JP5617465B2 - 静電潜像現像剤用キャリア、二成分現像剤、現像剤入り容器、画像形成方法及びプロセスカートリッジ - Google Patents

静電潜像現像剤用キャリア、二成分現像剤、現像剤入り容器、画像形成方法及びプロセスカートリッジ Download PDF

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Description

本発明は、電子写真、静電記録、静電印刷などにおける静電荷像現像に用いる静電荷像現像剤用キャリアに関し、詳しくは、静電荷像現像剤用キャリア及びこの静電荷像現像剤用キャリアとトナーとからなる二成分現像剤、この二成分現像剤が充填された容器、この二成分現像剤を用いる画像形成方法及びプロセスカートリッジに関するものである。
電子写真方式による画像形成では、光導電性物質等の像担持体上に静電荷による潜像を形成し、この静電潜像に対して、帯電したトナー粒子を付着させて可視像を形成した後、該トナー像を紙等の記録媒体に転写し、定着して出力画像とする。近年、電子写真方式を用いた複写機やプリンターの技術は、モノクロからフルカラーへの展開が急速になりつつあり、フルカラーの市場は拡大する傾向にある。
フルカラー電子写真法によるカラー画像形成は一般に3原色であるイエロー、マゼンタ、シアンの3色のカラートナー又はそれに黒色を加えた4色のカラートナーを積層させて全ての色の再現を行なうものである。従って、色再現性に優れ、鮮明なフルカラー画像を得るためには、定着されたトナー画像表面をある程度平滑にして光散乱を減少させる必要がある。このような理由から従来のフルカラー複写機等の画像光沢は10〜50%の中〜高光沢のものが多かった。
一般に、乾式のトナー像を記録媒体に定着する方法としては、平滑な表面を持ったローラーやベルト等の加熱定着部材を加熱し、記録媒体をトナーと圧着する接触加熱定着方法が多用されている。この方法は熱効率が高く高速定着が可能であり、カラートナーに光沢や透明性を与えることが可能であるという利点がある反面、加熱定着部材表面と溶融状態のトナーとを加圧下で接触させた後剥離するために、トナー像の一部が加熱定着部材表面に付着して次に搬送されてくる別の画像上に転移する、いわゆるオフセット現象が生じることがある。
このオフセット現象を防止することを目的として、離型性に優れたシリコーンゴムやフッ素樹脂で加熱定着部材の表面を形成し、さらにその加熱定着部材表面にシリコーンオイル等の離型オイルを塗布する方法が一般に採用されていた。しかしこの方法は、トナーのオフセットを防止する点では極めて有効であるが、離型オイルを供給するための装置が必要であり、定着装置が大型化しマシンの小型化に不向きである。このためモノクロトナーでは、溶融したトナーが内部破断しないように結着樹脂の分子量分布の調整等でトナーの溶融時の粘弾性を高め、さらにトナー中にワックス等の離型剤を含有させることにより、加熱定着部材表面に離型オイルを塗布しない(オイルレス化)、或いはオイル塗布量をごく微量とする方法が採用される傾向にある。
また、カラートナーにおいてもモノクロ同様マシンの小型化、構成の簡素化の目的でオイルレス化の傾向が見られている。しかし、前述したようにカラートナーでは色再現性を向上させるために定着画像の表面を平滑にする必要があるため溶融時の粘弾性を低下させねばならず、光沢のないモノクロトナーよりオフセットし易く、定着装置のオイルレス化や微量塗布化がより困難となる。また、トナー中に離型剤を含有させると、トナーの付着性が弱まり転写紙への転写性が低下し、さらにトナー中の離型剤がキャリア等の摩擦帯電部材を汚染し帯電性を低下させることにより耐久性が低下するという問題を生じる。
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フィルミング防止、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、帯電極性の制御または帯電量の調節等の目的で、通常適当な樹脂材料で芯材粒子の周囲に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なわれている。
例えば、特定の樹脂材料で被覆されたもの(例えば、特許文献1参照)、更にその被覆層に種々の添加剤を添加するもの(例えば、特許文献2〜8参照)、更にキャリア表面に添加剤を付着させたものを用いるもの(例えば、特許文献9参照)、更にコート膜厚よりも大きい導電性粒子をコート膜に含有させたものを用いるもの(例えば、特許文献10参照)などがある。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被覆材に用いることが記載され、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被覆材として用いることが記載されている。
また、低表面エネルギーの樹脂を被覆したキャリアも知られている。例えば、常温硬化型シリコーン樹脂と正帯電性窒素樹脂で被覆したキャリア(例えば、特許文献13参照)、変性シリコーン樹脂を少なくとも1種含有した被覆材をコートしたキャリア(例えば、特許文献14参照)、常温硬化型シリコーン樹脂およびスチレン・アクリル樹脂を含有した樹脂被覆層を有するキャリア(例えば、特許文献15参照)、核粒子表面を2層以上のシリコーン樹脂でコートし、層間に接着性がないようにしたキャリア(例えば、特許文献16参照)、核粒子表面にシリコーン樹脂を多層塗布したキャリア(例えば、特許文献17参照)、炭化ケイ素を含有するシリコーン樹脂で表面を被覆したキャリア(例えば、特許文献18参照)、20dyn/cm以下の臨界表面張力を示す材料で被覆した正帯電性キャリア(例えば、特許文献19参照)、フッ素アルキルアクリレートを含有する被覆材でコートしたキャリア(例えば、特許文献20参照)などである。
また、縮合反応性のシラノール基又はその前駆体(例えばハロシリル基、アルコキシシリル基等の加水分解性基等)を有するシロキサン系材料を含む塗工液を、チタン系触媒を用いてポリシロキサン材料に縮合させてなる被覆層をキャリア芯材粒子表面に設けることは従来公知である。
例えば、特許文献21には、有機チタン系触媒を含有するシリコーン系樹脂を芯材粒子の周囲に被覆してなるものが開示されており、チタン系触媒の例としてジイソプロポキシビス(アセチルアセトンネート)、テトライソプロポキシチタン、イソプロポキシ(2−エチルヘキサンジオラト)チタン、ビス(アクリロイルオキシ)イソプロポキシイソステアロイルオキシチタン、ビス(2,4−ペンタンジオナト)(1,3−プロパンジオナト)チタン等が羅列されている。
また、特許文献22には、オルガノポリシロキサンと、オルガノシランと、硬化触媒(チタン、錫、亜鉛、コバルト、鉄、アルミニウム系化合物、アミン類等)とからなる被覆性組成物を主成分とするコーティング剤を、芯材粒子の表面に被覆してなるものが開示されている。
さらに、特許文献23には、芯材粒子の表面が、4級アンモニウム塩触媒、アルミニウム触媒又はチタン触媒(具体的には前記ジイソプロポキシビス(アセチルアセトンネート))を含有するシリコーン樹脂又は変性シリコーン樹脂で被覆されているものが開示されている。
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る。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、ならびに被覆樹脂の膜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であるため、改良をする必要がある。
更に、より速く、より美しくという要望は高まる一方で、近年のマシンの高速化は著しい。これに伴い、現像剤が受けるストレスも飛躍的に増大しており、従来高寿命とされたキャリアにおいても充分な寿命が得られなくなってきている。また従来より、キャリアの抵抗調整剤としてカーボンブラックを多く用いてきているが、膜削れ或は/及びカーボンブラックの脱離に起因するカーボンブラックのカラー画像中への移行による色汚れが懸念され、その対策としてこれまで様々な方法が提案されその効果を発揮してきた。
例えば、導電性材料(カーボンブラック)を芯材表面に存在させ、樹脂被覆層中には導電性材料を存在させないキャリアが特許文献24により提案されている。また、被覆樹脂層がその厚み方向にカーボンブラックの濃度勾配を持ち、該被覆樹脂層は表面に向かう程カーボンブラック濃度が低くなり、しかも該被覆層の表面にはカーボンブラックが存在しないキャリアが特許文献25により提案されている。また、芯材粒子表面に導電性カーボンを含有した内部被覆樹脂層を設け、更にその上に白色系導電性材料を含有した表面被覆樹脂層を設けてなる二層コート型キャリアが、特許文献26により提案されている。しかし、近年の高ストレス化には対応できず、色汚れが問題となってきており改善の必要がある。
そして、色汚れの抜本的な対策としては、色汚れの原因となっているカーボンブラックを排除することが何より一番効果があることは明白である。しかし、単にカーボンブラックを抜いた場合、先にも記したとおり、カーボンブラックはその電気抵抗が低いという性質を持つことから、キャリアの抵抗が上がってしまうことになる。一般的に抵抗が高いキャリアを現像剤として用いた場合、コピー画像の大面積の画像面では、中央部の画像濃度が非常に薄く、端部のみが濃く表現される、いわゆるエッジ効果の鋭く利いた画像となる。また、画像が文字や細線の場合は、このエッジ効果のため鮮明な画像となるが、画像が中間調の場合には、非常に再現性の悪い画像となる欠点を有する。
一般的に、カーボンブラック以外の抵抗調整剤としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛などが知られているが、抵抗を下げるという効果としてはカーボンブラックに代わるに充分な効果は得られず、問題の解決に至っておらず、改善の必要がある。
アンチモンをドープした酸化物による抵抗調整を行ったキャリアが特許文献27に開示されているが、アンチモンは人及び環境への安全性の面より使用に問題があり、またアンチモンを含有する酸化スズ粉末は色調が青みを帯びる為、トナー色を損なうと言うカーボンブラックと同様の問題がある。
また、特許文献28には二酸化スズと酸化インジウムとからなる導電性フィラーを用いた抵抗調整技術が開示されているが、抵抗調整可能範囲の面、耐久性の面、コスト的な面、またレアメタルであるインジウムの永続的使用可能性等の面より実用性に改良の余地、また、問題点があり、より抵抗制御範囲が広く、色汚れの無い、埋蔵量の豊富な導電性粒子が求められる。
本発明の目的は、抵抗制御幅が広く、トナー成分のキャリア付着の発生が無く、エッジ効果が抑えられ、文字部などの細線の再現性が良く、色汚れの無い高精細な画像が得られる二成分現像剤における静電潜像現像剤用キャリアを提供することである。本発明の他の目的は、前記静電潜像現像剤用キャリアとトナーとからなる二成分現像剤、及び現像剤入り容器、画像形成方法、プロセスカートリッジを提供することである。
本発明の課題は、下記(1)〜(16)によって達成される。
(1):芯材粒子と、該芯材粒子表面を被覆してなる被覆層と、を有し、該被覆層は、少なくとも下記構造式1で表されるモノマー成分と下記構造式2で表されるモノマー成分とを含む共重合体を加熱処理して得られた樹脂、及び導電性微粒子を含有してなり、前記被覆層の平均膜厚hと、前記導電性微粒子の分散粒径Dと、の比D/hは、0.001以上5以下であることを特徴とする静電潜像現像用キャリアである。
Figure 0005617465
Figure 0005617465
(式中において、R、m、R、R、X、及びYは以下に該当するものを示す。)
:水素原子、またはメチル基
m:1〜8の整数
:炭素数1〜4のアルキル基
:炭素数1〜8のアルキル基、または炭素数1〜4のアルコキシ基
X:10〜90モル%
Y:10〜90モル%
(2):前記共重合体は、下記構造式3で表される共重合体を含むことを特徴とする上記(1)に記載の静電潜像現像剤用キャリアである。
Figure 0005617465
(式中において、R、m、R、R、X、Y、及びZは以下に該当するものを示す。)
:水素原子、またはメチル基
m:1〜8の整数
:炭素数1〜4のアルキル基
:炭素数1〜8のアルキル基、または炭素数1〜4のアルコキシ基
X:10〜40モル%
Y:10〜40モル%
Z:30〜80モル%
60モル%<Y+Z<90モル%
(3):前記導電性微粒子は、アルミ、ケイ素、スズ、バリウム及びチタンから選ばれるいずれか1または2以上の酸化物を含むことを特徴とする上記(1)または(2)に記載の静電潜像現像用キャリアである。
(4):前記酸化スズ微粒子は、アンチモン及びインジウムが少なくとも熱分析による検出限界以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリア。
(5):前記導電性微粒子は、表面に炭素を有する酸化スズ微粒子であることを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載の静電潜像現像用キャリアである。
(6):前記導電性微粒子は、分散粒径D1である大粒径導電性微粒子A1と、分散粒径D2である小粒径導電性微粒子A2と、を含み、D1>1.5×D2を満たすことを特徴とする上記(1)〜(5)のいずれかに記載の静電潜像現像用キャリアである。
(7):前記被覆層の平均膜厚hと、前記分散粒径D1である大粒径導電性微粒子A1との比D1/hは、0.1以上5以下であり、前記被覆層の平均膜厚hと、前記分散粒径D2である小粒径導電性微粒子A2との比D2/hは、0.001以上0.1以下であることを特徴とする上記(6)に記載の静電潜像現像用キャリアである。
(8):前記被覆層は前記芯材粒子表面に被覆された後、加熱処理して得られたものであることを特徴とする(1)〜(7)のいずれかに記載の静電潜像現像用キャリアである。
(9):前記加熱処理時の熱処理温度が100〜350℃であることを特徴とする上記(8)に記載の静電潜像現像剤用キャリアである。
(10):重量平均粒子径が、20μm以上65μm以下であることを特徴とする(1)〜(9)のいずれかに記載の静電潜像現像用キャリアである。
(11):1kOeの磁場における磁化が、40Am/kg以上90Am/kg以下であることを特徴とする上記(1)〜(10)のいずれかに記載の静電潜像現像用キャリアである。
(12):上記(1)〜(11)のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリアと、トナーとを含有することを特徴とする二成分現像剤である。
(13):前記トナーは、カラートナーであることを特徴とする上記(12)に記載の二成分現像剤である。
(14):上記(12)又は(13)に記載の二成分現像剤を収納したことを特徴とする現像剤入り容器である。
(15):上記(1)〜(11)のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリアと、トナーとを含有し、前記静電潜像現像剤用キャリア1重量部に対して前記トナーを2〜50重量部含有することを特徴とする補給用現像剤である。
