JP2018155932A - キャリア、現像剤、補給用現像剤、画像形成装置、画像形成方法並びにプロセスカートリッジ - Google Patents

キャリア、現像剤、補給用現像剤、画像形成装置、画像形成方法並びにプロセスカートリッジ Download PDF

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Abstract

【課題】画質および耐久性を向上させ、現像領域に現像剤を安定的に供給し、優れたスペント抑制能力を有するとともに、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キャリアを提供する。
【解決手段】芯材粒子と、前記芯材粒子の表面を被覆する樹脂層とを有するキャリアであって、前記樹脂層は、金属微粒子を含み、前記キャリア表面のX線光電子分光分析により得られる金属元素検出量Aが、4.0atomic%≦A≦20.0atomic%の範囲であり、かつ前記樹脂層から露出している前記金属微粒子の平均長径Bが、100nm≦B≦800nmの範囲であることを特徴とする、キャリア。
【選択図】図1

Description

本発明は、キャリア、現像剤、補給用現像剤、画像形成装置、画像形成方法並びにプロセスカートリッジに関する。
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、トナーを含む現像剤を用い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、電子写真方式を用いた複写機やプリンターの技術は、モノクロからフルカラーへの展開が急速になりつつあり、フルカラーの市場は拡大する傾向にある。
一方、現像剤としては、キャリアおよびトナーを含有する二成分系現像剤が知られている。従来の二成分系現像剤は、初期は良好な画像を形成することができるが、コピー枚数が増加するに連れて、画質が低下し、また色汚れが発生するという問題がある。
二成分系現像剤に使用されるキャリアは、キャリア表面へのトナーのスペント防止、キャリア均一表面の形成、表面酸化防止、感湿性低下の防止、現像剤の寿命の延長、感光体のキャリアによるキズあるいは摩耗からの保護、帯電極性の制御または帯電量の調節等を目的として、適当な樹脂材料で被覆等を施すことにより、高耐久性化を図る検討が成されている。
例えば特定の樹脂材料で被覆されたもの(特許文献1)、さらにその被覆層に種々の添加剤を添加するもの(特許文献2〜8)、さらに、キャリア表面に添加剤を付着させたものを用いるもの(特許文献9)などが開示されている。また、特許文献10にはグアナミン樹脂と該グアナミン樹脂と架橋可能な熱硬化樹脂でキャリア被覆材を構成するものが開示され、特許文献11には、メラミン樹脂とアクリル樹脂の架橋物をキャリア被覆材として用いることが開示されている。
また、更なる高耐久性化を望むべく、特許文献12では樹脂層に熱可塑性樹脂とグアナミン樹脂を架橋させた樹脂成分と、帯電調節剤を含有させたものが開示されている。
また、キャリア表面の摩耗による膜削れ対策として、樹脂層中に削れに強い金属微粒子などを含有させる技術が知られている。
特許文献13には、針状導電粉として、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)を含有する被覆層が形成されているキャリアが開示されている。特許文献14には、基体粒子の表面に二酸化スズ層と二酸化スズを含む酸化インジウム層が積層されている被覆層を有するキャリアが開示されている。
また、芯材上に、2種類の異なる微粒子を含む被覆層を設けることが従来から知られている。
例えば、特許文献15には、芯材直上の第1の被覆層に針状又は燐片状の導電性粉末を、その上の第2の被覆層には粒子状の導電性粉末を含有させてなる被覆キャリアが開示されている。特許文献16には、金属酸化物導電性粒子である第一の導電性粒子と、金属酸化物粒子及び/又は金属塩粒子の表面が導電処理されている第二の導電性粒子を含むコート層を有するキャリアが開示されている。特許文献17〜20には樹脂層が高濃度の微粒子を含有するキャリアが開示されている。
現在、二成分系現像剤におけるキャリアには、画質および耐久性を向上させ、現像領域に現像剤を安定的に供給し、優れたスペント抑制能力を有するとともに、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性能が求められている。
しかしながら、従来のキャリアは、上記各性能を現在市場に要求されているレベルで満足させるものではない。
したがって本発明の目的は、画質および耐久性を向上させ、現像領域に現像剤を安定的に供給し、優れたスペント抑制能力を有するとともに、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キャリアを提供することにある。
上記課題は、下記構成1)により解決される。
1)芯材粒子と、前記芯材粒子の表面を被覆する樹脂層とを有するキャリアであって、
前記樹脂層は、金属微粒子を含み、
前記キャリア表面のX線光電子分光分析により得られる金属元素検出量Aが、4.0atomic%≦A≦20.0atomic%の範囲であり、かつ
前記樹脂層から露出している前記金属微粒子の平均長径Bが、100nm≦B≦800nmの範囲である
ことを特徴とする、キャリア。
本発明によれば、画質および耐久性を向上させ、現像領域に現像剤を安定的に供給し、優れたスペント抑制能力を有するとともに、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キャリアを提供することができる。
本発明のプロセスカートリッジの一例を示す図である。 実施例で用いた結晶性ポリエステル樹脂のX線回折結果を示す図である。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明のキャリアは、芯材粒子と、前記芯材粒子の表面を被覆する樹脂層とを有し、前記樹脂層は、金属微粒子を含み、前記キャリア表面のX線光電子分光分析により得られる金属元素検出量Aが、4.0atomic%≦A≦20.0atomic%の範囲であり、かつ前記樹脂層から露出している前記金属微粒子の平均長径Bが、100nm≦B≦800nmの範囲であることを特徴とする。
金属元素検出量Aが4.0atomic%以上であることによって、樹脂層の摩耗が抑制され、またキャリアの抵抗低下を抑制し、キャリア付着等が防止される。
また、金属微粒子が無機物であると仮定すれば、キャリア表面の有機物(結着樹脂)の占有面積が相対的に低くなる。そのため、有機物(トナー)が外部から接触しても化学的、物理的にスペントしにくい。
