JP2020034910A - 画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
画像形成装置の高画質化を達成する手段として、トナーの小粒径化が進んでいる。トナーの粒径が小さくなると、クリーニング工程では、トナーがクリーニングブレード(以下、「クリーニング手段」とも記載する。)に掻き取られにくくなり、クリーニングブレードをすり抜けやすくなるため、クリーニング不良が起こりやすくなる。
クリーニング不良を改善したものとして、特許文献1に、トナー粒子にチタン酸ストロンチウム粉体を添加する方法が提案されている。これらの方法に使用されるチタン酸ストロンチウム粉体は、優れた研磨効果があり、感光体上にトナーが付着することによって生じるフィルミングや融着を防止するためには効果的であるが、帯電手段に付着したシリカなどの除去には不十分であった。
すなわち、本発明の一態様は、
像担持体と、
前記像担持体に対向して配置された放電電極を有するコロナ放電方式の帯電手段と、
前記放電電極に接触して前記放電電極の表面を清掃する放電電極の清掃手段と、
前記帯電手段によって帯電処理された前記像担持体の表面に静電潜像を形成するための露光手段と、
前記静電潜像をトナーを用いて現像し、前記像担持体の表面にトナー像を形成する現像手段と、
前記トナー像を転写材に転写する転写手段と、
前記像担持体の表面に残留したトナーを清掃するためのクリーニング手段と、
前記転写材に転写されたトナー像を定着するための定着手段と、
を有する画像形成装置であって、
前記トナーは、トナー粒子と、その表面に存在するチタン酸ストロンチウム粒子およびシリカ粒子を有しており、
前記チタン酸ストロンチウム粒子は、
(i)一次粒子の個数平均粒子径(D1T)が10nm以上95nm未満であり、
(ii)平均円形度が0.700以上0.920以下であり、
(iii)CuKα特性X線回折における回折角(2θ)の32.00deg以上32.40deg以下に最大ピーク(a)を有し、前記最大ピーク(a)の半値幅が、0.23deg以上0.50deg以下であり、前記最大ピーク(a)の強度(Ia)と、CuKα特性X線回折における回折角(2θ)の24.00deg以上28.00deg以下の範囲における最大ピークの強度(Ix)とが、下記式(1)を満たし、
(Ix)/(Ia) ≦ 0.010 ・・・ 式(1)
(iv)蛍光X線分析によって検出される元素が全て酸化物で含有されているとみなした際において、全酸化物の総量を100質量%としたときの酸化ストロンチウム及び酸化チタンの含有量の合計が、98.0質量%以上であり、
前記シリカ粒子は、一次粒子の個数平均粒子径(D1S)が5nm以上300nm以下であり、
前記トナーを水洗した際にトナーから離れる前記チタン酸ストロンチウム粒子の量が、前記トナーを水洗した際にトナーから離れる前記シリカ粒子の量の0.01倍以上0.9倍以下であることを特徴とする画像形成装置である。
像担持体と、
前記像担持体に対向して配置された放電電極を有するコロナ放電方式の帯電手段と、
前記放電電極に接触して前記放電電極の表面を清掃する放電電極の清掃手段と、
前記帯電手段によって帯電処理された前記像担持体の表面に静電潜像を形成するための露光手段と、
前記静電潜像をトナーを用いて現像し、前記像担持体の表面にトナー像を形成する現像手段と、
前記トナー像を転写材に転写する転写手段と、
前記像担持体上に残留したートナー像を清掃するためのクリーニング手段と、
前記転写材に転写されたトナー像を定着するための定着手段と、
を有する画像形成装置であって、
前記トナーは、トナー粒子と、その表面に存在するチタン酸ストロンチウム粒子およびシリカ粒子を有する。
チタン酸ストロンチウム粒子およびシリカ粒子は下記の要件を満たす。
(i)一次粒子の個数平均粒子径(D1T)が10nm以上、95nm未満である。
(ii)平均円形度が、0.700以上0.920以下である。
(iii)CuKα特性X線回折における回折角(2θ)の32.00deg以上32.40deg以下に最大ピーク(a)を有し、前記最大ピーク(a)の半値幅が、0.23deg以上0.50deg以下であり、前記最大ピーク(a)の強度(Ia)と、CuKα特性X線回折における回折角(2θ)の24.00deg以上28.00deg以下の範囲における最大ピーク度(Ix)とが、下記式(1)を満たす。
(Ix)/(Ia) ≦ 0.010 ・・・式(1)
(iv)蛍光X線分析により検出される元素が全て酸化物で含有されているとみなした際において、全酸化物の総量を100質量%としたときの酸化ストロンチウム及び酸化チタンの含有量の合計が、98.0質量%以上である。
トナーを水洗した際にトナーから離れるチタン酸ストロンチウム粒子の量が、トナーを水洗した際にトナーから離れるシリカ粒子の量の0.01倍以上0.9倍以下である。
本開示のトナーが、上記課題を解決するに至った理由を、本発明者らは以下のように推測している。
本発明者らは鋭意検討を行った結果、前記半値幅を0.23deg以上0.50deg以下に制御することが非常に重要であることを見出した。
本発明において結晶子とは、粒子を構成する個々の結晶粒のことを指し、結晶子が集まって粒子になる。結晶子の大きさと粒子の大きさ(粒径)とは無関係である。結晶子径が小さいと半値幅が大きくなり、結晶子径が大きいと半値幅が小さくなる。
チタン酸ストロンチウム粒子の結晶子径が小さくなると、一次粒子の中に存在する結晶子と結晶子との間に存在する界面(結晶粒界)が多くなる。
チタン酸ストロンチウム粒子のX線回折における回折ピークの半値幅は、0.23deg以上0.50deg以下であることが重要であり、好ましくは0.25deg以上0.45deg以下、より好ましくは0.28deg以上0.40deg以下である。
(Ix)/(Ia) ≦ 0.010 ・・・ 式(1)
(Ix)は、チタン酸ストロンチウム粒子の原料に由来するSrCO3やTiO2のピークの強度を表す。
式(1)は、
(Ix)/(Ia) ≦ 0.010
であることが重要であり、
好ましくは、
