JP7106956B2 - 現像剤、現像剤の製造方法および画像形成装置 - Google Patents
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Description
また特許文献2には、現像剤は、トナー表面に外添剤として添加されている粒子状の金属酸化物の組成と、キャリア表面を被覆する樹脂層に添加されている粒子状の金属酸化物の組成とを同一にすることによって、トナーと外添剤との間に生じる摩擦帯電量を、外添剤とキャリア表面との間に生じる摩擦帯電量よりも大きくすることが記載されている。
しかしながらこの外添剤がトナー粒子から脱離し、キャリアの表面に付着することがある。この場合、トナー粒子を帯電させる能力が低下しやすくなり、その結果、形成される画像に欠陥が生じやすくなる。
本発明は、キャリアの表面に外添剤が付着しにくい現像剤等を提供することを目的とする。
請求項2に記載の発明は、前記フッ素樹脂および前記脂肪酸金属塩の双方が、前記芯材に対し0.0001質量%以上0.050質量%以下の含有量で前記コート層に含まれることを特徴とする請求項1に記載の現像剤である。
請求項3に記載の発明は、前記フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンであり、前記脂肪酸金属塩は、ステアリン酸亜鉛であることを特徴とする請求項1に記載の現像剤である。
請求項4に記載の発明は、前記シリカ粒子は、前記芯材に対し0.01質量%以上1.0質量%以下の含有量で前記コート層に含まれることを特徴とする請求項1に記載の現像剤である。
請求項5に記載の発明は、キャリアのコート層に極性を付与する極性付与成分としてフッ素樹脂および脂肪酸金属塩と、体積平均粒子径が80nm以上200nm以下であるシリカ粒子とを樹脂に混合し、コート層形成用組成物を作製する混合工程と、芯材に前記コート層形成用組成物を塗布し前記コート層を形成し、キャリアを作製するコート樹脂被覆工程と、前記コート樹脂被覆工程で作製したキャリアと、トナー粒子とを混合し、現像剤を作製する現像剤作製工程と、を含む現像剤の製造方法である。
請求項6に記載の発明は、像保持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電し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、現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー像として現像する現像手段と、前記像保持体の表面に形成されたトナー像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、を有し、前記現像剤は、トナー粒子と、芯材と、当該芯材を被覆するコート層とを備えるキャリアと、を含み、前記キャリアの前記コート層は、添加剤として、当該コート層に極性を付与する極性付与成分であるフッ素樹脂および脂肪酸金属塩と、体積平均粒子径が80nm以上200nm以下であるシリカ粒子とを含む画像形成装置である。
請求項2の発明によれば、フッ素樹脂および脂肪酸金属塩の少なくとも一方が、芯材に対し0.0001質量%以上0.050質量%以下の範囲から外れる含有量でコート層に含まれる場合に比較して、コート層やトナー粒子の帯電量が低下しにくくなる。
請求項3の発明によれば、フッ素樹脂が、ポリテトラフルオロエチレンでなく、脂肪酸金属塩が、ステアリン酸亜鉛でない場合に比較して、コート層を帯電させやすくなる。
請求項4の発明によれば、シリカ粒子が、芯材に対し0.01質量%以上1.0質量%以下の範囲から外れる含有量でコート層に含まれる場合に比較して、トナー粒子の帯電量が低下しやすくなったり、シリカ粒子や酸化チタン粒子が剥離しやすくなる。
請求項5の発明によれば、極性付与成分および金属酸化物粒子の少なくとも一方を添加しないで現像剤を製造した場合に比較して、キャリアの表面に外添剤が付着しにくい現像剤を製造することができる。
請求項6の発明によれば、極性付与成分および金属酸化物粒子の少なくとも一方を添加しない場合に比較して、画像欠陥が生じにくい画像形成装置を提供することができる。
図1は、本実施の形態の画像形成装置1の概要を示す図である。
この画像形成装置1は、一般にタンデム型と呼ばれる画像形成装置である。画像形成装置1は、各色の画像データに対応して画像形成を行なう画像形成部10を備える。また、この画像形成装置1は、各画像形成ユニット11で形成された各色成分トナー像を順次転写(一次転写)保持させる中間転写ベルト20を具備する。さらに、この画像形成装置1は、中間転写ベルト20に転写されたトナー像を用紙等の記録媒体Pに一括転写(二次転写)させる二次転写装置30を備える。さらにまた、この画像形成装置1は、二次転写されたトナー像を記録媒体P上に定着させる定着装置50を有している。さらに画像形成装置1は、画像形成装置1の各機構部を制御するとともに、画像データに対して予め定められた画像処理を施す画像出力制御部90を備える。
