JP2008233255A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】体積平均粒径Dvが、5.0<Dv<5.5μmの範囲の小粒径トナーであって、更に、少なくとも結着樹脂と、着色剤と、金属カチオンの少なくとも一部を有機カチオンで変性した層状無機鉱物とを含有したトナーを適用して画像形成を行う。
【選択図】図2
Description
画像形成装置は、帯電手段により像担持体表面の画像形成領域を均一に帯電させ、露光手段により像担持体に書き込みを行い、現像手段により像担持体上に摩擦帯電させたトナーにより画像を形成するものである。
その後、転写手段により給紙手段から搬送される印刷用紙に、直接または中間転写体を介して間接的に像担持体上の画像を転写し、その後、定着手段により画像を印刷用紙に定着させる。
一方、像担持体上に転写しきれずに残留した転写残トナーは、クリーニング手段により像担持体上から掻き落とされる。
像担持体は、これら一連の画像形成プロセスを経た後、そのまま次画像形成プロセスに入る。なお像担持体は、工程移行に好適な円筒状、あるいはベルト状の構成となっている。
リボルバ方式はコストが安く、またタンデム方式ではコスト高だが、高速印刷が可能である。
タンデム方式を用いた場合、作像された像担持体から中間転写体に一次転写を行い、中間転写体上で全色を色重ねし、色重ねされたフルカラー画像を、二次転写手段により印刷用紙へ転写する。
帯電手段としては、DCまたは、DCにACを重畳した近接帯電方式、接触帯電方式、また、コロナ帯電方式が適用できる。
コロナ帯電方式としては、コロトロン帯電器、スコロトロン帯電器等がある。
像担持体に帯電を施す帯電手段としては、コロナ放電を利用したコロトロン帯電器、またスコロトロン帯電器等が主流とされていた。
しかしながら、このコロナ放電を用いた帯電手段は、オゾンが多量に発生したり、またコロナ放電によって生成されたNOx等が像担持体に付着したりし、経時で像流れといった不具合を起こすという問題があった。
また、コロナ放電を行うために、5〜10kVという高電圧を印加する高電圧電源が必要となるので、画像形成装置の低コスト化を図ることは困難であった。
そこで、近年、コロナ放電を利用しない帯電手段を像担持体に接触させる接触型の帯電手段や、帯電手段を像担持体に近接させる近接型の帯電手段が多く提案されている。
上記接触型・近接型の帯電手段では、上記コロナ放電を用いた帯電手段の場合に挙げた問題点の多くが解消されるが、一方においては像担持体の摩耗量が増大し、寿命が短くなってしまうという問題を有している。また、印加電圧に交流を用いた場合は騒音の発生も問題になる。
更に、帯電手段が、トナーや紙紛を像担持体に擦りつけるので、像担持体表面の汚染を助長するという問題もある。
現像手段としては、一成分現像手段や、トナーとキャリアを混合して現像に用いる二成分現像手段による現像方法を適用できる。
現像剤としては、トナーとキャリアからなる2成分現像剤と磁性あるいは非磁性トナーのみの1成分現像剤がある。
トナーは、樹脂、顔料、帯電制御剤、離型剤を溶融混練し、冷却した後に粉砕、分級する混練粉砕法により一般的に製造できるが、粒径、形状が揃わず、これらを制御するのは困難である。
かかる問題に鑑みて、近年においては、トナー粒子の粒径を制御するべく、水系での造粒として乳化重合法や溶解懸濁法といった重合トナー工法が行われている。
一方、粒径が揃い、粒径分布がシャープになると、個々のトナー粒子の現像挙動が揃って、微小ドット再現性が大きく向上する。
そこで、トナーを工夫してクリーニング性の改善を図る方法が考案されている。例えば、トナー形状を真球形とせずに異形化する方法が挙げられる。これによりトナーの粉体流動性を低下させ、ブレードクリーニングによって塞き止めやすくなる。但し、異形度合いを大きくしすぎると、現像の際にトナーの挙動が不安定となり、微小ドット再現性が悪化することがある。
このように、トナーの転写品質、転写効率、クリーニング性等の特性は、トナー形状に影響される。
よって各種特性を備えたトナーを得るためには、トナー形状分布の最適設計が要求される。
クリーニング手段としては、ポリウレタンゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム等から構成されるブレード形状のクリーニングブレード、またはファーブラシ、弾性ローラ、チューブ被覆ローラ、不織布等を適用できる。
従来、画像形成装置をクリーニングする方法としては、ブレードによるクリーニング方式が知られており、ブレードのみをクリーニング手段として具備する画像形成装置が汎用されていた。
しかし一方において、特に高速機においては、部分的に多量のトナーが付着した状態を回避するため、クリーニング補助手段を設けたものも存在する。
クリーニング手段としてクリーニングブレードを用いた場合には、像担持体に対してトレーリング、またはカウンタで当接するようになされている。
クリーニング補助手段としては、ファーブラシ、弾性ローラ、チューブ被覆ローラ、不織布等が挙げられる。
クリーニング補助手段はクリーニング手段の上流側に設置され、上記のものが使用されてきた。これは、クリーニング手段に入力されるトナーを機械的にかき乱し、クリーニング手段でのクリーニング性を向上することを狙いとしている。
この時クリーニング補助手段に電圧を印加し、トナーの極性を制御してクリーニング性を向上させている画像形成装置も発売されている。
そのため、球形度の高いトナーを用いる場合においては、クリーニング性の余裕度の向上を図り、また帯電手段における放電による像担持体磨耗、クリーニング手段やトナー等の接触による、像担持体磨耗、像担持体フィルミングの防止を図るために、像担持体に潤滑剤を塗布する手段を設けることが好適とされている。
水系造粒トナーに関しては、懸濁重合法や乳化重合法等によって湿式中で球形トナーを製造する技術(例えば、下記特許文献1参照。)や、粉砕トナーを熱処理することによって球形化する技術(例えば、下記特許文献2、3参照。)が提案されている。これらの技術においては、トナーの小粒径化も容易である。
または、固形の潤滑剤や潤滑剤の粉体を直接像担持体に塗布する方法も挙げられる。
潤滑剤を像担持体に塗布する方法としては、潤滑剤をトナーに外添し、トナー供給とともに潤滑剤を像担持体に塗布する技術が知られていた。しかしこの方法によると、トナーが供給されない領域(非画像領域)においては、潤滑剤は像担持体に塗布されることがなく、放電による像担持体磨耗、接触部材による像担持体磨耗を防ぐことができなかった。
上記従来の問題を解決するため、像担持体の回転方向を基準とし、クリーニング手段の下流側に潤滑剤の粉体を直接像担持体に接触させ、さらに像担持体回転方向下流側かつ帯電手段上流側に潤滑剤ならし手段(ブレード)を設け、像担持体全表面に潤滑剤を塗布する方法も考案された。
上述した方法により、潤滑剤を像担持体の全表面に均一に塗布することにより、帯電手段での放電による像担持体磨耗や、接触部材による像担持体磨耗から、像担持体の全表面を保護することができる。
しかし、潤滑剤の塗布に際しては、次のような課題がある。
(a)トナーフィルミング(融着)の発生を防止しなければならない。
(b)低摩擦係数化によって、転写効率の向上、及びクリーニング不良の防止に留意しなければならない。
上記課題に対しては、例えば従来においても、各種技術の提案がなされている(例えば、下記特許文献4乃至7参照。)。
これらにおいては、いずれの場合も像担持体上に、潤滑剤を塗布し、低摩擦係数化を図っている。
また、帯電手段と像担持体の長寿命化を図るために、非接触の帯電手段を用いて像担時体の感光層に無機微粒子を分散させ、ステアリン酸亜鉛等を潤滑剤として塗布することによって耐磨耗性を向上させている技術の提案がなされている(例えば、下記特許文献8参照。)。
また更に、像担持体の表面に塗布された潤滑剤を、帯電手段と現像手段との間で薄く均一に付着させ、大径の潤滑剤をせきとめるためのブレード状の補助部材を具備した画像形成装置についても提案されている(例えば、下記特許文献9参照。)。
従来、像担持体への潤滑剤の塗布量を最適化する技術の提案がなされている(例えば、下記特許文献10参照。)。
これによると、X線光電子分光分析装置(XPS)により検出される被帯電体最表面を構成する物質の全元素の元素個数総和に対する、XPSにより検出される潤滑物質の特定元素の元素個数割合[%]を、次の(A)式以上とする。
1. 52×10-4×{Vpp−2×Vth}×f/v×Nα・・・(式A)
ここで、VppはAC電圧のピークツーピーク電圧値[V]、fは帯電手段1に印加する交流成分の周波数[Hz]、vは被帯電体表面の移動速度[mm/sec]、Nαは潤滑物質を構成する元素のうち特定元素の1分子中における元素個数である。
また、Vthは放電開始電圧であり下記の(式B)により求められる。
Vth=312+6.2×(d/εopc+Gp/εair)+√(7737.6×d/εopc) ・・・(式B)
上記式中のdは被帯電体の膜厚[μm]、εopcは被帯電体の比誘電率、εairは被帯電体と帯電手段の間の空間における比誘電率、Gpは帯電手段表面と被帯電体表面との最近接距離[μm]である。
具体的には、上記潤滑剤塗布技術を用いることにより、帯電手段による放電、また、接触部材による像担持体磨耗は防ぐことができたが、より小粒径なトナーを使用した場合には、像担持体がより大きく磨耗する現象が発生することが確認された。
<アブレシブ磨耗>
トナー粉体をより小粒径化すると、粉体一粒子の硬度が高くなる。
また一方で、潤滑剤が塗布されている場合には、接触部材の凝着的な磨耗を防ぐことができるが、一般にアブレシブ磨耗と呼ばれている硬い突起による磨耗においては、潤滑剤を塗布することによって磨耗が増加する性質を有している。
これは像担持体の磨耗の原因となることも確認されており、トナーやトナーに添加される無機微粒子等によっても引き起こされることが確認されている。
すなわち潤滑剤を像担持体全表面に塗布し、かつ小粒径トナーを用いた場合には、像担持体の磨耗が加速されてしまい、長期にわたって安定して像担持体を使用することができないという問題が生じていた。
潤滑剤は、トナーによっても像担持体上から除去され、その除去力はトナーの粒径に依存すると考えられている。
