JP7207157B2 - 現像剤、補給用現像剤、画像形成装置、プロセスカートリッジおよび画像形成方法 - Google Patents
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Description
したがって本発明の目的は、帯電安定性に優れ、長期間に亘って画質の変動を抑えることができる現像剤を提供することにある。
1)少なくともトナーおよびキャリアを含む現像剤であって、
前記トナーは、シリカ粒子およびトナー母体を含み、
前記トナー母体100質量部に対する前記シリカ粒子の割合が、1.5質量部以上5質量部以下であり、
前記シリカ粒子は、平均粒子径が20nm以上90m以下の小粒径シリカ粒子と、平均粒子径が100nm以上300nm以下の大粒径シリカ粒子とを含有し、
前記キャリアは、磁性を有する芯材粒子と、前記芯材粒子表面を被覆するとともに樹脂およびフィラーを含有する被覆層とを有し、
前記樹脂100質量部に対する前記フィラーの割合が、20質量部以上50質量部以下であり、
前記フィラーは、硫酸バリウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウムおよびハイドロタルサイトから選択された1種以上であり、かつ
前記フィラーの体積基準の平均一次粒子径が、100nm以上400nm以下である
ことを特徴とする現像剤。
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、トナーの外添剤であるシリカ粒子として、小粒径シリカ粒子および大粒径シリカ粒子を用い、さらにキャリアの被覆層に含有させるフィラーの平均粒子径を規定することにより、長期に亘り高画質を維持できることを見出した。その理由は現時点では定かではないが、画質に影響するキャリアの帯電性が特定条件のフィラーを使用することで長期間維持されること、また、小粒径シリカ粒子および大粒径シリカ粒子を使用することでトナーの帯電性、流動性が向上し、外添剤によるキャリアスペントが抑制されることがその理由の一例として考えられる。
したがって本発明の現像剤は、帯電安定性に優れ、長期間に亘って画質の変動を抑えることができる。
前記被覆層は、樹脂、フィラー、更に必要に応じてその他の成分を含有する。
樹脂としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、又はこれらを併用して使用することができ、シリコーン樹脂が好ましい。
シリコーン樹脂とは、一般的に知られているシリコーン樹脂全てを指し、オルガノシロサン結合のみからなるストレートシリコーンや、アルキド、ポリエステル、エポキシ、アクリル、ウレタンなどで変性したシリコーン樹脂などが挙げられる。
シリコーン樹脂としては、市販品を用いることができ、ストレートシリコーン樹脂の市販品としては、例えば、信越化学工業株式会社製のKR271、KR255、KR152、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製のSR2400、SR2406、SR2410などが挙げられる。この場合、シリコーン樹脂単体で用いることも可能であるが、架橋反応する他成分、帯電量調整成分等を同時に用いることも可能である。更に、変性シリコーン樹脂としては、信越化学工業株式会社製のKR206(アルキド変性)、KR5208(アクリル変性)、ES1001N(エポキシ変性)、KR305(ウレタン変性)、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製のSR2115(エポキシ変性)、SR2110(アルキド変性)などが挙げられる。
本発明で使用されるフィラーは、硫酸バリウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウムおよびハイドロタルサイトから選択された1種以上である。なお必要に応じて上記以外のフィラーも本発明の効果を損なわない限り、併用することも可能である。上記以外のフィラーとしては例えば、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛、アルミナなどが挙げられる。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。これらの中でも、長期間での帯電性維持の点から、硫酸バリウムが好ましい。
前記フィラーの体積基準の平均一次粒子径は、例えば、ナノトラックUPA-EX150(日機装株式会社製)を用いて測定することができる。
その他の成分としては、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、シランカップリング剤、導電性物質などが挙げられる。
シランカップリング剤としては、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、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、r-クロルプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、r-アニリノプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、オクタデシルジメチル[3-(トリメトキシシリル)プロピル]アンモニウムクロライド、r-クロルプロピルメチルジメトキシシラン、メチルトリクロルシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、アリルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、1,3-ジビニルテトラメチルジシラザン、メタクリルオキシエチルジメチル(3-トリメトキシシリルプロピル)アンモニウムクロライドなどが挙げられる。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。
