JP4956338B2 - キャリア、並びに現像剤、画像形成方法及び画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の静電複写プロセスの画像形成に用いられる静電潜像現像用キャリア、並びに該キャリアを用いた現像剤、及び該現像剤を用いた画像形成方法及び画像形成装置に関する。
従来より、電子写真複写装置等の画像形成装置においては、磁性を有する静電潜像現像用キャリアとトナーとからなる二成分現像剤を用いて現像を行う二成分現像装置と、トナーのみを用いて現像を行う一成分現像装置とが知られている。
前記二成分現像装置は、通常、内部に複数の磁極を有する磁石体からなるマグネットローラを備え、回転可能に支持された円筒状の現像剤担持体である現像スリーブを有している。この現像スリーブ表面にトナーを付着させたキャリアを担持しながら静電潜像担持体との対向部である現像領域に搬送して、二成分現像剤からなる磁気ブラシにて現像を行うものである。
このような二成分現像装置においては、キャリアとトナーとを撹拌し、混合することで帯電を行うので、トナーの帯電性が安定し、比較的安定した良好な画像が得られる。一方、キャリアに関しては、キャリア表面へのトナー成分のスペント防止、キャリア均一表面の形成、表面酸化防止、感湿性低下の防止、現像剤の寿命の延長、感光体表面へのキャリア付着防止、感光体のキャリアによるキズあるいは摩耗からの保護、帯電極性の制御又は帯電量の調節等の目的で、通常、樹脂材料で被覆等を施すことにより、固く高強度の被覆層を設けることが行われている。例えば、特定の樹脂材料で被覆したもの(特許文献1参照)、被覆層に種々の添加剤を添加するもの(特許文献2〜8参照)、キャリア表面に添加剤を付着させたものの(特許文献9参照)、被覆層厚みよりも大きい導電性粒子を被覆層に含有させたもの(特許文献10参照)、などが提案されている。
また、特許文献11には、ベンゾグアナミン−n−ブチルアルコール−ホルムアルデヒド共重合体を主成分としてキャリアの被覆層に用いることが記載されている。
また、特許文献12には、メラミン樹脂とアクリル樹脂の架橋物をキャリアの被覆材料として用いることが記載されている。
しかし、依然として耐久性、キャリア付着抑制が不十分であり、特に耐久性に関しては、トナーのキャリア表面へのスペント、それに伴う帯電量の不安定化、及び被覆層の削れによる被覆層の減少及びそれに伴う抵抗低下等が問題であり、初期は良好な画像を得ることができるが、コピー枚数が増加するに連れ複写画像の画質が低下し問題となるため、改良が必要である。
一方、キャリアへのトナースペントを低減させることを目的として、例えば特許文献13〜15には、被覆層に含有させる微粒子の粒径を、被覆層の厚みよりも大きいものに選定することが提案されている。また、特許文献16には、被覆層に含有される微粒子に基づく凹凸を表面に形成させることで、トナーとの接触帯電機会を増やすとともに、キャリア、トナー間の付着力を低減させることが検討されている。
これらの提案によれば、トナースペントの低減は期待できるものの、キャリアの被覆層中の微粒子の分散状態は必ずしも良好なものではなく、該微粒子の局在化が引き起こされることで、被覆層の組成が不均一となり、被覆層が剥離及び磨耗を起こしやすく、更なる耐久性の改善が必要とされている。
従来より、キャリアの抵抗調整剤として、被覆層に導電性を有する微粒子が用いられてきた。しかし、従来のような球形の導電性微粒子を含有させた場合には、該微粒子同士の絡み合いによる電導経路を確保しにくいため、所望の抵抗を得るためには必要以上に該微粒子を含有させねばならず、被覆層液の粘度が増大して均一に芯材を被覆できなくなったり、所望の抵抗値を得ることができても被覆層の強度が低下するという問題がある。
これに対して、特許文献17には、導電性粉末を0.05μm〜0.5μmの大きさで凝集した状態で被覆層に含有したキャリアが提案されている。この提案によれば、絶縁性を有する被覆層で芯材が被覆されても、特定の粒子径を持つ凝集体が電導経路を確保することによって、所望の抵抗を有するキャリアを容易に得ることができる。しかし、実際のキャリア製造において導電性微粒子の凝集状態を制御することは困難であると共に、現像剤の攪拌時の被覆層の耐久性を向上させる目的で被覆層の厚みを厚くした場合には抵抗制御の効果は不十分である。
また、特許文献18では、被覆層を形成する非相溶な2つの樹脂の界面に導電性粒子を局在させることで、該粒子による効率の良い低抵抗化がなされている。しかし、キャリア表面における導電性粒子が局在化することになり、微粒子を含有しない被覆層は機械的強度が低くなり、攪拌に対する被覆層の削れが起こりやすくなり、その結果、経時により芯材が露出して抵抗が低下してしまうという問題がある。
更に、これらキャリアの被覆層は、依然として芯材の凹凸に応じた表面の被覆層厚みのムラがあり、芯材の凹部に被覆層がたまりこみやすく、凸部は製造時にも粒子同士が接触しやすいために被覆層が薄くつきやすい。その結果、これらのキャリアを用いると、経時攪拌において現像剤を構成する粒子同士が接触しやすいキャリアの凸部は被覆層が薄いため、被覆層の削れを起こしやすいという問題がある。
したがってキャリアの抵抗調整、及び被覆層の削れの低減を同時に満たす上で、更なる改善が必要とされており、被覆層に含有される微粒子の該キャリア表面での局在化の低減を図ることは、課題を解決する上において必要不可欠なものであるが、未だ達成できていないのが現状である。
特開昭58−108548号公報 特開昭54−155048号公報 特開昭57−40267号公報 特開昭58−108549号公報 特開昭59−166968号公報 特公平1−19584号公報 特公平3−628号公報 特開平6−202381号公報 特開平5−273789号公報 特開平9−160304号公報 特開平8−6307号公報 特許第2683624号公報 特許第3600219号公報 特許第3737060号公報 特開2004−226784号公報 特開2002−287431号公報 特開2002−278168号公報 特許第2714590号公報
本発明は、従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、芯材表面を被覆する被覆層が所望の抵抗値を得ると共に、長期間に亘る攪拌によるストレスを原因とする被覆層の削れ及び剥離を防ぎ、トナーに対する優れた帯電付与能力を有するキャリア、並びに該キャリアを用いた現像剤、及び該現像剤を用いた画像形成方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、特定の大きさ、形状を有する板状微粒子をキャリアの被覆層に含有させることで、被覆層表面の平滑性を大きく損なうことなく結着樹脂と微粒子間の接着強度を向上でき、長期使用におけるキャリアの被覆層の剥離及び削れを低減し得ることを知見した。
本発明は、本発明者らによる前記知見に基づくものであり、前記課題を解決するための手段としては以下の通りである。即ち、
<1> 芯材と、該芯材表面に、少なくとも結着樹脂、及び微粒子を含有する被覆層とを有するキャリアであって、
前記微粒子が板状微粒子を含有し、該板状微粒子の球状換算での粒子径が1μm〜8μmであり、該板状微粒子の一辺の長さである板径のうち最長板径と最短板径との比(最長板径/最短板径)が10以下であり、かつ前記最長板径と前記板状微粒子の厚みとの比(最長板径/厚み)が2以上であることを特徴とするキャリアである。
<2> 被覆層が少なくとも結着樹脂、微粒子、及び溶剤を含有する被覆層液を用いて形成され、該被覆層液が、下記式(1)の条件を満たす前記<1>に記載のキャリアである。
|T6h(%)−T0h(%)|≦30% ・・・ 式(1)
ただし、前記式(1)中、T0h(%)は、被覆層液を調製した直後の550nmにおける透過率を表す。T6h(%)は、被覆層液を調製した直後から6時間静置させた後の550nmにおける透過率を表す。
<3> 板状微粒子が、その表面を導電性処理した導電性板状微粒子である前記<1>から<2>のいずれかに記載のキャリアである。
<4> 結着樹脂が、被覆層の形成過程乃至被覆層の形成後に結着樹脂前駆体を重合させてなる前記<1>から<3>のいずれかに記載のキャリアである。
<5> 結着樹脂が、少なくともシリコーン樹脂を含有する前記<1>から<4>のいずれかに記載のキャリアである。
<6> 結着樹脂が、少なくともアクリル樹脂を含有する前記<1>から<4>のいずれかに記載のキャリアである。
<7> 結着樹脂が、少なくとも、シリコーン樹脂とアクリル樹脂とを含有する前記<1>から<6>のいずれかに記載のキャリアである。
<8> 結着樹脂が、少なくとも、シリコーン樹脂とアクリル樹脂とが化学結合した形態を含有する前記<1>から<7>のいずれかに記載のキャリアである。
<9> 被覆層が、アミノシランカップリング剤を含有する前記<1>から<8>のいずれかに記載のキャリアである。
<10> キャリアの体積抵抗が、10(logΩ・cm)以上16(logΩ・cm)以下である前記<1>から<9>のいずれかに記載のキャリアである。
<11> キャリアの体積平均粒径が、20μm〜65μmである前記<1>から<10>のいずれかに記載のキャリアである。
<12> 前記<1>から<11>のいずれかに記載のキャリアと、トナーとからなることを特徴とする現像剤である。
<13> 静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、前記静電潜像を前記<12>に記載の現像剤を用いて現像して可視像を形成する現像工程と、前記可視像を記録媒体に転写する転写工程と、前記記録媒体に転写された転写像を定着させる定着工程とを少なくとも含むことを特徴とする画像形成方法である。
<14> 静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像を前記<12>に記載の現像剤を用いて現像して可視像を形成する現像手段と、前記可視像を記録媒体に転写する転写手段と、前記記録媒体に転写された転写像を定着させる定着手段とを少なくとも有することを特徴とする画像形成装置である。
<15> 静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に形成した静電潜像を前記<12>に記載の現像剤を用いて現像し可視像を形成する現像手段とを少なくとも有することを特徴とするプロセスカートリッジである。
本発明のキャリアは、芯材と、該芯材表面に、少なくとも結着樹脂、及び微粒子を含有する被覆層とを有し、
前記微粒子が板状微粒子を含有し、該板状微粒子の球状換算での粒子径が1μm〜8μmであり、該板状微粒子の一辺の長さである板径のうち最長板径と最短板径との比(最長板径/最短板径)が10以下であり、かつ前記最長板径と前記板状微粒子の厚みとの比(最長板径/厚み)が2以上である。
本発明のキャリアにおいては、芯材塗布時の被覆層分散液における微粒子の分散性及び濡れ性を積極的に向上させることで、芯材表面の凹凸に依存しにくく均一に微粒子が被覆層中に分散したキャリアを得ることができる。特定の大きさ、形状を有する板状微粒子により、コーティング時にも芯材の凹部に被覆層が溜まりにくく、芯材凸部に対する被覆層の付着を良好にせしめ、芯材表面の凹凸現像剤の攪拌ストレスにおける膜削れや剥離を低減させることができる。したがって、芯材表面を被覆する被覆層が所望の抵抗値を得ると共に、長期間に亘る攪拌によるストレスを原因とする被覆層の削れ及び剥離を防ぎ、トナーに対する優れた帯電付与能力を有するキャリアが得られる。
本発明の現像剤は、本発明の前記キャリアと、トナーとを含む。該現像剤を用いて、トナー飛散や地汚れがなく、高画像濃度の画像形成が行える。
本発明の画像形成方法は、静電潜像形成工程と、現像工程と、転写工程と、定着工程とを少なくとも含む。該本発明の画像形成方法においては、前記静電潜像形成工程において、静電潜像担持体上に静電潜像が形成される。前記現像工程において、前記静電潜像が本発明の前記現像剤を用いて現像され、可視像が形成される。前記転写工程において、前記可視像が記録媒体に転写される。前記定着工程において、前記記録媒体に転写された転写像が定着される。その結果、トナー飛散及び地汚れがなく、高画像濃度で高鮮鋭な高品質画像が得られる。
本発明によると、従来における諸問題を解決することができ、芯材表面を被覆する被覆層が所望の抵抗値を得ると共に、長期間に亘って攪拌によるストレスを原因とする被覆層の削れ及び剥離を防ぎ、トナーに対する優れた帯電付与能力を有するキャリア、並びに該キャリアを用いた現像剤、及び該現像剤を用いた画像形成方法を提供することができる。
(キャリア)
本発明のキャリアは、芯材と、該芯材表面に被覆層とを有してなり、更に必要に応じてその他の構成を有してなる。
<被覆層>
前記被覆層は、少なくとも結着樹脂、及び微粒子を含有してなり、アミノシランカップリング剤、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
−微粒子−
前記微粒子としては、板状微粒子を含有する。本発明においては、被覆層に添加する板状微粒子の種類、含有量、形状、粒子径、最長板径/最短板径、厚み、最長板径/厚みなどを適宜選択することにより、被覆層の強度を著しく向上させることができる。
前記板状微粒子は、平板状であれば形状については特に制限はなく、例えば三角形、四角形、矩形、楕円形、ひし形、六角形、八角形などの種々の形状が含まれる。
前記板状微粒子は、球状換算での粒子径が1μm〜8μmであり、該板状微粒子の一辺の長さである板径のうち最長板径と最短板径との比(最長板径/最短板径)が10以下であり、かつ前記最長板径と前記板状微粒子の厚みとの比(最長板径/厚み)が2以上である。
前記板状微粒子は、球状換算での粒子径が1μm〜8μmであり、1.5μm〜5μmが好ましい。
前記板状微粒子の球状換算での粒子径が1μm未満であると、被覆層中の1粒子における結着樹脂との接着面積が小さく、充分な接着強度が保たれずに、現像剤攪拌時のストレスで粒子が剥離し被覆層の磨耗や剥離を生じやすくなる。一方、前記板状微粒子の球状換算での粒子径が8μmを超えると、芯材の微小な凹凸に由来する曲面よりも板状微粒子が必要以上に大きくなりすぎて、接着面積が減少すると共に、板状微粒子が芯材上から大きく突出するので、現像剤攪拌時に該突出部位が集中的なストレスを受けやすく、結果として該板状微粒子を含む被覆層は脱離しやすくなる。
前記板状微粒子の一辺の長さである板径のうち最長板径と最短板径との比(最長板径/最短板径)が10以下であり、7以下が好ましい。なお、最長板径と最短板径との比が1である場合には、板状微粒子の各辺の長さが等しい形状であることを意味する。
前記比(最長板径/最短板径)が10を超えると、微粒子そのものの強度が不十分であり、前記被覆層を形成する過程や、現像剤の攪拌時のストレスによって、微粒子が破壊されて、所望の特性を有するキャリアが得られなくなることがある。
前記板状微粒子の一辺の長さである板径は1μm〜10μmであることが好ましい。