トナー粒径をより小さくすると、潤滑剤の除去量が増加し、また、像担持体とトナーの実接触面積が増加すると考えられるため、小粒径トナーを用いる場合には、像担持体の凝着磨耗を早めることになるものと解される。
かかる事情に鑑み、像担持体を掘り起こしてしまうことによる像担持体磨耗、また、トナーと像担持体の直接接触による像担持体磨耗を防ぐ技術が求められた。
かかる目的を達成するべく、トナー自体の硬度を過度に高くならないように抑制することが必要である。
また、トナーの外添剤を構成する微粒子においては、トナーに食い込ませて像担持体に対する掘り起こしを防止する設計とすることが必要である。
また更に、凝着的作用による像担持体磨耗に対しては、トナーと像担持体の接触箇所において、それらの切り離し切断個所が像担持体側ではなく、トナー側にあるようにする必要がある。
A≧1.52×10-4×{Vpp−2×Vth}×f/v×Nα・・・(1)
但し、Aは、X線光電子分光分析装置(XPS)により検出される、被帯電体最表面を構成する物質の、全元素の元素個数総和に対する、潤滑物質の特定元素の元素個数割合[%]である。
Vppは、AC電圧のピークツーピーク電圧値[V]である。
fは、帯電手段1に印加する交流成分の周波数[Hz]である。
vは、被帯電体表面の移動速度[mm/sec]である。
Nαは、潤滑物質を構成する元素のうち特定元素の1分子中における元素個数である。
なお、前記Vthは放電開始電圧であり、下記式(2)により求められる。
Vth=312+6.2×(d/εopc+Gp/εair)+√(7737.6×d/εopc)・・・(2)
dは、被帯電体の膜厚[μm]である。
εopcは、被帯電体の比誘電率である。
εairは、被帯電体と帯電手段の間の空間における比誘電率である。
Gpは、帯電手段表面と被帯電体表面との最近接距離(μm)である。
また、下記Bは、前記XPSにより検出される被帯電体最表面を構成する物質の、全元素の元素個数総和に対する、潤滑物質を構成する元素個数割合[%]である。
B≧1.52×10-4×{Vpp−2×Vth}×f/v×Nβ・・・(3)
Nβは、潤滑物質1分子を構成する元素個数総和から水素元素の元素個数を引いた値である。
前記潤滑物質は脂肪酸金属塩であり、前記特定元素は金属であり、前記Nαは1であり、前記Nβは41である。
前記帯電手段と前記像担持体との最近接距離は、1〜100[μm]とする。
これにより、小粒径トナーを使いこなすことができ、高画質化を実現できた。
・ 現像器中において、微粉の蓄積による現像安定性低下
・ 分布不均一による転写品質の低下
・ 微粉増加による、クリーニング性低下
・ 硬い微粉(小粒径トナー)増による、像担持体の掘り起こしの増加、像担持体短寿命化
本発明は、電子写真方式を用いた画像形成装置に関するものであり、特に、適用するトナーに特徴を有しているものである。
図1の画像形成装置は、図2の画像形成装置の要部の像担持体8の表面に、帯電手段1により均一に帯電させ、露光手段2により像担持体8に書き込みを行い、その後、現像手段3により像担持体8上に摩擦帯電させたトナーによって画像を形成する機能を有している。
続いて、転写手段4により、図1の給紙手段9から搬送される印刷用紙に、画像を転写し、その後、定着手段10によって印刷用紙に定着させるようになされている。
像担持体8は、円筒形状、またはベルト形状であるものとし、上述した一連の画像形成プロセスを経た後、そのまま次画像形成プロセスに入るようになされている。
上述したプロセスからなる画像形成装置は、像担持体を一つのみ持ち、その像担持体で各色について画像を形成するリボルバ方式、また、像担持体を各色1本で使用するタンデム方式とがある。
帯電手段1としては、コロナ帯電方式、コロトロン帯電器、スコロトロン帯電器、接触帯電方式、非接触帯電方式等が挙げられる。
露光手段2としては、例えば、LD、LEDランプ、キセノンランプによる露光形式を適用できる。
現像手段3としては、一成分現像手段や、トナーとキャリアを混合して現像に用いる二成分現像手段による現像方法のいずれでもよい。
クリーニング手段7としては、例えばポリウレタンゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム等から成る、ブレード形状のクリーニングブレードが適用できる。
クリーニング手段7は、複数個搭載してもよく、クリーニングブレードの形状は、カウンタで当接する場合、像担持体に接触するブレードエッジの先端を鈍角形状(90〜180°)にしたブレードが好適である。このようなブレード形状とすることにより、像担持体8へのブレード当接圧を増加し、クリーニング性の向上が図られる。
また、このようなクリーニング手段に電圧を印加させることで、静電的に像担持体の表面のトナーをクリーニングする方式を併用してもよい。
また更に、像担持体8へのクリーニングブレードの当接は、像担持体8の回転方向に対してトレーリングでも、カウンタでもよい。
潤滑剤5としては、粉末状、固形状、フィルム状の形態のフッ素系樹脂(ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等)、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム等のラメラ結晶構造を持つ脂肪酸塩金属(その他に、ラウロイルリジン、モノセチルリン酸エステルナトリウム亜鉛塩、ラウロイルタウリンカルシウム)、シリコーンオイルやフッ素系オイル、天然ワックス、合成ワックス等の液状の材料、ガス状にした材料を外添法として作用させるものが、いずれも適用できる。
クリーニング補助手段11としては、ファーブラシ、弾性ローラ、チューブ被覆ローラ、不織布等が挙げられる。これらは複数搭載されることもある。この時クリーニング補助手段11に電圧を印加し、トナーの極性を制御してクリーニング性を向上してもよい。また、毛先がループ状になるように構成されたループブラシを用いてもよい。クリーニング補助ブラシは無くても良い。
X線光電子分光分析装置(XPS)により検出される、被帯電体最表面を構成する物質の、全元素の元素個数総和に対する、XPSにより検出される潤滑物質の特定元素の元素個数割合A[%]は、下記式(1)を満たす。
A≧1.52×10-4×{Vpp−2×Vth}×f/v×Nα・・・(1)
但し、上記式(1)中の記号は、それぞれ下記の意味とする。
Vppは、AC電圧のピークツーピーク電圧値[V]。
fは、帯電手段1に印加する交流成分の周波数[Hz]。
vは、被帯電体表面の移動速度[mm/sec]。
Nαは、潤滑物質を構成する元素のうち特定元素の1分子中における元素個数である。
Vthは、放電開始電圧であり、下記式(2)により求められる。
Vth=312+6.2×(d/εopc+Gp/εair)+√(7737.6×d/εopc)・・・(2)
但し、上記式(2)中の記号は、それぞれ下記の意味とする。
dは、被帯電体の膜厚[μm]である。
εopcは、被帯電体の比誘電率である。
εairは、被帯電体と帯電手段の間の空間における比誘電率である。
Gpは、帯電手段表面と被帯電体表面との最近接距離(μm)である。
B≧1.52×10-4×{Vpp−2×Vth}×f/v×Nβ・・・(3)
但し、Nβは、潤滑物質1分子を構成する元素個数総和から水素元素の元素個数を引いた値である。
前記潤滑物質は、脂肪族金属塩であって、上記特定元素が金属であり、かつ上記Nαが1である。上記Nβが41である。帯電手段と上記被帯電体(像担持体)との最近接距離を1〜100[μm]とする。
ブラシにより削り取られた潤滑剤は、像担持体8の表面に最初は粒として塗布される。
しかし、粒のまま像担持体表面に塗布されても、潤滑剤の効果はそれほど大きくなく、潤滑剤を像担持体表面に均一に引き伸ばすことが必要となる。
このときのブレードの形状としては、カウンタで当接する場合、像担持体8に接触するブレードエッジの先端を鈍角形状(90°〜180°)にしたブレードを適用できる。このような形状とすることにより、像担持体8へのブレード当接圧を増加させ、潤滑剤ならし効率の向上を図ることができる。
また、このような潤滑剤ならし手段に電圧を印加させることで、クリーニング手段7をすり抜けたトナーを静電的に像担持体8の表面からクリーニングする方式を併用するようにしてもよい。
また、像担持体8への潤滑剤ならしブレードの当接は、像担持体8の回転方向に対してトレーリングでも、カウンタでもよい。
600dpi以上の微少ドットを再現するために、トナーの体積平均粒径は3〜8μmが好ましい。
体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)は1.00〜1.40の範囲にあることが好ましい。
(Dv/Dn)が1.00に近いほど粒径分布がシャープであることを示す。このような小粒径で粒径分布の狭いトナーでは、トナーの帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、静電転写方式では転写率を高くすることができる。
コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−IIや、コールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)があげられる。
まず、電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩)を0.1〜5ml加える。
ここで、電解液とは1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。
ここで、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径(D4)、個数平均粒径を求めることができる。
本発明においては、層間のイオンの少なくとも一部を有機物イオンで変性した層状無機鉱物(有機変性クレイ)を、トナー母体に含有させるものとしている。
更に、このトナーは、少なくとも有機溶媒中に、結着樹脂、変性ポリエステル系樹脂からなるプレポリマー、このプレポリマーと伸長または架橋する化合物、着色剤、離型剤、金属カチオンの少なくとも一部を有機カチオンで変性した層状無機鉱物(有機変性クレイ)を溶解させあるいは分散させた、溶解液または分散液において、上記層状無機鉱物(有機変性クレイ)が、溶解液または分散液中の固形分中に0.05〜10%含有されているものとすることが好ましい。
