JP2022178659A - 静電荷像現像用キャリア、静電荷像現像剤、プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、及び、経時帯電立ち上がり性に優れる静電荷像現像用キャリアを提供すること。【解決手段】磁性粉を樹脂中に分散してなるコア粒子、及び、前記コア粒子を被覆する樹脂被覆層を有し、前記樹脂被覆層の表面被覆率が、96面積%以上であり、前記樹脂被覆層が、無機粒子を、前記樹脂被覆層の全質量に対し、10質量%以上50質量%以下含み、X線光電子分光法により求めたキャリア表面の前記無機粒子の表面露出率が、6atomic%以上15atomic%以下である静電荷像現像用キャリア。【選択図】なし
Description
本発明は、静電荷像現像用キャリア、静電荷像現像剤、プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法に関する。
特許文献1には、トナー粒子とキャリア粒子とを含有する静電荷像現像剤であって、前記トナー粒子が、外添剤として少なくともシリカ粒子又はアルミナ粒子を含有し、前記キャリア粒子が、芯材粒子と、当該芯材粒子表面を被覆する被覆用樹脂層とを有し、当該被覆用樹脂層が金属酸化物粒子を含有し、前記キャリア粒子のXPS(光電子分光法)で測定される元素が、少なくともSi又はAlであり、かつ、前記キャリア粒子を構成する全元素に対して、少なくともSi又はAlが1~6at%の範囲内であることを特徴とする静電荷像現像剤が開示されている。
特許文献2には、着色粒子に無機微粒子が付着してなる体積メディアン粒子径が3~8μmのトナーと、無機微粒子を付着してなる質量平均粒子径が20~40μmのキャリアからなる2成分現像剤であり、且つ、トナーに付着されている無機微粒子を構成している元素(A)のキャリア表面上でのX線分析装置により測定された面積比率が、0.5~3.0面積%であることを特徴とする2成分現像剤が開示されている。
特許文献3には、平均一次粒子径がそれぞれ異なる複数種の外添剤が外添されたトナーであって、前記複数種の外添剤のうち、少なくとも1種の外添剤の平均一次粒子径が0.1μm以上であるトナーと、体積平均粒子径が25μm以上90μm以下のフェライトからなるキャリア芯材と、キャリア芯材の表面に形成され、体積平均粒子径が0.1μm以上2μm以下の磁性微粒子とシリコーン樹脂とを含む樹脂被覆層であって、シリコーン樹脂100重量部に対して磁性微粒子を40重量部以上100重量部以下含む樹脂被覆層とを有する樹脂被覆キャリアと、を含み、前記樹脂被覆キャリアの総表面積に対する前記トナーの総投影面積の比率で表される、前記樹脂被覆キャリアと前記トナーとの混合比が30%以上70%以下であることを特徴とする2成分現像剤が開示されている。
特許文献4には、支持体と、該支持体の表面に形成されるアモルファスシリコン感光層と、を有する像担持体と、該像担持体に対向配置される現像剤担持体を有し、該現像剤担持体上にトナーとキャリアとを含む二成分現像剤で形成された磁気ブラシを用いて前記像担持体と前記現像剤担持体とが対向する現像領域において前記像担持体上の静電潜像をトナー像に現像する現像装置と、を備えた画像形成装置において、使用初期における前記感光層表面の算術平均粗さRaが40nm以上70nm以下の範囲内にあり、前記キャリア表面の算術平均粗さSaが0.3μm以上1.0μm以下の範囲内にあることを特徴とする画像形成装置が開示されている。
本発明の課題は、磁性粉を樹脂中に分散してなるコア粒子、及び、表面被覆率が96面積%以上である樹脂被覆層を有するキャリアにおいて、前記樹脂被覆層が、無機粒子を、前記樹脂被覆層の全質量に対し、10質量%未満若しくは50質量%超含むか、又は、X線光電子分光法により求めたキャリア表面の前記無機粒子の表面露出率が、6atomic%未満若しくは15atomic%超である場合に比べ、経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、及び、経時帯電立ち上がり性に優れる静電荷像現像用キャリアを提供することである。
前記課題を解決するための手段は、以下の態様を含む。
<1> 磁性粉を樹脂中に分散してなるコア粒子、及び、前記コア粒子を被覆する樹脂被覆層を有し、前記樹脂被覆層の表面被覆率が、96面積%以上であり、前記樹脂被覆層が、無機粒子を、前記樹脂被覆層の全質量に対し、10質量%以上50質量%以下含み、X線光電子分光法により求めたキャリア表面の前記無機粒子の表面露出率が、6atomic%以上15atomic%以下である静電荷像現像用キャリア。
<2> 前記コア粒子における前記樹脂が、フェノール樹脂を含む<1>に記載の静電荷像現像用キャリア。
<3> 前記無機粒子が、無機酸化物粒子を含む<1>又は<2>に記載の静電荷像現像用キャリア。
<4> 前記無機粒子が、シリカ粒子を含む<1>乃至<3>のいずれか1つに記載の静電荷像現像用キャリア。
<5> 前記樹脂被覆層の平均厚さが、0.6μm以上1.4μm以下である<1>乃至<4>のいずれか1つに記載の静電荷像現像用キャリア。
<6> 前記樹脂被覆層が、アクリル樹脂を含む<1>乃至<5>のいずれか1つに記載の静電荷像現像用キャリア。
<7> 前記樹脂被覆層に含まれる樹脂の重量平均分子量が、30万未満である<1>乃至<6>のいずれか1つに記載の静電荷像現像剤。
<8> 前記樹脂被覆層に含まれる樹脂の重量平均分子量が、25万未満である<7>に記載の静電荷像現像用キャリア。
<9> 静電荷像現像用トナーと、<1>乃至<8>のいずれか1つに記載の静電荷像現像用キャリアとを含む静電荷像現像剤。
<10> <9>に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段を備え、画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジ。
<11> 像保持体と、前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、<9>に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、を備える画像形成装置。
<12> 像保持体の表面を帯電する帯電工程と、帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、<9>に記載の静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像工程と、前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写工程と、前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着工程と、を有する画像形成方法。
<1> 磁性粉を樹脂中に分散してなるコア粒子、及び、前記コア粒子を被覆する樹脂被覆層を有し、前記樹脂被覆層の表面被覆率が、96面積%以上であり、前記樹脂被覆層が、無機粒子を、前記樹脂被覆層の全質量に対し、10質量%以上50質量%以下含み、X線光電子分光法により求めたキャリア表面の前記無機粒子の表面露出率が、6atomic%以上15atomic%以下である静電荷像現像用キャリア。
<2> 前記コア粒子における前記樹脂が、フェノール樹脂を含む<1>に記載の静電荷像現像用キャリア。
<3> 前記無機粒子が、無機酸化物粒子を含む<1>又は<2>に記載の静電荷像現像用キャリア。
<4> 前記無機粒子が、シリカ粒子を含む<1>乃至<3>のいずれか1つに記載の静電荷像現像用キャリア。
<5> 前記樹脂被覆層の平均厚さが、0.6μm以上1.4μm以下である<1>乃至<4>のいずれか1つに記載の静電荷像現像用キャリア。
<6> 前記樹脂被覆層が、アクリル樹脂を含む<1>乃至<5>のいずれか1つに記載の静電荷像現像用キャリア。
<7> 前記樹脂被覆層に含まれる樹脂の重量平均分子量が、30万未満である<1>乃至<6>のいずれか1つに記載の静電荷像現像剤。
<8> 前記樹脂被覆層に含まれる樹脂の重量平均分子量が、25万未満である<7>に記載の静電荷像現像用キャリア。
<9> 静電荷像現像用トナーと、<1>乃至<8>のいずれか1つに記載の静電荷像現像用キャリアとを含む静電荷像現像剤。
<10> <9>に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段を備え、画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジ。
<11> 像保持体と、前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、<9>に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、を備える画像形成装置。
<12> 像保持体の表面を帯電する帯電工程と、帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、<9>に記載の静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像工程と、前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写工程と、前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着工程と、を有する画像形成方法。
<1>又は<3>に係る発明によれば、磁性粉を樹脂中に分散してなるコア粒子、及び、表面被覆率が96面積%以上である樹脂被覆層を有するキャリアにおいて、前記樹脂被覆層が、無機粒子を、前記樹脂被覆層の全質量に対し、10質量%未満若しくは50質量%超含むか、又は、X線光電子分光法により求めたキャリア表面の前記無機粒子の表面露出率が、6atomic%未満若しくは15atomic%超である場合に比べ、経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、及び、経時帯電立ち上がり性に優れる静電荷像現像用キャリア静電荷像現像用キャリアが提供される。
<2>又は<6>に係る発明によれば、前記コア粒子における前記樹脂が、スチレン樹脂である場合に比べ、経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、及び、経時帯電立ち上がり性により優れる静電荷像現像用キャリアが提供される。
<4>に係る発明によれば、前記無機粒子が、チタニア粒子である場合に比べ、経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、及び、経時帯電立ち上がり性により優れる静電荷像現像用キャリアが提供される。
<5>に係る発明によれば、前記樹脂被覆層の平均厚さが、0.6μm未満又は1.4μm超である場合に比べ、経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、及び、経時帯電立ち上がり性により優れる静電荷像現像用キャリアが提供される。
<7>に係る発明によれば、前記樹脂被覆層に含まれる樹脂の重量平均分子量が、30万以上である場合に比べ、経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、及び、経時帯電立ち上がり性により優れる静電荷像現像用キャリアが提供される。
<8>に係る発明によれば、前記樹脂被覆層に含まれる樹脂の重量平均分子量が、25万以上である場合に比べ、経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、及び、経時帯電立ち上がり性により優れる静電荷像現像用キャリアが提供される。
<9>乃至<12>に係る発明によれば、磁性粉を樹脂中に分散してなるコア粒子、及び、表面被覆率が96面積%以上である樹脂被覆層を有するキャリアを使用し、前記樹脂被覆層が、無機粒子を、前記樹脂被覆層の全質量に対し、10質量%未満若しくは50質量%超含むか、又は、X線光電子分光法により求めたキャリア表面の前記無機粒子の表面露出率が、6atomic%未満若しくは15atomic%超である場合に比べ、経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、及び、経時帯電立ち上がり性に優れる静電荷像現像剤、プロセスカートリッジ、画像形成装置又は画像形成方法が提供される。
<2>又は<6>に係る発明によれば、前記コア粒子における前記樹脂が、スチレン樹脂である場合に比べ、経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、及び、経時帯電立ち上がり性により優れる静電荷像現像用キャリアが提供される。
<4>に係る発明によれば、前記無機粒子が、チタニア粒子である場合に比べ、経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、及び、経時帯電立ち上がり性により優れる静電荷像現像用キャリアが提供される。
<5>に係る発明によれば、前記樹脂被覆層の平均厚さが、0.6μm未満又は1.4μm超である場合に比べ、経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、及び、経時帯電立ち上がり性により優れる静電荷像現像用キャリアが提供される。
<7>に係る発明によれば、前記樹脂被覆層に含まれる樹脂の重量平均分子量が、30万以上である場合に比べ、経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、及び、経時帯電立ち上がり性により優れる静電荷像現像用キャリアが提供される。
<8>に係る発明によれば、前記樹脂被覆層に含まれる樹脂の重量平均分子量が、25万以上である場合に比べ、経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、及び、経時帯電立ち上がり性により優れる静電荷像現像用キャリアが提供される。
<9>乃至<12>に係る発明によれば、磁性粉を樹脂中に分散してなるコア粒子、及び、表面被覆率が96面積%以上である樹脂被覆層を有するキャリアを使用し、前記樹脂被覆層が、無機粒子を、前記樹脂被覆層の全質量に対し、10質量%未満若しくは50質量%超含むか、又は、X線光電子分光法により求めたキャリア表面の前記無機粒子の表面露出率が、6atomic%未満若しくは15atomic%超である場合に比べ、経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、及び、経時帯電立ち上がり性に優れる静電荷像現像剤、プロセスカートリッジ、画像形成装置又は画像形成方法が提供される。
以下に、本実施形態の実施形態について説明する。これらの説明及び実施例は実施形態を例示するものであり、実施形態の範囲を制限するものではない。
本実施形態において「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本実施形態中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本実施形態中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本実施形態において「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
本実施形態において実施形態を図面を参照して説明する場合、当該実施形態の構成は図面に示された構成に限定されない。また、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。
本実施形態において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。本実施形態において組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計量を意味する。
本実施形態において各成分に該当する粒子は複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本実施形態において「(メタ)アクリル」はアクリル及びメタクリルの少なくとも一方を意味し、「(メタ)アクリレート」はアクリレート及びメタクリレートの少なくとも一方を意味する。
本実施形態において、「静電荷像現像用トナー」を「トナー」ともいい、「静電荷像現像用キャリア」を「キャリア」ともいい、「静電荷像現像剤」を「現像剤」ともいう。
(静電荷像現像用キャリア)
本実施形態に係る静電荷像現像用キャリア(以下、単に「キャリア」ともいう。)は、磁性粉を樹脂中に分散してなるコア粒子、及び、前記コア粒子を被覆する樹脂被覆層を有し、前記樹脂被覆層の表面被覆率が、96面積%以上であり、前記樹脂被覆層が、無機粒子を、前記樹脂被覆層の全質量に対し、10質量%以上50質量%以下含み、X線光電子分光法により求めたキャリア表面の前記無機粒子の表面露出率が、6atomic%以上15atomic%以下である。
本実施形態に係る静電荷像現像用キャリア(以下、単に「キャリア」ともいう。)は、磁性粉を樹脂中に分散してなるコア粒子、及び、前記コア粒子を被覆する樹脂被覆層を有し、前記樹脂被覆層の表面被覆率が、96面積%以上であり、前記樹脂被覆層が、無機粒子を、前記樹脂被覆層の全質量に対し、10質量%以上50質量%以下含み、X線光電子分光法により求めたキャリア表面の前記無機粒子の表面露出率が、6atomic%以上15atomic%以下である。
本実施形態において、カーボンブラックは無機粒子でないものとする。
本実施形態に係るキャリアは、重合コアを有するキャリアであっても、経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、及び、経時帯電立ち上がり性に優れる。その機序として、下記が推測される。
磁性粉を樹脂中に分散してなるコア粒子(いわゆる、重合コア)はその製法から充填フェライトコアと比較し、低比重であり、形状が丸く、磁化が小さいという特徴が挙げられる。
しかしながら、重合コア、特に、樹脂被覆層のコア粒子に対する被覆率が、96面積%以上である重合コアは、比重が小さく、軽く、また、磁力弱いため、感光体へのキャリア付着(BCO)が多いという問題、及び、重合コアが軽く丸いため、現像機内における流動性が悪く、帯電の立ち上がり性が悪いことを、本発明者らは見出した。
現像手段内で長くトナーが留まるとき、トナーとキャリアとの電荷交換が続くため、トナーの外添状態が変化することから、帯電が変化すると推定される。
