JP2015004935A - 二成分現像剤及びそれを用いた画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コア粒子と該コア粒子表面を被覆した樹脂を含むコート層とを備えるキャリアと、ワックスを含有するトナーとを含む二成分現像剤において、前記キャリアは、コート層削れ指数が0.00%を超え且つ0.10%以下であり、前記ワックスは、融点が75℃以上90℃以下であることを特徴とする二成分現像剤である。また、かかる二成分現像剤を用いた画像形成装置100である。
【選択図】図1
Description
以下に、本発明の二成分現像剤を詳細に説明する。本発明の二成分現像剤は、コア粒子と該コア粒子表面を被覆した樹脂を含むコート層とを備えるキャリアと、ワックスを含有するトナーとを含む二成分現像剤であり、ここで、上記キャリアは、コート層削れ指数が0.00%を超え且つ0.10%以下であり、上記ワックスは、融点が75℃以上90℃以下であることを特徴とする。キャリアのコート層削れ指数が0.00%を超え且つ0.10%以下であれば、コア粒子表面を被覆したコート層からの樹脂の離脱を抑えることができ、離脱した樹脂がクリーニングブレードの弾性部材に付着する現象の発生を抑えることができる。また、仮にキャリアから樹脂が離脱しても、ワックスの融点が75℃以上90℃以下であれば、離脱した樹脂は、クリーニングブレードに付着し難くなるか又は付着してもクリーニングブレードから剥がれ易くなるため、有機感光体の表面を削る現象の発生を抑えることができる。このように、本発明によれば、2つの要因が効果的に作用することにより、感光体表面のレコード傷の発生を防止することができる。
本発明の二成分現像剤において、上記キャリアは、コア粒子と、該コア粒子表面を被覆したコート層とを備えており、該コート層には樹脂が含まれる。
本発明の二成分現像剤において、上記キャリアは、コート層削れ指数が0.00%を超え且つ0.10%以下であることを要し、0.03%以下であることが好ましい。キャリアのコート層削れ指数が0.00%を超え且つ0.10%以下であれば、コア粒子表面を被覆したコート層からの樹脂の離脱を抑えることができ、離脱した樹脂がクリーニングブレードの弾性部材に付着する現象の発生を抑えることができ、延いては、感光体表面のレコード傷の発生を防止することができる。
また、キャリア粒子間に働く付勢力(圧力)は、突起部に集中するため、コート層に亀裂が生じて、コート層を形成する樹脂が剥離することを低減できる。
ただし、コート層を形成する樹脂が突起部をカバーするようにコートされている場合、そこの部分の樹脂は剥離しやすくなるため、予め、トナーと混合して二成分現像剤を調製する前に、ナウターミキサー(ホソカワミクロン社製)などの混合撹拌装置で1〜2時間撹拌することにより、突起部の樹脂を剥離させて取り除く方法や、コート層を形成する樹脂とコア粒子の配合比を調整することにより、突起部をコートする樹脂量が少なくなるようにコート層を形成することが好ましい。
上記キャリアを構成するコア粒子としては、特に限定されるものではないが、例えば、鉄、銅、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金属酸化物等が挙げられる。これらコア粒子であれば、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。なお、これらコア粒子は、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
キャリア表面に凹凸形状を設ける場合、表面に凹凸を有するコア粒子を用いることが好ましい。表面に凹凸を有するコア粒子(フェライト粒子)の製造方法としては、特に制限はなく、公知の方法により製造できる。製造方法の一例として、例えば、特開2010−181525号公報に開示された製造方法、すなわち、Mg化合物、Ti化合物及びFe2O3を非酸化性雰囲気又は弱還元性雰囲気下、混合、焼成して2価のFeを含む混合物を得る第1焼成工程と、得られた混合物をスラリー化した後、スラリー粒子を造粒する造粒工程と、造粒物を非酸化性雰囲気又は弱還元性雰囲気下で焼成し、フェライト化させる第2焼成工程と、再度、非酸化性雰囲気又は弱還元性雰囲気下で焼成し、磁化及び表面性を調整する第3焼成工程と、粒子表面に酸化皮膜を形成する酸化皮膜処理工程によりフェライト粒子を製造する方法などがある。