化学的にスペントしにくい理由は、次のように推測される。キャリア表面の結着樹脂の占有面積が低く、それ由来の官能基が表面に少ないため、トナー表面の官能基との相互作用が抑制され、スペント防止につながる。また物理的にスペントしにくい理由は、次のように推測される。キャリア表面の結着樹脂およびトナー樹脂は一般的に柔らかく、接触により両者は接着しやすいが、金属元素検出量Aが4.0atomic%以上であることによって、この両者の接触機会が低下し、スペント防止につながる。なお、金属元素検出量Aが20.0atomic%以下であることにより、金属微粒子の脱落が防止され、上記効果が良好に奏される。
金属元素検出量Aは、4.0atomic%≦A≦15.0atomic%の範囲がさらに好ましい。
金属元素検出量Aは、含有量の調整や、キャリアコーティング後の乾燥時間を調整する等の手法により調節が可能である。
本発明において、金属元素検出量Aは、X線光電子分光分析(XPS)により測定される。具体的には、装置としてAXIS/ULTRA(島津/KRATOS製)を用いる。ビーム照射領域は、約900μm×600μm程度であり、キャリア25個×17の範囲の検出している。また、侵入深さは0〜10nmであり、これをキャリア表面と定義する。具体的な測定方法は、測定モード:Al:1486.6eV、励起源:モノクローム(Al)、検知方式:スペクトルモード、マグネットレンズ:OFFである。まず、広域スキャンによって検出元素を特定し、その次に、検出元素毎にナロースキャンにてピークを検出させ、その後、付属のピーク解析ソフトにて金属元素検出量A(atomic%)を算出することができる。
また本発明において平均長径Bは、100nm≦B≦800nmの範囲である。平均長径Bは、樹脂層から露出している金属微粒子の凸部の最も長い値である長径の平均値である。平均長径Bが100nm≦B≦800nmの範囲であることにより、樹脂層の摩耗が抑制され、トナースペントも抑制することができる。また、樹脂層中で金属微粒子の安定性が向上し、金属微粒子の脱落も防止できる。なお、平均長径Bが800nmを超える場合、芯材粒子が露出している可能性があり、本発明とは区別される。また、平均長径Bが100nm≦B≦800nmの範囲であっても、金属元素検出量Aが20.0atomic%を超える場合は、同様に芯材粒子が露出している可能性がある。
平均長径Bは、100nm≦B≦600nmの範囲がさらに好ましい。
平均長径Bは、含有量の調整や、円形度の低い材料の使用などにより調節が可能である。
本発明において、平均長径Bは、走査電子顕微鏡(日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡SU8000シリーズ)を用いて、印加電圧1.0kV、エミッション電流8〜13mA、倍率1万倍の条件により無作為に選んだキャリア100個を撮影し、1視野中に観察できるキャリアを5個程度目視にて抽出し、おのおのに対し、樹脂層から露出している金属微粒子の凸部の最も長い値である長径を記録し、この作業を100視野分実施し、その平均値を算出することにより求められる。
また、本発明のキャリアにおいて、樹脂層における金属微粒子の密度は、芯材粒子側から外側に向けて高くなるように設定されていることが好ましい。すなわち、金属微粒子は、キャリアの内側から外側に向けて濃度勾配を有することが好ましい。金属微粒子の密度がキャリアの外側で高く設定されることにより、長期にわたり樹脂層の摩耗耐性が向上し、またスペントも抑制できる。一方、金属微粒子の密度がキャリアの内側で低く設定されることにより、芯材粒子と樹脂層との接着性が向上し、樹脂層が芯材粒子から剥がれることが防止される。
樹脂層における濃度勾配は、1層をコーティングした後、速やかに2層目をコーティングする等の手法により可能となる。
また本発明において、金属微粒子は2種類以上から構成され、かつ前記金属微粒子総量の30質量%以上の粒径Dが、400nm≦D≦1000nmの範囲を満たすことが好ましい。この粒径の範囲を満たすことにより、金属微粒子がトナーフィルミングに埋もれず、長期に渡り、削れにくく、スペントしにくい状態を保つことができる。なお、Dが1000nmを超えると、樹脂層から金属微粒子が脱離しやすくなり、芯材粒子露出により抵抗低下が発生し、キャリア付着が発生する恐れがある。また、Dが400nm未満であると、トナースペントにより、表面が覆われやすくなり、長期間の金属微粒子の表面露出が不可となる恐れがある。また、金属微粒子が2種類以上から構成されることにより、凹凸のピッチが複雑になる。したがって、スペントするトナーの成分がピッチの幅によって異なるため、スペントで表面全てが覆われるのに時間がかるため、結果的にスペント対して強くなる。前記Dは、450nm以上800nm以下の範囲がさらに好ましい。
なお、本発明で使用される金属微粒子は、半導体も含むものとする。金属微粒子の種類はとくに制限されず、長期に渡り安定する構造を持つものが好ましく、例えば化合物が挙げられる。例えば、アルミナ、酸化チタン、硫酸バリウム、タングステンドープ酸化スズ、リチウムフェライト、水酸化マグネシウム、MnZnフェライト、リンドープ酸化スズ、などが挙げられる。また、樹脂層は金属微粒子以外の粒子を含んでいてもよい。
本発明において、樹脂層に用いられる樹脂は、とくに制限されないが、下記構造式1で表されるA部分(及びそのためのモノマーA成分;以下同じ)、と下記構造式2で表されるB部分(及びそのためのモノマーB成分;以下同じ)とを含み、ラジカル共重合して得られるアクリル系共重合体を加熱処理して得られる共重合樹脂であることが好ましい。
A部分:
構造式1中、Rは水素原子またはメチル基を表し、mは1〜8の整数を表し、Rは炭素原子数1〜4のアルキル基を表し、Xは10〜90モル%であり、好ましくは10〜40モル%であり、より好ましくは、20〜30モル%である。
A部分(モノマーA成分)は、例えば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、共重合樹脂全体に対してA部分(モノマー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。A部分(モノマーA成分)が10モル%未満だと十分な効果が得られず、トナー成分の付着が急増する。また、90モル%より多くなると、B部分(モノマーB成分)の量が減少し、強靭性が不足すると共に、芯材粒子と樹脂層の接着性が低下し、樹脂層の耐久性が悪くなる恐れがある。
は炭素原子数1〜4のアルキル基を表し、このようなA部分を生じるモノマーA成分としては、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
A部分のためのモノマーA成分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号公報に記載されている、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部分は架橋成分であり、次の構造式2で表される。