また、中間転写ベルト20を挟んで駆動ロール21と対向する部位には、二次転写後の中間転写ベルト20上の残留物(トナー等)を除去するベルトクリーナ26が配設されている。
なお本実施の形態の画像形成装置1では、一次転写ロール16、中間転写ベルト20および二次転写ロール31により、感光体ドラム12の表面に形成されたトナー像を記録媒体Pの表面に転写する転写手段が構成される。
次に現像剤について説明を行なう。本実施の形態の現像剤は、トナー粒子とキャリアとを含む。本実施の形態では、トナー粒子のみならずキャリアも粒子状である。よって本実施の形態の現像剤は、トナー粒子とキャリア粒子とが混合する粉体の状態になっている。
トナー粒子は、着色剤と、着色剤を分散するバインダ樹脂とを含む。
着色剤の含有量としては、例えば、トナー粒子全体に対して、1質量%以上30質量%以下が好ましく、1質量%以上20質量%以下がより好ましく、3質量%以上15質量%以下がさらに好ましい。
また重合後における樹脂として見た場合、バインダ樹脂としては、例えば、ポリエステル樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂、変性ロジン等の非ビニル系樹脂や、これらとビニル系樹脂との混合物、または、これらの共存下でビニル系単量体を重合して得られるグラフト重合体等が挙げられる。
これらのバインダ樹脂は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの多価カルボン酸は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの多価アルコールは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用して用いてもよい。
離型剤としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等の低分子量ポリオレフィン類;シリコーン類;オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミド等の脂肪酸アミド類;カルナバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油等の植物系ワックス;ミツロウ等の動物系ワックス;モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス等の鉱物系、石油系のワックス;などが挙げられる。離型剤は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
帯電制御剤としては、例えば、アゾ系金属錯化合物、サリチル酸の金属錯化合物、極性基を含有するレジンタイプの帯電制御剤等が挙げられる。
帯電制御剤は1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
帯電制御剤の含有量としては、トナー粒子全体に対して、0.5質量%以上7.5質量%以下が好ましく、1.0質量%以上2.0質量%以下がさらに好ましい。
トナー粒子の外添剤としては、例えば、無機粒子が挙げられる。無機粒子としては、SiO2、TiO2、Al2O3、CuO、ZnO、SnO2、CeO2、Fe2O3、MgO、BaO、CaO、K2O、Na2O、ZrO2、CaO・SiO2、K2O・(TiO2)n、Al2O3・2SiO2、CaCO3、MgCO3、BaSO4、MgSO4、Ca3(PO4)2等が挙げられる。
さらに外添剤としては、樹脂粒子(ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂粒子)、クリーニング活剤(例えば、ステアリン酸亜鉛に代表される高級脂肪酸の金属塩、フッ素系高分子量体の粒子)等も挙げられる。
外添剤は1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
外添剤の外添量は、例えば、トナー粒子全体に対して、0.01質量%以上5質量%以下が好ましく、0.01質量%以上2.0質量%以下がより好ましい。
図2(a)~(b)は、本実施の形態が適用されるキャリアの構造の一例を示した図である。このうち図2(a)は、キャリアの断面図であり、図2(b)は、図2(a)の一部を拡大した拡大断面図である。
図示するキャリア100は、芯材110と、芯材110を被覆するコート層120とを備える。
中でも、磁性粒子としては、磁性酸化物粒子であることが好ましく、フェライト粒子であることがさらに好ましい。
シクロアルキル基を有するアクリル樹脂としては、(メタ)アクリル酸シクロアルキルの単独重合体、(メタ)アクリル酸シクロアルキルとそれ以外の単量体との共重合体が挙げられる。
(メタ)アクリル酸シクロアルキルとしては、例えば、アクリル酸シクロペンチル、メタクリル酸シクロペンチル、アクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸シクロオクチル、および、メタクリル酸シクロオクチル等が挙げられる。
