JP2018066892A - 静電潜像現像剤用キャリア、現像剤、及び画像形成装置 - Google Patents

静電潜像現像剤用キャリア、現像剤、及び画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】安定した帯電供給を可能にするとともに、長期保管(特に高温高湿度下)による動抵抗の上昇に伴う、エッジ部のキャリア付着を抑制して、安定した画像品質を得ることができる静電潜像現像剤用キャリアを提供する。【解決手段】磁性を有する芯材粒子と、前記芯材粒子の表面を被覆する被覆層とを有し、前記被覆層は、2種類以上の無機微粒子を含有し、前記2種類以上の無機微粒子の少なくとも1つが、導電性を有し、かつ300nm〜1,000nmのピーク粒径を有する無機微粒子Aであり、(式1)で求められる表面凹凸度が、1.10m2/g〜1.90m2/gである静電潜像現像剤用キャリア。C−F・・・・(式1)、C:静電潜像現像剤用キャリアのBET比表面積(m2/g)、F:芯材粒子のBET比表面積(m2/g)【選択図】なし

Description

本発明は、静電潜像現像剤用キャリア、現像剤、及び画像形成装置に関する。
電子写真方式による画像形成では、光導電性物質等の静電潜像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像に対して、帯電したトナーを付着させてトナー像を形成した後、トナー像を記録媒体に転写し、定着され、出力画像となる。
近年、電子写真方式による画像形成では、プリント速度の高速化も相まって、キャリアには、トナーへの素早い帯電付与能力が強く要求されている。
そのため、従来の帯電付与能力では、現像剤に補給されたトナーがキャリアと十分に摩擦帯電されないために帯電せず、現像器外にトナーが堆積してしまうトナー飛散や、白紙部にトナーが現像されてしまう地汚れといった問題が発生している。
このため、トナーの帯電量を一定に制御することがこれまで以上に求められており、従来のキャリアでは要求特性を満たすことができない。
そこで、さまざまな試みが行われている。
例えば、像担持体と、内部に磁界発生手段を有する現像剤担持体と、該像担持体表面に対して所定のギャップをもって対向する現像剤規制部材とを有する現像装置に用いられる静電潜像現像剤用キャリアであって、該静電潜像現像用キャリアは、磁性を有する芯材粒子と該芯材粒子表面を被覆する被覆層とからなり、嵩密度が1.6g/cm以上2.25g/cm以下、BET比表面積が0.5m/g以上2.0m/g以下であり、5kOeで測定した際の飽和磁化σ5000が70emu/g以上、かつ残留磁化σrが2emu/g以下である静電潜像現像剤用キャリアが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、磁性を有する芯材粒子表面が、導電性微粒子を含有する樹脂被覆層により被覆された静電潜像現像剤用キャリアであって、BET比表面積が0.8m/g以上1.6m/g以下である静電潜像現像剤用キャリアが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかし、従来技術では、帯電安定性は確保されるものの、その弊害として動抵抗の経時的な変動が起こり、結果としてエッジ部でのキャリア付着が悪化し、画像品質が低下するといった問題があった。
本発明は、安定した帯電供給を可能にするとともに、長期保管(特に高温高湿度下)による動抵抗の上昇に伴う、エッジ部のキャリア付着を抑制して、安定した画像品質を得ることができる静電潜像現像剤用キャリアを提供することを目的とする。
本発明の静電潜像現像剤用キャリアは、
磁性を有する芯材粒子と、前記芯材粒子の表面を被覆する被覆層とを有し、
前記被覆層は、2種類以上の無機微粒子を含有し、
前記2種類以上の無機微粒子の少なくとも1つが、導電性を有し、かつ300nm〜1,000nmのピーク粒径を有する無機微粒子Aであり、
下記(式1)で求められる表面凹凸度が、1.10m/g〜1.90m/gであることを特徴とする。
C−F ・・・・(式1)
C:静電潜像現像剤用キャリアのBET比表面積(m/g)
F:芯材粒子のBET比表面積(m/g)
本発明によると、安定した帯電供給を可能にするとともに、長期保管(特に高温高湿度下)による動抵抗の上昇に伴う、エッジ部のキャリア付着を抑制して、安定した画像品質を得ることができる静電潜像現像剤用キャリアを提供することができる。
図1は、本発明に関するプロセスカートリッジの一例を表す図である。 図2は、本発明の画像形成装置の一例を表す図である。
(静電潜像現像剤用キャリア)
本発明の静電潜像現像用キャリアは、磁性を有する芯材粒子と、前記芯材粒子の表面を被覆する被覆層とを少なくとも含有し、更に必要に応じて、その他の成分を含有する。
前記被覆層は、2種類以上の無機微粒子を含有する。
前記2種類以上の無機微粒子の少なくとも1つは、導電性を有し、かつ300nm〜1,000nmのピーク粒径を有する無機微粒子Aである。
前記静電潜像現像用キャリアは、下記(式1)で求められる表面凹凸度が、1.10m/g〜1.90m/gである。
C−F ・・・・(式1)
C:静電潜像現像剤用キャリアのBET比表面積(m/g)
F:芯材粒子のBET比表面積(m/g)
本発明の前記静電潜像現像用キャリアにおいては、前記被覆層に無機微粒子が効果的に配列され、キャリア表面に最適な表面積を付与する。
また、前記被覆層中の無機微粒子は、前記被覆層の摩耗抑制に効果があり、長期印刷時のキャリア表層の摩耗を防ぐことができる。
そのため、無機微粒子は、高速印字される昨今のプリンターにおいて被覆層の摩耗抑制のための重要な因子となっている。
本発明者らは、前記2種類以上の無機微粒子の少なくとも1つが、300nm以上のピーク粒径を有することで、無機微粒子を効果的に被覆層中に配置させ、必要な表面積を得ることができ、その結果、摩耗抑制効果でキャリア表層(被覆層)の摩耗を防ぐことができることを見出した。
但し、表面積を大きくすると、キャリア表面への水分吸着がしやすくなり、高温恒湿下で長期保管を行うとキャリア表面の吸着水分量(もしくは、被覆樹脂の膨潤、含水化)の増大により、動抵抗が上昇し、結果として、エッジ部でのキャリア付着が発生し、画像品質が低下する。この現象は、無機微粒子が、導電性を有した無機微粒子である場合に顕著に起こる。
ここで、本明細書において、「動抵抗」とは、具体的には、回転体(回転しているスリーブ)上での抵抗値を意味し、スリーブにキャリアを載せて回転させた上で、電圧を掛けたとき流れる電流値から求めることができる。
また、本明細書においてエッジ部とは、現像ローラ等の現像剤担持体における、形成される画像(例えば、ベタ画像)の縁部に対応する領域を意味する。
動抵抗上昇を抑えるには、導電性を有した無機微粒子のピーク粒径を300nm〜1,000nmに制御し、かつ、静電潜像現像剤用キャリアのBET比表面積(C)と、芯材粒子のBET比表面積(F)との差(C−F)を1.10m/g〜1.90m/gの範囲内制御することで解決することができる。
BET比表面積の差(C−F)が1.90m/gを超えると、前記被覆層において樹脂に被覆されていない無機微粒子が存在して水分吸着しやすくなる。また、被覆層の表面積が大きくなるので吸着面が増大するため、水分量変化が大きくなると考えられる。
また、BET比表面積の差(C−F)が、1.10m/g未満であると、十分な帯電能を得るのが困難になる。
本発明の静電潜像現像剤用キャリアでは、無機微粒子が効果的に被覆層に配列され、キャリア表面に最適な表面積を付与し、かつ、長期印刷時のキャリア表層の摩耗を防ぐことができる。
<無機微粒子の粒径>
前記無機微粒子の粒径の確認は、公知の方法で行うことができるが、本発明においては、例えば、以下の方法で測定する。
集束イオンビーム(FIB)装置で該キャリアを切断し、その断面をSEM等で観察することによって行うことができる。なお、集束イオンビーム(FIB)装置は、きわめて細く集束したイオンビームを試料表面で走査することにより、発生した二次電子などを検出して顕微鏡像を観察したり、試料表面を加工したりすることのできる装置である。
カーボンテープ上に試料を付着させ、表面保護及び導電処理のため、オスミウムを約20nmコーティングする。Carl Zeiss(SII)社製 NVision40を用いて、以下の条件でFIB処理を行う。
・加速電圧 2.0kV
・アパーチャ 30μm
・High Current ON
・検出器 SE2, InLens
・導電処理なし
・W.D 5.0mm
