JP2010055072A - 現像剤担持体及びその製造方法、現像装置及び現像方法 - Google Patents

現像剤担持体及びその製造方法、現像装置及び現像方法 Download PDF

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Abstract

【課題】帯電されやすいトナー、具体的には、球形化度の高いトナーや小粒径トナー等のチャージアップを抑制し、適正な摩擦電荷を付与することができ、かつ、製造工程上の課題に起因する画像不良の発生を抑制した現像剤担持体を提供する。
【解決手段】基体と、該基体の表面に形成された導電性樹脂被覆層とを有する現像剤担持体において、該導電性樹脂被覆層は、構造中に−NH2基、=NH基及び−NH−結合のいずれかを有するフェノール樹脂と、第4級ホスホニウム塩と、導電性微粒子とを含有する樹脂組成物を用いて形成されてなり、該樹脂組成物は、該第4級ホスホニウム塩を、該フェノール樹脂100質量部に対して1質量部以上60質量部以下含有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、現像剤担持体及びその製造方法、並びにそれを用いた現像装置及び現像方法に関する。
従来、電子写真法としては多数の方法が知られている。一般には光導電性物質を利用し、種々の手段により静電潜像担持体(感光体)上に電気的潜像を形成し、次いで該潜像を現像剤(トナー)で現像を行って可視像化する。更に必要に応じて紙などの転写材にトナー像を転写した後、熱・圧力等により転写材上にトナー画像を定着して複写物を得るものである。
近年、プリンタや複写機の本体は、より小型化が求められており、トナーを収納する容器も必然的に小型化が求められている。このような状況の下で、少量で多数枚のプリントアウトが可能なトナーとして、形状を球形に近づけたトナーが用いられてきている。また、均一に球形化されたトナーは、局所的な帯電の偏りが少なく帯電量の均一性が高い。そのため高画質化という点からも好ましい。そこで、トナーの球形化は、トナーの小粒径化、微粒子化と共に主流となってきている。
しかし、粒径の小さいトナーは単位質量当たりの表面積が大きくなるため、現像工程時に表面電荷が大きくなりやすい。また、球形化トナーは、従来の粉砕トナーに比べて表面が平滑化されており、また、磁性体が内包化されやすいため、その帯電量が高くなりすぎる傾向がある。
特に、現像剤担持体の繰り返しの回転に伴って、現像剤担持体が担持しているトナーの帯電量が現像剤担持体との接触により高くなりすぎ、トナーが現像剤担持体表面に非常に強く引き付けられてその表面上で不動状態となることがある。この場合、現像剤担持体からトナーが感光ドラム上の潜像に移動しなくなる、所謂、チャージアップ現象が生じる。このチャージアップ現象は、低湿下で起こりやすい。当該チャージアップ現象が発生すると、現像剤担持体に担持されているトナー層の上層に位置するトナーは帯電しにくくなってトナーの現像量が低下する。その結果、電子写真画像におけるラインが細くなったり、ベタ画像の画像濃度が低下する等の問題を招来する。また、チャージアップにより適正に帯電されないトナーは、現像剤担持体の所定位置に保持させることが困難となり、現像剤担持体の表面の上に流出してしまうことがある。この場合、電子写真画像に、当該流出したトナーに起因する斑点状の欠陥、所謂ブロッチ現象が発生する。
更に、画像部(トナー消費部)と非画像部とのトナー層の形成状態が変わり、帯電状態が異なってしまう場合がある。例えば、現像剤担持体上において一度画像濃度の高いベタ画像を現像した位置が、現像剤担持体の次の回転時に現像位置に来てハーフトーン画像を現像すると、画像上にベタ画像の跡が現れてしまう、所謂、スリーブゴースト現象も生じやすくなる。
現像剤担持体がトナーへ与える帯電量の制御方法として、従来から現像剤担持体の表面帯電性を変化させる技術が用いられてきた。特許文献1及び2は、樹脂中に結晶性グラファイト及びカーボンの如き導電性微粉末を分散させた被覆層を設けた現像剤担持体を用いて、現像剤担持体の導電性を高め過度の帯電付与を防ぐ方法を開示している。
また、特許文献3〜6は、負帯電トナーに対して優れた負帯電性を付与するために、現像剤担持体の表層に、正帯電性、即ち、負帯電トナーとの摩擦電荷が正の荷電制御剤を含有させることを開示している。具体的には、当該荷電制御剤として、特許文献4は含窒素複素環化合物を、特許文献3は第4級アンモニウム塩化合物を、特許文献5及び6は、第4級ホスホニウム塩化合物、又はニグロシン及び脂肪酸金属塩による変性物を開示している。
また、特許文献7及び8は、正帯電トナーに対して優れた正帯電性を付与するために、現像剤担持体の表層に負帯電性、すなわち、正帯電トナーとの摩擦電荷が負の荷電制御剤を含有させることを開示している。このような荷電制御剤として、特許文献7及び8は、含フッ素系の化合物、又はモノアゾ金属錯体、アセチルアセトン金属錯体等の金属錯体を開示している。しかし、上記の先行技術が開示している技術は、帯電されやすいトナーに対しては、むしろチャージアップを増大させるものである。
一方、帯電されやすいトナーのチャージアップ抑制には、トナーの帯電極性と同極性の荷電制御剤を含有する表層を備えた現像剤担持体を使用することが有効な場合がある。つまり、現像剤担持体の樹脂被覆層に負極性の荷電制御剤を使用することで、負に帯電されやすいトナーのチャージアップを抑制でき好適な帯電量制御に有効となる。しかしながら、負帯電性のニグロシン系染料やアゾ系の鉄錯体化合物のような、樹脂と相溶せずに該制御剤が分散された存在状態となる場合は、樹脂層を形成した場合にその樹脂層中に該制御剤が均一に存在しないことがある。その場合、トナーに対しては均一な帯電を与えにくくなる。また、耐久によって現像剤担持体が摩耗することで、荷電制御剤の欠落が起こりやすく、その結果、荷電制御効果が薄れて帯電付与性の不良による画像欠陥が発生することもある。また、含フッ素系の荷電制御剤を使用した場合には、その高い極性のために被覆層表面に該制御剤が配向しやすくなる傾向にある。この場合、耐久によって現像剤担持体が摩耗すると荷電制御剤の存在割合が少なくなり、その結果、荷電制御効果が薄れトナーに対する帯電安定性が不十分となり画質低下等の画像欠陥が発生しやすくなる。
また、特許文献9は、第4級アンモニウム塩とフェノール樹脂とを含む塗料を用いて形成した表面層を有している現像剤担持体を開示している。この現像剤担持体は、現像剤のチャージアップを抑制し、安定して適切な電荷を現像剤に付与することができる。
特開平02−105181号公報 特開平03−036570号公報 特開平07−114216号公報 特開平10−293454号公報 特開平05−289413号公報 特開平11−072969号公報 特開平03−196165号公報 特開平05−216280号公報 特開2002−040797号公報
しかしながら、特許文献9に係る発明において、特に帯電されやすい現像剤の過剰帯電を抑えるために、フェノール樹脂への第4級アンモニウム塩の添加量を増やした塗料を調製すると、当該塗料の保存安定性が低下するという製造工程上の課題があった。これは、第4級アンモニウム塩を添加により、フェノール樹脂が常温で架橋されやすくなり、長期保存によりその分子量が増大し溶液粘度が上昇するためである。また、当該塗料を、溶剤で希釈した場合にゲル化が起こりやすくなることがあった。ゲル化が生じた塗料を用いて形成した表面層には顔料の凝集物が観察されることがある。このような表面層を有する現像剤担持体は、表面層の耐磨耗性の低下、それに起因する電子写真画像への現像スジ等の画像不良が発生することがある。
本発明は、帯電されやすいトナー、具体的には、球形化度の高いトナーや小粒径トナー等のチャージアップを抑制し、適正な摩擦電荷を付与することができ、かつ、製造工程上の課題に起因する画像不良の発生を抑制した現像剤担持体の提供に向けたものである。
本発明者らは、上記した第4級アンモニウム塩が有している課題を解決すべく検討を重ね、その結果、第4級ホスホニウム塩と、特定のフェノール樹脂とを組み合わせた場合に、上記の課題を良く解決することができることを見出した。
本発明に係る現像剤担持体は、基体と、該基体の表面に形成された導電性樹脂被覆層とを有する現像剤担持体であって、該導電性樹脂被覆層は、構造中に−NH2基、=NH基及び−NH−結合のいずれかを有するフェノール樹脂と、第4級ホスホニウム塩と、導電性微粒子とを含有する樹脂組成物を用いて形成されてなり、該樹脂組成物は、該第4級ホスホニウム塩を、該フェノール樹脂100質量部に対して1質量部以上60質量部以下含有することを特徴とする。
また、本発明に係る現像装置は、負帯電性現像剤、該負帯電性現像剤が収容されている現像容器、該現像容器から供給された該負帯電性現像剤を表面に担持し且つ搬送する回転自在に保持された現像剤担持体、及び該現像剤担持体上に形成される該負帯電性現像剤層の層厚を規制するための現像剤層厚規制部材を備えた現像装置において、該現像剤担持体は、上記の現像剤担持体であることを特徴とする。
また、本発明に係る現像方法は、上記の現像装置を用いて、静電潜像担持体に対向する現像領域へ現像剤を搬送し、該搬送された現像剤により該静電潜像担持体に担持された静電潜像を現像して可視化することを特徴とする。
更に、本発明に係る現像剤担持体の製造方法は、基体と、該基体の表面に形成された導電性樹脂被覆層とを有する現像剤担持体の製造方法であって、構造中に−NH2基、=NH基及び−NH−結合のいずれかを有するフェノール樹脂と、該フェノール樹脂を溶解する溶媒と、第4級ホスホニウム塩と、導電性微粒子とを含有する塗料の塗膜を該基体表面に形成し、次いで該塗膜を硬化させて該導電性樹脂被覆層を形成する工程を有し、該塗料は、該第4級ホスホニウム塩を、該フェノール樹脂100質量部に対して1質量部以上60質量部以下含有することを特徴とする。
本発明によれば、画出し初期から繰り返し・耐久の使用においても、また、多様な環境下においても、トナーに安定して均一な帯電を付与することができる現像剤担持体を安定的に提供することができる。また、球形化度の高いトナーや小粒径トナーのような摩擦帯電量が高くなりやすいトナーを用いて画像形成を行った場合に現れやすい、チャージアップ現象、摩擦帯電の不安定化、現像剤担持量の増大を制御できる現像装置及び現像方法を提供できる。
本発明の現像方法に使用される現像装置の一例を示す模式図である。 本発明の現像方法に使用される現像装置の一例を示す模式図である。 本発明の現像方法に使用される現像装置の一例を示す模式図である。 本発明の現像方法に使用される現像装置の一例を示す模式図である。 本発明の現像方法に使用される現像装置の一例を示す模式図である。 現像剤の摩擦帯電量測定装置を示す模式図である。
<現像剤担持体>
本発明に係る現像剤担持体は、基体と、該基体の表面に形成された導電性樹脂被覆層とを有している。
<<導電性樹脂被覆層>>
導電性樹脂被覆層は、構造中に−NH2基、=NH基及び−NH−結合のいずれかを有するフェノール樹脂と、第4級ホスホニウム塩と、導電性微粒子とを含有している樹脂組成物から形成されている。そして、樹脂組成物は、第4級ホスホニウム塩を、フェノール樹脂100質量部に対して1質量部以上60質量部以下含有している。
本発明においては、特定の基を構造中に含むフェノール樹脂と第4級ホスホニウム塩とを含む樹脂組成物を用いて導電性樹脂被覆層を形成することが、現像剤に対して良好な帯電付与性を向上させる点で重要である。
第4級ホスホニウム塩としては、例えば、下記一般式(1)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2010055072
