JP2010224461A - 静電荷像現像用トナー、静電荷像現像用現像剤、静電荷像現像用現像剤カートリッジ、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置 - Google Patents

静電荷像現像用トナー、静電荷像現像用現像剤、静電荷像現像用現像剤カートリッジ、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】外添剤としてシリカ粒子と特定の被覆層を持つ無機粒子とを併用しない場合に比べ、画像形成装置で使用した際に、クリーニングブレードの振動に起因する異音(ブレード鳴き)の発生を抑制する静電荷像現像用トナーを提供すること。
【解決手段】トナー粒子と、シリカ粒子と、フッ素及び窒素を含む有機材料を含有する被覆層を表面に有し、X線光電子分光法により、Arエッチングしながら測定した窒素原子に対するフッ素原子の含有量の比率が、Arエッチング時間が0秒以上90秒以下の範囲内において1.9以上19以下である無機粒子と、を含んで構成される静電荷像現像用トナー。
【選択図】なし

Description

本発明は、静電荷像現像用トナー、静電荷像現像用現像剤、静電荷像現像用現像剤カートリッジ、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置に関するものである。
電子写真法を利用した画像の形成は、感光体表面を帯電、露光、現像してトナー像を形成し、続いてこのトナー像を記録媒体表面に転写し更に定着することにより行われる。そして、トナー像を記録媒体表面に転写した後、感光体は、クリーニングされる。この感光体のクリーニングの方式としては、クリーニングブレード方式があり、当該方式は感光体上に付着したトナーや放電生成物などをブレードでかき取る方式である(例えば特許文献1乃至2)。
このクリーニングブレード方式における「ブレード鳴き」と呼ばれる異音の発生を抑制する目的で、特許文献3では、感光体停止前の駆動モータ減速時にブレード圧を下げるようにした手法が提案されている。
また、同目的で、特許文献4では、感光体の最表面層に四フッ化エチレンなどの潤滑性粒子を含有させる手法が提案されている。
また、同目的で、特許文献5では、トナーバンドを形成する手法が提案されている。
特開2006−91365公報 特開2007−304371公報 特開平10−288932号公報 特開昭63−56658号公報 特開2001−125458号公報
本発明の課題は、外添剤としてシリカ粒子と特定の被覆層を持つ無機粒子とを併用しない場合に比べ、画像形成装置で使用した際に、クリーニングブレードの振動に起因する異音(ブレード鳴き)の発生を抑制する静電荷像現像用トナーを提供することである。
上記課題は以下の本発明により達成される。すなわち、
請求項1に係る発明は、
トナー粒子と、
シリカ粒子と、
フッ素及び窒素を含む有機材料を含有する被覆層を表面に有し、X線光電子分光法により、Arエッチングしながら測定した窒素原子に対するフッ素原子の含有量の比率が、Arエッチング時間が0秒以上90秒以下の範囲内において1.9以上19以下である無機粒子と、
を含んで構成される静電荷像現像用トナー。
請求項2に係る発明は、
請求項1に記載の静電荷像現像用トナーを含むことを特徴とする静電荷像現像用現像剤。
請求項3に係る発明は、
画像形成装置に脱着され、少なくとも、前記画像形成装置内に設けられた現像手段に供給するための静電荷像現像用現像剤を収納し、
前記静電荷像現像用現像剤が、請求項2に記載の静電荷像現像用現像剤である静電荷像現像用現像剤カートリッジ。
請求項4に係る発明は、
像保持体と、
請求項2に記載の静電荷像現像用現像剤を収納すると共に、像保持体表面上に形成された静電潜像を前記静電荷像現像用現像剤によりトナー像に現像する現像手段と、
像保持体表面上に残存したトナーをクリーニングブレードにより除去するトナー除去手段と、
を少なくとも備え、
画像形成装置に脱着されるプロセスカートリッジ。
請求項5に係る発明は、
像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電させる帯電手段と、
前記像保持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
前記像保持体表面上に形成された前記静電潜像を前記静電荷像現像用現像剤によりトナー像に現像する現像手段と、
前記像保持体の表面に形成された前記トナー像を記録媒体表面に転写する転写手段と、
前記記録媒体に転写された前記トナー像を定着する定着手段と、
像保持体表面上に残存したトナーをクリーニングブレードにより除去するトナー除去手段と、
を少なくとも備え、
前記静電荷像現像用現像剤が、請求項2に記載の静電荷像現像用現像剤である画像形成装置。
請求項1に記載の発明によれば、外添剤としてシリカ粒子と特定の被覆層を持つ無機粒子とを併用しない場合に比べ、画像形成装置で使用した際に、クリーニングブレードの振動に起因する異音(ブレード鳴き)の発生が抑制される。
請求項2に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べ、画像形成装置で使用した際に、クリーニングブレードの振動に起因する異音(ブレード鳴き)の発生が抑制される。
請求項3に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べ、画像形成装置で使用した際に、クリーニングブレードの振動に起因する異音(ブレード鳴き)の発生が抑制される。
請求項4に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べ、画像形成装置で使用した際に、クリーニングブレードの振動に起因する異音(ブレード鳴き)の発生が抑制される。
請求項5に係る発明によれば、本構成を有さない場合に比べ、クリーニングブレードの振動に起因する異音(ブレード鳴き)の発生が抑制される。
本実施形態に係る画像形成装置の一例について示す概略構成図である。 本実施形態に係るプロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である
以下、本発明の実施形態について説明する。
(静電荷像現像用トナー)
本実施形態に係る静電荷像現像用トナー(以下、トナーと称する)は、トナー粒子と、外添剤と、を含んで構成される。外添剤としては、シリカ粒子と、FN処理外添剤と、を併用する。そして、FN処理外添剤は、フッ素及び窒素を含む有機材料を含有する被覆層を表面に有し、X線光電子分光法により、Arエッチングしながら測定した窒素原子に対するフッ素原子の含有量の比率が、Arエッチング時間が0秒以上90秒以下の範囲内において1.9以上19以下である無機粒子を適用する。
ここで、クリーニングブレード方式の画像形成装置おいては、像保持体(感光体)上の付着物や使用環境によって像保持体とブレードの間に粘着力が働き、像保持体(感光体)とブレードの先端の接触面の摩擦抵抗が大きくなり、像保持体(感光体)の回転と共にブレードが大きく振幅するようになり、更には、所謂「ブレード鳴き」と称される異音が発生する不具合が生じることがある。特に、高湿環境下では、像保持体上に残留したトナーや放電生成物は水分を帯び、像保持体への粘着力が増す(像保持体表面の摩擦係数を高くする)と考えられる。また、クリーニングブレードはブレード自体が粘性支配になるため、振幅が大きくなりやすくなると考えられる。また、像保持体の停止直前には、像保持体の駆動は更に遅くなり、像保持体に対してブレードが相対的にゆっくり動くことになり、像保持体とブレードの間の粘着力は更に強くなると考えられる。このため、特に、「ブレード鳴き」と称される異音が発生する不具合は、高湿環境下で像保持体(感光体)の停止直前の低速駆動時に発生しやすい。
そこで、本実施形態に係るトナーでは、上記構成とすることで、クリーニングブレードの振動に起因する異音(ブレード鳴き)の発生を抑制する。この理由は定かではないが、以下のように推測される。
FN処理外添剤には、フッ素と窒素とを含む有機材料を含有する被覆層を有することから、F基とN基が被覆層(その表面・内部共に)に存在(即ち無機粒子最表面にN基(+)/F(−)基が分散)していて、F基のファンデルワールス半径が大きいため無機粒子の最表面は若干(−)帯電を帯びている。しかし、N基は水素結合形成するため、水分が多いとき(通常の環境下)にはN基と水を介した水素結合を形成しやすく(水素結合の影響が強く)、水分が少ないときにはF(−)基の影響が強くなると考えられる。
