JP2009122646A - 画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】少なくとも像担持体と、帯電手段と、露光手段と、形成された潜像をトナーにより現像する現像手段と、転写手段と、前記像担持体の表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段と、該該像担持体の表面をクリーニングするクリーニング手段と、を有する画像形成装置において、前記トナーは、トナー体積平均粒径あたりのBET比表面積が0.3〜1.7の範囲にあり、かつ、樹脂微粒子と無機微粒子とを含む微粒子が添加されることを特徴とする画像形成装置。
【選択図】図3
Description
帯電手段(1)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、コロナ帯電方式が挙げられる。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などがある。
従来では、像担持体に帯電を施す帯電手段、帯電工程としては、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などが主流であった。しかしながら、このコロナ放電を用いた帯電工程、帯電手段は、オゾンが多量に発生してしまったり、また、コロナ放電によって生成されたNOxなどが像担持体に付着し、経時で像流れといった不具合を起こすという問題点があった。またコロナ放電を行わせるために5〜10kVという高電圧を印加する高電圧電源が必要であるので画像形成装置の低コスト化を図ることが難しかった。
そこで近年、画像形成装置に採用することができる帯電工程、帯電手段として、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工程、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工程、帯電手段が多く提案されている。この接触型・近接型の帯電手段では、上記コロナ放電を用いた帯電工程、帯電手段の場合に挙げた問題点の多くが解消される一方、像担持体の摩耗量が増大し、寿命を短くしてしまうという問題も発生している。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っている。加えて、前記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し、また、帯電手段表面の汚れによる問題も発生している。そこで、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を帯電部材に印加して感光体を帯電させるAC電圧重畳の帯電方式が注目されている。
露光手段(2)としては、LD、LEDランプ、キセノンランプが挙げられ、また、これらによる露光工程が挙げられる。
現像手段(工程)としては、一成分現像手段(工程)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(工程)による現像が挙げられる。
現像剤としては、トナー及びキャリアからなる2成分現像剤と、磁性あるいは非磁性トナーのみの1成分現像剤とがある。これらのトナーの製造は樹脂、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が一般的であるが、粒径、形状が揃わず、これらを制御するのは困難である。
このような状況下で、近年トナー粒子の粒径を意図的に制御し、前述の問題を解消しようとする試みがあり、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盛んになった。
また近年、高画質化への要求が高まり、特にカラー画像形成において高精細な画像を実現するため、トナーの小径化かつ粒径均一化の要求も高まっている。粒径分布の広いトナーを用いて画像形成を行うと、微粉トナーが現像スリーブ、接触・近接帯電手段、クリーニングブレード、像担持体(感光体)、キャリアなどを汚染したり、トナー飛散したりするという問題が大きくなり、高画質および高信頼性を同時に果たすことが困難であった。
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。しかしながら、小粒径かつ粒子径の揃ったトナーはクリーニング性に関して、問題が生じる。特に、ブレードクリーニングでは均一かつ小粒径なトナーを安定的にクリーニングすることは不可能である。そこで、トナーの工夫により、クリーニング性を改善する方法が様々な形で提案されている。その中の一つとして、トナーを球形から異形させ、対応する方法がある。トナー形状を異形化することで、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するものである。ただし、トナーの異形度合いを大きくしすぎると、現像の際など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になる。このように、トナーの転写品質、転写効率、クリーニング性などの特性はトナー形状に影響されることから、前記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。
転写手段(4)としては、転写ベルト、転写チャージャ、転写ローラによる転写手段が挙げられる。
クリーニング手段(7)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成る、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、不織布などが挙げられる。
従来においては、電子写真方式における画像形成装置のクリーニングは、ブレードによるクリーニングが主であり、ブレードのみのクリーニング工程(手段)を有する画像形成装置が多数存在した。また、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避けるため、クリーニング補助手段を設けたものも存在する。このとき、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っている。
クリーニング手段のみでは、像担持体上のトナーのクリーニングが不十分な場合、像担持体回転方向における現像領域下流側で、かつクリーニング手段の上流側に、クリーニング補助手段を搭載し、クリーニング性を向上させる手段がとられてきた。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、不織布などが挙げられる。
従来の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、クリーニング工程(クリーニング手段)に導入されるトナーを機械的にかき乱し、クリーニング工程(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。
水系造粒トナーの製造について、特許文献1等には懸濁重合法や乳化重合法などによって湿式中で球形トナーを製造する技術が、また球形トナーに関し、特許文献2、特許文献3等には粉砕トナーを熱処理することによって球形化する技術が提案されており、このようなトナー製造方法によると、トナーの小粒径化も容易である。
像担持体の高寿命化、高画質化の為に、像担持体上に潤滑剤を塗布することが行われている。
潤滑剤を塗布する目的としては、次の課題がある。(i)トナーフィルミング(融着)の発生を防止する。(ii)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。(iii)帯電工程、帯電手段での放電による像担持体磨耗防止があげられる。これらの課題に対しては、例えば特許文献4、特許文献5、特許文献6、特許文献7などに記載される技術が知られており、潤滑剤(5)を像担持体(8)上に塗布することによって解決している。これらの例では、いずれの場合も像担持体(8)上に潤滑剤(5)を塗布し、低摩擦係数化することによって課題を解決している。
しかし、クリーニング補助と潤滑剤塗布とを併用させた場合、転写残トナーがある領域(画像領域)では、潤滑剤は像担持体に塗布されることがなく、接触部材による像担持体磨耗を十分には防ぐことが出来なかった。
また潤滑剤を像担持体に塗布する他の技術としては、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ものも知られているが、この技術では、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。
しかし一方、一般的に、接触帯電方式及び近接帯電方式は、コロナ帯電方式と比較して、放電生成物の量が少なく、低電力で帯電を行うことができる。しかしながら、これら帯電方式は、感光体と帯電部材とが接触し、又は、感光体と帯電部材との距離が感光体とチャージワイヤとの距離よりも短くなるため、感光体に対するハザードは、コロナ帯電方式よりも大きいことが明らかになっている。
特に、交流電圧を重畳した場合、放電が交流電圧の周波数に応じて繰り返されるためにハザードは大きくなり、その結果、感光体表面の化学的劣化が進行し、やがては、感光体表面に膜削れが発生する。感光体表面に潤滑剤が塗布されていた場合には、その潤滑剤の分子構造や表面エネルギー等が変化して潤滑性が失われ、潤滑剤は徐々に削られて最終的には消失する、等の問題も有している。
これにより、トナーと像担持体間の付着力が増加し、像担持体幅全面においてクリーニング不良は防ぐことが出来るが、クリーニングブレードをすり抜けるトナーが増加するという問題が発生した。
そして、上記問題発生に起因して、次の問題が新たに発生している。