・試料傾斜 54°
Thermo Fisher Scientific社製 電子冷却型SDD検出器UltraDry(Φ30mm)と、解析ソフトThermo Fisher Scientific社製 NORAN System6(NSS)とを用いて、以下の条件でSEM観察を行う。
・加速電圧 3.0kV
・アパーチャ 120μm
・High Current ON
・導電処理 Os
・ドリフト補正 有り
・W.D 10.0mm
・測定法 Area Scan
・積算時間 10sec
・積算回数 100回
・試料傾斜 54°
・倍率10,000倍
SEM観察結果をTIFF画像に取り込み、Media Cybernetics社製のImage−Pro Plusを用いて、粒子だけの画像にした後、二値化処理を行い、白色の部分(微粒子部分)と黒色の部分(樹脂部分)とにわけ、白色の部分の粒径の測定を行う。また、非球形の微粒子に関しては円相当径をもって定義する。この方法を微粒子1,000粒に対して行い、微粒子の粒度分布をプロットする。
プロットについては5nmごとにグルーピングした結果で実施し、ピークについては頻度5%以下のものはピークとみなさないこととする。また、プロット上の極値をもってピークと定義する。
前記無機微粒子Aのピーク粒径は300nm〜1,000nmである。
前記ピーク粒径が300nm以上であることは、無機微粒子が全体として小粒径にならないことを意味し、小粒径粒子の受ける運動エネルギーによる被覆層からの離脱を抑制し、長期印字に対してBET比表面積の変化を抑制し、地汚れといった帯電に懸かる問題をさらに改善させることが可能である。
また、前記ピーク粒径が1,000nm以下であれば、大粒径粒子に対して被覆樹脂が保持しきれず離脱する問題を抑制し、長期印字に対してBET比表面積の変化を抑制し、地汚れといった帯電に懸かる問題をさらに改善させることが可能である。
<表面凹凸度>
前記表面凹凸度は、下記(式1)で求められ、1.10m/g〜1.90m/gである。
前記表面凹凸度は、長期保管(特に高温高湿度下)による動抵抗の上昇に伴う、エッジ部のキャリア付着をより抑制する観点からは、1.80m/g以下が好ましい。
また、前記表面凹凸度は、トナー飛散を防止する観点からは、1.30m/g以上が好ましく、1.60m/g以上がより好ましい。
C−F ・・・・(式1)
C:静電潜像現像剤用キャリアのBET比表面積(m/g)
F:芯材粒子のBET比表面積(m/g)
BET比表面積が大きいことは、トナーとキャリアとの摩擦帯電回数を増やすことを意味し、また電荷付与を可能とするキャリアの面積が大きいことを意味し、キャリアの帯電能力をトナーへ伝達する効率を上げることを意味する。
そのため、BET比表面積が大きいことは、近年の高画像面積又は高速印刷のために、摩擦帯電に対していち早くトナーを帯電させる要求を満たすことに繋がる。
一方で、キャリアのBET比表面積には芯材粒子のBET比表面積が影響される。即ち、キャリア表面凹凸が芯材粒子の凹凸に沿うことによってもキャリアのBET比表面積が変わってくる。
芯材粒子のBET比表面積が大きいことは、芯材粒子に凸部が存在することを意味する。芯材粒子のBET比表面積が大きいと、現像器内でキャリアは摩擦又は衝突により運動エネルギーを受けて磨耗する。キャリアが磨耗し、被覆層に被覆されている芯材粒子がキャリア表面に露出すると、露出した箇所より電荷のリークが起こり、キャリアの帯電低下や抵抗低下を引き起こし、地汚れ又はキャリア付着といった問題をもたらし得る。芯材粒子凸部には物理的に被覆層を構成する材料が付着しづらく、被覆層が部分的に薄膜になる。被覆層の薄膜の部分では、無機微粒子の存在が疎になりやすい。疎になりやすいため、被覆層の耐磨耗性が弱い部分となる。そのため、芯材粒子に凸部が存在するほど前記問題が発生しやすくなるため、長期印字に対して致命的な課題となる。
本発明者らは、鋭意検討を繰り返した結果、前記のことを包括した指標となる表面凹凸度を定義した。すなわち、前記(式1)で定義される指標を設計することでプロダクションプリンティングの分野において求められる画質に対して十分な帯電制御が長期印刷に渡って可能であり、かつ現像領域に安定した現像剤量を供給することが可能であり、かつ低温定着トナーを使用した高速機においても低画像面積率の印字密度での連続通紙を可能にすることが出来るキャリア、および現像剤を得ることができることを知見した。
<<BET比表面積の測定>>
BET比表面積は、被測定物(キャリア又は芯材粒子)3.5gをBET比表面積測定装置(MOUNTECH社製 Macsorb model−1201)を用いて測定する。
ここで、芯材粒子のBET比表面積の測定は、本発明のキャリアを製造する際に用いる芯材粒子に対して行ってもよいし、本発明のキャリアから被覆層を除去して得られる芯材粒子に対して行ってもよい。後者の場合、本発明のキャリアから被覆層を除去する方法としては、例えば、クロロホルムを用いて被覆層を除去する方法などが挙げられる。
<キャリアの体積平均粒径>
前記静電潜像現像剤用キャリアの体積平均粒径としては、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が、28μm〜40μmが好ましい。好ましい範囲内であると、キャリア付着の発生の防止、及び画像細部の再現性の低下による画像の精細度低下の防止の点で有利である。
なお、本発明において、キャリア、芯材粒子、無機微粒子等の体積平均粒径は、例えば、マイクロトラック粒度分布計モデルHRA9320−X100(日機装社製)を用いて測定することができる。
<キャリアのBET比表面積>
前記静電潜像現像剤用キャリアのBET比表面積としては、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が、1.20m/g〜2.50m/gが好ましく、1.25m/g〜2.30m/gがより好ましく、1.30m/g〜2.10m/gが特に好ましい。
<芯材粒子>
前記芯材粒子としては、磁性を有する芯材粒子であれば、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、鉄、コバルト等の強磁性金属;マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の酸化鉄;各種合金、化合物等の磁性体を樹脂中に分散させた樹脂粒子などが挙げられる。これらの中でも、環境面への配慮の点で、Mn系フェライト、Mn−Mg系フェライト、Mn−Mg−Sr系フェライトが好ましい。
前記芯材粒子のBET比表面積としては、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が、0.01m/g〜0.50m/gが好ましく、0.03m/g〜0.35m/gがより好ましく、0.05m/g〜0.25m/gが特に好ましい。
<被覆層>
前記被覆層は、2種類以上の無機微粒子を少なくとも含有し、好ましくは樹脂を含有し、更に必要に応じて、その他の成分を含有する。
<<無機微粒子>>
前記被覆層は、2種類以上の無機微粒子を少なくとも含有する。
前記2種類以上の無機微粒子の少なくとも1つは、導電性を有し、かつ300nm〜1,000nmのピーク粒径を有する無機微粒子Aである。
−無機微粒子A−
前記無機微粒子Aの材質としては、導電性を有する限り、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、酸化スズ化合物が好ましい。前記酸化スズ化合物は、カーボンブラックのように、カラートナーや白色トナー、透明トナーと組み合わせても、トナーの持つ色を黒ずませてしまう「色汚れ」が発生してしまうことがない。また、銀の微粒子のように、導電性が良すぎるがゆえに被覆樹脂中に少量しか配合することができず、膜強度を強くする効果を期待することができなくなってしまうということが、前記酸化スズ化合物では生じない。
ここで、導電性とは、体積抵抗値が10Ω・cm以下であることをいう。非導電性とは、体積抵抗値が10Ω・cm超であることをいう。
前記酸化スズ化合物としては、錫を含有する酸化物であるかぎり、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、インジウムドープ酸化スズ(ITO)、リンドープ酸化スズ(PTO)、タングステンドープ酸化スズ(WTO)が好ましい。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。
