JP5556464B2 - 静電荷像現像用キャリア、静電荷像現像剤、画像形成方法、現像剤カートリッジ、プロセスカートリッジ、及び画像形成装置 - Google Patents
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Description
請求項1に係る発明は、
芯材粒子と、前記芯材粒子の表面に付着し、ホウ酸及びホウ酸誘導体の少なくとも1種に由来する架橋構造を有する樹脂と、を有する静電荷像現像用キャリアである。
請求項2に係る発明は、
前記架橋構造は、ホウ酸及びホウ酸誘導体の少なくとも1種と前記ホウ酸及びホウ酸誘導体の少なくとも1種に反応するアクリル系樹脂とに由来する架橋構造である、請求項1に記載の静電荷像現像用キャリアである。
前記芯材粒子と前記樹脂との混合物を気相中で加熱し、前記芯材粒子の表面に前記樹脂を付着させる工程を経て得られた、請求項1又は請求項2に記載の静電荷像現像用キャリアである。
トナーと、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の静電荷像現像用キャリアと、を含む静電荷像現像剤である。
像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
帯電された前記像保持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、
現像剤保持体に保持された請求項4に記載の静電荷像現像剤を用いて前記像保持体の表面に形成された前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像工程と、
前記像保持体の表面に形成された前記トナー像を被転写体の表面に転写する転写工程と、
前記被転写体の表面に転写された前記トナー像を前記被転写体に定着させる定着工程と、
を有する画像形成方法である。
前記現像工程において、前記現像剤保持体の表面の移動速度が、前記像保持体の表面の移動速度の1.5倍以上5.0倍以下である、請求項5に記載の画像形成方法である。
請求項4に記載の静電荷像現像剤が収容された現像剤カートリッジである。
請求項4に記載の静電荷像現像剤が収容された現像手段を備えたプロセスカートリッジである。
像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電された前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
現像剤保持体を備え、前記現像剤保持体の表面に保持された請求項4に記載の静電荷像現像剤を用いて前記像保持体の表面に形成された前記静電荷像を現像してトナー像を形成する現像手段と、
前記像保持体の表面に形成された前記トナー像を被転写体の表面に転写する転写手段と、
前記被転写体の表面に転写された前記トナー像を前記被転写体に定着させる定着手段と、
を有する画像形成装置である。
前記現像剤保持体の表面の移動速度が、前記像保持体の表面の移動速度の1.5倍以上5.0倍以下である、請求項9に記載の画像形成装置である。
本実施形態に係る静電荷像現像用キャリア(以下、単に「キャリア」と称することがある。)は、芯材粒子と、前記芯材粒子の表面に付着し、ホウ酸及びホウ酸誘導体の少なくとも1種(以下、「ホウ酸等」と称する場合がある)に由来する架橋構造を有する樹脂(以下、「ホウ素架橋樹脂」と称する場合がある)と、を有する。
なお、前記高分子化合物中に含まれる2以上の官能基(前記ホウ酸等と反応する基)は、1つの分子中に含まれていてもよく、異なる分子に含まれていてもよい。すなわち、高分子化合物1分子の2箇所以上がホウ素原子を介して連結されていてもよく、異なる高分子化合物の分子がホウ素原子を介して連結されていてもよい。
具体的には、本実施形態のキャリアは、芯材粒子の表面にホウ素架橋樹脂が付着しているため、芯材粒子の表面に付着した樹脂が架橋構造を有しない場合に比べて、芯材粒子の表面に付着した樹脂の層(以下、「被覆層」と称する場合がある)の硬度が高い。そのため本実施形態では、キャリアの凝集が抑制されるとともに、現像装置内の撹拌による被覆層の剥離や摩耗が抑制されると考えられる。そして、被覆層の剥離や摩耗に起因して、キャリアの帯電付与力が低下し、帯電量の低いトナーが非画像部に飛散してカブリが発生することが抑制される。特に、例えばベタ画像形成後に文字画像を形成する場合のように、トナーを大量消費した後に供給されたトナーを即座に帯電させ、帯電量を確保する必要が生じた際に、非画像部を含む画像が形成された場合、非画像部において起こりやすい上記カブリが抑制される。なお、「被覆層」は、芯材粒子の表面の少なくとも一部を被覆した層であればよく、芯材粒子の表面が覆われていない(露出した)部分を有している形態を含む。
具体的には、本実施形態のキャリアは、被覆層がホウ素架橋樹脂を含有するため、加熱によりホウ素架橋構造が解離すると考えられる。そのため、ホウ素架橋樹脂以外の架橋樹脂を用いた場合に比べて、加熱による樹脂の硬度低下が大きく、被覆工程における樹脂の粘度が低くなるため、樹脂の粘度が高い場合に比べて被覆ムラが生じにくいと考えられる。よって、被覆ムラに起因してキャリアの帯電付与力のバラツキが生じ、トナーの帯電量分布の広がり、帯電量の低いトナーが非画像部に飛散することによるカブリが抑制されると推測される。
そして、現像剤保持体表面の移動速度が速くなるにつれて、現像装置内における現像剤の撹拌速度も速くなり、キャリアが受ける衝撃も大きくなると考えられる。しかし本実施形態では、上記の通り撹拌による被覆層の剥離や摩耗が抑制されため、現像剤保持体表面の移動速度が像保持体表面の移動速度よりも大きく、速度比が上記範囲であったとしても、カブリが抑制されると考えられる。
まず、ホウ素架橋樹脂について説明する。
ホウ素架橋樹脂は、上記の通り、ホウ酸等が、高分子化合物中に含まれる2以上の官能基(前記ホウ酸等と反応する基)と反応して、ホウ酸等による架橋構造が形成された樹脂である。
ホウ酸及びホウ酸誘導体としては、無置換のホウ酸のほか、ホウ酸誘導体として、例えば有機ホウ酸、ホウ酸塩、ホウ酸エステル等が挙げられる。