式中、R1乃至R3は、それぞれ独立して、置換基を有しても良い炭素数1〜4のアルキル基、置換基を有しても良いフェニル基及び置換基を有しても良いベンジル基のいずれかである。R4は置換基を有しても良い炭素数1〜16のアルキル基、置換基を有しても良いアルケニル基、置換基を有しても良いアルキニル基、置換基を有しても良いフェニル基及び置換基を有しても良いベンジル基のいずれかである。置換基を有しても良いアルケニル基及びアルキニル基の炭素数は2以上16以下が好ましい。置換基としては、例えば、ハロゲン原子、酸素原子、窒素原子、若しくはイオウ原子、又はこれらと炭素原子で形成される基、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヒドロキシル基、ニトロ基、シアノ基、等が挙げられる。しかしこれらの置換基に限定するものではない。また、R1〜R4の少なくとも3つの官能基が、置換基を有しても良いブチル基、置換基を有しても良いフェニル基又は置換基を有しても良いベンジル基であることが好ましい。この場合、フェノール樹脂に対する第4級ホスホニウム塩の分散均一性が向上する傾向にあり、その結果、均一で高い負帯電性を有することが可能となる。
式(1)におけるX-は、ハロゲンイオン、OH-及び有機酸又は無機酸イオンの中から選ばれる陰イオンを示す。有機酸又は無機酸イオンとしては、有機硫酸イオン、有機スルホン酸イオン、有機リン酸イオン、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン、モリブデン原子又はタングステン原子を含むヘテロポリ酸イオン等が挙げられる。また、フェノール樹脂に添加して塗料とした場合の保存安定性がより優れる傾向にあることから、X-はハロゲンイオン又はOH-であることが好ましい。表1に、本発明に好適に用いられる第4級ホスホニウム塩を例示する。
Figure 2010055072
一般的に、第4級ホスホニウム塩は、前記したように、正帯電トナーの帯電量を高めるための正帯電性の荷電制御剤として用いられる。しかし、第4級ホスホニウム塩を、特定の構造を有するフェノール樹脂と混合して調製してなる塗料を用いて形成した樹脂被覆層は、第4級ホスホニウム塩自身の正帯電性を緩和する方向に働き、負帯電トナーの過剰な帯電を抑制することが可能となる。これにより、現像剤担持体上でのトナーのチャージアップを防ぎ、トナーの高帯電安定性を保持でき、その結果、特に低温低湿度下等の環境安定性及び長期安定性を有する高精細画像を提供することが可能となる。
本来は正帯電性の荷電制御剤である第4級ホスホニウム塩を、特定のフェノール樹脂と組み合わせることによって、上記したような効果が奏される明確な理由は明らかではないが、次のように考えられる。本発明に係る第4級ホスホニウム塩は、構造中に−NH2基、=NH基及び−NH−結合の少なくとも1つを含むフェノール樹脂中に添加され均一に分散される。次いで、この樹脂を加熱硬化させると、架橋が進む際に、第4級ホスホニウム塩と、−NH2基、=NH基又は−NH−結合との間での何らかの相互作用によって第4級ホスホニウム塩がフェノール樹脂骨格中に入り込む。そして、第4級ホスホニウム塩が取り込まれた結着樹脂は、第4級ホスホニウムイオンのカウンターイオンの帯電極性が発現するようになり、その結果、このような化合物を有する樹脂被覆層が負帯電性を持つようになるものと考えられる。これら第4級ホスホニウム塩の存在は、例えば、現像剤担持体表面からの研削やクロロホルム等の溶媒による抽出で採取したサンプルを、GC−MS等で測定することにより可能である。
また、第4級ホスホニウム塩及び導電性微粒子を、構造中に−NH2基、=NH基及び−NH−結合のいずれかを有するフェノール樹脂に添加した塗料の保存安定性は非常に優れている。例えば、アゾ系の鉄錯体化合物等をフェノール樹脂中に分散した樹脂組成物は、保存によって溶液粘度の下降、溶液中の粒子の凝集、樹脂被覆層とした際の体積抵抗の上昇など物性変化が顕著となる。また、第4級アンモニウム塩をフェノール樹脂に添加した塗料は、フェノール樹脂の架橋反応が常温でも促進されることがある。その場合、長期保存によって樹脂の分子量が増大し溶液粘度の上昇を招いたり、溶剤で希釈した場合にゲル化が起こりそれを起点とした顔料の凝集物の発生が見られることがある。本発明に係る塗料は、フェノール樹脂に対する第4級ホスホニウム塩の相溶性が高く、樹脂中に均一に存在し易く、また高温環境でのフェノール樹脂との反応性が殆どない。そのため、当該塗料を長期保存した場合においても、塗料の粘度変化や塗料中での粒子の凝集が起こり難く、保存安定性が良好となる。また、高温環境に保存された履歴を有する塗料であっても、画像不良を招来するような塗膜欠陥の少ない樹脂被覆層を形成することができる。
本発明の現像剤担持体を構成する導電性樹脂被覆層の結着樹脂としては、構造中に−NH2基、=NH基及び−NH−結合のいずれかを有するフェノール樹脂が用いられる。このようなフェノール樹脂としては、当該フェノール樹脂の製造工程において、触媒としてアンモニアの如く含窒素化合物を用いて製造されたフェノール樹脂が挙げられる。触媒である含窒素化合物は、重合反応に直接関与し反応終了後においてもフェノール樹脂中に存在する。例えば、アンモニア触媒の存在下にて重合された場合は、アンモニアレゾールと呼ばれる中間体が生成されることが一般的に確認されており、反応終了後においても式(2)のような構造としてフェノール樹脂中に存在する。
Figure 2010055072
触媒としての含窒素化合物は、酸性触媒、塩基性触媒のいずれでもよい。例えば、酸性触媒としては、次のものが挙げられる。硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、スルファミド酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、マレイン酸アンモニウム等のアンモニウム塩、又はアミン塩類。塩基性触媒としては、次のものが挙げられる。
アンモニア;
ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジイソブチルアミン、ジアミルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリn−ブチルアミン、トリアミルアミン、ジメチルベンジルアミン、ジエチルベンジルアミン、ジメチルアニリン、ジエチルアニリン、N,N−ジn−ブチルアニリン、N,N−ジアミルアニリン、N,N−ジt−アミルアニリン、N−メチルエタノールアミン、N−エチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、エチルジエタノールアミン、n−ブチルジエタノールアミン、ジn−ブチルエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンテトラミン等のアミノ化合物;
ピリジン、α−ピコリン、β−ピコリン、γ−ピコリン、2,4−ルチジン、2,6−ルチジン等のピリジン及びその誘導体;
キノリン化合物、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、2,4−ジメチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール等のイミダゾール及びその誘導体等の含窒素複素環式化合物。
フェノール樹脂に関しては、IR(赤外吸収分光法)やNMR(核磁気共鳴分光法)等で測定することにより、その構造中に−NH2基、=NH基及び−NH−結合のいずれかを有していることを分析することが可能である。
本発明の現像剤担持体上に形成される導電性樹脂被覆層の体積抵抗値としては、104Ω・cm以下であることが好ましく、より好ましくは103Ω・cm以下である。この範囲とすることで、チャージアップによる現像剤の現像剤担持体上への固着や、現像剤のチャージアップに伴って生じる現像剤担持体の表面から現像剤への摩擦帯電付与不良を防ぐことができる。現像剤担持体上に形成される導電性樹脂被覆層の体積抵抗値が104Ω・cmを超えると、現像剤への摩擦帯電付与不良が発生し易く、その結果、ブロッチ(斑点画像や波模様画像)や画像濃度低下が発生し易くなる。
導電性樹脂被覆層の体積抵抗値を上記の範囲に調整するためには、導電性微粒子を導電性樹脂被覆層中に含有させることが好ましい。この際に使用される導電性微粒子としては、次のものが好ましい。アルミニウム、銅、ニッケル、銀等の金属の微粉末;酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化モリブデン、チタン酸カリウム等の導電性金属酸化物;黒鉛化粒子;各種カーボンファイバー;ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、チャネルブラック等の導電性カーボンブラック;金属繊維等。これらの混合物でもよい。
導電性カーボンブラック、とりわけ導電性のアモルファスカーボンは、特に電気伝導性に優れ、高分子材料に充填して導電性を付与し、その添加量をコントロールするだけで、ある程度任意の導電度を得ることができるため好適に用いられる。また塗料にした場合のチキソ性効果により分散安定性・塗工安定性も良好となる。
黒鉛化粒子は、導電性に優れることに加え、導電性被覆層に添加することにより表面潤滑性が増し、導電性被覆層の耐久性が向上するので好ましい。特に、黒鉛化度p(002)が0.20〜0.95の黒鉛化粒子の使用は、導電性樹脂被覆層の被膜強度アップや導電性樹脂被覆層表面の潤滑性アップを図れることから好ましい。この黒鉛化粒子は、特開2003−323041公報に記載されている。
導電性微粒子の添加量は、その粒径によっても異なるが、結着樹脂100質量部に対して1質量部〜100質量部の範囲とすることが好ましい。1質量部未満では導電性樹脂被覆層の抵抗値を所望のレベルに下げることは、通常困難であり、また、導電性樹脂被覆層に用いた結着樹脂に対してトナー付着が発生する可能性が高い。100質量部超であると、導電性樹脂被覆層の強度(摩耗性)が低下することがある。
また、本発明においては、表面粗さを均一にし、且つ適切な表面粗さを維持するために、導電性樹脂被覆層中に凹凸形成のための粗し粒子を添加することにより更に好ましい結果が得られる。
本発明に使用される凹凸形成のための粗し粒子としては、球状のものが好ましい。球状粒子であることにより、不定形粒子に比べ、より少ない添加量で所望の表面粗さが得られると共に、表面形状の均一な凹凸面が得られる。更に、被覆層表面が摩耗した場合でも被覆層の表面粗さの変化が少なく、現像剤担持体上のトナー層厚の変化が起きにくい。このことから、トナーの帯電を均一化し、スリーブゴーストが良好で、スジ・ムラが発生しにくく、また現像剤担持体上でトナーによるスリーブ汚染及び融着の発生をしにくくするという効果を、長期に渡り発揮させることができる。
本発明で使用される球状粒子の体積平均粒径は0.3μm〜30μmものがよい。球状粒子の体積平均粒径が0.3μm未満の場合には、被覆層表面に均一な表面粗さを付与する効果が少なく、被覆層の摩耗によるトナーのチャージアップ、トナーによるスリーブ汚染及び融着が発生しやすい。それにより、スリーブゴーストによる画像の悪化や画像濃度低下が生じやすくなる。体積平均粒径が30μmを超える場合には、被覆層の表面の粗さが大きくなりすぎ、トナーの搬送量が多くなることで、現像スリーブ表面のトナーコートが不均一となり、トナーの帯電が均一に行われにくくなってしまう。また粗い粒子が突出することにより画像スジやバイアスリークによる白ポチ・黒ポチの原因ともなりえる。更に、被覆層の機械的強度が低下してしまう原因ともなりえる。
本発明で使用される球状粒子における球状とは、粒子の長径/短径の比が1.0〜1.5程度のものを意味しており、本発明において好ましくは、長径/短径の比が1.0〜1.2の粒子を、特に好ましくは真球状の粒子を使用することがよい。球状粒子の長径/短径の比が1.5を超える場合には、被覆層中への球状粒子の分散性が低下し、所望の表面粗さを得るために多目の粒子添加を必要とするので、被覆層表面形状が不均一となりやすい。また、トナーの均一な帯電化及び被覆層の強度が低下してしまう原因ともなりえる。
