JP2009122251A - キャリア並びにそれを用いた現像剤及び画像形成装置 - Google Patents

キャリア並びにそれを用いた現像剤及び画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】二成分現像剤として使用したときに、長期使用後もトナーの帯電性能を一定に維持できるキャリア及びキャリアの製造方法を提供、及び前記キャリアを用いた、トナーの帯電性能に優れ且つその帯電量が安定な二成分現像剤、及びそれを用いて良好な画像を安定に得ることができる画像形成装置を提供。
【解決手段】帯電制御剤としてヒドロキシカルボン酸ホウ素有機金属化合物を含有したジメチルシリコーン樹脂でコア粒子が被覆されているキャリアにおいて、該キャリアの樹脂層表面に存在する帯電制御剤存在率が60%以上100%以下であることを特徴とする。
【選択図】図2

Description

本発明はキャリア並びにそれを用いた現像剤及び画像形成装置に関する。更に詳しくは、コア粒子とそれを被覆する被覆層とを備えたキャリア及びその製造方法と、そのキャリアを用いた、複写機、プリンタ及びファクシミリ機等の電子写真方式による印刷機能を有する画像形成装置に関するものである。
複写機等の電子写真方式を利用した画像形成装置は、一般に帯電、露光、現像、転写、剥離、クリーニング、除電、及び定着の各工程を経ることにより画像が形成される。画像を形成する工程は、例えば、帯電装置によって回転駆動される感光体の表面を均一に帯電し、露光装置によって帯電した感光体表面にレーザ光が照射され静電潜像が形成される。続いて、現像装置によって感光体上の静電潜像が現像され、感光体表面上に現像剤像(トナー像)が形成される。転写装置によって感光体上のトナー像は転写材上に転写され、その後、定着装置によって加熱されることによって、トナー像は転写材上に固定される。また感光体表面上に残った転写残留トナーは、クリーニング装置により除去され所定の回収部に回収される。また、クリーニングされた後の感光体表面は、次の画像形成に備えるために、除電装置により残留電荷が除去される。
感光体上の静電潜像を現像する現像剤としては、トナーのみからなる一成分現像剤やトナーとキャリアとからなる二成分現像剤が一般に用いられる。
一成分現像剤はキャリアを使用しないことから、トナーとキャリアを均一に混合するための攪拌機構等を必要としない。そのため、現像装置がシンプルになるといった利点を有する。しかし、トナーの帯電量が安定しにくい等の欠点がある。
二成分現像剤は、トナーとキャリアを均一に混合するための攪拌機構等を必要とすることから、現像装置が複雑になるといった欠点を有する。しかし、帯電安定性や高速機への適合性に優れている。そのため、高速画像形成装置やカラー画像形成装置によく使用されている。
二成分現像剤に使用されるキャリアとしては、粒子径が20〜100μmのフェライト等からなる磁性粒子が使用される。この磁性粒子は、湿度依存性やトナー成分の融着を防止するために、磁性粒子をコアとして、その表面にアクリル系樹脂あるいはシリコーン系樹脂からなる被覆層が形成される。また、キャリアのコア表面に、帯電制御剤を含む樹脂を被覆したキャリアが提案され、トナーの摩擦帯電性の環境変動を改善している(特許文献1を参照)。
特開平4−204666号公報
ところで、樹脂で表面を被覆したキャリアは耐久性に優れるが、これを用いるニ成分現像剤において、初期(1K枚目から5K枚目)において帯電量が著しく上昇し、画像濃度が低下する課題があった。また更なる問題として、トナーと同極性の帯電制御剤を前記樹脂にキャリアを添加したが、ライフ時(20K枚目から50K枚目)におけるトナー帯電量が低下することが見られた。
本発明は、このような事情に鑑み、二成分現像剤として使用したときに、長期使用後もトナーの帯電性能を一定に維持できるキャリア及びキャリアの製造方法を提供するものである。
本発明はまた、前記キャリアを用いた、トナーの帯電性能に優れ且つその帯電量が安定な二成分現像剤、及びそれを用いて良好な画像を安定に得ることができる画像形成装置を提供するものである。
本発明者は、前記課題を解決するために、帯電制御剤を含む樹脂層で被覆されるキャリアにおいて、その被覆したキャリアの表面の帯電制御剤に着目し、帯電制御剤がキャリアのコア表面でリッチに偏るように樹脂層を形成すると、該キャリアが二成分現像剤として、トナーの帯電量を一定に維持し、それを使用した画像形成装置が長期使用において良好な画像を安定に提供することを見出し、本発明に至ったものである。
即ち、本発明のキャリア及びその製造方法並びにそれを用いた現像剤及び画像形成装置は、以下の構成又は構造を特徴とするものである。
本発明は、帯電制御剤を含む樹脂層でコア粒子が被覆されているキャリアにおいて、該キャリアの樹脂層表面に存在する帯電制御剤存在率が60%以上100%以下であることを特徴とする。
この発明にあっては、キャリア表面近傍における帯電制御剤の存在率が内部より高いため、初期のトナー帯電量上昇を抑え、ライフ時の帯電量の低下を抑える効果が得られる。
尚、ここで、樹脂層表面に存在する帯電制御剤存在率とは、メタノール100ml中にキャリア100gを投入し、30分間還流させた後濾過し、吸光度分析装置を用いて、濾液メタノールに溶出した帯電制御剤の定量分析を行う。キャリア表面に存在する帯電制御剤存在率(%)の算出方法は、メタノールに溶出した帯電制御剤量(g)を、キャリア100gに添加した帯電制御剤量(g)の総量で割り、パーセンテージで求める。
また、前記課題を解決するための本発明のキャリアは、前記帯電制御剤が、下記一般式(1)
Figure 2009122251
(式中、R1およびR4は水素原子、アルキル基、置換または非置換の芳香環(縮合環も含む)を示し、R2およびR3は置換または非置換の芳香環(縮合環も含む)を示し、X+はカチオンを示す。)で示すホウ素化合物であることが好ましい。
この発明にあっては、トナーの帯電量上昇を抑え、トナーに安定した帯電量を与えることができる。
また、前記課題を解決するための本発明のキャリアは、前記樹脂層が、さらに導電剤を含むことが好ましい。
この発明にあっては、スタート直後(初期)の画像濃度低下を防ぐことができる。
また、前記課題を解決するための本発明のキャリアは、前記樹脂が、ジメチルシリコーン樹脂であることを特徴とする。
この発明にあっては、トナーのバインダー樹脂のフィルミングが生じにくく、長期にわたって安定した帯電性が得られる。
また、前記課題を解決するための本発明のキャリアの製造方法は、帯電制御剤の溶解が可能な極性溶剤と、極性溶剤と相溶し且つ極性溶剤より沸点が低く、樹脂の溶解が可能な有機溶媒とを含む混合溶剤に、樹脂及び帯電抑制剤を溶解し、該混合溶剤でコア粒子を被覆した後、前記溶剤を蒸発させることによって、樹脂層をコア粒子表面に形成させるものである。有機溶媒としては、トルエン、キシレン、メチルイソブチルケトン、セロソルブブチルアセテート等の一般的な樹脂溶解性溶剤が挙げられ、例えば、トルエンの場合、トルエンと相溶する極性溶剤であって、該帯電制御剤の溶解が可能でトルエンよりも沸点の高い極性溶剤及びトルエンを含む混合溶剤に、樹脂及び帯電抑制剤を溶解し、該混合溶剤でコア粒子を被覆した後、前記溶剤を蒸発させることによって、樹脂層をコア粒子表面に形成させる。
