JP4039629B2 - 二成分現像剤、二成分現像剤用トナー及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真、静電記録、静電印刷等における静電荷像を現像する為の二成分現像剤および該現像剤を使用する画像形成装置、プロセスカートリッジに関するものである。更に詳しくは、直接または間接電子写真現像方式を用いた複写機、レーザープリンタおよび普通紙ファックス等に使用される静電荷像現像用現像剤および画像形成装置に関する。さらに直接または間接電子写真多色現像方式を用いたフルカラー複写機、フルカラーレーザープリンターおよび、フルカラー普通紙ファックス等に使用される静電荷像現像用現像剤および画像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、複写機、プリンター等の画像形成装置における高品質化に伴い、出力画像の高画質化が追求されそのため画像形成トナーは小粒径化が進み、トナーに対して流動性の確保と均一帯電の確保が強く求められている。そのためにトナー粒子表面に各種外添剤を添加、混合、効率的に付着させる方法として各種方法が提案されている。
【0003】
例えば、従来から、粒径が1〜100μm程度の樹脂粉体の表面に微粒子状の表面処理剤を付着処理する方法としては、湿式処理法と乾式処理法が行われている。湿式処理法では、表面処理剤を分散した溶液中に樹脂粉体を投入して付着させた後に、溶剤を除去して乾燥する方法が行われている。乾式処理法では、攪拌混合器を使用して樹脂粉体と表面処理剤を攪拌することで樹脂粉体に表面処理剤を付着させることが行われている。
【0004】
一般に電子写真用トナ−(以後トナ−と省略する)は、熱可塑性樹脂中に帯電制御剤、離型剤、着色剤等を配合してなる樹脂粉体である未処理トナ−表面を疎水化された微粉末化表面処理剤によって処理されており、この処理状態によってトナ−の性能が大きく左右されるものである。特に、未処理トナ−と表面処理剤の混合の際、攪拌混合処理が不十分で得られたトナ−の粒子個々の表面処理状態が異なり、表面処理剤によって表面全体が処理されたトナ−粒子と一部分が処理されたトナ−粒子とが混在したようなトナ−系では、粒子個々の摩擦帯電量が不均一になってしまうために、複写時にカブリと称する画像汚れが発生したり、画像形成に寄与しないで回収されるトナ−量が増大してしまう欠点がある。
【0005】
また、表面処理剤の大きな凝集体がトナ−系中に存在すると、それが感光体上に移行して感光体の傷の発生原因になったり、紙に転写された場合には画質が低下してしまう。これらの様々な問題点は、全てトナ−表面の状態に関わっており、その表面状態は、樹脂粉体と表面処理剤の混合方法に大きく左右されているのである。このため、樹脂粉体(未処理トナ−)の表面を表面処理剤で処理して得られる微粉末化された電子写真用トナ−は、その特性を発揮するために流動性・摩擦帯電性を調整し疎水化された表面処理剤で処理製造される必要がある。そして、該トナ−を製造するために、従来より湿式法と乾式法が採用されている。
【0006】
しかし、湿式法では、製造過程で使用した溶液がトナ−系中に残留し易く、これにより摩擦帯電特性が不良となったり、使用時に残留溶液に起因する臭気の問題が発生するために残留溶液を完全に乾燥除去する必要がある。このため、溶液中からのトナ−の製造操作は、非常に煩雑となり作業性を著しく低下する原因となっている。このような湿式処理法の欠点を解消する製法として、溶剤を使用せずに気相中で攪拌混合処理する乾式処理法が挙げられる。
【0007】
例えば、有機負電荷制御剤を固定化させるにあたり、有機負電荷制御剤としてBET比表面積が15m2/g以上のものを用いると共に、この有機負電荷制御剤と一緒にBET比表面積が10〜100m2/gの範囲にある無機微粒子を用いることで粒子の表面に均一に分散された状態で固定化させる方法(特許文献1参照)、衝撃力を主とする機械的熱的エネルギーで表面処理剤の皮膜層をつくる方法(特許文献2参照)、瞬間的表面加熱処理により強固に表面処理剤を付着させる方法(特許文献3参照)、2段羽根を備える球状容器にて表面処理樹脂をつくる方法(特許文献4参照)、微粉末を混合付着後、未付着物を除去する方法(特許文献5参照)等が提案されており,熱可塑性樹脂の表面に表面処理剤を強く付着させるには品温を上昇させて樹脂表面を軟化させながら衝撃力を強めるか、積極的に樹脂表面を加熱することにより衝撃力を用いずに付着させる方法があること、及び未付着物が存在しやすいことを示唆している。
【0008】
更に、近年の電子写真用トナーは低温定着化が進み、トナーを構成する結着樹脂としてガラス転移温度の低いものが好んで用いられている。また、電子写真用トナーに低融点物質を含有させ、画像形成装置に対する離型性をトナーに持たせることが多くなった。低融点物質を含有しガラス転移点温度の低い結着樹脂で構成されるトナーを攪拌混合処理しようとする場合、トナー又はトナー中の低融点物質が融解しない温度で処理しないと、低融点物質が溶け出しトナー物性が変化してしまう。また、融着により凝集物が形成されるため、これらを新たに分級、除去する必要が生じ、効率的でない。前述のトナー及び工法は、製造工程において発熱するため、低融点物質が溶け出しトナー物性が変化してしまい、低温定着トナーには向いていない。
【0009】
樹脂のガラス転移温度に着目し、比較的低温で攪拌混合し無機微粒子をトナー表面に付着させる方法が提案され、竪型円筒状処理槽を用いたヘンシェルミキサーで攪拌混合する実施例が紹介されている(特許文献6参照)。流動性改善を狙った流動補助剤として表面処理剤をトナーに付着させる場合、流動性を確保するためには粒子表面に添加剤の凹凸を確保する必要があり、適度な付着力つまり適度な衝撃力が要求されるので、混合攪拌としては、回転羽根の周速度が、他のミキサーに比べ比較的速いことからトナー製造の際に好んで使用される。
【0010】
しかしながら、電荷制御を狙った表面処理剤の場合、トナーに付着させるだけでなく、トナー粒子表面に均一に表面処理剤の一部又は全部を埋没させしっかりと固定化する必要があるため、これを実施するためには十分な衝撃力を与えられる攪拌速度で混合しなければならない。帯電制御剤の固定化が不十分なトナーが存在すると均一な摩擦帯電が得られず、カブリと称する画像汚れの原因となる。低融点物質を含有しガラス転移点温度の低い結着樹脂で構成されるトナーに、電荷制御を狙った表面処理を行うためには、低融点物質が流出しない範囲での低温度で且、固定化するに十分な衝撃力を与える必要がある。
【0011】
上記のミキサーより高速回転が可能である攪拌混合機としてはハイブリダイザーが知られており、この混合機は帯電制御剤の確実な固定化は十分可能であるが、もともと発熱による2種以上の粒子の混合を目的としているため、十分な冷却機構を有していない。従って、低融点物質を含有しガラス転移点温度の低い結着樹脂で構成されるトナーに、低融点物質が流出しない範囲での低温度処理をするには処理量を極端に落とす必要があり、実質的には使用することができない。
【0012】
この様に、低融点物質を含有しガラス転移点温度の低い結着樹脂で構成されるトナーに、低融点物質が流出しない範囲での低温度処理をするためには、従来の攪拌混合処理では不十分であり、トナーの粒子個々の表面処理状態にバラツキを生じ、樹脂粉体の表面全体が処理されたトナー粒子と一部分が処理されたトナー粒子の混合物となり、粒子個々の摩擦帯電量が不均一になってしまうために複写時にカブリと称する画像汚れが発生したり、画像形成に寄与しないで回収されるトナー量が増大してしまう欠点がある。
【0013】
また、表面処理剤の付着状態が弱いトナーでは、使用時に表面処理剤がトナ−から遊離し易く、これが原因で感光体を傷つけたり、キャリアスペントして現像剤の機能を劣化させたりするといった問題が発生する。また、トナー補給機構を有する画像形成装置では、仮に撹拌混合処理によって樹脂粉体の表面全体が均一に処理され粒子個々の摩擦帯電量が均一であったとしても、使用時に外添剤が埋め込まれることにより流動性が劣り、剤中トナーの帯電量が低下し、それにより補給トナーとの帯電量差が生じその結果、複写時にカブリの発生が懸念される。
【0014】
【特許文献1】
特許第3036184号公報
【特許文献2】
特開昭63−85756号公報
【特許文献3】
特開平10−10781号公報
【特許文献4】
特開平10−95855号公報
【特許文献5】
特開昭63−139366号公報
【特許文献6】
特開2000−267354号公報
【0015】
【本発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、トナー補給機構を有する画像形成装置において、現像剤中トナーと補給トナーとの帯電量差によるカブリの発生がなくまた現像剤劣化のない優れたトナーからなる二成分現像剤を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の従来技術の問題を解決するもので、離型剤を含有し、熱可塑性樹脂を主成分とした低温定着トナーの表面に表面処理用の帯電制御剤を打ち込むトナー及び帯電制御剤を確実に固定化する技術に関する。本発明は該トナーからなる二成分現像剤において3μm以下微粉含有量が0〜70個数%であることが重要であることを見出したものである。
すなわち本発明は以下のとおりである。
【0017】
(1)トナーの補給機構を有するシステムにおいて用いられる、シリコーンコートキャリアとトナーとを含有する二成分現像剤であり、
該トナーが少なくとも結着樹脂、着色剤及び離型剤からなる樹脂粉体と、帯電制御剤と、流動性補助剤としての無機微粒子とを含み、該樹脂粉体は、少なくとも、有機溶媒中に、樹脂、着色剤、離型剤を含有した組成物を溶解または分散させ、該組成物溶液または分散液を水系媒体中で分散させ、該有機溶媒を除去し、洗浄、乾燥することにより得られる樹脂粉体であり、流動攪拌混合機を用い、樹脂粉体、帯電制御剤及び無機微粒子を攪拌し、樹脂粉体に帯電制御剤を固定化することを特徴とするトナーからなる二成分現像剤において、10万枚コピー後の現像剤中に含まれるトナーの3μm以下微粉含有量が32.9〜68.2個数%であることを特徴とする二成分現像剤。
【0018】
(2)該帯電制御剤の添加量が樹脂粉体に対して0.2〜1.0重量%であることを特徴とする上記(1)に記載の二成分現像剤。
【0019】
(3)該樹脂粉体のDv/Dnが1.25以下であることを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載の二成分現像剤。
(4)該樹脂粉体が、少なくとも、有機溶媒中に、活性水素基を有する化合物、着色剤、離型剤を含有した組成物を溶解または分散させ、該組成物溶液または分散液を水系媒体中で分散させ、活性水素基を有する化合物と反応可能な樹脂を反応させた後もしくは反応させながら、該有機溶媒を除去し、洗浄、乾燥することにより得られるものであることを特徴とする上記(1)〜(3)いずれかに記載の二成分現像剤。
【0020】
(5)上記(1)〜(4)のいずれかに記載の二成分現像剤用の補給トナーであって、少なくとも結着樹脂、着色剤及び離型剤からなる樹脂粉体と、帯電制御剤と、流動性補助剤としての無機微粒子とを含み、流動攪拌混合機を用い、樹脂粉体、帯電制御剤及び無機微粒子を攪拌し、樹脂粉体に帯電制御剤を固定化され、3μm以下微粉含有量が0〜20個数%であることを特徴とする二成分現像剤用トナー。
徴とする上記(1)〜(3)いずれかに記載の二成分現像剤。
【0021】
(6)上記(1)〜(4)のいずれかに記載の二成分現像剤を用いて画像を形成する画像形成装置であって、該樹脂粉体を定着する定着装置は、発熱体を具備する加熱体と、前記加熱体と接触するフィルムと、前記フィルムを介して前記加熱体と圧接する加圧部材とを有し、前記フィルムと前記加圧部材の間に未定着画像を形成させた被記録材を通過させて加熱定着する定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
【0022】