(Ix)/(Ia) ≦ 0.008
である。不純物に由来するピークは存在しないことが好ましい。
(Ix)/(Ia)は、チタン原料とストロンチウム原料の混合比、反応温度、反応時間によって制御することができる。さらに、反応後にチタン酸ストロンチウムスラリーを酸洗浄することによって制御することができる。
前記含有量が98.0質量%未満であるということは、チタン酸ストロンチウム以外の不純物が結晶内部に多いことを意味する。チタン酸ストロンチウムの結晶内部に不純物が多い場合、不純物が結晶に歪を与え、その効果によって、半値幅が大きくなる。この場合、半値幅を大きくすることはできるが、結晶子径を小さく制御することは難しいため、結晶粒界が少なくなり、清掃部材に付着した際の清掃力の向上効果が弱くなる。
前記感光体とクリーニングブレードとの当接ニップ幅は、7μm以上150μm以下が好ましく、より好ましくは、10μm以上90μm以下である。また、平均当接面圧は0.05N/mm2以上0.8N/mm2以下が好ましく、より好ましくは、0.1N/mm2以上、0.5N/mm2以下である。
感光体とクリーニングブレードとの当接ニップ幅と平均当接面圧が上記範囲であることで、トナーをクリーニングし、かつ、チタン酸ストロンチウム粒子が、クリーニングブレードから適度にすり抜けやすくする。
本発明において、トナー粒子の表面に存在するシリカ粒子の一次粒子の個数平均粒子径(D1S)は5nm以上、300nm以下とする。
シリカ粒子の粒径がこの範囲にあることで、良好な流動性が得られることに加え、クリーニングブレードでシリカ粒子が阻止層を形成し、チタン酸ストロンチウムのすり抜け量を制御することができる。
また、第二のシリカ粒子の個数平均粒子径がこの範囲にあることで、クリーニングブレードで第二のシリカ粒子が阻止層を形成し、本件のチタン酸ストロンチウムなどのすり抜け量を適正に制御することができる。
なお、阻止層とは、感光体の表面に形成される外添剤の層である。クリーニングブレードで形成される阻止層は、感光体の表面に残存するトナーが、クリーニングブレードに対して感光体の回転方向上流側から回転方向下流側へすり抜けることを抑制する。
D1S2>D1T>D1S1 ・・・ 式(2)
上述のように粒子径の大きな第二のシリカ粒子は主にクリーニングブレードにおける阻止層の形成にはたらくため、本件のチタン酸ストロンチウム粒子より大きいことが好ましい。これによって、チタン酸ストロンチウム粒子はクリーニングブレードを適度にすり抜けることができる。さらに第一のシリカ粒子が本件のチタン酸ストロンチウム粒子よりも小さいことによって、コロナ帯電器における放電電極の清掃部材でのチタン酸ストロンチウムの掻き取り効果が発揮される。
次に、好ましい態様などを記載する。
チタン酸ストロンチウム粒子は、必要に応じ、疎水化、摩擦帯電性コントロールの目的で、表面処理されていることが好ましい。すなわち、処理剤としては、未変性のシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、未変性のシリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シランカップリング剤、官能基を有するシラン化合物又は、その他の有機ケイ素化合物などが挙げられる。種々の処理剤を併用してもよい。この中でも特にシランカップリング剤で処理されていることが好ましい。すなわち、チタン酸ストロンチウムがシランカップリング剤による表面処理微粒子であることが好ましい。
表面処理によって、チタン酸ストロンチウム粒子の表面を化学修飾することができるが、チタン酸ストロンチウム粒子の結晶構造には影響を与えない。即ち、表面処理は、チタン酸ストロンチウムの前記最大ピーク(a)の半値幅に影響を与えない。そのため、本発明では、結晶構造に影響を与える不純物元素の測定を行うために、チタン酸ストロンチウムの蛍光X線測定は、表面処理前に行う。
例えば、硫酸チタニル水溶液を加水分解して得られた含水酸化チタンスラリーのpHを調整して得たチタニアゾルの分散液に、硝酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム等を添加する。そして、反応温度まで加温した後、アルカリ水溶液を添加することで合成することができる。なお、反応温度は60〜100℃が好ましい。
さらに、アルカリ水溶液を添加する工程において、超音波振動を加えながら添加を行うことが半値幅を制御する上で好ましい。反応工程において、超音波振動を加えることで、結晶の析出速度が速くなり、結晶子径が小さな粒子を得ることができる。
一方で、半値幅を制御する方法として、強加工法(無機微粒子に機械的に強い力を加える手法)を用いてもよい。強加工としては、ボールミル法、高圧化のねじり、落錘加工、粒子衝撃、エア式ショットピーニング等の方法を用いることができる。
本発明に用いられるシリカ粒子としては、沈降法、ゾルゲル法等の湿式シリカ、爆燃法、ヒュームド法等の乾式シリカがあるが、形状制御のしやすさから、乾式シリカであることがより好ましい。
乾式シリカは、ケイ素ハロゲン化合物等を原料としている。ケイ素ハロゲン化合物としては、四塩化ケイ素が用いられるが、メチルトリクロロシラン、トリクロロシランなどのシラン類単独、又は四塩化ケイ素とシラン類との混合状態でも原料として使用可能である。
SiCl4+2H2+O2→SiO2+4HCl
以下に、本発明に用いられる乾式シリカの製造例を説明する。
シリカ粒子の解砕方法としては、例えばアトマイザー(東京アトマイザー製造(株)製)等の解砕機を用いることができる。
シリカ粒子は、必要に応じて、種々の処理剤を単独で又は併用して、疎水化、摩擦帯電性コントロールなどの目的のために表面処理されていることが好ましい。処理剤としては例えば以下のものが挙げられる。未変性のシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、未変性のシリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シランカップリング剤、官能基を有するシラン化合物又は、その他の有機ケイ素化合物など。
