JP4539714B2 - ハイブリッド現像用キャリア、ハイブリッド現像装置および画像形成装置 - Google Patents
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Description
前記キャリアがバインダー樹脂中に磁性粉が分散されたコア粒子の表面に樹脂コート層を有し、
前記コア粒子が磁性粉が分散されたバインダー樹脂を粉砕して得られ、コア粒子表面に磁性粉が露出し、
樹脂コート層のコート量がキャリア総重量に対して0.04〜5.5重量%であり、
前記キャリアの平均粒径が20〜40μmであり、以下の方法によって測定された電気抵抗が1×10 13 〜1×10 14 Ωであり、飽和磁化が30〜45Am 2 /kgであることを特徴とするハイブリッド現像用キャリアに関する。
トナーとキャリアを含む現像剤を用いて、静電潜像担持体上の静電潜像を可視像化する現像装置であって、
トナーおよび上記ハイブリッド現像用キャリアを含む現像剤;
該現像剤を収容する現像槽の開口部に配置された第1の搬送部材;
第1の領域を介して該第1の搬送部材に対向し、第2の領域を介して静電潜像担持体に対向する第2の搬送部材;
第1の搬送部材と第2の搬送部材との間に第1の電界を形成して、第1の搬送部材が保持している現像剤中のトナーを第2の搬送部材に移動させる第1の電界形成手段;および
第2の搬送部材と静電潜像担持体との間に第2の電界を形成して、第2の搬送部材が保持しているトナーを静電潜像担持体の静電潜像に移動させて静電潜像を可視像化する第2の電界形成手段
を備えたことを特徴とするハイブリッド現像装置、および該ハイブリッド現像装置を備えた画像形成装置に関する。
本発明のハイブリッド現像用キャリア(以下、単に「キャリア」という)は、バインダー樹脂中に磁性粉が分散されたバインダー型コア粒子の表面に樹脂コート層を有するものである。図1に本発明のキャリアの概略断面図の一例を示す。図1に示すように、本発明のキャリア1は、最表面に樹脂コート層5を有し、その内部のコア粒子4はバインダー樹脂2中に磁性粉3が分散された構成を有するものである。そのような構成を有するため、現像ローラへのトナー供給後においてキャリアはトナー帯電極性とは逆極性の比較的大きな電荷を保持でき、しかもリークを防止できる。その結果、現像ローラ上の残留トナーの回収を十分に行うことができ、画像メモリーの発生を防止できる。樹脂コート層を有しないと、比較的大きな逆極性電荷がキャリア表面に発生したとしても、継続して保持できないために、当該逆極性電荷は比較的小さくなる。そのため、残留トナーの回収性が低下し、画像メモリーを十分に抑制できない。またキャリアが樹脂コート層を有していたとしても、コア粒子が磁性体であると、バインダー型と比較し、帯電性が高くならないので、トナー帯電極性とは逆極性の比較的大きな電荷が発生しにくい。
コア粒子の平均粒径は、コールターマルチサイザー(ベックマンコールター社製)を用い、280μmのアパチャーチューブで粒径別相対重量分布を求めることにより測定できる。
導電性物質としては、例えば、カーボンブラック、金属微粒子等が挙げられる。
流動化剤としては、例えば、シリカ等が挙げられる。
樹脂コート層を構成する樹脂としては、コート型キャリアの分野で従来よりコート層を構成する樹脂として使用されているものであれば特に制限されず、例えば、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素含有樹脂、ポリエステル系樹脂等が挙げられる。
そのようなコート量に対応する樹脂コート層の厚みは通常、0.001〜1.5μm、特に0.001〜1.0μmであり、より好ましくは0.005〜1.0μmである。
