JP4512646B2 - キャリア、それを用いた二成分現像剤、及び該二成分現像剤を用いる画像形成装置 - Google Patents
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Description
一成分現像剤はキャリアを使用しないことから、トナーとキャリアを均一に混合するための攪拌機構等を必要としない。そのため、現像装置がシンプルになるといった利点を有する。しかし、トナーの帯電量が安定し難い等の欠点がある。
二成分現像剤は、トナーとキャリアを均一に混合するための攪拌機構等を必要とすることから、現像装置が複雑になるという欠点を有する。しかし、帯電安定性や高速機への適合性に優れている。そのため、高速画像形成装置やカラー画像形成装置によく使用されている。
したがって、本発明は、コア粒子と該コア粒子を被覆する熱硬化シリコーン樹脂層とを備え、前記熱硬化シリコーン樹脂層が帯電制御剤を含み、該帯電制御剤の融点未満での熱処理により形成されたことを特徴とするキャリアを提供する。
本発明は更に、現像剤として上記二成分現像剤を用いることを特徴とする電子写真方式の画像形成装置を提供する。
本実施態様によれば、使用開始直後(使用初期)には、樹脂層の表面領域(外側領域)中に所定範囲の量で存在する帯電制御剤がトナー帯電量の上昇を防ぎ、樹脂層の磨耗によりコア粒子が一部露出してキャリアの抵抗が低下したとき(例えば、約5K枚印刷後)には、残存する内側領域は帯電制御剤を含まないのでトナー帯電量の低下を抑制できる。
この実施形態によれば、使用開始直後(使用初期)の画像濃度低下を防ぐことができる。
本実施形態によれば、キャリア表面にトナーのバインダー樹脂のフィルミングが生じ難く、長期にわたって安定した帯電性が得られる。
本実施形態によれば、飽和磁化が高く、密度の小さいキャリアが得られることから、感光体へのキャリア付着が起こり難い。その結果、ソフトな穂立形成によるドット再現の高い画像が得られる。
<キャリア>
本発明のキャリアは、コア粒子と該コア粒子を被覆する熱硬化シリコーン樹脂層とを備え、前記熱硬化シリコーン樹脂層が帯電制御剤を含み、該帯電制御剤の融点未満での熱処理により形成されたことを特徴とする。
このようにして得られたキャリアは、帯電付与能力が安定し、初期のトナーの帯電量上昇を防止できる。また、長期にわたって感光体へのキャリア付着やトナー帯電量の低下を防止することも可能である。
次に、本発明のキャリアの他の構成について説明する。
キャリアの体積平均粒子径は、特に制限されないが、20〜100μmが好ましく、30〜60μmが更に好ましい。体積平均粒子径が小さすぎると、現像時にキャリアが現像ローラから感光体ドラムに移動し易くなり、得られる画像に白抜けが発生することがある。一方、大きすぎるとドット再現性が悪くなり、画像が粗くなることがある。キャリアの体積平均粒子径とは、コア粒子と該コア粒子を被覆するシリコーン樹脂層(二層構造である場合には、外層の樹脂層も含む)との合計の粒子径を意味する。具体的な体積平均粒子径の定義は下記する。
コア粒子には公知の磁性粒子が使用できるが、フェライト成分を含む粒子(フェライト系粒子)が好ましい。フェライト系粒子は、飽和磁化が高く、密度の小さいキャリアを得ることができる。そのため、感光体へのキャリア付着が起こり難く、ソフトな穂立形成によるドット再現の高い画像が得られる。
コア粒子は、ブリッジ法で測定した時、1×106〜1×1011Ω・cmの体積抵抗率を有することが好ましい。この範囲の体積抵抗率を有するフェライト系粒子は、安価であるため一般に使用されている。体積抵抗率が低くなると電気絶縁性不良によりトナー画像にカブリが出ることがある。一方、体積抵抗率が高くなるとキャリア表面に残るカウンタ電荷により、ベタ画像における周辺部のエッジ効果や画像濃度低下が起こり易くなる。体積抵抗率は、1×108〜5×1010Ω・cmの範囲がより好ましい。体積抵抗率の定義は下記する。
熱硬化シリコーン樹脂層を構成する熱硬化性シリコーン樹脂は、下記に示すように、Si原子に結合する水酸基同士が加熱脱水反応によって架橋して硬化するシリコーン樹脂である。