トナー粒子は、通常、結着樹脂及び着色剤を含有し、その他必要に応じて、離型剤、荷電制御剤などを含有する。
ワックスの一例としては、次のものが挙げられる。低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、オレフィン共重合体、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスなど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などの脂肪族炭化水素系ワックスの酸化型ワックス;カルナバワックス、ベヘン酸ベヘニル、モンタン酸エステルワックスなどの脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;及び脱酸カルナバワックスのような脂肪酸エステルを一部又は全部を脱酸化したものなどが挙げられる。
ワックスを添加するタイミングは、トナー製造時でもよいし、結着樹脂の製造時でもよい。また、これらワックスは、一種類を単独で使用してもよいし二種類以上を併用してもよい。ワックスは、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上20質量部以下添加することが好ましい。
磁性1成分トナーとして用いる場合、着色剤としては、磁性酸化鉄粒子が好ましく用いられる。磁性1成分トナーに含まれる磁性酸化鉄粒子としては、マグネタイト、マグヘマイト、フェライトのような磁性酸化鉄、及び他の金属酸化物を含む磁性酸化鉄;Fe,Co,Niのような金属、あるいは、これらの金属とAl,Co,Cu,Pb,Mg,Ni,Sn,Zn,Sb,Be,Bi,Cd,Ca,Mn,Se,Ti,W,Vのような金属との合金、及びこれらの混合物が挙げられる。磁性酸化鉄粒子の含有量は、結着樹脂100質量部に対し、30質量部以上100質量部以下が好ましい。
黒色の顔料としては、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラック等のカーボンブラックが用いられ、また、マグネタイト、フェライト等の磁性粉も用いられる。
トナーには、荷電制御剤を用いてもよい。荷電制御剤としては既知のものを用いることができ、例えば、以下のものが挙げられる。アゾ系鉄化合物、アゾ系クロム化合物、アゾ系マンガン化合物、アゾ系コバルト化合物、アゾ系ジルコニウム化合物、カルボン酸誘導体のクロム化合物、カルボン酸誘導体の亜鉛化合物、カルボン酸誘導体のアルミ化合物、カルボン酸誘導体のジルコニウム化合物。
トナーには、必要に応じて他の外添剤を添加してもよい。このような外添剤としては、例えば、帯電補助剤、導電性付与剤、流動性付与剤、ケーキング防止剤、熱ローラ定着時の離型剤、滑剤、研磨剤等の働きをする樹脂微粒子や無機微粒子が挙げられる。滑剤としては、ポリフッ化エチレン粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末が挙げられる。研磨剤としては、酸化セリウム粉末、炭化ケイ素粉末、が挙げられる。
トナーは、キャリアと混合して2成分現像剤として使用してもよい。キャリアとしては、通常のフェライト、マグネタイト等のキャリアや樹脂コートキャリアを使用することができる。また、樹脂中に磁性粉が分散されたバインダー型のキャリアコアも用いることができる。
樹脂コートキャリアは、キャリアコア粒子とキャリアコア粒子表面を被覆(コート)する樹脂である被覆材からなる。被覆材に用いられる樹脂としては、以下のものが挙げられる。スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体等のスチレン−アクリル系樹脂;アクリル酸エステル共重合体、メタクリル酸エステル共重合体等のアクリル系樹脂;ポリテトラフルオロエチレン、モノクロロトリフルオロエチレン重合体、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素含有樹脂;シリコーン樹脂;ポリエステル樹脂;ポリアミド樹脂;ポリビニルブチラール;アミノアクリレート樹脂。その他には、アイオモノマー樹脂やポリフェニレンサルファイド樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、単独で又は複数を併用して用いることができる。
ここでは、粉砕法を用いたトナーの製造手順について説明する。
原料混合工程では、トナー粒子を構成する材料として、結着樹脂、着色剤、及びワックス、並びに必要に応じて、荷電制御剤等の他の成分を所定量秤量して配合し、混合する。混合装置の一例としては、ダブルコン・ミキサー、V型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー、メカノハイブリッド(日本コークス工業(株)製)が挙げられる。
さらに、溶融混練することによって得られる樹脂組成物は、2本ロール等で圧延され、冷却工程で水などによって冷却してもよい。
その後、必要に応じて分級機や篩分機を用いて分級し、母体粒子を得る。分級機や篩分機としては以下のものが挙げられる。慣性分級方式のエルボジェット(日鉄鉱業(株)製)、遠心力分級方式のターボプレックス(ホソカワミクロン(株)製)、TSPセパレータ(ホソカワミクロン(株)製)、ファカルティ(ホソカワミクロン(株)製)の如き分級機や篩分機。
付着工程において母体粒子の表面にチタン酸ストロンチウム粒子及びシリカ粒子を付着させる方法は特に制限されるものではなく、母体粒子とチタン酸ストロンチウム粒子とシリ粒子とを所定量秤量して配合して混合する。
また本発明の効果を損なわない範囲で、他の無機微粒子や荷電制御剤、流動性付与剤などを同時に配合することもできる。
母体粒子の表面にチタン酸ストロンチウム粒子及びシリカ粒子をより均一に付着させることができる点で、混合装置としてヘンシェルミキサーを用いることがより好ましい。
