JP2011027874A - 静電荷像現像剤、現像剤カートリッジ、プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

静電荷像現像剤、現像剤カートリッジ、プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】画質の安定性に優れる静電荷像現像剤を提供すること。
【解決手段】キャリアの芯粒子及びキャリアの芯粒子表面に複数の凸部を有する静電荷像現像剤用キャリアと、静電荷像現像用トナーとを含有し、式(1)及び式(2)の関係を満たすことを特徴とする静電荷像現像剤、0.5t<H (1)、21/2t<L<5t (2)、式(1)及び式(2)において、tはトナー体積平均粒径(μm)を表し、Hは凹凸部の平均高低差(μm)を表し、Lは前記凸部間の平均間隔(μm)を表す。
【選択図】 図1

Description

本発明は静電荷像現像剤、現像剤カートリッジ、プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法に関する。
電子写真法など静電潜像(静電荷像)を経て画像情報を可視化する方法は、現在様々な分野で利用されている。電子写真法においては、帯電、露光工程により感光体上に形成される静電潜像が静電荷像現像用トナー(以下、単に「トナー」と呼ぶ場合がある。)を含む静電荷像現像剤(以下、単に「現像剤」と呼ぶ場合がある。)により現像されて、転写工程、定着工程を経て可視化される。現像に用いられる現像剤にはトナーと静電荷像現像剤用キャリア(以下、単に「キャリア」と呼ぶ場合がある。)とを含む二成分現像剤と、磁性トナーなどのようにトナー単独で用いられる一成分現像剤とがある。二成分現像剤においては、キャリアが現像剤の撹拌、搬送、帯電などの機能を分担し、機能分離されているため、制御性がよいなどの特徴があり、現在広く用いられている。
このような二成分現像剤において、高画質、高精細なフルカラー画像を得るために、トナーとしては、小径化の検討がなされている。また、キャリアとしては電気抵抗的に半導電性を示す範囲に制御する検討がなされている。
ところで、トナーを小径化すると初期的には高画質化に有利であるが、小径トナーはトナー表面の外添剤が埋没すると転写効率の低下が著しく画質劣化を生じやすくなる。また、省電力化のためにトナーの低温定着化の検討もなされているが、低温定着しやすいトナーはその硬度が低くなる傾向にあり、現像機内の撹拌により外添剤の埋没が生じやすい。小径トナーの又は低温定着トナーの、さらには圧力定着トナーの現像性、転写性、クリーニング性の安定のために、キャリアはトナーに対して低ストレスである必要がある。
現像剤保持体による現像剤搬送性を安定して得るには、一般にキャリアは適当に不定形がよい。あまりに球形であるとキャリア粒子自体がスリップを生じ、搬送性は悪くなる。しかし逆にあまりに不定形であると帯電性付与機能や帯電維持性に悪影響が生じる。そこで、例えば特許文献1ではフェライト粉砕分級法によるキャリアが、特許文献2では重合法によるキャリアが提案されている。
一方、トナーへ与えるストレスを減らすためには一般にキャリアの比重は低いものがよい。このとき、当然上述したようなキャリアに必要とされる諸特性を維持しなければならない。これを達成するために近年では磁性体分散型キャリアなるものが多く出てきている。磁性体分散型キャリアは磁性特性の強い磁性粉を比重の軽い樹脂の中に分散させることにより磁性特性を維持しつつキャリア粒子の比重を低くすることを可能にしたものである。先に示した特許文献2に示されるキャリアはこの磁性体分散型キャリアであり、比重も低く抑えられたものである。
また、特許文献3にはエチレン性不飽和単量体と架橋剤との共重合体粒子と、磁性体粒子とを複数個会合させてなる磁性体分散型キャリアが記載されている。
特許文献4には、母粒子に子粒子が融着した形態のキャリアが記載されている。しかし、トナーの搬送性、トナーへのストレス軽減にある程度効果を示すものの、十分ではない。
また、特許文献5には凹凸の表面を有するキャリアが記載されているが、凹凸はキャリアの表面積増加、凸部にトナーを付着させて付着力低減を狙ったものであり、トナーへのストレス低減効果は十分でない。
特開2006−39445号公報 特開2005−215397号公報 特開平8−95308号公報 特開2008−268489号公報 特開2002−287431号公報
本発明が解決しようとする課題は、画質の安定性に優れる静電荷像現像剤を提供することである。
前記課題は、以下の手段によって解決された。
<1>キャリアの芯粒子及び前記キャリアの芯粒子表面に複数の凸部を有する静電荷像現像剤用キャリアと、静電荷像現像用トナーとを含有し、式(1)及び式(2)の関係を満たすことを特徴とする静電荷像現像剤、
0.5t<H (1)
1/2t<L<5t (2)
式(1)及び式(2)において、tはトナー体積平均粒径(μm)を表し、Hは凹凸部の平均高低差(μm)を表し、Lは前記凸部間の平均間隔(μm)を表す、
<2>前記凸部が導電性材料を含む、<1>に記載の静電荷像現像剤、
<3>前記静電荷像現像剤用キャリアの形状係数SF1が145を超え170以下である、<1>又は<2>に記載の静電荷像現像剤、
<4>前記凸部のトナー付着数が前記キャリアの芯粒子表面のトナー付着数より少ない、<1>〜<3>いずれか1つに記載の静電荷像現像剤、
<5>前記静電荷像現像用トナーの体積平均粒径が2μm以上4μm未満である、<1>〜<4>いずれか1つに記載の静電荷像現像剤、
<6>前記静電荷像現像剤用キャリアが、キャリアの芯粒子を調製する工程、凸部形成用粒子を調製する工程、前記キャリアの芯粒子の分散液と凸部形成用粒子の分散液とを混合し、1つのキャリアの芯粒子の表面に複数の凸部形成用粒子が付着した粒子を形成する付着工程、及び、前記キャリアの芯粒子とその表面に付着した凸部形成用粒子とを加熱により融合する融合工程を含む製造方法により製造された、<1>〜<5>いずれか1つに記載の静電荷像現像剤、
<7><1>〜<6>いずれか1つに記載の静電荷像現像剤を含む、現像剤カートリッジ、
<8><1>〜<6>いずれか1つに記載の静電荷像現像剤を含む、プロセスカートリッジ、
<9>像保持体と、前記像保持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記静電潜像を現像剤を用いて現像してトナー画像を形成する現像手段と、前記トナー画像を被転写体に転写する転写手段と、を含み、前記現像剤が、<1>〜<6>いずれか1つに記載の静電荷像現像剤であることを特徴とする画像形成装置、
<10>像保持体を帯電させる帯電工程と、前記像保持体表面に静電潜像を形成する潜像形成工程と、前記像保持体表面に形成された静電潜像を現像剤により現像してトナー像を形成する現像工程と、前記トナー像を被転写体上に転写する転写工程と、を含み、前記現像剤が、<1>〜<6>いずれか1つに記載の静電荷像現像剤であることを特徴とする画像形成方法。
上記<1>に記載の静電荷像現像剤によれば、本構成を有さない場合に比べ、画質の安定性に優れる静電荷像現像剤を提供することができる。
上記<2>に記載の静電荷像現像剤によれば、凸部が導電性材料を含まない場合に比べ、画質の安定性に優れる静電荷像現像剤を提供することができる。
上記<3>に記載の静電荷像現像剤によれば、静電荷像現像剤用キャリアの形状係数SF1が145を超え170以下でない場合に比べ、画質の安定性に優れる静電荷像現像剤を提供することができる。
上記<4>に記載の静電荷像現像剤によれば、凸部のトナー付着数が前記キャリアの芯粒子表面のトナー付着数より多い場合に比べ、画質の安定性に優れる静電荷像現像剤を提供することができる。
上記<5>に記載の静電荷像現像剤によれば、静電荷像現像用トナーの体積平均粒径が2μm以上4μm未満でない場合に比べ、高画質な画像が得られる静電荷像現像剤を提供することができる。
上記<6>に記載の静電荷像現像剤によれば、本構成を有さない場合に比べ、トナーへのストレスが小さいキャリア、静電荷像現像剤を提供することができる。
上記<7>に記載の現像剤カートリッジによれば、本構成を有さない場合に比べ、画質の安定性に優れる現像剤カートリッジを提供することができる。
上記<8>に記載のプロセスカートリッジによれば、本構成を有さない場合に比べ、画質の安定性に優れるプロセスカートリッジを提供することができる。
上記<9>に記載の画像形成装置によれば、本構成を有さない場合に比べ、画質の安定性に優れる画像を形成できる画像形成装置を提供することができる。
上記<10>に記載の画像形成方法によれば、本構成を有さない場合に比べ、画質の安定性に優れる画像を形成する方法を提供することができる。
本実施形態に係る静電荷像現像剤に含まれるキャリアの概略断面図を示す。 本実施形態に係る画像形成装置の一例の概略図を示す。 評価用プリントパターンを示す。
I.静電荷像現像剤
本実施形態の静電荷像現像剤は、キャリアの芯粒子及び前記キャリアの芯粒子表面に複数の凸部を有する静電荷像現像剤用キャリアと、静電荷像現像用トナーとを含有し、式(1)及び式(2)の関係を満たすことを特徴とする。
0.5t<H (1)
1/2t<L<5t (2)
式(1)及び式(2)において、tはトナー体積平均粒径(μm)を表し、Hは凹凸部の平均高低差(μm)を表し、Lは前記凸部間の平均間隔(μm)を表す。
本発明の実施形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって本実施形態に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り数値範囲を表す「A〜B」等の標記は、「A以上、B以下」と同義であり、数位範囲の両端の値を含む。
1.静電荷像現像剤用キャリア
トナーへ与えるストレスを減らすためには一般にキャリア比重は低いものがよい。このとき、当然、高画質な画像を安定して得るためにキャリアによるトナーの搬送性、トナーへの電荷付与性、現像剤の電気抵抗を適正な範囲に維持することが望ましい。そこで、トナー搬送性やその他の諸特性に有効な形状を有するキャリアを含む静電荷像現像剤を得るために本発明者らは鋭意検討を行った。その結果、キャリアの芯粒子表面に複数の凸部を有する形状をした静電荷像現像剤用キャリアによって現像剤への低ストレス化、優れたトナー搬送性、現像剤の電気抵抗安定性が達成されることを見出した。
図1は、本実施形態に係る静電荷像現像剤に含まれるキャリアの概略断面図である。キャリア1は、図1に示すように、被覆樹脂層4a及びキャリア芯材4bよりなるキャリアの芯粒子4の表面に複数の凸部2及び凹部3よりなる凹凸形状を有している。この形状であることにより、キャリア1つあたりの表面積が増え、トナーへの帯電付与能力が増える。また、トナー(不図示)はキャリア凹部3に存在しやすいためにキャリアとキャリアとの間での衝突や、キャリアと現像機内壁や現像剤規制部材との衝突においてトナーに過度な機械力が加わることが抑制されるので、トナーへのストレスが軽減する。ストレスを軽減することで、トナーの破壊だけでなく、トナー表面の外添剤のトナーへの埋め込みが抑制されるので、現像性、転写性、クリーニング性といった特性が悪化することなく初期状態のトナー特性が維持される。また、現像剤保持体上で形成される現像剤による磁気ブラシ形成において、トナーがキャリアとキャリアとの接触を妨げることがない。従って、トナー濃度が増加しても磁気ブラシの電気抵抗の過度な上昇が抑制されるので、現像電界が安定し、特にカラー画像において高品質な画像が安定して得られるようになる。
トナーがキャリア凹部に存在し、過度なストレスを受けないようにするためには、凹凸の大きさと間隔とを適切な範囲内にすることが効果的である。このような凹凸を有するキャリアは、加熱定着方式のトナーだけでなく、圧力定着方式のトナーにも非常に有効である。圧力定着方式のトナーは圧力によって定着するトナーであるため、圧力によるストレスに弱く変形や破壊を発生しやすい。