本実施形態に係る静電荷像現像用キャリアを用いると、樹脂被覆層が、無機粒子を、樹脂被覆層の全質量に対し、10質量%以上50質量%以下含むことにより、樹脂被覆層を強くし、現像手段内での負荷が強くても、抵抗変化を抑制し、経時における像保持体へのキャリア付着を抑制する。
また、本実施形態に係る静電荷像現像用キャリアを用いると、X線光電子分光法により求めたキャリア表面の前記無機粒子の表面露出率が、6atomic%以上15atomic%以下であることにより、キャリアは表面に微細な凹凸を有しており、キャリアの流動性を上げて均一に帯電を付与でき、また、微細な凹凸により摩擦されやすい方向となり帯電量が向上する。
これらのため、重合コアを有するキャリアであっても、経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、及び、経時帯電立ち上がり性に優れる。
しかしながら、重合コア、特に、樹脂被覆層のコア粒子に対する被覆率が、96面積%以上である重合コアは、比重が小さく、軽く、また、磁力弱いため、感光体へのキャリア付着(BCO)が多いという問題、及び、重合コアが軽く丸いため、現像機内における流動性が悪く、帯電の立ち上がり性が悪いことを、本発明者らは見出した。
現像手段内で長くトナーが留まるとき、トナーとキャリアとの電荷交換が続くため、トナーの外添状態が変化することから、帯電が変化すると推定される。
本実施形態に係る静電荷像現像用キャリアを用いると、樹脂被覆層が、無機粒子を、樹脂被覆層の全質量に対し、10質量%以上50質量%以下含むことにより、樹脂被覆層を強くし、現像手段内での負荷が強くても、抵抗変化を抑制し、経時における像保持体へのキャリア付着を抑制する。
また、本実施形態に係る静電荷像現像用キャリアを用いると、X線光電子分光法により求めたキャリア表面の前記無機粒子の表面露出率が、6atomic%以上15atomic%以下であることにより、キャリアは表面に微細な凹凸を有しており、キャリアの流動性を上げて均一に帯電を付与でき、また、微細な凹凸により摩擦されやすい方向となり帯電量が向上する。
これらのため、重合コアを有するキャリアであっても、経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、及び、経時帯電立ち上がり性に優れる。
以下、本実施形態に係るキャリアの構成を詳細に説明する。
<樹脂被覆層>
本実施形態に係る静電荷像現像用キャリアは、前記コア粒子を被覆する樹脂被覆層を有し、前記樹脂被覆層の表面被覆率が、96面積%以上であり、前記樹脂被覆層が、無機粒子を、前記樹脂被覆層の全質量に対し、10質量%以上50質量%以下含み、X線光電子分光法により求めたキャリア表面の前記無機粒子の表面露出率が、6atomic%以上15atomic%以下である。
本実施形態に係る静電荷像現像用キャリアは、前記コア粒子を被覆する樹脂被覆層を有し、前記樹脂被覆層の表面被覆率が、96面積%以上であり、前記樹脂被覆層が、無機粒子を、前記樹脂被覆層の全質量に対し、10質量%以上50質量%以下含み、X線光電子分光法により求めたキャリア表面の前記無機粒子の表面露出率が、6atomic%以上15atomic%以下である。
前記樹脂被覆層の表面被覆率は、96面積%以上であり、初期及び経時における像保持体へのキャリア付着抑制性の観点から、97面積%以上100面積%以下であることが好ましく、98面積%以上100面積%以下であることがより好ましい。
本実施形態に係るキャリアにおけるX線光電子分光法により求めたキャリア表面の前記無機粒子の表面露出率は、6atomic%以上15atomic%以下であり、初期及び経時帯電立ち上がり性の観点から、7atomic%以上13atomic%以下であることが好ましく、8atomic%以上11atomic%以下であることがより好ましい。
本実施形態におけるキャリアにおける樹脂被覆層の表面被覆率、及び、無機粒子の表面露出率の測定は、以下の方法により行うものとする。
キャリアを試料にして、下記の条件でX線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)で分析し、各元素のピーク強度からキャリア表面における鉄元素濃度(コア粒子の表面露出率)を測定し、また、無機粒子に含まれる珪素元素濃度等より無機粒子の表面露出率(atomic%)を求める。
・XPS装置:アルバック・ファイ社製、VersaProbeII
・エッチング銃:アルゴン銃
・加速電圧:5kV
・エミッション電流:20mA
・スパッタ領域:2mm×2mm
・スパッタレート:3nm/min(SiO2換算)
また、キャリア表面における鉄元素濃度(コア粒子の表面露出濃度)からコア粒子の露出面積を算出し、キャリアの測定面積より引くことにより、樹脂被覆層の面積を算出し、更に樹脂被覆層の表面被覆率を算出した。
キャリアを試料にして、下記の条件でX線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)で分析し、各元素のピーク強度からキャリア表面における鉄元素濃度(コア粒子の表面露出率)を測定し、また、無機粒子に含まれる珪素元素濃度等より無機粒子の表面露出率(atomic%)を求める。
・XPS装置:アルバック・ファイ社製、VersaProbeII
・エッチング銃:アルゴン銃
・加速電圧:5kV
・エミッション電流:20mA
・スパッタ領域:2mm×2mm
・スパッタレート:3nm/min(SiO2換算)
また、キャリア表面における鉄元素濃度(コア粒子の表面露出濃度)からコア粒子の露出面積を算出し、キャリアの測定面積より引くことにより、樹脂被覆層の面積を算出し、更に樹脂被覆層の表面被覆率を算出した。
前記樹脂被覆層は、無機粒子を、前記樹脂被覆層の全質量に対し、10質量%以上50質量%以下含み、初期及び経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、並びに、初期及び経時帯電立ち上がり性の観点から、20質量%以上45質量%以下含むことが好ましく、30質量%以上40質量%以下含むことがより好ましい。
また、初期及び経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、並びに、初期及び経時帯電立ち上がり性の観点から、前記樹脂被覆層は、シリカ粒子を、前記樹脂被覆層の全質量に対し、10質量%以上50質量%以下含むことが好ましく、20質量%以上45質量%以下含むことがより好ましく、30質量%以上40質量%以下含むことが特に好ましい。
また、初期及び経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、並びに、初期及び経時帯電立ち上がり性の観点から、前記樹脂被覆層は、シリカ粒子を、前記樹脂被覆層の全質量に対し、10質量%以上50質量%以下含むことが好ましく、20質量%以上45質量%以下含むことがより好ましく、30質量%以上40質量%以下含むことが特に好ましい。
本実施形態における樹脂被覆層中の無機粒子の含有量の測定は、以下の方法により行うものとする。
樹脂被覆層中の無機粒子の含有量の測定方法としては、現像剤よりトナーと分離したキャリア2gを20mLのガラス瓶に投入し、質量を計測する。次に、ガラス瓶にメチルエチルケトン15mL投入し、ウェーブロータで10分間撹拌し、溶媒にて樹脂被覆層を溶解させる。磁石を用いて溶媒を除去し、更にメチルエチケトン10mLにてキャリア芯材(コア粒子)を3回洗浄する。洗浄したキャリア芯材を乾燥後精秤し、キャリア2gとの差分をキャリアの樹脂被覆層の質量とする。また、除去した溶媒を乾燥して残った残渣が、無機粒子の質量である。前述した樹脂被覆層の質量、及び、無機粒子の質量より、キャリアの樹脂被覆層中の無機粒子の含有量(質量%)を算出する。
樹脂被覆層中の無機粒子の含有量の測定方法としては、現像剤よりトナーと分離したキャリア2gを20mLのガラス瓶に投入し、質量を計測する。次に、ガラス瓶にメチルエチルケトン15mL投入し、ウェーブロータで10分間撹拌し、溶媒にて樹脂被覆層を溶解させる。磁石を用いて溶媒を除去し、更にメチルエチケトン10mLにてキャリア芯材(コア粒子)を3回洗浄する。洗浄したキャリア芯材を乾燥後精秤し、キャリア2gとの差分をキャリアの樹脂被覆層の質量とする。また、除去した溶媒を乾燥して残った残渣が、無機粒子の質量である。前述した樹脂被覆層の質量、及び、無機粒子の質量より、キャリアの樹脂被覆層中の無機粒子の含有量(質量%)を算出する。
樹脂被覆層に含まれる無機粒子としては、シリカ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ等の金属酸化物粒子;硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム等の金属化合物粒子;金、銀、銅等の金属粒子;などが挙げられる。
これらの中でも、初期及び経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、並びに、初期及び経時帯電立ち上がり性の観点から、シリカ粒子が好ましい。
これらの中でも、初期及び経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、並びに、初期及び経時帯電立ち上がり性の観点から、シリカ粒子が好ましい。
樹脂被覆層中の無機粒子の算術平均粒径は、初期及び経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、並びに、初期及び経時帯電立ち上がり性の観点から、5nm以上90nm以下であることが好ましく、5nm以上70nm以下であることがより好ましく、5nm以上50nm以下であることが更に好ましく、8nm以上50nm以下であることが特に好ましい。
本実施形態における樹脂被覆層の平均厚さは、濃度変化抑制性の観点から、0.6μm以上1.4μm以下であることが好ましく、0.8μm以上1.2μm以下であることがより好ましく、0.8μm以上1.1μm以下であることが特に好ましい。
本実施形態において、樹脂被覆層に含まれる無機粒子の平均粒径と、樹脂被覆層の平均厚さとは、下記の方法により求める。
キャリアをエポキシ樹脂で包埋し、ミクロトームで切削し、キャリア断面を作製する。キャリア断面を走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)により撮影したSEM画像を、画像処理解析装置に取り込み画像解析を行う。樹脂被覆層中の無機粒子(一次粒子)を無作為に100個選び、それぞれの円相当径(nm)を求め、算術平均し、これを無機粒子の平均粒径(nm)とする。
また、キャリア1粒子あたり10箇所を無作為に選んで樹脂被覆層の厚さ(μm)を測定し、更にキャリア100個について測定し、すべてを算術平均し、これを樹脂被覆層の平均厚さ(μm)とする。
キャリアをエポキシ樹脂で包埋し、ミクロトームで切削し、キャリア断面を作製する。キャリア断面を走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope,SEM)により撮影したSEM画像を、画像処理解析装置に取り込み画像解析を行う。樹脂被覆層中の無機粒子(一次粒子)を無作為に100個選び、それぞれの円相当径(nm)を求め、算術平均し、これを無機粒子の平均粒径(nm)とする。
また、キャリア1粒子あたり10箇所を無作為に選んで樹脂被覆層の厚さ(μm)を測定し、更にキャリア100個について測定し、すべてを算術平均し、これを樹脂被覆層の平均厚さ(μm)とする。
無機粒子の表面は、疎水化処理が施されていてもよい。疎水化処理剤としては、例えば、アルキル基(例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等)を有する公知の有機珪素化合物が挙げられ、具体例には、アルコキシシラン化合物、シロキサン化合物、シラザン化合物等が挙げられる。これらの中でも、疎水化処理剤は、シラザン化合物が好ましく、ヘキサメチルジシラザンが好ましい。疎水化処理剤は、1種単独で使用してもよいし、2種以上併用してもよい。
無機粒子を疎水化処理剤による疎水化処理する方法としては、例えば、超臨界二酸化炭素を利用して、超臨界二酸化炭素中に疎水化処理剤を溶解させて、無機粒子表面に疎水化処理剤を付着させる方法;大気中において、疎水化処理剤と前記疎水化処理剤を溶解する溶媒とを含む溶液を無機粒子表面に付与(例えば噴霧又は塗布)して、無機粒子表面に疎水化処理剤を付着させる方法;大気中において、無機粒子分散液に疎水化処理剤と前記疎水化処理剤を溶解する溶媒とを含む溶液を添加して保持した後、無機粒子分散液及び前記溶液の混合溶液を乾燥させる方法;が挙げられる。
樹脂被覆層を構成する樹脂としては、スチレン・アクリル酸共重合体;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂;ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン等のポリビニル系又はポリビニリデン系樹脂;塩化ビニル・酢酸ビニル共重合体;オルガノシロキサン結合からなるストレートシリコーン樹脂又はその変性物;ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素樹脂;ポリエステル;ポリウレタン;ポリカーボネート;尿素・ホルムアルデヒド樹脂等のアミノ樹脂;エポキシ樹脂;などが挙げられる。
中でも、樹脂被覆層を構成する樹脂は、帯電性、外添剤付着制御性、初期及び経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、並びに、初期及び経時帯電立ち上がり性の観点から、アクリル樹脂を含むことが好ましく、アクリル樹脂を、樹脂被覆層中の樹脂の全質量に対し、50質量%以上含むことがより好ましく、アクリル樹脂を、樹脂被覆層中の樹脂の全質量に対し、80質量%以上含むことが特に好ましい。
中でも、樹脂被覆層を構成する樹脂は、帯電性、外添剤付着制御性、初期及び経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、並びに、初期及び経時帯電立ち上がり性の観点から、アクリル樹脂を含むことが好ましく、アクリル樹脂を、樹脂被覆層中の樹脂の全質量に対し、50質量%以上含むことがより好ましく、アクリル樹脂を、樹脂被覆層中の樹脂の全質量に対し、80質量%以上含むことが特に好ましい。
樹脂被覆層は、初期及び経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、並びに、初期及び経時帯電立ち上がり性の観点から、脂環構造を有するアクリル樹脂を含有することが好ましい。脂環構造を有するアクリル樹脂の重合成分としては、(メタ)アクリル酸の低級アルキルエステル(例えば、アルキル基の炭素数が1以上9以下の(メタ)アクリル酸アルキルエステル)が好ましく、具体的には、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート等が挙げられる。これらの単量体は、1種を用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
脂環構造を有するアクリル樹脂は、重合成分としてシクロヘキシル(メタ)アクリレートを含むことが好ましい。脂環構造を有するアクリル樹脂に含まれるシクロヘキシル(メタ)アクリレートに由来するモノマー単位の含有量は、脂環構造を有するアクリル樹脂の全質量に対して、75質量%以上100質量%以下が好ましく、85質量%以上100質量%以下がより好ましく、95質量%以上100質量%以下が更に好ましい。
脂環構造を有するアクリル樹脂は、重合成分としてシクロヘキシル(メタ)アクリレートを含むことが好ましい。脂環構造を有するアクリル樹脂に含まれるシクロヘキシル(メタ)アクリレートに由来するモノマー単位の含有量は、脂環構造を有するアクリル樹脂の全質量に対して、75質量%以上100質量%以下が好ましく、85質量%以上100質量%以下がより好ましく、95質量%以上100質量%以下が更に好ましい。
前記樹脂被覆層に含まれる樹脂の重量平均分子量は、30万未満であることが好ましく、25万未満であることがより好ましく、5,000以上25万未満であることが更に好ましく、1万以上20万以下であることが特に好ましい。上記範囲であると、粘度が最適になりキャリアコアとの密着性が向上するため、現像器ストレスでのコート剥がれが抑制されるため、初期及び経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、並びに、初期及び経時帯電立ち上がり性により優れる。
樹脂被覆層には、帯電や抵抗を制御する目的で、導電性粒子が含まれていてもよい。導電性粒子としては、例えば、カーボンブラック、前述の無機粒子のなかで導電性を有する粒子が挙げられる。
樹脂被覆層をコア粒子表面に形成する方法としては、例えば、湿式製法及び乾式製法が挙げられる。湿式製法は、樹脂被覆層を構成する樹脂を溶解又は分散させる溶剤を用いる製法である。一方、乾式製法は、上記溶剤を用いない製法である。
湿式製法としては、例えば、コア粒子を樹脂被覆層形成用樹脂液中に浸漬して被覆する浸漬法;樹脂被覆層形成用樹脂液をコア粒子表面に噴霧するスプレー法;コア粒子を流動床中に流動化させた状態で樹脂被覆層形成用樹脂液を噴霧する流動床法;ニーダーコーター中でコア粒子と樹脂被覆層形成用樹脂液とを混合し、溶剤を除去するニーダーコーター法;などが挙げられる。これらの製法を繰り返したり、組み合わせたりしてもよい。
湿式製法において用いられる樹脂被覆層形成用樹脂液は、樹脂、無機粒子及びその他の成分を溶剤に溶解又は分散させて調製する。溶剤としては、特に限定されず、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;などが使用される。
湿式製法において用いられる樹脂被覆層形成用樹脂液は、樹脂、無機粒子及びその他の成分を溶剤に溶解又は分散させて調製する。溶剤としては、特に限定されず、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;などが使用される。
乾式製法としては、例えば、コア粒子と樹脂被覆層形成用樹脂の混合物を乾燥状態で加熱して樹脂被覆層を形成する方法が挙げられる。具体的には例えば、コア粒子と樹脂被覆層形成用樹脂とを気相中で混合して加熱溶融し、樹脂被覆層を形成する。
<コア粒子>
本実施形態に係る静電荷像現像用キャリアは、磁性粉を樹脂中に分散してなるコア粒子を有する。
本実施形態に係る静電荷像現像用キャリアは、磁性粉を樹脂中に分散してなるコア粒子を有する。
磁性粉としては、特に限定されないが、従来公知のいずれの磁性粉を使用してもよい。具体的には、γ-酸化鉄、フェライトや、マグネタイト等を挙げることができ、安定性に優れている点で、フェライトや、マグネタイトを用いることがよく、安価な点で、マグネタイトが好ましい。
