JP5682349B2 - 異方性磁性体分散型樹脂キャリア、電子写真用現像剤、及び現像装置 - Google Patents
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Description
前記現像剤としては、磁性トナー又は非磁性トナーを単独で用いる一成分現像剤と、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤とがある。
キャリアの抵抗が低いと潜像電位をキャリアがリークし、良好な現像画像が得られなくなるため、キャリアとしてはある程度以上の抵抗が必要である。したがって、キャリアコアが導電性の場合、キャリアコアを絶縁性材料でコートして用いるのが好ましい。また、抵抗がある程度高いフェライトがコア材として好ましく用いられている。
一般に、高磁気力であると、現像剤中のトナーが潜像を現像する現像領域において、現像剤の磁気ブラシが硬くなり、ハキ目、ガサツキ等を生じるために高画質な現像画像を得ることが困難である。
そこで、キャリアの磁気力を低くして高画質化を図るためにもフェライトが好ましく用いられている。
しかしながら、この提案では、高保磁力を有するハードフェライトをキャリアとして使いこなすために、現像装置の大型化が避けられない。したがって、小型の高画質カラー複写機を実現するためには、固定磁芯を用いた現像剤担持体を使用することが好ましく、この場合高保磁力を有するハードフェライトキャリアは、その自己凝集性のため、かえって搬送性が悪くなるという問題がある。
しかしながら、高画質な現像画像とキャリア付着の防止とを両立するには至っておらず、また、前記キャリアを用いると、装置コスト的にメリットがあるが、交流電界を用いた現像手段に用いた場合と比較して、低い直流電界を用いた現像手段に用いた場合には、ベタ追従性とキャリア付着の防止との両立に課題が残る。
<1> 結着樹脂中に少なくとも磁性体微粒子が分散されてなり、
前記磁性体微粒子が同一方向に磁場配向した磁気異方性を有し、
飽和磁化が16emu/g以上30emu/g以下であり、
保磁力が15kA/m以上40kA/m以下であり、
平均粒径が15μm以上100μm未満であることを特徴とする異方性磁性体分散型樹脂キャリアである。
<2> 結着樹脂と磁性体微粒子との質量比(結着樹脂/磁性体微粒子)が65/35〜80/20である前記<1>に記載の異方性磁性体分散型樹脂キャリアである。
<3> 平均円形度が0.85以上0.94以下である前記<1>から<2>のいずれかに記載の異方性磁性体分散型樹脂キャリアである。
<4> 磁性体微粒子が希土類−鉄−窒素系の希土類磁石粉末である前記<1>から<3>のいずれかに記載の異方性磁性体分散型樹脂キャリアである。
<5> 磁性体微粒子がSmFeNである前記<4>に記載の異方性磁性体分散型樹脂キャリアである。
<6> 結着樹脂中に少なくとも磁性体微粒子を溶融混練した後の成形物を2T(テスラ)以上の磁束密度中に10秒間以上放置して製造される前記<1>から<5>のいずれかに記載の異方性磁性体分散型樹脂キャリアである。
<7> 前記<1>から<6>のいずれかに記載の異方性磁性体分散型樹脂キャリアを含むことを特徴とする電子写真用現像剤である。
<8> 前記<7>に記載の電子写真用現像剤を備えたことを特徴とする現像装置である。
本発明の異方性磁性体分散型樹脂キャリアは、結着樹脂中に少なくとも磁性体微粒子が分散されてなり、前記磁性体微粒子が同一方向に磁場配向した磁気異方性を有し、飽和磁化が16emu/g以上30emu/g以下であり、保磁力が15kA/m以上40kA/m以下であり、平均粒径が15μm以上100μm未満である。前記異方性磁性体分散型樹脂キャリアは、必要に応じて前記結着樹脂及び前記磁性体微粒子以外のその他の成分を含んでもよい。
本発明の異方性磁性体分散型樹脂キャリアに用いられる結着樹脂としては、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、ビニル系モノマーを重合して得られる熱可塑性樹脂が挙げられる。
前記ビニル系モノマーとしては、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、スチレン;o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−フェニルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、p−メトキシスチレン、p−クロルスチレン、3,4−ジクロルスチレン、m−ニトロスチレン、o−ニトロスチレン、p−ニトロスチレン等のスチレン誘導体;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン等のエチレン及び不飽和モノオレフィン類;ブタジエン、イソプレン等の不飽和ジオレフィン類;塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、フッ化ビニル等のハロゲン化ビニル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニル等のビニルエステル類;メタクリル酸及びメタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸−2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;アクリル酸及びアクリル酸メチル、アルリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニル等のアクリル酸エステル類;マレイン酸、マレイン酸ハーフエステル;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類;N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドン等のN−ビニル化合物;ビニルナフタリン類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド等のアクリル酸又はメタクリル酸誘導体;アクロレイン類などが挙げられる。
これらは、1種単独で重合させてもよいし、2種以上併用して重合させてもよい。
前記磁性体微粒子としては、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るが、希土類磁性粉末及び異方性フェライト磁石粉末の少なくともいずれか1種であることが好ましい。
前記希土類磁性粉末としては、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、異方性のSmCo系、SmFeN系、NdFeB系などの希土類−遷移金属系の磁性粉末を用いることができる。また、希土類−遷移金属系磁石合金であれば、例えば、希土類−鉄−窒素系の各種磁石粉末等を使用でき、前記希土類元素としては、Sm、Gd、Tb、及びCeから選択される少なくとも一種、或いは更にPr、Nd、Dy、Ho、Er、Tm、及びYbから選択される少なくとも一種を含むものが好ましい。
これらの中でも、希土類元素としてSmが含まれるものを用いると、本発明の効果を著しく発揮させることが可能となる。
前記希土類−遷移金属系磁石には、フェライト、アルニコなど通常、ボンド磁石の原料となる各種の磁石粉末を混合してもよく、該磁石粉末の異方性磁場(HA)としては、50kOe(4.0MA/m)以上が好ましい。
本発明の電子写真用現像剤は、本発明の前記異方性磁性体分散型樹脂キャリアと、トナーとを含む。本発明の異方性磁性体分散型樹脂キャリアを含むことにより、キャリア付着が抑制され、高画質化に対応できる電子写真用現像剤を得ることができる。
前記トナーとしては、特に制限はなく、電子写真用トナーとして使用される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るが、少なくとも結着樹脂及び着色剤を含み、更に必要に応じて、離型剤、帯電制御剤、及びその他の成分を含む。
前記現像剤におけるトナーの含有量としては、キャリア100質量部に対して、2.0質量部〜12.0質量部が好ましく、2.5質量部〜10質量部がより好ましい。
本発明の現像装置は、本発明の電子写真用現像剤を備えてなる。
図2は、本発明に係る現像装置の一実施の形態であるカラー画像形成装置の内部構成図の一例を示す。この具体例は、タンデム型間接転写方式の電子写真複写装置であるが、本発明の現像装置は二成分現像剤を用いた電子写真方式の全てに適用されるものであり、本具体例に限ったものではない。図中符号100は複写装置本体、200は複写装置本体100を載せる給紙テーブル、300は複写装置本体100上に取り付けるスキャナ(読取り光学系)、400はさらにその上に取り付ける原稿自動搬送装置(ADF)である。
一方、中間転写体10を挟んでタンデム画像形成部20と反対の側には、2次転写装置22を備える。2次転写装置22は、図示例では、2つのローラ23間に、無端ベルトである2次転写ベルト24を掛け渡して構成し、中間転写体10を介して第3の支持ローラ16に押し当てて配置し、中間転写体10上の画像をシートに転写する。2次転写装置22の横には、シート上の転写画像を定着する定着装置25を設ける。定着装置25は、無端ベルトである定着ベルト26に加圧ローラ27を押し当てて構成する。上述した2次転写装置22は、画像転写後のシートをこの定着装置25へと搬送するシート搬送機能も備えている。なお、図示例では、このような2次転写装置22および定着装置25の下に、上述したタンデム画像形成部20と平行に、シートの両面に画像を記録すべくシートを反転するシート反転装置28を備える。
本発明においては、上述の感光体211、帯電装置手段212、現像手段213及びクリーニング手段214等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカートリッジを複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成する。
像転写後の感光体の表面は、少なくともブレードクリーニング部材を持つクリーニング手段によって転写残りトナーの除去を受けて清浄面化され、更に除電された後、繰り返し画像形成に使用される。