このため、通常の環境下においては、トナーに含まれるシリカ粒子とFN処理外添剤とがクリーニングブレードによりクリーニングされると、ブレードの圧接部では水を介したネットワークを形成した滞留物として、シリカ粒子とFN処理外添剤とが存在すると考えられる。つまり、シリカ粒子が持つOH基と、FN処理外添剤が持つN基とが、水素結合により水(HO)を介してネットワークを形成して存在すると考えられる。
そして、像保持体とブレード先端の接触面との摩擦抵抗が高くなり、クリーニングブレードが振幅を始める時には、ブレードの圧接部では局所的に強い摺擦ストレスがかかり、強い摺擦熱が発生する。ブレードの圧接部の摺擦熱(摺擦ストレス)の影響でブレードの圧接部の滞留物中の水分が除去されると、水を介したネットワークはなくなり、またFN処理外添剤のファンデルワールス半径の大きいF(−)基とシリカ粒子の表面((−)帯電)とに斥力が働き、シリカ粒子とFN処理外添剤との凝集がほぐれ易くなる。そのため、像保持体とクリーニングブレードとの間の粘着力は小さくなり、かつ摩擦抵抗も小さくなるため、クリーニングブレードの振幅が大きくなることが抑制され、ブレード鳴きが抑制されると考えられる。
また、FN処理外添剤では、被覆層の膜厚方向に対するF/N比が一定の範囲に保たれているため、被覆層の最表面に位置するフッ素原子を含む基や窒素原子を含む基が分解・除去等されても、被覆層の膜厚方向に対して同じ膜構造が維持される。それゆえ、ブレードの圧接部では局所的に強い摺擦ストレスを受けても、FN処理外添剤の被覆層の破壊や剥離が抑制され、上記如くブレード鳴きが抑制されると考えられる。
以上説明したように、本実施形態に係るトナーでは、像保持体とクリーニングブレードとの間の粘着力が大きくなるとブレードの圧接部に強い摺擦ストレスがかかるようになり、ブレードが大きく振幅し始め、「ブレード鳴き」が発生することに着目し、水素結合の寄与でブレードの圧接部に滞留物としてFN処理外添剤及びシリカ粒子を存在させ、ブレードの圧接部に強い摺擦ストレスがかかった(摺擦熱が発生した)ときに滞留物がばらけることで、像保持体とクリーニングブレードとの間の粘着力を小さくし、像保持体とクリーニングブレードとの間の摩擦抵抗を小さくすることで、クリーニングブレードの振幅拡大を抑制し、ブレード鳴きの発生を抑制する。
以下、本実施形態に係るトナーの各構成ついて説明する。
まず、FN処理外添剤について説明する。
FN処理外添剤は、無機粒子(基材粒子)と、該無機粒子表面を被覆し、フッ素と窒素とを含む有機材料を含有する被覆層とを有し、X線光電子分光法により、Arエッチングしながら測定した窒素原子に対するフッ素原子の含有量の比率が、Arエッチング時間が0秒以上90秒以下の範囲内において1.9以上19以下の範囲であり、望ましくは3.5以上15以下の範囲である。
ここで、X線光電子分光法測定に際して、Arエッチングを行うのは、被覆層の膜厚方向に対する窒素原子の存在状態を確認するためである。
ここで、X線光電子分光法による測定はX線光電子分光装置(日本電子株式会社製JPS−9000MX)を用い、測定強度10.0kV・Emission電流20mA・X線源MgKa条件、Arガス3×10−2Pa・加速電圧400V・6mA以上7mA以下条件で実施した。FN処理外添剤は、Arエッチング時間が0秒以上90秒以下の範囲内ではいずれの時間においての窒素含有量は規定の範囲内を示す。
FN処理外添剤は、被覆層を構成する有機材料が一定比率でフッ素と窒素とを含み、0秒以上90秒以下の範囲でのArエッチング時間に対する(すなわち、被覆層の膜厚方向における)窒素原子に対するフッ素原子の含有量(原子%)の比率(以下、「F/N比」と称す場合がある)が上記範囲内に維持されるため、被覆層内にフッ素原子と窒素原子とを一定の割合で存在している。
FN処理外添剤では、被覆層中に窒素原子及びフッ素が一定の割合で存在されており、窒素原子は+帯電を帯び、フッ素原子は−帯電を帯びるため、ミクロには被覆層(表面・内部)に+・−帯電が均一に分散する構造になっているが、マクロ的には+・−帯電は相殺されている(帯電を帯びていない)。ミクロ的には、転写電界を受けて、フッ素原子は+電界側に引っ張られ(−電界に対して反発し)、窒素原子は+電界に対して反発している(−電界側に引っ張られる)が、F/N比が上記範囲の場合には、+/−帯電は相殺されている。
そして、被覆層の膜厚方向に対してF/N比が上記範囲外の領域が存在する場合、シリカ粒子とFN処理外添剤との滞留物の水分が除去されて静電特性が支配になったときに、FN処理外添剤の(−)帯電又は(+)帯電が強くなり、むしろFN処理外添剤同士の静電凝集体やシリカ粒子とFN処理外添剤との静電凝集体ができ易くなると考えられ、ブレード鳴きが抑制されなくなる。また、被覆層の最表面に位置するフッ素原子を含む基や窒素原子を含む基が分解・除去等されても、被覆層の膜厚方向に対して同じ膜構造が維持される効果が小さくなり、摺擦ストレスに対する膜構造維持性も低下すると考えられる。
FN処理外添剤は、Arエッチング時間が90秒においてもF/N比が上記範囲に維持されるため、被覆層の膜厚は、従来の無機粒子の表面に被覆層が形成された外添剤と比べて厚い。この理由は、有機材料(典型的な材料としては、シリコーンオイル等)を用いて、従来の外添剤を作製する場合と同様に無機粒子の表面に被覆層を形成してもArエッチング時間が90秒に達すると、有機材料に起因する元素が検出されないからである(すなわち、被覆層を貫通して無機粒子をエッチングしている)。
なお、被覆層中のF/N比が上記範囲内を維持するArエッチング時間の最大値が90秒未満では、被覆層の膜厚が薄くなるため、長期に渡る画像形成では、被覆層が剥がれて無機粒子の表面が露出してしまう。
被覆層中のF/N比が上記範囲内を維持するArエッチング時間の最大値は110秒以上であることが望ましく、120秒以上であることが望ましい。また、被覆層と無機粒子との界面までF/N比が上記範囲内を維持していることが望ましい。
なお、0秒以上90秒以下の範囲でのArエッチング時間に対する窒素原子の含有量(すなわち、被覆層の膜厚方向における)は0.4原子%以上2.9原子%以下の範囲内であることが望ましく、0.8原子%以上2.0原子%以下の範囲内であることがより望ましい。
被覆層の膜厚方向に対して窒素原子の含有量が0.4原子%未満の領域が存在する場合、被覆層中の窒素原子の存在量が少なすぎるために、フッ素原子と窒素原子の比率が一定範囲内であっても、外添剤表面の被覆面積が低いため、未被覆部分によって外添剤の凝集が発生しやすくなる場合がある。また、被覆層の膜厚方向に対して窒素原子の含有量が2.9原子%を超える領域が存在する場合は、被覆層中で、窒素原子の占める割合が大きいため、フッ素原子と窒素原子のファンデルワールス半径差に起因する、ファンデルワールス半径の大きいF(−)基とシリカ粒子の表面((−)帯電)との斥力が働かず、むしろシリカ粒子とN基(+)との間に親和力が働き、FN処理外添剤との静電凝集体ができ易くなると考えられ、ブレード鳴きが抑制され難くなる場合がある。
また、0秒以上90秒以下の範囲でのArエッチング時間に対するフッ素原子の含有量は2.0原子%以上12.0原子%以下の範囲内であることが望ましく、2.5原子%以上8.0原子%以下の範囲内であることがより望ましい。
被覆層の膜厚方向に対してフッ素原子の含有量が2.0原子%未満の領域が存在する場合、被覆層中のフッ素原子の存在量が少なすぎるために、フッ素原子と窒素原子のファンデルワールス半径差に起因する、ファンデルワールス半径の大きいF(-)基とシリカ粒子の表面((−)帯電)との斥力が働かない場合がある。また、被覆層の膜厚方向に対してフッ素原子の含有量が12.0原子%を超える領域が存在する場合は、被覆層中で、フッ素原子の占める割合が大きいため、通常の状態でもF(-)基とシリカ粒子の表面((−)帯電)とに斥力が働き、ブレードの圧接部にシリカ粒子とFN処理外添剤が不均一に存在するため、ブレードの圧接部に局所的に強い摺擦ストレスがかかった時に、外添剤凝集のほぐれが発生しにくく、ブレード鳴きが抑制され難くなる場合がある。また、フッ素原子と窒素原子のファンデルワールス半径差による実表面積増大効果が小さくなり、被覆層の摺擦ストレス耐性も低下する場合がある。
FN処理外添剤の個数平均粒径は0.005μm以上0.15μm以下の範囲内であることが望ましく、0.01μm以上0.04μm以下の範囲内であることが望ましい。個数平均粒径が0.005μm未満の場合は、クリーニング性等、粒径を大きくすることで確保される機能が得られなくなる場合がある。また、個数平均粒径が0.15μmを超えると、ブレードの圧接部をすり抜ける場合があり、ブレードの圧接部にシリカ粒子と凝集を形成しにくい。トナー表面から遊離しやすく、クリーニング部に過剰に供給され易くなる場合がある。
