JP2016177253A - 現像ローラ、トナー及び画像形成装置 - Google Patents

現像ローラ、トナー及び画像形成装置 Download PDF

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圭一郎 重里
Keiichiro Shigesato
圭一郎 重里
誠 松下
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誠 松下
英明 安永
Hideaki Yasunaga
英明 安永
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Abstract

【課題】低温定着性に富んだトナーを用いて高速・長寿命化を行っても、規制ブレード固着とフィルミングの抑制を両立させることができる現像ローラを提供する。【解決手段】導電性軸体と、該導電性軸体の外周に形成された導電性弾性層と、該導電性弾性層の外周に形成されたトナー担持層と、を有する現像ローラであって、前記トナー担持層は、表面に平均粒径11〜40nmの粒子が分散されており、前記現像ローラの回転トルクが2.5〜3.5Nであることを特徴とする現像ローラ。【選択図】図1

Description

本発明は、現像ローラ、トナー及び画像形成装置に関する。
一成分接触現像方式の画像形成装置では、表面にトナー薄層が形成されて回転する現像ローラから感光体表面の静電潜像にトナーが供給されることでトナー像が形成される。前記トナーの薄層は規制ブレード(規制部材)によって形成されることが知られている。
一成分接触現像方式では、規制ブレードでトナーを強く擦ることによってトナーを帯電させるため、トナーに多大なストレスが加えられ、近年のトレンドである低温定着トナーとは相容れない場合が多い。特に規制ブレードでのトナー固着や現像ローラでのトナーフィルミングがより発生しやすい傾向にある。これは、トナーを規制ブレードで強く擦るため、前記規制ブレード付近の温度が上昇して、ワックス(離型剤)や定着助剤等のトナー成分が軟化し、前記規制ブレードに付着してしまうことが原因として挙げられる。
これが起点となって、トナー粒子そのものや外添剤などが規制ブレードや現像ローラに付着し、ストレスにより延展することで、規制ブレードに固着あるいは、現像ローラのフィルミングが発生してしまう。規制ブレードに固着すると、規制ブレードニップでのトナーの通過が妨げられるため画像が白く抜けてしまう。一方、フィルミングが発生すると、現像ローラの品質の経時(耐久が進むという意味)変化が大きくなり、具体的には、帯電量の低下、地汚れの悪化によるトナー消費量の増加、掻き取り性の低下によるベタ追従性の悪化といった不具合が起きてしまう。
上述の規制ブレードの固着とトナーフィルミングはトレードオフの関係にあり、従来の現像ローラでは、2つの品質課題を同時に解決するのは非常に困難であった。この問題は、近年開発が進んでいる低温定着性に富んだ球形の重合トナーであるほど、さらには高速・長寿命化に対応した作像システムであるほど顕著に現れる。
一方、例えば特許文献1では、所定のポリウレタン樹脂を使用したトナー担持層を有する現像ローラが開示されており、前記トナー担持層の水の接触角、静摩擦係数を規定することが開示されている。これにより、低温定着性に富んだトナーを用いて高速・長寿命化対応を行っても、トナーのフィルミングや摩耗を抑制できることが報告されている。
しかしながら、規制ブレード固着とトナーフィルミングとの両立については十分ではなく、さらなる向上が求められている。
また、特許文献2では、規制ブレード固着とフィルミングを満足させる目的で、導電性弾性層とポリウレタン系の樹脂から成る表層の2層構成で、表層の表面近傍にナイロン系などの粗さ粒子を分散させた現像ローラが開示されている。その特徴として、表層のポリウレタン系樹脂の凝集エネルギーの低下を利用してフィルミングを抑え、表面の粗さ粒子でRz:3〜15μmの表面粗さを付与し、トナーの掻き取り性を向上させることで規制ブレード固着を抑制することが開示されている。
しかしながら、低温定着性に富んだ球形重合トナーを用いた高速・長寿命化の画像形成システムにおいても、規制ブレード固着とフィルミングを同時に満足できるかという問題は解消できていない。また、我々のこれまでの検討では、低温定着性に富んだ球形重合トナーを用いた高速・長寿命化の画像形成システムにおいては、粒子径が数十μmである粗さ粒子系で表面の凹凸を付与した現像ローラは、耐久に伴い粗さ粒子の磨耗や脱落が発生するため、使いこなすのは難しいという知見がある。
以上、低温定着性に富んだトナーを用いて高速・長寿命化を行っても、規制ブレード固着とフィルミングの抑制を両立させることができる現像ローラが求められていた。
本発明は以上を鑑みてなされたものであり、低温定着性に富んだトナーを用いて高速・長寿命化を行っても、規制ブレード固着とフィルミングの抑制を両立させることができる現像ローラを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の現像ローラは、導電性軸体と、該導電性軸体の外周に形成された導電性弾性層と、該導電性弾性層の外周に形成されたトナー担持層と、を有する現像ローラであって、前記トナー担持層は、表面に平均粒径11〜40nmの粒子が分散されており、前記現像ローラの回転トルクが2.5〜3.5Nであることを特徴とする。
本発明によれば、低温定着性に富んだトナーを用いて高速・長寿命化を行っても、規制ブレード固着とフィルミングの抑制を両立させることができる現像ローラを提供することができる。
本発明に係る現像ローラの一例における拡大模式図である。 回転トルクの測定方法を説明するための模式図である。 本発明に係るトナーの一例におけるSEM画像である。 本発明に係る画像形成装置の構成の一例を示す概略断面図である。 プロセスカートリッジの構成の一例を示す概略断面図である。 クリーニングブレードの一例を示す模式図(A)及び要部拡大模式図(B)である。
以下、本発明に係る現像ローラ、トナー及び画像形成装置について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、修正、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
本発明の現像ローラは、導電性軸体と、該導電性軸体の外周に形成された導電性弾性層と、該導電性弾性層の外周に形成されたトナー担持層と、を有する現像ローラであって、前記トナー担持層は、表面に平均粒径11〜40nmの粒子が分散されており、前記現像ローラの回転トルクが2.5〜3.5Nであることを特徴とする。なお、詳細は後述するが、本発明における回転トルクは下記の所定の方法により求められるものである。
背景技術で述べたように、規制ブレードの固着とトナーフィルミングはトレードオフの関係にあり、従来の現像ローラでは、2つの品質課題を同時に解決するのは非常に困難であった。
これに対し、我々が鋭意検討した結果、規制ブレード固着とフィルミングはトレードオフの関係にあり、ある特性のバランスを調整することで、規制ブレード固着にもフィルミングにも優れた現像ローラを実現できることがわかった。その特性としては現像ローラの回転トルクに着目するものであり、回転トルクを下げると(小さくすると)フィルミング耐性を上げることができ、逆にトルクを上げると(大きくすると)、規制ブレード固着耐性を上げることができるという知見に至った。
これまでの検討結果から回転トルクを2.5〜3.5Nに設定すると、規制ブレード固着が起こらず、フィルミングも少なく、地汚れの悪化やベタ画像の追従性が低下するといった問題は起こらないことがわかった。
また、我々のこれまでの検討では、低温定着性に富んだ球形重合トナーを用いた高速・長寿命化の画像形成システムにおいては、粒子径が数十μmである粗さ粒子系で表面の凹凸を付与した現像ローラは、耐久に伴い粗さ粒子の磨耗や脱落が発生するため、使いこなすのは難しいということがわかった。
そこで、現像ローラの表面形状及び表層材料の検討を行い、掻き取り性を保ちながらも離型性も担保している表面形状と、高硬度で離型性の高い表層材料を併用することで、規制ブレード固着とフィルミングとを両立することができるとして本発明に至った。以下詳細を説明する。
(現像ローラ)
本発明の現像ローラは、導電性軸体と、該導電性軸体の外周に形成された導電性弾性層と、該導電性弾性層の外周に形成されたトナー担持層と、を有する。以下各構成の詳細を説明する。
<導電性軸体>
導電性軸体の形状、構造、大きさ、材料等については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。形状は、例えば円柱状の中実体、内部が中空の円筒状などが挙げられ、構造は単層構造でも積層構造でもよく、大きさは、現像ローラの大きさ等に応じて適宜選択できる。導電性軸体の体積抵抗は1010Ω・cm以下が好ましい。
導電性軸体の材料としては、例えば、(1)鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、真鍮等で形成された金属製の基体、(2)熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂の芯体表面に金属皮膜をメッキ処理した基体、(3)熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂の芯体表面に金属皮膜を蒸着処理した基体、(4)熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂に導電性付与剤としてカーボンブラックや金属粉末等を配合した樹脂組成物により一体に形成した基体などを使用することができる。
<導電性弾性層>
導電性弾性層は、弾性材料を含有し、導電剤、さらに必要に応じてその他の成分を含有する。導電性弾性層の体積抵抗は1010Ω・cm以下が好ましい。
前記弾性材料としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。その例としては、シリコーンゴム、エチレン−プロピレン−ブタジエンゴム、ポリウレタンゴム、クロロプレンゴム、天然ゴム、ブチルゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレン−プロピレンゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、又はこれらの混合物等のゴム或いはエラストマーなどが挙げられる。これらは、1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、適度な硬さを有することから、エピクロロヒドリンゴムが特に好ましい。
前記導電剤としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、イオン導電剤、又は電子導電剤が用いられる。
前記イオン導電剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム(例えば、ラウリルトリメチルアンモニウム)、ヘキサデシルトリメチルアンモニウム、オクタデシルトリメチルアンモニウム(例えば、ステアリルトリメチルアンモニウム)、変性脂肪酸ジメチルエチルアンモニウム、ラウリルトリメチルアンモニウムクロリド等の過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、硫酸塩、エチル硫酸塩、カルボン酸塩、スルホン酸塩等のアンモニウム塩、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム等のアルカリ金属やアルカリ土類金属の過塩素酸塩、塩素酸塩、塩酸塩、臭素酸塩、ヨウ素酸塩、ホウフッ化水素酸塩、トリフルオロメチル硫酸塩、スルホン酸塩などが挙げられる。
前記電子導電剤としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。その例としては、ケッチェンブラック、アセチレンブラック等の導電性カーボン;SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT、MT等のゴム用カーボン;酸化処理を施したインク用カーボン、熱分解カーボン、天然グラファイト、人造グラファイト;酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の導電性金属酸化物;ニッケル、銅、銀、ゲルマニウム等の金属などが挙げられる。これらは、1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
前記導電剤の添加量には特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記イオン導電剤の場合には、前記弾性材料100質量部に対して、0.01〜5質量部が好ましく、0.05〜2質量部がより好ましい。前記電子導電剤の場合には、前記弾性材料100質量部に対して、1〜50質量部が好ましく、5〜40質量部がより好ましい。
前記その他の成分としては、例えば、軟化剤、加硫剤、加工助剤、老化防止剤、充填剤、補強剤などが挙げられる。
導電性弾性層の平均厚みは特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1〜10mmが好ましい。
<トナー担持層>
上述したように、本発明では、現像ローラの表面形状及び表層材料を制御することが重要である。これにより、掻き取り性を保ちながらも離型性も担保している表面形状と、高硬度で離型性の高い表層材料を併用することで、規制ブレード固着とフィルミングとを両立することができる。