まずコア粒子を得る。例えば、熱可塑性バインダー樹脂、磁性粉および所望により添加される添加剤を含む混合物を溶融混練し、冷却した混練物を微粉砕および分級することによってコア粒子を得ることができる。好ましくは後処理として、さらに加熱による表面処理を行う。また例えば、熱硬化性バインダー樹脂の原料、磁性粉および所望により添加される添加剤を含む混合物を水系媒体中に分散し、造粒を行った後、加熱することによって反応・硬化させる。硬化粒子を水洗および乾燥し、コア粒子を得ることができる。
図8に示すように、内部にマグネットローラ301が設けられて磁束密度が1000ガウスになったスリーブローラ302上に各キャリア303をそれぞれ5g供給すると共に、このスリーブローラ302と電極管304との間隔を1mmに設定し、上記マグネットローラ301を50rpmで回転させると共に、電源305から500Vのバイアス電圧を印加し、各キャリア303を通して電極管304に流れた電流値(I)を電流計306により測定し、その電気抵抗R(Ω)を下記の式に従って求める。
R(Ω)=500/I
トナーはキャリアとの摩擦接触によって負または正に帯電されるものであり、バインダー樹脂中に少なくとも着色剤および所望により負または正の荷電制御剤や離型剤等の添加剤が含有されてなるものである。
トナーの平均粒径は、例えば約3〜15μmである。トナーの平均粒径は、100μmのアパチャーチューブを使用すること以外、上記したコア粒子の平均粒径の測定方法と同様の方法により測定できる。
荷電粒子は、トナーの帯電極性に応じて適宜選択され、トナーとの摩擦接触によりトナーの帯電極性とは逆の極性に帯電される粒子が使用され、通常はキャリアとの摩擦接触により、トナーの帯電極性と逆極性に帯電される粒子が使用される。荷電粒子の平均一次粒径は、例えば、100〜850nmである。
本発明のキャリアはハイブリッド現像装置および当該現像装置を備えた画像形成装置に使用される。ハイブリッド現像方式とは、二成分現像剤を第1の搬送部材(搬送ローラ)の外周面に保持して、第2の搬送部材(現像ローラ)との対向領域まで搬送し、トナーだけを選択的に第2の搬送部材の外周面に供給して、第2の搬送部材の外周面にトナー薄層を形成し、該トナー薄層を用いて静電潜像担持体上の静電潜像を現像するものである。
現像装置34は、第1の成分粒子である非磁性トナーと第2の成分粒子である磁性キャリア(本発明の前記キャリア)を含む2成分現像剤と以下に説明する種々の部材を収容する現像槽(ハウジング)42を備えている。図面を簡略化することで発明の理解を容易にするため、現像槽42の一部は削除してある。現像槽42は感光体12に向けて開放された一連の開口部(44、52)を備えており、この開口部44の近傍に形成された空間46にトナー搬送部材(第2の搬送部材)である現像ローラ48が設けてある。現像ローラ48は、円筒状の部材(第2の回転円筒体)であり、感光体12と平行に且つ感光体12の外周面と所定の現像ギャップ50を介して、回転可能に配置されている。
供給領域90でスリーブ60から現像ローラ48にトナーを効率的に移動させるために、現像ローラ48とスリーブ60は電界形成装置110と電気的に接続されている。電源の具体例が図3A〜図7に示してある。
<キャリアの製造>
(参考例1)
軟化点Tmが125°C,ガラス転移点Tgが66℃のポリエステル樹脂を100重量部、フェライト微粉末(TDK(株))を400重量部、カーボンブラック(三菱化学社製:#970)を2重量部、シリカ(日本アエロジル社製:#200)を2重量部の割合にし、ヘンシにルミキサーで充分混合した後、ベント二軸押し出し混練機(PCM−65:池貝鉄工社製)により200℃で溶融混線した。この混練物をフェザーミルで粗粉砕、続いて機械式粉砕機(ACM−10型:ホソカワミクロン社製)で微粉砕し、これを風力分級機(MS−1型:ホソカワミクロン社製)で分級した。分級物をサフュージングシステム(SFS−2型:日本ニューマチックエ業社製)により350℃で加熱処理を行い、体積平均粒径が20μmのキャリア用コア粒子を得た。
キャリア総重量に対するコート量(乾燥後)が3重量%となるように、コート液をコア粒子に塗布したこと以外、参考例1と同じ製法でキャリアBを製造した。