上記キャリアを構成するコート層は、樹脂を含むが、コート層の機械的強度を高める観点から、架橋型の樹脂を含むことが好ましい。また、該樹脂としては、シリコーン樹脂が好ましい。コート層がシリコーン樹脂を含む場合、コア粒子とコート層の密着性が高いキャリアが得られるため、レコード傷の発生を防止する効果を向上させることができる。
(Y)nSi(R)m
(式中、Rは、アルキル基、アルコキシ基又は塩素原子を示すが、Rが複数ある場合、これらRは、同一でも異なってもよく、Yは、アミノ基を含有する炭化水素基を示すが、Yが複数ある場合、これらYは、同一でも異なってもよく、m及びnはそれぞれ独立して1〜3の整数であるが、m+n=4である。)
H2N(H2C)3Si(OCH3)3
H2N(H2C)3Si(OC2H5)3
H2N(H2C)3Si(CH3)(OCH3)2
H2N(H2C)2HN(H2C)3Si(CH3)(OCH3)2
H2NOCHN(H2C)3Si(OC2H5)3
H2N(H2C)2HN(H2C)3Si(OCH3)3
H2N−Ph−Si(OCH3)3(式中、−Ph−はp−フェニレン基を示す)
Ph−HN(H2C)3Si(OCH3)3(式中、Ph−はフェニル基を示す)
(H9C4)2N(H2C)3Si(OCH3)3
本発明の二成分現像剤において、上記キャリアは、コア粒子の表面に、上記コート層の構成材料を溶剤中に溶解又は分散させた樹脂液を塗布した後、溶剤を揮発除去して未硬化層を形成し、これを加熱硬化することによってコート層を形成させることで製造できる。
本発明の二成分現像剤において、トナーは、ワックスを含有することを要するが、通常、ワックスに加えて、結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子からなる。また、トナー粒子は、荷電制御剤等の公知の添加剤を含んでもよいし、必要に応じて外添剤が添加されている。
本発明の二成分現像剤において、ワックスは、融点が75℃以上90℃以下であることを要する。ワックスの融点が75℃未満の場合、クリーニングブレードにより感光体表面に残るトナーが掻き捕られる際に、トナー表面のワックス成分がクリーニングブレードにフィルミング(溶融付着)しやすくなり、キャリア粒子表面から剥離した樹脂(例えばシリコーン樹脂)の破片を吸着しやすくなると予想される。ワックスの融点が90℃を超える場合、トナー表面のワックス成分がクリーニングブレードに一度付着すると、剥離しにくくなるため、キャリア粒子表面から剥離したシリコーン樹脂の破片を吸着して長時間保持しやすくなると予想される。ワックスの融点が75℃以上90℃以下であれば、トナー表面のワックス成分がクリーニングブレードにフィルミング(溶融付着)しにくく、キャリア粒子表面から剥離した樹脂(例えばシリコーン樹脂)の破片をワックスを介して吸着しても短時間で離脱しやすいことから、感光体表面のレコードキズの発生を抑制できると推定される。なお、ワックスの融点は、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定できる。
本発明の二成分現像剤において、トナーに使用できる結着樹脂は、当該技術分野で常用されるトナー用の樹脂であれば特に限定されず、例えば、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体樹脂等のスチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系樹脂、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂等が挙げられる。また、原料モノマー混合物にワックスを混合し、重合反応を行って得られる樹脂を用いてもよい。これら樹脂は、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の二成分現像剤は、上記トナーと上記キャリアとを、例えばV型混合機(株式会社徳寿工作所製、型式:V−5)で10〜30分間攪拌混合することにより調製できる。トナーとキャリアの配合比としては、一般に5:95〜10:90の重量配合比で混合される。