構造式2中、Rは水素原子またはメチル基を表し、mは1〜8の整数を表し、Rは炭素原子数1〜4のアルキル基を表し、Rは炭素数1〜8のアルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基など)を表し、または炭素数1〜4のアルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基など)を表す。即ち、B部分のためのモノマーB成分(前駆体を含む)は、ラジカル重合性の2官能(Rがアルキル基の場合)、又は3官能性(Rもアルコキシ基の場合)のシラン化合物であり、Y=10〜90モル%が好ましく、10〜80モル%がさらに好ましく、15〜70モル%がとくに好ましい。
B成分が10モル%未満であると、強靭さが十分得られない。一方、90モル%より多いと、被膜は固くて脆くなり、膜削れが発生し易くなる。また、環境特性が悪化する。加水分解した架橋成分がシラノール基として多数残り、環境特性(湿度依存性)を悪化させていることも考えられる。
このようなモノマーB成分としては、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)シランが例示される。
被膜の架橋による高耐久化技術としては、特許第3691115号公報に開示がある。
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、アミド基およ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静電荷像現像用キャリアが記載されているが、被膜の剥がれ・削れにおいて十分な耐久性が得られていないのが現状である。
その理由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(アミノ基、ヒドロキシ基、カルボキル基、メルカプト基等の活性水素含有基)が少なく、架橋点において、二次元、あるいは三次元的な緻密な架橋構造を形成することができず、そのために長時間使用すると、被膜剥がれ・削れなどが生じ(被膜の耐摩耗性が小さく)易く、十分な耐久性が得られていないと推察される。
被膜の剥がれ・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、被膜の剥がれ・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、TCアップに伴う時汚れ、トナー飛散の原因となっている。
本発明で好適に使用される上記共重合樹脂は、樹脂単位重量当たりでみても、二官能、あるいは三官能の架橋可能な官能基(点)を多数(重量当り、2倍〜3倍多い)有した共重合樹脂であり、これを更に、縮重合により架橋させたものであるため、被膜が極めて強靭で削れ難く、高耐久化が図られていると考えられる。
また、イソシアネート化合物による架橋より、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、被膜の経時安定性が保たれていると推察される。
本発明においては、十分なに可とう性を付与し、かつ、芯材粒子と樹脂層、及び樹脂層と金属微粒子との接着性を良好にするため、さらに下記構造式3で表されるC成分を含むことができる。
C部分(及びモノマーC成分):(アクリル成分)
構造式3中、Rは水素原子またはメチル基を表し、Rは炭素原子数1〜4のメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基のような脂肪族炭化水素基を表す。
前記C部分を含む場合の前記A部分及び前記B部分の含有量としては、X=10〜40モル%、Y=10〜40モル%であり、C部分の含有量は、Z=30〜80モル%、好ましくは、35〜75モル%であり、かつ、60モル%<Y+Z<90モル%であり、更に好ましくは、70モル%<Y+Z<85モル%である。
C部分(モノマーC成分)が80モル%より大きくなると、X、およびYのいずれかが10以下となるため、キャリア被膜の撥水性、硬さと可とう性(膜削れ)を両立させることが難しくなる。
C部分のためのモノマーC成分のアクリル系化合物(モノマー)としては、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルが好ましく、具体的には、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が例示される。これらの内では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、これらの化合物の1種類を単独で使用してもよく、2種類以上の混合物を使用してもよい。
上記の共重合樹脂は、モノマーA成分及びモノマーB成分を含む各モノマーをラジカル共重合して得られたアクリル系共重合体であり、樹脂単位重量当たりの架橋可能な官能基が多いものであるのに加えて、加熱処理により架橋成分であるモノマーB成分を縮重合させ架橋させたものであるため、樹脂層が極めて強靭で削れ難く、高耐久化がはかれていると考えられる。
また、イソシアネート化合物による架橋より、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、樹脂層の経時安定性が保たれていると推察される。
前記A部分、B部分およびC部分を含有する共重合樹脂の一例を下記に示す。なお、式中の符号は前記と同じである。
また、樹脂層の不均一化等を防止するためには、前記共重合樹脂には好ましい分子量範囲が存在する。例えば、前記共重合樹脂は、重量平均分子量が5,000〜100,000であることが好ましく、10,000〜70,000であることがより好ましく、30,000〜40,000であることがさらに好ましい。5,000より小さいと、樹脂層の強度が不足し、100,000を超えると、液粘度が高くなり、キャリア製造性が悪くなる。
本発明において、樹脂層を形成するための組成物(樹脂層組成物)は、シラノール基、及び/又は加水分解によりシラノ−ル基を生成することが可能な官能基を有するシリコーン樹脂を含むことが好ましい。シラノール基、及び/又は加水分解によりシラノ−ル基を生成することが可能な官能基(例えば、アルコキシ基やSi原子に結合するハロゲノ基等の陰性基)を有するシリコーン樹脂は、前記共重合体の架橋成分Bと直接的に、あるいはシラノール基に変化した状態の架橋成分Bと縮重合することができる。そして、前記共重合体に、シリコーン樹脂成分を含有させることにより、トナースペント性を更に改善される。
本発明において、前記シリコーン樹脂は、下記一般式(I)で示される繰り返し単位の少なくとも一つを含有することが好ましい。
ここで、上記式(I)中、Aは水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、メトキシ基、炭素数1〜4の低級アルキル基、またはアリール基(フェニル基、トリル基など)であり、Aは炭素数1〜4のアルキレン基、またはアリーレン基(フェニレン基など)である。