前記最長板径と前記板状微粒子の厚みとの比(最長板径/厚み)は2以上であり、2〜50が好ましい。前記比(最長板径/厚み)が、2未満であると、キャリア被覆層の、該板状微粒子の厚み由来の突出が大きくなりすぎて、現像剤攪拌時の該突出部位の集中的なストレスを受けやすくなったり、現像剤の流動性が著しく低下してしまうことがある。
前記板状微粒子の厚みは0.02μm〜0.10μmが好ましい。
前記板状微粒子の球状換算での粒子径は、例えばレーザー回折/散乱式粒度分布装置等を用いて測定することができる。また、板状微粒子の形状、一辺の長さである板径、厚みについては、例えば走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡を用いて前記微粒子、又はキャリア割断面の被覆層における微粒子部位を撮影することで得られる二次元視野像において、任意に50個選択した前記板状微粒子の最長径、最短径、及び厚みの平均値を求めることができる。
前記板状微粒子としては、特に制限はなく、公知の材料の中から目的に応じて適宜選択することができ、例えばアルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛、シリカ、チタン酸カリウム、ホウ酸アルミニウム、炭酸カルシウム、酸化スズ、酸化インジウム、雲母、セリサイト、タルク、マイカ、モンモリロナイトなどが挙げられる。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。これらの中でも、トナーを負極性に帯電させる点、キャリア被覆層の抵抗値を所望の範囲で制御しやすい点から、酸化チタン、アルミナの微粒子が特に好ましい。
前記板状微粒子は、その表面を導電性処理した導電性板状微粒子であることが好ましい。これにより、球状の導電処理された微粒子と比較して、導電処理された板状の微粒子1粒子のキャリア被覆層中での他の粒子や芯材との接触面積が大きくなり、より効率的な導電経路を確保することができ、従来よりも少ない添加量で、絶縁層である被覆層の抵抗を所望の値まで調整できるようになる。
前記導電性処理の方法としては、金属又はその合金、金属酸化物、金属又は金属酸化物を該微粒子の表面に蒸着させたもの、アルミニウム、亜鉛、銅、クロム、ニッケル、ステンレス、銀等の金属又はその合金、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化ビスマス、スズをドープした酸化インジウム、アンチモンをドープした酸化スズ、アンチモンをドープした酸化ジルコニウムなどを固溶体や融着の形態として該微粒子の表面を被覆してもよい。これらの中でも、酸化スズ、酸化インジウム、スズをドープした酸化インジウム、アンチモンをドープした酸化スズを用いて導電性処理をすることがより好ましい。
なお、前記微粒子としては、上記条件を満たす板状微粒子の他に、電子写真キャリアの被覆層を構成する微粒子として通常用いられるその他の微粒子を含有していてもよく、該その他の微粒子としては、球状、不定形、針状、繊維状(ウィスカー)等の形状のものを用いることができ、これらは導電性処理を施していていてもよい。
前記微粒子の前記被覆層における含有量は、特に制限はなく、被覆層を構成する材料に応じて適宜選択されるが、1質量%〜70質量%が好ましく、10質量%〜50質量%がより好ましい。前記含有量が、1質量%未満であると、被覆層の強度の向上効果が十分ではなく、70質量%を超えると、被覆層から微粒子の脱離が生じやすくなり、耐久性に不具合が生じることがある。
−結着樹脂−
前記結着樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリオレフィン(例えばポリエチレン、ポリプロピレン等)又はその変性品、スチレン、アクリル樹脂、アクリロニトリル、ビニルアセテート、ビニルアルコール、塩化ビニル、ビニルカルバゾール、ビニルエーテル等を含む架橋性共重合物;オルガノシロキサン結合からなるシリコーン樹脂又はその変性品(例えばアルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリイミド等による変性品);ポリアミド;ポリエステル;ポリウレタン;ポリカーボネート;ユリア樹脂;メラミン樹脂;ベンゾグアナミン樹脂;エポキシ樹脂;アイオノマー樹脂;ポリイミド樹脂、又はこれらの誘導体などが挙げられる。
前記結着樹脂としては、被覆層の形成過程乃至被覆層の形成後に結着樹脂前駆体を重合させてなるものが好ましく、該結着樹脂前駆体はモノマー類、マクロモノマー類、反応基を有するポリマーとして芯材表面に付着した後、加熱、又は架橋剤、重合開始剤等によってラジカル重合及び縮重合反応を引き起こし、被覆層として所望の特性を有する結着樹脂を形成するものが挙げられる。
これらの中でも、アクリル樹脂は芯材及び被覆層に含有される微粒子との密着性が強く脆性が低いので、被覆層の剥離に対して非常に優れた性質を持ち、被覆層の削れ及び剥がれといった劣化が発生し難いので、被覆層を安定的に維持することが可能であると共に、強い接着性により芯材と被覆層を強固に密着することができ、更に導電性粒子など被覆層中に含有する粒子を強固に保持することができる。特に、被覆層厚みよりも大きな粒径を有する粒子の保持には強力な効果を発揮することができる。
前記アクリル樹脂のガラス転移温度(Tg)は、20℃〜100℃が好ましく、25℃〜80℃がより好ましい。前記アクリル樹脂のガラス転移温度(Tg)をこの範囲とすることによって、該アクリル樹脂は適度な弾性を持ち、現像剤の摩擦帯電時にキャリアが受ける衝撃を軽減させると考えられ、被覆層の破損が抑止される。
前記結着樹脂を、アミノ樹脂と該アミノ樹脂と架橋可能なアクリル樹脂との架橋物とすることにより、適度な弾性を維持したまま、アクリル樹脂単独使用の場合に発生しがちな樹脂同士の融着、いわゆるブロッキングを防止することができるため、より一層好ましい。
前記アミノ樹脂としては、従来知られているアミノ樹脂を用いることができるが、中でも、グアナミン、メラミンを用いることで、キャリアの帯電付与能力をも向上させることができるため、より好ましく用いられる。
また、適度にキャリアの帯電付与能力を制御する必要がある場合には、グアナミン及びメラミンの少なくともいずれかと、他のアミノ樹脂とを併用しても差し支えない。
前記アミノ樹脂と架橋可能なアクリル樹脂としては、水酸基又はカルボン酸基を有するアクリル樹脂を用いることができ、芯材及び微粒子への密着性を向上させ、微粒子の分散性を向上させる点から、水酸基を有するものがより好ましく用いられる。
前記アミノ樹脂と架橋可能なアクリル樹脂の水酸基価は、10mgKOH/g以上が好ましく、20mgKOH/g以上がより好ましい。
ここで、前記水酸基価は、例えば、次のような手順で決定される。
・測定装置:電位差自動滴定装置DL−53 Titrator(メトラー・トレド社製)
・使用電極 :DG113−SC(メトラー・トレド社製)
・解析ソフト:LabX Light Version1.00.000
・装置の校正:トルエン120mlとエタノール30mlの混合溶媒を使用した。
・測定温度:23℃
測定条件は以下のとおりである。
Stir
Speed[%] 25
Time[s] 15
EQP titration
Titrant/Sensor
Titrant CH3ONa
Concentration[mol/L] 0.1
Sensor DG115
Unit of measurement mV
Predispensing to volume
Volume[mL] 1.0
Wait time[s] 0
Titrant addition Dynamic
dE(set)[mV] 8.0
dV(min)[mL] 0.03
dV(max)[mL] 0.5
Measure mode Equilibrium controlled
dE[mV] 0.5
dt[s] 1.0
t(min)[s] 2.0
t(max)[s] 20.0
Recognition
Threshold 100.0
Steepest jump only No
Range No
Tendency None
Termination
At maximum volume[mL] 10.0
At potential No
At slope No
After number EQPs Yes
n=1
comb. Termination conditions No
Evaluation
Procedure Standard
Potential 1 No
Potential 2 No
Stop for reevaluation No
このようなアミノ樹脂と反応可能なアクリル樹脂の市販品としては、例えばヒタロイド3012X、3368(いずれも、日立化成工業株式会社製)などが挙げられる。該アクリル樹脂はアミノ樹脂と反応して最終的な結着樹脂からなる被覆層を形成することから、それ自身は前述の「結着樹脂前駆体」と定義される。
前記結着樹脂は、シリコーン部位を構成単位として含むことにより、キャリア表面の表面エネルギー自体を低くすることができ、トナースペントの発生自体を抑制することができるため、キャリア特性をより長期に亘って維持することができる。
前記シリコーン部位の構成単位としては、メチルトリシロキサン単位、ジメチルジシロキサン単位、及びトリメチルシロキサン単位の少なくとも1種を含むことが好ましい。該シリコーン部位は、他の被覆層の樹脂と化学的に結合していてもよく、ブレンド状態であってもよく、又は多層状になっていてもよい。
前記ブレンドや多層状の構成とする場合には、シリコーン樹脂及びその変性体の少なくともいずれかを使用することが好ましい。少なくとも下記式(1)で表される構成単位を有することにより、シリコーン樹脂又は他の樹脂の特異的な摩滅、磨耗、脱離といった不具合を抑制することができる。
−(SiRO)−(SiRO)−・・・式(1)
ただし、前記式(1)中、R〜Rは、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよく、炭化水素基及びその誘導体の少なくともいずれを表し、Xは縮合反応基を表し、a及びbは整数を表す。
前記縮合反応基としてのXは、ヒドロキシル基、アルコキシ基、メチルエチルケトオキシム基等が挙げられ、大気中の水分や加熱によって該部位にて縮合反応が起こり、三次元網目構造をとりうる。
前記シリコーン樹脂としては、前記式(1)で示される構成単位を有する、オルガノシロキサン結合のみからなるストレートシリコーン樹脂、又はアルキド、ポリエステル、エポキシ、アクリル、ウレタン等で変性したシリコーン樹脂などが挙げられる。
前記ストレートシリコーン樹脂としては、市販品を用いることができ、該市販品としては、例えばKR271、KR272、KR282、KR252、KR255、KR152(いずれも、信越化学工業株式会社製);SR2400、SR2405、SR2406(いずれも、東レ・ダウコーニングシリコーン社製)、などが挙げられる。
前記変性シリコーン樹脂として、エポキシ変性物(例えばES−1001N)、アクリル変性シリコーン(例えばKR−5208)、ポリエステル変性物(例えばKR−5203)、アルキッド変性物(例えばKR−206)、ウレタン変性物(例えばKR−305)(いずれも、信越化学工業株式会社製);エポキシ変性物(例えばSR2115)、アルキッド変性物(例えばSR2110)(いずれも、東レ・ダウコーニングシリコーン株式会社製)、などが挙げられる。
前記アクリル樹脂と前記シリコーン樹脂とが互いに化学結合した形態の樹脂を被覆層に含有されていてもよい。例えば、前記式(1)で表されるシリコーン骨格の片末端にメタクリル基を有する化合物をマクロモノマーとして前記アクリル樹脂を構成するモノマーと共重合させる方法、メルカプト基を有するシリコーンとアクリルモノマーを共重合させる方法、アルコキシシリル基を有するアクリル樹脂を、該アルコキシシリル基と前記シリコーン樹脂の縮合反応基で反応させて得る方法、などが挙げられる。
このようなアクリル樹脂とシリコーン樹脂が共重合された結着樹脂としては、例えば信越化学工業株式会社製のX−22−8004、X22−8212、X22−8195X、X−24−798A等のシリコーングラフトアクリル樹脂、などが挙げられる。
前記結着樹脂は、単体で用いることも可能であるが、架橋反応性成分を同時に用いることも可能である。該架橋反応性成分としては、シランカップリング剤等が挙げられる。該シランカップリング剤としては、例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、アミノシランカップリング剤等が挙げられる。これらの中でも、アミノシランカップリング剤が特に好ましい。
前記アミノシランカップリング剤としては、下記構造式で表されるものが好適である。
前記アミノシランカップリング剤の前記被覆層における含有量は、0.001質量%〜20質量%が好ましく、0.001質量%〜10質量%がより好ましい。前記被覆層に該アミノシランカップリング剤を含有させることにより、芯材及び被覆層中の微粒子と結着樹脂との接着強度を高めることで、微粒子の分散性を向上させ、前記|T6h(%)−T0h(%)|を30%以下に抑制せしめ、現像剤攪拌時のストレスにおける被覆層の剥れを抑止することができる。
なお、前記被覆層には、電気抵抗調整の目的で、導電性ZnO、Al等の金属粉;各種の方法で作製されたSnO又は種々の元素をドープしたSnO;ホウ化物(例えば、TlB、ZnB、MoB);炭化ケイ素、導電性高分子(例えば、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリ(パラ−フェニレンスルフィド)、ポリピロール、パリレン等)、カーボンブラック等の微粒子を含有させることができる。
前記被覆層は、前記芯材表面に、被覆層液を用いて形成される。
前記被覆層液は、結着樹脂と、微粒子と、溶剤とを少なくとも含み、アミノシランカップリング剤、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
本発明においては、前記被覆層液が、下記式(1)の条件を満たすことが好ましい。
|T6h(%)−T0h(%)|≦30% ・・・ 式(1)
ただし、前記式(1)中、T0h(%)は、被覆層液を調製した直後の550nmにおける透過率を表す。T6h(%)は、被覆層液を調製した直後から6時間静置させた後の550nmにおける透過率を表す。
なお、前記「被覆層液を調製した直後」とは、被覆層液を調製してから15分間以内を含む意味を表す。
前記|T6h(%)−T0h(%)|は15%以下であることが好ましい。前記|T6h(%)−T0h(%)|が30%を超えると、分散処理した直後の前記被覆層液における、前記微粒子の経時での沈降が進行して分散性が不十分であることになり、上澄みの透過率であるT6hが増大してT0hとの透過率変動が大きくなる。この時、被覆層形成時に前記微粒子が均一に分散された被覆層を形成し難くなるので好ましくない。
このような被覆層液における微粒子の分散性を向上させて、前記式(1)の条件を満たすためには、後述の通り微粒子の分散性を向上させうる官能基を有する結着樹脂乃至結着樹脂前駆体、更には分散剤、シランカップリング剤等を用いて制御することができる。