本実施形態においては、キャリア表面の凹凸の平均高低差H(μm)はトナーの体積平均粒径tの0.5倍より大きく、かつ凸部間の平均間隔がトナー体積平均粒径tの21/2倍より大きく、5倍より小さい。すなわち、式(1)及び式(2)を満たす関係である。
0.5t<H (1)
1/2t<L<5t (2)
式(1)及び式(2)において、tはトナー体積平均粒径(μm)を表し、Hはキャリア表面凹凸の平均高低差(μm)を表し、Lはキャリア表面の凸部間の平均間隔(μm)を表す。
式(1)及び式(2)を満たしていない場合、キャリア凸部とキャリア凸部とが接触する状況でトナーがキャリア凹部の空間にあれば過度なストレスを受ける。
より詳細には、式(1)におけるHが0.5t以下である場合には、キャリア凹部の深さが足りないためにキャリア凹部のトナーへのストレスを抑制できず、結果として画質の安定性に劣る。Hは、0.55t〜1.0tがより好ましい。上記の数値の範囲内であると、キャリア凹部のトナーへのストレスが抑制でき画質の安定性が維持されるため好ましい。
なお、凹凸部の平均高低差Hそのものの値は、1.5〜3.5μmが好ましく、2.0〜3.0μmがより好ましい。
式(2)におけるLが21/2t以下である場合には、キャリア凹部にトナーが十分入り込めず、トナーへのストレス抑制に劣る。また、式(2)におけるLが5t以上である場合には、キャリア凹部の間隔が広すぎてトナーへのストレスを抑制できず画質の安定性に劣る。Lは、1.5t〜4.5tがより好ましい。上記の数値の範囲内であると、キャリア凹部のトナーへのストレスが抑制でき画質の安定性が維持されるため好ましい。
なお、凸部間の平均間隔Lそのものの値は、5.0〜15.0μmが好ましく、6.0〜13.0μmがより好ましい。
H(凹凸部の平均高低差(μm))、及び、L(凸部間の平均間隔(μm))は例えば、電子顕微鏡観察により測定される。電子顕微鏡写真より直接、高低差を読み取ることが最も容易である。
ここでいう凹凸部の高低差とは、キャリアに外接する球と凹部の底面に外接する球の半径の差に相当するものである。凹凸部の平均高低差とは、体積平均粒径±10%に入る体積粒径のキャリア10個を観察し、その高低差の平均をいう。
また、ここでいう凸部間の平均間隔とは体積平均粒径±10%に入る体積粒径のキャリア10個を観察し、凸部の先端と最も近くにある他の凸部の先端との間隔の平均をいう。
キャリアの形状係数SF1は145を超え、170以下であることが好ましく、145を超え、160以下であることがより好ましい。キャリアの形状係数SF1が145を超えるとキャリアの形状が適度に不定形であるため、トナーへの帯電付与能力が十分であり、170以下であると、現像剤流動性が適度である。
形状係数SF1は、スライドガラス上に散布したキャリアの光学顕微鏡像をビデオカメラを介してルーゼックス画像解析装置に取り込み、100個以上のキャリアについて最大長(ML)と投影面積(A)を測定し、次式に基づいて算出でき、その平均値とした。
SF1=(ML2/A)×(π/4)×100
キャリアの体積平均粒度分布指標GSDvは1.25以下であることが好ましいが、1.20以上1.23以下であることが好ましい。上記の数値の範囲内であると、キャリアの感光体への付着や帯電不良等キャリアの基本性能の低下が抑制される。
また、キャリアの体積平均粒径D50vは15μm以上50μm以下であることが好ましく、25μm以上45μm以下であることがより好ましく、30μm以上40μm以下であることがさらに好ましい。キャリアの体積平均粒径D50vが15μm以上であるとキャリアがトナーとともに現像されることがなく、50μm以下であると小径トナーの帯電付与が良好に行える。
本実施形態において、前記凸部のトナー付着数が前記キャリアの芯粒子表面、すなわち凹部のトナー付着数より少ないことが好ましい。トナーのキャリア凹部への付着は、キャリア凹部と凸部との関係において、材料構成を変えて凸部のトナー帯電付与力を凹部より相対的に小さくすることで達成される。すなわち、静電的にトナーを凹部に付着・存在させることにより達成される。材料構成を変化させる方法としては、導電性材料の含有率に差を設ける方法、帯電付与力が異なるように異なる樹脂を用いる方法、帯電制御剤の含有率に差を設ける方法が例示される。
本実施形態においては、導電性材料の含有率に差を設ける方法が好ましく、前記凸部が導電性材料を含む実施態様がより好ましい。前記凸部が導電性材料を含有していることによって、磁気ブラシ形成時の電気抵抗を適正な範囲にするだけでなく、トナー濃度の変化に対する電気抵抗変化が抑制される。
また、キャリアへのトナーの付着は現像機中のトナー濃度が、キャリアを100重量%として、4〜5重量%の状態の現像剤を現像機で空回しで2分間駆動させ、現像剤保持体上からサンプリングした現像剤を電子顕微鏡写真観察し、キャリアのトナーが未付着の凸部を確認し、キャリア全凸部数に対する未付着凸部数の割合が70%を超えることが望ましい。70%未満だと、トナーへの低ストレス化が十分でない。
本実施形態において、キャリアの磁化率σは、1kOeの磁場中で、VSM(バイブレーションサンプルメソッド)測定器を用いてBHトレーサ法で測定され、その磁化値σ1,000は50Am2/kg(emu/g)以上90Am2/kg(emu/g)以下、好ましくは55Am2/kg(emu/g)以上70Am2/kg(emu/g)以下の範囲がより好ましい。σ1,000が50Am2/kg(emu/g)以上であると、現像ロールへの磁気吸着力が十分であり、感光体に付着して画像欠陥の原因となることがない。また、σ1,000が90Am2/kg(emu/g)以下であると、磁気ブラシの硬さが適度であり、感光体を強く摺擦して傷をつけることがない。
キャリアの電気抵抗は測定電界が10,000V/cmの電界の時に1×105Ω・cm以上1×1014Ω・cm以下、好ましくは1×109Ω・cm以上1×1012Ω・cm以下の範囲が適当である。キャリアの電気抵抗が1×105Ω・cm以上であると、キャリア表面を電荷が移動しにくいためブラシマーク等の画像欠陥を抑制できる。また、プリント動作を暫らくしないで放置しておいても帯電性の低下を抑制できるため、最初の1枚目のプリントで地汚れなどが発生することがなくなる。また、キャリアの電気抵抗が1×1014Ω・cm以下であると、良好なソリッド画像が得られ、連続プリントを多数回繰り返してもトナー電荷が大きくなりすぎることがなく、画像濃度の変化を抑制できる。
キャリアを磁気ブラシの形にして測定したときの動電気抵抗は104V/cmの電界の下で好ましくは1×10Ω・cm以上1×109Ω・cm以下、より好ましくは1×103Ω・cm以上1×108Ω・cm以下の範囲内である。動的電気抵抗が1×10Ω・cm以上であると、ブラシマーク等の画像欠陥を抑制できる。また、1×108Ω・cm以下であると、良好なソリッド画像が得られる。104V/cmの電界とは実機での現像電界に近く、上記の動的電気抵抗はこの電界下での値である。
以上より、キャリアとトナーとが混合された時の動電気抵抗は104V/cmの電界の下で1×105Ω・cm以上1×109Ω・cm以下の範囲が適当である。そして、1×105Ω・cm以上であると、プリント後放置後トナー帯電性の低下による地汚れの発生を防ぐことができ、過現像による線画像の太りによる解像度の低下も抑制できる。1×109Ω・cm以下であると、ソリッド画像端部の現像性低下を抑制できるため、高品質画像が得られる。
キャリアの動的電気抵抗は次のようにして求める。現像ロール(現像ロールのスリーブ表面の磁場が1kOe発生する。)上に約30cm3のキャリアをのせて磁気ブラシを形成し、面積3cm2の平板電極を2.5mmの間隔で現像ロールに対向させる。120rpmの回転速度で現像ロールを回転しながら現像ロールと平板電極の間に電圧を印加して、その時に流れる電流を測定する。得られた電流−電圧特性からオームの法則の式を用いて動的電気抵抗を求める。なお、この時の印加電圧Vと電流Iとの間には一般的にln(I/V)∝V×1/2の関係があることはよく知られている。本実施形態に用いられるキャリアのように動的電気抵抗がかなり低い場合には、103V/cm以上の高電界では大電流が流れて測定できないことがある。そのような場合は低電界で3点以上測定し、先の関係式を使って最小2乗法により104V/cmの電界まで外挿して求める。
2.キャリアの製造方法
本実施形態において、キャリアが、キャリアの芯粒子を調製する工程(キャリア芯粒子調製工程)、凸部形成用粒子を調製する工程(凸部形成用粒子調製工程)、前記キャリアの芯粒子の分散液と凸部形成用粒子の分散液とを混合し、1つのキャリアの芯粒子の表面に複数の凸部形成用粒子が付着した粒子を形成する付着工程、及び、前記キャリアの芯粒子とその表面に付着した凸部形成用粒子とを加熱により融合する融合工程を含む製造方法により製造されたキャリアであることが好ましい。
本実施形態においては、凸部形成用粒子は導電性粒子が樹脂中に分散されている導電性粒子分散粒子であることが好ましい。以下、凸部形成用粒子が導電性粒子分散粒子である場合を一例に、キャリアの製造方法について説明する。
(キャリア芯粒子調製工程)
本実施形態において、キャリアの製造方法は、キャリアの芯粒子を調製する工程を含む製造方法であることが好ましい。キャリアの芯粒子は、キャリア芯材及び前記キャリア芯材を被覆する少なくとも1層の被覆樹脂層を有するものが好ましい。
本実施形態で使用するキャリア芯材の材質としては、特に制限されるものではないが、例えば、鉄、鋼、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、ガラスビーズなどが挙げられる。その中でも現像に磁気ブラシ法を採用するときには、磁性材料を使用することが好ましい。
また、キャリア芯材として、樹脂中に磁性粉を分散した磁性体分散型キャリアコアが好ましく使用される。この球形コアは比重が小さいため、トナー及びキャリアに対するストレスを抑制することができる利点がある。また、磁性体分散型コアと被覆樹脂との組み合わせは、帯電維持性及び環境安定性を確保する上で有効である。なお、磁性粉分散型キャリアコアに用いる樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂等の架橋系樹脂や、ポリエチレン、ポリメチルメタクリレート等の熱可塑性樹脂が挙げられる。また、キャリアは、その他帯電制御剤等の添加物を含んでもよい。
磁性体分散型コアは、表面形状の制御の容易さという観点から、湿式法により調製したものが好ましい。湿式法としては、重合性単量体を乳化重合させた樹脂粒子分散液と磁性体粒子等の分散液とを混合し、凝集粒子を形成し、加熱融合合一させて磁性体分散型キャリアコアを得る乳化重合凝集法、重合性単量体と磁性体粒子等を水系溶媒に懸濁させて重合してキャリア芯剤粒子を得る懸濁重合法、結着樹脂と磁性体粒子等を水系溶媒に懸濁させて造粒する溶解懸濁法などがある。中でも、本実施形態においては懸濁重合法が好ましい。
キャリア芯材の体積平均粒径は10〜45μmが好ましく、25〜45μmがより好ましく、さらに好ましくは20〜40μmの範囲である。上記の数値の範囲内であると、キャリアがトナーとともに現像されることがなくトナーへの帯電付与も十分であるため好ましい。
なお、上記のキャリア芯材の真比重は4〜6g/cm3程度である。上記の数値の範囲内であると、現像剤の流動性が良好でトナーへのストレスも軽減できるため好ましい。
本実施形態においては、キャリアの芯粒子として、キャリア芯材の表面に少なくとも1層の被覆樹脂層を形成したものが好ましく、磁性体分散型キャリアコア表面に少なくとも1層の被覆樹脂層を形成したものがより好ましい。
キャリア芯材表面をコートする被覆樹脂は熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよく公知のものが使用できる。
熱可塑性樹脂としては、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等が挙げられる。
