JP2010128393A - キャリアの製造方法、キャリア、2成分現像剤、現像装置および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 キャリア芯材表面に樹脂被覆層が形成されたキャリアの製造方法は、樹脂粒子付着工程と樹脂被覆層形成工程とを含む。樹脂粒子付着工程では、キャリア芯材表面に樹脂粒子を機械的に付着させて樹脂粒子付着キャリアを得る。樹脂被覆層形成工程では、樹脂粒子付着キャリアを過熱水蒸気雰囲気中で加熱処理して、キャリア芯材表面に樹脂被覆層を形成する。
【選択図】 図6
Description
キャリア芯材表面に樹脂粒子を機械的に付着させて樹脂粒子付着キャリアを得る樹脂粒子付着工程と、
樹脂粒子付着キャリアを過熱水蒸気雰囲気中で加熱処理して、キャリア芯材表面に樹脂被覆層を形成する樹脂被覆層形成工程とを含むことを特徴とするキャリアの製造方法である。
また本発明は、トナーに含まれる電荷制御剤と樹脂被覆層中に含まれる電荷制御剤とが同一の材料であることを特徴とする。
像担持体に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
前記現像装置とを備えることを特徴とする画像形成装置である。
本発明の第1の実施形態であるキャリアの製造方法では、キャリア芯材の表面に樹脂被覆層が形成されたキャリアを製造する。本実施形態のキャリアの製造方法は、樹脂粒子付着工程S1と樹脂被覆層形成工程S2とを含む。
樹脂粒子付着工程S1では、キャリア芯材の表面に樹脂粒子を機械的に付着させて樹脂粒子付着キャリアを得る。
キャリア芯材としては、この分野で常用されるものが使用でき、たとえば、鉄、銅、ニッケルおよびコバルトなどの磁性金属、ならびにフェライトおよびマグネタイトなどの磁性金属酸化物などが挙げられる。キャリア芯材(以下単に「芯材」とも記載する)が上記のような磁性体であると、磁気ブラシ現像法に用いる現像剤に好適なキャリアが得られる。これらの中でも、帯電性能および耐久性に優れるとともに、適した飽和磁化を有する樹脂被覆キャリアを実現することができるという観点から、フェライトが好適に用いられる。
樹脂粒子に含まれる樹脂としては、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、スチレン−アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、酢酸ビニル樹脂、セルロース樹脂、ポリオレフィンなどが挙げられる。これらの中でも、芯材と樹脂被覆層との密着性を向上させるための熱処理が容易であること、個々のキャリアのトナーへの帯電付与性にばらつきが少なくなること、耐摩耗性、耐熱性、機械的強度などが良好であることなどを考慮すると、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステルなどが好ましい。
樹脂被覆層形成工程S2では、樹脂粒子付着キャリアを過熱水蒸気雰囲気中で加熱処理してキャリア芯材表面に樹脂被覆層を形成する。過熱水蒸気とは、飽和温度以上に熱せられた水蒸気のことであり、空気より比熱が大きく、熱量が大きい。
本発明の第2の実施形態であるキャリアは、本発明のキャリアの製造方法で製造される。本発明のキャリアの製造方法では、キャリア芯材の形状および樹脂被覆層の厚さに関係なく均一な樹脂被覆層を有するキャリアを得ることができるので、本発明のキャリアは、キャリア芯材が露出しにくく、遊離した樹脂粒子または剥離した樹脂被覆層の凝集体による流動性の低下を抑制することができるので、長期間使用しても帯電安定性に優れる。
本発明の第3の実施形態である2成分現像剤は、本発明のキャリアとトナーとを含む。本発明のキャリアは長期間の使用にも優れた帯電安定性を有するので、帯電特性および現像性の良好な2成分現像剤が得られる。このような2成分現像剤を用いることによって、長期間にわたって高画質な画像を安定して形成することができる。
トナーは、トナー粒子に外添剤が混合されてなる。トナー粒子の原料としては、結着樹脂、着色剤、離型剤および電荷制御剤などが挙げられる。