ここで、前記|T6h(%)−T0h(%)|を測定する方法としては、550nmの波長における透過率が測定できる分光光度計であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばUV−VIS分光光度計(UV−3100、株式会社島津製作所製)などが挙げられる。
また、前記被覆層液の表面張力は、30dyne/cm以下であることが好ましい。前記被覆層液の表面張力を該範囲に調整することで、芯材に対しての被覆層液の濡れ性を向上させ、被覆層液のなじみにくさから生じる前記微粒子のムラ付き、被覆層厚みの不均一化を低減させることができる。前記被覆層液の表面張力が30dyne/cmを超えると、芯材に対しての被覆層の濡れ性が悪化し、容易になじみにくく、例えば凹凸を有する芯材の凹部や凸部の一方に結着樹脂や微粒子が溜まりこみやすくなり、微粒子が一様に分散した被覆層を得ることが困難となる。
前記溶剤としては、前記結着樹脂と、前記微粒子とを溶解乃至分散できるものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えばn−ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン、ベンゼン等の炭化水素類;メタノール、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、3−メチル−3−メトキシブタノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロン等のケトン類;四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロメタン、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、ジクロロメチリデン等の含ハロゲン化合物;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、セロソルブアセテート等のエステル類;メチルエチルエーテル、ジエチルエーテル、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、イソプロピルセロソルブ、エチルカルビトール等のエーテル類;アセトニトリル、ピリジン、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド等の含窒素化合物;水などが挙げられる。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。
−被覆層の形成方法−
前記被覆層の形成法としては、特に制限はなく、従来公知の方法が使用でき、芯材表面に前記被覆層液を噴霧法又は浸漬法等の手段で塗布する方法が挙げられる。
このようにして被覆層が形成されたキャリアを加熱することによって、被覆層の重合反応を促進させることが好ましい。
前記加熱は、被覆層形成後、引き続き、被覆層形成装置内で行ってもよく、或いは、被覆層形成後、通常の電気炉、焼成キルン等の別の加熱手段によって行ってもよい。
また、加熱温度としては、使用する被覆層用樹脂によって異なるため、一概に決められるものではないが、120℃〜350℃が好ましく、被覆用樹脂の分解温度以下の温度が好ましく、220℃程度までの上限温度がより好ましく、加熱時間としては、5分間〜120分間が好ましい。
前記被覆層の厚みは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選定することができ、1.0μm以下が好ましく、0.02μm〜0.8μmがより好ましい。
ここで、前記被覆層の厚みは、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、キャリア断面を観察して測定することができる。
<芯材>
前記芯材としては、特に制限はなく、電子写真用二成分キャリアとして公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、フェライト、マグネタイト、鉄、ニッケル、が好適に挙げられる。また、近年著しく進む環境面への配慮をし、フェライトであれば、従来の銅−亜鉛系フェライトではなく、例えば、Mn系フェライト、Mn−Mg系フェライト、Mn−Mg−Srフェライト、銅−亜鉛フェライト、リチウム系フェライト等を用いることが好適である。
なお、芯材抵抗を制御する目的及び製造安定性を高める目的などから、その他の芯材の組成成分として、例えばLi、Na、K、Ca、Ba、Y、Ti、Zr、V、Ag、Ni、Cu、Zn、Al、Sn、Sb、Bi等の組成成分元素1種以上配合させてもよい。これらの配合量としては、総金属元素量の5原子%以下であることが好ましく、3原子%以下であることがより好ましい。
前記芯材は、静電潜像担持体へのキャリア付着(飛散)防止の点から、体積平均粒径が20μmm以上の大きさのものが好ましく、キャリアスジ等の発生防止等画質低下防止の点から100μm以下のものが好ましく、特に、近年の高画質化に対しては、体積平均粒径が20μm〜50μmがより好ましい。
ここで、前記芯材の体積平均粒径は、例えば、「マイクロトラック粒度分析計SRA」、日機装株式会社製を使用し、0.7μm〜125μmのレンジ設定で測定することができる。
−キャリアの物性−
前記キャリアの体積抵抗は、10(logΩ・cm)以上16(logΩ・cm)以下が好ましく、10(logΩ・cm)以上14(logΩ・cm)以下がより好ましい。
前記体積抵抗が10(logΩ・cm)未満であると、非画像部でのキャリア付着が生じることがあり、16(logΩ・cm)を超えると、現像時、エッジ部における画像濃度が強調されるいわゆるエッジ効果が顕著になる。前記体積抵抗は、被覆層の厚み、含有される前記導電性微粒子の含有量を調製することで、前記体積抵抗の範囲内で必要に応じて調整可能である。
ここで、前記体積抵抗の測定方法としては、図1に示すように、電極間距離0.2cm、表面積2.5cm×4cmの電極1、電極2を収容したフッ素樹脂製容器からなるセル3に、キャリア4を充填し、落下高さ:1cm、タッピングスピード:30回/min、タッピング回数:10回のタッピングを行う。次に、両電極間に1,000Vの直流電圧を印加し、30秒間後の抵抗値を、ハイレジスタンスメーター4329A(横川ヒューレットパッカード株式会社製、High Resistance Meter)により測定し、得られた抵抗値rを、下記数式1により計算して体積抵抗R〔Log(Ω・cm)〕を算出することができる。
<数式1>
R=Log[r×(2.5cm×4cm)÷0.2cm]
前記キャリアの体積平均粒径は、20μm〜65μmが好ましく、20μm〜50μmがより好ましい。前記体積平均粒径が、20μm未満であると、前記芯材の均一性が低下することに起因するキャリア付着が発生することがあり、65μmを超えると、画像細部の再現性が悪く、精細な画像が得られないことがある。
ここで、前記体積平均粒径の測定方法としては、粒度分布を測定できる機器であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えばマイクロトラック粒度分布計(モデルHRA9320−X100、日機装株式会社製)を用いて測定することができる。
(現像剤)
本発明の現像剤は、本発明の前記キャリアと、トナーとを含む二成分現像剤である。
前記現像剤におけるトナーとキャリアの混合割合は、キャリア100質量部に対しトナー1.0質量部〜10.0質量部が好ましい。
前記トナーは、少なくとも結着樹脂及び着色剤を含んでなり、離型剤、帯電制御剤、更に必要に応じてその他の成分を含んでなる。
<トナー>
前記トナーの製造方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、粉砕法、水系媒体中で油相を乳化、懸濁又は凝集させトナー母体粒子を形成させる、懸濁重合法、乳化重合法、ポリマー懸濁法等がある。
−結着樹脂−
前記結着樹脂としては、特に制限はなく、公知のものの中から目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリスチレン、ポリp−スチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン又はその置換体の単重合体、スチレン−p−クロルスチレン共重合体、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−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−メタアクリル酸共重合隊、スチレン−メタアクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタアクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタア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−ビニルメチルエーテル共重合体、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−イソプロピル共重合体、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、ポリチメルメタクリレート樹脂、ポリブチルメタクリレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリアクリル酸樹脂、ロジン樹脂、変性ロジン樹脂、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は芳香族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂などが挙げられる。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。
−着色剤−
前記着色剤としては、特に制限はなく、公知の染料及び顔料の中から目的に応じて適宜選択することができ、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)、カドミュウムイエロー、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、カドミュウムレッド、カドミュ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、ブリリアントカーンミン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、リトボンなどが挙げられる。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。
前記着色剤の前記トナーにおける含有量は1質量%〜15質量%が好ましく、3質量%〜10質量%がより好ましい。
前記着色剤は、樹脂と複合化されたマスターバッチとして使用してもよい。該樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、スチレン又はその置換体の重合体、スチレン系共重合体、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリブチルメタクリレート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、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、脂肪族炭化水素樹脂、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、パラフィンなどが挙げられる。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。
−離型剤−
前記離型剤としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、ワックス類、等が好適に挙げられる。
前記ワックス類としては、例えば、カルボニル基含有ワックス、ポリオレフィンワックス、長鎖炭化水素、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。これらの中でも、カルボニル基含有ワックスが好ましい。
前記カルボニル基含有ワックスとしては、例えば、ポリアルカン酸エステル、ポリアルカノールエステル、ポリアルカン酸アミド、ポリアルキルアミド、ジアルキルケトン、等が挙げられる。前記ポリアルカン酸エステルとしては、例えば、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が挙げられる。前記ポリアルカノールエステルとしては、例えば、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が挙げられる。前記ポリアルカン酸アミドとしては、例えば、ジベヘニルアミド等が挙げられる。前記ポリアルキルアミドとしては、例えば、トリメリット酸トリステアリルアミド等が挙げられる。前記ジアルキルケトンとしては、例えば、ジステアリルケトン等が挙げられる。これらカルボニル基含有ワックスの中でも、ポリアルカン酸エステルが特に好ましい。
前記ポリオレフィンワッックスとしては、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等が挙げられる。
前記長鎖炭化水素としては、例えば、パラフィンワッックス、サゾールワックス等が挙げられる。
前記離型剤の融点としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、40℃〜160℃が好ましく、50℃〜120℃がより好ましく、60℃〜90℃が更に好ましい。
前記融点が、40℃未満であると、ワックスが耐熱保存性に悪影響を与えることがあり、160℃を超えると、低温での定着時にコールドオフセットを起こし易いことがある。
前記離型剤の溶融粘度としては、該ワックスの融点より20℃高い温度での測定値として、5cps〜1,000cpsが好ましく、10cps〜100cpsがより好ましい。前記溶融粘度が、5cps未満であると、離型性が低下することがあり、1,000cpsを超えると、耐ホットオフセット性、低温定着性への向上効果が得られなくなることがある。
前記離型剤の前記トナーにおける含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、1質量%〜40質量%が好ましく、3質量%〜30質量%がより好ましい。前記含有量が、40質量%を超えると、トナーの流動性が悪化することがある。
−帯電制御剤−
前記帯電制御剤としては、特に制限はなく、感光体に帯電される電荷の正負に応じて正又は負の荷電制御剤を適宜選択して用いることができる。