(16):少なくとも、静電潜像担持体表面を帯電させる帯電工程と、該帯電された静電潜像担持体上に形成した静電潜像を上記(12)又は(13)に記載の現像剤を用いて現像し可視像とする現像工程と、該静電潜像担持体上に形成された可視像を記録媒体に転写する転写工程と、該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含むことを特徴とする画像形成方法である。
(17):少なくとも、静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に形成された静電潜像を上記(12)又は(13)に記載の現像剤を用いて現像し可視像とする現像手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジである。
本発明の静電潜像現像剤用キャリアは、抵抗制御幅が広い為に、キャリア付着の発生が無く、エッジ効果を抑えた、文字部などの細線の再現性が良い色汚れの無い高精細な画像が得られる。更に、帯電量及び、抵抗の変化が少ないので、トナーチリ、画像濃度ムラ等の不具合に対して効果を発揮し、長期に亘り良好な画像を維持することができる。更にアンチモンを含有しない為人及び環境への安全性に良好であるという優れた効果を奏するものである。
本発明の電子写真現像剤用キャリアの体積抵抗率の測定に用いる装置の構成を示す概略斜視図である。 本発明の現像剤を使用するプロセスカートリッジを搭載した画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 本発明の画像形成装置に備えられる現像装置とその周辺の構造を示す概略断面図である。 本発明で使用される現像剤補給装置200の概略構成図である。 (a):現像剤補給器220に設けられるノズル240の概略構成を示す外観図である。(b):その軸方向断面図である。(c):前記(b)中符号A−Aの断面図である。 スクリューポンプ223の概略構成を示す断面図である。 現像剤収容部材231に現像剤を充填した状態の斜視図である。 現像剤収容部材231内部の現像剤が排出されて減容した(しぼんだ)状態を示す正面図である。
以下に、本発明について更に具体的に詳しく説明する。
本発明の電子写真現像剤用キャリアは、後述のモノマーA成分及びモノマーB成分あるいはさらにモノマーC成分をラジカル共重合して得られるアクリル系共重合体を加水分解し、シラノール基を生成し、縮合することにより架橋、被覆した後、加熱処理して得られる静電潜像現像用キャリアである。
〔キャリア芯材〕
キャリアの芯材粒子としては、特に制限はなく、電子写真用二成分キャリア粒子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影響を配慮し、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フェライト等を用いることが好適である。具体的には、MFL−35S、MFL−35HS(パウダーテック社製)、DFC−400M、DFC−410M、SM−350NV(DOWAエレクトロニクス社製)が好適な例として挙げられる。
キャリア芯材の重量平均粒子径は20〜65μm、より好ましくは40〜65μmである。65μmより大きいと、ベタ均一性が悪く、また初期のトナーとキャリアを混合時、すみやかにQ/Mが立ち上がりにくいといった傾向がみられる。逆に、20μm未満であると、被覆層の形成時に造粒し易く、塊状のキャリアが出来てしまい、製造時のトラブルが生じたり、また現像スリーブからキャリア飛散が著しくなるといった傾向がみられる。
なお、キャリア芯材の重量平均粒子径は、マイクロトラック粒度分析計(日機装社製)のSRAタイプを用いて測定することができる。
〔被覆層〕
芯材粒子表面を被覆する樹脂について説明する。
芯材粒子表面を被覆する樹脂は、下記構造式1で表されるA部分(及びそのためのモノマーA成分;以下同じ)、と下記構造式2で表されるB部分(及びそのためのモノマーB成分;以下同じ)とを含み、ラジカル共重合して得られるアクリル系共重合体を被覆した後、加熱処理して得られる樹脂である。
A部分(及びそのためのモノマーA成分):
Figure 0005617465

前式中、
:水素原子、またはメチル基
m:1〜8の整数
:炭素数1〜4のアルキル基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、及びブチル基のいずれか
A部分(及びモノマーA成分)において、X=10〜90モル%であり、好ましくは10〜40モル%であり、より好ましくは、20〜30モル%である。
A部分(モノマーA成分)は、側鎖にメチル基が多数存在する原子団・トリス(トリメチルシロキシ)シランを有しており、樹脂全体に対してA部分(モノマーA成分)の比率が高くなると表面エネルギーが小さくなり、トナーの樹脂成分、ワックス成分などの付着が少なくなる。A部分(モノマーA成分)が10モル%未満だと十分な効果が得られず、トナー成分の付着が急増する。また、90モル%より多くなると、B部分(モノマーB成分)、強靭性が不足すると共に、芯材と樹脂層(被覆層)の接着性が低下し、キャリア被膜の耐久性が悪くなる。
は炭素数1〜4のアルキル基であり、このようなA部分を生じるモノマーA成分としては、次式で示されるトリス(トリアルキルシロキシ)シラン化合物が例示される。
下式中、Meはメチル基、Etはエチル基、Prはプロピル基である。
CH=CMe−COO−C−Si(OSiMe
CH=CH−COO−C−Si(OSiMe
CH=CMe−COO−C−Si(OSiMe
CH=CMe−COO−C−Si(OSiEt
CH=CH−COO−C−Si(OSiEt
CH=CMe−COO−C−Si(OSiEt
CH=CMe−COO−C−Si(OSiPr
CH=CH−COO−C−Si(OSiPr
CH=CMe−COO−C−Si(OSiPr
A部分のためのモノマー成分Aの製造方法は特に限定されないが、トリス(トリアルキルシロキシ)シランを白金触媒の存在下にアリルアクリレートまたはアリルメタクリレートと反応させる方法や、特開平11−217389号公報に記載されている、カルボン酸と酸触媒の存在下で、メタクリロキシアルキルトリアルコキシシランとヘキサアルキルジシロキサンとを反応させる方法などにより得られる。
B部分(及びモノマーB成分/前駆体モノマーB):(架橋成分)
Figure 0005617465

前式中、
:水素原子、またはメチル基
m:1〜8の整数
:炭素数1〜4のアルキル基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、及びブチル基のいずれか
:炭素数1〜8のアルキル基(メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基など)、又は炭素数1〜4のアルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基)
即ち、B部分のためのモノマーB成分(前駆体を含む)は、ラジカル重合性の2官能(Rがアルキル基の場合)、又は3官能性(Rもアルコキシ基の場合)のシラン化合物であり、Y=10〜90モル%であるが、好ましくは10〜80モル%であり、より好ましくは15〜70モル%である。
B成分が10モル%未満だと、強靭さが十分得られない。一方、90モル%より多いと、被膜は固くて脆くなり、膜削れが発生し易くなる。また、環境特性が悪化する。加水分解した架橋成分がシラノール基として多数残り、環境特性(湿度依存性)を悪化させていることも考えられる。
このようなモノマーB成分としては、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリトキシプロピルトリ(イソプロペキシ)シラン、3−アクリロキシプロピルトリ(イソプロペキシ)シランが例示される。
被膜の架橋による高耐久化技術としては、特許第3691115号公報に開示がある。
特許第3691115号公報には、磁性粒子表面を、少なくとも末端にビニル基を有するオルガノポリシロキサンとヒドロキシル基、アミノ基、アミド基およびイミド基からなる群から選択される少なくとも1つの官能基を有するラジカル共重合性単量体との共重合体をイソシアネート系化合物により架橋させた熱硬化性樹脂で被覆した静電荷像現像用キャリアが記載されているが、被膜の剥がれ・削れにおいて十分な耐久性が得られていないのが現状である。
その理由は十分明らかになっているとは言えないが、前述の共重合体をイソシアネート系化合物により架橋させた熱硬化性樹脂の場合、構造式からも分かるように、共重合体樹脂中のイソシアネート化合物と反応(架橋)する単位重量当りの官能基(アミノ基、ヒドロキシ基、カルボキル基、メルカプト基等の活性水素含有基)が少なく、架橋点において、二次元、あるいは三次元的な緻密な架橋構造を形成することができず、そのために長時間使用すると、被膜剥がれ・削れなどが生じ(被膜の耐磨耗性が小さく)易く、十分な耐久性が得られていないと推察される。
被膜の剥がれ・削れが生じると、キャリア抵抗低下による画像品質の変化、キャリア付着が起こる。また、被膜の剥がれ・削れは、現像剤の流動性を低下させ、汲み上げ量低下を引き起こし、画像濃度低下、TC(トナー濃度)アップに伴う地汚れ、トナー飛散の原因となっている。
本発明は樹脂単位重量当たりでみても、二官能、あるいは三官能の架橋可能な官能基(点)を多数(重量当り、2倍〜3倍多い)有した共重合樹脂であり、これを更に、縮重合により架橋させたものであるため、被膜が極めて強靭で削れ難く、高耐久化が図られていると考えられる。
また、イソシアネート化合物による架橋より、本発明のシロキサン結合による架橋の方が、結合エネルギーが大きく熱ストレスに対しても安定しているため、被膜の経時安定性が保たれていると推察される。
本発明においては、十分なに可とう性を付与し、かつ、芯材と被覆層の樹脂成分、及び被覆層の樹脂成分と導電性微粒子との接着性を良好にするため、さらに下記構造式4で表されるC成分を含むことができる。
C部分(及びモノマーC成分):(アクリル成分)
Figure 0005617465
前式中、
:水素原子、またはメチル基
:炭素数1〜4の脂肪族炭化水素基
であり、メチル基、エチル基、プロピル基、及びブチル基であるアクリロイル基、またはメタアクリロイル基を有するラジカル重合性アクリル系化合物である。
前記C成分を含む場合の前記A成分及び前記B成分の含有量としては、X=10〜40モル%、Y=10〜40モル%であり、C成分の含有量は、Z=30〜80モル%、好ましくは、35〜75モル%であり、かつ、60モル%<Y+Z<90モル%であり、更に好ましくは、70モル%<Y+Z<85モル%である。
C部分(モノマーC成分)が80モル%より大きくなると、X、およびYのいずれかが10モル%以下となるため、キャリア被膜の撥水性、硬さと可とう性(膜削れ)を両立させることが難しくなる。
C部分のためのモノマーC成分のアクリル系化合物(モノマー)としては、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステルが好ましく、具体的には、メチルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルメタクリレート、エチルアクリレート、ブチルメタクリレート、ブチルアクリレート、2−(ジメチルアミノ)エチルメタクリレート、2−(ジメチルアミノ)エチルアクリレート、3−(ジメチルアミノ)プロピルメタクリレート、3−(ジメチルアミノ)プロピルアクリレート、2−(ジエチルアミノ)エチルメタクリレート、2−(ジエチルアミノ)エチルアクリレートが例示される。これらの内ではアルキルメタクリレートが好ましく、特にメチルメタクリレートが好ましい。また、これらの化合物の1種類を単独で使用してもよく、2種類以上の混合物を使用してもよい。
本発明における共重合樹脂は、A成分及びB成分を含む各モノマーをラジカル共重合して得られたアクリル系共重合体であり、樹脂単位重量当たりの架橋可能な官能基が多いものであるのに加えて、加熱処理により架橋成分Bを縮重合させ架橋させたものであるため、被覆層の樹脂成分が極めて強靭で削れ難く、高耐久化が図れていると考えられる。
また、イソシアネート化合物による架橋より、本発明におけるシロキサン結合による架橋の方が、結合エネルギーが大きく熱ストレスに対しても安定しているため、被覆層の樹脂成分の経時安定性が保たれていると推察される。
本発明の静電潜像現像用キャリアの被覆層に含有される樹脂組成物は、シラノール基、及び/又は加水分解によりシラノ−ル基を生成することが可能な官能基を有するシリコーン樹脂を含むことが好ましい。
シラノール基、及び/又は加水分解によりシラノ−ル基を生成することが可能な官能基(例えば、アルコキシ基やSi原子に結合するハロゲノ基等の陰性基)を有するシリコーン樹脂は、前記共重合体の架橋成分Bと直接的に、あるいはシラノール基に変化した状態の架橋成分Bと縮重合することができる。そして、前記共重合体に、シリコーン樹脂成分を含有させることにより、トナースペント性が更に改善される。
本発明において、被覆層(樹脂層)を形成する際に用いられるシラノール基、及び/又は加水分解によりシラノ−ル基を生成することが可能な官能基を有するシリコーン樹脂は、下記一般式(I)で示される繰り返し単位の少なくとも一つを含有することが好ましい。
Figure 0005617465
ここで、上記一般式(I)中、Aは水素原子、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、メトキシ基、炭素数1〜4の低級アルキル基、またはアリール基(フェニル基、トリル基など)であり、Aは炭素数1〜4のアルキレン基、またはアリーレン基(フェニレン基など)である。
上記一般式(I)のアリール基において、その炭素数は6〜20、好ましくは6〜14である。このアリール基には、ベンゼン由来のアリール基(フェニル基)の他、ナフタレンやフェナントレン、アントラセン等の縮合多環式芳香族炭化水素由来のアリール基及びビフェニルやターフェニル等の鎖状多環式芳香族炭化水素由来のアリール基等が包含される。なお、アリール基は、各種の置換基で置換されていてもよい。
アリーレン基の炭素数は、6〜20、好ましくは6〜14である。このアリーレン基としては、ベンゼン由来のアリーレン基(フェニレン基)の他、ナフタレンやフェナントレン、アントラセン等の縮合多環式芳香族炭化水素由来のアリーレン基及びビフェニルやターフェニル等の鎖状多環式芳香族炭化水素由来のアリーレン基等が包含される。なお、アリーレン基は、各種の置換基で置換されていてもよい。
本発明に使用できるシリコーン樹脂の市販品としては、特に限定されないが、KR251、KR271、KR272、KR282、KR252、KR255、KR152、KR155、KR211、KR216、KR213(以上、信越シリコーン社製)、AY42−170、SR2510、SR2400、SR2406、SR2410、SR2405、SR2411(東レ・ダウコーニング株式会社製)(東レ・シリコーン社製)等が挙げられる。
上述のように、種々のシリコーン樹脂が使用可能であるが、中でも、メチルシリコーン樹脂は、低トナースペント性、帯電量の環境変動が小さいことなどの理由から特に好ましい。
シリコーン樹脂の重量平均分子量としては、1000〜100,000、好ましくは、1000〜30000程度である。用いる樹脂の分子量が100,000より大きい場合、塗布時に塗布液の粘度が上昇しすぎ、塗膜の均一性が十分得られなかったり、硬化後に被覆層の樹脂成分の密度が十分上がらない場合がある。1000より小さいと硬化後の被覆層の樹脂成分がもろくなるなどの不具合が生じやすい。