このトナーについては、上記溶解液または分散液の25℃におけるCasson降伏値が、1〜100Paであり、溶解液又は分散液を水系媒体中で架橋反応及び/又は伸長反応させ、得られた分散液から溶媒を除去することにより得られたものである。
本発明の画像形成装置に適用するトナーを製造する際に用いる、上記変性層状無機鉱物は、好ましくは、金属カチオンの少なくとも一部を有機カチオンで変性した層状無機鉱物であるものとする。
本発明における「変性層状無機鉱物」は、有機変性シリケート(有機カチオン変性シリケート類)と、有機変性ハイドロタルサイト(有機アニオン変性ハイドロタルサイト)、層状鉱物[+多価金属]で、層状側がカチオンを含む概念とする。
本発明のトナーに用いる変性層状無機鉱物は、スメクタイト系の基本結晶構造を持つ層状無機鉱物が有する層間のイオンの少なくとも一部を有機物イオンで変性したものであるが、有機物カチオンで変性したものが望ましい。
有機物カチオンで変性される層状無機鉱物としては、モンモリロナイト又はベントナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト等が挙げられる。
前記変性層状無機鉱物の、有機カチオン変性剤としては、第4級アルキルアンモニウム塩、フォスフォニウム塩やイミダゾリウム塩などが挙げられるが、第4級アルキルアンモニウム塩が望ましい。前記第4級アルキルアンモニウムとしては、トリメチルステアリルアンモニウム、ジメチルステアリルベンジルアンモニウム、ジメチルオクタデシルアンモニウム、オレイルビス(2−ヒドロキシエチル)メチルアンモニウム等が挙げられる。
この際、変性層状無機鉱物と結着樹脂樹脂の相互作用を高めるために、有機溶剤を用いてもよい。
またいわゆるフラッシング法と呼ばれる前該変性層状無機鉱物と水を含んだ水性ペーストを樹脂と有機溶剤とともに混合混練し、該変性層状無機鉱物を樹脂側に移行させ、水分と有機溶剤成分を除去する方法もウエットケーキをそのまま用いる事ができるため乾燥する必要がなく、好ましく用いられる。混合混練するには3本ロールミル等の高せん断分散装置が好ましく用いられる。
変性層状無機鉱物の原料としては、少なくとも凝集体として存在するときの体積平均粒径Dvが0.1〜5μmであるものを用いることが好ましい。
また、有機変性クレイは、溶解液または分散液中の固形分中に0.05〜10%含有されることが好ましい。0.05%未満では目標のCasson降伏値が得られず、10%を超えると、定着性能が悪化するためである。
上記変性層状無機鉱物としては、有機変性モンモリナイト、有機変性スメクタイト等が挙げられる。
Casson降伏値は、ハイシェア粘度計等を用いて測定できる。
測定条件を下記に示す。
装置:AR2000(TAインスツルメンツ社製)
シア−ストレス120Pa/5分
ジオメトリー:40mmスチールプレート
ジオメトリーギャップ:1mm
解析ソフト:TA DATA ANALYSIS(TAインスツルメンツ社製)
以下に、トナーの構成材料及び製造方法について、具体的に説明する。
ポリエステルは、多価アルコール化合物と多価カルボン酸化合物との重縮合反応によって得られる。
多価アルコール化合物(PO)としては、2価アルコール(DIO)および3価以上の多価アルコール(TO)が挙げられ、(DIO)単独、または(DIO)と少量の(TO)との混合物が好ましい。
2価アルコール(DIO)としては、アルキレングリコール(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−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなど)、アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど)、脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど)、ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど)、上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物、上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物等が挙げられる。
これらのうち、好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。
2価カルボン酸(DIC)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸など)、アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸など)、芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸など)等が挙げられる。このうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。
3価以上の多価カルボン酸(TC)としては、炭素数9〜20の芳香族多価カルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)等が挙げられる。
なお、多価カルボン酸(PC)としては、上述のものの酸無水物または低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いて多価アルコール(PO)と反応させてもよい。
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の重縮合反応は、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイド等、公知のエステル化触媒の存在下、150〜280℃に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。
ポリエステルの水酸基価は5以上であることが好ましく、ポリエステルの酸価は通常1〜30、好ましくは5〜20である。
酸価を持たせることで負帯電性となりやすく、さらには記録紙への定着時、記録紙とトナーの親和性がよく低温定着性が向上する。
しかし、酸価が30を超えると帯電の安定性、特に環境変動に対し悪化傾向がある。
また、重量平均分子量1万〜40万、好ましくは2万〜20万である。
重量平均分子量が1万未満では、耐オフセット性が悪化するため好ましくない。また、40万を超えると低温定着性が悪化するため好ましくない。
多価イソシアネート化合物(PIC)としては、脂肪族多価イソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエートなど)、脂環式ポリイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネートなど)、芳香族ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなど)、芳香脂肪族ジイソシアネート(α,α,α',α'−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなど)、イソシアネート類、前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの、およびこれら2種以上の併用が挙げられる。
多価イソシアネート化合物(PIC)の比率は、イソシアネート基[NCO]と、水酸基を有するポリエステルの水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、通常5/1〜1/1、好ましくは4/1〜1.2/1、さらに好ましくは2.5/1〜1.5/1である。
[NCO]/[OH]が5を超えると低温定着性が悪化する。[NCO]のモル比が1未満では、ウレア変性ポリエステルを用いる場合、そのエステル中のウレア含量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の1分子当たりに含有されるイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは平均1.5〜3個、さらに好ましくは平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
次に、ポリエステルプレポリマー(A)と反応させるアミン類(B)としては、2価アミン化合物(B1)、3価以上の多価アミン化合物(B2)、アミノアルコール(B3)、アミノメルカプタン(B4)、アミノ酸(B5)、およびB1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)等が挙げられる。
2価アミン化合物(B1)としては、芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4'−ジアミノジフェニルメタンなど)、脂環式ジアミン(4,4'−ジアミノ−3,3'−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど)、および脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)等が挙げられる。3価以上の多価アミン化合物(B2)としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン等が挙げられる。
アミノアルコール(B3)としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。アミノメルカプタン(B4)としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタン等が挙げられる。アミノ酸(B5)としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸等が挙げられる。B1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)としては、前記B1〜B5のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリジン化合物等が挙げられる。これらアミン類(B)のうち好ましいものは、B1およびB1と少量のB2の混合物である。