一方、熱硬化性樹脂としては、ポリウレタン、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、アミド樹脂等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。
キャリアの電気抵抗を調整する目的等で、被覆樹脂中に導電性材料を含有させてもよい。導電性材料としては、金、銀、銅といった金属、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を例示することができる。また、導電性樹脂、半導電性樹脂と呼ばれる樹脂が例示されるが、これらに限定されるものではない。
本実施形態において、被覆樹脂層は、特に限定されることはないが、従来公知の皮膜形成方法で形成される。例えば、キャリア芯材に樹脂溶液を塗布する方法、樹脂を構成するモノマー、オリゴマー、ポリマーの溶液を塗布し、乾燥固化、又は、相応の化学反応によって高分子量化する方法、キャリア芯材表面への化学的な皮膜の析出、積層などによって皮膜を形成する際に、皮膜形成材料の一部を意図的に析出、硬化させる方法等により形成される。また、樹脂可溶な溶媒に樹脂とその他材料を投入して被覆樹脂層形成用原料溶液とし、キャリア芯材の粉末を被覆樹脂層形成用溶液中に浸漬する浸漬法、被覆樹脂層形成用溶液をキャリア芯材の表面に噴霧するスプレー法、キャリア芯材を流動エアーにより浮遊させた状態で被覆樹脂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ア芯材と被覆樹脂層形成用溶液を混合し、次いで溶剤を除去するニーダーコーター法等が挙げられる。
(凸部形成用粒子調製工程)
本実施形態において、キャリアの製造方法は、凸部形成用粒子を調製する工程を含む製造方法であることが好ましい。本実施形態においては、凸部形成用粒子は、導電性粒子を樹脂中に分散した導電性粒子分散粒子であることが好ましい。
導電性粒子分散粒子は、導電性粒子と樹脂とをニーダー等で混錬し粉砕分級する乾式法により調製することは可能であるが、5μm以下の小粒径を粒径分布を狭く得るには、湿式法が適している。
湿式法には、結着樹脂の重合性単量体を乳化重合させた樹脂粒子分散液、導電性粒子分散液、必要に応じて帯電制御剤等の分散液を混合し、凝集粒子を形成し、加熱融合合一させて導電性粒子分散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導電性粒子、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して導電性粒子分散粒子を得る懸濁重合法、結着樹脂と導電性粒子、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導電性粒子分散粒子を造粒する溶解懸濁法などがある。その中でも、乳化重合凝集法が最適である。
導電性粒子分散粒子の導電性材料としては、金、銀、銅といった金属、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を例示することができる。また導電性樹脂、半導電性樹脂と呼ばれる樹脂を例示することができるが、これらに限定されるものではない。
導電性粒子分散粒子の樹脂は熱可塑性でも熱硬化性でもよく公知のものが使用される。
熱可塑性樹脂としては、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、塩化ビニルー酢酸ビニル共重合体、スチレンーアクリル酸共重合体等が挙げられる。
一方、熱硬化性樹脂ではポリウレタン、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、アミド樹脂等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。
導電性粒子分散粒子の樹脂と導電性粒子との割合は、例えば重量比で1:0.05以上1:0.5以下の範囲とすることができる。その重量比が1:0.05以上であると、キャリアの電気抵抗が適当であり、鮮明なカラー画像が得られる。また、1:0.5以下であると、導電性粒子の量が適当であり、導電性粒子分散粒子の機械的強度に優れる。
(付着工程)
本実施形態において、キャリアの製造方法は、前記キャリア芯粒子分散液と凸部形成用粒子分散液とを混合し、1つのキャリアの芯粒子の表面に複数の凸部形成用粒子が付着した粒子を形成する付着工程を含む製造方法であることが好ましい。
キャリアを作製するにあたり、少なくともキャリア芯粒子分散液、導電性粒子分散粒子の分散液(凸部形成用粒子分散液)、必要に応じてカチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、凝集剤等を用意し、これらを混合して1つのキャリアの芯粒子の表面に複数の凸部形成用粒子が付着した粒子を形成する。
1つのキャリアの芯粒子のまわりに複数の導電性粒子分散粒子が付着した粒子を得るには、キャリアの芯粒子と導電性粒子分散粒子とが水中において互いに反対極性の電荷をまとうようにし、静電的に1つのキャリアの芯粒子と複数の導電性粒子分散粒子とが選択的に付着して凝集体を形成することが好ましい。また、同極性の電荷を有する導電性粒子分散粒子同士が反発し合うことにより、導電性粒子分散粒子同士が接触することなく、特定の間隔をもってキャリアの芯粒子表面に付着することが好ましい。
従って本実施形態においては、前記付着工程は、正(又は負)に帯電した前記キャリア芯粒子分散液と、キャリアの芯粒子とは反対に負(又は正)に帯電した凸部形成用粒子の分散液とを混合し、1つのキャリアの芯粒子の表面に複数の凸部形成用粒子が付着した粒子を形成する付着工程を含む製造方法であることがより好ましい。
粒子の水中における静電的極性は粒子構成によって+にも−にも制御されるが、別に界面活性剤を添加することでも正負の極性が制御される。一般にカチオン系界面活性剤を添加することによって粒子が+に帯電し、アニオン系界面活性剤を添加することによって粒子が−に帯電する。
アニオン系界面活性剤としては、硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン性界面活性剤が挙げられる。カチオン系界面活性剤としては、アミン塩型、4級アンモニウム塩型等のカチオン性界面活性剤が挙げられる。
キャリアの芯粒子とより体積平均粒径の小さい導電性粒子分散粒子の混合割合は、例えば重量比で1:0.05以上1:0.5以下の範囲とすることが好ましい。その重量比が1:0.05以上であると、キャリアの凸部の数が適当であり、キャリアの凹凸状態が形成される。また、1:0.5以下であると、導電性粒子分散粒子の量が適当であり、導電性粒子分散粒子同士の凝集や凝集に参加しない遊離粒子の発生が抑制される。
凝集剤には、様々なものが用いられるが、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム等の金属塩等がよい。
上記の各材料を揃えた上で、それらを混合、撹拌して、必要に応じて分散機等で予備分散を行った後、加熱、場合によっては例えばpH2以上6以下に調整する、或いは芯粒子表面の樹脂のガラス転移温度か、導電性粒子分散粒子の樹脂のガラス転移温度の低い方の温度を上限に液温を調整することにより、凝集を進行させて凝集体を形成する。
(融合工程)
本実施形態において、キャリアの製造方法は、前記キャリアの芯粒子とその表面に付着した凸部形成用粒子とを加熱により融合する融合工程を含む製造方法であることが好ましい。
必要に応じて例えばキャリアの芯粒子表面の樹脂のガラス転移温度か、導電性粒子分散粒子の樹脂のガラス転移温度の−20℃以上+50℃以下で加熱して、キャリアの芯粒子とその表面に付着した凸部形成用粒子とを仮融着させる。そのあと、場合によっては例えばpH4以上9以下にpH調整を行いながら、さらなる凝集成長を抑制するために界面活性剤を適当量添加し、さらに例えば樹脂のガラス転移温度の+30℃以上+50℃以下で加熱してキャリアの芯粒子とその表面に付着した凸部形成用粒子との融合を進行させて形状を調整し、キャリア粒子とする。一般に加熱温度が高いほど、また加熱時間が長いほど融着が進行しキャリア粒子の凹凸高低差が小さくなる。上記各加熱時間は適宜調整すればよい。また、このようなキャリアに対して、表面の凹凸を消失しない範囲で、必要に応じて表面に改めて被覆樹脂層を形成してもよい。以上のようにして作製されたキャリア粒子は引き続き冷却して取り出し、余分な界面活性剤を洗浄除去して乾燥し、キャリアとして完成される。
この製造方法によれば、融合工程により形状が制御され、また体積平均粒径の異なる複数種の凝集体を混合させることで異型度を高めて形状制御範囲を広くとることが可能であり、表面に複数の凸部を有するキャリアが比較的容易に作製される。すなわち、本製造方法により、トナーへの低ストレスに優れたキャリアを得られる。
また、上記の製造方法の他に、キャリアの芯粒子表面に複数の凸部を有する静電荷像現像剤用キャリアを製造する方法として、キャリア芯材に溶媒に不溶な粒子と溶媒に部分的に可溶な樹脂で皮膜を形成した後に溶媒で可溶な部分を取り除く方法が挙げられる。
3.静電荷像現像用トナー
本実施形態に係る静電荷像現像剤は、キャリアの芯粒子及びキャリアの芯粒子表面に複数の凸部を有する静電荷像現像剤用キャリアと、静電荷像現像用トナー(以下、単に「トナー」ともいう。)とを含有する。すなわち、本実施形態に係る静電荷像現像剤は、トナー及びキャリアを含む二成分現像剤である。
トナーは、熱定着用、圧力定着用のいずれでもよく特に限定しないが、結着樹脂と着色剤を主成分とし、必要に応じて離型剤等を含有する公知のものを使用することができる。トナーは混練粉砕法のような乾式製法で製造されたものであってもよいし、乳化重合凝集法、溶解懸濁法、懸濁重合法等の湿式製法により製造されたものであってもよい。着色剤や離型剤の表面露出が少なく、画像の安定性が良好である等の点から乳化重合凝集法により製造されたトナーが好ましい。このようなトナーは、粒子の形状が比較的丸く、粒度分布が狭く、トナー表面が比較的均一で帯電性が高く、帯電分布も狭く良好である。このトナーは粒度分布が狭いため、カブリの発生が少ない。
(1)結着樹脂
本実施形態において熱定着用の静電荷像現像用トナーに使用し得る結着樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のエチレン系樹脂、ポリスチレン、ポリ(α−メチルスチレン)等のスチレン系樹脂、ポリメチルメタアクリレート、ポリアクリロニトリル等の(メタ)アクリル系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂及びこれらの共重合樹脂が挙げられる。
前記ポリエステル樹脂に用いる重合性単量体としては、例えば、高分子データハンドブック:基礎編」(高分子学会編:培風館)に記載されているような重合性単量体成分である、従来公知の2価又は3価以上のカルボン酸と、2価又は3価以上のアルコールがある。これらの重合性単量体成分の具体例としては、2価のカルボン酸としては、例えば、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸、ナフタレン−2,7−ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、マロン酸、メサコニン酸等の二塩基酸、及びこれらの無水物やこれらの低級アルキルエステル、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸等の脂肪族不飽和ジカルボン酸などが挙げられる。3価以上のカルボン酸としては、例えば、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸等、及びこれらの無水物やこれらの低級アルキルエステルなどが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
