JP7415450B2 - 現像剤、現像装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents
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- Developing Agents For Electrophotography (AREA)
Description
本実施形態の現像剤は、トナーと、キャリアを有する。
キャリアの体積平均粒径は、45~70μmであるが、52~62μmであることが好ましい。キャリアの体積平均粒径が45μm未満であると、長期間印刷すると、エッジキャリア付着が発生し、70μmを超えると、長期間印刷すると、ベタキャリア付着及びゴースト画像が発生すると共に、画像濃度が低下する。
{Σ(Vi×di)}×{Σ(Vi)}
で表される。ここで、diは、各チャンネルに存在する粒子の代表粒径[μm]であり、Viは、各チャンネルに存在する粒子の体積である。なお、チャンネルは、粒径分布図における粒径の範囲を等分に分割するための長さであり、本実施形態においては、2μmを採用することができる。また、各チャンネルに存在する粒子の代表粒径としては、各チャンネルの粒径の下限値を採用することができる。
被覆層は、無機粒子をさらに含んでいてもよい。これにより、無機粒子のスペーサー効果により、長期間印刷しても、キャリアの被覆層が摩耗しにくくなる。
キャリアの被覆層に含まれる樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂等が挙げられ、二種以上を併用してもよい。
芯材粒子の表面に被覆層を形成する際には、例えば、芯材粒子の表面に被覆層用組成物を塗布する。
芯材粒子を構成する材料としては、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;これらの磁性体が分散している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系フェライトが好ましい。
トナーは、数平均円相当径が5~15nmであるSi含有粒子を表面に有するチタン酸ストロンチウム粒子を含み、必要に応じて、チタン酸ストロンチウム粒子以外の粒子(以下、他の粒子という)をさらに含んでいてもよい。
Si含有粒子を構成する材料としては、例えば、ケイ酸ナトリウム、シリカ等が挙げられる。
Si含有粒子を表面に有するチタン酸ストロンチウム粒子は、後述するように、常温湿式法により、チタン酸ストロンチウム粒子を合成する際に、Si含有粒子用材料を添加することで、得られる。
Si含有粒子を表面に有するチタン酸ストロンチウム粒子の合成方法としては、例えば、常温湿式法等が挙げられる。
他の粒子を構成する材料としては、例えば、シリカ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、アルミナ、酸化鉄、酸化銅、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられ、二種以上を併用してもよい。
母体粒子は、樹脂と、ワックスを含み、必要に応じて、樹脂、ワックス以外の成分(以下、他の成分という)をさらに含んでいてもよい。
樹脂としては、例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリエステルポリアミド共重合体等の縮重合系樹脂、ビニル系樹脂等の付加重合系樹脂等が挙げられ、二種以上を併用してもよい。
ワックスとしては、例えば、エステルワックス、ポリオレフィンワックス、長鎖炭化水素等が挙げられ、二種以上を併用してもよい。これらの中でも、エステルワックスが好ましく、合成モノエステルワックスがより好ましい。
CnH2n+1COOH
で表され、nが5~28程度であることが好ましい。
CnH2n+1OH
で表され、nが5~28程度であることが好ましい。
0.05≦W/R≦0.14
を満たすことが好ましい。W/Rが0.05以上であると、長期間印刷しても、感光体が摩耗しにくくなり、0.14以下であると、長期間印刷しても、地肌かぶりが発生しにくくなる。
他の成分としては、例えば、着色剤、帯電制御剤、クリーニング性向上剤、磁性材料等が挙げられる。
着色剤としては、例えば、カーボンブラック、ニグロシン系染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミウムレッド、カドミウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロロオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン等が挙げられる。