シリコーン樹脂の含有比率としては、前記共重合体に対して、5重量%〜80重量%、好ましくは、10重量%〜60重量%である。
5重量%より少ないとスペント性などの改良効果が得られず、80重量%より多いと被覆層の樹脂成分の強靭性が不足して、膜削れし易くなる。
また、本発明では、導電性微粒子の分散性向上、およびトナー帯電量調整などのために、シランカップリング剤を用いることも可能である。
特に、シリコーン樹脂に対しては、トナー帯電量調整のため、以下に示すアミノシランカップリング剤を適量(0.001〜30重量%)含有させることが有効である。
アミノシランカップリング剤としては、以下のようなものが挙げられる。
2N(CH23Si(OCH33 MW 179.3
2N(CH23Si(OC253 MW 221.4
2NCH2CH2CH2Si(CH32(OC25) MW 161.3
2NCH2CH2CH2Si(CH3)(OC252 MW 191.3
2NCH2CH2NHCH2Si(OCH33 MW 194.3
2NCH2CH2NHCH2CH2CH2Si(CH3)(OCH32 MW 206.4
2NCH2CH2NHCH2CH2CH2Si(OCH33 MW 224.4
(CH32NCH2CH2CH2Si(CH3)(OC252 MW 219.4
(C492NC36Si(OCH33 MW 291.6
また、本発明の静電潜像現像用キャリアの被覆層に含有される樹脂組成物は、前記シラノール基及び/又は加水分解性官能基を有するシリコーン樹脂以外の樹脂も含有することができ、そのような樹脂としては、特に限定されないが、アクリル樹脂、アミノ樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリトリフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデンとフッ化ビニルの共重合体、テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンと非フッ化単量体のターポリマー等のフルオロターポリマー、シラノール基又は加水分解性官能基を有さないシリコーン樹脂等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、芯材粒子及び導電性微粒子(との密着性が強く、脆性が低いことから、アクリル樹脂が好ましい。
アクリル樹脂は、ガラス転移点が20〜100℃であることが好ましく、25〜80℃がさらに好ましい。このようなアクリル樹脂は、適度な弾性を有しているため、現像剤を摩擦帯電させる際に、トナーとキャリアの摩擦あるいはキャリア同士の摩擦による被覆層の樹脂成分への強い衝撃を伴う場合に、衝撃を吸収することができ、被覆層の樹脂成分及び導電性微粒子の劣化を防止できる。
また、被覆層に含有される樹脂組成物は、アクリル樹脂とアミノ樹脂の架橋物を含有することがさらに好ましい。これにより、適度な弾性を維持したまま、被覆層同士の融着を抑制することができる。アミノ樹脂としては、特に限定されないが、キャリアの帯電付与能力を向上させることができるため、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂が好ましい。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、メラミン樹脂及び/又はベンゾグアナミン樹脂と、他のアミノ樹脂を併用してもよい。
アミノ樹脂と架橋し得るアクリル樹脂としては、ヒドロキシル基及び/又はカルボキシル基を有するものが好ましく、ヒドロキシル基を有するものがさらに好ましい。これにより、芯材粒子や導電性微粒子との密着性をさらに向上させることができ、導電性微粒子の分散安定性も向上させることができる。このとき、アクリル樹脂は、水酸基価が10mgKOH/g以上であることが好ましく、20mgKOH/g以上がさらに好ましい。
また、架橋成分Bの縮合反応を促進するために、チタン系触媒、スズ系触媒、ジルコニウム系触媒、アルミニウム系触媒を使用できる。これら各種触媒のうち、優れた結果をもたらすチタン系触媒の中でも、特にチタンアルコキシドとチタンキレートが好ましい。
これは、架橋成分Bに由来するシラノール基の縮合反応を促進する効果が大きく、且つ触媒が失活しにくいためであると考えられる。チタンアルコキシド系触媒の例としては、下記構造式5で表されるチタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)が挙げられ、また、チタンキレート系触媒の例としては、下記構造式6で表されるチタンジイソプロポキシビス(トリエタノールアミネート)が挙げられる。
Figure 0005617465
Figure 0005617465
前記被覆層の樹脂成分は、前記A成分及び前記B成分を含む共重合体、チタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)触媒、必要に応じて、前記A成分及び前記B成分を含む共重合体以外の樹脂、溶媒を含む樹脂層用組成物を用いて形成することができる。
具体的には、被覆層の樹脂組成物で芯材粒子を被覆しながら、シラノール基を縮合させることにより形成してもよいし、樹脂組成物で芯材粒子を被覆した後に、シラノール基を縮合させることにより形成してもよい。
樹脂組成物で芯材粒子を被覆しながら、シラノール基を縮合させる方法としては、特に限定されないが、熱、光等を付与しながら、樹脂組成物で芯材粒子を被覆する方法等が挙げられる。また、樹脂組成物で芯材粒子を被覆した後に、シラノール基を縮合させる方法としては、特に限定されないが、樹脂組成物で芯材粒子を被覆した後に加熱する方法等が挙げられる。
また、通常は分子量の大きな樹脂は粘度が非常に高く、粒径の小さな基体に塗布する場合、粒子の凝集、樹脂層の不均一化などが生じ易く、コートキャリアを製造することが極めて難しい。
したがって、本発明の共重合樹脂は、重量平均分子量が5,000〜100,000であることが好ましく、10,000〜70,000であることがより好ましく、30,000〜40,000であることがさらに好ましい。5,000より小さいと、樹脂層の強度が不足し、100,000であると、液粘度が高くなり、キャリア製造性が悪くなる。
本発明のキャリアは、前記焼成物を冷却後、例えば篩を用いて解砕することにより得ることができる。
このようにして、体積固有抵抗:1×109〜1×1017Ω・cm、1kOeの磁場における磁化:40〜90Am/kgの特性を有する本発明のキャリアを得ることができる。
前記被覆層は分散粒径Dの導電性微粒子を含有してなる。導電性微粒子としては、アルミ、ケイ素、スズ、バリウム及びチタンから選ばれる1または2以上の酸化物であることが好ましい。
これらの中でも、前記被覆層に含有される導電性微粒子は、表面に炭素を有する酸化スズ微粒子であることが特に好ましい。酸化スズ微粒子の表面に炭素が極微量付着していると、酸化スズの抵抗値の径時安定性がもたらされる。表面炭素量と導電性酸化スズ抵抗の関係は明らかではないが、表面の炭素量が多すぎると、導電性酸化スズの抵抗値の径時安定性が劣る。更に、キャリア膜削れ等によりトナーへ混入した際に、カーボンブラック同様に色汚れの問題があるので、表面炭素量は極微量である必要がある。導電性微粒子中の炭素量は、高周波燃焼-赤外吸収法(LECO社製,IR−412型)を用いて定量分析可能である。
キャリア抵抗調整は、画像品質の点等より従来から求められている。例えば、キャリアの抵抗調節が十分でないと、電荷リーク速度が遅い為、現像後にキャリアに発生するカウンターチャージのリークが遅く、新たなトナーに対する電荷付与能力が劣るため、未帯電トナーが発生し易くなり、非画像部へのトナーチリが多くなる。或いは、現像後発生するカウンターチャージによって、スリーブに鏡像力が発生してしまい、本来スリーブから離れるべき現像剤がスリーブに連れまわってしまう。連れまわった現像後のトナー濃度が下がった現像剤と、トナー消費前の現像剤が混ざりトナー濃度むらが発生する。このことにより、特にベタ画像等の高画像現像時に、場所による濃度のむらが顕著にあらわれてしまう。
しかし、こうした不具合は、本発明のキャリアの使用によれば、キャリア抵抗調整効果が大きいだけではなく、電荷のリークが早いので、新しいトナーへの帯電付与能力も高くトナーチリに対する余裕度も高いことも分かった。更に現像後スリーブに連れまわりがないことから画像濃度ムラの無く、均一な画像を提供できることも分かった。
本発明のキャリアは、導電性微粒子にはアンチモン、インジウムが含有されていないことが好ましく、仮にアンチモン、インジウムが含有されているとしても、それらの含有量は少なくとも熱分析による検出限界以下であることが好ましい。
表面に炭素を有する酸化スズ微粒子(導電性微粒子)は、例えば、酸化スズ微粉末をエタノールに浸漬した後、窒素雰囲気下で保持することによって表面改質処理を行って、得ることができる。
キャリア粒子表面での樹脂の占める割合に比べ、導電性微粒子の占める割合が少なすぎると、樹脂への強い衝撃を伴う接触を緩和する効果が小さいので、十分な耐久性が得られないことがある。一方、キャリア粒子表面での樹脂の占める割合に比べ、導電性微粒子の占める割合が多すぎると、帯電発生箇所である樹脂の占める割合が不十分となり、十分な帯電能力を発揮できないことがある。更に、樹脂量に比べて導電性微粒子の量が多すぎるので、樹脂による導電性微粒子の保持能力が不十分となり、導電性微粒子が脱離し易くなり、帯電量や抵抗等の変動量が増加して、十分な耐久性が得られないことがある。
導電性微粒子としては、トナー外添剤と比較して同等粒径のものを用いることでキャリアの帯電量安定化にとって重要である。小さな粒子を微小分散させることでキャリア表層には微小な凹凸を形成することができる。一般にトナーからの外添粒子移行はキャリア表層の凹凸にはまり込む形で起きているが、本発明においては表層の凹凸が極めて小さい為に、凹凸よりも大きな外添粒子、特に100nm程度の大粒径粒子の移行を抑えることが可能である。これにより、キャリア帯電量は径時で安定することができる。
従って、本発明における前記の導電性微粒子の一次粒子径は1〜500nmが適当である。一次粒子径が1nm以下であると分散制御が困難であり、即ちキャリア品質の安定性が劣る為好ましくない。一次粒子径が500nm以上であると、被覆層の膜厚に対して粒子が大きく、粒子と樹脂(前記被覆層中の架橋物)の密着性が落ち、粒子の脱落、コート膜の剥離、キャリア物性の変化が起き易くなるために好ましくない。更に一次粒子径が1〜200nmであることで改善効果が顕著である。導電性微粒子の粒径が200nmより小さくなると、トナーで使用される200nm程度の大粒径導電性微粒子がキャリアへ移行し難くなり、帯電、流動性の径時安定性が向上する。更に一次粒子径が1〜50nmであることで改善効果が一層顕著である。
導電性微粒子の粒径が上記範囲に入ることで、この導電性微粒子をメタクリル系共重合体に均一分散させた際の、キャリア内、キャリア間での粒子の付着状態のバラツキを低減させることが可能である。粒子付着状態が均一であることは即ち、キャリア物性が均一であることを意味する。均一なキャリアによってトナー被覆率余裕度の向上、ベタキャリア付着量を低減させることが可能となる。
ただし、一般に小粒径になる程凝集性が強くなることは知られている。その為に、本発明において使用される導電性微粒子を従来手段で分散させようとすると、凝集がほぐれずに一次粒子付近まで分散は出来ない。導電性微粒子が過度の凝集状態でキャリアコート液(樹脂被覆層形成液)中に存在すると、キャリアコート液の均一性、安定性、塗工時の設備中への詰り等が問題となる。更に、過度の凝集状態でキャリア化すると、被覆層への導電性微粒子付着が不均一となる。この導電性微粒子付着が不均一であるとは、キャリア内、及びキャリア間での付着量が不均一であることを示す。キャリア内の導電性微粒子付着が不均一であると、キャリア内での表面抵抗、帯電特性の不均一化を起すことが考えられる。更には、キャリア間の付着が不均一であると、キャリア間の抵抗、帯電特性が不均一化になると考えられる。
キャリア内、キャリア間での導電性微粒子付着のバラツキにより、局所的にキャリア抵抗が低いものが存在し、そのようなキャリアがきっかけとなり、高画像面積印刷時にベタキャリア付着として画像品質に影響を及ぼす。また、導電性微粒子付着が不均一である為に、キャリア表面の電気特性が不均一であるため、トナー被覆率に対してトナー帯電量が低下し易く、高被覆率時にトナー帯電不足によるトナー飛散等の品質問題が発生しやすい。
そこで、本発明では、導電性微粒子の分散に、従来から知られているギャップ剪断力による分散とは異なり、小径メディアを用いて分散が行われるのが好ましい。小径メディアは、従来用いられるような数mmビーズを用いた分散ではなくて、1mm以下の微小メディアを使うことが望ましい。
以上のような観点から、前記被覆層中、架橋物の平均膜厚hに対する前記導電性微粒子の分散粒径Dの比D/hは、0.001以上5以下であることが好ましく、0.01以上4以下がより好ましく、0.1以上3以下が特に好ましい。
従来使用されていた樹脂では、平均膜厚hに対して分散粒径Dが大きい範囲では、樹脂からの導電性微粒子離脱によるキャリア抵抗低下が問題となり、一方平均膜厚hに対して分散粒径Dが小さい範囲では、表面の凹凸が減ることによってトナーからの外添剤スペントによって帯電低下が引き起こされた。
そこで、本発明では上述したような被覆層における樹脂を用いる事によってこれらの問題を解消することができた。
D/hが5より大きい範囲では、導電性微粒子に対して樹脂が少なすぎる為に導電性微粒子離脱が顕著となる為好ましくない。D/hが0.001より小さい範囲では、導電性微粒子が膜厚に対して小さすぎる為に、キャリア表面凹凸が小さくなり、トナースペント抑制効果が十分発揮されなくなる。又、導電性微粒子に抵抗調整能力を期待した際には、膜厚に対して導電性微粒子分散粒径が小さすぎる為に抵抗調整効率が悪化するため好ましくない。
(導電性微粒子の一次粒子径の測定法)
導電性微粒子の一次粒子径(非凝集状態の粒径)は、走査電子顕微鏡(SEM)又は光学顕微鏡により、導電性微粒子100個を実測し、この平均値を一次粒子径とする。非球形の導電性微粒子の場合は、実測する対象となる1粒子ごとに円相当径(投影面積と同面積を有する円の直径)を画像処理により求め、当該1粒子の一次粒子径とする。
なお、この他の従来における周知慣用されている測定法により一次粒子径を測定しても良い。
(導電性微粒子の分散粒径の測定法)
本発明で用いる導電性微粒子の分散粒径Dの測定法は、以下手順に従い行う。
100ml容器にトルエンを10ml入れ、測定する試料(分散液;後述する実施例においては、キャリア芯材を被覆する被覆層を形成するための被覆層形成液(コート液)がこれに相当する。)を1ml加え、超音波洗浄機で2分間攪拌する。しかる後に、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(LA−950V2、堀場製作所製)にて分散粒径Dを測定する。
[測定条件]
透過率(青色バー):85±5%
屈折率:測定粉体(2.000)、溶媒(1.496)
測定方法:バッチ式セル測定