トルエンを有機溶剤とすると、トルエンより沸点が高く、かつトルエンより極性の高い、帯電制御剤に対しての溶解性を有する極性溶剤を併用することによって、トルエンが先に蒸発した後、次に沸点の高い極性溶剤が蒸発する際に、帯電制御剤をキャリア表面近傍に導くことから、キャリア表面近傍に帯電制御剤の存在率を高くすることができる。前記極性溶剤は、例えば、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の有機極性溶剤がある。
また、前記課題を解決するための本発明のキャリアの製造方法は、前記溶剤を蒸発させる際に、極性溶剤の沸点以上の温度で行うことが好ましい。
この発明にあっては、極性溶剤の沸点以上の温度で行うことにより、残存する極性溶剤量を少なくできることから、極性溶剤が吸着する水を減らすことができ、高湿時における帯電量低下を防止できる。
また、前記課題を解決するための本発明のキャリアの製造方法は、前記溶剤を蒸発させる際に、減圧することを特徴とする。
この発明にあっては、極性溶剤の沸点以上の温度で行うことにより、残存する極性溶剤量をさらに少なくできる。
また、前記課題を解決するための本発明の二成分現像剤は、上記キャリアと、前記キャリアに含まれる帯電制御剤と同じ帯電制御剤を含むトナーとからなる二成分現像剤である。
この発明にあっては、初期のトナーの帯電量上昇を防止でき、かつライフにおけるトナー帯電量の低下を防止できることから、長期に渡って安定した帯電性が得られる。
また、前記課題を解決するための本発明の画像形成装置は、前記キャリアを収容する現像装置を具備することを特徴とする。
更に、前記現像装置が前記キャリアと共に前記キャリアに含まれる帯電制御剤と同じ帯電制御剤を含むトナーとからなる二成分現像剤を収容することを特徴とする。このような画像形成装置にあっては、初期のトナーの帯電量上昇を防止でき、かつ長期にわたって感光体へのキャリア付着やトナー帯電量の低下を防止できるから、長期に渡って安定した画質が得られる。
本発明のキャリアは、キャリア表面近傍における帯電制御剤の存在率が内部より高いため、二成分現像剤における画像形成装置での初期のトナー帯電量上昇を抑え、ライフ時の帯電量の低下を抑える効果が得られる。
次に、本発明のキャリアについて詳細に説明する。
本発明のキャリアは、キャリアコア表面に帯電制御剤を含む樹脂層を備える。キャリア表面に存在する帯電制御剤存在率が60%以上100%以下のキャリアである。この構成、すなわち帯電制御剤がキャリア表面近傍に集中して存在することによって、初期のトナー帯電量上昇を抑え、かつ、ライフ時の帯電量の低下を抑えることができる。
帯電制御剤をキャリア表面近傍に集中させる方法としては、たとえば、樹脂層を形成する被覆用樹脂を有機溶剤(トルエン(沸点111℃))に溶かし、帯電制御剤を、ジメチルホルムアミド(沸点153℃)やジメチルスルホキシド(沸点189℃)等の有機極性溶剤に溶かせて、それらの混合溶剤を用いてキャリアのコア粒子を、浸漬、塗布、噴霧等で被覆した後、減圧した状態で溶剤の沸点(大気圧によって変化する)以上の温度で加熱することによって溶剤を蒸発させることにより得ることができる。すなわち、トルエンより沸点が高く、かつトルエンより極性の高い溶剤を併用することによって、トルエンが先に蒸発する。その後、沸点の高い極性溶剤がキャリア表面から蒸発する際に、クロマトグラフィーのような現象により、極性溶剤が樹脂層内部の帯電制御剤をキャリア表面近傍に導くためであると推測される。
尚、本発明においてキャリア表面に存在する帯電制御剤存在率は、下記のように測定する。まず、メタノール100ml中にキャリア100gを投入し、30分間還流させた後濾過し、吸光度分析装置を用いて、濾過メタノールに溶出した帯電制御剤の定量分析を行う。キャリア表面に存在する帯電制御剤存在率(%)の算出方法は、メタノールに溶出した帯電制御剤量(g)を、キャリア100gに添加した帯電制御剤量(g)で割り、パーセンテージで求める。
キャリアを被覆する樹脂層に含有させる帯電制御剤としては、4級アンモニウム塩や4級ホウ素化合物などのイオン性化合物からなる帯電制御剤が使用される。このようなイオン性化合物からなる帯電制御剤を樹脂とともにキャリアに被覆するには、樹脂を溶解するトルエンなどの極性の低い溶剤とともに、帯電制御剤を溶解し、トルエンより沸点の高い極性溶剤との混合溶媒を使用する。極性溶剤の沸点が高すぎると、極性溶剤を蒸発除去するのが難しくなる。キャリアの被覆樹脂層に極性溶剤が残ると、高湿環境下で吸湿性が高まり、帯電不良などの問題が生じるので、沸点は189℃(1気圧)以下が好ましい。一方、極性溶剤の沸点が極性の低い溶剤と比べて低くなると、極性溶剤が極性の低い溶剤より先に蒸発するため、キャリア表面に存在する帯電制御剤存在率を60%以上にすることが困難になることから、極性溶剤の沸点は極性の低い溶剤の沸点より40℃(1気圧)以上高いことが好ましい。
具体的には、極性の低い溶剤としては、沸点111℃(1気圧)のトルエンが好ましく、極性の低い溶剤としては、沸点が153℃(1気圧)のジメチルホルムアミドや沸点が189℃(1気圧)のジメチルスルホキシドが好ましい。またトルエン以外に、キシレン、メチルイソブチルケトン、セロソルブブチルアセテート等の一般的な樹脂溶解性溶剤が挙げられる。
本発明においては、常温での帯電制御剤の溶解性を上げるためにメタノール、プロパノール、i−プロパノール、n−ブタノール、t−ブタノール等の極性の高い溶剤をさらに添加することができる。
キャリア表面帯電制御剤存在率が60%未満では、初期におけるトナー帯電量上昇とライフ時におけるトナー帯電量低下を防止する効果が得られにくい。好ましくは80%以上100%以下が好ましい。
混合溶剤中における前記極性溶剤の質量%は、5質量%以上、特に、10〜30質量%であることが好ましい。前記極性溶剤の5質量%未満では、キャリア表面の帯電制御剤の存在率を60%以上に維持することが難しい。また、30質量%を超えると、その後の蒸発除去操作に時間がかかり好ましくない。
混合溶剤中の樹脂は、混合溶剤1000質量部に対して、40〜200質量部の範囲、特に好ましくは、80〜150質量部の範囲が好ましい。樹脂量が40質量部未満であると、コア粒子表面の樹脂層の形成に時間がかかり、また200質量部を超えると、コア粒子表面の樹脂層の厚みが厚くなり好ましくない。
帯電制御剤は、樹脂100質量部に対して、3〜50質量部の範囲で添加することが好ましい。特に3〜35質量部の範囲で添加することが好ましい。帯電制御剤の添加量が前記範囲未満では、キャリアに十分な効果を与えることができない。前記範囲を超えると、二成分現像剤においてトナーの帯電量を低下させる。
<帯電制御剤>
キャリアの樹脂層に添加する帯電制御剤としては、負帯電性トナーに用いるキャリアの場合には、クロムアゾ錯体染料、鉄アゾ錯体染料、コバルトアゾ錯体染料、サリチル酸もしくはその誘導体のクロム・亜鉛・アルミニウム・ホウ素錯体もしくは塩化合物、ナフトール酸もしくはその誘導体のクロム・亜鉛・アルミニウム・ホウ素錯体もしくは塩化合物、ベンジル酸もしくはその誘導体のクロム・亜鉛・アルミニウム・ホウ素錯体もしくは塩化合物、長鎖アルキル・カルボン酸塩、長鎖アルキル・スルフォン酸塩等を挙げることができる。