有機ホウ酸としては、例えば、n−ブチルホウ酸、2−メチルプロピルホウ酸、フェニルホウ酸、o−トリルホウ酸、p−トリルホウ酸、4−メトキシフェニルホウ酸等が挙げられる。
ホウ酸塩としては、無機ホウ酸塩及び有機ホウ酸塩が挙げられ、具体的には、例えば、四ホウ酸ナトリウム、ホウ酸アンモニウム等が挙げられる。
ホウ酸エステルとしては、例えば、トリメチルボレート、トリエチルボレート、トリn-プロピルボレート、トリイソプロピルボレート、トリn−ブチルボレート、トリt−ブチルボレート、トリフェニルボレート、ジイソプロピルボレート、ブチルジイソプロピルボレート、トリヘキシルボレート、トリ2−エチルヘキシルボレート、トリオクタデシルボレート、トリテトラデシルボレート、トリフェノキシボレート等が挙げられる。ホウ酸エステルは、環状構造を有していてもよく、環状構造を有するホウ酸エステルとしては、例えば、2,4,6−トリメトキシボロキシン、2,4,6−トリメチルボロキシン等が挙げられる。また、これらの化合物は無水物でも水和物でもよいが、無水物がより好ましい。そして、上記ホウ酸及びホウ酸誘導体の中でも特に、ホウ酸、トリメチルボレート、トリエチルボレート、トリイソプロピルボレートが好ましい。
上記ホウ酸等と反応してホウ素架橋樹脂を形成する高分子化合物としては、前記ホウ酸等と反応する基(以下、「ホウ酸反応基」と称する場合がある)を有する高分子化合物が挙げられる。そして、上記ホウ酸反応基としては、例えばOH基等が挙げられる。また、上記ホウ酸反応基を有する高分子化合物としては、例えば、上記ホウ酸反応基を有する単量体に由来する構造単位を含む高分子化合物が挙げられる。前記高分子化合物は、上記ホウ酸反応基を有する単量体に由来する構造単位の他に、その他の単量体に由来する構造単位を含んでもよい。すなわち前記高分子化合物は、上記ホウ酸反応基を有する単量体の単独重合体であってもよく、上記ホウ酸反応基を有する単量体とその他の単量体との共重合体であってもよい。
上記OH基を有する単量体としては、例えば、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシペンチル(メタ)アクリレート、フェノキシヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシフェニル(メタ)アクリレート、ヒドロキシベンジル(メタ)アクリレート、グリセロール(メタ)アクリレート、ジヒドロキシフェネチル(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンモノ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールモノ(メタ)アクリレート、2−(ヒドロキシフェニルカルボニルオキシ)エチル(メタ)アクリレート、カプロラクトン変性2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレート等が挙げられる。上記の中でも特に、グリセロールアクリレート、グリセロールメタクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレートが好ましい。
上記スチレン類の具体例としてはスチレン、メチルスチレン、ジメチルスチレン、トリメチルスチレン、エチルスチレン、プロピルスチレン、シクロヘキシルスチレン、クロロメチルスチレン、トリフルオロメチルスチレン、エトキシメチルスチレン、アセトキシメチルスチレン、メトキシスチレン、ジメトキシスチレン、クロロスチレン、ジクロロスチレン、ブロモスチレン、ヨードスチレン、フルオロスチレン、カルボキシスチレン等が挙げられる。
上記ホウ酸等と上記ホウ酸反応基を有する高分子化合物とを反応させてホウ素架橋樹脂を形成する方法としては、上記ホウ酸反応基を有する高分子化合物を加熱溶融する方法や、溶剤に溶解させる方法等が挙げられる。
上記溶剤としては、上記ホウ酸反応基を有する高分子化合物を溶解させるものであれば特に限定されないが、例えば上記ホウ酸反応基を有する高分子化合物を変質させない溶剤が挙げられ、具体的には、例えば、メチルエチルケトン、アセトン、テトラヒドロフラン等が挙げられる。上記溶媒の量としては、例えば、上記ホウ酸反応基を有する高分子化合物1gに対し、0.5g以上100g以下の範囲が挙げられる。また上記ホウ酸反応基を有する高分子化合物を溶解させるときの溶剤の温度としては、例えば10℃以上溶剤沸点−20℃以下の範囲が挙げられる。
また、上記高分子化合物のホウ酸反応基1モルに対する上記ホウ酸等の添加量としては、例えば、0.1モル以上1モル以下の範囲が挙げられ、0.3モル以上0.7モル以下の範囲であってもよい。
(ゲル分により測定する方法)
以上のようにして得られた樹脂が、上記ホウ素架橋樹脂である(すなわち、ホウ素原子が架橋構造の形成に寄与している)ことを確認する方法としては、例えば、以下のように、ホウ素架橋構造が酸によって解離する性質を利用し、ゲル分により測定する方法が挙げられる。
そして、取り出されたゲル分に酸処理を行う。具体的には、取り出されたゲル分1gを、酸として水10ml及び0.3mol/L硝酸1mlで構成された酸性溶液に投入して常温(25℃)で1時間攪拌、その後にゲル分を濾過等により分離して取り出して常温で乾燥して酸処理を行う。
ホウ素架橋構造を有するゲル分(%)={(B’−C’)×8}÷A’×100
A’ : 試料質量 [g]
B’ : トルエン可溶物+アルミ皿の質量 [g]
C’ : アルミ皿のみの質量 [g]
また、以上のようにして形成された被覆層が上記ホウ素架橋樹脂である(ことを確認する方法としては、上記方法の他に、例えば、以下のように1H−NMR測定により確認する方法が挙げられる。
グリセリンモノメタクリレートGLMの1H−NMRスペクトルと、グリセリンンモノメタクリレートとホウ酸トリメチルとの反応生成物の1H−NMRスペクトルと、を比較すると、下記のように、グリセリンンモノメタクリレートの2位のプロトンに起因するピークが3.94ppmから3.69ppmにシフトし、3位のプロトンに起因するピークが3.49ppmから3.24ppmにシフトする。この性質を利用して、例えば、原料であるホウ素反応基を有する単量体の1H−NMRスペクトルと、得られたトナー粒子の1H−NMRスペクトルと、の比較から、ホウ素架橋構造が形成されたか否かが確認される。