前記負の帯電制御剤としては、例えば、電子供与性の官能基を持つ樹脂、電子供与性の官能基を持つ樹脂化合物、アゾ染料、有機酸の金属錯体、などを用いることができる。具体的には、ボントロン(品番:S−31、S−32、S−34、S−36、S−37、S−39、S−40、S−44、E−81、E−82、E−84、E−86、E−88、A、1−A、2−A、3−A)(いずれも、オリエント化学工業株式会社製);カヤチャージ(品番:N−1、N−2)、カヤセットブラック(品番:T−2、004)(いずれも、日本化薬株式会社製);アイゼンスピロンブラック(T−37、T−77、T−95、TRH、TNS−2)(いずれも保土谷化学工業株式会社製);FCA−1001−N、FCA−1001−NB、FCA−1001−NZ、(いずれも、藤倉化成株式会社製)、などが挙げられる。
前記正の帯電制御剤としては、例えば、ニグロシン染料等の塩基性化合物、4級アンモニウム塩等のカチオン性化合物、高級脂肪酸の金属塩等を用いることができる。具体的には、ボントロン(品番:N−01、N−02、N−03、N−04、N−05、N−07、N−09、N−10、N−11、N−13、P−51、P−52、AFP−B)(いずれも、オリエント化学工業株式会社製);TP−302、TP−415、TP−4040(いずれも、保土谷化学工業株式会社製);コピーブルーPR、コピーチャージ(品番:PX−VP−435、NX−VP−434)(いずれも、ヘキスト社製);FCA(品番:201、201−B−1、201−B−2、201−B−3、201−PB、201−PZ、301)(いずれも、藤倉化成株式会社製);PLZ(品番:1001、2001、6001、7001)(いずれも、四国化成工業株式会社製)、などが挙げられる。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。
前記帯電制御剤の添加量は、結着樹脂の種類、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるものであり、一義的に限定されるものではないが、前記結着樹脂100質量部に対し0.1質量部〜10質量部が好ましく、0.2質量部〜5質量部がより好ましい。前記添加量が、10質量部を超えると、トナーの帯電性が大きすぎ、帯電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電気的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招くことがあり、0.1質量部未満であると、帯電立ち上り性及び帯電量が十分でなく、トナー画像に影響を及ぼしやすいことがある。
前記トナー材料には、結着樹脂、離型剤、着色剤、及び帯電制御剤の他に、必要に応じて無機微粒子、流動性向上剤、クリーニング性向上剤、磁性材料、金属石鹸、等を添加することができる。
前記無機微粒子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シリカ、チタニア、アルミナ、酸化セリウム、チタン酸ストロンチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、リン酸カルシウム等を用いることができ、シリコーンオイルやヘキサメチルジシラザンなどで疎水化処理されたシリカ微粒子、特定の表面処理を施した酸化チタンを用いることがより好ましい。
前記シリカ微粒子としては、例えば、アエロジル(品番:130、200V、200CF、300、300CF、380、OX50、TT600、MOX80、MOX170、COK84、RX200、RY200、R972、R974、R976、R805、R811、R812、T805、R202、VT222、RX170、RXC、RA200、RA200H、RA200HS、RM50、RY200、REA200)(いずれも、日本アエロジル株式会社製);HDK(品番:H20、H2000、H3004、H2000/4、H2050EP、H2015EP、H3050EP、KHD50)、HVK2150(いずれも、ワッカーケミカル社製);カボジル(品番:L−90、LM−130、LM−150、M−5、PTG、MS−55、H−5、HS−5、EH−5、LM−150D、M−7D、MS−75D、TS−720、TS−610、TS−530)(いずれも、キャボット社製)等を用いることができる。
前記無機微粒子の添加量としては、トナー母体粒子100質量部に対し0.1質量部〜5.0質量部が好ましく、0.8質量部〜3.2質量部がより好ましい。
前記のトナーを製造する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、粉砕法、特定の結晶性高分子及び重合性単量体を含有する単量体組成物を水相中で直接的に重合する重合法(懸濁重合法、乳化重合法)、特定の結晶性高分子及びイソシアネート基含有プレポリマーを含有する組成物を水相中においてアミン類で直接的に伸長/架橋する重付加反応法、イソシアネート基含有プレポリマーを用いた重付加反応法、溶剤で溶解し脱溶剤して粉砕する方法、溶融スプレー法などが挙げられる。
前記粉砕法は、例えば、トナー材料を溶融乃至混練し、粉砕、分級等することにより、前記トナー母体粒子を得る方法である。なお、該粉砕法の場合、前記トナーの平均円形度を高くする目的で、得られたトナー母体粒子に対し、機械的衝撃力を与えて形状を制御してもよい。この場合、前記機械的衝撃力は、例えば、ハイブリタイザー、メカノフュージョンなどの装置を用いて前記トナー母体粒子に付与することができる。
以上のトナー材料を混合し、該混合物を溶融混練機に仕込んで溶融混練する。該溶融混練機としては、例えば、一軸の連続混練機、二軸の連続混練機、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。例えば、神戸製鋼所製KTK型二軸押出機、東芝機械株式会社製TEM型押出機、ケイシーケイ社製二軸押出機、株式会社池貝製PCM型二軸押出機、ブス社製コニーダー等が好適に用いられる。この溶融混練は、バインダー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好ましい。具体的には、溶融混練温度は、バインダー樹脂の軟化点を参考にして行われ、該軟化点より高温過ぎると切断が激しく、低温すぎると分散が進まないことがある。
前記粉砕では、前記混練で得られた混練物を粉砕する。この粉砕においては、まず、混練物を粗粉砕し、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、ジェット気流中で粒子同士を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。
前記分級は、前記粉砕で得られた粉砕物を分級して所定粒径の粒子に調整する。前記分級は、例えば、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り行うことができる。
前記粉砕及び分級が終了した後に、粉砕物を遠心力などで気流中に分級し、所定の粒径のトナーを製造する。
前記懸濁重合法は、油溶性重合開始剤、重合性単量体中に着色剤、離型剤等を分散し、界面活性剤、その他固体分散剤等が含まれる水系媒体中で後に述べる乳化法によって乳化分散する。その後重合反応を行い粒子化した後に、本発明におけるトナー粒子表面に無機微粒子を付着させる湿式処理を行えばよい。その際、余剰にある界面活性剤等を洗浄し、除去したトナー粒子に処理を施すことが好ましい。
前記重合性単量体としては、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、フマル酸、マレイン酸又は無水マレイン酸などの酸類;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又はこれらのメチロール化合物;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、メタクリル酸ジメチルアミノエチル等のアミノ基を有する(メタ)アクリレートなどを一部用いることによってトナー粒子表面に官能基を導入できる。
また、使用する分散剤として酸基や塩基性基を有するものを選択することによって粒子表面に分散剤を吸着残存させ、官能基を導入することができる。
前記乳化重合法としては、水溶性重合開始剤、重合性単量体を水中で界面活性剤を用いて乳化し、通常の乳化重合の手法によりラテックスを合成する。別途着色剤、離型剤等を水系媒体中分散した分散体を用意し、混合の後にトナーサイズまで凝集させ、加熱融着させることによりトナーを得る。その後、後述する無機微粒子の湿式処理を行えばよい。ラテックスとして懸濁重合法に使用される単量体と同様なものを用いればトナー粒子表面に官能基を導入できる。
これらの中でも、樹脂の選択性が高く、低温定着性が高く、また、造粒性に優れ、粒径、粒度分布、形状の制御が容易であるため、前記トナーとしては、活性水素基含有化合物と、該活性水素基含有化合物と反応可能な重合体とを含むトナー材料を有機溶剤に溶解乃至分散させてトナー溶液を調製した後、該トナー溶液を水系媒体中に乳化乃至分散させて分散液を調製し、該水系媒体中で、前記活性水素基含有化合物と、前記活性水素基含有化合物と反応可能な重合体とを反応させて接着性基材を粒子状に生成させ、前記有機溶剤を除去して得られるものが好適である。
前記トナー材料としては、活性水素基含有化合物と、該活性水素基含有化合物と反応可能な重合体と、結着樹脂と、帯電制御剤と、着色剤とを反応させて得られる接着性基材などを少なくとも含み、更に必要に応じて、樹脂微粒子、離型剤などのその他の成分を含んでなる。
また、トナーの流動性や保存性、現像性、転写性を高めるために、以上のようにして製造されたトナー母体粒子に更に疎水性シリカ微粉末等の無機微粒子を添加混合してもよい。添加剤の混合は一般の粉体の混合機が用いられるがジャケット等装備して、内部の温度を調節できることが好ましい。なお、添加剤に与える負荷の履歴を変えるには、途中又は漸次添加剤を加えていけばよい。この場合、混合機の回転数、転動速度、時間、温度などを変化させてもよい。又はじめに強い負荷を、次に、比較的弱い負荷を与えてもよいし、その逆でもよい。使用できる混合設備としては、例えば、V型混合機、ロッキングミキサー、レーディゲミキサー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサーなどが挙げられる。次いで、250メッシュ以上の篩を通過させて、粗大粒子、凝集粒子を除去し、トナーが得られる。
前記トナーは、その形状、大きさ等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、以下のような、平均円形度、体積平均粒径、体積平均粒径と個数平均粒径との比(体積平均粒径/個数平均粒径)などを有していることが好ましい。
前記平均円形度は、前記トナーの形状と投影面積の等しい相当円の周囲長を実在粒子の周囲長で除した値であり、例えば、0.900〜0.980が好ましく、0.950〜0.975がより好ましい。なお、前記平均円形度が0.940未満の粒子が15%以下であるものが好ましい。
前記平均円形度が、0.900未満であると、満足できる転写性やチリのない高画質画像が得られないことがあり、0.980を超えると、ブレードクリーニングなどを採用している画像形成システムでは、感光体上及び転写ベルトなどのクリーニング不良が発生し、画像上の汚れ、例えば、写真画像等の画像面積率の高い画像形成の場合において、給紙不良等で未転写の画像を形成したトナーが感光体上に転写残トナーとなって蓄積した画像の地汚れが発生してしまうことがあり、あるいは、感光体を接触帯電させる帯電ローラ等を汚染してしまい、本来の帯電能力を発揮できなくなってしまうことがある。
前記平均円形度は、フロー式粒子像分析装置(「FPIA−2100」、シスメックス社製)を用いて計測し、解析ソフト(FPIA−2100 Data Processing Program for FPIA version00−10)を用いて解析を行った。具体的には、ガラス製100mlビーカーに10質量%界面活性剤(アルキルベンゼンスフォン酸塩、ネオゲンSC−A、第一工業製薬株式会社製)を0.1〜0.5ml添加し、各トナー0.1g〜0.5g添加しミクロスパーテルでかき混ぜ、次いでイオン交換水80mLを添加した。得られた分散液を超音波分散器(本多電子株式会社製)で3分間分散処理した。前記分散液を前記FPIA−2100を用いて濃度を5,000個/μL〜15,000個/μLが得られるまでトナーの形状及び分布を測定した。本測定法は平均円形度の測定再現性の点から前記分散液濃度が5,000個/μL〜15,000個/μLにすることが重要である。前記分散液濃度を得るために前記分散液の条件、即ち、添加する界面活性剤量、トナー量を変更する必要がある。界面活性剤量は前述したトナー粒径の測定と同様にトナーの疎水性により必要量が異なり、多く添加すると泡によるノイズが発生し、少ないとトナーを十分に濡らすことができないため、分散が不十分となる。またトナー添加量は粒径により異なり、小粒径の場合は少なく、また大粒径の場合は多くする必要があり、トナー粒径が3μm〜10μmの場合、トナー量を0.1g〜0.5g添加することにより分散液濃度を5,000個/μl〜15,000個/μlに合わせることが可能となる。
前記トナーの体積平均粒径としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、3μm〜10μmが好ましく、3μm〜8μmがより好ましい。
前記体積平均粒径が、3μm未満であると、二成分現像剤では現像装置における長期の撹拌においてキャリアの表面にトナーが融着し、キャリアの帯電能力を低下させることがあり、10μmを超えると、高解像で高画質の画像を得ることが難しくなり、現像剤中のトナーの収支が行われた場合にトナーの粒子径の変動が大きくなることがある。
前記トナーにおける体積平均粒径と個数平均粒径との比(体積平均粒径/個数平均粒径)としては、1.00〜1.25が好ましく、1.10〜1.25がより好ましい。
前記体積平均粒径、及び前記体積平均粒子径と個数平均粒子径との比(体積平均粒径/個数平均粒径)は、粒度測定器(「マルチサイザーIII」、ベックマンコールター社製)を用い、アパーチャー径100μmで測定し、解析ソフト(Beckman Coulter Mutlisizer 3 Version3.51)にて解析を行った。具体的には、ガラス製100mlビーカーに10質量%界面活性剤(アルキルベンゼンスフォン酸塩、ネオゲンSC−A、第一工業製薬株式会社製)を0.5ml添加し、各トナー0.5g添加しミクロスパーテルでかき混ぜ、次いでイオン交換水80mlを添加した。得られた分散液を超音波分散器(W−113MK−II、本多電子株式会社製)で10分間分散処理した。前記分散液を前記マルチサイザーIIIを用い、測定用溶液としてアイソトンIII(ベックマンコールター社製)を用いて測定を行った。測定は装置が示す濃度が8±2%になるように前記トナーサンプル分散液を滴下した。本測定法は粒径の測定再現性の点から前記濃度を8%±2%にすることが重要である。この濃度範囲であれば粒径に誤差は生じない。