本発明の画像形成装置は、上述した二成分現像剤を用いることを特徴とする。本発明の画像形成装置は、上記二成分現像剤を用いる以外、特に制限は無く、公知の方法で製造することができる。
(トナー1)
ポリエステル樹脂[三菱レイヨン社製、製品名:ダイヤクロン、ガラス転移温度60度]100質量部と、着色剤[DIC社製、C.I.Pigment Blue 15:1]5質量部と、合成エステルワックス[日油社製、製品名:ニッサンエレクトールWEP−5、融点82℃]3質量部と、荷電制御剤[オリエント化学社製、製品名:ボントロンE−84]1.5質量部を、ヘンシェルミキサ(日本コークス工業社製)を用いて予備混合し、その後、二軸押出機(株式会社池貝製、型式:PCM−30)を用いて、溶融混練して、溶融混練物を得た。得られた溶融混練物を冷却ベルトで冷却させた後、カッティングミルを用いて粗粉砕し、次いでジェット式粉砕機[ホソカワミクロン社製、製品名:カウンタジェットミル AFG]を用いて微粉砕し、更に風力分級機[ホソカワミクロン社製、製品名:TTSPセパレータ]を用いて分級して、平均粒子径6.5μmのトナー粒子を得た。
次いで、トナー粒子100質量部に、シリカ微粒子(アエロジル社製、製品名:R974、一次粒子径12nm)2.0質量部を加え、ヘンシェルミキサ(日本コークス工業社製)を用いて混合する外添処理を行い、トナー1(シアントナー)を得た。
トナー1で用いたエステルワックス[日油社製、製品名:ニッサンエレクトールWEP−5、融点82℃]の代わりに、表1に示すワックスを用いた以外は、上記(トナー1)と同様にして、トナー2〜6を得た。
電解液(ベックマン・コールター株式会社製、商品名:ISOTON−II)50mlに、トナー粒子20mg及びアルキルエーテル硫酸エステルナトリウム1mlを加え、超音波分散機(株式会社エスエムテー製、型式:UH−50)を用いて周波数20kHzで3分間分散処理する。得られた分散液約1mLを粒度分布測定装置(ベックマン・コールター株式会社製、型式:コールターカウンターMultisizer3)の専用セルに充填した後、1分間撹拌して、散乱光強度が安定したことを確認し、アパーチャ径100μm、測定粒子数500000カウントの条件下で体積粒度分布を測定し、その結果から体積平均粒径を求める。
示差走査熱量計(株式会社パーキンエルマージャパン製、型式:Diamond DSC)を用いて、試料0.01gを温度20℃から昇温速度10℃/分で200℃まで加熱し、次いで200℃から20℃に急冷する操作を2回繰返し、DSC曲線を測定する。2回目の操作で測定したDSC曲線の融解に相当する吸熱ピークの温度をワックスの融点とする。
(フェライト粒子1)
Feが7.048モル、Mgが0.73モル、Tiが0.125モル、Srが0.075モル、Mnが0.075モルとなるようにFe2O3、Mg(OH)2、TiO2、SrCO3及びMn3O4を秤量し、固形分が50重量%となるように水を加えビーズミルで混合し、混合したスラリーをスプレードライヤーで造粒した。得られた造粒物を1050℃にて非酸化性雰囲気にてロータリーキルンで焼成し、焼成物を得た。
得られた焼成物をビーズミルにてスラリー粒径のD50が2μmとなるように粉砕した。このとき、バインダー成分としてポリビニルアルコール(PVA)をスラリーの固形分の0.3質量%となるように添加し、ポリカルボン酸系分散剤をスラリーの粘度が2〜3ポイズになるように添加し、得られた粉砕スラリーをスプレードライヤーにて再度造粒した。950℃にて非酸化性雰囲気下、得られた造粒物に対して木炭を質量比で0.5質量%添加し、ロータリーキルンで焼成を行い、有機物を除去しながらフェライト化を進めると同時に酸化鉄の一部を還元した。