ここで、個数平均粒径の測定方法は次の通りである。他も同様である。粒子をエタノールにより希釈し、それを透過型電子顕微鏡(TEM:JEM−1010型、日本電子データム株式会社製)用カーボングリッド上で乾燥しTEM観察(50000倍)を行い、その画像をプリントして1次粒子をサンプルとして任意に100サンプルを抽出し、その画像面積に相当する円形粒子の粒径(長径と短径の平均値:円と近似して求めた)を粒子の個数平均粒径とした。
トナーに外添された状態の粒子は、その状態を走査型電子顕微鏡(SEM:S−4700型、日立株式会社製)で観察(50000倍)を100視野行い、各外添剤(複合外添されている場合には、電子顕微鏡S4100に取り付けたエネルギー分散型X線分析装置EMAX model6923H(HORIBA社製)を用いて加速電圧20kVでマッピングし、粒子種を判別した外添剤の画像面積に相当する円形粒子の粒径(長径と短径の平均値:円と近似して求めた)を1000箇所測定し、その平均値を外添剤の個数平均粒径とした。
次に、FN処理外添剤を構成する窒素とフッ素とを含む有機材料や無機粒子(基材粒子)、また、被覆層の形成方法についてより詳細に説明する。
−窒素とフッ素とを含む有機材料−
窒素とフッ素とを含む有機材料(以下、「被覆材料」と称す場合がある)とは、(a)分子内に窒素及びフッ素を含む有機材料のみならず、(b)分子内に窒素を含む有機材料と(c)分子内にフッ素を含む有機材料とを組み合わせた材料を意味する。
ここで、分子内に窒素を含む有機材料としてはアミノ変性シリコーンオイル、アミノ変性シランカップリング剤、アミノ変性チタネート系カップリング剤、アミノ変性アルミネート系カップリング剤、アミノ変性脂肪酸、アミノ変性脂肪酸金属塩、そのエステル化物、ロジン酸などが例示される。例えば、具体的に、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルジメチルメトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリエトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルジメチルエトキシシラン、N−トリメトキシシリルプロピルジアミノビフェニル、N−トリメトキシシリルプロピルジアミノジフェニルメタン、(アミノエチルアミノメチル)フェネチルトリメトキシシラン、N−[2−(ビニルベンジルアミノ)エチル]−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N,N’−ビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]エチレンジアミン、N,N’−ビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]ジアミノプロパン、N,N’−ビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]ジアミノヘキサン、N−トリメトキシシリルプロピルジエチレントリアミン、N,N’−ビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]ジエチレントリアミン、N−2−アミノエチルアミノプロピルジメチルエトキシシラン、3−アミノプロピルジメチルメトキシシランなどが挙げられる。
さらに、分子内にフッ素を含む有機材料としては、フッ素変性シリコーンオイル、フッ素変性シランカップリング剤、フッ素変性チタネート系カップリング剤、フッ素変性アルミネート系カップリング剤、フッ素脂肪酸、フッ素変性脂肪酸金属塩、そのエステル化物、ロジン酸などが例示される。例えば、具体的には、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、フッ素化ヘキシルトリメトキシシラン、フッ素化オクチルトリメトキシシランなどが例示される。
また、分子内に窒素及びフッ素を含む有機材料として、フッ素アミノ変性シリコーンオイル、アミノ変性シランカップリング剤、アミノ変性チタネート系カップリング剤、アミノ変性アルミネート系カップリング剤、アミノ変性脂肪酸、アミノ変性脂肪酸金属塩、そのエステル化物、ロジン酸などが例示される。
−無機粒子(基材粒子)−
無機粒子(基材粒子)としては、外添剤として利用され得る無機粒子であれば公知のものが利用される。具体的には、カーボンブラック、シリカ粒子、酸化チタン粒子、アルミナ粒子、酸化亜鉛粒子、酸化セリウム粒子、チタン酸ストロンチウム粒子、炭酸カルシウム粒子、フッ素樹脂粒子、またこれら2種あるいは2種以上の複合酸化物等が挙げられる。
なお、これらの無機粒子(基材粒子)の製造方法は特に限定されないが、ゾルゲル法などの湿式法で作製されたものであることが望ましい。この場合、無機粒子表面に水酸基が存在するため、本来であれば機械的ストレスが加わると被覆層が剥離すると容易に凝集してしまうが、FN処理外添剤では、機械的ストレスが加わっても無機粒子表面に設けられた被覆層の摺擦ストレス耐性に優れるため、結果として凝集も抑制されるためである。
−被覆層の形成方法−
無機粒子表面への被覆層の形成に際しては、被覆層の摺擦ストレス耐性を向上し且つ強度の大きい被覆層を形成する必要がある。この観点からは、(1)無機粒子表面と、被覆材料との反応性を向上させること、(2)無機粒子表面に化学的に固着している被覆材料の量や、無機粒子表面上に物理的に吸着している被覆材料の量をより大きくすること、(3)被覆層中のフッ素原子と窒素原子の存在比率を一定に保つことが重要となる。
(1)無機粒子表面と、被覆材料との反応性を向上させるには、例えば、無機粒子表面をプラズマ処理して、被覆材料との反応サイト(すなわち水酸基)を増やす方法が挙げられる。また、プラズマ処理を利用すれば、無機粒子表面に付着した不純物も除去されるため、無機粒子表面と被覆層との密着性もより向上させる。これに加えて、本来であれば表面に反応サイトが少ない乾式法で作製された無機粒子を利用しても、無機粒子表面と被覆層との密着性が向上される。したがって、被覆層膜厚が厚くなる。
(2)無機粒子表面に化学的に固着している被覆材料の量をより多くするためには、例えば、被覆材料同士の凝集を抑え被覆材料と無機粒子表面との反応性の高い条件で用いることが有効である。具体的には、被覆材料中のアルコキシ基などの反応基数を減らすこと、低濃度の被覆材料を反応の際に使用すること、低分子量溶媒を反応の際に使用すること、酸性条件下で反応を行うこと、が挙げられる。また、無機粒子表面上に物理的に吸着している被覆材料の量をより大きくするためには、例えば、被覆材料として、分子鎖が長く及び/又は分岐構造を有するアミノ変性シリコーンオイルやアミノ変性シランカップリング剤やアミノ樹脂を用いること、被覆材料中のアルコキシ基などの反応基数を増やすこと、高濃度の被覆材料を反応の際に使用すること、高分子量溶媒を反応の際に用いること、アルカリ性条件で反応を行うこと、が挙げられる。これにより被覆材料分子間の物理的な絡み合いが促進されやすくなるためである。
(3)被覆層中のフッ素原子と窒素原子の存在比率を一定に保つためには、被覆層中での被覆材料分子の配向をランダム化させることが挙げられる。例えば、具体的には、2種以上の被覆材料を用いる場合には、2段階で反応させ、第一段階に用いる被覆材料が長鎖であることが構造制御上望ましい。また、第二段階に用いる被覆材料が短鎖であることが望ましい。
FN処理外添剤の外添量は、トナー粒子100質量部に対して0.1質量部以上5.0質量部以下であることが望ましく、より望ましくは0.3質量部以上2.0質量部以下である。
次に、シリカ粒子について説明する。
シリカ粒子としては、少なくとも表面にSiOを含めばよく、シリカ粒子(シリカ単体粒子、シリカ複合酸化物粒子(例えば、SiOとTiO、Al2O等との混晶粒子、TiO、Al等の粒子にSiOを被覆した粒子等)が挙げられる。
シリカ粒子は、気相法シリカ粒子、湿式シリカ粒子のいずれでもよいが、湿式シリカ粒子であることがよい。この湿式シリカ粒子は、表面OH基を多く有するため、本体単独で用いると、ブレード鳴きが発生しやすいが、本実施形態ではこれが抑制される。なお、湿式シリカ粒子は、沈降法シリカ粒子、ゲル法シリカ粒子、ゾル法シリカ粒子等が挙げられる。
シリカ粒子は、疎水化処理を施されていてもよい。疎水化処理剤としては特に制限はないが、例えば、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、シリコーンオイル等が挙げられ、これらの中でもシリコーンオイル処理が好適である。これらは、一種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