これらの中でも、(メタ)アクリル酸シクロアルキルとしては、アクリル酸シクロヘキシルやメタクリル酸シクロヘキシルが好ましく、メタクリル酸シクロヘキシル(シクロヘキシルメタクリレート)が特に好ましい。
予め定められた量のキャリア100を、トルエン等の可溶溶剤に溶解させ、芯材110を磁石で保持しつつ、コート層120が溶解した溶液を洗い流す。これを数度繰り返す事により、コート層120が取り除かれた芯材110が残る。そして残った芯材11を乾燥させ、質量を測定する。そして可溶溶剤に溶解させる前の元のキャリア100と測定した質量の差分を算出する。さらに算出した差分を、元のキャリア100の質量で除算することにより被覆量を算出する。
脂肪酸は、飽和脂肪酸または不飽和脂肪酸の何れでもよい。脂肪酸の炭素数は、10以上25以下(好ましくは、12以上22以下)であることが好ましい。なお、脂肪酸の炭素数は、カルボキシ基の炭素を含む。
脂肪酸としては、例えば、ベヘン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸等の飽和脂肪酸;オレイン酸、リノール酸、リシノール酸等の不飽和脂肪酸;が挙げられる。これらの脂肪酸の中でも、ステアリン酸、ラウリン酸が好ましく、ステアリン酸がより好ましい。
金属としては、2価の金属であることが好ましい。金属としては、例えば、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム、バリウム、亜鉛が挙げられる。これらの中でも、亜鉛がより好ましい。
脂肪酸金属塩としてステアリン酸亜鉛を使用した場合、偏在しにくいことにより、極性付与が容易であること、また帯電量が安定して付与される点で帯電維持性の低下を抑制することができる。
中でもフッ素樹脂であることが好ましい。フッ素樹脂は、フッ素を含むオレフィンを重合して得られる合成樹脂の総称である。フッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE、4フッ化エチレン樹脂)、パーフルオロアルコキシフッ素樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリジクロロジフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルコキシエチレン共重合体等が挙げられる。
これらの中でも、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)をより好適に使用することができる。
ポリテトラフルオロエチレンは表面エネルギーが低く、そのため現像器15内で破壊されたトナーの一部などが表面に付着するのを抑制することができるため、帯電量のばらつきを抑制でき、帯電維持性の低下を抑制することができる。特にコート層120内部に存在することによって、その効果を経時にわたって保持できる。
被覆率は、芯材110の表面全体に対し、フッ素樹脂が被覆する割合として示される。被覆率は、XPS(X-ray photoelectron spectroscopy)測定においてフッ素樹脂のフッ素(F)とコア特有の鉄(Fe)を検知することで、算出する。
シランカップリング剤としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルシラン、トリメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、メチルトリクロロシラン、アリルジメチルクロロシラン、ベンジルジメチルクロロシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、n-ブチルトリメトキシシラン、n-ヘキサデシルトリメトキシシラン、n-オクタデシルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン等が挙げられる。
シリコーンオイルとしては、例えば、ジメチルポリシロキサン、メチルハイドロジンポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン等が挙げられる。
また添加量としては、芯材110に対し0.001質量%以上1質量%以下が好ましく、0.005質量%以上0.5質量%以下が上記効果を維持できる点でさらに好ましい。
さらに金属酸化物粒子122の場合、構成元素として金属を蛍光X線測定により定量化できる。例えば、金属酸化物粒子122がシリカの場合、構成元素として珪素(Si)を蛍光X線測定し、これにより添加量を算出する。
次に、現像剤の製造方法の説明を行なう。
図3は、現像剤を製造する方法を説明したフローチャートである。
まずコート層120の主成分である樹脂としてメタクリル酸シクロヘキシル(シクロヘキシルメタクリレート)等と、添加剤である極性付与成分121および金属酸化物粒子122とを、溶剤であるトルエンに混合し、コート層形成用組成物を作製する(ステップ101:混合工程)。なお極性付与成分121は、粒子状の状態で混合する。混合を行なうには、例えば、これらの成分とガラスビーズとをセラミックポットに入れ、卓上ポットミルにて回転することにより行なう。
