JP2008070500A - キャリア及びこれを用いた現像剤、画像形成方法、プロセスカートリッジ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磁性を有する芯材粒子の表面にシリコーン樹脂を含有する被覆層を持つキャリアであり、該キャリアの印加電圧250(V/mm)における抵抗率が、1×108(Ω・cm)〜1×1017(Ω・cm)であり、該芯材粒子の磁場1000Oeにおける磁化の強さσ1000が55(emu/g)〜150(emu/g)であるキャリアにおいて、該芯材粒子の磁場500Oe、250Oeにおける磁化の強さをσ500、σ250、及び残留磁化をσrとしたとき、
【数1】
であることを特徴とするキャリア。
【選択図】なし
Description
二成分系現像方式は、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、一成分系現像方式に比較して、帯電特性が安定しており、長期に亘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供給量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。
レーザービーム等で感光体上に静電潜像を形成し、この潜像を顕像化する、いわゆ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系現像方式が広く採用されている。
プロセス面では、現像ギャップの近接化、感光体の薄膜化、また、書き込みビーム径の小径化等が有効であるが、コストが高くなること、また、信頼性等の点で依然大きな課題がある。
現像剤の面からは、トナーの小粒径化、キャリアの小粒径化が検討されており、小粒径キャリアの使用について種々提案されている。
S2=(6/ρ・D50)×104(ρ:キャリアの比重)
によって算出される該キャリアの比表面積S2とが下記条件
1.2≦S1/S2≦2.0
を満たすことを特徴とする電子写真用キャリアが開示されている。
(1)単位体積当たりの表面積が大きいため、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)単位体積当たりの表面積が大きく、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。従って、小粒径キャリアは、小粒径トナー使用時の不具合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。
特に、重量平均粒径が30μmより小さいキャリアを用いると、ざらつきが大幅に改良され高画質となるが、キャリア付着が非常に起こりやすく、長期間に亘って、高画質を維持できないという問題がある。
Fm<Fc(ただし、Fm:磁気束縛力、Fc:キャリア付着を引き起こす力)
磁気束縛力は
Fm=k×(キャリアの磁気モーメント)×(磁気の傾き)
で表される。ここで、
(キャリアの磁気モーメント)=(質量)×(磁化)=(4/3)π・r3・ρ×M
である。(r:キャリアの半径、ρ:キャリアの真比重)
キャリア付着を引き起こす力Fcは、現像ポテンシャル、地肌ポテンシャル、キャリアにかかる遠心力、キャリア抵抗及び現像剤帯電量に関連している。したがって、キャリア付着を防止するためには、Fcを小さくするように各パラメーターを設定することが有効であるが、現像能力、地汚れ、トナー飛散等と密接に関係するため、大幅に変えることは難しいのが現状である。
さらに、プリント速度の高速化も相まって、キャリアの耐久性、キャリアの表面のスペントを防ぎながら、長期間に亘って安定した帯電付与能力を有することが、重要になっている。
磁性を有する芯材粒子及び該芯材粒子の表面にシリコーン樹脂を含有する被覆層を有するキャリアであり、
該キャリアの印加電圧250(V/mm)における抵抗率が、1×108(Ω・cm)以上1×1017(Ω・cm)以下であり、
該芯材粒子の磁場1000Oeにおける磁化の強さσ1000が55(emu/g)以上150(emu/g)以下であるキャリアにおいて、
該芯材粒子の磁場500Oe、250Oeにおける磁化の強さをσ500、σ250、及び残留磁化をσrとしたとき、
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のキャリアにおいて、前記被覆層は、硬質粒子をさらに含有することを特徴とする。これにより、被覆層の耐摩耗性を向上させることができる。