シランカップリング剤としては、市販品を用いることができる。前記市販品としては、例えば、AY43-059、SR6020、SZ6023、SH6026、SZ6032、SZ6050、AY43-310M、SZ6030、SH6040、AY43-026、AY43-031、sh6062、Z-6911、sz6300、sz6075、sz6079、sz6083、sz6070、sz6072、Z-6721、AY43-004、Z-6187、AY43-021、AY43-043、AY43-040、AY43-047、Z-6265、AY43-204M、AY43-048、Z-6403、AY43-206M、AY43-206E、Z6341、AY43-210MC、AY43-083、AY43-101、AY43-013、AY43-158E、Z-6920、Z-6940(東レ・シリコーン社製)などが挙げられる。
シランカップリング剤の含有量は、樹脂に対して、0.1質量%以上10質量%以下であることが好ましい。シランカップリング剤の含有量が0.1質量%以上であることにより、芯材粒子やフィラーとシリコーン樹脂の接着性が向上し、長期間の使用中に被覆層が脱落することを防止でき、10質量%以下であることにより、長期間の使用中のトナーのフィルミング発生を防止できる。
前記導電性物質としては、例えば、導電性ZnO、Al等の金属粉,各種の方法で作られたSnO2及び種々の元素をドープしたSnO2、ホウ化物、例えばTiB2、ZnB2、MoB2、炭化ケイ素及び導電性高分子(ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリ(パラ-フェニレンスルフィド)、ポリピロール)などが挙げられる。
前記芯材粒子としては、磁性体であれば、特に限定されないが、鉄、コバルト等の強磁性金属;マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の酸化鉄;各種合金や化合物;これらの磁性体を樹脂中に分散させた樹脂粒子等が挙げられる。これらの中でも、環境面への配慮から、Mn系フェライト、Mn-Mg系フェライト、Mn-Mg-Srフェライトが好ましい。
前記キャリアは、例えば、前記樹脂等を溶剤に溶解させて塗布溶液を調製した後、該塗布溶液を前記芯材粒子の表面に公知の塗布方法により均一に塗布し、乾燥した後、焼付を行うことにより製造することができる。前記塗布方法としては、例えば、浸漬法、スプレー法、ハケ塗り法などが挙げられる。
前記溶剤としては、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、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、セルソルブ、ブチルアセテート、などが挙げられる。
前記焼付の方法としては、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、外部加熱方式であってもよいし、内部加熱方式であってもよい。
前記焼付の装置としては、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、固定式電気炉、流動式電気炉、ロータリー式電気炉、バーナー炉、マイクロウエーブを備えた装置などが挙げられる。
前記被覆層の平均厚みは、0.1μm以上1.0μm以下が好ましく、0,1μm以上0.5μm以下がより好ましい。
ここで、前記被覆層の平均厚みは、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、キャリア断面を観察して測定することができる。
前記キャリアの嵩密度は2.0~2.4g/cm3であることが好ましい。嵩密度は現像機内での、キャリアとトナーの摩擦時にキャリアがトナーの外添剤から受けるスペントの度合いに影響する。前記嵩密度が2.4g/cm3以下であることにより、外添剤スペントが抑制され、キャリアの帯電能力が長期間維持できる。一方、嵩密度が2.0g/cm3以上であることにより、キャリアに適度な質量が付与され、キャリア飛散が防止される。
キャリアの嵩密度は、例えばJIS Z2504 の記載の方法で測定することができる。
キャリアの体積平均粒径は、例えば、マイクロトラック粒度分布計モデルHRA9320-X100(日機装株式会社製)を用いて測定することができる。
本発明の現像剤において、トナーとキャリアの混合割合は、キャリア100質量部に対しトナー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。
本発明に使用されるトナーは、シリカ粒子およびトナー母体を含み、トナー母体は、結着樹脂および着色剤を含有することができる。
更に、カラートナー、特に、イエロートナーは、一般に、キャリアの被覆層の削れによる色汚れが発生するという問題があるが、本発明の現像剤は、色汚れの発生を抑制することができる。
また、冷却した溶融混練物を粉砕する際には、ハンマーミル、ロートプレックス等を用いて粗粉砕した後、ジェット気流を用いた微粉砕機、機械式の微粉砕機等を用いて微粉砕することができる。なお、体積平均粒径が3μm以上15μm以下となるように粉砕することが好ましい。
更に、粉砕された溶融混練物を分級する際には、風力式分級機等を用いることができる。なお、母体粒子の体積平均粒径が5μm以上20μm以下となるように分級することが好ましい。
また、母体粒子に外添剤を添加する際には、ミキサー類を用いて混合攪拌することにより、外添剤が解砕されながら母体粒子の表面に付着する。