ただし、混合羽根の回転数が高すぎたり、混合時間が長すぎたりすると、トナーと混合羽根との摩擦熱が高くなり、トナーが昇温して融着してしまうことがある。
よって、混合羽根や、混合機に水冷ジャケットを設けるなどして、混合機を積極的に冷却することが好ましい。
本発明において、熱風を用いた処理に使用される装置としては、熱風を用いて処理前のトナー粒子の表面を溶融状態にする手段を有し、かつ、熱風を用いて処理されたトナー粒子を冷風で冷却できる手段を有したものであれば、どのようなものでもかまわない。
次に、熱風を用いた表面処理の方法の一態様を、図8を用いて説明するがこれに限定されない。
本発明では、表面にチタン酸ストロンチウム粒子及びシリカ粒子を付着させた母体粒子に、熱風を用いた表面処理が施され、表面にチタン酸ストロンチウム粒子及びシリカ粒子が固着された粒子をトナー粒子と呼ぶ。しかし、本明細書の説明においては、便宜上、表面にチタン酸ストロンチウム粒子及びシリカ粒子が固着される前の粒子もトナー粒子と表現することがある。
そして、トナー粒子供給口100から供給されたトナー粒子114は、高圧エア供給ノズル115から噴射されるインジェクションエアによって加速され、その下方にある気流噴射部材102へ向かう。
また、トナー粒子の融着防止を目的として、トナー粒子供給口100の外周、表面処理装置外周及び移送配管116の外周には冷却ジャケット106が設けられている。
一方、拡散エアによって拡散したトナー粒子は、熱風供給口101から供給された熱風によって、トナー粒子の表面が処理される。
この時、熱風の吐出温度は100℃以上、300℃以下であることが好ましく、150℃以上、250℃以下であることがより好ましい。
熱風の温度が300℃を超える場合には、トナー粒子の溶融状態が進みすぎてしまう。そのため、トナー粒子の表面におけるチタン酸ストロンチウム粒子及びシリカ粒子の埋没度合いが不均一となったり、トナー粒子の内部にチタン酸ストロンチウム粒子及びシリカ粒子が完全に埋没したりしてしまう。その結果、得られるトナーの流動性や帯電性が悪化する場合がある。また、製造工程においてトナー粒子同士の合一が起こりやすくなり、トナー粒子が粗大化したり、トナー粒子が装置の内壁面へ多量に融着したりする場合がある。
高温で処理するほど、得られるトナーの平均円形度は高くなり、低温で処理するほど、得られるトナーの平均円形度は低くなることから、トナー粒子に加えられた熱量が多いほど、トナーの平均円形度は高くなる傾向にある。
これらの冷風温度が−50℃未満の場合には装置内の温度が下がりすぎてしまい、本来の目的である熱による処理が十分になされず、トナー粒子の表面を溶融状態にすることができない場合がある。
また、冷風温度が10℃を超える場合には、熱風による表面処理が施されたトナー粒子を十分に冷却できず、トナー粒子同士の合一に起因するトナー粒子の粗大化や、融着が生じる場合がある。
このようにして熱風による表面処理を施した後、必要に応じて分級機や篩分機を用いて分級し、表面にチタン酸ストロンチウム粒子及びシリカ粒子が固着されたトナー粒子を得ることができる。
(画像形成装置の各部の説明)
図1及び図2を用いて、本実施形態の画像形成装置の概略構成について説明する。図1は画像形成装置の全体概略図である。図2は、画像形成部の概略図である。
図1に示す画像形成装置100は、電子写真方式のタンデム型のフルカラープリンタである。画像形成装置100は、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの画像を形成する画像形成部PY、PM、PC、PKを有する。画像形成装置100は、装置本体100Aに接続された原稿読取装置(不図示)又は装置本体100Aに対し通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等の外部機器(不図示)からの画像信号に応じてトナー像を記録材に形成する。記録材としては、用紙、プラスチックフィルム、布などのシート材が挙げられる。
画像形成装置100が備える4つの画像形成部PY、PM、PC、PKは、現像色が異なることを除いて実質的に同一の構成を有する。従って、ここでは代表して画像形成部PKについて説明し、その他の画像形成部については説明を省略する。
上述のように構成される画像形成装置100によって、例えば4色フルカラーの画像を形成するプロセスについて説明する。
図3から図5を用いて、コロナ帯電器2の構成について説明する。コロナ帯電器2はスコロトロン方式の帯電装置であり、図3には感光ドラム側から視たコロナ帯電器2を示した。コロナ帯電器2は画像形成装置100の装置本体100A(図1参照)に挿抜可能に設けられ、図3に示すように、感光ドラム1の回転軸線方向(長手方向)に沿って感光ドラム1に対向する位置に配置される。
コロナ帯電器2は帯電器の上方から下方へ抜けるエアフローを有する。エアフローによって外気を供給することによってコロナ放電を安定的に放電させる。一対のシールド板203はステンレス鋼(SUS)を用いて形成され、筐体90の幅方向(感光ドラム1の回転軸線方向に直交する方向、短手方向)に所定間隔(例えば約30mm)で互いに対向するように配置されている。シールド板203と前ブロック201と奥ブロック202とは、断面が略コの字状の開口した筐体90を形成する。筐体90は、感光ドラム1に面する側に開口部90aを有する。前ブロック201と奥ブロック202は、後述の放電ワイヤ205(図4参照)及びグリッド電極206を長手方向に張架して保持可能である。
図4に示すように、コロナ帯電器2は、放電ワイヤ205とグリッド電極206とを有する。放電電極としての放電ワイヤ205は、一対のシールド板203の内側(筐体内)に配置されている。放電ワイヤ205は、不図示の高圧電源から帯電電圧が印加されることによってコロナ放電を生じる。放電ワイヤ205は、例えばステンレススチール、ニッケル、モリブデン、タングステン、金などがワイヤ状に形成されたものである。