フェライトの例としては、例えば、下記構造式で表されるフェライトの粒子が挙げられる。
構造式:(MO)X(Fe2O3)Y
(構造式中、Mは、Cu、Zn、Fe、Mg、Mn、Ca、Li、Ti、Ni、Sn、Sr、Al、Ba、Co、及びMoから選ばれる少なくとも1種の金属元素を表す。また、X、Yは、モル比を示し、且つ、X+Y=100を満たす。)
構造式:(MO)X(Fe2O3)Y
(構造式中、Mは、Cu、Zn、Fe、Mg、Mn、Ca、Li、Ti、Ni、Sn、Sr、Al、Ba、Co、及びMoから選ばれる少なくとも1種の金属元素を表す。また、X、Yは、モル比を示し、且つ、X+Y=100を満たす。)
フェライトとして、上記構造式で示される構造のうち、Mが複数の金属元素で表される構造は、例えば、Mn-Zn系フェライト、Ni-Zn系フェライト、Mn-Mg系フェライト、Li系フェライト、Cu-Zn系フェライトなどの鉄系酸化物が挙げられる。
磁性粉の体積平均粒径は、0.01μm以上1μm以下であることが好ましく、0.03μm以上0.5μm以下であることがより好ましく、0.05μm以上0.35μm以下であることが特に好ましい。
本実施形態における磁性粉、コア粒子、及び、キャリアの体積平均粒径は、レーザー回折粒度分布測定装置LA-700((株)堀場製作所製)により測定される値とする。具体的には、測定装置により得られた粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、小粒径側から体積累積分布を引いて累積50%となる粒子径を体積平均粒径とする。
また、コア粒子をキャリアから分離する方法としては、有機溶媒により樹脂被覆層を溶解させ、コア粒子を分離する方法が好適に挙げられる。
また、キャリアからコア粒子を分離する方法として、より具体的には、例えば、以下の方法が挙げられる。
キャリア20gをトルエン100mLに入れる。40kHzの条件で超音波を30秒あてる。粒径に合わせ任意のろ紙を用いてコア粒子と樹脂溶液とを分離する。ろ紙に残ったコア粒子に20mLのトルエンを上から流し、洗浄する。次に、ろ紙に残ったコア粒子を回収する。回収したコア粒子を同様にトルエン100mLに入れ、40kHzの条件で超音波を30秒あてる。同様にろ過し、20mLのトルエンで洗ったのち、回収する。これを合計10回行う。最後に回収したコア粒子を乾燥させる。
本実施形態における磁性粉、コア粒子、及び、キャリアの体積平均粒径は、レーザー回折粒度分布測定装置LA-700((株)堀場製作所製)により測定される値とする。具体的には、測定装置により得られた粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、小粒径側から体積累積分布を引いて累積50%となる粒子径を体積平均粒径とする。
また、コア粒子をキャリアから分離する方法としては、有機溶媒により樹脂被覆層を溶解させ、コア粒子を分離する方法が好適に挙げられる。
また、キャリアからコア粒子を分離する方法として、より具体的には、例えば、以下の方法が挙げられる。
キャリア20gをトルエン100mLに入れる。40kHzの条件で超音波を30秒あてる。粒径に合わせ任意のろ紙を用いてコア粒子と樹脂溶液とを分離する。ろ紙に残ったコア粒子に20mLのトルエンを上から流し、洗浄する。次に、ろ紙に残ったコア粒子を回収する。回収したコア粒子を同様にトルエン100mLに入れ、40kHzの条件で超音波を30秒あてる。同様にろ過し、20mLのトルエンで洗ったのち、回収する。これを合計10回行う。最後に回収したコア粒子を乾燥させる。
また、磁性粉のコア粒子中における含有量としては、造粒及びトナー等への機械的負荷が抑制される等の観点から、30質量%以上98質量%以下であることが好ましく、45質量%以上95質量%以下であることがより好ましく、60質量%以上95質量%以下であることが特に好ましい。
コア粒子を構成する樹脂成分としては、熱可塑性樹脂、又は、熱硬化性樹脂のいずれでもよく、例えば、ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、セルロース樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂及びポリエーテル樹脂の如き樹脂が挙げられる。樹脂は、一種であっても、二種以上の混合樹脂であってもよい。
フェノール樹脂としては、例えば、フェノール類とホルムアルデヒドとを反応させて得られたものである。コア粒子は、例えば、強磁性鉄化合物粒子と非磁性鉄化合物粒子とフェノール類とアルデヒド類とを塩基性触媒の存在下、水性媒体中で反応させて得られる。
フェノール樹脂は、フェノール自体の他、m-クレゾール、p-tert-ブチルフェノール、o-プロピルフェノール、レゾルシノール、ビスフェノールA等のアルキルフェノール類及びベンゼン核又はアルキル基の一部又は全部が塩素原子臭素原子で置換されたハロゲン化フェノール類等のフェノール性水酸基を有する化合物が挙げられるが、この中でも、フェノールが特に好ましい。
アルデヒド類のフェノール類に対するモル比は、1~2が好ましく、特に好ましくは1.1~1.6である。アルデヒド類のフェノール類に対するモル比が1より小さいと、球状複合体粒子が生成し難かったり、生成したとしても樹脂の硬化が進行し難いために、生成する粒子の強度が弱かったりする傾向があり、一方、アルデヒド類のフェノール類に対するモル比が2よりも大きいと、反応後に水性媒体中に残留する未反応のアルデヒド類が増加する傾向がある。
本実施形態に用いる塩基性触媒としては、通常のレゾール樹脂製造に使用されているもの、例えば、アンモニア水、ヘキサメチレンテトラミン及びジメチルアミン、ジエチルトリアミン、ポリエチレンイミン等のアルキルアミンが挙げられる。これら塩基性触媒のフェノール類に対するモル比は、0.02以上0.3以下が好ましい。
前記フェノール類とアルデヒド類を塩基性触媒の存在下で反応させるに際し、共存させる強磁性鉄化合物粒子及び非磁性鉄化合物粒子の量は、フェノール類に対して重量で0.5倍以上200倍以下が好ましい。更に、生成する球状複合体粒子の強度を考慮すると、4倍以上100倍以下であることがより好ましい。
フェノール樹脂は、フェノール自体の他、m-クレゾール、p-tert-ブチルフェノール、o-プロピルフェノール、レゾルシノール、ビスフェノールA等のアルキルフェノール類及びベンゼン核又はアルキル基の一部又は全部が塩素原子臭素原子で置換されたハロゲン化フェノール類等のフェノール性水酸基を有する化合物が挙げられるが、この中でも、フェノールが特に好ましい。
アルデヒド類のフェノール類に対するモル比は、1~2が好ましく、特に好ましくは1.1~1.6である。アルデヒド類のフェノール類に対するモル比が1より小さいと、球状複合体粒子が生成し難かったり、生成したとしても樹脂の硬化が進行し難いために、生成する粒子の強度が弱かったりする傾向があり、一方、アルデヒド類のフェノール類に対するモル比が2よりも大きいと、反応後に水性媒体中に残留する未反応のアルデヒド類が増加する傾向がある。
本実施形態に用いる塩基性触媒としては、通常のレゾール樹脂製造に使用されているもの、例えば、アンモニア水、ヘキサメチレンテトラミン及びジメチルアミン、ジエチルトリアミン、ポリエチレンイミン等のアルキルアミンが挙げられる。これら塩基性触媒のフェノール類に対するモル比は、0.02以上0.3以下が好ましい。
前記フェノール類とアルデヒド類を塩基性触媒の存在下で反応させるに際し、共存させる強磁性鉄化合物粒子及び非磁性鉄化合物粒子の量は、フェノール類に対して重量で0.5倍以上200倍以下が好ましい。更に、生成する球状複合体粒子の強度を考慮すると、4倍以上100倍以下であることがより好ましい。
ビニル樹脂としては、例えば、ビニルエーテル樹脂、及び、N-ビニル樹脂が好ましく挙げられる。ビニル樹脂の中ではこれらの樹脂の中でも、結着性の観点からビニルエーテル樹脂が好ましい。
中でも、強度、初期及び経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、並びに、初期及び経時帯電立ち上がり性の観点から、前記コア粒子における前記樹脂は、フェノール樹脂を含むことが好ましく、フェノール樹脂を、樹脂被覆層中の樹脂の全質量に対し、50質量%以上含むことがより好ましく、フェノール樹脂を、樹脂被覆層中の樹脂の全質量に対し、80質量%以上含むことが特に好ましい。
また、前記コア粒子には、目的に応じて、更にその他の成分を含有していてもよい。その他の成分としては、例えば、帯電制御剤、フッ素含有粒子などが挙げられる。
前記コア粒子の製造方法は、特に制限はないが、例えば、前記磁性粉と樹脂とを、バンバリーミキサー、ニーダなどを用いて溶融混練し、冷却した後に粉砕し、分級する溶融混練法(特公昭59-24416号公報、特公平8-3679号公報等)や、結着樹脂のモノマー単位と磁性粉とを溶媒中に分散して懸濁液を調製し、この懸濁液を重合させる懸濁重合法(特開平5-100493号公報等)や、樹脂溶液中に磁性粉を混合分散した後、噴霧乾燥するスプレードライ法などが挙げられる。
上記の溶融混練法、懸濁重合法、及びスプレードライ法はいずれも、磁性粉をあらかじめ何らかの手段により調製しておき、この磁性粉と樹脂溶液とを混合し、樹脂溶液中に磁性粉を分散させる工程を含む。
上記の溶融混練法、懸濁重合法、及びスプレードライ法はいずれも、磁性粉をあらかじめ何らかの手段により調製しておき、この磁性粉と樹脂溶液とを混合し、樹脂溶液中に磁性粉を分散させる工程を含む。
コア粒子の磁力は、3,000エルステッドの磁場における飽和磁化が、50emu/g以上が好ましく、60emu/g以上がより好ましい。上記飽和磁化の測定は、振動試料型磁気測定装置VSMP10-15(東英工業(株)製)を用いて行う。測定試料は内径7mm、高さ5mmのセルに詰めて前記装置にセットする。測定は印加磁場を加え、最大3000エルステッドまで掃引する。次いで、印加磁場を減少させ、記録紙上にヒステリシスカーブを作製する。カーブのデータより、飽和磁化、残留磁化、保持力を求める。
コア粒子の体積電気抵抗(体積抵抗率)は、1×105Ω・cm以上1×109Ω・cm以下が好ましく、1×107Ω・cm以上1×109Ω・cm以下がより好ましい。
コア粒子の体積電気抵抗(Ω・cm)は以下のように測定する。20cm2の電極板を配した円形の治具の表面に、測定対象物を1mm以上3mm以下の厚さになるように平坦に載せ、層を形成する。この上に前記20cm2の電極板を載せて層を挟み込む。測定対象物間の空隙をなくすため、層上に配置した電極板の上に4kgの荷重をかけてから層の厚み(cm)を測定する。層の上下の両電極には、エレクトロメーター及び高圧電源発生装置に接続されている。両電極に電界が103.8V/cmとなるように高電圧を印加し、このとき流れた電流値(A)を読み取る。測定環境は、温度20℃、相対湿度50%とする。測定対象物の体積電気抵抗(Ω・cm)の計算式は、下記式に示す通りである。
R=E×20/(I-I0)/L
上記式中、Rは測定対象物の体積電気抵抗(Ω・cm)、Eは印加電圧(V)、Iは電流値(A)、I0は印加電圧0Vにおける電流値(A)、Lは層の厚み(cm)をそれぞれ表す。係数20は、電極板の面積(cm2)を表す。
コア粒子の体積電気抵抗(Ω・cm)は以下のように測定する。20cm2の電極板を配した円形の治具の表面に、測定対象物を1mm以上3mm以下の厚さになるように平坦に載せ、層を形成する。この上に前記20cm2の電極板を載せて層を挟み込む。測定対象物間の空隙をなくすため、層上に配置した電極板の上に4kgの荷重をかけてから層の厚み(cm)を測定する。層の上下の両電極には、エレクトロメーター及び高圧電源発生装置に接続されている。両電極に電界が103.8V/cmとなるように高電圧を印加し、このとき流れた電流値(A)を読み取る。測定環境は、温度20℃、相対湿度50%とする。測定対象物の体積電気抵抗(Ω・cm)の計算式は、下記式に示す通りである。
R=E×20/(I-I0)/L
上記式中、Rは測定対象物の体積電気抵抗(Ω・cm)、Eは印加電圧(V)、Iは電流値(A)、I0は印加電圧0Vにおける電流値(A)、Lは層の厚み(cm)をそれぞれ表す。係数20は、電極板の面積(cm2)を表す。
キャリアの体積平均粒径は、濃度変化抑制性の観点から、25μm以上40μm以下が好ましく、27μm以上38μm以下がより好ましく、29μm以上36μm以下が特に好ましい。
(静電荷像現像剤)
本実施形態に係る現像剤は、本実施形態に係る静電荷像現像用キャリアと、トナーと、を含む二成分現像剤である。トナーは、トナー粒子と、必要に応じて外添剤と、を含む。
本実施形態に係る現像剤は、本実施形態に係る静電荷像現像用キャリアと、トナーと、を含む二成分現像剤である。トナーは、トナー粒子と、必要に応じて外添剤と、を含む。
現像剤おけるキャリアとトナーとの混合比(質量比)は、キャリア:トナー=100:1乃至100:30が好ましく、100:3乃至100:20がより好ましい。
<トナー粒子>
トナー粒子は、例えば、結着樹脂と、必要に応じて、着色剤と、離型剤と、その他添加剤と、を含んで構成される。
トナー粒子は、例えば、結着樹脂と、必要に応じて、着色剤と、離型剤と、その他添加剤と、を含んで構成される。
-結着樹脂-
結着樹脂としては、例えば、スチレン類(例えばスチレン、パラクロロスチレン、α-メチルスチレン等)、(メタ)アクリル酸エステル類(例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n-プロピル、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n-プロピル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸2-エチルヘキシル等)、エチレン性不飽和ニトリル類(例えばアクリロニトリル、メタクリロニトリル等)、ビニルエーテル類(例えばビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等)、ビニルケトン類(例えばビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等)、オレフィン類(例えばエチレン、プロピレン、ブタジエン等)等の単量体の単独重合体、又はこれら単量体を2種以上組み合せた共重合体からなるビニル系樹脂が挙げられる。
結着樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂、変性ロジン等の非ビニル系樹脂、これらと前記ビニル系樹脂との混合物、又は、これらの共存下でビニル系単量体を重合して得られるグラフト重合体等も挙げられる。
これらの結着樹脂は、1種類単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
結着樹脂としては、例えば、スチレン類(例えばスチレン、パラクロロスチレン、α-メチルスチレン等)、(メタ)アクリル酸エステル類(例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n-プロピル、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n-プロピル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸2-エチルヘキシル等)、エチレン性不飽和ニトリル類(例えばアクリロニトリル、メタクリロニトリル等)、ビニルエーテル類(例えばビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等)、ビニルケトン類(例えばビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等)、オレフィン類(例えばエチレン、プロピレン、ブタジエン等)等の単量体の単独重合体、又はこれら単量体を2種以上組み合せた共重合体からなるビニル系樹脂が挙げられる。
結着樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂、変性ロジン等の非ビニル系樹脂、これらと前記ビニル系樹脂との混合物、又は、これらの共存下でビニル系単量体を重合して得られるグラフト重合体等も挙げられる。
これらの結着樹脂は、1種類単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
結着樹脂としては、ポリエステル樹脂が好適である。
ポリエステル樹脂としては、例えば、公知の非晶性ポリエステル樹脂が挙げられる。ポリエステル樹脂は、非晶性ポリエステル樹脂と共に、結晶性ポリエステル樹脂を併用してもよい。但し、結晶性ポリエステル樹脂は、全結着樹脂に対して、含有量が2質量%以上40質量%以下(好ましくは2質量%以上20質量%以下)の範囲で用いることがよい。
ポリエステル樹脂としては、例えば、公知の非晶性ポリエステル樹脂が挙げられる。ポリエステル樹脂は、非晶性ポリエステル樹脂と共に、結晶性ポリエステル樹脂を併用してもよい。但し、結晶性ポリエステル樹脂は、全結着樹脂に対して、含有量が2質量%以上40質量%以下(好ましくは2質量%以上20質量%以下)の範囲で用いることがよい。
樹脂の「結晶性」とは、示差走査熱量測定(DSC)において、階段状の吸熱量変化ではなく、明確な吸熱ピークを有することを指し、具体的には、昇温速度10(℃/min)で測定した際の吸熱ピークの半値幅が10℃以内であることを指す。
一方、樹脂の「非晶性」とは、半値幅が10℃を超えること、階段状の吸熱量変化を示すこと、又は明確な吸熱ピークが認められないことを指す。
一方、樹脂の「非晶性」とは、半値幅が10℃を超えること、階段状の吸熱量変化を示すこと、又は明確な吸熱ピークが認められないことを指す。
・非晶性ポリエステル樹脂
非晶性ポリエステル樹脂としては、例えば、多価カルボン酸と多価アルコールとの縮重合体が挙げられる。非晶性ポリエステル樹脂としては、市販品を使用してもよいし、合成したものを使用してもよい。
非晶性ポリエステル樹脂としては、例えば、多価カルボン酸と多価アルコールとの縮重合体が挙げられる。非晶性ポリエステル樹脂としては、市販品を使用してもよいし、合成したものを使用してもよい。
多価カルボン酸としては、例えば、脂肪族ジカルボン酸(例えばシュウ酸、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、コハク酸、アルケニルコハク酸、アジピン酸、セバシン酸等)、脂環式ジカルボン酸(例えばシクロヘキサンジカルボン酸等)、芳香族ジカルボン酸(例えばテレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸等)、これらの無水物、又はこれらの低級(例えば炭素数1以上5以下)アルキルエステルが挙げられる。これらの中でも、多価カルボン酸としては、例えば、芳香族ジカルボン酸が好ましい。