上記式のアリール基において、その炭素数は6〜20、好ましくは6〜14である。このアリール基には、ベンゼン由来のアリール基(フェニル基)の他、ナフタレンやフェナントレン、アントラセン等の縮合多環式芳香族炭化水素由来のアリール基及びビフェニルやターフェニル等の鎖状多環式芳香族炭化水素由来のアリール基等が包含される。なお、アリール基は、各種の置換基で置換されていてもよい。
アリーレン基の炭素数は、6〜20、好ましくは6〜14である。このアリーレン基としては、ベンゼン由来のアリーレン基(フェニレン基)の他、ナフタレンやフェナントレン、アントラセン等の縮合多環式芳香族炭化水素由来のアリーレン基及びビフェニルやターフェニル等の鎖状多環式芳香族炭化水素由来のアリーレン基等が包含される。なお、アリーレン基は、各種の置換基で置換されていてもよい。
本発明に使用できるシリコーン樹脂の市販品としては、特に限定されないが、KR251、KR271、KR272、KR282、KR252、KR255、KR152、KR155、KR211、KR216、KR213(以上、信越シリコーン社製)、AY42−170、SR2510、SR2400、SR2406、SR2410、SR2405、SR2411(東レ・ダウコーニング株式会社製)(東レ・シリコーン社製)等が挙げられる。
上述のように、種々のシリコーン樹脂が使用可能であるが、中でも、メチルシリコーン樹脂は、低トナースペント性、帯電量の環境変動が小さいことなどの理由から特に好ましい。
シリコーン樹脂の重量平均分子量としては、1000〜100,000、好ましくは、1000〜30,000程度である。用いる樹脂の分子量が100,000より大きい場合、塗布時に塗布液の粘度が上昇しすぎ、塗膜の均一性が十分得られなかったり、硬化後に樹脂層の密度が十分上がらない場合がある。1000より小さいと硬化後の樹脂層がもろくなるなどの不具合が生じやすい。
シリコーン樹脂の含有比率としては、前記共重合体に対して、5質量%〜95質量%、好ましくは、10質量%〜60質量%である。5質量%より少ないとスペント性などの改良効果が得られず、95質量%より多いと樹脂層の強靭性が不足して、膜削れし易くなる。
また、本発明における樹脂層組成物は、前記シリコーン樹脂以外の樹脂も含有することができ、そのような樹脂としては、特に限定されないが、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のターポリマー等のフルオロターポリマー、シラノール基又は加水分解性官能基を有さないシリコーン樹脂等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、芯材粒子及び金属微粒子との密着性が強く、脆性が低いことから、アクリル樹脂が好ましい。
前記アクリル樹脂は、ガラス転移点が20〜100℃であることが好ましく、25〜80℃がさらに好ましい。このようなアクリル樹脂は、適度な弾性を有しているため、現像剤を摩擦帯電させる際に、トナーとキャリアの摩擦あるいはキャリア同士の摩擦による樹脂層への強い衝撃を伴う場合に、衝撃を吸収することができ、樹脂層及び金属微粒子の劣化を防止できる。
また、樹脂層組成物は、アクリル樹脂とアミノ樹脂の架橋物を含有することがさらに好ましい。これにより、適度な弾性を維持したまま、樹脂層同士の融着を抑制することができる。アミノ樹脂としては、特に限定されないが、キャリアの帯電付与能力を向上させることができるため、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂が好ましい。また、適度にキャリアの帯電付与能力を制御する必要がある場合には、メラミン樹脂及び/又はベンゾグアナミン樹脂と、他のアミノ樹脂を併用してもよい。
アミノ樹脂と架橋し得るアクリル樹脂としては、ヒドロキシル基及び/又はカルボキシル基を有するものが好ましく、ヒドロキシル基を有するものがさらに好ましい。これにより、芯材粒子や金属微粒子との密着性を向上させることができ、金属微粒子の分散安定性も向上させることができる。このとき、アクリル樹脂は、水酸基価が10mgKOH/g以上であることが好ましく、20mgKOH/g以上がさらに好ましい。
また樹脂層組成物には、アミノシランカップリング剤を添加してもよい。アミノシランカップリング剤としては、特に限定されないが、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、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、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等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
また、B部分の縮合反応を促進するために、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を使用できる。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、特にチタンアルコキシドとチタンキレートが好ましい。
これは、B部分に由来する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。チタンアルコキシド系触媒の例としては、下記構造式4で表されるチタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)が挙げられ、また、チタンキレート系触媒の例としては、下記構造式5で表されるチタンジイソプロポキシビス(トリエタノールアミネート)が挙げられる。
前記樹脂層は、前記A部分及び前記B部分を含む共重合体、必要に応じて、前記A成分及び前記B成分を含む共重合体以外の樹脂、前記触媒、溶媒を含む樹脂層組成物を用いて形成することができる。
具体的には、樹脂層組成物で芯材粒子を被覆しながら、シラノール基を縮合させることにより形成してもよいし、樹脂層組成物で芯材粒子を被覆した後に、シラノール基を縮合させることにより形成してもよい。
樹脂層組成物で芯材粒子を被覆しながら、シラノール基を縮合させる方法としては、特に限定されないが、熱、光等を付与しながら、樹脂層組成物で芯材粒子を被覆する方法等が挙げられる。また、樹脂層組成物で芯材粒子を被覆した後に、シラノール基を縮合させる方法としては、特に限定されないが、樹脂層組成物で芯材粒子を被覆した後に加熱する方法等が挙げられる。
また、本発明においては、キャリアの体積平均粒径が20μm以上45μm以下であることが好ましい。キャリアの体積平均粒径が20μm未満であると、一粒子あたりの磁化が弱くなる為にキャリア付着が発生することがある。また、45μmを超えると、キャリア同士が衝突した時の衝撃力が大きくなり、キャリア表層の凸部へのストレスが大きくなるために、金属微粒子の埋まりこみや金属微粒子の削れによってキャリア表層の凸部が十分な帯電能力を持つことが出来ず、トナースペント時に現像剤の帯電量を一定に保つことが難しくなる。