また、逆帯電トナーの発生防止や良好な帯電制御性を得るためには、トナーに含まれる帯電制御剤と同じ種類のものが好ましい。中でも、下記式2に示されるホウ素化合物は、帯電量の上昇が起こりにくく、帯電安定性に優れている。
Figure 2009122251
図1は、本発明のキャリアの被覆状態を表す概略断面図である。図1においては、コア粒子40の表面に、帯電制御剤を含む樹脂層41が被覆されている。図2は、図1におけるキャリアの樹脂層41における帯電制御剤の分布を示す想定断面図である。図2においては、キャリア表面において帯電制御剤41aが集中していることを示す。
<キャリアの構成>
次に、本発明のキャリアの構成ついて説明する。
キャリアは、コア粒子と樹脂層とからなり、特に制限されるものはないが、体積平均粒径が20〜100μmであることが好ましい。体積平均粒径は、小さすぎると、現像時に現像ローラから感光体ドラムにキャリアが移動することにより、得られる画像に白抜けが発生することがある。また、大きすぎるとドット再現性が悪くなり、画像が粗くなることがある。体積平均粒径は、30〜60μmが更に好ましい。なお、ここでの体積平均粒径は、コア粒子と樹脂層との合計の粒径を意味し、具体的な体積平均粒径の定義は以下に記載する。
キャリアの飽和磁化は、低いほど感光体ドラムと接する磁気ブラシが柔らかくなるので、静電潜像に忠実な画像が得られる。しかし、飽和磁化が低すぎると、感光体ドラム表面にキャリアが付着し、白抜け現象が発生しやすくなる。一方、飽和磁化が高すぎると、磁気ブラシの剛直化により、静電潜像に忠実な画像が得られにくくなる。従って、キャリアの飽和磁化は、30〜100emu/gの範囲内が好ましく、50〜80emu/gの範囲内がより好ましい。飽和磁化の定義は以下に記載する。
<コア粒子>
キャリアのコア粒子には公知の磁性粒子が使用できるが、フェライト成分を含む粒子(フェライト系粒子)が好ましい。フェライト系粒子は、飽和磁化が高く、密度の小さいキャリアを得ることができる。そのため、感光体へのキャリア付着が起こりにくく、ソフトな穂立形成によるドット再現の高い画像が得られる。フェライト系粒子としては公知のものを使用でき、例えば、亜鉛系フェライト、ニッケル系フェライト、銅系フェライト、ニッケル−亜鉛系フェライト、マンガン−マグネシウム系フェライト、銅−マグネシウム系フェライト、マンガン−亜鉛系フェライト、マンガン−銅−亜鉛系フェライト等の粒子が挙げられる。
コア粒子は、ブリッジ法で測定した時、1×10〜1×1011Ω・cmの体積抵抗率を有することが好ましい。この範囲の体積抵抗率を有するフェライト系粒子は、安価であるため一般に使用されている。体積抵抗率が低くなると電気絶縁性不良によりカブリがでることがある。一方、体積抵抗率が高くなるとキャリア表面に残るカウンタ電荷により、ベタ画像における周辺部のエッジ効果や画像濃度低下が起こりやすくなる。体積抵抗率は、1×10〜5×1010Ω・cmの範囲がより好ましい。体積抵抗率の定義は以下に記載する。
フェライト系粒子は、公知の方法で作製できる。例えば、FeやMg(OH)等のフェライト原料を混合し、この混合粉を加熱炉で加熱して仮焼する。得られた仮焼品を冷却後、振動ミルでほぼ1μm程度の粒子となるように粉砕し、粉砕粉に分散剤と水を加えてスラリーを作製する。このスラリーを湿式ボールミルで湿式粉砕し、得られる懸濁液をスプレードライヤーで造粒乾燥することによって、フェライト系粒子が得られる。
<樹脂層>
被覆する樹脂としては、特に限定されず、公知の樹脂からなる層をいずれも使用できる。例えば、アクリル樹脂やシリコーン樹脂等からなる層が使用できる。
アクリル樹脂としては、例えば、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリ−n−ブチルメタクリレート、ポリグリシジルメタクリレート、ポリ含フッ素アクリレート、スチレン−メタクリレート共重合体、スチレン−ブチルメタクリレート共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体等が例示される。市販の商品名では、三菱レイヨン(株)製ダイヤナールSE−5437、SE−5102、SE−5377、SE−5649、SE−5466、SE−5482、HR−169、HR−124、HR−1127、HR−116、HR−113、HR−148、HR−131、HR−470、HR−634、HR−606、HR−607、LR−1065、LR−574、LR−143、LR−396、LR−637、LR−162、LR−469、LR−216、BR−50、BR−52、BR−60、BR−64、BR−73、BR−75、BR−77、BR−79、BR−80、BR−83、BR−85、BR−87、BR−88、BR−90、BR−93、BR−95、BR−100、BR−101、BR−102、BR−105、BR−106、BR−107、BR−108、BR−112、BR−113、BR−115、BR−116、BR−117、積水化学工業製エスレックPSE−0020、SE−0040、SE−0070、SE−0100、SE−1010、SE−1035、三洋化成工業ハイマーST95、ST120、三井化学製FM601等が挙げられる。
シリコーン樹脂としては、例えば、シリコーンワニス(東芝社製:TSR115、TSR114、TSR102、TSR103、YR3061、TSR110、TSR116、TSR117、TSR108、TSR109、TSR180、TSR181、TSR187、TSR144、TSR165、信越化学社製:KR271、KR272、KR275、KR280、KR282、KR267、KR269、KR211、KR212)、アルキッド変性シリコーンワニス(東芝社製:TSR184、TSR185)、エポキシ変性シリコーンワニス(東芝社製:TSR194、YS54)、ポリエステル変性シリコーンワニス(東芝社製:TSR187)、アクリル変性シリコーンワニス(東芝社製:TSR170、TSR171)、ウレタン変性シリコーンワニス(東芝社製:TSR175)、反応性シリコーン樹脂(信越化学社製:KA1008、KBE1003、KBC1003、KBM303、KBM403、KBM503、KBM602、KBM603等が挙げられる。
特に、ストレートシリコーン樹脂(アルキル置換シリコーン樹脂)の層を備えたキャリアは、その表面にトナー成分(バインダー樹脂)が付着(フィルミング)しにくく、長期に渡ってトナーの帯電付与能力を維持できるので好ましい。
ストレートシリコーン樹脂としては特に制限されず、この分野で常用されるシリコーン樹脂を使用できるけれども、架橋性シリコーン樹脂が好ましい。架橋性シリコーン樹脂は、下記に示すように、Si原子に結合する水酸基同士または水酸基と基−OXとが加熱脱水反応、常温硬化反応などによって架橋して硬化する公知のシリコーン樹脂である。
加熱脱水反応
Figure 2009122251
常温硬化反応
Figure 2009122251
〔式中、複数のRは同一または異なって1価の有機基を示す。基−OXはアセトキシ基、アミノキシ基、アルコキシ基、オキシム基などである。〕