すなわち、すり抜けたトナーが潤滑剤塗布手段で回収され、固形潤滑剤に付着、それが成長することによって固形潤滑剤、表面にトナーが層となって形成され、潤滑剤が塗布できなくなる。
潤滑剤が塗布できなくなった領域において、フィルミングと、フィルミングによる画像ボケが発生する。
また、上記潤滑剤が塗布されていない領域と、塗布されている領域の境界上では、局所的に摩擦係数(表面性)が大きく異なるため、クリーニングブレードがその個所にて疲労破壊(欠け)を起こす。
ブレードが欠けた個所(トナーが固形潤滑剤に層となった領域の両端)にて、画像不良が発生する。
この課題に対しては、特願2007−238709号明細書に記載の「下記式(1)により求められるトナー体積平均粒径あたりのBET比表面積Aが、0.3〜1.7の範囲にあり、かつ、平均1次粒径が60〜600nmであり、かつ、含水率が0.1〜1.0%である無機微粒子を外添したトナーであることを内容とする画像形成方法。
式(1):A=トナー母体BET比表面積/トナー母体体積平均粒径」により、解決できることが分かった。
しかし、トナーをさらに小粒径化すると、上記の発明を以っても、同様の問題(潤滑剤へのトナー固着による、不良画像)が発生し、また、その画像安定性が一層悪くなることが確認された。
その理由は以下のものによると考えられる。
トナーの小粒径化に伴い、転写手段でのトナー転写効率が低下し、クリーニング手段へのトナー入力量が増加する。
トナーの小粒径化に伴い、トナーと像担持体間の付着力が増加するため、クリーニング手段をすり抜けるトナーが増加する。
クリーニングをすり抜けたトナーは、静電的な力により、潤滑剤塗布手段により回収されることはできる。
しかし、クリーニングをすり抜けたトナーの総量が増加していること、かつ、トナーの小粒径化に伴い、潤滑剤への付着力が増加するため、固形潤滑剤表面に、トナーが層となって形成されやすくなる。
つまり、トナーを小粒径化した場合においては、経時で像担持体を安定させ、画像不良の発生を防ぐため、潤滑剤へトナーを固着させない、さらなる技術的解決手段が必要とある。
したがって、像担持体表面保護に必要な潤滑剤を塗布した上で、すり抜けたトナーが潤滑剤塗布手段によって回収され、その回収されたトナーが潤滑剤に付着、経時で固着となることを防ぐ必要があるが、本発明におけるトナーは、像担持体表面保護に必要な潤滑剤を塗布した上でも、すり抜けるトナーを低減しつつ、なおかつ潤滑剤に付着しにくいトナーを提供することができる。
(1)「少なくとも像担持体と、帯電手段と、露光手段と、形成された潜像をトナーにより現像する現像手段と、転写手段と、前記像担持体の表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段と、該該像担持体の表面をクリーニングするクリーニング手段と、を有する画像形成装置において、
前記トナーは、下記式(1)により求められるトナー体積平均粒径あたりのBET比表面積Aが0.3〜1.7の範囲にあり、かつ、樹脂微粒子と無機微粒子とを含む微粒子(P)が添加されてなり、前記樹脂微粒子は平均1次粒径が60〜600nmの樹脂微粒子(P1)であることを特徴とする画像形成装置;
式(1):A=トナー母体BET比表面積/トナー母体体積平均粒径」、
(2)「前記トナーは、トナー粒子の体積平均粒径が3.0〜5.5μmのものであることを特徴とする前記第(1)項に記載の画像形成装置」、
(3)「前記トナーは、平均1次粒径60〜600nmの前記樹脂微粒子(P1)が0.5〜4.0wt%添加されたものであることを特徴とする前記第(1)項又は第(2)項に記載の画像形成装置」、
(4)「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の範囲のものであることを特徴とする前記第(1)項乃至第(3)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(5)「前記トナーは、2μm以下のトナー粒子の含有率が1〜25個数%のものであることを特徴とする前記第(1)項乃至第(4)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(6)「前記トナーは、トナー粒子の平均円形度が0.950以上、かつ、0.980以下の範囲にあることを特徴とする前記第(1)項乃至第(5)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(7)「前記トナーは、円形度0.97〜1.0のトナー粒子含有率が40%未満であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(6)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(8)「前記トナーは、平均一次粒径が1〜50nmの無機微粒子(P2)を0.5〜4.0wt%含むことを特徴とする前記第(1)項乃至第(7)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(9)「前記無機微粒子(P2)は、酸化シリカ、及び/又は酸化チタンを含むことを特徴とする前記第(1)項乃至第(8)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(10)「前記トナーが、水系で造粒されたトナーであり、かつ、少なくとも結着樹脂と、着色剤と、金属カチオン層間のイオンの少なくとも一部を有機物イオンカチ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前記第(1)項乃至第(9)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(11)「前記潤滑剤塗布手段は、前記クリーニング手段の像担持体回転方向下流側、かつ、前記帯電手段の上流側に設置されることを特徴とする前記第(1)項乃至第(10)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(12)「前記潤滑剤塗布手段の像担持体回転方向下流側かつ前記帯電手段上流側に、潤滑剤均し手段を設置したことを特徴とする前記第(1)項乃至第(11)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(13)「前記像担持体表面を帯電させる帯電手段が、コロナ放電を用いた帯電方式のものであることを特徴とする前記第(1)項乃至第(12)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(14)「更に、前記像担持体表面の放電生成物を除去する放電生成物除去手段を有することを特徴とする前記第(1)項乃至第(13)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(15)「前記放電生成物除去手段は、画像面積率が5%以下の画像パターンが連続してある枚数印刷を行った場合に、像担持体表面の放電生成物除去制御を実行するものであることを特徴とする前記第(14)項に記載の画像形成装置」、
(16)「画像面積率がある一定値以下の画像パターンが連続してある枚数印刷を行った場合に、前記現像手段内の前記トナーを、一定量、前記像担持体表面に供給するトナー吐き出し制御手段を有することを特徴とする前記第(1)項乃至第(15)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(17)「前記像担持体が、フィラーを分散させた感光体であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(16)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(18)「前記像担持体が、充填材で補強された表面層を有する有機感光体であるか、架橋型電荷輸送材料を使用した有機感光体であるか、又は充填材で補強された表面層を有しかつ架橋型電荷輸送材料を使用した有機感光体であるかのいずれかであることを特徴とする前記第(1)項乃至第(17)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(19)「前記像担持体が、アモルファスシリコン感光体であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(18)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(20)「少なくとも像担持体表面を均一帯電する帯電工程と、該像担持体表面を露光して潜像を形成する露光工程と、形成された潜像をトナーにより現像する現像工程と、トナー像を被転写媒体に転写する転写工程と、前記像担持体の表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布工程と、該該像担持体の表面をクリーニングするクリーニング工程と、を有する画像形成方法において、
前記トナーは、下記式(1)により求められるトナー体積平均粒径あたりのBET比表面積Aが0.3〜1.7の範囲にあり、かつ、樹脂微粒子と無機微粒子とを含む微粒子(P)が添加されてなり、前記樹脂微粒子は平均1次粒径が60〜600nmの樹脂微粒子(P1)であることを特徴とする画像形成方法;
式(1):A=トナー母体BET比表面積/トナー母体体積平均粒径」、
(21)「前記トナーは、トナー粒子の体積平均粒径が3.0〜5.5μmのものであることを特徴とする前記第(20)項に記載の画像形成方法」、
(22)「前記トナーは、平均1次粒径60〜600nmの前記樹脂微粒子(P1)が0.5〜4.0wt%添加されたものであることを特徴とする前記第(20)項又は第(21)項に記載の画像形成方法」、
