JP5950570B2 - 現像装置及び現像方法 - Google Patents
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- Dry Development In Electrophotography (AREA)
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Description
前記磁性トナー担持体は、表面の仕事関数値が4.6eV以上、4.9eV以下であり、
前記規制部材は、磁性トナーと当接する部位がポリフェニレンスルフィド、及びポリオレフィンのいずれかであり、
前記磁性トナーは、
i)結着樹脂、磁性粉体、及び荷電制御剤を含有する磁性トナー粒子と、無機微粉体とを有し、
ii)負帯電性であり、
iii)平均円形度が0.965以下であり、
前記荷電制御剤は、アルミニウム、ホウ素、クロム、鉄、亜鉛からなる群より選ばれる元素を中心元素として有する化合物であり、該結着樹脂100質量部に対して1.50質量部以上、10.0質量部以下含有されており、
前記磁性トナー中に含有される荷電制御剤の中心元素の存在量をA、前記磁性トナー表面に存在する荷電制御剤の中心元素の存在量をBとしたときに、B/Aが下式(1)を満たすことを特徴とする現像装置に関する。
i)規制部においてトナーの入れ替わりが良好である、
ii)トナーの帯電が迅速である、
の2条件が満たされれば、磁性トナー担持体上の現像に供される磁性トナーの帯電が、高く、且つシャープになり、結果、静電潜像担持体上に形成されたトナー像のバイアス応答性が高まると考え、本発明に至った。
磁性トナー担持体の帯電付与性及びトナーの帯電性の向上が必要である。
本発明においては磁性トナー担持体表面の仕事関数値を4.6eV以上、4.9eV以下とすることが重要である。
0.20≦B/A≦0.60 式(1)
また、本発明の現像装置では、定着部材汚れも改善できる。
本発明に係るトナーは、公知のいずれの方法によっても製造することが可能である。粉砕法により製造する場合は、先ず、ヘンシェルミキサー、ボールミル等の混合器を用いて、結着樹脂、磁性体、離型剤等のトナーとして必要な成分及びその他の添加剤等を十分に混合する。その後、加熱ロール、ニーダー、エクストルーダーの如き熱混練機を用いて溶融混練してトナー材料を分散又は溶解させ、冷却固化、粉砕後、分級、必要に応じて表面処理を行ってトナー粒子を得ることができる。分級及び表面処理の順序はどちらが先でもよい。分級工程においては生産効率上、多分割分級機を用いることが好ましい。
接触転写工程とは、静電潜像担持体が記録媒体を介して転写部材と当接しながらトナー像を記録媒体に静電転写するものであるが、転写部材の当接圧力としては線圧2.9N/m(3.0g/cm)以上であることが好ましく、より好ましくは19.6N/m(20.0g/cm)以上である。当接圧力としての線圧が2.9N/m(3.0g/cm)未満であると、記録媒体の搬送ずれや転写不良の発生が起こりやすくなるため好ましくない。
(1)トナーの平均粒径及び粒度分布
トナーの重量平均粒径(D4)は、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールターカウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)と、測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いて、実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで測定し、測定データの解析を行い、算出した。
専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更画面」において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定する。閾値/ノイズレベルの測定ボタンを押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、測定後のアパーチャーチューブのフラッシュにチェックを入れる。
1−1)Multisizer 3専用のガラス製250ml丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mlを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行う。そして、解析ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