放電ワイヤ205は直径が小さくなるにつれ、放電に伴い発生するイオンの衝突によって切断されやすくなる。反対に、放電ワイヤ205は直径が大きくなるにつれ、安定したコロナ放電を生じさせるために帯電電圧をより高くする必要がある。しかし、帯電電圧を高くしすぎると、放電に伴いオゾンが発生しやすくなる。上記点に鑑み、放電ワイヤ205は、直径が40μm〜100μmに形成されるのが好ましい。一例として、放電ワイヤ205は直径が60μmに形成されたタングステンワイヤである。なお、放電電極は上記したような放電ワイヤ205に限らず、長手方向に凹凸状に形成された、のこぎり歯を有するものであってもよい。
グリッド電極206は、感光ドラム1と放電ワイヤ205との間に配置され、感光ドラム1の表面に近接されるように帯電器の前ブロック201と奥ブロック202からなる筐体に着脱自在に設けられている。グリッド電極206は、所定の張力で感光ドラム1の回転軸線方向(長手方向)に張架されるようにして、筐体90に取り付けられている。
具体的には、図5(a)に示すように、グリッド電極206は前ブロック201に設けられた保持部207と奥ブロック202に設けられた保持部209とに保持される。そして、グリッド電極206は、使用者によってつまみ208が操作されることに応じて、保持部207、209から取り外されたり、取り付けられたりされる。また、つまみ208は、保持部207、209を介しグリッド電極206を張架する張力を調整し得る。
また、図4に示すようにコロナ帯電器2の放電ワイヤ205には、放電ワイヤ205に接触する放電ワイヤ清掃部材30(以下、単に「清掃部材」とも記載する。)が清掃部材支持部材(以下、単に「支持部材」とも記載する。)40によって配設されている。
図7は、清掃部材支持部材40に取り付けられた2個の放電ワイヤ清掃部材30が放電ワイヤ205を挟持している様子を拡大して示した図である。
本実施の形態では、画像形成装置のメインスイッチをオンにした直後と、2000枚の画像の形成を行った毎に、放電ワイヤ清掃部材30が放電ワイヤ205を挟持した状態で前ブロック201と奥ブロック202との間を往復する。このような往復動作によって、放電ワイヤ205の表面に付着した汚染物質を研磨除去する。
支持部材40には、ポジション検知部材220がついており、ポジションセンサPS1、PS2によって清掃部材30および支持部材40の位置を検出できる。
ポジションセンサPS2が支持部材40のポジション検知部材220を検知したら、駆動スクリュ217を逆回転に駆動させ、支持部材40に連結された清掃部材30を矢印Cの方向に移動させる。
さらに、支持部材40は、グリッド電極206を清掃する清掃ブラシ250も連結されている。放電ワイヤ205の清掃部材30とグリッド電極206の清掃ブラシ250は、支持部材40の移動に伴い、放電ワイヤ205とグリッド電極206の清掃を行う。
これは、放電ワイヤ205に付着したシリカ粒子やチタン酸ストロンチウム粒子が清掃部材30によって除去され、清掃部材30の研磨層33に保持される。そして、研磨層33に保持されたチタン酸ストロンチウム粒子自身が研磨層とともに、放電ワイヤ205の付着物に接触して、放電ワイヤ205の付着物を除去・清掃する効率を高めたと考えている。
次に、本発明に係る各物性の測定方法に関して記載する。
測定はMiniFlex600((株)リガク製)を用いて、以下の条件で行う。
測定サンプルは、測定範囲内に回折ピークを持たない無反射試料板((株)リガク製)に無機微粒子(チタン酸ストロンチウム)を粉末の状態で平らになるように軽く押さえながら乗せる。平らになったら、試料板ごと装置へセットする。
管球:Cu
平行ビーム光学系
電圧:40kV
電流:15mA
開始角度:3°
終了角度:60°
サンプリング幅:0.02°
スキャンスピード:10.00°/min
発散スリット:0.625deg
散乱スリット:8.0mm
受光スリット:13.0mm(Open)
得られたX線回折ピークの半値幅、ピーク強度の算出は、(株)リガク製解析ソフト「PDXL」を用いて行う。
無機微粒子の蛍光X線測定は、シランカップリング剤などで表面処理を行う場合は、表面処理剤を溶剤洗浄により除去した後に測定を行う。処理前の粒子を入手できるのであれば、処理前の粒子を用いて測定を行ってもよい。
波長分散型蛍光X線分析装置Axios advanced(スペクトリス(株)製)を用いてHe雰囲気下、無機微粒子におけるNaからUまでの元素を直接測定する。装置付属の液体試料用カップを使用し、PP(ポリプロピレン)フィルムを底面に張り、試料を十分量入れ、底面に均一厚に層を形成させて、ふたをする。出力が2.4kWの条件で測定する。解析には、FP(ファンダメンタルパラメーター)法を用いる。その際、検出された元素の全てが酸化物であると仮定し、それらの総質量を100質量%とする。ソフトウエアUniQuant5(ver.5.49)(スペクトリス(株)製)にて総質量に対する酸化ストロンチウム(SrO)及び酸化チタン(TiO2)の含有量(質量%)を酸化物換算値として求める。
平均円形度は、フロー式粒子像分析装置「FPIA−3000」(シスメックス(株)製)によって、校正作業時の測定及び解析条件で測定する。
フロー式粒子像分析装置「FPIA−3000」(シスメックス(株)製)の測定原理は、流れている粒子を静止画像として撮像し、画像解析を行うというものである。試料チャンバーへ加えられた試料は、試料吸引シリンジによって、フラットシースフローセルに送り込まれる。フラットシースフローに送り込まれた試料は、シース液に挟まれて扁平な流れを形成する。フラットシースフローセル内を通過する試料に対しては、1/60秒間隔でストロボ光が照射されており、流れている粒子を静止画像として撮影することが可能である。また、扁平な流れであるため、焦点の合った状態で撮像される。粒子像はCCDカメラで撮像され、撮像された画像は512×512画素の画像処理解像度(一画素あたり0.37μm×0.37μm)で画像処理され、各粒子像の輪郭抽出を行い、粒子像の投影面積Sや周囲長L等が計測される。
円形度C=2×(π×S)1/2/L
