JP6231875B2 - 現像装置、現像方法、画像形成装置、および画像形成方法 - Google Patents
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Description
また、電子写真法を用いた画像形成装置は、市場ユーザーより小型化の要望が高まってきている。
特許文献1では正帯電する樹脂層を使用することによって、トナーに対する負の帯電付与能を高めた現像剤担持体が提案されている。
しかしながら、かかる現像剤担持体は、低温低湿環境下においてはトナーの帯電量が過剰(チャージアップ)になりやすい。この場合、現像剤担持体の表面にチャージアップしたトナーが貼り付いてしまい、新たに現像剤担持体に供給されるトナーを十分に帯電させることができず、かかる帯電量の不足しているトナーによってカブリが発生することがあった。
該トナーが収容されている現像容器と、
該現像容器から供給された該トナーを表面に担持してトナー層を形成し且つ搬送する回転自在に保持された現像剤担持体と、
該トナー層の層厚を規制するためのトナー層厚規制部材とを備える現像装置であって、
該トナーは、
結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子及びシリカ微粒子を含有し、
X線光電子分光装置(ESCA)により求めた、該トナー粒子表面の該シリカ微粒子による被覆率X1が40.0面積%以上75.0面積%以下であり、
該シリカ微粒子による理論被覆率をX2としたとき、下記式1で示される拡散指数が下記式2を満足し、
(式1)拡散指数=X1/X2
(式2)拡散指数≧−0.0042×X1+0.62;
該現像剤担持体は、
基体と、弾性層と、ウレタン樹脂を含む表面層とを有し、
該ウレタン樹脂は、
下記構造式(1)で示される化合物とポリイソシアネートとの反応に由来する部分構造を有するものであることを特徴とする現像装置:
R1は各々独立に下記(a)〜(c)からなる群から選ばれる何れかである。
(a)炭素数1以上8以下のヒドロキシアルキル基、
(b)炭素数2以上8以下のアミノアルキル基、
(c)下記構造式(2)で示される基、
R2は炭素数2以上4以下のアルキレン基を表す。
該トナーが、
結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子及び
シリカ微粒子を含有し、
X線光電子分光装置(ESCA)により求めた、該トナー粒子表面の該シリカ微粒子による被覆率X1が40.0面積%以上75.0面積%以下であり、
該シリカ微粒子による理論被覆率をX2としたとき、下記式1で示される拡散指数が下記式2を満足し、
(式1)拡散指数=X1/X2
(式2)拡散指数≧−0.0042×X1+0.62;
該現像剤担持体が、
基体と、弾性層と、ウレタン樹脂を含む表面層とを有し、
該ウレタン樹脂は、
下記構造式(1)で示される化合物とポリイソシアネートとの反応に由来する部分構造を有するものである現像方法が提供される:
R1は各々独立に下記(a)〜(c)からなる群から選ばれる何れかである。
(a)炭素数1以上8以下のヒドロキシアルキル基、
(b)炭素数2以上8以下のアミノアルキル基、
(c)下記構造式(2)で示される基、
R2は炭素数2以上4以下のアルキレン基を表す。
該像担持体に形成された静電潜像を現像するための現像装置とを有する画像形成装置であって、該現像装置が、上記の現像装置である画像形成装置が提供される。
像担持体の帯電面に潜像を形成する潜像形成工程と、
現像剤担持体上に担持させたトナーにより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、
該トナー像を記録媒体に転写する転写工程とを有する画像形成方法であって、
該現像工程が上記の現像方法を含む画像形成方法が提供される。
(式1)拡散指数=X1/X2
(式2)拡散指数≧−0.0042×X1+0.62
その結果、高温高湿環境下、低温低湿環境下での使用によっても、カブリの発生を大幅に抑制し、高品位の電子写真画像の形成に資する現像装置が可能となる。
次に本発明の現像装置及び画像形成装置について図を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
基体2は、現像剤担持体1の電極および支持部材として機能するもので、アルミニウム、銅合金、ステンレス鋼の如き金属または合金、クロム、又はニッケルで鍍金処理を施した鉄、導電性を有する合成樹脂の如き導電性の材質で構成される。
弾性層3は、現像剤担持体と静電潜像担持体との当接部において、所定の幅のニップを形成するために必要な弾性を現像剤担持体に与えるものである。
表面層4は、ウレタン樹脂を含み、該ウレタン樹脂は、下記構造式(1)で示される化合物とポリイソシアネートとの反応に由来する部分構造を有する。
また、R1は各々独立に下記(a)〜(c)からなる群から選ばれる何れかである。
(a)炭素数1以上8以下のヒドロキシアルキル基、
(b)炭素数2以上8以下のアミノアルキル基、
(c)下記構造式(2)で示される基。
さらに、R2は、炭素数2以上4以下のアルキレン基を表す。
まず、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールの如きポリオール成分とポリイソシアネートとを反応させ、イソシアネート基末端プレポリマーを得る。
次いで、イソシアネート基末端プレポリマーを、上記構造式(1)で示される構造を有する化合物と反応させることで、本発明に係るウレタン樹脂を得ることができる。
(a)炭素数1以上8以下のヒドロキシアルキル基、
(b)炭素数2以上8以下のアミノアルキル基、