(9)感光体と、帯電手段、現像手段、クリ−ニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカ−トリッジにおいて、前記現像手段は、二成分現像剤を保持し、該二成分現像剤は、上記(1)〜(6)のいずれかに記載の二成分現像剤であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
(8)上記(1)〜(4)のいずれかに記載の二成分現像剤を用いて画像形成を行う画像形成装置において、用いられる感光体が、アモルファスシリコン感光体であることを特徴とする画像形成装置。
【0023】
(9)上記(1)〜(4)のいずれかに記載の二成分現像剤を用いて画像形成を行う画像形成装置において、感光体上の潜像を現像する時に、交互電界を印加することを特徴とする画像形成装置。
(10)上記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の二成分現像剤を用いて画像形成を行う画像形成装置において、画像形成を行うのに用いられる帯電装置が、潜像担持体に帯電部材を接触させ、当該帯電部材に電圧を印加することによって帯電を行なう帯電装置であることを特徴とする画像形成装置。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
(剤中および補給トナーの3μm以下微粉含有量)
本発明で用いる現像剤中トナーの3μm以下微粉含有量としては0〜70個数%であることが好ましく、0〜50個数%がより好ましい。3μm以下微粉含有量が70個数%を超えると、高帯電化した微粉トナーがキャリア表面に強固に付着することによりキャリアの帯電サイトが減少しキャリアの帯電能力を低下させ、補給トナーが十分な帯電量を得られず、剤中トナーと補給トナーの帯電量に差が生じ地肌汚れを生じてしまう。また、補給トナーの3μm以下微粉含有量としては0〜20個数%であることが好ましく、0〜10個数%がより好ましい。3μm以下微粉含有量が20個数%を超えると、微粉トナーのキャリアへの蓄積速度が速くなりキャリアの帯電サイトが減少しキャリアの帯電能力を低下させ、十分な帯電量が得られなくなり地肌汚れを生じてしまう。
【0025】
(帯電制御剤の一次粒子径および添加量)
本発明で用いる帯電制御剤の一次粒子径としては100〜300nmが好ましい。一次粒子径が100nm以下では質量が小さ過ぎるため攪拌容器内を浮遊してしまい樹脂粉体表面に十分に固定化できず、十分な帯電量が得られない。また、一次粒子径が300nm以上では、樹脂粉体表面に固定化される帯電制御剤が個々の樹脂粉体により均一ではないため帯電量にばらつきが生じる。また、添加量は、樹脂粉体に対し0.2〜1.0wt%であることが好ましく、より好ましくは0.25〜0.70wt%である。0.2wt%未満では帯電制御剤としての効果が得られず、帯電能力不足による地肌汚れが発生してしまう。1.0wt%以上では帯電制御剤としての効果が強くなり現像剤中トナーの帯電量が高くなり、補給トナーの帯電量との差が生じ地肌汚れを生じてしまう。
【0026】
帯電制御剤としては公知のものが全て使用でき、一次粒径としては100〜300nmが好ましい。例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体又は化合物、タングステンの単体又は化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、第四級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、第四級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、第四級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、第四級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、四級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。
【0027】
(シリコーンコートキャリア)
本発明の二成分現像剤はトナーと磁性キャリアとを混合して用いるものであり、現像剤中のキャリアとトナーの含有比は、キャリア100重量部に対してトナー1〜10重量部が好ましい。磁性キャリアとしては、粒子径20〜200μm程度の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリアなど従来公知のものが使用できる。
【0028】
被覆材としては、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、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド、ポリビニルブチラール、アミノアクリレート樹脂が挙げられる。この中でもシリコーン樹脂がより好ましい。
【0029】
シリコーン樹脂としては、シリコーンワニス(東芝製、TSR 115、TSR 114、TSR 102、TSR 103、YR 3061、TSR 110、TSR116、TSR 117、TSR 108,TSR 109、TSR 180、TSR 181、TSR 187、TSR 144、TSR 165、信越シリコーン社製、KR 271、KR 272、KR 275、KR 280、KR 282、KR 267、KR 269、KR 211、KR 212など)アルキッド変性シリコーンワニス(東芝製TSR 184,185など)、エポキシ変性シリコーンワニス(東芝製TSR 194、YS54など)、ポリエステル変性シリコーンワニス(東芝製TSR 187など)、アクリル変性シリコーンワニス(東芝製TSR 170,171など)、ウレタン変性シリコーンワニス(東芝製TSR 175など)、反応性シリコーン樹脂(信越シリコーン社製KA1008、KBE1003、KBC1003、KBM 303、KBM 403、KBM503、KBM 602、KBM 603など)などが挙げられる。
【0030】
(Tgの影響)
近年の電子写真用トナーは低融点化が進んでおり、樹脂粉体のガラス転移温度Tgは通常40〜70℃である。攪拌混合により品質を落とさず、樹脂粉体に効率良く帯電制御剤を固定化するためには、Tgを基準に(Tg−35)〜(Tg−10)℃の温度範囲で処理するのが望ましい。T<Tg−35℃では、攪拌羽根と粉体又は粉体同士の衝突による発熱が全く無い状態、つまり十分な固定化がなされていないことになる。逆に、T>Tg−10℃では発熱量が冷却能力を上回っている状態であり、例えば電子写真用トナーでは樹脂粉粒子に含まれる離型剤が粒子表面に露出してしまう。このようなトナーは保存性が低下し、複写機内を汚すといった不具合が起こる。
【0031】
又、低融点物質が溶け出し、融着によりトナーの凝集物を形成するため、電子写真用トナーとして用いるには新たに分級、除去の工程が必要になり効率的でない。トナーは、一般に流動性が悪いほど発熱しやすく、特に低温定着化(低融点化)させるとトナー流動性は悪化し、発熱しやすい。本発明においては、後述するように、流動性を良くするために流動性補助剤として無機微粒子を添加している。これにより流動性を良くすることができ、発熱量の上昇の防止に効果的である。
【0032】
(流動攪拌混合機)
容器形状1
本発明における流動攪拌型混合装置としては、容器内壁より突出した固定部材が存在しない容器が好ましく、回転体の周囲に配置された容器内壁より突出する部分や凹凸が内壁に存在せず、回転体と突出部材とのギャップを形成していない球形の容器が好ましい。容器壁面に凹凸がある装置、例えば、図3に示す装置や、特開平5−34971号公報図1に示されているハイブリダイザーの場合、高速回転によってトナーが容器壁面と衝突、摩擦、発熱するため、トナーの一部が融着、凝集したり離型剤が露出してしまいトナー物性が変化してしまう恐れがある。突出部分がある場合には、その部材の容器内壁面からの突出高さは好ましくは1mm以下、より好ましくは0.5mm以下である。この滑らかな内壁を高速で粉体が流動することにより、粒子のさらなる粉砕も進行せずに均一に粉体の表面を処理することができる。内壁に突起があり滑らかでないと高速気流に乱流が生じ易く、粒子の余分な粉砕や、粒子表面の局所的融解、粉体への処理の均一性の欠如(粒子間へ与えられるエネルギーのばらつき)が生じやすい。本発明で言う容器内壁面からの突出部材には、例えば内部温度を測定するためのセンサーや、粉体が内壁に付着したりすることを防止する回転体の軸の方向に突出した部材は含まれない。
【0033】
容器形状2
さらに処理容器の形態は、円筒形のものや内壁が平面のものではなく、図1に示すように内壁に平面部分を有しない略球体であり、連続した曲面を形成したものが好ましい。この連続した曲面以外に、粉体排出装置や気体排出口等は含まれない。このような連続した曲面は安定した乱れのない高速気流を生み出し、処理する樹脂粉体を含む粒子間に与えるエネルギーの均一性を生み出す。例えばQ型ミキサー(三井鉱山社製)が適当な例として挙げられる。
【0034】
羽根と固定化
樹脂粉体に表面処理剤を固定化するためには、羽根と粉体又は粉体同士の衝突回数を増し、更には大きな遠心力で内壁面方向に打ち出すことが重要なため、攪拌羽根を高速で回転させ十分な衝撃力を粉体に与えなくてはならない。回転している羽根と衝突した際に羽根から受ける衝撃力は回転方向成分が最大となるため、なるべく多くの回転方向成分の力を粉体に伝達でき得る羽根の形状、例えば図2に示したような放射状に位置する攪拌羽根が望ましい。
【0035】
(攪拌速度)
攪拌速度(周速度)は65〜120m/s、好ましくは70〜100m/sである。この範囲の速度で攪拌することで、個々の粒子に大きな衝撃力を与え、更にその衝撃力によって打ち出された粒子は大きな速度を持つため攪拌容器内を高速で運動できる。
上述した処理温度、攪拌装置及び撹拌速度の条件を組み合わせれば、表面処理剤のトナー表面への打ち込みに効果が高い。
【0036】
(処理条件とTgの凝集度への影響)
Tgを基準とする上記の温度範囲で攪拌混合を行った場合、容器容量、仕込み量及び羽根車の周速度により、でき上がりトナーの凝集度が変化する。これは表面処理剤がどの程度樹脂粉体に固定化されているかについての指標になる。また、凝集度が70より大きい樹脂粉体と例えば帯電制御剤を攪拌混合する場合、本発明で用いる攪拌混合機を用いれば、混合初期においては流動性補助剤として無機微粒子及び流動性粒子状の帯電制御剤が流動助剤として機能するため、凝集度を制御することが可能である。
【0037】
(樹脂粉体の平均粒径Dv)
本発明における樹脂粉体としては、体積平均粒径Dvが3.0〜7.0μmであるものが好ましい。Dvが3.0μm未満では粉体の質量が小さ過ぎるため、攪拌羽根によって付与できるエネルギー量では固定化が困難である。また、Dvが7.0μmを超えると粒子の解砕が起こり、処理後のDvが変化するばかりか、品質に影響を及ぼすことになる。
【0038】
(Dv/Dn)
本発明における樹脂粉体としては、Dv/Dnが1.25以下であるものが好ましい。Dv/Dnが1.25を超えると粉体の粒度分布がブロードであり流動性が悪いため、打ち込み時の発熱が上昇するばかりか、帯電制御剤を均一状態に付着できず、品質に影響を及ぼすことになる。
【0039】
(無機微粒子の添加量及び一次粒子径)
本発明における流動性補助剤の無機微粒子としては、樹脂粉体に対する無機微粒子の添加量が0.1〜1.0wt%の範囲であること好ましく、より好ましくは0.30〜0.70wt%である。添加量が0.1wt%未満では流動性補助剤としての効果が得られず、発熱してしまう。1.0wt%を超えると発熱はしないが、樹脂粉末表面に多量の無機微粒子が存在し、低温定着性を阻害してしまう。また、一次粒子径が5〜150nmであるものが好ましく、より好ましくは10〜50nmである。一次粒子径が5nm未満では質量が小さ過ぎるため攪拌容器内を浮遊してしまい流動性補助剤としての流動性効果が得られない。また、一次粒子径が150nmを超えると流動性補助剤としての流動性効果が得られない。
【0040】