2価のアルコールとしては、例えば、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ビスフェノールAのエチレンオキシド又は(及び)プロピレンオキシド付加物、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,9−ノナンジオール、ネオペンチルグリコールなどが挙げられる。3価以上のアルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。なお、必要に応じて、酸価や水酸基価の調整等の目的で、酢酸、安息香酸等の1価の酸や、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等の1価のアルコールも使用される。
前記ポリエステル樹脂は、前記の重合性単量体成分の中から任意の組合せで、例えば、「重縮合」(化学同人、1971年刊)、「高分子実験学(重縮合と重付加)」:(共立出版、1958年刊)や「ポリエステル樹脂ハンドブック」((株)日刊工業新聞社編、1988年刊)等に記載の従来公知の方法を用いて合成することができ、エステル交換法や直接重縮合法等を単独で、又は、組み合せて用いられる。
熱定着用のトナーの結着樹脂としては、エチレン性不飽和化合物の単独重合体又は共重合体も好ましく用いられる。かかる結着樹脂としては、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、イソブチレン等のモノオレフィン;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニルエステル、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のエステル;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン等の単独重合体あるいは共重合体を挙げることができる。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類等が挙げられる。
圧力定着用のトナーの結着樹脂としては、バロプラスチックが用いられる。バロプラスチックは、高Tg樹脂(高いガラス転移温度を有する樹脂)と前記高Tg樹脂のTgよりも20℃以上低いTgを有する低Tg樹脂(低いガラス転移温度を有する樹脂)とを有する。バロプラスチックは、高Tg樹脂と低Tg樹脂とを組み合わせた樹脂であり、高Tg樹脂と低Tg樹脂とがミクロな相分離状態を形成している。かかるミクロな相分離状態を形成しているバロプラスチックは、圧力に対して可塑的挙動を示す。
高Tg樹脂のTgは、45〜120℃であることが好ましく、50〜110℃の範囲にあることがより好ましく、55〜100℃の範囲にあることがさらに好ましい。上記の数値の範囲内であると、バロプラスチックをトナーの結着樹脂として使用した場合、トナーの保管性に優れ、ケーキングや感光体へのフィルミングが発生しにくく、画質欠陥も起こりにくい。また、定着時(特に厚紙定着時)の定着温度が適度であり用紙カールが抑制される。
低Tg樹脂のTgは、高Tg樹脂のTgよりも20℃以上低く、30℃以上低いことがより好ましく、40℃以上低いことがさらに好ましい。上記の数値の範囲内であると、バロプラスチックをトナーの結着樹脂として使用した場合、圧力可塑化挙動に優れ、特に厚紙定着時の定着温度や定着圧力を低く抑えられ、用紙カールが抑制される。
本実施形態のバロプラスチックは式(3)に示す関係を満たすものが好ましい。
20℃≦{T(0.5MPa)−T(30MPa)}℃ (3)
式(3)において、T(0.5MPa)はフローテスター印加圧力0.5MPaにおいて、粘度が104Pa・sとなる温度を表し、T(30MPa)はフローテスター印加圧力30MPaにおいて、粘度が104Pa・sとなる温度を表す。
式(3)の関係を満たすと、加圧による十分な可塑化挙動が得られる。
高Tg樹脂と低Tg樹脂との組み合わせとしては、下記(A)〜(C)が挙げられる。
(A)高Tg樹脂のブロックと低Tg樹脂のブロックとを有し、かつ前記2種のブロックのガラス転移温度の差が20℃以上であるブロック共重合体
(B)コアを構成する樹脂のガラス転移温度とシェルを構成する樹脂のガラス転移温度との差が20℃以上であるコアシェル構造を有する樹脂粒子を凝集した樹脂
(C)ガラス転移温度の差が20℃以上である2種の樹脂により海島構造を形成した樹脂混合物
本実施形態においては、(A)のブロック共重合体が好ましい。
高Tg樹脂及び低Tg樹脂がブロック共重合体の60重量%以上を占めることが好ましく、80〜100重量%を占めることがより好ましく、ブロック共重合体が高Tg樹脂のブロック及び低Tg樹脂のブロックよりなるブロック共重合体であることがさらに好ましい。
また、高Tg樹脂のブロックと低Tg樹脂のブロックとの比率としては、ブロック共重合体の総重量を100重量%とした場合、高Tg樹脂のブロックが占める割合が25〜75重量%であることが好ましい。
ブロック共重合体の各ブロックとして、付加重合系樹脂、及び、重縮合系樹脂が好ましく利用される。付加重合系樹脂としてはエチレン性不飽和化合物の単独重合体又は共重合体が例示される。また、重縮合系樹脂にはポリエステルの単独重合体又は共重合体が例示され、本実施形態においては、付加重合系樹脂のブロック共重合体が好ましい。
エチレン性不飽和化合物としては、スチレン類、(メタ)アクリル酸エステル類、エチレン性不飽和ニトリル類、エチレン性不飽和カルボン酸、ビニルエーテル類、ビニルケトン類、オレフィン類等が挙げられる。
高Tg樹脂のブロックを合成するためのエチレン性不飽和化合物としては、スチレン類(スチレン及び/又はその誘導体)に由来する重合体であることが好ましく、前記スチレン類としては、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、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレン、p−クロロスチレン、p−エチルスチレン、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、2,4−ジメチルスチレン、3,4−ジクロロスチレン等が挙げられ、中でもスチレンが好ましく用いられる。
高Tg樹脂のブロックは、非結晶性の重合体であることが好ましく、非結晶性ポリスチレンであることがより好ましい。
低Tg樹脂のブロックを合成するためのエチレン性不飽和化合物としては、(メタ)アクリル酸エステル類が好ましく、アクリル酸エステル類がより好ましく、アルキル基が炭素数1〜8であるアクリル酸アルキルエステル類がさらに好ましく、メチルアクリレート、ブチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート等が特に好ましい。
エチレン性不飽和化合物のブロック共重合体は、アニオン重合性、カチオン重合性、ラジカル重合性及び配位重合性等のリビング重合法により合成することが好ましく、そのモノマーの組み合わせの容易さからリビングラジカル重合法を用いることがより好ましい。
前記ブロック共重合体の数平均分子量Mnは、10,000〜150,000であることが好ましく、20,000〜100,000であることがより好ましく、30,000〜60,000であることがさらに好ましい。上記範囲であると、十分な圧力可塑化流動挙動が得られるので好ましい。
各ブロックは、その数平均分子量が5,000〜75,000であることが好ましく、10,000〜50,000であることがより好ましく、15,000〜30,000であることがさらに好ましい。上記範囲内であると、トナーのシステム内での種々のストレスに対する機械的強度、圧力下での定着性と定着後の画像強度のバランスが良好である。
数平均分子量は、例えばゲル・パーミュエーション・クロマトグラフィ(東ソー(株)製HLC−8120GPC、TSK−GEL、GMHカラム)によって以下に記す条件で測定される。
温度40℃において、溶媒(テトラヒドロフラン)を毎分1.2mlの流速で流し、濃度0.2g/20mlのテトラヒドロフラン試料溶液を試料重量として3mg注入し測定を行う。試料の分子量測定にあたっては、当該試料の有する分子量が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分子量の対数とカウント数が直線となる範囲内に包含される測定条件を選択する。
(2)着色剤
着色剤としては、例えば、カーボンブラック、クロムイエロー、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、スレンイエロー、キノリンイエロー、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド、ブリリアンカーミン3B、ブリリアンカーミン6B、デュポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、リソールレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ローズベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオキサレート等の種々の顔料、又は、アクリジン系、キサンテン系、アゾ系、ベンゾキノン系、アジン系、アントラキノン系、チオインジコ系、ジオキサジン系、チアジン系、アゾメチン系、インジコ系、チオインジコ系、フタロシアニン系、アニリンブラック系、ポリメチン系、トリフェニルメタン系、ジフェニルメタン系、チアジン系、チアゾール系、キサンテン系等の各種染料が単独で又は2種以上組み合わせて使用される。
本実施形態に係るトナーにおける、前記着色剤の含有量としては、トナー100重量%に対して、1重量%以上30重量%以下の範囲であることが好ましいが、また、必要に応じて表面処理された着色剤を使用したり、顔料分散剤を使用することも有効である。前記着色剤の種類を適宜選択することにより、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナー等が得られる。
(3)離型剤
離型剤としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等の低分子量ポリオレフィン類;加熱により軟化点を有するシリコーン類;オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミド等の脂肪酸アミド類;エステルワックス、カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油等のような植物系ワックス;ミツロウのような動物系ワックス;モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス等のような鉱物系ワックス;石油系ワックス;及びそれらの変性物等が使用される。離型剤は、トナーに対して50重量%以下の範囲で添加される。
(4)その他
その他内添剤として、フェライト、マグネタイト、還元鉄、コバルト、ニッケル、マンガン等の金属、それらの合金、又はそれら金属を含む化合物などの磁性体が使用される。帯電制御剤としては、4級アンモニウム塩、ニグロシン系化合物、アルミニウム、鉄、クロムなどの錯体からなる染料や、トリフェニルメタン系顔料など通常使用される種々の帯電制御剤を使用され、凝集や融合一体化時の安定性に影響するイオン強度の制御及び廃水汚染の減少のために、水に溶解しにくい帯電制御剤が好適である。
湿式添加する無機粒子の例としては、シリカ、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、リン酸三カルシウムなど、通常トナー表面の外部添加剤として使用されるものが、イオン性界面活性剤や高分子酸、高分子塩基で分散して湿式添加される。