前記トナーの着色としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、ブラックトナー、シアントナー、マゼンタトナー及びイエロートナーから選択される少なくとも1種とすることができ、各色のトナーは前記着色剤の種類を適宜選択することにより得ることができるが、カラートナーであるのが好ましい。
<現像剤入り容器>
前記現像剤入り容器は、本発明の前記現像剤を容器中に収容してなる。
前記容器としては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、現像剤容器本体とキャップとを有してなるもの、などが好適に挙げられる。
前記現像剤容器本体としては、その大きさ、形状、構造、材質などについては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記形状としては、円筒状などが好ましく、内周面にスパイラル状の凹凸が形成され、回転させることにより内容物である現像剤が排出口側に移行可能であり、かつ該スパイラル部の一部又は全部が蛇腹機能を有しているもの、などが特に好ましい。
前記現像剤容器本体の材質としては、特に制限はなく、寸法精度がよいものが好ましく、例えば、樹脂が好適に挙げられ、その中でも、例えば、ポリエステル樹脂,ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアクリル酸、ポリカーボネート樹脂、ABS樹脂、ポリアセタール樹脂、などが好適に挙げられる。
前記現像剤入り容器は、保存、搬送等が容易であり、取扱性に優れ、後述するプロセスカートリッジ、画像形成装置等に、着脱可能に取り付けて現像剤の補給に好適に使用することができる。
<プロセスカートリッジ>
本発明で用いられるプロセスカートリッジは、静電潜像を担持する静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に担持された静電潜像を、現像剤を用いて現像し可視像を形成する現像手段とを、少なくとも有してなり、更に必要に応じて適宜選択したその他の手段を有してなる。
前記現像手段としては、本発明の前記現像剤を収容する現像剤収容器と、該現像剤収容器内に収容された現像剤を担持し、かつ搬送する現像剤担持体とを、少なくとも有してなり、更に必要に応じて担持させるトナー層厚を規制するための層厚規制部材等を有していてもよい。
前記プロセスカートリッジは、各種電子写真方式の画像形成装置に着脱可能に備えさせることができるが、後述する本発明の画像形成装置に着脱可能に備えさせるのが特に好ましい。
ここで、前記プロセスカートリッジは、例えば、図2に示すように、感光体101を内蔵し、帯電手段102、現像手段104、転写手段108、クリーニング手段107を含み、更に必要に応じてその他の部材を有してなる。図2中103は露光手段による露光であり、高解像度で書き込みが行うことのできる光源が用いられる。105は記録媒体を表す。前記感光体101としては、後述する画像形成装置と同様なものを用いることができる。前記帯電手段102としては、任意の帯電部材が用いられる。
次に、図2に示すプロセスカートリッジによる画像形成プロセスについて示すと、感光体101は、矢印方向に回転しながら、帯電手段102による帯電、露光手段(不図示)による露光103により、その表面に露光像に対応する静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像手段104でトナー現像され、該トナー像は転写手段108により、記録媒体105に転写され、プリントアウトされる。次いで、像転写後の感光体表面は、クリーニング手段107によりクリーニングされ、更に除電手段(不図示)により除電されて、再び、以上の操作を繰り返すものである。
(画像形成方法及び画像形成装置)
本発明の画像形成方法は、静電潜像形成工程と、現像工程と、転写工程と、定着工程とを少なくとも含み、更に必要に応じて適宜選択したその他の工程、例えば、除電工程、クリーニング工程、リサイクル工程、制御工程等を含む。
本発明に用いられる画像形成装置は、静電潜像担持体と、静電潜像形成手段と、現像手段と、転写手段と、定着手段とを少なくとも有してなり、更に必要に応じて適宜選択したその他の手段、例えば、除電手段、クリーニング手段、リサイクル手段、制御手段等を有してなる。
前記静電潜像形成工程は、静電潜像担持体上に静電潜像を形成する工程である。
前記静電潜像担持体(「電子写真感光体」、「感光体」と称することがある)としては、その材質、形状、構造、大きさ、等について特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができるが、その形状としてはドラム状が好適に挙げられ、その材質としては、例えばアモルファスシリコン、セレン等の無機感光体、ポリシラン、フタロポリメチン等の有機感光体(OPC)、などが挙げられる。これらの中でも、長寿命性の点でアモルファスシリコン等が好ましい。
前記静電潜像の形成は、例えば、前記静電潜像担持体の表面を一様に帯電させた後、像様に露光することにより行うことができ、前記静電潜像形成手段により行うことができる。前記静電潜像形成手段は、例えば、前記静電潜像担持体の表面を一様に帯電させる帯電器と、前記静電潜像担持体の表面を像様に露光する露光器とを少なくとも備える。
前記帯電は、例えば、前記帯電器を用いて前記静電潜像担持体の表面に電圧を印加することにより行うことができる。
前記帯電器としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、導電性又は半導電性のロール、ブラシ、フィルム、ゴムブレード等を備えたそれ自体公知の接触帯電器、コロトロン、スコロトロン等のコロナ放電を利用した非接触帯電器、などが挙げられる。
前記帯電器としては、静電潜像担持体に接触乃至非接触状態で配置され、直流及び交流電圧を重畳印加することによって静電潜像担持体表面を帯電するものが好ましい。
また、前記帯電器が、静電潜像担持体にギャップテープを介して非接触に近接配置された帯電ローラであり、該帯電ローラに直流並びに交流電圧を重畳印加することによって静電潜像担持体表面を帯電するものが好ましい。
前記露光は、例えば、前記露光器を用いて前記静電潜像担持体の表面を像様に露光することにより行うことができる。
前記露光器としては、前記帯電器により帯電された前記静電潜像担持体の表面に、形成すべき像様に露光を行うことができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、複写光学系、ロッドレンズアレイ系、レーザー光学系、液晶シャッタ光学系、などの各種露光器が挙げられる。
なお、本発明においては、前記静電潜像担持体の裏面側から像様に露光を行う光背面方式を採用してもよい。
−現像工程及び現像手段−
前記現像工程は、前記静電潜像を、本発明の前記現像剤を用いて現像して可視像を形成する工程である。
前記可視像の形成は、例えば、前記静電潜像を本発明の前記現像剤を用いて現像することにより行うことができ、前記現像手段により行うことができる。
前記現像手段は、例えば、本発明の前記現像剤を用いて現像することができる限り、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、本発明の前記現像剤を収容し、前記静電潜像に該現像剤を接触又は非接触的に付与可能な現像器を少なくとも有するものが好適であり、前記現像剤入り容器を備えた現像器などがより好ましい。
前記現像器は、乾式現像方式のものであってもよいし、湿式現像方式のものであってもよく、また、単色用現像器であってもよいし、多色用現像器であってもよく、例えば、前記現像剤を摩擦攪拌させて帯電させる攪拌器と、回転可能なマグネットローラとを有するものなどが好適に挙げられる。
前記現像器内では、例えば、前記トナーと前記キャリアとが混合攪拌され、その際の摩擦により該トナーが帯電し、回転するマグネットローラの表面に穂立ち状態で保持され、磁気ブラシが形成される。該マグネットローラは、前記静電潜像担持体(感光体)近傍に配置されているため、該マグネットローラの表面に形成された前記磁気ブラシを構成する前記トナーの一部は、電気的な吸引力によって該静電潜像担持体(感光体)の表面に移動する。その結果、前記静電潜像が該トナーにより現像されて該静電潜像担持体(感光体)の表面に該トナーによる可視像が形成される。
前記現像器に収容させる現像剤は、本発明の前記現像剤である。
−転写工程及び転写手段−
前記転写工程は、前記可視像を記録媒体に転写する工程であるが、中間転写体を用い、該中間転写体上に可視像を一次転写した後、該可視像を前記記録媒体上に二次転写する態様が好ましく、前記トナーとして二色以上、好ましくはフルカラートナーを用い、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写工程と、該複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写工程とを含む態様がより好ましい。
前記転写は、例えば、前記可視像を転写帯電器を用いて前記静電潜像担持体(感光体)を帯電することにより行うことができ、前記転写手段により行うことができる。前記転写手段としては、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写手段と、該複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写手段とを有する態様が好ましい。
なお、前記中間転写体としては、特に制限はなく、目的に応じて公知の転写体の中から適宜選択することができ、例えば、転写ベルト等が好適に挙げられる。
前記転写手段(前記第一次転写手段、前記第二次転写手段)は、前記静電潜像担持体(感光体)上に形成された前記可視像を前記記録媒体側へ剥離帯電させる転写器を少なくとも有するのが好ましい。前記転写手段は1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。前記転写器としては、例えばコロナ放電によるコロナ転写器、転写ベルト、転写ローラ、圧力転写ローラ、粘着転写器、などが挙げられる。
なお、前記記録媒体としては、特に制限はなく、公知の記録媒体(記録紙)の中から適宜選択することができる。
前記定着工程は、記録媒体に転写された可視像を定着装置を用いて定着させる工程であり、各色の現像剤に対し前記記録媒体に転写する毎に行ってもよいし、各色の現像剤に対しこれを積層した状態で一度に同時に行ってもよい。
前記定着装置としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、公知の加熱加圧手段が好適である。前記加熱加圧手段としては、加熱ローラと加圧ローラとの組合せ、加熱ローラと加圧ローラと無端ベルトとの組合せ、などが挙げられる。
前記定着装置が、発熱体を具備する加熱体と、該加熱体と接触するフィルムと、該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記録媒体を通過させて加熱定着する手段であることが好ましい。前記加熱加圧手段における加熱は、通常、80℃〜200℃が好ましい。
なお、本発明においては、目的に応じて、前記定着工程及び定着手段と共にあるいはこれらに代えて、例えば、公知の光定着器を用いてもよい。
前記除電工程は、前記静電潜像担持体に対し除電バイアスを印加して除電を行う工程であり、除電手段により好適に行うことができる。
前記除電手段としては、特に制限はなく、前記静電潜像担持体に対し除電バイアスを印加することができればよく、公知の除電器の中から適宜選択することができ、例えば、除電ランプ等が好適に挙げられる。
前記クリーニング工程は、前記静電潜像担持体上に残留する前記トナーを除去する工程であり、クリーニング手段により好適に行うことができる。
前記クリーニング手段としては、特に制限はなく、前記静電潜像担持体上に残留する前記トナーを除去することができればよく、公知のクリーナの中から適宜選択することができ、例えば、磁気ブラシクリーナ、静電ブラシクリーナ、磁気ローラクリーナ、ブレードクリーナ、ブラシクリーナ、ウエブクリーナ等が好適に挙げられる。
前記リサイクル工程は、前記クリーニング工程により除去した前記トナーを前記現像手段にリサイクルさせる工程であり、リサイクル手段により好適に行うことができる。
前記リサイクル手段としては、特に制限はなく、公知の搬送手段等が挙げられる。
前記制御工程は、前記各工程を制御する工程であり、各工程は制御手段により好適に行うことができる。
前記制御手段としては、前記各手段の動きを制御することができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、シークエンサー、コンピュータ等の機器が挙げられる。
ここで、前記画像形成装置により本発明の画像形成方法を実施する一の態様について、図3を参照しながら説明する。図3に示す画像形成装置100は、前記静電潜像担持体としての感光体ドラム10(感光体10)と、前記帯電手段としての帯電ローラ20と、前記露光手段としての露光装置30と、前記現像手段としての現像装置40と、中間転写体50と、クリーニングブレードを有する前記クリーニング手段としてのクリーニング装置60と、前記除電手段としての除電ランプ70とを備える。
中間転写体50は無端ベルトであり、その内側に配置されこれを張架する3個のローラ51によって、図中矢印方向に移動可能に設計されている。3個のローラ51の一部は、中間転写体50へ所定の転写バイアス(一次転写バイアス)を印加可能な転写バイアスローラとしても機能する。中間転写体50には、その近傍に中間転写体用クリーニングブレード90が配置されており、また、記録媒体95に可視像(トナー像)を転写(二次転写)するための転写バイアスを印加可能な前記転写手段としての転写ローラ80が対向して配置されている。中間転写体50の周囲には、この中間転写体50上の可視像に電荷を付与するためのコロナ帯電器58が、該中間転写体50の回転方向において、静電潜像担持体10と中間転写体50との接触部と、中間転写体50と記録媒体95との接触部との間に配置されている。
現像装置40は、現像剤担持体としての現像ベルト41と、この現像ベルト41の周囲に併設したブラック現像ユニット45K、イエロー現像ユニット45Y、マゼンタ現像ユニット45M、及びシアン現像ユニット45Cとから構成されている。なお、ブラック現像ユニット45Kは、現像剤収容部42Kと現像剤供給ローラ43Kと現像ローラ44Kとを備えている。イエロー現像ユニット45Yは、現像剤収容部42Yと現像剤供給ローラ43Yと現像ローラ44Yとを備えている。マゼンタ現像ユニット45Mは、現像剤収容部42Mと現像剤供給ローラ43Mと現像ローラ44Mとを備えている。シアン現像ユニット45Cは、現像剤収容部42Cと現像剤供給ローラ43Cと現像ローラ44Cとを備えている。また、現像ベルト41は、無端ベルトであり、複数のベルトローラにより回転可能に張架され、一部が静電潜像担持体10と接触している。