(23)「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の範囲のものであることを特徴とする前記第(20)項乃至第(22)項のいずれかに記載の画像形成方法」、
(24)「前記トナーは、2μm以下のトナー粒子の含有率が1〜25個数%のものであることを特徴とする前記第(20)項乃至第(23)項のいずれかに記載の画像形成方法」、
(25)「前記トナーは、トナー粒子の平均円形度が0.950以上、かつ、0.980以下の範囲にあることを特徴とする前記第(20)項乃至第(24)項のいずれかに記載の画像形成方法」、
(26)「前記トナーは、円形度0.97〜1.0のトナー粒子含有率が40%未満であることを特徴とする前記第(20)項乃至第(25)項のいずれかに記載の画像形成方法」、
(27)「前記トナーは、平均一次粒径が1〜50nmの無機微粒子(P2)を0.5〜4.0wt%含むことを特徴とする前記第(20)項乃至第(24)項のいずれかに記載の画像形成方法」、
(28)「前記無機微粒子(P2)は、酸化シリカ、及び/又は酸化チタンを含むことを特徴とする前記第(20)項乃至第(27)項のいずれかに記載の画像形成方法」、
(29)「前記トナーが、水系で造粒されたトナーであり、かつ、少なくとも結着樹脂と、着色剤と、金属カチオン層間のイオンの少なくとも一部を有機物イオンカチ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前記第(20)項乃至第(28)項のいずれかに記載の画像形成方法」、
(30)「前記潤滑剤塗布工程は、前記クリーニング工程の後、かつ、前記帯電工程の前に行われることを特徴とする前記第(20)項乃至第(29)項のいずれかに記載の画像形成方法」、
(31)「前記潤滑剤塗布工程の後かつ前記帯電工程の前に、潤滑剤均し工程を設けたことを特徴とする前記第(20)項乃至第(30)項のいずれかに記載の画像形成方法」、
(32)「前記像担持体表面を帯電させる帯電工程が、コロナ放電を用いた帯電方式で行われることを特徴とする前記第(20)項乃至第(31)項のいずれかに記載の画像形成方法」、
(33)「更に、前記像担持体表面の放電生成物を除去する放電生成物除去工程を有することを特徴とする前記第(20)項乃至第(32)項のいずれかに記載の画像形成方法」、
(34)「前記放電生成物除去工程は、画像面積率が5%以下の画像パターンが連続してある枚数印刷を行った場合に、像担持体表面の放電生成物除去制御を実行するものであることを特徴とする前記第(33)項に記載の画像形成方法」、
(35)「画像面積率がある一定値以下の画像パターンが連続してある枚数印刷を行った場合に、前記現像手段内の前記トナーを、一定量、前記像担持体表面に供給するトナー吐き出し制御工程を有することを特徴とする前記第(20)項乃至第(34)項のいずれかに記載の画像形成方法」、
(36)「前記像担持体が、フィラーを分散させた感光体であることを特徴とする前記第(20)項乃至第(35)項のいずれかに記載の画像形成方法」、
(37)「前記像担持体が、充填材で補強された表面層を有する有機感光体であるか、架橋型電荷輸送材料を使用した有機感光体であるか、又は充填材で補強された表面層を有しかつ架橋型電荷輸送材料を使用した有機感光体であるかのいずれかであることを特徴とする前記第(20)項乃至第(36)項のいずれかに記載の画像形成方法」、
(38)「前記像担持体が、アモルファスシリコン感光体であることを特徴とする前記第(20)項乃至第(37)項のいずれかに記載の画像形成方法」。
前記特定の画像形成装置又は画像形成方法と、特定のトナーとの選択的組合せによれば、式Aを満足するようにトナー母体を作成することで、トナー母体表面に平均1次粒径が60〜600nmの微粒子を保持しやすくすることができ、これにより、例えば現像手段中でトナーがキャリアとの衝突を繰り返した場合においても、トナー母体凹部に微粒子が移行するのを防ぐことができ、トナーと像担持体間のスペーサー機能を安定して確保することができる。
これにより、転写手段での転写効率を高くすることができ、さらに、経時で安定した転写効率の維持を実現することができる。
さらに、平均1次粒径が60〜600nmの微粒子に、樹脂微粒子を用いることで、さらに転写効率を向上させることができ、経時で安定した転写効率の維持を実現することができる。
またこれにより、クリーニング部への入力トナーの総量自体を低減することができるため、結果としてクリーニング工程、クリーニング手段におけるトナーすり抜けを低減することができ、トナーが潤滑剤に付着する確立自体を低減することができる。
また、平均1次粒径が60〜600nmである微粒子を用いることで、トナー粒子と固形潤滑剤間のスペーサー機能を維持することができるために、トナーと潤滑剤間の付着を低減することができ、潤滑剤への付着、固着を低減することができる。特に、平均1次粒径が60〜600nmである微粒子に、樹脂微粒子を用いると、トナーの潤滑剤への付着を、より低減することが可能となる。
すなわち、今回の実験結果から、Aの値が0.6〜1.0がより好ましい範囲と考えられる。
ここで、樹脂微粒子の平均一次粒径が60〜600nmの範囲外であった場合、次のような不具合が懸念される。60nm未満であった場合(樹脂微粒子の粒径が非常に小さくなった場合)、樹脂微粒子の持つスペーサー機能が消失してしまう。一方、樹脂微粒子が大きすぎた場合、トナーへの付着性が低下することが実験により分かっており、遊離した樹脂微粒子による他不具合(主に像担持体フィルミング)が発生しやすくなる。より大きな樹脂微粒子の場合、潤滑剤へのトナー固着を防ぐことはできないことが本発明において確認されている。
前記特定の画像形成装置又は画像形成方法と、特定のトナーとの選択的組合せにおいて、前記トナーが、特に体積平均粒径が3.0μm以上のものであるときには、安定して画像形成が行うことができる。
一方、5.5μm以上のトナーを用いた場合、画像の鮮明さが劣る場合もあり得ることから、使用することが難かしいことがある。
前記特定の画像形成装置又は画像形成方法と、特定のトナーとの選択的組合せの場合、特に、前記平均1次粒径が60〜600nmである微粒子の含有率が、0.5〜4wt%であるときには、現像装置内でキャリアに移行することなく、長期にわたり安定した現像を行うことができるだけでなく、一方、クリーニングにおけるクリーニング余裕度を向上させることができ、トナーのすり抜けを低減、すなわち、潤滑剤へのトナー固着を低減することができる。
前記特定の画像形成装置又は画像形成方法と、特定のトナーとの選択的組合せの場合、特に、前記トナーが、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の範囲のものであるときには、前記粒径あたりの表面積(トナー母体の比表面積)をより適正に実現することが可能となる。
前記特定の画像形成装置又は画像形成方法と、特定のトナーとの選択的組合せの場合、特に、前記トナーが、2μm以下のトナー粒子の含有率が1〜25個数%のものであるときには、粒径あたりの表面積(トナー母体粒子の比表面積)をより適正に実現することが可能となる。
前記特定の画像形成装置又は画像形成方法と、特定のトナーとの選択的組合せの場合、特に、前記トナーのトナー粒子の平均円形度が0.950以上、かつ、0.980以下の範囲にあるときには、トナー粒子の円形度を小さくすることにより、クリーニング性を確保しつつ、すり抜けトナーの低減、つまり、潤滑剤への固着低減を実現することができ、かつ、トナー表面に過度に凹凸がないことにより、平均1次粒径が60〜600nmである微粒子がトナー凹部に転がり込むことを低減し、経時にわたってスペーサー機能、クリーニング性を確保し、すり抜けトナー、潤滑剤への固着を低減することができる。
前記特定の画像形成装置又は画像形成方法と、特定のトナーとの選択的組合せの場合、特に、前記トナーは、該トナー粒子の円形度0.97〜1.0のトナー粒子含有率が40%未満であることにより、クリーニング性を安定して確保、つまり、すり抜けトナーの潤滑剤への固着を低減することができる。
前記特定の画像形成装置又は画像形成方法と、特定のトナーとの選択的組合せの場合、特に、前記トナーは、平均一次粒径が1〜50nmの無機微粒子(P2)を0.5〜4.0wt%含むことにより、現像器中で経時でキャリアとの衝突を繰り替えし、平均1次粒径が60〜600nmである微粒子遊離、または凹部に転がり込んで、スペーサー機能を失った場合においても、トナー間付着力を低減することができるため、潤滑剤への固着のスピードを小さくさせることができる。
前記特定の画像形成装置又は画像形成方法と、特定のトナーとの選択的組合せの場合、特に、前記無機微粒子(P2)が、酸化シリカ、及び/又は酸化チタンを含むものであるときには、前記第(8)項、第(26)項における効果をより発現しやすくなり、潤滑剤への固着スピードを低減することができる。
前記特定の画像形成装置又は画像形成方法と、特定のトナーとの選択的組合せの場合、特に、前記トナーが、水系で造粒されたトナーであり、かつ、少なくとも結着樹脂と、着色剤と、金属カチオン層間のイオンの少なくとも一部を有機物イオンカチ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ときには、前記トナーのトナー粒子の単位粒径あたりのトナー表面積を簡単に得ることができる。
前記特定の画像形成装置又は画像形成方法と、特定のトナーとの選択的組合せの場合、特に、前記潤滑剤塗布手段が、前記クリーニング手段の像担持体回転方向下流側、かつ、前記帯電手段の上流側に設置されるものであることにより、トナーが一度クリーニングされた像担持体表面に潤滑剤を塗布することができるため、潤滑剤を像担持体前表面に塗布することができるため、像担持体表面磨耗を低減することができる。