(c)構造式(2)で示される基、
R1が、ヒドロキシアルキル基である場合は炭素数が1以上8以下、R1がアミノアルキル基である場合は炭素数が2以上8以下であると、ウレタンまたはウレア基による架橋構造を形成し易く好ましい。
本発明では、結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子と、シリカ微粒子とを含有するトナーであって、X線光電子分光装置(ESCA)により求めた、該トナー表面の該シリカ微粒子による被覆率X1が40.0面積%以上75.0面積%以下であり、該シリカ微粒子による理論被覆率をX2としたとき、下記式1で示される拡散指数が下記式2を満足する。
(式1)拡散指数=X1/X2
(式2)拡散指数≧−0.0042×X1+0.62
トナーへの帯電付与性の高い現像剤担持体を用いた場合は、低温低湿環境下において、規制部で滞留したトナーの帯電量が異常に高くなり、現像剤担持体表面にトナーが貼り付いてしまう現象が起きる。このような状態になると、黒後のトナーは現像剤表面との摩擦帯電機会が非常に少なく、ブレードニップを通過してしまう。その結果、トナーの電荷が低くなり易く、反転トナーも多く発生することにより、カブリを悪化させる。
(1)外添剤をトナー粒子へしっかり付着させること
(2)ブレードニップにおいてトナー一粒一粒が帯電すること。特に、(2)を解決するためには、次の3点が重要である。
これは、トナーが現像剤担持体から離れやすいことを示す。
これは、現像剤担持体または現像ブレードに接触するトナーが動く際、接触していないトナーがそれに連動して、動くことを示す。
これは、ブレードニップにおける摺擦が、トナー一粒一粒に行われるように、トナーがほぐれやすいことを示す。
(式1)拡散指数=X1/X2
(式2)拡散指数≧−0.0042×X1+0.62
上記被覆率X1は、シリカ微粒子単体をESCAで測定した時のSi元素の検出強度に対して、トナーを測定した時のSi元素の検出強度の比から、算出することができる。この被覆率X1は、トナー粒子表面のうち、シリカ微粒子が実際に被覆している面積の割合を示す。
(式4)理論被覆率X2(面積%)=31/2/(2π)×(dt/da)×(ρt/ρa)×C×100
da:シリカ微粒子の個数平均粒径(D1)
dt:トナーの重量平均粒径(D4)
ρa:シリカ微粒子の真比重
ρt:トナーの真比重
C:シリカ微粒子の質量/トナーの質量
(Cは後述するトナー中のシリカ微粒子の含有量を用いる。)
拡散指数は、実測の被覆率X1と理論的な被覆率X2の乖離を示す。この乖離の程度は、トナー粒子表面から垂直方向に二層、三層と積層したシリカ微粒子の多さを示すと考えている。理想的には拡散指数は1になるが、これは、被覆率X1が理論被覆率X2と一致した場合であり、二層以上積層したシリカ微粒子が全く存在しない状態である。一方、シリカ微粒子が、凝集した二次粒子としてトナー表面に存在すると、実測の被覆率と理論的な被覆率の乖離が生じ、拡散指数が低くなる。つまり、拡散指数は、二次粒子として存在するシリカ微粒子の量を示すと言い換えることもできる。
(式3)拡散指数<−0.0042×X1+0.62
シリカ微粒子の含有量を上述範囲に制御することで、トナーの流動性を適正な状態に制御し、より優れた画像を提供できる。
本発明に好ましく使用される着色剤として、以下のものが挙げられる。
縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アントラキノン、キナクリドン化合物、
塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物。
上記シリカ微粒子を外添混合する混合処理装置は、少なくとも複数の攪拌部材3が表面に設置された回転体2と、回転体を回転駆動する駆動部29と、攪拌部材24と間隙を有して設けられた本体ケーシング22とを有する。
〔1〕現像剤担持体表面の表面粗さ(Ra:算術平均粗さ)測定
表面粗さ(JIS B0601−2001)に準拠する表面粗さ測定器(商品名:サーフコーダSE−3500、株式会社小坂研究所製)にて、軸方向3箇所、周方向3箇所の計9箇所について測定し、その平均値を現像剤担持体の表面粗さRaとする。なお、カットオフは0.8mm、測定距離は8.0mm、送り速度は0.2mm/secとする。
(1)トナー中のシリカ微粒子の含有量の定量(標準添加法)
トナー3gを直径30mmのアルミリングに入れ、10トンの圧力でペレットを作製する。そして、波長分散型蛍光X線分析(XRF)により、珪素(Si)の強度を求める(Si強度−1)。なお、測定条件は使用するXRF装置で最適化されたものであれば良いが、一連の強度測定はすべて同一条件で行うこととする。トナーに、一次粒子の個数平均粒径が12nmのシリカ微粒子を、トナーに対して1.0質量%添加して、コーヒーミルにより混合する。
混合後、上記と同様にペレット化したのちに、上記同様にSiの強度を求める(Si強度−2)。同様の操作を、シリカ微粒子を、トナーに対して2.0質量%、3.0質量%添加混合したサンプルにおいても、Siの強度を求める(Si強度−3,Si強度−4)。Si強度−1乃至4を用いて、標準添加法によりトナー中のシリカ含有量(質量%)を計算する。
トナーが磁性体を含有する場合、次の工程を経て、シリカ微粒子の定量を行う。
トナー5gを、精密天秤を用いて200mlの蓋付きポリカップに秤量し、メタノールを100ml加え、超音波分散機で5分間分散させる。ネオジム磁石によりトナーを引き付け、上澄み液を捨てる。メタノールによる分散と上澄みを捨てる操作を3回繰り返したのち、10%NaOHを100mlと、「コンタミノンN」(商品名、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)を数滴加え、軽く混合したのち、24時間静置する。その後、再びネオジム磁石を用いて分離する。なお、この際にNaOHが残留しないように繰り返し蒸留水ですすぐ。回収された粒子を真空乾燥機により十分に乾燥させ、粒子Aを得る。上記操作により、外添されたシリカ微粒子は溶解、除去される。