多価カルボン酸は、ジカルボン酸と共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上のカルボン酸を併用してもよい。3価以上のカルボン酸としては、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸、これらの無水物、又はこれらの低級(例えば炭素数1以上5以下)アルキルエステル等が挙げられる。
多価カルボン酸は、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。
多価カルボン酸は、ジカルボン酸と共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上のカルボン酸を併用してもよい。3価以上のカルボン酸としては、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸、これらの無水物、又はこれらの低級(例えば炭素数1以上5以下)アルキルエステル等が挙げられる。
多価カルボン酸は、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。
多価アルコールとしては、例えば、脂肪族ジオール(例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール等)、脂環式ジオール(例えばシクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、水添ビスフェノールA等)、芳香族ジオール(例えばビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物等)が挙げられる。これらの中でも、多価アルコールとしては、例えば、芳香族ジオール、脂環式ジオールが好ましく、より好ましくは芳香族ジオールである。
多価アルコールとしては、ジオールと共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上の多価アルコールを併用してもよい。3価以上の多価アルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールが挙げられる。
多価アルコールは、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。
多価アルコールとしては、ジオールと共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上の多価アルコールを併用してもよい。3価以上の多価アルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールが挙げられる。
多価アルコールは、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。
非晶性ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)は、50℃以上80℃以下が好ましく、50℃以上65℃以下がより好ましい。
ガラス転移温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線より求め、より具体的にはJIS K7121:1987「プラスチックの転移温度測定方法」のガラス転移温度の求め方に記載の「補外ガラス転移開始温度」により求められる。
ガラス転移温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線より求め、より具体的にはJIS K7121:1987「プラスチックの転移温度測定方法」のガラス転移温度の求め方に記載の「補外ガラス転移開始温度」により求められる。
非晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)は、5000以上1000000以下が好ましく、7000以上500000以下がより好ましい。
非晶性ポリエステル樹脂の数平均分子量(Mn)は、2000以上100000以下が好ましい。
非晶性ポリエステル樹脂の分子量分布Mw/Mnは、1.5以上100以下が好ましく、2以上60以下がより好ましい。
重量平均分子量及び数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定する。GPCによる分子量測定は、測定装置として東ソー製GPC・HLC-8120GPCを用い、東ソー製カラム・TSKgel SuperHM-M(15cm)を使用し、THF溶媒で行う。重量平均分子量及び数平均分子量は、この測定結果から単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用して算出する。
非晶性ポリエステル樹脂の数平均分子量(Mn)は、2000以上100000以下が好ましい。
非晶性ポリエステル樹脂の分子量分布Mw/Mnは、1.5以上100以下が好ましく、2以上60以下がより好ましい。
重量平均分子量及び数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定する。GPCによる分子量測定は、測定装置として東ソー製GPC・HLC-8120GPCを用い、東ソー製カラム・TSKgel SuperHM-M(15cm)を使用し、THF溶媒で行う。重量平均分子量及び数平均分子量は、この測定結果から単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用して算出する。
非晶性ポリエステル樹脂は、公知の製造方法により得られる。具体的には、例えば、重合温度を180℃以上230℃以下とし、必要に応じて反応系内を減圧し、縮合の際に発生する水やアルコールを除去しながら反応させる方法により得られる。
原料の単量体が、反応温度下で溶解又は相溶しない場合は、高沸点の溶剤を溶解補助剤として加え溶解させてもよい。この場合、重縮合反応は溶解補助剤を留去しながら行う。共重合反応において相溶性の悪い単量体が存在する場合は、あらかじめ相溶性の悪い単量体とその単量体と重縮合予定の酸又はアルコールとを縮合させておいてから主成分と重縮合させるとよい。
原料の単量体が、反応温度下で溶解又は相溶しない場合は、高沸点の溶剤を溶解補助剤として加え溶解させてもよい。この場合、重縮合反応は溶解補助剤を留去しながら行う。共重合反応において相溶性の悪い単量体が存在する場合は、あらかじめ相溶性の悪い単量体とその単量体と重縮合予定の酸又はアルコールとを縮合させておいてから主成分と重縮合させるとよい。
・結晶性ポリエステル樹脂
結晶性ポリエステル樹脂としては、例えば、多価カルボン酸と多価アルコールとの重縮合体が挙げられる。結晶性ポリエステル樹脂としては、市販品を使用してもよいし、合成したものを使用してもよい。
ここで、結晶性ポリエステル樹脂は、結晶構造を容易に形成するため、芳香環を有する重合性単量体よりも直鎖状脂肪族の重合性単量体を用いた重縮合体が好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂としては、例えば、多価カルボン酸と多価アルコールとの重縮合体が挙げられる。結晶性ポリエステル樹脂としては、市販品を使用してもよいし、合成したものを使用してもよい。
ここで、結晶性ポリエステル樹脂は、結晶構造を容易に形成するため、芳香環を有する重合性単量体よりも直鎖状脂肪族の重合性単量体を用いた重縮合体が好ましい。
多価カルボン酸としては、例えば、脂肪族ジカルボン酸(例えばシュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,9-ノナンジカルボン酸、1,10-デカンジカルボン酸、1,12-ドデカンジカルボン酸、1,14-テトラデカンジカルボン酸、1,18-オクタデカンジカルボン酸等)、芳香族ジカルボン酸(例えばフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレン-2,6-ジカルボン酸等の二塩基酸等)、これらの無水物、又はこれらの低級(例えば炭素数1以上5以下)アルキルエステルが挙げられる。
多価カルボン酸は、ジカルボン酸と共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上のカルボン酸を併用してもよい。3価のカルボン酸としては、例えば、芳香族カルボン酸(例えば1,2,3-ベンゼントリカルボン酸、1,2,4-ベンゼントリカルボン酸、1,2,4-ナフタレントリカルボン酸等)、これらの無水物、又はこれらの低級(例えば炭素数1以上5以下)アルキルエステルが挙げられる。
多価カルボン酸としては、これらジカルボン酸と共に、スルホン酸基を持つジカルボン酸、エチレン性二重結合を持つジカルボン酸を併用してもよい。
多価カルボン酸は、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。
多価カルボン酸は、ジカルボン酸と共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上のカルボン酸を併用してもよい。3価のカルボン酸としては、例えば、芳香族カルボン酸(例えば1,2,3-ベンゼントリカルボン酸、1,2,4-ベンゼントリカルボン酸、1,2,4-ナフタレントリカルボン酸等)、これらの無水物、又はこれらの低級(例えば炭素数1以上5以下)アルキルエステルが挙げられる。
多価カルボン酸としては、これらジカルボン酸と共に、スルホン酸基を持つジカルボン酸、エチレン性二重結合を持つジカルボン酸を併用してもよい。
多価カルボン酸は、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。
多価アルコールとしては、例えば、脂肪族ジオール(例えば主鎖部分の炭素数が7以上20以下である直鎖型脂肪族ジオール)が挙げられる。脂肪族ジオールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,7-ヘプタンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、1,11-ウンデカンジオール、1,12-ドデカンジオール、1,13-トリデカンジオール、1,14-テトラデカンジオール、1,18-オクタデカンジオール、1,14-エイコサンデカンジオールなどが挙げられる。これらの中でも、脂肪族ジオールとしては、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオールが好ましい。
多価アルコールは、ジオールと共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上のアルコールを併用してもよい。3価以上のアルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等が挙げられる。
多価アルコールは、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。
多価アルコールは、ジオールと共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上のアルコールを併用してもよい。3価以上のアルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等が挙げられる。
多価アルコールは、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。
ここで、多価アルコールは、脂肪族ジオールの含有量を80モル%以上とすることがよく、好ましくは90モル%以上である。
結晶性ポリエステル樹脂の融解温度は、50℃以上100℃以下が好ましく、55℃以上90℃以下がより好ましく、60℃以上85℃以下がさらに好ましい。
融解温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線から、JIS K7121:1987「プラスチックの転移温度測定方法」の融解温度の求め方に記載の「融解ピーク温度」により求める。
融解温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線から、JIS K7121:1987「プラスチックの転移温度測定方法」の融解温度の求め方に記載の「融解ピーク温度」により求める。
結晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)は、6,000以上35,000以下が好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂は、例えば、非晶性ポリエステルと同様に、公知の製造方法により得られる。
結着樹脂の含有量は、トナー粒子全体に対して、40質量%以上95質量%以下が好ましく、50質量%以上90質量%以下がより好ましく、60質量%以上85質量%以下が更に好ましい。
-着色剤-
着色剤としては、例えば、カーボンブラック、クロムイエロー、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、スレンイエロー、キノリンイエロー、ピグメントイエロー、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、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド、ブリリアントカーミン3B、ブリリアントカーミン6B、デュポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、リソールレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ピグメントレッド、ローズベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、ピグメントブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオキサレート等の顔料;アクリジン系、キサンテン系、アゾ系、ベンゾキノン系、アジン系、アントラキノン系、チオインジコ系、ジオキサジン系、チアジン系、アゾメチン系、インジコ系、フタロシアニン系、アニリンブラック系、ポリメチン系、トリフェニルメタン系、ジフェニルメタン系、チアゾール系等の染料;が挙げられる。
着色剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
着色剤としては、例えば、カーボンブラック、クロムイエロー、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、スレンイエロー、キノリンイエロー、ピグメントイエロー、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、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド、ブリリアントカーミン3B、ブリリアントカーミン6B、デュポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、リソールレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ピグメントレッド、ローズベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、ピグメントブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオキサレート等の顔料;アクリジン系、キサンテン系、アゾ系、ベンゾキノン系、アジン系、アントラキノン系、チオインジコ系、ジオキサジン系、チアジン系、アゾメチン系、インジコ系、フタロシアニン系、アニリンブラック系、ポリメチン系、トリフェニルメタン系、ジフェニルメタン系、チアゾール系等の染料;が挙げられる。
着色剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
着色剤は、必要に応じて表面処理された着色剤を用いてもよく、分散剤と併用してもよい。また、着色剤は、複数種を併用してもよい。
着色剤の含有量は、トナー粒子全体に対して、1質量%以上30質量%以下が好ましく、3質量%以上15質量%以下がより好ましい。
-離型剤-
離型剤としては、例えば、炭化水素系ワックス;カルナバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス等の天然ワックス;モンタンワックス等の合成又は鉱物・石油系ワックス;脂肪酸エステル、モンタン酸エステル等のエステル系ワックス;などが挙げられる。離型剤は、これに限定されるものではない。
離型剤としては、例えば、炭化水素系ワックス;カルナバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス等の天然ワックス;モンタンワックス等の合成又は鉱物・石油系ワックス;脂肪酸エステル、モンタン酸エステル等のエステル系ワックス;などが挙げられる。離型剤は、これに限定されるものではない。
離型剤の融解温度は、50℃以上110℃以下が好ましく、60℃以上100℃以下がより好ましい。
融解温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線から、JIS K7121:1987「プラスチックの転移温度測定方法」の融解温度の求め方に記載の「融解ピーク温度」により求める。
融解温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線から、JIS K7121:1987「プラスチックの転移温度測定方法」の融解温度の求め方に記載の「融解ピーク温度」により求める。
離型剤の含有量は、トナー粒子全体に対して、1質量%以上20質量%以下が好ましく、5質量%以上15質量%以下がより好ましい。
-その他の添加剤-
その他の添加剤としては、例えば、磁性体、帯電制御剤、無機粉体等の公知の添加剤が挙げられる。これらの添加剤は、内添剤としてトナー粒子に含まれる。
その他の添加剤としては、例えば、磁性体、帯電制御剤、無機粉体等の公知の添加剤が挙げられる。これらの添加剤は、内添剤としてトナー粒子に含まれる。
-トナー粒子の特性等-