また、一度クリーニングされているので、トナーが潤滑剤に接触する個数が低減でき、潤滑剤にトナーが固着することを低減することができる。
前記特定の画像形成装置又は画像形成方法と、特定のトナーとの選択的組合せの場合、特に、前記潤滑剤塗布手段、又は工程の像担持体回転方向下流側かつ前記帯電手段(工程)上流側に、潤滑剤均し手段、又は工程を設けたことにより、塗布手段で塗布された直後の粒状潤滑剤を、潰して象担持体表面に均一に潤滑剤を塗布することができるようになり、像担持体表面磨耗を防ぐことが出来る。また、これにより、像担持体表面にできた傷に引っかかり、強く像担持体に付着したトナーを少なくすることが出来るため、クリーニングブレードでのすり抜けトナーを低減、潤滑剤への固着を低減することができる。
前記特定の画像形成装置又は画像形成方法と、特定のトナーとの選択的組合せの場合、特に、帯電手段又は工程が、コロナ放電を用いた帯電方式のものであることにより、潤滑剤表面を放電により劣化させ、その摩擦係数を上げることがなくなるために、クリーニングブレードでのすり抜けを低減、つまり、潤滑剤への固着を低減することができる。
前記特定の画像形成装置又は画像形成方法と、特定のトナーとの選択的組合せの場合、特に、更に、前記像担持体表面の放電生成物を除去する放電生成物除去手段、または工程を有することにより、画像形成装置、又は形成方法において発生する放電生成物をトナーを用いることで定期的に除去することができる。これにより、トナーが像担持体表面に接触した際の付着力を大きい状態で放置することがなくなるために、すり抜けトナーの低減、潤滑剤への固着を低減することができる。
ここで、放電生成物除去制御の詳細について説明する。最初に像担持体を任意の速度で回転させる(通常の印刷プロセス速度でよい)。その後、像担持体表面にトナーを現像させる。ここで現像方法として、通常の書込みを行っても、書込みを行なわずに、トナーを現像させる方法(帯電手段で像担持体を帯電させても、させなくてもよい)でもよい。また像担持体へのトナー現像量は問わないが、多すぎるとクリーニング手段への負荷が大きくなり、クリーニング手段の早期磨耗を引き起こす。そのため好ましい現像量の範囲としては、0.1〜0.3mg/cm2で、面積として600cm2程度が望ましい。その後像担持体表面に現像したトナーを、転写させずにクリーニング手段へ突入させる。その後一定時間像担持体を回転させ、順次廃トナー排出手段により、トナーを排出する。これにより、像担持体表面に付着した放電生成物をクリーニングされるトナーとともに除去することが出来る。放電生成物除去制御とは、このような一連の動作のことを指す。
前記特定の画像形成装置又は画像形成方法と、特定のトナーとの選択的組合せの場合、特に、放電生成物除去手段、または工程は、画像面積率がある一定値以下の画像パターンが連続してある枚数印刷を行ったとき、像担持体表面の放電生成物除去制御を実行するものであることにより、キャリアとの衝突によりスペーサー機能が完全に失われる前にトナーを現像、クリーニング、排出することで、劣化し、すり抜けやすくなったトナーが増加、クリーニングをすり抜けるトナー個数が増加するのを防ぐことができる。
前記特定の画像形成装置又は画像形成方法と、特定のトナーとの選択的組合せの場合、特に、画像面積率がある一定値以下の画像パターンが連続してある枚数印刷を行った場合に、前記現像手段、または工程内の前記トナーを、一定量、前記像担持体表面に供給するトナー吐出制御手段を有することにより、より表面の硬い像担持体を用いることで、像担持体表面の傷発生を防ぐことができ、その傷にトナー粒子が引っかかり、トナーと像担持体の付着力が増加し、クリーニング手段をすり抜けるのを防ぐことができる。これにより、潤滑剤へのトナー固着を低減することができる。
前記特定の画像形成装置又は画像形成方法と、特定のトナーとの選択的組合せの場合、特に、前記像担持体が、フィラーを分散させた感光体であることにより、より表面の硬い像担持体を用いることで、像担持体表面の傷発生を防ぐことができ、その傷にトナー粒子が引っかかり、トナーと像担持体の付着力が増加し、クリーニング手段をすり抜けるのを防ぐことができる。これにより、潤滑剤へのトナー固着を低減することができる。
前記特定の画像形成装置又は画像形成方法と、特定のトナーとの選択的組合せの場合、特に、前記像担持体が、充填材で補強された表面層を有する有機感光体であるか、架橋型電荷輸送材料を使用した有機感光体であるか、又は充填材で補強された表面層を有しかつ架橋型電荷輸送材料を使用した有機感光体であるかのいずれかであることにより、より表面の硬い像担持体を用いることで、像担持体表面の傷発生を防ぐことが出来、その傷にトナー粒子が引っかかり、トナーと像担持体の付着力が増加し、クリーニング手段をすり抜けるのを防ぐことができる。これにより、潤滑剤へのトナー固着を低減することができる。
前記特定の画像形成装置又は画像形成方法と、特定のトナーとの選択的組合せの場合、特に、前記像担持体が、アモルファスシリコン感光体であることにより、同様に、より表面の硬い像担持体を用いることで、像担持体表面の傷発生を防ぐことができ、その傷にトナー粒子が引っかかり、トナーと像担持体の付着力が増加し、クリーニング手段をすり抜けるのを防ぐことができる。これにより、潤滑剤へのトナー固着を低減することができる。
本発明を実施するために特に適した画像形成装置の形態の1例を、図3に示す。同図に示される装置において、帯電手段(1)により像担持体(8)表面の画像形成領域を均一に帯電させ、露光手段(2)により像担持体(1)に書き込みを行い、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り画像を形成する。続いて、転写手段(4)により給紙手段(9)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印刷用紙に、像担持体(8)上のトナー画像を転写し、その後、定着手段(10)により画像を印刷用紙に定着させる。一方、像担持体(8)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(7)により像担持体(8)上から掻き落とされる。このとき、クリーニング余裕度を向上させるため、転写手段下流側、かつ、クリーニング手段上流側に潤滑剤塗布手段を設け、像担持体に潤滑剤を塗布する。像担持体(8)は円筒形状、または、ベルト形状に形成されており、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。
帯電手段(1)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、コロナ帯電方式が挙げられる。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などがある。このような帯電手段(1)を使用した帯電工程自体は、公知であるので、帯電工程についての詳細な説明は省略する。
露光手段(2)としては、LD、LEDランプ、キセノンランプによる露光方法が挙げられる。このような露光手段(2)を用いたユニットプロセスとしての帯電工程自体は、公知であるので、饒舌を避けるため、詳細な説明は省略する(以下同)。
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が挙げられる。
現像剤としては、トナー及びキャリアからなる2成分現像剤と、磁性あるいは非磁性トナーのみの1成分現像剤とがある。これらのトナーの製造は樹脂、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のような物理的方法、及び、樹脂成分を溶解した有機溶媒の液滴から有機溶媒を除去してトナー母体粒子を得る方法、各種重合法、トナー用樹脂原料を含むO/W型又はW/O型エマルジョン中に含まれる樹脂原料成分をエマルジョン中で伸長及び/又は架橋反応させることを含む部分重合法等の化学的方法、が用いられる。
転写手段(4)としては、転写ベルト、転写チャージャ、転写ローラによる転写方法が挙げられる。
クリーニング手段(7)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成る、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、不織布などが挙げられる。うち、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っている。
クリーニング手段、またはクリーニング工程のみでは、像担持体上のトナーのクリーニングが不十分な場合、像担持体回転方向転写手段、転写工程下流側でクリーニング手段、またはクリーニング工程の上流側に、クリーニング補助手段を搭載し、クリーニング性を向上させる手段を用いても良い、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、不織布などが挙げられる。
このとき(場合)、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もよい。
上記潤滑剤塗布手段、潤滑剤塗布工程としては、ファーブラシやループブラシ、ローラ、ベルトにより像担持体に塗布する方法が挙げられる。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。
この潤滑剤塗布手段、塗布工程は、従来のようにクリーニング手段、クリーニング工程上流側に設置されるクリーニング補助手段に潤滑剤を押し当てることにより潤滑剤を像担持体表面に塗布するといった、クリーニング補助手段と潤滑剤塗布手段とを併用させる形態を持ってもよい。