キャリアの被覆層は、上記の通り少なくともホウ素架橋樹脂を含有するが、必要に応じて、その他の樹脂、無機粒子等のその他の成分を含んでいてもよい。
その他の樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂;ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン等のポリビニル系又はポリビニリデン系樹脂;塩化ビニル・酢酸ビニル共重合体;スチレン・アクリル酸共重合体;オルガノシロキサン結合からなるストレートシリコーン樹脂又はその変性品;ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素樹脂;ポリエステル;ポリウレタン;ポリカーボネート;フェノール樹脂;尿素・ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂等のアミノ樹脂;エポキシ樹脂等が挙げられるが、これら以外の公知の樹脂を用いてもよい。
被覆層は、例えば良好な画像を得る目的や電気抵抗の調整の目的で、無機粒子を含有させてもよい。無機粒子の含有量としては、被覆層全体に対し、例えば3質量%以上30質量%以下の範囲が挙げられ、5質量%以上20質量%以下であってもよい。
無機粒子としては、例えば、金、銀、銅などの金属;カーボンブラック;酸化チタン、酸化亜鉛などの半導電性酸化物;酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、又はチタン酸カリウム粉末等の表面を、酸化スズ、カーボンブラック、又は金属等で覆ったもの;等が挙げられる。これらの中でも特に、導電性の高いカーボンブラック(例えば体積固有抵抗が下記範囲のカーボンブラック)が挙げられる。
無機粒子の体積固有抵抗としては、例えば、10−4Ω・cm以上109Ω・cm以下の範囲が挙げられる。
無機粒子の体積平均粒径としては、例えば、0.005μm以上0.5μm以下の範囲が挙げられる。
被覆層は、上記成分のほかに、その他の成分を含んでもよい。その他の成分としては、例えば、帯電制御剤、含窒素樹脂、その他の粒子等が挙げられる。
芯材粒子としては、特に限定されるものではなく、キャリアの芯材粒子として用いられる公知の粒子が利用される。具体的には、例えば、磁性粒子を芯材粒子として用いてもよいし、磁性粒子が樹脂中に分散された磁性粒子分散樹脂粒子を芯材粒子として用いてもよい。
磁性粒子に含まれる磁性材料としては、例えば、鉄、鋼、ニッケル、コバルト等の磁性金属;これらの磁性金属とマンガン、クロム、希土類等との合金;フェライト、マグネタイト等の磁性酸化物;等があげられる。
焼結温度は、従来の場合よりも低く抑えてもよく、具体的には、用いる材質によって異なるが、例えば500℃以上1200℃以下が挙げられ、600℃以上1000℃以下がより好適である。焼結温度を低く抑える方法としては、例えば、焼結工程において、仮焼結を段階的に行う方法が挙げられ、その場合、全体の焼結にかける時間は長くしてもよい。
また磁性粒子分散樹脂粒子に含まれる磁性粒子の体積平均粒径は、例えば、0.05μm以上5.0μm以下が挙げられ、0.1μm以上1.0μm以下であってもよい。なお、磁性粒子の体積平均粒径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置により測定される。
磁性粒子分散樹脂粒子に含まれる磁性粒子の作製方法としては、例えば、上記磁性材料の粉末粒子に機械的せん断力等を加える方法が挙げられ、必要に応じて表面改質剤としてカップリング剤も用いてもよい。
磁性粒子分散樹脂粒子には、目的に応じて、さらに、帯電制御剤やフッ素含有粒子等のその他の成分を含有させてもよい。
磁性粒子分散樹脂粒子の製造方法としては、例えば、バンバリーミキサーやニーダ等を用いる溶融混練法、懸濁重合法、噴霧乾燥法等が挙げられる。
上記芯材粒子の磁力の測定では、測定装置として振動試料型磁気測定装置VSMP10−15(東英工業社製)を用いる。測定試料は内径7mm、高さ5mmのセルに詰めて前記装置にセットする。測定は印加磁場を加え、最大3000エルステッドまで掃引する。ついで、印加磁場を減少させ、記録紙上にヒステリシスカーブを作製する。カーブのデータより、飽和磁化、残留磁化、保持力を求める。なお、上記芯材粒子の飽和磁化は、3000エルステッドの磁場において測定された磁化を示す。
上記芯材粒子の体積電気抵抗(Ω・cm)は以下のように測定する。なお、測定環境は、温度20℃、湿度50%RHとする。20cm2の電極板を配した円形の治具の表面に、測定対象物を1mm以上3mm以下の厚さになるように平坦に載せ、層を形成する。この上に前記20cm2の電極板を載せて層を挟み込む。測定対象物間の空隙をなくすため、層上に配置した電極板の上に4kgの荷重をかけてから層の厚み(cm)を測定する。層の上下の両電極には、エレクトロメーターおよび高圧電源発生装置に接続されている。両電極に電界が103.8V/cmとなるように高電圧を印加し、このとき流れた電流値(A)を読み取ることにより、測定対象物の体積電気抵抗(Ω・cm)を計算する。測定対象物の体積電気抵抗(Ω・cm)の計算式は、下記式に示す通りである。
・式: R=E×20/(I−I0)/L
上記式中、Rは測定対象物の体積電気抵抗(Ω・cm)、Eは印加電圧(V)、Iは電流値(A)、I0は印加電圧0Vにおける電流値(A)、Lは層の厚み(cm)をそれぞれ表す。また、20の係数は、電極板の面積(cm2)を表す。
芯材粒子の表面に被覆層を形成する方法としては、例えば、湿式塗布法及び乾式塗布法が挙げられる。
湿式塗布法としては、例えば、芯材粒子を被覆層形成用溶液中に浸漬する浸漬法、被覆層形成用溶液を芯材粒子の表面に噴霧するスプレー法、芯材粒子を流動空気で浮遊させながら被膜形成用溶液を噴霧する流動床法、ニーダーコーター中で芯材粒子と被膜形成用溶液を混合し、溶剤を除去するニーダーコーター法等が挙げられる。