シリカ粒子の個数平均粒径は、0.005μm以上0.15μm以下であることが望ましく、より望ましくは0.010μm以上0.04μm以下である。シリカ粒子の個数平均粒径が上記範囲であると、ブレード鳴きが発生しやすいが、本実施形態ではこれが抑制される。
シリカ粒子の外添量は、トナー粒子に対して0.1質量部以上3質量部以下であることが望ましく、より望ましくは0.2質量部以上2.0質量部以下である。
ここで、シリカ粒子と上記FN処理外添剤の粒径比(シリカ粒子個数平均粒径/FN処理外添剤個数平均粒径)がは、20/1以上1/20以下であることが望ましく、より望ましくは15/10以上10/15以下である。この粒径比が上記範囲であると、ブレードの圧接部でシリカ粒子とFN処理外添剤との滞留物の水分が減少したとき、当該粒子間の斥力が働きやすくなり、ブレード鳴きが抑制され易くなる。
次に、トナー粒子について説明する。
トナー粒子は、少なくとも結着樹脂と着色剤とを含む。但し、暗号情報の印刷用等のように不可視性(肉眼で着色が実質的に確認できない性質)が要求される場合は、着色剤は含まれなくてもよい。トナー粒子は、特に製造方法により限定されるものではなく、公知の方法を使用してもよい。
トナー粒子の製造は、例えば、結着樹脂と着色剤と、必要に応じて離型剤、帯電制御剤等を混練、粉砕、分級する混練粉砕法、混練粉砕法にて得られた粒子を機械的衝撃力又は熱エネルギーにて形状を変化させる方法、結着樹脂の重合性単量体を乳化重合させ、形成された分散液と、着色剤、離型剤、必要に応じて帯電制御剤等の分散液とを混合し、凝集、加熱融着させ、トナー粒子を得る乳化重合凝集法、結着樹脂を得るための重合性単量体と着色剤、離型剤、必要に応じて帯電制御剤等の溶液を水系溶媒に懸濁させて重合する懸濁重合法、結着樹脂と着色剤、離型剤、必要に応じて帯電制御剤等の溶液を水系溶媒に懸濁させて造粒する溶解懸濁法等が使用される。また上記方法で得られたトナー粒子をコアにして、さらに凝集粒子を付着、加熱融合してコアシェル構造をもたせる製造方法を行ってもよい。
−結着樹脂−
結着樹脂としては、スチレン、クロロスチレン等のスチレン類、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソプレン等のモノオレフィン類、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ドデシル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル類、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類等の単独重合体及び共重合体を例示することができ、特に代表的な結着樹脂としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸アルキル共重合体、スチレン−メタクリル酸アルキル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。さらに、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、変性ロジン、パラフィンワックス等が挙げられる。
−着色剤−
また、トナー粒子に用いられる着色剤としては、マグネタイト、フェライト等の磁性粉、カーボンブラック、アニリンブルー、カルイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、フタロシアニンブルー、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー17、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3等が代表的なものとして例示される。
−離型剤−
トナー粒子には、離型剤を添加してもよい。離型剤としては低分子ポリエチレン、低分子ポリプロピレン、フィッシャートロピィシュワックス、モンタンワックス、カルナバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス等が代表的なものとして例示される。
−その他の内添剤−
また、トナー粒子には、必要に応じて帯電制御剤が添加されてもよい。帯電制御剤としては、公知のものを使用してもよいが、例えば、アゾ系金属錯化合物、サリチル酸の金属錯化合物、極性基を含有するレジンタイプの帯電制御剤を用いられる。湿式製法でトナーを製造する場合、イオン強度の制御と廃水汚染の低減の点で水に溶解しにくい素材を使用するのが望ましい。
なお、本実施形態に係る静電荷像現像用トナーは、磁性材料を内包する磁性トナー及び磁性材料を含有しない非磁性トナーのいずれであってもよい。
−その他の外添剤−
本実施形態に係るトナーには、上記シリカ粒子とFN処理外添剤以外にも、必要に応じて従来公知の外添剤を組み合わせて利用してもよい。
これらその他の外添剤としては、例えば、帯電特性、粉体特性、転写特性、クリーニング特性を改善する目的で、無機粒子、帯電制御剤、潤滑剤、研磨剤、クリーニング助剤等の公知の無機粒子及び樹脂粒子の少なくとも一方からなる外添剤が挙げられる。
(静電荷像現像用現像剤)
本実施形態に係る静電荷像現像用現像剤(以下、「現像剤」と略す場合がある)は、本実施形態に係る静電荷像現像用トナーを少なくとも含む。本実施形態に係る静電荷像現像用トナーを単独で用いると一成分系の静電荷像現像用現像剤として調製され、また、キャリアと組み合わせて用いると二成分系の静電荷像現像用現像剤として調製される。
二成分系の静電荷像現像用現像剤に使用し得るキャリアとしては特に制限はないが、マトリックス樹脂中に導電材料が分散含有された樹脂被覆層を芯材表面に有するキャリアを用いてもよい。
マトリックス樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、オルガノシロキサン結合からなるストレートシリコーン樹脂又はその変性品、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリウレタン、ポリカーボネート、フェノール樹脂、アミノ樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、アミド樹脂、エポキシ樹脂等が例示される。が、これらに限定されるものではない。また、導電材料としては、金、銀、銅といった金属、また酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム、酸化スズ、カーボンブラック等が例示されるが、これらに限定されるものではない。
導電材料の含有量は、マトリックス樹脂100質量部に対し1質量部以上50質量部以下であることが望ましく、3質量部以上20質量部以下であることがより望ましい。
キャリヤの芯材としては、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性金属、フェライト、マグネタイト等の磁性酸化物、ガラスビーズ等が挙げられるが磁気ブラシ法を用い体積固有抵抗を調整するためには磁性材料であることが望ましい。
芯材の平均粒子径は、一般的には10μm以上500μm以下であり、望ましくは30μm以上100μm以下である。
キャリヤの芯材の表面に樹脂被覆層を形成する方法としては、キャリヤ芯材を、マトリックス樹脂、導電材料及び溶剤を含む被覆層形成用溶液中に浸漬する浸漬法、被覆層形成用溶液をキャリヤ芯材の表面に噴霧するスプレー法、キャリヤ芯材を流動エアーにより浮遊させた状態で被覆層形成用溶液を噴霧する流動床法、ニーダーコーター中でキャリヤ芯材と被覆層形成溶液を混合し、溶剤を除去するニーダーコーター法が挙げられる。
被覆層形成用溶液中に使用する溶剤は、該マトリックス樹脂を溶解するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類が使用される。
また、樹脂被覆層の平均膜厚は、通常0.1μm以上10μm以下であることがよいが、経時にわたり安定したキャリヤの体積固有抵抗を発現させるため0.5μm以上3μm以下の範囲であることが望ましい。
なお、トナーとキャリアとの混合比(質量比)としては、トナー:キャリア=1:100乃至30:100程度の範囲であり、3:100乃至20:100程度の範囲がより望ましい。
(画像形成装置)