また、潤滑剤塗布手段(工程)とクリーニング手段(工程)の下流側、かつ帯電手段(工程)上流側に設置してもよい。
潤滑剤(材、以下同)(5)としては、脂肪酸金属塩からなり、この脂肪酸金属塩は、ステアリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、オレイン酸の群から選択される1以上の脂肪酸を含有し、亜鉛、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、リチウムの群から選択される1以上の金属を含有し、粉体状の脂肪酸金属塩を固形化して形成されているものが好ましい。固形化する前の粉体としては、より微小の粉体であることが好適である。ステアリン酸亜鉛は代表的なラメラ結晶紛体であるが、このような物質を固形化し潤滑剤として使用することは好適である。ラメラ結晶は両親媒性分子が自己組織化した層状構造を有しており、剪断力が加わると層間に沿って結晶が割れて滑りやすい。この作用が低摩擦係数化に効果があり、剪断力を受けて均一に像担持体(典型的には感光体)(8)表面を覆っていくラメラ結晶の特性は、少量の潤滑剤(5)によって効果的に像担持体(8)表面を覆うことができる。
脂肪酸金属塩は、直鎖状の炭化水素の構造を持つため、層間のすべりが起こりやすく、良好な潤滑性を発揮する。また、このような直鎖状の脂肪酸金属塩の場合、金属を選択することにより、良好な耐候性を持つことできる。
潤滑剤ならし手段(12)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なる、ブレード形状の材料が適用できる。
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、像担持体(8)への潤滑剤ならし手段(12)としてのブレードの当接は、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。
潤滑剤均し手段(12)としてブレードが用いられる際には、クリーニング手段(7)と併用させても良いが、潤滑剤塗布手段(6)がクリーニング手段(7)の下流側にある場合には、潤滑剤均し手段(12)を潤滑剤塗布手段(6)下流側かつ帯電手段(1)上流側に設置することが望ましい。
式(1):A=トナー母体BET比表面積/トナー母体体積平均粒径
トナー粒子の体積平均粒径(Dv)及び個数平均粒径(Dn)は、粒度測定器(「マルチサイザーIII」、ベックマンコールター社製)を用い、アパーチャー径100μmで測定し、解析ソフト(Beckman Coulter Mutlisizer 3 Version3.51)にて解析を行った。
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。
600dpi以上の微少ドットを再現するために、トナー粒子の体積平均粒径は、前記のように、3〜8μmであることが好ましい。
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。
本発明におけるトナー粒子の粒径はコールターカウンター法によるものであるが、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)が挙げられる。
以下に測定方法について述べる。
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。
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。
チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満;2.52〜3.17μm未満;3.17〜4.00μm未満;4.00〜5.04μm未満;5.04〜6.35μm未満;6.35〜8.00μm未満;8.00〜10.08μm未満;10.08〜12.70μm未満;12.70〜16.00μm未満;16.00〜20.20μm未満;20.20〜25.40μm未満;25.40〜32.00μm未満;32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上乃至40.30μm未満の粒子を対象とする。
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。
また、本発明における前記「2μm以下の粒子が1〜25個数%」及び「円形度が0.97〜1.0」について詳細に説明すると、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。
環境安定性付与剤として疎水性酸化チタン微粒子もしくは疎水性アルミナ微粒子を使用するのが好ましく、さらに流動性付与剤、環境安定性付与剤として、疎水性シリカ微粒子と疎水性酸化チタン微粒子もしくは疎水性アルミナ微粒子を併用するのがより好ましい。
当該トナーは、以下の方法により、製造することができる。そして、少なくとも層状無機鉱物が有する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)をトナーに含有させることが効果的である。
さらに、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成るプレポリマー、該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、少なくとも層状無機鉱物が有する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)を溶解又は分散させた、溶解液または分散液において、少なくとも層状無機鉱物が有する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)が、該溶解液または分散液中の固形分中に0.05〜10%含有されているトナーであることが、より望ましい。
このとき、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成るプレポリマー、該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、層状無機鉱物(有機変性クレイ)を溶解又は分散させ、該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トナーであることが望ましい。また、該溶解液または分散液の25℃におけるCasson降伏値が、1〜100Paであることが好ましい。より詳細なトナーの製造方法に関する説明を以下に示す。
本発明におけるトナーに用いる、少なくとも層状無機鉱物が有する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成るプレポリマー、該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、該有機変性クレイを溶解又は分散させた溶解液または分散液において、25℃におけるCasson降伏値を、1〜100Paにするものであることが極めて好ましい。Casson降伏値が1Pa未満では、目標の形状が得にくく、100Paを超えると製造性が悪化する。
また、該有機変性クレイは、該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ことがある。
少なくとも層状無機鉱物が有する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、該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。
前記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(例えば図1のような画像形成装置)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、リトポ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、該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、本発明に適用する当該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有する脂肪族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。
[2μm以下粒経]
本発明で用いるトナーの2μm以下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。
本発明における分子量はGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により次のように測定される。40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定させ、この温度におけるカラムに、溶媒としてTHFを毎分1mlの流速で流し、試料濃度として0.05〜0.6重量%に調製した樹脂のTHF試料溶液を50〜200μl注入して測定する。試料の分子量測定に当たっては、試料の有する分子量分布を、数種の単分散ポリスチレン標準試料により、作成された検量線の対数値とカウント数との関係から算出した。検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、例えば、Pressure Chemical Co.あるいは東洋ソーダ工業社製の分子量が6×102、2.1×103、4×103、1.75×104、5.1×104、1.1×105、3.9×105、8.6×105、2×106、4.48×106のものを用い、少なくとも10点程度の標準ポリスチレン試料を用いるのが適当である。また、検出器にはRI(屈折率)検出器を用いる。