キャリア総重量に対するコート量(乾燥後)が5重量%となるように、コート液をコア粒子に塗布したこと以外、参考例1と同じ製法でキャリアCを製造した。
キャリア総重量に対するコート量(乾燥後)が0.03重量%となるように、コート液をコア粒子に塗布したこと以外、参考例1と同じ製法でキャリアDを製造した。
キャリア総重量に対するコート量(乾燥後)が6重量%となるように、コート液をコア粒子に塗布したこと以外、参考例1と同じ製法でキャリアEを製造した。
軟化点Tmが122℃、ガラス転移点Tgが63℃のスチレン−アクリル樹脂を100重量部、マグネタイト微粉末(チタン工業社製:RB−BL)を350重量部、カーボンブラック(ライオン油脂社製:ケッチェンブラックEC)を3重量部、シリカ(日本アエロジル社製:R−972)を2重量部の割合にし、これらをヘンシェルミキサーで混合した後、この混合物を加圧ニーダーで溶融混練し、この混練物を冷却させた後、フェザーミルで粗粉砕し、さらにジェットミルで微粉砕し、これを風力分級機により分級した後、熱処理装置(日本ニューマチック工業社製:サフュージョンシステムSFS−2型)を用いて250℃で加熱処理を行い、体積平均粒径が20μmのキャリア用コア粒子を得た。
フェノール15重量部、ホルムアルデヒド溶液(9重量%)100重量部、マグネタイト粉(粒径0.20μm)80重量部と、塩基性触媒としてアンモニア、重合安定化剤としてフッ化カルシウムを用いて、水相中で撹拌混合しながら60分間で85℃まで昇温保持し、120分間反応・硬化させた。その後25℃まで冷却し600部の水を添加した後、上澄み液を除去したあと、沈殿物を水洗し、160℃で24時間乾燥して、フェノール樹脂をバインダー樹脂とする体積平均粒径20μmのキャリア用コア粒子を得た。
その後は、参考例1と同じ方法で、コート層を設け、キャリアGを得た。
軟化点Tmが125℃、ガラス転移点Tgが66℃のポリエステル樹脂を100重量部、フェライト微粉末(TDK(株)RB−BL)を400重量部、カーボンブラック(三菱化学社製:#970)を2重量部、シリカ(日本アエロジル社製:#200)を2重量部の割合にし、ヘンシェルミキサーで充分混合した後、ベント二軸押し出し混練機(PCM−65:池貝鉄工社製)により200℃で溶融混練した。この混練物をフェザーミルで粗粉砕、続いて機械式粉砕機(ACM−10型:ホソカワミクロン社製)で微粉砕し、これを風力分級機(MS−1型:ホソカワミクロン社製)で分級した。分級物をサフュージングシステム(SFS−2型:日本ニューマチック工業社製)により350℃で加熱処理を行い、キャリアHを得た。
・キャリアコート用樹脂微粒子
CHMA(シクロヘキシルメタクリレート)/MMA(メチルメタクリレート)/ST(スチレン)=45/45/10(モノマー重量比)を用いて公知の乳化重合法で重合を行い、その後水洗、乾燥を行い、平均粒径100nmの樹脂微粒子a(Tg;102℃、Tm;220℃)を得た。
・乾式コートキャリアの製造側
コア材(Mn−Mg系フェライトコア粒子)とコート剤(樹脂微粒子)を使用して、以下の方法に従ってコートキャリアを製造した。
Mn−Mg系フェライトコア粒子5kgおよびコート剤150gを温度調整が可能な9Lヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)に投入し、品温が90℃以下になる様に注意しながらブレード回転数200rpmで20分撹拌する。その後、ジャッケットに温調したオイルを流しながらブレードを回転数200rpmで回転させ、品温を115℃まで上昇させその温度を維持しながら15分さらに撹拌し、コート剤をコア粒子にコーティングする。その後、品温が70℃以下になるまで低速で撹拌し、キャリアIを得た。
・トナー粒子
(樹脂粒子Aの製造)
第一段重合