無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、べンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等を挙げることができる。その中でも特に好ましくはシリカおよび酸化チタンである。これらの無機微粒子は表面処理を行って疎水性を上げ、高湿度下においても流動特性や帯電特性の悪化を防ぐことができる。特に酸化チタンを用いた場合、帯電特性の悪化を効果的に防ぐことができる。
【0041】
(結着樹脂)
ウレア変性ポリエステル
本発明に用いる樹脂粉体を製造するには、結着樹脂として変性ポリエステル系樹脂を組成として含むことが好ましい。この変性ポリエステル系樹脂として、ウレア結合で変性されたポリエステル(i)を用いることができる。(i)としては、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との反応物等が挙げられる。イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)としては、ポリオール(1)とポリカルボン酸(2)との重縮合物でかつ活性水素基を有するポリエステルをさらにポリイソシアネート(3)と反応させた物等が挙げられる。上記ポリエステルの有する活性水素基としては、水酸基(アルコール性水酸基及びフェノール性水酸基)、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基等が挙げられ、これらのうち好ましいものはアルコール性水酸基である。
【0042】
ポリオール(1)としては、ジオール(1−1)及び3価以上のポリオール(1−2)が挙げられ、(1−1)単独、又は(1−1)と少量の(1−2)との混合物が好ましい。ジオール(1−1)としては、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール等);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール等);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールA等);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド等)付加物等が挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコール及びビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、及びこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。3価以上のポリオール(1−2)としては、3〜8価又はそれ以上の多価脂肪族アルコール(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、ソルビトール等);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物等が挙げられる。
【0043】
ポリカルボン酸(2)としては、ジカルボン酸(2−1)及び3価以上のポリカルボン酸(2−2)が挙げられ、(2−1)単独、及び(2−1)と少量の(2−2)との混合物が好ましい。ジカルボン酸(2−1)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸等);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸等);芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等)等が挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸及び炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。3価以上のポリカルボン酸(2−2)としては、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸等)等が挙げられる。なお、ポリカルボン酸(2)としては、上述のものの酸無水物又は低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステル等)を用いてポリオール(1)と反応させてもよい。
【0044】
ポリオール(1)とポリカルボン酸(2)の比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、通常2/1〜1/1、好ましくは1.5/1〜1/1、さらに好ましくは1.3/1〜1.02/1である。
【0045】
ポリイソシアネート(3)としては、脂肪族ポリイソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエート等);脂環式ポリイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネート等);芳香族ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート等);芳香脂肪族ジイソシアネート(α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等);イソシアヌレート類;前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタム等でブロックしたもの;及びこれら2種以上の併用が挙げられる。
【0046】
ポリイソシアネート(3)の比率は、イソシアネート基[NCO]と、水酸基を有するポリエステルの水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、通常5/1〜1/1、好ましくは4/1〜1.2/1、さらに好ましくは2.5/1〜1.5/1である。[NCO]/[OH]が5を超えると低温定着性が悪化する。[NCO]のモル比が1未満では、変性ポリエステル中のウレア含量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。末端にイソシアネート基を有するプレポリマー(A)中のポリイソシアネート(3)構成成分の含有量は、通常0.5〜40wt%、好ましくは1〜30wt%、さらに好ましくは2〜20wt%である。0.5wt%未満では、耐ホットオフセット性が悪化すると共に、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。また、40wt%を超えると低温定着性が悪化する。
【0047】
イソシアネート基を有するプレポリマー(A)中の1分子当たりに含有するイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
【0048】
アミン類(B)としては、ジアミン(B1)、3価以上のポリアミン(B2)、アミノアルコール(B3)、アミノメルカプタン(B4)、アミノ酸(B5)、及びB1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)等が挙げられる。ジアミン(B1)としては、芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン等);脂環式ジアミン(4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミン等);及び脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等)等が挙げられる。3価以上のポリアミン(B2)としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン等が挙げられる。アミノアルコール(B3)としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリン等が挙げられる。アミノメルカプタン(B4)としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタン等が挙げられる。アミノ酸(B5)としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸等が挙げられる。B1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)としては、前記B1〜B5のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等)から得られるケチミン化合物、オキサゾリン化合物等が挙げられる。これらアミン類(B)のうち好ましいものは、B1及びB1と少量のB2の混合物である。
【0049】
さらに、必要により伸長停止剤を用いてウレア変性ポリエステルの分子量を調整することができる。伸長停止剤としては、モノアミン(ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミン等)、及びそれらをブロックしたもの(ケチミン化合物)等が挙げられる。
【0050】
アミン類(B)の比率は、イソシアネート基を有するプレポリマー(A)中のイソシアネート基[NCO]と、アミン類(B)中のアミノ基[NHx]の当量比[NCO]/[NHx]として、通常1/2〜2/1、好ましくは1/1.5〜1.5/1、さらに好ましくは1/1.2〜1.2/1である。[NCO]/[NHx]が2を超えたり1/2未満では、ウレア変性ポリエステル(i)の分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
【0051】
本発明においては、ウレア結合で変性されたポリエステル(i)中に、ウレア結合と共にウレタン結合を含有していてもよい。ウレア結合含有量とウレタン結合含有量のモル比は、通常100/0〜10/90であり、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは、60/40〜30/70である。ウレア結合のモル比が10%未満では、耐ホットオフセット性が悪化する。
【0052】
本発明で用いるウレア変性ポリエステル(i)は、ワンショット法、プレポリマー法により製造される。ウレア変性ポリエステル(i)の重量平均分子量は、通常1万以上、好ましくは2万〜1000万、さらに好ましくは3万〜100万である。1万未満では耐ホットオフセット性が悪化する。ウレア変性ポリエステルの数平均分子量は、後述の変性されていないポリエステル(ii)を用いる場合は特に限定されるものではなく、前記重量平均分子量とするのに得やすい数平均分子量でよい。(i)単独の場合は、数平均分子量は、通常20000以下、好ましくは1000〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。20000を超えると低温定着性及びフルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
【0053】
未変性ポリエステル
本発明においては、前記ウレア結合で変性されたポリエステル(i)だけでなく、この(i)と共に、変性されていないポリエステル(ii)をトナーの結着樹脂成分として含有させることもできる。(ii)を併用することで、低温定着性及びフルカラー装置に用いた場合の光沢性が向上し、単独使用より好ましい。(ii)としては、前記(i)のポリエステル成分と同様なポリオール(1)とポリカルボン酸(2)との重縮合物等が挙げられ、好ましいものも(i)と同様である。また、(ii)は無変性のポリエステルだけでなく、ウレア結合以外の化学結合で変性されているものでもよく、例えばウレタン結合で変性されていてもよい。(i)と(ii)は少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。従って、(i)のポリエステル成分と(ii)は類似の組成が好ましい。(ii)を含有させる場合の(i)と(ii)の重量比は、通常5/95〜80/20、好ましくは5/95〜30/70、さらに好ましくは5/95〜25/75、特に好ましくは7/93〜20/80である。(i)の重量比が5%未満では、耐ホットオフセット性が悪化すると共に、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。