乾式塗布法は、被覆層に無機粒子を含有させる場合、加熱や機械的シェアにより無機粒子が樹脂中に容易に分散することから、被覆層形成用溶液を用いる湿式コートにおける無機粒子を溶媒中に分散する工程が省略される。また溶媒を用いないため、被覆層を形成する樹脂の溶媒に対する溶解性についての制約もなくなり、例えば、溶媒に溶解しにくい樹脂を使用してもよい。また乾式塗布法においては、二種以上の樹脂が互いに溶け混じり合う状態が避けられるため、被覆層厚み方向に個別の機能をもたせてもよく、例えば、抵抗を制御する面と帯電を制御する面とを共存させることが容易となる。
・式(2)
鉄量率(atomic%)=AFe/(AC+AO+AFe)×100
・式(3)
被覆率(%)={1−(キャリアの鉄量率)/(芯材粒子単体の鉄量率)}×100
被覆層の平均膜厚(μm)は、芯材粒子の真比重をρ(無次元)、芯材粒子の体積平均粒子径をd(μm)、被覆層の平均比重をρC、芯材粒子1質量部に対する被覆層の全含有量をWC(質量部)とすると、下記式(4)で求められる。
・式(4)
平均膜厚(μm)=[キャリア1個当たりの被覆樹脂量(導電粉等の添加物もすべて含む)/キャリア1個当たりの表面積]÷被覆層の平均比重
=[4/3π・(d/2)3・ρ・WC]/[4π・(d/2)2]÷ρC
=(1/6)・(d・ρ・WC/ρC)
キャリアの個数平均粒子径としては、例えば、15μm以上50μm以下が挙げられ、20μm以上40μm以下であってもよい。キャリアの個数平均粒子径は、電子顕微鏡SEM写真からその一つ一つの粒子の最大径を測定し、この粒子の100個の粒径から平均値を求める。
・式(5) SF1=100π×(ML)2/(4×A)
ここで、上記式(5)中、MLはキャリア粒子の最大長、Aはキャリア粒子の投影面積である。なお、キャリア粒子の最大長と投影面積は、スライドガラス上にサンプリングしたキャリア粒子を光学顕微鏡により観察し、ビデオカメラを通じて画像解析装置(LUZEX III、NIRECO社製)に取り込んで、画像解析を行うことにより求めたものである。この際のサンプリング数は100個以上で、その平均値を用いて、式(5)に示す形状係数を求める。
上記飽和磁化の測定は、測定装置として振動試料型磁気測定装置VSMP10−15(東英工業社製)を用いる。測定試料は内径7mm、高さ5mmのセルに詰めて前記装置にセットする。測定は印加磁場を加え、最大1000エルステッドまで掃引する。ついで、印加磁場を減少させ、記録紙上にヒステリシスカーブを作製する。カーブのデータより、飽和磁化、残留磁化、保持力を求める。上記キャリアの飽和磁化は、1000エルステッドの磁場において測定された磁化を示す。
上記キャリアの体積電気抵抗は、芯材粒子の体積電気抵抗と同様にして測定を行う。
上記剥がれ率の測定は、混合装置或いは粉砕装置として用いられるサンプルミルにキャリアを30g投入し、攪拌回転数13000rpmで30秒間の攪拌を10回実施し、被覆層の剥がれ量をみることで行う。具体的には上記攪拌の後にキャリアを10g回収してガラスビーカーに投入し、磁石でキャリア粒子を拘束した状態でトリトン水溶液によってキャリアを洗浄し、洗浄後のキャリアを乾燥させて質量(A)を測定する。
一方、被覆層の質量は熱重量測定装置TGAにて500℃に加熱して質量減量(B)にて得られる。
剥がれ率(wt%)={(10−A)/B}×100
本実施形態の静電荷像現像剤(以下、「現像剤」と略す場合がある)は、トナーと、キャリアとを少なくとも含み、キャリアとして既述のキャリアが用いられるものである。
トナーとしては、特に制限はなく、公知のトナーが用いられる。トナーとしては、代表的には、例えば、結着樹脂と着色剤とを含む着色トナーが挙げられるが、着色剤の代わりに赤外線吸収剤を用いた赤外線吸収トナーなどを用いてもよい。また、これらの成分に加えて、必要に応じて離型剤や各種の内添剤、外添剤等のその他の成分を更に添加してもよい。また、かぶりに関しては結着樹脂の電気抵抗が高い方が好ましく、そのため含水量のなるべく低い樹脂や、結晶構造を有さないものが好ましい。
離型剤は例えば、次のものが挙げられる。パラフィンワックス及びその誘導体、モンタンワックス及びその誘導体、マイクロクリスタリンワックス及びその誘導体、フィッシャートロプシュワックス及びその誘導体、ポリオレフィンワックス及びその誘導体等である。誘導体とは、酸化物、ビニルモノマーとの重合体、グラフト変性物を含む。この他に、アルコール、脂肪酸、植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックス、エステルワックス、酸アミド等を利用してもよい。
疎水化処理剤の量としては、無機酸化物粒子の種類等により異なり一概に規定されないが、例えば、無機酸化物粒子100質量部に対して、5質量部以上50質量部以下の範囲が挙げられる。
また、トナーの体積平均粒子径としては、例えば、3.5μm以上9μm以下が挙げられる。
トナーの粒度分布および体積平均粒子径は、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)を用い、電解液としては、ISOTON−II(ベックマン−コールター社製)を使用して測定するが、測定された粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、体積について小径側から累積分布を描き、累積50%となる粒径を体積平均粒子径と定義する。
なお、トリクル現像方式などに利用される補給用現像剤として本実施形態の現像剤を利用する場合における、トナーとキャリアの混合質量比としては、トナー質量/キャリア質量が2以上であることが挙げられ、3以上であってもよく、5以上であってもよい。
次に、本実施形態に係る静電荷像現像用トナーを用いた本実施形態に係る画像形成装置について説明する。