本発明では、現像ローラの回転トルクが2.5〜3.5Nであることを特徴とする。回転トルクが2.5〜3.5Nである場合、規制ブレードに固着が起こらず、フィルミングも少なく、地汚れの悪化やベタ画像の追従性が低下するといった問題は起こらない。
次に、現像ローラの回転トルクを上記の範囲にすることについて以下、形状及び材料の観点から説明する。
−表面形状−
現像ローラの表面形状は規制ブレード固着及びフィルミングに重要で、我々の検討結果から、ある表面形状にすることで規制固着にもフィルミングにも有効だということがわかった。図1に現像ローラの表面形状の模式図を示す。図1では、現像ローラの表面形状、すなわち、トナー担持層の表面形状が模式的に表されている。
現像ローラの表面における隣り合った凸部の距離(図1(a))は、トナー1個分(例えば5〜6μm)が入らない程度の距離であることが好ましい。すなわち、現像ローラの表面は、トナー1個分も入らない程度の細かい溝が刻まれていることが好ましい。これにより、掻き取り性を保ちながらも現像ローラにおけるフィルミングを抑制することができる。
また、本発明では、トナー担持層は、表面に平均粒径11〜40nmの粒子が分散されていることが重要である。本発明における現像ローラでは、前記粒子は凝集し、凝集物が現像ローラの表面に微分散している。これにより形成されるミクロな凹凸によって、トナー成分が付着しにくくなるため、結果として、現像ローラにおけるフィルミングを抑制することができる。前記粒子の平均粒径が上記の範囲外である場合、所期のミクロな凹凸が得られず、規制固着・フィルミングが発生したり、ベタ追従性が悪化したりする。粒子の平均粒径は12〜40nmが好ましい。
本発明において、前記粒子の平均粒径とは、走査電子顕微鏡(SEM)(日立製作所製、S−4800)を用い、10万倍の倍率で観察し、50個の粒子の平均値を平均粒径とする。
また、トナー担持層の表面における長手方向(軸方向)の粗さスキューネスRskが、−0.6〜−0.3であることが好ましい。Rsk<0の場合、粗さ曲線の谷よりも山の部分の方が大きいこととなるが、Rskが−0.6〜−0.3であることにより、トナーの掻き取り性を向上させることができる。
粗さスキューネスRskの求め方の一例を説明する。例えばオリンパス社製レーザー顕微鏡LEXT OLS4100を用いて、粗さ測定モードで50倍の対物レンズで現像ローラ表面の長手方向の線粗さを測定する。なお、測定箇所はローラのゴム部分の両端から4cmと中央部の3箇所に対して、周方向に90°ずつ回転させて1箇所につき4点、計12点を測定し平均値を採用することが好ましい。
また、トナー担持層の表面における隣り合う凸と凸の間が、1〜3μmであることが好ましい。これにより、トナー粒子が現像ローラの凹部に捕縛されることを抑制することができるため、フィルミングをより抑制することができる。
トナー担持層の表面における隣り合う凸と凸の間についての求め方の一例を説明する。例えばオリンパス社製レーザー顕微鏡LEXT OLS4100を用いて100倍の対物レンズで現像ローラ表面を観察した。現像ローラの長手方向のプロファイルをとって隣り合う凸と凸の間隔を求める。なお、測定箇所は現像ローラのゴム部分の両端から4cmと中央部の3箇所に対して、周方向に90°ずつ回転させて1箇所につき4点、計12点を測定し平均値を採用することが好ましい。
−表層材料−
上記の表面の形状に加え、表層の材料を以下のようにする。トナー担持層(表層)は、上述の平均粒径11〜40nmの粒子を少なくとも含んでいる。トナー担持層は、ポリイソシアネートプレポリマーと、フルオロエチレン及びビニルエーテルの交互共重合体との重合体を含むことが好ましい。さらに必要に応じて、導電性材料等のその他の材料を含む。
前記粒子としては、有機フィラー及び無機フィラーのいずれかが用いられる。前記有機性フィラーとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂粉末;シリコーン樹脂粉末、a−カーボン粉末などが挙げられる。前記無機フィラーとしては、例えば、銅、スズ、アルミニウム、インジウム等の金属粉末;シリカ、酸化錫、酸化亜鉛、酸化チタン、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化ビスマス、酸化カルシウム、アンチモンをドープした酸化錫、錫をドープした酸化インジウム等の金属酸化物;フッ化錫、フッ化カルシウム、フッ化アルミニウム等の金属フッ化物;チタン酸カリウム、窒化硼素などが挙られる。
これらの中でも、疎水性処理シリカ、酸化チタン又は酸化アルミニウムであることが好ましい。なお、これらは1種であっても2種以上であってもよく、また公知の市販品を用いることができる。
また、前記粒子の前記トナー担持層(固形分)における含有量は、5質量%〜50質量%が好ましく、10質量%〜40質量%がより好ましい。
前記ポリイソシアネートプレポリマーは、イソシアネート(NCO)基を2個以上有するポリイソシアネートを含むことが好ましい。
前記ポリイソシアネートとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)、トリレンジイソシアネート(TDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)、ナフチレン1,5−ジイソシアネート(NDI)、テトラメチルキシレンジイソシアネート(TMXDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、水添キシリレンジイソシアネート(H6XDI)、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ダイマー酸ジイソシアネート(DDI)、ノルボルネンジイソシアネート(NBDI)、トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート(TMDI)等のイソシアネート、これらのアダクト体、イソシアヌレート体などが挙げられる。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。
これらの中でも、トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、及びこれらのイソシアヌレート体の少なくともいずれかが、残存イソシアネートの反応性が比較的低く、ポットライフを稼ぐことができる点で好ましく、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート体が特に好ましい。
このようなイソシアヌレート体としては、市販品を用いることができ、該市販品としては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート体(三井化学社製、D170N)、トリレンジイソシアネートのイソシアヌレート体(三井化学社製、D262)などが挙げられる。
次に、フルオロエチレン及びビニルエーテルの交互共重合体(以下、フッ素系ポリオールと称することがある)について説明する。フルオロエチレンとビニルエーテルの共重合体は、ランダム共重合体であってもよいが、交互共重合体であることが好ましい。また、それぞれのモル比も特に制限されず、共重合体の分子量も制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
フッ素系ポリオールとしては、市販品を用いることができ、該市販品としては、例えば、ルミフロン(旭硝子社製)、フルオネート(DIC社製)等が挙げられる。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。
イソシアネートとフッ素系ポリオールの架橋物で、イソシアネートのNCO基をポリオールのOH基よりも過剰に加えることが好ましい。これにより、イソシアネート同士の架橋が進み、硬くて離型性の高い表層材料にすることができる。イソシアネート基と水酸基のモル比(NCO/OH)が90〜300であることが好ましい。
また、前記導電性材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ケッチェンブラックEC、アセチレンブラック等の導電性カーボン;SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT、MT等のゴム用カーボン;酸化処理等を施したカラー用カーボン、熱分解カーボン;インジウムドープ酸化スズ(ITO)、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛、銅、銀、ゲルマニウム等の金属及び金属酸化物;ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセチレン等の導電性ポリマーなどが挙げられる。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。
前記導電性材料のトナー担持層における含有量は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、トナー担持層(固形分)に対して1質量部〜50質量部が好ましく、5質量部〜40質量部がより好ましい。
前記その他の成分としては、例えば、溶媒、軟化剤、加工助剤、老化防止剤、充填剤、補強剤、滑剤などが挙げられる。
前記溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒;ヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒;シクロヘキサン等の脂環族炭化水素系溶媒;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒;イソプロピルエーテル,テトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒;ジメチルスルフォアミド等のアミド系溶媒;クロロフォルム、ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素系溶媒、又はこれらの混合溶媒などが挙げられる。
前記トナー担持層の形成方法としては、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。例えば、トナー担持層の材料を溶媒に溶解乃至分散させて、例えば、ディップ法、ロールコーター法、ドクターブレード法、又はスプレー法等により前記導電性弾性層上に塗布し、常温あるいは50℃〜170℃程度の高温下で乾燥し反応硬化させる方法などが挙げられる。
前記トナー担持層の平均厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、1μm〜100μmが好ましく、5μm〜30μmがより好ましい。
−回転トルクの測定方法−
次に、本発明の現像ローラにおける回転トルクの測定方法について、図2を用いて説明する。測定方法としては、図2に示されるように、現像ローラの周囲にPETフィルムをかけ、PETフィルムの一端部を水平に延出してデジタルフォースゲージに取付け、PETフィルムの他端部を50gのおもりに取り付ける。現像ローラの表面において、軸方向と直交する断面視90°にわたってPETフィルムが接するようにしたとき、現像ローラを180rpmで回転させた場合の前記デジタルフォースゲージの値を求める。なお、前記デジタルフォースゲージは、前記PETフィルム及び前記おもりを取り付けない無負荷時の値を0に調整する。
上記PETフィルム及びおもりを取り付けた状態でデジタルフォースゲージの値の読みが安定したら、現像ローラを図の矢印Rで示す反時計方向に180rpmで回転させ、PETフィルムと摺擦させ、デジタルフォースゲージでこのときの現像ローラとPETフィルム間の摺擦力を測定する。測定値はデジタルフォースゲージからのアナログ出力値を100点/秒のレートで10秒間サンプリングし、サンプリングした1000点のデータをコンピュータから平均値を出し、その値を本発明における回転トルクと定める。
(トナー)
以下、本発明の現像ローラに用いられるトナーについて説明する。本発明のトナーは、結着樹脂、着色剤及び離型剤を少なくとも含む芯粒子と、該芯粒子表面に付着する樹脂微粒子とを少なくとも有する。
<結着樹脂>
前記結着樹脂としては、使用する有機溶剤に溶解するものであれば特に制限はなく、通常使用される樹脂を適宜選択して使用することができる。例えば、スチレン系単量体、アクリル系単量体、メタクリル系単量体等のビニル重合体、これらの単量体又は2種類以上からなる共重合体、ポリエステル系重合体、ポリオール樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、テルペン樹脂、クマロンインデン樹脂、ポリカーボネート樹脂、石油系樹脂などが挙げられる。
前記スチレン系単量体としては、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。例えば、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−フェニルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−アミルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−へキシルスチレン、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−クロルスチレン、3,4−ジクロロスチレン、m−ニトロスチレン、o−ニトロスチレン、p−ニトロスチレン等のスチレン、又はその誘導体などが挙げられる。