請求項7に記載の発明は、現像剤において、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のキャリア及びトナーからなることを特徴とする。これにより、長期に亘って安定した高画質画像を形成することが可能な現像剤を提供することができる。
なお、いわゆる当業者は、特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれるものであり、以下の説明は、この発明における最良の形態の例であって、本発明の特許請求の範囲を限定するものではない。
本発明において、1kOeの磁界を印加したときの芯材粒子の磁化σ1000は、55〜150emu/gであり、60〜75emu/gであることがさらに好ましい。芯材粒子の磁化が55emu/gよりも小さくなると、磁気ブラシの磁気拘束力が弱くなり、キャリア付着が発生しやすくなることがある。なお、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。また芯材粒子の磁化が150emu/gよりも大きくなると、磁気ブラシが硬くなるために、磁気ブラシの穂跡が画像上に出やすくなる。
フェライトとは、一般に、一般式
(MO)x(NO)y(Fe2O3)z
で示される焼結体である。ここで、x、y及びzは、フェライトの組成を表し、M及びNとしては、それぞれ独立に、Ni、Cu、Zn、Li2、Mg、Mn、Sr、Ca等が挙げられ、金属酸化物と酸化鉄(III)との完全混合物から構成されている。
アリーレン基の炭素数は、6〜20であることが好ましく、6〜14がさらに好ましい。アリーレン基としては、ベンゼン由来のアリーレン基(フェニレン基)の他、ナフタレン、フェナントレン、アントラセン等の縮合多環式芳香族炭化水素由来のアリーレン基、ビフェニル、ターフェニル等の鎖状多環式芳香族炭化水素由来のアリーレン基等が包含される。なお、アリーレン基は、各種の置換基で置換されていてもよい。
芯材粒子表面の被覆層膜厚は、通常、0.02〜1μmであり、0.03〜0.8μmが好ましい。被覆層膜厚は、芯材粒子の粒径と比較して極めて小さいことから、表面に被覆層が形成されているキャリアと芯材粒子の粒径は、実質的に同じである。
図1に示すように、電極間距離2mm、表面積2×4cmの電極(22a)、(22b)を収容したフッ素樹脂製容器からなるセル(21)にキャリア(23)を充填し、両極間に直流電圧を印加し、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(Ω・cm)を算出する。
Dp={1/Σ(n)}×{Σ(nD)}
Dw={1/Σ(nD3)}×{Σ(nD4)}
ここで、Dは、各チャンネルに存在する粒子の代表粒径(μm)を示し、nは、各チャンネルに存在する粒子数である。なお、チャンネルは、粒径分布図における粒径の範囲を等分に分割するための長さであり、本発明においては、2μmを採用することができる。また、各チャンネルに存在する粒子の代表粒径としては、各チャンネルの粒径の下限値を採用することができる。粒径分布を測定するための粒度分析計としては、マイクロトラック粒度分析計モデルHRA9320−X100(Honewell社製)を用いることができる。
芯材粒子を分級する方法としては、ふるい分け機、重力分級機、遠心分級機、慣性分級機等の公知の分級方法を用いることができるが、生産性が良好で分級点の変更が容易にできることから重力分級機、遠心分級機、慣性分級機等の風力分級機を用いることが好ましい。
H2N(CH2)3Si(OCH3)3
H2N(CH2)3Si(OC2H5)3
H2N(CH2)3Si(CH3)2(OC2H5)
H2N(CH2)3Si(CH3)(OC2H5)2
H2N(CH2)2NHCH2Si(OCH3)3
H2N(CH2)2NH(CH2)3Si(CH3)(OCH3)2
H2N(CH2)2NH(CH2)3Si(OCH3)3
(CH3)2N(CH2)3Si(CH3)(OC2H5)2
(C4H9)2N(CH2)3Si(OCH3)3
なお、被覆層中のアミノシランカップリング剤の含有量は、0.001〜30重量%であることが好ましい。
被覆層中の硬質粒子の含有量は、2〜70重量%であることが好ましく、5〜40重量%がさらに好ましい。また、硬質粒子の粒径は、5nm〜500nmであることが好ましい。硬質粒子の含有量は、粒径、比表面積によって適宜選択すればよいが、2重量%未満では、被覆層の耐摩耗性を向上させる効果が発現しにくくなることがあり、70重量%を超えると、硬質粒子の脱離が発生しやすくなり、経時帯電性が低下することがある。