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電された前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、現像剤保持体を備え、前記像保持体上に形成された前記静電荷像を前記現像剤保持体の表面に保持された本実施形態に係る静電荷像現像剤を用いて現像してトナー像を形成する現像手段と、前記像保持体の表面に形成された前記トナー像を被転写体上に転写する転写手段と、前記被転写体の表面に転写された前記トナー像を前記被転写体に定着する定着手段と、を有するものである。
現像剤保持体としては、例えば、回転しながら像保持体の表面にトナーを供給する筒状部材が挙げられる。
上記現像剤保持体表面の速度としては、例えば、400mm/s以上が挙げられ、450mm/s以上であってもよい。また現像剤保持体表面の速度としては、例えば1500mm/s以下が挙げられ、1200mm/s以下であってもよい。
現像剤収容容器に供給するための補給用現像剤におけるトナー・キャリア混合質量比としては、例えば、トナー質量/キャリア質量≧2の範囲が挙げられ、トナー質量/キャリア質量≧3であってもよく、トナー質量/キャリア質量≧5であってもよい。
また本実施形態の画像形成装置は、例えば前記現像手段を含む部分が、画像形成装置本体に対して脱着するカートリッジ構造(プロセスカートリッジ)であってもよい。
以下、本実施形態に係る画像形成装置の一例を示すが、これに限定されるわけではない。なお、図に示す主用部を説明し、その他はその説明を省略する。
また、各ユニット10Y、10M、10C、10Kの現像装置(現像手段)4Y、4M、4C、4Kのそれぞれには、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kに収められたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のトナーが供給される。
感光体1Yは、導電性(20℃における体積抵抗率:1×10−6Ωcm以下)の基体上に感光層を積層して形成されている。この感光層は、通常は高抵抗(一般の樹脂程度の抵抗)であるが、レーザ光線3Yが照射されると、レーザ光線が照射された部分の比抵抗が変化する性質を持っている。そこで、帯電した感光体1Yの表面に、図示しない制御部から送られてくるイエロー用の画像データに従って、露光装置3を介してレーザ光線3Yを出力する。レーザ光線3Yは、感光体1Yの表面の感光層に照射され、それにより、イエロー印字パターンの静電荷像が感光体1Yの表面に形成される。
このようにして感光体1Y上に形成された静電荷像は、感光体1Yの走行に従って予め定められた現像位置まで回転される。そして、この現像位置で、感光体1Y上の静電荷像が、現像装置4Yによって可視像(現像像)化される。
現像効率、画像粒状性、階調再現性等の観点から、直流成分に交流成分を重畳させたバイアス電位(現像バイアス)を現像剤保持体に付与してもよい。具体的には、現像剤保持体直流印加電圧Vdcを−300乃至−700Vとしたとき、現像剤保持体交流電圧ピーク幅Vp−pを0.5乃至2.0kVの範囲としてもよい。
イエローのトナー像が形成された感光体1Yは、引続き予め定められた速度で走行され、感光体1Y上に現像されたトナー像が予め定められた1次転写位置へ搬送される。
一方、感光体1Y上に残留したトナーはクリーニング装置6Yで除去されて回収される。
こうして、第1のユニット10Yにてイエロートナー像の転写された中間転写ベルト20は、第2乃至第4のユニット10M、10C、10Kを通して順次搬送され、各色のトナー像が重ねられて多重転写される。
なお、上記例示した画像形成装置は、中間転写ベルト20を介してトナー像を記録紙Pに転写する構成となっているが、この構成に限定されるものではなく、感光体から直接トナー像が記録紙に転写される構造であってもよい。
なお、本実施形態に係る画像形成装置において、現像装置にはトナーと本実施形態に係るキャリアとを含む現像剤が収容される。
図2は、本実施形態に係る静電荷像現像剤を収容するプロセスカートリッジの好適な一例の実施形態を示す概略構成図である。プロセスカートリッジ200は、現像剤保持体111Aを備えた現像装置111とともに、感光体107、帯電ローラ108、感光体クリーニング装置113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117を取り付けレール116を用いて組み合わせ、そして一体化したものである。なお、図2において符号300は被転写体を示す。
そして、このプロセスカートリッジ200は、転写装置112と、定着装置115と、図示しない他の構成部分とから構成される画像形成装置本体に対して着脱自在としたものであり、画像形成装置本体とともに画像形成装置を構成するものである。
なお、本実施形態に係る現像剤カートリッジは、トナー及びキャリアが混合された現像剤がそのまま収容されたカートリッジであってもよいし、トナーを単独で収容するカートリッジとキャリアを単独で収容するカートリッジとを含んで構成されたカートリッジであってもよい。
また像保持体として電子写真感光体を用いる場合、帯電手段としては、例えば、コロトロン帯電器、接触帯電器等が挙げられる。また転写手段においてコロトロン帯電器を用いてもよい。
本実施形態の画像形成方法は、上記の通り、像保持体の表面を帯電する帯電工程と、帯電された像保持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成工程と、現像剤保持体に保持された現像剤を用いて像保持体表面に形成された静電潜像を現像してトナー画像を形成する現像工程と、像保持体表面に形成されたトナー画像を被転写体表面に転写する転写工程と、被転写体表面に転写されたトナー画像を定着する定着工程と、を少なくとも有するものであり、現像剤として上記本実施形態の静電荷像現像用トナーを含む現像剤を用いる。
また現像工程において、例えば、像保持体表面と現像剤保持体表面との速度差(前記像保持体表面の回転速度:現像剤保持体表面の回転速度)が、1:1.5以上、1:5以下の範囲であってもよい。