A及びBは、KM Shaker(いわき産業社製)と、蛍光X線分析装置 Axios(PANalytical製)及び測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「SuperQ ver.4.0F」(PANalytical社製)を用いて蛍光X線の強度差により求める。
1)トナーをリング径22mm×16mm×5mmの塩化ビニルリングに約1g載せ、プレス機にて100kgfで圧縮しサンプルを作成する。得られたサンプルを蛍光X線分析装置(Axios、測定条件は後述)で測定し、トナーが含有する荷電制御剤の中心元素由来のネット強度(後述の“IB”)を得る。
装置:KM Shaker(いわき産業社製)
model:V.SX
振とう条件:speedを50に設定し、30分間振とう
乾燥して得られた試料を1)と同様の塩化ビニルリングに約1g載せ、プレス機にて100kgfで圧縮しサンプルを作成する。得られたサンプルを用いて、波長分散型蛍光X線分析装置AXIOS(スペクトリス株式会社製)を使用し、強度1.0以上、4.0以下の範囲になるまでX線照射時間を延ばして測定し、中心元素由来のネット強度(後述の“IA”)を得る。この時、照射時間を延ばしすぎるとペレットが変形することがあり、正確なデータが得られない。このため、測定時間は最大15分とする。
B/A={(IB−IA)/(IB−M)}×100
IA:メタノール振とう後のトナーにおける荷電制御剤の中心元素のネット強度
IB:メタノール振とう前のトナーにおける荷電制御剤の中心元素のネット強度
M:磁性体のネット強度
トナーを2g精評しておき、30mlバイアルにテトラヒドロフランを10g入れて一晩放置し、樹脂を十分溶解させておく。更に、バイアルを上記条件で30分間振とうした後、磁石を用いてトナー中の磁性体のみを取り出す。その後、磁性体に再度テトラヒドロフランを投入して、一晩放置して樹脂と磁性体を十分に分離する。取り出して乾燥した後、上記条件で蛍光X線測定してMの数値を得る。
理研計器(株)製:光電子分光装置AC−2を用いて、下記の条件にて仕事関数の測定を行った。
・照射エネルギー:4.2eV〜6.2eV
・光量:300nW
・計数時間:10秒/1ポイント
・陽極電圧:2900V
表面粗さの測定は、JIS B0601(2001)の表面粗さに基づき、小坂研究所製サーフコーダーSE−3500を用いて行う。測定条件は、カットオフ0.8mm、評価長さ8mm(トナー担持体の場合には長手方向に8mm)、送り速度0.5mm/sとした。トナー担持体の場合、トナー担持体の中央位置と、中央位置と塗工両端部との中間の位置の計3箇所、更に90°トナー担持体を回転した後同様に3箇所、更に90°トナー担持体を回転した後同様に3箇所、計9点について各々測定し、その平均値をとった。また、トナー規制部材ではトナー担持体と当接する部位について、両端部と中央部、およびその中間地点の5点について各々測定し、その平均値をとった。
本発明で用いられる荷電制御剤の体積基準のメジアン径は、JIS Z8825−1(2001年)に準じて測定されるが、具体的には以下の通りである。
1)バッチ式セルホルダーをLA−920に取り付ける。
2)所定量のイオン交換水をバッチ式セルに入れ、バッチ式セルをバッチ式セルホルダーにセットする。
3)専用のスターラーチップを用いて、バッチ式セル内を撹拌する。
4)「表示条件設定」画面の「屈折率」ボタンを押し、ファイル「110A000I」(相対屈折率1.10)を選択する。
5)「表示条件設定」画面において、粒子径基準を体積基準とする。
6)1時間以上の暖気運転を行った後、光軸の調整、光軸の微調整、ブランク測定を行う。
7)ガラス製の100ml平底ビーカーに約60mlのイオン交換水を入れる。この中に分散剤として、「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で約3質量倍に希釈した希釈液を約0.3ml加える。
8)発振周波数50kHzの発振器2個を、位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispension System Tetora150」(日科機バイオス社製)を準備する。超音波分散器の水槽内にイオン交換水を入れ、この水槽中にコンタミノンNを約2ml添加する。
9)前記7)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
10)前記9)のビーカー内の水溶液に超音波を照射した状態で、約1mgの脂肪酸金属塩を少量ずつ前記ビーカー内の水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。尚、この際に脂肪酸金属塩が固まりとなって液面に浮く場合があるが、その場合はビーカーを揺り動かすことで固まりを水中に沈めてから60秒間の超音波分散を行う。また、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節する。