本発明のキャリアは、その被覆層の平均膜厚hが0.05〜4.00μmであることが好ましく、0.05〜2.00μmであることがより好ましい。平均膜厚hが0.05μm以下であると、キャリア芯材を覆う膜としての被覆層の厚さが薄すぎるため、ランニング経時において、被覆層が削られてキャリア芯材粒子が剥き出しになる現象が起こりやすくなり、キャリア粒子の耐久性が低下する。また、平均膜厚hが4.00μmを超えると、キャリア芯材表面に形成される膜厚が厚すぎるため、キャリア粒子の磁化が下がりやすくなり、キャリア粒子付着を生じさせることがある。
なお、被覆層の膜厚は、芯材粒子の粒径と比較して極めて小さいことから、表面に被覆層が形成されているキャリアと芯材粒子の粒径は、実質的に同じである。
被覆層の平均膜厚は、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、キャリアの断面を観察し、被覆層の厚さを、キャリアの表面に沿って、0.2μm間隔で50点測定し、平均することにより得られる。
なお、前記導電性微粒子は、分散粒径D1である大粒径導電性微粒子A1と、分散粒径D2である小粒径導電性微粒子A2と、を含むことが好ましく、D1>1.5×D2を満たすことで、粒子径の異なる二粒子が相互の空間を埋めあう様に配置し、膜強度の向上、抵抗調整能力の向上、トナースペント物かきとり効果の向上による帯電の安定性が向上する。
D1≦1.5×D2の場合は、粒子径が近い為、粒子の配置に効果が出ず、現像剤品質の改善効果が低い。
また、前記架橋物(被覆層)の平均膜厚hと、前記分散粒径D1である大粒径導電性微粒子A1との比D1/hは、0.1以上5以下であり、前記架橋物(被覆層)の平均膜厚hと、前記分散粒径D2である小粒径導電性微粒子A2との比D2/hは、0.001以上0.1以下であることで効果が顕著である。
D1/hが0.1より小さいと、抵抗調整効果が低く効率の良い抵抗調整ができない。また5より大きいと、コート樹脂(被覆層を構成する樹脂)によるフィラーの拘束力が低下するために、コート膜耐久性が低下する。
D2/hが0.001より小さいと、粒子が小さくなりすぎる為に、A1粒子の空隙を埋める際の抵抗調整能力が低下する為好ましくなく、0.1より大きいと耐久性、トナーかきとり効果が低下することが分かった。
本発明のキャリアは、その体積固有抵抗(抵抗率)が1×109 〜1×1017Ω・cmであることが好ましい。抵抗率が1×10Ω・cmよりも低いと、現像ギャップ(感光体と現像スリーブ間の最近接距離)が狭くなった場合、キャリア粒子に電荷が誘導されてキャリア粒子付着が発生し易くなる。また、キャリア粒子付着は、感光体の線速度、および、現像スリーブの線速度が大きい場合、悪化の傾向が見られ、さらに、ACバイアスを印加する場合は顕著である。通常、カラートナー現像用キャリア粒子は充分なトナー付着量を得るため、低抵抗のものが使用されることが一般的である。上記の抵抗率範囲のキャリア粒子は、適正なトナー帯電量のもとで使用することにより、充分な画像濃度が得られる。一方、抵抗率が1×1017Ω・cmより大きいとトナー粒子と反対極性の電荷が溜まりやすくなり、キャリア粒子が帯電してキャリア粒子付着が起き易くなる。
(キャリアの体積固有抵抗の測定法)
本発明でいうキャリアの体積固有抵抗とは、図1に示すように、電極間距離0.2cm、表面積2.5cm×4cmの電極32a、電極32bを収容したフッ素樹脂製容器からなるセル31に、キャリア33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1000Vの直流電圧を印加し、30秒後の抵抗値を、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社製:High Resistance Meter)により測定し、得られた抵抗値rを、下式のとおり計算して体積固有抵抗Rとする。
R=Log[r×(2.5cm×4cm)÷0.2cm] 〔Log(Ω・cm)〕
なお、上記キャリア粒子33の抵抗率の調整は、導電性微粒子の量や被覆層の膜厚の制御等によって可能である。
本発明のキャリアは、重量平均粒子径が実質的にキャリア芯材粒子の重量平均粒子径と同じであり、従って20〜65μmであることが好ましい。
本発明のキャリアは、1kOeの磁場における磁化が40〜90Am/kgであることが好ましい。
キャリアの磁化が40Am/kg未満となると、キャリア付着が生じやすくなるので好ましくない。一方、粒子の磁化が90Am/kgを超えると、磁気ブラシが硬くなり、微小領域の均一現像が損なわれるようになる。なお、磁化は、例えば以下のようにして測定することができる。
B−Hトレーサー(BHU−60、理研電子社製)を使用し、円筒のセルにキャリア1.0gを詰めて装置にセットする。磁場を徐々に大きくし、1kOeまで変化させ、次に徐々に小さくして、0にした後、反対向きの磁場を徐々に大きくし1kOeとする。さらに、徐々に磁場を小さくして、0にした後、最初と同じ方向に磁場をかける。このようにして、B−Hカーブを図示し、その図より1kOeの磁化を算出することができる。
〔二成分現像剤〕
本発明の二成分現像剤は、上記のキャリアと(後述する)トナーとからなる。
二成分現像剤における前記キャリアの含有量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、90〜98質量%が好ましく、93〜97質量%がより好ましい。
〔補給用現像剤〕
本発明の補給用現像剤は、上記の静電潜像現像剤用キャリアと(後述する)トナーとを含有し、前記静電潜像現像剤用キャリア1重量部に対して前記トナーを2〜50重量部含有してなる。
この補給用現像剤は、現像装置内の余剰の現像剤を排出しながら画像形成を行う画像形成装置に適用することで、極めて長期に渡って安定した画像品質が得られる。つまり、現像装置内の劣化したキャリアと、補給用現像剤中の劣化していないキャリアを入れ替え、長期間に渡って帯電量を安定に保ち、安定した画像が得られる。この画像形成装置に係る方式は、特に高画像面積印字時に有効である。高画像面積印字時は、キャリアへのトナースペントによるキャリア帯電劣化が主なキャリア劣化であるが、本方式を用いることで、高画像面積時には、キャリア補給量も多くなるため、劣化したキャリアが入れ替わる頻度を上げ、これにより極めて長期間に渡って安定した画像が得られる。
トナーが2質量部未満の場合には、補給キャリア量が多すぎ、キャリア供給過多となり現像装置中のキャリア濃度が高くなりすぎるため、現像剤の帯電量が増加しやすく、また、現像剤帯電量が上がる事により、現像能力が下がり画像濃度が低下したり、キャリア付着が悪化したりしてしまう。また50質量部を超えると、補給用現像剤中のキャリア割合が少なくなるため、画像形成装置中のキャリアの入れ替わりが少なくなり、キャリア劣化に対する効果が期待できなくなる。
〔トナー〕
本発明のトナー製造法は粉砕法、重合法など従来公知の方法全てが適用できる。例えば粉砕法の場合、トナーを混練する装置としては、バッチ式の2本ロール、バンバリーミキサーや連続式の2軸押出し機、例えば神戸製鋼所社製KTK型2軸押出し機、東芝機械社製TEM型2軸押出し機、KCK社製2軸押出し機、池貝鉄工社製PCM型2軸押出し機、栗本鉄工所社製KEX型2軸押出し機や、連続式の1軸混練機、例えばブッス社製コ・ニーダ等が好適に用いられる。以上により得られた溶融混練物は冷却した後粉砕されるが、粉砕は、例えば、ハンマーミルやロートプレックス等を用いて粗粉砕し、更にジェット気流を用いた微粉砕機や機械式の微粉砕機などを使用することができる。
粉砕は、平均粒径が3〜15μmになるように行うのが望ましい。さらに、粉砕物は風力式分級機等により、5〜20μmに粒度調整されることが好ましい。次いで、外添剤の母体トナーへ外添が行われるが、母体トナーと外添剤をミキサー類を用い混合・攪拌することにより外添剤が解砕されながらトナー表面に被覆される。この時、無機微粒子や樹脂微粒子等の外添剤が均一にかつ強固に母体トナーに付着させることが耐久性の点で重要である。以上はあくまでも例でありこれに限るものではない。
本発明においては、少なくとも、結着樹脂と着色剤を含有するトナーと、本発明のキャリアとを組み合わせた静電潜像現像用現像剤とすることで、改善効果が顕著である。これは、本発明のキャリアは高精細な画像が得られ、更に高寿命であるため、本発明のキャリアを用いた現像剤は優れた品質を得ることができる。特に離型剤を含有するトナーと組合わせたときに、本発明のキャリアは高寿命であるため好ましい。
更に、トナーがカラートナーであることで、改善効果が顕著である。これは、本発明のキャリアは、被覆層にカーボンブラックを含有していないので、膜削れ等に伴うカーボンブラックによる画像の色汚れを生じない。従って、色再現性が重要視されたカラー現像剤に非常に向いている。ここで言うカラートナーとは、一般的にカラー単色で用いられるカラートナーだけではなく、フルカラー用として用いられるイエロー、マゼンダ、シアン、レッド、グリーン、ブルーなどが挙げられる。
ここで、本発明におけるトナーについて詳しく説明する。本発明でいうトナーとは、モノクロトナー、カラートナー、フルカラートナーを問わず、一般的にいうトナー全てを含む。例えば、従来より用いられている混練粉砕型のトナーや、近年用いられるようになってきた多種の重合トナーなどが挙げられる。更に、離型剤を有するいわゆるオイルレストナーも用いることができる。
一般的に、オイルレストナーは離型剤を含有するため、この離型剤がキャリア表面に移行するいわゆるスペントが生じやすいが、本発明のキャリアは耐スペント性が優れているため、長期にわたり良好な品質を維持できる。特にオイルレスフルカラートナーにおいては、結着樹脂が軟らかいため一般的にスペントし易いと言われるが、本発明のキャリアは非常に向いていると言える。 更にカラートナー特にイエロートナーに対しては、キャリアコート層削れによる色汚れの問題があるが、本発明のキャリアは例えコート層がトナーへスペントしても、色汚れの影響が非常に少ない点が優れている。
(結着樹脂)
本発明におけるトナーに用いる結着樹脂としては、公知のものが使用できる。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及び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体、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、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、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、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、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単独あるいは混合して使用できる。
そして、圧力定着用結着樹脂としては、公知のものを混合して使用できる。例えば、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレンなどのポリオレフィン、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸エステル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー樹脂等のオレフィン共重合体、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリビニルピロリドン、メチルビニルエーテル−無水マレイン酸、マレイン酸変性フェノール樹脂、フェノール変性テルペン樹脂などが単独あるいは混合して使用でき、これらに限られるものではない。
(着色剤)
本発明のカラートナー等のトナーに用いられる着色剤としては、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック各色のトナーを得ることが可能な公知の顔料や染料全てが使用でき、ここで挙げるものに限らない。また、これら着色剤は1種または2種以上を使用することができる。
例えば、黄色顔料としては、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローGR、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローNCG、タートラジンレーキが挙げられる。
橙色顔料としては、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダンスレンブリリアントオレンジRK、ベンジジンオレンジG、インダンスレンブリリアントオレンジGKが挙げられる。
赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン3Bが挙げられる。
紫色顔料としては、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキが挙げられる。
青色顔料としては、コバルトブルー、アルカリブルー、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーBCが挙げられる。
緑色顔料としては、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ、等がある。
黒色顔料としては、カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物が挙げられる。
着色剤のトナーにおける含有量は1〜15質量%が好ましく、3〜10質量%がより好ましい。
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、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。
(定着助剤)
更に、本発明で用いるトナーには上記結着樹脂、着色剤の他に、定着助剤を含有することもできる。これにより、定着ロールにトナー固着防止用オイルを塗布しない定着システム、いわゆるオイルレスシステムにおいても使用できる。定着助剤としては、公知のものが使用できる。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、脂肪酸金属塩、脂肪酸エステル、パラフィンワックス、アミド系ワックス、多価アルコールワックス、シリコーンワニス、カルナウバワックス、エステルワックス等が使用でき、これらに限られるものではない。
定着助剤のトナーにおける含有量は、1質量%以上20質量%未満が適当である。
(帯電制御剤)