下記成分を混合した溶液に、重合開始剤(和光純薬工業社製、商品名:V601)4質量部を投入した。その後、フラスコ内を窒素で充分置換してから攪拌しながらオイルバスで系内が70℃になるまで加熱し、5時間そのまま撹拌(重合)を継続した。その後、トリメチルボレートを74質量部投入し、さらに1時間攪拌を継続した。その後、反応液をメタノール中に滴下して未反応モノマーを除去し、さらに、40℃において16時間真空乾燥を行って樹脂1を得た。得られた樹脂1について、ホウ素架橋構造を有するゲル分の測定を行った結果を表1に示す。
スチレン 296質量部
グリセリンモノメタクリレート(日油株式会社製、商品名:ブレンマーGLM) 104質量部
トリメチルボレートを投入しない以外は、樹脂1と同様にして、樹脂2を合成した。得られた樹脂について、ホウ素架橋構造を有するゲル分の測定を行った結果を表1に示す。
スチレンの添加量を400質量部に変更し、グリセリンモノメタクリレートの添加量を0質量部に変更した以外は、樹脂1と同様にして、樹脂3を合成した。得られた樹脂について、ホウ素架橋構造を有するゲル分の測定を行った結果を表1に示す。
グリセリンモノメタクリレートの代わりに、グリセロールメタクリレートを104質量部用いた以外は、樹脂1と同様にして、樹脂4を合成した。得られた樹脂について、ホウ素架橋構造を有するゲル分の測定を行った結果を表1に示す。
トリメチルボレートの代わりに、トリエチルボレートを100質量部用いた以外は、樹脂1と同様にして、樹脂5を合成した。得られた樹脂について、ホウ素架橋構造を有するゲル分の測定を行った結果を表1に示す。
トリメチルボレートの代わりに、ジカテコールボレートのテトラメチルアンモニウム塩(ホウ素錯体)を74質量部用いた以外は、樹脂1と同様にして、樹脂6を得た。得られた樹脂について、ホウ素架橋構造を有するゲル分の測定を行った結果を表1に示す。
・樹脂1:2部
・スチレン・パーフルオロオクチルエチルメタクリレート共重合体(共重合比1:1、重量平均分子量:58000):0.5部
・カーボンブラック(キャボット社製、VXC72):0.12部
・トルエン:14部
上記成分とジルコニアビーズ(粒径:1mm、トルエンと同質量)とを関西ペイント社製サンドミルに投入し、回転速度1200rpmで30分間攪拌し被覆層形成液1を作製した。
被覆層形成液1の作製において、樹脂1を樹脂2から樹脂6にそれぞれ変更したこと以外、被覆層形成液1の作製と同様にして、被覆層形成液2から被覆層形成液6をそれぞれ作製した。
被覆層形成液1の作製において、樹脂1を2部から2.5部に変更したこと以外、被覆層形成液1の作製と同様にして、被覆層形成液7を作製した。
被覆層形成液1の作製において、スチレン・パーフルオロオクチルエチルメタクリレート共重合体をポリシクロヘキシルメタクリレート樹脂(綜研化学社製:重量平均分子量65000)に変更したこと以外、被覆層形成液1の作製と同様にして、被覆層形成液8を作製した。
被覆層形成液1の作製において、樹脂1をポリメタクリル酸メチル樹脂(重量平均分子量:75000、綜研化学社製)に変更したこと以外、被覆層形成液1の作製と同様にして、被覆層形成液9を作製した。なお、上記ポリメタクリル酸メチル樹脂は、架橋構造を有さず、後述するキャリアの作製過程(被覆工程)においても架橋構造は形成されない樹脂である。
被覆層形成液1の作製において、樹脂1を未架橋メラミン樹脂(DIC株式会社製、品番:スーパーベッカミンJ−820−60)に変更したこと以外、被覆層形成液1の作製と同様にして、被覆層形成液10を作製した。なお、上記未架橋メラミン樹脂は、架橋構造を有さない樹脂であるが、後述するキャリアの作製過程(被覆工程)において、湿式塗布法においては加熱乾燥することにより、また乾式塗布法においては加熱溶融することにより、架橋構造が形成される樹脂である。
真空脱気型5Lニーダーに磁性体粒子DFC350(芯材粒子、同和鉱業社製:Mn−Mgフェライト、表面の凹凸の平均間隔Sm:0.4μm)を100部入れ、更に被覆層形成液1を12部入れ、攪拌しながら、60℃にて−200mmHgまで減圧し20分混合した後、昇温及び減圧させ90℃及び−720mHgで30分間攪拌乾燥させ、被覆層を形成した芯材粒子を得た。更に、目開き75μメッシュの篩分網で篩分を行い、キャリア1を得た。キャリア被覆層の剥がれ率の値を上記方法により求めた結果を表2に示す。以下のキャリアについても同様に測定し、結果を表2に示す。
キャリア1の作製において、被覆層形成液1を被覆層形成液2から被覆層形成液10にそれぞれ変更したこと以外、キャリア1の作製と同様にして、キャリア2からキャリア10をそれぞれ作製した。
樹脂1と、スチレン・パーフルオロオクチルエチルメタクリレート共重合体(共重合比1:1、重量平均分子量:58000)と、をそれぞれジェットミルで粉砕して、それぞれ体積平均粒子径5μm、3.5μmの樹脂粒子を得た。
得られたキャリア11をSEM(走査型電子顕微鏡)で観察したところ、被覆層がムラ無く形成されていることが分かった。
樹脂5をジェットミルで粉砕して、体積平均粒子径4μmの樹脂粒子を得た。
キャリア11の作製において、樹脂1の樹脂粒子の代わりに、上記樹脂2の樹脂粒子を用いた以外、キャリア11の作製と同様にして、キャリア12を作製した。
得られたキャリア12をSEM(走査型電子顕微鏡)で観察したところ、被覆層がムラ無く形成されていることが分かった。
キャリア11の作製において、樹脂1の樹脂粒子の代わりに、メラミン架橋樹脂粒子(、日本触媒社製、品番:エポスターS)を用いた以外、キャリア11の作製と同様にして、キャリア13を作製した。
得られたキャリア13をSEM(走査型電子顕微鏡)で観察したところ、被覆層に大きなムラがあることが分かった。
−結晶性ポリエステル樹脂の重合−
加熱乾燥した三口フラスコに、デカンジカルボン酸100mol%と、ノナンジオール100mol%とで構成されるモノマー成分100質量%と、ジブチル錫オキサイド0.3質量%とを入れた後、減圧操作により容器内の空気を窒素ガスにより不活性雰囲気下とし、機械攪拌にて180℃で5時間攪拌・還流を行った。