JISK0070−1992に記載の測定方法に準拠して以下の条件で測定を行う。
試料調整:ポリエステル0.5g(酢酸エチル可溶成分では0.3g)をトルエン120mlに添加して室温(23℃)で約10時間撹拌して溶解する。更にエタノール30mlを添加して試料溶液とする。
測定は上記記載の装置にて計算することが出来るが、具体的には次のように計算する。
あらかじめ標定されたN/10苛性カリ〜アルコール溶液で滴定し、アルコールカリ液の消費量から次の計算で酸価を求める。
酸価=KOH(ml数)×N×56.1/試料重量
(ただしNはN/10KOHのファクター)
試料0.5gを100mlのメスフラスコに精秤し、これにアセチル化試薬5mlを正しく加える。その後100℃±5℃の浴中に浸して加熱する。1〜2時間後フラスコを浴から取り出し、放冷後水を加えて振り動かして無水酢酸を分解する。更に分解を完全にするため再びフラスコを浴中で10分間以上加熱し放冷後、有機溶剤でフラスコの壁を良く洗う。この液を前記電極を用いてN/2水酸化カリウムエチルアルコール溶液で電位差滴定を行いOH価を求める(JISK0070−1966に準ずる)。
Tgを測定する装置として、理学電機社製TG−DSCシステムTAS−100を使用する。まず試料約10mgをアルミ製試料容器に入れ、それをホルダユニットにのせ、電気炉中にセットする。室温から昇温速度10℃/minで150℃まで加熱した後、150℃で10min間放置、室温まで試料を冷却して10min放置、窒素雰囲気下で再度150℃まで昇温速度10℃/minで加熱してDSC測定を行う。Tgは、TAS−100システム中の解析システムを用いて、Tg近傍の吸熱カーブの接線とベースラインとの接点から算出する。
本発明に最良として先に提示した画像形成装置としては、特に以下の特徴をもつ画像形成装置が望ましい。
また、その他構成として、図5、図6のような装置構成をとっても良い。
これは、保護層のような表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である。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、インジウムなどの金属粉末、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、チタン酸カリウムなどの無機材料が挙げられる。これらのフィラーは単独もしくは2種類以上混合して用いられる。これらフィラーは、保護層用塗工液に適当な分散機を用いることにより分散できる。また、フィラーの平均粒径は、0.5μm以下、好ましくは0.2μm以下にあることが保護層の透過率の点から好ましい。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。
また、前記のように、本発明の画像形成装置は、像担持体が架橋型電荷輸送材料を使用した有機感光体を搭載したものであるのが好ましい。これにより、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。以下に、架橋構造を有する像担持体について説明する。
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も有効に使用される。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ものである。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な手段である。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可能となる。
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。
まず、上記架橋タイプ保護層を用いた像担持体のための元感光体の作成方法を以下に示す。
アルミニウムシリンダー上に下記組成の下引き層塗工液、電荷発生層塗工液、および電荷輸送層塗工液を、浸漬塗工により順次塗布、乾燥して、3.5μmの下引き層、0.2μmの電荷発生層、23μmの電荷輸送層を形成した。
(下引き層塗工液)
二酸化チタン粉末 400部
メラミン樹脂 65部
アルキッド樹脂 120部
2−ブタノン 400部
(電荷発生層塗工液)
ポリビニルブチラール 5部
下記構造式のビスアゾ顔料 12部
上記元感光体に設ける保護層のための保護層塗工液および膜厚・作成条件を下記のようなものにして、「像担持体A」を作成した。
メチルトリメトキシシラン182質量部、ジヒドロキシメチルトリフェニルアミン40質量部、2−プロパノール225質量部、2%酢酸106質量部、アルミニウムトリスアセチルアセトナート1質量部を混合し、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。
保護層塗工液および膜厚・作成条件を下記のように代えた以外は像担持体Aと同様にして、「像担持体B」を作成した。
正孔輸送性化合物(下記構造式(1))を30質量部、アクリルモノマー(下記構造式(2))30質量部及び光重合開始剤(1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン)0.6質量部を、モノクロロベンゼン50質量部/ジクロロメタン50質量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。
本発明の画像形成装置は、像担持体(感光体)が、アモルファスシリコンからなることが、同様に好ましい。これにより、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。
アモルファスシリコン感光体の層構成は例えば以下のようなものであり、図8は層構成を説明するための模式的構成図である。図8(a)に示す電子写真用感光体(500)は、支持体(501)の上にa−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層(以下、場合により「感光層」ともいうことがある)(502)が設けられている。図8(b)に示す電子写真用感光体(500)は、支持体(501)の上に、a−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層(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8(c)に示す電子写真用感光体(500)は、支持体(501)の上に、a−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層(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8(d)に示す電子写真用感光体(500)は、支持体(501)の上に、光導電層が設けられている。
光導電層はa−Si:H,Xからなる電荷発生層(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。
感光体の支持体としては、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、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。
本発明に用いることが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(501)と光導電層(502)との間に、導電性支持体(501)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(504)を設けるのがいっそう効果的である(図8(c))。すなわち、電荷注入阻止層(504)は感光層(502)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(502)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(504)には伝導性を制御する原子を光導電層(502)に比べ比較的多く含有させる。電荷注入阻止層(504)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とされるのが望ましい。
光導電層(502)は必要に応じて下引き層上に形成され、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とされるのが望ましい。
下引き層は、一般には樹脂を主成分とするが、これらの樹脂はその上に感光層を溶剤で塗布することを考えると、一般の有機溶剤に対して耐溶剤性の高い樹脂であることが望ましい。このような樹脂としては、ポリビニルアルコール、カゼイン、ポリアクリル酸ナトリウム等の水溶性樹脂、共重合ナイロン、メトキシメチル化ナイロン等のアルコール可溶性樹脂、ポリウレタン、メラミン樹脂、フェノール樹脂、アルキッド−メラミン樹脂、エポキシ樹脂等、三次元網目構造を形成する硬化型樹脂等が挙げられる。下引き層は、前述の感光層の如く適当な溶媒及び塗工法を用いて形成することができる。下引き層の膜厚は0〜5[μm]が適当である。
図8(d)の電子写真用感光体(500)における電荷輸送層(506)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。