結着樹脂としては、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、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独重合体;スチレン-p-クロロスチレン共重合体、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-メタクリル酸共重合体、スチレン-メタクリル酸メチル共重合体、スチレン-メタクリル酸エチル共重合体、スチレン-メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン-α-クロロメタ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-イソプレン共重合体、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;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸ブチル、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、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。
圧力定着用の結着樹脂としては、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、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン等のポリオレフィン;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、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-無水マレイン酸共重合体、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。
着色剤(顔料又は染料)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、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等の黄色顔料;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等の橙色顔料;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等の赤色顔料;ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ等の紫色顔料;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等の青色顔料;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の緑色顔料;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、複合金属酸化物等の黒色顔料などが挙げられる。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。
離型剤としては、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、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、カルナバワックス、エステルワックスなどが挙げられる。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。
トナーは、帯電制御剤を更に含有してもよい。帯電制御剤としては、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、1ニグロシン;炭素数が2~16のアルキル基を有するアジン系染料;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)等の塩基性染料;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4級アンモニウム塩;ジブチル、ジオクチル等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;アミノ基を有するビニル系ポリマー、アミノ基を有する縮合系ポリマー等のポリアミン樹脂;モノアゾ染料の金属錯塩;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4級アンモニウム塩;カリックスアレン系化合物などが挙げられる。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。なお、ブラック以外のカラートナーにおいては、白色のサリチル酸誘導体の金属塩等が好ましい。
外添剤としては、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、シリカ粒子、酸化チタン、アルミナ、チタン酸ストロンチウム、炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素等の無機粒子;ソープフリー乳化重合法により得られる平均粒径が0.05μm以上1μm以下のポリメタクリル酸メチル粒子、ポリスチレン粒子等の樹脂粒子が挙げられる。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。これらの中でも、シリカ粒子、アルミナ、チタン酸ストロンチウムが好ましく、シリカ粒子がさらに好ましい。シリカ粒子は、表面が疎水化処理されていてもよい。