その後、減圧下にて230℃まで徐々に昇温を行い2時間攪拌し、粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させ、結晶性ポリエステル樹脂を重合した。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる分子量測定(ポリスチレン換算)を行ったところ、得られた結晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)は23300で数平均分子量(Mn)は7300であった。
また、結晶性ポリエステル樹脂の融点(Tm)を、前述の測定方法により、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定したところ、明確な吸熱ピークを示し、吸熱ピーク温度は72.2℃であった。
次いで、得られた結晶性ポリエステル樹脂を用い、下記組成の樹脂粒子分散液を調整した。
・結晶性ポリエステル樹脂:90部
・イオン性界面活性剤(ネオゲンRK、第一工業製薬):1.8部
・イオン交換水:210部
以上の成分を100℃に加熱して、IKA製ウルトラタラックスT50にて分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで110℃に加温して分散処理を1時間行い、平均粒径230nm,固形分量30質量%の結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液を得た。
・ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物:30mol%
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物: 70mol%
・テレフタル酸:45mol%
・フマル酸 :40mol%
・ドデセニルコハク酸:15mol%
攪拌装置、窒素導入管、温度センサー、精留塔を備えた内容量5リットルのフラスコに上記のモノマーを仕込み、1時間を要して温度を190℃まで上げ、反応系内が攪拌されていることを確認した後、仕込みモノマー100質量%に対しジステアリン酸スズの0.8質量%を投入した。
さらに生成する水を留去しながら同温度から6時間を要して240℃まで温度を上げ、240℃でさらに3時間脱水縮合反応を継続し、ガラス転移温度が57℃、酸価14.6mgKOH/g、重量平均分子量が20000、数平均分子量6500の非晶性ポリエステル樹脂を得た。
・非晶性ポリエステル樹脂:100部
・酢酸エチル:50部
・イソプロピルアルコール:15部
5Lのセパラブルフラスコに酢酸エチル及びイソプロピルアルコールを投入し、その後上記樹脂を徐々に投入して、スリーワンモーターで攪拌を施し、溶解させて油相を得た。この攪拌されている油相に10質量%アンモニア水溶液を合計で3質量部となるようにスポイトで徐々に滴下し、更にイオン交換水230質量部を10ml/minの速度で徐々に滴下して転相乳化させ、更にエバポレータで減圧しながら脱溶剤を実施し、非晶性ポリエステル樹脂を含む非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液を得た。この分散液中に分散する樹脂粒子の体積平均粒径は150nmであった。なお、分散液の樹脂粒子濃度はイオン交換水で調整して30質量%とした。
・シアン顔料:銅フタロシアニンB15:3(大日精化):50部
・アニオン性界面活性剤:ネオゲンSC(第一工業製薬):5部
・イオン交換水:200部
上記成分を混合し、ホモジナイザー(IKAウルトラタラックス)により10分間分散した後に、アルティマイザー(対抗衝突型湿式粉砕機:杉野マシン製)を用い圧力245Mpaで15分間分散処理を行い、着色剤粒子の中心粒径が182nmで固形分量が20.0質量%の着色剤分散液を得た。
・パラフィンワックス:HNP−9(日本精鑞):20部
・アニオン性界面活性剤:ネオゲンSC(第一工業製薬):1部
・イオン交換水:80部
上記を耐熱容器中で混合し、90℃に昇温して30分、攪拌を行った。次いで、容器底部より溶融液をゴーリンホモジナイザーへと流通し、5MPaの圧力条件のもと、3パス相当の循環運転を行った後、圧力を35MPaに昇圧し、更に3パス相当の循環運転を行った。こうして出来た乳化液を前記耐熱溶液中で40℃以下になるまで冷却し、中心粒径が182nmで固形分量が20.0質量%離型剤分散液を得た。
・非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液:170部
・着色剤分散液:30部
・離型剤分散液:40部
以上の成分を丸型ステンレス製フラスコ中においてウルトラタラックスT50で混合・分散した。次いで、これにポリ塩化アルミニウム0.20質量部を加え、ウルトラタラックスで分散操作を継続した。加熱用オイルバスでフラスコを攪拌しながら45℃まで加熱した。45℃で60分保持した後、ここに非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液60部を追加した。
その後、0.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液でフラスコ内の溶液のpHを8.0にした後、ステンレス製フラスコを密閉し、磁力シールを用いて攪拌を継続しながら90℃まで加熱し、3時間保持した。
これを更に5回繰り返し、濾液のpHが7.5、電気伝導度7.0μS/cmtとなったところで、ヌッチェ式吸引濾過によりNo5Aろ紙を用いて固液分離を行った。次いで真空乾燥を12時間継続して、結晶性ポリエステル樹脂と非晶性ポリエステル樹脂等を含むコア層と、このコア層を被覆する非晶性ポリエステル樹脂を含むシェル層とを有するコアシェル構造を有するトナー粒子1を得た。
更に、このトナー粒子1に、ヘキサメチルジシラザン(以下、「HMDS」と略す場合がある)で表面疎水化処理した一次粒子平均粒径40nmのシリカ(SiO2)粒子と、メタチタン酸とイソブチルトリメトキシシランの反応生成物である一次粒子平均粒径20nmのメタチタン酸化合物粒子とを、それぞれの着色粒子の表面に対する被覆率が40%となるように添加し、ヘンシェルミキサーで混合し、トナー1を作製した。
