、帯電手段214、及びクリーニング手段222からなる群から選ばれる少なくとも一種と、を備えていれば良い。
一方、静電潜像形成手段216は、プロセスカートリッジ210の筐体211の開口部211Aから静電潜像保持体212に静電潜像形成可能な位置に配置されている。また、転写手段220は静電潜像保持体212に対向する位置に配置されている。
静電潜像保持体212、帯電手段214、静電潜像形成手段216、トナー像形成手段218、転写手段220、クリーニング手段222、定着手段226、及び記録媒体250における個々の詳細については、上記図1の画像形成装置10における静電潜像保持体12、帯電手段14、静電潜像形成手段16、トナー像形成手段18、転写手段20、クリーニング手段22、定着手段26、及び記録媒体50と同様である。
また図3の画像形成装置200を用いた画像形成についても、上記図1の画像形成装置10を用いた画像形成と同様である。
以下に、本発明を実施例を挙げてより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。なお、以下の説明において、「部」は「重量部」を意味する。
−トナー粒子a1の製造−
・ポリエステル樹脂(ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物、シクロヘキサンジメタノールおよびテレフタル酸(組成比(モル比)4:1:5)の共重合体、重量平均分子量Mw=11000):85部
・植物系ワックス(カルナバワックス):5部
・SiO粒子(R972;日本アエロジル製):5部
・C.I.ピグメントブルー15:3:5部
上記各成分をヘンシェルミキサーで充分予備混合を行い、2軸型ロールミルにより160℃にて溶融混練し、冷却後ジェットミルにより微粉砕を行い、さらに風力式分級機で2回分級を行い、体積平均粒径6.5μm、4μm以下の粒径のトナー粒子数15個数%、16μm以上の粒径のトナー粒子0.7体積%のトナー粒子(シアントナー)を製造した。
このトナー粒子100部と、外添剤として疎水性酸化ケイ素粒子(体積平均粒径12nm、日本アエロジル社製、RX200)1.5部をヘンシェルミキサー(3000rpm/5分)にて混合してトナー粒子a1を調整した。
−トナー粒子a2の製造−
前記トナー粒子(シアントナー)100部と外添剤として疎水性酸化ケイ素粒子(体積平均粒径12nm、日本アエロジル社製、RX200)1.5部と酸化セリウム(体積平均粒径3.3μm)3部にした以外はトナー粒子a1と同じ条件で混合し、トナー粒子a2を調整した。
―キャリアA1の製造―
・Mn−Mg−Sr−フェライト粒子:100部
(真比重ρ=4.6g/cm、平均粒径36.0μm、体積電気抵抗10Ω・cm)・トルエン:20部
・シクロヘキシルメタクリレート/ジメチルアミノエチル共重合樹脂:3部
(共重合比(モル比);シクロヘキシルメタクリレート/ジメチルアミノエチル=99/1、重量平均分子量Mw=9.8×10、ガラス転移温度Tg=90℃)
・カーボンブラック(VXC−72;キャボット社製):0.2部
上記成分のうち、シクロヘキシルメタクリレート/ジメチルアミノエチル共重合樹脂をトルエンにて希釈したのち、カーボンブラックを加え、ホモジナイザーで5分間攪拌し、樹脂溶液を作製した。
続いて、この樹脂溶液とMn−Mg−Sr−フェライト粒子とを真空脱気型ニーダーに入れ、80℃で30分間攪拌した後、80℃のまま100Paまで10分かけて減圧してトルエンを除去し、フェライト粒子表面上に被膜を形成した。その後、同ニーダーに再度投入し95℃、大気圧で30min攪拌したのち、ニーダーの加熱を切り、温度が70℃になったところで取り出した。取り出したものを、目開き75μm網で篩分して、キャリアA1を得た。
−キャリアA2の作製−
キャリアA1の製造において、大気圧で30min攪拌した代わりに45minにし、かつ3℃/分で70℃まで温度を低下させた以外は、キャリアA1と同じ方法でキャリアA2を得た。
−キャリアA3の作製−
キャリアA1の製造において、80℃で30分間攪拌した後、80℃のまま100Paまで10分かけて減圧するのを30分で減圧した以外はキャリアA1と同じ方法でキャリアA3を得た。
−キャリアA4の作製−
キャリアA2の製造において、シクロヘキシルメタクリレート/ジメチルアミノエチル共重合樹脂をトルエンにて希釈したのち、カーボンブラックを加え、ホモジナイザーで5分間攪拌するのを、20分にした以外はキャリアA2と同じ方法でキャリアA4を得た。


−キャリアA5の作製−
キャリアA2の製造において、シクロヘキシルメタクリレート/ジメチルアミノエチル共重合樹脂をトルエンにて希釈したのち、カーボンブラックを加え、ホモジナイザーで5分間攪拌するのを、40分にした以外はキャリアA2と同じ方法でキャリアA5を得た。