前記アクリル系単量体としては、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。例えば、アクリル酸、アクリル酸のエステル類などが挙げられる。前記アクリル酸のエステル類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸n−ドデシル、アクリル酸2−エチルへキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニルなどが挙げられる。
前記メタクリル系単量体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メタクリル酸、メタクリル酸のエステル類などが挙げられる。前記メタクリル酸のエステル類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸n−ドデシル、メタクリル酸2−エチルへキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルなどが挙げられる。
前記ビニル重合体、又は共重合体を形成する他のモノマーの例としては、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。例えば、以下の(1)〜(18)が挙げられる。
(1)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イン類
(2)ブタジエン、イソプレン等のポリエン類
(3)塩化ビニル、塩化ビニルデン、臭化ビニル、フッ化ビニル等のハロゲン化ビニル類
(4)酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル等のビニルエステル類
(5)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等のビニルエーテル類
(6)ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類
(7)N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドン等のN−ビニル化合物
(8)ビニルナフタリン類
(9)アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド等のアクリル酸若しくはメタクリル酸誘導体等
(10)マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸、アルケニルコハク酸、フマル酸、メサコン酸等の不飽和二塩基酸
(11)マレイン酸無水物、シトラコン酸無水物、イタコン酸無水物、アルケニルコハク酸無水物等の不飽和二塩基酸無水物
(12)マレイン酸モノメチルエステル、マレイン酸モノエチルエステル、マレイン酸モノブチルエステル、シトラコン酸モノメチルエステル、シトラコン酸モノエチルエステル、シトラコン酸モノブチルエステル、イタコン酸モノメチルエステル、アルケニルコハク酸モノメチルエステル、フマル酸モノメチルエステル、メサコン酸モノメチルエステル等の不飽和二塩基酸のモノエステル
(13)ジメチルマレイン酸、ジメチルフマル酸等の不飽和二塩基酸エステル
(14)クロトン酸、ケイヒ酸等のα,β−不飽和酸
(15)クロトン酸無水物、ケイヒ酸無水物等のα,β−不飽和酸無水物
(16)該α,β−不飽和酸と低級脂肪酸との無水物、アルケニルマロン酸、アルケニルグルタル酸、アルケニルアジピン酸、これらの酸無水物及びこれらのモノエステル等のカルボキシル基を有するモノマー
(17)2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート等のアクリル酸又はメタクリル酸ヒドロキシアルキルエステル類
(18)4−(1−ヒドロキシ−1−メチルブチル)スチレン、4−(1−ヒドロキシ−1−メチルへキシル)スチレン等のヒドロキシ基を有するモノマー
本発明におけるトナーにおいて、結着樹脂のビニル重合体、又は共重合体は、ビニル基を2個以上有する架橋剤で架橋された架橋構造を有していてもよい。
前記架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン等の芳香族ジビニル化合物;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、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,5−ペンタンジオールジアクリレート、1,6−へ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、これらの化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたもの等のアルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類;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#400ジアクリレート、ポリエチレングリコール#600ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、これらの化合物のアクリレートをメタアクリレートに代えたもの等のエーテル結合を含むアルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類、などが挙げられる。
その他、芳香族基及びエーテル結合を含む鎖で結ばれたジアクリレート化合物、ジメタクリレート化合物も挙げられる。
また、前記架橋剤として、例えば、商品名MANDA(日本化薬社製)等のポリエステル型ジアクリレート類が挙げられる。
また、前記架橋剤として、ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、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、オリゴエステルアクリレート及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたもの、トリアリルシアヌレート、トリアリルトリメリテート等の多官能の架橋剤が挙げられる。
本発明において、トナー組成物の結着樹脂成分の酸価は、以下の方法により求め、基本操作は、JIS K−0070に準ずる。
(1)試料は予め結着樹脂(重合体成分)以外の添加物を除去して使用するか、結着樹脂及び架橋された結着樹脂以外の成分の酸価及び含有量を予め求めておく。試料の粉砕品0.5〜2.0gを精秤し、重合体成分の重さをWgとする。例えば、トナーから結着樹脂の酸価を測定する場合は、着色剤又は磁性体等の酸価及び含有量を別途測定しておき、計算により結着樹脂の酸価を求める。
(2)300mlのビーカーに試料を入れ、トルエン/エタノール(体積比4/1)の混合液150mlを加え溶解する。
(3)0.1mol/lのKOHのエタノール溶液を用いて、電位差滴定装置を用いて滴定する。
(4)この時のKOH溶液の使用量をS(ml)とし、同時にブランクを測定し、この時のKOH溶液の使用量をB(ml)とし、以下の式(C)で算出する。ただしfはKOHのファクターである。
酸価(mgKOH/g)=[(S−B)×f×5.61]/W ・・・式(C)
トナーの結着樹脂及び結着樹脂を含む組成物は、トナー保存性の観点から、ガラス転移温度(Tg)が40℃〜80℃であるのが好ましい。
前記ガラス転移温度(Tg)が、40℃より低いと高温雰囲気下でトナーが劣化しやすくなることがある。また、ガラス転移温度(Tg)が、80℃を超えると、定着性が低下することがある。
ガラス転移温度の求め方の一例を説明する。例えば理学電機社製TG−DSCシステムTAS−100を用い、試料約10mgをアルミ製試料容器に入れ、それをホルダユニットにのせ、電気炉中にセットする。次に、室温から昇温速度10℃/minで150℃まで加熱した後、150℃で10min間放置、室温まで試料を冷却して10min放置、窒素雰囲気下で再度150℃まで昇温速度10℃/minで加熱してDSC測定を行う。ガラス転移温度(Tg)は、TAS−100システム中の解析システムを用いて、ガラス転移温度(Tg)近傍の吸熱カーブの接線とベースラインとの接点から算出することができる。
結着樹脂は用いる有機溶剤や離型剤によって上記より適切なものを選択すればよいが、有機溶剤への溶解性が優れた離型剤を用いた場合は、トナーの軟化点を低下させる場合がある。そのような場合は結着樹脂の重量平均分子量を高めて結着樹脂の軟化点を高めておくことがホットオフセット性を良好に保つために有効な手段となる。
<着色剤>
前記着色剤としては、特に制限はなく、通常使用される樹脂を適宜選択して使用することができる。例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミウムレッド、カドミウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ポグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びこれらの混合物などが挙げられる。
前記着色剤の含有量としては、トナーに対して1質量%〜15質量%が好ましく、3質量%〜10質量%がより好ましい。
前記着色剤は、樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。
前記マスターバッチとともに混練される樹脂としては、先に挙げた変性、未変性ポリエステル樹脂の他に、例えば、ポリスチレン、ポリp−クロロスチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の重合体;スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族叉は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
前記マスターバッチは、マスターバッチ用の樹脂と着色剤とを高せん断力をかけて混合、混練して得ることができる。
この際、着色剤と樹脂の相互作用を高めるために、有機溶剤を用いることができる。また、いわゆるフラッシング法と呼ばれる着色剤の、水を含んだ水性ペーストを、樹脂と有機溶剤とともに混合混練し、着色剤を樹脂側に移行させ、水分と有機溶剤成分を除去する方法も使用できる。この方法によれば、着色剤のウエットケーキをそのまま用いることができるため、乾燥する必要がない。
混合混練するには、3本ロールミル等の高せん断分散装置が好適に使用される。
前記マスターバッチの使用量としては、前記結着樹脂100質量部に対して、0.1質量部〜20質量部が好ましい。
また、前記マスターバッチ用の樹脂は、酸価が30mgKOH/g以下、アミン価が1〜100で、前記着色剤を分散させて使用することが好ましく、酸価が20mgKOH/g以下、アミン価が10〜50で、前記着色剤を分散させて使用することがより好ましい。
前記酸価が30mgKOH/g以下であることにより、高湿下での帯電性が低下することがなく、顔料分散性も十分となる。また、アミン価が1以上、100以下であることにより、顔料分散性が十分となる。
前記酸価は、例えば、JIS K0070に記載の方法により測定することができ、アミン価は、例えば、JIS K7237に記載の方法により測定することができる。
−顔料分散液−
また、前記着色剤は、顔料分散液に分散させた着色剤分散液として用いることもできる。
前記顔料分散剤としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものを適宜選択することができる。顔料分散性の点で、結着樹脂との相溶性が高いことが好ましく、そのような市販品としては、例えば、「アジスパーPB821」、「アジスパーPB822」(味の素ファインテクノ社製)、「Disperbyk−2001」(ビックケミー社製)、「EFKA−4010」(EFKA社製)などが挙げられる。
前記顔料分散剤の重量平均分子量としては、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおけるスチレン換算重量での、メインピークの極大値の分子量で、500〜100,000が好ましい。これらの中でも、顔料分散性の観点から、3000〜100,000がより好ましく、5,000〜50,000が特に好ましく、5,000〜30,000が最も好ましい。前記分子量が500未満であると、極性が高くなり、着色剤の分散性が低下することがあり、前記分子量が100,000を超えると、溶剤との親和性が高くなり、着色剤の分散性が低下することがある。
前記顔料分散剤の添加量としては、着色剤100質量部に対して、1質量部〜200質量部であることが好ましく、5〜80質量部であることがより好ましい。1質量部以上であることにより分散能が低くなることがなく、200質量部以下であることにより帯電性が低下することがない。
<離型剤>
離型剤としては、例えば、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、ポリオレフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、サゾールワックス等の脂肪族炭化水素系ワックス;酸化ポリエチレンワックス等の脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物又はそれらのブロック共重合体;キャンデリラワックス、カルナバワックス、木ろう、ホホバろう等の植物系ワックス;みつろう、ラノリン、鯨ろう等の動物系ワックス;オゾケライト、セレシン、ペテロラタム等の鉱物系ワックス;モンタン酸エステルワックス、カスターワックスの等の脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;各種の合成エステルワックス、合成アミドワックスなどが挙げられる。