結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液の代わりに、非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液を用いた以外は、トナー1と同様にして、トナー2を作製した。
得られたトナー2と、得られたキャリア1からキャリア13のそれぞれとを、現像剤全体に対するトナー2の含有量が8質量%になるように混合し、現像剤1から現像剤13を作製した。
得られたトナー1と、得られたキャリア12とを、現像剤全体に対するトナー1の含有量が8質量%になるように混合し、現像剤14を作製した。
富士ゼロックス製DocuCenterColor400(改造機:感光体(像保持体)表面に対して現像剤保持体の速度を可変とし、また出力前の現像器から回しを行わないようにしたもの)に得られた現像剤を仕込み、32℃、92%RHの環境に移動し、8時間放置した。その後、画像先端から10cmまでトナー載り量0.6g/m2のソリッド画像を用意しA4C2紙(富士ゼロックス社製)で10枚の出力を行った。この10枚目を基準画像とした。
また感光体表面の速度及び現像剤保持体表面の速度は次のようにして求めた。感光体の直径L(cm)、感光体の回転数R(回転/分)、現像剤保持体の直径l(cm)、現像剤保持体の回転数r(回転/分)から、感光体表面の速度はL×R(cm/分)、現像剤保持体の速度はl×r(cm/分)である。
−評価画像の下部のカブリ−
評価画像の後端(用紙搬送方向下流側の端部)から1cmの部分のカブリを、目視及びルーペ(×20)で確認した。
◎−目視でも、ルーペでもカブリは確認されない。
○−目視では確認されないが、ルーペでは僅かに確認される。
△−目視で僅かに確認されるが、許容される範囲である。
×−目視で明らかに確認される。
なお、△以上を可とした。結果を表2に示す。
画像濃度計(X−Rite404A:X−Rite社製)を用いて基準画像及び評価画像のソリッド部(画像部)における画像濃度を測定した。基準画像の画像濃度を100%とし、これに対する評価画像の画像濃度を%で示した。100%に近いものほど良く、目標は85%以上110%未満とし、85%未満、110%以上を問題ありとした。結果を表2に示す。
現像剤4を用い、感光体表面に対する現像剤保持体の速度比を、それぞれ1:1.4、1:1.5、1:4、1:5、1:5.1に変更し、上記評価1と同様の評価(カブリの評価及び画像濃度の評価)を実施した。結果を表3に示す。
2Y、2M、2C、2K、108 帯電ローラ(帯電手段)
3Y、3M、3C、3K レーザ光線
3 露光装置(静電潜像形成手段)
4Y、4M、4C、4K、111 現像装置(現像手段)
5Y、5M、5C、5K 1次転写ローラ
6Y、6M、6C、6K、113 感光体クリーニング装置
8Y、8M、8C、8K トナーカートリッジ
10Y、10M、10C、10K ユニット
20 中間転写ベルト
22 駆動ローラ
24 支持ローラ
26 2次転写ローラ
28、115 定着装置(定着手段)
30 中間転写体クリーニング装置
111A 現像剤保持体
112 転写装置(転写手段)
116 取り付けレール
117 除電露光のための開口部
118 露光のための開口部
200 プロセスカートリッジ、
P、300 記録紙(被転写体)
Claims (10)
- 芯材粒子と、前記芯材粒子の表面に付着し、ホウ酸及びホウ酸誘導体の少なくとも1種に由来する架橋構造を有する樹脂と、を有する静電荷像現像用キャリア。
- 前記架橋構造は、ホウ酸及びホウ酸誘導体の少なくとも1種と前記ホウ酸及びホウ酸誘導体の少なくとも1種に反応するアクリル系樹脂とに由来する架橋構造である、請求項1に記載の静電荷像現像用キャリア。
- 前記芯材粒子と前記樹脂との混合物を気相中で加熱し、前記芯材粒子の表面に前記樹脂を付着させる工程を経て得られた、請求項1又は請求項2に記載の静電荷像現像用キャリア。
- トナーと、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の静電荷像現像用キャリアと、を含む静電荷像現像剤。
- 像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
帯電された前記像保持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、
現像剤保持体に保持された請求項4に記載の静電荷像現像剤を用いて前記像保持体の表面に形成された前記静電潜像を現像してトナー像を形成する現像工程と、
前記像保持体の表面に形成された前記トナー像を被転写体の表面に転写する転写工程と、
前記被転写体の表面に転写された前記トナー像を前記被転写体に定着させる定着工程と、
を有する画像形成方法。 - 前記現像工程において、前記現像剤保持体の表面の移動速度が、前記像保持体の表面の移動速度の1.5倍以上5.0倍以下である、請求項5に記載の画像形成方法。
- 請求項4に記載の静電荷像現像剤が収容された現像剤カートリッジ。
- 請求項4に記載の静電荷像現像剤が収容された現像手段を備えたプロセスカートリッジ。
- 像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電された前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
現像剤保持体を備え、前記現像剤保持体の表面に保持された請求項4に記載の静電荷像現像剤を用いて前記像保持体の表面に形成された前記静電荷像を現像してトナー像を形成する現像手段と、
前記像保持体の表面に形成された前記トナー像を被転写体の表面に転写する転写手段と、
前記被転写体の表面に転写された前記トナー像を前記被転写体に定着させる定着手段と、
を有する画像形成装置。 - 前記現像剤保持体の表面の移動速度が、前記像保持体の表面の移動速度の1.5倍以上5.0倍以下である、請求項9に記載の画像形成装置。
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