この電荷輸送層(506)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(506)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とされるのが望ましい。
電荷発生層(505)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。この電荷発生層(505)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(505)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。
本発明に用いることが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(501)上に形成された光導電層(502、又は506+505)の上に、更に表面層(503)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(503)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(503)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ものである。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。
実施例においては、トナー材料の構成比を変化させてトナーを作成し、それらのトナーを用いたときの像担持体磨耗量を評価した。
〔トナーA〕
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、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。
得られた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。
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。
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、未変性ポリエステル樹脂378部、カルナバワックス110部、サリチル酸金属錯体E−84(オリエント化学工業社製)22部及び酢酸エチル947部を仕込み、撹拌下、80℃まで昇温し、80℃で5時間保持した後、1時間かけて30℃まで冷却した。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。
得られた原料溶解液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。
次に、ワックス分散液に未変性ポリエステル樹脂の65重量%酢酸エチル溶液1324部を添加した。上記と同様の条件でウルトラビスコミルを用いて1パスして得られた分散液200部に、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)3部を添加し、T.K.ホモディスパー(特殊機化工業社製)を用いて、30分間攪拌し、トナー材料の分散液を得た。
直径20mmのパラレルプレートを備えた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。また、パラレルプレート型レオメータAR2000を用いて、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時の粘度(粘度B)を測定した。この結果を表1に示した。
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。
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、イソホロンジアミン170部及びメチルエチルケトン75部を仕込み、50℃で5時間反応させ、ケチミン化合物を合成した。得られたケチミン化合物のアミン価は、418mgKOH/g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。
本発明においては、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/3cm3、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。
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、トナーを製造した。
このようにして得られたトナー母体に対し、平均一次粒径が150nmの樹脂微粒子(綜研化学社製 アクリル非架橋型単分散樹脂粒子MP−1451)を1部添加し、さらに酸化シリカ(本発明においては、クラリアントジャパン社製H2000を用いたが、他H1303、H3004(ともにクラリアントジャパン社製)を用いてもよい)を1.0部、酸化チタン(本発明においては、テイカ製JMT150IBを用いたが、他MT150AI、SMT150AI、他SMT150AFM、SMT150AFMなどを用いても良い)を1.0部添加し、ヘンシェルミキサーを用いて混合を行い、「トナーA」を得た。
ここで製造されたトナーAの物性を表1に示す。
また、ここでは樹脂粒子(P1)として綜研化学社製アクリル非架橋型単分散樹脂粒子MP−1451を用いたが、他の平均一次粒子径60〜600nmの樹脂粒子(P1)としては、綜研化学社製の、アクリル非架橋型単分散樹脂粒子、MP300、MP2200、MP2701、MP5000、MP5500、MP4009が挙げられ、これらを使用してもよい。
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2部に変更した以外は、トナーAと同様にして「トナーB」を製造した。ここで製造されたトナーBの物性を表1に示す。
粗粉が多くなるように上記で得られた、外添前のトナーA母体を分級し、平均粒径を大きくしたトナーC母体を得、ついでトナーAと同様の外添処理を行い、「トナーC」を得た。
トナーAにおいて平均一次粒径が150nmの樹脂微粒子(綜研化学社製 アクリル非架橋型単分散樹脂粒子MP−1451)を1部添加するかわりに、平均一次粒径が400nmの樹脂微粒子(綜研化学社製 アクリル非架橋型単分散樹脂粒子MP−1000)を3部添加することに変更した以外は、トナーAと同様にして「トナーD」を得た。
クレイトンAPAから少なくとも一部を、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)に変更した以外は、トナーAと同様にして「トナーE」を製造した。ここで製造されたトナーEの物性を表1に示す。
クレイトンAPAの添加量を、3部から1.4部に変更した以外はトナーAと同様にして「トナーF」を製造した。ここで製造されたトナーFの物性を表1に示す。
クレイトンAPAの添加量を、3部から6部に変更した以外はトナーAと同様にして「トナーG」を製造した。ここで製造されたトナーGの物性を表1に示す。
(トナーH)
トナーFで得られた外添前のトナーF母体を分級し、トナー平均粒径を小さくしたトナーH母体を得、ついでトナーAと同様の外添処理を行い、「トナーH」を得た。
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)に変更した以外は、トナーAと同様にしてトナーIの製造を行った。ここで製造された「トナーI」の物性を表1に示す。
平均一次粒径が800nmの樹脂微粒子(綜研化学社製 アクリル非架橋型単分散樹脂粒子MP−1600)に変更した以外は、トナーAと同様にして「トナーJ」を得た。
(1)実験に用いるサンプルトナー、装置を全て25℃、50%環境室に1日放置。
(2)Imagio neo C600市販品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、その後に潤滑剤均しブレードをそれぞれ像担持体に当接するようにした。
(3)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。
(4)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。
(5)キャリアのみになった現像装置中に、サンプルとなるトナーを28g投入し、トナー濃度7%の現像剤を400g作成する。
(6)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。
(7)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となるように帯電電位、現像バイアスを調整した。
(8)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。上記設定値を用いて、図9に示す画像面積率5%のチャート100000枚連続して印刷した。
(9)印刷後の潤滑剤へのトナーの付着状態を目視で観察した。
(10)潤滑剤へのトナー固着が確認されず、異常画像の発生も無かった場合を◎、潤滑剤へ指で拭取れる程度のトナーが付着していたが、異常画像発生には至っていない場合を○、潤滑剤へのトナーが固着し、異常画像を発生した場合を×として評価した。
(11)上記実験を各トナーに対して行った。
一方、比較例H〜Jでは、潤滑剤にトナーが固着し、安定した画像形成を行うことが出来ないことが明らかになった。
上記トナーAを用い、上記条件(2)で、Imagio neo C600市販品PCUを、一次転写後にクリーニング補助ブラシ、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をそれぞれ像担持体に当接するように改造した以外は同様にして実験を行った。