帯電制御剤としては、例えば、ニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体又は化合物、タングステンの単体又は化合物、フッ素系界面活性剤、サリチル酸金属塩、サリチル酸誘導体の金属塩等が挙げられる。
クリーニング性向上剤としては、例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸等の脂肪酸金属塩、ポリメチルメタクリレート粒子、ポリスチレン粒子等のソープフリー乳化重合により製造されているポリマー粒子等が挙げられる。
トナーの製造方法としては、例えば、粉砕法、重合法等が挙げられる。
例えば、樹脂、ワックス、必要に応じて、他の成分を、ミキサー等を用いて混合した後、熱ロール、エクストルーダー等の混練機を用いて混練する。得られた混練物を冷却固化し、ジェットミル等の粉砕機を用いて粉砕した後、分級して、母体粒子を得る。母体粒子と、チタン酸ストロンチウム粒子、必要に応じて、他の粒子を混合して、トナーを得る。
重合法としては、例えば、塊状重合法、溶液重合法、乳化重合法、懸濁重合法等が挙げられる。
本実施形態の現像剤は、補給用現像剤として用いることができる。
本実施形態の画像形成装置は、感光体と、感光体を帯電させる帯電手段と、帯電した感光体に露光光を照射して静電潜像を形成する露光手段と、感光体に形成された静電潜像を、本実施形態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、感光体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、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。
本実施形態のプロセスカートリッジは、感光体と、感光体に形成された静電潜像を、本実施形態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を有し、画像形成装置の本体に対して着脱可能である。
ステンレス鋼製の撹拌棒、流下式コンデンサー、窒素ガス導入管、温度計を装備したフラスコに、フマル酸9.0mol、無水トリメリット酸3.5mol、ビスフェノールA(2,2)プロピレンオキサイド5.5mol、ビスフェノールA(2,2)エチレンオキサイド3.5molを入れた後、窒素ガス気流下、230℃で撹拌しながら、縮重合させ、非線状ポリエステルAを得た。
高化式フローテスターCFT-500D(島津製作所製)を用いて、JIS K72101に基づき、1cm3の非線状ポリエステルAを6℃/minの昇温速度で昇温しながら、プランジャーにより20kg/cm2の荷重を印加して、直径1mm、長さ1mmのノズルから押し出した。ここで、プランジャーの降下量を温度に対してプロットし、プランジャーの降下量の最大値をhとするとき、h/2に対応する温度、即ち、非線状ポリエステルAの半分が流出した温度を軟化温度とした。
示差走査熱量計DSC-60(島津製作所製)を用いて、JIS K7121-1987に基づき、非線状ポリエステルAを10℃/分で25℃から200℃まで昇温した後、10℃/分の降温速度で25℃まで冷却した後、10℃/分の昇温速度で昇温した。ここで、DSC曲線の非線状ポリエステルAがガラス転移する前のベースラインと、非線状ポリエステルAがガラス転移した後のベースラインの高さの差をhとするとき、h/2に対応する温度をガラス転移温度とした。
GPC測定装置HLC-8220GPC(東ソー製)及びカラムTSKgel SuperHZM-H 15cm 3連(東ソー製)を用いて、非線状ポリエステルAの重量平均分子量を測定した。具体的には、40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定させた後、1mL/minの流速で、非線状ポリエステルAのテトラヒドロフラン(THF)溶液50μL~200μLをカラムに注入し、非線状ポリエステルAの重量平均分子量を測定した。このとき、数種の単分散ポリスチレン標準試料を用いて作成した検量線の対数値とカウント数との関係から、非線状ポリエステルAの重量平均分子量を求めた。検出器としては、RI(屈折率)検出器を用いた。
ステンレス鋼製の撹拌棒、流下式コンデンサー、窒素ガス導入管、温度計を装備したフラスコに、テレフタル酸7.0mol、無水トリメリット酸2.5mol、ビスフェノールA(2,2)プロピレンオキサイド5.5mol、ビスフェノールA(2,2)エチレンオキサイド3.5molを入れた後、窒素ガス気流下、230℃で撹拌しながら、縮重合させ、線状ポリエステルBを得た。
蒸留塔を有する5リットルのオートクレーブに、ハイブリッド樹脂C中の化学式(1)