粒子像が円形の時に円形度は1.000になり、粒子像外周の凹凸の程度が大きくなればなるほど円形度は小さい値になる。各粒子の円形度を算出後、円形度0.200以上1.000以下の範囲を800分割し、得られた円形度の相加平均値を算出し、その値を平均円形度とする。
具体的な測定方法は、以下の通りである。
該手順に従い調製した分散液を該フロー式粒子像分析装置に導入し、HPF測定モード(高倍率撮像モード)で、トータルカウントモードにて3000個のトナー粒子を計測する。
そして、粒子解析時の2値化閾値を85%とし、解析粒子径を円相当径1.98μm以上39.96μm以下とし、トナー粒子等の平均円形度を求める。
測定にあたっては、測定開始前に標準ラテックス粒子(例えば、Duke Scientific社製の「RESEARCH AND TEST PARTICLES Latex Microsphere Suspensions 5200A」をイオン交換水で希釈)を用いて自動焦点調整を行う。その後、測定開始から2時間毎に焦点調整を実施することが好ましい。
外添剤の一次粒子の個数平均粒径は、透過型電子顕微鏡(TEM)「JEM2800」(日本電子(株)製)を用いて測定する。
まず、測定サンプルの調整を行う。外添剤約5mgに対し、イソプロパノール1mLを加え、超音波分散機(超音波洗浄機)で5分間分散させる。次に、TEM用の支持膜付きマイクログリッド(150メッシュ)に上記分散液を1滴たらし、乾燥させることで測定サンプルを準備した。
次に、透過型電子顕微鏡(TEM)によって、加速電圧200kVの条件のもと、視野中の外添剤が十分に測長できる倍率(例えば200k〜1M倍)にて画像を取得し、ランダムに100個の外添剤の一次粒子の粒径を測定して個数平均粒子径を求める。一次粒子の粒径の測定は手動、または計測ツールを用いても良い。
トナー表面上の無機微粒子の一次粒子の粒径は、走査型電子顕微鏡(SEM)「S−4700」((株)日立製作所製)を用いて、トナー上の無機微粒子を観察して求めた。
観察倍率は有機無機複合微粒子の大きさによって適宜調整したが、最大20万倍に拡大した視野において、100個の一次粒子の長径を測定して、その平均値を個数平均粒子径とした。
トナーの個数基準におけるメジアン径(D50)は走査型電子顕微鏡による二次電子像の観察と、続く画像処理によって求めることができる。
本発明のトナーの個数基準におけるメジアン径(D50)の測定は、走査電子顕微鏡(SEM)、S−4800((株)日立製作所製)を用いて行った。
具体的には、電子顕微鏡観察用の試料台上にカーボンテープでトナーを一層になるように固定し、白金による蒸着を行い、以下の条件で観察した。フラッシング操作を行ってから観察を行った。
AcceleratingVoltage=2000Volt
EmissionCurrent=10000nA
WorkingDistance=6000um
LensMode=High
Condencer1=5
ScanSpeed=Slow4(40秒)
Magnification=50000
DataSize=1280×960
ColorMode=Grayscale
次に、トナー粒群の部分を抽出し、抽出されたトナー1粒のサイズをカウントした。具体的には、まず、解析するトナー粒群を抽出するため、トナー粒群と背景部分を分離する。Image−Pro Plus5.1Jの「測定」−「カウント/サイズ」を選択する。「カウント/サイズ」の「輝度レンジ選択」で、輝度レンジを50〜255の範囲に設定して、背景として写りこんでいる輝度の低いカーボンテープ部分を除外し、トナー粒群の抽出を行った。カーボンテープ以外の方法でトナー粒群を固定した際には、必ずしも背景が輝度の低い領域とならない、あるいは、部分的にトナー粒群と同じような輝度となる可能性は皆無ではない。しかし、トナー粒群と背景の境界については、二次電子観察像から容易に区別できる。抽出を行う際、「カウント/サイズ」の抽出オプションで、4連結を選択し、平滑度5を入力、穴埋めるにチェックを入れ、画像の全ての境界(外周)上に位置するトナー粒や他のトナー粒と重なっているトナー粒については、計算から除外するものとした。次に「カウント/サイズ」の測定項目で、面積とフェレ径(平均)を選択し、面積の選別レンジを最小100pixel、最大10000pixelとして、画像解析するトナー各粒を抽出した。抽出されたトナー粒群からトナー1粒を選択し、その粒子に由来する部分の大きさ(pixel数:ja)を求めた。得られたjaと下記式を用いて、投影面積円相当径d1を得た。
d1={(4×ja×0.3088)/3.14}1/2
次いで、抽出された粒子群の各粒子に対して、選択されるトナー粒の数が100となるまで同様の処理を行った。一視野中のトナー粒の数が100に満たない場合には、別視野のトナー投影像について同様の操作を繰り返した。
得られたトナー100粒について、投影面積円相当径が昇順に並べ、50個目にあたるトナー粒の投影面積円相当径を、本発明のトナーの個数基準におけるメジアン径(D50)とした。
水洗前トナー:後述する実施例で作製した各種トナーをそのまま用いた。
水洗後トナー:50mL容量のバイアルに、「コンタミノンN」6mL、スクロース液(スクロース:純水=2:1)31g、及びトナー1gを混合する。振とう機(ヤヨイ(株)製「YS−8D」)にセットし、200rpmにて5分間振とうし、トナーと外添剤を遊離させる。その後、遠心分離機(コクサン(株)製「H−19S」)を用いて、3700rpmにて30分間遠心分離を行い、トナーと水溶液とを分離する。水溶液からトナーを採取し、含有洗剤がなくなるまで真空濾過を行ったのち、常圧50℃にて12時間以上乾燥させる。
各々のペレットを高出力蛍光X線分析装置(Malvern PANalytical社製「AXiosmAX」)により、シリカ元素,チタン元素のみを調べるモードにて測定を行い、外添剤に含まれる元素の蛍光X線強度(単位:kcps)を検出する。
水洗前トナーに含まれる元素の蛍光X線強度と、水洗後トナーに含まれる元素の蛍光X線強度の差(単位:kcps)を遊離量とする。
なお、この遊離量測定は、画像形成装置を通常の使用条件下において使用した場合には生じえないような大きなエネルギーをかけてトナーから外添剤を分離し、分離された外添剤の量を測定している。