架橋型シリコーン樹脂としては、加熱硬化型シリコーン樹脂、常温硬化型シリコーン樹脂のいずれをも使用できる。加熱硬化型シリコーン樹脂を架橋させるには、該樹脂を200〜250℃程度に加熱することが必要である。常温硬化型シリコーン樹脂を硬化させるには加熱は必要ないけれども、硬化時間の短縮のために150〜280℃で加熱するのが好ましい。架橋型シリコーン樹脂の中でも、Rで示される1価の有機基がメチル基であるものが好ましい。Rがメチル基である架橋型シリコーン樹脂は架橋構造が緻密であることから、該架橋型シリコーン樹脂を用いてキャリア芯材の樹脂被覆層を形成すると、撥水性、耐湿性などの良好なキャリアが得られる。ただし、架橋構造が緻密になりすぎると、樹脂被覆層が脆くなる傾向があるので、架橋型シリコーン樹脂の分子量の選択が重要である。また、架橋型シリコーン樹脂中の珪素と炭素の質量比(Si/C)が0.3〜2.2であることが好ましい。Si/Cが0.3未満では、樹脂被覆層の硬度が低下し、キャリア寿命などが低下するおそれがある。Si/Cが2.2を超えると、キャリアのトナーに対する電荷付与性が温度変化による影響を受けやすくなり、樹脂被覆層が脆化するおそれがある。
本発明では市販の架橋型シリコーン樹脂を使用でき、たとえば、SR2400、SR2410、SR2411、SR2510、SR2405、840RESIN、804RESIN(いずれも商品名、東レダウコーニング(株)製)、KR271、KR272、KR274、KR216、KR280、KR282、KR261、KR260、KR255、KR266、KR251、KR155、KR152、KR214、KR220、X−4040−171、KR201、KR5202、KR3093(いずれも商品名、信越化学工業(株)製)などが挙げられる。架橋型シリコーン樹脂は1種を単独で使用できまたは2種以上を併用できる。
被覆層には、抵抗を下げるために導電材を添加しても良い。導電材としては、キャリアの体積抵抗率を制御できるものであれば特に制限はない。例えば、酸化ケイ素、アルミナ、カーボンブラック、グラファイト、酸化亜鉛、チタンブラック、酸化鉄、酸化チタン、酸化スズ、チタン酸カリウム、チタン酸カルシウム、ホウ酸アルミニウム、酸化マグネシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等の導電材が挙げられる。
これらの導電材の中でも、作製安定性、コスト、電気抵抗の低さという観点からカーボンブラックが好ましい。
カーボンブラックの種類は特に限定されないが、DBP(ジブチルフタレート)吸油量が90〜170ml/100gの範囲にあるものが、作製安定性に優れる点で好ましい。また、一次粒径として50nm以下のものが分散性に優れるため特に好ましい。導電材は1種を単独で使用でき又は2種以上を併用できる。
導電材の含有率は、被覆層を構成する樹脂100質量部に対する質量部で表現する。導電材の含有率としては、樹脂100質量部に対して0.1〜20質量部が好ましい。0.1質量部未満では、導電性を得られないことがある。一方、20質量部を超えると導電性がありすぎてチャージリークしてしまうことがある。また、シリコーン樹脂層に含まれる導電材の含有率は、3.0〜10.0質量部であることが好ましく、3.0〜7.0質量部であることがより好ましい。含有率がこの範囲であることで、キャリア付着現象を向上できる。
シリコーン樹脂層のコア粒子の被覆率は、50〜95%が好ましい。50%未満であれば、磨耗により第二被覆層が削れた場合、コア粒子の露出量が多く、キャリア抵抗が低くなることがある。そのため、キャリア付着やガサツキが起こりやすくなる。逆に、95%を超えると、コア粒子の露出量が少なく、キャリア抵抗が高くなることがある。そのため、トナー帯電量の必要以上の上昇が起こりやすくなる
被覆層を備えた本発明のキャリアは、体積抵抗率が低くなると感光体へのキャリア付着が生じることがあり、体積抵抗率が高くなるとトナー帯電量の上昇が起こりやすくなる。そのため、体積抵抗率は、1×10〜5×1012Ω・cmの範囲が好ましい。体積抵抗率の定義は以下に記載する。
被覆層の形成方法には、公知の方法が採用できる。例えば、被覆層の原料を溶媒(例えば、トルエン、アセトン等の有機溶媒)に溶解し、得られた溶液中にコア粒子を浸漬させる浸漬法がある。
<二成分現像剤>
二成分現像剤は、トナーとキャリアを含む。キャリアには本発明のキャリアが使用される。キャリアとトナーの混合割合は、一般に、キャリア100質量部に対してトナー3〜15質量部の割合である。キャリアとトナーの混合方法は、ナウターミキサのような混合機で攪拌する方法が挙げられる。
トナーは、特に限定されず、公知のトナーをいずれも使用できる。例えば、以下で説明するトナーが使用できる。
トナーは、着色樹脂粒子(トナー粒子)と、必要に応じて着色樹脂粒子の表面に付着する外添剤とを備えている。外添剤は、トナーの凝集を防ぐことで、感光体ドラムから記録媒体へ転写する際の転写効率が低下を防ぐ観点から、トナーに含まれていることが好ましい。
トナーは、例えば、外添剤を着色樹脂粒子とヘンシェルミキサのような気流混合機を用いて混合する(すなわち、外添処理する)ことによって作製できる。着色樹脂粒子の体積平均粒径は、4〜7μmの範囲内のものが好ましい。この範囲内であれば、ドット再現性に優れ、カブリやトナー飛散の少ない、高画質画像が得られる。体積平均粒径の定義は以下に記載する。
着色樹脂粒子のBET比表面積は、1.5〜1.9m/gであることが好ましい。BET比表面積が1.9m/gを超えると、着色樹脂粒子表面に凹凸が多くなり、外添剤が凹部に入り込み、外添剤を均一に表面に付着させることができない場合がある。この場合、外添剤のもつコロ効果(流動性をよくする効果)やスペーサ効果(電荷のリークを防ぐ)が十分に得られなくなり、カブリやトナー飛散が発生しやすくなる。また、1.5m/g未満では、着色樹脂粒子表面が平滑になり過ぎることがあり、クリーニング不良が発生することによってカブリが発生することがある。
BET比表面積の制御方法としては、公知の方法が使用できる。例えば、高速で着色樹脂粒子を円筒状の配管の中を回転させて角をとる方法や、熱気流中で瞬間的にトナーを溶融させるサフュージョンシステム等の方法がある。BET比表面積の定義は以下に記載する。
着色樹脂粒子は、混練粉砕法や重合法等の公知の方法によって作製できる。具体的には、混練粉砕法を採用した場合、バインダー樹脂、着色剤、帯電制御剤、離型剤、ならびにその他の添加剤を、ヘンシェルミキサ、スーパーミキサ、メカノミル、Q型ミキサ等の混合機により混合する。得られた原料混合物を、2軸混練機、1軸混練機等の混練機により、100〜180℃程度の温度で溶融混練する。得られた混練物を冷却固化し、固化物をジェットミルのようなエア式粉砕機により粉砕する。得られた粉砕物を、必要に応じて分級等の粒度調整を行うことにより着色樹脂粒子を作製できる。
トナーに使用できるバインダー樹脂としては、公知の各種スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル樹脂等が使用できる。特に線形又は非線形のポリエステル樹脂が好ましい。ポリエステル樹脂は、機械的強度(微粉が発生しにくい)、定着性(定着後に紙から剥離しにくい)、及び耐ホットオフセット性を両立させる上で優れている。