前記小粒径シリカ粒子とは、平均粒子径が20nm以上90nm以下であり、好ましくは30nm以上60nm以下である。
また前記大粒径シリカ粒子とは、平均粒子径が100nm以上300nm以下であり、好ましくは150nm以上200nm以下である。
大粒径シリカ粒子は、トナー母体に対してスペーサーとして働き、付着性の高いトナー母体粒子を分離することができる。そこに小粒径シリカ粒子をトナー母体にさらに外添することで、トナーに流動性を付与することができる。その結果、流動性の高い、1粒子1粒子が分離したトナーが得られ、高画質化に寄与する。
なお本発明でいうシリカ粒子の平均粒子径とは、平均二次粒子径を意味し、この平均二次粒子径は、たとえばゼータサイザーPro(スペクトリス株式会社製)を用いて測定することができる。
本発明の現像剤を、キャリアとトナーからなる補給用現像剤とし、現像手段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、現像手段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。本方式は、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が上がり、極めて長期間に渡って安定した画像を得られる。
補給用現像剤は、キャリア1質量部に対してトナーを2質量部以上50質量部以下含有することが好ましい。キャリア1質量部に対してトナーが2質量部以上50質量部以下であると、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が上がり、極めて長期間に渡って安定した画像を得られる。
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手段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い。また、現像剤の帯電量が上がることにより、現像能力が下がり画像濃度が低下してしまう。一方、トナーが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。
本発明のプロセスカートリッジは、静電潜像担持体と、前記静電潜像担持体を帯電させる帯電部材と、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を本発明の前記現像剤を用いて現像する現像部と、前記静電潜像担持体の表面に残留するトナーをクリーニングするクリーニング部材と、を有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
前記プロセスカートリッジは、各種電子写真方式の画像形成装置に着脱可能に備えさせることができ、後述する本発明の画像形成装置に着脱可能に備えさせるのが好ましい。
本発明の画像形成装置は、静電潜像担持体と、該静電潜像担持体を帯電させる帯電手段と、前記静電潜像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、本発明の前記現像剤を用いて現像してトナー像を形成する現像手段と、前記静電潜像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、前記記録媒体に転写されたトナー像を定着させる定着手段と、を有し、更に必要に応じてその他の手段を有する。
本発明の画像形成方法は、静電潜像担持体上に静電潜像を形成する工程(静電潜像担持体を帯電させる帯電工程と、前記静電潜像担持体上に静電潜像を形成する露光工程とを含む)と、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、本発明の前記現像剤を用いて現像してトナー像を形成する工程と、前記静電潜像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体に転写する工程と、前記記録媒体に転写されたトナー像を定着させる工程と、を含み、更に必要に応じてその他の工程を含む。
前記静電潜像担持体としては、その材質、形状、構造、大きさ、等については、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。
前記形状としては、例えば、ドラム状が挙げられる。
前記材質としては、例えば、アモルファスシリコン、セレン等の無機感光体、ポリシラン、フタロポリメチン等の有機感光体、などが挙げられる。これらの中でも、長寿命性の点でアモルファスシリコン等が好ましい。
前記アモルファスシリコン感光体としては、例えば、支持体を50℃~400℃に加熱し、該支持体上に真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、熱CVD法、光CVD法、プラズマCVD法等の成膜法により形成されるa-Siからなる光導電層を有する感光体(以下、「a-Si系感光体」と称することがある)を用いることができる。これらの中でも、プラズマCVD法、即ち、原料ガスを直流又は高周波あるいはマイクロ波グロー放電によって分解し、支持体上にa-Si堆積膜を形成する方法が好ましい。
前記帯電工程は、例えば、前記帯電手段を用いて前記静電潜像担持体の表面に電圧を印加することにより行うことができる。
前記帯電手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、導電性又は半導電性のローラ、ブラシ、フィルム、ゴムブレード等を備えたそれ自体公知の接触帯電器、コロトロン、スコロトロン等のコロナ放電を利用した非接触帯電器、などが挙げられる。