<磁性体混練物の作製>
スチレン−アクリル酸ブチル共重合体(Tg:62℃、重量平均分子量Mw15.6万)72質量部、及びSmFeN(Wellmax−S3A、住友金属鉱山株式会社製、樹脂分:10質量%、平均粒径:1μm)28質量部を十分混合した後、該混合物をオープンロール混練機(ニーデックス、日本コークス工業株式会社製)でフロントロール供給側140℃、排出側50℃、バックロール供給側100℃、排出側40℃、フロントロール回転数35rpm、バックロール回転数31rpm、ギャップ0.25mmにて2回通しで混練した後、パルペライザー(ホソカワミクロン株式会社製)で粉砕して、磁性体混練物を得た。
前記磁性体混練物をボールミル粉砕機(株式会社入江商会製、V1−ML)にて、回転数46Rev/min、ボール充填量1.5L、ボールサイズ500μm、3.8Kgにて60時間粉砕した後、エルボージェット分級機(日鉄鉱業株式会社製)にて分級し、平均粒径10μmの磁性体分散型樹脂粉体を得た。なお、前記平均粒径は、FPIA3000(シスメックス株式会社製)により測定した。
得られた分級済みの磁性体分散型樹脂粉体を直径30mmのガラス製筒状容器に入れ、高磁場印加装置(住友重機械工業株式会社製)にて8Tの磁束密度内に5分間放置し、異方性磁性体分散型樹脂キャリアAを得た。
なお、同一方向に磁場配向した磁気異方性の有無については、以下の方法により判断した。
これらのサンプルセルを、磁化測定装置VSM−C7−10A(東英工業株式会社製)のサンプルホルダーにセットし、±5kOeの磁場を作り、そのヒステリシスカーブを測定した。
その結果、前記キャリアAが充填された第1、第2及び第3のサンプルの飽和磁化は、それぞれ7.26emu/g、20.21emu/g、23.82emu/gであった。
ここで、キャリアが磁気異方性を有する場合には、キャリアを最密充填でパッキングすると、磁場方向に回転することができず、最大の値を取れない状態となる。つまり、キャリアが磁気異方性を持つ場合、最密充填された第1のサンプルよりも第2、第3のサンプルの飽和磁化が大きくなる。
以上のようにして、前記キャリアAが磁気異方性を有していることを確認した。
比較例1において、異方性磁性体分散型樹脂粉体の平均粒径を10μmから16μmに変更した以外は、比較例1と同様にして、異方性磁性体分散型樹脂キャリアBを得た。
比較例1において、異方性磁性体分散型樹脂粉体の平均粒径を10μmから36μmに変更した以外は、比較例1と同様にして、異方性磁性体分散型樹脂キャリアCを得た。
比較例1において、異方性磁性体分散型樹脂粉体の平均粒径を10μmから50μmに変更した以外は、比較例1と同様にして、異方性磁性体分散型樹キャリアDを得た。異方性磁性分散型樹脂キャリアDの顕微鏡写真画像を図1に示す。
比較例1において、異方性磁性体分散型樹脂粉体の平均粒径を10μmから80μmに変更した以外は、比較例1と同様にして、異方性磁性体分散型樹脂キャリアEを得た。
比較例1において、異方性磁性体分散型樹脂粉体の平均粒径を10μmから100μmに変更した以外は、比較例1と同様にして、異方性磁性体分散型樹脂キャリアFを得た。
実施例2において、結着樹脂と磁性体微粒子との混合質量比(樹脂/磁性体)を75/25から60/40に変更した以外は、実施例2と同様にして、異方性磁性体分散型樹脂キャリアGを得た。
実施例2において、結着樹脂と磁性体微粒子との質量比(樹脂/磁性体)を75/25から70/30に変更した以外は、実施例2と同様にして、異方性磁性体分散型樹脂キャリアHを得た。
実施例2において、結着樹脂と磁性体微粒子との質量比(樹脂/磁性体)を75/25から80/20に変更した以外は、実施例2と同様にして、異方性磁性体分散型樹脂キャリアIを得た。
実施例2において、結着樹脂と磁性体微粒子との質量比(樹脂/磁性体)を75/25から85/15に変更した以外は、実施例2と同様にして、異方性磁性体分散型樹脂キャリアJを得た。
実施例2において、分級済みの磁性体分散型樹脂粉体を更にサフュージョンシステム(日本ニューマチック工業株式会社製)にて300℃の熱風処理を行い、平均円形度0.98の磁性体分散型球形樹脂粉体とした以外は、実施例2と同様にして、異方性磁性体分散型樹脂キャリアKを得た。
実施例2において、高磁場印加装置の磁束密度を8Tから2Tに変えた以外は、実施例2と同様にして、異方性磁性体分散型樹脂キャリアLを得た。
実施例2において、高磁場印加装置の磁束密度を8Tから0.1Tに変えた以外は、実施例2と同様にして、異方性磁性体分散型樹脂キャリアMを得た。
実施例2において、磁性体をSmFeNからSm2Co17(Wellmax−PH、住友金属鉱山株式会社製、樹脂分10質量%、平均粒径1μm)に変更した以外は、実施例2と同様にして、異方性磁性体分散型樹脂キャリアNを得た。
キャリア芯材として体積平均粒径35μmの球形フェライト粒子(パウダーテック社製 MFL−35S)に、コート材としてのシリコーン樹脂とメラミン樹脂との混合物(東レダウコーニング社製)を被覆してキャリアOを作製した。