【0054】
(ii)のピーク分子量は、好ましくは1000〜10000である。1000未満では耐熱保存性が悪化し、10000を超えると低温定着性が悪化する。(ii)の水酸基価は5以上であることが好ましく、さらに好ましくは10〜120、特に好ましくは20〜80である。5未満では耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。(ii)の酸価は通常1〜30、好ましくは5〜20である。酸価を持たせることで負帯電性となりやすい傾向がある。
【0055】
本発明において、トナーの結着樹脂のガラス転移点(Tg)は、好ましくは40〜70℃である。40℃未満ではトナーの耐熱保存性が悪化し、70℃を超えると低温定着性が不十分となる。ウレア変性ポリエステル樹脂の共存により、本発明の乾式トナーにおいては、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。
【0056】
結着樹脂の貯蔵弾性率としては、測定周波数20Hzにおいて10000dyne/cm2となる温度(TG’)が、通常100℃以上、好ましくは110〜200℃である。100℃未満では耐ホットオフセット性が悪化する。トナーの結着樹脂の粘性としては、測定周波数20Hzにおいて1000P(100Pa・s)となる温度(Tη)が、通常180℃以下、好ましくは90〜160℃である。180℃を超えると低温定着性が悪化する。すなわち、低温定着性と耐ホットオフセット性の両立の観点から、TG’はTηより高いことが好ましい。言い換えるとTG’とTηの差(TG’−Tη)は0℃以上が好ましい。さらに好ましくは10℃以上であり、特に好ましくは20℃以上である。差の上限は特に限定されない。また、耐熱保存性と低温定着性の両立の観点から、TηとTgの差は0〜100℃が好ましい。さらに好ましくは10〜90℃であり、特に好ましくは20〜80℃である。
【0057】
(着色剤)
本発明のトナーに用いる着色剤としては公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミウムレッド、カドミウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15wt%、好ましくは3〜10wt%である。
【0058】
本発明で用いる着色剤は樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。マスターバッチの製造又はマスターバッチと共に混練される結着樹脂としては、先に挙げた変性、未変性ポリエステル樹脂の他にポリスチレン、ポリp−クロロスチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の重合体;スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックス等が挙げられ、単独あるいは混合して使用できる。
【0059】
マスターバッチは、マスターバッチ用の樹脂と着色剤とを高せん断力をかけて混合、混練して得られる。この際着色剤と樹脂との相互作用を高めるために、有機溶剤を用いることができる。またいわゆるフラッシング法と呼ばれる着色剤の水を含んだ水性ペーストを樹脂と有機溶剤と共に混合混練し、着色剤を樹脂側に移行させ、水分と有機溶剤成分を除去する方法も着色剤のウエットケーキをそのまま用いることができるため乾燥する必要がなく、好ましく用いられる。混合混練するには3本ロールミル等の高せん断分散装置が好ましく用いられる。
【0060】
(離型剤)
また、結着樹脂、着色剤と共に、樹脂粉体には離型剤としてワックスを含有させる。ワックスとしては公知のものが使用でき、例えばポリオレフィンワックス(ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等);長鎖炭化水素(パラフィンワックス、サゾールワックス等);カルボニル基含有ワックス等が挙げられる。これらのうち好ましいものは、カルボニル基含有ワックスである。カルボニル基含有ワックスとしては、ポリアルカン酸エステル(カルナバワックス、モンタンワックス、トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、1,18−オクタデカンジオールジステアレート等);ポリアルカノールエステル(トリメリット酸トリステアリル、ジステアリルマレエート等);ポリアルカン酸アミド(エチレンジアミンジベヘニルアミド等);ポリアルキルアミド(トリメリット酸トリステアリルアミド等);及びジアルキルケトン(ジステアリルケトン等)等が挙げられる。これらカルボニル基含有ワックスのうち好ましいものは、ポリアルカン酸エステルである。
【0061】
離型剤としてのワックスの融点は、通常40〜160℃であり、好ましくは50〜120℃、さらに好ましくは60〜90℃である。融点が40℃未満のワックスは耐熱保存性に悪影響を与え、160℃を超えるワックスは低温での定着時にコールドオフセットを起こしやすい。また、ワックスの溶融粘度は、融点より20℃高い温度での測定値として、5〜1000cps(0.005〜1Pa・s)が好ましく、さらに好ましくは10〜100cps(0.01〜0.1Pa・s)である。1000cpsを超えるワックスは、耐ホットオフセット性、低温定着性への向上効果に乏しい。トナー中のワックスの含有量は通常40wt%以下であり、好ましくは3〜30wt%である。
【0062】
(帯電制御剤の固定化処理)
少なくとも結着樹脂、着色剤及び離型剤で構成される樹脂粉体を作製する方法としては、例えば結着樹脂、着色剤及び離型剤を溶融混練後、粉砕・分級する粉砕法、結着樹脂、着色剤及び離型剤を溶媒中に油滴として分散させ重合反応させる重合法等がある。
これらの方法により作製した樹脂粉体を電子写真用トナーとして用いるためには、摩擦帯電能力を高めるための帯電制御剤及び流動性補助剤としての無機微粒子とともに均一に攪拌混合し、帯電安定性を得るためには確実に固定化する必要がある。装置としては羽根車を設けた球状ミキサーが好適である。表面処理剤として帯電制御剤を打ち込む場合は、樹脂粉体、帯電制御剤及び無機微粒子の攪拌混合後の凝集度が20〜70%、好ましくは25〜60%、更に好ましくは30〜50%であれば帯電性が高い。
【0063】
(溶融混練粉砕法)
結着樹脂、着色剤、離型剤等のトナー成分を機械的に混合する。この混合工程は、回転させる羽による通常の混合機等を用いて通常の条件で行えばよく、特に制限はない。以上の混合工程が終了したら、次いで混合物を混練機に仕込んで溶融混練する。溶融混練機としては、一軸、二軸の連続混練機や、ロールミルによるバッチ式混練機を用いることができる。この溶融混練は、結着樹脂の分子鎖の切断を招来しないような適正な条件で行うことが重要である。具体的には、溶融混練温度は、結着樹脂の軟化点を参考に行うべきであり、軟化点より低温過ぎると切断が激しく、高温過ぎると分散が進まない。以上の溶融混練工程が終了したら、次いで混練物を粉砕する。この粉砕工程においては、まず粗粉砕し、次いで微粉砕することが好ましい。この際、ジェット気流中で衝突板に衝突させて粉砕したり、機械的に回転するローターとステーターの狭いギャップで粉砕する方式が好ましく用いられる。この粉砕工程が終了した後に、粉砕物を遠心力等で気流中で分級し、もって所定の粒径、例えば体積平均粒径が3.0〜7.0μmのものを製造する。
本発明の二成分現像剤を構成する乾式トナーは以下の方法で製造することができるが、勿論これらに限られることはない。
【0064】
(水系媒体中でのトナー製造法)
樹脂粉体形成のための好ましい結着樹脂として、前述のようにウレア変性ポリエステルを用いることができる。
トナー粒子(樹脂粉体)は、水系媒体中でイソシアネート基を有するプレポリマー(A)からなる分散体を、アミン類(B)と反応させて形成しても良いし、あらかじめ製造したウレア変性ポリエステル(i)を用いても良い。
【0065】
水系媒体中でウレア変性ポリエステル(i)やプレポリマー(A)からなる分散体を安定して形成させる方法としては、水系媒体中にウレア変性ポリエステル(i)やプレポリマー(A)からなるトナー原料の組成物を加えて、せん断力により分散させる方法等が挙げられる。プレポリマー(A)と他のトナー組成物である(以下トナー原料と呼ぶ)着色剤、着色剤マスターバッチ、離型剤、未変性ポリエステル樹脂等は、水系媒体中で分散体を形成させる際に混合してもよいが、あらかじめトナー原料を混合した後、水系媒体中にその混合物を加えて分散させたほうがより好ましい。また、本発明においては、着色剤、離型剤等の他のトナー原料は、必ずしも、水系媒体中で粒子を形成させる時に混合しておく必要はなく、粒子を形成せしめた後、添加してもよい。たとえば、着色剤を含まない粒子を形成させた後、公知の染着の方法で着色剤を添加することもできる。
【0066】
この場合、必要となる水系媒体としては、水単独でもよいが、水と混和可能な溶剤を併用することもできる。混和可能な溶剤としては、アルコール(メタノール、イソプロパノール、エチレングリコール等)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブ等)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン等)等が挙げられる。
【0067】
分散の方法としては特に限定されるものではないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波等の公知の設備が適用できる。分散体の粒径を2〜20μmにするために高速せん断式が好ましい。高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は特に限定はないが、通常1000〜30000rpm、好ましくは5000〜20000rpmである。分散時間は特に限定はないが、バッチ方式の場合は、通常0.1〜5分である。分散時の温度としては、通常、0〜150℃(加圧下)、好ましくは40〜98℃である。高温なほうが、ウレア変性ポリエステル(i)やプレポリマー(A)からなる分散体の粘度が低く、分散が容易な点で好ましい。
【0068】
ウレア変性ポリエステル(i)やプレポリマー(A)を含むトナー組成物100部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。50重量部未満ではトナー組成物の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。2000重量部を超えると経済的でない。また、必要に応じて、分散剤を用いることもできる。分散剤を用いたほうが、粒度分布がシャープになると共に分散が安定である点で好ましい。
【0069】
プレポリマー(A)からウレア変性ポリエステル(i)を合成する工程は水系媒体中でトナー組成物を分散する前にアミン類(B)を加えて反応させても良いし、水系媒体中に分散した後にアミン類(B)を加えて粒子界面から反応を起こしても良い。この場合製造されるトナー表面に優先的にウレア変性ポリエステルが生成し、粒子内部で濃度勾配を設けることもできる。
【0070】
トナー組成物が分散された油性相を水が含まれる液体に乳化、分散するための分散剤としてアルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステル等の陰イオン界面活性剤、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリン等のアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウム等の四級アンモニウム塩型の陽イオン界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体等の非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやN−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムべタイン等の両性界面活性剤が挙げられる。