アミン類(B)の比率は、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中のイソシアネート基[NCO]と、アミン類(B)中のアミノ基[NHx]の当量比[NCO]/[NHx]として、通常1/2〜2/1、好ましくは1.5/1〜1/1.5、さらに好ましくは1.2/1〜1/1.2である。[NCO]/[NHx]が2を超えたり1/2未満であったりすると、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
ウレア変性ポリエステルは、ワンショット法等により製造される。多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)を、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150〜280℃に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。次いで40〜140℃にて、これに多価イソシアネート(PIC)を反応させ、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)を得る。さらにこの(A)にアミン類(B)を0〜140℃にて反応させ、ウレア変性ポリエステルを得る。
上記(PIC)を反応させる際、及び(A)と(B)を反応させる際には、必要により溶剤を用いてもよい。例えば、芳香族溶剤(トルエン、キシレンなど)、ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)、エステル類(酢酸エチルなど);アミド類(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなど)、およびエーテル類(テトラヒドロフランなど)等のイソシアネート(PIC)に対して不活性な溶剤が適用できる。
また、ポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との架橋及び/又は伸長反応には、必要により反応停止剤を用い、得られるウレア変性ポリエステルの分子量を調整することができる。反応停止剤としては、モノアミン(ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミンなど)、およびそれらをブロックしたもの(ケチミン化合物)等が挙げられる。
ウレア変性ポリエステルを単独で使用する場合は、その数平均分子量は、通常2000〜15000、好ましくは2000〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。20000を超えると低温定着性およびフルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとを併用することで、低温定着性およびフルカラー画像形成装置100に用いた場合の光沢性が向上するので、ウレア変性ポリエステルを単独で使用するよりも好ましい。尚、未変性ポリエステルはウレア結合以外の化学結合で変性されたポリエステルを含んでも良い。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは、少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。従って、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは類似の組成であることが好ましい。
また、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとの重量比は、通常20/80〜95/5、好ましくは70/30〜95/5、さらに好ましくは75/25〜95/5、特に好ましくは80/20〜93/7である。ウレア変性ポリエステルの重量比が5%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。
また、ウレア変性ポリエステルは、得られるトナー母体粒子の表面に存在しやすいため、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。
着色剤としては、公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。
着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15重量%、好ましくは3〜10重量%である。
マスターバッチの製造、またはマスターバッチとともに混練されるバインダー樹脂としては、ポリスチレン、ポリ−p−クロロスチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の重合体、あるいはこれらとビニル化合物との共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、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、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、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、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、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等が挙げられ、これらは単独あるいは混合して使用できる。
荷電制御剤としては公知のものをいずれも使用できる。例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩、及びサリチル酸誘導体の金属塩等である。
具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。
このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
荷電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダー樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5重量部の範囲であるものとする。10重量部を超える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、荷電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
離型剤としては、融点が50〜120℃の低融点のワックスが、バインダー樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に定着ローラとトナー界面との間で働き、これにより定着ローラにオイルの如き離型剤を塗布することなく高温オフセットに対し効果を示す。
このようなワックス成分としては、以下のものが挙げられる。
ロウ類及びワックス類としては、カルナバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス、ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス、オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス、及びパラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス等が挙げられる。
また、これら天然ワックスの外に、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス、エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙げられる。
さらに、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド、及び低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ−n−ステアリルメタクリレート、ポリ−n−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等)等、側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子等も適用できる。
荷電制御剤、離型剤はマスターバッチ、バインダー樹脂とともに溶融混練することもできるし、もちろん有機溶剤に溶解、分散する際に加えても良い。
次に、トナーの製造方法について説明する。なお下記においては、具体例を示すものとし、本発明に適用するトナーの製造方法は、下記に限定されるものではない。
(a)着色剤、未変性ポリエステル、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー、離型剤を有機溶媒中に分散させトナー材料液を作る。
有機溶媒は、沸点が100℃未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい。具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等を、単独あるいは2種以上組み合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好適である。
有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー100重量部に対し、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100重量部、さらに好ましくは25〜70重量部である。
(b)トナー材料液を界面活性剤、樹脂微粒子の存在下、水系媒体中で乳化させる。