3gの粒子Aを直径30mmのアルミリングに入れ、10トンの圧力でペレットを作製し、波長分散型蛍光X線分析(XRF)により、Siの強度を求める(Si強度−5)。Si強度−5とトナー中のシリカ含有量の定量で使用したSi強度−1乃至4を利用して、粒子A中のシリカ含有量(質量%)を計算する。
5gの粒子Aに対して、100mlのテトラヒドロフランを加え、良く混合した後に超音波分散を10分間行う。磁石により磁性粒子を引き付け、上澄み液を捨てる。この作業を5回繰り返し、粒子Bを得る。この操作で、磁性体以外の樹脂等の有機成分はほぼ取り除くことができる。ただし、樹脂中のテトラヒドロフラン不溶解分が残存する可能性があるため、上記操作で得られた粒子Bを800℃まで加熱して残存する有機成分を燃焼させることが好ましく、加熱後に得られた粒子Cを、トナーに含有されていた磁性体と近似することができる。
粒子Cの質量を測定することにより、磁性トナー中の磁性体含有量W(質量%)とすることができる。この際、磁性体の酸化増量分を補正するために、粒子Cの質量に0.9666(Fe2O3→Fe3O4)を乗じる。
各定量値を以下の式に代入することにより、外添されたシリカ微粒子量を算出する。
外添されたシリカ微粒子量(質量%)=トナー中のシリカ含有量(質量%)−粒子A中のシリカ含有量(質量%)
トナー表面のシリカ微粒子による被覆率X1は、以下のようにして算出する。
下記装置を下記条件にて使用し、トナー表面の元素分析を行う。
・測定装置:Quantum2000(商品名、アルバックファイ株式会社製)
・X線源:モノクロAl Kα
・Xray Setting:100μmφ(25W(15KV))
・光電子取りだし角:45度
・中和条件:中和銃とイオン銃の併用
・分析領域:300×200μm
・Pass Energy:58.70eV
・ステップサイズ:1.25eV
・解析ソフト:Maltipak(PHI社)
次いで、シリカ微粒子単体の測定を行う。トナーからシリカ微粒子単体を得る方法としては、上述の「トナーからシリカ微粒子を分離」に記載した手法を用いる。ここで得たシリカ微粒子を用いて、上述のトナー表面の元素分析と同様にして、シリカ微粒子単体の元素分析を行い、ここで得られたSi元素の定量値をY2とする。
本発明において、トナー表面のシリカ微粒子による被覆率X1を次のように定義する。
被覆率X1(面積%)=Y1/Y2×100
尚、本測定の精度を向上させるために、Y1及びY2の測定を、2回以上行うことが好ましい。
トナーの重量平均粒径(D4)は、以下のようにして算出する(トナー粒子の場合も同様に算出する)。測定装置としては、100μmのアパーチャ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」(商品名、ベックマン・コールター社製)を用いる。測定条件の設定及び測定データの解析は、付属の専用ソフト「ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51」(商品名、ベックマン・コールター社製)を用いる。尚、測定は実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで行う。
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」(商品名、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チューブのフラッシュ」にチェックを入れる。
専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定」画面において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μmから60μmまでに設定する。
(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、専用ソフトの「アパーチャのフラッシュ」機能により、アパーチャチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100ml平底ビーカーに前記電解水溶液約30mlを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(商品名、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。
(3)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 Dispersion System Tetora150」(商品名、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約3.3lの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。