【0071】
またフルオロアルキル基を有する界面活性剤を用いることにより、非常に少量でその効果をあげることができる。好ましく用いられるフルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤としては、炭素数2〜10のフルオロアルキルカルボン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[オメガーフルオロアルキル(C6〜C11)オキシ]−1−アルキル(C3〜C4)スルホン酸ナトリウム、3−[オメガーフルオロアルカノイル(C6〜C8)−Nーエチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜C20)カルボン酸及びその金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜C13)及びその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜C12)スルホン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、N−プロピル−N−(2ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜C10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜C16)エチルリン酸エステル等が挙げられる。
【0072】
アニオン系界面活性剤の商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−l29(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−l02、(ダイキン工業社製)、メガファックF−ll0、F−l20、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、l03、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)等が挙げられる。
【0073】
また、カチオン界面活性剤としては、フルオロアルキル基を有する脂肪族一級、二級もしくは三級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩等の脂肪族四級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩、商品名としてはサーフロンS−l21(旭硝子社製)、フロラードFC−135(住友3M社製)、ユニダインDS−202(ダイキン工業社製)、メガファックF−150、F−824(大日本インキ社製)、エクトップEF−l32(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−300(ネオス社製)等が挙げられる。
また水に難溶の無機化合物分散剤としてリン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等も用いることができる。
【0074】
また、高分子系保護コロイドにより分散液滴を安定化させても良い。例えばアクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマール酸、マレイン酸又は無水マレイン酸等の酸類、あるいは水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体、例えばアクリル酸β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸β−ヒドロキシエチル、アクリル酸β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド等、ビニルアルコール又はビニルアルコールとのエーテル類、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテル等、又はビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル等、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドあるいはこれらのメチロール化合物、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライド等の酸クロライド類、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミン等の窒素原子、又はその複素環を有するもの等のホモポリマー又は共重合体、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフエニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステル等のポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等のセルロース類等が使用できる。
【0075】
なお、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩等の酸、アルカリに溶解可能な物を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗する等の方法によって、微粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解等の操作によっても除去できる。分散剤を使用した場合には、該分散剤がトナー粒子表面に残存したままとすることもできるが、伸長及び/又は架橋反応後、洗浄除去するほうがトナーの帯電面から好ましい。
【0076】
さらに、トナー組成物の粘度を低くするために、ウレア変性ポリエステル(i)やプレポリマー(A)が可溶の溶剤を使用することもできる。溶剤を用いたほうが粒度分布がシャープになる点で好ましい。該溶剤は沸点が100℃未満の揮発性であることが除去が容易である点から好ましい。該溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等を単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒及び塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。プレポリマー(A)100部に対する溶剤の使用量は、通常0〜300部、好ましくは0〜100部、さらに好ましくは25〜70部である。溶剤を使用した場合は、伸長及び/又は架橋反応後、常圧又は減圧下にて加温し除去する。
【0077】
伸長及び/又は架橋反応時間は、プレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)の組み合わせによる反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは2〜24時間である。反応温度は、通常、0〜150℃、好ましくは40〜98℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレート等が挙げられる。
【0078】
得られた乳化分散体から有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に昇温し、液滴中の有機溶媒を完全に蒸発除去する方法を採用することができる。あるいはまた、乳化分散体を乾燥雰囲気中に噴霧して、液滴中の非水溶性有機溶媒を完全に除去してトナー微粒子を形成し、合せて水系分散剤を蒸発除去することも可能である。乳化分散体が噴霧される乾燥雰囲気としては、空気、窒素、炭酸ガス、燃焼ガス等を加熱した気体、特に使用される最高沸点溶媒の沸点以上の温度に加熱された各種気流が一般に用いられる。スプレイドライアー、ベルトドライアー、ロータリーキルン等の短時間の処理で十分目的とする品質が得られる。
【0079】
乳化分散時の粒度分布が広く、その粒度分布を保って洗浄、乾燥処理が行われた場合、所望の粒度分布に分級して粒度分布を整えることができる。
分級操作は液中でサイクロン、デカンター、遠心分離等により、微粒子部分を取り除くことによって行うことができる。もちろん乾燥後に粉体として取得した後に分級操作を行っても良いが、液体中で行うことが効率の面で好ましい。得られた不要の微粒子、又は粗粒子は再び混練工程に戻して粒子の形成に用いることができる。その際微粒子、又は粗粒子はウェットの状態でも構わない。用いた分散剤は得られた分散液からできるだけ取り除くことが好ましいが、先に述べた分級操作と同時に行うのが好ましい。
【0080】
得られた乾燥後の少なくとも結着樹脂、着色剤及び離型剤からなる樹脂粉体と、帯電制御剤、無機粒子等の異種粒子を共に上記の流動攪拌混合機を用いて混合し、混合粉体に機械的衝撃力を与えることによって表面で固定化、融合化させ、得られる複合体粒子の表面からの異種粒子の脱離を防止することができる。
【0081】
(プロセスカートリッジ)
本発明の二成分現像剤は、例えば図1に示すようなプロセスカートリッジを備えた画像形成装置に於いて使用することができる。
図1は、本発明の二成分現像剤を用いるプロセスカ−トリッジを有する画像形成装置の概略構成を示す図である。
本発明においては、上述の感光体、帯電手段、現像手段及びクリ−ニング手段等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカ−トリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカ−トリッジを複写機やプリンタ−等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成する。
【0082】
(画像形成装置)
本発明の二成分現像剤を用いるプロセスカ−トリッジを有する画像形成装置は、感光体が所定の周速度で回転駆動される。感光体は回転過程において、帯電手段によりその周面に正または負の所定電位の均一帯電を受け、次いで、スリット露光やレ−ザ−ビ−ム走査露光等の像露光手段からの画像露光光を受け、こうして感光体の周面に静電潜像が順次形成され、形成された静電潜像は、次いで現像手段によりトナ−現像され、現像されたトナ−像は、給紙部から感光体と転写手段との間に感光体の回転と同期されて給送された転写材に、転写手段により順次転写されていく。像転写を受けた転写材は感光体面から分離されて像定着手段へ導入されて像定着され、複写物(コピ−)として装置外へプリントアウトされる。像転写後の感光体の表面は、クリ−ニング手段によって転写残りトナ−の除去を受けて清浄面化され、更に除電された後、繰り返し画像形成に使用される。
【0083】
(定着装置)
本発明の二成分現像剤は例えば図2に示すような定着装置を備えた画像形成装置において用いることができる。
ここで定着装置は、図2に示すように、定着フィルムを回転させて定着する、いわゆるサーフ定着装置である。以下詳説すると、定着フィルムはエンドレスベルト状耐熱フィルムであり、該フィルムの支持回転体である駆動ローラと、従動ローラと、この両ローラ間の下方に設けたヒータ支持体に保持させて固定支持させて配設した加熱体と、に懸回張設してある。
【0084】
従動ローラは定着フィルムのテンションローラを兼ね、定着フィルムは駆動ローラの図中時計回転方向の回転駆動によって、時計回転方向に向かって回転駆動される。この回転駆動速度は、加圧ローラと定着フィルムが接する定着ニップ領域Lにおいて転写材と定着フィルムの速度が等しくなる速度に調節される。
ここで、加圧ローラはシリコンゴム等の離型性のよいゴム弾性層を有するローラであり、反時計周りに回転しつつ、前記定着ニップ領域Lに対して総圧4〜10kgの当接圧をもって圧接させてある。