結着樹脂としては、特に限定されるものではなく、ブラックトナー用またはカラートナー用の公知の結着樹脂を使用することができる。たとえば、ポリエステル系樹脂、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸エステル共重合樹脂などのスチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレートなどのアクリル系樹脂、ポリエチレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂などが挙げられる。また、原料モノマー混合物に離型剤を混合し、重合反応を行って得られる樹脂を用いてもよい。結着樹脂は1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
着色剤としては、所望の色に応じて種々の着色剤を用いることができ、たとえば、イエロートナー用着色剤、マゼンタトナー用着色剤、シアントナー用着色剤、ブラックトナー用着色剤などが挙げられる。
離型剤は、トナーを記録媒体に定着させる際にトナーに離型性を付与するために添加される。したがって、離型剤を使用しない場合と比較して高温オフセット開始温度を高め、耐高温オフセット性を向上させることができる。またトナーを定着させる際の加熱によって離型剤を溶融させ、定着開始温度を低下させ、耐ホットオフセット性を向上させることができる。
電荷制御剤は、トナーの摩擦帯電性を制御することを目的として添加される。電荷制御剤としては、この分野で常用される負電荷制御用および正電荷制御用のものを使用できる。負電荷制御用の電荷制御剤としては、たとえば、オイルブラック、スピロンブラックなどの油溶性染料、含金属アゾ化合物、アゾ錯体染料、ナフテン酸金属塩、サリチル酸およびその誘導体の金属錯体および金属塩(金属はクロム、亜鉛、ジルコニウムなど)、ホウ素化合物、脂肪酸石鹸、長鎖アルキルカルボン酸塩、樹脂酸石鹸などが挙げられる。この中でもホウ素化合物は重金属を含まないものとして特に好ましい。
トナー粒子の製造方法は特に制限されず、公知の製造方法により製造することができ、たとえば、溶融混練粉砕法によって製造できる。溶融混練粉砕法は、たとえば混合工程、溶融混練工程、粉砕工程および分級工程を含む。溶融混練粉砕法によれば、混合工程では、結着樹脂、着色剤、離型剤、電荷制御剤、その他の添加材などのそれぞれ所定量を乾式混合し混合物を得る。溶融混練工程では、混合物を溶融混練し、得られる溶融混練物を冷却して固化させ固化物を得る。粉砕工程では、固化物を機械的に粉砕する。分級工程では、粉砕工程にて得られた粉砕物から、分級機で過粉砕トナー粒子および粗大トナー粒子を除去する。これらの工程を経ることで、トナー粒子を作製できる。
このようにして得られたトナー粒子には、粉体流動性向上、摩擦帯電性向上、耐熱性向上、長期保存性改善、クリーニング特性改善および感光体表面磨耗特性制御などの機能を担う外添剤が外添される。外添剤としては、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、酸化ケイ素、酸化チタン、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、チタン酸バリウムなどが挙げられる。これらの無機微粉末は、疎水化、帯電性コントロールなどの目的でシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、シリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シランカップリング剤、官能基を有するシランカップリング剤、その他の有機ケイ素化合物などの処理剤で処理されていることが好ましく、1種を単独で使用でき、または2種以上を併用できる。
Microscope)もしくは透過型電子顕微鏡(TEM;Transmission Electron Microscope)により得られる写真画像を画像解析することにより直接求めることが好ましい。