硫酸法で得られたメタチタン酸を脱鉄漂白処理した後、メタチタン酸320gに対して、pHが9.0となるように5N水酸化ナトリウム水溶液を加え、脱硫処理した。次に、pHが6.2となるように2N塩酸を加え、ろ過した後、水洗し、洗浄済みケーキを得た。
Tiに対するSiのモル比が1となるように、ケイ酸ナトリウムを添加した以外は、チタン酸ストロンチウム粒子Aと同様にして、チタン酸ストロンチウム粒子Bを得た。
Tiに対するSiのモル比が11となるように、ケイ酸ナトリウムを添加した以外は、チタン酸ストロンチウム粒子Aと同様にして、チタン酸ストロンチウム粒子Cを得た。
Tiに対するSiのモル比が4/3となるように、ケイ酸ナトリウムを添加し、80℃で加熱処理した以外は、チタン酸ストロンチウム粒子Aと同様にして、チタン酸ストロンチウム粒子Dを得た。
Tiに対するSiのモル比が9となるように、ケイ酸ナトリウムを添加し、95℃で加熱処理した以外は、チタン酸ストロンチウム粒子Aと同様にして、チタン酸ストロンチウム粒子Eを得た。
ヘンシェルミキサーを用いて、非線状ポリエステルA(42質量部)、線状ポリエステルB(45質量部)、ハイブリッド樹脂C(13質量部)、カーボンブラック(10質量部)、カルナウバワックスWA-03(東亜化成製)(3質量部)を撹拌混合した。次に、ロールミル混練機を用いて、125~130℃で40分間混練した後、25℃まで冷却し、ジェットミルを用いて、粉砕分級し、母体粒子を得た。母体粒子は、体積平均粒径が7.0μmであり、粒径が5.0μm以下である粒子の含有量が35個数%であった。
チタン酸ストロンチウム粒子Aをチタン酸ストロンチウム粒子Bに変更した以外は、実施例1と同様にして、トナー2を得た。
チタン酸ストロンチウム粒子Aをチタン酸ストロンチウム粒子Cに変更した以外は、実施例1と同様にして、トナー3を得た。
チタン酸ストロンチウム粒子Aをチタン酸ストロンチウム粒子Dに変更した以外は、実施例1と同様にして、トナー4を得た。
チタン酸ストロンチウム粒子Aをチタン酸ストロンチウム粒子Eに変更した以外は、実施例1と同様にして、トナー5を得た。
芯材粒子1を、体積平均粒径50μm、嵩密度2.61g/cm3のCuZn系フェライト粒子(以下、芯材粒子2という)に変更した以外は、キャリア1と同様にして、キャリア2を得た。
芯材粒子1を、体積平均粒径66μm、嵩密度2.55g/cm3のCuZn系フェライト粒子(以下、芯材粒子3という)に変更した以外は、キャリア1と同様にして、キャリア3を得た。
芯材粒子1を、体積平均粒径56μm、嵩密度2.30g/cm3のCuZn系フェライト粒子(以下、芯材粒子4という)に変更した以外は、キャリア1と同様にして、キャリア4を得た。
芯材粒子1を、体積平均粒径53μm、嵩密度2.65g/cm3のCuZn系フェライト粒子(以下、芯材粒子5という)に変更した以外は、キャリア1と同様にして、キャリア5を得た。
平均粒径0.60μmの硫酸バリウム粒子(1000質量部)を添加した以外は、被覆層用塗布液1と同様にして、被覆層用塗布液2を得た。
平均粒径0.55μmの酸化マグネシウム粒子(1000質量部)を添加した以外は、被覆層用塗布液1と同様にして、被覆層用塗布液3を得た。
平均粒径0.58μmのハイドロタルサイト粒子(1000質量部)を添加した以外は、被覆層用塗布液1と同様にして、被覆層用塗布液4を得た。
芯材粒子1を、体積平均粒径42μm、嵩密度2.60g/cm3のCuZn系フェライト粒子(以下、芯材粒子6という)に変更した以外は、キャリア1と同様にして、キャリア9を得た。
芯材粒子1を、体積平均粒径72μm、嵩密度2.50g/cm3のCuZn系フェライト粒子(以下、芯材粒子7という)に変更した以外は、キャリア1と同様にして、キャリア10を得た。
芯材粒子1を、体積平均粒径61μm、嵩密度2.22g/cm3のCuZn系フェライト粒子(以下、芯材粒子8という)に変更した以外は、キャリア1と同様にして、キャリア11を得た。
芯材粒子1を、体積平均粒径50μm、嵩密度2.70g/cm3のCuZn系フェライト粒子(以下、芯材粒子9という)に変更した以外は、キャリア1と同様にして、キャリア12を得た。
100万枚ランニングした後に、現像剤担持体の下部に溜まったトナーを吸引することにより回収し、回収されたトナーの質量を測定し、トナー飛散を評価した。
トナーの質量が50mg以上100mg未満である場合:○(良好)
トナーの質量が100mg以上250mg未満である場合:△(使用可能)
トナーの質量が250mg以上である場合:×(不良)
(地肌かぶり)
100万枚ランニングした後に、白ベタ画像を現像中に電源をOFFにして現像を中断し、感光体上のトナーをテープ転写し、938スペクトロデンシトメーター(X-Rite製)を用いて、未転写のテープの画像濃度との差(ΔID)を測定し、地肌かぶりを評価した。