湿式製法によるトナー製造工程における乳化重合、シード重合、顔料分散、樹脂粒子、離型剤分散、凝集、又はその安定化などに用いる界面活性剤としては、硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン性界面活性剤、アミン塩型、4級アンモニウム塩型等のカチオン性界面活性剤等が挙げられ、またポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン性界面活性剤を併用することも効果的である。
また、外部添加剤としては、特に制限はなく、無機粒子や有機粒子等の公知の外部添加剤が用いられるが、その中でも、シリカ、チタニア、アルミナ、酸化セリウム、チタン酸ストロンチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグウネシウム及びりん酸カルシウム等の無機粒子、ステアリン酸亜鉛のような金属石鹸、フッ素含有樹脂粒子、シリカ含有樹脂粒子及び窒素含有樹脂粒子等の有機樹脂粒子が好ましい。また、目的に応じて外部添加剤表面に表面処理を施してもよい。表面処理剤としては、疎水化処理を行うためのシラン化合物、シランカップリング剤、シリコーンオイル等が挙げられる。外部添加剤はトナー粒子に添加し、混合されるが、混合は、例えばV型ブレンダーやヘンシェルミキサーやレディゲミキサー等の公知の混合機によって乾式に行われる。また、水中にてトナーに無機酸化物粒子を分散、混合付着する湿式に行われる。
(5)トナー物性
本実施形態に係るトナーの体積平均粒径としては、2μm以上4μm未満の範囲が好ましく、2.5μm以上3.5μm以下の範囲がより好ましい。トナーの体積平均粒径が2μm以上であると、トナー1個当たりの帯電量が適当であり、トナーかぶり、クリーニング不良を抑制できる。4μm未満であると、高精細な画像が得られる。
また、本実施形態に係るトナーの体積平均粒度分布指標GSDvは、1.1以上1.4以下の範囲であることが好ましく、1.1以上1.3以下の範囲であることがより好ましく、1.15以上1.24以下の範囲であることがさらに好ましい。GSDvが1.4を超える場合、粗大粒子及び微粉粒子の存在が多くなるために、トナー同士の凝集が激しくなり、帯電不良や転写不良を引き起こしやすくなる。また、GSDvが1.1未満である場合には、製造上かなり困難を有することとなる。
なお、体積平均粒径D50v及び体積平均粒度分布指標GSDvは、コールター−マルチサイザー−II型(ベックマン・コールター(株)製)を用いて、100μmのアパーチャ径で測定することにより得ることができる。この時、測定はトナーを電解質水溶液(アイソトンII水溶液)に分散させ、超音波により30秒以上分散させた後に行う。測定したトナーの粒度分布を基にして分割された粒度範囲(チャネル)に対して体積、数をそれぞれ小径側から累積分布を描いて、累積16%となる粒径を体積D16v、累積50%となる粒径を体積D50v、累積84%となる粒径を体積D84vと定義する。この際、D50vは体積平均粒径を表し、体積平均粒度分布指標(GSDv)は(D84v/D16v1/2として求められる。
また、本実施形態に係る静電荷像現像剤用トナーの、下記式で表されるトナー形状係数SF1は110以上140以下の範囲であることが好ましく、115以上135以下の範囲であることがより好ましく、120以上130以下の範囲であることがさらに好ましい。トナー形状係数SF1が110に満たないと、トナー粒子が球形に近くなるため転写後のクリーニング不良が発生してしまう場合がある。またトナー形状係数SF1が140を超えると、転写効率や画質が低下する。
SF1=(ML2/A)×(π/4)×100
(上記式において、MLはトナーの最大長(μm)を表し、Aはトナーの投影面積(μm2)を表す。)
なお、トナー形状係数SF1は、ルーゼックス画像解析装置((株)ニレコ製、FT)を用いて、次のようにして測定される。まず、スライドグラス上に散布したトナーの光学顕微鏡像を、ビデオカメラを通じてルーゼックス画像解析装置に取り込み、50個のトナーについて最大長(ML)と投影面積(A)を測定し、個々のトナーについて、SF1を算出し、これを平均した値をトナー形状係数SF1とする。
トナーとキャリアとを混合して現像剤を作製する際のトナーの比率は、トナーのキャリアに対する被覆率fが10%〜150%の範囲が好ましく、より好ましくは40%〜100%である。
f(%)=√3/2π×(D・ρc)/(d・ρt)×C×100
(式中、トナーの粒径をd、キャリアの粒径をDとし、ρc、ρtはそれぞれキャリア、トナーの真比重である。またCはトナー/キャリアの重量比である。)
トナーの被覆率が10%以上であると十分な画像濃度が得られ、ベタ画像が均一になる。また、150%以下であると帯電量が適当であり、非画像部位のトナー汚れが発生せず、高品質なカラー画像が得られる。
トナーの帯電性は15μC/g以上70μC/g以下が好ましい。トナーの帯電性が15μC/g以上であると、非画像部位のトナー汚れ(カブリ)を抑制でき、高品質なカラー画像が得られる。一方、トナーの帯電性が70μC/g以下であると、十分な画像濃度が得られる。
4.現像剤カートリッジ及びプロセスカートリッジ
本実施形態の現像剤カートリッジは、少なくとも本実施形態の静電荷像現像剤を収容しているカートリッジである。また、本実施形態のプロセスカートリッジは、現像剤保持体を備え、本実施形態の静電荷像現像剤を収容することを特徴とする。
本実施形態の現像剤カートリッジは、画像形成装置に着脱可能であることが好ましい。すなわち、現像剤カートリッジが着脱可能な構成を有する画像形成装置において、本実施形態の静電荷像現像剤を収納した本実施形態の現像剤カートリッジが好適に使用される。また、現像剤カートリッジは、トナーを単独で収納するカートリッジとキャリアを単独で収納するカートリッジとを別体としたものでもよい。
本実施形態のプロセスカートリッジは、画像形成装置に脱着されることが好ましい。
また、本実施形態のプロセスカートリッジは、像保持体、像保持体表面を帯電させる帯電手段、及び、像保持体表面に残存したトナーを除去するためのクリーニング手段よりなる群から選ばれた少なくとも1種を備えたプロセスカートリッジであることが好ましい。さらに、本実施形態のプロセスカートリッジは、その他必要に応じて、除電手段等、その他の部材を含んでもよい。
トナーカートリッジ及びプロセスカートリッジとしては、公知の構成を採用してもよく、例えば、特開2008−209489号公報、及び、特開2008−233736号公報等が参照される。
5.画像形成装置及び画像形成方法
本実施形態の画像形成装置は、像保持体と、前記像保持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、前記静電潜像を現像剤を用いて現像してトナー画像を形成する現像手段と、前記トナー画像を被転写体に転写する転写手段と、を含み、前記現像剤が、本実施形態の静電荷像現像剤であることを特徴とする。
また、本実施形態の画像形成方法は、像保持体を帯電させる帯電工程と、前記像保持体表面に静電潜像を形成する潜像形成工程と、前記像保持体表面に形成された静電潜像を現像剤により現像してトナー像を形成する現像工程と、前記トナー像を被転写体上に転写する転写工程と、を含み、前記現像剤が、本実施形態の静電荷像現像剤であることを特徴とする。
また、本実施形態に係る画像形成装置は、上記した手段以外の手段、例えば、像保持体を帯電する帯電手段、被転写体表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段、像保持体表面に残存したトナーを除去するクリーニング手段等を含むものであってもよい。
本実施形態に係る画像形成装置の一例の概略を図2に示し、その構成について説明する。画像形成装置5は、帯電部10と、露光部12と、像保持体である電子写真感光体14と、現像部16と、転写部18と、クリーニング部20と、定着部22とを備える。
画像形成装置5において、電子写真感光体14の周囲には、電子写真感光体14の表面を帯電する帯電手段である帯電部10と、帯電された電子写真感光体14を露光し画像情報に応じて静電潜像を形成する潜像形成手段である露光部12と、静電潜像をトナーにより現像してトナー画像を形成する現像手段である現像部16と、電子写真感光体14の表面に形成されたトナー画像を被転写体24の表面に転写する転写手段である転写部18と、転写後の電子写真感光体14表面上に残存したトナーを除去するクリーニング手段であるクリーニング部20とがこの順で配置されている。また、被転写体24に転写されたトナー画像を定着する定着手段である定着部22が転写部18の左側に配置されている。
本実施形態に係る画像形成装置5の動作について説明する。まず、帯電部10により電子写真感光体14の表面が均一に帯電される(帯電工程)。次に、露光部12により電子写真感光体14の表面に光が当てられ、光の当てられた部分の帯電電荷が除去され、画像情報に応じて静電荷像(静電潜像)が形成される(潜像形成工程)。その後、静電荷像が現像部16により現像され、電子写真感光体14の表面にトナー画像が形成される(現像工程)。例えば、電子写真感光体14として有機感光体を用い、露光部12としてレーザビーム光を用いたデジタル式電子写真複写機の場合、電子写真感光体14の表面は、帯電部10により負電荷を付与され、レーザビーム光によりドット状にデジタル潜像が形成され、レーザビーム光の当たった部分に現像部16でトナーを付与され可視像化される。この場合、現像部16にはマイナスのバイアスが印加されている。次に転写部18で、用紙等の被転写体24がこのトナー画像に重ねられ、被転写体24の裏側からトナーとは逆極性の電荷が被転写体24に与えられ、静電気力によりトナー画像が被転写体24に転写される(転写工程)。転写されたトナー画像は、定着部22において定着部材により熱又は圧力が加えられ、被転写体24に融着されて定着される(定着工程)。一方、転写されずに電子写真感光体14の表面に残存したトナーはクリーニング部20で除去される(クリーニング工程)。この帯電からクリーニングに至る一連のプロセスで一回のサイクルが終了する。なお、図2において、転写部18で用紙等の被転写体24に直接トナー画像が転写されているが、中間転写体等の転写体を介して転写されてもよい。
以下、図2の画像形成装置5における帯電手段、像保持体、露光手段、現像手段、転写手段、クリーニング手段、定着手段について説明する。
(帯電手段)
帯電手段である帯電部10としては、例えば、図2に示すようなコロトロンなどの帯電器が用いられるが、導電性又は半導電性の帯電ロールを用いてもよい。導電性又は半導電性の帯電ロールを用いた接触型帯電器は、電子写真感光体14に対し、直流電流を印加するか、交流電流を重畳させて印加してもよい。例えばこのような帯電部10により、電子写真感光体14との接触部近傍の微小空間で放電を発生させることにより電子写真感光体14表面を帯電させる。なお、通常は、−300V以上−1,000V以下に帯電される。また前記の導電性又は半導電性の帯電ロールは単層構造あるいは多重構造でもよい。また、帯電ロールの表面をクリーニングする機構を設けてもよい。
(像保持体)
像保持体は、少なくとも静電潜像(静電荷像)が形成される機能を有する。像保持体としては、電子写真感光体が好適に挙げられる。電子写真感光体14は、円筒状の導電性の基体外周面に有機感光体等を含む塗膜を有する。塗膜は、基体上に、必要に応じて下引き層、及び、電荷発生物質を含む電荷発生層と、電荷輸送物質を含む電荷輸送層とを含む感光層がこの順序で形成されたものである。電荷発生層と電荷輸送層の積層順序は逆であってもよい。これらは、電荷発生物質と電荷輸送物質とを別個の層(電荷発生層、電荷輸送層)に含有させて積層した積層型感光体であるが、電荷発生物質と電荷輸送物質との双方を同一の層に含む単層型感光体であってもよく、好ましくは積層型感光体である。また、下引き層と感光層との間に中間層を有していてもよい。また、有機感光体に限らずアモルファスシリコン感光膜等他の種類の感光層を使用してもよい。
