JP2005241772A - 画像形成装置及びこれに用いられるトナー - Google Patents
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Abstract
【課題】 小粒径トナーであってもブレードクリーニングすることができる画像形成装置を提供する。
【解決手段】 少なくとも、静電潜像を形成する感光体1と、感光体1上のトナーを除去するクリーニングブレード7aを有するクリーニング装置7を備える画像形成装置100であって、トナーの重量平均粒径Dm(μm)及び画像形成装置の像担持体の周速V(mm/sec)としたとき、下記式(1)の関係を満足する画像形成装置において、
0.10≦Dm3/V≦3.41……式(1)
像担持体にクリーニングブレードを当接したときの像担持体の回転トルクT(kgf・cm)の15秒間の平均値Tave.が、下記式(2)の関係を満足する。
Tave.≦1.40kgf・cm……式(2)
【選択図】 図1
【解決手段】 少なくとも、静電潜像を形成する感光体1と、感光体1上のトナーを除去するクリーニングブレード7aを有するクリーニング装置7を備える画像形成装置100であって、トナーの重量平均粒径Dm(μm)及び画像形成装置の像担持体の周速V(mm/sec)としたとき、下記式(1)の関係を満足する画像形成装置において、
0.10≦Dm3/V≦3.41……式(1)
像担持体にクリーニングブレードを当接したときの像担持体の回転トルクT(kgf・cm)の15秒間の平均値Tave.が、下記式(2)の関係を満足する。
Tave.≦1.40kgf・cm……式(2)
【選択図】 図1
Description
本発明は、複写機、ファクシミリ、プリンター等の静電複写プロセスによる画像形成に用いられる画像形成装置に関するものであり、また、この画像形成装置を用いられるトナーに関するものである。
近年、複写機、プリンタ等の画像形成装置は、高線速化、小型化、及びフルカラー画像に対する高精細な画像が望まれている。高精細な画像のために粉砕系トナー及び重合系トナーに係わらず、粒径を小さくしたトナーが用いられている。この小粒径化されたトナーでは、トナーの流動性が低下し、相対的に付着力が大きくなるためにクリーニング性が低下する。そのために、トナーには、粒径が小さくなることで、単位重量当たりの表面積が大きくなることに対応して流動性を補うために流動性付与剤として外添剤が多量に添加されているが、小粒径トナーのクリーニング性を確保できないと言う不具合がある。
また、一方、高精細な画像のために、現像性・転写性のよい球形化されたトナーが用いられることが多い。しかし、球形化されたトナーは、流動性は高いが転がりやすいために、特に高線速の画像形成装置におけるブレードクリーニング方式のクリーニングでは、ブレードの下をすり抜けて、クリーニング不良が発生するという不具合がある。
また、画像形成装置の小型化に対して、クリーニング装置では、ブラシクリーニング方式、ブレードクリーニング方式等があるが、構造の簡単さ、低コスト化からブレードクリニング方式が最も有力な手段である。このために、小粒径か・球形化トナーにおいてもブレードクリーニング方式でのクリーニング性を確保することが望まれる。
また、一方、高精細な画像のために、現像性・転写性のよい球形化されたトナーが用いられることが多い。しかし、球形化されたトナーは、流動性は高いが転がりやすいために、特に高線速の画像形成装置におけるブレードクリーニング方式のクリーニングでは、ブレードの下をすり抜けて、クリーニング不良が発生するという不具合がある。
また、画像形成装置の小型化に対して、クリーニング装置では、ブラシクリーニング方式、ブレードクリーニング方式等があるが、構造の簡単さ、低コスト化からブレードクリニング方式が最も有力な手段である。このために、小粒径か・球形化トナーにおいてもブレードクリーニング方式でのクリーニング性を確保することが望まれる。
これらの小粒径・球形化トナーのクリーニング不良に対して、トナー側とプロセス側からの対策が考えられる。
トナー側からの対策として、特許文献1では、クリーニング手段はゴムブレード部材を用い、クリーニング手段で回収されたトナーを現像手段へ搬送する手段を有し、前記トナーは体積平均粒径dが4〜10μmで、dとトナー粒子の厚さtとの比(d/t、扁平度)が2〜5の扁平トナーである画像形成装置が開示されている。
また、プロセス側からは、特許文献2では、有機感光体とクリーニングブレード間に発生する動トルク値の平均値をY0、100%黒化率で有機感光体上にトナー像を形成した場合の動トルク値の平均値をY100としたとき、0.2≧Y100−Y0≧0.01、2.95≧Y100/Y0≧1.15(Y100、Y0の単位:N・m)を満足する画像形成方法が開示されている。
トナー側からの対策として、特許文献1では、クリーニング手段はゴムブレード部材を用い、クリーニング手段で回収されたトナーを現像手段へ搬送する手段を有し、前記トナーは体積平均粒径dが4〜10μmで、dとトナー粒子の厚さtとの比(d/t、扁平度)が2〜5の扁平トナーである画像形成装置が開示されている。