上記キャリアの体積平均粒子径は、マイクロトラック粒度分析計(日機装社製)のSRAタイプを用いて測定することができる。0.7μm以上、125μm以下のレンジ設定で行ったものを用いる。また、分散液にはメタノールを使用し屈折率1.33、キャリアおよび芯材の屈折率は2.42に設定する。
本発明において、樹脂層の平均膜厚は0.30〜0.90μmであることが好ましい。平均膜厚が0.30μm未満であると、使用により樹脂層が破壊されやすくなり、膜が削れてしまうことがあり、0.90μmを超えると、樹脂層は磁性体でないため、画像にキャリア付着が発生する虞があり、また抵抗調節効果が充分発揮され難くなる。
本発明において、芯材粒子としては、磁性体であれば、特に限定されないが、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;各種合金や化合物;これらの磁性体を樹脂中に分散させた樹脂粒子等が挙げられる。中でも、環境面への配慮から、Mn系フェライト、Mn−Mg系フェライト、Mn−Mg−Srフェライト等が好ましい。
本発明の現像剤は、本発明のキャリア及びトナーを含有する。
トナーは、結着樹脂と着色剤を含有するが、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。また、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、トナー粒子は、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、フィルミングをしても、帯電サイトが保持できるため、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。
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3〜15μm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5〜20μm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。
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。
また、トナーは、帯電制御剤をさらに含有してもよい。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0.05〜1μm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。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。
本発明のキャリアを、キャリアとトナーから成る補給用現像剤とし、現像装置内の余剰の現像剤を排出しながら画像形成を行う画像形成装置に適用することで、極めて長期に渡って安定した画像品質が得られる。つまり、現像装置内の劣化したキャリアと、補給用現像剤中の劣化していないキャリアを入れ替え、長期間に渡って帯電量を安定に保ち、安定した画像が得られる。補給用現像剤の混合比率は、キャリア1質量部に対してトナーを2〜50質量部の配合割合とすることが好ましい。トナーが2質量部未満の場合には、補給キャリア量が多すぎ、キャリア供給過多となり現像装置中のキャリア濃度が高くなりすぎるため、現像剤の帯電量が増加しやすい。また、現像剤帯電量が上がることにより、現像能力が下がり画像濃度が低下してしまう。また50質量部を超えると、補給用現像剤中のキャリア割合が少なくなるため、画像形成装置中のキャリアの入れ替わりが少なくなり、キャリア劣化に対する効果が期待できなくなる。
本発明の画像形成装置は、静電潜像担持体と、前記潜像担持体を帯電させる帯電手段と、前記潜像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、前記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転写手段と、前記記録媒体に転写されたトナー像を定着させる定着手段とを有し、更に必要に応じて適宜選択したその他の手段、例えば、除電手段、クリーニング手段、リサイクル手段、制御手段等を有してなる。
また、本発明の画像形成方法は、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、本発明の現像剤を用いて現像して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、前記記録媒体に転写されたトナー像を定着させる工程とを有する。
また本発明のプロセスカートリッジは、静電潜像担持体と、前記静電潜像担持体の表面を帯電させる帯電部材と、前記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する現像部と、前記静電潜像担持体をクリーニングするクリーニング部材とを有する。
図1に、本発明のプロセスカートリッジの一例を示す。プロセスカートリッジ(100)は、静電潜像担持体としての感光体(20)、感光体(20)を帯電する帯電部材(32)、感光体(20)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部(40)及び感光体(20)上に形成されたトナー像を記録媒体に転写した後、感光体(20)上に残留したトナーを除去するクリーニング部材(61)が一体に支持されており、プロセスカートリッジは、複写機、プリンター等の画像形成装置の本体に対して着脱可能である。
以下、プロセスカートリッジを搭載した画像形成装置を用いて画像を形成する方法について説明する。まず、感光体(20)が所定の周速度で回転駆動され、帯電部材(32)により、感光体(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、スリット露光方式の露光装置、レーザービームで走査露光する露光装置等の露光装置(不図示)から感光体(20)の周面に露光光が照射され、静電潜像が順次形成される。さらに、感光体(20)の周面に形成された静電潜像は、現像部(40)により、本発明の現像剤を用いて現像され、トナー像が形成される。次に、感光体(20)の周面に形成されたトナー像は、感光体(20)の回転と同期されて、給紙部(不図示)から感光体(20)と転写装置(不図示)の間に給紙された転写紙に、順次転写される。さらに、トナー像が転写された転写紙は、感光体(20)の周面から分離されて定着装置(不図示)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感光体(20)の表面は、クリーニング部材(61)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(不図示)により除電され、繰り返し画像形成に使用される。