帯電手段の形状としてはローラの他にも、磁気ブラシ、ファーブラシ等、どのような形態をとってもよく、電子写真装置の仕様や形態にあわせて選択可能である。磁気ブラシを用いる場合、磁気ブラシは例えばZn-Cuフェライト等、各種フェライト粒子を帯電部材として用い、これを支持させるための非磁性の導電スリーブ、これに内包されるマグネットローラによって構成される。又はブラシを用いる場合、例えば、ファーブラシの材質としては、カーボン、硫化銅、金属又は金属酸化物により導電処理されたファーを用い、これを金属や他の導電処理された芯金に巻き付けたり張り付けたりすることで帯電器とする。
前記帯電手段は、上記のような接触式の帯電器に限定されるものではないが、帯電器から発生するオゾンが低減された画像形成装置が得られるので、接触式の帯電器を用いることが好ましい。
前記露光工程は、例えば、前記露光手段を用いて前記静電潜像担持体の表面を像様に露光することにより行うことができる。
前記露光手段としては、前記帯電手段により帯電された前記静電潜像担持体の表面に、形成すべき像様に露光を行うことができる限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、複写光学系、ロッドレンズアレイ系、レーザー光学系、液晶シャッタ光学系、などの各種露光器が挙げられる。
なお、本発明においては、前記静電潜像担持体の裏面側から像様に露光を行う光背面方式を採用してもよい。
前記現像手段は、前記静電潜像を、前記現像剤を用いて現像して可視像を形成する手段である。
前記可視像の形成は、例えば、前記静電潜像を本発明の現像剤を用いて現像することにより行うことができる。
前記現像手段としては、前記現像剤を用いて現像することができる限り、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が、前記現像剤を収容し、前記静電潜像に該現像剤を接触又は非接触的に付与可能な現像器を少なくとも有するものが好ましく、トナー入り容器を備えた現像器などがより好ましい。
前記現像手段は、乾式現像方式のものであってもよいし、湿式現像方式のものであってもよく、また、単色用現像器であってもよいし、多色用現像器であってもよく、例えば、前記現像剤を摩擦攪拌させて帯電させる攪拌器と、回転可能なマグネットローラとを有してなるもの、などが好適に挙げられる。
前記現像手段内では、例えば、前記トナーと前記キャリアとが混合攪拌され、その際の摩擦により該トナーが帯電し、回転するマグネットローラの表面に穂立ち状態で保持され、磁気ブラシが形成される。該マグネットローラは、前記静電潜像担持体(感光体)近傍に配置されているため、該マグネットローラの表面に形成された前記磁気ブラシを構成する前記トナーの一部は、電気的な吸引力によって該静電潜像担持体(感光体)の表面に移動する。その結果、前記静電潜像が該トナーにより現像されて該静電潜像担持体(感光体)の表面に該トナーによる可視像が形成される。
前記転写手段としては、前記可視像を記録媒体に転写する手段であれば、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が、中間転写体を用い、該中間転写体上に可視像を一次転写した後、該可視像を前記記録媒体上に二次転写する手段が好ましく、前記トナーとして二色以上、好ましくはフルカラートナーを用い、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写手段と、該複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写手段とを有することが好ましい。
前記転写は、例えば、転写帯電器を用いて前記静電潜像担持体(感光体)を帯電することにより行うことができ、前記転写手段により行うことができる。前記転写手段としては、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写手段と、該複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写手段とを有する態様が好ましい。
なお、前記中間転写体としては、特に制限はなく、目的に応じて公知の転写体の中から適宜選択することができ、例えば、転写ベルトなどが好適に挙げられる。
前記転写手段(前記第一次転写手段、前記第二次転写手段)は、前記静電潜像担持体(感光体)上に形成された前記可視像を前記記録媒体側へ剥離帯電させる転写器を少なくとも有するのが好ましい。前記転写手段は、1つであってもよいし、2つ以上であってもよい。前記転写手段としては、コロナ放電によるコロナ転写器、転写ベルト、転写ローラ、圧力転写ローラ、粘着転写器などが挙げられる。
前記定着手段は、記録媒体に転写された転写像を定着部材により定着させる手段であり、各色のトナーに対し前記記録媒体に転写する毎に行う手段であってもよいし、各色のトナーに対しこれを積層した状態で一度に同時に行う手段であってもよい。
前記定着部材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、公知の加熱加圧部材が好ましい。前記加熱加圧部材としては、加熱ローラと加圧ローラとの組み合わせ、加熱ローラと加圧ローラと無端ベルトとの組み合わせ、などが挙げられる。
前記加熱加圧部材における加熱は、通常、80℃~200℃が好ましい。
前記その他の工程としては、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、除電工程、クリーニング工程、リサイクル工程、制御工程などが挙げられる。
前記その他の手段としては、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、除電手段、クリーニング手段、リサイクル手段、制御手段などが挙げられる。