トナー粒子は、単層構造のトナー粒子であってもよいし、芯部(コア粒子)と芯部を被覆する被覆層(シェル層)とで構成された所謂コア・シェル構造のトナー粒子であってもよい。
コア・シェル構造のトナー粒子は、例えば、結着樹脂と必要に応じて着色剤及び離型剤等のその他添加剤とを含んで構成された芯部と、結着樹脂を含んで構成された被覆層と、で構成されていることがよい。
トナー粒子は、単層構造のトナー粒子であってもよいし、芯部(コア粒子)と芯部を被覆する被覆層(シェル層)とで構成された所謂コア・シェル構造のトナー粒子であってもよい。
コア・シェル構造のトナー粒子は、例えば、結着樹脂と必要に応じて着色剤及び離型剤等のその他添加剤とを含んで構成された芯部と、結着樹脂を含んで構成された被覆層と、で構成されていることがよい。
トナー粒子の体積平均粒径(D50v)は、2μm以上10μm以下が好ましく、4μm以上8μm以下がより好ましい。
トナー粒子の体積平均粒径(D50v)は、コールターマルチサイザーII(ベックマン・コールター社製)を用い、電解液はISOTON-II(ベックマン・コールター社製)を使用して測定される。
測定に際しては、分散剤として、界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムが好ましい)の5質量%水溶液2ml中に測定試料を0.5mg以上50mg以下加える。これを電解液100ml以上150ml以下中に添加する。
試料を懸濁した電解液は超音波分散器で1分間分散処理を行い、コールターマルチサイザーIIにより、アパーチャー径100μmのアパーチャーを用いて2μm以上60μm以下の範囲の粒径の粒子の粒度分布を測定する。サンプリングする粒子数は50000個である。体積基準の粒度分布を小径側から描いて、累積50%となる粒径を体積平均粒径D50vとする。
トナー粒子の体積平均粒径(D50v)は、コールターマルチサイザーII(ベックマン・コールター社製)を用い、電解液はISOTON-II(ベックマン・コールター社製)を使用して測定される。
測定に際しては、分散剤として、界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムが好ましい)の5質量%水溶液2ml中に測定試料を0.5mg以上50mg以下加える。これを電解液100ml以上150ml以下中に添加する。
試料を懸濁した電解液は超音波分散器で1分間分散処理を行い、コールターマルチサイザーIIにより、アパーチャー径100μmのアパーチャーを用いて2μm以上60μm以下の範囲の粒径の粒子の粒度分布を測定する。サンプリングする粒子数は50000個である。体積基準の粒度分布を小径側から描いて、累積50%となる粒径を体積平均粒径D50vとする。
トナー粒子の平均円形度は、0.94以上1.00以下が好ましく、0.95以上0.98以下がより好ましい。
トナー粒子の平均円形度は、(円相当周囲長)/(周囲長)[(粒子像と同じ投影面積をもつ円の周囲長)/(粒子投影像の周囲長)]により求められる。具体的には、次の方法で測定される値である。
まず、測定対象となるトナー粒子を吸引採取し、扁平な流れを形成させ、瞬時にストロボ発光させることにより静止画像として粒子像を取り込み、その粒子像を画像解析するフロー式粒子像解析装置(シスメックス社製のFPIA-3000)によって求める。そして、平均円形度を求める際のサンプリング数は3500個とする。
トナーが外添剤を有する場合、界面活性剤を含む水中に、測定対象となるトナー(現像剤)を分散させた後、超音波処理を行って外添剤を除去したトナー粒子を得る。
トナー粒子の平均円形度は、(円相当周囲長)/(周囲長)[(粒子像と同じ投影面積をもつ円の周囲長)/(粒子投影像の周囲長)]により求められる。具体的には、次の方法で測定される値である。
まず、測定対象となるトナー粒子を吸引採取し、扁平な流れを形成させ、瞬時にストロボ発光させることにより静止画像として粒子像を取り込み、その粒子像を画像解析するフロー式粒子像解析装置(シスメックス社製のFPIA-3000)によって求める。そして、平均円形度を求める際のサンプリング数は3500個とする。
トナーが外添剤を有する場合、界面活性剤を含む水中に、測定対象となるトナー(現像剤)を分散させた後、超音波処理を行って外添剤を除去したトナー粒子を得る。
-トナー粒子の製造方法-
トナー粒子は、乾式製法(例えば、混練粉砕法等)、湿式製法(例えば、凝集合一法、懸濁重合法、溶解懸濁法等)のいずれにより製造してもよい。これらの製法に特に制限はなく、公知の製法が採用される。これらの中でも、凝集合一法により、トナー粒子を得ることがよい。
トナー粒子は、乾式製法(例えば、混練粉砕法等)、湿式製法(例えば、凝集合一法、懸濁重合法、溶解懸濁法等)のいずれにより製造してもよい。これらの製法に特に制限はなく、公知の製法が採用される。これらの中でも、凝集合一法により、トナー粒子を得ることがよい。
具体的には、例えば、トナー粒子を凝集合一法により製造する場合、結着樹脂となる樹脂粒子が分散された樹脂粒子分散液を準備する工程(樹脂粒子分散液準備工程)と、樹脂粒子分散液中で(必要に応じて他の粒子分散液を混合した後の分散液中で)、樹脂粒子(必要に応じて他の粒子)を凝集させ、凝集粒子を形成する工程(凝集粒子形成工程)と、凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を加熱し、凝集粒子を融合・合一して、トナー粒子を形成する工程(融合・合一工程)と、を経て、トナー粒子を製造する。
以下、各工程の詳細について説明する。
以下の説明では、着色剤、及び離型剤を含むトナー粒子を得る方法について説明するが、着色剤、離型剤は、必要に応じて用いられるものである。無論、着色剤、離型剤以外のその他添加剤を用いてもよい。
以下の説明では、着色剤、及び離型剤を含むトナー粒子を得る方法について説明するが、着色剤、離型剤は、必要に応じて用いられるものである。無論、着色剤、離型剤以外のその他添加剤を用いてもよい。
-樹脂粒子分散液準備工程-
結着樹脂となる樹脂粒子が分散された樹脂粒子分散液と共に、例えば、着色剤粒子が分散された着色剤粒子分散液、離型剤粒子が分散された離型剤粒子分散液を準備する。
結着樹脂となる樹脂粒子が分散された樹脂粒子分散液と共に、例えば、着色剤粒子が分散された着色剤粒子分散液、離型剤粒子が分散された離型剤粒子分散液を準備する。
樹脂粒子分散液は、例えば、樹脂粒子を界面活性剤により分散媒中に分散させることにより調製する。
樹脂粒子分散液に用いる分散媒としては、例えば水系媒体が挙げられる。
水系媒体としては、例えば、蒸留水、イオン交換水等の水、アルコール類等が挙げられる。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。
水系媒体としては、例えば、蒸留水、イオン交換水等の水、アルコール類等が挙げられる。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。
界面活性剤としては、例えば、硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン界面活性剤;アミン塩型、4級アンモニウム塩型等のカチオン界面活性剤;ポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン系界面活性剤等が挙げられる。これらの中でも特に、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤が挙げられる。非イオン系界面活性剤は、アニオン界面活性剤又はカチオン界面活性剤と併用してもよい。
界面活性剤は、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。
界面活性剤は、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。
樹脂粒子分散液において、樹脂粒子を分散媒に分散する方法としては、例えば回転せん断型ホモジナイザーや、メディアを有するボールミル、サンドミル、ダイノミル等の一般的な分散方法が挙げられる。また、樹脂粒子の種類によっては、転相乳化法によって分散媒に樹脂粒子を分散させてもよい。転相乳化法とは、分散すべき樹脂を、その樹脂が可溶な疎水性有機溶剤中に溶解せしめ、有機連続相(O相)に塩基を加えて中和したのち、水系媒体(W相)を投入することによって、W/OからO/Wへの転相を行い、樹脂を水系媒体中に粒子状に分散する方法である。
樹脂粒子分散液中に分散する樹脂粒子の体積平均粒径としては、例えば0.01μm以上1μm以下が好ましく、0.08μm以上0.8μm以下がより好ましく、0.1μm以上0.6μm以下がさらに好ましい。
樹脂粒子の体積平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置(例えば、堀場製作所製LA-700)の測定によって得られた粒度分布を用い、分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、体積について小粒径側から累積分布を引き、全粒子に対して累積50%となる粒径を体積平均粒径D50vとして測定される。他の分散液中の粒子の体積平均粒径も同様に測定される。
樹脂粒子の体積平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置(例えば、堀場製作所製LA-700)の測定によって得られた粒度分布を用い、分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、体積について小粒径側から累積分布を引き、全粒子に対して累積50%となる粒径を体積平均粒径D50vとして測定される。他の分散液中の粒子の体積平均粒径も同様に測定される。
樹脂粒子分散液に含まれる樹脂粒子の含有量は、5質量%以上50質量%以下が好ましく、10質量%以上40質量%以下がより好ましい。
樹脂粒子分散液と同様にして、例えば、着色剤粒子分散液、離型剤粒子分散液も調製される。つまり、樹脂粒子分散液における粒子の体積平均粒径、分散媒、分散方法、及び粒子の含有量に関しては、着色剤粒子分散液中に分散する着色剤粒子、及び離型剤粒子分散液中に分散する離型剤粒子についても同様である。
-凝集粒子形成工程-
次に、樹脂粒子分散液と、着色剤粒子分散液と、離型剤粒子分散液と、を混合する。
そして、混合分散液中で、樹脂粒子と着色剤粒子と離型剤粒子とをヘテロ凝集させ目的とするトナー粒子の径に近い径を持つ、樹脂粒子と着色剤粒子と離型剤粒子とを含む凝集粒子を形成する。
次に、樹脂粒子分散液と、着色剤粒子分散液と、離型剤粒子分散液と、を混合する。
そして、混合分散液中で、樹脂粒子と着色剤粒子と離型剤粒子とをヘテロ凝集させ目的とするトナー粒子の径に近い径を持つ、樹脂粒子と着色剤粒子と離型剤粒子とを含む凝集粒子を形成する。
具体的には、例えば、混合分散液に凝集剤を添加すると共に、混合分散液のpHを酸性(例えばpH2以上5以下)に調整し、必要に応じて分散安定剤を添加した後、樹脂粒子のガラス転移温度に近い温度(具体的には、例えば、樹脂粒子のガラス転移温度-30℃以上ガラス転移温度-10℃以下)に加熱し、混合分散液に分散された粒子を凝集させて、凝集粒子を形成する。
凝集粒子形成工程においては、例えば、混合分散液を回転せん断型ホモジナイザーで攪拌下、室温(例えば25℃)で凝集剤を添加し、混合分散液のpHを酸性(例えばpH2以上5以下)に調整し、必要に応じて分散安定剤を添加した後に、加熱を行ってもよい。
凝集粒子形成工程においては、例えば、混合分散液を回転せん断型ホモジナイザーで攪拌下、室温(例えば25℃)で凝集剤を添加し、混合分散液のpHを酸性(例えばpH2以上5以下)に調整し、必要に応じて分散安定剤を添加した後に、加熱を行ってもよい。
凝集剤としては、例えば、混合分散液に含まれる界面活性剤と逆極性の界面活性剤、無機金属塩、2価以上の金属錯体が挙げられる。凝集剤として金属錯体を用いた場合には、界面活性剤の使用量が低減され、帯電特性が向上する。
凝集剤と共に、該凝集剤の金属イオンと錯体もしくは類似の結合を形成する添加剤を必要に応じて用いてもよい。この添加剤としては、キレート剤が好適に用いられる。
凝集剤と共に、該凝集剤の金属イオンと錯体もしくは類似の結合を形成する添加剤を必要に応じて用いてもよい。この添加剤としては、キレート剤が好適に用いられる。
無機金属塩としては、例えば、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、塩化バリウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム等の金属塩;ポリ塩化アルミニウム、ポリ水酸化アルミニウム、多硫化カルシウム等の無機金属塩重合体;などが挙げられる。
キレート剤としては、水溶性のキレート剤を用いてもよい。キレート剤としては、例えば、酒石酸、クエン酸、グルコン酸等のオキシカルボン酸;イミノ二酸酢(IDA)、ニトリロ三酢酸(NTA)、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)等のアミノカルボン酸;などが挙げられる。
キレート剤の添加量は、樹脂粒子100質量部に対して0.01質量部以上5.0質量部以下が好ましく、0.1質量部以上3.0質量部未満がより好ましい。
キレート剤としては、水溶性のキレート剤を用いてもよい。キレート剤としては、例えば、酒石酸、クエン酸、グルコン酸等のオキシカルボン酸;イミノ二酸酢(IDA)、ニトリロ三酢酸(NTA)、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)等のアミノカルボン酸;などが挙げられる。
キレート剤の添加量は、樹脂粒子100質量部に対して0.01質量部以上5.0質量部以下が好ましく、0.1質量部以上3.0質量部未満がより好ましい。
-融合・合一工程-
次に、凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を、例えば、樹脂粒子のガラス転移温度以上(例えば樹脂粒子のガラス転移温度より10℃から30℃高い温度)に加熱して、凝集粒子を融合・合一し、トナー粒子を形成する。
次に、凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を、例えば、樹脂粒子のガラス転移温度以上(例えば樹脂粒子のガラス転移温度より10℃から30℃高い温度)に加熱して、凝集粒子を融合・合一し、トナー粒子を形成する。
以上の工程を経て、トナー粒子が得られる。
凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を得た後、当該凝集粒子分散液と、樹脂粒子が分散された樹脂粒子分散液と、をさらに混合し、凝集粒子の表面にさらに樹脂粒子を付着するように凝集して、第2凝集粒子を形成する工程と、第2凝集粒子が分散された第2凝集粒子分散液に対して加熱をし、第2凝集粒子を融合・合一して、コア・シェル構造のトナー粒子を形成する工程と、を経て、トナー粒子を製造してもよい。
凝集粒子が分散された凝集粒子分散液を得た後、当該凝集粒子分散液と、樹脂粒子が分散された樹脂粒子分散液と、をさらに混合し、凝集粒子の表面にさらに樹脂粒子を付着するように凝集して、第2凝集粒子を形成する工程と、第2凝集粒子が分散された第2凝集粒子分散液に対して加熱をし、第2凝集粒子を融合・合一して、コア・シェル構造のトナー粒子を形成する工程と、を経て、トナー粒子を製造してもよい。
融合・合一工程終了後、溶液中に形成されたトナー粒子に、公知の洗浄工程、固液分離工程、及び乾燥工程を施して乾燥した状態のトナー粒子を得る。洗浄工程は、帯電性の観点から、イオン交換水による置換洗浄を充分に施すことがよい。固液分離工程は、生産性の観点から、吸引濾過、加圧濾過等を施すことがよい。乾燥工程は、生産性の観点から、凍結乾燥、気流乾燥、流動乾燥、振動型流動乾燥等を施すことがよい。
そして、本実施形態に係るトナーは、例えば、得られた乾燥状態のトナー粒子に、外添剤を添加し、混合することにより製造される。混合は、例えばVブレンダー、ヘンシェルミキサー、レーディゲミキサー等によって行うことがよい。更に、必要に応じて、振動篩分機、風力篩分機等を使ってトナーの粗大粒子を取り除いてもよい。
-外添剤-
外添剤としては、例えば、無機粒子が挙げられる。該無機粒子として、SiO2、TiO2、Al2O3、CuO、ZnO、SnO2、CeO2、Fe2O3、MgO、BaO、CaO、K2O、Na2O、ZrO2、CaO・SiO2、K2O・(TiO2)n、Al2O3・2SiO2、CaCO3、MgCO3、BaSO4、MgSO4等が挙げられる。
外添剤としては、例えば、無機粒子が挙げられる。該無機粒子として、SiO2、TiO2、Al2O3、CuO、ZnO、SnO2、CeO2、Fe2O3、MgO、BaO、CaO、K2O、Na2O、ZrO2、CaO・SiO2、K2O・(TiO2)n、Al2O3・2SiO2、CaCO3、MgCO3、BaSO4、MgSO4等が挙げられる。
外添剤としての無機粒子の表面は、疎水化処理が施されていることがよい。疎水化処理は、例えば疎水化処理剤に無機粒子を浸漬する等して行う。疎水化処理剤は特に制限されないが、例えば、シラン系カップリング剤、シリコーンオイル、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤等が挙げられる。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。
疎水化処理剤の量は、通常、例えば、無機粒子100質量部に対して、1質量部以上10質量部以下である。
疎水化処理剤の量は、通常、例えば、無機粒子100質量部に対して、1質量部以上10質量部以下である。
外添剤としては、樹脂粒子(ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、メラミン樹脂等の樹脂粒子)、クリーニング活剤(例えば、ステアリン酸亜鉛に代表される高級脂肪酸の金属塩、フッ素系高分子量体の粒子)等も挙げられる。
外添剤の外添量は、トナー粒子に対して、0.01質量%以上5質量%以下が好ましく、0.01質量%以上2.0質量%以下がより好ましい。
(画像形成装置、画像形成方法)
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、像保持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電した像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、静電荷像現像剤を収容し、静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、を備える。そして、静電荷像現像剤として、本実施形態に係る静電荷像現像剤が適用される。