熱硬化性シリコーン樹脂は1種を単独で使用でき又は2種以上を併用できる。
導電剤としては、キャリアの体積抵抗率を制御できるものであれば特に制限はなく、例えば、酸化珪素、アルミナ、カーボンブラック、グラファイト、酸化亜鉛、チタンブラック、酸化鉄、酸化チタン、酸化スズ、チタン酸カリウム、チタン酸カルシウム、ホウ酸アルミニウム、酸化マグネシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム等の導電剤が挙げられる。
導電剤は1種を単独で使用でき又は2種以上を併用できる。
カーボンブラックの種類は特に限定されないが、DBP(ジブチルフタレート)吸油量が90〜170ml/100gの範囲にあるものが、作製安定性に優れる点で好ましい。また、一次粒子径として50nm以下のものが分散性に優れるため特に好ましい。
以下に、現像剤について説明する。
本発明の現像剤はトナーとキャリアからなる二成分現像剤であり、キャリアとしては上記で説明した本発明に係るキャリアが使用される。
キャリアとトナーとの混合割合は、一般に、キャリア100重量部に対してトナー3〜15重量部の割合である。キャリアとトナーの混合方法は、ナウターミキサのような混合機で攪拌する方法が挙げられる。
トナーは、着色樹脂粒子(トナー粒子)と、必要に応じて着色樹脂粒子の表面に付着する外添剤とを備えている。外添剤は、トナーの凝集を防ぐことで、感光体ドラムから記録媒体へ転写する際の転写効率が低下を防ぐ観点から、トナーに含まれていることが好ましい。
ポリエステル樹脂の重合に用いられる2価のアルコールとしては、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、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、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール等のジオール類、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ポリオキシエチレン化ビスフェノールA、ポリオキシプロピレン化ビスフェノールA等のビスフェノールAアルキレンオキシド付加物、その他を挙げることができる。
具体的には、黒トナー用には、カーボンブラックやマグネタイト等を例示できる。
着色剤の含有量としては、バインダー樹脂100重量部に対して1〜15重量部程度であることが好ましく、より好適には2〜10重量部の範囲である。
具体的には、負帯電性を付与する帯電制御剤としては、クロムアゾ錯体染料、鉄アゾ錯体染料、コバルトアゾ錯体染料、サリチル酸又はその誘導体のクロム/亜鉛/アルミニウム/ホウ素錯体又は塩化合物、ナフトール酸又はその誘導体のクロム/亜鉛/アルミニウム/ホウ素錯体又は塩化合物、ベンジル酸又はその誘導体のクロム/亜鉛/アルミニウム/ホウ素錯体又は塩化合物、長鎖アルキル カルボン酸塩、長鎖アルキル スルフォン酸塩等を挙げることができる。(上記で、「クロム/亜鉛/アルミニウム/ホウ素錯体又は塩化合物」は、クロム錯体又はクロム塩化合物、亜鉛錯体又は亜鉛塩化合物、アルミニウム錯体又はアルミニウム塩化合物、又はホウ素錯体又はホウ素塩化合物を意味する。)
帯電制御剤の含有量としては、バインダー樹脂100重量部に対して0.1重量部〜20重量部の範囲内がより好ましく、0.5重量部〜10重量部の範囲内が更に好ましい。
外添剤の添加量は、0.2〜3重量%が好ましい。0.2重量%未満では、トナーに十分や流動性を与えられないことがある。逆に3重量%を超えると、トナーの定着性が低下することがある。
次に、本発明の電子写真方式画像形成装置について説明する。
本発明の画像形成装置は、現像剤として前述の本発明に係る二成分現像剤を用いる限り、他の構成について特定のものに限定されず、二成分現像剤を用いる電子写真方式の画像形成装置の構成として公知のものをいずれも採用できる。
本発明の画像形成装置は、例えば、電子写真方式の複写機、プリンタ、ファクシミリ、これらの複合機であり得る。