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。なお、「部」は、質量部を表わす。
<芯材粒子の製造例>
(芯材粒子製造例1)
MnCO、Mg(OH)、および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、1250℃、5時間焼成した。 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の球形フェライト粒子からなる芯材粒子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。
<樹脂合成例>
(樹脂合成例1)
撹拌機付きフラスコにトルエン300gを投入して、窒素ガス気流下で90℃まで昇温した。次いでこれに、CH=CMe−COO−C−Si(OSiMe (式中、Meはメチル基である。)で示される3−メタクリロキシプロピルトリス(トリメチルシロキシ)シラン84.4g(200ミリモル:サイラプレーン TM−0701T/チッソ株式会社製)、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン 39g(150ミリモル)、メタクリル酸メチル65.0g(650ミリモル)、および、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル0.58g(3ミリモル)の混合物を1時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル0.06g(0.3ミリモル)をトルエン15gに溶解した溶液を加えて(2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリルの合計量0.64g=3.3ミリモル)、90〜100℃で3時間混合してラジカル共重合させて樹脂Eを得た。
得られた樹脂Eの重量平均分子量は33,000であった。次いで、この樹脂E溶液の不揮発分が24質量%になるようにトルエンで希釈した。このようにして得られた樹脂E溶液の粘度は8.8mm/sであり、比重は0.91であった。
なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーを用いて標準ポリスチレン換算で求めた。粘度は25℃でJIS−K2283に準じて測定した。また、不揮発分はコーティング剤組成物1gをアルミ皿に秤取り、150℃で1時間加熱した後の重量を測定して、次式に従って算出した。
不揮発分(%)=(加熱前の重量−加熱後の重量)×100/加熱前の重量
<トナー製造例>
[トナー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、5〜10mmHgの減圧下、6時間反応させて、ポリエステル樹脂を合成した。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。
−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質量部、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質量部、テレフタル酸283質量部、無水トリメリット酸22質量部、及びジブチルチンオキサイド2質量部を仕込み、常圧下で、230℃にて8時間反応させた。次いで、10〜15mHg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0.5、水酸基価が49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質量部、イソホロンジイソシアネート89質量部、及び酢酸エチル500質量部を仕込み、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(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質量部及びメチルエチルケトン70質量部を仕込み、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0.01wt%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、水系媒体の重量に対して0.05wt%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質量部及び酢酸エチル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℃)、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―
前記水系媒体相150質量部を容器に入れ、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の溶解乃至分散液100質量部を添加し、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質量部を仕込み、攪拌周速20m/分で攪拌しながら30℃にて12時間脱溶剤した。
―洗浄―
前記分散スラリー100質量部を減圧濾過した後、濾過ケーキにイオン交換水100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。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。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。
―界面活性剤量調整―
上記洗浄により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0.05wt%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質量部に対して、平均粒径100nmの疎水性シリカ3.0質量部と、平均粒径20nmの酸化チタン0.5質量部と、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。
このときの[トナー1]の体積平均粒径は5.2umであった。
[トナー2]
[粉砕トナーの作製]
結晶性ポリエステル樹脂 4質量部
非結晶性樹脂1 35質量部
非結晶性樹脂2 55質量部
複合樹脂 10質量部
着色剤:カーボンブラック 14質量部
離型剤:カルナウバワックス(融点:81℃) 6質量部
帯電制御剤:モノアゾ金属錯体 2質量部