トナーとしては、熱可塑性樹脂を主成分とするバインダー樹脂、着色剤、微粒子、帯電制御剤、離型剤等を含有する公知の各種トナーを用いることができる。トナーは、重合法、造粒法等の製造方法を用いて製造することができ、不定形又は球形のトナーが得られる。また、磁性トナー及び非磁性トナーのいずれも用いることができる。
アルコール成分としては、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−ブテンジオール等のジオール類、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等のエーテル化ビスフェノール類、これらを炭素数3〜22の飽和又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、ショ糖、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が挙げられる。
摩擦帯電性を制御するために、トナーは、モノアゾ染料の金属錯塩、ニトロフミン酸及びその塩、サリチル酸、ナフトエ塩、ジカルボン酸のCo、Cr、Fe等の金属錯体アミノ化合物、4級アンモニウム塩、有機染料等の帯電制御剤を含有してもよい。
実施例1
(キャリア製造例1)
シリコーン樹脂SR2411(東レダウコーニングシリコーン社製)に対して、比表面積が1270m2/gの導電性カーボン及び平均粒子径0.3μmのアルミナ粒子をそれぞれシリコーン樹脂の固形分に対して、5重量%となるように調製した液を、ホモジナイザーを使用して、30分間分散させた。得られた分散液を固形分が10重量%になるよう希釈し、この分散液に、化学構造式
H2N(CH2)3Si(OCH3)3
で表されるアミノシランカップリング剤を、シリコーン樹脂の固形分に対して、3重量%添加して混合し、被覆層塗布液1を得た。
(キャリア製造例2)
芯材粒子1の代わりに、芯材粒子2を用いた以外は、実施例1と同様にして、キャリアBを得た。芯材粒子2の成分分析を行ったところ、Fe2O3が49.0mol%、MnOが49.0mol%、MgOが2.0mol%であった。
実施例3
(キャリア製造例3)
芯材粒子1の代わりに、芯材粒子3を用いた以外は、実施例1と同様にして、キャリアCを得た。芯材粒子3の成分分析を行ったところ、Fe2O3が48.5mol%、MnOが48.5mol%、MgOが3.0mol%であった。
(キャリア製造例4)
芯材粒子1の代わりに、芯材粒子4を用いた以外は、実施例1と同様にして、キャリアDを得た。芯材粒子4の成分分析を行ったところ、Fe2O3が80.5mol%、Li2Oが19.5mol%であった。
比較例2
(キャリア製造例5)
芯材粒子1の代わりに、芯材粒子5を用いた以外は、実施例1と同様にして、キャリアE得た。芯材粒子3の成分分析を行ったところ、Fe2O3が55.0mol%、MnOが45.0mol%であった。
(キャリア製造例6)
比表面積1270m2/gの導電性カーボンをシリコーン樹脂の固形分に対して、2重量%添加したこと以外は実施例1と同様にすることでキャリアFを得た。
実施例5
(キャリア製造例7)
比表面積1270m2/gの導電性カーボンをシリコーン樹脂の固形分に対して、10重量%添加したこと以外は実施例1と同様にすることでキャリアGを得た。
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部及び含フッ素4級アンモニウム塩4部をブレンダーで充分に混合した後、2軸式押出し機で溶融混練し、放冷した。次に、カッターミルで粗粉砕し、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、重量平均粒径6.8μm、真比重1.20のトナー母粒子を得た。
更に、トナー母粒子100部に対して、疎水性シリカ粒子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、トナーを得た。
100部のキャリアA〜Gに対して、トナー製造例で作製したトナー8部をそれぞれに加えて、ボールミルで20分攪拌して、現像剤を作製した。
感光体線速:350mm/sec
感光体径:60mm
現像スリーブ/感光体線速比:2
汲み上げ量:50mg/cm2
現像スリーブ径:25mm
主極角度:6°
主極磁束密度:120mT
主極下流側磁束密度:110mT
帯電電位:−600V
露光後電位:−60V
現像バイアス:DC−430V
(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箇所測定し、平均値を求めた。
(2)粒状度