本発明で使用される球状粒子の真密度は、3g/cm3以下であることが好ましい。球状粒子の真密度が3g/cm3を超える場合には、適切な表面粗さを付与するために多量の粒子添加が必要となる。その場合には、結着樹脂との密度差が大きすぎるため、被覆層中で球状粒子の分散性が不十分となりやすく、被覆層表面に均一な粗さを付与しにくくなり、トナーに均一な帯電を与えにくくなる。
更に、本発明においては、球状粒子として導電性のものを用いることが好ましい。球状粒子に導電性を持たせることによって、絶縁性粒子に比べ、その導電性ゆえに粒子表面にチャージが蓄積しにくくできる。従って、被覆層に、このような導電性球状粒子を含有させることによって、トナーの粒子への付着が軽減されることで、トナーのスリーブ汚染及び融着の発生源が更に抑制される。故に、トナーへの帯電付与性をより向上させ、より一層現像性を向上させる効果が得られる。
又、本発明において使用される導電性球状粒子の導電性とは、体積抵抗値が106Ω・cm以下のものをいい、好ましくは、体積抵抗値が106Ω・cm〜10-3Ω・cmの粒子を使用する。導電性球状粒子の体積抵抗値が106Ω・cmを超える場合には、粒子を導電性とする効果、即ち摩耗によって導電性被覆層表面に露出した球状粒子を核として、トナーによるスリーブ汚染及び融着を抑制するという効果が損なわれる場合がある。
また、導電性被覆層には、球状粒子と併用して固体潤滑剤も分散させると、表面潤滑性が増し、導電性被覆層の耐久性が向上するので好ましい。この固体潤滑剤として、例えば、結晶性グラファイト、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、雲母、フッ化グラファイト、銀−セレン化ニオブ、塩化カルシウム−グラファイト、滑石及びステアリン酸亜鉛のような脂肪酸金属塩からなる物質等が挙げられる。中でも、前述したように、結晶性グラファイト、とりわけ黒鉛化度p(002)が0.20〜0.95である黒鉛化粒子は、球状粒子と併用した場合にも導電性被覆層の導電性を損なわないので好ましい。
また、本発明で使用することのできるこれらの固体潤滑剤の添加量は、結着樹脂100質量部に対して1質量部〜100質量部の範囲とすることが好ましい。1質量部未満では導電性樹脂被覆層の結着樹脂表面に対する現像剤の付着性の改善効果は少ない。100質量部を超えると、特にサブミクロンオーダーの粒度を有する微粉体が多く含まれる材料を用いた場合、導電性樹脂被覆層の強度(耐摩耗性)が低下することがある。
固体潤滑剤は、粒子状のものが好ましい。この潤滑性粒子は、体積平均粒径が好ましくは0.2μm〜20μm、より好ましくは1μm〜15μmのものを使用するのが良い。潤滑性粒子の体積平均粒径が0.2μm未満の場合には、潤滑性が十分に得られ難くなる。体積平均粒径が20μmを越える場合には、導電性樹脂被覆層表面の形状への影響が大きく表面性が不均一となりやすく、現像剤の均一な帯電化、及び導電性樹脂被覆層の強度の点で不十分になることがある。
本発明の現像剤担持体に用いられる基体としては、円筒状部材、円柱状部材、ベルト状部材等があるが、ドラムに非接触の現像方法においては、金属のような剛体の円筒管又は中実棒が好ましく用いられる。このような基体は、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮等の非磁性の金属又は合金を円筒状又は円柱状に成型し、研磨、研削等を施したものが好適に用いられる。これらの基体は、画像の均一性を良くするために、高精度に成型或いは加工されて用いられる。例えば長手方向の真直度は30μm以下が好ましく、より好ましくは20μm以下、更に好ましくは10μm以下である。また、スリーブと感光ドラムとの間隙の振れ、例えば、垂直面に対し均一なスペーサーを介して突き当て、スリーブを回転させた場合の垂直面との間隙の振れもより30μm以下が好ましく、好ましくは20μm以下、更に好ましくは10μm以下である。材料コストや加工のしやすさからアルミニウムが好ましく用いられる。
また、感光ドラムに直接接触させる現像方法を用いる場合の基体としては、金属製の芯金にウレタン、EPDM、シリコーン等のゴムやエラストマーを含む層構成を有する円柱状部材が好ましく用いられる。また、磁性現像剤を用いる現像方法においては、現像剤を現像剤担持体上に磁気的に吸引かつ保持するために、磁石が内設されているマグネットローラー等を現像剤担持体内に配置する。その場合、基体を円筒状としその内部にマグネットローラーを配置すればよい。
導電性樹脂被覆層の形成方法は、例えば、導電性樹脂被覆層用の各成分を溶剤中に分散混合して塗料とし、基体表面に塗工して塗膜を形成し、次いで乾燥固化或いは硬化することにより形成可能である。各成分の塗料液中への分散混合には、サンドミル、ペイントシェーカー、ダイノミル、パールミル等のビーズを利用した公知の分散装置が好適に利用可能である。また塗工方法としては、ディッピング法、スプレー法、ロールコート法等公知の方法が適用可能である。特にスプレー法は後述する溶剤種と組み合わせることによって、該導電性導電性樹脂被覆層中の硫黄元素及びモリブデン元素の存在状態を制御しやすいので本発明では好適に用いられる。
本発明では、導電性樹脂被覆層表面の粗さとして、算術平均粗さRa(JIS B0601−2001)が0.3μm〜2.0μmであることが好ましく、0.4μm〜1.5μmであることがより好ましい。導電性樹脂被覆層表面のRaが0.4μm未満である場合には、導電性樹脂被覆層表面の凹凸が殆どないため、現像剤担持体上の現像剤量が不安定になると共に導電性樹脂被覆層の耐摩耗性及び耐現像剤汚染性も不十分となる場合がある。一方、Raが1.5μmを越える場合には、現像剤担持体上の現像剤の搬送量が多くなりすぎて現像剤に均一に帯電付与しにくくなると共に導電性樹脂被覆層の機械的強度も低下してしまうことがある。
上記したような構成の導電性樹脂被覆層の厚さは、好ましくは25μm以下、より好ましくは20μm以下、更に好ましくは4μm〜20μmであることが、均一な膜厚を得るために好ましいが、特にこの厚さに限定されるものではない。この厚さは、導電性樹脂被覆層に使用する材料にもよるが、付着質量として4000mg/m2〜20000mg/m2にすれば得られる。
次に、本発明の現像剤担持体が組み込まれる現像装置について説明・例示する。本発明の現像装置は、負帯電性現像剤、現像容器、現像剤担持体、及び現像剤層厚規制部材を少なくとも備えており、現像剤担持体は、上記の現像剤担持体であることを特徴とする。現像容器には、負帯電性現像剤が収容されている。現像剤担持体は、現像容器から供給された負帯電性現像剤を表面に担持し且つ搬送するものであり、回転自在に保持されている。現像剤層厚規制部材は、現像剤担持体上に形成される負帯電性現像剤層の層厚を規制するためものである。このような現像装置を用いて、静電潜像担持体に対向する現像領域へ現像剤を搬送し、該搬送された現像剤により該静電潜像担持体に担持された静電潜像を現像して可視化する方法で現像することができる。
図1は、本発明の現像剤担持体を有する一実施形態の現像装置の模式断面図を示す。図1において、公知のプロセスにより形成された静電潜像を保持する静電潜像保持体としての電子写真感光ドラム501は、矢印B方向に回転される。現像剤担持体としての現像スリーブ508は、現像剤容器としてのホッパー503によって供給された磁性トナーを有する一成分系現像剤504を担持して、矢印A方向に回転する。こうすることによって、現像スリーブ508と感光ドラム501とが対向している現像領域Dに現像剤504を搬送する。図1に示すように、現像スリーブ508内には、現像剤504を現像スリーブ508上に磁気的に吸引且つ保持するために、磁石が内接されているマグネットローラー505が配置されている。
本発明の現像装置で用いられる現像スリーブ508は、基体としての金属円筒管506と、その上に被覆された導電性樹脂被覆層507を有する。ホッパー503中には、現像剤504を攪拌するための攪拌翼510が設けられている。現像スリーブ508とマゲネットローラー505との間には間隙513が存在している。現像剤504は、現像剤を構成する磁性トナー相互間及び現像スリーブ508上の導電性樹脂被覆層507との摩擦により、感光ドラム501上の静電潜像を現像することが可能な摩擦帯電電荷を得る。図1の例では、現像領域Dに搬送される現像剤504の層厚を規制するために、現像剤層厚規制部材としての強磁性金属製の磁性規制ブレード502が設けられている。この磁性規制ブレード502は、現像スリーブ508の表面から約50〜500μmのギャップ幅を持って現像スリーブ508に臨むように、ホッパー503から垂下されている。マグネットローラー505の磁極N1からの磁力線が磁性規制ブレード502に集中することにより、現像スリーブ508上に現像剤504の薄層が形成される。本発明においては、この磁性規制ブレード502に代えて非磁性ブレードを使用することもできる。
このようにして、現像スリーブ508上に形成される現像剤504の薄層の厚みは、現像領域Dにおける現像スリーブ508と感光ドラム501との間の最小間隙よりも更に薄いものであることが好ましい。本発明の現像剤担持体は、以上のような現像剤の薄層により静電潜像を現像する方式の現像装置、即ち、非接触型現像装置に組み込むのが特に有効である。現像領域Dにおいて、現像剤層の厚みが現像スリーブ508と感光ドラム501との間の最小間隙以上の厚みである現像装置、即ち、接触型現像装置にも本発明の現像剤担持体を適用することができる。説明の煩雑を避けるため、以下の説明では、上記したような非接触型現像装置を例に採って行う。
上記現像スリーブ508に担持された磁性トナーを有する一成分系現像剤504を飛翔させるため、上記現像スリーブ508には、バイアス手段としての現像バイアス電源509により現像バイアス電圧が印加される。この現像バイアス電圧として直流電圧を使用するときに、静電潜像の画像部(現像剤504が付着して可視化される領域)の電位と背景部の電位との間の値の電圧を現像スリーブ508に印加するのが好ましい。
また、高電位部と低電位部を有する静電潜像の高電位部にトナーを付着させて可視化する、所謂、正規現像の場合には、静電潜像の極性と逆極性に帯電するトナーを使用する。高電位部と低電位部を有する静電潜像の低電位部にトナーを付着させて可視化する、所謂、反転現像の場合には、静電潜像の極性と同極性に帯電するトナーを使用する。ここで、高電位、低電位というのは、絶対値による表現である。これらいずれの場合にも、現像剤504は少なくとも現像スリーブ508との摩擦により帯電する。
図2は、本発明の現像装置における他の実施形態を示す構成模式断面図、図3は、本発明の現像装置の更に他の実施形態を示す構成模式断面図である。図2及び図3に示した現像装置では、現像スリーブ508上の現像剤504の層厚を規制する現像剤層厚規制部材として弾性規制ブレード511を使用している。弾性規制ブレード511は、ウレタンゴム、シリコーンゴムの如きゴム弾性を有する材料、或いはリン青銅、ステンレス鋼の如き金属弾性を有する材料の弾性板からなる。この弾性規制ブレード511を図2の現像装置では現像スリーブ508の回転方向と逆方向の向きで圧接させており、図3の現像装置では、この弾性規制ブレード511を現像スリーブ508の回転方向と順方向の向きで圧接させているのが特徴である。現像スリーブ508に対して、現像剤層を介して現像剤層厚規制部材を弾性的に圧接することによって、現像スリーブ上に現像剤の薄層を形成することから、現像スリーブ508上に、上記した図1の場合よりも更に薄い現像剤層を形成することができる。
図2は、トナー504として非磁性一成分現像剤を用いる場合の現像装置を表しており、ここにおいて、トナーは非磁性であるため、現像スリーブ内の磁石は存在せず、スリーブとしては、中実の金属棒514が用いられている。非磁性トナーは層厚規制ブレード511、或いはスリーブコート層517との摩擦により摩擦帯電され、現像スリーブ508の表面上に担持され搬送される。