ΔIDが0.005以上0.01未満である場合:○(良好)
ΔIDが0.01以上0.02未満である場合:△(使用可能)
ΔIDが0.02以上である場合:×(不良)
(ID)
100万枚ランニングした後に、白ベタ画像及び黒ベタ画像を、A3用紙MyPaper(リコー製)各3枚に印字し、938スペクトロデンシトメーター(X-Rite製)を用いて、ステータスAモード、d50光で、黒ベタ画像のIDを測定した。
黒ベタ画像のIDが1.4以上1.5未満である場合:○(良好)
黒ベタ画像のIDが1.2以上1.4未満である場合:△(使用可能)
黒ベタ画像のIDが1.2未満である場合:×(不良)
(エッジキャリア付着)
100万枚ランニングした後に、10℃、15%RHの低温低湿環境の環境評価室に、デジタルフルカラー複合機を入れて1日放置した。次に、170μm×170μmを1マスとして、ベタ画像部と白紙部が縦横交互に配置されているA3サイズの画像を、帯電電位-630V、現像バイアス-500V(DC)の条件で出力し、1マスと1マスの境目にある画像の白抜けの個数をカウントし、エッジキャリア付着を評価した。
画像の白抜けの個数が1~3個である場合:○(良好)
画像の白抜けの個数が4~10個である場合:△(使用可能)
画像の白抜けの個数が11個以上である場合:×(不良)
(ベタキャリア付着)
100万枚ランニングした後に、帯電電位-600V、ベタ画像部の露光後の電位-100V、現像バイアス500V(DC)の条件で、ベタ画像を現像中に電源をOFFにして現像を中断し、感光体上の10mm×100mmの領域のキャリア付着の個数をカウントし、ベタキャリア付着を評価した。
キャリア付着の個数が1~3個である場合:○(良好)
キャリア付着の個数が4~10個である場合:△(使用可能)
キャリア付着の個数が11個以上である場合:×(不良)
(ゴースト画像)
100万枚ランニングした後に、画像面積率8%のA4サイズの縦帯チャート(図3参照)を印刷し、938スペクトロデンシトメーター(X-Rite製)を用いて、スリーブ一周分と一周後の濃度差を、センター、リア、フロントの3箇所で測定して、3箇所の平均濃度差ΔIDを求め、ゴースト画像を評価した。
ΔIDが0.01を超え、0.03以下である場合:○(良好)
ΔIDが0.03を超え、0.06以下である場合:△(使用可能)
ΔIDが0.06を超える場合:×(不良)
(感光体摩耗)
100万枚ランニングした後に、マイクロスコープVHX-6000(キーエンス製)を用いて、3D画像連結から、3Dデータを取得した。次に、ランニングする前後の感光体の表面全面の凹凸を測定し、消失した感光体の厚さを求め、感光体摩耗を評価した。
消失した感光体の厚さが2μmを超え、3μm以下である場合:○(良好)
消失した感光体の厚さが3μmを超える場合:×(不良)
表3に、現像剤の評価結果を示す。
11 感光体
12 帯電装置
13 現像装置
14 クリーニング装置
Claims (8)
- トナーと、キャリアとを有し、
前記トナーは、Siを含む粒子を表面及び内部に有するチタン酸ストロンチウム粒子を含み、
前記Siを含む粒子は、数平均円相当径が5nm以上15nm以下であり、
前記キャリアは、芯材粒子の表面が樹脂を含む被覆層により被覆されており、体積平均粒径が45μm以上70μm以下であり、嵩密度が2.10g/cm3以上2.50g/cm3以下であり、
前記チタン酸ストロンチウム粒子は、Tiに対するSiのモル比が1.0以上10.0以下である現像剤。 - 前記被覆層は、無機粒子をさらに含む、請求項1に記載の現像剤。
- 前記無機粒子は、硫酸バリウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム及びハイドロタルサイトからなる群より選択される材料を含む、請求項2に記載の現像剤。
- 前記チタン酸ストロンチウム粒子は、一次粒子の数平均円相当径が20nm以上40nm以下であり、BET比表面積が50m2/g以上である、請求項1から3のいずれかに記載の現像剤。
- 前記トナーは、エステルワックスをさらに含み、
前記トナーの断面における前記エステルワックスの円相当径が0.1μm以上0.5μm以下である、請求項1から4のいずれかに記載の現像剤。 - 感光体に形成されている静電潜像を、請求項1から5のいずれかに記載の現像剤を用いて現像する、現像装置。
- 請求項6に記載の現像装置を有する、プロセスカートリッジ。
- 請求項6に記載の現像装置を有する、画像形成装置。
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