本発明のキャリアの製造方法で製造されたキャリアを含む本発明の2成分現像剤において、キャリアは樹脂被覆層中には電荷制御剤が含むことが好ましい。樹脂被覆層中に電荷制御剤のような電荷発生材料を含むことによって、樹脂被覆層内部からトナーに電荷が供給されるので、長期間にわたって安定してトナーを帯電させることのできる2成分現像剤が得られる。このような2成分現像剤を用いることによって、長期間にわたって高画質な画像をより安定して形成することができる。電荷制御剤は、トナーに含有される電荷制御剤と同極性のものであることがより好ましく、同一の材料であることがさらに好ましい。同一の材料であると長期間の使用による帯電性の劣化が少ない。
樹脂被覆層中に含ませる正電荷制御用の電荷制御剤としては、たとえば、ニグロシン染料、塩基性染料、四級アンモニウム塩、四級ホスホニウム塩、アミノピリン、ピリミジン化合物、多核ポリアミノ化合物、アミノシラン、ニグロシン染料およびその誘導体、トリフェニルメタン誘導体、グアニジン塩、アミジン塩などが挙げられる。負電荷制御用の電荷制御剤としては、オイルブラック、スピロンブラックなどの油溶性染料、含金属アゾ化合物、アゾ錯体染料、ナフテン酸金属塩、サリチル酸およびその誘導体の金属錯体および金属塩(金属はクロム、亜鉛、ジルコニウムなど)、ホウ素化合物、脂肪酸石鹸、長鎖アルキルカルボン酸塩、樹脂酸石鹸などが挙げられる。この中でもホウ素化合物は重金属を含まないものとして特に好ましい。電荷制御剤は1種を単独で使用してもよいし、必要に応じて2種以上を併用してもよい。電荷制御剤の使用量は、トナーに充分な電荷を付与でき、かつ樹脂被覆層の機械的強度などを著しく低下させることがない範囲から適宜選択されるが、好ましくは樹脂被覆層に含まれる樹脂100重量部に対して0.1〜20重量部である。
樹脂被覆層中には電荷制御剤の他に導電性粒子を含んでいてもよい。樹脂被覆層に導電性粒子が含まれることによって、トナーの初期帯電量が不所望に大きくなることを防ぐことができるので、長期間にわたってトナーを安定して帯電させることができる。
トナーとキャリアとの混合割合は特に制限されないが、A4サイズの画像で1分間に40枚以上印刷可能な高速画像形成装置に用いることを考慮すると、トナーの体積平均粒子径に対するキャリアの体積平均粒子径の比率が5以上であり、カバレッジθ2が50〜75%程度のものを用いることが好ましい。これによって、トナーの帯電性が充分良好な状態で安定的に維持され、高速画像形成装置においても高画質画像を安定的に、かつ長期的に形成できる好適な現像剤として使用できる。なお、カバレッジθ2とはキャリアの総表面積(全キャリアの表面積の総和)に対するトナーの総投影面積(全トナー粒子の投影面積の総和)の割合((トナーの総投影面積/キャリアの総表面積)×100)である。
本発明の第4の実施形態である現像装置20は、本発明の2成分現像剤を用いて、像担持体に形成される静電潜像を現像して可視像を形成する。図7は、本実施形態の現像装置20の構成を示す概略図である。本発明の現像剤は、長期の使用においてトナー帯電量を安定化させることができるので、本発明の現像剤を用いることによって、長期間にわたって像担持体に高画質なトナー像を安定して形成する現像装置を実現することができる。
本発明の画像形成装置21は、上記現像装置20を備える。現像装置20以外の他の構成は、公知の電子写真方式の画像形成装置の構成を用いることができる。図8は、本発明の第5の実施形態である画像形成装置21の構成を示す概略図である。画像形成装置21は、可視像形成ユニット31と、定着手段28と、クリーニング手段29,30とを含む。可視像形成ユニット31の部材は、カラー画像情報に含まれるブラック(k)、シアン(c)、マゼンタ(m)およびイエロー(y)の各色の画像情報に対応するために、それぞれ4つずつ設けられる。ここでは、各色に応じて4つずつ設けられる各部材は、各色を表すアルファベットを参照符号の末尾に付して区別し、総称する場合は参照符号のみで表す。可視像形成ユニット31は、像担持体15と、帯電手段22と、露光手段23と、現像装置20と、転写手段24,26とを含む。
<樹脂被覆層の厚さ>
キャリア芯材表面の樹脂被覆層の厚さは、キャリアを乳鉢にて破砕後、走査型電子顕微鏡(製品名:VE−9800、株式会社キーエンス製)を用いて、加速電圧5KV、倍率10,000倍にてその破砕したキャリアの断面を観察し、樹脂被覆層の任意の10点の厚さの平均値を算出することによって求めた。