ポリエステル樹脂は、2価以上の多価アルコールと多塩基酸からなるモノマー組成物を重合することにより得られる。ポリエステル樹脂の重合に用いられる2価のアルコールとしては、例えば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−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール等のジオール類、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ルA等のビスフェノールAアルキレンオキシド付加物、その他を挙げることができる。
2価の多塩基酸としては、例えばマレイン酸、フマール酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、マロン酸、これらの酸の無水物や低級アルキルエステル、又はn−ドデセニルコハク酸、n−ドデシルコハク酸等のアルケニルコハク酸類もしくはアルキルコハク酸類を挙げることができる。
必要に応じて、モノマー組成物中に3価以上の多価アルコールあるいは多塩基酸を添加してもよい。3価以上の多価アルコールとしては、例えばソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、蔗糖、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン、その他を挙げることができる。
3価以上の多塩基酸としては、例えば1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、テトラ(メチレンカルボキシル)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、及びこれらの無水物等を挙げることができる。
トナーに使用できる着色剤としては、トナーに一般に用いられている公知の顔料や染料を使用できる。
具体例として、黒トナー用には、カーボンブラックやマグネタイト等を挙が例示できる。
イエロートナー用には、C.I.ピグメント・イエロー1、同3、同74、同97、同98等のアセト酢酸アリールアミド系モノアゾ黄色顔料、C.I.ピグメント・イエロー12、同13、同14、同17等のアセト酢酸アリールアミド系ジスアゾ黄色顔料、C.I.ピグメント・イエロー93、同155等の縮合モノアゾ系黄色顔料;C.I.ピグメント・イエロー180、同150、同185等のその他黄色顔料、C.I.ソルベント・イエロー19、同77、同79、C.I.ディスパース・イエロー164等の黄色染料等が例示できる。
マゼンタトナー用には、C.I.ピグメント・レッド48、同49:1、同53:1、同57、同57:1、同81、同122、同5、同146、同184、同238;C.I.ピグメント・バイオレット19等の赤色もしくは紅色顔料;C.I.ソルベント・レッド49、同52、同58、同8等の赤色系染料等が例示できる。
シアントナー用には、C.I.ピグメント・ブルー15:3、同15:4等の銅フタロシアニン及びその誘導体の青色系染顔料;C.I.ピグメント・グリーン7、同36(フタロシアニン・グリーン)等の緑色顔料等が例示できる。
着色剤の含有量としては、バインダー樹脂100質量部に対して1〜15質量部程度であることが好ましく、より好適には2〜10質量部の範囲である。
トナーに使用できる帯電制御剤としては、公知の帯電制御剤が使用できる。
具体的には、負帯電性を付与する帯電制御剤としては、クロムアゾ錯体染料、鉄アゾ錯体染料、コバルトアゾ錯体染料、サリチル酸もしくはその誘導体のクロム・亜鉛・アルミニウム・ホウ素錯体もしくは塩化合物、ナフトール酸もしくはその誘導体のクロム・亜鉛・アルミニウム・ホウ素錯体もしくは塩化合物、ベンジル酸もしくはその誘導体のクロム・亜鉛・アルミニウム・ホウ素錯体もしくは塩化合物、長鎖アルキル・カルボン酸塩、長鎖アルキル・スルフォン酸塩等を挙げることができる。
正帯電性を付与する帯電制御剤としては、ニグロシン染料、及びその誘導体、トリフェニルメタン誘導体、四級アンモニウム塩、四級ホスフォニウム塩、四級ピリジニウム塩、グアニジン塩、アミジン塩等の誘導体等を挙げることができる。
本発明における二成分現像剤にあっては、前記キャリアに使用される帯電制御剤と同一の帯電制御剤を使用することが好ましい。同一のものを使用することによって、トナーで帯電制御剤の含有量をキャリアに合わせてきめ細かく対応させることができる。
これらの帯電制御剤の含有量としては、バインダー樹脂100質量部に対して0.1質量部〜20質量部の範囲内がより好ましく、0.5質量部〜10質量部の範囲内が更に好ましい。
トナーに使用できる離型剤としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等の合成ワックスやパラフィ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等の石油系ワックス及びその変成ワックス、カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス等の植物系ワックス等を挙げることができる。これら離型剤をトナー中に含有させることにより、定着ローラ又は定着ベルトに対するトナーの離型性を高めることができ、定着時の高温・低温オフセットを防止できる。離型剤の添加量は特に制限されないが、一般的には、バインダー樹脂100質量部に対して1〜5質量部である。
外添剤としては、平均粒径が7nm〜100nmのシリカ、酸化チタン、アルミナ等からなる無機粒子が使用できる。また、無機粒子をシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイルにより表面処理することによって疎水性を付与してもよい。疎水性を付与した無機粒子は、高湿下において電気抵抗や帯電量の低下が少なくなるので好ましい。特に、シランカップリング剤としてヘキサメチルジシラザン(以下、HMDSと呼ぶこともある)を用いて、表面にトリメチルシリル基を導入したシリカ粒子は、疎水性や絶縁性に優れている。このシリカ粒子を外添したトナーは、高湿環境下においても、優れた帯電性を提供できる。
具体的な外添剤には、日本アエロジル社製のアエロジル50(個数平均粒径:約30nm)、アエロジル90(個数平均粒径:約30nm)、アエロジル130(個数平均粒径:約16nm)、アエロジル200(個数平均粒径:約12nm)、アエロジル300(個数平均粒径:約7nm)、アエロジル380(個数平均粒径:約7nm)、西独デグサ社製のアルミナムオキサイドC(個数平均粒径:約13nm)、チタニウムオキサイドP−25(個数平均粒径:約21nm)、MOX170(個数平均粒径:約15nm)、石原産業社製TTO−51(個数平均粒径:約20nm)、TTO−55(個数平均粒径:約40nm)等がある。個数平均粒径の定義は以下に記載する。
外添剤の添加量は、0.2〜3質量%が好ましい。0.0.08質量%未満では、トナーに十分や流動性を与えられないことがある。逆に3質量%を超えると、トナーの定着性が低下することがある。