クロム系錯塩染料(ボントロンS−34 オリエント化学工業(株)製) 2質量部
上記トナー原材料を、へンシェルミキサー(三井三池化工機株式会社製、FM20B)を用いて予備混合した後、二軸混練機(株式会社池貝製、PCM−30)で100〜130℃の温度で溶融、混練した。得られた混練物はローラーにて2.8mmの厚さに圧延した後にベルトクーラーにて室温まで冷却し、ハンマーミルにて200〜300μmに粗粉砕した。次いで、超音速ジェット粉砕機ラボジェット(日本ニューマチック工業株式会社製)を用いて微粉砕した後、気流分級機(日本ニューマチック工業株式会社製、MDS−I)で重量平均粒径が5.6±0.2μmとなるようにルーバー開度を適宜調整しながら分級し、トナー母体粒子を得た。次いで、トナー母体粒子100質量部に対し、添加剤(HDK−2000、クラリアント株式会社製)1.0質量部をヘンシェルミキサーで撹拌混合し、粉砕トナー[トナー2]を作製した。
上記結晶性ポリエステルは、アルコール成分として1,5−ペンタンジオール化合物を、カルボン酸成分としてフマル酸化合物を用いて得られた樹脂である。
具体的には、アルコール成分及びカルボン酸成分の単量体を、常圧下、170〜260℃、無触媒の条件でエステル化反応せしめた後、反応系に全カルボン酸成分に対し400ppmの3酸化アンチモンを加え3Torrの真空下でグリコールを系外へ除去しながら250℃で重縮合を行い、結晶性ポリエステルを得た。尚、架橋反応は撹拌トルクが10kg・cm(100ppm)となるまで実施し、反応は反応系の減圧状態を解除して停止させた。結晶性ポリエステルのガラス転移温度(Tg)は98℃、軟化温度T1/2は104℃であった。
また、上記結晶性ポリエステルは、粉末X線回折装置によるX線回折パターンにおいて、2θ=19°〜25°の位置に少なくとも1つの回折ピークが存在し、結晶性ポリエステルであることを確認した。結晶性ポリエステル樹脂のX線回折結果を図2に示す。
上記非結晶性樹脂1、2は以下のようにして得られた樹脂である。
下記表1、2に示す各成分を、常圧下、170〜260℃、無触媒の条件でエステル化反応せしめた後、反応系に全カルボン酸成分に対し400ppmの3酸化アンチモンを加え3Torrの真空下でグリコールを系外へ除去しながら250℃で重縮合を行い樹脂を得た。尚、架橋反応は撹拌トルクが10kg・cm(100ppm)となるまで実施し、反応は反応系の減圧状態を解除して停止させた。
上記非結晶性樹脂1,2はX線回折パターンにより、回折ピークが存在せず、非結晶性であることを確認した。
複合樹脂は、以下のようにして得られた樹脂である。
縮重合系モノマーである、テレフタル酸0.8mol、フマル酸0.6mol、無水トリメリット酸0.8mol、ビスフェノールA(2,2)プロピレンオキサイド1.1mol、ビスフェノールA(2,2)エチレンオキサイド0.5mol、及びエステル化触媒としてジブチル錫オキシド9.5molを、窒素導入管、脱水管、攪拌器、滴下ロート、及び熱電対を装備した5リットル容器の四つ口フラスコ内に入れ、窒素雰囲気下、135℃まで加熱した。撹拌を行いながら、さらに付加重合系モノマーである、スチレン10.5mol、アクリル酸3mol、2-エチルヘキシルアクリレート1.5mol、重合開始剤としてt-ブチルハイドロパーオキサイド0.24molを滴下ロートに入れ、混合物を5時間かけて滴下し、6時間反応を行った。続けて、210℃まで3時間かけて昇温を行い、210℃、10kPaにて所望の軟化点まで反応を行い、合成した。得られた複合樹脂の軟化温度は115℃、ガラス転移温度は58℃、酸価は25mgKOH/gであった。
下記にキャリアの製造例及び現像剤の作成方法を記載する。
(キャリア1)
<樹脂液1−1>
・シリコン樹脂溶液[固形分41質量%]
(SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 143.0質量部
・樹脂E 14.0質量部
・チタン触媒 [固形分57質量%(TC−754:マツモトファインケミカル社製)]
15.3質量部
・アミノシラン[固形分100質量%(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)]
1.3質量部
・下記表3で示す第1微粒子 10.0質量部
・オクタン 830.0質量部
<樹脂液1−2>
・シリコン樹脂溶液[固形分41質量%]
(SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 143.0質量部
・樹脂E 14.0質量部
・チタン触媒 [固形分57質量%(TC−754:マツモトファインケミカル社製)]
15.3質量部
・アミノシラン[固形分100質量%
(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 1.3質量部
・下記表3で示す第2微粒子 130質量部
・下記表3で示す第3微粒子 50質量部
・オクタン 830.0質量部
樹脂液1−1、樹脂液1−2のそれぞれにおいて、以上の各材料をホモミキサーにて10分間分散し、樹脂層形成液を調合した。芯材粒子C1を5000質量部を用い、上記樹脂溶液1−1を芯材粒子表面に厚みが0.25μmとなるようにスピラコーター(岡田精工社製)により70℃の雰囲気下で30g/minの割合で塗布し、追って、樹脂液1−2を同様に塗布し、その後、8分間乾燥させた。層厚の調整は液量によって行った。得られたキャリアを、電気炉中にて300℃で1時間放置して焼成し、冷却後に目開き100μmの篩を用いて解砕して、キャリア1を得た。
キャリア1の各特性について表3に示す。
(キャリア2〜10、13〜26)
第1微粒子、第2微粒子、第3微粒子の種類、含有部数(質量部)、乾燥時間、を下記表3に記載のように変更した以外はキャリア1と同様にして、キャリア2〜10、13〜26を得た。
(キャリア11)
<樹脂液1>
・シリコン樹脂溶液[固形分41質量%]
(SR2410:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 286.0質量部
・樹脂E 28.0質量部
・チタン触媒 [固形分57質量%(TC−754:マツモトファインケミカル社製)]
15.3質量部
・アミノシラン[固形分100質量%
(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製)] 2.6質量部
・下記表3で示す第2微粒子 225.0質量部
・下記表3で示す第3微粒子 40質量部
・オクタン 1660.0質量部
樹脂液1の各材料をホモミキサーにて10分間分散し、樹脂層形成液を調合した。芯材粒子としてC1を用い、上記樹脂液1を芯材表面に厚みが0.50μmとなるようにスピラコーター(岡田精工社製)により70℃の雰囲気下で30g/minに割合で塗布した。その後、8分間乾燥させた。得られたキャリアを、電気炉中にて300℃で1時間放置して焼成し、冷却後に目開き100μmの篩を用いて解砕して、キャリア11を得た。