(露光手段)
露光手段である露光部12としては、特に制限はなく、例えば、像保持体表面に、半導体レーザ光、LED光、液晶シャッタ光等の光源を、所望の像様に露光できる光学系機器等が挙げられる。
(現像手段)
現像手段である現像部16は、像保持体上に形成された静電潜像をトナーを含む現像剤により現像してトナー画像を形成する機能を有する。そのような現像装置としては、上述の機能を有している限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、静電荷像現像用トナーをブラシ、ローラ等を用いて電子写真感光体14に付着させる機能を有する公知の現像器等が挙げられる。電子写真感光体14には、通常直流電圧が使用されるが、さらに交流電圧を重畳させて使用してもよい。
(転写手段)
転写手段である転写部18としては、例えば、図2に示すような被転写体24の裏側からトナーとは逆極性の電荷を被転写体24に与え、静電気力によりトナー画像を被転写体24に転写するもの、あるいは被転写体24の表面に被転写体24を介して直接接触して転写する導電性又は半導電性のロール等を用いた転写ロール及び転写ロール押圧装置を用いることができる。転写ロールには、像保持体に付与する転写電流として、直流電流を印加してもよいし、交流電流を重畳させて印加してもよい。転写ロールは、帯電すべき画像領域幅、転写帯電器の形状、開口幅、プロセススピード(周速)等により、任意に設定することができる。また、低コスト化のため、転写ロールとして単層の発泡ロール等が好適に用いられる。転写方式としては、紙等の被転写体24に直接転写する方式でも、中間転写体を介して被転写体24に転写する方式でもよい。
中間転写体としては、公知の中間転写体を用いることができる。中間転写体に用いられる材料としては、ポリカーボネート樹脂(PC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリアルキレンフタレート、PC/ポリアルキレンテレフタレート(PAT)のブレンド材料、エチレンテトラフロロエチレン共重合体(ETFE)/PC、ETFE/PAT、PC/PATのブレンド材料等が挙げられるが、機械的強度の観点から熱硬化ポリイミド樹脂を用いた中間転写ベルトが好ましい。
(クリーニング手段)
クリーニング手段であるクリーニング部20については、像保持体上の残留トナーを清掃するものであれば、ブレードクリーニング方式、ブラシクリーニング方式、ロールクリーニング方式を採用したもの等、適宜選定して差し支えない。これらの中でもクリーニングブレードを用いることが好ましい。また、クリーニングブレードの材質としてはウレタンゴム、ネオプレンゴム、シリコーンゴム等が挙げられる。中でも、耐摩耗性に優れていることから、特にポリウレタン弾性体を用いることが好ましい。但し、転写効率の高いトナーを使用する場合にはクリーニング部20を使用しない態様もありえる。
(定着手段)
定着手段(画像定着装置)である定着部22としては、被転写体24に転写されたトナー像を加熱、加圧あるいは加熱加圧により定着するものであり、定着部材を具備する。
(被転写体)
トナー画像を転写する被転写体(用紙)24としては、例えば、電子写真方式の複写機、プリンタ等に使用される普通紙、OHPシート等が挙げられる。定着後における画像表面の平滑性をさらに向上させるには、被転写体の表面もできるだけ平滑であることが好ましく、例えば、普通紙の表面を樹脂等でコーティングしたコート紙、印刷用のアート紙等が好適に使用される。
本実施形態に係る画像形成装置及び画像形成方法は、前記静電荷像現像剤を用いているため、現像剤へ与えるストレスが低く、かつ画質の安定性に優れる。
以下、実施例及び比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。以下、特に断りのない限り、「部」は「重量部」を、「%」は「重量%」を意味する。
1.各測定方法
(1)キャリア形状係数SF1
キャリアの形状係数SF1はルーゼックス画像解析装置((株)ニレコ製、FT)を用いて次のように測定した。まず、スライドグラス上に散布したキャリアの光学顕微鏡像をビデオカメラを通じてルーゼックス画像解析装置に取り込み、100個のキャリアについて最大長(ML)と投影面積(A)を測定し、個々のキャリアについて、(ML2/A)×(π/4)×100を算出し、これを平均した値をキャリア形状係数SF1として求めた。
(2)キャリア粒度
キャリアの体積平均粒径D50v及び体積平均粒度分布指標GSDvは、レーザー散乱粒度測定装置(日機装(株)製、マイクロトラック)を用いて、100μmのアパーチャ径で測定することにより得た。この時、測定はキャリアを電解質水溶液(アイソトン水溶液)に分散させ、超音波により30秒以上分散させた後に行った。レーザー散乱粒度測定装置(日機装(株)製、マイクロトラック)で測定されたキャリアの粒度分布を基にして分割された粒度範囲(チャネル)に対して体積をそれぞれ小径側から累積分布を描いて、累積16%となる粒径を体積D16v、累積50%となる粒径を体積D50v、累積84%となる粒径を体積D84vと定義する。この際、D50vは体積平均粒径を表し、体積平均粒度分布指標(GSDv)は(D84v/D16v1/2として求めた。
(3)樹脂の分子量、分子量分布
樹脂の分子量、分子量分布は、以下の条件で行った。ゲル浸透クロマトグラフィ(GPC)は「HLC−8120GPC、SC−8020(東ソー(株)製)装置」を用い、カラムは「TSKgel、SuperHM−H(東ソー(株)製6.0mmID×15cm)」を2本用い、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いた。実験条件としては、試料濃度0.5%、流速0.6mL/min、サンプル注入量10μL、測定温度40℃、IR検出器を用いて実験を行った。また、検量線は東ソー(株)製「polystylene標準試料TSK standard」:「A−500」、「F−1」、「F−10」、「F−80」、「F−380」、「A−2500」、「F−4」、「F−40」、「F−128」、「F−700」の10サンプルから作成した。
(4)示差走査熱量測定(DSC)
結着樹脂の融点を示差走査熱量計((株)島津製作所製、DSC−50)の熱分析装置を用いて測定した。測定は、室温から150℃まで毎分10℃の昇温速度で行い、融点をJIS規格(JIS K−7121:87参照)により解析して得た。
(5)凹凸部の平均高低差、凸部間の平均間隔
H(凹凸部の平均高低差(μm))、及び、L(凸部間の平均間隔(μm))の測定は電子顕微鏡観察により実施した。体積平均粒径±10%に入る体積粒径のキャリア10個を観察し、その平均を算出した。
2.実施例及び比較例
(1)キャリア粒子の作製
<キャリア芯材Aの作製>
フェノールを45部、ホルマリンを70部、イオン交換水を80部、マグネタイト粉末(体積平均粒径0.25μm、球形、0.8%KBM403処理品)を500部を反応釜中で撹拌した後、アンモニア水15部を加え、昇温し、フェノール樹脂を硬化させ、反応物を冷却・洗浄する工程を有する方法で作製された重量平均粒子径35μm、形状係数SF1が105の磁性体分散型のキャリア芯材Aを得た。電気抵抗は1010(Ω・m)であった。
<キャリア芯材Bの作製>
キャリア芯材Aの作製において水量を変えて200部に変更し、重量平均粒子径25μm、形状係数SF1が106の磁性体分散型のキャリア芯材Bを得た。電気抵抗は1010(Ω・m)であった。
(2)キャリア芯材被覆樹脂の作製
メチルメタクリレート38部、イソブチルメタクリレート50部、メタクリル酸2部、及び、パーフルオロオクチルエチルメタクリレート10部を用い、トルエン溶媒を用いた溶液重合によりランダム共重合させて、重量平均分子量Mwが50,000、Tgが85℃の被覆樹脂を得た。
(3)キャリアの芯粒子の作製
<キャリア芯粒子1>
・キャリア芯材A 100部
・被覆樹脂 2.3部
・カーボンブラック(VXC−72、キャボット社製) 0.15部
・架橋メラミン樹脂粒子(トルエン不溶、エポスターS、(株)日本触媒製) 0.3部
・トルエン 14部
被覆樹脂、カーボンブラック、架橋メラミン樹脂粒子をトルエンに投入してサンドミルで撹拌分散し被覆樹脂層形成用溶液を調製し、キャリア芯材Aとともに真空脱気型ニーダーに入れて温度60℃を保ち10分間撹拌した後、減圧してトルエンを留去して表面に被覆樹脂層を形成した後、目開き75μmの網で篩分してキャリア芯粒子1を得た。
<キャリア芯粒子2>
・キャリア芯材B 100部
・被覆樹脂 2.6部
・カーボンブラック(VXC−72、キャボット社製) 0.15部
・架橋メラミン樹脂粒子(トルエン不溶、エポスターS、日本触媒社製) 0.5部
・トルエン 14部
被覆樹脂、カーボンブラック、架橋メラミン樹脂粒子をトルエンに投入してサンドミルで撹拌分散し被覆樹脂層形成用溶液を調製し、キャリア芯材Bとともに真空脱気型ニーダーに入れて温度60℃を保ち10分間撹拌した後、減圧してトルエンを留去して表面に被覆樹脂層を形成した後、目開き75μmの網で篩分してキャリア芯粒子2を得た。
(4)キャリア芯粒子分散液の作製
<キャリア芯粒子分散液1>
・キャリア芯粒子1 100部
・イオン交換水 300部
・アニオン系界面活性剤(ダウファックス2A1、ダウ・ケミカル社製) 1部
イオン交換水にアニオン系界面活性剤を500mlポリボトルに投入し、さらにキャリア芯粒子1を投入して蓋をし、そのポリボトルをボールミル装置に載せて60rpmで回転させて1時間撹拌し、キャリア芯粒子分散液1を得た。
<キャリア芯粒子分散液2>
キャリア芯粒子1をキャリア芯粒子2に変えた以外は同様に作製してキャリア芯粒子分散液2を得た。
(5)導電性粒子分散粒子(凸部形成用粒子)の作製
<樹脂粒子分散液の作製>
・スチレン 500部
・アクリル酸 20部
・界面活性剤(ダウファックス2A1、ダウ・ケミカル社製) 10部
・過硫酸アンモニウム 7部
・イオン交換水 1,000部
上記の各材料を1,000rpmにて60分間撹拌して、まず乳化液を得た。その後75℃まで昇温して、3時間保持した。この間撹拌は200rpmにて継続した。以上により、体積平均粒径200nm、重量平均分子量Mw50,000の樹脂粒子が固形分33重量%で分散した樹脂粒子分散液を得た。樹脂粒子の体積平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置((株)堀場製作所製、LA−700)を用いて測定した。
<カーボンブラック分散液の作製>
・カーボンブラック(キャボット社製:VXC−72) 50部
・アニオン界面活性剤(日本油脂(株)製:ニューレックスR) 2部
・イオン交換水 198部
上記成分を混合し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックス)により10分予備分散した後に、アルティマイザー(対抗衝突型湿式粉砕機:(株)スギノマシン製)を用い圧力245MPaで15分間分散処理を行い、中心粒径が188nmで固形分が20.0重量%のカーボンブラック分散液を得た。
<導電性粒子分散粒子1の作製>
・樹脂粒子分散液 1,500部
・マグネタイト粒子(チタン工業(株)製、BL−500) 500部
・カーボンブラック分散液(20.0重量%) 25部
・界面活性剤(ダウファックス2A1、ダウ・ケミカル社製) 3部
・凝集剤(ポリ塩化アルミニウム水溶液(10重量%)) 2部
凝集剤を除く上記各材料を20分混合し、さらに凝集剤を投入して分散機(IKA社製、ウルトラタラックス)にて5,000rpmで予備分散を行った後、オイルバスにてフラスコを500rpmにて撹拌しながら70℃まで昇温し、30分間保持すると体積平均粒径2.8μmの粒子が生成していることが確認された。ろ過とイオン交換水への再分散を繰り返して洗浄し導電性粒子分散粒子1を得た。
<導電性粒子分散粒子2の作製>