本実施形態に係る画像形成装置は、本実施形態に係る現像剤を用いて、記録媒体上にトナー像の定着像を形成するものであれば特に限定されないが、像保持体と、像保持体の表面を帯電させる帯電手段と、像保持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、像保持体表面上に形成された静電潜像を前記静電荷像現像用現像剤によりトナー像に現像する現像手段と、像保持体の表面に形成された前記トナー像を記録媒体表面に転写する転写手段と、記録媒体に転写された前記トナー像を定着する定着手段と、像保持体表面上に残存したトナーをクリーニングブレードにより除去するトナー除去手段と、を備える画像形成装置が挙げられる。
本実施形態の画像形成装置における画像の形成は、像保持体として電子写真感光体を利用した場合、例えば、以下のように行う。まず、電子写真感光体の表面を、コロトロン帯電器、接触帯電器等により帯電した後、露光し、静電荷像を形成する。次いで、表面に現像剤層を形成させた現像ロールと接触若しくは近接させて、静電潜像にトナーを付着させ、電子写真感光体上にトナー像を形成する。形成されたトナー像は、コロトロン帯電器等を利用して紙等の記録媒体表面に転写される。さらに、記録媒体表面に転写されたトナー像は、定着器により定着され、記録媒体に画像が形成される。そして、感光体表面に残留したトナー、その他付着物をクリーニングブレードにより除去する。
電子写真感光体としては、一般に、アモルファスシリコン、セレンなど無機感光体、ポリシラン、フタロシアニンなどを電荷発生材料や電荷輸送材料として使用した有機感光体が用いられる。特に、電子写真感光体としては、耐摩耗性の観点から無機感光体であればアモルファスシリコン感光体、有機感光体であれば最表層にメラミン樹脂、フェノール樹脂又はシリコーン樹脂などの架橋構造を有する樹脂層を有した所謂オーバーコート層を有する感光体であることが望ましい。
また、定着器としては、加熱・加圧あるいは光により定着を行うものであればよく、本実施形態の電子写真用トナーを光定着用トナーとして用いる場合には、光定着器(フラッシュ定着器)が用いられるが、その他の場合には、熱ロール定着器、オーブン定着器等が望ましく用いられる。
熱ロール定着器としては、一般的に一対の定着ロールが対向して圧接された加熱ロール型定着装置が用いられる。一対の定着ロールとしては、加熱ロール及び加圧ロールが対向して設けられ、圧接して圧接部が形成されている。加熱ロールは、内部にヒーターランプを有する金属製の中空芯金コアに耐油耐熱性弾性体層(弾性層)及びフッ素樹脂等よりなる表面層が順次形成されてなり、加圧ロールは、必要に応じて内部にヒーターランプを有する金属製の中空芯金コアに耐油耐熱性弾性体層及び表面層が順次形成されてなる。これらの加熱ロールと加圧ロールとが形成する圧接域に、未定着トナー像が形成された記録媒体を通過させることで、未定着トナー像を定着させる。
クリーニングブレードとしては、公知のクリーニングブレードであれば特に限定されないが、クリーニング性が長期に渡って維持される等の観点からは、例えば、25℃環境のJISAゴム硬度が50°以上100°以下、300%モジュラスが80kgf/cm以上550kgf/cm以下、反発弾性が4%以上85%以下の弾性体であることが好適である。
上記反発弾性の具体的な測定方法は、JIS K6255加硫ゴム及び熱可塑性ゴムの反発弾性試験方法のリュプケ式反発弾性試験に準ずるものである。反発弾性の測定に際しては、測定対象となるサンプルが、測定時測定条件の温度になっているように、予め当該温度下(25℃における反発弾性を測定する場合には、25℃環境下)に、サンプルを十分に放置しておくことが望ましい。
クリーニングブレードの材質としては、特にその制限はなく、様々な弾性体を用いることができる。具体的な弾性体としては、ポリウレタン弾性体、シリコーンゴム、クロロプレンゴム等の弾性体が挙げられる。
ポリウレタン弾性体としては、一般にイソシアネートとポリオール及び各種水素含有化合物との付加反応を経て合成されるポリウレタンが用いられている。これは、ポリオール成分として、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等のポリエーテル系ポリオールや、アジペート系ポリオール、ポリカプロラクタム系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオール等のポリエステル系ポリオールを用い、イソシアネート成分として、トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート、トルイジンジイソシアネート等の芳香族系ポリイソシアネート;ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート等の脂肪族系ポリイソシアネート;を用いてウレタンプレポリマーを調製し、これに硬化剤を加えて、特定の型内に注入し、架橋硬化させた後、常温(例えば25℃)で熟成することによって製造されている。上記硬化剤としては、通常、1,4−ブタンジオール等の二価アルコールとトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の三価以上の多価アルコールとが併用される。
クリーニングブレードのゴム硬度(JISのK−6200の3344番「硬さ」に規定するAゴム硬度を指す、以下単にゴム硬度と記す)が50°未満のものは軟らかく摩耗し易いために、トナーすり抜けが発生し、像保持体表面に残留したトナーによる種々の画像障害が起こる場合がある。逆にゴム硬度が100°を超えるものは硬い為に像保持体に摩耗が進行し、カブリが発生しやすくなったり、また、球状トナーに対するクリーニング性能が劣化しやすくなる場合がある。
以下、本実施形態の画像形成装置の一例を示すが、これに限定されるわけではない。なお、図に示す主要部を説明し、その他はその説明を省略する。
図1は、本実施形態に係る画像形成装置の一例について示す概略構成図である。
図1に示す画像形成装置は、4連タンデム方式のカラー画像形成装置を示している。図1に示す画像形成装置は、色分解された画像データに基づくイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像を出力する電子写真方式の第1乃至第4の画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K(画像形成手段)を備えている。これらの画像形成ユニット(以下、単に「ユニット」と称する)10Y、10M、10C、10Kは、水平方向に互いに特定距離離間して並設されている。なお、これらユニット10Y、10M、10C、10Kは、画像形成装置に対して脱着されるプロセスカートリッジであってもよい。
各ユニット10Y、10M、10C、10Kの図面における上方には、各ユニットを通して中間転写体としての中間転写ベルト20が延設されている。中間転写ベルト20は、図における左から右方向に互いに離間して配置された駆動ローラ22及び中間転写ベルト20内面に接する支持ローラ24に巻回されて設けられ、第1ユニット10Yから第4ユニット10Kに向う方向に走行されるようになっている。尚、支持ローラ24は、図示しないバネ等により駆動ローラ22から離れる方向に付勢されており、両者に巻回された中間転写ベルト20に特定の張力が与えられている。また、中間転写ベルト20の像保持体側面には、駆動ローラ22と対向して中間転写体クリーニング装置30が備えられている。
また、各ユニット10Y、10M、10C、10Kの現像装置(現像手段)4Y、4M、4C、4Kのそれぞれには、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kに収容されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のトナーが供給される。
上述した第1乃至第4ユニット10Y、10M、10C、10Kは、同等の構成を有しているため、ここでは中間転写ベルト走行方向の上流側に配設されたイエロー画像を形成する第1ユニット10Yについて代表して説明する。尚、第1ユニット10Yと同等の部分に、イエロー(Y)の代わりに、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)を付した参照符号を付すことにより、第2乃至第4ユニット10M、10C、10Kの説明を省略する。
第1ユニット10Yは、像保持体として作用する感光体1Yを有している。感光体1Yの周囲には、感光体1Yの表面を特定の電位に帯電させる帯電ローラ2Y、帯電された表面を色分解された画像信号に基づくレーザ光線3Yよって露光して静電荷像を形成する露光装置3、静電荷像に帯電したトナーを供給して静電荷像を現像する現像装置(現像手段)4Y、現像したトナー像を中間転写ベルト20上に転写する1次転写ローラ5Y(1次転写手段)、及び1次転写後に感光体1Yの表面に残存するトナーを、クリーニングブレードにて除去する感光体クリーニング装置(クリーニング手段)6Yが順に配設されている。