水系媒体は、水単独でも良いし、アルコール(メタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などの有機溶媒を含むものであってもよい。
トナー材料液100重量部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。50重量部未満ではトナー材料液の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。20000重量部を超えると経済的でない。
また、水系媒体中の分散を良好にするために、界面活性剤、樹脂微粒子等の分散剤を適宜加える。
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルなどのアニオン性界面活性剤、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウムなどの4級アンモニウム塩型のカチオン性界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやN−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムべタイン等の両性界面活性剤が挙げられる。
また、フルオロアルキル基を有する界面活性剤を用いることにより、非常に少量でその効果を発揮することができる。好適なフルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤としては、炭素数2〜10のフルオロアルキルカルボン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[ω−フルオロアルキル(C6〜C11)オキシ]−1−アルキル(C3〜C4)スルホン酸ナトリウム、3−[ω−フルオロアルカノイル(C6〜C8)−N−エチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜C20)カルボン酸及び金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜C13)及びその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜C12)スルホン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、N−プロピル−N−(2−ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜C10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜C16)エチルリン酸エステル等が挙げられる。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102(ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)等が挙げられる。
また、カチオン性界面活性剤としては、フルオロアルキル基を右する脂肪族1級、2級もしくは2級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6−C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩等の脂肪族4級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩、商品名としてはサーフロンS−121(旭硝子社製)、フロラードFC−135(住友3M社製)、ユニダインDS−202(ダイキンエ業杜製)、メガファックF−150、F−824(大日本インキ社製)、エクトップEF−132(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−300(ネオス社製)等が挙げられる。
例えば、ポリメタクリル酸メチル微粒子1μm、及び3μm、ポリスチレン微粒子0.5μm及び2μm、ポリ(スチレン―アクリロニトリル)微粒子1μm、商品名では、PB−200H(花王社製)、SGP(総研社製)、テクノポリマーSB(積水化成品工業社製)、SGP−3G(総研社製)、ミクロパール(積水ファインケミカル社製)等がある。
また、リン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等の無機化合物分散剤も用いることができる。
例えばアクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマール酸、マレイン酸または無水マレイン酸等の酸類、あるいは水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体、例えばアクリル酸−β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸−β−ヒドロキシエチル、アクリル酸−β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−3−クロロ2−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド等、ビニルアルコールまたはビニルアルコールとのエーテル類、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテル等、またはビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル等、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドあるいはこれらのメチロール化合物、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライド等の酸クロライド類、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミン等の含窒素化合物、またはその複素環を有するもの等のホモポリマーまたは共重合体、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステルなどのポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類等が使用できる。
この中でも、分散体の粒径を2〜20μmにするために高速せん断式が好ましい。高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は特に限定はないが、通常1000〜30000rpm、好ましくは5000〜20000rpmである。分散時間は特に限定はないが、バッチ方式の場合は、通常0.1〜5分である。分散時の温度としては、通常、0〜150℃(加圧下)、好ましくは40〜98℃である。
この反応は、分子鎖の架橋及び/又は伸長を伴う。反応時間は、ポリエステルプレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)との反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは2〜24時間である。反応温度は、通常、0〜150℃、好ましくは40〜98℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレート等が挙げられる。
有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に層流の攪拌状態で昇温し、一定の温度域で強い攪拌を与えた後、脱溶媒を行うことで紡錘形のトナー母体粒子が作製できる。
また、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能な物を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗する等の方法によって、トナー母体粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解等の操作によっても除去できる。
荷電制御剤の打ち込み、及び無機微粒子の外添は、ミキサー等を用いた公知の方法によって行われる。
<2μm以下粒径の測定方法>
トナーの2μm以下の粒子率及び円形度はフロー式粒子像分析装置FPIA−2000(東亜医用電子株式会社製)により計測できる。
具体的な測定方法としては、容器中の予め不純固形物を除去した水100〜150ml中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスフォン酸塩を0.1〜0.5ml加え、更に測定試料を0.1〜0.5g程度加える。試料を分散した懸濁液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、分散液濃度を3000〜1万個/μlとして前記装置によりトナーの形状及び分布を測定することによって得られる。
表層にフィラーを分散し強化した層をもつ有機感光体を使用することによって、像担持体の耐久性を高め寿命を長くすることができる。
また、耐磨耗性を向上させた像担持体を用いることにより、像担持体表面がフラットな状態を保ちやすくなる。そのため、トナーが表面の微細な凹凸にトラップされることが無くなるため、良好なクリーニング性を維持しやすい。
本発明の画像形成装置は、保護層に耐摩耗性を向上する目的でフィラーを添加した感光体を具備していることが好ましい。
有機フィラーとしては、ポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素樹脂粉末、シリコーン樹脂粉末、a−カーボン粉末等が挙げられ、無機フィラーとしては、銅、スズ、アルミニウム、インジウム等の金属粉末、酸化錫、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化ビスマス、アンチモンをドープした酸化錫、錫をドープした酸化インジウム等の金属酸化物、チタン酸カリウム等の無機材料が挙げられる。これらのフィラーは単独で用いてもよく、2種類以上混合して用いてもよい。
これらフィラーは、保護層用塗工液に適当な分散機によって分散できる。