図3に示す画像形成装置100において、例えば、帯電ローラ20が感光体ドラム10を一様に帯電させる。露光装置30が感光ドラム10上に像様に露光を行い、静電潜像を形成する。感光ドラム10上に形成された静電潜像を、現像装置40からトナーを供給して現像して可視像(トナー像)を形成する。該可視像(トナー像)が、ローラ51から印加された電圧により中間転写体50上に転写(一次転写)され、更に転写紙95上に転写(二次転写)される。その結果、転写紙95上には転写像が形成される。なお、感光体10上の残存トナーは、クリーニング装置60により除去され、感光体10における帯電は除電ランプ70により一旦、除去される。
前記画像形成装置により本発明の画像形成方法を実施する他の態様について、図4を参照しながら説明する。図4に示す画像形成装置100は、図3に示す画像形成装置100において、現像ベルト41を備えてなく、感光体10の周囲に、ブラック現像ユニット45K、イエロー現像ユニット45Y、マゼンタ現像ユニット45M及びシアン現像ユニット45Cが直接対向して配置されていること以外は、図3に示す画像形成装置100と同様の構成を有し、同様の作用効果を示す。なお、図4においては、図3におけるものと同じものは同符号で示した。
前記画像形成装置により本発明の画像形成方法を実施する他の態様について、図5を参照しながら説明する。図5に示すタンデム型画像形成装置は、タンデム型カラー画像形成装置である。このタンデム型画像形成装置は、複写装置本体150と、給紙テーブル200と、スキャナ300と、原稿自動搬送装置(ADF)400とを備えている。
複写装置本体150には、無端ベルト状の中間転写体50が中央部に設けられている。そして、中間転写体50は、支持ローラ14、15及び16に張架され、図5中、時計回りに回転可能とされている。支持ローラ15の近傍には、中間転写体50上の残留トナーを除去するための中間転写体クリーニング装置17が配置されている。支持ローラ14と支持ローラ15とにより張架された中間転写体50には、その搬送方向に沿って、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの4つの画像形成手段18が対向して並置されたタンデム型現像器120が配置されている。タンデム型現像器120の近傍には、露光装置21が配置されている。中間転写体50における、タンデム型現像器120が配置された側とは反対側には、二次転写装置22が配置されている。二次転写装置22においては、無端ベルトである二次転写ベルト24が一対のローラ23に張架されており、二次転写ベルト24上を搬送される転写紙と中間転写体50とは互いに接触可能である。二次転写装置22の近傍には定着装置25が配置されている。定着装置25は、無端ベルトである定着ベルト26と、これに押圧されて配置された加圧ローラ27とを備えている。
なお、タンデム型画像形成装置においては、二次転写装置22及び定着装置25の近傍に、転写紙の両面に画像形成を行うために該転写紙を反転させるためのシート反転装置28が配置されている。
次に、タンデム型現像器120を用いたフルカラー画像の形成(カラーコピー)について説明する。即ち、先ず、原稿自動搬送装置(ADF)400の原稿台130上に原稿をセットするか、あるいは原稿自動搬送装置400を開いてスキャナ300のコンタクトガラス32上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置400を閉じる。
スタートスイッチ(不図示)を押すと、原稿自動搬送装置400に原稿をセットした時は、原稿が搬送されてコンタクトガラス32上へと移動された後で、一方、コンタクトガラス32上に原稿をセットした時は直ちに、スキャナ300が駆動し、第1走行体33及び第2走行体34が走行する。このとき、第1走行体33により、光源からの光が照射されると共に原稿面からの反射光を第2走行体34におけるミラーで反射し、結像レンズ35を通して読取りセンサ36で受光されてカラー原稿(カラー画像)が読み取られ、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの画像情報とされる。
そして、ブラック、イエロー、マゼンタ、及びシアンの各画像情報は、タンデム型現像器120における各画像形成手段18(ブラック用画像形成手段、イエロー用画像形成手段、マゼンタ用画像形成手段、及びシアン用画像形成手段)にそれぞれ伝達され、各画像形成手段において、ブラック、イエロー、マゼンタ、及びシアンの各トナー画像が形成される。即ち、タンデム型現像器120における各画像形成手段18(ブラック用画像形成手段、イエロー用画像形成手段、マゼンタ用画像形成手段及びシアン用画像形成手段)は、図6に示すように、それぞれ、静電潜像担持体10(ブラック用静電潜像担持体10K、イエロー用静電潜像担持体10Y、マゼンタ用静電潜像担持体10M、及びシアン用静電潜像担持体10C)と、該静電潜像担持体10を一様に帯電させる帯電装置160と、各カラー画像情報に基づいて各カラー画像対応画像様に前記静電潜像担持体を露光(図6中、L)し、該静電潜像担持体上に各カラー画像に対応する静電潜像を形成する露光装置と、該静電潜像を各カラートナー(ブラックトナー、イエロートナー、マゼンタトナー、及びシアントナー)を用いて現像して各カラートナーによるトナー画像を形成する現像装置61と、該トナー画像を中間転写体50上に転写させるための転写帯電器62と、クリーニング装置63と、除電器64とを備えており、それぞれのカラーの画像情報に基づいて各単色の画像(ブラック画像、イエロー画像、マゼンタ画像、及びシアン画像)を形成可能である。こうして形成された該ブラック画像、該イエロー画像、該マゼンタ画像及び該シアン画像は、支持ローラ14、15及び16により回転移動される中間転写体50上にそれぞれ、ブラック用静電潜像担持体10K上に形成されたブラック画像、イエロー用静電潜像担持体10Y上に形成されたイエロー画像、マゼンタ用静電潜像担持体10M上に形成されたマゼンタ画像及びシアン用静電潜像担持体10C上に形成されたシアン画像が、順次転写(一次転写)される。そして、中間転写体50上に前記ブラック画像、前記イエロー画像、マゼンタ画像、及びシアン画像が重ね合わされて合成カラー画像(カラー転写像)が形成される。
一方、給紙テーブル200においては、給紙ローラ142の1つを選択的に回転させ、ペーパーバンク143に多段に備える給紙カセット144の1つからシート(記録紙)を繰り出し、分離ローラ145で1枚ずつ分離して給紙路146に送出し、搬送ローラ147で搬送して複写機本体150内の給紙路148に導き、レジストローラ49に突き当てて止める。あるいは、給紙ローラ142を回転して手差しトレイ54上のシート(記録紙)を繰り出し、分離ローラ145で1枚ずつ分離して手差し給紙路53に入れ、同じくレジストローラ49に突き当てて止める。なお、レジストローラ49は、一般には接地されて使用されるが、シートの紙粉除去のためにバイアスが印加された状態で使用されてもよい。そして、中間転写体50上に合成された合成カラー画像(カラー転写像)にタイミングを合わせてレジストローラ49を回転させ、中間転写体50と二次転写装置22との間にシート(記録紙)を送出させ、二次転写装置22により該合成カラー画像(カラー転写像)を該シート(記録紙)上に転写(二次転写)することにより、該シート(記録紙)上にカラー画像が転写され形成される。なお、画像転写後の中間転写体50上の残留トナーは、中間転写体クリーニング装置17によりクリーニングされる。
カラー画像が転写され形成された前記シート(記録紙)は、二次転写装置22により搬送されて、定着装置25へと送出され、定着装置25において、熱と圧力とにより前記合成カラー画像(カラー転写像)が該シート(記録紙)上に定着される。その後、該シート(記録紙)は、切換爪55で切り換えて排出ローラ56により排出され、排紙トレイ57上にスタックされ、あるいは、切換爪55で切り換えてシート反転装置28により反転されて再び転写位置へと導き、裏面にも画像を記録した後、排出ローラ56により排出され、排紙トレイ57上にスタックされる。
本発明の画像形成方法及び画像形成装置は、機械的強度が高く、トナー飛散や地汚れがなく、高画像濃度の画像が形成できる本発明の前記キャリアを含む現像剤を用いているので、高画質画像が効率よく形成できる。
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
下記の実施例及び比較例において、樹脂の水酸基価は、以下のようにして測定した。
<水酸基価の測定方法>
前記水酸基価は、具体的には、次のような手順で決定した。ただし、サンプルが溶解しない場合は、溶媒にジオキサン又はTHF等の溶媒を用いた。
・測定装置:電位差自動滴定装置DL−53 Titrator(メトラー・トレド社製)
・使用電極 :DG113−SC(メトラー・トレド社製)
・解析ソフト:LabX Light Version1.00.000
・装置の校正:トルエン120mlとエタノール30mlの混合溶媒を使用した。
・測定温度:23℃
測定条件は以下のとおりである。
Stir
Speed[%] 25
Time[s] 15
EQP titration
Titrant/Sensor
Titrant CH3ONa
Concentration[mol/L] 0.1
Sensor DG115
Unit of measurement mV
Predispensing to volume
Volume[mL] 1.0
Wait time[s] 0
Titrant addition Dynamic
dE(set)[mV] 8.0
dV(min)[mL] 0.03
dV(max)[mL] 0.5
Measure mode Equilibrium controlled
dE[mV] 0.5
dt[s] 1.0
t(min)[s] 2.0
t(max)[s] 20.0
Recognition
Threshold 100.0
Steepest jump only No
Range No
Tendency None
Termination
At maximum volume[mL] 10.0
At potential No
At slope No
After number EQPs Yes
n=1
comb. Termination conditions No
Evaluation
Procedure Standard
Potential 1 No
Potential 2 No
Stop for reevaluation No
−水酸基価の測定方法−
試料0.5gを100mlのメスフラスコに精秤し、これにアセチル化試薬5mlを正しく加えた。その後、100℃±5℃の浴中に浸して加熱した。1〜2時間後フラスコを浴から取り出し、放冷後水を加えて振り動かして無水酢酸を分解した。次いで、分解を完全にするため、再びフラスコを浴中で10分間以上加熱し、放冷後、有機溶剤でフラスコの壁をよく洗浄した。この液を前記電極を用いてN/2の水酸化カリウムエチルアルコール溶液で電位差滴定を行い、水酸基価を求めた(JIS K0070−1966に準ずる)。
(製造例1)
<トナー1の作製>
−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内に、水683質量部、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、三洋化成工業株式会社製)11質量部、メタクリル酸166質量部、アクリル酸ブチル110質量部、及び過硫酸アンモニウム1質量部を仕込み、3,800回転/分で30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4時間反応させた。次いで、1質量%の過硫酸アンモニウム水溶液を30質量部加え、75℃で6時間熟成してビニル系樹脂(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]を合成した。
得られた[微粒子分散液1]を粒度分布測定装置(LA−920、堀場製作所製)で測定したところ、体積平均粒径は110nmであった。また、得られた[微粒子分散液1]の一部を乾燥して樹脂分を単離した。該樹脂分のガラス転移温度(Tg)は58℃であり、重量平均分子量は13万であった。
−水相の調製−
水990質量部、[微粒子分散液1]83質量部、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48.3質量%水溶液(エレミノールMON−7、三洋化成工業株式会社製)37質量部、及び酢酸エチル90質量部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを[水相1]とする。
−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内に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物229質量部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物529質量部、テレフタル酸208質量部、アジピン酸46質量部、及びジブチルチンオキサイド2質量部を入れ、常圧下、230℃で7時間反応させた。次いで、10mmHg〜15mmHgの減圧で5時聞反応させた後、反応容器内に無水トリメリット酸44質量部を入れ、常圧下、180℃で3時間反応させて、[低分子ポリエステル1]を合成した。
得られた[低分子ポリエステル1]は、数平均分子量2,300、重量平均分子量6,700、ガラス転移温度(Tg)43℃、酸価25mgKOH/gであった。
−中間体ポリエステル及びプレポリマーの合成−
冷却管、撹拌機、及び窒索導入管の付いた反応容器内に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物682質量部、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質量部、テレフタル酸283質量部、無水トリメリット酸22質量部、及びジブチルチンオキサイド2質量部を入れ、常圧下、230℃で7時間反応させ、更に10mmHg〜15mmHgの減圧で5時間反応させて、[中間体ポリエステル1]を合成した。
得られた[中間体ポリエステル1]は、数平均分子量2,200、重量平均分子量9,700、ガラス転移温度(Tg)54℃、酸価0.5mgKOH/g、水酸基価52mgKOH/g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内に、[中間体ポリエステル1]410質量部、イソホロンジイソシアネート89質量部、及び酢酸エチル500質量部を入れ、100℃で5時間反応させ、[プレポリマー1]を合成した。
得られた[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。
−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内に、イソホロンジアミン170質量部、及びメチルエチルケトン75質量部を仕込み、50℃で4時間半反応を行い、[ケチミン化合物1]を得た。得られた[ケチミン化合物1]のアミン価は417であった。
−マスターバッチ(MB)の合成−