測定角度 104.1298〜114.1298°
Step size 0.05°
測定時間 50秒
測定電位、電流 25kV、160mA
測定角度 84.1398〜88.1398°
Step size 0.04°
測定時間 20秒
測定電位、電流 40kV、100mA
以下、実施例に基づいて具体的に本願発明について説明する。しかしながら、本願発明は何らこれら実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例において、部及び%は、特に断りのない限り質量基準である。
(ポリエステル樹脂の製造例)
・ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン:多価アルコール総モル数に対して80.0mol%
・ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン:多価アルコール総モル数に対して20.0mol%
・テレフタル酸:多価カルボン酸総モル数に対して80.0mol%
・無水トリメリット酸:多価カルボン酸総モル数に対して20.0mol%
さらに、反応槽内の圧力を8.3kPaに下げ、1時間維持した後、180℃まで冷却し、そのまま反応させASTM D36−86に従って測定した軟化点が110℃に達したのを確認してから温度を下げて反応を止めた。
・ポリエステル樹脂 100.0部
・3,5−ジ−t−ブチルサリチル酸アルミニウム化合物 0.1部
・フィッシャートロプシュワックス(最大吸熱ピーク温度90℃) 5.0部
・C.I.ピグメントブルー15:3 5.0部
前記処方で示した原材料をヘンシェルミキサー(FM75J型、日本コークス(株)製)を用いて所定条件にて混合した後、二軸混練機(PCM−30型、(株)池貝製)にて混練した。得られた混練物を冷却し、ハンマーミルにて1mm以下に粗粉砕し、粗砕物を得た。得られた粗砕物を、機械式粉砕機(T−250、ターボ工業(株)製)にて微粉砕した。慣性分級方式のエルボージェット(日鉄鉱業(株)製)を用い、分級を行い、トナー粒子を得た。
得られたトナー粒子1は、個数基準におけるメジアン径(D50)は5μmであった。個数基準におけるメジアン径(D50)は粉砕と分級の条件の変更によって調整される。更に、熱風処理後のトナー粒子に対して、第一や第二のシリカ粒子、チタン酸ストロンチウム粒子を外添した。
また、外添剤処方を変化させ、適切な製造条件を用いて、後述の種類のトナーを得た。
尚、各実施例、各比較例で使用したチタン酸ストロンチウム粒子、シリカ粒子の物性を表1および表2に示す。
・工程1(秤量及び混合工程):
Fe2O3 62.7部
MnCO3 29.5部
Mg(OH)2 6.8部
SrCO3 1.0部
上記材料を上記組成比となるようにフェライト原材料を秤量した。その後、直径1/8インチのステンレスビーズを用いた乾式振動ミルで5時間粉砕及び混合した。
得られた粉砕物をローラーコンパクターにて、約1mm角のペレットにした。このペレットを目開き3mmの振動篩にて粗粉を除去し、次いで目開き0.5mmの振動篩にて微粉を除去した後、バーナー式焼成炉を用いて、窒素雰囲気下(酸素濃度0.01体積%)で、温度1000℃で4時間焼成し、仮焼フェライトを作製した。得られた仮焼フェライトの組成は、下記の通りである。
(MnO)a(MgO)b(SrO)c(Fe2O3)d
上記式において、a=0.257、b=0.117、c=0.007、d=0.393
クラッシャーで0.3mm程度に粉砕した後に、直径1/8インチのジルコニアビーズを用い、仮焼フェライト100部に対し、水を30部加え、湿式ボールミルで1時間粉砕した。そのスラリーを、直径1/16インチのアルミナビーズを用いた湿式ボールミルで4時間粉砕し、フェライトスラリー(仮焼フェライトの微粉砕品)を得た。
フェライトスラリーに、仮焼フェライト100部に対して分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム1.0部、バインダーとしてポリビニルアルコール2.0部を添加し、スプレードライヤー(製造元:大川原化工機(株))で、球状粒子に造粒した。得られた粒子を粒度調整した後、ロータリーキルンを用いて、650℃で2時間加熱し、分散剤やバインダーの有機成分を除去した。
焼成雰囲気をコントロールするために、電気炉にて窒素雰囲気下(酸素濃度1.00体積%)で、室温から温度1300℃まで2時間で昇温し、その後、温度1150℃で4時間焼成した。その後、4時間をかけて、温度60℃まで降温し、窒素雰囲気から大気に戻し、温度40℃以下で取り出した。
凝集した粒子を解砕した後に、磁力選鉱によって低磁力品をカットし、目開き250μmの篩で篩分して粗大粒子を除去し、体積分布基準の50%粒径(D50)37.0μmの磁性コア粒子1を得た。
1)シクロヘキシルメタクリレートモノマー 26.8質量%
2)メチルメタクリレートモノマー 0.2質量%
3)メチルメタクリレートマクロモノマー 8.4質量%
(片末端にメタクリロイル基を有する重量平均分子量5000のマクロモノマー)
4)トルエン 31.3質量%
5)メチルエチルケトン 31.3質量%
6)アゾビスイソブチロニトリル 2.0質量%
得られた30部の被覆樹脂1を、トルエン40部、及びメチルエチルケトン30部に溶解して、重合体溶液1(固形分30質量%)を得た。
・重合体溶液1(樹脂固形分濃度30%) 33.3質量%
・トルエン 66.4質量%
・カーボンブラック(Regal330;キャボット社製) 0.3質量%(一次粒子の個数平均粒子径25nm、窒素吸着比表面積94m2/g、DBP吸油量75mL/100g)
上記材料を、直径0.5mmのジルコニアビーズを用いて、ペイントシェーカーで1時間分散をおこなった。得られた分散液を、5.0μmのメンブランフィルターで濾過を行い、被覆樹脂溶液1を得た。
(樹脂被覆工程):