前記離型剤のその他の例としては、パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸、その他の直鎖アルキル基を有する直鎖アルキルカルボン酸類等の飽和直鎖脂肪酸;プランジン酸、エレオステアリン酸、バリナリン酸等の不飽和脂肪酸;ステアリルアルコール、エイコシルアルコール、ベヘニルアルコール、カルナウピルアルコール、セリルアルコール、メシリルアルコール、その他の長鎖アルキルアルコール等の飽和アルコール;ソルビトール等の多価アルコール;リノール酸アミド、オレフィン酸アミド、ラウリン酸アミド等の脂肪酸アミド;メチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミド等の飽和脂肪酸ビスアミド;エチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’−ジオレイルアジピン酸アミド、N,N’−ジオレイルセパシン酸アミド等の不飽和脂肪酸アミド;m−キシレンビスステアリン酸アミド、N,N−ジステアリルイソフタル酸アミド等の芳香族系ビスアミド;ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム等の脂肪酸金属塩;脂肪族炭化水素系ワックスにスチレンやアクリル酸等のビニル系モノマーを用いてグラフト化させたワックス;ベヘニン酸モノグリセリド等の脂肪酸と多価アルコールの部分エステル化合物;植物性油脂を水素添加することによって得られるヒドロキシル基を有するメチルエステル化合物などが挙げられる。
また、これらのワックスを、プレス発汗法、溶剤法、再結晶法、真空蒸留法、超臨界ガス抽出法又は溶液晶析法を用いて分子量分布をシャープにしたものや、低分子量固形脂肪酸、低分子量固形アルコール、低分子量固形化合物、その他の不純物を除去したものも前記離型剤として好ましく用いられる。
前記離型剤の融点としては、定着性と耐オフセット性のバランスを取るために、65℃以上であることが好ましく、さらに好ましくは69℃〜120℃の範囲である。前記融点が、65℃以上であることにより耐ブロッキング性が低下することがなく、120℃以下であることにより耐オフセット効果が十分に発現される。
−n−ヘキサンにより抽出される離型剤量−
トナー1.0gからn−ヘキサンにより抽出される前記離型剤量が10〜26mg以下であることが好ましい。これにより、規制ブレード固着が起こり難く、また定着でオフセットがなく両者のバランスを取ることができる。
以下、測定方法の一例を説明する。室温にてトナー1gにn−ヘキサン7mlを加え、回転数120rpmで1min、ロールミルで攪拌し、攪拌後の溶液をただちに吸引濾過し、濾液を40℃で30min真空乾燥して、表面より溶出したワックスを定量することで得られる。なお、濾別に用いるフィルターとしては、目開き1μmのPTFE製メンブランフィルターを用いることができる。
<帯電制御剤>
前記帯電制御剤としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものを適宜選択することができる。例えば、ニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体又は化合物、タングステンの単体又は化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩、サリチル酸誘導体の金属塩などが挙げられる。具体的には、ニグロシン系染料のボントロン03、第四級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のEー82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製);第四級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製);第四級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、第四級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製);LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カ一リット社製);銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、四級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物、フェノール系樹脂、フッ素系化合物などが挙げられる。
前記帯電制御剤の使用量としては、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定され、一義的に限定されるものではない。帯電制御剤の使用量は、バインダー樹脂100質量部に対して、0.1質量部〜10質量部が好ましく、0.2質量部〜5質量部がより好ましい。
前記帯電制御剤の使用量が、10質量部以下であることにより、トナーの定着性が阻害されることがない。
これらの帯電制御剤は、有機溶剤に溶解することが製造安定性の面から好ましいが、ビーズミルなどで有機溶剤に微分散して加えてもよい。
<その他>
本発明におけるトナーには、他の添加剤として、流動性向上剤、クリーニング性向上剤等の外添剤などを必要に応じて添加することができる。
−流動性向上剤−
本発明におけるトナーには、流動性向上剤を添加してもよい。該流動性向上剤は、トナー表面に添加することにより、トナーの流動性を改善(流動しやすくなる)するものである。
前記流動性向上剤としては、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。例えば、湿式製法シリカ、乾式製法シリカ等の微粉末シリカ、微粉未酸化チタン、微粉未アルミナなどの金属酸化物の微粉末、及びそれらをシランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイル等により表面処理を施した処理シリカ、処理酸化チタン、処理アルミナ;フッ化ビニリデン微粉末、ポリテトラフルオロエチレン微粉末等のフッ素系樹脂粉末などが挙げられる。これらの中でも、微粉末シリカ、微粉未酸化チタン、微粉未アルミナが好ましく、また、これらをシランカップリング剤やシリコーンオイルにより表面処理を施した処理シリカがより好ましい。
前記流動性向上剤の粒径としては、平均一次粒径として、0.001μm〜2μmが好ましく、0.002μm〜0.2μmがより好ましい。
前記微粉末シリカは、ケイ素ハロゲン化含物の気相酸化により生成された微粉体であり、いわゆる乾式法シリカ又はヒュームドシリカと称されるものである。
前記ケイ素ハロゲン化合物の気相酸化により生成された市販のシリカ微粉体としては、例えば、AEROSIL(日本アエロジル社商品名、以下同じ)−130、−300、−380、−TT600、−MOX170、−MOX80、−COK84;Ca−O−SiL(CABOT社商品名)−M−5、−MS−7、−MS−75、−HS−5、−EH−5;Wacker HDK(WACKER−CHEMIE社商品名)−N20 V15、−N20E、−T30、−T40;D−CFineSi1ica(ダウコーニング社商品名);Franso1(Fransi1社商品名)などが挙げられる。
さらには、ケイ素ハロゲン化合物の気相酸化により生成されたシリカ微粉体を疎水化処理した処理シリカ微粉体がより好ましい。処理シリカ微粉体において、メタノール滴定試験によって測定された疎水化度が、好ましくは30%〜80%の値を示すようにシリカ微粉体を処理したものが特に好ましい。疎水化は、シリカ微粉体と反応あるいは物理吸着する有機ケイ素化合物等で化学的あるいは物理的に処理することによって付与される。好ましい方法としては、ケイ素ハロゲン化合物の気相酸化により生成されたシリカ微粉体を有機ケイ素化合物で処理する方法が挙げられる。
前記有機ケイ素化合物としては、例えば、ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、n−ヘキサデシルトリメトキシシラン、n−オクタデシルトリメトキシシラン、ビニルメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ジメチルビニルクロロシラン、ジビニルクロロシラン、γ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、へキサメチルジシラン、トリメチルシラン、トリメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、メチルトリクロロシラン、アリルジメチルクロロシラン、アリルフェニルジクロロシラン、ベンジルジメチルクロロシラン、ブロモメチルジメチルクロロシラン、α−クロルエチルトリクロロシラン、β−クロロエチルトリクロロシラン、クロロメチルジメチルクロロシラン、トリオルガノシリルメルカプタン、トリメチルシリルメルカプタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニルジメチルアセトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、へキサメチルジシロキサン、1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン、1,3−ジフェニルテトラメチルジシロキサン及び1分子当り2から12個のシロキサン単位を有し、未端に位置する単位にそれぞれSiに結合した水酸基を0〜1個含有するジメチルポリシロキサン等が挙げられる。更に、ジメチルシリコーンオイル等のシリコーンオイルが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
前記流動性向上剤の個数平均粒径としては、5nm〜100nmが好ましく、5nm〜50nmがより好ましい。
前記流動性向上剤の比表面積としては、BET法で測定した窒素吸着による比表面積で、30m/g以上が好ましく、60m/g〜400m/gがより好ましい。
前記流動性向上剤が表面処理された微粉体の場合、その比表面積としては、20m/g以上が好ましく、40m/g〜300m/gがより好ましい。
前記流動性向上剤の適用量としては、トナー粒子100質量部に対して0.03質量部〜8質量部が好ましい。
−クリーニング性向上剤−
記録紙等にトナーを転写した後、静電潜像担持体や一次転写媒体に残存するトナーの除去性を向上させるためのクリーニング性向上剤としては、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。例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸等の脂肪酸金属塩、ポリメチルメタクリレート微粒子、ポリスチレン微粒子等のソープフリー乳化重合によって製造されたポリマー微粒子などを挙げることかできる。前記ポリマー微粒子としては、比較的粒度分布が狭く、重量平均粒径が0.01μm〜1μmのものが好ましい。
これらの流動性向上剤やクリーニング性向上剤等は、トナーの表面に付着ないし固定化させて用いられるため、外添剤とも呼ばれている。このような外添剤をトナーに外添する方法としては、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。例えば、各種の粉体混合機等が用いられる。前記粉体混合機としては、例えば、V型混合機、ロッキングミキサー、レーディゲミキサー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサーなどが挙げられる。また、固定化も行う場合に用いる粉体混合機としては、ハイブリタイザー、メカノフュージョン、Qミキサー等が挙げられる。
<トナーの体積平均粒径、個数平均粒径、粒度分布>
本発明のトナーの体積平均粒径としては、上述した現像ローラの表面形状(凹凸形状)に適合するように、4.00〜7.00μmが好ましい。これにより、現像ローラのフィルミングをより抑制することができ、高解像度で、高精細・高品質な画像を形成することができる。また、前記トナーの粒度分布(体積平均粒径/個数平均粒径)としては、長期にわたって安定した画像を維持する観点から、1.14〜1.23が好ましい。
本発明において、トナーの体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)の求め方は以下のようにして行う。
コールターマルチサイザー3(ベックマンコールター社製)を用いて、トナーの粒度分布を測定する。まず、電解液100〜150mLに界面活性剤アルキルベンゼンスルホン酸塩0.1〜5mlを加える。ここで、電解液とは、1級塩化ナトリウムを用いて調製した約1%NaCl水溶液であり、ISOTON−II(コールター社製)を用いる。次に、トナー2〜20mgを加えた後、超音波分散機Tetora150(ベックマンコールター社製)を用いて約1〜3分間分散させる。さらに、アパーチャーとして、100μmアパーチャーを用いて、トナーの粒度分布を測定する。なお、解析範囲を2〜20μm(2.00〜19.98μm)とする。
<平均円形度>
本発明のトナーの平均円形度は、良好なクリーニング性を達成する観点から、0.960以上であることが好ましい。平均円形度が0.96よりも低い場合には、現像時の画像均一性が悪化したりドットや細線の再現性が悪くなり、さらに電子写真感光体から中間転写体もしくは中間転写体から転写材へのトナー転写効率が低下し均一転写が得られなくなることがある。また、パイルハイトが不均一になって光沢ムラなどの異常画像を発生してしまい、特に高速層で要求されるような高いレベルの高画質な画像が得られない。