図3は、本発明に係る画像形成装置の一形態の構成を示す説明図である。例示されている画像形成装置は、4つの画像形成ユニット1〜4を備えるタンデム方式のカラー画像形成装置である。このうち、参照符号1にて示すのが、黒トナー画像を形成するための第1画像形成ユニットであり、参照符号2にて示すのが、シアントナー画像を形成するための第2画像形成ユニット、参照符号3にて示すのが、マゼンタトナー画像を形成するための第3画像形成ユニット、参照符号4にて示すのが、イエロートナー画像を形成するための第4画像形成ユニットである。
中間転写ベルト5の内側には、各画像形成ユニット1〜4で形成された単色トナー画像を中間転写ベルト5上に転写する一次転写ローラ7が、画像形成ユニット1〜4のそれぞれの感光体ドラムに対向するように設けられている。各画像形成ユニット1〜4で形成された単色トナー画像は、中間転写ベルト5上に重なり合うように転写され、1つのカラー画像を形成する。
中間転写ベルト5の回転方向Rの二次転写ローラ8より下流側であって第1画像形成ユニット1より上流側には、中間転写ベルト5の表面をクリーニングするためのベルトクリーニングユニット10が設けられている。ベルトクリーニングユニット10は、中間転写ベルト5に接触配置されるベルトクリーニングブラシ11と、ベルトクリーニングブレード12とを有している。ベルトクリーニングブレード12は、ベルトクリーニングブラシ11の下流側に配置される。
用紙の搬送方向Pの二次転写ローラ8より下流側には、用紙に転写されたカラー画像を用紙上に定着するための定着ユニット15が設けられている。定着ユニット15の更に下流側には、カラー画像が定着された用紙を画像形成装置から排出する排紙ローラ13aが設けられている。
感光体ドラムクリーナ20は、クリーニングブレード21と、クリーナハウジング22と、シール23とを備えている。
現像装置19は、本発明に係る二成分現像剤31が収容される現像槽27を備えており、現像槽27には、感光体ドラム16の外周面に臨む位置に開放部30が設けられている。
本発明の画像形成装置では、トナー帯電量が長期にわたり安定しているので、長期にわたって安定した画質が得られる。
本明細書において使用する用語「体積平均粒子径」、「飽和磁化」、「体積抵抗率」、「数平均分子量」、「被覆率」、「BET比表面積」、「個数平均粒子径」の定義を記載する。
本明細書において、キャリア及びコア粒子の体積平均粒子径は、レーザ回折式粒度分布測定装置HELOS(SYMPATEC社製)に乾式分散装置RODOS(SYMPATEC社製)を用いて、分散圧3.0barの条件下で測定した値を意味する。
本明細書において、着色樹脂粒子の体積平均粒子径は、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)で100μmのアパチャーを用いて測定した値を意味する。
具体的には、測定装置としては、コールターカウンターTA−II型又はコールターマルチサイザーII(コールター社製)を用いる。電解液は一級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製する。例えば、ISOTON R−II(コールターサイエンティフィックジャパン社製)が使用できる。
本明細書において、飽和磁化は、東英工業株式会社製のVSMP−1によって測定された値をいう。
本明細書において、コア粒子とキャリアの体積抵抗率の測定は下記の手順に従った値を意味する。まず、気温20℃、湿度65%の環境条件において、6.5mmの間隙を設けて設置される幅30mm、高さ10mmの2枚の銅板電極間に0.2gのコア粒子又はキャリアを充填する。次いで、N極とS極が対向するように各銅板電極の外側に配置される2つの磁石(100mT)の磁力線によって、コア粒子又はキャリアによるブリッジを形成させる。この状態において、500Vの電圧印加の15秒後に測定する。この測定値が体積抵抗率である。