前記除電手段としては、特に制限はなく、前記静電潜像担持体に対し除電バイアスを印加することができる手段であれば、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、除電ランプなどが挙げられる。
前記クリーニング手段としては、前記静電潜像担持体上に残留する前記電子写真トナーを除去することができる手段であれば、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、磁気ブラシクリーナ、静電ブラシクリーナ、磁気ローラクリーナ、ブレードクリーナ、ブラシクリーナ、ウエブクリーナなどが挙げられる。
前記リサイクル手段としては、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、公知の搬送手段などが挙げられる。
前記制御手段としては、前記各手段の動きを制御することができる手段であれば、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、シークエンサー、コンピュータ等の機器が挙げられる。
まず、静電潜像担持体11が所定の周速度で回転駆動され、帯電手段12により、静電潜像担持体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手段、又はレーザービームで走査露光する露光手段等の露光手段(不図示)から静電潜像担持体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。更に、静電潜像担持体11の周面に形成された静電潜像は、現像手段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、静電潜像担持体11の周面に形成されたトナー像は、静電潜像担持体11の回転と同期されて、給紙部(不図示)から静電潜像担持体11と転写手段(不図示)の間に給紙された転写紙に、順次転写される。更に、トナー像が転写された記録媒体は、静電潜像担持体11の周面から分離されて定着手段(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静電潜像担持体11の表面は、クリーニング手段14により、残留したトナーが除去されて清浄化された後、除電手段(不図示)により除電され、繰り返し画像形成に使用される。
原料として、Fe2O3(平均粒径:0.6μm,SiO2含有量:0.02質量%)21.5kg、Mn3O4(平均粒径:0.9μm,SiO2含有量:0.01質量%)10.4kg、SrCO3(平均粒径:0.6μm)0.28kgを純水10.0kg中に分散し、還元剤としてカーボンブラックを120g、分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム系分散剤(セルナD305、中京油脂株式会社社製)を180g添加して混合物とした。
この混合物を湿式ボールミル(メディア径:2mm)により粉砕処理し、混合スラリーを得た。
この混合スラリーをスプレードライヤーにて約130℃の熱風中に噴霧し、粒径10μm~75μmの乾燥造粒物を得た。
この造粒物から粒径25μm以下の微小な粒子は篩を用いて除去した。
この造粒物を、電気炉に投入し1,200℃まで4.5時間かけて昇温した。
その後、1,200℃で8時間保持することにより焼成を行った。
その後、10時間かけて室温まで冷却した。
このとき、電気炉内の酸素濃度は焼成時5,000ppm、冷却時1,200ppmとした。
得られた焼成物をハンマーミル(三庄インダストリー株式会社製、「ハンマークラッシャーNH-34S」、スクリーン目開き:0.3mm)で解粒、振動ふるいを用いて分級し、次いで、得られた焼成物を大気雰囲気下、450℃で1.5時間保持することにより酸化処理(高抵抗化処理)を行い、芯材粒子C1を得た。
芯材粒子の製造例1において、焼成温度を1,100℃にした以外は、芯材の製造例1と同様にして、芯材粒子C2を得た。
芯材粒子の製造例1において、焼成温度を1,300℃にした以外は、芯材の製造例1と同様にして、芯材粒子C3を得た。
-キャリアの作製-
下記の組成をホモミキサーで10分間分散し、被覆層形成溶液を得た。芯材粒子としてC1:5,000質量部を用い、上記被覆層形成溶液を芯材表面に膜厚0.30μmになるように、スピラコーター(岡田精工株式会社製)によりコーター内温度55℃で塗布し、乾燥した。得られたキャリアを電気炉中にて200℃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、キャリア1を得た。
・シリコーン樹脂溶液(固形分20質量%、SR2410、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製):500質量部
・チタン触媒(固形分60質量%、TC-750、マツモトファインケミカル株式会社製):4質量部
・アミノシラン(固形分100質量%、SH6020、東レ・ダウコーニング・シリコーン株式会社製):3.2質量部
・フィラー(体積基準の平均一次粒子径100nmの硫酸バリウム、BARIFINE BF-1H、堺化学工業株式会社製):20質量部
・トルエン:1,000質量部
<フィラーの体積基準の平均一次粒子径>
フィラーの体積基準の平均一次粒子径は、ナノトラックUPA-EX150(日機装株式会社製)を用いて測定した。
キャリアの嵩密度は、JIS Z2504の記載の方法で測定した。
<体積固有抵抗>
図1に示すセルを用いて、表面積2.5cm×4cmの電極1a及び電極1bを、0.2cmの距離を隔てて収容したフッ素樹脂製容器2からなるセルに、キャリア3を充填し、落下高さ1cm、タッピングスピード30回/分で、10回のタッピングを行った後、電極1a及び電極1bの間に1,000Vの直流電圧を印加して30秒間後の抵抗値r[Ω]を、ハイレジスタンスメーター4329A(横河ヒューレットパッカード株式会社製)を用いて測定し、下記計算式(2)から、体積固有抵抗[Ω・cm]を算出した。