<画像形成装置>
次に、本発明の画像形成装置について説明する。
図3は、本発明に係る画像形成装置の一形態を示す説明図である。本発明の画像形成装置は、図3の構成に限定されない。図3に示すように、画像形成装置は、4つの画像形成ユニット1〜4を備えるタンデム方式のカラー画像形成装置である。
このうち、参照符号1にて示すのが、黒トナー画像を形成するための第1画像形成ユニットであり、参照符号2にて示すのが、シアントナー画像を形成するための第2画像形成ユニット、参照符号3にて示すのが、マゼンタトナー画像を形成するための第3画像形成ユニット、参照符号4にて示すのが、イエロートナー画像を形成するための第4画像形成ユニットである。
これら4つの画像形成ユニット1〜4の上方には、中間転写ベルト(無端ベルト)5が配設されている。中間転写ベルト5は、2つの支持ロール6に掛け渡され、矢印Rにて示す方向に回転するようになっている。以降、中間転写ベルト5の回転方向に対し、参照符号8にて示す2次転写ローラが配置されている2次転写位置を基準として、上流、下流を表現する。中間転写ベルト5の材料としては、ポリイミド又はポリアミド等の樹脂に電子伝導性導電材を適当量含有させたものが使用できる。
4つの画像形成ユニット1〜4は、中間転写ベルト5の回転方向Rの上流側から、第1画像形成ユニット1(ブラック)、第2画像形成ユニット2(シアン)、第3画像形成ユニット3(マゼンタ)、第4画像形成ユニット4(イエロー)の順に配置されている。
中間転写ベルト5の内側には、各画像形成ユニット1〜4で形成された単色トナー画像を中間転写ベルト5上に転写する1次転写ローラ7が、各画像形成ユニット1〜4に対向するように各々設けられている。各画像形成ユニット1〜4で形成された単色トナー画像は、中間転写ベルト5上に重ね合うように転写され、一つのカラー画像を形成する。
第4画像形成ユニット4(イエロー)よりも中間転写ベルト5の回転方向Rの下流側には、中間転写ベルト5上に形成されたカラー画像を用紙(記録媒体)に転写する2次転写ローラ8が配設されている。
また、2次転写ローラ8よりも中間転写ベルト5の回転方向Rの下流側には、中間転写ベルト5の表面をクリーニングするためのベルトクリーニングユニット10が設けられている。ベルトクリーニングユニット10は、中間転写ベルト5に接触配置されるベルトクリーニングブラシ11と、ベルトクリーニングブレード12とを有している。ベルトクリーニングブレード12は、ベルトクリーニングブラシ11より中間転写ベルト5の回転方向Rの下流側に配置される。
また、4つの画像形成ユニット1〜4の下方には、用紙を収容するトレー14が配設されている。トナー14内の用紙は、複数の給紙ローラ13にて、2次転写ローラ8が中間転写ベルト5と対向する2次転写位置まで搬送される。矢印Pにて、用紙の搬送方向を示す。
2次転写ローラ8の用紙の搬送方向P下流側には、用紙に転写されたカラー画像を用紙上に定着するための定着ユニット15が設けられている。そして、定着ユニット15の更に用紙の搬送方向P下流側には、カラー画像が定着された用紙を画像形成装置から排出する排紙ローラ13aが設けられている。
このような構成において、各画像形成ユニット1〜4で形成された各単色トナー画像は、中間転写ベルト5上へ順次転写されて、中間転写ベルト5上にカラー画像が形成される。中間転写ベルト5上のカラー画像は、2次転写位置において、給紙ローラ13にて搬送される用紙へと2次転写され、その後、定着ユニット15にて用紙に定着される。カラー画像が定着された用紙は、排紙ローラ13aにて画像形成装置から排出される。一方、2次転写後、用紙に転写さないまま中間転写ベルト5上に残ったトナーは、ベルトクリーニングユニット10にて取り除かれる。
図4は、図3に示す第1画像形成ユニット1を示している。なお、第2画像形成ユニット2、第3画像形成ユニット3、及び第4画像形成ユニット4の構成は、実質的に同じ構成である。従って、第2画像形成ユニット2、第3画像形成ユニット3、及び第4画像形成ユニット4の構成の詳細な説明は省略する。
感光体ドラム16の周囲には、感光体ドラム16を帯電する帯電器17、感光体ドラム16上に静電潜像を書き込む露光器18、感光体ドラム16上の静電潜像を可視化する現像装置19、一次転写後に感光体ドラム16上に残留するトナーを含む残留物を除去する感光体ドラムクリーナ20が配置される。
帯電器17は、例えばスコロトロン帯電器からなり、感光体ドラム16に対しコロナ放電を行って感光体ドラム16を所定の電位に帯電させる。なお、コロトロン帯電器や、帯電ローラや帯電ブラシを用いた、接触型帯電器より構成することもできる。
露光器18は、例えばレーザ露光器からなり、画像信号に応じたレーザ走査による露光を行い、帯電器17によって帯電された感光体ドラム16の表面電位を変化させることで、画像情報に応じた静電潜像を形成する。露光器としては、LEDアレイ装置等も用いることができる。
現像装置19は、現像槽内部に本発明のトナーを含む二成分現像剤を収容し、現像剤に含まれるトナーにて、感光体ドラム16表面の静電潜像を現像する。現像剤は、トナーとキャリアからなる二成分現像剤である。
感光体ドラムクリーナ20は、クリーニングブレード21と、クリーナハウジング22と、シール23とを備えている。
クリーニングブレード21は、感光体ドラム16の回転方向Rdに対してカウンタ方向に圧接配置され、感光体ドラム16表面の残留物を掻き取るものである。クリーナハウジング22は、掻き取られた残留物を収容するもので、クリーニングブレード21はクリーナハウジング22に取り付けられている。シール23は、クリーナハウジング22内部をシールするもので、クリーニングブレード21よりも感光体ドラム16の回転方向Rd上流側において、一端がクリーナハウジング22に固定されると共に、他端が感光体ドラム16に接触配置されている。
図5は、図4における現像装置19周辺の構成を示す説明図である。現像装置19は、二成分現像剤DVが収容される現像槽27を備えており、該現像槽27には、感光体ドラム16の外周面に臨む位置に開放部30が設けられている。
現像槽27内部であって、開放部30に臨む位置には、外周面に二成分現像剤を担持して搬送することで感光体ドラム16に二成分現像剤を供給し、静電潜像を現像するための現像ローラ24が設けられている。現像ローラ24は、感光体ドラム16の外周面と間隙を設けて配置されている。
現像ローラ24は、複数の周方向位置に断面形状が長方形の棒磁石31からなる磁極N1、N2、N3及び磁極S1、S2が離隔して放射状に配置された多極着磁の多極着磁部材25と、多極着磁部材25に回転自在に外嵌された非磁性のスリーブ26とを備えている。
多極着磁部材25は両端部が現像槽27の両側壁に非回転に支持されており、磁極N1(ピーク値110mT)は感光体ドラム16の回転中心に向かう位置に、磁極S1(ピーク値=−78mT)は磁極N1から上流側、例えば59°の位置に、磁極N2(ピーク値=56mT)は磁極N1から上流側、例えば117°の位置に、磁極N3(ピーク値=42mT)は磁極N1から上流側、例えば224°の位置に、磁極S2(ピーク値=−80mT)は磁極N1から上流側、例えば282°の位置にそれぞれ配置されている。