尚、1次転写ローラ5Yは、中間転写ベルト20の内側に配置され、感光体1Yに対向した位置に設けられている。更に、各1次転写ローラ5Y、5M、5C、5Kには、1次転写バイアスを印加するバイアス電源(図示せず)がそれぞれ接続されている。各バイアス電源は、図示しない制御部による制御によって、各1次転写ローラに印加する転写バイアスを可変する。
以下、第1ユニット10Yにおいてイエロー画像を形成する動作について説明する。まず、動作に先立って、帯電ローラ2Yによって感光体1Yの表面が−600V以上−800V以下程度の電位に帯電される。
感光体1Yは、導電性の基体上に感光層を積層して形成されている。この感光層は、通常は高抵抗(一般の樹脂程度の抵抗)であるが、レーザ光線3Yが照射されると、レーザ光線が照射された部分の比抵抗が変化する性質を持っている。そこで、帯電した感光体1Yの表面に、図示しない制御部から送られてくるイエロー用の画像データに従って、露光装置3を介してレーザ光線3Yを出力する。レーザ光線3Yは、感光体1Yの表面の感光層に照射され、それにより、イエロー印字パターンの静電荷像が感光体1Yの表面に形成される。
静電荷像とは、帯電によって感光体1Yの表面に形成される像であり、レーザ光線3Yによって、感光層の被照射部分の比抵抗が低下し、感光体1Yの表面の帯電した電荷が流れ、一方、レーザ光線3Yが照射されなかった部分の電荷が残留することによって形成される、いわゆるネガ潜像である。
このようにして感光体1Y上に形成された静電荷像は、感光体1Yの走行に従って特定の現像位置まで回転される。そして、この現像位置で、感光体1Y上の静電荷像が、現像装置4Yによって可視像(現像像)化される。
現像装置4Y内には、例えば、イエロートナーが収容されている。イエロートナーは、現像装置4Yの内部で攪拌されることで摩擦帯電し、感光体1Y上に帯電した帯電荷と同極性(負極性)の電荷を有して現像剤ロール(現像剤保持体)上に保持されている。そして感光体1Yの表面が現像装置4Yを通過していくことにより、感光体1Y表面上の除電された潜像部にイエロートナーが静電的に付着し、潜像がイエロートナーによって現像される。イエローのトナー像が形成された感光体1Yは、引続き特定速度で走行され、感光体1Y上に現像されたトナー像が特定の1次転写位置へ搬送される。
感光体1Y上のイエロートナー像が1次転写へ搬送されると、1次転写ローラ5Yに特定の1次転写バイアスが印加され、感光体1Yから1次転写ローラ5Yに向う静電気力がトナー像に作用され、感光体1Y上のトナー像が中間転写ベルト20上に転写される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と逆極性の(+)極性であり、例えば第1ユニット10Yでは制御部に(図示せず)よって+10μA程度に制御されている。
一方、感光体1Y上に残留したトナーはクリーニング装置6Yで除去されて回収される。
また、第2ユニット10M以降の1次転写ローラ5M、5C、5Kに印加される1次転写バイアスも、第1ユニットに準じて制御されている。
こうして、第1ユニット10Yにてイエロートナー像の転写された中間転写ベルト20は、第2乃至第4ユニット10M、10C、10Kを通して順次搬送され、各色のトナー像が重ねられて多重転写される。
第1乃至第4ユニットを通して4色のトナー像が多重転写された中間転写ベルト20は、中間転写ベルト20と中間転写ベルト20内面に接する支持ローラ24と中間転写ベルト20の像保持面側に配置された2次転写ローラ(2次転写手段)26とから構成された2次転写部へと至る。一方、記録媒体Pが供給機構を介して2次転写ローラ26と中間転写ベルト20とが圧接されている隙間に特定のタイミングで給紙され、特定の2次転写バイアスが支持ローラ24に印加される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と同極性の(−)極性であり、中間転写ベルト20から記録媒体Pに向う静電気力がトナー像に作用され、中間転写ベルト20上のトナー像が記録媒体P上に転写される。尚、この際の2次転写バイアスは2次転写部の抵抗を検出する抵抗検出手段(図示せず)により検出された抵抗に応じて決定されるものであり、電圧制御されている。
この後、記録媒体Pは定着装置(定着手段)28へと送り込まれトナー像が加熱され、色重ねしたトナー像が溶融されて、記録媒体P上へ定着される。カラー画像の定着が完了した記録媒体Pは、排出部へ向けて搬出され、一連のカラー画像形成動作が終了される。
なお、上記例示した画像形成装置は、中間転写ベルト20を介してトナー像を記録媒体Pに転写する構成となっているが、この構成に限定されるものではなく、感光体から直接トナー像が記録紙に転写される構造であってもよい。
[プロセスカートリッジ]
図2は、本実施形態に係るプロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である。図2に示すプロセスカートリッジは、感光体107と、帯電装置108、現像装置111、クリーニングブレードを備えた感光体クリーニング装置(クリーニング手段)113が備えられたユニットを、露光のための開口部118、除電露光のための開口部117、及び取り付けレール116が配設された筐体119と組み合わせ、そして一体化したものである。
そして、このプロセスカートリッジは、転写装置112と、定着装置115と、図示しない他の構成部分とから構成される画像形成装置に対して着脱自在としたものであり、画像形成装置を構成するものである。なお、Pは記録媒体である。
図2で示すプロセスカートリッジでは、感光体107、帯電装置108、現像装置111、クリーニング装置(クリーニング手段)113を備えているが、これら装置は選択的に組み合わせることがなされる。具体的には、例えば、本実施形態のプロセスカートリッジでは、感光体107、現像装置111、及びクリーニング装置113のほかには、帯電装置108、及び転写装置112から選択される少なくとも1種を備える。
[現像剤カートリッジ]
次に、本実施形態の現像剤カートリッジについて説明する。本実施形態の現像剤カートリッジは、画像形成装置に脱着され、少なくとも、前記画像形成装置内に設けられた現像手段に供給するための現像剤を収納するものである。そして、当該現像剤として、上記実施形態に係る現像剤が適用される。
なお、図1に示す画像形成装置は、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kの着脱される構成を有する画像形成装置であり、現像装置4Y、4M、4C、4Kは、各々の現像装置(色)に対応した現像剤カートリッジと、図示しない現像剤供給管で接続されている。また、トナーカートリッジ内に収納されているトナーが少なくなった場合には、この現像剤カートリッジの交換がなされる。
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は下記実施例により限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は全て「質量部」を意味する。
<FN処理外添剤1の作製>
窒素雰囲気下、反応容器にエタノール160部、テトラエトキシシラン11部、水6部を入れ、100rpmで攪拌しているところに20質量%アンモニア水10部を10分かけて滴下した。30℃で4時間攪拌した後、液量が半分になるまでエバポレーターで濃縮留去した。ここに水を400部加え0.3M硝酸でpH4に調整したものを、遠心沈降機によって生成物を沈殿させた。上澄み液をデカンテーションで除去した後、凍結乾燥機で60時間凍結乾燥させ、シリカを白色粉末(無機粒子(基材粒子))として得た。
ガラス製の反応容器内に上記粉末100部を仕込んだ後、反応容器内の真空度を0.05Torrに減圧し、60rpmの回転速度で6時間保った。この容器内に不活性ガスとしてアルゴンガスを導入し、真空容器内の圧力を0.7Torrに保った。次に、蒸気源に仕込まれた原料をレーザー加熱により蒸発させて、煙状化した粒子を蒸発源の上部に導入したHe−Ar混合ガスと共に、予め安定した放電状態にある放電プラズマ領域に搬送した。この放電プラズマ領域では、放電電極にOガスが導入されており、このガス雰囲気中でプラズマを発生させている状態になっている(O分圧1%)。O流量100ml/min、出力110Wで20分間プラズマ処理した(放電ギャップ:10mm)。