また、プロセス側からは、特許文献2では、有機感光体とクリーニングブレード間に発生する動トルク値の平均値をY0、100%黒化率で有機感光体上にトナー像を形成した場合の動トルク値の平均値をY100としたとき、0.2≧Y100−Y0≧0.01、2.95≧Y100/Y0≧1.15(Y100、Y0の単位:N・m)を満足する画像形成方法が開示されている。
しかし、いずれかの一方のみからの対策では、小粒径・球形化トナーのクリーニング不良には不十分であり、とくに、今後の高線速且つ高精細な画像要求に対して小粒径化されたトナーのクリーニング性の確保が望まれる。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その課題は、小粒径トナーであってもブレードクリーニングすることができる画像形成装置を提供することである。
また、さらに、小粒径トナーであってもブレードクリーニングすることができる感光体を備える画像形成装置を提供することである。
また、さらに、小粒径トナーであってもブレードクリーニングすることができる感光体を備える画像形成装置を提供することである。
上記課題を解決する手段である本発明の特徴を以下に挙げる。
本発明の画像形成装置は、少なくとも、静電潜像を形成する像担持体と、像担持体上のトナーを除去するクリーニングブレードを有するクリーニング装置を備える画像形成装置であって、トナーの重量平均粒径Dm(μm)及び画像形成装置の像担持体の周速V(mm/sec)としたとき、下記式(1)の関係を満足する画像形成装置において、
0.10≦Dm3/V≦3.41……式(1)
像担持体にクリーニングブレードを当接したときの像担持体の回転トルクT(kgf・cm)の15秒間の平均値Tave.が、下記式(2)の関係を満足することを特徴とする。
Tave.≦1.40kgf・cm……式(2)
また、本発明の画像形成装置は、さらに、トナーの重量平均粒径Dmが4.0〜8.0μmの範囲で、画像形成装置の像担持体の周速Vが150〜600mm/secの範囲にあることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記像担持体は、導電性支持体上に形成された感光層の最表面層として、固体潤滑剤のフッ素樹脂微粒子を体積分率で20〜60%含有する保護層を形成していることを特徴とする画像形成装置。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記像担持体は、保護層が電荷輸送物質を含有することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、像担持体表面を摺擦する接触部材が備えられていることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、保護層に含有されているフッ素樹脂微粒子が接触部材により延ばされ、像担持体表面を被覆することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、複数の像担持体を、像担持体の回転方向に並列に配設することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、像担持体に形成されたトナー像を、像担持体と接触しつつ表面移動する記録部材上又は中間転写体を介して記録材上に転写させる転写装置を備えることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、像担持体と、少なくとも帯電装置、現像装置、クリーニング装置の中から選択される装置を備えるプロセスカートリッジを配設することを特徴とする。
本発明の画像形成装置は、少なくとも、静電潜像を形成する像担持体と、像担持体上のトナーを除去するクリーニングブレードを有するクリーニング装置を備える画像形成装置であって、トナーの重量平均粒径Dm(μm)及び画像形成装置の像担持体の周速V(mm/sec)としたとき、下記式(1)の関係を満足する画像形成装置において、
0.10≦Dm3/V≦3.41……式(1)
像担持体にクリーニングブレードを当接したときの像担持体の回転トルクT(kgf・cm)の15秒間の平均値Tave.が、下記式(2)の関係を満足することを特徴とする。
Tave.≦1.40kgf・cm……式(2)
また、本発明の画像形成装置は、さらに、トナーの重量平均粒径Dmが4.0〜8.0μmの範囲で、画像形成装置の像担持体の周速Vが150〜600mm/secの範囲にあることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記像担持体は、導電性支持体上に形成された感光層の最表面層として、固体潤滑剤のフッ素樹脂微粒子を体積分率で20〜60%含有する保護層を形成していることを特徴とする画像形成装置。