図3においては、上記に加えて剥ぎ取り部材512が設置されている。剥ぎ取り部材としては樹脂、ゴム、スポンジ等のローラー部材や更に、ベルト部材及びブラシ部材等が用いられる。図3においてローラー状の剥ぎ取り部材512は、現像スリーブ508とは反対方向に回転されている。感光体501に現像移行されなかった現像剤を剥ぎ取り部材512により一旦スリーブ表面から剥ぎ取ることにより、スリーブ上の不動トナーの発生を防いだり、現像剤の帯電を均一化する働きを有する。また、図3に示した例では、現像スリーブ508に、金属の円筒管が用いられている。
図2及び図3の現像装置における他の基本的構成は、図1に示した現像装置と同じであり、同符号のものは、基本的には同一の部材であることを示す。図4及び図5は、磁性トナーを用いる現像装置において、弾性規制部材が備わった構成を示す模式断面図である。図1〜5は、あくまでも本発明の現像装置を模式的に例示したものであり、現像剤容器(ホッパー503)の形状、攪拌翼510の有無、磁極の配置に様々な形態があることは言うまでもない。
次に、本発明の現像剤担持体を組み込んだ現像装置に用いられる現像剤(トナー)について説明する。
本発明のトナーは、粉砕法、或いは重合法によって製造することができる。粉砕法により製造する場合は、公知の方法が用いられる。例えば、結着樹脂、磁性体、離型剤、荷電制御剤、場合によって着色剤等の磁性トナーとして必要な成分及びその他の添加剤等をヘンシェルミキサー、ボールミル等の混合器により十分混合する。その後、加熱ロール、ニーダー、エクストルーダーの如き熱混練機を用いて熔融混練し、冷却固化、粉砕後、分級、必要に応じて表面処理を行ってトナー粒子を得ることができる。分級及び表面処理の順序はどちらが先でもよい。分級工程においては生産効率向上のため、多分割分級機を用いることが好ましい。粉砕工程は、機械衝撃式、ジェット式等の公知の粉砕装置を用いた方法により行うことができる。
このようなトナーは、種々の方法で、球形化処理、表面平滑化処理を施して用いることで、粉砕トナー粒子に比べ、磁性体を内包化しやすいことが観察されることから、現像剤の転写性が向上し、その効果によって現像剤の消費量を抑制することが可能である。そのような方法としては、攪拌羽根又はブレードなど、及びライナー又はケーシングなどを有する装置で、例えば、現像剤をブレードとライナーの間の微小間隙を通過させる際に、機械的な力により表面を平滑化したりトナーを球形化したりする方法等がある。
また、球状のトナーを直接作る方法としては、水中にトナー結着樹脂となる単量体を主成分とする混合物を懸濁させ、重合してトナー化する方法がある。一般的な方法としては、重合性単量体、着色剤、重合開始剤、更に必要に応じて架橋剤、荷電制御剤、離形剤、その他の添加剤を均一に溶解又は分散せしめて単量体組成物とする。その後、この単量体組成物を、分散安定剤を含有する連続層、例えば、水相中に適当な攪拌機を用いて適度な粒径に分散し、更に重合反応を行わせ、所望の粒径を有する現像剤を得る方法である。
この好適に用いられる球形化度が高いトナー粒子は、フロー式粒子像測定装置で計測される円相当径3μm以上400μm以下のトナー粒子における平均円形度が0.970以上であることが好ましい。このように平均円形度を高くすることによって、個々のトナー粒子表面を均一に摩擦帯電させることが容易になり、帯電均一性に優れるようになるからである。
このような球形化度を高めたトナー粒子は、一般的に高帯電量であり使用状況によっては帯電量が高くなりすぎてチャージアップを生じる場合がある。特に、本発明で用いられる現像剤担持体は、このような球形化度を高めたトナー粒子に対して、使用初期から耐久が進んだ場合でも適切な帯電付与能力を維持することができるため、このような高球形化度トナーとの組合せでは更に好適に用いることができる。
また、本発明に使用できるトナーは、更に高画質のため、より微小な潜像ドットを忠実に現像するためには、本発明のトナーの重量平均粒径は3μm〜10μmであることが好ましい。重量平均粒径が3μm未満のトナーにおいては、転写効率の低下から感光体上の転写残トナーが多くなり、接触帯電工程での感光体の削れやトナー融着の抑制が難しくなる。更に、トナー全体の表面積が増えることに加え、粉体としての流動性及び攪拌性が低下し、個々のトナー粒子を均一に帯電させることが困難となることから、カブリや転写性が悪化しやすく、削れや融着以外にも画像の均一ムラの原因となりやすい。また、トナーの重量平均粒径が10μmを超える場合には、文字やライン画像に飛び散りが生じやすく、高解像度が得られにくい。
更に、本発明に用いることのできる現像剤(トナー粒子)の中に、他成分との相溶性に優れ、均一に帯電できる点から、極性高分子の荷電制御剤として含硫黄樹脂を含有させることは、好ましい形態である。該含硫黄樹脂の中でも、特に少なくともスルホン酸基含有(メタ)アクリルアミドに由来する構成単位を含有していることが、本発明の現像剤担持体と共に使用した場合、均一で高い帯電性を有しつつ過剰帯電を抑制できる点で好ましい。特に、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸に由来する構成単位、および2−メタクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸に由来する構成単位が帯電性の点で好ましい。
また、含硫黄樹脂は、含硫黄単量体と他の単量体との共重合体でもよい。上記含硫黄単量体と共重合体をなす単量体としては、単官能性重合性単量体や多官能性重合性単量体を使用することができる。単官能性重合性単量体としては、次のものが挙げられる。スチレン;α−メチルスチレン、β−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレンのようなスチレン誘導体;メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、iso−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、iso−ブチルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、n−アミルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、n−オクチルアクリレート、n−ノニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、ジメチルフォスフェートエチルアクリレート、ジエチルフォスフェートエチルアクリレート、ジブチルフォスフェートエチルアクリレート、2−ベンゾイルオキシエチルアクリレートのようなアクリル系重合性単量体;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルメタクリレート、iso−プロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、iso−ブチルメタクリレート、tert−ブチルメタクリレート、n−アミルメタクリレート、n−ヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、n−オクチルメタクリレート、n−ノニルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、ジメチルフォスフェートエチルアクリレート、ジエチルフォスフェートエチルメタクリレート、ジブチルフォスフェートエチルメタクリレートのようなメタクリル系重合性単量体;メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル、ギ酸ビニルのようなビニルエステル;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルのようなビニルエーテル;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロピルケトンのようなビニルケトン。
多官能性重合性単量体としては、次のものが挙げられる。エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、2,2’−ビス(4−(アクリロキシ・ジエトキシ)フェニル)プロパン、2,2’−ビス(4−(アクリロキシ・ポリエトキシ)フェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレートのような多官能アクリル系重合性単量体;エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブチレングリコールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、トリプロピレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、2,2’−ビス(4−(メタクリロキシ・ジエトキシ)フェニル)プロパン、2,2’−ビス(4−(メタクリロキシ・ポリエトキシ)フェニル)プロパン、トリメチロールプロパントリメタクリレート、テトラメチロールメタンテトラメタクリレートのような多官能アクリル系重合性単量体;ジビニルベンゼン、ジビニルナフタリン、ジビニルエーテルのようなジビニル単量体。
スルホン酸基含有(メタ)アクリルアミドに由来する構成単位を有する樹脂としては、上述のような単量体を用いることができるが、スチレン誘導体を単量体として含有していることが、より好ましい。
スルホン酸基含有(メタ)アクリルアミドモノマーに由来する構成単位を有する樹脂の製造方法は、塊状重合、溶液重合、乳化重合、懸濁重合、イオン重合、分散重合等のいずれでもよい。製造が簡易であること、スルホン酸基を含むモノマーを均一に混合し得ることが容易であることから溶液重合が好ましい。
スルホン酸基含有(メタ)アクリルアミドモノマーに由来する構成単位を有する樹脂は、下記一般式(3)のような構造を有する。
XCONHR23(SO3 -n・mY+k (3)
[式(3)中、Xは重合性単量体に由来する重合体部位を表し、R23は炭素数1〜6の(n+1)価の炭化水素基を表し、Y+:対イオンを表し、kは対イオンの価数であり、m及びnはn=k×mを満足する数である。]
対イオンとしては、水素カチオン、ナトリウムカチオン、カリウムカチオン、カルシウムカチオン、アンモニウムカチオンなどであることが良く、より好ましくは水素カチオンである。
また、スルホン酸基含有(メタ)アクリルアミドに由来する構成単位を含有する樹脂は極性が高いため、トナー粒子中に含有させることにより、トナー粒子の摩擦帯電時の電荷移動速度が向上し、低湿下でのチャージアップや高湿下での帯電量の低下が抑制できる。
この含硫黄樹脂は、スルホン酸基含有(メタ)アクリルアミド系モノマーに由来する構成単位を該樹脂中に2〜20質量%で含有する共重合体からなる高分子型化合物であることが好ましい。含硫黄樹脂中のスルホン酸基含有(メタ)アクリルアミド系モノマーの共重合割合が2質量%未満である場合は、帯電の立ち上がりを生じ特に耐久初期においてベタ画像を出すことにより、ゴースト画像が現れることがある。また、20質量%を超える場合には該含硫黄樹脂のトナー粒子中への含有量を減らしても、トナーのチャージアップが生じ、特に低温低湿環境下においてカブリ特性の悪化やブロッチの発生が見られる場合もある。
また、この含硫黄樹脂の添加量は、トナー粒子中の結着樹脂100質量部に対して0.1質量部〜1.8質量部であることがトナー粒子の帯電性能上好ましい。含硫黄樹脂の添加量がトナー中の結着樹脂100質量に対して1.8質量部を超える場合には、上記チャージアップ現象が発生し易く、反対に0.1質量部未満の場合には帯電量が上がりにくく、必要十分な電荷制御作用が得られない場合がある。
トナー粒子の良好な帯電性能を得るためには、スルホン酸基含有(メタ)アクリルアミドに由来する構成単位を一定の範囲の割合で含有する樹脂からなる荷電制御剤をトナー粒子中に一定の範囲の割合で存在させることが重要であると考えられる。なお、トナー中のスルホン酸基を有する樹脂の含有量は、キャピラリー電気泳動法などを用いて測定することができる。