プラズマ停止後、Oガスの供給を止め、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン6部とトルエン300部の混合溶液を引き入れ、プラズマ処理した粒子をその反応溶液中に浸した。60rpmで2時間攪拌した後に、1M水酸化ナトリウム水溶液を加えpH8に調整した。その後減圧留去により液量を1/3程度に減らし、1M水酸化ナトリウム水溶液を加えpH8に調整した後、フルオロオクチルトリメトキシシラン15部とトルエン40部の混合溶液を引き入れ、60rpmで1時間攪拌した。その後、超音波を加えながら3時間混合した。
次に、シリカ粒子を分散させた溶液をエバポレーターで減圧留去し、液量が半分になった時点でエタノール50部を添加した。エバポレーターで減圧留去し、更に150℃で3時間の加熱を加えて得られた固形物を粉砕して、個数平均粒径12nmのFN処理外添剤1を得た。
<シリカ粒子1の作製>
窒素雰囲気下、反応容器にエタノール160部、テトラエトキシシラン11部、水6部を入れ、250rpmで攪拌しているところに20質量%アンモニア水15部を7分かけて滴下した。35℃で6時間攪拌した後、液量が半分になるまでエバポレーターで濃縮留去した。ここに水を400部加え0.3M硝酸でpH4に調整したものを、遠心沈降機によって生成物を沈殿させた。上澄み液をデカンテーションで除去した後、凍結乾燥機で60時間凍結乾燥させ、シリカを白色粉末(無機粒子(基材粒子))として得た。
白色粉末に対して、次のようにしてシリコーンオイル処理を施した。次に得られた白色粉末100部をクロロホルム70部に分散させ、その中にジメチルシリコーンオイル1部を添加し、ニーダーで10分間混合した。エバポレーターを用いて、溶剤のクロロホルムを除き、115℃で3時間乾燥した。次にピンミルによって本処理品を解砕し、105μmメッシュの篩を用いて篩分した。
このようにして、個数平均粒径150nmのシリカ粒子1を得た。
<FN処理外添剤2の作製>
テトラエトキシシランの代わりにテトラn−ブトキシチタネート19部、20%アンモニア水を0部にし、水を30分かけて滴下、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン2.5部、フルオロオクチルトリメトキシシラン6部を用いた以外はFN処理外添剤1と同様にして、個数平均粒径15nmのFH処理外添剤2を得た。
<FN処理外添剤3の作製>
フルオロオクチルトリメトキシシラン10部を用いた以外はFN処理外添剤1と同様にして、個数平均粒径12nmのFH処理外添剤3を得た。
<FN処理外添剤4の作製>
フルオロオクチルトリメトキシシラン50部を用いた以外はFN処理外添剤1と同様にして、個数平均粒径12nmのFH処理外添剤4を得た。
<FN処理外添剤5の作製>
N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン2.5部を用いた以外はFN処理外添剤1と同様にして、個数平均粒径12nmのFH処理外添剤5を得た。
<FN処理外添剤6の作製>
N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン6.5部を用いた以外はFN処理外添剤1と同様にして、個数平均粒径12nmのFH処理外添剤6を得た。
<FN処理外添剤7の作製>
250rpmではなく80rpmで攪拌、20質量%アンモニア水を15部を7分ではなく15部を40分かけて滴下、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン1.5部、フルオロオクチルトリメトキシシラン10部を用いた以外はFN処理外添剤1と同様にして、個数平均粒径40nmのFH処理外添剤7を得た。
<FN処理外添剤8の作製>
シリカ粒子1と同様にして得られた白色粉末に対して、N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン1.0部、フルオロオクチルトリメトキシシラン7部を用いた以外はFN処理外添剤1と同様にして、個数平均粒径120nmのFH処理外添剤8を得た。
<FN処理外添剤9の作製>
N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン2.1部を用いた以外はFN処理外添剤1と同様にして、個数平均粒径12nmのFH処理外添剤9を得た。
<FN処理外添剤10の作製>
N−2(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン6.9部を用いた以外はFN処理外添剤1と同様にして、個数平均粒径12nmのFH処理外添剤10を得た。
<シリカ粒子2の作製>
シリコーンオイルの代わりにヘキサメチルジシラザン(HMDS)3部を用いた以外はシリカ粒子1と同様にして、個数平均粒径150nmのシリカ粒子2を得た。
<シリカ粒子3の作製>
250rpmではなく80rpmで攪拌、20質量%アンモニア水を15部を7分ではなく18部を40分かけて滴下、シリコーンオイルを2部用いた以外はシリカ粒子1と同様にして、個数平均粒径60nmのシリカ粒子3を得た。
<チタニア粒子1の作製>
個数平均粒径150nmの気相法未処理チタニア用いた以外はシリカ粒子1と同様にして、個数平均粒径150nmのチタニア粒子1を得た。
[実施例1]
<トナーの製造>
(樹脂分散液(1A)の調製)
・スチレン 370部
・n−ブチルアクリレート 30部
・アクリル酸 8部
・ドデカンチオール 24部
・四臭化炭素 4部
以上の成分を混合して溶解したものを、非イオン性界面活性剤(ノニポール400:三洋化成(株)製)6部及びアニオン性界面活性剤(ネオゲンSC:第一工業製薬(株)製)10部をイオン交換水550部に溶解したものにフラスコ中で乳化分散させ、10分間ゆっくり混合しながら、これに過硫酸アンモニウム4部を溶解したイオン交換水50部を投入した。窒素置換を行った後、前記フラスコ内を攪拌しながら内容物が70℃になるまでオイルバスで加熱し、5時間そのまま乳化重合を継続した。その結果体積平均粒径157nmであり、Tg=59℃、重量平均分子量Mw=12000の樹脂粒子が分散された樹脂分散液(1A)が得られた。
(樹脂分散液(2A)の調製)
・スチレン 280部
・n−ブチルアクリレート 120部
・アクリル酸 7部
以上の成分を混合して溶解したものを、非イオン性界面活性剤(ノニポール400:三洋化成(株)製)6部及びアニオン性界面活性剤(ネオゲンSC:第一工業製薬(株)製)12部をイオン交換水550部に溶解したものにフラスコ中で乳化分散させ、10分間ゆっくり混合しながら、これに過硫酸アンモニウム3部を溶解したイオン交換水50部を投入した。窒素置換を行った後、前記フラスコ内を攪拌しながら内容物が70℃になるまでオイルバスで加熱し、5時間そのまま乳化重合を継続した。その結果体積平均粒径105nmであり、Tg=53℃、重量平均分子量Mw=550000の樹脂粒子が分散された樹脂分散液(2A)が得られた。
(着色分散液の調製)
・カーボンブラック 50部
(モーガルL:キャボット製)
・ノニオン性界面活性剤 5部
(ノニポール400:三洋化成(株)製)
・イオン交換水 200部
以上の成分を混合して、溶解、ホモジナイザー(ウルトラタラックスT50:IKA社製)を用いて10分間分散し、平均粒径が250nmである着色剤(カーボンブラック)粒子が分散された着色分散剤を調製した。
(離型剤分散液)
・パラフィンワックス 51部
(HNP0190:日本精蝋(株)製、融点85℃)
・カチオン性界面活性剤 6部
(サニゾールB50:花王(株)製)
以上の成分を、丸型ステンレス鋼製フラスコ中でホモジナイザー(ウルトラタラックスT50:IKA社製)を用いて10分間分散した後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、平均粒径が550nmである離型剤粒子が分散された離型剤分散液を調製した。
(トナーの調製)
・樹脂分散液(1A) 120部
・樹脂分散液(2A) 80部
・着色分散液 200部
・離型剤分散液 40部
・カチオン性界面活性剤 1.5部
(サニゾールB50:花王(株)製)
以上の成分を、丸型ステンレス鋼鉄フラスコ中でホモジナイザー(ウルトラタラックスT50:IKA社製)を用いて混合し、分散した後、加熱用オイルバス中でフラスコ内を攪拌しながら50℃まで加熱した。45℃で20分間保持した後、光学顕微鏡で確認したところ、平均粒径が5.0μmである凝集粒子が形成されていることが確認された。更に上記分散液に、樹脂含有粒子分散液として樹脂分散液(1A)を緩やかに60部追加した。そして加熱用オイルバスの温度を50℃まで上げて30分間保持した。光学顕微鏡にて観察したところ、平均粒径が5.7μmである粒子が形成されていることが確認された。
上記粒子分散液にアニオン性界面活性剤(ネオゲンSC:第一工業製薬(株)製)3部を追加した後、前記ステンレス鋼鉄フラスコ中を密閉し、磁力シールを用いて攪拌しながら105℃まで加熱し、4時間保持した。