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、像保持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電した像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、静電荷像現像剤を収容し、静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、を備える。そして、静電荷像現像剤として、本実施形態に係る静電荷像現像剤が適用される。
本実施形態に係る画像形成装置では、像保持体の表面を帯電する帯電工程と、帯電した像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、本実施形態に係る静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像工程と、像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写工程と、記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着工程と、を有する画像形成方法(本実施形態に係る画像形成方法)が実施される。
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体の表面に形成されたトナー画像を直接記録媒体に転写する直接転写方式の装置;像保持体の表面に形成されたトナー画像を中間転写体の表面に一次転写し、中間転写体の表面に転写されたトナー画像を記録媒体の表面に二次転写する中間転写方式の装置;トナー画像の転写後、帯電前の像保持体の表面をクリーニングするクリーニング手段を備えた装置;トナー画像の転写後、帯電前に像保持体の表面に除電光を照射して除電する除電手段を備える装置;等の公知の画像形成装置が適用される。
本実施形態に係る画像形成装置が中間転写方式の装置の場合、転写手段は、例えば、表面にトナー画像が転写される中間転写体と、像保持体の表面に形成されたトナー画像を中間転写体の表面に一次転写する一次転写手段と、中間転写体の表面に転写されたトナー画像を記録媒体の表面に二次転写する二次転写手段と、を有する構成が適用される。
本実施形態に係る画像形成装置が中間転写方式の装置の場合、転写手段は、例えば、表面にトナー画像が転写される中間転写体と、像保持体の表面に形成されたトナー画像を中間転写体の表面に一次転写する一次転写手段と、中間転写体の表面に転写されたトナー画像を記録媒体の表面に二次転写する二次転写手段と、を有する構成が適用される。
本実施形態に係る画像形成装置において、例えば、現像手段を含む部分が、画像形成装置に着脱するカートリッジ構造(プロセスカートリッジ)であってもよい。プロセスカートリッジとしては、例えば、本実施形態に係る静電荷像現像剤を収容し、現像手段を備えるプロセスカートリッジが好適に用いられる。
また、本実施形態に係る画像形成方法、及び、本実施形態に係る画像形成装置における現像ロールの回転速度(いわゆる、プロセススピード)は、40rpm(revolutions per minute)以上120rpmであることが好ましい。上記範囲であると、現像機中の現像剤への負荷が大きい画像形成条件であり、本実施態様における効果がより発揮される。
以下、本実施形態に係る画像形成装置の一例を示すが、これに限定されるわけではない。以下の説明においては、図に示す主要部を説明し、その他はその説明を省略する。
図1は、本実施形態に係る画像形成装置を示す概略構成図である。
図1に示す画像形成装置は、色分解された画像データに基づく、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像を出力する電子写真方式の第1乃至第4の画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K(画像形成手段)を備えている。これらの画像形成ユニット(以下、単に「ユニット」と称する場合がある)10Y、10M、10C、10Kは、水平方向に互いに予め定められた距離離間して並設されている。これらユニット10Y、10M、10C、10Kは、画像形成装置に着脱するプロセスカートリッジであってもよい。
図1に示す画像形成装置は、色分解された画像データに基づく、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像を出力する電子写真方式の第1乃至第4の画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K(画像形成手段)を備えている。これらの画像形成ユニット(以下、単に「ユニット」と称する場合がある)10Y、10M、10C、10Kは、水平方向に互いに予め定められた距離離間して並設されている。これらユニット10Y、10M、10C、10Kは、画像形成装置に着脱するプロセスカートリッジであってもよい。
各ユニット10Y、10M、10C、10Kの上方には、各ユニットを通して中間転写ベルト(中間転写体の一例)20が延設されている。中間転写ベルト20は、駆動ロール22及び支持ロール24に巻きつけて設けられ、第1のユニット10Yから第4のユニット10Kに向う方向に走行するようになっている。支持ロール24は、図示しないバネ等により駆動ロール22から離れる方向に力が加えられており、両者に巻きつけられた中間転写ベルト20に張力が与えられている。中間転写ベルト20の像保持体側面には、駆動ロール22と対向して中間転写体クリーニング装置30が備えられている。
各ユニット10Y、10M、10C、10Kの現像装置(現像手段の一例)4Y、4M、4C、4Kのそれぞれには、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kに収められたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナーの供給がなされる。
各ユニット10Y、10M、10C、10Kの現像装置(現像手段の一例)4Y、4M、4C、4Kのそれぞれには、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kに収められたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナーの供給がなされる。
第1乃至第4のユニット10Y、10M、10C、10Kは、同等の構成及び動作を有しているため、ここでは中間転写ベルト走行方向の上流側に配設されたイエロー画像を形成する第1のユニット10Yについて代表して説明する。
第1のユニット10Yは、像保持体として作用する感光体1Yを有している。感光体1Yの周囲には、感光体1Yの表面を予め定められた電位に帯電させる帯電ロール(帯電手段の一例)2Y、帯電された表面を色分解された画像信号に基づくレーザ光線3Yによって露光して静電荷像を形成する露光装置(静電荷像形成手段の一例)3、静電荷像に帯電したトナーを供給して静電荷像を現像する現像装置(現像手段の一例)4Y、現像したトナー画像を中間転写ベルト20上に転写する一次転写ロール5Y(一次転写手段の一例)、及び一次転写後に感光体1Yの表面に残存するトナーを除去する感光体クリーニング装置(クリーニング手段の一例)6Yが順に配置されている。
一次転写ロール5Yは、中間転写ベルト20の内側に配置され、感光体1Yに対向した位置に設けられている。各ユニットの一次転写ロール5Y、5M、5C、5Kには、一次転写バイアスを印加するバイアス電源(図示せず)がそれぞれ接続されている。各バイアス電源は、図示しない制御部による制御によって、各一次転写ロールに印加する転写バイアスの値を変える。
一次転写ロール5Yは、中間転写ベルト20の内側に配置され、感光体1Yに対向した位置に設けられている。各ユニットの一次転写ロール5Y、5M、5C、5Kには、一次転写バイアスを印加するバイアス電源(図示せず)がそれぞれ接続されている。各バイアス電源は、図示しない制御部による制御によって、各一次転写ロールに印加する転写バイアスの値を変える。
以下、第1のユニット10Yにおいてイエロー画像を形成する動作について説明する。
まず、動作に先立って、帯電ロール2Yによって感光体1Yの表面が-600V乃至-800Vの電位に帯電される。
感光体1Yは、導電性(例えば20℃における体積抵抗率1×10-6Ωcm以下)の基体上に感光層を積層して形成されている。この感光層は、通常は高抵抗(一般の樹脂の抵抗)であるが、レーザ光線が照射されると、レーザ光線が照射された部分の比抵抗が変化する性質を持っている。そこで、帯電した感光体1Yの表面に、図示しない制御部から送られてくるイエロー用の画像データに従って、露光装置3からレーザ光線3Yを照射する。それにより、イエローの画像パターンの静電荷像が感光体1Yの表面に形成される。
まず、動作に先立って、帯電ロール2Yによって感光体1Yの表面が-600V乃至-800Vの電位に帯電される。
感光体1Yは、導電性(例えば20℃における体積抵抗率1×10-6Ωcm以下)の基体上に感光層を積層して形成されている。この感光層は、通常は高抵抗(一般の樹脂の抵抗)であるが、レーザ光線が照射されると、レーザ光線が照射された部分の比抵抗が変化する性質を持っている。そこで、帯電した感光体1Yの表面に、図示しない制御部から送られてくるイエロー用の画像データに従って、露光装置3からレーザ光線3Yを照射する。それにより、イエローの画像パターンの静電荷像が感光体1Yの表面に形成される。
静電荷像とは、帯電によって感光体1Yの表面に形成される像であり、レーザ光線3Yによって、感光層の被照射部分の比抵抗が低下し、感光体1Yの表面の帯電した電荷が流れ、一方、レーザ光線3Yが照射されなかった部分の電荷が残留することによって形成される、いわゆるネガ潜像である。
感光体1Y上に形成された静電荷像は、感光体1Yの走行に従って予め定められた現像位置まで回転する。そして、この現像位置で、感光体1Y上の静電荷像が、現像装置4Yによってトナー画像として現像され可視化される。
感光体1Y上に形成された静電荷像は、感光体1Yの走行に従って予め定められた現像位置まで回転する。そして、この現像位置で、感光体1Y上の静電荷像が、現像装置4Yによってトナー画像として現像され可視化される。
現像装置4Y内には、例えば、少なくともイエロートナーとキャリアとを含む静電荷像現像剤が収容されている。イエロートナーは、現像装置4Yの内部で攪拌されることで摩擦帯電し、感光体1Y上に帯電した帯電荷と同極性(負極性)の電荷を有して現像剤ロール(現像剤保持体の一例)上に保持されている。そして、感光体1Yの表面が現像装置4Yを通過していくことにより、感光体1Y表面上の除電された潜像部にイエロートナーが静電的に付着し、潜像がイエロートナーによって現像される。イエローのトナー画像が形成された感光体1Yは、引続き予め定められた速度で走行され、感光体1Y上に現像されたトナー画像が予め定められた一次転写位置へ搬送される。
感光体1Y上のイエロートナー画像が一次転写位置へ搬送されると、一次転写ロール5Yに一次転写バイアスが印加され、感光体1Yから一次転写ロール5Yに向う静電気力がトナー画像に作用し、感光体1Y上のトナー画像が中間転写ベルト20上に転写される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(-)と逆極性の(+)極性であり、第1のユニット10Yでは制御部(図示せず)によって例えば+10μAに制御されている。
一方、感光体1Y上に残留したトナーは感光体クリーニング装置6Yで除去されて回収される。
一方、感光体1Y上に残留したトナーは感光体クリーニング装置6Yで除去されて回収される。
第2のユニット10M以降の一次転写ロール5M、5C、5Kに印加される一次転写バイアスも、第1のユニットに準じて制御されている。
こうして、第1のユニット10Yにてイエローのトナー画像が転写された中間転写ベルト20は、第2乃至第4のユニット10M、10C、10Kを通して順次搬送され、各色のトナー画像が重ねられて多重転写される。
こうして、第1のユニット10Yにてイエローのトナー画像が転写された中間転写ベルト20は、第2乃至第4のユニット10M、10C、10Kを通して順次搬送され、各色のトナー画像が重ねられて多重転写される。
第1乃至第4のユニットを通して4色のトナー画像が多重転写された中間転写ベルト20は、中間転写ベルト20と、中間転写ベルトの内面に接する支持ロール24と、中間転写ベルト20の像保持面側に配置された二次転写ロール(二次転写手段の一例)26とから構成された二次転写部へと至る。一方、記録紙(記録媒体の一例)Pが供給機構を介して二次転写ロール26と中間転写ベルト20とが接触した隙間に予め定められたタイミングで給紙され、二次転写バイアスが支持ロール24に印加される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(-)と同極性の(-)極性であり、中間転写ベルト20から記録紙Pに向う静電気力がトナー画像に作用し、中間転写ベルト20上のトナー画像が記録紙P上に転写される。この際の二次転写バイアスは二次転写部の抵抗を検出する抵抗検出手段(図示せず)により検出された抵抗に応じて決定されるものであり、電圧制御されている。
この後、記録紙Pは定着装置(定着手段の一例)28における一対の定着ロールの圧接部(ニップ部)へと送り込まれ、トナー画像が記録紙P上へ定着され、定着画像が形成される。
トナー画像を転写する記録紙Pとしては、例えば、電子写真方式の複写機、プリンター等に使用される普通紙が挙げられる。記録媒体としては、記録紙P以外にも、OHPシート等も挙げられる。
定着後における画像表面の平滑性をさらに向上させるには、記録紙Pの表面も平滑であることが好ましく、例えば、普通紙の表面を樹脂等でコーティングしたコート紙、印刷用のアート紙等が好適に使用される。
定着後における画像表面の平滑性をさらに向上させるには、記録紙Pの表面も平滑であることが好ましく、例えば、普通紙の表面を樹脂等でコーティングしたコート紙、印刷用のアート紙等が好適に使用される。
カラー画像の定着が完了した記録紙Pは、排出部へ向けて搬出され、一連のカラー画像形成動作が終了される。
<プロセスカートリッジ>
本実施形態に係るプロセスカートリッジは、本実施形態に係る静電荷像現像剤を収容し、静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段を備え、画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジである。
本実施形態に係るプロセスカートリッジは、本実施形態に係る静電荷像現像剤を収容し、静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段を備え、画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジである。
本実施形態に係るプロセスカートリッジは、上記構成に限られず、現像手段と、その他、必要に応じて、例えば、像保持体、帯電手段、静電荷像形成手段、及び転写手段等のその他手段から選択される少なくとも一つと、を備える構成であってもよい。
以下、本実施形態に係るプロセスカートリッジの一例を示すが、これに限定されるわけではない。以下の説明においては、図に示す主要部を説明し、その他はその説明を省略する。
図2は、本実施形態に係るプロセスカートリッジを示す概略構成図である。
図2に示すプロセスカートリッジ200は、例えば、取り付けレール116及び露光のための開口部118が備えられた筐体117により、感光体107(像保持体の一例)と、感光体107の周囲に備えられた帯電ロール108(帯電手段の一例)、現像装置111(現像手段の一例)、及び感光体クリーニング装置113(クリーニング手段の一例)を一体的に組み合わせて保持して構成し、カートリッジ化されている。
図2中、109は露光装置(静電荷像形成手段の一例)、112は転写装置(転写手段の一例)、115は定着装置(定着手段の一例)、300は記録紙(記録媒体の一例)を示している。
図2に示すプロセスカートリッジ200は、例えば、取り付けレール116及び露光のための開口部118が備えられた筐体117により、感光体107(像保持体の一例)と、感光体107の周囲に備えられた帯電ロール108(帯電手段の一例)、現像装置111(現像手段の一例)、及び感光体クリーニング装置113(クリーニング手段の一例)を一体的に組み合わせて保持して構成し、カートリッジ化されている。
図2中、109は露光装置(静電荷像形成手段の一例)、112は転写装置(転写手段の一例)、115は定着装置(定着手段の一例)、300は記録紙(記録媒体の一例)を示している。
以下、実施例により発明の実施形態を詳細に説明するが、発明の実施形態は、これら実施例に限定されるものではない。以下の説明において、特に断りのない限り、「部」及び「%」は質量基準である。
以下の記載において、体積平均粒径とは、体積基準の粒度分布において小径側から累積50%となる粒径D50vを意味する。
<トナーの作製>
-着色剤粒子分散液1の調製-
シアン顔料(銅フタロシアニン、C.I.Pigment blue15:3、大日精化工業(株)製):50質量部
アニオン性界面活性剤:ネオゲンSC(第一工業製薬(株)製)5質量部
イオン交換水:200質量部
上記を混合し、IKA社製ウルトラタラックスにより5分間、更に超音波バスにより10分間分散し、固形分21%の着色剤粒子分散液1を得た。(株)堀場製作所製粒度測定器LA-700にて体積平均粒径を測定したところ160nmであった。
-着色剤粒子分散液1の調製-
シアン顔料(銅フタロシアニン、C.I.Pigment blue15:3、大日精化工業(株)製):50質量部
アニオン性界面活性剤:ネオゲンSC(第一工業製薬(株)製)5質量部
イオン交換水:200質量部
上記を混合し、IKA社製ウルトラタラックスにより5分間、更に超音波バスにより10分間分散し、固形分21%の着色剤粒子分散液1を得た。(株)堀場製作所製粒度測定器LA-700にて体積平均粒径を測定したところ160nmであった。
-離型剤粒子分散液1の調製-
パラフィンワックス(HNP-9、日本精鑞(株)製):19質量部
アニオン性界面活性剤(ネオゲンSC、第一工業製薬(株)製):1質量部
イオン交換水:80質量部