キャリアの製造例1において、フィラーの部数を50質量部に変更した以外は、キャリアの製造例1と同様にして、嵩密度2.1(g/cm3)、体積固有抵抗13.1(LogΩcm)のキャリア2を得た。
キャリアの製造例1において、フィラーを(一次粒子径400nm、BARIACE B-30NC、堺化学工業株式会社製)に変更した以外は、キャリアの製造例1と同様にして、嵩密度2.1(g/cm3)、体積固有抵抗13.1(LogΩcm)のキャリア3を得た。
キャリアの製造例3において、フィラーの部数を50質量部に変更した以外は、キャリアの製造例1と同様にして、嵩密度2.1(g/cm3)、体積固有抵抗13.3(LogΩcm)のキャリア4を得た。
キャリアの製造例1において、フィラーを(一次粒子径300nm、BARIACE B-30、堺化学工業株式会社製)に、フィラーの部数を35質量部に変更した以外は、キャリアの製造例1と同様にして、嵩密度2.1(g/cm3)、体積固有抵抗13.3(LogΩcm)のキャリア5を得た。
キャリアの製造例5において、芯材粒子をC2に変更した以外は、キャリアの製造例1と同様にして、嵩密度2.0(g/cm3)、体積固有抵抗13.4(LogΩcm)のキャリア6を得た。
キャリアの製造例5において、芯材粒子をC3に変更した以外は、キャリアの製造例1と同様にして、嵩密度2.4(g/cm3)、体積固有抵抗13.5(LogΩcm)のキャリア6を得た。
キャリアの製造例5において、フィラーを(一次粒子径60nm、BARIFINE BF-10、堺化学工業株式会社製)に変更した以外は、キャリアの製造例1と同様にして、嵩密度2.1(g/cm3)、体積固有抵抗13.2(LogΩcm)のキャリア1’を得た。
キャリアの製造例5において、フィラーを(一次粒子径450nm、BARIACE B-71、堺化学工業株式会社製)に変更した以外は、キャリアの製造例1と同様にして、嵩密度2.1(g/cm3)、体積固有抵抗13.1(LogΩcm)のキャリア2’を得た。
キャリアの製造例1において、フィラーの部数を15質量部に変更した以外は、キャリアの製造例1と同様にして、嵩密度2.1(g/cm3)、体積固有抵抗13.3(LogΩcm)のキャリア3’を得た。
キャリアの製造例5において、フィラーの部数を55質量部に変更した以外は、キャリアの製造例1と同様にして、嵩密度2.1(g/cm3)、体積固有抵抗13.6(LogΩcm)のキャリア4’を得た。
<トナー1の作製>
-ポリエステル樹脂Aの合成-
温度計、撹拌機、冷却器、及び窒素導入管の付いた反応槽中にビスフェノールAのPO付加物(水酸基価:320mgKOH/g)443質量部、ジエチレングリコール135質量部、テレフタル酸422質量部、及びジブチルチンオキサイド2.5質量部を入れて、200℃で酸価が10mgKOH/gになるまで反応させて、ポリエステル樹脂Aを得た。得られたポリエステル樹脂Aのガラス転移温度(Tg)は63℃、ピーク個数平均分子量6,000であった。
温度計、撹拌機、冷却器、及び窒素導入管の付いた反応槽中にビスフェノールAのPO付加物(水酸基価:320mgKOH/g)443質量部、ジエチレングリコール135質量部、テレフタル酸422質量部、及びジブチルチンオキサイド2.5質量部を入れて、230℃で酸価が7mgKOH/gになるまで反応させて、ポリエステル樹脂Bを得た。得られたポリエステル樹脂Bのガラス転移温度(Tg)は65℃、ピーク個数平均分子量16,000であった。
下記のトナー構成材料を、ヘンシェルミキサー(日本コークス工業株式会社製のヘンシェル20Bを用い、1,500rpmで3分間)で混合し、一軸混練機(Buss社製の小型ブス・コ・ニーダー)にて以下の条件で混練を行い(設定温度:入口部100℃、出口部50℃で、フィード量:2kg/hr)、トナー母体を得た。
・ポリエステル樹脂A:40質量部
・ポリエステル樹脂B:60質量部
・カルナバワックス(WA-05、セラリカ野田株式会社社製):1質量部
・カーボンブラック(#44、三菱化学株式会社製):15質量部
次に、「トナー母体粒子」100質量部に対し、外添剤として大粒径シリカ(MSP-009、テイカ株式会社製、二次粒子径160nm)を0.5質量部、小粒径シリカ(MSP-015、テイカ株式会社製、二次粒子径40nm)を1.0質量部添加し、ヘンシェルミキサーで混合してトナー粒子を得た。以上により、「トナー1」を作製した。なお、トナー1の体積平均粒径は7.2μmであった。
トナーの製造例1において、外添剤処理において、大粒径シリカを1.6質量部、小粒径シリカを3.4質量部添加した以外は、トナーの製造例1と同様にして、トナー2を得た。
トナーの製造例1において、外添剤処理において、大粒径シリカを1.0質量部、小粒径シリカを2.0質量部添加した以外は、トナーの製造例1と同様にして、トナー3を得た。
トナーの製造例3において、外添剤処理において、さらにアルミナ(AKP-53、住友化学株式会社製)0.5質量部添加した以外は、トナーの製造例3と同様にして、トナー4を得た。
トナーの製造例3において、外添剤処理において、さらにチタン酸ストロンチウム(HPST-1S、富士チタン工業株式会社製)0.5質量部添加した以外は、トナーの製造例3と同様にして、トナー5を得た。
トナーの製造例1において、外添剤処理において、大粒径シリカを0.4質量部、小粒径シリカを0.8質量部添加した以外は、トナーの製造例1と同様にして、トナー1’を得た。
トナーの製造例1において、外添剤処理において、大粒径シリカを1.8質量部、小粒径シリカを3.6質量部添加した以外は、トナーの製造例1と同様にして、トナー2’を得た。