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記像担持体は、保護層が電荷輸送物質を含有することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、像担持体表面を摺擦する接触部材が備えられていることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、保護層に含有されているフッ素樹脂微粒子が接触部材により延ばされ、像担持体表面を被覆することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、複数の像担持体を、像担持体の回転方向に並列に配設することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、像担持体に形成されたトナー像を、像担持体と接触しつつ表面移動する記録部材上又は中間転写体を介して記録材上に転写させる転写装置を備えることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、像担持体と、少なくとも帯電装置、現像装置、クリーニング装置の中から選択される装置を備えるプロセスカートリッジを配設することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、平均円形度が0.93ないし1.00の範囲にあるトナーを用いることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記トナーは、外観形状がほぼ球形状であって、長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0の範囲で、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲であって、長軸r1≧短軸r2≧厚さr3の関係を満足することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記トナーは、少なくとも、活性水素基を有する化合物と反応可能な部位を有する重合体、ポリエステル、着色剤、離型剤を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂微粒子の存在下で架橋及び/又は伸長反応させることを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記トナーは、外観形状がほぼ球形状であって、長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0の範囲で、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲であって、長軸r1≧短軸r2≧厚さr3の関係を満足することを特徴とする。
また、本発明の画像形成装置は、さらに、前記トナーは、少なくとも、活性水素基を有する化合物と反応可能な部位を有する重合体、ポリエステル、着色剤、離型剤を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂微粒子の存在下で架橋及び/又は伸長反応させることを特徴とする。
本発明のトナーは、少なくとも、結着樹脂と着色剤を有するトナ−であって、クリーニングブレードで除去されるトナ−において、請求項1ないし10に記載の画像形成装置に用いられることを特徴とする。
また、本発明のトナーは、さらに、平均円形度が0.93ないし1.00の範囲にあることを特徴とする。
また、本発明のトナーは、さらに、外観形状がほぼ球形状であって、長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0の範囲で、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲であって、長軸r1≧短軸r2≧厚さr3の関係を満足することを特徴とする。
また、本発明のトナーは、さらに、少なくとも、活性水素基を有する化合物と反応可能な部位を有する重合体、ポリエステル、着色剤、離型剤を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂微粒子の存在下で架橋及び/又は伸長反応させることを特徴とする。
また、本発明のトナーは、さらに、平均円形度が0.93ないし1.00の範囲にあることを特徴とする。
また、本発明のトナーは、さらに、外観形状がほぼ球形状であって、長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0の範囲で、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲であって、長軸r1≧短軸r2≧厚さr3の関係を満足することを特徴とする。
また、本発明のトナーは、さらに、少なくとも、活性水素基を有する化合物と反応可能な部位を有する重合体、ポリエステル、着色剤、離型剤を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂微粒子の存在下で架橋及び/又は伸長反応させることを特徴とする。
本発明は、上記解決するための手段によって、所定のトナー粒径と感光体の周速との関係を満たす画像形成装置において、小粒径化されたトナーであっても、クリーニングブレードによるクリーニング性を確保することができた。