【0085】
また定着フィルムは、耐熱性、離型性、耐久性に優れたものが好ましく、総厚100μm以下、好ましくは40μm以下の薄肉のものを使用する。例えばポリイミド、ポリエーテルイミド、PES(ポリエーテルサルファイド)、PFA(4フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂)等の耐熱樹脂の単層フィルム、或いは複合層フィルム、例えば20μm 厚フィルムの少なくとも画像当接面側にPTFE(4フッ化エチレン樹脂)、PFA等のフッ素樹脂に導電材を添加した離型性コート層を10μm 厚に施したものや、フッ素ゴム、シリコンゴム等の弾性層を施したものである。
【0086】
図1において本実施形態の加熱体は平面基板および定着ヒータから構成されており、平面基板は、アルミナ等の高熱伝導度且つ高電気抵抗率を有する材料からなっており、定着フィルムと接触する表面には抵抗発熱体で構成した定着ヒータを長手方向に設置してある。かかる定着ヒータは、例えばAg/Pd、Ta2 N等の電気抵抗材料をスクリーン印刷等により線状もしくは帯状に塗工したものである。また、前記定着ヒータの両端部には、図示しない電極が形成され、この電極間に通電することで抵抗発熱体が発熱する。さらに、前記基板の定着ヒータが具備させてある面と逆の面にはサーミスタによって構成した定着温度センサが設けられている。
定着温度センサによって検出された基板の温度情報は図示しない制御手段に送られ、かかる制御手段により定着ヒータに供給される電力量が制御され、加熱体は所定の温度に制御される。
【0087】
(アモルファスシリコン感光体)
本発明の二成分現像剤を用いる画像形成装置に使用される電子写真用感光体としては、導電性支持体を50℃〜400℃に加熱し、該支持体上に真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、熱CVD法、光CVD法、プラズマCVD法等の成膜法によりa−Siからなる光導電層を有するアモルファスシリコン感光体(以下、「a−Si系感光体」と称する。)を用いることが出来る。なかでもプラズマCVD法、すなわち、原料ガスを直流または高周波あるいはマイクロ波グロー放電によって分解し、支持体上にa−Si堆積膜を形成する方法が好適なものとして用いられている。
【0088】
〈層構成について〉
アモルファスシリコン感光体の層構成は例えば以下のようなものである。図Xは、層構成を説明するための模式的構成図である。図3(a)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上にa−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層502が設けられている。図3(b)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上に、a−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層502と、アモルファスシリコン系表面層503とから構成されている。図3(c)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上に、a−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層502と、アモルファスシリコン系表面層503と、アモルファスシリコン系電荷注入阻止層504とから構成されている。図3(d)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上に、光導電層502が設けられている。該光導電層502はa−Si:H,Xからなる電荷発生層505ならびに電荷輸送層506とからなり、その上にアモルファスシリコン系表面層503が設けられている。
【0089】
〈支持体について〉
感光体の支持体としては、導電性でも電気絶縁性であってもよい。導電性支持体としては、Al、Cr、Mo、Au、In、Nb、Te、V、Ti、Pt、Pd、Fe等の金属、およびこれらの合金、例えばステンレス等が挙げられる。また、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド等の合成樹脂のフィルムまたはシート、ガラス、セラミック等の電気絶縁性支持体の少なくとも感光層を形成する側の表面を導電処理した支持体も用いることができる。
支持体の形状は平滑表面あるいは凹凸表面の円筒状または板状、無端ベルト状であることができ、その厚さは、所望通りの画像形成装置用感光体を形成し得るように適宜決定するが、画像形成装置用感光体としての可撓性が要求される場合には、支持体としての機能が充分発揮できる範囲内で可能な限り薄くすることができる。しかしながら、支持体は製造上および取り扱い上、機械的強度等の点から通常は10μm以上とされる。
【0090】
〈注入防止層について〉
本発明に用いることが出来るアモルファスシリコン感光体には必要に応じて導電性支持体と光導電層との間に、導電性支持体側からの電荷の注入を阻止する働きのある電荷注入阻止層を設けるのがいっそう効果的である(図3(c))。すなわち、電荷注入阻止層は感光層が一定極性の帯電処理をその自由表面に受けた際、支持体側より光導電層側に電荷が注入されるのを阻止する機能を有し、逆の極性の帯電処理を受けた際にはそのような機能が発揮されない、いわゆる極性依存性を有している。そのような機能を付与するために、電荷注入阻止層には伝導性を制御する原子を光導電層に比べ比較的多く含有させる。
電荷注入阻止層の層厚は所望の電子写真特性が得られること、及び経済的効果等の点から好ましくは0.1〜5μm、より好ましくは0.3〜4μm、最適には0.5〜3μmとされるのが望ましい。
【0091】
〈光導電層について〉
光導電層は必要に応じて下引き層上に形成され、光導電層502の層厚は所望の電子写真特性が得られること及び経済的効果等の点から適宜所望にしたがって決定され、好ましくは1〜100μm、より好ましくは20〜50μm、最適には23〜45μmとされるのが望ましい。
【0092】
〈電荷輸送層について〉
電荷輸送層は、光導電層を機能分離した場合の電荷を輸送する機能を主として奏する層である。この電荷輸送層は、その構成要素として少なくともシリコン原子と炭素原子と弗素原子とを含み、必要であれば水素原子、酸素原子を含むa−SiC(H、F、O)からなり、所望の光導電特性、特に電荷保持特性,電荷発生特性および電荷輸送特性を有する。本発明においては酸素原子を含有することが特に好ましい。
電荷輸送層の層厚は所望の電子写真特性が得られることおよび経済的効果などの点から適宜所望にしたがって決定され、電荷輸送層については、好ましくは5〜50μm、より好ましくは10〜40μm、最適には20〜30μmとされるのが望ましい。
【0093】
〈電荷発生層について〉
電荷発生層は、光導電層を機能分離した場合の電荷を発生する機能を主として奏する層である。この電荷発生層は、構成要素として少なくともシリコン原子を含み、実質的に炭素原子を含まず、必要であれば水素原子を含むa−Si:Hから成り、所望の光導電特性、特に電荷発生特性,電荷輸送特性を有する。
電荷発生層の層厚は所望の電子写真特性が得られることおよび経済的効果等の点から適宜所望にしたがって決定され、好ましくは0.5〜15μm、より好ましくは1〜10μm、最適には1〜5μmとされる。
【0094】
〈表面層について〉
本発明に用いることが出来るアモルファスシリコン感光体には必要に応じて、上述のようにして支持体上に形成された光導電層の上に、更に表面層を設けることが出来、アモルファスシリコン系の表面層を形成することが好ましい。この表面層は自由表面を有し、主に耐湿性、連続繰り返し使用特性、電気的耐圧性、使用環境特性、耐久性において本発明の目的を達成するために設けられる。
本発明における表面層の層厚としては、通常0.01〜3μm、好適には0.05〜2μm、最適には0.1〜1μmとされるのが望ましいものである。層厚が0.01μmよりも薄いと感光体を使用中に摩耗等の理由により表面層が失われてしまい、3μmを超えると残留電位の増加等の電子写真特性低下がみられる。
【0095】
(現像手段)
本発明の二成分現像剤は、例えば図4に示した現像器において現像することができる。図4に示した本実施例の現像器1において、現像時、現像スリーブ2には、電源3により現像バイアスとして、直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧が印加される。背景部電位と画像部電位は、上記振動バイアス電位の最大値と最小値の間に位置している。これによって現像部4に向きが交互に変化する交互電界が形成される。この交互電界中で現像剤のトナーとキャリアが激しく振動し、トナーが現像スリーブ2およびキャリアへの静電的拘束力を振り切って感光体ドラム5に飛翔し、感光体ドラムの潜像に対応して付着する。
振動バイアス電圧の最大値と最小値の差(ピーク間電圧)は、0.5〜5KVが好ましく、周波数は1〜10KHzが好ましい。振動バイアス電圧の波形は、矩形波、サイン波、三角波等が使用できる。振動バイアスの直流電圧成分は、上記したように背景部電位と画像部電位の間の値であるが、画像部電位よりも背景部電位に近い値である方が、背景部電位領域へのかぶりトナーの付着を防止する上で好ましい。
【0096】
振動バイアス電圧の波形が矩形波の場合、デューティ比を50%以下とすることが望ましい。ここでデューティ比とは、振動バイアスの1周期中でトナーが感光体に向かおうとする時間の割合である。このようにすることにより、トナーが感光体に向かおうとするピーク値とバイアスの時間平均値との差を大きくすることができるので、トナーの運動がさらに活発化し、トナーが潜像面の電位分布に忠実に付着してざらつき感や解像力を向上させることができる。またトナーとは逆極性の電荷を有するキャリアが感光体に向かおうとするピーク値とバイアスの時間平均値との差を小さくすることができるので、キャリアの運動を沈静化し、潜像の背景部にキャリアが付着する確率を大幅に低減することができる。
【0097】
(帯電装置)
本発明の二成分現像剤を用いる画像形成装置において使用される帯電装置としては、図6及び図7に示した帯電装置を用いることができる。
【0098】
〈ローラ帯電の場合〉
図6に接触式の帯電装置を用いた画像形成装置の一例の概略構成を示した。被帯電体,像担持体としての感光体は矢印の方向に所定の速度(プロセススピード)で回転駆動される。この感光ドラムに接触させた帯電部材である帯電ローラーは芯金とこの芯金の外周に同心一体にローラー上に形成した導電ゴム層を基本構成とし、芯金の両端を不図示の軸受け部材などで回転自由に保持させると供に、不図示の加圧手段によって感光ドラムに所定の加圧力で押圧させており、本図の場合はこの帯電ローラーは感光ドラムの回転駆動に従動して回転する。帯電ローラは、直径9mmの芯金上に100000Ω・cm程度の中抵抗ゴム層を被膜して直径16mmに形成されている。
【0099】
帯電ローラーの芯金と図示の電源とは電気的に接続されており、電源により帯電ローラーに対して所定のバイアスが印加される。これにより感光体の周面が所定の極性,電位に一様に帯電処理される。
本発明で使われる帯電部材の形状としてはローラーの他にも、磁気ブラシ、ファーブラシなど、どのような形態をとってもよく、電子写真装置の仕様や形態にあわせて選択可能である。磁気ブラシを用いる場合、磁気ブラシは例えばZn−Cuフェライト等、各種フェライト粒子を帯電部材として用い、これを支持させるための非磁性の導電スリーブ、これに内包されるマグネットロールによって構成される。また、ファーブラシを用いる場合、例えばファーブラシの材質としては、カーボン、硫化銅、金属、および金属酸化物により導電処理されたファーを用い、これを金属や他の導電処理された芯金に巻き付けたり張り付けたりすることで帯電器とする。
【0100】
〈ファーブラシ帯電の場合〉