導電性粒子分散粒子1の作製において、予備分散まで同様に行った後、オイルバスにてフラスコを500rpmにて撹拌しながら70℃まで昇温し、60分間保持すると体積平均粒径3.5μmの粒子が生成していることが確認された。ろ過とイオン交換水への再分散を繰り返して洗浄して乾燥し導電性粒子分散粒子2を得た。
(6)導電性粒子分散粒子分散液(凸部形成用粒子分散液)の作製
<導電性粒子分散粒子分散液1の作製>
・導電性粒子分散粒子1 100部
・イオン交換水 300部
・カチオン系界面活性剤(カチオンAB、日油(株)製) 2部
イオン交換水にカチオン系界面活性剤を500mlポリボトルに投入し、さらに導電性粒子分散粒子1を投入して蓋をし、そのポリボトルをボールミル装置に載せて60rpmで回転させて1時間撹拌し、導電性粒子分散粒子分散液1を得た。
<導電性粒子分散粒子分散液2の作製>
導電性粒子分散粒子1を導電性粒子分散粒子2に変えた以外は同様に作製して導電性粒子分散粒子分散液2を得た。
(7)キャリアの作製
<キャリア1の作製>
100部のキャリア芯粒子分散液1を撹拌しながら導電性粒子分散粒子分散液1を徐々に投入し最終的に5部投入した。混合撹拌しながら、加熱して徐々に昇温し70℃で90分保持して、キャリアの芯粒子に導電性粒子分散粒子を静電的に付着せしめて仮固着させた。さらにアニオン系界面活性剤(ダウファックス2A1、ダウ・ケミカル社製)を2部投入して、さらに加熱し95℃で2時間保持した。冷却してイオン交換水で洗浄して乾燥後にSEMにて凹凸したキャリア粒子が確認され、体積平均粒径が38.7μm、凹凸部の平均高低差が2.4μm、凸部間の平均間隔が8.6μm、形状係数SF1が150のキャリア1が得られた。結果を表1にまとめた。
<キャリア2〜9の作製>
キャリア2〜9をキャリア1と同様な方法で作製した。凹凸程度はキャリア芯粒子分散液と導電性粒子分散粒子分散液の組み合わせの他に、処方の95℃での保持時間で変化させた。保持時間が長いほど、凹凸高低差は小さくすることができた。キャリア2〜9の体積平均粒径、凹凸部の平均高低差、凸部間の平均間隔、形状係数SF1の測定結果を表1にまとめた。
Figure 2011027874
(8)トナー(熱定着用)の作製
<結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(A)の調製>
加熱乾燥した三口フラスコに、デカンジカルボン酸100mol%、ノナンジオール100mol%と、触媒としてジブチル錫オキサイド0.3重量%とを入れた後、減圧操作により容器内の空気を窒素ガスにより不活性雰囲気下とし、機械撹拌にて180℃で5時間撹拌・還流を行った。
その後、減圧下にて230℃まで徐々に昇温を行い2時間撹拌し、粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させ、結晶性ポリエステル樹脂(A)を合成した。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる分子量測定(ポリスチレン換算)で、得られた結晶性ポリエステル樹脂(A)の重量平均分子量(Mw)は23,800で数平均分子量(Mn)は7,500であった。
また、結晶性ポリエステル樹脂(A)の融点(Tm)を、前述の測定方法により、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定したところ、明確な吸熱ピークを示し、吸熱ピーク温度は72.4℃であった。
次いで結晶性ポリエステル樹脂(A)を用い、樹脂粒子分散液(A)を調製した。
・結晶性ポリエステル樹脂(A) 90部
・イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬(株)製) 1.8部
・イオン交換水 210部
以上を混合し、100℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで110℃に加温して分散処理を1時間行い、中心径230nm,固形分量20重量%の樹脂粒子分散液(A)を得た。
<非晶性ポリエステル樹脂(1)の合成>
・ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物 30mol%
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物 70mol%
・テレフタル酸 80mol%
・フマル酸 20mol%
撹拌装置、窒素導入管、温度センサー、精留塔を備えたフラスコに上記のモノマーを仕込み、1時間を要して温度を190℃まで上げ、反応系内が均一に撹拌されていることを確認した後、モノマーに対して1.0重量%のジオクタン酸スズを投入した。さらに生成する水を留去しながら同温度から6時間を要して240℃まで温度を上げ、240℃でさらに2時間脱水縮合反応を継続し、ガラス転移点が62℃、酸価が12.7mgKOH/g、重量平均分子量18,300、数平均分子量4,200である非晶性ポリエステル樹脂(1)を得た。
<非晶性ポリエステル樹脂(2)の合成>
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物 80mol%
・トリメチロールプロパン 20mol%
・無水トリメリット酸 5mol%
・テレフタル酸 85mol%
・ドデセニルコハク酸 10mol%
撹拌装置、窒素導入管、温度センサー、精留塔を備えた内容量5リットルのフラスコに上記無水トリメリット酸以外のモノマーを仕込み、1時間を要して温度を190℃まで上げ、反応系内が均一に撹拌されていることを確認した後、ジヘキサン酸スズの0.6重量%を投入した。さらに生成する水を留去しながら同温度から6時間を要して240℃まで温度を上げ、240℃でさらに脱水縮合反応を継続し軟化点が110℃になるまで、反応をさせた。次いで、温度を190℃まで下げ無水トリメリット酸の5mol%を徐々に投入し、同温度で1時間反応を継続し、ガラス転移点が62.2℃、酸価が16mgKOH/gで重量平均分子量が52,000、数平均分子量8,200である非晶性ポリエステル樹脂(2)を得た。
<樹脂粒子分散液(1)の調製>
・非晶性ポリエステル樹脂(1) 100部
・酢酸エチル 50部
・イソプロピルアルコール 15部
セパラブルフラスコに酢酸エチルを投入し、その後上記樹脂を徐々に投入して、スリーワンモーターで撹拌を施し、完全に溶解させて油相を得た。この撹拌されている油相に10%アンモニア水溶液を合計で3部となるようにスポイトで徐々に滴下し、さらにイオン交換水230部を10ml/minの速度で徐々に滴下して転相乳化させ、さらにエバポレータで減圧しながら脱溶剤を実施し、非晶性ポリエステル樹脂(1)からなる樹脂粒子分散液(1)を得た。この複合樹脂粒子の体積平均粒径は、150nmであった。樹脂粒子濃度はイオン交換水で調整して20%とした。
<樹脂粒子分散液(2)の調製>
樹脂粒子分散液(1)の調製において、非晶性ポリエステル樹脂(1)を非晶性ポリエステル樹脂(2)に変えた以外はそれぞれ同様に実施し、樹脂粒子分散液(2)を得た。この複合樹脂粒子の体積平均粒径は、180nmであった。樹脂粒子濃度はイオン交換水で調整して20%とした。
<着色剤粒子分散液の調製>
・青色顔料(銅フタロシアニンB15:3:大日精化工業(株)製) 50部
・イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬工業(株)製) 5部
・イオン交換水 195部
上記成分を混合し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックス)により10分間分散した後に、アルティマイザー(対抗衝突型湿式粉砕機:(株)スギノマシン製)を用い圧力245MPaで20分間分散処理を行い、着色剤粒子の中心粒径が185nmで固形分量が20.0重量%の着色剤粒子分散液を得た。
<離型剤粒子分散液の調製>
・オレフィンワックス(融点:88℃) 90部
・イオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬工業(株)製) 1.8部
・イオン交換水 210部
以上を100℃に加熱して、IKA社製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで110℃に加温して分散処理を1時間行い、中心径175nm、固形分量20重量%の離型剤粒子分散液を得た。
<トナー粒子1の作製>
・樹脂粒子分散液(1) 60部
・樹脂粒子分散液(2) 60部
・結晶性ポリエステル樹脂分散液(A) 10部
・着色剤粒子分散液 15部
・離型剤粒子分散液 15部
・イオン交換水 80部
以上を丸型ステンレス製フラスコ中においてウルトラタラックスT50で十分に混合・分散した。次いで、これにポリ塩化アルミニウム0.20部を加え、ウルトラタラックスで分散操作を継続した。加熱用オイルバスでフラスコを撹拌しながら48℃まで加熱した。48℃で60分保持した後、ここに樹脂粒子分散液(1)20部、樹脂粒子分散液(2)20部の混合液を緩やかに追加した。
その後、0.5mol/lの水酸化ナトリウム水溶液で系内のpHを8.0にした後、ステンレス製フラスコを密閉し、磁力シールを用いて撹拌を継続しながら90℃まで加熱し、3時間保持した。
反応終了後、冷却し、濾過、イオン交換水で十分に洗浄した後、ヌッチェ式吸引濾過により固液分離を施した。これをさらに40℃のイオン交換水1Lに再分散し、15分300rpmで撹拌・洗浄した。
これをさらに5回以上繰り返し、濾液のpHが7.5〜8.0、電気伝導度7.0μS/cmt以下となったところで、ヌッチェ式吸引濾過によりNo5Aろ紙を用いて固液分離を行った。次いで真空乾燥を12時間継続してトナー粒子1を得た。
この時の粒子径をコールターカウンターにて測定したところ体積平均粒径D50vは3.8μm、粒度分布係数GSDvは1.22であった。また、ルーゼックスによる形状観察より求めたトナー粒子1の形状係数SF1は136でポテト状であった。
<トナー粒子2の作製>
・樹脂粒子分散液(1) 55部
・樹脂粒子分散液(2) 55部
・結晶性ポリエステル樹脂分散液(A) 10部
・着色剤粒子分散液 20部
・離型剤粒子分散液 20部
・イオン交換水 40部
以上を丸型ステンレス製フラスコ中においてウルトラタラックスT50で十分に混合・分散した。次いで、これにポリ塩化アルミニウム0.20部を加え、ウルトラタラックスで分散操作を継続した。加熱用オイルバスでフラスコを撹拌しながら45℃まで加熱した。45℃で60分保持した後、ここに樹脂粒子分散液(1)20部、樹脂粒子分散液(2)20部の混合液を緩やかに追加した。
その後、0.5mol/lの水酸化ナトリウム水溶液で系内のpHを8.0にした後、ステンレス製フラスコを密閉し、磁力シールを用いて撹拌を継続しながら90℃まで加熱し、3時間保持した。
反応終了後、冷却し、濾過、イオン交換水で十分に洗浄した後、ヌッチェ式吸引濾過により固液分離を施した。これをさらに40℃のイオン交換水1Lに再分散し、15分300rpmで撹拌・洗浄した。
これをさらに5回以上繰り返し、濾液のpHが7.5〜8.0、電気伝導度7.0μS/cmt以下となったところで、ヌッチェ式吸引濾過によりNo5Aろ紙を用いて固液分離を行った。次いで真空乾燥を12時間継続してトナー粒子2を得た。
この時の粒子径をコールターカウンターにて測定したところ体積平均径D50は2.8μm、粒度分布係数GSDvは1.24であった。また、ルーゼックスによる形状観察より求めたトナー粒子2の形状係数SF1は132でポテト状であった。
(9)トナー(圧力定着用)の作製
<2−メチル−2−[N−(tert−ブチル)−N−(1−ジエトキシホスホリル−2,2−ジメチルプロピル)−アミノキシ]−プロピオン酸(MBPAP)の合成>