本発明のカラートナー等のトナーには必要に応じ帯電制御剤をトナー中に含有させることができる。例えば、ニグロシン、炭素数2〜16のアルキル基を含むアジン系染料(特公昭42−1627号公報)、塩基性染料(例えばC.I.Basic Yello 2(C.I.41000)、C.I.Basic Yello 3、C.I.Basic Red 1(C.I.45160)、C.I.Basic Red 9(C.I.42500)、C.I.Basic Violet 1(C.I.42535)、C.I.Basic Violet 3(C.I.42555)、C.I.Basic Violet 10(C.I.45170)、C.I.Basic Violet 14(C.I.42510)、C.I.Basic Blue 1(C.I.42025)、C.I.Basic Blue 3(C.I.51005)、C.I.Basic Blue 5(C.I.42140)、C.I.Basic Blue 7(C.I.42595)、C.I.Basic Blue 9(C.I.52015)、C.I.Basic Blue 24(C.I.52030)、C.I.Basic Blue25(C.I.52025)、C.I.Basic Blue 26(C.I.44045)、C.I.Basic Green 1(C.I.42040)、C.I.Basic Green 4(C.I.42000)など、これらの塩基性染料のレーキ顔料、C.I.Solvent Black 8(C.I.26150)、ベンゾイルメチルヘキサデシルアンモニウムクロライド、デシルトリメチルクロライド、等の四級アンモニウム塩、或いはジブチル又はジオクチルなどのジアルキルスズ化合物、ジアルキルスズボレート化合物、グアニジン誘導体、アミノ基を含有するビニル系ポリマー、アミノ基を含有する縮合系ポリマー等のポリアミン樹脂、特公昭41−20153号公報、特公昭43−27596号公報、特公昭44−6397号公報、特公昭45−26478号公報に記載されているモノアゾ染料の金属錯塩、特公昭55−42752号公報、特公昭59−7385号公報に記載されているサルチル酸、ジアルキルサルチル酸、ナフトエ酸、ジカルボン酸のZn、Al、Co、Cr、Fe等の金属錯体、スルホン化した銅フタロシアニン顔料、有機ホウ素塩類、含フッ素四級アンモニウム塩、カリックスアレン系化合物等が挙げられる。ブラック以外のカラートナーは、当然目的の色を損なう荷電制御剤の使用は避けるべきであり、白色のサリチル酸誘導体の金属塩等が好適に使用される。
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、一義的に限定されるものではないが、結着樹脂100質量部に対し0.1〜10質量部が好ましく、0.2〜5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、帯電立ち上り性や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。
(外添剤)
外添剤については、シリカや酸化チタン、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素等の無機微粒子や樹脂微粒子を母体トナー粒子に外添することにより転写性、耐久性をさらに向上させている。転写性や耐久性を低下させるワックスをこれらの外添剤で覆い隠すこととトナー表面が微粒子で覆われることによる接触面積が低下することによりこの効果が得られる。これらの無機微粒子はその表面が疎水化処理されていることが好ましく、疎水化処理されたシリカや酸化チタン、といった金属酸化物微粒子が好適に用いられる。
樹脂微粒子としては、ソープフリー乳化重合法により得られた平均粒径0.05〜1μm程度のポリメチルメタクリレートやポリスチレン微粒子が好適に用いられる。
さらに、疎水化処理されたシリカ及び疎水化処理された酸化チタンを併用し、疎水化処理されたシリカの外添量より疎水化処理された酸化チタンの外添量を多くすることにより湿度に対する帯電の安定性にも優れたトナーとすることができる。
特に大粒径粒子を使用するトナーと組み合わせたときに、本発明のキャリアは帯電安定性に優れ高寿命である為好ましい。
外添剤の添加量としては、トナー母体粒子100質量部に対し0.1〜5.0質量部が好ましく、0.5〜3.2質量部がより好ましい。
〔現像剤入り容器〕
本発明の現像剤入り容器は、上記の二成分現像剤を収納してなる。
〔プロセスカートリッジ〕
図2に、本発明のプロセスカートリッジの一例を示す。プロセスカートリッジ(10)は、感光体(11)、感光体(11)を帯電する帯電装置(12)、感光体(11)上に形成された静電潜像を本発明の現像剤を用いて現像してトナー像を形成する現像装置(13)及び感光体(11)上に形成されたトナー像を記録媒体に転写した後、感光体(11)上に残留したトナーを除去するクリーニング装置(14)が一体に支持されており、プロセスカートリッジ(10)は、複写機、プリンター等の画像形成装置の本体に対して着脱可能である。
以下、プロセスカートリッジ(10)を搭載した画像形成装置を用いて画像を形成する方法について説明する。まず、感光体(11)が所定の周速度で回転駆動され、帯電装置(12)により、感光体(11)の周面が正又は負の所定電位に均一に帯電される。次に、スリット露光方式の露光装置、レーザービームで走査露光する露光装置等の露光装置(不図示)から感光体(11)の周面に露光光が照射され、静電潜像が順次形成される。さらに、感光体(11)の周面に形成された静電潜像は、現像装置(13)により、本発明の現像剤を用いて現像され、トナー像が形成される。次に、感光体(11)の周面に形成されたトナー像は、感光体(11)の回転と同期されて、給紙部(不図示)から感光体(11)と転写装置(不図示)の間に給紙された転写紙に、順次転写される。さらに、トナー像が転写された転写紙は、感光体(11)の周面から分離されて定着装置(不図示)に導入されて定着された後、複写物(コピー)として、画像形成装置の外部へプリントアウトされる。一方、トナー像が転写された後の感光体(11)の表面は、クリーニング装置(14)により、残留したトナーが除去されて清浄化された後、除電装置(不図示)により除電され、繰り返し画像形成に使用される。
〔画像形成装置〕
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
図3は、本発明の実施の形態に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。
画像形成装置本体100内には、4個の像担持体である感光体1を有するプロセスカートリッジたる画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dを、画像形成装置100に対してそれぞれ着脱可能に装着している。画像形成装置100の略中央に転写ベルト8を複数のローラ間に矢示A方向(図3中における反時計回り方向)に回動可能に装着した転写装置4を配置している。
その転写ベルト8の下側の面に、画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dにそれぞれ設けられている感光体1が接触するように配置している。そして、その画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dに対応させて、それぞれ使用するトナーの色が異なる現像装置10A、10B、10C、10Dを配置している。
画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dは、同一の構成をしたユニットであり、画像形成ユニット2Aはブラック色に対応する画像を形成し、画像形成ユニット2Bはイエローシアン色に対応する画像を形成し、画像形成ユニット2Cはシアン色に対応する画像を形成し、画像形成ユニット2Dはマゼンタ色に対応する画像を形成する。
画像形成ユニット2A、2B、2C、2D内にそれぞれ配置されている現像装置10A、10B、10C、10Dでは、トナーとキャリアとを含む二成分系現像剤が用いられ、後述する現像剤補給装置200から、現像剤収容部14に備えられる図示省略したトナー濃度センサの出力に応じてトナー補給を行うとともに、キャリアも補給して古い現像剤を排出し、現像剤を交換することが可能な現像方式が採用されている。
画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dの上方空間には、現像剤補給装置200A、200B、200C、200Dが配置されている。現像剤補給装置200は、感光体ドラム1に供給されようとしているトナーとは別の、新規なトナーと新規なキャリアを現像装置10に補給するための構成であり、その構成が図3に示されている。
ここで図3に示すように、現像剤補給装置200A、200B、200C、200Dのうち、ブラック色に対応する現像剤補給装置200Aが他の3色(B、C、D)と比較して大きな構成となっている。ブラック色は他の色と比較して多量の消費量が見込まれるため、かかる構成をとることでマゼンタ・シアン・イエローと、ブラックと、で現像剤補給装置200中の現像剤の補給タイミングを均一ならしめることができる。
また、その画像形成ユニット2A、2B、2C、2Dの下方には書込みユニットとしての露光装置6を配置している。
露光装置6は、各色毎に用意されたレーザダイオード(LD)方式の4つの光源と、6面のポリゴンミラーとポリゴンモータから構成される1組のポリゴンスキャナと、各光源の光路に配置されたfθレンズ、長尺シリンドルカルレンズ等のレンズやミラーから構成されている。レーザダイオードから射出されたレーザ光はポリゴンスキャナにより偏向走査され感光体1上に照射される。
転写ベルト8と現像剤補給装置200との間には、画像が転写された転写紙の画像を定着する定着装置9が設けられている。その定着装置9の転写紙搬送方向下流側には、排紙路51を形成し、そこに搬送した転写紙を排紙ローラ対52により排紙トレイ53上に排出可能にしている。
また、画像形成装置100の下部には、転写紙を収納可能な給紙カセット7を配設している。
次に、この画像形成装置100の画像形成における動作について説明する。画像形成の動作を開始させると、各感光体1が図3で時計回り方向にそれぞれ回転する。そして、その各感光体1の表面が帯電ユニット3の帯電ローラ301により一様に帯電される。そして、画像形成ユニット2Dの感光体1dには、露光装置6によりマゼンタの画像に対応するレーザ光が、画像形成ユニット2Cの感光体1cにはシアンの画像に対応するレーザ光が、画像形成ユニット2Bの感光体1bにはイエローの画像に対応するレーザ光が、さらに画像形成ユニット2Aの感光体1aにはブラックの画像に対応するレーザ光がそれぞれ照射され、各色の画像データに対応した潜像がそれぞれ形成される。各潜像は、感光体1が回転することにより現像装置10D、10C、10B、10Aの位置に達すると、そこでマゼンタ、シアン、イエロー及びブラックの各トナーにより現像されて、4色が積層されたフルカラートナー像となる。
一方、給紙カセット7から転写紙が分離給紙部により給紙され、それが転写ベルト8の直前に設けられているレジストローラ対55により、各感光体1上に形成されているトナー像と一致するタイミングで搬送される。転写紙は、転写ベルト8の入口付近に配設している紙吸着ローラ54によりプラスの極性に帯電され、それにより転写ベルト8の表面に静電的に吸着される。そして、転写紙は、転写ベルト8に吸着した状態で搬送されながら、マゼンタ、シアン、イエロー及びブラック色の各トナー像が積層されたフルカラートナー像が転写ベルト8上から一括転写されて、4色重ね合わせのフルカラーのトナー画像が転写紙上に形成される。その転写紙は、定着装置9で熱と圧力が加えられることによりトナー像が溶融定着され、その後は排紙系を通って、画像形成装置1上部の排紙トレイ53に排紙される。
(現像装置)
次に、現像装置周辺の構成について説明する。図4は、本発明の画像形成装置に備えられる現像装置とその周辺の構造を示す概略断面図である。図4において、現像装置10の上方には現像装置10内に新規なトナーとキャリアからなる現像剤を補給する現像剤補給装置200が備えられており、現像装置10の下方には、現像装置10内で過剰となった現像剤を排出する現像剤排出装置300が備えられている。
現像装置10は、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を収容する現像剤収容部14を有するハウジング15と、このハウジング15の開口部側に像担持体としての感光体1と近接した状態で回転するように配設される現像剤担持搬送体としての現像ロール12と、現像剤収容部14内で回転するように配設される現像剤攪拌搬送部材としての2つの搬送スクリュー11a、11bと、現像ローラ12の表面に圧接又は近接した状態で配設される層厚規制部材13とでその主要部が構成されている。
このうち、現像ローラ12は、内部に固定されたマグネットロール120を備えた回転駆動する円筒状のスリーブ121である。また、現像剤収容部14は、中央側の隔壁14cにより2分され、両端側の連通部により連通された収容空間14a、14bからなり、その各収容空間14a、14bで回転する搬送スクリュー11a、11bにより現像剤が攪拌されながら収容空間14a、14bとの間を循環搬送されるようになっている。層厚規制部材13は、非磁性部材と磁性部材の二重構造からなり、その先端がマグネットロール120の所定の磁極に対向するように配設されている。
現像剤補給装置200は、補給用の二成分現像剤を収容する現像剤収容器230と、現像剤収容器230内の二成分現像剤を現像剤収容部14に送り出して供給する現像剤補給器220とから構成されている。現像剤補給器220は、現像剤収容器230と現像装置10との間に、それぞれに接続して備えられている。
現像剤補給装置200の詳細な構成については、後に図5を用いて説明する。
現像剤排出装置300は、現像剤収容部14内で過剰になった二成分現像剤を回収する回収容器330と、過剰になって現像剤収容部14から溢れ出る現像剤を回収容器330に送る現像剤排出手段としての排出パイプ331とで構成されている。排出パイプ331は、その上部開口331aが現像剤収容部14内の所定高さに位置するように配設されており、その所定高さにある上部開口331aを乗り越える分の現像剤を排出するようになっている。
なお、本発明に用いられる現像剤排出装置としては、上記の構成に限られるものではなく、例えばハウジング15の所定の箇所に現像剤排出口を開設し、排出パイプ331の代わりに、現像剤排出口の近傍に現像剤排出手段としての排出スクリュー等の搬送部材を設置して、現像剤排出口から排出された現像剤を回収容器330に搬送することとしてもよい。
また、本実施形態の排出パイプ331の端部又は内部に、この排出スクリューを備えることも可能である。
(補給用現像剤、現像装置内現像剤)
本発明では、補給用現像剤としては上述した本発明に係る補給用現像剤を、また、現像装置内現像剤としては上述した本発明に係る二成分現像剤を、それぞれ用いることができる。
このとき、補給用現像剤及び現像装置内現像剤のそれぞれに用いられる、電子写真現像剤用キャリアとトナーとは、同一のものであっても、異なるものであっても良い。
次に、現像装置の現像動作について、図4を参照して説明する。
まず、現像剤収容部14内に予め収容されている現像装置内現像剤が、搬送スクリュー11a、11bより攪拌されて十分に混合されるとともに摩擦帯電された後、現像ローラ12に供給されて、そのスリーブ121表面に層状に付着する。
この現像ローラ12に付着する層状の現像剤は、層厚規制部材13により所定の厚さに規制されて均一な層にされた後、スリーブ121の回転に伴って感光体1と対向する現像領域Dに搬送される。そして、この現像領域Dにおいて、画像形成装置本体100(図3参照。)側で原稿の画像に応じて感光体1上に形成された潜像に二成分現像剤のトナーが静電吸着して現像が行われ、感光体1上にトナー像が形成される。