図7に接触式の帯電装置を用いた画像形成装置の一例の概略構成を示した。被帯電体,像担持体としての感光体は矢印の方向に所定の速度(プロセススピード)で回転駆動される。この感光体に対して、ファーブラシによって構成されるブラシローラが、ブラシ部の弾性に抗して所定の押圧力をもって所定のニップ幅で接触させてある。
【0101】
本例における接触帯電部材としてのファーブラシローラは、電極を兼ねる直径6mmの金属製の芯金に、ブラシ部としてユニチカ(株)製の導電性レーヨン繊維REC−Bをパイル地にしたテープをスパイラル状に巻き付けて、外径14mm、長手長さ250mmのロールブラシとしたものである。ブラシ部のブラシは300デニール/50フィラメント、1平方ミリメートル当たり155本の密度である。このロールブラシを内径が12mmのパイプ内に一方向に回転させながらさし込み、ブラシと、パイプが同心となるように設定し、高温多湿雰囲気中に放置してクセ付けで斜毛させた。
【0102】
ファーブラシローラの抵抗値は印加電圧100Vにおいて1×105 Ωである。この抵抗値は、金属製の直径φ30mmのドラムにファーブラシローラをニップ幅3mmで当接させ、100Vの電圧を印加したときに流れる電流から換算した。
ファーブラシ帯電器の抵抗値は、被帯電体である感光体上にピンホール等の低耐圧欠陥部が生じた場合にもこの部分に過大なリーク電流が流れ込んで帯電ニップ部が帯電不良になる画像不良を防止するために104 Ω以上必要であり、感光体表面に十分に電荷を注入させるために107 Ω以下である必要がある。
【0103】
また、ブラシの材質としては、ユニチカ(株)製のREC−B以外にも、REC−C、REC−M1、REC−M10、さらに東レ(株)製のSA−7、日本蚕毛(株)製のサンダーロン、カネボウ製のベルトロン、クラレ(株)のクラカーボ、レーヨンにカーボンを分散したもの、三菱レーヨン(株)製のローバル等が考えられる。ブラシは一本が3〜10デニールで、10〜100フィラメント/束、80〜600本/mmの密度が好ましい。毛足は1〜10mmが好ましい。
【0104】
このファーブラシローラは感光体の回転方向と逆方向(カウンター)に所定の周速度(表面の速度)をもって回転駆動され、感光体面に対して速度差を持って接触する。そしてこのファーブラシローラに電源から所定の帯電電圧が印加されることで、回転感光体面が所定の極性・電位に一様に接触帯電処理される。 本例では該ファーブラシローラによる感光体の接触帯電は直接注入帯電が支配的となって行なわれ、回転感光体表面はファーブラシローラに対する印加帯電電圧とほぼ等しい電位に帯電される。
【0105】
本発明で使われる帯電部材の形状としてはファーブラシローラの他にも、帯電ローラ、ファーブラシなど、どのような形態をとってもよく、電子写真装置の仕様や形態にあわせて選択可能である。帯電ローラを用いる場合、芯金上に100000Ω・cm程度の中抵抗ゴム層を被膜して用いるのが一般的である。磁気ブラシを用いる場合、磁気ブラシは例えばZn−Cuフェライト等、各種フェライト粒子を帯電部材として用い、これを支持させるための非磁性の導電スリーブ、これに内包されるマグネットロールによって構成される。
【0106】
〈磁気ブラシ帯電の場合〉
図7に接触式の帯電装置を用いた画像形成装置の一例の概略構成を示した。被帯電体,像担持体としての感光体は矢印の方向に所定の速度(プロセススピード)で回転駆動される。この感光体に対して、磁気ブラシによって構成されるブラシローラが、ブラシ部の弾性に抗して所定の押圧力をもって所定のニップ幅で接触させてある。
【0107】
本例における接触帯電部材としての磁気ブラシとしては、平均粒径:25μmのZn−Cuフェライト粒子と、平均粒径10μmのZn−Cuフェライト粒子を、重量比1:0.05で混合して、それぞれの平均粒径の位置にピークを有する、平均粒径25μmのフェライト粒子を、中抵抗樹脂層でコートした、磁性粒子を用いた。接触帯電部材は、上述で作成された被覆磁性粒子、および、これを支持させるための非磁性の導電スリーブ、これに内包されるマグネットロールによって構成され、上記被覆磁性粒子をスリーブ上に、厚さ1mmでコートして、感光体との間に幅約5mmの帯電ニップを形成した。また、該磁性粒子保持スリーブと感光体との間隙は、約500μmとした。さらに、マグネットロールは、スリーブ表面が、感光体表面の周速に対して、その2倍の速さで逆方向に摺擦するように、回転され、感光体と磁気ブラシとが均一に接触するようにした。
【0108】
本発明で使われる帯電部材の形状としては磁気ブラシの他にも、帯電ローラ、ファーブラシなど、どのような形態をとってもよく、電子写真装置の仕様や形態にあわせて選択可能である。帯電ローラを用いる場合、芯金上に100000Ω・cm程度の中抵抗ゴム層を被膜して用いるのが一般的である。また、ファーブラシを用いる場合、例えばファーブラシの材質としては、カーボン、硫化銅、金属、および金属酸化物により導電処理されたファーを用い、これを金属や他の導電処理された芯金に巻き付けたり張り付けたりすることで帯電器とする。
【0109】
【実施例】
以下実施例により本発明を更に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。以下において、部は重量部を示す。
まず、樹脂粉体の製造例を示す。
【0110】
製造例1(有機微粒子エマルションの合成)
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、水683部、メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩(エレミノールRS−30:三洋化成工業製)11部、スチレン83部、メタクリル酸83部、アクリル酸ブチル110部、過硫酸アンモニウム1部を仕込み、400回転/分で15分間撹拌したところ、白色の乳濁液が得られた。加熱して、系内温度75℃まで昇温し5時間反応させた。さらに、1%過硫酸アンモニウム水溶液30部加え、75℃で5時間熟成してビニル系樹脂(スチレン−メタクリル酸−アクリル酸ブチル−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体)の水性分散液[微粒子分散液1]を得た。[微粒子分散液1]をレーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA−920(堀場製作所製)で測定した体積平均粒径は、0.10μmであった。[微粒子分散液1]の一部を乾燥して樹脂分を単離した。該樹脂分のTgは57℃であった。
【0111】
製造例2(水相の調製)
水990部、[微粒子分散液1]80部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5%水溶液(エレミノールMON−7:三洋化成工業製)40部、酢酸エチル90部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを[水相1]とする。
【0112】
製造例3(低分子ポリエステルの合成)
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物220部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物561部、テレフタル酸218部、アジピン酸48部及びジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧230℃で8時間反応させ、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応させた後、反応容器に無水トリメリット酸45部を入れ、180℃、常圧で2時間反応させ、[低分子ポリエステル1]を得た。[低分子ポリエステル1]は、数平均分子量2500、重量平均分子量6700、Tg47℃、酸価25であった。
【0113】
製造例4(プレポリマーの合成)
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物682部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物81部、テレフタル酸283部、無水トリメリツト酸22部及びジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧230℃で8時間反応させ、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応させて、[中間体ポリエステル1]を得た。[中間体ポリエステル1]は、数平均分子量2100、重量平均分子量9500、Tg55℃、酸価0.5、水酸基価49であった。
次に、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、[中間体ポリエステル1]411部、イソホロンジイソシアネート89部、酢酸エチル500部を入れ100℃で5時間反応させ、[プレポリマー1]を得た。[プレポリマー1]の遊離イソシアネート重量%は、1.53%であった。
【0114】
製造例5(ケチミンの合成)
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器に、イソホロンジアミン170部とメチルエチルケトン75部を仕込み、50℃で5時間反応を行い、[ケチミン化合物1]を得た。[ケチミン化合物1]のアミン価は418であった。
【0115】
製造例6(マスターバッチの合成)
カーボンブラック(リーガル400R:キャボット社製)40部、結着樹脂:ポリエステル樹脂(三洋化成RS−801 酸価10、Mw20000、Tg64℃)60部、水30部をヘンシェルミキサーにて混合し、顔料凝集体中に水が染み込んだ混合物を得た。これをロール表面温度130℃に設定した2本ロールにより45分間混練を行ない、パルベライザーで1mmφの大きさに粉砕し、[マスターバッチ1]を得た。
【0116】
製造例7(油相の作製)
撹拌棒及び温度計をセットした容器に、[低分子ポリエステル1]378部、カルナバワックス110部、酢酸エチル947部を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時間で30℃に冷却した。次いで容器に[マスターバッチ1]500部、酢酸エチル500部を仕込み、1時間混合し[原料溶解液1]を得た。
[原料溶解液1]1324部を容器に移し、ビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で、カーボンブラック、ワックスの分散を行った。次いで、[低分子ポリエステル1]の65%酢酸エチル溶液1324部加え、上記条件のビーズミルで1パスし、[顔料・ワックス分散液1]を得た。[顔料・ワックス分散液1]の固形分濃度(130℃、30分)は50%であった。
【0117】
[実施例1](乳化⇒脱溶剤)
[顔料・ワックス分散液1]648部、[プレポリマー1]を154部、[ケチミン化合物1]6.6部を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化製)で5,000rpmで1分間混合した後、容器に[水相1]1200部を加え、TKホモミキサーで、回転数13,000rpmで20分間混合し[乳化スラリー1]を得た。
撹拌機及び温度計をセットした容器に、[乳化スラリー1]を投入し、30℃で8時間脱溶剤した後、50℃で6時間熟成を行い、[分散スラリー1]を得た。[分散スラリー1]は、体積平均粒径5.95μm、個数平均粒径5.45μm(マルチサイザーIIで測定)であった。
【0118】
(洗浄⇒乾燥)
[分散スラリー1]100部を減圧濾過した後、以下のようにして洗浄した。
▲1▼:濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
▲2▼:▲1▼の濾過ケーキに10%水酸化ナトリウム水溶液100部を加え、超音波振動を付与してTKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで30分間)した後、減圧濾過した。この超音波アルカリ洗浄を再度行った(超音波アルカリ洗浄2回)。