(4)前記(2)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、ビーカー内の電解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。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、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、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。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナーを分散した前記(5)の電解水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行い、重量平均粒径(D4)を算出する。尚、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、「分析/体積統計値(算術平均)」画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)である。
シリカ微粒子の一次粒子の個数平均粒径は、日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡S−4800(商品名、(株)日立ハイテクノロジーズ製)にて撮影されるトナー表面のシリカ微粒子画像から算出される。S−4800の画像撮影条件は以下の通りである。
試料台(アルミニウム試料台15mm×6mm)に導電性ペーストを薄く塗り、その上にトナーを吹きつける。さらにエアブローして、余分なトナーを試料台から除去し十分乾燥させる。試料台を試料ホルダにセットし、試料高さゲージにより試料台高さを36mmに調節する。
シリカ微粒子の一次粒子の個数平均粒径の算出は、S−4800の反射電子像観察により得られた画像を用いて行う。反射電子像は二次電子像と比べてシリカ微粒子のチャージアップが少ないため、シリカ微粒子の粒径を精度良く測定することが出来る。
S−4800の鏡体に取り付けられているアンチコンタミネーショントラップに液体窒素を溢れるまで注入し、30分間置く。S−4800の「PCSTEM」を起動し、フラッシング(電子源であるFEチップの清浄化)を行う。画面上のコントロールパネルの加速電圧表示部分をクリックし、[フラッシング]ボタンを押し、フラッシング実行ダイアログを開く。フラッシング強度が2であることを確認し、実行する。フラッシングによるエミッション電流が20〜40μAであることを確認する。試料ホルダをS−4800鏡体の試料室に挿入する。コントロールパネル上の[原点]を押し試料ホルダを観察位置に移動させる。
加速電圧表示部をクリックしてHV設定ダイアログを開き、加速電圧を[0.8kV]、エミッション電流を[20μA]に設定する。オペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、信号選択を[SE]に設置し、SE検出器を[上(U)]および[+BSE]を選択し、[+BSE]の右の選択ボックスで[L.A.100]を選択し、反射電子像で観察するモードにする。同じくオペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、電子光学系条件ブロックのプローブ電流を[Normal]に、焦点モードを[UHR]に、WDを[3.0mm]に設定する。コントロールパネルの加速電圧表示部の[ON]ボタンを押し、加速電圧を印加する。
コントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を100000(100k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。この操作を更に2度繰り返し、ピントを合わせる。
その後、トナー表面上の少なくとも300個のシリカ微粒子について粒径を測定して、平均粒径を求める。ここで、シリカ微粒子は凝集塊として存在するものもあるため、一次粒子と確認できるものの最大径を求め、得られた最大径を算術平均することによって、シリカ微粒子の一次粒子の個数平均粒径(D1)(da)を得る。
トナー粒子の平均円形度は、フロー式粒子像分析装置「FPIA−3000」(商品名、シスメックス社製)によって、校正作業時の測定及び解析条件で測定する。
円形度=2×(π×S)1/2/L
粒子像が円形の時に円形度は1.000になり、粒子像の外周の凹凸の程度が大きくなればなるほど円形度は小さい値になる。各粒子の円形度を算出後、円形度0.200〜1.000の範囲を800分割し、得られた円形度の相加平均値を算出し、その値を平均円形度とする。
シリカ微粒子の見掛け密度の測定は、100mlのメスシリンダーに、紙の上にのせた測定試料をゆっくり加えて100mlになるようにし、試料を加える前と後のメスシリンダーの質量差を求め次式によって算出する。なお、試料をメスシリンダーに加える場合、紙を叩いたりしないよう注意する。
見掛け密度(g/L)=(100ml投入した時点の質量(g))/0.1
トナー及びシリカ微粒子の真比重は、乾式自動密度計オートピクノメーター(ユアサアイオニクス社製)により測定した。条件は下記の通りである。
セル:SMセル(10ml)
サンプル量:約2.0g(トナー)、0.05g(シリカ微粒子)
この測定方法は、気相置換法に基づいて、固体・液体の真比重を測定するものである。液相置換法と同様、アルキメデスの原理に基づいているが、置換媒体としてガス(アルゴンガス)を用いるため、微細孔への精度が高い。
(遊離シリコーンオイルの抽出)
(1)ビーカーにシリカ微粒子0.50g、クロロホルム40mlを入れ、2時間攪拌する。
(2)攪拌を止めて、12時間静置する。
(3)サンプルをろ過して、クロロホルム40mlで3回洗浄する。
酸素気流下、1100℃で試料を燃焼させ、発生したCO、CO2量をIRの吸光度により測定して、試料中の炭素量を測定する。シリコーンオイルの抽出前後での炭素量を比較して、シリコーンオイルの炭素量基準の固定化率を下記の通り計算する。