−キャリアB1の製造−
キャリアA1の製造において、フェライト粒子表面上に被膜を形成した後に、ニーダーに再度投入して95℃で、大気圧で30min攪拌する処理を行わなかった以外はキャリアA1の場合と同様にして作製し、キャリアB1を得た。
−キャリアB2の作製−
キャリアA1の製造において、シクロヘキシルメタクリレート/ジメチルアミノエチル共重合樹脂をトルエンにて希釈したのち、カーボンブラックを加え、ホモジナイザーで5分間攪拌するのを、2分にした以外はキャリアA1と同じ方法でキャリアB2を得た。
―キャリアB3の製造―
・Mn−Mg−Sr−フェライト粒子:100部
(真比重ρ=4.6g/cm、平均粒径36.0μm、体積電気抵抗10Ω・cm)・トルエン:20部
・スチレン/メチルメタクリレート共重合樹脂:3部
(共重合比(モル比);スチレン/メチルメタクリレート=18/82、重量平均分子量Mw=8.1×10、ガラス転移温度Tg=109℃)
・カーボンブラック(VXC−72;キャボット社製):0.2部
上記成分のうち、スチレン/メチルメタクリレート共重合樹脂をトルエンにて希釈したのち、カーボンブラックを加え、ホモジナイザーで5分間攪拌し、樹脂溶液を作製した。 続いて、この樹脂溶液とMn−Mg−Sr−フェライト粒子とを真空脱気型ニーダーに入れ、80℃で10分間攪拌した後、80℃のまま100Paまで5分かけて減圧してトルエンを除去して、該フェライト粒子表面上に被膜を形成し、取り出したものを目開き75μm網で篩分して、キャリアB3を得た。
[現像剤の製造]
上記において製造した各々のキャリア93重量部と、上記において製造した各々のトナー7重量部とを、表1に示した組み合わせでそれぞれ混合し現像剤を得た。
また、表1に示す組み合わせにて、トナー80重量部と、キャリア20重量部とを、電子写真プリンター(DocuCentreColor a450、富士ゼロックス(株)製)用の空カートリッジに入れ、ふたをした後、手で10回振盪し、供給用現像剤を得た。
[評価方法]
これらの現像剤及び供給用現像剤を用いて、電子写真複写機(現像剤保持体の速度を350mm/s、500mm/sに可変可能となるように改造したDocuCentreColor 400CP富士ゼロックス(株)製)にて、以下に示す方法により、現像性、カブリの評価を高温高湿環境(30℃、80%RH)及び低温低湿環境(10℃、10%RH)にて行った。
<現像性、カブリ評価>
A3サイズの用紙(富士ゼロックスオフィスサプライ社製、J紙)を用い、複写機内を通過する用紙の前半分の部分が4.5g/mになるようにベタ部分を、後半分が白紙部分がそのまま残る画像を10000枚連続で出力し、現像性については目視により1枚目を基準として10000枚目の状態について、また、カブリについては、目視により1枚目と10000枚目について以下の基準で評価した。
なお、オフィイスなどにおける複写機の利用は、A4用紙に文字からなる画像を形成する場合が最も標準的な利用態様であると考えられる。
これに対して、本評価では、上述した標準的な利用態様よりもトナー消費量が大きく、キャリアによるトナーの帯電量安定化機能により一層負担が加わる条件(A4用紙よりも大面積のA3用紙の前半部分に、文字画像ではなく画像面積率の最も大きいベタ画像を形成する条件)で実施した。この理由は、以下に説明するようにキャリア性能の差が最も顕著に確認できるためである。
すなわち、現像機中におけるキャリアは、トナーと混じりあうことによって静電潜像保持体上へと供給されるトナーの帯電量が所定の範囲内に収まるように安定化させる機能を有する。しかし、単位時間当たりに消費されるトナー量が大きくなるほど、現像機中でトナーがキャリアと十分に混じり合うことなく静電潜像保持体上へと供給されやすくなる。
このため、(1)単位時間当たりに消費されるトナー量が小さい場合には、例えキャリアが劣化した状態において上述した機能が維持される場合であっても、(2)同程度のキャリアの劣化が起こった状態で単位時間当たりに消費されるトナー量が大きくなると、上述した機能が十分に発揮できなくなる。
それゆえ、画像を連続して形成した際に、上記(1)に示す場合では、経時的に見かけ上は何らの変化が観察されなくても、上記(2)に示す場合では、経時的にはトナーの帯電が低下するためにかぶりの発生が確認されることになる。
<現像性の評価基準>
◎:ベタ部分の画像濃度低下が確認できない。
○:ベタ部分の画像濃度低下は確認できるが実用上問題ない。
△:ベタ部分の画像濃度低下は確認できるが許容範囲である。
×:濃度低下が明らかに確認できる。
<カブリ評価基準>
◎:目視で見てカブリはない。
○:ルーペで見てカブリが見えるが、問題ない。
△:カブリはあるものの許容範囲である。
×:カブリが明らかにわかる。
結果を表1に示す。