また、含硫黄樹脂の重量平均分子量(Mw)は、2000〜15000であることが好ましい。分子量が低くMwが2000未満の場合には、トナーの流動性が悪化し、特に連続使用において外添剤の埋め込みによるトナー劣化が発生する場合がある。また、Mwが15000を超える場合には、トナー粒子中の酸化鉄の分散性が悪化し、帯電能の悪化や着色力の低下を招くことがある。
樹脂の分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により測定することができる。樹脂を、THF(テトラヒドロフラン)で、ソックスレー抽出器を用いて20時間抽出を行ったサンプルを被験試料として用意する。カラム構成を、例えば昭和電工製A−801、802、803、804、805、806、807(いずれも商品名)を連結したものとし、標準ポリスチレン樹脂の検量線を用い分子量分布を測定する。
更に、鉄粉に対するトナーの摩擦帯電量が−80mC/kg以上−25mC/kg以下であることが好ましい。この場合の鉄粉は、100メッシュパス200メッシュオンの球形の鉄粉キャリア(商品名:球形鉄粉DSP138)であり、測定方法については後述のとおりである。摩擦帯電量が−25mC/kg以上であると、トナーが充分な摩擦帯電量を有し、画像濃度の低下や画質の悪化等の発生が起こりにくい。また、温湿度の影響をより一層軽減でき環境変動による画像濃度が低下するのを抑制するのでより好ましい。摩擦帯電量が−80mC/kg以下にすることで摩擦帯電量が過剰であることが原因であるブロッチ等の発生を抑制し、良好な画像が得られるためより好ましい。
次に、以下に本発明に関わる物性の測定方法について述べる。
(1)現像剤担持体表面の算術平均粗さ(Ra)の測定;
現像剤担持体表面の算術平均粗さ(Ra)の測定は、JIS B0601(2001)の表面粗さに基づき、小坂研究所製サーフコーダーSE−3500を用い、測定条件は、カットオフ0.8mm、評価長さ8mm、送り速度0.5mm/sとした。測定位置は、現像剤担持体の中央位置と塗工両端部との中間の位置の計3箇所、更に90°現像剤担持体を回転した後同様に3箇所、更に90°現像剤担持体を回転した後同様に3箇所、計9点について各々測定し、その平均値をとった。
(2)現像剤担持体の導電性樹脂被覆層の体積抵抗の測定;
100μmの厚さのポリエチレンテレフタレート(PET)シート上に、7μm〜20μmの被覆層を形成し、抵抗率計ロレスタAP(三菱化学社製)にて4端子プローブを用いて体積抵抗値を測定した。測定環境は、温度20〜25℃、湿度50〜60%RHである。
(3)黒鉛化粒子の黒鉛化度p(002);
黒鉛化度p(002)は、マックサイエンス社製の強力型全自動X線回折装置“MXP18”システム(商品名)により黒鉛のX線回折スペクトルから得られる格子間隔d(002)を測定し、d(002)=3.440−0.086(1−P2)から求めた。なお、格子間隔d(002)は、CuKαをX線源とし、CuKβ線はニッケルフィルターにより除去している。標準物質に高純度シリコンを使用し、C(002)及びSi(111)回折パターンのピーク位置から算出した。主な測定条件は以下のとおりである。
・X線発生装置:18kw、
・ゴニオメータ:横型ゴニオメータ、
・モノクロメータ:使用、
・管電圧:30.0kV、管電流:10.0mA、
・測定法:連続法、
・スキャン軸:2θ/θ、
・サンプリング間隔:0.020deg、
・スキャン速度:6.000deg/min、
発散スリット:0.50deg、散乱スリット:0.50deg、
・受光スリット:0.30mm。
(4)球状粒子の真密度の測定;
本発明で使用する球状粒子の真密度は乾式密度計(商品名:アキュピック1330;島津製作所製)を用いて測定した。
(5)導電性粒子及び塗工液中の粒子の粒径測定;
導電性粒子及び塗工液中の粒子の粒径はレーザー回折型粒度分布計のコールターLS−230型粒度分布計(商品名、ベックマン・コールター社製)を用いて測定した。測定方法としては、少量モジュールを用い、測定溶媒としてはイソプロピルアルコール(IPA)を使用する。IPAにて粒度分布計の測定系内を約5分間洗浄し、洗浄後バックグラウンドファンクションを実行する。次にIPA50ml中に、測定試料を1mg加える。試料を懸濁した溶液は超音波分散機で約1分間分散処理を行い試料液を得る。そして、前記測定装置の測定系内に試料液を徐々に加えて、装置の画面上のPIDSが45%〜55%になるように測定系内の試料濃度を調整して測定を行い、体積分布から算術した体積平均粒径を求める。
(6)1μm未満の導電性微粒子の粒径測定;
電子顕微鏡を用い導電性微粒子の粒径を測定する。撮影倍率は5万倍とするが、難しい場合は低倍率で撮影した後に5万倍となるように写真を拡大プリントする。写真上で1次粒子の粒径を測る。この際、長軸と短軸を測り、平均した値を粒径とする。これを、100サンプルについて測定し、50%値をもって平均粒径とする。
(7)球状粒子の長径/短径比の測定;
上記と同様に電子顕微鏡を用い測定する。この際、長軸と短軸を測りその比を計算するが、これを100サンプルについて測定し、50%値をもって長径/短径比とする。
(8)導電性微粒子の体積抵抗の測定;
担持粒子を40mmφのアルミリングに入れ、2500Nで加圧成型する。低抵抗領域では抵抗率計ロレスタAP(商品名、三菱化学製)にて4端子プローブを用い、中・高抵抗領域ではハイレスタIP(商品名、三菱化学製)にてリング電極プローブを用いて体積抵抗値を測定する。なお、測定環境は、20〜25℃、50〜60%RHとする。
(9)トナーの粒径測定;
測定装置としては、コールターマルチサイザーII(商品名、べックマン・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。前記電解水溶液100ml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、0.5ml加え、更に測定試料を10mg加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1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アパーチャー或いは30μmアパーチャーを用いて、測定試料の体積、個数を測定して体積分布と個数分布とを算出した。この結果より、体積分布から求めた重量基準の重量平均粒径(D4)(各チャンネルの中央値をチャンネル毎の代表値とする)を求めた。
(10)トナー粒子の平均円形度;
本発明における平均円形度は、粒子の形状を定量的に表現する簡便な方法として用いたものである。本発明では東亞医用電子製フロー式粒子像分析装置「FPIA−1000」(商品名)を用いて測定を行い、3μm以上の円相当径の粒子群について測定された各粒子の円形度(Ci)を下式によりそれぞれ求めた。
円形度(Ci)=(粒子数と同じ投影面積を持つ円の周囲長)/(粒子の投影像の周囲長)
更に下式で示すように、測定された全粒子の円形度の総和を全粒子数で除した値を平均円形度と定義した。
Figure 2010055072
本発明における平均円形度とは、粒子の凹凸度合いの指標であり、粒子が完全な球形の場合1.000を示し、現像剤の表面形状が複雑になるほど平均円形度は小さな値となる。
具体的な測定方法としては、界面活性剤を約0.1mg溶解している水10mlに現像剤約5mgを分散させて分散液を調整し、超音波(20kHz、50W)を分散液に5分間照射する。分散液濃度を5000個/μl〜2万個/μlとして、前記装置により測定を行い、3μm以上の円相当径を有する粒子の平均円形度を求めた。
測定の概略は、例えば東亜医用電子社(株)発行のFPIA−1000(商品名)のカタログ(1995年度6月版)、測定装置のマニュアル等に記載されているが、以下のとおりである。
試料分散液は、フラットで扁平なフローセル(厚み約200μm)の流路(流れ方向に沿って広がっている)を通過させる。フローセルの厚みに対して交差して通過する光路を形成するように、ストロボとCCDカメラが、フローセルに対して、相互に反対側に位置するように装着される。試料分散液が流れている間に、ストロボ光がフローセルを流れている粒子の画像を得るために1/30秒間隔で照射され、その結果、それぞれの粒子は、フローセルに平行な一定範囲を有する2次元画像として撮影される。それぞれの粒子における2次元画像の面積から、同一の面積を有する円の直径を円相当径として算出する。それぞれの粒子における2次元画像の投影面積及び投影像の周囲長から上記の円形度算出式を用いて各粒子の円形度を算出する。
なお、本測定において3μm以上の円相当径の粒子群についてのみ円形度を測定する理由は、次のとおりである。すなわち、3μm未満の円相当径の粒子群にはトナー粒子とは独立して存在する外部添加剤の粒子群も多数含まれるため、その影響によりトナー粒子群についての円形度が正確に見積もれないからである。
(11)トナーの帯電量の測定;
測定には、図6に示した帯電量測定装置を使用した。先ず、23℃、60%RHの環境下に一晩以上放置したトナー0.5gを、100メッシュパス−200メッシュオンの球形鉄粉キヤリア9.5gと共に、50〜100ml容量のポリエチレン製の瓶に入れる。球形鉄粉キヤリアとしては、球形鉄粉DSP138(商品名)を用いた。この瓶を、振幅を一定にした振とう機に設置して、振とう条件を、振幅100mm、振とう速度1分間100回往復に設定し、一定時間振とうする。
次いで、帯電量測定装置41の底に500メッシュのスクリーン43のある金属製の測定容器42に、前記混合物1.0〜1.2gを入れて、金属製のフタ44をする。この時の測定容器42全体の質量を秤かりW1(g)とする。次に、不図示の吸引機(測定容器42と接する部分は少なくとも絶縁体)で吸引口47から吸引し、風量調節弁46を調節して真空計45の圧力が2450Pa(250mmAq)になるようにする。この状態で一分間吸引を行って、トナーを吸引除去する。この時の電位計49の電位をV(ボルト)とする。ここで48はコンデンサーであり容量をC(μF)とする。また、吸引後の測定機全体の質量を秤かりW2(g)とする。トナーの摩擦帯電量(μC/g)は、これらの測定値から、下式によって計算される。
摩擦帯電量(mC/kg)=C×V/(W1−W2)
以下、本発明を製造例及び実施例により具体的に説明するが、これは本発明を何ら限定するものではない。
<現像剤製造例1>
還流管、撹拌機、温度計、窒素導入管、滴下装置及び減圧装置を備えた加圧可能な反応容器に、溶媒としてメタノール250質量部、2−ブタノン150質量部及び2−プロパノール100質量部を添加した。更に、モノマーとしてスチレン83質量部、アクリル酸ブチル12質量部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸4質量部を添加し、撹拌しながら還流温度まで加熱した。重合開始剤であるt−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート0.45質量部を2−ブタノン20質量部で希釈した溶液を30分かけて滴下し、5時間撹拌を継続した。更にt−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート0.28質量部を2−ブタノン20質量部で希釈した溶液を30分かけて滴下して、更に5時間撹拌して重合した。その後、反応液をメタール中に投入し、スルホン酸基含有重合体Sを析出させた。得られた重合体Sのガラス転移温度(Tg)は70.4℃であり、重量平均分子量は23000であった。