また、フィラーの平均粒径は、0.5μm以下、好ましくは0.2μm以下とすることが保護層の透過率の観点から好適である。また、本発明において保護層中に可塑剤やレベリング剤を添加してもよい。
像担持体に、その表層にフィラーを分散し強化した層をもつ有機感光体を使用することによって、像担持体寿命がさらに長くなる。また、耐磨耗性を向上させた像担持体を用いることにより、像担持体表面がフラットな状態を保ちやすくなる。そのため、トナーが表面の微細な凹凸にトラップされることが無くなるため、クリーニング性を維持しやすい。
<架橋タイプ保護層の説明>
保護層のバインダー構成として、架橋構造からなる保護層を有効に使用できる。
架橋構造の形成に関しては、1分子内に複数個の架橋性官能基を有する反応性モノマーを使用し、光や熱エネルギーを用いて架橋反応を起こさせ、3次元の網目構造を形成するものである。この網目構造がバインダー樹脂として機能し、高い耐摩耗性を発現する。
電気的な安定性、耐刷性、寿命の観点から、上記反応性モノマーとして、全部もしくは一部に電荷輸送能を有するモノマーを使用することは非常に有効である。このようなモノマーを使用することにより、網目構造中に電荷輸送部位が形成され、保護層としての機能を十分に発現することができる。
電荷輸送能を有する反応性モノマーとしては、同一分子中に電荷輸送性成分と加水分解性の置換基を有する珪素原子とを少なくとも1つずつ以上含有する化合物、同一分子中に電荷輸送性成分とヒドロキシル基とを含有する化合物、同一分子中に電荷輸送性成分とカルボキシル基とを含有する化合物、同一分子中に電荷輸送性成分とエポキシ基とを含有する化合物、同一分子中に電荷輸送性成分とイソシアネート基とを含有する化合物等が挙げられる。
これら反応性基を有する電荷輸送性材料は、単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。
さらに好ましくは、電荷輸送能を有するモノマーとして、電気的・化学的安定性が高いこと、キャリアの移動度が速いこと等から、トリアリールアミン構造を有する反応性モノマーが有効に使用される。これ以外に塗工時の粘度調整、架橋型電荷輸送層の応力緩和、低表面エネルギー化や摩擦係数低減などの機能付与の目的で1官能及び2官能の重合性モノマー及び重合性オリゴマーを併用することができる。これらの重合性モノマー、オリゴマーとしては、公知のものが利用できる。
光により重合させる場合は、光として紫外線を用いることが好ましいが、光エネルギーのみで反応が進行することはごく稀であり、一般には光重合開始材が併用される。この場合の重合開始材とは、主には波長400nm以下の紫外線を吸収してラジカルやイオン等の活性種を生成し、重合を開始させるものである。
なお、本発明においては、上述した熱及び光重合開始材を併用することも可能である。
このように形成すると、耐摩耗性が高い反面、架橋反応時に体積収縮が大きく、あまり厚膜化するとクラック等を生じる場合がある。かかる場合には、保護層を積層構造として、下層(感光層側)には低分子分散ポリマーの保護層を使用し、上層(表面側)に架橋構造を有する保護層を形成することが好ましい。
<像担持体A>
像担持体において、保護層塗工液、及び膜厚・作製条件を、下記のように設定した以外は、通常の像担持体と同様とした。
メチルトリメトキシシラン:182部
ジヒドロキシメチルトリフェニルアミン:40部
2−プロパノール:225部
2%酢酸:106部
アルミニウムトリスアセチルアセトナート:1部
上記材料を混合し、保護層用の塗布液を調製した。
この塗布液を前記電荷輸送層の上に塗布・乾燥し、110℃、1時間の加熱硬化を行い、膜厚3μmの保護層を形成した。
像担持体において、保護層塗工液、及び膜厚・作製条件を下記のように設定した以外は、通常の像担持体と同様とした。
正孔輸送性化合物(下記化学式(1)):30部
アクリルモノマー(下記化学式(2))、及び光重合開始材(2−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン):0.6部
これらをモノクロロベンゼン50部/ジクロロメタン50部の混合溶媒中に溶解し、表面保護層用塗料を調製した。
この塗料をスプレーコーティング法により先の電荷輸送層上に塗布し、メタルハライドランプを用いて、500mW/cm2 の光強度で30秒間硬化させることによって、膜厚5μmの表面保護層を形成した。
これにより、像担持体寿命がさらに長くなる。
また、耐磨耗性を向上させた像担持体を用いることにより、像担持体表面がフラットな状態を保ちやすくなる。そのため、トナーが表面の微細な凹凸にトラップされることが無くなるため、クリーニング性を維持しやすい。
本発明に用いられる電子写真用感光体としては、導電性支持体を50℃〜400℃に加熱し、この支持体上に真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、熱CVD法、光CVD法、プラズマCVD法等の成膜法により、a−Siからなる光導電層を有するアモルファスシリコン感光体(以下、「a−Si系感光体」と称する。)を用いることが出来る。
特に、プラズマCVD法、すなわち原料ガスを直流または高周波あるいはマイクロ波グロー放電によって分解し、支持体上にa−Si堆積膜を形成する方法が好適である。
図3(a)〜(d)は、層構成を説明するための模式的構成図である。
図3(a)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上に、a−SiC(H、F、O)からなる光導電性を有する光導電層502が設けられている。
図3(b)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上に、光導電層502と、アモルファスシリコン系表面層503とから構成されている。
図3(c)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上に、光導電層502と、アモルファスシリコン系表面層503と、アモルファスシリコン系電荷注入阻止層504とから構成されている。
図3(d)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上に、光導電層502が設けられている。
光導電層502は、電荷発生層505ならびに電荷輸送層506とからなり、その上にアモルファスシリコン系表面層503が設けられている。
感光体の支持体は、導電性でも電気絶縁性であってもよい。
導電性支持体としては、例えば、Al、Cr、Mo、Au、In、Nb、Te、V、Ti、Pt、Pd、Fe等の金属、およびこれらの合金、例えばステンレス等が挙げられる。
また、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド等の合成樹脂のフィルムまたはシート、ガラス、セラミック等の電気絶縁性支持体の少なくとも感光層を形成する側の表面を導電処理した支持体も用いることができる。
支持体の形状は平滑表面あるいは凹凸表面の円筒状または板状、無端ベルト状であることができ、その厚さは、所望通りの画像形成装置用感光体を形成し得るように適宜決定するが、画像形成装置用感光体としての可撓性が要求される場合には、支持体としての機能が充分発揮できる範囲内で可能な限り薄くすることができる。しかしながら、支持体は製造上および取り扱い上、機械的強度等の点から通常は10μm以上とされる。
本発明に適用できるアモルファスシリコン感光体には、必要に応じて導電性支持体と光導電層との間に、導電性支持体側からの電荷の注入を阻止する働きのある電荷注入阻止層を設けることが好ましい(図3(c))。
すなわち、電荷注入阻止層は、感光層が一定極性の帯電処理をその自由表面に受けた際、支持体側より光導電層側に電荷が注入されるのを阻止する機能を有し、逆の極性の帯電処理を受けた際にはそのような機能が発揮されない、いわゆる極性依存性を有している。
そのような機能を付与するために、電荷注入阻止層には伝導性を制御する原子を光導電層に比べ比較的多く含有させる。
電荷注入阻止層の層厚は所望の電子写真特性が得られること、及び経済的効果等の点から好ましくは0.1〜5μm、より好ましくは0.3〜4μm、最適には0.5〜3μmとする。
光導電層は必要に応じて下引き層上に形成するものとし、光導電層502の層厚は所望の電子写真特性が得られること及び経済的効果等の点から適宜所望にしたがって決定され、好ましくは1〜100μm、より好ましくは20〜50μm、最適には23〜45μmとする。
電荷輸送層は、光導電層を機能分離した場合の電荷を輸送する機能を主として奏する層である。
電荷輸送層は、その構成要素として少なくともシリコン原子と炭素原子と弗素原子とを含み、必要であれば水素原子、酸素原子を含むa−SiC(H、F、O)からなり、所望の光導電特性、特に電荷保持特性,電荷発生特性および電荷輸送特性を有する。
本発明においては酸素原子を含有することが特に好ましい。電荷輸送層の層厚は所望の電子写真特性が得られること、および経済的効果などの点から適宜所望にしたがって決定され、電荷輸送層については、好ましくは5〜50μm、より好ましくは10〜40μm、最適には20〜30μmとする。
電荷発生層は、光導電層を機能分離した場合の電荷を発生する機能を主として奏する層である。
電荷発生層は、構成要素として少なくともシリコン原子を含み、実質的に炭素原子を含まず、必要であれば水素原子を含むa−Si:Hから成り、所望の光導電特性、特に電荷発生特性、電荷輸送特性を有する。
電荷発生層の層厚は所望の電子写真特性が得られること、および経済的効果等の点から適宜所望にしたがって決定され、好ましくは0.5〜15μm、より好ましくは1〜10μm、最適には1〜5μmとされる。
本発明に適用できるアモルファスシリコン感光体には、必要に応じて、上述のようにして支持体上に形成された光導電層の上に、更に表面層を設けることができ、アモルファスシリコン系の表面層を形成することが好ましい。
この表面層は自由表面を有し、主に耐湿性、連続繰り返し使用特性、電気的耐圧性、使用環境特性、耐久性において本発明の目的を達成するために設けられる。
本発明における表面層の層厚としては、通常0.01〜3μm、好適には0.05〜2μm、最適には0.1〜1μmとされるのが望ましい。層厚が0.01μmよりも薄いと感光体を使用中に摩耗等の理由により表面層が失われてしまい、3μmを超えると残留電位の増加等の電子写真特性低下がみられる。