トナーの平均円形度は、粒子を含む懸濁液を平板上の撮像部検知帯に通過させ、CCDカメラで光学的に粒子画像を検知し、解析する光学的検知帯の手法が適当である。この手法で得られる投影面積の等しい相当円の周囲長を実在粒子の周囲長で除した値が平均円形度である。
平均円形度はフロー式粒子像分析装置FPIA−3000により平均円形度として計測した値を用いることができる。具体的な測定方法の例を説明する。
不純固形物をあらかじめ除去した容器を用い、水100〜150ml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0.1〜0.5ml加え、更に測定試料を0.1〜0.5g程度加える。試料を分散した懸濁液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、分散液濃度を3000〜10000個/μlとして前記装置によりトナーの形状及び分布を測定することによって得られる。
<トナーの製造方法>
本発明におけるトナーの製法や材料は、条件を満たしていれば公知のものが全て使用可能であり、特に限定されるものではないが、例えば、混練粉砕法や、水系媒体中にてトナー粒子を造粒する、いわゆるケミカル工法がある。
前記ケミカル工法としては、例えば、モノマーを出発原料として製造する懸濁重合法、乳化重合法、シード重合法、分散重合法等;樹脂や樹脂前駆体を有機溶剤などに溶解して水系媒体中にて分散乃至乳化させる溶解懸濁法;溶解懸濁法において、活性水素基と反応可能な官能基を有する樹脂前駆体(反応性基含有プレポリマー)を含む油相組成物を、樹脂微粒子を含む水系媒体中に乳化乃至分散させ、該水系媒体中で、活性水素基含有化合物と、前記反応性基含有プレポリマーとを反応させる方法(製造方法(I));樹脂や樹脂前駆体と適当な乳化剤からなる溶液に水を加えて転相させる転相乳化法;これらの工法によって得られた樹脂粒子を水系媒体中に分散させた状態で凝集させて加熱溶融等により所望サイズの粒子に造粒する凝集法などが挙げられる。
これらの中でも、溶解懸濁法、前記製造方法(I)、凝集法で得られるトナーが、造粒性(粒度分布制御や、粒子形状制御等)の観点から好ましく、前記製造方法(I)で得られるトナーがより好ましい。
以下に、これらの製法についての詳細な説明をする。
前記混練粉砕法は、例えば、少なくとも着色剤、結着樹脂、離型剤を有するトナー材料を溶融混練したものを、粉砕し、分級することにより、前記トナーの母体粒子を製造する方法である。
前記溶融混練では、前記トナー材料を混合し、該混合物を溶融混練機に仕込んで溶融混練する。該溶融混練機としては、例えば、一軸又は二軸の連続混練機や、ロールミルによるバッチ式混練機を用いることができる。例えば、神戸製鋼所製KTK型二軸押出機、東芝機械社製TEM型押出機、ケイシーケイ社製二軸押出機、池貝鉄工所製PCM型二軸押出機、ブス社製コニーダー等が好適に用いられる。この溶融混練は、結着樹脂の分子鎖の切断を招来しないような適正な条件で行うことが好ましい。
具体的には、溶融混練温度は、結着樹脂の軟化点を参考にして行われ、該軟化点より高温過ぎると切断が激しく、低温すぎると分散が進まないことがある。特に、結着樹脂として結晶性樹脂と非結晶性樹脂を含有する場合、混練強度が強過ぎると温度が上がり、樹脂が相溶して結晶性が失われるため、混練強度を弱くする必要があるが、その場合、樹脂の分散が不十分となるためトナー粒子間バラツキが生じ、トナーの表面電位のバラツキにつながる。しかし、樹脂が相溶しないよう低温を保ちながら、かつ強い混練強度を付与することで、結晶性樹脂と非結晶性樹脂を含有する場合においても、トナー粒子間バラツキ、ひいてはトナーの表面電位バラツキを抑えることができる。
前記粉砕では、前記混練で得られた混練物を粉砕する。この粉砕においては、まず、混練物を粗粉砕し、次いで微粉砕することが好ましい。この際ジェット気流中で衝突板に衝突させて粉砕したり、ジェット気流中で粒子同士を衝突させて粉砕したり、機械的に回転するローターとステーターの狭いギャップで粉砕する方式が好ましく用いられる。
前記分級は、前記粉砕で得られた粉砕物を分級して所定粒径の粒子に調整する。前記分級は、例えば、サイクロン、デカンター、遠心分離器等により、微粒子部分を取り除くことにより行うことができる。
前記粉砕及び分級が終了した後に、粉砕物を遠心力などで気流中に分級し、所定の粒径のトナー母体粒子を製造することができる。
前記溶解懸濁法は、例えば、少なくとも結着樹脂乃至樹脂前駆体、着色剤、及び離型剤を含有してなるトナー組成物を有機溶媒中に溶解乃至分散させた油相組成物を、水系媒体中で分散乃至乳化させることにより、トナーの母体粒子を製造する方法である。
前記トナー組成物を溶解乃至分散させる場合に用いる有機溶媒としては、沸点が100℃未満の揮発性であることが、後の溶剤除去が容易になる点から好ましい。
該有機溶剤としては、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、メトキシブチルアセテート、メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート等のエステル系又はエステルエーテル系溶剤、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノメチルエーテル等のエーテル系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジ−n−ブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、t−ブタノール、2−エチルヘキシルアルコール、ベンジルアルコール等のアルコール系溶剤、これらの2種以上の混合溶剤が挙げられる。
前記溶解懸濁法では、油相組成物を水系媒体中で分散乃至乳化させる際に、必要に応じて、乳化剤や分散剤を用いても良い。
該乳化剤又は分散剤としては、公知の界面活性剤、水溶性ポリマー等を用いることができる。該界面活性剤としては、特に制限はなく、アニオン界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸、リン酸エステル等)、カチオン界面活性剤(四級アンモニウム塩型、アミン塩型等)、両性界面活性剤(カルボン酸塩型、硫酸エステル塩型、スルホン酸塩型、リン酸エステル塩型等)、非イオン界面活性剤(AO付加型、多価アルコール型等)等が挙げられる。界面活性剤は、1種単独又は2種以上の界面活性剤を併用してもよい。
該水溶性ポリマーとしては、セルロース系化合物(例えば、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース及びそれらのケン化物など)、ゼラチン、デンプン、デキストリン、アラビアゴム、キチン、キトサン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリエチレンイミン、ポリアクリルアミド、アクリル酸(塩)含有ポリマー(ポリアクリル酸ナトリウム、ポリアクリル酸カリウム、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリアクリル酸の水酸化ナトリウム部分中和物、アクリル酸ナトリウム−アクリル酸エステル共重合体)、スチレン−無水マレイン酸共重合体の水酸化ナトリウム(部分)中和物、水溶性ポリウレタン(ポリエチレングリコール、ポリカプロラクトンジオール等とポリイソシアネートの反応生成物等)などが挙げられる。
また、乳化又は分散の助剤として、上記の有機溶剤及び可塑剤等を併用することもできる。
また、上記トナーは、溶解懸濁法において、少なくとも結着樹脂、活性水素基と反応可能な官能基を有する結着樹脂前駆体(反応性基含有プレポリマー)、着色剤、及び離型剤を含む油相組成物を、樹脂微粒子を含む水系媒体中に分散乃至乳化させ、該油相組成物中及び/又は水系媒体中に含まれる活性水素基含有化合物と、前記反応性基含有プレポリマーとを反応させる方法(製造方法(I))によりトナーの母体粒子を造粒して得ることが好ましい。
前記樹脂微粒子は、公知の重合方法を用いて形成することができるが、樹脂微粒子の水性分散液として得ることが好ましい。樹脂微粒子の水性分散液を調製する方法としては、例えば、以下の(a)〜(h)に示す方法が挙げられる。
(a)ビニルモノマーを出発原料として、懸濁重合法、乳化重合法、シード重合法及び分散重合法のいずれかの重合反応により、直接、樹脂微粒子の水性分散液を調製する方法。
(b)ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の重付加乃至縮合系樹脂の前駆体(モノマー、オリゴマー等)又はその溶剤溶液を適当な分散剤の存在下、水性媒体中に分散させた後、加熱又は硬化剤を添加して硬化させて、樹脂微粒子の水性分散液を調製する方法。
(c)ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の重付加乃至縮合系樹脂の前駆体(モノマー、オリゴマー等)又はその溶剤溶液(液体であることが好ましく、加熱により液状化してもよい。)中に適当な乳化剤を溶解させた後、水を加えて転相乳化させて、樹脂微粒子の水性分散液を調製する方法。
(d)予め重合反応(例えば、付加重合、開環重合、重付加、付加縮合、縮合重合等)により合成した樹脂を機械回転式又はジェット式等の微粉砕機を用いて粉砕し、分級することによって樹脂微粒子を得た後、適当な分散剤の存在下、水中に分散させて、樹脂微粒子の水性分散液を調製する方法。
(e)予め重合反応(例えば、付加重合、開環重合、重付加、付加縮合、縮合重合等)により合成した樹脂を溶剤に溶解させた樹脂溶液を霧状に噴霧することにより樹脂微粒子を形成した後、樹脂微粒子を適当な分散剤の存在下、水中に分散させて、樹脂微粒子の水性分散液を調製する方法。
(f)予め重合反応(例えば、付加重合、開環重合、重付加、付加縮合、縮合重合等)により合成した樹脂を溶剤に溶解させた樹脂溶液に貧溶剤を添加する、又は予め溶剤に加熱溶解させた樹脂溶液を冷却することにより樹脂微粒子を析出させ、溶剤を除去して樹脂微粒子を形成した後、樹脂微粒子を適当な分散剤の存在下、水中に分散させて、樹脂微粒子の水性分散液を調製する方法。
(g)予め重合反応(例えば、付加重合、開環重合、重付加、付加縮合、縮合重合等)により合成した樹脂を溶剤に溶解させた樹脂溶液を、適当な分散剤の存在下、水性媒体中に分散させた後、加熱、減圧等によって溶剤を除去して、樹脂微粒子の水性分散液を調製する方法。
(h)予め重合反応(例えば、付加重合、開環重合、重付加、付加縮合、縮合重合等)により合成した樹脂を溶剤に溶解させた樹脂溶液中に適当な乳化剤を溶解させた後、水を加えて転相乳化させて、樹脂微粒子の水性分散液を調製する方法。
前記樹脂微粒子の体積平均粒径は10nm以上300nm以下が好ましく、30nm以上120nm以下がより好ましい。該樹脂微粒子の体積平均粒径が10nm未満である場合、及び300nmを超える場合、トナーの粒度分布が悪化することがあるため好ましくない。
前記油相の固形分濃度は、40〜80%程度であることが好ましい。濃度が高すぎると、溶解乃至分散が困難になり、また粘度が高くなって扱いづらく、濃度が低すぎると、トナーの製造性が低下する。
前記着色剤や離型剤等の結着樹脂以外のトナー組成物、及びそれらのマスターバッチ等は、それぞれ個別に有機溶剤に溶解乃至分散させた後、結着樹脂溶解液又は分散液に混合しても良い。
前記水系媒体としては、水単独でもよいが、水と混和可能な溶剤を併用することもできる。混和可能な溶剤としては、アルコール(メタノール、イソプロパノール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)等が挙げられる。
前記活性水素基含有化合物は、添加量が多すぎるとトナーの粒度分布が悪化することがあり、またトナー粒子間の表面電位のバラツキが大きくなることがあるため、適切な添加量とする必要がある。
前記水系媒体中への分散乃至乳化の方法としては、特に限定されるものではないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波などの公知の設備が適用できる。中でも、粒子の小粒径化の観点からは、高速せん断式が好ましい。高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は特に限定はないが、通常1000〜30000rpm、好ましくは5000〜20000rpmである。分散時の温度としては、通常、0〜150℃(加圧下)、好ましくは20〜80℃である。
前記有機溶媒を、得られた乳化分散体から除去するためには、特に制限はなく、公知の方法を使用することができ、例えば、常圧又は減圧下で系全体を撹拌しながら徐々に昇温し、液滴中の有機溶剤を完全に蒸発除去する方法を採用することができる。
水系媒体に分散されたトナーの母体粒子を洗浄、乾燥する方法としては、公知の技術が用いられる。すなわち、遠心分離機、フィルタープレスなどで固液分離した後、得られたトナーケーキを常温〜約40℃程度のイオン交換水に再分散させ、必要に応じて酸やアルカリでpH調整する。その後、再度固液分離するという工程を数回繰り返すことにより不純物や界面活性剤などを除去し、さらに、気流乾燥機や循環乾燥機、減圧乾燥機、振動流動乾燥機などにより乾燥することによってトナー粉末を得る。この際、遠心分離などでトナーの微粒子成分を取り除いても良いし、また、乾燥後に必要に応じて公知の分級機を用いて所望の粒径分布にすることができる。