前記無機微粒子A以外の無機微粒子としては、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、非導電性の無機微粒子などが挙げられる。前記非導電性の無機微粒子の材質としては、例えば、酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、二酸化珪素、硫酸バリウム、酸化ジルコニウムなどが挙げられる。
前記無機微粒子A以外の無機微粒子としては、酸化アルミニウム微粒子、硫酸バリウム微粒子が好ましく、硫酸バリウム微粒子が帯電特性の点でより好ましい。
前記被覆層における前記2種類以上の無機微粒子の含有量としては、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が、10質量%〜95質量%が好ましく、20質量%〜90質量%がより好ましく、30質量%〜85質量%が特に好ましい。
前記被覆層における前記無機微粒子Aの含有量としては、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が、5質量%〜80質量%が好ましく、10質量%〜70質量%がより好ましく、15質量%〜60質量%が特に好ましい。
<<樹脂>>
前記樹脂としては、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、アクリル樹脂、アミノ樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリトリフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデンとフッ化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンと非フッ化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、シリコーン樹脂などが挙げられる。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、シリコーン樹脂が好ましい。
前記樹脂としては、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が、シランカップリング剤及びシリコーン樹脂を含有する混合物の硬化物を含む樹脂が好ましい。
−シリコーン樹脂−
前記シリコーン樹脂としては、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が、少なくとも下記一般式(A)で表されるA部分、及び下記一般式(B)で表されるB部分を含む共重合体を加水分解し、シラノール基を生成して縮合することにより得られる架橋物を含有する樹脂が好ましい。
ただし、前記一般式(A)中、Rは、水素原子、及びメチル基のいずれかを表し、Rは、炭素原子数1〜4のアルキル基を表し、mは、1〜8の整数を表し、Xは、前記共重合体におけるモル比を表し、10モル%〜90モル%を表し、30モル%〜70モル%が好ましい。
ただし、前記一般式(B)中、Rは、水素原子及びメチル基のいずれかを表し、Rは、炭素原子数1〜4のアルキル基を表し、Rは、炭素原子数1〜8のアルキル基及び炭素原子数1〜4のアルコキシ基のいずれかを表し、mは、1〜8の整数を表し、Yは、前記共重合体におけるモル比を表し、10モル%〜90モル%を表し、30モル%〜70モル%が好ましい。
前記炭素原子数1〜4のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基などが挙げられる。
前記炭素原子数1〜8のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基などが挙げられる。
前記炭素原子数1〜4のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基などが挙げられる。
−−A部分−−
前記一般式(A)で表されるA部分は、側鎖にメチル基が多数存在する原子団・トリス(トリメチルシロキシ)シランを有しており、樹脂全体に対してA成分の比率が高くなると表面エネルギーが小さくなり、トナーの樹脂成分、ワックス成分などの付着が少なくなる。
前記A部分を形成するためのモノマーとしては、例えば、次式で示されるトリス(トリアルキルシロキシ)シラン化合物が例示される。
下式中、Meはメチル基、Etはエチル基、Prはプロピル基である。
・CH=CMe−COO−C−Si(OSiMe
・CH=CH−COO−C−Si(OSiMe
・CH=CMe−COO−C−Si(OSiMe
・CH=CMe−COO−C−Si(OSiEt
・CH=CH−COO−C−Si(OSiEt
・CH=CMe−COO−C−Si(OSiEt
・CH=CMe−COO−C−Si(OSiPr
・CH=CH−COO−C−Si(OSiPr
・CH=CMe−COO−C−Si(OSiPr
前記A部分を形成するためのモノマーの製造方法は特に限定されないが、トリス(トリアルキルシロキシ)シランを白金触媒の存在下にアリルアクリレートまたはアリルメタクリレートと反応させる方法や、特開平11−217389に記載されている、カルボン酸と酸触媒の存在下で、メタクリロキシアルキルトリアルコキシシランとヘキサアルキルジシロキサンとを反応させる方法などにより得られる。
−−B部分−−
前記一般式(B)で表されるA部分は、ラジカル重合性の2官能、又は3官能性のシラン化合物から形成される。
前記シラン化合物としては、例えば、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリトキシプロピルトリ(イソプロペキシ)シラン、3−アクリロキシプロピルトリ(イソプロペキシ)シランなどが挙げられる。
−−C部分−−
前記共重合体は、下記一般式(C)で表されるC部分を更に含んでいてもよい。
ただし、前記一般式(C)中、Rは、水素原子及びメチル基のいずれかを示し、Rは、炭素原子数1〜4のアルキル基を示し、Zは、前記共重合体におけるモル比を示し、前記一般式(A)、(B)及び(C)中、Xは、10モル%〜40モル%であり、Yは、10モル%〜40モル%であり、及びZは、30モル%〜80モル%であり、60モル%<Y+Z<90モル%である。
前記C部分は、被膜に可撓性を付与し、かつ、芯材粒子と被覆層との接着性を良好にするものである。
前記C部分を生じるモノマーC成分としては、アクリル系化合物のモノマーであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルなどが好ましい。
前記アクリル酸エステル乃至メタクリル酸エステルとしては、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、メチルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルメタクリレート、エチルアクリレート、ブチルメタクリレート、ブチルアクリレート、2−(ジメチルアミノ)エチルメタクリレート、2−(ジメチルアミノ)エチルアクリレート、3−(ジメチルアミノ)プロピルメタクリレート、3−(ジメチルアミノ)プロピルアクリレート、2−(ジエチルアミノ)エチルメタクリレート、2−(ジエチルアミノ)エチルアクリレートなどが挙げられる。これらの中でも、アルキルメタクリレートが好ましく、特にメチルメタクリレートが好ましい。また、これらのアクリル酸エステル乃至メタクリル酸エステルは、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。
前記被覆層の架橋による高耐久化技術としては、特に制限はなく、目的に応じて公知の方法を適宜選択することができ、例えば、特許第3691115号公報に記載の事項を適用することができる。
ここで、特許第3691115号公報には、磁性粒子表面を、少なくとも末端にビニル基を有するオルガノポリシロキサンとヒドロキシル基、アミノ基、アミド基及びイミド基からなる群から選択される少なくとも1つの官能基を有するラジカル共重合性単量体との共重合体をイソシアネート系化合物により架橋させた熱硬化性樹脂で被覆したことを特徴とする静電荷像現像用キャリアが記載されている。しかしながら、特許第3691115号公報に記載の材料では、前記被覆層の剥がれ乃至削れにおいて十分な耐久性が得られない。