すなわち、図4のように、本発明の画像形成装置を具備し、像担持体8、帯電手段1、現像手段3、クリーニング補助手段11、クリーニング手段7、潤滑剤塗布手段6、潤滑剤5、潤滑剤ならし手段12より選ばれる少なくとも一つが、画像形成装置本体と一体に支持された構成となっており、着脱自在となされていることを特徴とするプロセスカートリッジを構成したことにより、メンテナンス時にプロセスカートリッジごと交換できるようになる。
また、像担持体とその他の部材、例えばクリーニングブレード等は、それらの位置決めが非常に重要で、位置決めが少しでもずれることで、意図したクリーニング性が得られなかったり、左右でクリーニング性能に違いが出たりすることがあり、より寿命が短くなることがあるだけでなく、その他部材を汚染しやすくなるが、このように、一体的に構成することにより、装置の機能を長期に亘って維持することができるようになる。
下記に示す手順により、材料構成の異なる複数種類のサンプルトナーを作製し、それらのトナーを用いたときの像担持体の摩耗量を評価した。
サンプルトナーを下記のようにして作製した。
冷却管、攪拌機及び窒素導入管を具備する反応槽中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物229部、ビスフェノールAプロピオンオキサイド3モル付加物529部、テレフタル酸208部、アジピン酸46部、及びジブチルスズオキシド2部を投入し、常圧下、230℃で8時間反応させた。
次に、10〜15mmHgの減圧下で5時間反応させた後、反応槽中に無水トリメリット酸44部を添加し、常圧下、180℃で2時間反応させて、未変性ポリエステル樹脂を合成した。
作製された上記未変性ポリエステル樹脂は、数平均分子量が2500、重量平均分子量が6700、ガラス転移温度が43℃、酸価が25mgKOH/gであった。
続いて、水1200部、カーボンブラックPrintex35(デクサ社製:DBP吸油量=42ml/100mg、pH=9.5)540部、及び未変性ポリエステル樹脂1200部を、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)を用いて混合した。
二本ロールを用いて、得られた混合物を150℃で30分混練した後、圧延冷却し、パルペライザー(ホソカワミクロン社製)で粉砕して、マスターバッチを調製した。
次に、反応容器中に、マスターバッチ500部及び酢酸エチル500部を仕込み、1時間混合して原料溶解液を得た。
上記原料溶解液1324部を反応容器に移し、ビーズミルのウルトラビスコミル(アイメックス社製)を用いて、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填し、送液速度が1kg/時、ディスク周速度が6m/秒の条件で3パスして、C.I.ピグメントレッド及びカルナバワックスを分散させ、ワックス分散液を得た。
直径20mmのパラレルプレートを具備するパラレルプレート型レオメータAR2000(ディー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製)を用いて、ギャップを30μmにセットし、トナー材料の分散液に対して、25℃において、せん断速度30000秒-1で30秒間せん断力を加えた後、せん断速度を0秒-1から70秒-1まで、20秒間で変化させた時の粘度(粘度A)を測定した。
次に、10〜15mHgの減圧下で、5時間反応させて、中間体ポリエステル樹脂を合成した。
得られた中間体ポリエステル樹脂は、数平均分子量が2100、重量平均分子量が9500、ガラス転移温度が55℃、酸価が0.5mgKOH/g、水酸基価が51mgKOH/gであった。
次に、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、中間体ポリエステル樹脂410部、イソホロンジイソシアネート89部及び酢酸エチル500部を仕込み、100℃で5時間反応させて、プレポリマーを合成した。得られたプレポリマーの遊離イソシアネート含有量は、1.53重量%であった。
反応容器中に、トナー材料の分散液749部、プレポリマー115部及びケチミン化合物2.9部を仕込み、TK式ホモミキサー(特殊機化製)を用いて5000rpmで1分間混合して、油相混合液を得た。
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、水683部、反応性乳化剤(メタクリル酸のエチレンオキシド付加物の硫酸エステルのナトリウム塩)エレミノールRS−30(三洋化成工業社製)11部、スチレン83部、メタクリル酸83部、アクリル酸ブチル110部及び過硫酸アンモニウム1部を仕込み、400rpmで15分間撹拌し、乳濁液を得た。乳濁液を加熱して、75℃まで昇温して5時間反応させた。
次に、1重量%過硫酸アンモニウム水溶液30部を添加し、75℃で5時間熟成して、樹脂粒子分散液を調製した。
トナー材料液の分散質粒径、分散粒径分布の測定に「マイクロトラックUPA−150」(日機装社製)を用いて測定し、解析ソフト「マイクロトラック パーティクルサイズ アナライザ−Ver.10.1.2−016EE」(日機装社製)を用いて解析を行った。
具体的にはガラス製30mlサンプル瓶にトナー材料液、次いでトナー材料液作製に用いた溶媒を添加し、10質量%の分散液を調製した。
得られた分散液を「超音波分散器W−113MK−II」(本多電子社製)で2分間分散処理した。
測定するトナー材料液に用いた溶媒でバックグラウンドを測定した後、前記分散液を滴下し、測定器のサンプルローディングの値が1〜10の範囲となる条件で分散粒子径を測定した。
本測定法は分散粒子径の測定再現性の点から測定器のサンプルローディングの値が1〜10の範囲となる条件で測定することが重要である。前記サンプルローディングの値を得るために前記分散液の滴下量を調節する必要がある。
分布表示:体積、粒径区分選択:標準、チャンネル数:44、測定時間:60sec、測定回数:1回、粒子透過性:透過、粒子屈折率:1.5、粒子形状:非球形、密度:1g/cm3溶媒屈折率の値は日機装社発行の「測定時の入力条件に関するガイドライン」に記載されている値のうちトナー材料液に用いた溶媒の値を用いた。
水990部、樹脂粒子分散液83部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5重量%水溶液エレミノールMON−7(三洋化成工業社製)37部、高分子分散剤カルボキシメチルセルロースナトリウムの1重量%水溶液セロゲンBS−H−3(第一工業製薬社製)135部及び酢酸エチル90部を混合撹拌し、水系媒体を得た。
水系媒体1200部に、油相混合液867部を加え、TK式ホモミキサーを用いて、13000rpmで20分間混合して、分散液(乳化スラリー)を調製した。
次に、撹拌機及び温度計をセットした反応容器中に、乳化スラリーを仕込み、30℃で8時間脱溶剤した後、45℃で4時間熟成を行い、分散スラリーを得た。
具体的にはガラス製100mlビーカーに10wt%界面活性剤(アルキルベンゼンスフォン酸塩ネオゲンSC−A;第一工業製薬製)を0.5ml添加し、各トナー0.5g添加しミクロスパーテルでかき混ぜ、次いでイオン交換水80mlを添加した。得られた分散液を超音波分散器(W-113MK-II本多電子社製)で10分間分散処理した。
前記分散液を前記マルチサイザーIIIを用い、測定用溶液としてアイソトンIII(ベックマンコールター製)を用いて測定を行った。
測定は装置が示す濃度が8±2%に成るように前記トナーサンプル分散液を滴下した。本測定法は粒径の測定再現性の点から前記濃度を8±2%にすることが重要である。この濃度範囲であれば粒径に誤差は生じない。
分散スラリー100重量部を減圧濾過した後、濾過ケーキにイオン交換水100部を添加し、TK式ホモミキサーを用いて12000rpmで10分間混合した後、濾過した。
得られた濾過ケーキに10重量%塩酸を加えて、pHを2.8に調整し、TK式ホモミキサーを用いて12000rpmで10分間混合した後、濾過した。
さらに、得られた濾過ケーキにイオン交換水300部を添加し、TK式ホモミキサーを用いて12000rpmで10分間混合した後、濾過する操作を2回行い、最終濾過ケーキを得た。
得られた最終濾過ケーキを、循風乾燥機を用いて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、トナー母粒子を得た。トナー母粒子の物性を下記表1に示す。
変性層状無機鉱物(商品名クレイトンAPA)の添加量を、3部から0.1部に変更した。その他の条件は実施例1と同様にしてトナーを作製した(実施例B)。
変性層状無機鉱物として、前記商品名:クレイトンAPAを、少なくとも一部をポリオキシエチレン基を有するアンモニウム塩で変性した層状無機鉱物モンモリロナイト(クレイトンHY Southern Clay Products社製)に変更した。
その他の条件は、実施例1と同様にしてトナーを作製した(実施例C)。
前記変性層状無機鉱物(商品名:クレイトンAPA)の添加量を、3部から1.4部に変更した。その他の条件は実施例1と同様にしてトナーを作製した(実施例D)。
前記変性層状無機鉱物(商品名:クレイトンAPA)の添加量を、3部から6部に変更した。その他の条件は、実施例1と同様にしてトナーを作製した(実施例E)。
前記変性層状無機鉱物(商品名:クレイトンAPA)を添加しなかった。
その他の条件は、実施例1と同様にしてトナーを作製した(比較例A)。
前記変性層状無機鉱物(商品名:クレイトンAPA)の添加量を、3部から10部に変更した。その他の条件は、実施例1と同様にしてトナーを作製した。
しかし、トナー材料の分散液の粘度が非常に高く、乳化又は分散を行うことができず、トナーを作製できなかった。
前記変性層状無機鉱物として、クレイトンAPA(Southern Clay Products社製)を未変性層状無機鉱物モンモリロナイト(商品名:クニピア クニミネ工業株式会社製)に変更した。その他の条件は、実施例1と同様にしてトナーを作製した(比較例B)。
前記変性層状無機鉱物として、クレイトンAPAを、オルガノシリカゾル(MEK−ST−UP、固形分濃度20%、平均一次粒子径15nm、日産化学工業製)に変更した。その添加量を、20部に変更した。