(1)試料0.40gを円筒金型に入れプレスする。
(2)プレスした試料0.15gを精秤し、燃焼用ボードに乗せ、堀場製作所EMA−110で測定する。
(3)[シリコーンオイル抽出後の炭素量]/[シリコーンオイル抽出前の炭素量]×100、をシリコーンオイルの炭素量基準の固定化率とする。
なお、シラン化合物等で疎水処理後にシリコーンオイルによる表面処理を行っている場合は、シラン化合物等で疎水処理後に試料中の炭素量を測定し、シリコーンオイル処理後に、シリコーンオイルの抽出前後での炭素量を比較して、シリコーンオイル由来の炭素量基準の固定化率を下記の通り計算する。
(4)[シリコーンオイル抽出後の炭素量]/[(シリコーンオイル抽出前の炭素量−シラン化合物等で疎水処理後の炭素量)]×100、をシリコーンオイルの炭素量基準の固定化率とする。
一方、シリコーンオイルによる表面処理後にシラン化合物等で疎水処理を行っている場合は、シリコーンオイル由来の炭素量基準の固定化率を下記の通り計算する。
(5)[(シリコーンオイル抽出後の炭素量−シラン化合物等で疎水処理後の炭素量)]/[シリコーンオイル抽出前の炭素量]×100、をシリコーンオイルの炭素量基準の固定化率とする。
<磁性体1の製造>
硫酸第一鉄水溶液中に、鉄元素に対して1.00から1.10当量の苛性ソーダ溶液、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。
次いで、このスラリー液に当初のアルカリ量(苛性ソーダのナトリウム成分)に対し0.90から1.20当量となるよう硫酸第一鉄水溶液を加えた後、スラリー液をpH7.6に維持して、空気を吹込みながら酸化反応をすすめ、磁性酸化鉄を含むスラリー液を得た。濾過、洗浄した後、この含水スラリー液を一旦取り出した。この時、含水サンプルを少量採取し、含水量を計っておいた。次に、この含水サンプルを乾燥せずに別の水系媒体中に投入し、撹拌すると共にスラリーを循環させながらピンミルにて再分散させ、再分散液のpHを約4.8に調整した。そして、撹拌しながらn−ヘキシルトリメトキシシランカップリング剤を磁性酸化鉄100質量部に対し1.6質量部(磁性酸化鉄の量は含水サンプルから含水量を引いた値として計算した)添加し、加水分解を行った。その後、撹拌を十分行い、分散液のpHを8.6にして表面処理を行った。生成した疎水性磁性体をフィルタープレスにてろ過し、多量の水で洗浄した後に100℃で15分、90℃で30分乾燥し、得られた粒子を解砕処理して体積平均粒径が0.21μmの磁性体1を得た。
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、下記成分を入れ、230℃で窒素気流下に生成する水を留去しながら10時間反応させた。
・ビスフェノールA プロピレンオキサイド2モル付加物 75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 25質量部
・テレフタル酸 100質量部
・チタン系触媒 0.25質量部
(チタニウムジヒドロキシビス(トリエタノールアミネート))
次いで5〜20mmHgの減圧下に反応させ、酸価が2mgKOH/g以下になった時点で180℃に冷却し、無水トリメリット酸10質量部を加え、常圧密閉下2時間反応後取り出し、室温まで冷却後、粉砕してポリエステル樹脂1を得た。得られたポリエステル樹脂1は、ゲルパーミェーションクロマトグラフィ(GPC)で測定されたメインピーク分子量(Mp)が10500であった。
イオン交換水720質量部に0.1M−Na3PO4水溶液450質量部を投入して60℃に加温した後、1.0M−CaCl2水溶液67.7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
・モノアゾ染料の鉄錯体(T−77:保土谷化学工業(株)) 3.0質量部
・磁性体1 90.0質量部
・ポリエステル樹脂1 5.0質量部
上記処方をアトライター(商品名、三井三池化工機(株)製)を用いて均一に分散混合して重合性単量体組成物を得た。得られた重合性単量体組成物を60℃に加温し、フィッシャートロプシュワックス(融点:74℃、数平均分子量Mn:500)15.0質量部を添加混合し、溶解した後に重合開始剤としてジラウロイルパーオキサイド7.0質量部を溶解し、トナー組成物を得た。
上記水系媒体中に上記トナー組成物を投入し、60℃、N2雰囲気下においてTK式ホモミキサー(商品名、特殊機化工業(株)製)にて12000rpmで10分間撹拌し、造粒した。その後パドル撹拌翼で撹拌しつつ74℃で6時間反応させた。
反応終了後、懸濁液を冷却し、塩酸を加えて洗浄した後に濾過・乾燥してトナー粒子1を得た。得られた磁性トナーであるトナー粒子1は重量平均粒径8.0μm、平均円形度0.970であった。
トナー粒子1の製造例で得たトナー粒子1に対して、図5に示す装置を用いて、外添混合処理を行った。
本実施例においては、図5に示す装置で、本体ケーシング22の内周部の径が130mmであり、処理空間30の容積が2.0×10−3m3の装置を用い、駆動部29の定格動力を5.5kWとし、攪拌部材24の形状を図6のものとした。そして、図6における攪拌部材24aと攪拌部材24bの重なり幅dを攪拌部材24の最大幅Dに対して0.25Dとし、攪拌部材24と本体ケーシング22内周とのクリアランスを3.0mmとした。
上記した装置構成で、トナー粒子1の100質量部と、表1に示すシリカ微粒子1(シリカ原体の一次粒子の個数平均粒径:7nm、BET比表面積:300m2/g、シリコーンオイルの炭素量基準の固定化率:98%、見掛け密度25g/L、処理後のシリカ微粒子の一次粒子の個数平均粒径:8nm)の0.50質量部とを、図5に示す装置に投入した。