11)前記10)で調製した脂肪酸金属塩が分散した水溶液を、気泡が入らないように注意しながら直ちにバッチ式セルに少量ずつ添加して、タングステンランプの透過率が90%〜95%となるように調整する。そして、粒度分布の測定を行う。得られた体積基準の粒度分布のデータを元にメジアン径を求める。
黒鉛化粒子を無反射試料板に充填し、リガク社製の試料水平型強力X線回折装置 RINT/TTR−II(商品名)にてCuKα線を線源としたX線回折チャートを得る。なお、本明細書ではCuKα線としてモノクロメーターにより単色化したものを使用した。
黒鉛d(002)=λ/2sinθ 式(2)
測定条件:
光学系 :平行ビーム光学系
ゴニオメータ :ローター水平型ゴニオメータ(TTR−2)
管電圧/電流 :50kV/300mA
測定法 :連続法
スキャン軸 :2θ/θ
測定角度 :10°〜50°
サンプリング間隔:0.02°
スキャン速度 :4°/min
発散スリット :開放
発散縦スリット :10mm
散乱スリット :開放
受光スリット :1.00mm
磁性トナーの平均円形度は、フロー式粒子像分析装置「FPIA−3000」(シスメックス社製)を用い、校正作業時の測定及び解析条件で測定する。
コールタールピッチから溶剤分別によりβ−レジンを抽出し、これを水素添加、重質化処理を行った後、次いでトルエンにより溶剤可溶分を除去することでメソフェーズピッチを得た。そのメソフェーズピッチ粉末を微粉砕し、それを空気中において約300℃で酸化処理した後、窒素雰囲気下にて2800℃で熱処理を行い、分級を経て、体積平均粒径3.4μm、黒鉛化度p(002)が0.39である黒鉛化粒子Aを得た。
40質量部の上記導電性カーボンブラックを10質量部の導電性カーボンブラック(東海カーボン製、商品名:#5500)に代え、黒鉛化粒子Aを90質量部に変更したこと以外は、上記と同様に塗工液B2を作成した。この塗工液B2を用い、上記と同様の方法にてRaが0.96μmであるトナー担持体2を作製した。このトナー担持体の導電性樹脂被覆層の仕事関数を測定したところ、4.6eVであった。トナー担持体2の組成、及び物性を表1に示す。
トナー担持体1の製造において、導電性カーボンブラック、導電性球状粒子を表4に示すように変更したこと以外はトナー担持体1の製造と同様にしてトナー担持体3〜9を得た。トナー担持体3〜9の組成、及び物性を表1に示す。
硫酸第一鉄水溶液中に、鉄元素に対してl.0当量以上1.1当量以下の苛性ソーダ溶液、鉄元素に対しリン元素換算で0.15質量%となる量のP2O5、鉄元素に対して珪素元素換算で0.50質量%となる量のSiO2を混合し、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製した。水溶液のpHを8.0とし、空気を吹き込みながら85℃で酸化反応を行い、種晶を有するスラリー液を調製した。
磁性粉体1の製造において、P2O5の添加量、SiO2の添加量を適宜調整し、磁性粉体2乃至10を得た。得られた磁性粉体の物性を表2に示す。
反応槽中に下記式(A)で示されるビスフェノールAのPO付加物(Rはプロピレン基を示し、x+yの平均値は2)50質量部、上記式(A)で示されるビスフェノールAのEO付加物(Rはエチレン基を示し、x+yの平均値は2)20質量部、テレフタル酸18質量部、フマル酸5質量部、無水トリメリット酸5質量部、およびジブチルチンオキサイド0.5質量部を入れ、220℃でこれらを縮合重合し、ポリエステル樹脂である結着樹脂1を得た。この樹脂の重量平均分子量(Mw)は28万、酸価は24mgKOH/g、Tgは59℃であった。
オリエント化学工業社製の荷電制御剤ボントロンS−34(中心元素Crであるアゾ化合物)を機械式粉砕機ターボミル(ターボ工業社製)を用いて機械式粉砕させて微粉砕して荷電制御剤1を得た。メジアン径は1.1μmであった。
荷電制御剤1の製造例において、表3に記載するように、使用する荷電制御剤を変更し、メジアン径を調整したこと以外は同様にして、荷電制御剤2〜9を製造した。表3に使用した荷電制御剤及びメジアン径を示した。
還流管、撹拌機、温度計、窒素導入管、滴下装置及び減圧装置を備えた加圧可能な反応容器に、溶媒としてメタノール250部、2−ブタノン150部及び2−プロパノール100部、モノマーとしてスチレン83部、アクリル酸ブチル12部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム4部を添加して撹拌しながら還流温度まで加熱した。これに、重合開始剤であるt−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート0.45部を2−ブタノン20部で希釈した溶液を30分かけて滴下して5時間撹拌を継続し、更にt−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート0.28部を2−ブタノン20部で希釈した溶液を30分かけて滴下して、更に5時間撹拌して重合を終了し、荷電制御樹脂である荷電制御剤9を得た。