その理由としては、十分明らかになっているとは言えないが、前述の共重合体をイソシアネート系化合物により架橋させた熱硬化性樹脂の場合、構造式からも分かるように、共重合体樹脂中のイソシアネート化合物と反応(架橋)する単位重量当りの官能基が少なく、架橋点において、ニ次元的乃至三次元的な緻密な架橋構造を形成することができない。その為に長時間使用すると、被覆層の剥がれ、削れなどが生じ易く(つまり、被覆層の耐磨耗性が小さく)、十分な耐久性が得られていないと推察される。
前記被覆層の剥がれ乃至削れが生じると、キャリア抵抗低下による画像品質の変化、キャリア付着が起こる。また、前記被覆層の剥がれ乃至削れは、現像剤の流動性を低下させ、汲み上げ量低下を引き起こし、画像濃度低下、トナー濃度の上昇に伴う地汚れ、トナー飛散の原因となる。
一方、本発明の静電潜像現像用キャリアにおける前記被覆層(キャリア被覆層)の一例は、単位質量当たり、二官能、乃至三官能の架橋可能な官能基(反応点)を多数(特許第3691115号公報の共重合体に比べて、2倍〜3倍多く)有した共重合体であり、これを更に、縮重合により架橋させた架橋物であるため、前記被覆層が極めて強靭で削れ難いと考えられる。
また、特許第3691115号公報に記載のイソシアネート化合物による架橋より、本発明におけるシロキサン結合による架橋の方が、結合エネルギーが大きく熱ストレスに対しても安定しているため、前記被覆層の経時安定性が保たれると推察される。
前記樹脂としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、またはこれらを併用して使用することができる。アクリル樹脂は接着性が強く脆性が低いので耐磨耗性に非常に優れた性質を持つが、その反面、表面エネルギーが高いため、スペントし易いトナーとの組み合わせでは、トナー成分スペントが蓄積することによる帯電量低下など不具合が生じる場合がある。その場合、表面エネルギーが低いためトナー成分のスペントがし難く、膜削れが生じるためのスペント成分の蓄積が進み難い効果が得られるシリコーン樹脂を併用することで、この問題を解消することができる。しかし、シリコーン樹脂は接着性が弱く脆性が高いので、耐磨耗性が悪いという弱点も有するため、この2種の樹脂の性質をバランス良く得ることが重要であり、これによりスペントがし難く耐摩耗性も有する被覆膜を得ることが可能となる。これは、シリコーン樹脂は表面エネルギーが低いためトナー成分のスペントがし難く、膜削れが生じるためのスペント成分の蓄積が進み難い効果が得られるためである。
本明細書でいうシリコーン樹脂とは、前記シリコーン樹脂に加え、一般的に知られているシリコーン樹脂全てを指し、オルガノシロサン結合のみからなるストレートシリコン樹脂や、アルキド、ポリエステル、エポキシ、アクリル、ウレタンなどで変性したシリコーン樹脂などが挙げられるが、これに限るものではない。例えば、市販品としてストレートシリコン樹脂としては、信越化学製のKR271、KR255、KR152、東レ・ダウコーニング・シリコン社製のSR2400、SR2406、SR2410等が挙げられる。この場合、シリコーン樹脂単体で用いることも可能であるが、架橋反応する他成分、帯電量調整成分等を同時に用いることも可能である。さらに、変性シリコーン樹脂としては、信越化学製のKR206(アルキド変性)、KR5208(アクリル変性)、ES1001N(エポキシ変性)、KR305(ウレタン変性)、東レ・ダウコーニング・シリコン社製のSR2115(エポキシ変性)、SR2110(アルキド変性)などが挙げられる。
−−シランカップリング剤−−
前記シランカップリング剤は、前記フィラーを安定して分散させることができる。
前記シランカップリング剤としては、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、r−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、r−(2−アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、r−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−β−(N−ビニルベンジルアミノエチル)−r−アミノプロピルトリメトキシシラン塩酸塩、r−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、r−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、r−クロルプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、r−アニリノプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、オクタデシルジメチル[3−(トリメトキシシリル)プロピル]アンモニウムクロライド、r−クロルプロピルメチルジメトキシシラン、メチルトリクロルシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、アリルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、1,3−ジビニルテトラメチルジシラザン、メタクリルオキシエチルジメチル(3−トリメトキシシリルプロピル)アンモニウムクロライドなどが挙げられる。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。
前記シランカップリング剤の市販品としては、例えば、AY43−059、SR6020、SZ6023、SH6020、SH6026、SZ6032、SZ6050、AY43−310M、SZ6030、SH6040、AY43−026、AY43−031、sh6062、Z−6911、sz6300、sz6075、sz6079、sz6083、sz6070、sz6072、Z−6721、AY43−004、Z−6187、AY43−021、AY43−043、AY43−040、AY43−047、Z−6265、AY43−204M、AY43−048、Z−6403、AY43−206M、AY43−206E、Z6341、AY43−210MC、AY43−083、AY43−101、AY43−013、AY43−158E、Z−6920、Z−6940(いずれも、東レ・ダウコーニング社製)などが挙げられる。
前記シランカップリング剤の添加量としては、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が、前記樹脂に対して、0.1質量%〜10質量%が好ましい。
−縮重合触媒−
前記シランカップリングを使用する際には、縮重合触媒を使用することが好ましい。
前記縮重合触媒としては、例えば、チタン系触媒、スズ系触媒、ジルコニウム系触媒、アルミニウム系触媒などが挙げられる。
これら各種触媒のうち、優れた結果をもたらすチタン系触媒の中でも、特にチタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)が触媒として最も好ましい。これは、シラノール基の縮合反応を促進する効果が大きく、且つ触媒が失活しにくいためであると考えられる。
(現像剤)
前記現像剤は、上述した本発明の静電潜像現像用キャリア、及びトナーを含む。
<トナー>
前記トナーは、結着樹脂を少なくとも含有し、更に必要に応じて、着色剤、帯電制御剤、離型剤などのその他の成分を含む。
前記トナーは、クリアトナー、モノクロトナー、及びカラートナーのいずれであってもよい。
前記クリアトナーは、着色剤を含有しないトナーである。
定着ローラにトナー固着防止用オイルを塗布しないオイルレスシステムに適用するために、前記トナーは、離型剤を含有してもよい。
このようなトナーは、一般に、フィルミングが発生しやすいが、本発明のキャリアは、フィルミングを抑制することができるため、本発明の現像剤は、長期に亘り、良好な品質を維持することができる。
さらに、カラートナー、特に、イエロートナーは、一般に、キャリアの被覆層の削れによる色汚れが発生するという問題があるが、本発明の現像剤は、色汚れの発生を抑制することができる。
前記トナーは、粉砕法、重合法等の公知の方法を用いて製造することができる。例えば、粉砕法を用いてトナーを製造する場合、まず、トナー材料を混練することにより得られる溶融混練物を冷却した後、粉砕し、分級して、母体粒子を作製する。次に、転写性、耐久性をさらに向上させるために、母体粒子に外添剤を添加し、トナーを作製する。