本明細書において、コア粒子表面の樹脂層による被覆率は、次の方法で算出された値を意味する。すなわち、キャリア表面に金等の導電剤を蒸着しないまま、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、加速電圧2.0eVの電子線で観察する。キャリア中、樹脂被覆層はチャージアップにより白く観察される。キャリア全面積に対する白色領域面積の割合を算出する。この算出をキャリア100個について行ない、得られた値の平均値が被覆率である。
本明細書において、BET比表面積は、BET比表面積測定装置ジェミニ2360(島津製作所社製)を用いた3点測定法で得られた測定値を意味する。
本明細書において、個数平均粒子径は、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて微粒子を撮影し、得られた画像から任意に100個の微粒子の粒子径を測定し、得られた粒子径の平均値を意味する。
<帯電制御剤の合成例>
まず、キャリアで帯電制御剤として使用する化合物1、化合物2及び化合物3(以上、一般式(1)で表される有機珪素錯化合物)、並びに化合物4及び化合物5(以上、一般式(2)で表されるカリックスアレーン化合物)の合成例を示す。
2.28g(10ミリモル)のベンジル酸、0.99g(5ミリモル)のフェニルトリメトキシシラン、1g(14ミリモル)のn−ブチルアミン及び10mlのメタノールからなる混合液を2時間還流した。溶媒を留去した後、アセトン−四塩化炭素を用いて再結晶させ、その混合物を濾過した後、濾取物を乾燥させることにより2gの白色粉末(化合物1)を得た。この白色粉末の融点は145℃であった。
合成例1におけるベンジル酸をマンデル酸[1.52g(10ミリモル)]に代えた他は合成例1と同様に処理することにより、0.5gの白色粉末(化合物2)を得た。この白色粉末の融点は107℃であった。
合成例1におけるn−ブチルアミンをヘキサメチレンジアミン[0.6g(5.2ミリモル)]に代えた他は合成例1と同様に処理することにより、2gの白色粉末(化合物3)を得た。この白色粉末の融点は147℃であった。
p-tert−ブチルカリックス(8)アレーン12.96g(0.01mol)と炭酸カリウム4.14g(0.03mol)を100mlのメチルイソブチルケトン(MIBK)中で8時間還流させた後、臭化ベンジル5.1g(0.03mol)を加え30時間還流反応させた。反応液を自然冷却させた後、これを吸引濾過し、得られた濾液を減圧乾固させた。これをクロロホルム/n-ヘキサンを用いて再結晶させることにより、白色粉末(化合物4)7gを得た。その融点を測定したところ、205℃であった。
p-tert−ブチルフェノール0.5mol、tert−オクチルフェノール0.5mol、パラホルムアルデヒト1.2mol、及び水酸化カリウム1.0gを用いて500mlのキシレン中で水を除去しながら7時間還流反応させることにより、カリックス(8)アレーン混合体15.2g(0.01mol)を得た。炭酸カリウム4.14g(0.03mol)を100mlのメチルイソブチルケトン(MIBK)中で8時間還流させた後、臭化ベンジル5.1g(0.03mol)を加え、10時間還流反応させた。反応液を自然冷却させた後、吸引濾過し、得られた濾液を減圧乾固させた。これをメタノールを用いて再結晶させることにより、淡黄白色粉末(化合物5)8gを得た。融点を測定したところ、169℃であった。
キャリアは、次に示す方法により作製した。フェライト原料として、酸化鉄(KDK社製)50mol%、酸化マンガン(KDK社製)35mol%、酸化マグネシウム(KDK社製)14.5mol%、及び酸化ストロンチウム(KDK社製)0.5mol%をボールミルで4時間粉砕し、得られたスラリーをスプレードライヤーにて乾燥し、得られた真球状の粒子をロータリーキルンにて930℃で2時間仮焼した。得られた仮焼粉を、湿式粉砕機(粉砕媒体としてスチールボール使用)により平均粒子径2μm以下にまで微粉砕した。このスラリーにPVAを2重量%添加し、スプレードライヤーにより造粒、乾燥し、電気炉にて、温度1100℃、酸素濃度0体積%で4時間、本焼成を行った。その後、解砕、分級を行うことによって、体積平均粒子径が44μm、体積抵抗率が1×109Ω・cmのフェライト成分からなるコア粒子を得た。