感光体1上に形成されたトナー像は、画像形成装置本体100側において記録用紙上に転写され、定着部により記録用紙上に定着される。
この現像動作が繰り返されることにより、現像剤収容部14内の現像装置内現像剤に含まれるトナーが消費されて徐々に減るが、このトナーの減量が、前記したトナー濃度センサにより検知されると、現像剤補給装置200の現像剤補給器220が駆動する。これにより、現像剤収容器230の現像剤収容部材231内部に収容されている、前述したキャリアとトナーとを含んだ補給用現像剤が補給される。現像剤収容部14内に補給された新たな二成分現像剤は、現像剤収容部14内で搬送スクリュー11a、11bにより攪拌され、補給前から収容されている現像装置内現像剤と十分に混合される。
現像剤収容部14内には、現像剤補給装置200からの補給用現像剤の補給により、トナーと共にキャリアも所定の割合で補給されるため、現像剤収容部14内の現像剤量は次第に過剰となる。現像剤収容部14内で過剰になった二成分現像剤は、収容部14の規制高さを越えて溢れ出し現像剤排出装置300の排出パイプ331を通して回収容器330内に収容される。
(現像剤補給装置)
本実施形態の画像形成装置100は、形状が容易に変形する現像剤収納部材231に補給用現像剤を充填させ、スクリューポンプ223によってこの補給用現像剤を吸引して、現像装置10に供給する現像剤補給装置200を備えている。
以下に、図5〜図9を参照して、現像剤補給装置200の構成を詳細に説明する。
図5は、本発明で使用される現像剤補給装置200の概略構成図である。現像剤補給装置200に備えられた現像剤収容器230の内部には、減容可能な袋状部材としての現像剤収納部材231が備えられている。現像装置10の現像剤収容部14に補給される新規な補給用現像剤は、現像剤収納部材231内部に収容されている。現像剤収納部材231は、この現像剤が現像剤収容部14に補給されることによる内部の圧力の減少に伴って減容する。
現像剤補給器220は、ハウジング15の所定箇所に開設された補給口15aの上端に連結して備えられたスクリューポンプ223と、スクリューポンプ223に接続して備えられたノズル240と、ノズル240に接続して備えられた空気供給手段260とを備えており、現像剤収容部14に設置されるトナー濃度センサ(図示無し)等の検知信号に応じて駆動し、適量の現像剤を現像剤収容器230から現像剤収容部14に供給する。
スクリューポンプ223とノズル240の間には、このスクリューポンプ223に連通される現像剤搬送通路としての搬送チューブ221を有している。この搬送チューブ221は、好ましくは、フレキシブルで耐トナー融着性に優れたポリウレタン、ニトリル、EPDM等のゴム材料で形成されたものを利用する。
また、現像剤補給装置200は、現像剤収納容器としての現像剤収容器230を支持するための容器ホルダ222を有しており、この容器ホルダ222は樹脂等の剛性の高い材料で形成されている。
現像剤収容器230は、柔軟なシート材で形成される袋状部材としての現像剤収納部材231と、現像剤排出口を形成する排出口形成部材としての口金部232を有している。
現像剤収容部材231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適に用いられる。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等の樹脂が好適に挙げられる。
また、口金部232には、スポンジ、ゴム等で形成されるシール材233が設けられており、このシール材233には十字型の切り込みが設けられている。そして、この切り込みに現像剤補給器220のノズル240を通すことで、現像剤収容器230と現像剤補給器220が連通し固定される。
本実施形態では、口金部232が、現像剤収容器230の下方に備えられている。ここで、口金部232が下方に備えられている状態とは、現像剤収容器230が現像剤補給装置200に配設された状態において、口金部232が、現像剤収容器230における下方向きの鉛直成分を含んだ位置に備えられていることを表している。
なお、口金部232が、現像剤収容器本体に備えられる位置としては、これに限られるものではなく、現像剤収容器230が現像剤補給装置200に配設された状態において、現像剤収容器230本体の水平方向に備えられてもよく、また、斜め方向に備えられることとしてもよい。
現像剤収容器は、トナーの消耗に応じて順次新しい物と交換されるが、本実施形態の現像剤収容器230は、上述した構成を備えることで、その着脱を容易に行うことが可能であり、また、交換時や使用時におけるトナー漏れを防止することが可能である。
なお、現像剤収容部材231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る。
現像剤収容部材231の形状としては、例えば、上述した円筒状等のものを好ましく用いることができ、また、その内周面には、スパイラル状の凹凸が形成されていることが好ましい。このような凹凸が形成されていることで、現像剤収容器230を回転させることによって、収容部材231内部に収容されているトナーを、排出口側に円滑に移行させることができる。また更に、上記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を用いることが、特に好ましい。
本発明の現像剤収容器230は、画像形成装置100の現像剤補給装置200への着脱が容易であり、また、保存や、搬送に適していて、取扱性に優れている。
図6(a)は、現像剤補給器220に設けられるノズル240の概略構成を示す外観図であり、図6(b)は、その軸方向断面図であり、図6(c)は、図6(b)中符号A−Aの断面図である。このノズル240は、図6(b)に示すように、内管241とその内管241を内部に収容する外管242とからなる2重管構造を有している。内管241の内部は、現像剤収容器230内の現像剤を排出するための現像剤搬送通路としての現像剤流路241aとなっている。現像剤収容器230内のトナーは、スクリューポンプ223による吸引力により、吸引され、現像剤流路241aを通ってスクリューポンプ223内に引き込まれることになる。
図7は、スクリューポンプ223の概略構成を示す断面図である。このスクリューポンプ223は、一軸偏芯スクリューポンプと呼ばれるもので、内部にロータ224及びステータ225を備えている。ロータ224は、円形断面が螺旋状に捻れた形状を有し、硬い材質で形成されており、ステータ225の内部に嵌合される。一方、ステータ225は、ゴム状の柔軟な材料で形成され、長円形断面が螺旋状に捻れた形状の穴を有しており、この穴にロータ224が嵌合される。また、ステータ225の螺旋のピッチは、ロータ224の螺旋のピッチの2倍の長さに形成されている。また、ロータ224は、ユニバーサルジョイント227及び軸受228を介して、ロータ224を回転駆動させるための駆動モータ226に接続されている。
この構成において、現像剤収容器230からノズル240の現像剤流路241a及び搬送チューブ221を通って搬送されてきたトナー及びキャリアは、スクリューポンプ223のトナー吸引口223aから内部に入り込む。そして、ロータ224とステータ225の間に形成されるスペースに入り込み、ロータ224の回転に伴って、図5中右側方向に吸引搬送される。そして、ロータ224とステータ225の間のスペースを通過したトナーは、トナー落下口223bから下方に落下し、現像装置10の現像剤補給口14を介して、現像装置10の内部に供給される。
また、本実施形態で使用される現像剤補給器220は、現像剤収容器230内に空気を供給する空気供給手段260を備えている。
図5に示すように、各エア流路244a、244bは、それぞれ、気体供給通路としてのエア供給路261a、261bを介して、別個の気体送出装置としてのエアポンプ260a、260bに接続されている。
エア流路244は、図6(b)に示すように、現像剤補給器220のノズル240の内管241と外管242との間に、空気供給通路として設けられているものであり、このエア流路44は、図6(c)に示すように、互いに独立した断面半円状の2つの流路244a、244bから構成されている。
また、エアポンプ260a、260bとしては、通常のダイアフラム型のエアポンプを利用することができる。これらエアポンプ260a、260bから送り出される空気は、それぞれ、エア流路244a、244bを通って、各エア流路の気体供給口としてのエア供給口246a、246bからトナー収容器230内に供給される。各エア供給口246a、246bは、トナー流路241aの現像剤排出口としてのトナー流出口247の図中下方に位置している。これにより、各エア供給口246a、246bから供給される空気は、トナー流出口247付近のトナーに対して供給されることになり、使用されないまま長期間放置されてトナー流出口247にトナーが詰まった状態になったとしても、そのトナー流出口247を塞いでいるトナーを崩すことができる。
また、エア供給路261a、261bには、図示省略した気体送出制御手段としての制御部からの制御信号により、開閉動作する閉塞手段としての開閉弁262a、262bが設けられている。開閉弁262a、262bは、制御部からON信号を受け取ると弁を開けて空気を通過させ、制御部からOFF信号を受け取ると弁を閉めて空気の通過を阻止するように動作する。
次に、本実施形態における現像剤補給器220の動作について図5を用いて説明する。
上記制御部は、現像装置10からトナー濃度が不足した旨の信号を受け取ることで、現像剤補給動作を開始する。この現像剤補給動作では、まず、エアポンプ260a、260bをそれぞれ駆動させ、現像剤収容器230内に空気を供給するとともに、スクリューポンプ223の駆動モータ226を駆動させて、現像剤の吸引搬送を行う。
エアポンプ260a、260bから空気が送り出されると、その空気は、エア供給路261a、261bからノズル240のエア流路244a、244bに入り込み、エア供給口246a、246bから現像剤収容器230内に供給される。この空気によって、現像剤収容器230内の現像剤は、攪拌されて、空気を多く内包した状態となり、流動化が促進される。
また、現像剤収容器230内に空気が供給されると、現像剤収容器230内の内圧が高まることになる。従って、現像剤収容器230の内圧と外圧(大気圧)との間に圧力差が生じ、流動化した現像剤には、圧力の引く方向へ移動する力が働く。これにより、現像剤収容器230内の現像剤は、圧力の引く方向すなわち現像剤流出口247から流出することになる。
本実施形態では、スクリューポンプ223による吸引力も作用して、現像剤収容器230内の現像剤が現像剤流出口247から流出する。
上述のようにして、現像剤収容器230から流出した現像剤は、現像剤流出口247からノズル240の現像剤流路241aを通り、搬送チューブ221を介してスクリューポンプ223内に移動する。そして、スクリューポンプ223内を移動した後、現像剤落下口223bから下方に落下し、現像剤補給口14から現像装置10内に現像剤が補給される。一定量の現像剤補給が完了したら、制御部は、エアポンプ260a、260b及び駆動モータ226の駆動を停止させ、かつ、開閉弁262a、262bを閉じ、トナー補給動作を終了する。このように、トナー補給動作終了時に開閉弁262a、262bを閉じることで、トナー収容器230内のトナーがノズル240のエア供給路244a、244bを通ってエアポンプ260a、260b側に逆流するのを防止している。
また、エアポンプ260a、260bから供給される空気の供給量は、スクリューポンプ223によるトナー及び空気の吸引量よりも少なく設定されている。よって、トナーを消費するにつれて、現像剤収容器230の内圧が減少することになる。ここで、本実施形態における現像剤収容器230の現像剤収納部材231は、柔軟なシート材で形成されているため、内圧の減少に伴って減容する。
図8は、現像剤収容部材231に現像剤を充填した状態の斜視図である。
図9は、現像剤収容部材231内部の現像剤が排出されて減容した(しぼんだ)状態を示す正面図である。ここで、現像剤収容部材231は60%以上減容されるものが望ましい。
図8に示す現像剤収容器230の現像剤収容部231内部には、上述したように、現像装置10に補給するための、キャリアとトナーからなる補給用現像剤が収容されている。
補給用現像剤は、上述のとおり補給用現像剤中のキャリア1重量部に対して2〜50重量部であることが好ましい。
現像剤収容器230内における補給用現像剤中のキャリアの重量比率が、3wt%未満であると、補給されるキャリアの量が非常に少ないため、補給の効果が充分に得られない。一方、30wt%を超えると、補給用現像剤の現像剤収容部への安定した供給が得られない。
次に、実施例および比較例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお部は質量基準である。
キャリアの評価は、次のようにして行った。
(1)<体積固有抵抗>
体積固有抵抗の測定は、既述の測定法に基づいて行った。
(2)<磁化(磁気モーメント)>
磁化(磁気モーメント)測定は、東英工業社製VSM−P7−15を用い、試料約0.15gを秤量し、内径2.4mmφ、高さ8.5mmのセルに試料を充填し、1000エルステット(Oe)の磁場下で測定した。
(3)<キャリア付着>
市販のデジタルフルカラープリンター(リコー社製IPSiO CX8200)改造機に現像剤をセットし、地肌ポテンシャルを150Vに固定し、無画像チャートを現像した感光体表面に付着しているキャリア個数をルーペ観察により5視野カウントし、その平均の100cm当たりのキャリア付着個数をもってキャリア付着量とした。
評価は、○:20個以下、△:21個以上60個以下、□:61個以上80個以下、×:81個以上とし、○、△、□を合格とし×を不合格とした。
同様のキャリア付着評価を市販のデジタルフルカラープリンター(リコー社製IPSiO CX 8200)改造機に現像剤をセットし、単色による100,000枚のランニング評価後にも行なった。
(4)<エッジ効果>
市販のデジタルフルカラープリンター(リコー社製IPSiO CX8200)改造機に現像剤をセットし、大面積の画像を有するテストパターンを出力し、こうして得た画像パターン中央部の画像濃度の薄さ具合と、端部の濃さ具合の差を次のようにランクわけした。
差がないものを◎、若干差があるものを○、差はあるが許容できるものを△、許容できないレベルまで差が生じているものを×とし、◎、○、△を合格とし×を不合格とした。
(5)<色汚れ(混色)>
市販のデジタルフルカラープリンター(リコー社製 imagio MP C7500)改造機の現像ユニットに現像剤をセットし、現像ユニット単独で1時間攪拌を実施して得た現像剤を現像及び定着し、画像濃度が1.5となる箇所のCIE表色系のL*1、a*1、b*1値を求める。一方、色汚れのない画像を得るために、キャリアと接触させることなくトナー単独で画像化(定着を含む)したものを作成し、前記と同様に画像濃度が1.5となる箇所のCIE表色系のL*0、a*0、b*0値を求める。こうして得た2つの画像の色差ΔEを下式により求め、ΔE≦3.0であれば実使用上問題ないので合格(○)とし、ΔE>3.0は実使用上問題であるので不合格(×)とした。
ΔE=√(L*0−L*1)+(a*0−a*1)+(b*0−b*1)
(6)<トナーチリ>