このとき、トナー材料を混練する装置としては、特に限定されないが、バッチ式の2本ロール;バンバリーミキサー;KTK型2軸押出し機(神戸製鋼所社製)、TEM型2軸押出し機(東芝機械社製)、2軸押出し機(KCK社製)、PCM型2軸押出し機(池貝鉄工社製)、KEX型2軸押出し機(栗本鉄工所社製)等の連続式の2軸押出し機;コ・ニーダ(ブッス社製)等の連続式の1軸混練機等が挙げられる。
また、冷却した溶融混練物を粉砕する際には、ハンマーミル、ロートプレックス等を用いて粗粉砕した後、ジェット気流を用いた微粉砕機、機械式の微粉砕機等を用いて微粉砕することができる。なお、平均粒径が3μm〜15μmとなるように粉砕することが好ましい。
さらに、粉砕された溶融混練物を分級する際には、風力式分級機等を用いることができる。なお、母体粒子の平均粒径が5μm〜20μmとなるように分級することが好ましい。
また、母体粒子に外添剤を添加する際には、ミキサー類を用いて混合攪拌することにより、外添剤が解砕されながら母体粒子の表面に付着する。
<<結着樹脂>>
前記結着樹脂としては、特に限定されないが、ポリスチレン、ポリp−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単独重合体;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−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−メタクリル酸共重合体、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−クロロ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−ビニルメチルエーテル共重合体、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−マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は芳香族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
圧力定着用の前記結着樹脂としては、特に限定されないが、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン等のポリオレフィン;エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸エステル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー樹脂等のオレフィン共重合体;エポキシ樹脂、ポリエステル、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリビニルピロリドン、メチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体、マレイン酸変性フェノール樹脂、フェノール変性テルペン樹脂等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
<<その他の成分>>
前記その他の成分としては、例えば、着色剤、離型剤、帯電制御剤、外添剤などが挙げられる。
−着色剤−
前記着色剤(顔料又は染料)としては、特に限定されないが、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローGR、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローNCG、タートラジンレーキ等の黄色顔料;モリブデンオレンジ、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、インダンスレンブリリアントオレンジRK、ベンジジンオレンジG、インダンスレンブリリアントオレンジGK等の橙色顔料;ベンガラ、カドミウムレッド、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン3B等の赤色顔料;ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ等の紫色顔料;コバルトブルー、アルカリブルー、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーBC等の青色顔料;クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ等の緑色顔料;カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物等の黒色顔料等が挙げられ、二種以上を併用してもよい。
−離型剤−
前記離型剤としては、特に限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、脂肪酸金属塩、脂肪酸エステル、パラフィンワックス、アミド系ワックス、多価アルコールワックス、シリコーンワニス、カルナウバワックス、エステルワックス等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
−帯電制御剤−
前記帯電制御剤としては、特に限定されないが、ニグロシン;炭素数が2〜16のアルキル基を有するアジン系染料(特公昭42−1627号公報参照);C.I.Basic Yello 2(C.I.41000)、C.I.Basic Yello 3、C.I.Basic Red 1(C.I.45160)、C.I.Basic Red 9(C.I.42500)、C.I.Basic Violet 1(C.I.42535)、C.I.Basic Violet 3(C.I.42555)、C.I.Basic Violet 10(C.I.45170)、C.I.Basic Violet 14(C.I.42510)、C.I.Basic Blue 1(C.I.42025)、C.I.Basic Blue 3(C.I.51005)、C.I.Basic Blue 5(C.I.42140)、C.I.Basic Blue 7(C.I.42595)、C.I.Basic Blue 9(C.I.52015)、C.I.Basic Blue 24(C.I.52030)、C.I.Basic Blue25(C.I.52025)、C.I.Basic Blue 26(C.I.44045)、C.I.Basic Green 1(C.I.42040)、C.I.Basic Green 4(C.I.42000)等の塩基性染料;これらの塩基性染料のレーキ顔料;C.I.Solvent Black 8(C.I.26150)、ベンゾイルメチルヘキサデシルアンモニウムクロライド、デシルトリメチルクロライド等の4級アンモニウム塩;ジブチル、ジオクチル等のジアルキルスズ化合物;ジアルキルスズボレート化合物;グアニジン誘導体;アミノ基を有するビニル系ポリマー、アミノ基を有する縮合系ポリマー等のポリアミン樹脂;特公昭41−20153号公報、特公昭43−27596号公報、特公昭44−6397号公報、特公昭45−26478号公報に記載されているモノアゾ染料の金属錯塩;特公昭55−42752号公報、特公昭59−7385号公報に記載されているサルチル酸;ジアルキルサルチル酸、ナフトエ酸、ジカルボン酸のZn、Al、Co、Cr、Fe等の金属錯体;スルホン化した銅フタロシアニン顔料;有機ホウ素塩類;含フッ素4級アンモニウム塩;カリックスアレン系化合物等が挙げられるが、二種以上併用してもよい。なお、ブラック以外のカラートナーにおいては、白色のサリチル酸誘導体の金属塩等が好ましい。
−外添剤−
前記外添剤としては、特に限定されないが、シリカ、酸化チタン、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素等の無機粒子;ソープフリー乳化重合法により得られる平均粒径が0.05μm〜1μmのポリメタクリル酸メチル粒子、ポリスチレン粒子等の樹脂粒子が挙げられ、二種以上併用してもよい。これらの中でも、表面が疎水化処理されているシリカ、酸化チタン等の金属酸化物粒子が好ましい。さらに、疎水化処理されているシリカ及び疎水化処理されている酸化チタンを併用し、疎水化処理されているシリカよりも疎水化処理されている酸化チタンの添加量を多くすることにより、湿度に対する帯電安定性に優れるトナーが得られる。
(プロセスカートリッジ)
本発明に関するプロセスカートリッジは、静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、上述した本発明の静電潜像現像用キャリア及びトナーを含む現像剤を用いて現像する手段とが、一体に支持されるように形成される。