硫酸第一鉄水溶液中に、鉄イオンに対して1.0当量の水酸化ナトリウム水溶液を混合し、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製した。水溶液のpHを9前後に維持しながら空気を吹き込み、90秒で酸化反応を行い、種晶を生成させるスラリー液を調製した。次いでこのスラリー液に、当初のアルカリ量(水酸化ナトリウムのナトリウム成分)に対し1.0当量となるよう硫酸第一鉄水溶液を加えた。その後、スラリー液をpH8に維持して、空気を吹き込みながら酸化反応をすすめ、酸化反応後に生成した磁性体粒子を洗浄、ろ過して一旦取出した。この時、含水サンプルを少量採取し、含水量を計っておいた。次に、この含水サンプルを乾燥せずに別の水系媒体中に再分散させた。その後、再分散液のpHを約6に調整し、十分攪拌しながらシランカップリング剤(n−C917Si(OCH33)を磁性酸化鉄100部に対し2部(磁性体の量は含水サンプルから含水量を引いた値として計算した)添加し、カップリング処理を行った。生成した磁性体粒子を常法により洗浄、ろ過、乾燥し、次いで若干凝集している粒子を解砕処理して平均粒径が0.20μm、疎水化度が83である表面処理磁性体−1を得た。
次に、以下の材料をアトライター(三井三池化工機(株))を用いて均一に分散混合した。
・スチレン:78質量部;
・アクリル酸n−ブチル:22質量部;
・ジビニルベンゼン:0.5質量部;
・飽和ポリエステル樹脂(酸価8、ピーク分子量(Mp)12000):2質量部;
・スルホン酸基含有重合体S:1.6質量部;
・表面処理磁性体−1:88質量部。
この混合物を60℃に加温し、そこにエステルワックス(DSCにおける吸熱ピークの極大値72℃)7質量部を添加混合溶解し、重合開始剤である2,2−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)3質量部を溶解して、重合性単量体組成物を調製した。
一方、イオン交換水709質量部に0.1M−Na3PO4水溶液451質量部を投入し60℃に加温した後、1.0M−CaCl2水溶液67.7質量部を添加してCa3(PO42を含む水系媒体を得た。この水系媒体中に、上記重合性単量体組成物を投入し、60℃、N2雰囲気下においてTK式ホモミキサー(特殊機化工業(株))にて10,000rpmで15分間撹拌し、造粒した。その後、パドル撹拌翼で撹拌しつつ、70℃で5時間反応させた。その後、液温を80℃に維持し、更に4時間攪拌を続けた。反応終了後、80℃で更に2時間蒸留を行い、その後懸濁液を冷却し、塩酸を加えて分散剤を溶解し、ろ過、水洗、乾燥して重量平均粒径7.5μmの黒色粒子を得た。
この黒色粒子100質量部と、疎水性シリカ微粉体1.2質量部を、ヘンシェルミキサー(三井三池化工機(株))を用い混合して、重量平均粒径7.4μm、平均円形度0.988の磁性現像剤T−1を得た。なお、疎水性シリカ微粉体としては、一次粒径12nmのシリカをヘキサメチルジシラザンで処理をした後シリコーンオイルで処理し、処理後のBET値が120m2/gの疎水性シリカ微粉体を用いた。このT−1の鉄粉との摩擦帯電量は、−31.5mC/kgであった。
<現像剤製造例2>
60℃に加温したイオン交換水900質量部に、リン酸三カルシウム3質量部を添加し、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて、10000rpmにて撹拌し、水系媒体を得た。また、以下の材料をホモジナイザー(日本精機社製)に投入し、60℃に加温した後、用いて、9000rpmにて攪拌し、溶解、分散した。
・スチレン:150質量部;
・n−ブチルアクリレート:50質量部;
・C.I.ピグメントブルー15:3:18質量部;
・サリチル酸アルミニウム化合物(オリエント化学社製、商品名:ボントロンE−88):2質量部;
・ポリエステル樹脂(プロピレンオキサイド変性ビスフェノールAとイソフタル酸との重縮合物、Tg=65℃、Mw=10000、Mn=6000):15質量部;
・ステアリン酸ステアリールワックス(DSCのメインピーク60℃):30質量部;
・ジビニルベンゼン:0.6質量部。
これに重合開始剤である2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)5質量部を溶解し、重合性単量体組成物を調製した。前記水系媒体中に、上記重合性単量体組成物を投入し、60℃、窒素雰囲気下で、TK式ホモミキサーを用いて8000rpmで攪拌し、造粒した。その後、プロペラ式攪拌装置に移して攪拌しつつ、2時間かけて70℃に昇温し、更に4時間後、昇温速度40℃/Hrで80℃まで昇温し、80℃で5時間反応を行い、重合体粒子Aを製造した。重合反応終了後、該粒子Aを含むスラリーを冷却し、スラリーの10倍の水量で洗浄し、ろ過、乾燥の後、分級によって粒子径を調整して、シアントナーの母体粒子(重量平均粒径7.0μm、平均円形度0.981)を得た。
このトナー粒子100質量部に対し、以下の材料をヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)で5分間乾式混合して、重量平均粒径6.9μm、平均円形度0.981の非磁性一成分現像剤T−2を得た。
・ヘキサメチレンジシラザンで表面処理された疎水性シリカ微粉体(平均一次粒径7nm):1.0質量部;
・ルチル型酸化チタン微粉体(平均一次粒径45nm):0.15質量部;
・ルチル型酸化チタン微粉体(平均一次粒径200nm):0.5質量部。
このT−2の鉄粉との摩擦帯電量は、−77.5mC/kgであった。
<現像剤製造例3>
現像剤製造例2で得られた重合体粒子Aを、ろ過、乾燥後、分級によって粒子径を重量平均粒径5.9μmに調整して、シアントナーの母体粒子(平均円形度0.989)を得た。
このトナー粒子100質量部に対し、以下の材料をヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)で5分間乾式混合して、重量平均粒径5.8μm、平均円形度0.989の非磁性一成分現像剤T−3を得た。
・ヘキサメチレンジシラザンで表面処理された疎水性シリカ微粉体(平均一次粒径7nm):1.2質量部;
・ルチル型酸化チタン微粉体(平均一次粒径45nm):0.15質量部;
・ルチル型酸化チタン微粉体(平均一次粒径200nm):0.5質量部。
このT−3の鉄粉との摩擦帯電量は−88.4mC/kgであった。
<現像剤製造例4>
以下の材料の混合物に、ポリビニルアルコール部分ケン化物0.8質量部を溶解した水180質量部を加え、激しく攪拌させて懸濁分散液とした。
・スチレン:73.5質量部;
・アクリル酸n−ブチル:19質量部;
・マレイン酸モノブチル:7質量部;
・ジビニルベンゼン:0.5質量部;
・ベンゾイルパーオキサイド:1質量部;
・ジ−t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート:0.5質量部。
この懸濁分散液を、水40質量部を入れ窒素置換した反応器に入れ、反応温度85℃にて10時間懸濁重合した。反応終了後、ろ過、水洗し、脱水、乾燥工程を経て、ビニル系樹脂を得た。
以下の材料の混合物を、130℃に加熱した2軸混練押し出し機にて混練した。
・上記ビニル系樹脂:100質量部;
・平均粒径が0.2μmの球状磁性体:90質量部;
・アゾ系鉄錯体化合物(負帯電性荷電制御剤、保土谷化学工業社製、商品名:T−77):2質量部;
・低分子量エチレン−プロピレン共重合体:5質量部;
・磁性酸化鉄(平均粒径0.2μm、保磁力11.2KA/m、残留磁化8.8Am2/kg、飽和磁化80.3Am2/kg):90質量部。
得られた混練物を冷却した後、ハンマーミルで粗粉砕し、更に、ジェット気流を用いた微粉砕機を用いて微粉砕した。この微粉砕粉を、コアンダ効果を利用した多分割分級装置で、超微粉及び粗粉を同時に分級除去して、重量平均粒径(D4)が7.5μmであるトナー粒子を得た。
このトナー粒子100質量部に対し、以下の材料をヘンシェルミキサーにて混合し、重量平均粒径7.3μm、平均円形度0.958の負帯電性磁性一成分現像剤T−4を得た。
・ヘキサメチルジシラザン処理を施した負帯電性疎水性シリカ微粉末(BET300m2/g):0.9質量部;
・チタン酸ストロンチウム:3質量部。
このT−4の鉄粉との摩擦帯電量は−21.5mC/kgであった。
表2に、現像剤の特性一覧を挙げた。
<実施例1>
コールタールピッチから溶剤分別によりβ−レジンを抽出し、これを水素添加、重質化処理を行った後、次いでトルエンにより溶剤可溶分を除去することで、メソフェーズピッチを得た。そのメソフェーズピッチ粉末を微粉砕し、それを空気中において約300℃で酸化処理した後、窒素雰囲気下にて2800℃で熱処理を行い、分級を経て体積平均粒径3.4μm、黒鉛化度p(002)が0.39である黒鉛化粒子Aを得た。
次に、以下の材料を混合し、直径1mmのガラスビーズをメディア粒子として用いたサンドミルにて2時間分散して塗料中間体M1を得た。
・アンモニア触媒を使用したレゾール型フェノール樹脂P1(大日本インキ化学工業社製、商品名:J325):50質量部(固形分換算);
・導電性カーボンブラック(コロンビアカーボン社製、商品名:Conductex975):12.5質量部;
・黒鉛化粒子A:37.5質量部;
・メタノール:37.5質量部。
更に、以下の材料を混合し、直径2mmのガラスビーズをメディア粒子としたサンドミルにて45分分散して塗料中間体J1を得た。
・レゾール型フェノール樹脂P1:50質量部(固形分換算);
・表1の例示化合物1である4級ホスホニウム塩1(日本化学社製、商品名:ヒシコーリンBTPPBr):20質量部;
・導電性球状粒子(日本カーボン社製、商品名:ニカビーズPC0520):25質量部;
・メタノール:37.5質量部。
そして、前記塗料中間体M1、塗料中間体J1を質量比で1:1で混合・攪拌して、塗工液B1を得た。
次いで、この塗工液B1にメタノールを添加することで、固形分濃度を38質量%に調整した。外径10mmΦ、算術平均粗さRa=0.2μmの研削加工したアルミニウム製の円筒管を回転台に立てて回転させ、両端部にマスキングを施し、エアスプレーガンを一定速度で下降させながら、塗工液B1を円筒管表面に塗工して、導電性樹脂被覆層を形成した。なお、塗工液は恒温槽で温度28℃に調整したものを用い、また塗工は温度30℃、湿度35%RHの環境下で行った。続いて、熱風乾燥炉により150℃で30分間加熱して導電性樹脂被覆層を硬化させ、Ra=1.05μmである現像剤担持体S−1を作製した。表3に該現像剤担持体(現像スリーブ)S−1の導電性樹脂被覆層の処方と物性を挙げた。
この現像剤担持体S−1の評価にあたり、市販のレーザービームプリンタ(ヒューレット・パッカード社製、商品名:LeserJetP1505n)と、その純正カートリッジを用いた。現像剤担持体S−1をカートリッジに装着可能なようにマグネット及びフランジを取り付けてこのカートリッジに装着し、更に前記トナーT−1を充填し、上記レーザービームプリンタにより画像評価を行った。評価では、1枚/7秒の間欠モードで印字比率が1%の文字パターンにて3000枚の画出し(耐久)を行い、以下の項目(1)〜(4)について評価した。評価環境としては、15℃/10%RHの低温/低湿環境(L/L)下、23℃/50%RHの常温/常湿環境(N/N)下、及び30℃/85%RHの高温/高湿環境(H/H)下の環境について行った。結果は表4に示したように、いずれの環境下でも終始良好な現像性を得ることができた。
(1)画像濃度
画出し試験において初期と耐久評価終了時にベタ画像を出力し、その濃度を測定することにより評価した。画像濃度は「マクベス反射濃度計 RD918」(商品名、マクベス社製)を用いて、原稿濃度が0.00の白地部分の画像に対する相対濃度を測定した。
A:1.40以上(非常に良好)。
B:1.35以上、1.40未満(良好)。
C:1.00以上、1.35未満(画像濃度がやや低い)。
D:1.00未満(画像濃度が低い)。
(2)ゴースト
プリンタの出力画像において、画像先端の現像剤担持体一周分に相当する領域を白地にベタ黒の象形画像(正方形や円形などの画像)を等間隔で配置し、それ以外の部分をハーフトーンとしたものを用いた。そして、ハーフトーン上に象形画像のゴーストがどのように出現するかによりランク付けを行った。
A:濃淡差が全く見られない。
B:見る角度によってわずかな濃淡差が確認できる程度。
C:ゴーストが目視で明確に確認される。
D:ゴーストがはっきり濃淡として現れる。現像剤担持体二周分以上の濃淡差が確認される。
(3)画像ムラ