温度40℃、湿度90%RHの環境下、画像形成装置(リコー社製、IPSiO Color8100)をオイルレス定着方式に改造してチューニングした評価機を用いて、各トナーを用いて画像面積率5%チャート連続100000枚出力耐久試験を実施後の複写機内のトナー汚染状態を目視にて、下記基準により評価した。
○:トナー汚れがまったく観察されず良好な状態である。
△:わずかに汚れが観察される程度であり問題とならない。
×:許容範囲外で非常に汚れがあり問題となる。
(7)<画像の精細性>
画像の精細性については、文字画像部の再現性によって評価した。評価方法は、市販のデジタルフルカラープリンター(リコー社製、IPSiO CX 8200)改造機に現像剤をセットし、画像面積5%の文字チャート(1文字の大きさ;2mm×2mm程度)を出力し、その文字再現性を画像により評価し、次のようにランク分けした。
◎:非常に良好、○:良好、△:許容、×:実用上使用できないレベル
◎、○、△を合格とし×を不合格とした。
(8)<耐久性>
市販のデジタルフルカラープリンター(リコー社製、IPSiO CX 8200)改造機に現像剤をセットし、単色による300,000枚のランニング評価を行った。そして、このランニングを終えたキャリアの帯電低下量、抵抗低下量をもって判断した。
ここでいう帯電量低下量とは、初期のキャリア93質量%に対しトナー7質量%の割合で混合し摩擦帯電させたサンプルを、一般的なブローオフ法(東芝ケミカル社製:TB−200)にて測定した帯電量(Q1)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、前記方法と同様の方法で測定した帯電量(Q2)を差し引いた量のことを言い、目標値は10.0(μc/g)以内である。また、帯電量の低下の原因はキャリア表面へのトナースペントであるため、このトナースペントを減らすことで、帯電量低下を抑えることができる。
ここでいう抵抗変化量とは、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、DC1000Vを印加し30sec後の抵抗値をハイレジスト計で計測した値を体積抵抗率に変換した値(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言い、目標値は絶対値で3.0〔Log(Ω・cm)〕以内である。また、抵抗変化の原因は、キャリアの結着樹脂膜の削れ、トナー成分のスペント、キャリア被覆膜中の大粒子脱離などであるため、これらを減らすことで、抵抗変化量を抑えることができる。
[樹脂の合成例]
(合成例1)本発明例:樹脂1(A成分:B成分(モル比)=5:5)
撹拌機付きフラスコにトルエン500gを投入して、窒素ガス気流下で90℃まで昇温した。次いでこれに、CH=CMe−COO−C−Si(OSiMe (式中、Meはメチル基である。)で示される3−メタクリロキシプロピルトリス(トリメチルシロキシ)シラン211g(500ミリモル:サイラプレーン TM−0701T、チッソ社製)、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン124.0g(500ミリモル)、および、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル0.58g(3ミリモル)の混合物を1時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル0.06g(0.3ミリモル)をトルエン15gに溶解した溶液を加えて(2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリルの合計量0.64g=3.3ミリモル)、90〜100℃で3時間混合してラジカル共重合させてメタクリル系共重合体を得た。得られたメタクリル系共重合体の重量平均分子量は35,000であった。次いで、このメタクリル系共重合体溶液の不揮発分が25質量%になるようにトルエンで希釈した。このようにして得られた共重合体溶液の粘度は8.5mm/sであり、比重は0.91であった。
(合成例2)本発明例:樹脂2(A成分:B成分(モル比)=5:5)
3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン211g(500ミリモル)を3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン39g(150ミリモル)に替え、また、3−メタクリロキシプロピルトリス(トリメチルシロキシ)シラン211gを63.3g(150ミリモル)に替えた(尚、A成分:B成分(モル比)=5:5のままである。)以外は、樹脂1の合成例と全く同じにして、ラジカル共重合させてメタクリル系共重合体を得た。得られたメタクリル系共重合体の重量平均分子量は33,000であった。次いで、このメタクリル系共重合体溶液の不揮発分が25質量%になるようにトルエンで希釈した。このようにして得られた共重合体溶液の粘度は8.6mm/sであり、比重は0.92であった。
(合成例3)本発明例:樹脂3(A成分:B成分(モル比)=9:1)
撹拌機付きフラスコにトルエン500gを投入して、窒素ガス気流下で90℃まで昇温した。次いでこれに、CH=CMe−COO−C−Si(OSiMe (式中、Meはメチル基である。)で示される3−メタクリロキシプロピルトリス(トリメチルシロキシ)シラン379.8g(900ミリモル:サイラプレーン TM−0701T、チッソ社製)、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン24.8g(100ミリモル)、および、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル0.58g(3ミリモル)の混合物を1時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル0.06g(0.3ミリモル)をトルエン15gに溶解した溶液を加えて(2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリルの合計量0.64g=3.3ミリモル)、90〜100℃で3時間混合してラジカル共重合させてメタクリル系共重合体を得た。得られたメタクリル系共重合体の重量平均分子量は37,000であった。次いで、このメタクリル系共重合体溶液の不揮発分が25質量%になるようにトルエンで希釈した。このようにして得られた共重合体溶液の粘度は8.4mm/sであり、比重は0.92であった。
(合成例4)本発明例:樹脂4(A成分:B成分(モル比)=1:9)
撹拌機付きフラスコにトルエン500gを投入して、窒素ガス気流下で90℃まで昇温した。次いでこれに、CH=CMe−COO−C−Si(OSiMe (式中、Meはメチル基である。)で示される3−メタクリロキシプロピルトリス(トリメチルシロキシ)シラン42.2g(100ミリモル:サイラプレーン TM−0701T、チッソ社製)、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン223.2g(900ミリモル)、および、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル0.58g(3ミリモル)の混合物を1時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル0.06g(0.3ミリモル)をトルエン15gに溶解した溶液を加えて(2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリルの合計量0.64g=3.3ミリモル)、90〜100℃で3時間混合してラジカル共重合させてメタクリル系共重合体を得た。得られたメタクリル系共重合体の重量平均分子量は34,000であった。次いで、このメタクリル系共重合体溶液の不揮発分が25質量%になるようにトルエンで希釈した。このようにして得られた共重合体溶液の粘度は8.7mm/sであり、比重は0.90であった。
(合成例5)比較例:樹脂5(A成分:B成分(モル比)=10:0)
撹拌機付きフラスコにトルエン500gを投入して、窒素ガス気流下で90℃まで昇温した。次いでこれに、CH=CMe−COO−C−Si(OSiMe (式中、Meはメチル基である。)で示される3−メタクリロキシプロピルトリス(トリメチルシロキシ)シラン422g(1000ミリモル:サイラプレーン TM−0701T、チッソ社製)、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル0.58g(3ミリモル)の混合物を1時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル0.06g(0.3ミリモル)をトルエン15gに溶解した溶液を加えて(2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリルの合計量0.64g=3.3ミリモル)、90〜100℃で3時間混合してラジカル共重合させてメタクリル系共重合体を得た。得られたメタクリル系共重合体の重量平均分子量は37,000であった。次いで、このメタクリル系共重合体溶液の不揮発分が25質量%になるようにトルエンで希釈した。このようにして得られた共重合体溶液の粘度は8.4mm/sであり、比重は0.91であった。
(合成例6)比較例:樹脂6(A成分:B成分(モル比)=0:10)
撹拌機付きフラスコにトルエン500gを投入して、窒素ガス気流下で90℃まで昇温した。次いでこれに、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン248.0g(1000ミリモル)、および、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル0.58g(3ミリモル)の混合物を1時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル0.06g(0.3ミリモル)をトルエン15gに溶解した溶液を加えて(2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリルの合計量0.64g=3.3ミリモル)、90〜100℃で3時間混合してラジカル共重合させてメタクリル系共重合体を得た。得られたメタクリル系共重合体の重量平均分子量は33,000であった。次いで、このメタクリル系共重合体溶液の不揮発分が25質量%になるようにトルエンで希釈した。このようにして得られた共重合体溶液の粘度は8.7mm/sであり、比重は0.90であった。
(合成例7)比較例:樹脂7
攪拌器、コンデンサー、温度計、窒素導入管、滴下装置を備えた容量500mlのフラスコにMEK(メチルエチルケトン)を100部を仕込んだ。別に窒素雰囲気下80℃でMMA(メチルメタクリレート)を32.6部、HEMA(2−ヒドロキシエチルメタクリレート)を2.5部、MPTS(オルガノポリシロキサン−1:3−メタクリロキシプロピルトリス(トリメチルシロキシ)シラン)を64.9部、V−40(1,1'−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル))1部を MEK100部に溶解させて得られた溶液を2時間にわたり反応容器中に滴下し、5時間熟成させた。この共重合体溶液の不揮発分が25質量%になるようにMEK(メチルエチルケトン)で希釈した。
(合成例8)本発明例:樹脂8
撹拌機付きフラスコにトルエン300gを投入して、窒素ガス気流下で90℃まで昇温した。次いでこれに、CH=CMe−COO−C−Si(OSiMe (式中、Meはメチル基である。)で示される3−メタクリロキシプロピルトリス(トリメチルシロキシ)シラン84.4g(200ミリモル:サイラプレーン TM−0701T/チッソ株式会社製)、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン 39g(150ミリモル)、メタクリル酸メチル65.0g(650ミリモル)、および、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル0.58g(3ミリモル)の混合物を1時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル0.06g(0.3ミリモル)をトルエン15gに溶解した溶液を加えて(2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリルの合計量0.64g=3.3ミリモル)、90〜100℃で3時間混合してラジカル共重合させてメタクリル系共重合体を得た。
得られたメタクリル系共重合体の重量平均分子量は33,000であった。次いで、このメタクリル系共重合体溶液の不揮発分が25重量%になるようにトルエンで希釈した。このようにして得られた共重合体溶液の粘度は8.8mm/sであり、比重は0.91であった。
[導電性粒子]
導電性粒子1:
BET表面積5m/gの酸化スズ微粉末をエタノールに浸漬した後、窒素雰囲気下で加熱し、250℃の温度下で1時間保持することによって表面改質処理を行い、一次粒子径500nmの粒子1を得た。
導電性粒子2:
BET表面積15m/gの酸化スズ微粉末をエタノールに浸漬した後、窒素雰囲気下で加熱し、250℃の温度下で1時間保持することによって表面改質処理を行い、一次粒子径200nmの粒子2を得た。
導電性粒子3:
BET表面積50m/gの酸化スズ微粉末を窒素雰囲気下、アセトンガスと接触させながら加熱し、300℃の温度下で2時間保持することによって表面改質処理を行い、一次粒子径50nmの粒子3を得た。
導電性粒子4:
BET表面積50m/gの一次粒子径50nmの酸化スズ微粉末を導電性微粒子4とする。
導電性粒子5:
一次粒子径50nmの酸化スズ微粉末をATO(アンチモンドープ酸化スズ)処理したものを導電性微粒子5とする。
導電性粒子6:
一次粒子径300nmのアルミナ粉末を粒子6とする。
導電性粒子7:
アルミナの表面に、二酸化スズを下層、二酸化スズを含有するインジウムを上層とする、二層構造を設けた、一次粒子径350nmの導電性アルミナ粉末を粒子7とする。
導電性粒子8:
一次粒子径200nmの硫酸バリウム粉末を粒子8とする。
導電性粒子9:
一次粒子径150nmのシリカ粉末を粒子9とする。
〔実施例1〕
(キャリア1の製造)
樹脂1 300部
TC−750 4部
(チタンジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテテート)、
マツモトファインケミカル社製)
アミノシラン 0.8部
(固形分100質量%(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製))
導電性粒子1 231.7部
トルエン 2800部
からなる混合物をホモミキサーで10分間分散し、被覆層形成液を調製した。
この被覆層形成液、及び重量平均粒子径が35μmの焼成フェライト粉(芯材)を用いて、芯材表面において被覆層の平均膜厚が1.0μmになるように、スピラコーター(岡田精工社製)によりコーター内温度40℃で塗布し乾燥した。得られたキャリアを電気炉中にて300℃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63μmの篩を用いて解砕し、体積固有抵抗:11.0Log(Ω・cm)、磁化:68Am/kgの[キャリア1]を得た。