本発明に関するプロセスカートリッジの実施形態について、図1を用いて説明する。
図1に示されるように、プロセスカートリッジ10は、静電潜像担持体11、該静電潜像担持体を帯電する帯電装置12、該静電潜像担持体上に形成された静電潜像を本発明の現像剤を用いて現像してトナー像を形成する現像装置13、及び該静電潜像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体に転写した後、該静電潜像担持体上に残留したトナーを除去するクリーニング装置14を有し、複写機、プリンタ等の画像形成装置の本体に対して着脱可能である。
(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、静電潜像担持体上に静電潜像を形成する手段と、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、上述した本発明の静電潜像現像用キャリア及びトナーを含む現像剤を用いて現像し、トナー像を形成する手段と、前記静電潜像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体に転写する手段と、前記録媒体に転写されたトナー像を定着させる手段とを少なくとも含み、更に必要に応じてその他の手段を含む。
前記トナー像を形成する手段としては、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が、磁気ブラシが形成された現像剤を用いて現像し、トナー像を形成する手段が好ましい。
本発明に関する画像形成方法は、静電潜像担持体上に静電潜像を形成する工程と、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、上述した本発明の静電潜像現像用キャリア及びトナーを含む現像剤を用いて現像し、トナー像を形成する工程と、前記静電潜像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体に転写する工程と、前記録媒体に転写されたトナー像を定着させる工程とを少なくとも含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。
前記トナー像を形成する工程としては、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が、磁気ブラシが形成された現像剤を用いて現像し、トナー像を形成する工程が好ましい。
本発明の画像形成装置の実施形態について、図2を用いて説明する。
図2に示されるように、まず、静電潜像担持体20が所定の周速度で回転駆動され、帯電装置32により、静電潜像担持体20の周面が正又は負の所定電位に均一に帯電される。次に、露光装置33により静電潜像担持体20の周面が露光され、静電潜像が順次形成される。更に、静電潜像担持体20の周面に形成された静電潜像は、現像装置40により、本発明の静電潜像現像用キャリア及びトナーを含む現像剤を用いて現像され、トナー像が形成される。次に、静電潜像担持体20の周面に形成されたトナー像は、静電潜像担持体20の回転と同期され、給紙部から静電潜像担持体20と転写装置50との間に給紙された転写紙に、順次転写される。更に、トナー像が転写された転写紙は、静電潜像担持体20の周面から分離されて定着装置に導入されて定着された後、複写物(コピー)として、画像形成装置100の外部へプリントアウトされる。一方、トナー像が転写された後の静電潜像担持体20の表面は、クリーニング装置60により、残留したトナーが除去されて清浄化された後、除電装置70により除電され、繰り返し画像形成に使用される。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。「部」は、特に明示しない限り「質量部」を表す。
無機微粒子の粒径、芯材粒子のBET比表面積、キャリアの比表面積、キャリア等の体積平均粒径は、前述の方法により、以下の機器を用いて測定した。
<無機微粒子の粒径>
・集束イオンビーム(FIB)装置:Carl Zeiss(SII)社製 NVision40
・SEM観察:Thermo Fisher Scientific社製 電子冷却型SDD検出器UltraDry(Φ30mm
・二値化処理:Media Cybernetics社製のImage−Pro Plus
<BET比表面積>
・BET比表面積測定装置:MOUNTECH社製 Macsorb model−1201
<体積平均粒径>
・マイクロトラック粒度分布計モデルHRA9320−X100(日機装社製)
(芯材製造例1)
MnCO、Mg(OH)、Fe、及びSrCO粉を秤量し混合して混合粉を得た。この混合粉を、加熱炉により800℃、2時間、大気雰囲気下で仮焼し、得られた仮焼物を冷却後、粉砕して、粒径3μm以下の粉体とした。この粉体を1質量%の分散剤を水と共に加えてスラリーとし、このスラリーをスプレードライヤに供給して造粒し、平均粒径約40μmの造粒物を得た。この造粒物を焼成炉に装填し、窒素雰囲気下で、1120℃、4時間焼成し、焼成物を得た。
得られた焼成物を解砕機で解砕した後、篩い分けにより粒度調整を行い、体積平均粒径が約35μm、BET比表面積が0.18m/gの球形フェライト粒子C1を得た。
体積平均粒径は、マイクロトラック粒度分布計モデルHRA9320−X100(日機装社製)を用いて水中にて、物質屈折率2.42、溶媒屈折率1.33、濃度を約0.06に設定して測定した。
(芯材製造例2)
MnCO、Mg(OH)、及びFe粉を秤量し混合して混合粉を得た。この混合粉を、加熱炉により900℃、3時間、大気雰囲気下で仮焼し、得られた仮焼物を冷却後、粉砕して、ほぼ粒径7μm径の粉体とした。この粉体を1質量%の分散剤を水と共に加えてスラリーとし、このスラリーをスプレードライヤに供給して造粒し、平均粒径約40μmの造粒物を得た。
この造粒物を焼成炉に装填し、窒素雰囲気下で、1150℃、5時間焼成し、焼成物を得た。得られた焼成物を解砕機で解砕した後、篩い分けにより粒度調整を行い、体積平均粒径が約35μm、BET比表面積が0.07m/gの球形フェライト粒子C2を得た。
体積平均粒径は、マイクロトラック粒度分布計モデルHRA9320−X100(日機装社製)を用いて水中にて、物質屈折率2.42、溶媒屈折率1.33、濃度を約0.06に設定して測定した。
(無機微粒子)
無機微粒子として、体積平均粒径が600nmの硫酸バリウムを微粒子B1(堺化学工業株式会社製)とした。
また別の微粒子として、表1のような体積平均粒径を有するタングステンドープ酸化スズを導電性の有する無機微粒子とした。
・W1:チタン工業株式会社製
・W2:チタン工業株式会社製
・W3:チタン工業株式会社製
・W4:チタン工業株式会社製
・W5:チタン工業株式会社製
(実施例1)
<キャリア1の製造>
アクリル樹脂溶液[固形分濃度20質量%]:20部、シリコーン樹脂溶液[固形分20質量%]:200部、アミノシラン[固形分100質量%]:4.0部、無機微粒子としてB1:180部、及びW1:100部、並びに触媒としてチタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)TC−750(マツモトファインケミカル社製)20部を、トルエン1,000部で希釈して樹脂溶液を得た。
塗布物として前記樹脂溶液を用い、芯粒子として球形フェライト粒子C1を用いて、流動床型コーティング装置に微粒化ノズルを使用して、流動槽内の温度を各65℃に制御して、塗布・乾燥した。得られたキャリアを電気炉中にて、230℃/1時間焼成し、キャリア1を得た。
(実施例2〜8、比較例1〜9)
<キャリア2〜17の製造>
実施例1において、無機微粒子の種類と配合量とを表2に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、キャリア2〜17を得た。
表2中の数字の単位は、「質量部」である。
(トナー製造例1)
−ポリエステル樹脂Aの合成−
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAのエチレンオキシド2モル付加物65部、ビスフェノールAのプロピオンオキシド3モル付加物86部、テレフタル酸274部、及びジブチルスズオキシド2部を投入し、常圧下、230℃で15時間反応させた。次に、5mmHg〜10mmHgの減圧下、6時間反応させて、ポリエステル樹脂Aを合成した。