現像槽27における開放部30近傍であって、現像ローラ24における現像剤の搬送方向上流側には、現像ローラ24の外周面に担持される現像剤層の厚みを規制して、現像剤の静電潜像への搬送量を規制する規制部材28が設けられている。規制部材28は、現像ローラ24の外周面に対して所定の間隔を隔てて配置されている。
また、現像槽27内部であって、現像ローラ24に臨む位置には、現像槽27内部の現像剤を撹拌すると共に現像ローラ24へと供給する攪拌部材29が、回転自在に設けられている。
上記画像形成装置にあっては、トナー帯電量が安定していることから、長期に渡って安定した画質が得られる。
(各種定義)
以下に本明細書における体積平均粒径、飽和磁化、体積抵抗率、数平均分子量、被覆率、BET比表面積、個数平均粒径の定義を記載する。
「キャリアの体積平均粒径」
本明細書において、キャリアの体積平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置HELOS(SYMPATEC社製)に乾式分散装置RODOS(SYMPATEC社製)を用いて、分散圧3.0barの条件下で測定した値を意味する。
「着色樹脂粒子の体積平均粒径」
本明細書において、着色樹脂粒子の体積平均粒径は、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)で100μmのアパーチャーを用いて測定した値を意味する。具体的には、測定装置としては、コールターカウンターTA−II型あるいはコールターマルチサイザーII(コールター社製)を用いた。電解液は1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製する。例えば、ISOTON R−II(コールターサイエンティフィックジャパン社製)が使用できる。測定法としては前記電解液水溶液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、さらに測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は超音波分散機で約1〜3分間分散処理を行ない、前記測定装置により、アパチャーとして100μmアパチャーを用い、トナーの体積,個数を測定して体積分布と個数分布とを算出した。それから、本発明に係る体積分布から求める質量基準の質量平均粒径を求めた。
「飽和磁化」
本明細書において、飽和磁化は、東英工業株式会社製のVSMP−1によって測定された値をいう。
「体積抵抗率」
本明細書において、コア粒子とキャリアの体積抵抗率の測定は下記の手順で行った値を意味する。まず、気温20℃、湿度65%の環境条件において、6.5mmの間隙を設けて設置される幅30mm、高さ10mmの2枚の銅板電極間に0.2gのコア粒子又はキャリアを充填する。次いで、N極とS極が対向するように各銅板電極の外側に配置される2つの磁石(100mT)の磁力線によって、コア粒子又はキャリアによるブリッジを形成させる。この状態において、500Vの電圧印加し、印加後15秒後の値が測定される。この測定値が体積抵抗率である。
「被覆率」
本明細書において、被覆率は、次の方法で算出された値を意味する。すなわち、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、キャリア表面に金等の導電剤を蒸着しないまま、加速電圧2.0eVの電子線で観察する。キャリア中、被覆層はチャージアップにより白く観察される。キャリアの全面積に対する白く観察される領域の面積の割合を算出する。この算出をキャリア100個について行ない、得られた値の平均値が被覆率である。
「BET比表面積」
本明細書において、BET比表面積は、BET比表面積測定装置ジェミニ2360(島津製作所社製)を用いた3点測定法で得られた測定値を意味する。
「個数平均粒径」
本明細書において、外添剤の個数平均粒径は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて外添剤を撮影し、得られた画像から任意に100個の外添剤の粒径を測定し、得られた粒径の平均値を意味する。
<キャリア>
実施例及び比較例のキャリアは、次に示す方法により作製した。
フェライト原料(KDK社製)をボールミルにて混合した後、ロータリーキルンにて900℃で仮焼し、得られた仮焼粉を、湿式粉砕機(粉砕媒体としてスチールボール使用)により平均粒径2μm以下にまで微粉砕した。得られたフェライト粉末をスプレードライ方式により造粒し、造粒物を1300℃で焼成した。焼成後、クラッシャを用いて解砕することで、体積平均粒子径が43μm、体積抵抗率が2×10Ω・cmのフェライト成分からなるコア粒子を得た。
次に、コア粒子を被覆する熱硬化性シリコーン樹脂層形成ための被覆用塗液は、ジメチルシリコーン樹脂(東芝シリコン社製)100質量部をトルエン900質量部に溶かした溶液と、帯電制御剤としてLR−147(日本カーリット社製ホウ素化合物)10質量部ジメチルホルムアミド100質量部に溶かした溶液を混合し調整した。調製した被覆用塗液中にコア粒子2000質量部を浸漬法被覆装置に投入し、150℃に加熱しながらトルエンを蒸発させ、コア粒子に樹脂層を被覆した。
その後、減圧条件下(水銀柱30mmHg)でさらに170℃に加熱することによって、溶剤を完全に蒸発除去し、キャリアC1を作製した。
キャリアC1は、キャリア表面帯電制御剤存在率が61%、体積平均粒子径が45μm、被覆率100%、体積抵抗率が2×1012Ω・cm、飽和磁化65emu/gであった。表1に示すように、使用する溶剤の種類あるいは混合比が異なる以外はキャリアC1と同様にして、C2〜C7を作製した。
Figure 2009122251
<トナー>
実施例及び比較例のトナーを、以下に示す方法で作製した。
トナー材料を下記する。
・バインダー樹脂(ビスフェノールAプロピレンオキサイド、テレフタル酸又は無水トリメリット酸を単量体として重縮合して得られるポリエステル樹脂:ガラス転移温度60℃、軟化温度115℃:藤倉化成工業社製 )
100質量部
・着色剤(C.I.ピグメント・ブルー15:3) 5質量部
・帯電制御剤(ホウ素化合物:日本カーリット社製LR−147)
2質量部
・離型剤(マイクロクリスタリンワックス:日本精鑞社製HNP−9)
3質量部
上記トナー材料をヘンシェルミキサにて10分間混合した後、混練分散処理装置(三井鉱山社製:ニーディックスMOS140−800)で溶融混練分散処理した。その混練物をカッティングミルで粗粉砕した後、ジェット式粉砕機(日本ニューマチック工業社製:IDS−2型)によって微粉砕した。微粉砕物を、風力分級機(日本ニューマチック工業社製:MP−250型)を用いて分級することによって、体積平均粒径が6.5±0.1μm、BET比表面積が1.8±0.1m/gである着色樹脂粒子を得た。
得られた着色樹脂粒子100質量部に、個数平均粒径が7nmのヘキサメチルジシラザンで表面を処理したシリカ粒子(デグサ社製)1質量部を加えて、攪拌羽根の先端速度を15m/秒に設定した気流混合機(三井鉱山社製:ヘンシェルミキサ)で2分間攪拌することによって負帯電性のトナーT1を作製した。