その他の条件は、実施例1と同様にしてトナーを作製した(比較例C)。
前記実施例1中の、(トナー材料の分散液の作製)において、少なくとも一部をベンジル基を有する第4級アンモニウム塩で変性した層状無機鉱物モンモリロナイト(クレイトンAPA Southern Clay Products社製)を添加せず、(乳化スラリーの調整)において、乳化スラリー(1)を30℃で脱溶剤し、乳化スラリー中の残存酢酸エチル量を6重量%にした。前記脱溶剤を行った乳化スラリー100部に、カルボキシメチセルロース(CMC ダイセル−1280:ダイセル化学工業(株)製)0.7部容器に入れて、パドル型撹拌翼で周速1.8m/sで1時間混合した。
その他の条件は、実施例1と同様にしてトナーを作製した(比較例D)。
また、実験に用いる像担持体は、表層にフィラーを分散させたものを使用した。
なお、画像形成に用いる像担持体としては、図2に示した構成のものを適用したものとし、フィラーを分散させた膜厚30μmの表面層を具備している構成のものを適用した。
また、本実験に当たっては、Imagio neo C600を使用したが、市販品状態では潤滑剤が十分に塗布されていないことが懸念される。そこで、Imagio neo C600のPCUを改造し、一次転写後にクリーニングブレード、その後にステアリン酸亜鉛をバー状に成型した固形潤滑剤を当接させた潤滑剤塗布ブラシ、その後に潤滑剤塗布ブレードをそれぞれ像担持体に当接するようにし、帯電ローラと感光体間のギャップを50μmに設定した。
このように改造したPCUを用いて、まずは潤滑剤がきちんと塗布されているかどうか、確認を行った。
像担持体に帯電手段とクリーニングブレードとステアリン酸亜鉛バーと潤滑剤塗布ブラシと潤滑剤塗布ブレードを接触させて、実際に実験を行う感光体回転条件(感光体表面の移動速度300mm/sec)で10分間帯電のみ(Vpp(AC電圧のピークツーピーク電圧値[単位:V])2000V、f(AC電圧の交流周波数[単位:Hz])2200Hz)を行いながら感光体を回転させ、潤滑剤を塗布した。その後、XPSにより検出される感光体最表面を構成する物質の全元素の元素個数総和に対する、XPSにより検出される潤滑剤の保護物質中に含まれる亜鉛元素の元素個数割合[%]を求めたところ、0.42であり、また、感光体最表面を構成する物質の全元素の元素個数総和に対する、XPSにより検出される潤滑剤を構成する元素個数割合[%]を求めたところ、12.05であった。
一方、上記実験条件での設定値を用いて、上記式(1)の右辺値、及び上記式(3)の右辺値を求めたところ、A=0.28、B=11.45となり、XPSにより実際に検出された元素割合の方が大きい値であり、このPCU、実験条件では、十分に均一に感光体に潤滑剤を塗布できていることが確認できた。(上記式(2)におけるVth導出においては、感光体の比誘電率がおよそ3だったので、εopcを3とし、帯電手段と感光体間の空隙における比誘電率がおよそ1だったので、εairを1として計算した。)
以上より、上記改造したPCU、上記実験条件を用いて以下の実験を行った。
(b)Imagio neo C600のPCUを改造し、一次転写後にクリーニング補助ブラシ、その後にクリーニングブレード、その後にステアリン酸亜鉛をバー状に成型した固形潤滑剤を当接させた潤滑剤塗布ブラシ、その後に潤滑剤塗布ブレードをそれぞれ像担持体に当接するようにした。
(c)クリーニングブレードの弾性率は70%、厚さは2mm、カウンターで像担持体に対する当接角度は20°とした。
(d)PCUのトナーを全て除去し、現像装置中にキャリアのみを残す。
(e)キャリアのみになった現像装置中に、サンプルとなるブラックトナーを28g投入し、トナー濃度7%の現像剤を400g作製する。
(f)Imagio neo C600本体に、改造したPCUを装着し、現像スリーブ線速300mm/sで、現像装置のみを5分間空回しさせる。
(g)現像スリーブ、感光体ともに300mm/sトレーリングで回転させ、感光体上のトナー0.6±0.05mg/cm2となるように現像バイアスを調整した。
(h)上記現像条件において、転写率が96±2%となるよう、転写電流を調整した。
(i)上記設定値を用いて、図5に示す細線画像を10000枚出力した。
(j)印刷終了後の像担持体を取り出し、磨耗量を算出した。
実験後の感光体磨耗量は、実験前後の像担持体表面膜厚を測定して求めた。
像担持体表面膜厚には、卓上型膜厚計 フィッシャースコープMMSシグマスコープを用いた。
測定前には、Imagio neo C600で用いられているアルミ素管と、40μmと100μmの基準板を用いてキャリブレーションを行い、9回測定した結果の平均値を求め、像担持体表面膜厚として測定した。
(k)求められた像担持体表面膜厚が、0.5μm以下だった場合に、像担持体磨耗量をOKとして○、それ以上だった場合に、像担持体磨耗量をNGとして×と評価した。
(l)また、10000枚目の出力画像において、クリーニング不良による異常画像の有無を目視判定し、異常画像が出力され無かった場合にOKとして○、異常画像が発生した場合にNGとして、×評価を行った。
(m)上記実験を各サンプルトナーに対して行った。
上記実験結果を下記表2に示す。
本発明の実施例A〜Eのトナーを用いた場合には、実用上良好な品質の画像が得られ、像担持体摩耗、及びクリーニング性の評価もいずれも実用上良好であった。
2 露光手段
3 現像手段
4 転写手段
5 潤滑剤
6 潤滑剤塗布手段
7 クリーニング手段
8 像担持体
9 給紙手段
10 定着手段
11 クリーニング補助手段
12 潤滑剤ならし手段
Claims (8)
- 像担持体と、当該像担持体の表面を帯電させる帯電手段と、前記像担持体上に露光することによって潜像を書き込む露光手段と、前記像担持体上に書き込まれた潜像にトナーを現像させる現像手段と、現像されたトナーを中間転写体、または印刷用紙に転写する転写手段とを有し、前記像担持体は、転写手段の位置する回転方向下流に、転写残トナーのクリーニングを補助するクリーニング補助手段と、転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段と、前記像担持体に潤滑剤を塗布する潤滑材塗布手段と、前記像担持体に塗布された潤滑剤を感光体上に均一にならす潤滑剤ならし手段とを有する画像形成装置であって、
前記像担持体への潤滑剤塗布量が、下記式(1)〜(3)に従って規定されたものであって、
かつ、前記トナーは、体積平均粒径Dvが、5.0<Dv<5.5μmの範囲にあって、水系で造粒されたものであり、少なくとも結着樹脂と、着色剤と、層間イオンの少なくとも一部を有機物イオンで変性した層状無機鉱物とを含有するトナーであることを特徴とする画像形成装置。
A≧1.52×10-4×{Vpp−2×Vth}×f/v×Nα・・・(1)
但し、Aは、X線光電子分光分析装置(XPS)により検出される、被帯電体最表面を構成する物質の、全元素の元素個数総和に対する、潤滑物質の特定元素の元素個数割合[%]である。
Vppは、AC電圧のピークツーピーク電圧値[V]である。
fは、帯電手段1に印加する交流成分の周波数[Hz]である。
vは、被帯電体表面の移動速度[mm/sec]である。
Nαは、潤滑物質を構成する元素のうち特定元素の1分子中における元素個数である。
なお、前記Vthは放電開始電圧であり、下記式(2)により求められる。
Vth=312+6.2×(d/εopc+Gp/εair)+√(7737.6×d/εopc)・・・(2)
dは、被帯電体の膜厚[μm]である。
εopcは、被帯電体の比誘電率である。
εairは、被帯電体と帯電手段の間の空間における比誘電率である。
Gpは、帯電手段表面と被帯電体表面との最近接距離(μm)である。
また、下記Bは、前記XPSにより検出される被帯電体最表面を構成する物質の、全元素の元素個数総和に対する、潤滑物質を構成する元素個数割合[%]である。
B≧1.52×10-4×{Vpp−2×Vth}×f/v×Nβ・・・(3)
Nβは、潤滑物質1分子を構成する元素個数総和から水素元素の元素個数を引いた値である。
前記潤滑物質は脂肪酸金属塩であり、前記特定元素は金属であり、前記Nαは1であり、前記Nβは41である。
前記帯電手段と前記像担持体との最近接距離は、1〜100[μm]とする。 - 前記層状無機鉱物は、金属カチオンの少なくとも一部を、有機カチオンで変性した層状無機鉱物であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記トナーは、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が、1.00〜1.40であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記トナーは、2μm以下の粒子が、1〜10個数%含有されていることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体は、フィラーが分散されている表面層を具備してい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画像形成装置。
- 前記像担持体は、充填材で補強された表面層を具備しているか、架橋型電荷輸送材料を含有しているか、あるいはその双方の構成を有するものであ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画像形成装置。
- 前記像担持体が、アモルファスシリコンにより形成された感光体であ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画像形成装置。
- 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の画像形成装置を具備しており、
前記像担持体、前記帯電手段、前記潤滑剤塗布手段、前記潤滑剤ならし手段の、少なくともいずれかが、一体に支持された構成となっており、画像形成装置本体に着脱自在とされていることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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