焼成したものを80メッシュの篩を使って粗大粒子を除去した後、非酸化性雰囲気下、1200℃で16時間焼成し焼成物を得た。得られた焼成物の解砕、分級、磁力選鉱を行い、体積平均粒径が35μmのフェライト粒子1(コア粒子)を得た。
フェライト粒子1を電子顕微鏡(SEM)で観察すると、表面に凹凸が形成されていることが確認された。
フェライト粒子1の最後の焼成工程における焼成温度を1200℃から1300℃に変更した点を除いて、キャリア1と同様の方法で体積平均粒径が35μmのフェライト粒子2を得た。
フェライト粒子2を電子顕微鏡(SEM)で観察すると、表面が平滑であることが確認された。
シリコーン樹脂[東レダウコーニング株製、製品名:SR2411(架橋型シリコーン樹脂)]のトルエン溶液250質量部(樹脂固形濃度20質量%)と、カーボンブラック[キャボット株式会社製、製品名:VULCAN XC72]のトルエン分散液200質量部(固形濃度15質量%)を汎用撹拌機(神東科学株式会社製、型式:スリーワンモータBLh1200)に投入し、回転数500rpmで5分間攪拌して、コート層形成用の樹脂液を調製した。
コア粒子100質量部に対してシリコーン樹脂固形分が5質量部となるように、上記で得られた樹脂液450質量部に、フェライト粒子1(平均粒子径35μm)1000質量部を投入し、更に上記の撹拌機を用いて、回転数500rpmで5分間混合した。得られた混合物を減圧(6.0×104Pa程度)下で加熱(100℃程度)することにより、溶剤のトルエンを除去して、コア粒子表面に未硬化層を形成した。得られた未硬化層を備えたコア粒子を、セーフティーオーブン(エスペック株式会社製、型式:SPH(H)102)を用いて、250℃で2時間加熱して未硬化層を硬化させて、コート層を形成し、100メッシュのふるいにかけ、磁気選別を行ってコートキャリア1を得た。
次に、コートキャリア1をナウターミキサー(ホソカワミクロン社製)に投入し、2時間撹拌することにより、キャリア表面の突起にコートされたシリコーン樹脂を摩耗処理した後、磁力選鉱を行い、体積平均粒径が35μmのキャリア1を得た。
キャリア1を電子顕微鏡(SEM)で観察すると、フェライト粒子1の表面凹凸形状に起因する突起が残っていることが確認された。
シリコーン樹脂[東レダウコーニング株製、製品名:SR2411(架橋型シリコーン樹脂)]のトルエン溶液350質量部(樹脂固形濃度20質量%)と、カーボンブラック[キャボット株式会社製、製品名:VULCAN XC72]のトルエン分散液280質量部(固形濃度15質量%)を混合して樹脂液630質量部を調製し、コア粒子100質量部に対してシリコーン樹脂固形分が7質量部となるように、得られた樹脂液630質量部に、フェライト粒子1(平均粒子径35μm)1000質量部を混合した点を除いて、キャリア1と同じ方法で体積平均粒径が35μmのキャリア2を得た。
キャリア2を電子顕微鏡(SEM)で観察すると、フェライト粒子1の表面凹凸形状に起因する突起が残っていることが確認された。
摩耗処理を行わなかった点を除いて、キャリア1と同じ方法で体積平均粒径が35μmのキャリア3を得た。
キャリア3を電子顕微鏡(SEM)で観察すると、フェライト粒子1の表面凹凸形状に起因する突起が残っていることが確認された。
摩耗処理を行わなかった点を除いて、キャリア2と同じ方法で体積平均粒径が35μmのキャリア4を得た。
キャリア4を電子顕微鏡(SEM)で観察すると、フェライト粒子1の表面凹凸形状に起因する突起がほぼ消失していることが確認された。
フェライト粒子1の代わりにフェライト粒子2を用い、更には摩耗処理を行わなかった点を除いて、キャリア1と同じ方法で体積平均粒径が35μmのキャリア5を得た。
キャリア5を電子顕微鏡(SEM)で観察すると、表面が平滑であることが確認された。
本発明において、コート層削れ指数とは、キャリア粒子表面からコート層を形成する樹脂が剥離する程度を示す指標であり、コート層削れ指数が高くなる程、キャリア粒子から離脱した樹脂の硬質粉体が多くなる。