ハーフトーンとベタ黒画像を出力し、トナーの過剰帯電により発生しやすいブロッチ(斑点状、さざ波状又は絨毯状)画像や、トナーの不均一な帯電によって発生する画像濃度のムラを下記基準にて評価した。
A:ハーフトーン画像にもスリーブ上にも全く確認できない。
B:ハーフトーン画像上で軽微な濃度差が確認できるが、一見では殆ど確認できない。
C:ハーフトーン画像上に目視で濃度差が確認されるが、ベタ黒では確認できない。
D:ハーフトーン画像上に目視ではっきりと確認され、ベタ黒でも確認できる。
(4)カブリ
適正画像におけるベタ白画像の反射率を測定し、更に未使用の転写紙の反射率を測定し、(ベタ白画像の反射率における最低値−未使用転写紙の反射率における平均値)をカブリ濃度とし、評価結果を下記の指標にて示した。但し、反射率の測定はランダムに10点の測定を行った。反射率は、TC−6DS(商品名、東京電色製)によって測定を行った。
A:1.0%未満(目視ではカブリは認められない)。
B:1.0%以上2.0%未満(注視しなければカブリは認められない)。
C:2.0%以上3.0%未満(目視でカブリが確認される)。
D:3.0%以上(目視でカブリが明確に確認される)。
<実施例2>
実施例1の4級ホスホニウム塩1の添加量を60質量部に変更し、導電性球状粒子の添加量を30質量部に変更したこと以外は、実施例1と同様に塗工液を調製した。その後、実施例1と同様に塗工を行い、現像剤担持体S−2を作製し、評価を行った。
<実施例3>
実施例1の4級ホスホニウム塩1の添加量を1質量部に変更し、導電性球状粒子の添加量を40質量部に変更したこと以外は、実施例1と同様に塗工液を調製した。その後、実施例1と同様に塗工を行い、現像剤担持体S−3を作製し、評価を行った。
<実施例4>
実施例1の4級ホスホニウム塩1の代わりに、表1の例示化合物16である4級ホスホニウム塩2(日本化学社製、商品名:ヒシコーリンPX−4B)を使用したこと以外は、実施例1と同様に塗工液を調製した。その後、実施例1と同様に塗工を行い、現像剤担持体S−4を作製し、評価を行った。
<実施例5>
実施例1の4級ホスホニウム塩1の代わりに、表1の例示化合物4である4級ホスホニウム塩3(東京化成工業社製、商品名:ベンジルトリフェニルホスホニウムブロミド)を使用したこと以外は、実施例1と同様に塗工液を調製した。その後、実施例1と同様に塗工を行い、現像剤担持体S−5を作製し、評価を行った。
<実施例6>
実施例1の4級ホスホニウム塩1の代わりに、表1の例示化合物9である4級ホスホニウム塩4(日本化学社製、商品名;PX−2H)を使用したこと以外は、実施例1と同様に塗工液を調製した。その後、実施例1と同様に塗工を行い、現像剤担持体S−6を作製し、評価を行った。
<実施例7>
実施例1のレゾール型フェノール樹脂P1の代わりに、レゾール型フェノール樹脂P2(アミン化合物触媒使用、群栄化学社製、商品名:PL4852)を使用したこと以外は、実施例1と同様に塗工液を調製した。その後、実施例1と同様に塗工を行い、現像剤担持体S−7を作製し、評価を行った。
<実施例8>
実施例1のレゾール型フェノール樹脂P1の代わりに、レゾール型フェノール樹脂P3(アミン化合物触媒使用、昭和高分子社製、商品名:BKS−316)を使用したこと以外は、実施例1と同様に塗工液を調製した。その後、実施例1と同様に塗工を行い、現像剤担持体S−8を作製し、評価を行った。
<実施例9>
実施例1のカーボンブラックの量を40質量部に変更し、黒鉛化粒子Aを添加しないこと以外は、実施例1と同様に塗工液を調製した。その後、実施例1と同様に塗工を行い、現像剤担持体S−9を作製し、評価を行った。
<実施例10>
実施例1の黒鉛化粒子の量を50質量部に変更し、カーボンブラックを添加しないこと以外は、実施例1と同様に塗工液を調製した。その後、実施例1と同様に塗工を行い、現像剤担持体S−10を作製し、評価を行った。
<実施例11>
実施例1の導電性カーボンブラックの量を10質量部に変更し、黒鉛化粒子Aの代わりに酸化チタン(石原産業社製、商品名:TIPAQUE CR−50)を70質量部使用したこと以外は、実施例1と同様に塗工液を調製した。その後、実施例1と同様に塗工を行い、現像剤担持体S−11を作製し、評価を行った。
<実施例12>
実施例1の黒鉛化粒子Aの代わりに結晶性グラファイト(昭和電工社製、商品名:UF−G5)を使用すること以外は、実施例1と同様に塗工液を調製した。その後、実施例1と同様に塗工を行い、現像剤担持体S−12を作製し、評価を行った。
<比較例1>
実施例1のレゾール型フェノール樹脂P1の代わりに、レゾール型フェノール樹脂P4(NaOH触媒使用、大日本インキ化学工業社製、商品名:GF9000)を使用したこと以外は、実施例1と同様に塗工液を調製した。その後、実施例1と同様に塗工を行い、現像剤担持体J−1を作製し、評価を行った。
<比較例2>
実施例1のレゾール型フェノール樹脂P1の代わりに、レゾール型フェノール樹脂P5(NaOH触媒使用、大日本インキ化学工業社製、商品名:TD−244−LV)を使用したこと以外は、実施例1と同様に塗工液を調製した。その後、実施例1と同様に塗工を行い、現像剤担持体J−2を作製し、評価を行った。
<比較例3>
実施例3のレゾール型フェノール樹脂P1の代わりに、レゾール型フェノール樹脂P4(NaOH触媒使用、大日本インキ化学工業社製、商品名:GF9000)を使用したこと以外は、実施例4と同様に塗工液を調製した。その後、実施例4と同様に塗工を行い、現像剤担持体J−3を作製し、評価を行った。
<比較例4>
実施例1の4級ホスホニウム塩1の代わりに、アゾ系鉄錯体化合物(保土谷化学工業社製、商品名:T−77)を使用したこと以外は、実施例1と同様に塗工液を調製した。その後、実施例1と同様に塗工を行い、現像剤担持体J−4を作製し、評価を行った。
<比較例5>
実施例1の4級ホスホニウム塩1を使用しないこと以外は、実施例1と同様に塗工液を調製した。その後、実施例1と同様に塗工を行い、現像剤担持体J−5を作製し、評価を行った。
<比較例6>
実施例1の黒鉛化粒子A、導電性カーボンブラック及び4級ホスホニウム塩1を使用しないこと以外は、実施例1と同様に塗工液を調製した。その後、実施例1と同様に塗工を行い、現像剤担持体J−6を作製し、評価を行った。
<実施例13>
実施例1の塗料中間体M1に、レゾール型フェノール樹脂P1を固形分換算で25質量部、4級ホスホニウム塩2を22.5質量部、及びメタノール37.5質量部を混合・攪拌して、塗工液C1を得た。
次いで、この塗工液C1にメタノールを添加することで、固形分濃度を38質量%に調整した。外径12mmΦ、Ra=0.2μmの研削加工したアルミニウム製の円筒管を回転台に立てて回転させ、両端部にマスキングを施し、エアスプレーガンを一定速度で下降させながら、塗工液C1を円筒管表面に塗工して、導電性樹脂被覆層を形成した。その後、導電性樹脂被覆層を硬化させ、Ra=1.06μmの現像剤担持体S−13を作製した。塗工条件、乾燥条件は、現像剤担持体(現像スリーブ)S−1と同じとした。
得られた現像剤担持体S−13を、市販のレーザービームプリンタ(キヤノン(株)製、商品名:LBP5000)の純正シアンカートリッジに組み込み、更に前記トナーT−2を充填し、現像装置とした。この現像装置を上記レーザービームプリンタに搭載し、1枚/10秒の間欠モードで印字比率が5%の文字パターンにて3000枚の画出し(耐久)を行い、前記の項目(1)及び(4)、並びに以下の項目(5)について評価した。評価環境としては、15℃/10%RHの低温/低湿環境(L/L)下、23℃/50%RHの常温/常湿環境(N/N)下、及び30℃/85%RHの高温/高湿環境(H/H)下の環境について行った。結果は表5に示したように、いずれの環境下でも終始良好な現像性を得ることができた。
(5)画質
画質の評価としては、グラフィカルな画像の画質に関わる微細な細線での飛び散り評価をした。具体的には、文字ラインにおける飛び散りよりも、より飛び散りやすい1ドットライン画像をプリントアウトした際のラインの再現性とライン周辺部のトナーの飛び散りを、ルーペを用いて30倍に拡大して評価した。
A:飛び散りが殆ど発生せず、良好なライン再現性を示す。
B:軽微な飛び散りが見られる。
C:飛び散りが見られるがライン再現性に対する影響は少ない。
D:顕著な飛び散りが見られ、ライン再現性に劣る。
<実施例14>
実施例13の4級ホスホニウム塩2の代わりに、下式で表される4級ホスホニウム塩5(日本化学社製、商品名:ヒシコーリンPX−4BT)を使用したこと以外は、実施例13と同様に塗工液を調製した。その後、実施例13と同様に塗工を行い、現像剤担持体S−14を作製し、評価を行った。
Figure 2010055072
<実施例15>
実施例13のレゾール型フェノール樹脂P1の代わりに、レゾール型フェノール樹脂P2(アミン化合物触媒使用、群栄化学社製、商品名:PL4852)を使用したこと以外は、実施例13と同様に塗工液を調製した。その後、実施例13と同様に塗工を行い、現像剤担持体S−15を作製し、評価を行った。
<実施例16>
実施例13のトナーT−2の代わりに、トナーT−3を使用したこと以外は、実施例13と同様に評価を行った。
<実施例17>
実施例14のトナーT−2の代わりに、トナーT−3を使用したこと以外は、実施例14と同様に評価を行った。
<比較例7>
実施例13のレゾール型フェノール樹脂P1の代わりに、レゾール型フェノール樹脂P4(NaOH触媒使用、大日本インキ化学工業社製、商品名:GF9000)を使用したこと以外は、実施例13と同様に塗工液を調製した。その後、実施例13と同様に塗工を行い、現像剤担持体J−7を作製し、評価を行った。
<比較例8>
実施例13の4級ホスホニウム塩2の添加量を0.75質量部に変更したこと以外は、実施例13と同様に塗工液を調製した。その後、実施例13と同様に塗工を行い、現像剤担持体J−8を作製し、評価を行った。
<比較例9>
比較例7のトナーT−2の代わりに、トナーT−3を使用したこと以外は、比較例7と同様に評価を行った。
<比較例10>
比較例8のトナーT−2の代わりに、トナーT−3を使用したこと以外は、比較例8と同様に評価を行った。
<実施例18>
以下の材料を混合し、直径2mmのガラスビーズをメディア粒子としたサンドミルにて45分分散して塗料中間体J18を得た。
・レゾール型フェノール樹脂P1:25質量部(固形分換算);
・4級ホスホニウム塩1:3.75質量部;
・導電性球状粒子2(日本カーボン社製、商品名:ニカビーズ PC1020):10質量部;
・メタノール:37.5質量部。
この塗料中間体J18と、実施例1の塗料中間体M1とを質量比で1:1で混合・攪拌して、塗工液D1を得た。
次いで、この塗工液D1にメタノールを添加することで、固形分濃度を34質量%に調整した。外径14mmΦ、Ra=0.2μmの研削加工したアルミニウム製の円筒管を回転台に立てて回転させ、両端部にマスキングを施し、エアスプレーガンを一定速度で下降させながら、塗工液D1を円筒管表面に塗工して、導電性樹脂被覆層を形成させた。なお、塗工条件は30℃/35%RHの環境下にて、塗工液の温度は恒温槽で28℃に制御した状態で塗工を実施した。続いて、熱風乾燥炉により150℃で30分間加熱して導電性樹脂被覆層を硬化させ、Ra=1.34μmの現像剤担持体S−16を作製した。表3に該現像剤担持体(現像スリーブ)S−16の導電性樹脂被覆層の処方と物性を挙げた。
この現像剤担持体S−16の評価にあたり、市販のレーザービームプリンタ(ヒューレット・パッカード社製、商品名:LeserJetP2015d)用の純正カートリッジを用いた。現像剤担持体S−16をカートリッジに装着可能なようにマグネット及びフランジを取り付けこのカートリッジに装着し、更に前記トナーT−3を充填し、上記レーザービームプリンタにより画像評価を行った。評価では、1枚/4秒の間欠モードで印字比率が2%の文字パターンにて10000枚の画出し(耐久)を行い、前記の項目(1)〜(3)及び(5)について評価した。評価環境としては、15℃/10%RHの低温/低湿環境(L/L)下、23℃/50%RHの常温/常湿環境(N/N)下、及び30℃/85%RHの高温/高湿環境(H/H)下の環境について行った。結果は表6に示したように、いずれの環境下でも終始良好な現像性を得ることができた。