得られたポリエステル樹脂Aは、数平均分子量(Mn)が2,300、重量平均分子量(Mw)が8,000、ガラス転移温度(Tg)が58℃、酸価が25mgKOH/g、水酸基価が35mgKOH/gであった。
−スチレンアクリル樹脂Aの合成−
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、酢酸エチル300部、スチレン185部、アクリルモノマー115部、及びアゾビスイソブチルニトリル5部を投入して、窒素雰囲気下、65℃(常圧)で8時間反応させた。次に、メタノール200部を加え、1時間攪拌した後、上澄みを除去し、減圧乾燥させて、スチレン−アクリル樹脂Aを合成した。
得られたスチレンアクリル樹脂Aは、Mwが20,000、Tgが58℃であった。
−プレポリマー(活性水素基含有化合物と反応可能な重合体)の合成−
冷却管、攪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682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81部、テレフタル酸283部、無水トリメリット酸22部、及びジブチルチンオキサイド2部を仕込み、常圧下で、230℃にて8時間反応させた。次いで、10mmHg〜15mmHgの減圧下で、5時間反応させて、中間体ポリエステルを合成した。
得られた中間体ポリエステルは、数平均分子量(Mn)が2,100、重量平均分子量(Mw)が9,600、ガラス転移温度(Tg)が55℃、酸価が0.5mgKOH/g、水酸基価が49mgKOH/gであった。
次に、冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、前記中間体ポリエステル411部、イソホロンジイソシアネート89部、及び酢酸エチル500部を仕込み、100℃にて5時間反応させて、プレポリマー(前記活性水素基含有化合物と反応可能な重合体)を合成した。
得られたプレポリマーの遊離イソシアネート含有量は、1.60質量%であり、プレポリマーの固形分濃度(150℃、45分間放置後)は50質量%であった。
−ケチミン化合物(前記活性水素基含有化合物)の合成−
攪拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、イソホロンジアミン30部及びメチルエチルケトン70部を仕込み、50℃にて5時間反応を行い、ケチミン化合物(前記活性水素基含有化合物)を合成した。得られたケチミン化合物(前記活性水素機含有化合物)のアミン価は423であった。
−マスターバッチの作製−
水1,000部、DBP吸油量が42mL/100g、pHが9.5のカーボンブラックPrintex35(デグサ社製)540部、及び1,200部のポリエステル樹脂Aを、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)を用いて混合した。次に、二本ロールを用いて、得られた混合物を150℃で30分間混練した後、圧延冷却し、パルペライザー(ホソカワミクロン社製)で粉砕して、マスターバッチを作製した。
−水系媒体の調製−
イオン交換水306部、リン酸三カルシウムの10質量%懸濁液265部、及びドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム1.0部を混合攪拌し、均一に溶解させて、水系媒体を調製した。
−−臨界ミセル濃度の測定−−
界面活性剤の臨界ミセル濃度は以下の方法で測定した。表面張力計Sigma(KSV Instruments社製)を用いて、Sigmaシステム中の解析プログラムを用いて解析を行なった。界面活性剤を水系媒体に対して0.01質量%ずつ滴下し、攪拌、静置後の界面張力を測定した。得られた表面張力カーブから、界面活性剤の滴下によっても界面張力が低下しなくなる界面活性剤濃度を臨界ミセル濃度として算出した。水系媒体に対するドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの臨界ミセル濃度を表面張力計Sigmaで測定を行ったところ、水系媒体の質量に対して0.05質量%であった。
−トナー材料液の調製−
ビーカー内に、ポリエステル樹脂Aを70部、プレポリマーを10部、及び酢酸エチル100部を入れ、攪拌して溶解させた。離型剤としてパラフィンワックス5部(日本精鑞社製 HNP−9 融点75℃)、粒子調整剤としてMEK−ST(日産化学工業社製)2部、及びマスターバッチ10部を加えて、ビーズミルの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/時、ディスクの周速度6m/秒で、粒径0.5mmのジルコニアビーズを80体積%充填した条件で3パスした後、前記ケチミン2.7質量部を加えて溶解させ、トナー材料液を調製した。
−乳化乃至分散液の調製−
前記水系媒体150部を容器に入れ、TK式ホモミキサー(特殊機化工業社製)を用い、回転数12,000rpmで攪拌し、これに前記トナー材料液100部を添加し、10分間混合して乳化乃至分散液(乳化スラリー)を調製した。
−有機溶剤の除去−
攪拌機及び温度計をセットしたコルベンに、前記乳化スラリー100部を仕込み、攪拌周速20m/分で攪拌しながら30℃にて12時間脱溶剤し、分散スラリーを調製した。
−洗浄−
前記分散スラリー100部を減圧濾過し、濾過ケーキを得た。濾過ケーキにイオン交換水100部を添加し、TK式ホモミキサーで混合(回転数12,000rpmにて10分間)した後濾過した。得られた濾過ケーキにイオン交換水300部を添加し、TK式ホモミキサーで混合(回転数12,000rpmにて10分間)した後濾過する操作を2回行った。得られた濾過ケーキに10質量%水酸化ナトリウム水溶液20部を添加し、TK式ホモミキサーで混合(回転数12,000rpmにて30分間)した後減圧濾過した。得られた濾過ケーキにイオン交換水300部を添加し、TK式ホモミキサーで混合(回転数12,000rpmにて10分間)した後濾過した。得られた濾過ケーキにイオン交換水300部を添加し、TK式ホモミキサーで混合(回転数12,000rpmにて10分間)した後濾過する操作を2回行った。更に得られた濾過ケーキに10質量%塩酸20部を添加し、TK式ホモミキサーで混合(回転数12,000rpmにて10分間)した後濾過した。
−界面活性剤量調製−
上記洗浄により得られた濾過ケーキに、イオン交換水300部を添加し、TK式ホモミキサーで混合(回転数12,000rpmにて10分間)した際のトナー分散液の電気伝導度を測定し、事前に作成した界面活性剤濃度の検量線より、トナー分散液の界面活性剤濃度を算出した。その値から、界面活性剤濃度が狙いの界面活性剤濃度0.05質量%になるように、イオン交換水を追加し、トナー分散液を得た。
−表面処理工程−
前記所定の界面活性剤濃度に調整されたトナー分散液を、TK式ホモミキサーで5000rpmで混合しながら、ウォーターバスで加熱温度T1=55℃で10時間加熱を行なった。その後トナー分散液を25℃まで冷却し、濾過を行なった。更に得られた濾過ケーキに、イオン交換水300質量部を添加し、TK式ホモミキサーで混合(回転数12,000rpmにて10分間)した後濾過した。
−乾燥−
得られた最終濾過ケーキを循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、トナー母体粒子1を得た。
−外添処理−
さらに、トナー母体粒子1を100部に対して、平均粒径100nmの疎水性シリカ3.0部と、平均粒径20nmの酸化チタン1.0部と、平均粒径15nmの疎水性シリカ微粉体を1.5部とをヘンシェルミキサーにて混合し、[トナー1]を得た。
(現像剤の作製1)
実施例1〜8及び比較例1〜9で得られた[キャリア1]〜[キャリア12](930部)、及びトナー1(70部)を混合して、タービュラーミキサーを用いて81rpmで5分間攪拌し、評価用の[現像剤1]〜[現像剤17]を作製した。
また、補給用現像剤は、トナー濃度が95質量%となるように、前記キャリア及び前記トナーを用いて作製した。
<現像剤特性評価>
得られた現像剤を用いて、リコー社製 RICOH Pro C7110S(リコー製デジタルカラー複写機・プリンタ複合機)を用いて画像評価を実施した。
上記マシンを環境評価室(25℃55%の常温常湿環境)に入れて一日放置し、その後、実施例及び比較例の現像剤1〜12と、トナー1を用いて、評価を行った。
結果を表3に示した。
<<トナー飛散>>