-現像剤1~13及び現像剤1’~6’の作製-
キャリアの製造例で得られたキャリア1~7、及びキャリア1’~4’のそれぞれ93質量部に対して、トナーの製造例で得られたトナー1~5、及びトナー1’~2’を7.0質量部加えて、表1に示す組み合わせでボールミルで20分間撹拌して、二成分現像剤1~13、及び1’~6’を作製した。
得られた各二成分現像剤を用いて、デジタルカラー複写機・プリンタ複合機(株式会社リコー製、リコープロC901)により、温度23℃、相対湿度55%の環境下で画像評価を実施した。具体的には、まず、実施例及び比較例の現像剤1~10、及び現像剤1’~9’と、トナー1とを用いて、画像面積率2%で、100万枚のランニングまで印刷を行い、各種評価を行った。結果を表2に示した。
30mm×30mmのベタ部(注1)の中心を、分光測色濃度計(X-Rite938、X-Rite社製)で、5個所測定し、平均値を算出した。初期と100万枚出力後のID差を以下の基準に従い評価した。
注1:現像ポテンシャル400V相当箇所=(露光部電位-現像バイアスDC)=-100V-(-500V)
[評価基準]
◎:ID差が0以上0.2未満、大変良好
〇:ID差が0.2以上0.3未満、良好
△:ID差が0.3以上0.4未満、使用可能
×:ID差が0.4以上、不良
30mm×30mmのベタ部(注1)を、目視で観察し、以下の基準に従い評価した。
注1:現像ポテンシャル400V相当箇所=(露光部電位-現像バイアスDC)=-100V-(-500V)
◎:画像抜けなし
〇:画像抜けはあるが、許容できるレベル
×:画像抜けはあるが、許容できないレベル
キャリア付着が発生すると、感光体や定着ローラの傷の原因となり、画像品質の低下を招く。感光体上にキャリア付着が発生しても、一部のキャリアしか紙に転写しないため、以下の方法で評価した。
現像条件(帯電電位(Vd):-600V、画像部(ベタ原稿)にあたる部分の感光後の電位:-100V、現像バイアス:DC-500V)における、ベタ画像(30mm×30mm)に付着したキャリアの個数を、感光体上でカウントしてキャリア付着(ベタ部)の評価を行った。
[評価基準]
◎:大変良好(キャリア付着無し)
〇:良好(キャリア付着はあるが、画像には影響しないレベル)
△:使用可能(キャリア付着はあり、画像にも出ているが許容できるレベル)
×:(キャリア付着があり、画像にも出ており許容できないレベル)
2 容器
3 キャリア
10 プロセスカートリッジ
11 静電潜像担持体
12 帯電装置
13 現像手段
14 クリーニング手段
Claims (7)
- 少なくともトナーおよびキャリアを含む現像剤であって、
前記トナーは、シリカ粒子およびトナー母体を含み、
前記トナー母体100質量部に対する前記シリカ粒子の割合が、1.5質量部以上5質量部以下であり、
前記シリカ粒子は、平均粒子径が20nm以上90m以下の小粒径シリカ粒子と、平均粒子径が100nm以上300nm以下の大粒径シリカ粒子とを含有し、
前記キャリアは、磁性を有する芯材粒子と、前記芯材粒子表面を被覆するとともに樹脂およびフィラーを含有する被覆層とを有し、
前記樹脂100質量部に対する前記フィラーの割合が、20質量部以上50質量部以下であり、
前記フィラーは、硫酸バリウム、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウムおよびハイドロタルサイトから選択された1種以上であり、かつ
前記フィラーの体積基準の平均一次粒子径が、100nm以上400nm以下である
ことを特徴とする現像剤。 - 前記キャリアの嵩密度が、2.0~2.4g/cm3であることを特徴とする請求項1に記載の現像剤。
- 前記トナーが、さらにアルミナおよび/またはチタン酸ストロンチウムを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の現像剤。
- 請求項1~3のいずれかに記載の現像剤を含む補給用現像剤であって、前記キャリア1質量部に対して前記トナーを2~50質量部含有することを特徴とする補給用現像剤。
- 静電潜像担持体と、前記静電潜像担持体を帯電させる帯電手段と、前記静電潜像担持体上に静電潜像を形成する露光手段と、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、請求項1~3のいずれかに記載の現像剤を用いて現像してトナー像を形成する現像手段と、前記静電潜像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、前記記録媒体に転写されたトナー像を定着させる定着手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
- 静電潜像担持体と、前記静電潜像担持体を帯電させる帯電部材と、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を請求項1~3のいずれかに記載の現像剤を用いて現像する現像部と、前記静電潜像担持体をクリーニングするクリーニング部材とを有することを特徴とするプロセスカートリッジ。
- 静電潜像担持体上に静電潜像を形成する工程と、前記静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、請求項1~3のいずれかに記載の現像剤を用いて現像してトナー像を形成する工程と、前記静電潜像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体に転写する工程と、前記記録媒体に転写されたトナー像を定着させる工程とを有することを特徴とする画像形成方法。
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