トナー粒子1とシリカ微粒子1を投入後、トナー粒子1とシリカ微粒子1を均一に混合するために、プレ混合を実施した。プレ混合の条件は、駆動部29の動力を0.10W/g(駆動部8の回転数150rpm)とし、処理時間を1分間とした。
プレ混合終了後、外添混合処理を行った。外添混合処理条件は、駆動部29の動力を0.60W/g(駆動部29の回転数1400rpm)で一定となるように、攪拌部材24の最外端部周速を調整し、処理時間を5分間とした。外添混合処理条件を表2に示す。
外添混合処理後、直径500mm、目開き75μmのスクリーンを設置した円形振動篩機で粗粒等を除去し、トナーAを得た。実施例用トナー1を走査型電子顕微鏡で拡大観察し、トナー表面のシリカ微粒子の一次粒子の個数平均粒径を測定したところ、8nmであった。得られたトナーAの外添条件、物性を表2に示す。
表1に記載のシリカ種を用いたことおよび表2に記載の条件で外添を行ったこと以外はトナーAの製造例と同様にして、トナーB〜トナーJ、トナーkを得た。得られたトナーB〜トナーJ、トナーkの物性を表2に示す。
<弾性ローラ1の作製>
基体1として、外径10mmφ(直径)で算術平均粗さRa0.2μmの研削加工したアルミニウム製円筒管にプライマー(商品名、DY35−051;東レダウコーニング社製)を塗布、焼付けした。
上記で用意した基体1を金型に配置し、以下の材料を混合した付加型シリコーンゴム組成物を金型内に形成されたキャビティに注入した。
・液状シリコーンゴム材料(商品名、SE6724A/B;東レ・ダウコーニング社製)100質量部、
・カーボンブラック(商品名、トーカブラック#4300;東海カーボン社製)15質量部、
・耐熱性付与剤としてのシリカ粉体 0.2質量部、
・白金触媒 0.1質量部。
続いて、金型を加熱してシリコーンゴムを温度150℃で15分間加硫して硬化させた。周面に硬化したシリコーンゴム層が形成された基体を金型から脱型した後、当該基体を、さらに温度180℃で1時間加熱して、シリコーンゴム層の硬化反応を完了させた。こうして、基体1の外周に膜厚0.7mmのシリコーンゴム弾性層が形成された、直径が11.4mmの弾性ローラ1を作成した。
表層形成用の塗料(以下、「表層塗料」ともいう)の原料としてのイソシアネート基末端プレポリマー及びアミノ化合物を以下のようにして調製した。
窒素雰囲気下、反応容器中でトリレンジイソシアネート(TDI)(商品名:コスモネートT80;三井化学社製)17.7質量部に対し、ポリプロピレングリコール系ポリオール(商品名:エクセノール4030;旭硝子社製)100.0質量部を反応容器内の温度を65℃に保持しつつ、徐々に滴下した。滴下終了後、温度65℃で2時間反応させた。得られた反応混合物を室温まで冷却し、イソシアネート基含有量3.8重量%のイソシアネート基末端プレポリマーA−1を得た。
窒素雰囲気下、反応容器中でポリメリックMDI(商品名:ミリオネートMR 日本ポリウレタン工業社製)26.0質量部に対し、ブチレンアジペート系ポリオール(商品名:ニッポラン136;日本ポリウレタン工業社製)を100.0質量部、反応容器内の温度を65℃に保持しつつ、徐々に滴下した。
滴下終了後、温度65℃で2時間反応させた。得られた反応混合物を室温まで冷却し、イソシアネート基含有量4.3質量%のイソシアネート基末端プレポリマーA−2を得た。
(アミノ化合物B−1の合成)
撹拌装置、温度計、還流管、滴下装置および温度調整装置を取り付けた反応容器中で、攪拌しながらジエチレントリアミン100.0質量部、純水100質量部を40℃まで加温した。次に、反応温度を40℃以下に保持しつつ、プロピレンオキシド295.6質量部を30分かけて徐々に滴下した。さらに1.5時間攪拌して反応を行い、反応混合物を得た。得られた反応混合物を減圧下加熱して水を留去し、アミノ化合物B−1を得た。
原料となるアミノ化合物種、付加材料種、配合量および反応時間を表3に記載のように変更した以外は、アミノ化合物B−1の合成と同様にして、アミノ化合物B−2〜5、B−11〜14を得た。
撹拌装置、温度計、還流管、滴下装置および温度調整装置を取り付けた反応容器中で、攪拌しながらテトラエチレンペンタミン100.0質量部、エタノール100質量部を40℃まで加温した。次に、反応温度を60℃以下に保持しつつ、8−ブロモ−1―オクタノール812.8質量部を30分かけて徐々に滴下した。さらに3時間攪拌して反応を行い、反応混合物を得た。得られた反応混合物を減圧下加熱してエタノールを留去し、アミノ化合物B−6を得た。
撹拌装置、温度計、還流管、滴下装置および温度調整装置を取り付けた反応容器中で、攪拌しながらエチレンジアミン100.0質量部、純水100質量部を40℃まで加温した。次に、反応温度を60℃以下に保持しつつ、パラホルムアルデヒド210.0質量部を30分かけて徐々に滴下した。さらに1時間攪拌して反応を行い、反応混合物を得た。得られた反応混合物を減圧下加熱して純水を留去し、アミノ化合物B−7を得た。
原料となるアミノ化合物種、付加材料種、配合量および反応時間を表3に記載のように変更した以外は、アミノ化合物B−6の合成と同様にして、アミノ化合物B−8を得た。
撹拌装置、温度計、還流管、滴下装置および温度調整装置を取り付けた反応容器中で、攪拌しながらブチレンジアミン100.0質量部、純水100質量部を40℃まで加温した。次に、反応温度を40℃以下に保持しつつ、エチレンイミン205.2質量部を30分かけて徐々に滴下した。さらに1時間攪拌して反応を行い、反応混合物を得た。得られた反応混合物を減圧下加熱して純水を留去し、アミノ化合物B−9を得た。