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 潤滑剤均し手段
500 像担持体(電子写真用感光体)
501 支持体
502 光導電層
503 表面層
504 電荷注入層
505 電荷発生層
Claims (38)
- 少なくとも像担持体と、帯電手段と、露光手段と、形成された潜像をトナーにより現像する現像手段と、転写手段と、前記像担持体の表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布手段と、該該像担持体の表面をクリーニングするクリーニング手段と、を有する画像形成装置において、
前記トナーは、下記式(1)により求められるトナー体積平均粒径あたりのBET比表面積Aが0.3〜1.7の範囲にあり、かつ、樹脂微粒子と無機微粒子とを含む微粒子(P)が添加されてなり、前記樹脂微粒子は平均1次粒径が60〜600nmの樹脂微粒子(P1)であることを特徴とする画像形成装置。
式(1):A=トナー母体BET比表面積/トナー母体体積平均粒径 - 前記トナーは、トナー粒子の体積平均粒径が3.0〜5.5μmのもの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、平均1次粒径60〜600nmの前記樹脂微粒子(P1)が0.5〜4.0wt%添加されたものであることを特徴とする請求項1又は2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の範囲のものであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記トナーは、2μm以下のトナー粒子の含有率が1〜25個数%のものであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記トナーは、トナー粒子の平均円形度が0.950以上、かつ、0.980以下の範囲にあることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記トナーは、円形度0.97〜1.0のトナー粒子含有率が40%未満であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記トナーは、平均一次粒径が1〜50nmの無機微粒子(P2)を0.5〜4.0wt%含むことを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記無機微粒子(P2)は、酸化シリカ、及び/又は酸化チタンを含むことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記トナーが、水系で造粒されたトナーであり、かつ、少なくとも結着樹脂と、着色剤と、金属カチオン層間のイオンの少なくとも一部を有機物イオンカチ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請求項1乃至9のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記潤滑剤塗布手段は、前記クリーニング手段の像担持体回転方向下流側、かつ、前記帯電手段の上流側に設置されることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記潤滑剤塗布手段の像担持体回転方向下流側かつ前記帯電手段上流側に、潤滑剤均し手段を設置したことを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記像担持体表面を帯電させる帯電手段が、コロナ放電を用いた帯電方式のものであることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の画像形成装置。
- 更に、前記像担持体表面の放電生成物を除去する放電生成物除去手段を有することを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記放電生成物除去手段は、画像面積率が5%以下の画像パターンが連続してある枚数印刷を行った場合に、像担持体表面の放電生成物除去制御を実行するものであることを特徴とする請求項14に記載の画像形成装置。
- 画像面積率がある一定値以下の画像パターンが連続してある枚数印刷を行った場合に、前記現像手段内の前記トナーを、一定量、前記像担持体表面に供給するトナー吐き出し制御手段を有することを特徴とする請求項1乃至15のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記像担持体が、フィラーを分散させた感光体であることを特徴とする請求項1乃至16のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記像担持体が、充填材で補強された表面層を有する有機感光体であるか、架橋型電荷輸送材料を使用した有機感光体であるか、又は充填材で補強された表面層を有しかつ架橋型電荷輸送材料を使用した有機感光体であるかのいずれかであることを特徴とする請求項1乃至17のいずれか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感光体であることを特徴とする請求項1乃至18のいずれかに記載の画像形成装置。
- 少なくとも像担持体表面を均一帯電する帯電工程と、該像担持体表面を露光して潜像を形成する露光工程と、形成された潜像をトナーにより現像する現像工程と、トナー像を被転写媒体に転写する転写工程と、前記像担持体の表面に潤滑剤を塗布する潤滑剤塗布工程と、該該像担持体の表面をクリーニングするクリーニング工程と、を有する画像形成方法において、
前記トナーは、下記式(1)により求められるトナー体積平均粒径あたりのBET比表面積Aが0.3〜1.7の範囲にあり、かつ、樹脂微粒子と無機微粒子とを含む微粒子(P)が添加されてなり、前記樹脂微粒子は平均1次粒径が60〜600nmの樹脂微粒子(P1)であることを特徴とする画像形成方法。
式(1):A=トナー母体BET比表面積/トナー母体体積平均粒径 - 前記トナーは、トナー粒子の体積平均粒径が3.0〜5.5μmのものであることを特徴とする請求項20に記載の画像形成方法。
- 前記トナーは、平均1次粒径60〜600nmの前記樹脂微粒子(P1)が0.5〜4.0wt%添加されたものであることを特徴とする請求項20又は21に記載の画像形成方法。
- 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の範囲のものであることを特徴とする請求項20乃至22のいずれかに記載の画像形成方法。
- 前記トナーは、2μm以下のトナー粒子の含有率が1〜25個数%のものであることを特徴とする請求項20乃至23のいずれかに記載の画像形成方法。
- 前記トナーは、トナー粒子の平均円形度が0.950以上、かつ、0.980以下の範囲にあることを特徴とする請求項20乃至24のいずれかに記載の画像形成方法。
- 前記トナーは、円形度0.97〜1.0のトナー粒子含有率が40%未満であることを特徴とする請求項20乃至25のいずれかに記載の画像形成方法。
- 前記トナーは、平均一次粒径が1〜50nmの無機微粒子(P2)を0.5〜4.0wt%含むことを特徴とする請求項20乃至24のいずれかに記載の画像形成方法。
- 前記無機微粒子(P2)は、酸化シリカ、及び/又は酸化チタンを含むことを特徴とする請求項20乃至27のいずれかに記載の画像形成方法。
- 前記トナーが、水系で造粒されたトナーであり、かつ、少なくとも結着樹脂と、着色剤と、金属カチオン層間のイオンの少なくとも一部を有機物イオンカチ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請求項20乃至28のいずれかに記載の画像形成方法。
- 前記潤滑剤塗布工程は、前記クリーニング工程の後、かつ、前記帯電工程の前に行われることを特徴とする請求項20乃至29のいずれかに記載の画像形成方法。
- 前記潤滑剤塗布工程の後かつ前記帯電工程の前に、潤滑剤均し工程を設けたことを特徴とする請求項20乃至30のいずれかに記載の画像形成方法。
- 前記像担持体表面を帯電させる帯電工程が、コロナ放電を用いた帯電方式で行われることを特徴とする請求項20乃至31のいずれかに記載の画像形成方法。
- 更に、前記像担持体表面の放電生成物を除去する放電生成物除去工程を有することを特徴とする請求項20乃至32のいずれかに記載の画像形成方法。
- 前記放電生成物除去工程は、画像面積率が5%以下の画像パターンが連続してある枚数印刷を行った場合に、像担持体表面の放電生成物除去制御を実行するものであることを特徴とする請求項33に記載の画像形成方法。
- 画像面積率がある一定値以下の画像パターンが連続してある枚数印刷を行った場合に、前記現像手段内の前記トナーを、一定量、前記像担持体表面に供給するトナー吐き出し制御工程を有することを特徴とする請求項20乃至34のいずれかに記載の画像形成方法。
- 前記像担持体が、フィラーを分散させた感光体であることを特徴とする請求項20乃至35のいずれかに記載の画像形成方法。
- 前記像担持体が、充填材で補強された表面層を有する有機感光体であるか、架橋型電荷輸送材料を使用した有機感光体であるか、又は充填材で補強された表面層を有しかつ架橋型電荷輸送材料を使用した有機感光体であるかのいずれかであることを特徴とする請求項20乃至36のいずれかに記載の画像形成方法。
- 前記像担持体が、アモルファスシリコン感光体であることを特徴とする請求項20乃至37のいずれかに記載の画像形成方法。
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