上記を耐熱容器中で混合し、90℃に昇温して30分、撹拌を行った。次いで、容器底部より溶融液をゴーリンホモジナイザーへと流通し、5MPaの圧力条件のもと、3パス相当の循環運転を行った後、圧力を35MPaに昇圧し、更に3パス相当の循環運転を行った。こうして出来た乳化液を前記耐熱溶液中で40℃以下になるまで冷却し、離型剤粒子分散液1を得た。(株)堀場製作所製粒度測定器LA-700にて体積平均粒径を測定したところ240nmであった。
パラフィンワックス(HNP-9、日本精鑞(株)製):19質量部
アニオン性界面活性剤(ネオゲンSC、第一工業製薬(株)製):1質量部
イオン交換水:80質量部
上記を耐熱容器中で混合し、90℃に昇温して30分、撹拌を行った。次いで、容器底部より溶融液をゴーリンホモジナイザーへと流通し、5MPaの圧力条件のもと、3パス相当の循環運転を行った後、圧力を35MPaに昇圧し、更に3パス相当の循環運転を行った。こうして出来た乳化液を前記耐熱溶液中で40℃以下になるまで冷却し、離型剤粒子分散液1を得た。(株)堀場製作所製粒度測定器LA-700にて体積平均粒径を測定したところ240nmであった。
-樹脂粒子分散液1-
〔油層〕
スチレン(富士フイルム和光純薬(株)製):30質量部
アクリル酸n-ブチル(富士フイルム和光純薬(株)製):10質量部
β-カルボキシエチルアクリレート(ローディア日華(株)製):1.3質量部
ドデカンチオール(富士フイルム和光純薬(株)製):0.4質量部
〔油層〕
スチレン(富士フイルム和光純薬(株)製):30質量部
アクリル酸n-ブチル(富士フイルム和光純薬(株)製):10質量部
β-カルボキシエチルアクリレート(ローディア日華(株)製):1.3質量部
ドデカンチオール(富士フイルム和光純薬(株)製):0.4質量部
〔水層1〕
イオン交換水:17質量部
アニオン性界面活性剤(ダウファックス、ダウケミカル社製):0.4質量部
イオン交換水:17質量部
アニオン性界面活性剤(ダウファックス、ダウケミカル社製):0.4質量部
〔水層2〕
イオン交換水:40質量部
アニオン性界面活性剤(ダウファックス、ダウケミカル社製):0.05質量部
ペルオキソ二硫酸アンモニウム(富士フイルム和光純薬(株)製):0.4質量部
イオン交換水:40質量部
アニオン性界面活性剤(ダウファックス、ダウケミカル社製):0.05質量部
ペルオキソ二硫酸アンモニウム(富士フイルム和光純薬(株)製):0.4質量部
上記の油層成分と水層1の成分とをフラスコに入れて撹拌混合し単量体乳化分散液とした。反応容器に上記水層2の成分を投入し、容器内を窒素で十分に置換し、撹拌をしながらオイルバスで反応系内が75℃になるまで加熱した。反応容器内に上記の単量体乳化分散液を3時間かけて徐々に滴下し、乳化重合を行った。滴下終了後更に75℃で重合を継続し、3時間後に重合を終了させた。
得られた樹脂粒子は、レーザー回析式粒度分布測定装置LA-700((株)堀場製作所製)で樹脂粒子の体積平均粒径D50vを測定したところ250nmであり、示差走査熱量計(DSC-50、(株)島津製作所製)を用いて昇温速度10℃/分で樹脂のガラス転移点を測定したところ53℃であり、分子量測定器(HLC-8020、東ソー社製)を用い、THFを溶媒として数平均分子量(ポリスチレン換算)を測定したところ13,000であった。これにより体積平均粒径250nm、固形分42%、ガラス転移点52℃、数平均分子量Mnが13,000の樹脂粒子分散液を得た。
得られた樹脂粒子は、レーザー回析式粒度分布測定装置LA-700((株)堀場製作所製)で樹脂粒子の体積平均粒径D50vを測定したところ250nmであり、示差走査熱量計(DSC-50、(株)島津製作所製)を用いて昇温速度10℃/分で樹脂のガラス転移点を測定したところ53℃であり、分子量測定器(HLC-8020、東ソー社製)を用い、THFを溶媒として数平均分子量(ポリスチレン換算)を測定したところ13,000であった。これにより体積平均粒径250nm、固形分42%、ガラス転移点52℃、数平均分子量Mnが13,000の樹脂粒子分散液を得た。
-トナー1の作製-
樹脂粒子分散液:150質量部
着色剤粒子分散液:30質量部
離型剤粒子分散液:40質量部
ポリ塩化アルミニウム:0.4質量部
上記の成分をステンレス製フラスコ中でIKE社製のウルトラタラックスを用い十分に混合、分散した後、加熱用オイルバスでフラスコを撹拌しながら48℃まで加熱した。48℃で80分保持した後、ここに上記と同じ樹脂粒子分散液を緩やかに70質量部追加した。
その後、濃度0.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を用いて系内のpHを6.0 に調整した後、ステンレス製フラスコを密閉し、撹拌軸のシールを磁力シールして攪拌を継続しながら97℃まで加熱して3時間保持した。反応終了後、降温速度を1℃/分で冷却し、濾過、イオン交換水で十分に洗浄した後、ヌッチェ式吸引濾過により固液分離を行った。これを更に40℃のイオン交換水3,000質量部を用いて再分散し、15分間300rpmで撹拌及び洗浄した。この洗浄操作を更に5回繰り返し、濾液のpHが6.54、電気伝導度6.5μS/cmとなったところで、ヌッチェ式吸引濾過によりNo.5Aろ紙を用いて固液分離を行った。次いで真空乾燥を12時間継続してトナー母粒子を得た。
トナー母粒子の体積平均粒径D50vをコールターカウンターで測定したところ6.2μmであり、体積平均粒度分布指標GSDvは1.20であった。ルーゼックス社製のルーゼックス画像解析装置で形状観察を行ったところ、粒子の形状係数SF1は135でポテト形状であることが観察された。またトナーのガラス転移点は52℃であった。更に、このトナーに、ヘキサメチルジシラザン(以下、「HMDS」と略す場合がある)で表面疎水化処理した平均一次粒径40nmのシリカ(SiO2)粒子と、メタチタン酸とイソブチルトリメトキシシランの反応生成物である平均一次粒径20nmのメタチタン酸化合物粒子とを、トナー粒子の表面に対する被覆率が40%となるように添加し、ヘンシェルミキサーで混合し、トナー1を作製した。
樹脂粒子分散液:150質量部
着色剤粒子分散液:30質量部
離型剤粒子分散液:40質量部
ポリ塩化アルミニウム:0.4質量部
上記の成分をステンレス製フラスコ中でIKE社製のウルトラタラックスを用い十分に混合、分散した後、加熱用オイルバスでフラスコを撹拌しながら48℃まで加熱した。48℃で80分保持した後、ここに上記と同じ樹脂粒子分散液を緩やかに70質量部追加した。
その後、濃度0.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を用いて系内のpHを6.0 に調整した後、ステンレス製フラスコを密閉し、撹拌軸のシールを磁力シールして攪拌を継続しながら97℃まで加熱して3時間保持した。反応終了後、降温速度を1℃/分で冷却し、濾過、イオン交換水で十分に洗浄した後、ヌッチェ式吸引濾過により固液分離を行った。これを更に40℃のイオン交換水3,000質量部を用いて再分散し、15分間300rpmで撹拌及び洗浄した。この洗浄操作を更に5回繰り返し、濾液のpHが6.54、電気伝導度6.5μS/cmとなったところで、ヌッチェ式吸引濾過によりNo.5Aろ紙を用いて固液分離を行った。次いで真空乾燥を12時間継続してトナー母粒子を得た。
トナー母粒子の体積平均粒径D50vをコールターカウンターで測定したところ6.2μmであり、体積平均粒度分布指標GSDvは1.20であった。ルーゼックス社製のルーゼックス画像解析装置で形状観察を行ったところ、粒子の形状係数SF1は135でポテト形状であることが観察された。またトナーのガラス転移点は52℃であった。更に、このトナーに、ヘキサメチルジシラザン(以下、「HMDS」と略す場合がある)で表面疎水化処理した平均一次粒径40nmのシリカ(SiO2)粒子と、メタチタン酸とイソブチルトリメトキシシランの反応生成物である平均一次粒径20nmのメタチタン酸化合物粒子とを、トナー粒子の表面に対する被覆率が40%となるように添加し、ヘンシェルミキサーで混合し、トナー1を作製した。
<コア粒子1の作製>
個数平均粒径0.30μmのマグネタイト粉と、個数平均粒径0.30μmのヘマタイト粉に対して、それぞれ4.0質量%のシラン系カップリング剤(3-(2-アミノエチルアミノ)プロピルトリメトキシシラン)を加え、容器内にて100℃以上で高速混合撹拌し、それぞれの粒子を処理した。
・フェノール樹脂:10質量部
・ホルムアルデヒド溶液(ホルムアルデヒド40%、メタノール10%、水50%):6質量部
・処理したマグネタイト:84質量部
前記フェノール樹脂は、フェノールとホルムアルデヒドとを反応させて得られたものであり、三次元的な網目構造を有する。
前記材料と、28%アンモニア水5質量部、水20質量部をフラスコに入れ、撹拌、混合しながら30分間で85℃まで昇温・保持し、3時間重合反応させて、生成するフェノール樹脂を硬化させた。その後、硬化したフェノール樹脂を30℃まで冷却し、さらに水を添加した後、上澄み液を除去し、沈殿物を水洗した後、風乾した。次いで、これを減圧下(5mmHg以下)、180℃の温度で5時間乾燥して、磁性体が分散された状態の球状の磁性キャリアコア粒子1を得た。得られたコアの体積平均粒径は34.0nmであった。
個数平均粒径0.30μmのマグネタイト粉と、個数平均粒径0.30μmのヘマタイト粉に対して、それぞれ4.0質量%のシラン系カップリング剤(3-(2-アミノエチルアミノ)プロピルトリメトキシシラン)を加え、容器内にて100℃以上で高速混合撹拌し、それぞれの粒子を処理した。
・フェノール樹脂:10質量部
・ホルムアルデヒド溶液(ホルムアルデヒド40%、メタノール10%、水50%):6質量部
・処理したマグネタイト:84質量部
前記フェノール樹脂は、フェノールとホルムアルデヒドとを反応させて得られたものであり、三次元的な網目構造を有する。
前記材料と、28%アンモニア水5質量部、水20質量部をフラスコに入れ、撹拌、混合しながら30分間で85℃まで昇温・保持し、3時間重合反応させて、生成するフェノール樹脂を硬化させた。その後、硬化したフェノール樹脂を30℃まで冷却し、さらに水を添加した後、上澄み液を除去し、沈殿物を水洗した後、風乾した。次いで、これを減圧下(5mmHg以下)、180℃の温度で5時間乾燥して、磁性体が分散された状態の球状の磁性キャリアコア粒子1を得た。得られたコアの体積平均粒径は34.0nmであった。
<コア粒子2の作製>
コア1のフェノール樹脂をビニル樹脂に変更した以外は同様にしてコア粒子2を得た。得られたコアの体積平均粒径は33.2nmであった。
コア1のフェノール樹脂をビニル樹脂に変更した以外は同様にしてコア粒子2を得た。得られたコアの体積平均粒径は33.2nmであった。
<コア粒子3の作製>
コア1のフェノール樹脂をシリコーン樹脂に変更した以外は同様にしてコア粒子3を得た。得られたコアの体積平均粒径は33.8nmであった。
前記シリコーン樹脂は、主鎖としてシロキサン結合「Si-O-Si」を有し、側鎖として有機基を有し、三次元的な網目構造を有する。前記シリコーン樹脂は、下記式(1-1)又は下記式(1-2)で示される構造を有する。式(1-1)及び式(1-2)中のn11、n21、及びn22はそれぞれ独立に、構成繰返し単位の繰返し数(任意の数)を示す。
コア1のフェノール樹脂をシリコーン樹脂に変更した以外は同様にしてコア粒子3を得た。得られたコアの体積平均粒径は33.8nmであった。
前記シリコーン樹脂は、主鎖としてシロキサン結合「Si-O-Si」を有し、側鎖として有機基を有し、三次元的な網目構造を有する。前記シリコーン樹脂は、下記式(1-1)又は下記式(1-2)で示される構造を有する。式(1-1)及び式(1-2)中のn11、n21、及びn22はそれぞれ独立に、構成繰返し単位の繰返し数(任意の数)を示す。
式(1-1)中、R11は、有機基(より具体的には、メチル基又はフェニル基)を表す。R12は、水素原子、又は有機基(より具体的には、メチル基又はフェニル基)を表す。R11及びR12は、互いに同一であっても異なっていてもよい。Y11は第1末端部を表し、Y12は第2末端部を表す。第1末端部には、例えばオルガノシロキシ基(より具体的には、トリメチルシロキシ基)が付く。第2末端部には、例えばオルガノシリル基(より具体的には、トリメチルシリル基)が付く。
式(1-2)中、R21、R22、及びR23はそれぞれ独立に、有機基(より具体的には、メチル基又はフェニル基)を表す。R24はそれぞれ独立に、水素原子又は有機基(より具体的には、メチル基又はフェニル基)を表す。Y21は第1末端部を表し、Y22は第2末端部を表す。第1末端部には、例えばオルガノシロキシ基(より具体的には、トリメチルシロキシ基)が付く。第2末端部には、例えばオルガノシリル基(より具体的には、トリメチルシリル基)が付く。
<樹脂被覆層に内添するシリカ粒子の作製>
〔シリカ粒子(1)(無機粒子1)〕
市販品の親水性シリカ粒子(フュームドシリカ粒子、表面処理なし、体積平均粒径40nm)を用意し、これをシリカ粒子(1)とした。
〔シリカ粒子(1)(無機粒子1)〕
市販品の親水性シリカ粒子(フュームドシリカ粒子、表面処理なし、体積平均粒径40nm)を用意し、これをシリカ粒子(1)とした。
〔シリカ粒子(2)(無機粒子2)〕
撹拌機、滴下ノズル及び温度計を備えたガラス製反応容器にメタノール890部、9.8%アンモニア水210部を投入して混合し、アルカリ触媒溶液を得た。アルカリ触媒溶液を45℃に調整した後、攪拌しながら、テトラメトキシシラン550部と7.6%アンモニア水140部とを同時に450分間かけて滴下し、シリカ粒子分散液(A)を得た。シリカ粒子分散液(A)中のシリカ粒子は、体積平均粒径4nm、体積粒度分布指標(体積基準の粒度分布において小径側から累積16%となる粒径D16vと累積84%となる粒径D84vとの比の平方根(D84v/D16v)1/2)1.2であった。
シリカ粒子分散液(A)300部を撹拌機付きオートクレーブに投入し、撹拌機を回転速度100rpmで回転させた。撹拌機の回転を続けながら、二酸化炭素ボンベからポンプを介してオートクレーブ内に液化二酸化炭素を注入し、オートクレーブ内をヒーターで昇温しながらポンプで昇圧し、オートクレーブ内を150℃且つ15MPaの超臨界状態とした。圧力弁を操作してオートクレーブ内を15MPaに保ちながら超臨界二酸化炭素を流通させ、シリカ粒子分散液(A)からメタノール及び水を除去した。オートクレーブ内に供給した二酸化炭素量が900部となった時点で二酸化炭素の供給を停止し、シリカ粒子の粉体を得た。
ヒーター及びポンプによりオートクレーブ内を150℃且つ15MPaに保って二酸化炭素の超臨界状態を維持した状態で、オートクレーブの撹拌機の回転を続けながら、シリカ粒子100部に対してヘキサメチルジシラザン50部をエントレーナーポンプによってオートクレーブ内に注入し、オートクレーブ内を180℃に昇温し20分間反応させた。次いで、オートクレーブ内に再度、超臨界二酸化炭素を流通させ、余剰のヘキサメチルジシラザンを除去した。次いで、攪拌を停止し、圧力弁を開けてオートクレーブ内の圧力を大気圧まで開放し温度を室温(25℃)まで下げた。こうして、ヘキサメチルジシラザンにより表面処理されたシリカ粒子(2)を得た。シリカ粒子(2)は、体積平均粒径が4nmであった。
撹拌機、滴下ノズル及び温度計を備えたガラス製反応容器にメタノール890部、9.8%アンモニア水210部を投入して混合し、アルカリ触媒溶液を得た。アルカリ触媒溶液を45℃に調整した後、攪拌しながら、テトラメトキシシラン550部と7.6%アンモニア水140部とを同時に450分間かけて滴下し、シリカ粒子分散液(A)を得た。シリカ粒子分散液(A)中のシリカ粒子は、体積平均粒径4nm、体積粒度分布指標(体積基準の粒度分布において小径側から累積16%となる粒径D16vと累積84%となる粒径D84vとの比の平方根(D84v/D16v)1/2)1.2であった。
シリカ粒子分散液(A)300部を撹拌機付きオートクレーブに投入し、撹拌機を回転速度100rpmで回転させた。撹拌機の回転を続けながら、二酸化炭素ボンベからポンプを介してオートクレーブ内に液化二酸化炭素を注入し、オートクレーブ内をヒーターで昇温しながらポンプで昇圧し、オートクレーブ内を150℃且つ15MPaの超臨界状態とした。圧力弁を操作してオートクレーブ内を15MPaに保ちながら超臨界二酸化炭素を流通させ、シリカ粒子分散液(A)からメタノール及び水を除去した。オートクレーブ内に供給した二酸化炭素量が900部となった時点で二酸化炭素の供給を停止し、シリカ粒子の粉体を得た。
ヒーター及びポンプによりオートクレーブ内を150℃且つ15MPaに保って二酸化炭素の超臨界状態を維持した状態で、オートクレーブの撹拌機の回転を続けながら、シリカ粒子100部に対してヘキサメチルジシラザン50部をエントレーナーポンプによってオートクレーブ内に注入し、オートクレーブ内を180℃に昇温し20分間反応させた。次いで、オートクレーブ内に再度、超臨界二酸化炭素を流通させ、余剰のヘキサメチルジシラザンを除去した。次いで、攪拌を停止し、圧力弁を開けてオートクレーブ内の圧力を大気圧まで開放し温度を室温(25℃)まで下げた。こうして、ヘキサメチルジシラザンにより表面処理されたシリカ粒子(2)を得た。シリカ粒子(2)は、体積平均粒径が4nmであった。
〔シリカ粒子(3)(無機粒子3)〕
シリカ粒子(2)の作製と同様にして、ただし、シリカ粒子分散液(A)を作製する際のテトラメトキシシラン及び7.6%アンモニア水の滴下量を増やしてシリカ粒子分散液中のシリカ粒子の体積平均粒径を6nmに変更し、ヘキサメチルジシラザンにより表面処理されたシリカ粒子(3)を得た。シリカ粒子(3)は、体積平均粒径が7nmであった。
シリカ粒子(2)の作製と同様にして、ただし、シリカ粒子分散液(A)を作製する際のテトラメトキシシラン及び7.6%アンモニア水の滴下量を増やしてシリカ粒子分散液中のシリカ粒子の体積平均粒径を6nmに変更し、ヘキサメチルジシラザンにより表面処理されたシリカ粒子(3)を得た。シリカ粒子(3)は、体積平均粒径が7nmであった。
〔シリカ粒子(4)(無機粒子4)〕
市販品の疎水性シリカ粒子(ヘキサメチルジシラザンにより表面処理されたフュームドシリカ粒子、体積平均粒径12nm)を用意し、これをシリカ粒子(4)とした。
市販品の疎水性シリカ粒子(ヘキサメチルジシラザンにより表面処理されたフュームドシリカ粒子、体積平均粒径12nm)を用意し、これをシリカ粒子(4)とした。
〔シリカ粒子(5)(無機粒子5)〕
市販品の親水性シリカ粒子(フュームドシリカ粒子、表面処理なし、体積平均粒径62nm)を用意し、これをシリカ粒子(5)とした。
市販品の親水性シリカ粒子(フュームドシリカ粒子、表面処理なし、体積平均粒径62nm)を用意し、これをシリカ粒子(5)とした。