▲3▼:▲2▼の濾過ケーキに10%塩酸100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
▲4▼:▲3▼の濾過ケーキにイオン交換水300部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過する操作を2回行い[濾過ケーキ1]を得た。
【0119】
[濾過ケーキ1]を循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、体積平均粒径Dv6.03μm、個数平均粒径Dn5.52μm、Dv/Dn1.09(マルチサイザーIIで測定)の、トナーを得た。このトナーは、本発明で言う樹脂粉体に相当する。
次にトナー100部、帯電制御剤(オリエント化学社製、ボントロンE−84)0.3部をQ型ミキサー(三井鉱山社製)に仕込み、タービン型羽根の周速を50m/secに設定して混合処理した。この場合、その混合操作は、2分間運転、1分間休止を5サイクル行い、合計の処理時間を10分間とした。
さらに、疎水性シリカ(H2000、クラリアントジャパン社製)を0.5部添加し、混合処理した。この場合、その混合操作は、周速を15m/secとして30秒混合1分間休止を5サイクル行った。
以上のようにして、体積平均粒径Dv6.05μm、個数平均粒径Dn5.57μm、Dv/Dn1.09(マルチサイザーIIで測定)、3μm以下微粉含有量6.2%の[トナー1]を得た。このトナーをリコー製imagio Neo 451を用いて100K枚ランニングしたところ3μm以下微粉含有量は32.9個数%であった。
【0120】
[実施例2]
実施例1における熟成時間を4時間に変更した以外は、実施例1と同様にして体積平均粒径Dv6.22μm、個数平均粒径Dn5.64μm、Dv/Dn1.10(マルチサイザーIIで測定)、3μm以下微粉含有量14.7%の[トナー2]を得た。このトナーのランニング後の3μm以下微粉含有量は48.3個数%であった。
【0121】
[実施例3]
実施例1における熟成温度を45℃に、熟成時間を4時間に変更した以外は、実施例1と同様にして体積平均粒径Dv5.95μm、個数平均粒径Dn5.26μm、Dv/Dn1.13(マルチサイザーIIで測定)、3μm以下微粉含有量19.8%の[トナー3]を得た。このトナーのランニング後の3μm以下微粉含有量は68.2個数%であった。
【0122】
[実施例4]
実施例1における帯電制御剤を0.25部に、無機微粒子を酸化チタンに変更した以外は、実施例1と同様にして体積平均粒径Dv6.14μm、個数平均粒径Dn5.07μm、Dv/Dn1.21(マルチサイザーIIで測定)、3μm以下微粉含有量9.5%の[トナー4]を得た。このトナーのランニング後の3μm以下微粉含有量は40.2個数%であった。
【0123】
[比較例1]
実施例1における熟成時間を2時間に変更した以外は、実施例1と同様にして体積平均粒径Dv5.47μm、個数平均粒径Dn4.83μm、Dv/Dn1.13(マルチサイザーIIで測定)、3μm以下微粉含有量20.6%の[トナー5]を得た。このトナーのランニング後の3μm以下微粉含有量は72.1個数%であった。
【0124】
[比較例2]
実施例1における熟成温度を40℃に、熟成時間を2時間に変更した以外は、実施例1と同様にして体積平均粒径Dv4.93μm、個数平均粒径Dn3.84μm、Dv/Dn1.28(マルチサイザーIIで測定)、3μm以下微粉含有量33.6%の[トナー6]を得た。このトナーのランニング後の3μm以下微粉含有量は84.5個数%であった。
上記で得られた実施例及び比較例のトナーと配合して二成分現像剤を作製するためのキャリアの製造例を以下に示す。
【0125】
キャリア製造例
シリコーン樹脂(オルガノストレートシリコーン) :100部
トルエン :100部
γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン : 5部
カーボンブラック 10部
上記混合物をホモミキサーで20分間分散し、コート層形成液を調製した。
このコート層形成液を流動床型コーティング装置を用いて、粒径50μmの球状マグネタイト1000部の表面にコーティングして磁性キャリアを得た。
上記[トナー1]〜[トナー6]4部に対して、上記磁性キャリア96部をボールミルで混合し、二成分現像剤1〜5を作製し、以下の評価を行った。評価結果を表1に示す。
【0126】
評価方法は次のとおりである。
(地肌汚れ、画像濃度評価)
この評価は、感光体に当接するクリーニングブレード及び帯電ローラを有し、未転写トナーをクリーニング部にて回収しリサイクルする機構を有する(株)リコー製複写機imagio Neo 451 に、上記現像剤を用いて、現像スリーブの回転方向に対して垂直な方向に1cm間隔で黒ベタと白ベタを繰り返したA4横チャート(画像パターンA)を10万枚コピー後、以下に示す所定の画像を出力し、以下の判断基準を用いて画像評価を行なった。
【0127】
地肌汚れ
白紙画像を現像中に停止させ、現像後の感光体上の現像剤をテープ転写し、未転写のテープの画像濃度との差を938スペクトロデンシトメーター(X−Rite社製)により測定した
【0128】
画像濃度評価
A4横で1cm×1cmの黒ベタのチェッカー画像を1枚出力し、画像濃度をX−Rite(X−Rite社製)により測定した。これを5点測定し平均を求めた。
【0129】
【表1】
【0130】
【発明の効果】
本発明の二成分現像剤は、特にトナー補給機構を有する画像形成装置において、長期にわたってカブリによる画像汚れがない高品質な画像を提供することができる。また、本発明の二成分現像剤を用いることにより、画質の優れたプロセスカートリッジを提供することができる。
【0131】
また、発熱体を具備する加熱体と、前記加熱体と接触するフィルムと、前記フィルムを介して前記加熱体と圧接する加圧部材とを有し、前記フィルムと前記加圧部材の間に未定着画像を形成させた被記録材を通過させて加熱定着する定着装置を用いることにより、効率が良く立ち上がり時間を短縮することができる。
【0132】
アモルファスシリコン系感光体は表面硬度が高く、半導体レーザ(770〜800nm)などの長波長光に高い感度を示し、しかも繰返し使用による劣化もほとんど認められないため、これを用いた画像形成装置は高速複写機やレーザービームプリンタ(LBP)の用途に適したものとなる。
【0133】
画像形成装置において像担持体上の潜像を現像する時に、直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧が印加することにより、ざらつきのない高精細な画像が得られる。
【0134】
画像形成を行うのに用いられる帯電装置を、潜像担持体に帯電部材を接触させ、当該帯電部材に電圧を印加することによって帯電を行なう帯電装置とすることにより、オゾンの発生が低減されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の二成分現像剤を用いたプロセスカ−トリッジを備えた画像形成装置の概略図である。
【図2】本発明の二成分現像剤を用いる画像形成装置において使用される定着装置の例を示す概略図である。
【図3】本発明の二成分現像剤を用いる画像形成装置において使用されるアモルファスシリコン感光体の層構成の例を示す図である。
【図4】本発明の二成分現像剤を用いる画像形成装置において使用される現像器の例を示す概略図である。
【図5】接触式帯電装置の帯電特性の例を示す図である。
【図6】本発明の二成分現像剤を用いる画像形成装置において使用される接触式帯電装置(ローラ式)の例を示す概略図である。
【図7】本発明の二成分現像剤を用いる画像形成装置において使用される接触式帯電装置(ブラシ式)の例を示す概略図である。
【符号の説明】
1 現像器
2 現像スリーブ
3 電源
4 現像部
5 感光体ドラム
500 電子写真用感光体
501 支持体
502 光導電層
503 アモルファスシリコン系表面層
504 アモルファスシリコン系電荷注入阻止層
505 電荷発生層
506 電荷輸送層
Claims (10)
- トナーの補給機構を有するシステムにおいて用いられる、シリコーンコートキャリアとトナーとを含有する二成分現像剤であり、該トナーが少なくとも結着樹脂、着色剤及び離型剤からなる樹脂粉体と、帯電制御剤と、流動性補助剤としての無機微粒子とを含み、該樹脂粉体は、少なくとも、有機溶媒中に、樹脂、着色剤、離型剤を含有した組成物を溶解または分散させ、該組成物溶液または分散液を水系媒体中で分散させ、該有機溶媒を除去し、洗浄、乾燥することにより得られる樹脂粉体であり、流動攪拌混合機を用い、樹脂粉体、帯電制御剤及び無機微粒子を攪拌し、樹脂粉体に帯電制御剤を固定化することを特徴とするトナーからなる二成分現像剤において、10万枚コピー後の現像剤中に含まれるトナーの3μm以下微粉含有量が32.9〜68.2個数%であることを特徴とする二成分現像剤。
- 該帯電制御剤の添加量が樹脂粉体に対して0.2〜1.0重量%であることを特徴とする請求項1に記載の二成分現像剤。
- 該樹脂粉体のDv/Dnが1.25以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の二成分現像剤。
- 該樹脂粉体が、少なくとも、有機溶媒中に、活性水素基を有する化合物、着色剤、離型剤を含有した組成物を溶解または分散させ、該組成物溶液または分散液を水系媒体中で分散させ、活性水素基を有する化合物と反応可能な樹脂を反応させた後もしくは反応させながら、該有機溶媒を除去し、洗浄、乾燥することにより得られるものであることを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載の二成分現像剤。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の二成分現像剤用の補給トナーであって、少なくとも結着樹脂、着色剤及び離型剤からなる樹脂粉体と、帯電制御剤と、流動性補助剤としての無機微粒子とを含み、流動攪拌混合機を用い、樹脂粉体、帯電制御剤及び無機微粒子を攪拌し、樹脂粉体に帯電制御剤を固定化され、3μm以下微粉含有量が0〜20個数%であることを特徴とする二成分現像剤用トナー。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の二成分現像剤を用いて画像を形成する画像形成装置であって、該樹脂粉体を定着する定着装置は、発熱体を具備する加熱体と、前記加熱体と接触するフィルムと、前記フィルムを介して前記加熱体と圧接する加圧部材とを有し、前記フィルムと前記加圧部材の間に未定着画像を形成させた被記録材を通過させて加熱定着する定着装置であることを特徴とする画像形成装置。
- 感光体と、帯電手段、現像手段、クリ−ニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカ−トリッジにおいて、前記現像手段は、二成分現像剤を保持し、該二成分現像剤は、請求項1〜4のいずれかに記載の二成分現像剤であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の二成分現像剤を用いて画像形成を行う画像形成装置において、用いられる感光体が、アモルファスシリコン感光体であることを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の二成分現像剤を用いて画像形成を行う画像形成装置において、感光体上の潜像を現像する時に、交互電界を印加することを特徴とする画像形成装置。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の二成分現像剤を用いて画像形成を行う画像形成装置において、画像形成を行うのに用いられる帯電装置が、潜像担持体に帯電部材を接触させ、当該帯電部材に電圧を印加することによって帯電を行なう帯電装置であることを特徴とする画像形成装置。
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