トリトンX−100(非イオン性界面活性剤(化学式:C34H62O11))の0.1%純水溶液10mL中に測定試料であるキャリア芯材を約1〜5mg添加し、超音波分散機にて1分間分散させた。この分散液のうち約2〜5mLを、マイクロトラックMT3000(日機装株式会社)の所定箇所に加えた後、1分間撹拌し、散乱光強度が安定したことを確認してからキャリア芯材の体積平均粒径を測定した。
(樹脂粒子付着工程S1)
キャリア芯材として、平均粒径が40μmの球状フェライト粒子を用いた。キャリア芯材表面を被覆する樹脂材料としては、平均粒子径が0.4μmのスチレン・アクリル共重合体からなる樹脂粒子(総研化学社製)を用いた。キャリア芯材100重量部に対して樹脂粒子3重量部を計量した後に、図2に示すような撹拌混合装置のスパルタンリューザー(株式会社ダルトン社製)へキャリア芯材と樹脂粒子とを合わせて4kg投入した。スパルタンリューザーの高速側ローターの回転数を2500rpm、低速側ローターの回転数を15rpmとして10分間回転駆動させ、投入した材料同士の凝集を解砕するとともに、両材料を均一に混合した。
樹脂粒子付着工程S1で得られた樹脂粒子付着キャリアを過熱水蒸気雰囲気中で加熱溶融させることでキャリア芯材表面に樹脂被覆層を形成し、実施例1のキャリアを得た。
スパルタンリューザーの代わりに、図6に示すキャリア樹脂被覆層形成装置を用いたこと以外は実施例1と同様にして実施例2のキャリアを得た。
過熱水蒸気の温度を200℃から150℃に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例3のキャリアを得た。
過熱水蒸気の温度を200℃から250℃に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例4のキャリアを得た。
過熱水蒸気の温度を200℃から300℃に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例5のキャリアを得た。
過熱水蒸気の温度を200℃から125℃に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例6のキャリアを得た。
過熱水蒸気の温度を200℃から325℃に変更したこと以外は実施例1と同様にして、実施例7のキャリアを得た。
キャリア芯材表面を被覆する樹脂材料として、基材となるスチレン・アクリル共重合体からなる樹脂粒子中に電荷制御剤を含有させたものを用いたこと以外は実施例2と同様にして、実施例8のキャリアを得た。
実施例8で用いた電荷制御剤の代わりにLR−147(日本カーリット株式会社製)を用いたこと以外は実施例8と同様にして、実施例9のキャリアを得た。
樹脂被覆層形成工程S2において、過熱水蒸気の代わりに200℃まで加熱した乾燥空気を用いたこと以外は実施例1と同様にして比較例1のキャリアを得た。
実施例1〜9および比較例1で得られたキャリアに対してトナーの被覆率が62.5%となるようにトナーとキャリアとをPE(ポリエチレン)製のボトル(容量:500cc)に入れ、ロールミルにて1時間混合した後、1日放置することによって2成分現像剤を製造した。
トナーとしては下記のようにして製造したものを用いた。
まず、下記(ア)〜(エ)に示す各材料をヘンシェルミキサにて前混合した後、二軸押出混練機にて溶融混練した。この混練物をカッテングミルで粗粉砕した後、ジェットミルにて微粉砕し、気流式分級機で分級することによって平均粒径が6.5μmのトナー母体粒子を作製した。
(ア)結着樹脂…ポリエステル樹脂(酸価:21mgKOH/g、芳香族系アルコール成分:PO−BPAおよびEP−BPA、酸成分:フマル酸と無水メリット酸)
87.5重量%
(イ)顔料…ナフトール 5重量%
(ウ)ワックス…無極性パラフィンワックス(DSCピーク78℃, Mw8.32×102) 6重量%
(エ)電荷制御剤…商品名:LR−147(日本カーリット株式会社製)
1.5重量%
」であり、化学式はC28H20BKO6で表される。上記無極性パラフィンワックスMwは周知のとおり重量平均分子量を示す。
上記のようにして作製した2成分現像剤を用い、実施例および比較例のキャリアの帯電安定性および流動安定性を以下の方法によって評価した。また、実施例および比較例のキャリアの樹脂被覆層の被覆状態を以下のようにキャリアの抵抗値を測定することによって評価した。