前記凝集法では、例えば、少なくとも結着樹脂からなる樹脂微粒子分散液、着色剤粒子分散液、必要に応じて離型剤粒子分散液を混合し、凝集させることによりトナー母体粒子を製造する方法である。該樹脂微粒子分散液は、公知の方法、例えば乳化重合や、シード重合、転相乳化法等により得られ、該着色剤粒子分散液や、該離型剤粒子分散液は、公知の湿式分散法等により着色剤や、離型剤を水系媒体に分散させることで得られる。
凝集状態の制御には、熱を加える、金属塩を添加する、pHを調整するなどの方法が好ましく用いられる。
前記金属塩としては特に制限はなく、ナトリウム、カリウム等の塩を構成する一価の金属;カルシウム、マグネシウム等の塩を構成する二価の金属;アルミニウム等の塩を構成する三価の金属などが挙げられる。
前記塩を構成する陰イオンとしては、例えば、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、炭酸イオン、硫酸イオンが挙げられ、これらの中でも、塩化マグネシウムや塩化アルミニウム及びその複合体や多量体が好ましい。
また、凝集の途中や凝集完了後に加熱することで樹脂微粒子同士の融着を促進することができ、トナーの均一性の観点から好ましい。さらに、加熱によりトナーの形状を制御することができ、通常、より加熱すればトナーは球状に近くなっていく。
水系媒体に分散されたトナーの母体粒子を洗浄、乾燥する方法は、前述の方法等を用いることができる。
また、トナーの流動性や保存性、現像性、転写性を高めるために、以上のようにして製造されたトナー母体粒子に前記合着粒子を添加混合するが、さらに疎水性シリカ微粉末等の無機微粒子を添加混合してもよい。
添加剤の混合は一般の粉体の混合機が用いられるがジャケット等装備して、内部の温度を調節できることが好ましい。なお、添加剤に与える負荷の履歴を変えるには、途中又は漸次添加剤を加えていけばよい。この場合、混合機の回転数、転動速度、時間、温度等を変化させてもよい。又はじめに強い負荷を、次に、比較的弱い負荷を与えてもよいし、その逆でもよい。使用できる混合設備としては、例えば、V型混合機、ロッキングミキサー、レーディゲミキサー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサー等が挙げられる。次いで、250メッシュ以上の篩を通過させて、粗大粒子、凝集粒子を除去し、トナーが得られる。
上記により得られるトナーの中でも、本発明では、結着樹脂、着色剤及び離型剤を少なくとも含む芯粒子と、該芯粒子の表面に付着する樹脂微粒子とを少なくとも有し、前記トナー1.0gからn−ヘキサンにより抽出される前記離型剤量が10〜26mg以下であるものが好ましい。
また、前記トナーとしては、該樹脂微粒子が前記芯粒子の表面に付着することにより形成された突起部を有するものがより好ましい。トナーが突起部を有することにより、上述した現像ローラの表面形状と相まって、トナーが現像ローラに付着しにくくなり、フィルミングをさらに抑制することができる。
前記樹脂微粒子の材料としては、スチレン系モノマーからなるモノマー混合物を重合させて得られるビニル系樹脂等が挙げられる。また、樹脂微粒子の粒径としては、80〜110nmが好ましい。また、樹脂微粒子の占有率がトナーの全表面積に対して50〜80%の範囲であることが好ましい。
このような突起部を有するトナーの一例における走査電子顕微鏡(SEM)の画像を図3に示す。
(画像形成装置及び画像形成方法)
本発明の画像形成装置は、潜像を担持する潜像担持体と、潜像担持体表面に均一に帯電を施す帯電手段と、帯電した該潜像担持体の表面に画像データに基づいて露光し、静電潜像を書き込む露光手段と、潜像担持体表面に形成された静電潜像にトナーを供給し可視像化する現像手段と、潜像担持体表面の可視像を被転写体に転写する転写手段と、被転写体上の可視像を定着させる定着手段と、を備える。そして、前記現像手段が、本発明の現像ローラである。
本発明の画像形成方法は、潜像担持体表面に均一に帯電を施す帯電工程と、帯電した潜像担持体の表面に画像データに基づいて露光し、静電潜像を書き込む露光工程と、潜像担持体表面に形成された静電潜像に現像手段によりトナーを供給し可視像化する現像工程と、潜像担持体表面の可視像を被転写体に転写する転写工程と、被転写体上の可視像を定着させる定着工程と、を有する。そして、前記現像ローラが本発明の現像ローラである。
以下、詳細を説明する。なお、感光体とあるのは潜像担持体を示すものである。
まず、図4に基づいて、実施形態に係る一成分現像方式の画像形成装置50の全体構成及び動作について説明する。図4は、画像形成装置50の内部構成を例示する概略図である。なお、本実施形態に係る画像形成装置50はカラープリンタであるが、単色あるいはカラーのFAX、プリンタ、複合機であっても良い。
図4に示すように、画像形成装置50は、本体フレーム51の中央部に4つのプロセスカートリッジ58K,58C,58M,58Yが併設されている。また、プロセスカートリッジ58K,58C,58M,58Yの上部には、感光体1K,1C,1M,1Yに潜像を形成するための露光装置57が設けられている。感光体1K,1C,1M,1Yは、表面にブラックトナー像、シアントナー像、マゼンタトナー像、イエロートナー像がそれぞれ形成される。
プロセスカートリッジ58K,58C,58M,58Yは、現像剤として使用されるトナーの色が異なるだけで同様の構成であり、以下では各色を表す符号を省略してプロセスカートリッジ58として説明する。同様に、感光体1K,1C,1M,1Yについても、各色を表す符号を省略して感光体1として説明する。
プロセスカートリッジ58は、図5に示すように、フレーム14の内部に感光体1、帯電ローラ11、クリーニングブレード13、現像装置100を有する。プロセスカートリッジ58は、フレーム14を介して画像形成装置50の装置本体としての本体フレーム51に対して着脱自在に設置される。
帯電ローラ11は、感光体1の表面に圧接されており、回転駆動する感光体1に従動回転しながら不図示の高圧電源によって、DC又はDCにACが重畳されたバイアスが印加され、例えば−1000〜−200Vに感光体1の表面を一様に帯電する。
現像装置100は、現像ローラ101、層厚規制部材102(規制ブレード)、供給ローラ103、トナー収容室104、攪拌部材105、攪拌搬送スクリュ106,107を有する。
トナー収容室104に収容されているトナーは、回転する攪拌部材105により攪拌されて解された状態で、攪拌搬送スクリュ106,107によって供給ローラ103に搬送される。供給ローラ103は、表面に付着したトナーを現像ローラ101の表面に供給する。
現像ローラ101は、供給ローラ103から供給されるトナーを担持して回転する。現像ローラ101表面のトナーは、層厚規制部材102により薄層化されるとともに帯電されたトナー層が形成される。現像ローラ101には、不図示の高圧電源から現像バイアスが印加され、トナー層を介して当接する感光体1との間で電界を形成して感光体1表面の静電潜像にトナーを供給してトナー像を形成する。
層厚規制部材102は、自由端側が現像ローラ101表面に押圧されており、現像ローラ101との間を通過するトナーを薄層化するとともに摩擦帯電によりトナーに電荷を付与する。
現像ローラ101と感光体1との間には現像電界が形成され、感光体1表面の静電潜像に現像ローラ101表面のトナー層からトナーが供給されることで、感光体1表面にトナー像が形成される。
図4に示すように、プロセスカートリッジ58の下部には、中間転写ベルト53が設けられている。中間転写ベルト53は、一次転写ローラ54、二次転写対向ローラを兼ねる駆動ローラ55、クリーニング対向ローラ59、テンションローラを兼ねる従動ローラ56に張架され、駆動ローラ55に従動して回転する。
各感光体1表面に形成されたトナー像は、一次転写ローラ54との間に形成される転写電界により中間転写ベルト53上に重ねて転写されることで、カラートナー像が形成される。
中間転写ベルト53の下部には、記録媒体としての用紙Pを収容する給紙カセット60が設けられている。用紙Pは、給紙ローラ61、搬送ローラ62等により給紙搬送されて二次転写ローラ63と中間転写ベルト53との間を通過する際に、中間転写ベルト53上のトナー像が二次転写される。用紙Pにトナー像を転写した後の中間転写ベルト53表面の転写残トナーは、クリーニング装置66のブレード66aによって掻き取られてトナー回収装置67に回収される。
トナー像を表面に載せた用紙Pは、定着装置64を通過する際に加熱及び加圧されて表面にトナー像が定着され、排紙ローラ65により排紙トレイ68に排出される。
画像形成装置50は、以上で説明した構成及び動作により、用紙Pに画像を印刷して機外に排出する。なお、画像形成装置としては、例えば感光体1から用紙Pに直接トナー像を転写する構成等であっても良く、本実施形態の構成に限るものではない。
次に、本発明の画像形成装置が備えるクリーニング手段について詳細を説明する。
フィルミングが少ない現像ローラ固有の課題として、感光体上のトナー成分のフィルミングが早期に発生することがわかった。これは、現像ローラ上のフィルミングが少ない分、本来現像ローラ上に付着してフィルミングされるトナー成分が感光体上に移動し、フィルミングする。感光体フィルミングが起きると、異常画像が発生してしまう。
そこで本発明では、現像ローラの耐フィルミング性が高いが故の課題である感光体フィルミングに対しても改善できるクリーニングブレードの構成も提示する。図5に示されるように、本実施形態の画像形成装置は、さらに、潜像担持体(感光体)に当接して、潜像担持体に付着したトナーをクリーニングするクリーニングブレードを有するクリーニング手段を備えている。
本実施形態に係るクリーニングブレードの模式図を図6に示す。図6では、弾性ブレード13a、ホルダ15を有するクリーニングブレード13が図示されており、クリーニングブレード13の感光体側の面16が図示されている。図中の矢印は、感光体の回転方向を示す。本実施形態において、クリーニングブレード13は、先端稜線部が感光体の表面に当接する短冊形状の弾性ブレード13aを有している。なお、図6(B)は図6(A)の要部拡大模式図である。
本実施形態の弾性ブレード13aは、感光体と対向する面であって、弾性ブレード13aの先端稜線部よりも感光体の回転方向下流側であり、先端稜線部17から20μmの位置で、ビッカース四角錐圧子を用いて5μm押し込んだときのマルテンス硬度が2.0〜10.0N/mmであることが好ましい。より好ましくは、4.0〜6.0N/mmである
弾性ブレード13aの先端稜線部17から20μm離れた位置において、5μm押し込んだときのマルテンス硬度を測定することにより、先端稜線部17近傍の硬さが分かる。クリーニングブレードの先端を高硬度化することによって、感光体上のフィルミング成分を掻き取ることができ、感光体フィルミングを抑制することができる。
前記弾性ブレード13aとしては、感光体の偏心や感光体表面の微小なうねりなどに追随できるように、高い反発弾性体率を有するものが好ましく、ウレタン基を含むゴムであるウレタンゴムなどが好適である。
また、本実施形態に係るクリーニングブレードは、弾性ブレード13aの先端稜線部17を含む部分に紫外線硬化樹脂が含浸されていることが好ましい。紫外線硬化樹脂を用いることで、クリーニングブレードの先端稜線部17に付着し内部に入り込んだ樹脂に紫外線を照射させるだけで、所望の硬度を有するクリーニングブレードを得ることができ、安価に製造することができる。
弾性ブレード13aへの紫外線硬化樹脂の含浸処理としては、ハケ塗り、スプレー塗工、ディップ塗工などが好適である。含浸処理の際には、弾性ブレードの厚みと略同じ幅で先端面より行うことが好ましい。
前記紫外線硬化樹脂は、少なくともフッ素系アクリルモノマーを含む紫外線硬化樹脂が好ましい。フッ素系アクリルモノマーとしては、パーフルオロポリエーテル骨格を有し、官能基数2以上のアクリレートが好ましく用いられる。
フッ素系アクリルモノマー、特にパーフルオロポリエーテル骨格を有し、官能基数2以上のアクリレートは、フッ素基を有することでクリーニングブレードの摺動性を上げ、めくれを防止することができる。また、官能基数が2以上にすることで、他のアクリルモノマーと架橋し、架橋膜を作製することが可能となる。
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。なお、以下、「部」とあるのは「質量部」を表す。
(実施例1〜18、比較例1〜4)
下記導電性弾性層の形成における処方1〜3及びトナー担持層の形成における処方1〜9に基づいて、下記表1に従い、現像ローラを作製した。
<導電性弾性層の形成>
−処方1−
8φの導電性軸体表面に、エピクロロヒドリンゴム(日本ゼオン社製Hydrin T3106)を塗工し、膜厚が4mmの導電性弾性層を形成し、該導電性弾性層の表面をゴムローラ用研磨機(水口製作所製LEO−600−F4L−BME)で粗研磨を行い、導電性弾性層を形成した。
−処方2−
8φの導電性軸体表面に、エピクロロヒドリンゴム(日本ゼオン社製Hydrin T3106)を塗工し、膜厚が4mmの導電性弾性層を形成し、該導電性弾性層の表面をゴムローラ用研磨機(水口製作所製LEO−600−F4L−BME)で粗研磨、仕上げ研磨を行い、導電性弾性層を形成した。
−処方3−
上記処方2の仕上げ研磨後に、さらに研磨機(水口製作所製SZC)でフィニッシャー研磨を行った。
<トナー担持層の形成>
下記処方の塗工液材料を混合し、触媒(日東化成社製ネオスタンU−820)を0.1部添加して、トナー担持層塗工液を調製した。
次いで、前記導電性弾性層の上に、トナー担持層塗工液をロール塗装し、100℃で0.5時間、145℃で1時間アニール処理して熱硬化させ、厚み1〜3μmのトナー担持層を形成し、直径16mmの現像ローラを作製した。
−処方1−
・ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート体(三井化学社製D170N)・・・1部