なお、前記平均粒径及び平均円形度は、FPIA3000(シスメックス株式会社製)を用いて測定した数値からその個数平均をとることによって求めた。また、飽和磁化及び保磁力の測定は、上述したようにVSM−C7−10A(東英工業株式会社製)により行った。ここで異方性磁性体分散型樹脂キャリアの飽和磁化は、最密充填量の75質量%の充填量における測定値とした。
なお、トナー被覆率は、下記数式によって求めることができる。
トナー被覆率(%)=トナー投影面積/キャリア表面積(球換算) ・・・(数式)
前記電子写真用現像剤A〜Oを用いて以下のように評価を行った。
PODグロス(王子製紙株式会社製)に1,200dpi、16階調のディザパターンを10枚印刷した。更に前記カラー複合機の現像ユニットを3時間空回転させた後、同様に1,200dpi、16階調のディザパターンを10枚印刷した。これらの印刷画像を目視にて比較し、ハーフトーン部の再現性を以下の評価基準により評価した。
−評価基準−
○:再現性が高い
△:ややボソツキがあるが、実用上問題はない
×:ボソツキがある
−評価基準−
○:付着なし
△:一部に付着が見られるが画像には影響なし
×:付着があり、白抜けなどの不良画像が発生する
株式会社リコー製タイプ6000紙(サイズ:A4)にトナー付着量0.6mg/cm2の全ベタ画像を5枚連続して出力したときのベタ均一性を下記評価基準により評価した。
−ベタ均一性の評価基準−
○:IDバラつきが0.1未満
△:IDバラつきが0.3未満
×:IDバラつきが0.3以上
なお、IDバラツキは、画像出力した用紙を9分割したエリアの各IDをX−Rite914にて測定することによって行い、これを5枚分測定し、合計45点のID値の範囲をバラつき評価値とした。
−評価基準−
○:付着なし
△:一部に付着が見られるが、画像には影響なし
×:付着があり、不良画像が発生する
前記ハーフトーン再現性、及びベタ追従性の評価が終わった後、複合機の空回しを行い、現像装置内での現像剤の流動性及び凝集物の有無を目視で観察し、下記基準に従って評価した。結果を表2に示す。
−評価基準−
○:現像剤中に凝集物がない
△:現像剤中に凝集物があるが、すぐに解れる
×:現像剤中に凝集物があり、現像機内の循環が滞り搬送されない、若しくは一部に現像剤の溜まりが発生する
以上の各種評価をもとに、キャリアA〜Oについて総合的な評価を行った。評価基準としては、良好なものを「○」、不良なもの(実用上問題があるもの)を「×」とした。結果を表2に示す。
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 タンデム型現像器
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 原稿台
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 像担持体(感光体)
42 給紙ローラ
43 ペーパーバンク
44 給紙カセット
45 分離ローラ
46 給紙路
47 搬送ローラ
48 給紙路
49 レジストローラ
55 切換爪
56 排出ローラ
57 排出トレイ
60 帯電装置
61 現像器
62 転写帯電器
63 感光体クリーニング装置
65 現像剤容器
66 トナー補給側攪拌スクリュー
67 現像剤担持体側攪拌スクリュー
68 現像剤担持体(現像ローラ)
75 トナー濃度センサ
77 ドクターブレード
78 現像剤経路規制部材
80 仕切り版
86 現像剤攪拌室(補給側)
87 現像剤攪拌室(現像側)
100 複写装置本体
200 給紙テーブル
210 プロセスカートリッジ
211 感光体
212 帯電手段
213 現像手段
214 クリーニング手段
300 スキャナ
400 原稿自動搬送装置(ADF)
A トナー補給口
B 受け渡し部
Claims (7)
- 結着樹脂中に少なくとも磁性体微粒子が分散されてなり、
前記磁性体微粒子が同一方向に磁場配向した磁気異方性を有し、
飽和磁化が16emu/g以上30emu/g以下であり、
保磁力が15kA/m以上40kA/m以下であり、
平均粒径が15μm以上100μm未満であり、
前記磁性体微粒子が、Smを含有する希土類磁性粉末であることを特徴とする異方性磁性体分散型樹脂キャリア。 - 結着樹脂と磁性体微粒子との質量比(結着樹脂/磁性体微粒子)が65/35〜80/20である請求項1に記載の異方性磁性体分散型樹脂キャリア。
- 平均円形度が0.88以上0.94以下である請求項1から2のいずれかに記載の異方性磁性体分散型樹脂キャリア。
- 磁性体微粒子がSmFeNである請求項1から3のいずれかに記載の異方性磁性体分散型樹脂キャリア。
- 結着樹脂中に少なくとも磁性体微粒子を溶融混練した後の成形物を2T(テスラ)以上の磁束密度中に10秒間以上放置して製造される請求項1から4のいずれかに記載の異方性磁性体分散型樹脂キャリア。
- 請求項1から5のいずれかに記載の異方性磁性体分散型樹脂キャリアを含むことを特徴とする電子写真用現像剤。
- 請求項6に記載の電子写真用現像剤を備えたことを特徴とする現像装置。
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