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた5L(リットル)の反応容器に、ドデシル硫酸ナトリウム8gとイオン交換水3Lを仕込み、窒素気流下230rpmの撹拌速度で撹拌しながら、内温を80℃に昇温させた。昇温後、過硫酸カリウム10gをイオン交換水200gに溶解させたものを添加し、再度液温80℃とし、下記単量体混合液を1時間かけて滴下した後、80℃にて2時間加熱、撹拌することにより重合を行い、樹脂粒子を調製した。これを「樹脂粒子(1H)」とする。
n−ブチルアクリレート 250g
メタクリル酸 68.0g
n−オクチル−3−メルカプトプロピオネート 16.0g
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、ポリオキシエチレン(2)ドデシルエーテル硫酸ナトリウム7gをイオン交換水800mlに溶解させた溶液を仕込み、98℃に加熱後、前記樹脂粒子(1H)を260gと、下記単量体溶液を90℃にて溶解させた溶液を添加し、循環経路を有する機械式分散機CLEARMIX(エム・テクニック社製)により、1時間混合分散させ、乳化粒子(油滴)を含む分散液を調製した。
n−ブチルアクリレート 125g
n−オクチル−3−メルカプトプロピオネート 1.5g
ポリエチレンワックス 190g
さらに、過硫酸カリウム11gをイオン交換水400mlに溶解させた溶液を添加し、82℃の温度条件下に、
スチレン 430g
n−ブチルアクリレート 130g
メタクリル酸 33g
n−オクチル−3−メルカプトプロピオネート 8g
からなる単量体混合液を1時間かけて滴下した。滴下終了後、2時間にわたり加熱撹拌することにより重合を行った後、28℃まで冷却し樹脂粒子を得た。これを「樹脂粒子A」とする。
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、ドデシル硫酸ナトリウム2.3gをイオン交換水3Lを仕込み、窒素気流下230rpmの撹拌速度で撹拌しながら、内温を80℃に昇温させた。昇温後、過硫酸カリウム10gをイオン交換水200gに溶解させたものを添加し、再度液温80℃とし、下記単量体混合液を1時間かけて滴下後、80℃にて2時間加熱、撹拌することにより重合を行い、樹脂粒子を調製した。これを「樹脂粒子B」とする。
n−ブチルアクリレート 210g
メタクリル酸 68.0g
n−オクチル−3−メルカプトプロピオネート 16.0g
ドデシル硫酸ナトリウム90gをイオン交換水1600mlに撹拌溶解した。この溶液を撹拌しながら、カーボンブラック(リーガル330R:キャボット社製)420gを徐々に添加し、次いで、撹拌装置「クレアミックス」(エム・テクニック社製)を用いて分散処理することにより、着色剤粒子の分散液を調製した。これを、「着色剤分散液1」とする。この着色剤分散液1における着色剤粒子の粒子径を、電気泳動光散乱光度計「ELS−800」(大塚電子社製)を用いて測定したところ、110nmであった。
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、樹脂粒子Aを固形分換算で300gと、イオン交換水1400gと、「着色剤分散液1」120gと、ポリオキシエチレン(2)ドデシルエーテル硫酸ナトリウム3gをイオン交換水120mlに溶解させた溶液を仕込み、液温を30℃に調整した後、5モル/Lの水酸化ナトリウム水溶液を加えてpHを10に調整した。次いで、塩化マグネシウム35gをイオン交換水35mlに溶解した水溶液を、撹拌下、30℃にて10分間かけて添加した。3分間保持した後に昇温を開始し、この系を60分間かけて90℃まで昇温し、90℃を保持したまま粒子成長反応を継続した。
凝集・融着工程にて生成した粒子をバスケット型遠心分離機「MARKIII型式番号60×40」(松本機械社製)で固液分離し、トナー粒子のウェットケーキを形成した。該ウェットケーキを、前記バスケット型遠心分離機で濾液の電気伝導度が5μS/cmになるまで45℃のイオン交換水で洗浄し、その後「フラッシュジェットドライヤー」(セイシン企業社製)に移し、水分量が0.5質量%となるまで乾燥してトナー粒子を作製した。