窒素パージしたガラス容器に500部の脱ガスしたトルエンと35.9部のCuBrと、15.9部の銅粉末、86.7部のN,N,N’,N’,N”−ペンタメチルジエチレントリアミンとを導入し、撹拌しながら500mlの脱ガスしたトルエンと42.1部の2−ブロモ−2−メチルプロピオン酸と78.9部のN−tert−butyl−N−(1−diethylphosphono−2,2−dimethylpropyl) nitroxideを導入し90分間室温にて撹拌した。その後、反応媒体をろ過し、さらにトルエンろ過物を1,500部のNH4Cl飽和水溶液で2回洗浄した。得られた個体をペンタンで洗浄し、真空乾燥を行い2−メチル−2−[N−(tert−ブチル)−N−(1−ジエトキシホスホリル−2,2−ジメチルプロピル)−アミノキシ]−プロピオン酸(MBPAP)を得た。
調製したMBPAPの質量分析法で求めたモル質量は381.44g/mol(C1736NO6P)であり、目的物であることを確認した。
<ブロック共重合樹脂の調製>
還流冷却管、窒素導入管、撹拌機を取り付けたガラス容器にスチレンモノマー200部とMBPAPを14.8部添加し、窒素気流下80℃にてよく混合し温度を110℃に上昇させスチレンの重合を行った。分子量をGPCにて随時測定し、スチレンの数平均分子量が5,100になった時点で、重量減量法にて残留スチレン量を測定し重合率(転化率)を求めたところ99.5%であった。その後、ブチルアクリレート212部を添加し130℃にて重合を継続し、ブチルアクリレートでの鎖延長を行った。ブチルアクリレートユニットの数平均分子量数が5,400、初めに重合したスチレン鎖との合計が数平均分子量で10,500になったところで室温まで冷却した。重合物をTHF200mlに溶解して取り出し、3,000部のメタノールに滴下してブロックポリマーを再沈殿させた後、沈殿物をろ過、さらにメタノール1,000部で洗浄を繰り返した後、40℃にて真空乾燥を行いスチレンとブチルアクリレートのブロック共重合樹脂を得た。
また、上記重合装置を用いてスチレン50部、MBPAP3.7部を用いて同様の操作により数平均分子量5,100のスチレンホモポリマーを作製し、同様に精製した後そのガラス転移点(Tg)の測定を行ったところ78℃であった。さらにブチルアクリレート53部、MBPAP3.7部を用いて同様に数平均分子量5,400のホモポリマーを重合し精製後のTgを確認したところ−35℃であった。
また、得られたブロック共重合樹脂(1)のフローテスター粘度が104Pa・sになる温度を測定したところ、0.5MPa(5kgf/cm2)(T(0.5MPa))においては95℃、30MPa(300kgf/cm2)(T(30MPa))では53℃、T(0.5MPa)−T(30MPa)が42℃であった。
<樹脂粒子分散液(3)の調製>
上記ブロック共重合樹脂400部にソルビタンセスキオレートを8部、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム0.8部を溶解したメチルエチルケトン(MEK)を120部添加し、還流冷却管、撹拌機、イオン交換水滴下装置、加熱装置の付いた反応器に投入後、65℃にてよく混合した。その後、65℃にて1時間加熱混合を行った後、1,600部のイオン交換水を1g/minの速度で滴下し、ブロック共重合樹脂の転相乳化を行った。さらに転相乳化物を冷却し、エバポレーターを用い、60℃減圧下において、乳化液からMEKを除去し、樹脂粒子の体積平均径200nm、固形分量20.2%の樹脂粒子分散液(3)を得た。
<トナー粒子3の作製>
・樹脂粒子分散液(3) 120部
・着色剤粒子分散液 20部
・離型剤粒子分散液 20部
・イオン交換水 40部
以上を丸型ステンレス製フラスコ中においてウルトラタラックスT50で十分に混合・分散した。次いで、これにポリ塩化アルミニウム0.20部を加え、ウルトラタラックスで分散操作を継続した。加熱用オイルバスでフラスコを撹拌しながら45℃まで加熱した。45℃で60分保持した後、ここに樹脂粒子分散液(3)40部を緩やかに追加した。
その後、0.5mol/lの水酸化ナトリウム水溶液で系内のpHを8.0にした後、ステンレス製フラスコを密閉し、磁力シールを用いて撹拌を継続しながら90℃まで加熱し、3時間保持した。
反応終了後、冷却し、濾過、イオン交換水で十分に洗浄した後、ヌッチェ式吸引濾過により固液分離を施した。これをさらに40℃のイオン交換水1Lに再分散し、15分300rpmで撹拌・洗浄した。
これをさらに5回以上繰り返し、濾液のpHが7.5〜8.0、電気伝導度7.0μS/cmt以下となったところで、ヌッチェ式吸引濾過によりNo5Aろ紙を用いて固液分離を行った。次いで真空乾燥を12時間継続してトナー粒子3を得た。
この時の粒子径をコールターマルチサイザー−II型にて測定したところ体積平均径D50は3.5μm、粒度分布係数GSDvは1.25であった。また、ルーゼックスによる形状観察より求めた粒子の形状係数SF1は130でポテト状であった。
(10)現像剤の調製
上記トナー粒子1〜3それぞれを100部に対し、平均粒子径15nmのデシルシラン処理の疎水性チタニア0.8部、平均粒子径30nmの疎水性シリカ(NY50、日本アエロジル(株)製)1.3部を加え、ヘンシェルミキサーを用いて30m/秒で10分間ブレンドした後、45μm網目のシーブを用いて粗大粒子を除去し、外添トナー1〜3を調製した。外添トナー1〜3を5部又は8部と、キャリア1〜9を100部とを様々に組み合わせてVブレンダーを用いて40rpmで20分間撹拌し、125μm網目のシーブを用いて篩分を行い現像剤1〜18を得た。
トナー5部とキャリア100部からなる各現像剤を電子顕微鏡で確認したところ、キャリア表面が所定の凹凸を有する場合、凹部にトナーは選択的に付着していた。これは凸部のカーボンブラック濃度が高く、相対的に凹部のトナー帯電付与性が高いことによる。凸部のトナー付着数が前記凹部のトナー付着数より少ないことが観察された。
Figure 2011027874
(10)現像剤の評価
上記現像剤1〜10、14〜17を市販の電子写真複写機Docu Center Color a450(富士ゼロックス(株)製)にて評価した。28℃/85%RHの環境下のもと、キャリア100部に対してトナー5部を含む現像剤を用いて使用初期(プリント10枚目)に富士ゼロックス(株)製OKTOP紙(A4紙、コート紙)でソリッド画像と画像面積率5%のハーフトーン画像を含む画出しをし、その後、A4白紙(画像部なし)のプリントを100枚実施したのち、改めてOKTOP紙(A4紙、コート紙)でソリッド画像と画像面積率5%のハーフトーン画像を含む画出しを実施した。
また、別途、キャリア100部に対してトナー8部を含む現像剤を用いて使用初期にOKTOP紙(A4紙、コート紙)でソリッド画像と画像面積率5%のハーフトーン画像を含む画出しをした。評価用プリントパターンを図3に示す。
図3に示すプリントパターン30において、符号31はソリッド画像を表し、符号32はハーフトーン画像を表し、符号33は印刷方向を表す。
上記現像剤11〜13及び18は市販の電子写真複写機Docu Center Color a450(富士ゼロックス(株)製)にて評価するが、定着機については改造し、画像側圧力ロールをSUS管にテフロン(登録商標)をコートした高硬度ロールに変更して定着圧力を約10MPa(100kgf/cm2)とした。
プリントのソリッド画像濃度、ハーフトーンのでき栄えについてチェックした。その結果を表3に示す。
<ソリッド画像濃度>
ソリッド画像濃度は、X−rite社製の濃度測定器、X−rite404Aにより測定した。評価基準を以下に示す。
○:トナー5部の初期濃度と比較して濃度差が0.1未満
△:トナー5部の初期濃度と比較して濃度差が0.1〜0.2
×:トナー5部の初期濃度と比較して濃度差が0.2より大きい
結果を表3に示した。
<ハーフトーン>
ハーフトーンのでき栄えについての評価基準を以下に示す。
○:全体的に均一なハーフトーン
△:ハーフトーンが乱れている(網点画像で欠落部が散見される)
×:ソリッド画像部直後のハーフトーン部が薄い
結果を表3に示した。
Figure 2011027874
実施例1〜14はソリッド画像濃度、ハーフトーンの安定性に優れていた。また、現像剤中のトナー濃度が高くなっても均一なハーフトーンが得られていた。
一方、比較例1〜4は特にハーフトーンの安定性が劣っていた。白紙プリント100枚後のトナーを電子顕微鏡で観察したところ、外添剤がトナー表面に埋没しており、それによる転写性の悪化によってハーフトーンが乱れたことによる。
また、トナー濃度が高まるとソリッド画像部直後のハーフトーン部が薄くなっていた。これはトナー濃度が高まることにより、現像時の現像剤による磁気ブラシの電気抵抗が高まりすぎたために、発生したことによる。
上記の構成を採用することにより、トナーへのストレスが低減され、現像、転写の安定性に優れ、かつ現像剤中のトナー濃度の変動に対して磁気ブラシの電気抵抗の変動が小さく、安定して高画質の画像が得られる静電荷像現像剤を提供することを可能にした。
1 キャリア
2 凸部
3 凹部
4a 被覆樹脂層
4b キャリア芯材
4 キャリアの芯粒子
5 画像形成装置
10 帯電部
12 露光部
14 電子写真感光体
16 現像部
18 転写部
20 クリーニング部
22 定着部
24 被転写体
30 プリントパターン
31 ソリッド画像
32 ハーフトーン画像
33 印刷方向

Claims (10)

  1. キャリアの芯粒子及び前記キャリアの芯粒子表面に複数の凸部を有する静電荷像現像剤用キャリアと、
    静電荷像現像用トナーとを含有し、
    式(1)及び式(2)の関係を満たすことを特徴とする
    静電荷像現像剤。
    0.5t<H (1)
    1/2t<L<5t (2)
    式(1)及び式(2)において、tはトナー体積平均粒径(μm)を表し、Hは凹凸部の平均高低差(μm)を表し、Lは前記凸部間の平均間隔(μm)を表す。
  2. 前記凸部が導電性材料を含む、請求項1に記載の静電荷像現像剤。
  3. 前記静電荷像現像剤用キャリアの形状係数SF1が145を超え170以下である、請求項1又は2に記載の静電荷像現像剤。
  4. 前記凸部のトナー付着数が前記キャリアの芯粒子表面のトナー付着数より少ない、請求項1〜3いずれか1つに記載の静電荷像現像剤。
  5. 前記静電荷像現像用トナーの体積平均粒径が2μm以上4μm未満である、請求項1〜4いずれか1つに記載の静電荷像現像剤。
  6. 前記静電荷像現像剤用キャリアが、
    キャリアの芯粒子を調製する工程、
    凸部形成用粒子を調製する工程、
    前記キャリアの芯粒子の分散液と凸部形成用粒子の分散液とを混合し、1つのキャリアの芯粒子の表面に複数の凸部形成用粒子が付着した粒子を形成する付着工程、及び、
    前記キャリアの芯粒子とその表面に付着した凸部形成用粒子とを加熱により融合する融合工程を含む製造方法により製造された、
    請求項1〜5いずれか1つに記載の静電荷像現像剤。
  7. 請求項1〜6いずれか1つに記載の静電荷像現像剤を含む、現像剤カートリッジ。
  8. 請求項1〜6いずれか1つに記載の静電荷像現像剤を含む、プロセスカートリッジ。
  9. 像保持体と、
    前記像保持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成手段と、
    前記静電潜像を現像剤を用いて現像してトナー画像を形成する現像手段と、
    前記トナー画像を被転写体に転写する転写手段と、を含み、
    前記現像剤が、請求項1〜6いずれか1つに記載の静電荷像現像剤であることを特徴とする
    画像形成装置。
  10. 像保持体を帯電させる帯電工程と、
    前記像保持体表面に静電潜像を形成する潜像形成工程と、
    前記像保持体表面に形成された静電潜像を現像剤により現像してトナー像を形成する現像工程と、
    前記トナー像を被転写体上に転写する転写工程と、を含み、
    前記現像剤が、請求項1〜6いずれか1つに記載の静電荷像現像剤であることを特徴とする
    画像形成方法。
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