画像面積率5%の文字チャート(1文字の大きさが2mm×2mm程度)を10万枚画像出力後に白紙画像を出力し、トナーが飛散したことによる地汚れの程度を評価した。
具体的には、X−Rite(アムテック株式会社製 X−Rite 938 D50)によりIDを測定し、白紙とのΔIDの違いで評価を行った。
評価として、「◎:非常に良好」、「○:良好」、及び「△:許容し得るレベル」を合格とし、「×:実用上使用できないレベル」を不合格とした。
〔評価基準〕
◎:0.02<ΔID≦0.04
○:0.04<ΔID≦0.10
△:0.10<ΔID≦0.20
×:0.20<ΔID
<<キャリア飛散によるベタ部白抜け>>
5万枚画像出力後と10万枚画像出力後にベタ画像を出力し、キャリア飛散による白抜けの数をカウントした。ベタ画像はA3サイズの紙に出力した。
評価として、「◎:非常に良好」、「○:良好」、及び「△:許容し得るレベル」を合格とし、「×:実用上使用できないレベル」を不合格とした。
〔評価基準〕
◎:0個
○:1個
△:2個
×:3個以上
<<キャリア飛散によるベタ縁部白抜け>>
初期、及び5万枚枚画像出力後に1cm×1cmの正方形のベタを1cmおきに並べた画像を出力し、ベタ画像の縁部のキャリア飛散による白抜けの数をカウントした。ベタ画像はA3サイズの紙に出力した。この方法により、エッジ部のキャリア付着の悪化を評価した。
評価として、「◎:非常に良好」、「○:良好」、及び「△:許容し得るレベル」を合格とし、「×:実用上使用できないレベル」を不合格とした。
〔評価基準〕
◎:0個
○:1〜5個
△:6〜10個
×:11個以上
<<保管後現像剤のベタ縁部白抜け>>
作製した現像剤を40℃70%RH環境下で2週間放置した後、その現像剤を用いて、1cm×1cmの正方形のベタを1cmおきに並べた画像を出力し、ベタ画像の縁部のキャリア飛散による白抜けの数をカウントした。
評価として、「◎:非常に良好」、「○:良好」、及び「△:許容し得るレベル」を合格とし、「×:実用上使用できないレベル」を不合格とした。
〔評価基準〕
◎:0個
○:1〜5個
△:6〜10個
×:11個以上
本発明の態様は、例えば、以下の通りである。
<1> 磁性を有する芯材粒子と、前記芯材粒子の表面を被覆する被覆層とを有し、
前記被覆層は、2種類以上の無機微粒子を含有し、
前記2種類以上の無機微粒子の少なくとも1つが、導電性を有し、かつ300nm〜1,000nmのピーク粒径を有する無機微粒子Aであり、
下記(式1)で求められる表面凹凸度が、1.10m/g〜1.90m/gであることを特徴とする静電潜像現像剤用キャリアである。
C−F ・・・・(式1)
C:静電潜像現像剤用キャリアのBET比表面積(m/g)
F:芯材粒子のBET比表面積(m/g)
<2> 前記表面凹凸度が、1.10m/g〜1.80m/gである前記<1>に記載の静電潜像現像剤用キャリアである。
<3> 前記表面凹凸度が、1.30m/g〜1.80m/gである前記<1>から<2>のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリアである。
<4> 前記静電潜像現像剤用キャリアの前記BET比表面積が、1.20m/g〜2.50m/gである前記<1>から<3>のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリアである。
<5> 前記芯材粒子の前記BET比表面積が、0.01m/g〜0.50m/gである前記<1>から<4>のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリアである。
<6> 体積平均粒径が、28μm〜40μmである前記<1>から<5>のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリアである。
<7> 前記無機微粒子Aの材質が、酸化スズ化合物である前記<1>から<6>のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリアである。
<8> 前記酸化スズ化合物が、インジウムドープ酸化スズ、リンドープ酸化スズ、及びタングステンドープ酸化スズの少なくともいずれかである前記<7>に記載の静電潜像現像剤用キャリアである。
<9> 前記2種類以上の無機微粒子が、硫酸バリウム微粒子を含有する前記<1>から<8>のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリアである。
<10> トナーと、前記<1>から<9>のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリアとを含有することを特徴とする現像剤である。
<11> 静電潜像担持体上に静電潜像を形成する手段と、
前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、前記<1>から<9>のいずれかに記載の静電潜像現像用キャリア、及びトナーを含む現像剤を用いて現像し、トナー像を形成する手段と、
前記静電潜像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体に転写する手段と、
前記録媒体に転写されたトナー像を定着させる手段とを含むことを特徴とする画像形成装置である。
前記<1>から<9>に記載の静電潜像現像剤用キャリア、前記<10>に記載の現像剤、及び前記<11>に記載の画像形成装置は、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。
10 プロセスカートリッジ
11 静電潜像担持体
12 帯電装置
13 現像装置
14 クリーニング装置
20 静電潜像担持体
32 帯電装置
33 露光装置
40 現像装置
50 転写装置
60 クリーニング装置
70 除電装置
100 画像形成装置
特開2014−077974号公報 特開2014−153652号公報

Claims (8)

  1. 磁性を有する芯材粒子と、前記芯材粒子の表面を被覆する被覆層とを有し、
    前記被覆層は、2種類以上の無機微粒子を含有し、
    前記2種類以上の無機微粒子の少なくとも1つが、導電性を有し、かつ300nm〜1,000nmのピーク粒径を有する無機微粒子Aであり、
    下記(式1)で求められる表面凹凸度が、1.10m/g〜1.90m/gであることを特徴とする静電潜像現像剤用キャリア。
    C−F ・・・・(式1)
    C:静電潜像現像剤用キャリアのBET比表面積(m/g)
    F:芯材粒子のBET比表面積(m/g)
  2. 前記表面凹凸度が、1.10m/g〜1.80m/gである請求項1に記載の静電潜像現像剤用キャリア。
  3. 前記静電潜像現像剤用キャリアの前記BET比表面積が、1.20m/g〜2.50m/gである請求項1から2のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリア。
  4. 前記無機微粒子Aの材質が、酸化スズ化合物である請求項1から3のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリア。
  5. 前記酸化スズ化合物が、インジウムドープ酸化スズ、リンドープ酸化スズ、及びタングステンドープ酸化スズの少なくともいずれかである請求項4に記載の静電潜像現像剤用キャリア。
  6. 前記2種類以上の無機微粒子が、硫酸バリウム微粒子を含有する請求項1から5のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリア。
  7. トナーと、請求項1から6のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリアとを含有することを特徴とする現像剤。
  8. 静電潜像担持体上に静電潜像を形成する手段と、
    前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、請求項1から6のいずれかに記載の静電潜像現像用キャリア、及びトナーを含む現像剤を用いて現像し、トナー像を形成する手段と、
    前記静電潜像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体に転写する手段と、
    前記録媒体に転写されたトナー像を定着させる手段とを含むことを特徴とする画像形成装置。
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