調製した一次被覆用塗液を、浸漬法塗工装置(ダルトン社製万能混合攪拌機NDMV型)により上記コア粒子に被覆した後、トルエンを完全に蒸発除去することで、シリコーン樹脂層の被覆率90%の一次被覆キャリアを作製した。
表1に示すように、帯電制御剤の種類、帯電制御剤の添加量、及び/又は熱硬化時の温度及び時間が異なる以外はキャリアC1と同様にして、C2〜C17を作製した。ただし、キャリアC12は、帯電制御剤を含有させずに作製した。
トナーを、以下に示す方法で作製した。
トナー材料を下記する。
・バインダー樹脂(ビスフェノールAプロピレンオキサイド、テレフタル酸又は無水トリメリット酸を単量体として重縮合して得られるポリエステル樹脂:ガラス転移温度60℃、軟化温度115℃;藤倉化成工業(株)製) 100重量部
・着色剤(C.I.ピグメント・ブルー15:3) 5重量部
・帯電制御剤(LR−147:ホウ素化合物;日本カーリット(株)製) 2重量部
・離型剤(HNP−9:マイクロクリスタリンワックス;日本精蝋(株)製) 3重量部
キャリアC1〜C6をトナーT1と混合することによって、実施例及び比較例の二成分現像剤を作製した。二成分の混合は、トナー6重量部とキャリア94重量部とをナウターミキサ(商品名:VL−0;ホソカワミクロン(株)製)に投入し、20分間攪拌混合することによって行った。
作製した二成分現像剤について、図3に示したような画像形成装置(エージング試験機)を用いて連続プリントテストを行った。連続プリントテストには、画像形成装置の4つの画像形成ユニットのうち画像形成ユニット1のみを用いた。画像形成装置の現像条件として、感光体の周速を400mm/秒、現像ローラの周速560mm/秒、感光体と現像ローラのギャップを0.42mm、現像ローラと規制ブレードのギャップを0.5mmに設定し、ベタ画像(100%濃度)における紙上のトナー付着量が0.5mg/cm2、非画像部におけるトナー付着量が最も少なくなる条件に、感光体の表面電位及び現像バイアスをそれぞれ調整した。試験紙として、A4サイズの電子写真用紙(マルチレシーバー;シャープドキュメントシステム(株)製)を使用した。
画像濃度については、一辺が3cmのベタ画像(100%濃度)をプリントし、プリント部分の画像濃度を、反射濃度計(RD918;マクベス社製)を用いて測定した。画像濃度が1.3以上(紙の繊維がトナーで完全に覆われた状態)を良好とし、1.2以上1.3未満をやや不良、1.2未満(紙の繊維がトナーで不十分にしか覆われていない状態)を不良とした。
白度計(Z−Σ90 COLOR MEASURING SYSTEM;日本電色工業(株)製)を用いて、プリント前の紙の白色度及びプリント後の紙の非画像部における白色を測定し、両者の白色度の差をカブリ濃度として求めた。
カブリ濃度が0.6未満(肉眼ではカブリがほとんど見えない状態)を良好、0.6以上1.0未満をやや不良、1.0以上(肉眼ではカブリが明確に見える状態)を不良とした。
Claims (8)
- コア粒子と該コア粒子を被覆する熱硬化シリコーン樹脂層とを備え、前記熱硬化シリコーン樹脂層が帯電制御剤を含み、該帯電制御剤の融点未満での熱処理により形成されたことを特徴とするキャリア。
- 前記帯電制御剤が、下記一般式(1):
- 前記熱硬化シリコーン樹脂層が、前記コア粒子を、前記帯電制御剤を含まない熱硬化性シリコーン樹脂で被覆し、次いで該帯電制御剤を含む熱硬化性シリコーン樹脂で被覆した後、該帯電制御剤の融点未満での熱処理により形成された請求項1又は2に記載のキャリア。
- 前記帯電制御剤を含む熱硬化性シリコーン樹脂が更に導電剤を含む請求項3に記載のキャリア。
- 前記熱硬化シリコーン樹脂層がジメチルシリコーン樹脂層である請求項1〜4のいずれか1つに記載のキャリア。
- 前記コア粒子がフェライト成分を含む請求項1〜5のいずれか1つに記載のキャリア。
- トナーと請求項1〜6のいずれか1つに記載のキャリアとを含む二成分現像剤。
- 現像剤として請求項7に記載の二成分現像剤を用いることを特徴とする電子写真方式の画像形成装置。
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