水1,200質量部、カーボンブラック(Printex35、デクサ社製、DBP吸油量=42ml/100mg、pH=9.5)540質量部、及びポリエステル樹脂1,200質量部を加え、ヘンシェルミキサー(三井鉱山株式会社製)で混合し、混合物を2本ロールを用いて110℃で1時間混練後、圧延冷却し、パルペライザーで粉砕して、[マスターバッチ1]を作製した。
−油相の作製−
撹拌棒、及び温度計をセットした容器内に、[低分子ポリエステル1]378質量部、カルナバワックス100質量部、及び酢酸エチル947質量部を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時問で30℃に冷却した。次いで、容器内に[マスターバッチ1]500質量部、及び酢酸エチル500質量部を仕込み、1時間混合し[原料溶解液1]を作製した。
得られた[原料溶解液1]1324質量部を容器内に移し、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質量%酢酸エチル溶液1324質量部加え、上記条件のビーズミルで2パスし、[顔料・ワックス分散液1]を得た。
得られた[顔料・ワックス分散液1]の固形分濃度(130℃、30分)は50質量%であった。
−乳化及び脱溶剤−
[顔料・ワックス分散液1]749質量部、[プレポリマー1]115質量部、及び[ケチミン化合物1]2.9質量部を容器内に入れ、TKホモミキサー(特殊機化株式会社製)で5,000rpmで2分間混合した後、容器内に[水相1]1,200質量部を加え、TKホモミキサーで、回転数13,000rpmで25分間混合して、[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内に、[乳化スラリー1]を投入し、30℃で8時間脱溶剤した後、40℃で24時間熟成を行い、[分散スラリー1]を得た。
−洗浄、及び乾燥−
[分散スラリー1]100質量部を減圧濾過した後、以下の洗浄処理を行った。
(1)濾過ケーキにイオン交換水100質量部を加え、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)前記(1)の濾過ケーキに10質量%水酸化ナトリウム水溶液100質量部を加え、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。(3)前記(2)の濾過ケーキに10質量%塩酸100質量部を加え、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)前記(3)の濾過ケーキにイオン交換水300質量部を加え、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。
得られた[濾過ケーキ1]を循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥した。その後目開き75μmメッシュで篩い、体積平均粒径6.1μm、個数平均粒径5.4μm、平均円形度0.972のトナー母体粒子を作製した。
−トナーの外添−
次に、得られたトナー母体粒子100質量部に疎水シリカ0.7質量部と、疎水性酸化チタン0.3質量部をヘンシェルミキサーを用いて混合して、製造例1の「トナー1」を作製した。
(製造例2)
−導電性微粒子1の作製−
微粒子1(球状酸化アルミニウム、住友化学工業株式会社製、スミラコンダムAA−04、球状換算での粒子径0.4μm)200gを水2.5リットルに分散させ、水懸濁液とした。この懸濁液を80℃に加熱保持した。
別途用意した塩化インジウム(InCl)75gを2Nの塩酸800ミリリットルに溶かした溶液と、12質量%のアンモニア水とを懸濁液のpHを7〜8に保持するように滴下した。滴下終了後、滴下懸濁液をろ過し、洗浄して、得られた処理顔料のケーキを120℃で乾燥した。
次いで、得られた乾燥粉末を窒素ガス気流中(1リットル/分)で500℃にて1.5時間処理して、導電性微粒子1を作製した。
(製造例3)
−導電性微粒子2の作製−
製造例2において、微粒子1を微粒子2(板状酸化アルミニウム、キンセイマテック社製、セラフ02050、球状換算での粒子径2.0μm、厚み0.04μm)200gに変えた以外は、製造例2と同様にして、導電性微粒子2を作製した。
(製造例4)
−導電性微粒子3の作製−
製造例2において、微粒子1を微粒子3(板状酸化アルミニウム、キンセイマテック社製、セラフ00610、球状換算での粒子径0.6μm、厚み0.06μm)200gにした以外は、製造例2と同様にして、導電性微粒子3を作製した。
(製造例5)
−導電性微粒子4の作製−
製造例2において、微粒子1を微粒子4(板状酸化アルミニウム、キンセイマテック社製、セラフ10030、球状換算での粒子径10μm、厚み0.3μm)200gに変えた以外は、製造例2と同様にして、導電性微粒子4を作製した。
(実施例1)
−キャリア1の作製−
下記の材料をホモミキサーで10分間分散して、被覆層液(1)を調製した。
・アクリル樹脂溶液(日立化成工業株式会社製、ヒタロイド3012X、水酸基価50mgKOH/g、固形分50質量%)・・・30.0質量部
・グアナミン溶液(三井サイテック株式会社製、マイコート106、固形分77質量%)・・・10.0質量部
・シリコーン樹脂溶液(東レ・ダウコーニング株式会社製、SR2405、固形分50質量%)・・・60.0質量部
・アミノシランカップリング剤(東レ・ダウコーニング株式会社製、SH6020、固形分100質量%)・・・0.8質量部
・導電性微粒子2・・・30.0質量部
・トルエン・・・600質量部
次に、芯材としてフェライト粉(1kガウスでの飽和磁気モーメント65emu/g)を用い、前記被覆層液(1)を芯材表面に厚み1μmになるように転動流動式コーティング装置を用いて塗布し、乾燥した。得られたキャリアを電気炉中にて、150℃で1時間放置して焼成した。冷却後フェライト粉バルクを目開き90μmの篩を用いて解砕し、実施例1の「キャリア1」を作製した。
得られた「キャリア1」の粒度分布をマイクロトラック粒度分布計(モデルHRA9320−X100、日機装株式会社製)で測定したところ、体積平均粒子径(Dv)が38.5μm、個数平均粒子径(Dn)が33.8μm、Dv/Dnが1.12であった。また、以下のようにして測定した「キャリア1」の体積抵抗は2.68×1012Ω・cmであった。
<キャリアの体積抵抗の測定>
前記体積抵抗は、図1に示すように、電極間距離0.2cm、表面積2.5cm×4cmの電極1、電極2を収容したフッ素樹脂製容器からなるセル3に、キャリア4を充填し、落下高さ:1cm、タッピングスピード:30回/min、タッピング回数:10回のタッピングを行った。次に、両電極間に1,000Vの直流電圧を印加し、30秒間後の抵抗値を、ハイレジスタンスメーター4329A(横川ヒューレットパッカード株式会社製、High Resistance Meter)により測定し、得られた抵抗値rを、下記数式1により計算して体積抵抗R〔Log(Ω・cm)〕を算出した。
<数式1>
R=Log[r×(2.5cm×4cm)÷0.2cm]
(実施例2)
−キャリア2の作製−
下記の材料をホモミキサーで10分間分散して、被覆層液(2)を調製した。
・シリコーングラフトアクリル樹脂溶液(信越化学工業株式会社製、X−22−8004、固形分40質量%)・・・70.0質量部
・グアナミン溶液(三井サイテック株式会社製、マイコート106、固形分77質量%)・・・30.0質量部
・アミノシランカップリング剤(東レ・ダウコーニング株式会社製、SH6020、固形分100質量%)・・・0.8質量部
・導電性微粒子2・・・30.0質量部
・メチルエチルケトン・・・600質量部
次に、実施例1において、前記被覆層液(2)を用いて芯材の表面にコーティングした以外は、実施例1と同様にして、実施例2の「キャリア2」を作製した。
得られた「キャリア2」の粒度分布をマイクロトラック粒度分布計(モデルHRA9320−X100、日機装株式会社製)で測定したところ、体積平均粒子径(Dv)が38.8μm、個数平均粒子径(Dn)が34.7μm、Dv/Dnが1.12であった。また、実施例1と同様にして測定した「キャリア2」の体積抵抗は9.85×1011Ω・cmであった。
参考例3)
−キャリア3の作製−
下記の材料をホモミキサーで10分間分散して、被覆層液(3)を調製した。
・アクリル樹脂溶液(日立化成工業株式会社製、ヒタロイド3012X、水酸基価50mgKOH/g、固形分50質量%)・・・30.0質量部
・グアナミン溶液(三井サイテック株式会社製、マイコート106、固形分77質量%)・・・10.0質量部
・シリコーン樹脂溶液(東レ・ダウコーニング株式会社製、SR2405、固形分50質量%)・・・60.0質量部
・アミノシランカップリング剤(東レ・ダウコーニング株式会社製、SH6020、固形分100質量%)・・・0.8質量部
・微粒子2(板状酸化アルミニウム、キンセイマテック社製、セラフ02050、粒子径2.0μm、厚み0.04μm)・・・20.0質量部
・導電性微粒子1・・・30.0質量部
・トルエン・・・600質量部
次に、実施例1において、前記被覆層液(3)を用いて芯材の表面にコーティングした以外は、実施例1と同様にして、参考例3の「キャリア3」を作製した。
得られた「キャリア3」の粒度分布をマイクロトラック粒度分布計(モデルHRA9320−X100、日機装株式会社製)で測定したところ、体積平均粒子径(Dv)が38.5μm、個数平均粒子径(Dn)が33.4μm、Dv/Dnが1.15であった。また、実施例1と同様にして測定した「キャリア3」の体積抵抗は8.87×1013Ω・cmであった。
参考例4)
−キャリア4の作製−
下記の材料をホモミキサーで10分間分散して、被覆層液(4)を調製した。
・アクリル樹脂溶液(日立化成工業株式会社製、ヒタロイド3012X、水酸基価50mgKOH/g、固形分50質量%)・・・30.0質量部
・グアナミン溶液(三井サイテック株式会社製、マイコート106、固形分77質量%)・・・10.0質量部
・シリコーン樹脂溶液(東レ・ダウコーニング株式会社製、SR2405、固形分50質量%)・・・60.0質量部
・アミノシランカップリング剤(東レ・ダウコーニング株式会社製、SH6020、固形分100質量%)・・・0.8質量部
・微粒子2(板状酸化アルミニウム、キンセイマテック社製、セラフ02050、粒子径2.0μm、厚み0.04μm)・・・25.0質量部
・カーボンブラック・・・15.0質量部
・トルエン・・・600質量部
次に、実施例1において、前記被覆層液(4)を用いて芯材の表面にコーティングした以外は、実施例1と同様にして、参考例4の「キャリア4」を作製した。
得られた「キャリア4」の粒度分布をマイクロトラック粒度分布計(モデルHRA9320−X100、日機装株式会社製)で測定したところ、体積平均粒子径(Dv)が39.4μm、個数平均粒子径(Dn)が34.8μm、Dv/Dnが1.13であった。また、実施例1と同様にして測定した「キャリア4」の体積抵抗は6.98×1012Ω・cmであった。
(実施例5)
−キャリア5の作製−
下記の材料をホモミキサーで10分間分散して、被覆層液(5)を調製した。
・アクリル樹脂溶液(日立化成工業株式会社製、ヒタロイド3012X、水酸基価50mgKOH/g、固形分50質量%)・・・30.0質量部
・グアナミン溶液(三井サイテック株式会社製、マイコート106、固形分77質量%)・・・10.0質量部
・シリコーン樹脂溶液(東レ・ダウコーニング株式会社製、SR2405、固形分50質量%)・・・60.0質量部
・導電性微粒子2・・・30.0質量部
・トルエン・・・600質量部
次に、実施例1において、前記被覆層液(5)を用いて芯材の表面にコーティングした以外は、実施例1と同様にして、実施例5の「キャリア5」を作製した。
得られた「キャリア5」の粒度分布をマイクロトラック粒度分布計(モデルHRA9320−X100)で測定したところ、体積平均粒子径(Dv)が38.4μm、個数平均粒子径(Dn)が34.1μm、Dv/Dnが1.13であった。また、実施例1と同様にして測定した「キャリア5」の体積抵抗は2.58×1012Ω・cmであった。
(比較例1)
−キャリア6の作製−
下記の材料をホモミキサーで10分間分散して、被覆層液(6)を調製した。
・アクリル樹脂溶液(日立化成工業株式会社製、ヒタロイド3546−3、水酸基価15mgKOH/g、固形分50質量%)・・・30.0質量部
・グアナミン溶液(三井サイテック株式会社製、マイコート106、固形分77質量%)・・・10.0質量部
・シリコーン樹脂溶液(東レ・ダウコーニング株式会社製、SR2405、固形分50質量%)・・・60.0質量部
・アミノシランカップリング剤(東レ・ダウコーニング株式会社製、SH6020、固形分100質量%)・・・0.8質量部
・導電性微粒子1・・・40.0質量部
・トルエン・・・600質量部
次に、実施例1において、前記被覆層液(6)を用いて芯材の表面にコーティングした以外は、実施例1と同様にして、比較例1の「キャリア6」を作製した。
得られた「キャリア6」の粒度分布をマイクロトラック粒度分布計(モデルHRA9320−X100、日機装株式会社製)で測定したところ、体積平均粒子径(Dv)が38.3μm、個数平均粒子径(Dn)が33.9μm、Dv/Dnが1.13であった。また、実施例1と同様にして測定した「キャリア6」の体積抵抗は5.25×1012Ω・cmであった。
(比較例2)
−キャリア7の作製−
下記の材料をホモミキサーで10分間分散して、被覆層液(7)を調製した。
・アクリル樹脂溶液(日立化成工業株式会社製、ヒタロイド3546−3、水酸基価15mgKOH/g、固形分50質量%)・・・30.0質量部
・グアナミン溶液(三井サイテック株式会社製、マイコート106、固形分77質量%)・・・10.0質量部
・シリコーン樹脂溶液(東レ・ダウコーニング株式会社製、SR2405、固形分50質量%)・・・60.0質量部
・導電性微粒子1・・・40.0質量部
・トルエン・・・600質量部
次に、実施例1において、前記被覆層液(7)を用いて芯材の表面にコーティングした以外は、実施例1と同様にして、比較例2の「キャリア7」を作製した。
得られた「キャリア7」の粒度分布をマイクロトラック粒度分布計(モデルHRA9320−X100、日機装株式会社製)で測定したところ、体積平均粒子径(Dv)が39.5μm、個数平均粒子径(Dn)が35.3μm、Dv/Dnが1.12であった。また、実施例1と同様にして測定した「キャリア7」の体積抵抗は6.56×1012Ω・cmであった。
(比較例3)
−キャリア8の作製−
下記の材料をホモミキサーで10分間分散して、被覆層液(8)を調製した。
・アクリル樹脂溶液(日立化成工業株式会社製、ヒタロイド3012X、水酸基価50mgKOH/g、固形分50質量%)・・・30.0質量部
・グアナミン溶液(三井サイテック株式会社製、マイコート106、固形分77質量%)・・・10.0質量部
・シリコーン樹脂溶液(東レ・ダウコーニング株式会社製、SR2405、固形分50質量%)・・・60.0質量部