結着樹脂1 100質量部
磁性体 95質量部
ポリエチレンワックス(融点115℃) 5質量部
荷電制御剤1 3.9質量部
上記混合物をヘンシェルミキサーで前混合した後、120℃に加熱された2軸エクストルーダーで溶融混練し、冷却した混練物をハンマーミルで粗粉砕してトナー粗粉砕物を得た。得られた粗粉砕物を、機械式粉砕機ターボミル(ターボ工業社製)を用いて機械式粉砕して微粉砕した。得られた微粉砕物から、コアンダ効果を利用した多分割分級装置(日鉄鉱業社製エルボジェット分級機)で微粉及び粗粉を同時に分級除去した。そこで得られた磁性トナー粒子のコールターカウンター法で測定される重量平均粒径(D4)は6.3μmであった。
磁性トナー1の製造において、荷電制御剤1を表4記載の荷電制御剤に変更したこと以外はトナー1の製造と同様にして、磁性トナー2乃至5を得た。磁性トナー2乃至5の組成、及び、トナーの物性を表4に示す。
磁性トナー1の製造において、表4記載のように内添、外添の荷電制御剤量を調整した。得られた磁性トナー粒子を、熱風を吹き付けることによりトナー粒子の表面改質を行う装置であるメテオレインボーMR−3型(日本ニューマチック工業社製)で表面改質を行った。表面改質時の条件は、原料供給速度2kg/hr、熱風流量700L/min、吐出熱風温度300℃とし、所望の円形度に調整して磁性トナー6乃至8を得た。磁性トナー6乃至8の組成、及び、トナーの物性を表4に示す。
磁性トナー1の製造において、荷電制御剤1の添加部数を1.50部とし、外添による荷電制御剤の外添を行わないこと以外は磁性トナー1の製造と同様にして、磁性トナー9を得た。磁性トナー9の組成、及び、トナーの物性を表4に示す。
磁性トナー1の製造において、表4記載のように使用する磁性粉体及びその添加量を変更したこと以外は磁性トナー1と同様に製造し、磁性トナー10乃至20を得た。磁性トナー10乃至20の組成、及び、トナーの物性を表4に示す。
〈処理磁性体の製造〉
硫酸第一鉄水溶液中に、鉄元素に対して1.00等量から1.10等量の苛性ソーダ溶液、鉄元素に対してケイ素元素換算で0.50質量%となる量のSiO2を混合し、水酸化第一鉄を含む水溶液を調製した。水溶液のpHを8.0とし、空気を吹き込みながら85℃で酸化反応を行い、種晶を有するスラリー液を調製した。
イオン交換水910質量部に0.1モル/L−Na3PO4水溶液450質量部を投入して60℃に加温した後、1.0モル/L−CaCl2水溶液68質量部を添加して、分散安定剤を含む水系媒体を得た。
・スチレン 78.0質量部
・n−ブチルアクリレート 22.0質量部
・ジビニルベンゼン 0.6質量部
・処理磁性体 90.0質量部
・ポリエステル樹脂
(テレフタル酸とビスフェノールAの反応物;重量平均分子量3万) 3.0質量部
・ポリプロピレンワックス(融点80℃) 15.0質量部
・荷電制御剤2 1.0質量部
上記処方をディスパー翼を用いて均一に分散混合して単量体組成物を得た。この単量体組成物を60℃に加温し、溶解した後に重合開始剤として2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)4質量部を投入した。
磁性トナー6の製造において、荷電制御剤の種類、内添量及び外添量を調整すること以外は磁性トナー6の製造と同様にして、比較用磁性トナー2,4,6を得た。組成、及び、トナーの物性を表4に示す。
比較用磁性トナー1の製造において、荷電制御剤の内添量及び外添量を調整すること以外は比較用磁性トナー1の製造と同様にして、比較用磁性トナー3,5,7を得た。組成、及び、トナーの物性を表4に示す。
磁性トナー1の製造において、荷電制御剤の種類、内添量及び外添量を調整すること以外は磁性トナー1の製造と同様にして、比較用磁性トナー8乃至12を得た。組成、及び、トナーの物性を表4に示す。
(画像形成装置)
画像形成装置としてLaser Jet P1006(HP製)を改造し、一分間に40枚出力できるようにした。また、現像装置としては、以下のものを用いた。
・画像濃度
画像濃度はベタ画像部を形成し、このベタ画像の濃度をマクベス反射濃度計(マクベス社製)にて測定した。
白画像を出力して、その反射率を東京電色社製のREFLECTMETER MODEL TC−6DSを使用して測定した。一方、白画像形成前の転写紙(標準紙)についても同様に反射率を測定した。フィルターは、グリーンフィルターを用いた。白画像出力前後の反射率から、下記式を用いてカブリを算出した。