〔シリカ粒子(6)(無機粒子6)〕
市販品の疎水性シリカ粒子(ヘキサメチルジシラザンにより表面処理されたフュームドシリカ粒子、体積平均粒径88nm)を用意し、これをシリカ粒子(6)とした。
市販品の疎水性シリカ粒子(ヘキサメチルジシラザンにより表面処理されたフュームドシリカ粒子、体積平均粒径88nm)を用意し、これをシリカ粒子(6)とした。
〔シリカ粒子(7)(無機粒子7)〕
市販品の疎水性シリカ粒子(ヘキサメチルジシラザンにより表面処理されたフュームドシリカ粒子、体積平均粒径93nm)を用意し、これをシリカ粒子(7)とした。
市販品の疎水性シリカ粒子(ヘキサメチルジシラザンにより表面処理されたフュームドシリカ粒子、体積平均粒径93nm)を用意し、これをシリカ粒子(7)とした。
<キャリア樹脂被覆層を形成するためのコート剤の作製>
〔コート剤(1)〕
・樹脂(1)(パーフルオロプロピルエチルメタクリレート・メチルメタクリレート共重合体(質量基準の重合比30:70)、重量平均分子量Mw=19,000):12.12部
・樹脂(2)(ポリシクロヘキシルメタクリレート、重量平均分子量35万):8.08部
・カーボンブラック(キャボット社製、VXC72):0.8部
・無機粒子(1)市販品の親水性シリカ粒子(フュームドシリカ粒子、表面処理なし、体積平均粒径40nm):9部
・トルエン:250部
・イソプロピルアルコール:50部
上記の材料とガラスビーズ(直径1mm、トルエンと同量)とをサンドミルに投入し、回転速度190rpmで30分間撹拌し、コート剤(1)を得た。
〔コート剤(1)〕
・樹脂(1)(パーフルオロプロピルエチルメタクリレート・メチルメタクリレート共重合体(質量基準の重合比30:70)、重量平均分子量Mw=19,000):12.12部
・樹脂(2)(ポリシクロヘキシルメタクリレート、重量平均分子量35万):8.08部
・カーボンブラック(キャボット社製、VXC72):0.8部
・無機粒子(1)市販品の親水性シリカ粒子(フュームドシリカ粒子、表面処理なし、体積平均粒径40nm):9部
・トルエン:250部
・イソプロピルアルコール:50部
上記の材料とガラスビーズ(直径1mm、トルエンと同量)とをサンドミルに投入し、回転速度190rpmで30分間撹拌し、コート剤(1)を得た。
(実施例1乃至21、及び、比較例1乃至5)
<樹脂被覆型キャリアの作製>
-キャリア1の作製-
フェライト粒子(1)1,000部とコート剤(1)の半量とをニーダーに投入し、室温(25℃)で20分間混合した。次いで、70℃に加熱し且つ減圧して乾燥した。
乾燥物を室温(25℃)まで冷却し、コート剤(1)の残りの半量を追加投入し、室温(25℃)で20分間混合した。次いで、70℃に加熱し且つ減圧して乾燥した。
次いで、乾燥物をニーダーから取り出し、目開き75μmのメッシュで篩い粗粉を除去して、キャリア(1)を得た。
<樹脂被覆型キャリアの作製>
-キャリア1の作製-
フェライト粒子(1)1,000部とコート剤(1)の半量とをニーダーに投入し、室温(25℃)で20分間混合した。次いで、70℃に加熱し且つ減圧して乾燥した。
乾燥物を室温(25℃)まで冷却し、コート剤(1)の残りの半量を追加投入し、室温(25℃)で20分間混合した。次いで、70℃に加熱し且つ減圧して乾燥した。
次いで、乾燥物をニーダーから取り出し、目開き75μmのメッシュで篩い粗粉を除去して、キャリア(1)を得た。
-キャリア2乃至26の作製-
表1に従って、コア種、被覆樹脂層の各種類や量、混合工程時間や減圧乾燥時間を変更した以外は、キャリア1の作製と同様にして、キャリア2乃至26をそれぞれ得た。
表1に従って、コア種、被覆樹脂層の各種類や量、混合工程時間や減圧乾燥時間を変更した以外は、キャリア1の作製と同様にして、キャリア2乃至26をそれぞれ得た。
<現像剤の作製>
キャリア1乃至26のいずれかと、トナー1とを、キャリア:トナー=100:10(質量比)の混合比でVブレンダーに入れ20分間撹拌し、現像剤1乃至26をそれぞれ得た。
キャリア1乃至26のいずれかと、トナー1とを、キャリア:トナー=100:10(質量比)の混合比でVブレンダーに入れ20分間撹拌し、現像剤1乃至26をそれぞれ得た。
<樹脂被覆層中の無機粒子の平均粒径の測定>
キャリアをエポキシ樹脂で包埋し、ミクロトームで切削し、キャリア断面を作製した。キャリア断面を走査透過電子顕微鏡((株)日立製作所製、S-4100)により撮影したSEM画像を、画像処理解析装置((株)ニレコ製、ルーゼックスAP)に取り込み、画像解析を行った。樹脂被覆層中のシリカ粒子(一次粒子)を無作為に100個選び、それぞれの円相当径(nm)を求め、算術平均し、これを無機粒子の平均粒径(nm)とした。
キャリアをエポキシ樹脂で包埋し、ミクロトームで切削し、キャリア断面を作製した。キャリア断面を走査透過電子顕微鏡((株)日立製作所製、S-4100)により撮影したSEM画像を、画像処理解析装置((株)ニレコ製、ルーゼックスAP)に取り込み、画像解析を行った。樹脂被覆層中のシリカ粒子(一次粒子)を無作為に100個選び、それぞれの円相当径(nm)を求め、算術平均し、これを無機粒子の平均粒径(nm)とした。
<樹脂被覆層中の無機粒子の含有量の測定>
樹脂被覆層中の無機粒子の含有量の測定方法としては、現像剤よりトナーと分離したキャリア2gを20mLのガラス瓶に投入し、質量を計測した。次に、ガラス瓶にメチルエチルケトン15mL投入し、ウェーブロータで10分間撹拌し、溶媒にて樹脂被覆層を溶解させた。磁石を用いて溶媒を除去し、更にメチルエチケトン10mLにてキャリア芯材(コア粒子)を3回洗浄した。洗浄したキャリア芯材を乾燥後精秤し、キャリア2gとの差分をキャリアの樹脂被覆層の質量とした。また、除去した溶媒を乾燥して残った残渣が、無機粒子の質量である。前述した樹脂被覆層の質量、及び、無機粒子の質量より、キャリアの樹脂被覆層中の無機粒子の含有量(質量%)を算出した。
樹脂被覆層中の無機粒子の含有量の測定方法としては、現像剤よりトナーと分離したキャリア2gを20mLのガラス瓶に投入し、質量を計測した。次に、ガラス瓶にメチルエチルケトン15mL投入し、ウェーブロータで10分間撹拌し、溶媒にて樹脂被覆層を溶解させた。磁石を用いて溶媒を除去し、更にメチルエチケトン10mLにてキャリア芯材(コア粒子)を3回洗浄した。洗浄したキャリア芯材を乾燥後精秤し、キャリア2gとの差分をキャリアの樹脂被覆層の質量とした。また、除去した溶媒を乾燥して残った残渣が、無機粒子の質量である。前述した樹脂被覆層の質量、及び、無機粒子の質量より、キャリアの樹脂被覆層中の無機粒子の含有量(質量%)を算出した。
<樹脂被覆層の平均厚さの測定>
上記SEM画像を画像処理解析装置((株)ニレコ製、ルーゼックスAP)に取り込み、画像解析を行った。キャリア1粒子あたり10箇所を無作為に選んで樹脂被覆層の厚さ(μm)を測定し、更にキャリア100個について測定し、すべてを算術平均し、これを樹脂被覆層の平均厚さ(μm)とした。
上記SEM画像を画像処理解析装置((株)ニレコ製、ルーゼックスAP)に取り込み、画像解析を行った。キャリア1粒子あたり10箇所を無作為に選んで樹脂被覆層の厚さ(μm)を測定し、更にキャリア100個について測定し、すべてを算術平均し、これを樹脂被覆層の平均厚さ(μm)とした。
<樹脂被覆層の表面被覆率、及び、無機粒子の表面露出率の測定>
キャリアを試料にして、下記の条件でX線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)で分析し、各元素のピーク強度からキャリア表面における鉄元素濃度(コア粒子の表面露出率)を測定し、また、無機粒子に含まれる珪素元素濃度等より無機粒子の表面露出率(atomic%)を求めた。
・XPS装置:アルバック・ファイ社製、VersaProbeII
・エッチング銃:アルゴン銃
・加速電圧:5kV
・エミッション電流:20mA
・スパッタ領域:2mm×2mm
・スパッタレート:3nm/min(SiO2換算)
また、キャリア表面における鉄元素濃度(コア粒子の表面露出濃度)を面積換算し、キャリアの測定面積より引くことにより、樹脂被覆層の面積を算出し、更に樹脂被覆層の表面被覆率を算出した。
キャリアを試料にして、下記の条件でX線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy,XPS)で分析し、各元素のピーク強度からキャリア表面における鉄元素濃度(コア粒子の表面露出率)を測定し、また、無機粒子に含まれる珪素元素濃度等より無機粒子の表面露出率(atomic%)を求めた。
・XPS装置:アルバック・ファイ社製、VersaProbeII
・エッチング銃:アルゴン銃
・加速電圧:5kV
・エミッション電流:20mA
・スパッタ領域:2mm×2mm
・スパッタレート:3nm/min(SiO2換算)
また、キャリア表面における鉄元素濃度(コア粒子の表面露出濃度)を面積換算し、キャリアの測定面積より引くことにより、樹脂被覆層の面積を算出し、更に樹脂被覆層の表面被覆率を算出した。
<現像剤からのキャリア及びコア粒子の採取>
現像剤から16μmメッシュでキャリアを分離した。分離したキャリアを、例えば、トルエンによりコート層を溶解しコア粒子を取り出した。溶剤は、コート樹脂に合わせて任意に変更した。溶解の差異は、溶剤に合わせて、加温、超音波付与など用いた。
現像剤から16μmメッシュでキャリアを分離した。分離したキャリアを、例えば、トルエンによりコート層を溶解しコア粒子を取り出した。溶剤は、コート樹脂に合わせて任意に変更した。溶解の差異は、溶剤に合わせて、加温、超音波付与など用いた。
<コア粒子の体積平均粒径>
コア粒子の体積平均粒径は、レーザー回折粒度分布測定装置LA-700((株)堀場製作所製)にて測定した。
コア粒子の体積平均粒径は、レーザー回折粒度分布測定装置LA-700((株)堀場製作所製)にて測定した。
<評価>
以下の画像形成装置を使用し、初期評価は、10枚目の印刷紙を、経時評価は、1万枚印刷後の印刷紙を用い評価した。
画像形成装置:DocuCentreVII C7773(富士ゼロックス(株)製、印刷速度70ppm(page per minute))
以下の画像形成装置を使用し、初期評価は、10枚目の印刷紙を、経時評価は、1万枚印刷後の印刷紙を用い評価した。
画像形成装置:DocuCentreVII C7773(富士ゼロックス(株)製、印刷速度70ppm(page per minute))
<像保持体へのキャリア付着抑制性(BCO)>
上記システム、環境でA4サイズの普通紙(富士ゼロックス(株)製、C2紙)で低カバ(エリアカバレッジ0.5%)のランを1万枚連続で流す。その後、BCO評価用にA3で全面ハーフトーンチャートを流し、画像上に存在するキャリアの個数を数え、以下の評価基準で評価した。
G1:キャリアの個数が0個
G2:キャリアの個数が1個以上3個以下
G3:キャリアの個数が4個以上6個以下
G4:キャリアの個数が7個以上であり、実使用上問題あり
上記システム、環境でA4サイズの普通紙(富士ゼロックス(株)製、C2紙)で低カバ(エリアカバレッジ0.5%)のランを1万枚連続で流す。その後、BCO評価用にA3で全面ハーフトーンチャートを流し、画像上に存在するキャリアの個数を数え、以下の評価基準で評価した。
G1:キャリアの個数が0個
G2:キャリアの個数が1個以上3個以下
G3:キャリアの個数が4個以上6個以下
G4:キャリアの個数が7個以上であり、実使用上問題あり
<帯電立ち上がり性>
前記BCO評価を行った後、1晩放置した。白紙を100枚流し、エリアカバレッジ40%チャートを1万枚印刷して、画像、特に画像カブリについて確認し、以下の評価基準で評価した。
G1:画像にまったく問題なし
G2:画像に目視で瞬時に判断できないレベルであり、ルーペでは微小なカブリが検知できる
G3:画像のずれが僅かにカブリを生じている(目視で判断できるがレベルは小さい)
G4:画像のずれがカブリを生じており、実使用上問題あり
前記BCO評価を行った後、1晩放置した。白紙を100枚流し、エリアカバレッジ40%チャートを1万枚印刷して、画像、特に画像カブリについて確認し、以下の評価基準で評価した。
G1:画像にまったく問題なし
G2:画像に目視で瞬時に判断できないレベルであり、ルーペでは微小なカブリが検知できる
G3:画像のずれが僅かにカブリを生じている(目視で判断できるがレベルは小さい)
G4:画像のずれがカブリを生じており、実使用上問題あり
なお、表1中の略称は、次の通りである。
・PFEM/MM:パーフルオロプロピルエチルメタクリレート/メチルメタクリレート共重合体(質量基準の重合比30:70、重量平均分子量Mw=19,000)
・CHM:ポリシクロヘキシルメタクリレート(表1に記載の重量平均分子量Mw)
・PFEM/MM:パーフルオロプロピルエチルメタクリレート/メチルメタクリレート共重合体(質量基準の重合比30:70、重量平均分子量Mw=19,000)
・CHM:ポリシクロヘキシルメタクリレート(表1に記載の重量平均分子量Mw)
上記結果から、本実施例は、比較例に比べ、経時における像保持体へのキャリア付着抑制性、及び、経時帯電立ち上がり性に優れることがわかる。
1Y、1M、1C、1K 感光体(像保持体の一例)
2Y、2M、2C、2K 帯電ロール(帯電手段の一例)
3 露光装置(静電荷像形成手段の一例)
3Y、3M、3C、3K レーザ光線
4Y、4M、4C、4K 現像装置(現像手段の一例)
5Y、5M、5C、5K 一次転写ロール(一次転写手段の一例)
6Y、6M、6C、6K 感光体クリーニング装置(クリーニング手段の一例)
8Y、8M、8C、8K トナーカートリッジ
10Y、10M、10C、10K 画像形成ユニット
20 中間転写ベルト(中間転写体の一例)
22 駆動ロール
24 支持ロール
26 二次転写ロール(二次転写手段の一例)
28 定着装置(定着手段の一例)
30 中間転写体クリーニング装置
P 記録紙(記録媒体の一例)
107 感光体(像保持体の一例)
108 帯電ロール(帯電手段の一例)
109 露光装置(静電荷像形成手段の一例)
111 現像装置(現像手段の一例)
112 転写装置(転写手段の一例)
113 感光体クリーニング装置(クリーニング手段の一例)
115 定着装置(定着手段の一例)
116 取り付けレール
117 筐体
118 露光のための開口部
200 プロセスカートリッジ
300 記録紙(記録媒体の一例)
2Y、2M、2C、2K 帯電ロール(帯電手段の一例)
3 露光装置(静電荷像形成手段の一例)
3Y、3M、3C、3K レーザ光線
4Y、4M、4C、4K 現像装置(現像手段の一例)
5Y、5M、5C、5K 一次転写ロール(一次転写手段の一例)
6Y、6M、6C、6K 感光体クリーニング装置(クリーニング手段の一例)
8Y、8M、8C、8K トナーカートリッジ
10Y、10M、10C、10K 画像形成ユニット
20 中間転写ベルト(中間転写体の一例)
22 駆動ロール
24 支持ロール
26 二次転写ロール(二次転写手段の一例)
28 定着装置(定着手段の一例)
30 中間転写体クリーニング装置
P 記録紙(記録媒体の一例)
107 感光体(像保持体の一例)
108 帯電ロール(帯電手段の一例)
109 露光装置(静電荷像形成手段の一例)
111 現像装置(現像手段の一例)
112 転写装置(転写手段の一例)
113 感光体クリーニング装置(クリーニング手段の一例)
115 定着装置(定着手段の一例)
116 取り付けレール
117 筐体
118 露光のための開口部
200 プロセスカートリッジ
300 記録紙(記録媒体の一例)
Claims (12)
- 磁性粉を樹脂中に分散してなるコア粒子、及び、
前記コア粒子を被覆する樹脂被覆層を有し、
前記樹脂被覆層の表面被覆率が、96面積%以上であり、
前記樹脂被覆層が、無機粒子を、前記樹脂被覆層の全質量に対し、10質量%以上50質量%以下含み、
X線光電子分光法により求めたキャリア表面の前記無機粒子の表面露出率が、6atomic%以上15atomic%以下である
静電荷像現像用キャリア。 - 前記コア粒子における前記樹脂が、フェノール樹脂を含む請求項1に記載の静電荷像現像用キャリア。
- 前記無機粒子が、無機酸化物粒子を含む請求項1又は請求項2に記載の静電荷像現像用キャリア。
- 前記無機粒子が、シリカ粒子を含む請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の静電荷像現像用キャリア。
- 前記樹脂被覆層の平均厚さが、0.6μm以上1.4μm以下である請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の静電荷像現像用キャリア。
- 前記樹脂被覆層が、アクリル樹脂を含む請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の静電荷像現像用キャリア。
- 前記樹脂被覆層に含まれる樹脂の重量平均分子量が、30万未満である請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の静電荷像現像剤。
- 前記樹脂被覆層に含まれる樹脂の重量平均分子量が、25万未満である請求項7に記載の静電荷像現像用キャリア。
- 静電荷像現像用トナーと、
請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の静電荷像現像用キャリアとを含む
静電荷像現像剤。 - 請求項9に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段を備え、
画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジ。 - 像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
請求項9に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、
を備える画像形成装置。 - 像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、
請求項9に記載の静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像工程と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写工程と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着工程と、
を有する画像形成方法。
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