(実施例1)
以下の成分を用意し、上述した現像剤の製造方法により、現像剤を作製した。なお実施例1では、極性付与成分121として、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を使用した。また金属酸化物粒子122として、体積平均粒子径150nmのシリカを使用した。
・トルエン 14部
・スチレン-メチルメタクリレート共重合体 2部
(成分比:90/10、Mw=80,000)
・カーボンブラック(R330:キャボット社製) 0.2部
・ポリテトラフルオロエチレン(PTFE) 0.0005部
・シリカ 0.1部
そして、得られたキャリアを、トナー:キャリア=5:95(質量比)の割合でVブレンダーに入れ、20分間撹拌し、現像剤を得た。
ここで、使用したトナーは、乳化重合法で作製した体積平均粒子径6.0μm、外添剤として、シリカ、チタンを添加したものである。
実施例2では、実施例1に対し、シリカの体積平均粒子径を150nmから50nmに変更したこと以外は、実施例1と同様に現像剤を作製した。
実施例3では、実施例1に対し、シリカの含有量を、芯材110に対し、0.1質量%から1.0質量%となるように変更したこと以外は、実施例1と同様に現像剤を作製した。
実施例4では、実施例1に対し、シリカの含有量を、芯材110に対し、0.1質量%から0.01質量%となるように変更したこと以外は、実施例1と同様に現像剤を作製した。
実施例5では、実施例1に対し、添加剤として、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の代わりに、ステアリン酸亜鉛を0.0005質量%使用したこと以外は、実施例1と同様に現像剤を作製した。
実施例6では、実施例1に対し、添加剤として、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)に加え、ステアリン酸亜鉛を、芯材110を100質量%としたときに、0.0005質量%となるように加えたこと以外は、実施例1と同様に現像剤を作製した。
実施例7では、実施例1に対し、添加剤であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の含有量を、芯材110を100質量%としたときに、0.0005質量%から0.05質量%となるようにしたこと以外は、実施例1と同様に現像剤を作製した。
実施例8では、実施例1に対し、添加剤であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の含有量を、芯材110を100質量%としたときに、0.0005質量%から0.0001質量%となるようにしたこと以外は、実施例1と同様に現像剤を作製した。
実施例9では、実施例5に対し、添加剤であるステアリン酸亜鉛の含有量を、芯材110を100質量%としたときに、0.0005質量%から0.05質量%となるようにしたこと以外は、実施例5と同様に現像剤を作製した。
実施例10では、実施例5に対し、添加剤であるステアリン酸亜鉛の含有量を、芯材110を100質量%としたときに、0.0005質量%から0.0001質量%となるようにしたこと以外は、実施例5と同様に現像剤を作製した。
実施例11では、実施例1に対し、シリカの含有量を、芯材110に対し、0.1質量%から0.005質量%となるように変更したこと以外は、実施例1と同様に現像剤を作製した。
実施例12では、実施例1に対し、シリカの含有量を、芯材110に対し、0.1質量%から1.5質量%となるように変更したこと以外は、実施例1と同様に現像剤を作製した。
実施例13では、実施例1に対し、シリカの体積平均粒子径を150nmから30nmに変更したこと以外は、実施例1と同様に現像剤を作製した。
実施例14では、実施例1に対し、シリカの体積平均粒子径を150nmから250nmに変更したこと以外は、実施例1と同様に現像剤を作製した。
実施例15では、実施例1に対し、添加剤であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の含有量を、芯材110を100質量%としたときに、0.0005質量%から0.06質量%となるようにしたこと以外は、実施例1と同様に現像剤を作製した。
実施例16では、実施例1に対し、添加剤であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の含有量を、芯材110を100質量%としたときに、0.0005質量%から0.004質量%となるようにしたこと以外は、実施例1と同様に現像剤を作製した。
実施例17では、実施例5に対し、添加剤であるステアリン酸亜鉛の含有量を、芯材110を100質量%としたときに、0.0005質量%から0.06質量%となるようにしたこと以外は、実施例5と同様に現像剤を作製した。
実施例18では、実施例5に対し、添加剤であるステアリン酸亜鉛の含有量を、芯材110を100質量%としたときに、0.0005質量%から0.00005質量%となるようにしたこと以外は、実施例5と同様に現像剤を作製した。