次に、冷却後、反応生成物をろ過し、イオン交換水で充分に洗浄した後、乾燥させることにより、体積平均粒径D50vが5.8μmのトナー粒子を得た。
続いて、このトナー粒子100部と、上記FN処理外添剤1: 2.0部とシリカ粒子1: 1.0部とをヘンシェルミキサーを用い周速32m/sで10分間ブレンドをおこなった後、目開き45μmのシーブを用いて粗大粒子を除去し、トナーを得た。
<現像剤の作製>
・フェライト粒子(平均粒径:50μm):100部
・トルエン:14部
・スチレン−メタクリレート共重合体(成分比(モル比):90/10:Mw=80000):2部
・カーボンブラック(R330:キャボット社製):0.2部
まず、フェライト粒子を除く上記成分を10分間スターラーで攪拌させて、分散した被覆液を調製し、次に、この被覆液とフェライト粒子を真空脱気型ニーダーに入れて、60℃において30分攪拌した。その後、さらに加温しながら減圧して脱気し、乾燥させることによりキャリヤを得た。
次に、キャリヤ100部と上記外添剤が外添された各トナー5部とをV−ブレンダーを用い40rpmで20分間攪拌し、177μmの網目を有するシーブで篩うことにより現像剤を得た。
[実施例2]
シリカ粒子1に代えて、作製したシリカ粒子2を用いる以外は、実施例1と同様にしてトナー、及び現像剤を得た。
[実施例3]
FN処理外添剤1に代えて、作製したFN処理外添剤2を用いる以外は、実施例1と同様にしてトナー、及び現像剤を得た。
[実施例4]
FN処理外添剤1に代えて、作製したFN処理外添剤3を用いる以外は、実施例1と同様にしてトナー、及び現像剤を得た。
[実施例5]
FN処理外添剤1に代えて、作製したFN処理外添剤4を用いる以外は、実施例1と同様にしてトナー、及び現像剤を得た。
[実施例6]
FN処理外添剤1に代えて、作製したFN処理外添剤5を用いる以外は、実施例1と同様にしてトナー、及び現像剤を得た。
[実施例7]
FN処理外添剤1に代えて、作製したFN処理外添剤6を用いる以外は、実施例1と同様にしてトナー、及び現像剤を得た。
[実施例8]
FN処理外添剤1に代えて、作製したFN処理外添剤7を用いる以外は、実施例1と同様にしてトナー、及び現像剤を得た。
[実施例9]
FN処理外添剤1に代えて、作製したFN処理外添剤8を用いる以外は、実施例1と同様にしてトナー、及び現像剤を得た。
[実施例10]
シリカ粒子1に代えて、作製したシリカ粒子3を用いる以外は、実施例1と同様にしてトナー、及び現像剤を得た。
[比較例1]
FN処理外添剤1に代えて、作製したFN処理外添剤9を用いる以外は、実施例1と同様にしてトナー、及び現像剤を得た。
[比較例2]
FN処理外添剤1に代えて、作製したFN処理外添剤10を用いる以外は、実施例1と同様にしてトナー、及び現像剤を得た。
[比較例3]
シリカ粒子1に代えて、作製したチタニア粒子1を用いる以外は、実施例1と同様にしてトナー、及び現像剤を得た。
なお、得られたトナーの特性及び構成につき、表1に一覧にして示す。
[評価]
評価にはクリーニングブレードを備えたタンデム方式の画像形成装置(富士ゼロックス社製、DocuPrint405/505)を用いた。なお、クリーニングブレードの押圧力は5.7gf/mmに設定した。
<評価1>
評価に際しては、低温低湿環境(5℃15%RH)下にて36時間シーズニング後、高温高湿環境(35℃、85%RH)下にて更に35時間シーズニング後、各例で作製した現像剤を用いて、A4サイズの記録用紙に画像濃度1.5%の黒色画像を10枚形成後、1時間放置するプロセスを1000回繰り返し連続して10000枚の画像形成を行った。その後、低温低湿環境(5℃15%RH)下にて36時間シーズニング後、同様の画像形成を行った。その後、一旦高温高湿環境下にて再度24時間シーズニング後、再度低温低湿環境にて36時間シーズニングし、同様の画像形成を行った。その後、以下の評価を行った。結果を表1に示す。
<評価2>
評価1で良好な結果を示した実施例1〜10に関しては、更に、高温高湿環境(30℃85%RH)下にて36時間シーズニング後、同様の画像形成を行った。その後、さらに低温低湿環境(5℃15%RH)下にて36時間シーズニング後、再度同様の画像形成を行った。その後、以下の評価を行った。結果を表1に示す。
−ブレード圧接部滞留物観察−
クリーニングブレードを取り外し、キーエンス社製レーザー顕微鏡(VK−9500)を用い、700/10000/30000倍で1cmおきにブレードの圧接部を観察し、下記評価基準で評価した。
○:FN処理外添剤及びシリカ粒子が混在していた。
△:FN処理外添剤及びシリカ粒子が混在していた部分もあったが、一部分かれて存在した。
×:FN処理外添剤及びシリカ粒子がほぼ分かれて存在していた。
−ブレード振幅幅−
クリーニングブレードを取り外し、キーエンス社製レーザー顕微鏡(VK−9500)を用い、700/10000/30000倍で1cmおきにブレード先端部(振幅跡)を観察し、下記評価基準で評価した。
小:ブレード振幅跡が1μm未満(ほとんど確認できない)やや中:ブレード振幅跡が1μm以上4μm未満
中:ブレード振幅跡が4μm以上8μm未満
大:ブレード振幅跡が8μm以上広い
−また、各評価条件で画像形成中にブレード鳴きについて、以下の評価基準で評価した。
◎:異音などの発生はない
○:減速時に軽微な鳴きを発生する(装置の前面を開放し、耳を近づけると聞こえるレベル)
△:軽微な鳴きを発生する
△−:減速時に鳴きが発生するが、消えることがある
×:減速時に鳴きが発生し、その後消えることが無い(通常稼動時に聞こえる
××:減速時に鳴きが発生し、その後消えることが無い(通常稼動時に聞こえる)。また、装置の異常停止が発生した。
Figure 2010224461
上記結果から、本実施例では、比較例に比べ、ブレード鳴きが抑制されることがわかる。
1Y、1M、1C、1K 感光体
2Y、2M、2C、2K 帯電ローラ
3Y、3M、3C、3K レーザ光線
3 露光装置
4Y、4M、4C、4K 現像装置
5Y、5M、5C、5K 1次次転写ローラ
6Y、6M、6C、6K クリーニング装置
8Y、8M、8C、7K トナーカートリッジ
10Y、10M、10C、10K 画像形成ユニット
20 中間転写ベルト
22 駆動ローラ
24 支持ローラ
26 2次転写ローラ
28 定着装置
30 中間転写体クリーニング装置
107 感光体
108 帯電装置
111 現像装置
112 転写装置
115 定着装置
116 取り付けレール
117 開口部
118 開口部
119 筐体

Claims (5)

  1. トナー粒子と、
    シリカ粒子と、
    フッ素及び窒素を含む有機材料を含有する被覆層を表面に有し、X線光電子分光法により、Arエッチングしながら測定した窒素原子に対するフッ素原子の含有量の比率が、Arエッチング時間が0秒以上90秒以下の範囲内において1.9以上19以下である無機粒子と、
    を含んで構成される静電荷像現像用トナー。
  2. 請求項1に記載の静電荷像現像用トナーを含むことを特徴とする静電荷像現像用現像剤。
  3. 画像形成装置に脱着され、少なくとも、前記画像形成装置内に設けられた現像手段に供給するための静電荷像現像用現像剤を収納し、
    前記静電荷像現像用現像剤が、請求項2に記載の静電荷像現像用現像剤である静電荷像現像用現像剤カートリッジ。
  4. 像保持体と、
    請求項2に記載の静電荷像現像用現像剤を収納すると共に、像保持体表面上に形成された静電潜像を前記静電荷像現像用現像剤によりトナー像に現像する現像手段と、
    像保持体表面上に残存したトナーをクリーニングブレードにより除去するトナー除去手段と、
    を少なくとも備え、
    画像形成装置に脱着されるプロセスカートリッジ。
  5. 像保持体と、
    前記像保持体の表面を帯電させる帯電手段と、
    前記像保持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
    前記像保持体表面上に形成された前記静電潜像を前記静電荷像現像用現像剤によりトナー像に現像する現像手段と、
    前記像保持体の表面に形成された前記トナー像を記録媒体表面に転写する転写手段と、
    前記記録媒体に転写された前記トナー像を定着する定着手段と、
    像保持体表面上に残存したトナーをクリーニングブレードにより除去するトナー除去手段と、
    を少なくとも備え、
    前記静電荷像現像用現像剤が、請求項2に記載の静電荷像現像用現像剤である画像形成装置。
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