撹拌装置、温度計、還流管、滴下装置および温度調整装置を取り付けた反応容器中で、攪拌しながらブチレンジアミン100.0質量部、エタノール100質量部を40℃まで加温した。次に、反応温度を40℃以下に保持しつつ、8−ブロモ−1−アミノオクタン992.7質量部を30分かけて徐々に滴下した。さらに1.5時間攪拌して反応を行い、反応混合物を得た。得られた反応混合物を減圧下加熱してエタノールを留去し、アミノ化合物B−10を得た。
(アミノ化合物b−1の合成)
原料となるアミノ化合物種、付加材料種、配合量および反応時間を表3に記載のように変更した以外は、アミノ化合物B−6の合成と同様にして、アミノ化合物b−1を得た。
(アミノ化合物b−2の合成)
原料となるアミノ化合物種、付加材料種、配合量および反応時間を表3に記載のように変更した以外は、アミノ化合物B−10の合成と同様にして、アミノ化合物b−2を得た。
(アミノ化合物b−3の合成)
原料となるアミノ化合物種、付加材料種、配合量および反応時間を表3に記載のように変更した以外は、アミノ化合物B−1の合成と同様にして、アミノ化合物b−3を得た。
得られたアミノ化合物B−1〜B−14の構造を表4に示す。表4中、「n」は構造式(1)のアミノ構造単位の繰り返し数を表し、「m」はR1が構造式(2)である場合のエーテル繰り返し数を表す。
また、得られた比較例用のアミノ化合物b−1〜b−3の構造も表4に併せて示す。なお、アミノ化合物b−1〜b−3は、構造式(1)で示される化合物の定義の範囲外のものであるが、表4においては、便宜上、「n」、「m」、R1、R3及びR2に相当する部分の構造を、「n」、「m」、R1、R3及びR2の構造として表記する。
また表4中の基数は、アミノ化合物が1分子内に有する末端水酸基または末端アミノ基の数を表す。
表面層4の材料として、イソシアネート基末端プレポリマーA−1 51.6質量部に対し、アミノ化合物B−1 783.4質量部、導電性を付与する目的でカーボンブラック(商品名、MA230;三菱化学社製)117.4質量部、及び現像剤担持体表面に粗さを付与する目的でウレタン樹脂微粒子(商品名、アートパールC−400;根上工業社製)130.4質量部、を撹拌混合した。
表面層4の材料として、下記表5−1の材料を用いた以外は現像剤担持体S−1の作成と同様に表面層形成用塗料を作成した。そして、各塗料を弾性層1に対して、現像剤担持体S−1の作成と同様にして塗布、乾燥および加熱を行って現像剤担持体S−2〜S−14を作製した。
表面層4の材料として、下記表5−2の材料を用いた以外は現像剤担持体S−1の作成と同様に表面層形成用塗料を作成した。そして、各塗料を弾性層1に対して、現像剤担持体S−1の作成と同様にして塗布、乾燥および加熱を行って現像剤担持体S’−1〜S´−3を作製した。
表面層4の材料として、アミノ化合物B−1をペンタエリスリトールに変えたこと以外は現像剤担持体S−1の作成と同様に表面層形成用塗料を作成した。そして、塗料を弾性層1に対して、現像剤担持体S−1の作成と同様にして塗布、乾燥および加熱を行って現像剤担持体S’−4を作製した。なお、ペンタエリスリトールはその構造中に窒素原子を持たない化合物である。
こうして得た現像剤担持体S−1〜S−14及びS´−1〜S´−4の表面粗さ(Ra)を表5−1及び表5−2に示す。
上記で得られた現像剤担持体をプロセスカートリッジに装着して、画像評価を行なった。
また、上記画像形成装置用のプロセスカートリッジについては、プロセスカートリッジ内の、電子写真感光体に当接して配置されているクリーニングブレードを取り外した。このような変更を施したプロセスカートリッジを6個用意し、各々に、内部にマグネットローラを配置した現像剤担持体S−1を装着すると共にトナーAを充填した。
なお、上記画像形成装置用のプロセスカートリッジの現像装置は、本来は磁性非接触型現像装置であるが、外径が11mmの弾性ローラを用いて作製した現像剤担持体S−1を装着することによって磁性接触型現像装置となる。
得られた6個のプロセスカートリッジを用いて、温度15℃、10%RHの低温/低湿環境(L/L)下、23℃、50%RHの常温/常湿環境(N/N)下、及び32℃、85%RHの高温/高湿環境(H/H)下の環境下で、下記評価<1>及び<2>を行った。
(1−1)「ベタ白画像形成後のカブリ評価」
A4サイズの紙にベタ白画像を形成する画像形成工程を連続して行って11枚のベタ白画像を得た。11枚目のベタ白画像について、現像剤担持体1回転分に相当する部位のベタ白部の反射率をランダムに10箇所測定し、そのうちもっとも反射率に低い値から未使用の紙の反射率(10箇所の平均値)を差し引いたものを「ベタ白画像形成後の濃度」とした。
(1−2)「ベタ黒画像形成後のカブリ評価」
A4サイズの紙にベタ黒画像を形成する画像形成工程を連続して行って10枚のベタ黒画像を得た。引き続いてベタ白画像を1枚出力し、得られたベタ白画像について、現像剤担持体1回転分に相当する部位のベタ白部の反射率をランダムに10箇所測定し、そのうちもっとも反射率に低い値から未使用の紙の反射率(10箇所の平均値)を差し引いたものを「ベタ黒画像形成後の濃度」とした。
なお、反射率は反射率計「TC−6DS」(商品名、東京電色(株)製)を用いて測定した。
(2−1)上記(1−1)の評価において、11枚目のベタ白画像を形成したときに、現像剤担持体上に付着しているトナーを、金属円筒管と円筒フィルターにより吸引捕集し、その際金属円筒管を通じてコンデンサーに蓄えられた電荷量Q、捕集されたトナー質量Mを測定した。これらの値から、単位質量当たりの電荷量Q/M(mC/kg)を算出した。