・フッ素系ポリオール:ルミフロン(旭硝子社製LF200MEK)・・・0.033部
・カーボンブラック(冨士色素社製)・・・0.26部
・疎水性シリカ(クラリアント社製H−20TM)・・・0.084部
・シクロヘキサノン・・・1.7部
・酢酸ブチル・・・6.8部
−処方2−
・ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート体(三井化学社製D170N)・・・1部
・フッ素系ポリオール:ルミフロン(旭硝子社製LF200MEK)・・・0.109部
・カーボンブラック(冨士色素社製)・・・0.27部
・疎水性シリカ(クラリアント社製H−20TM)・・・0.058部
・酢酸ブチル・・・8.6部
−処方3−
・ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート体(三井化学社製D170N)・・・1部
・フッ素系ポリオール:ルミフロン(旭硝子社製LF200MEK)・・・0.109部
・カーボンブラック(冨士色素社製)・・・0.27部
・酸化チタン(チタン工業社製STT−30EHJ)・・・0.116部
・酢酸ブチル・・・8.6部
−処方4−
・ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート体(三井化学社製D170N)・・・1部
・フッ素系ポリオール:ルミフロン(旭硝子社製LF200MEK)・・・0.109部
・カーボンブラック(冨士色素社製)・・・0.27部
・疎水性シリカ(クラリアント社製H−20TM)・・・0.011部
・酢酸ブチル・・・2.3部
−処方5−
・ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート体(三井化学社製D170N)・・・1部
・フッ素系ポリオール:ルミフロン(旭硝子社製LF200MEK)…3.28部
・カーボンブラック(冨士色素社製)・・・0.77部
・疎水性シリカ(クラリアント社製H−20TM)・・・0.248部
・シクロヘキサノン・・・9.4部
・酢酸ブチル・・・38部
−処方6−
・ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート体(三井化学社製D170N)・・・1部
・フッ素系ポリオール:ルミフロン(旭硝子社製LF200MEK)・・・0.109部
・カーボンブラック(冨士色素社製)・・・0.27部
・酸化アルミニウム(シーアイ化成社製NanoTek)・・・0.084部
・酢酸ブチル・・・8.6部
−処方7−
・ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート体(三井化学社製D170N)・・・1部
・フッ素系ポリオール:ルミフロン(旭硝子社製LF200MEK)・・・0.109部
・カーボンブラック(冨士色素社製)・・・0.27部
・シリカ(コアフロント社製sicaster、10nm)・・・0.058部
・酢酸ブチル…8.6部
−処方8−
・ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート体(三井化学社製D170N)・・・1部
・フッ素系ポリオール:ルミフロン(旭硝子社製LF200MEK)・・・0.109部
・カーボンブラック(冨士色素社製)・・・0.27部
・シリカ(コアフロント社製sicaster、50nm)・・・0.174部
・酢酸ブチル・・・8.6部
−処方9−
・ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート体(三井化学社製D170N)・・・1部
・フッ素系ポリオール:ルミフロン(旭硝子社製LF200MEK)・・・0.109部
・カーボンブラック(冨士色素社製)・・・0.27部
・疎水性シリカ(クラリアント社製H−20TM)・・・0.333部
・酢酸ブチル・・・7.5部
<クリーニングブレード>
クリーニングブレードに関して、下記処方のブレード1〜ブレード9を用いた。
−ブレード1−
ウレタンゴム:マルテンス硬度0.8[N/mm](東洋ゴム工業社製)
−ブレード2−
ウレタンゴム:2層構成、当接面側マルテンス硬度1.8[N/mm]、反当接面側0.7[N/mm](東洋ゴム工業社製)
−ブレード3〜9−
25℃での硬度68度、反発弾性率30%のウレタンゴム(東洋ゴム工業社製)を下記組成の塗工液に含浸した後、紫外線照射を行い、焼成炉に100℃/15分間入れてブレード3〜9を作製した。
〔塗工液組成1〕
・紫外線硬化樹脂1:ペンタエリスリトール・トリアクリレート 9部
(官能基数3、官能基相当量99)(ダイセルサイテック社製;PETIA)
・紫外線硬化樹脂2:フッ素系アクリレート 1.1部
(ダイキン工業社製;OPTOOL DAC−HP)
・重合開始剤:1.2αヒドロキシアルキルフェノン 0.5部
(チバスペシャリティーケミカルズ社製;イルガキュア184)
・溶媒:シクロヘキサノン 89.4部
〔塗工液組成2〕
・紫外線硬化樹脂3:トリシクロデカンジメタノールジアクリレート 78部
(新中村化学工業社製;A−DCP)
・重合開始剤:1.2αヒドロキシアルキルフェノン 2部
(チバスペシャリティーケミカルズ社製;イルガキュア184)
・溶媒:シクロヘキサノン 20部
ブレード3〜9の詳細を以下に示す。なお、ブレード3〜9におけるマルテンス硬度は、下記のマルテンス硬度の測定により求めた。
・ブレード3:塗工液組成1、含浸時間15秒、マルテンス硬度2.0[N/mm
・ブレード4:塗工液組成1、含浸時間30秒、マルテンス硬度4.0[N/mm
・ブレード5:塗工液組成2、含浸時間15分、マルテンス硬度4.5[N/mm
・ブレード6:塗工液組成2、含浸時間21分、マルテンス硬度6.0[N/mm
・ブレード7:塗工液組成2、含浸時間30分、マルテンス硬度7.5[N/mm
・ブレード8:塗工液組成1、含浸時間5分、マルテンス硬度10.0[N/mm
・ブレード9:塗工液組成2、含浸時間42分、マルテンス硬度10.2[N/mm
(評価及び評価)
上記得られた現像ローラについて、下記の測定及び評価を行った。
<現像ローラの回転トルクの測定>
図2に示すように、現像ローラの周面に厚さ0.1mm、幅15mmのPETフィルム(東レ社製、ルミラーS10)をかけ、PETフィルムの一端部を水平に延出してデジタルフォースゲージに取り付けた。PETフィルムの他端部に重さ50gのおもりを取り付けて鉛直方向に引張り、フィルムが現像ローラの表面にθ=90°にわたって接するように設置した。なお、デジタルフォースゲージは、PETフィルムもおもりも取り付けない無負荷時に値0となるように調整しておいた。
次に、PETフィルム及びおもりを取り付けた状態でデジタルフォースゲージの値の読みが安定したら、現像ローラを図の矢印Rで示す反時計方向に180rpmで回転させ、PETフィルムと摺擦させ、デジタルフォースゲージでこのときの現像ローラとPETフィルム間の摺擦力を測定した。測定値はデジタルフォースゲージからのアナログ出力値を100点/sのレートで10s間サンプリングし、サンプリングした1000点のデータをコンピュータから平均値を出し、その値を回転トルクと定めた。
<現像ローラ表面の凹凸における隣り合う凸と凸の間隔の測定>
現像ローラ表面の凹凸における隣り合う凸と凸の間隔の測定は、オリンパス社製レーザー顕微鏡LEXT OLS4100を用いて100倍の対物レンズで現像ローラ表面を観察した。現像ローラの長手方向のプロファイルをとって隣り合う凸と凸の間隔を求めた。
なお、測定箇所は現像ローラのゴム部分の両端から4cmと中央部の3箇所に対して、周方向に90°ずつ回転させて1箇所につき4点、計12点を測定し平均値を採用した。
<粗さスキューネスRskの測定>
粗さスキューネスRskの測定は、オリンパス社製レーザー顕微鏡LEXT OLS4100を用いて粗さ測定モードで50倍の対物レンズで現像ローラ表面の長手方向の線粗さを測定した。測定箇所はローラのゴム部分の両端から4cmと中央部の3箇所に対して、周方向に90°ずつ回転させて1箇所につき4点、計12点を測定し平均値を採用した。
<マルテンス硬度の測定>
NN環境(23℃、相対湿度45%)に24時間放置後、同環境下でFISCHER社製微小硬さ試験機FISCHERSCOPE HM2000を用いて、クリーニングブレードにおける感光体と対向する面であって、クリーニングブレードの先端稜線部よりも感光体の回転方向下流側であり、先端稜線部から20μmの位置における表面を5μm押し込んだときの値を採用した。押し込み条件は、ビッカース四角錐圧子の押し込み深さ:5μm、押し込み荷重:2mN、押し込み時間:20s、クリープ時間:5sとした。
<規制ブレード固着、フィルミング、ベタ追従性の評価、感光体フィルミング>
リコー社製IPSiO SP C730を用いて、NN環境下(23℃、相対湿度45%)で1%チャートの所定の画像パターンを5000枚印字した後、それぞれの項目の確認を行った。
−規制ブレード固着−
規制ブレード固着については、5000枚印字後の規制ブレードをニコン社製システム実体顕微鏡SMZ1270で観察し、規制ブレード上に固着物がないか確認した。
評価基準は下記の通りである。
◎:規制ブレードの固着物が全くない
○:固着物は若干あるが、画像には現れず実用上問題のないレベル
×:固着物があり、画像にも現れ実用上問題のあるレベル
−フィルミング−
フィルミングについては、トナーの外添剤に含まれるシリカ(Si)が現像ローラ上に付着しやすく、経時で増えていく点に着目し、長期使用中の現像ローラをATR法で計測することによって、そのピーク強度をフィルミングの程度を表す指標として採用した。
5000枚印字後、現像ローラを取り外して表面のトナーをエアブローで除去し、そのローラ表面をFT−IR(Thermo Nicolet社製 NEXUS470)、ATR法を用いて分析した。得られた吸収スペクトルから外添剤Si(470cm−1近傍)のピーク強度を算出し下記の基準で評価した。このピーク強度が高いほど、現像ローラ上にトナーのフィルミング量が多いことになる。
評価基準は下記の通りである。
◎:シリカのピーク強度<0.05
○:0.05≦シリカのピーク強度<0.1
△:0.1≦シリカのピーク強度<0.3
×:0.3≦シリカのピーク強度
−ベタ追従性−
ベタ追従性については、5000枚印字後、ベタ画像を2枚連続印字し、2枚目の画像について、ベタ追従性による画像カスレを目視で観察し、下記の基準でランク評価を行った。
◎:後端までカスレがなく、画像品質上全く問題のないレベル
○:後端に若干のカスレがあるが、画像品質上問題のないレベル
×:カスレがひどく、画像品質上問題のあるレベル
−感光体フィルミング−
リコー社製IPSiO SP C730を用いて、NN環境下(23℃、相対湿度45%)で1%チャートの所定の画像パターンを1000枚印字した後、感光体フィルミングによる異常画像の確認を行った。1000枚間隔で同様の確認を15000枚まで行った。
なお、感光体フィルミングが発生すると、感光体のフィルミング物が画像上に感光体周期で現れる。
◎:15000枚以上でも異常画像が未発生
○:10000枚以上〜15000枚未満で異常画像が発生(実用上問題ないレベル)
△:5000枚以上〜10000枚未満で異常画像が発生(実用上問題あるレベル)
×:5000枚未満で異常画像が発生(実用上問題あるレベル)
<トナーの作製>
上記の評価を行うため、特開2013−025289の実施例1を参考に、以下のようにして評価に用いるトナーを作製した。
−ポリエステル1−
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物2765部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物480部、テレフタル酸1100部、アジピン酸225部及びジブチルチンオキサイド10部を入れ、常圧230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時聞反応した後、反応容器に無水トリメリット酸130部を入れ、180℃、常圧で2時間反応し、[ポリエステル1](結晶性ポリエステル)を得た。[ポリエステル1]は、数平均分子量2600、重量平均分子量8000、Tg68℃、酸価20であった。
−ポリエステル2−
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物1195部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物2765部、テレフタル酸900部、アジピン酸200部及びジブチルチンオキサイド10部を入れ、常圧230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時聞反応した後、反応容器に無水トリメリット酸220部を入れ、180℃、常圧で2時間反応し、[ポリエステル2](結晶性ポリエステル)を得た。[ポリエステル2]は、数平均分子量2000、重量平均分子量9000、Tg73℃、酸価19であった。
−ポリエステル3−
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物264部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物523部、テレフタル酸123部、アジピン酸173部及びジブチルチンオキサイド1部を入れ、常圧230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で8時聞反応した。その後、反応容器に無水トリメリット酸26部を入れ、180℃、常圧で2時間反応し、[ポリエステル3](結晶性ポリエステル)を得た。[ポリエステル3]は、数平均分子量4000、重量平均分子量47000、Tg65℃、酸価12であった。
−ポリエステル4−
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、1,6−ヘキサンジオール500部、コハク酸500部、ジブチルチンオキサイド2.5部を入れ、常圧200℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で1時聞反応し、[ポリエステル4](非結晶性ポリエステル)を得た。[ポリエステル4]は、DSC測定にて66℃で吸熱ピークを示した。
−プレポリマーの合成−
冷却管、撹拌機及び窒索導入管の付いた反応容器中に、1,2−プロピレングリコール366部、テレフタル酸566部、無水トリメリット酸44部およびチタンテトラブトキシド6部を入れ、常圧230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応し[中間体ポリエステル1]を得た。[中間体ポリエステル1]は、数平均分子量3200、重量平均分子量12000、Tg55℃であった。
次に、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、[中間体ポリエステル1]420部、イソホロンジイソシアネート80部、酢酸エチル500部を入れ100℃で5時間反応し、[プレポリマー]を得た。[プレポリマー]の遊離イソシアネート質量%は、1.34%であった。
−樹脂微粒子分散液の作製−
〔ビニル系共重合樹脂微粒子V−1〕
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ドデシル硫酸ナトリウム1.6部、イオン交換水492部を入れ、80℃に加熱した後、過硫酸カリウム2.5部をイオン交換水100部に溶解したものを加え、その15分後にスチレンモノマー170部、ブチルアクリレート30部、n−オクチルメルカプタン1.2部の混合液を90分かけて滴下し、その後さらに60分80℃に保った。その後冷却して、[ビニル系共重合樹脂微粒子V−1]の分散液を得た。この分散液の固形分濃度を測定すると25%であった。また、微粒子の体積平均粒径は110nmであった。分散液を少量シャーレに取り、分散媒を蒸発させて得た固形物を測定したところ、数平均分子量21000、重量平均分子量43000、Tg70℃であった。
−マスターバッチの合成−
カーボンブラック(キャボット社製 リーガル400R):40部、結着樹脂:ポリエステル樹脂(三洋化成RS−801 酸価10、Mw20000、Tg64℃):60部、水:30部をヘンシェルミキサーにて混合し、顔料凝集体中に水が染み込んだ混合物を得た。これをロ−ル表面温度130℃に設定した2本ロールにより45分間混練を行い、パルベライザーで1mmφの大きさに粉砕し、[マスターバッチ1]を得た。
−トナー合成例1−
〔油相の作製〕
撹拌棒及び温度計をセットした容器に、[ポリエステル1]4部、[ポリエステル4]20部、パラフィンワックス(融点72℃)8部、酢酸エチル96部を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時間で30℃に冷却した。次いで[マスターバッチ1]35部を加えて1時間混合した後、容器を移し替えて、ビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で分散を行い、[原料溶解液1]を得た。次いで、[原料溶解液1]81.3部に[ポリエステル1]の70%酢酸エチル溶液74.1部、[ポリエステル3]21.6部及び酢酸エチル21.5部を加えてスリーワンモーターで2時間攪拌し[油相1]を得た。[油相1]の固形分濃度(130℃、30分で測定)が49%となるように酢酸エチルを加えて調整した。
〔水相の調製〕
イオン交換水472部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの50%水溶液(エレミノールMON−7:三洋化成工業製)81部、造粘剤としてカルボキシメチルセルロースの1%水溶液67部、酢酸エチル54部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを[水相1]とする。
〔乳化工程〕
前記[油相1]全量にTKホモミキサー(特殊機化製)で5,000rpmにて1分間混合した後、[水相1]321部を加え、TKホモミキサーで、回転数8,000〜13,000rpmで調整しながら20分間混合し[コア粒子スラリー1]を得た。
〔シェル工程(コア粒子への樹脂微粒子付着工程)〕
前記[コア粒子スラリー1]を、スリーワンモーターを用いて200rpmで攪拌しながら、[ビニル系共重合樹脂微粒子V−1]21.4部を5分間かけて滴下し、そのまま30分攪拌しつづけた。その後、スラリーサンプルを少量採取して10倍の水で希釈し、遠心分離装置を用いて遠心分離したところ、試験管の底にトナー母体粒子が沈降し、上澄み液はほぼ透明であった。以上のようにして[シェル後スラリー1]を得た。
〔脱溶剤〕
撹拌機及び温度計をセットした容器に、[シェル後スラリー1]を投入し、30℃で8時間脱溶剤を行い、[分散スラリー1]を得た。
〔洗浄→乾燥〕
[分散スラリー1]100部を減圧濾過した後、
(1):濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(2):(1)の濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、超音波振動を付与してTKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで30分間)した後、減圧濾過した。リスラリー液の電気伝導度が10μS/cm以下となるようにこの操作を繰り返した。
(3):(2)のリスラリー液のpHが4となる様に10%塩酸を加え、そのままスリーワンモーターで攪拌30分後濾過した。
(4):(3)の濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。リスラリー液の電気伝導度が10μS/cm以下となるようにこの操作を繰り返し[濾過ケーキ1]を得た。残りの[分散スラリー1]も同様に洗浄し、[濾過ケーキ1]として追加混合した。
[濾過ケーキ1]を循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、[トナー母体1]を得た。この母体トナー50部に1次粒径約30nmの疎水性シリカ1部と、1次粒径約10nmの疎水性シリカ0.5部をヘンシェルミキサーにて混合して、本実施形態の[現像剤1]を得た。
また、実施例2〜18、比較例1〜4に用いたトナーでは、実施例1におけるワックスの添加量や油相と水相の比率、油相中の有機溶媒比率、水相の粘度等を変化させてトナーを作製した。
<トナーの測定>
上記の評価に用いたトナーについて下記の測定を行った。トナーの物性は下記の測定により行い、下記表1のように性状を変更させ、評価を行った。
−ガラス転移温度Tg測定−
理学電機社製TG−DSCシステムTAS−100を使用した。まず試料約10mgをアルミ製試料容器に入れ、それをホルダユニットにのせ、電気炉中にセットする。次に、室温から昇温速度10℃/minで150℃まで加熱した後、150℃で10min間放置、室温まで試料を冷却して10min放置、窒素雰囲気下で再度150℃まで昇温速度10℃/minで加熱してDSC測定を行った。Tgは、TAS−100システム中の解析システムを用いて、Tg近傍の吸熱カーブの接線とベースラインとの接点から算出した。
−ワックス表面露出量−
室温にてトナー1gにn−ヘキサン7mlを加え、回転数120rpmで1min、ロールミルで攪拌し、攪拌後の溶液をただちに吸引濾過し、濾液を40℃で30min真空乾燥して、表面より溶出したワックスを定量することで得た。濾別に用いるフィルターとしては、目開き1μmのPTFE製メンブランフィルターを用いた。
−体積平均粒径、粒度分布−
コールターマルチサイザー3(ベックマンコールター社製)を用いて、トナーの体積平均粒径、粒度分布を測定した。まず、電解液100〜150mLに界面活性剤アルキルベンゼンスルホン酸塩0.1〜5mlを加えた。ここで、電解液とは、1級塩化ナトリウムを用いて調製した約1%NaCl水溶液であり、ISOTON−II(コールター社製)を用いた。次に、トナー2〜20mgを加えた後、超音波分散機Tetora150(ベックマンコールター社製)を用いて約1〜3分間分散させた。さらに、アパーチャーとして、100μmアパーチャーを用いて、トナーの粒度分布を測定した。なお、解析範囲を2〜20μm(2.00〜19.98μm)とした。
−平均円形度−
フロー式粒子像分析装置FPIA−3000S(シスメックス社製)を用いて、トナーの平均円形度を測定した。
まず、容器中の予め不純固形物を除去した水100〜150mLに界面活性剤アルキルベンゼンスルホン酸塩0.1〜0.5mLを加えた後、トナー0.1〜0.5g程度を加え、超音波分散機Tetora150(ベックマンコールター社製)を用いて約1〜3分間分散させ、分散液の濃度を3000〜10000個/μLとして、トナーの平均円形度を測定した。
現像ローラの処方、測定、評価及びトナーの物性について表1に示す。
なお、比較例3は、マルテンス硬度が高いためクリーニング性は高いが、逆に欠けやすくなりブレード磨耗が発生した。
1 感光体
11 帯電ローラ
13 クリーニングブレード
13a 弾性ブレード
14 フレーム
15 ホルダ
16 感光体側の面
17 先端稜線部
50 画像形成装置
58 プロセスカートリッジ
100 現像装置
101 現像ローラ
102 層厚規制部材
103 供給ローラ
104 トナー収容室
105 攪拌部材
106、107 攪拌搬送スクリュ
110 PETフィルム
112 粒子
特開2014−146010号公報 特許第3829454号公報

Claims (11)

  1. 導電性軸体と、該導電性軸体の外周に形成された導電性弾性層と、該導電性弾性層の外周に形成されたトナー担持層と、を有する現像ローラであって、
    前記トナー担持層は、表面に平均粒径11〜40nmの粒子が分散されており、
    前記現像ローラの回転トルクが2.5〜3.5Nであることを特徴とする現像ローラ。
  2. 前記トナー担持層は、ポリイソシアネートプレポリマーと、フルオロエチレン及びビニルエーテルの交互共重合体との重合体を含むことを特徴とする請求項1に記載の現像ローラ。
  3. 前記トナー担持層の表面における長手方向の粗さスキューネスRskが、−0.6〜−0.3であることを特徴とする請求項1又は2に記載の現像ローラ。
  4. 前記トナー担持層の表面における隣り合う凸と凸の間が、1〜3μmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の現像ローラ。
  5. 前記粒子は、疎水性処理シリカ、酸化チタン又は酸化アルミニウムであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の現像ローラ。
  6. 前記回転トルクは、以下の測定方法により求められたものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の現像ローラ。
    (測定方法)
    前記現像ローラの周囲にPETフィルムをかけ、該PETフィルムの一端部を水平に延出してデジタルフォースゲージに取付け、前記PETフィルムの他端部を50gのおもりに取付け、前記現像ローラの表面において、軸方向と直交する断面視90°にわたって前記PETフィルムが接するようにしたとき、前記現像ローラを180rpmで回転させた場合の前記デジタルフォースゲージの値。なお、前記デジタルフォースゲージは、前記PETフィルム及び前記おもりを取り付けない無負荷時の値を0に調整する。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載の現像ローラに用いられるトナーであって、
    結着樹脂、着色剤及び離型剤を少なくとも含む芯粒子と、該芯粒子の表面に付着する樹脂微粒子とを少なくとも有し、
    前記トナー1.0gからn−ヘキサンにより抽出される前記離型剤量が10〜26mg以下であることを特徴とするトナー。
  8. 潜像を担持する潜像担持体と、潜像担持体表面に均一に帯電を施す帯電手段と、帯電した潜像担持体の表面に画像データに基づいて露光し、静電潜像を書き込む露光手段と、潜像担持体表面に形成された静電潜像にトナーを供給し可視像化する現像手段と、潜像担持体表面の可視像を被転写体に転写する転写手段と、被転写体上の可視像を定着させる定着手段と、を備える画像形成装置であって、
    前記現像手段が、請求項1〜6のいずれかに記載の現像ローラであることを特徴とする画像形成装置。
  9. 前記潜像担持体に当接して、前記潜像担持体に付着したトナーをクリーニングするクリーニングブレードを有するクリーニング手段を備えることを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。
  10. 前記クリーニングブレードは、先端稜線部が前記潜像担持体の表面に当接する短冊形状の弾性ブレードを有し、
    前記弾性ブレードにおける前記潜像担持体と対向する面であって、前記弾性ブレードの先端稜線部よりも前記潜像担持体の回転方向下流側であり、前記先端稜線部から20μmの位置で、5μm押し込んだときのマルテンス硬度が2.0〜10.0N/mmであることを特徴とする請求項9に記載の画像形成装置。
  11. 前記マルテンス硬度が、4.0〜6.0N/mmであることを特徴とする請求項10に記載の画像形成装置。
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