<二成分現像剤>
キャリアC1〜C7をトナーT1と混合することによって、実施例及び比較例の二成分現像剤を作製した。二成分現像剤は、トナー6質量部とキャリア94質量部とをナウターミキサ(商品名:VL−0、ホソカワミクロン社製)に投入し、20分間攪拌混合することによって作製した。
<画像評価>
作製した二成分現像剤と、図3に示す試験用の画像形成装置とを用いて連続プリントテストを行った。なお、連続プリントテストは、4つの画像形成ユニットのうち、画像形成ユニット1のみを用いて行った。画像形成装置の現像条件として、感光体の周速を400mm/秒、現像ローラの周速560mm/秒、感光体と現像ローラのギャップを0.42mm、現像ローラと規制ブレードのギャップを0.5mmとなるように設定し、ベタ画像(100%濃度)における紙上のトナー付着量が0.5mg/cm、非画像部におけるトナー付着量が最も少なくなる条件に、感光体の表面電位及び現像バイアスをそれぞれ調整した。試験紙として、A4サイズの電子写真用紙(マルチレシーバー:シャープドキュメントシステム社製)を使用した。
紙の上に記録されるプリント画像のカバレージ6%となるテキスト画像のプリントテストをそれぞれ50K(50000)枚行った。
画像評価は、トナー帯電量、画像濃度、カブリ濃度を測定することで行った。これら各値の測定法を下記する。
トナー帯電量は、吸引式小型帯電量測定装置(トレックジャパン社製:210HS−2A)を用いて測定する。
画像濃度については、次のように評価する。すなわち、一辺が3cmのベタ画像(100%濃度)をプリントする。プリント部分の画像濃度を反射濃度計(マクベス社製:RD918)を用いて測定する。画像濃度が1.3以上(紙の繊維がトナーで完全に覆われた状態)を良好とし、1.2以上1.3未満をやや不良、1.2未満(紙の繊維がトナーで不完全に覆われた状態)を不良とする。
カブリ濃度については、非画像部(0%濃度)の濃度を次の手順により算出する。
白度計(日本電色工業社製:Z−Σ90 COLOR MEASURING SYSTEM)を用いて、予めプリント前の紙の白色度を測定する。次に、プリント後の紙の非画像部における白色度を、白度計を用いて測定し、プリント前の白色度との差を求める。この差をカブリ濃度とする。
カブリ濃度が0.6未満(肉眼ではカブリがほとんど見えない状態)を良好、0.6以上1.0未満をやや不良、1.0以上(肉眼ではカブリが明確に見える状態)を不良とする。
<結果>
連続プリントテスト結果を表2に示す。
Figure 2009122251
実施例1〜5に示されるようにC1〜C5のキャリアを用いた連続プリントテストにおいては、トナーの帯電量は安定しており、画像濃度が高く、カブリのない画像が得られた。一方、比較例1〜2に示されるように、帯電制御剤存在率が低いキャリア(C6〜C7)を用いた連続プリントテストでは、2K枚において帯電量の上昇が発生し、画像濃度が低下した。また、50K枚において帯電量の低下が発生し、カブリが発生した。
本発明のキャリアは、二成分現像剤として使用したときに、長期使用後もトナーの帯電性能を一定に維持できる産業上の利用可能性の高いものであり、キャリアを用いた二成分現像剤は、トナーの帯電性能に優れ且つその帯電量が安定であり、それを用いた画像形成装置は、良好な画像を安定に得ることができる産業上の利用可能性の高いものである。
本発明のキャリアの概略図である。 図1のキャリアにおける帯電制御剤の分布を示す概略図である。 画像形成装置の概略図である。 画像形成装置の現像部の概略拡大図である。 画像形成装置のプロセス部の概略拡大図である。
符号の説明
N1、N2、N3、S1、S2 磁極、P 搬送方向、R、Rd 回転方向
1〜4 画像形成ユニット
5 中間転写ベルト
6 支持ロール
7 1次転写ローラ
8 2次転写ローラ
10 ベルトクリーニングユニット
11 ベルトクリーニングブラシ
12 ベルトクリーニングブレード
13 給紙ローラ
13a 排紙ローラ
14 トナー
15 定着ユニット
17 帯電器
18 露光器
19 現像装置
20 感光体ドラムクリーナ
21 クリーニングブレード
22 クリーナハウジング
23 シール
24 現像ローラ
25 多極着磁部材
26 スリーブ
27 現像槽
28 規制部材
29 攪拌部材
30 開放部
31 棒磁石
DV 二成分現像剤
40 コア粒子
41 樹脂層

Claims (10)

  1. 帯電制御剤を含む樹脂層でコア粒子が被覆されているキャリアにおいて、該キャリアの樹脂層表面に存在する帯電制御剤存在率が60%以上100%以下であることを特徴とするキャリア。
  2. 前記帯電制御剤が、下記一般式(1)
    Figure 2009122251
    (式中、R1およびR4は水素原子、アルキル基、置換または非置換の芳香環(縮合環も含む)を示し、R2およびR3は置換または非置換の芳香環(縮合環も含む)を示し、X+はカチオンを示す。)で示すホウ素化合物であることを特徴とする請求項1に記載のキャリア。
  3. 前記樹脂層が、さらに導電剤を含むことを特徴とする請求項2に記載のキャリア。
  4. 前記樹脂が、ジメチルシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のキャリア。
  5. 請求項1〜4のいずれか1つに記載のキャリアの製造方法において、帯電制御剤の溶解が可能な極性溶剤と、極性溶剤と相溶し且つ極性溶剤より沸点が低く、樹脂の溶解が可能な有機溶媒とを含む混合溶剤に、樹脂及び帯電抑制剤を溶解し、該混合溶剤でコア粒子を被覆した後、前記溶剤を蒸発させることによって、樹脂層をコア粒子表面に形成させるキャリアの製造方法。
  6. 前記溶剤を蒸発させる際に、極性溶剤の沸点以上の温度で行うことを特徴とする特徴とする請求項5に記載のキャリアの製造方法。
  7. 前記溶剤を蒸発させる際に、減圧することを特徴とする特徴とする請求項5または6に記載のキャリアの製造方法。
  8. 請求項1〜4のいずれか1つに記載のキャリアと、前記キャリアに含まれる帯電制御剤と同じ帯電制御剤を含むトナーとを含む二成分現像剤。
  9. 請求項1〜4のいずれか1つに記載のキャリアを収容する現像装置を具備することを特徴とした、電子写真方式を利用して画像を形成する画像形成装置。
  10. 前記現像装置が前記キャリアと共に前記キャリアに含まれる帯電制御剤と同じ帯電制御剤を含むトナーとからなる二成分現像剤を収容することを特徴とする請求項9記載の画像形成装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015212777A (ja) * 2014-05-02 2015-11-26 富士ゼロックス株式会社 静電荷像現像用キャリア、静電荷像現像剤、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
JP2016139008A (ja) * 2015-01-27 2016-08-04 パウダーテック株式会社 キャリア及び該キャリアを用いた電子写真現像剤

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