(キャリア12)
微粒子2,3含有部数、乾燥時間を下記表記載に変更した以外はキャリア11と同様にして、キャリア12を得た。
(キャリア25)
キャリア1の樹脂液1−1、樹脂液1−2の両方の液において、樹脂Eを0質量部に変更し、また、シリコン樹脂溶液[固形分41質量%]を314質量部に変更する以外はキャリア1と同様にして、キャリア25を得た。
評価に使用した現像剤1〜26の詳細を下記表3に示す。なお、現像剤1〜26において、キャリア1質量部に対し、トナーは0.03質量部使用した。また表3において金属元素検出量A、平均長径Bは、上記の方法に基づいて実施した。濃度勾配は、樹脂層における金属微粒子の密度が、芯材粒子側から外側に向けて高くなるように設定されているか否かについて、CP加工によりキャリアのコート膜断面をSEMで観察することで確認できる。実施例8および9の樹脂微粒子とは日本触媒社製商品名エポスターSであり、実施例10のEC700とはチタン工業株式会社製のアルミナ/スズドープ酸化インジウムである。
得られた各現像剤について、リコー社製RICOH Pro C6003を用いて画像評価を実施した。
<キャリア付着(ベタ部)評価>
実施例及び比較例の現像剤1〜26を用いて、画像面積率0.5%、A3用紙で6万枚、及び10万枚を印刷した後、下記の条件にて評価した。
キャリア付着が発生すると、感光体ドラムや定着ローラーの傷の原因となり、画像品質の低下を招く。感光体上にキャリア付着が発生しても、一部のキャリアしか紙に転写しないため、以下の方法で評価する。
6万枚または10万枚印刷後に、ベタ画像を所定の現像条件(帯電電位(Vd):−600V、画像部(ベタ原稿)にあたる部分の感光後の電位:−100V、現像バイアス:DC −500V)にて作像中に電源をOFFにする等の方法で作像を中断し、転写後の感光体上のキャリア付着の個数を数えて評価を実施した。なお、評価する領域は感光体上の10mm×100mmの領域とした。キャリア付着の個数が100個/A3以上を不合格と判断する。
<トナー飛散評価>
トナー飛散は、画像面積率20%にてA4用紙で6万枚、及び10万枚を印刷した後、現像ユニット側面の状態を目視で評価した。表中記載の記号は、◎:大変良好、○:良好、△:使用可能 ×:不良 とした。
◎は現像ユニット全体においてトナー飛散が無い状態、
○は現像ユニットがトナーで汚れているが機外への飛散が無い状態、
△は現像ユニット、及びフィルターがトナーで汚れているが機外への飛散が無い状態、
×は機外へのトナー飛散がある状態、とした。
結果を表4に示す。
表4の結果から、本発明の現像剤は、比較例の現像剤に比べ、キャリア付着(ベタ部)評価およびトナー飛散評価に優れることが分かった。
20 感光体
32 帯電部材
40 現像部
61 クリーニング部材
100 プロセスカートリッジ
特開昭58−108548号公報 特開昭54−155048号公報 特開昭57−40267号公報 特開昭58−108549号公報 特開昭59−166968号公報 特公平1−19584号公報 特公平3−628号公報 特開平6−202381号公報 特開平5−273789号公報 特開平8−6307号公報 特許第2683624号公報 特開2001−117287号公報 特開平11−202560号公報 特開2006−39357号公報 特開平11−184167号公報 特開2010−117519号公報 特開2012‐63438号公報 特開2013‐64856号公報 特開2013‐57817号公報 特開2012‐78790号公報

Claims (10)

  1. 芯材粒子と、前記芯材粒子の表面を被覆する樹脂層とを有するキャリアであって、
    前記樹脂層は、金属微粒子を含み、
    前記キャリア表面のX線光電子分光分析により得られる金属元素検出量Aが、4.0atomic%≦A≦20.0atomic%の範囲であり、かつ
    前記樹脂層から露出している前記金属微粒子の平均長径Bが、100nm≦B≦800nmの範囲である
    ことを特徴とする、キャリア。
  2. 前記金属元素検出量Aが、4.0atomic%≦A≦15.0atomic%の範囲であることを特徴とする請求項1に記載のキャリア。
  3. 前記平均長径Bが、100nm≦B≦600nmの範囲であることを特徴とする請求項1または2に記載のキャリア。
  4. 前記樹脂層における前記金属微粒子の密度は、前記芯材粒子側から外側に向けて高くなるように設定されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のキャリア。
  5. 前記金属微粒子は2種類以上から構成され、かつ前記金属微粒子総量の30質量%以上の粒径Dが、400nm≦D≦1000nmの範囲を満たすことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のキャリア。
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載のキャリアとトナーとを含むことを特徴とする現像剤。
  7. キャリアおよびトナーを含む補給用現像剤であって、キャリア1質量部に対してトナーを2〜50質量部含有し、前記キャリアが請求項1〜5のいずれかに記載のキャリアであることを特徴とする補給用現像剤。
  8. 静電潜像担持体と、前記潜像担持体を帯電させる帯電手段と、前記潜像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、請求項6に記載の現像剤を用いて現像してトナー像を形成する現像手段と、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転写手段と、前記記録媒体に転写されたトナー像を定着させる定着手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
  9. 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、請求項6に記載の現像剤を用いて現像して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、前記記録媒体に転写されたトナー像を定着させる工程とを有することを特徴とする画像形成方法。
  10. 静電潜像担持体と、前記静電潜像担持体の表面を帯電させる帯電部材と、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を請求項6に記載の現像剤を用いて現像する現像部と、前記静電潜像担持体をクリーニングするクリーニング部材とを有することを特徴とするプロセスカートリッジ。

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