(トナー1の製造)
・結着樹脂 :ポリエステル樹脂 100部
数平均分子量(Mn) ; 3800
重量均分子量(Mw) ; 20000
ガラス転移点(Tg) ; 60℃
軟化点 ; 122℃
・着色剤 :アゾ系イエロー顔料 5部
(C.I.ピグメントイエロー180)
・帯電制御剤:サリチル酸亜鉛 2部
・離型剤 :カルナウバワックス (融点 ; 82℃) 3部
をヘンシェルミキサーにより混合し、2本ロールで120℃で40分溶融混練し、冷却後、ハンマーミルで粗粉砕後、エアージェット粉砕機で微粉砕し、得られた微粉末を分級して重量平均粒子径5μmのトナー母体粒子を作った。さらに、このトナー母体100部に対し、表面を疎水化処理したシリカ1部を添加し、ヘンシェルミキサーで混合することでイエロートナーである[トナー1]を得た。
(二成分現像剤)
[トナー1]7部と[キャリア1]93部を混合攪拌し、トナー濃度7重量%の二成分現像剤を得、色汚れ、キャリア付着、エッジ効果、画像の精細性、耐久性(帯電低下量、抵抗変化量)、色汚れを評価した。結果を表1に示す。
〔実施例2〕
実施例1においてホモミキサーの代わりにビーズミルとZrメディアを用いて10分間分散し樹脂被覆層形成液を得たこと以外は実施例1と同様にして[キャリア2]、[二成分現像剤2]を得た。
〔実施例3〕
実施例2において、分散時間を1時間にすること以外は実施例2と同様にして[キャリア3]、[二成分現像剤3]を得た。
〔実施例4〕
実施例1において、導電性微粒子1を導電性微粒子2に変更した以外は実施例1と同様にして[キャリア4]、[二成分現像剤4]を得た。
〔実施例5〕
実施例4において、ホモミキサーの代わりにビーズミルとZrメディアを用いて10分間分散し被覆層形成液を得たこと以外は実施例4と同様にして[キャリア5]、[二成分現像剤5]を得た。
〔実施例6〕
実施例5において、分散時間を1時間にすること以外は実施例5と同様にして[キャリア6]、[二成分現像剤6]を得た。
〔実施例7〕
実施例1において、導電性微粒子1を導電性微粒子3に変更した以外は実施例1と同様にして[キャリア7]、[二成分現像剤7]を得た。
〔実施例8〕
実施例7において、ホモミキサーの代わりにビーズミルとZrメディアを用いて10分間分散し被覆層形成液を得たこと以外は実施例7と同様にして[キャリア8]、[二成分現像剤8]を得た。
〔実施例9〕
実施例7において、分散時間を1時間にすること以外は実施例7と同様にして[キャリア9]、[二成分現像剤9]を得た。
〔実施例10〕
実施例9において、樹脂1を樹脂2にすること以外は実施例9と同様にして[キャリア10]、[二成分現像剤10]を得た。
〔実施例11〕
実施例9において、樹脂1を樹脂3にすること以外は実施例9と同様にして[キャリア11]、[二成分現像剤11]を得た。
〔実施例12〕
実施例9において、樹脂1を樹脂4にすること以外は実施例9と同様にして[キャリア12]、[二成分現像剤12]を得た。
〔実施例13〕
実施例10において、被覆層形成液を
・樹脂2 150部
・アミノシラン 0.4部
(固形分100質量%(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製))
・導電性粒子3 115.9部
・トルエン 1400部
に変更した以外は実施例10と同様にして[キャリア13]、[二成分現像剤13]を得た。
〔実施例14〕
実施例10において、被覆層形成液を
・樹脂2 30部
・アミノシラン 0.1部
(固形分100重量%(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製))
・導電性粒子3 22.1部
・トルエン 267部
に変更した以外は実施例10と同様にして[キャリア14]、[二成分現像剤14]を得た。
〔実施例15〕
実施例10において、樹脂1を樹脂8にすること以外は実施例7と同様にして[キャリア15]、[二成分現像剤15]を得た。
〔実施例16〕
実施例15において、第二粒子(大粒径導電性微粒子)として、粒子7を231.7部追加すること以外は実施例15と同様にして[キャリア16]、[二成分現像剤16]を得た。
〔実施例17〕
実施例15において、第二粒子(大粒径導電性微粒子)として、粒子8を231.7部追加すること以外は実施例15と同様にして[キャリア17]、[二成分現像剤17]を得た。
〔実施例18〕
実施例15において、第二粒子(大粒径導電性微粒子)として、粒子9を231.7部追加すること以外は実施例15と同様にして[キャリア18]、[二成分現像剤18]を得た。
〔実施例19〕
実施例6において、第二粒子(大粒径導電性微粒子)として、粒子8を231.7部追加すること以外は実施例6と同様にして[キャリア19]、[二成分現像剤19]を得た。
〔実施例20〕
実施例10において、キャリア1質量部に対してトナーを50重量部の配合割合で含有する補給用現像剤1を用いる事以外は実施例10と同様にして[キャリア10]、[二成分現像剤10]、〔補給用現像剤1〕を得た。
〔実施例21〕
実施例10において、キャリア1質量部に対してトナーを15重量部の配合割合で含有する補給用現像剤2を用いる事以外は実施例10と同様にして[キャリア10]、[二成分現像剤10]、〔補給用現像剤2〕を得た。
〔実施例22〕
実施例10において、キャリア1質量部に対してトナーを5重量部の配合割合で含有する補給用現像剤3を用いる事以外は実施例10と同様にして[キャリア10]、[二成分現像剤10]、〔補給用現像剤3〕を得た。
〔実施例23〕
実施例10において、キャリア1質量部に対してトナーを3重量部の配合割合で含有する補給用現像剤を4用いる事以外は実施例10と同様にして[キャリア10]、[二成分現像剤10]、〔補給用現像剤4〕を得た。
〔比較例1〕
実施例1において、導電性微粒子1を導電性微粒子4に、樹脂1を樹脂5にそれぞれ変更した以外は実施例1と同様にして[キャリア20]、[二成分現像剤20]を得た。
〔比較例2〕
比較例1において、導電性微粒子4を導電性微粒子5に変更した以外は比較例1と同様にして[キャリア21、[二成分現像剤21]を得た。
〔比較例3〕
比較例2において樹脂5を樹脂6に変更した以外は比較例2と同様にして[キャリア22]、[二成分現像剤22]を得た。
〔比較例4〕
比較例2において、樹脂5を樹脂7に変更した以外は比較例2と同様にして[キャリア23]、[二成分現像剤23]を得た。
〔比較例5〕
実施例10において、被覆層形成液を
・樹脂5 15部
・アミノシラン 0.1部
(固形分100質量%(SH6020:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製))
・導電性粒子3 10部
・トルエン 130部
に変更し、分散をホモミキサー10分間で行うことに変更した以外は実施例10と同様にして[キャリア24]、[二成分現像剤24]を得た。
これら実施例1〜23及び比較例1〜5のキャリア、二成分現像剤の評価は表1及び表2のとおりである。表1及び表2から、本発明のキャリアは画像形成に優れた効果をもたらすことが明らかである。
Figure 0005617465
Figure 0005617465
(図1において)
31 セル
32、32 電極
33 キャリア
(図2において)
10 プロセスカートリッジ
11 感光体
12 帯電装置
13 現像装置
14 クリーニング装置
(図3において)
100 装置本体
1 感光体
2A、2B、2C、2D プロセスカートリッジ
3 帯電ユニット
4 一次転写ローラ
5 クリーニング部
6 露光装置
7 給紙カセット
8 転写ベルト
9 定着装置
10A、10B、10C、10D 現像部
51 排紙ガイド
52 排紙コロ
53 排紙部
54 二次転写
55 給紙ロール
200A、200B、200C、200D 現像剤補給装置
(図4〜9において)
1 感光体
2 画像形成ユニット
3 帯電ユニット
4 転写装置
6 露光装置
7 給紙カセット
8 転写ベルト
9 定着装置
10 現像装置
11 搬送スクリュー
12 現像ロール
120 マグネットロール
121 スリーブ
13 層厚規制部材
14 現像剤収容部
14a 収容空間
14b 収容空間
14c 隔壁
15 ハウジング
51 排紙路
52 排紙ローラ対
53 排紙トレイ
54 紙吸着ローラ
55 レジストローラ対
100 画像形成装置本体
200 現像剤補給装置
220 現像剤補給器
221 搬送チューブ
222 容器ホルダ
223 スクリューポンプ
223a トナー吸引口
223b トナー落下口
224 ロータ
225 ステータ
226 駆動モータ
227 ユニバーサルジョイント
228 軸受
230 現像剤収容器
232 口金部
233 シール材
231 現像剤収容部材
240 ノズル
241 内管
241a 現像剤流路
242 外管
244 エア流路
246 エア供給口
247 現像剤(トナー)流出口
260 空気供給手段(エアポンプ)
261 エア供給路
262 開閉弁
300 現像剤排出装置
301 帯電ローラ
330 回収容器
331 排出パイプ
331a 上部開口
D 現像領域
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 特開昭55−127569号公報 特開昭55−157751号公報 特開昭56−140358号公報 特開昭57−96355号公報 特開昭57−96356号公報 特開昭58−207054号公報 特開昭61−110161号公報 特開昭62−273576号公報 特開2001−92189号公報 特開平06−222621号公報 特開2006−337828号公報 特開平7−140723号公報 特開平8−179570号公報 特開平8−286429号公報 特開平11−202560号公報 特開2006−39357号公報

Claims (17)

  1. 芯材粒子と、該芯材粒子表面を被覆してなる被覆層と、を有し、
    該被覆層は、少なくとも下記構造式1で表されるモノマー成分と下記構造式2で表されるモノマー成分とを含む共重合体を加熱処理して得られた樹脂、及び導電性微粒子を含有してなり、
    前記被覆層の平均膜厚hと、前記導電性微粒子の分散粒径Dと、の比D/hは、0.001以上5以下であることを特徴とする静電潜像現像用キャリア。
    Figure 0005617465
    Figure 0005617465
    (式中において、R、m、R、R、X、及びYは以下に該当するものを示す。)
    :水素原子、またはメチル基
    m:1〜8の整数
    :炭素数1〜4のアルキル基
    :炭素数1〜8のアルキル基、または炭素数1〜4のアルコキシ基
    X:10〜90モル%
    Y:10〜90モル%
  2. 前記共重合体は、下記構造式3で表される共重合体を含むことを特徴とする請求項1に記載の静電潜像現像剤用キャリア。
    Figure 0005617465
    (式中において、R、m、R、R、X、Y、及びZは以下に該当するものを示す。)
    :水素原子、またはメチル基
    m:1〜8の整数
    :炭素数1〜4のアルキル基
    :炭素数1〜8のアルキル基、または炭素数1〜4のアルコキシ基
    X:10〜40モル%
    Y:10〜40モル%
    Z:30〜80モル%
    60モル%<Y+Z<90モル%
  3. 前記導電性微粒子は、アルミ、ケイ素、スズ、バリウム及びチタンから選ばれるいずれか1または2以上の酸化物を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の静電潜像現像用キャリア。
  4. 前記酸化スズ微粒子は、アンチモン及びインジウムが少なくとも熱分析による検出限界以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリア。
  5. 前記導電性微粒子は、表面に炭素を有する酸化スズ微粒子であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の静電潜像現像用キャリア。
  6. 前記導電性微粒子は、分散粒径D1である大粒径導電性微粒子A1と、分散粒径D2である小粒径導電性微粒子A2と、を含み、D1>1.5×D2を満たすことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の静電潜像現像用キャリア。
  7. 前記被覆層の平均膜厚hと、前記分散粒径D1である大粒径導電性微粒子A1との比D1/hは、0.1以上5以下であり、
    前記被覆層の平均膜厚hと、前記分散粒径D2である小粒径導電性微粒子A2との比D2/hは、0.001以上0.1以下であることを特徴とする請求項6に記載の静電潜像現像剤用キャリア。
  8. 前記被覆層は前記芯材粒子表面に被覆された後、加熱処理して得られたものであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリア。
  9. 前記加熱処理時の熱処理温度が100〜350℃であることを特徴とする請求項8に記載の静電潜像現像剤用キャリア。
  10. 重量平均粒子径が、20μm以上65μm以下であることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリア。
  11. 1kOeの磁場における磁化が、40Am/kg以上90Am/kg以下であることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリア。
  12. 請求項1〜11のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリアと、トナーとを含有することを特徴とする二成分現像剤。
  13. 前記トナーは、カラートナーであることを特徴とする請求項12に記載の二成分現像剤。
  14. 請求項12又は13に記載の二成分現像剤を収納したことを特徴とする現像剤入り容器。
  15. 請求項1〜11のいずれかに記載の静電潜像現像剤用キャリアと、トナーとを含有し、
    前記静電潜像現像剤用キャリア1重量部に対して前記トナーを2〜50重量部含有することを特徴とする補給用現像剤。
  16. 少なくとも、静電潜像担持体表面を帯電させる帯電工程と、該帯電された静電潜像担持体上に形成した静電潜像を請求項12又は13に記載の現像剤を用いて現像し可視像とする現像工程と、該静電潜像担持体上に形成された可視像を記録媒体に転写する転写工程と、該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含むことを特徴とする画像形成方法。
  17. 少なくとも、静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に形成された静電潜像を請求項12又は13に記載の現像剤を用いて現像し可視像とする現像手段とを一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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