ここで、コート層削れ指数は、摩耗処理前のキャリアの質量と、摩耗処理により離脱したコート層樹脂の質量とを測定し、下記式(1)で求められる。
(コート層削れ指数(%))={(摩耗処理により離脱したコート層樹脂の質量(g))÷(摩耗処理前のキャリアの質量(g)}×100 (1)
なお、コート層削れ指数を算出するための摩耗処理は、厚さ2mmのステンレス製の中空円柱容器(底面の直径が150mm高さ180mm)にキャリア1000gを入れ、中空円柱容器の軸心を水平にした状態で1分間に30回転の回転速度にて常温(25℃)、常湿(50%)環境下で3時間撹拌することによって行われた。
また、摩耗処理により離脱したコート層樹脂の質量の測定は、以下の方法で行った。上記摩耗処理後、アルキルエーテル硫酸エステルナトリウム1質量%水溶液と磁石を用いて、中空円柱容器内部の離脱したコート層樹脂のみを洗い出し、孔径サイズが1μmのメンブレンフィルターを用いて水溶液からコート層樹脂を分離し、乾燥させることにより、離脱したコート層樹脂を単離し、その質量を測定した。
キャリア1(94質量部)とトナー1(6質量部)をV型混合機(株式会社徳寿工作所製、型式:V−5)で20分間攪拌混合することにより、実施例1の二成分現像剤を得た。
表3に示す組み合わせを用いた以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜12及び比較例1〜12の二成分現像剤を得た。
実施例1の二成分現像剤およびトナー1を、シャープ製カラー複合機(製品名:MX−4110)のシアン現像装置およびシアントナーカートリッジに入れて、カバレージが5%のA4サイズのテキストデータを50K枚連続プリントした。
50K枚連続プリント後に、画像濃度(ID)が1.0のグレー画像を1枚プリントすることにより、レコードキズに起因する画像不具合がないか調べるとともに、感光体表面にレコードキズがないか目視で観察した。結果を表3に示す。
レコードキズ評価方法には、以下の評価基準を採用した。
○:画像および感光体の両方でレコードキズを全く確認できない
△:画像または感光体のいずれかでレコードキズをわずかに確認できる
×:画像および感光体の両方でレコードキズを確認できる
2 現像装置
3 感光体ドラム
4 クリーナユニット
5 帯電器(帯電装置)
6 中間転写ローラー
7 中間転写ベルト
9 トナー補給装置(トナーカートリッジ)
10 給紙トレイ
11 転写ローラー
12 定着装置
15 排紙トレイ
16 ピックアップローラー
17 搬送ローラー
71 駆動ローラー
72 従動ローラー
100 画像形成装置
Claims (5)
- コア粒子と該コア粒子表面を被覆した樹脂を含むコート層とを備えるキャリアと、ワックスを含有するトナーとを含む二成分現像剤において、前記キャリアは、コート層削れ指数が0.00%を超え且つ0.10%以下であり、前記ワックスは、融点が75℃以上90℃以下であることを特徴とする二成分現像剤。
- 前記コア粒子が、主成分としてフェライトを含み、前記樹脂が、シリコーン樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の二成分現像剤。
- 前記ワックスが、エステルワックスであることを特徴とする請求項1又は2に記載の二成分現像剤。
- 前記ワックスの含有量が、トナー中、2.0質量%以上5.0質量%以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに1項に記載の二成分現像剤。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の二成分現像剤を用いた画像形成装置。
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JP2013131678A JP2015004935A (ja) | 2013-06-24 | 2013-06-24 | 二成分現像剤及びそれを用いた画像形成装置 |
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