帯電安定性は、トナーの初期状態における目標設定帯電量(30μC/g)と実施例および比較例のトナーの初期の帯電量との差、および出力画像を50K枚印刷した後における初期のトナー帯電量からの帯電量変動率を用いて、経時劣化の影響を求めることで評価した。複写機(商品名:MX−4500N、シャープ株式会社製)から取り出した図7に示すような現像ユニットに配設されている現像スリーブ表面の2成分現像剤を採取し、吸引式帯電量測定装置(TREK社:210H−2A Q/M Meter)を用いて帯電量を測定した。
◎:初期のトナー帯電量が30μC/g±10%以内であり、かつ経時におけるトナー帯電量変動率が±15%以下である。
○:初期のトナー帯電量が30μC/g±15%以内であり、かつ経時におけるトナー帯電量変動率が±20%以内である。
△:初期のトナー帯電量が30μC/g±15%以内であり、かつ経時におけるトナー帯電量変動率が±20%を超えて±25%以下である。
×:初期のトナー帯電量が30μC/g±15%を超える、または経時におけるトナー帯電量変動率が±25%を超える。
抵抗値安定性は、50K枚印字後(経時)における実施例および比較例のキャリアの電気抵抗値(体積抵抗値)で評価した。実施例および比較例のキャリアの電気抵抗値は、常温・常湿環境下において、ブリッジ抵抗測定治具(対向する電極間の距離1mm、測定電極エリア面積が40×16mm2)を用いて測定した。
◎:非常に良好。目標抵抗値を満足し、経時において抵抗値変化が±10%以下である。
○:良好。目標抵抗値を満足し、経時において抵抗値変化が+10%を超え、+20%以下である。
△:可。目標抵抗値を満足し、経時において抵抗値変化が−10%を超え、−25%以下である。
×:不可。抵抗値変化が+20%を超える、または抵抗値変化が−25%を超える。
実施例および比較例のキャリア100gを呼び寸法74μmのメッシュにそれぞれ投入した。該メッシュに対して超音波加振を3分間施し、該メッシュに残ったキャリアの残量とキャリアの投入量との質量比率を用いてキャリアの凝集度を評価した。
◎:非常に良好。凝集度が5%未満である。
○:良好。凝集度が5%以上10%未満である。
△:可。凝集度が10%以上20%未満である。
×:不可。凝集度が20%以上である。
11 過熱水蒸気噴射ノズル
20 水蒸気発生装置
30 過熱水蒸気発生装置
60 冷却室
70 キャリア捕集装置
50 キャリアホッパ
107 樹脂被覆層形成装置
Claims (9)
- キャリア芯材表面に樹脂被覆層が形成されたキャリアの製造方法であって、
キャリア芯材表面に樹脂粒子を機械的に付着させて樹脂粒子付着キャリアを得る樹脂粒子付着工程と、
樹脂粒子付着キャリアを過熱水蒸気雰囲気中で加熱処理して、キャリア芯材表面に樹脂被覆層を形成する樹脂被覆層形成工程とを含むことを特徴とするキャリアの製造方法。 - 樹脂被覆層形成工程で、過熱水蒸気中に樹脂粒子が付着したキャリア芯材を投入することを特徴とする請求項1に記載のキャリアの製造方法。
- 過熱水蒸気雰囲気中の温度が150℃以上300℃以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のキャリアの製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか1つに記載のキャリアの製造方法によって製造されることを特徴とするキャリア。
- 請求項4に記載のキャリアと、トナーとを含むことを特徴とする2成分現像剤。
- キャリアが、樹脂被覆層中に電荷制御剤を含むことを特徴とする請求項5に記載の2成分現像剤。
- トナーに含まれる電荷制御剤と樹脂被覆層中に含まれる電荷制御剤とが同一の材料であることを特徴とする請求項6に記載の2成分現像剤。
- 請求項5〜7のいずれか1つに記載の2成分現像剤を用いて、像担持体に形成される静電潜像を現像して可視像を形成することを特徴とする現像装置。
- 静電潜像が形成される像担持体と、
像担持体に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
請求項8に記載の現像装置とを備えることを特徴とする画像形成装置。
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