<実施例19>
実施例18の4級ホスホニウム塩1の添加量を0.75質量部に変更し、導電性球状粒子の添加量を12質量部に変更したこと以外は、実施例18と同様に塗工液を調製した。その後、実施例18と同様に塗工を行い、現像剤担持体S−17を作製し、評価を行った。
<実施例20>
実施例18の4級ホスホニウム塩1を4級ホスホニウム塩5に変更したこと以外は、実施例18と同様に塗工液を調製した。その後、実施例18と同様に塗工を行い、現像剤担持体S−18を作製し、評価を行った。
<比較例11>
実施例18のレゾール型フェノール樹脂P1の代わりに、レゾール型フェノール樹脂P5(NaOH触媒使用、大日本インキ化学工業社製、商品名:TD−244−LV)を使用したこと以外は、実施例18と同様に塗工液を調製した。その後、実施例18と同様に塗工を行い、現像剤担持体J−9を作製し、評価を行った。
<比較例12>
実施例16の4級ホスホニウム塩1の添加量を50質量部に変更し、導電性球状粒子の添加量を35質量部に変更したこと以外は、実施例18と同様に塗工液を調製した。その後、実施例18と同様に塗工を行い、現像剤担持体J−10を作製し、評価を行った。
<実施例21>
実施例1の塗工液B1にメタノールを添加して固形分濃度を38質量%とした後、23℃/50%RHの常温/常湿環境にて粘度を測定したところ、50mPa・sであった。塗料粘度の測定方法としてはB型粘度計を使用し、1号ロータ、回転数60rpmとし測定時間30秒にて測定した。また、塗工液B1の体積抵抗値は2.38Ω・cm、体積平均粒径は2.12μmであった。次に、この塗工液B1を40℃環境に20日放置後取出しB1’とした。このB1’を23℃/50%RHの常温/常湿環境にて粘度を測定したところ、55mPa・sと放置前とほぼ同様の値を示した。また、同様に体積抵抗値、体積平均粒径を測定したところ、2.66Ω・cm、2.19μmと、放置前とほぼ変化無き値であった。表7に塗工液の一覧を、表8に塗工液物性を示した。
次に、このB1’を外径10mmφ、Ra=0.2μmの研削加工したアルミニウム製の円筒管を回転台に立てて回転させ、両端部にマスキングを施し、エアスプレーガンを一定速度で下降させながら、円筒管表面に300本連続塗工を行った。なお、塗工条件は30℃/35%RHの環境下にて、塗工液の温度は恒温槽で28℃に制御した状態で行った。また、乾燥は熱風乾燥炉で行い、150℃で30分間加熱して導電性樹脂被覆層を硬化させた。この連続塗工のサンプルに関して目視チェックを行い、ブツ状欠陥が見られるサンプルを抽出し、顕微鏡でそのブツの大きさのチェックを行い、以下のような評価をした。
(6)ブツ状欠陥の有無
連続塗工のサンプルに関して目視チェックを行い、ブツ状欠陥の発生率(%、小数点以下四捨五入)を算出した。また、ブツ状欠陥が見られるサンプルを抽出し、顕微鏡でそのブツの大きさのチェックを行った。
A:ブツ状欠陥の発生率が1%以下で、ブツ状欠陥が発生している場合でもその大きさが全て50μm未満。
B:ブツ状欠陥の発生率が2〜9%で、その大きさが全て50μm未満。又は、ブツ状欠陥の発生率が9%以下で、50μm以上100μm未満のブツ状欠陥の発生が1%以下の範囲で見られた。
C:ブツ状欠陥の発生率が10〜19%で、その大きさが全て50μm未満若しくは50μm以上100μm未満のブツ状欠陥の発生が1%以下の範囲で見られた。又は、ブツ状欠陥の発生率が19%以下で、50μm以上100μm未満のブツ状欠陥の発生が2%〜9%の範囲で見られた。又は、ブツ状欠陥の発生率が19%以下で、100μm以上のブツ状欠陥の発生が1%以下の範囲で見られた。
D:ブツ状欠陥の発生率が20%以上。又は、50μm以上100μm未満のブツ状欠陥の発生率が10%以上。又は、100μm以上のブツ状欠陥が2%以上。
次に、B1’の塗工サンプルを50本抽出して、実施例1と同様に市販のレーザービームプリンタ(ヒューレット・パッカード社製、商品名:LeserJetP1505n)とそのカートリッジを用いた以下の初期評価を行った。
(7)画像欠陥
画出し初期のハーフトーン画像を出力し、スリーブ塗工ブツ起因によって発生するスリーブピッチの白ポチ画像や縦スジ画像等の画像欠陥を、以下の基準で評価した。
A:サンプル全数に全く画像欠陥が確認できない。
B:画像上に目視で白ポチが1箇所のみ確認できたサンプルが4%未満。但し、複数の白ポチが確認できたサンプルはなく、縦スジが確認できたサンプルもない。
C:画像上に目視で縦スジが1箇所のみ確認できたサンプルがある。又は、白ポチ画像が1箇所のみ確認できたサンプルが4%以上10%未満。但し、複数の白ポチや縦スジが確認できたサンプルはない。
D:画像上に複数の白ポチや縦スジが確認できたサンプルがある。又は、白ポチ画像が1箇所のみ確認できたサンプルが10%以上。
またB1’の塗工サンプルをS−19とし、実施例1と同様の画出しを行い同様の評価を行った。以上の評価結果を表9に示す。良好な結果であった。
<実施例22>
実施例4の塗工液をB2とし、40℃環境に20日放置後取出した塗工液をB2’とし、B2’の塗工サンプルをS−20とし、実施例21と同様の評価を実施した。
<実施例23>
実施例6の塗工液をB3とし、40℃環境に20日放置後取出した塗工液をB3’とし、B3’の塗工サンプルをS−21とし、実施例21と同様の評価を実施した。
<比較例13>
実施例1の4級ホスホニウム塩1の代わりに、4級アンモニウム塩化合物(日本カーリット社製、商品名:A−902)を使用したこと以外は、実施例1と同様に塗工液B4を調製した。その後、40℃環境に20日放置後取出した塗工液をB4’とし、B4’の塗工サンプルをJ−11とし、実施例21と同様の評価を実施した。
<比較例14>
比較例1の塗工液をB5とし、40℃環境に20日放置後取出した塗工液をB5’とし、B5’の塗工サンプルをJ−12とし、実施例21と同様の評価を実施した。
<比較例15>
比較例4の塗工液をB6とし、40℃環境に20日放置後取出した塗工液をB6’とし、B6’の塗工サンプルをJ−13とし、実施例21と同様の評価を実施した。
Figure 2010055072
Figure 2010055072
Figure 2010055072
Figure 2010055072
Figure 2010055072
Figure 2010055072
Figure 2010055072
Figure 2010055072
以上説明したように、本発明によれば、多数枚のプリントにおいても現像剤が過度に帯電することなく現像剤に適切な摩擦帯電を付与することが可能となる。その結果、多数枚のプリントを行った後でも、電子写真画像における濃度低下、スリーブゴーストやブロッチ等の発生が抑制できる。また、現像剤担持体表面に導電性樹脂被覆層を形成するための塗料を長期保存した際にも粘度の変化や顔料の凝集が起こることがないため、それに伴う現像剤担持体への塗工の際の塗工不良を抑制でき、良好な導電性樹脂被覆層を形成することが可能となる。
41・・・・帯電量測定装置
42・・・・測定容器
43・・・・スクリーン
44・・・・金属製のフタ
45・・・・真空計
46・・・・風量調節弁
47・・・・吸引口
48・・・・コンデンサー
49・・・・電位計
501・・・・像担持体(感光ドラム)
502・・・・現像剤層厚規制部材(磁性規制ブレード)
503・・・・ホッパー
504・・・・現像剤
505・・・・マグネットローラー
506・・・・金属製円筒管(基体)
507・・・・被覆層
508・・・・現像剤担持体(現像スリーブ)
509・・・・現像バイアス電源
510・・・・攪拌翼
511・・・・現像剤層厚規制部材(弾性規制ブレード)
512・・・・剥ぎ取り部材
513・・・・現像スリーブとマグネットローラーの間隙
514・・・・中実の金属棒
517・・・・被覆層(スリーブコート層)

Claims (10)

  1. 基体と、該基体の表面に形成された導電性樹脂被覆層とを有する現像剤担持体において、
    該導電性樹脂被覆層は、構造中に−NH2基、=NH基及び−NH−結合のいずれかを有するフェノール樹脂と、第4級ホスホニウム塩と、導電性微粒子とを含有する樹脂組成物を用いて形成されてなり、
    該樹脂組成物は、該第4級ホスホニウム塩を、該フェノール樹脂100質量部に対して1質量部以上60質量部以下含有することを特徴とする現像剤担持体。
  2. 前記4級ホスホニウム塩が、下記式(1)で示される請求項1に記載の現像剤担持体。
    Figure 2010055072
    (式中、R1乃至R3は、それぞれ独立して、置換基を有しても良い炭素数1〜4のアルキル基、置換基を有しても良いフェニル基及び置換基を有しても良いベンジル基のいずれかであり、R4は置換基を有しても良い炭素数1〜16のアルキル基、置換基を有しても良いアルケニル基、置換基を有しても良いアルキニル基、置換基を有しても良いフェニル基及び置換基を有しても良いベンジル基のいずれかであり、X-はハロゲンイオン、OH-、有機酸又は無機酸イオンの中から選ばれる陰イオンを示す。)
  3. 前記導電性微粒子は、導電性カーボンブラック、黒鉛化粒子又はその混合物である請求項1又は2に記載の現像剤担持体。
  4. 負帯電性現像剤、該負帯電性現像剤が収容されている現像容器、該現像容器から供給された該負帯電性現像剤を表面に担持し且つ搬送する回転自在に保持された現像剤担持体、及び該現像剤担持体上に形成される負帯電性現像剤層の層厚を規制するための現像剤層厚規制部材を備えた現像装置において、該現像剤担持体は、請求項1乃至3のいずれかに記載の現像剤担持体であることを特徴とする現像装置。
  5. 前記負帯電性現像剤の平均円形度が0.970以上であって、100メッシュパス200メッシュオンの鉄粉キャリアとの摩擦帯電量が−80mC/kg以上−25mC/kg以下である請求項4に記載の現像装置。
  6. 前記負帯電性現像剤が、結着樹脂、酸化鉄及び含硫黄樹脂を含有するトナー粒子からなり、該含硫黄樹脂はスルホン酸基含有(メタ)アクリルアミドに由来する構成単位を有している請求項4又は5に記載の現像装置。
  7. 請求項4乃至6のいずれかに記載の現像装置を用いて、静電潜像担持体に対向する現像領域へ現像剤を搬送し、該搬送された現像剤により該静電潜像担持体に担持された静電潜像を現像して可視化することを特徴とする現像方法。
  8. 基体と、該基体の表面に形成された導電性樹脂被覆層とを有する現像剤担持体の製造方法であって、
    構造中に−NH2基、=NH基及び−NH−結合のいずれかを有するフェノール樹脂と、該フェノール樹脂を溶解する溶媒と、第4級ホスホニウム塩と、導電性微粒子とを含有する塗料の塗膜を該基体表面に形成し、次いで該塗膜を硬化させて該導電性樹脂被覆層を形成する工程を有し、
    該塗料は、該第4級ホスホニウム塩を、該フェノール樹脂100質量部に対して1質量部以上60質量部以下含有することを特徴とする現像剤担持体の製造方法。
  9. 前記4級ホスホニウム塩が、下記式(1)で示される請求項8に記載の現像剤担持体の製造方法。
    Figure 2010055072
    (式中、R1乃至R3は、それぞれ独立して、置換基を有しても良い炭素数1〜4のアルキル基、置換基を有しても良いフェニル基及び置換基を有しても良いベンジル基のいずれかであり、R4は置換基を有しても良い炭素数1〜16のアルキル基、置換基を有しても良いアルケニル基、置換基を有しても良いアルキニル基、置換基を有しても良いフェニル基及び置換基を有しても良いベンジル基のいずれかであり、X-はハロゲンイオン、OH-、有機酸又は無機酸イオンの中から選ばれる陰イオンを示す。)
  10. 前記導電性微粒子は、導電性カーボンブラック、黒鉛化粒子又はその混合物である請求項8又は9に記載の現像剤担持体の製造方法。
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