(2−2)上記(1−2)の評価において、ベタ白画像を形成したときに、現像剤担持体上に付着しているトナーを、金属円筒管と円筒フィルターにより吸引捕集し、その際金属円筒管を通じてコンデンサーに蓄えられた電荷量Q、捕集されたトナー質量Mを測定した。これらの値から、単位質量当たりの電荷量Q/M(mC/kg)を算出した。
現像剤担持体のトナーへの帯電付与能が低く、トナーが現像剤担持体表面を転がりにくいと、特に高温高湿環境下でのトナーの帯電量が不足し、白後カブリが悪化する傾向にある。またトナーの外添剤付着強度が弱く、トナーの流動性が十分ではないと、特に低温低湿環境下において規制部で滞留したトナーの帯電量が異常に高くなり、現像剤担持体表面にトナーが貼り付いてしまう現象が起き、黒後カブリが悪化する傾向にある。
表6に示す現像剤担持体とトナーの組み合わせで実施したこと以外は実施例1と同様にして評価を行った。
得られたカブリ、帯電量の評価結果を表7、表8に示す。
2:基体
3:弾性層
4:表面層
5:静電潜像担持体(感光体)
6:帯電ローラー
7:トナー担持体
8:トナー供給部材
9:現像器
10:転写部材(転写ローラー)
11:クリーナー容器
12:クリーニングブレード
13:定着器
14:ピックアップローラー
15:転写材(紙)
16:レーザー発生装置
17:トナー規制部材
18:金属板
19:トナー
20:拌部材
21:マグネット
22:本体ケーシング
23:回転体
24、24a、24b:撹拌部材
25:ジャケット
26:原料投入口
27:製品排出口
28:中心軸
29:駆動部
30:処理空間
31:回転体端部側面
32:回転方向
33:戻り方向
34:送り方向
37:原料投入口用インナーピース
38:製品排出口用インナーピース
d:撹拌部材の重なり部分を示す間隔
D:撹拌部材の幅
Claims (6)
- トナーと、
該トナーが収容されている現像容器と、
該現像容器から供給された該トナーを表面に担持してトナー層を形成し且つ搬送する回転自在に保持された現像剤担持体と、
該トナー層の層厚を規制するためのトナー層厚規制部材とを備える現像装置であって、
該トナーは、
結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子及びシリカ微粒子を含有し、
X線光電子分光装置(ESCA)により求めた、該トナー粒子表面の該シリカ微粒子による被覆率X1が40.0面積%以上75.0面積%以下であり、
該シリカ微粒子による理論被覆率をX2としたとき、下記式1で示される拡散指数が下記式2を満足し、
(式1)拡散指数=X1/X2
(式2)拡散指数≧−0.0042×X1+0.62;
該現像剤担持体は、
基体と、弾性層と、ウレタン樹脂を含む表面層とを有し、
該ウレタン樹脂は、
下記構造式(1)で示される化合物とポリイソシアネートとの反応に由来する部分構造を有するものであることを特徴とする現像装置:
構造式(1)中、nは1以上4以下の整数であり
R1は各々独立に下記(a)〜(c)からなる群から選ばれる何れかである。
(a)炭素数1以上8以下のヒドロキシアルキル基、
(b)炭素数2以上8以下のアミノアルキル基、
(c)下記構造式(2)で示される基、
R2は炭素数2以上4以下のアルキレン基を表す。
構造式(2)中、mは2以上3以下の整数を表し、R3は炭素数が2以上5以下のアルキレン基を表す。 - 前記トナー粒子は、前記シリカ微粒子を前記トナー粒子100質量部あたり0.40質量部以上1.50質量部以下で含有する請求項1または2に記載の現像装置。
- 静電潜像が形成された静電潜像担持体の現像領域に、現像剤担持体を用いてトナーを搬送し、該現像領域において、該トナーによって該静電潜像を現像する工程を有する現像方法であって、
該トナーが、
結着樹脂及び着色剤を含有するトナー粒子及び
シリカ微粒子を含有し、
X線光電子分光装置(ESCA)により求めた、該トナー粒子表面の該シリカ微粒子による被覆率X1が40.0面積%以上75.0面積%以下であり、
該シリカ微粒子による理論被覆率をX2としたとき、下記式1で示される拡散指数が下記式2を満足し、
(式1)拡散指数=X1/X2
(式2)拡散指数≧−0.0042×X1+0.62;
該現像剤担持体が、
基体と、弾性層と、ウレタン樹脂を含む表面層とを有し、
該ウレタン樹脂は、
下記構造式(1)で示される化合物とポリイソシアネートとの反応に由来する部分構造を有するものであることを特徴とする現像方法:
構造式(1)中、nは1以上4以下の整数であり
R1は各々独立に下記(a)〜(c)からなる群から選ばれる何れかである。
(a)炭素数1以上8以下のヒドロキシアルキル基、
(b)炭素数2以上8以下のアミノアルキル基、
(c)下記構造式(2)で示される基、
R2は炭素数2以上4以下のアルキレン基を表す。
構造式(2)中、mは2以上3以下の整数を表し、R3は炭素数が2以上5以下のアルキレン基を表す。 - 像担持体と、
該像担持体に形成された静電潜像を現像するための現像装置とを有する画像形成装置であって、該現像装置が、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の現像装置であることを特徴とする画像形成装置。 - 帯電部材に電圧を印加することにより像担持体を帯電させる帯電工程と、
像担持体の帯電面に潜像を形成する工程と、
現像剤担持体上に担持させたトナーにより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、
該トナー像を記録媒体に転写する工程とを有する画像形成方法であって、
該現像工程が請求項4に記載の現像方法を含むことを特徴とする画像形成方法。
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