比較例1では、実施例1に対し、添加剤であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を添加しなかったこと以外は、実施例1と同様に現像剤を作製した。
比較例2では、実施例1に対し、金属酸化物粒子122であるシリカを添加しなかったこと以外は、実施例1と同様に現像剤を作製した。
図1に示した画像形成装置1により、画像を形成した。各実施例、各比較例の現像剤を画像形成装置「ApeosPortIV C5575(富士ゼロックス社製)改造機」の現像装置に収容した。この際に、シアン色、マゼンタ色、イエロー色のトナーは「ApeosPortIV C5575」用トナーをそのまま用い、黒色のトナーは用いず、この状態で作動するように改造した。
そして印刷後の画像について、目視によるかぶりを評価し、これを帯電維持性の評価とした。なお「かぶり」とは、本来非画像部となるべき地肌部分にトナーが付着してしまう現象を言う。また「帯電維持性」は、トナー粒子を帯電させる性能を維持しているか否かを表す指標である。この場合、帯電維持性が低下すると、かぶりが生じやすくなり、帯電維持性が低下しない場合、かぶりは生じにくい。
また目視により、色むら、光沢むらを確認し、画像むらの評価とした。
このとき各測定項目についての評価基準は以下の通りとした。
A:10,000枚で画像へのかぶりは確認できない。
B:10,000枚で画像へのかぶりは確認できないが、感光体にかぶりが認められる。
C:10,000枚で画像へのかぶりが僅かに認められる。
D:9,000枚で画像へのかぶりが認められる。
E:8,000枚までに画像へのかぶりが認められる。
この場合、許容できるのはDまでである。
A:10,000枚で画像むらは確認できない。
B:10,000枚で画像むらが僅かに確認できる。
C:10,000枚で画像むらが確認できるが許容範囲である。
D:10,000枚で画像へのかぶりが認められ、許容できない。
なお、帯電維持性でEとなったものについては、その時点での評価にした。
この場合、許容できるのはCまでである。
比較例1~2より、添加剤であるポリテトラフルオロエチレン(PTFE)やステアリン酸亜鉛、および金属酸化物粒子であるシリカの何れか一方を添加しない場合、帯電維持性または画像むらが許容できない結果となった。即ち、比較例1は、帯電維持性がEとなり、比較例2は、画像むらがDとなった。対して実施例1~18より、これらの双方を添加した場合は、帯電維持性が許容できるD以上となるとともに、画像むらが許容できるC以上となった。
Claims (6)
- トナー粒子と、
芯材と、当該芯材を被覆するコート層とを備えるキャリアと、
を含み、
前記キャリアの前記コート層は、添加剤として、当該コート層に極性を付与する極性付与成分であるフッ素樹脂および脂肪酸金属塩と、体積平均粒子径が80nm以上200nm以下であるシリカ粒子とを含む現像剤。 - 前記フッ素樹脂および前記脂肪酸金属塩の双方が、前記芯材に対し0.0001質量%以上0.050質量%以下の含有量で前記コート層に含まれることを特徴とする請求項1に記載の現像剤。
- 前記フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンであり、前記脂肪酸金属塩は、ステアリン酸亜鉛であることを特徴とする請求項1に記載の現像剤。
- 前記シリカ粒子は、前記芯材に対し0.01質量%以上1.0質量%以下の含有量で前記コート層に含まれることを特徴とする請求項1に記載の現像剤。
- キャリアのコート層に極性を付与する極性付与成分としてフッ素樹脂および脂肪酸金属塩と、体積平均粒子径が80nm以上200nm以下であるシリカ粒子とを樹脂に混合し、コート層形成用組成物を作製する混合工程と、
芯材に前記コート層形成用組成物を塗布し前記コート層を形成し、キャリアを作製するコート樹脂被覆工程と、
前記コート樹脂被覆工程で作製したキャリアと、トナー粒子とを混合し、現像剤を作製する現像剤作製工程と、
を含む現像剤の製造方法。 - 像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電し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、
現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー像として現像する現像手段と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、
を有し、
前記現像剤は、
トナー粒子と、
芯材と、当該芯材を被覆するコート層とを備えるキャリアと、
を含み、
前記キャリアの前記コート層は、添加剤として、当該コート層に極性を付与する極性付与成分であるフッ素樹脂および脂肪酸金属塩と、体積平均粒子径が80nm以上200nm以下であるシリカ粒子とを含む画像形成装置。
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