下記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、◎(大変良好):0以上0.1未満、○(良好):0.1以上0.2未満、△(使用可能):0.2以上0.3未満、×(使用不可):0.3以上のランクに置き換えて評価した。
粒状度=exp(aL+b)∫(WS(f))1/2・VTF(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
画像上の地肌部の汚れを目視で評価し、○:良好、△:使用可能、×:不良(許容不可のレベル)として、判定した。
(4)キャリア付着
キャリア付着が発生しても一部のキャリアしか紙に転写してこないため、感光体上から粘着テープで転写して評価した。具体的には、帯電電位を−750V、現像バイアスをDC−400Vに固定し、地肌部(未露光部)を現像し、感光体上の30cm2に付着したキャリアの個数を直接カウントしてキャリア付着の評価を行い、○:良好、△:使用可能、×:不良(許容不可のレベル)として、判定した。
22a、22b 電極
23 キャリア
30 現像装置
32 ケース
34 帯電装置
35 感光体
37 クリーニング装置
Claims (9)
- 前記芯材粒子の粒子密度は、4.5g/cm3以上5.5g/cm3以下であることを特徴とする請求項1に記載のキャリア。
- 重量平均粒径が22〜32μmであり、
個数平均粒径に対する重量平均粒径の比が1.0以上1.2以下であり、
粒径が0.02μm以上20μm以下である粒子の含有量が0重量%以上7重量%以下であり、
粒径が0.02μm以上36μm以下である粒子の含有量が90重量%以上100重量%以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のキャリア。 - 前記被覆層は、アミノシランカップリング剤をさらに含有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のキャリア。
- 前記被覆層は、硬質粒子をさらに含有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のキャリア。
- 前記硬質粒子は、Siの酸化物からなる粒子、Tiの酸化物からなる粒子及びAlの酸化物からなる粒子の少なくとも一つを含有することを特徴とする請求項5に記載のキャリア。
- 請求項1乃至6のいずれか一項に記載のキャリア及びトナーからなることを特徴とする現像剤。
- 少なくとも、表面に静電潜像を担持する感光体と、内部に固定された磁界発生手段を有し、表面上に請求項7に記載の現像剤を担持して回転する非磁性現像スリーブからなる現像剤担持体と、感光体と現像剤担持体との間にDCバイアス現像電界を発生させる現像電界発生手段からなる現像工程と、
該感光体上に現像された画像を画像記録媒体に転写する転写工程と、
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工程を有することを特徴とする画像形成方法。 - 感光体及び該感光体の表面に形成された静電潜像を請求項7に記載の現像剤で現像する現像装置を少なくとも一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006247503A JP2008070500A (ja) | 2006-09-13 | 2006-09-13 | キャリア及びこれを用いた現像剤、画像形成方法、プロセスカートリッジ |
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
JP2010097206A (ja) * | 2008-09-17 | 2010-04-30 | Ricoh Co Ltd | 静電潜像現像用キャリア、二成分現像剤、補給用現像剤、及びプロセスカートリッジ、並びに画像形成方法 |
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2006
- 2006-09-13 JP JP2006247503A patent/JP2008070500A/ja active Pending
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JP2010097206A (ja) * | 2008-09-17 | 2010-04-30 | Ricoh Co Ltd | 静電潜像現像用キャリア、二成分現像剤、補給用現像剤、及びプロセスカートリッジ、並びに画像形成方法 |
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