Figure 2008064782
本発明の画像形成装置の好適な一実施形態(第一実施形態)の基本構成を概略的に示す断面図である。 本発明の画像形成装置の他の好適な一実施形態(第二実施形態)の基本構成を概略的に示す断面図である。 本発明の画像形成装置の他の好適な一実施形態(第三実施形態)の基本構成を概略的に示す断面図である。
符号の説明
10、100、200・・・画像形成装置
12、110、212・・・静電潜像保持体
14、120、214・・・帯電手段
16、130、216・・・静電潜像形成手段
18、140、218・・・トナー像形成手段
141・・・現像剤収容容器
146・・・現像剤供給手段
148・・・現像剤排出手段
20、220・・・転写手段
152・・・2次転写ローラ
26、180、226・・・定着手段
28、147・・・カートリッジ
210・・・プロセスカートリッジ

Claims (12)

  1. 芯材と、該芯材表面を被覆し、脂環基を有する熱可塑性樹脂を含有する被覆樹脂層とを少なくとも有し、
    TGA法による100℃以上400℃以下の範囲内における熱減量がキャリア全体の0.5重量%以上5重量%以下の範囲内であり、且つ、DTA法による100℃以上400℃以下の範囲内におけるキャリア全体の吸熱量が7mJ/g以上40mJ/g以下の範囲内であることを特徴とする静電荷像現像用キャリア。
  2. 前記吸熱量が7mJ/g以上30mJ/g以下の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の静電荷像現像用キャリア。
  3. 前記熱減量がキャリア全体の2.0重量%以上4.0重量%以下の範囲内であることを特徴とする請求項1または2に記載の静電荷像現像用キャリア。
  4. 前記被覆樹脂層の剥がれ量が2000ppm以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の静電荷像現像用キャリア。
  5. 前記被覆樹脂層の剥がれ量が1500ppm以下であることを特徴とする請求項4に記載の静電荷像現像用キャリア。
  6. トナーと、キャリアとを少なくとも含み、
    前記キャリアが、請求項1〜5のいずれか1つに記載の静電荷像現像用キャリアであることを特徴とする静電荷像現像用現像剤。
  7. 粒子状の添加剤を含み、前記添加剤の体積平均粒径が200nm以上7μm以下の範囲内であることを特徴とする請求項6に記載の静電荷像現像用現像剤。
  8. トナー像形成手段を少なくとも備えた画像形成装置に対して脱着可能であり、前記トナー像形成手段に供給するための現像剤を収納し、
    前記現像剤が請求項6又は7に記載の静電荷像現像用現像剤であることを特徴とする静電荷像現像用現像剤カートリッジ。
  9. 画像形成装置に対して脱着可能であり、
    静電潜像保持体と、現像剤を収容すると共に前記静電潜像保持体表面に形成された静電潜像に前記現像剤を供給してトナー像を形成するトナー像形成手段とを少なくとも備え、
    前記現像剤が請求項6又は7に記載の静電荷像現像用現像剤であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
  10. 前記トナー像形成手段が、前記静電潜像保持体表面に現像剤を供給する現像剤保持体を少なくとも有し、
    前記現像剤保持体は、回転しながら前記静電潜像保持体表面に前記現像剤を供給する筒状部材であり、前記現像剤を供給する際の前記現像剤保持体の周速が400mm/s以上1500mm/s以下の範囲内であることを特徴とする請求項9に記載のプロセスカートリッジ。
  11. 静電潜像保持体と、該静電潜像保持体表面を帯電する帯電手段と、帯電された前記静電潜像保持体表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像を前記現像剤により現像してトナー像を形成するトナー像形成手段と、前記トナー像を記録媒体表面に転写する転写手段と、前記記録媒体表面に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を少なくとも備え、
    前記現像剤が請求項6又は7に記載の静電荷像現像用現像剤であることを特徴とする画像形成装置。
  12. 前記トナー像形成手段が、前記静電潜像保持体表面に現像剤を供給する現像剤保持体を少なくとも有し、
    前記現像剤保持体は、回転しながら前記静電潜像保持体表面に前記現像剤を供給する筒状部材であり、
    前記現像剤を供給する際の前記現像剤保持体の周速が400mm/s以上1500mm/s以下の範囲内であることを特徴とする請求項11に記載の画像形成装置。
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