常温で維持されている真空脱気型ニーダーに被覆樹脂溶液1を、100部の磁性コア粒子1に対して、樹脂成分として2.5部になるように投入した。投入後、回転速度30rpmで15分間撹拌し、溶媒が一定以上(80質量%以上)揮発した後、減圧混合しながら80℃まで昇温し、2時間かけてトルエンを留去した後冷却した。
得られた磁性キャリアを、磁力選鉱により低磁力品を分別し、開口70μmの篩を通した後、風力分級器で分級し、体積分布基準の50%粒径(D50)が38.2μmの磁性キャリア1を得た。
[実施例1〜22、比較例1〜12]
得られた二成分系現像剤を用いて、以下の評価を行った。評価結果は表1及び表2に示す。
次に、コロナ帯電方式を用いた耐久試験及び画像評価の実験条件の説明を簡単に行う。実施例1では、感光ドラムの外径を84mm、長さを380mmとし、記録メディアの出力スピードを450mm/sとした。
実施例1では、清掃部材30の清掃の往復移動を30秒で行い、1300枚ごとに放電ワイヤの清掃動作が入る(清掃部材30が1往復する)ようにした。放電ワイヤ205に付着物が一定量以上に付着すると、ハーフトーン上にスジなどの濃度ムラが生じる。以下、放電ワイヤに付着した付着物(汚染物質)に起因するハーフトーン上のスジなどの濃度ムラを「ワイヤ汚れ」と記載する。
画像評価を行う複写機は温度23℃/相対湿度5%の環境下で、画像比率10%の画像を1000枚出力後、ワイヤ汚れ評価用の下記の2種類のサンプル画像をそれぞれ5枚出力し、これらを200セット行い、ハーフトーン画像上の濃度ムラを評価した。
第1のサンプル画像:X−riteで測定した反射濃度が0.3〜0.7の範囲のアナログハーフトーン画像
第2のサンプル画像:X−riteで測定した反射濃度が0.3〜0.7の範囲のデジタルハーフトーン画像
1つは帯電部材によって感光ドラム1の表面に形成する暗部電位VDに直接現像させたものである(以下、アナログHT(ハーフトーン)と称す)。具体的には感光体ドラムの表面を暗部電位VDとして約−700Vに帯電させ、現像スリーブ電位を約−720Vに設定することで暗部電位VDに現像させる。この条件だと放電ワイヤの汚れによって発生する帯電ムラが直接、画像に反映されるので、厳しい条件で汚れを評価できる。
上記画像は共にX−riteで測定した反射濃度が0.3〜0.7の範囲のハーフトーン画像になるよう調整した。
ランクA:アナログHTでも画像に帯電ムラが出ない。
ランクB:アナログHTではスジ状にムラが発生するが、デジタルHTでは画像に出ない。
ランクC:デジタルHTではうっすらムラが発生するが実用上問題無い。
ランクD:デジタルHTではっきりとムラ、スジが確認できる。
2…帯電装置(コロナ帯電器)
30…清掃部材
40…支持部材
205…放電電極(放電ワイヤ)
206…グリッド電極
Claims (5)
- 像担持体と、
前記像担持体に対向して配置された放電電極を有するコロナ放電方式の帯電手段と、
前記放電電極に接触して前記放電電極の表面を清掃する放電電極の清掃手段と、
前記帯電手段によって帯電処理された前記像担持体の表面に静電潜像を形成するための露光手段と、
前記静電潜像をトナーを用いて現像し、前記像担持体の表面にトナー像を形成する現像手段と、
前記トナー像を転写材に転写する転写手段と、
前記像担持体の表面に残留したトナーを清掃するためのクリーニング手段と、
前記転写材に転写されたトナー像を定着するための定着手段と、
を有する画像形成装置であって、
前記トナーは、トナー粒子と、その表面に存在するチタン酸ストロンチウム粒子およびシリカ粒子を有しており、
前記チタン酸ストロンチウム粒子は、
(i)一次粒子の個数平均粒子径(D1T)が10nm以上95nm未満であり、
(ii)平均円形度が0.700以上0.920以下であり、
(iii)CuKα特性X線回折における回折角(2θ)の32.00deg以上32.40deg以下に最大ピーク(a)を有し、前記最大ピーク(a)の半値幅が、0.23deg以上0.50deg以下であり、前記最大ピーク(a)の強度(Ia)と、CuKα特性X線回折における回折角(2θ)の24.00deg以上28.00deg以下の範囲における最大ピークの強度(Ix)とが、下記式(1)を満たし、
(Ix)/(Ia) ≦ 0.010 ・・・ 式(1)
(iv)蛍光X線分析によって検出される元素が全て酸化物で含有されているとみなした際において、全酸化物の総量を100質量%としたときの酸化ストロンチウム及び酸化チタンの含有量の合計が、98.0質量%以上であり、
前記シリカ粒子は、一次粒子の個数平均粒子径(D1S)が5nm以上300nm以下であり、
前記トナーを水洗した際にトナーから離れる前記チタン酸ストロンチウム粒子の量が、前記トナーを水洗した際にトナーから離れる前記シリカ粒子の量の0.01倍以上0.9倍以下であることを特徴とする画像形成装置。 - 前記トナーを水洗した際にトナーから離れる前記シリカ粒子の量が2.5以下である請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記トナーを水洗した際にトナーから離れる前記チタン酸ストロンチウム粒子の量が1.5以下である請求項1又は2に記載の画像形成装置。
- 前記シリカ粒子が、個数平均粒子径(D1S1)が5nm以上20nm以下である第一のシリカ粒子と、個数平均粒子径(D1S2)が80nm以上120nm以下である第二のシリカ粒子によって構成され、
前記チタン酸ストロンチウム粒子の個数平均粒子径(D1T)と、前記第一のシリカ粒子の個数平均粒子径(D1S1)と、前記第二のシリカ粒子の個数平均粒子径(D1S2)との関係が下記式(2)を満たす請求項1〜3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
D1S2>D1T>D1S1 ・・・ 式(2) - 前記トナーは個数基準におけるメジアン径(D50)が3.0μm以上6.0μm以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
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