カブリ(反射率)(%)= 標準紙の反射率(%)−白画像サンプルの反射率(%)
高湿度環境下で長時間通紙すると、トナー表面がシェアを受けつつ多量の水蒸気に長時間さらされるため、帯電分布のブロード化や水分吸着量の増大を引き起こしやすい。そのため、転写性を厳しく評価できる。
A:5枚とも転写抜け発生せず。
B:1枚軽微な転写抜けが見られた。
C:2〜4枚軽微な転写抜けが見られた。
D:5枚全てに軽微な転写抜けが見られた。
E:1枚以上、明確な転写抜けが見られた。
上記画出し試験の後に、更にベタ黒を出し、定着器通過時に電源を落として強制的にジャムを発生させた。その後、速やかに定着器の画像を剥がし、その後ベタ白を通紙し、ベタ白の汚れ具合で定着フィルム汚れを評価した。その後、常温常湿環境下でも同様の試験を行った。
A:汚れなし
B:僅かな汚れが一部見られた。
C:僅かな汚れが2か所以上見られた。
D:軽微な汚れが全体的に見られた。
E:明確な汚れが見られた。
実施例1にて、カートリッジ構成をCRG2乃至17、或いは比較用CRG1乃至5に変えたこと以外は同様にして、画出し試験を行った。評価結果を表6に示す。
実施例1にて、磁性トナー2乃至20、或いは比較用磁性トナー1乃至12を用いること以外は同様にして、画出し試験を行った。評価結果を表6に示す。
2 帯電ローラー
3 磁性トナー担持体
4 現像器
5 転写部材(転写ローラー)
6 クリーナー容器
7 クリーニングブレード
8 定着器
9 ピックアップローラー
10 転写材(紙)
11 レーザー発生装置
12 磁性トナー規制部材
13 金属板
14 磁性トナー
15 撹拌部材
16 マグネット
Claims (4)
- 静電潜像が形成される静電潜像担持体、前記静電潜像を現像する磁性トナー、前記磁性トナーを担持し搬送する磁性トナー担持体、及び、前記磁性トナー担持体に当接し、前記磁性トナーを規制する規制部材を備えた現像装置において、
前記磁性トナー担持体は、表面の仕事関数値が4.6eV以上、4.9eV以下であり、
前記規制部材は、磁性トナーと当接する部位がポリフェニレンスルフィド、及びポリオレフィンのいずれかであり、
前記磁性トナーは、
i)結着樹脂、磁性粉体、及び荷電制御剤を含有する磁性トナー粒子と、無機微粉体とを有し、
ii)負帯電性であり、
iii)平均円形度が0.965以下であり、
前記荷電制御剤は、アルミニウム、ホウ素、クロム、鉄、亜鉛からなる群より選ばれる元素を中心元素として有する化合物であり、該結着樹脂100質量部に対して1.50質量部以上、10.0質量部以下含有されており、
前記磁性トナー中に含有される荷電制御剤の中心元素の存在量をA、前記磁性トナー表面に存在する荷電制御剤の中心元素の存在量をBとしたときに、B/Aが下式(1)を満たすことを特徴とする現像装置。
0.20≦B/A≦0.60 式(1) - 前記磁性トナー担持体の表面粗さ(RaS)が0.60μm以上、1.50μm以下であり、
前記規制部材の磁性トナーと当接する部位の表面粗さ(RaB)と前記磁性トナー担持体の表面粗さ(RaS)の比(RaS/RaB)が1.0以上3.0以下であることを特徴とする請求項1に記載の現像装置。 - 前記磁性トナーの測定磁場795.8kA/mでの飽和磁化σsが35Am2/kg以上、45Am2/kg以下、残留磁化σrが3.0Am2/kg以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の現像装置。
- 静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、前記静電潜像担持体に対向して設けられた磁性トナー担持体に担持され、前記磁性トナー担持体に当接するトナー規制部材によって規制された磁性トナーで現像する現像方法であって、
前記磁性トナー担持体は、表面の仕事関数値が4.6eV以上、4.9eV以下であり、
前記トナー規制部材は、磁性トナーと接する部位がポリフェニレンスルフィド、及びポリオレフィンのいずれかであり、
前記磁性トナーは、
i)結着樹脂、磁性粉体、及び荷電制御剤を含有する磁性トナー粒子と、無機微粉体とを有し、
ii)負帯電性であり、
iii)平均円形度が0.965以下であり、
前記荷電制御剤は、アルミニウム、ホウ素、クロム、鉄、亜鉛からなる群より選ばれる元素を中心元素として有する化合物であり、該結着樹脂100質量部に対して1.50質量部以上、10.0質量部以下含有されており、
前記磁性トナー中に含有される荷電制御剤の中心元素の存在量をA、前記磁性トナー表面に存在する荷電制御剤の中心元素の存在量をBとしたときに、B/Aが下式(1)を満たすことを特徴とする現像方法。
0.20≦B/A≦0.60 式(1)
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