体積平均粒径約6.5μmの上記トナー粒子100重量部に対し、第1の疎水性シリカ0.2重量部、第2の疎水性シリカ0.5重量部、疎水性酸化チタン0.5重量部、および個数平均粒径350nmのチタン酸ストロンチウム2重量部を、ヘンシェルミキサ(三井金属鉱山社製)を用いて40m/sの速度で3分間表面処理を行って外添処理し、負帯電性トナーを得た。
第2の疎水性シリカは、個数平均一次粒径20nmのシリカ(#90:日本アエロジル社製)をHMDSにより表面処理したものである。
疎水性酸化チタンは、個数平均一次粒径30nmのアナターゼ型酸化チタンを水系湿式中で疎水化剤であるイソブチルトリメトキシシランにより表面処理をしたものである。
上記負帯電性トナーと実施例/参考例/比較例で得られたキャリアを重量混合比(トナー/キャリア)8/92で混合して得られた現像剤を、図2に示す形態のハイブリッド現像装置を組み込んだ画像形成装置(bizhub C350改造機;コニカミノルタビジネステクノロジーズ社製)に搭載した。この画像形成装置を用いて、所定の画像を印字し、評価した。トナーは、現像剤のトナー濃度検出結果に基づいて補給するよう制御している。
図10に示すようなベタ領域401とハーフ領域402の存在する画像パターン400を出力・印字し、印字画像における画像メモリーの発生度合いに基づいて評価した。詳しくは、下記の判断基準で評価した。ネガ像とは、ハーフ領域の中に現れる比較的低い濃度の画像部である。ポジ画像とは、ハーフ領域の中に現れる比較的高い濃度の画像部である。
◎:ネガ/ポジ像の発生が全く無かった;
○:濃度差が0.03未満のネガ/ポジ像の発生が、一部有るも画像全体としては実用上には問題なかった;
△:濃度差が0.05未満のネガ/ポジ残の発生があるが、実用上問題なかった;
×:濃度差が0.05以上のネガ/ポジ像の発生があり、実用上問題あり。
Claims (3)
- キャリアおよびトナーを含む現像剤を第1の搬送部材の外周面に保持して、第2の搬送部材との対向領域まで搬送し、トナーを選択的に第2の搬送部材の外周面に供給して、第2の搬送部材の外周面にトナー薄層を形成し、該トナー薄層を用いて静電潜像担持体上の静電潜像を現像するとともに、現像に寄与することなく第1の搬送部材と第2の搬送部材との対向領域に戻された第2の搬送部材上のトナーを、第1の搬送部材上にキャリアにより形成された磁気ブラシによって回収するハイブリッド現像方式で使用されるハイブリッド現像用キャリアであって、
前記キャリアがバインダー樹脂中に磁性粉が分散されたコア粒子の表面に樹脂コート層を有し、
前記コア粒子が磁性粉が分散されたバインダー樹脂を粉砕して得られ、コア粒子表面に磁性粉が露出し、
樹脂コート層のコート量がキャリア総重量に対して0.04〜5.5重量%であり、
前記キャリアの平均粒径が20〜40μmであり、以下の方法によって測定された電気抵抗が1×10 13 〜1×10 14 Ωであり、飽和磁化が30〜45Am 2 /kgであることを特徴とするハイブリッド現像用キャリア;
(電気抵抗の測定方法)
内部にマグネットローラが設けられて磁束密度が1000ガウスになったスリーブローラ上にキャリアを5g供給すると共に、このスリーブローラと電極管との間隔を1mmに設定し、上記マグネットローラを50rpmで回転させると共に、電源から500Vのバイアス電圧を印加し、キャリアを通して電極管に流れた電流値(I)を電流計により測定し、電流値と印加電圧から電気抵抗(=500/I)[Ω]を求める。 - トナーおよび請求項1に記載のキャリアを含む現像剤を備えたことを特徴とするハイブリッド現像装置。
- 請求項2に記載のハイブリッド現像装置を備えた画像形成装置。
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