・アミノシランカップリング剤(東レ・ダウコーニング株式会社製、SH6020、固形分100質量%)・・・0.8質量部
・導電性微粒子3・・・30.0質量部
・トルエン・・・600質量部
次に、実施例1において、前記被覆層液(8)を用いて芯材の表面にコーティングした以外は、実施例1と同様にして、比較例3の「キャリア8」を作製した。
得られた「キャリア8」の粒度分布をマイクロトラック粒度分布計(モデルHRA9320−X100、日機装株式会社製)で測定したところ、体積平均粒子径(Dv)が38.3μm、個数平均粒子径(Dn)が34.2μm、Dv/Dnが1.12であった。また、実施例1と同様にして測定した「キャリア8」の体積抵抗は4.56×1014Ω・cmであった。
(比較例4)
−キャリア9の作製−
下記の材料をホモミキサーで10分間分散して、被覆層液(9)を調製した。
・アクリル樹脂溶液(日立化成工業株式会社製、ヒタロイド3012X、水酸基価50mgKOH/g、固形分50質量%)・・・30.0質量部
・グアナミン溶液(三井サイテック株式会社製、マイコート106、固形分77質量%)・・・10.0質量部
・シリコーン樹脂溶液(東レ・ダウコーニング株式会社製、SR2405、固形分50質量%)・・・60.0質量部
・アミノシランカップリング剤(東レ・ダウコーニング株式会社製、SH6020、固形分100質量%)・・・0.8質量部
・導電性微粒子4・・・40.0質量部
・トルエン・・・600質量部
次に、実施例1において、前記被覆層液(9)を用いて芯材の表面にコーティングした以外は、実施例1と同様にして、比較例4の「キャリア9」を作製した。
得られた「キャリア9」の粒度分布をマイクロトラック粒度分布計(モデルHRA9320−X100、日機装株式会社製)で測定したところ、体積平均粒子径(Dv)が40.8μm、個数平均粒子径(Dn)が35.5μm、Dv/Dnが1.15であった。また、実施例1と同様にして測定した「キャリア9」の体積抵抗は2.61×10Ω・cmであった。
実施例及び比較例で用いた各微粒子の形状、粒子径、最長板径/最短板径、厚み、及び最長板径/厚みを下記表1に示す。
微粒子の球状換算での粒子径は、レーザー回折/散乱式粒度分布装置(堀場製作所製、LA−920)を用いて測定した。
微粒子の形状、一辺の長さ(板径)、及び厚みについては、走査型電子顕微鏡(日立製作所製、S−8000)及び透過型電子顕微鏡(日立製作所製、H−9000NAR)を用いて微粒子、又はキャリア割断面の被覆層における微粒子部位を撮影することで得られる二次元視野像において、任意に50個選択した微粒子の最長板径、最短板径、及び厚みの平均値から求めた。
なお、導電性微粒子1〜4の形状、粒子径、最長板径/最短板径、厚み、及び最長板径/厚みについては、それぞれ微粒子1〜4と同じ値である。
<被覆層液の透過率の測定>
各被覆層液(1)〜(9)について、UV−VIS分光光度計(UV−3100、株式会社島津製作所製)を用いて、550nmにおける作製直後の透過率T0h(%)と、作製から静置して6時間後の550nmにおける透過率T6h(%)をそれぞれ求め、|T6h(%)−T0h(%)|を算出した。結果を表2に示す。
−現像剤の作製−
作製したキャリア1〜9を、前記トナー1によるキャリア被覆率が50%となる割合で調節し、ターブラーミキサー(シンマルエンタープライゼス社製)で攪拌し、実施例1〜2、5、参考例3〜4、及び比較例1〜4の現像剤を作製した。
得られた各現像剤を用いて、以下のようにして、被覆層の剥離及び削れ、画像濃度、トナー飛散性、及び地汚れを評価した。結果を表2に示す。
<被覆層の剥離及び削れの評価>
作製した各現像剤をタンデム型カラー画像形成装置(imagio Neo450、株式会社リコー製)を用いて、20万枚のランニング評価を行い、ランニングを終えたキャリアの抵抗低下量の比率として、下記基準で評価した。
〔評価基準〕
A:20万枚ラン後の抵抗/ラン初期の抵抗の比が1〜1/10以内
B:20万枚ラン後の抵抗/ラン初期の抵抗の比が1/10〜1/100以内
C:20万枚ラン後の抵抗/ラン初期の抵抗の比が1/100〜1/1000以内
D:20万枚ラン後の抵抗/ラン初期の抵抗の比が1/1000より小さい
ここでいう抵抗低下量とは、初期のキャリアを抵抗計測平行電極:ギャップ2mmの電極間に投入し、DC200Vを印加し30sec後の抵抗値をハイレジスト計(横川ヒューレットパッカード株式会社製、High Resistance Meter)で計測した値を体積抵抗に変換した値(R1)から、ランニング後の現像剤中のトナーを前記ブローオフ装置にて除去し得たキャリアを、前記抵抗測定方法と同様の方法で測定した値(R2)を差し引いた量のことをいい、目標値は2.0〔Log(Ω・cm)〕以下である。また、抵抗低下の原因は、キャリアの被覆層の芯材からの脱離であるため、削れを減らすことで、抵抗低下量を抑えることができる。
<画像濃度の評価>
次に、得られた各現像剤を、タンデム型カラー画像形成装置(imagio Neo450、株式会社リコー製)を用いて、複写紙(TYPE6000<70W>、株式会社リコー製)に各現像剤の付着量が1.00±0.05mg/cmのベタ画像を形成した。該ベタ画像の形成は、前記複写紙20万枚に対して、繰り返し行った。
得られたベタ画像の画像濃度を、初期及び20万枚耐久後について、目視で観察し、下記基準に基づいて評価した。なお、得られた画像濃度が高いほど、高濃度の画像が形成できる。この評価は、本発明の現像剤及び画像形成方法の実施例に相当する。
〔評価基準〕
A:初期及び20万枚耐久後において、画像濃度に変化がなく、高画質が得られた
B:20万枚耐久後において、やや画像濃度が低下したが、高画質が得られた
C:20万枚耐久後において、画像濃度が低下し、画質が低下した
D:20万枚耐久後において、著しく画像濃度低下し、画質が大きく低下した
<トナー飛散性の評価>
画像面積率5%のチャートを、タンデム型カラー画像形成装置(imagio Neo 450、株式会社リコー製)を用いて20万枚連続出力した際の機内のトナー汚染の程度を目視にて、下記基準により4段階で評価した。
〔評価基準〕
A:画像形成装置内のトナー汚染がまったくなく、優良な状態である
B:画像形成装置内のトナー汚染がなく、良好な状態である
C:画像形成装置内のトナー汚染があるが、実使用可能なレベルである
D:画像形成装置内のトナー汚染がひどく、実使用不可能なレベルである
<地汚れの評価>
画像面積率5%のチャートを、タンデム型カラー画像形成装置(imagio Neo 450、株式会社リコー製)を用いて20万枚連続出力した際の画像背景部の地汚れの程度を目視により、下記基準で評価した。
〔評価基準〕
A:画像背景部に地汚れの発生が全くない
B:画像背景部に地汚れの発生がほとんどない
C:画像背景部に地汚れがやや発生している
D:画像背景部に地汚れが発生している
<総合評価>
以上の評価結果から、総合的に、下記基準で評価した。
〔評価基準〕
A:非常に良好
B:良好
C:やや不良
D:不良
表2の結果から、板状導電性微粒子を含有した実施例1〜2、5、及び板状微粒子と球状の導電性微粒子を含有した参考例3〜4は、いずれも比較例1〜3に比べて被覆層の剥離及び削れが少なく、トナー飛散性及び地汚れも良好で高画像濃度が得られ、比較例1〜2に比べて、少ない添加量で所望の体積抵抗を有するキャリアを得ることができた。特に実施例2は、|T6h(%)−T0h(%)|が低く被覆層液における微粒子の分散性が良好な点、シリコーングラフトアクリル樹脂を用いることから、キャリア表面の被覆層における結着樹脂や微粒子のムラ付きが改善されることで、更に良好な効果を確認できた。
また、比較例3は、実施例1〜2、参考例3よりも球状換算での粒子径の小さい板状微粒子を使用しているため、1粒子における結着樹脂との接着面積の減少や、粒子間の絡み合いによる被覆層の補強効果が得難いことが分かった。
また、比較例4は、球状換算での粒子径の大きな板状微粒子を用いているため、キャリア表面の板状粒子由来の突出が大きくなり、剥れ、画像濃度、地汚れ全ての機能が充分に発現できないことが確認できた。
本発明のキャリアは、芯材表面を被覆する被覆層が所望の抵抗値を得ると共に、長期間に亘る攪拌によるストレスを原因とする被覆層の削れ及び剥離を防ぎ、トナーに対する優れた帯電付与能力を有するので、本発明の現像剤に好適に用いられる。
本発明の現像剤は、本発明の前記キャリアと、トナーとを含む。該現像剤を用いて、トナー飛散や地汚れがなく、高画像濃度の画像形成が行える。
本発明の画像形成方法及び画像形成装置においては、機械的強度が高く、トナー飛散及び地汚れがなく、高画像濃度で高鮮鋭な高品質画像が得られ、電子写真方式の各種画像形成装置に好適に用いられる。
図1は、キャリアの体積抵抗の測定に用いる測定器を示す概略図である。 図2は、本発明で用いられるプロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である。 図3は、画像形成装置により本発明の画像形成方法を実施する一例を示す概略説明図である。 図4は、画像形成装置により本発明の画像形成方法を実施する他の例を示す概略説明図である。 図5は、画像形成装置(タンデム型カラー画像形成装置)により本発明の画像形成方法を実施する一例を示す概略説明図である。 図6は、図5に示す画像形成装置における一部拡大概略説明図である。
符号の説明
1 電極
2 電極
3 セル
4 キャリア
10 静電潜像担持体(感光体ドラム)
10K ブラック用静電潜像担持体
10Y イエロー用静電潜像担持体
10M マゼンタ用静電潜像担持体
10C シアン用静電潜像担持体
14 支持ローラ
15 支持ローラ
16 支持ローラ
17 中間転写クリーニング装置
18 画像形成手段
20 帯電ローラ
21 露光装置
22 二次転写装置
23 ローラ
24 二次転写ベルト
25 定着装置
26 定着ベルト
27 加圧ベルト
28 シート反転装置
30 露光装置
32 コンタクトガラス
33 第1走行体
34 第2走行体
35 結像レンズ
36 読取りセンサ
40 現像装置
41 現像ベルト
42K 現像剤収容部
42Y 現像剤収容部
42M 現像剤収容部
42C 現像剤収容部
43K 現像剤供給ローラ
43Y 現像剤供給ローラ
43M 現像剤供給ローラ
43C 現像剤供給ローラ
44K 現像ローラ
44Y 現像ローラ
44M 現像ローラ
44C 現像ローラ
45K ブラック用現像器
45Y イエロー用現像器
45M マゼンタ用現像器
45C シアン用現像器
49 レジストローラ
50 中間転写体
51 ローラ
52 分離ローラ
53 手差し給紙路
54 手差しトレイ
55 切換爪
56 排出ローラ
57 排出トレイ
58 コロナ帯電器
60 クリーニング装置
61 現像器
62 転写帯電器
63 感光体クリーニング装置
64 除電器
70 除電ランプ
80 転写ローラ
90 クリーニング装置
95 転写紙
100 画像形成装置
101 静電潜像担持体(感光体)
102 帯電手段
103 露光
104 現像手段
105 記録媒体
107 クリーニング手段
108 転写手段
110 キャリア処理タンク
112 原料回収タンク
113 二酸化炭素ボンベ
114 攪拌子
115 スターラー
116 エントレーナタンク
117 冷却ジャケット
118 温調ジャケット
120 タンデム型現像器
121 加熱ローラ
122 定着ローラ
123 定着ベルト
124 加圧ローラ
125 加熱源
126 クリーニングローラ
127 温度センサ
130 原稿台
142 給紙ローラ
143 ペーパーバンク
144 給紙カセット
145 分離ローラ
146 給紙路
147 搬送ローラ
148 給紙路
150 複写装置本体
160 帯電装置
200 給紙テーブル
300 スキャナ
400 原稿自動搬送装置(ADF)

Claims (14)

  1. 芯材と、該芯材表面に、少なくとも結着樹脂、及び微粒子を含有する被覆層とを有するキャリアであって、
    前記微粒子が酸化アルミニウムをインジウムで導電処理した板状微粒子を含有し、該板状微粒子の球状換算での粒子径(レーザー回折/散乱式粒度分布装置を用いて測定した粒子径)が1μm〜8μmであり、該板状微粒子の一辺の長さである板径のうち最長板径と最短板径との比(最長板径/最短板径)が10以下であり、かつ前記最長板径と前記板状微粒子の厚みとの比(最長板径/厚み)が2以上であることを特徴とするキャリア。
  2. 被覆層が少なくとも結着樹脂、微粒子、及び溶剤を含有する被覆層液を用いて形成され、該被覆層液が、下記式(1)の条件を満たす請求項1に記載のキャリア。
    |T6h(%)−T0h(%)|≦30% ・・・ 式(1)
    ただし、前記式(1)中、T0h(%)は、被覆層液を調製した直後の550nmにおける透過率を表す。T6h(%)は、被覆層液を調製した直後から6時間静置させた後の550nmにおける透過率を表す。
  3. 最長板径と板状微粒子の厚みとの比(最長板径/厚み)が2〜50である請求項1から2のいずれかに記載のキャリア。
  4. 結着樹脂が、被覆層の形成過程乃至被覆層の形成後に結着樹脂前駆体を重合させてなる請求項1から3のいずれかに記載のキャリア。
  5. 結着樹脂が、少なくともシリコーン樹脂を含有する請求項1から4のいずれかに記載のキャリア。
  6. 結着樹脂が、少なくともアクリル樹脂を含有する請求項1から4のいずれかに記載のキャリア。
  7. 結着樹脂が、少なくとも、シリコーン樹脂とアクリル樹脂とを含有する請求項1から6のいずれかに記載のキャリア。
  8. 結着樹脂が、少なくとも、シリコーン樹脂とアクリル樹脂とが化学結合した形態を含有する請求項1から7のいずれかに記載のキャリア。
  9. 被覆層が、アミノシランカップリング剤を含有する請求項1から8のいずれかに記載のキャリア。
  10. キャリアの体積抵抗が、10(logΩ・cm)以上16(logΩ・cm)以下である請求項1から9のいずれかに記載のキャリア。
  11. キャリアの体積平均粒径が、20μm〜65μmである請求項1から10のいずれかに記載のキャリア。
  12. 請求項1から11のいずれかに記載のキャリアと、トナーとからなることを特徴とする現像剤。
  13. 静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、前記静電潜像を請求項12に記載の現像剤を用いて現像して可視像を形成する現像工程と、前記可視像を記録媒体に転写する転写工程と、前記記録媒体に転写された転写像を定着させる定着工程とを少なくとも含むことを特徴とする画像形成方法。
  14. 静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、前記静電潜像を請求項12に記載の現像剤を用いて現像して可視像を形成する現像手段と、前記可視像を記録媒体に転写する転写手段と、前記記録媒体に転写された転写像を定着させる定着手段とを少なくとも有することを特徴とする画像形成装置。
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