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。ここでは、電子写真方式の画像形成装置100に適用した一実施形態について説明する。画像形成装置100は、イエロー(以下、「Y」と記す。)、シアン(以下、「C」と記す。)、マゼンタ(以下、「M」と記す。)、ブラック(以下、「K」と記す。)の4色のトナーから、カラー画像を形成する画像形成装置(以下、「タンデム型」と記す。)100である。この画像形成装置100は、潜像担持体として4つの感光体1Y、1C、1M、1Kを備えている。各感光体1Y、1C、1M、1Kは、それぞれ表面移動部材である中間転写ベルト6aに接触しながら、図中矢印の方向に回転駆動する。
図2は、感光体1を配設するプロセスカートリッジ2の構成を示す概略図である。なお、プロセスカートリッジ2Y、2C、2M、2Kにおける各感光体1Y、1C、1M、1K周りの構成はすべて同じであるため、1つのプロセスカートリッジ2についてのみ図示し、色分け用の符号Y、C、M、Kについては省略してある。感光体1の周りには、その表面移動方向に沿って、潜像を可視化してトナー像を形成する現像装置5、感光体1の帯電電位を除電するクリーニング図示しない前除電装置、感光体1上の残留トナーをクリーニングするクリーニング装置7、感光体1を帯電させる帯電装置3の順に配置されている。
図1は、本発明の実施形態に係る画像形成装置の構成を示す概略図である。ここでは、電子写真方式の画像形成装置100に適用した一実施形態について説明する。画像形成装置100は、イエロー(以下、「Y」と記す。)、シアン(以下、「C」と記す。)、マゼンタ(以下、「M」と記す。)、ブラック(以下、「K」と記す。)の4色のトナーから、カラー画像を形成する画像形成装置(以下、「タンデム型」と記す。)100である。この画像形成装置100は、潜像担持体として4つの感光体1Y、1C、1M、1Kを備えている。各感光体1Y、1C、1M、1Kは、それぞれ表面移動部材である中間転写ベルト6aに接触しながら、図中矢印の方向に回転駆動する。
図2は、感光体1を配設するプロセスカートリッジ2の構成を示す概略図である。なお、プロセスカートリッジ2Y、2C、2M、2Kにおける各感光体1Y、1C、1M、1K周りの構成はすべて同じであるため、1つのプロセスカートリッジ2についてのみ図示し、色分け用の符号Y、C、M、Kについては省略してある。感光体1の周りには、その表面移動方向に沿って、潜像を可視化してトナー像を形成する現像装置5、感光体1の帯電電位を除電するクリーニング図示しない前除電装置、感光体1上の残留トナーをクリーニングするクリーニング装置7、感光体1を帯電させる帯電装置3の順に配置されている。
また、本発明の画像形成装置100の構成を、図1及び図2に基づいて説明する。帯電装置3は、感光体1の表面を負極性に帯電する。本実施形態における帯電装置3は、いわゆる接触・近接帯電方式で帯電処理を行う帯電部材としての帯電ローラ3aを備えている。すなわち、この帯電装置3は、帯電ローラ3aを感光体1の表面に接触又は近接させ、その帯電ローラ3aにバイアスを印加することで、感光体1の表面を帯電する。感光体1の表面電位の絶対値が200〜700Vとなるような直流の帯電バイアスを帯電ローラ3aに印加している。なお、帯電バイアスとして、直流バイアスに交流バイアスを重畳させたものを利用することもできる。また、帯電装置3には、帯電ローラ3aの表面をクリーニングするクリーニングローラ3bが設けられている。また、トナーが僅かに付着した場合でも、帯電ローラ3aによる帯電ムラ等の帯電不良を引き起こすのを防止するために、帯電ローラ3aの表面をクリーニングローラ3bによってクリーニングする構成にしてもよい。なお、帯電装置3として、帯電ローラ3aの周面上の軸方向両端部分に薄いフィルムを巻き付け、これを感光体1の表面に当接するように設置してもよい。これにより、帯電ローラ3aの表面と感光体1の表面との間は、フィルムの厚さ分だけ離間した極めて近接した状態となる。これによって、感光体1上に残留トナーとの接触を減らすことができる。
このようにして帯電した感光体1の表面には、露光装置4によって露光されて各色に対応した静電潜像が形成される。この露光装置4は、各色に対応した画像情報に基づき、感光体1に対して各色に対応した静電潜像を書き込む。なお、本実施形態の露光装置4は、レーザ方式の露光装置であるが、LEDアレイと結像手段からなる露光装置などの他の方式の露光装置を採用することもできる。
このようにして帯電した感光体1の表面には、露光装置4によって露光されて各色に対応した静電潜像が形成される。この露光装置4は、各色に対応した画像情報に基づき、感光体1に対して各色に対応した静電潜像を書き込む。なお、本実施形態の露光装置4は、レーザ方式の露光装置であるが、LEDアレイと結像手段からなる露光装置などの他の方式の露光装置を採用することもできる。
現像装置5は、そのケーシングの開口から現像剤担持体としての現像ローラ5aが部分的に露出している。また、ここでは、トナーとキャリアとからなる二成分現像剤を用いているが、キャリアを含まない一成分現像剤を使用してもよい。現像装置5は、トナーボトルから、対応する色のトナーの補給を受けてこれを内部に収容している。この現像ローラ5aは、磁界発生手段としてのマグネットローラと、その周りを同軸回転する現像スリーブとから構成されている。現像剤中のキャリアは、マグネットローラが発生させる磁力により現像ローラ5a上に穂立ちした状態となって感光体1と対向する現像領域に搬送される。ここで、現像ローラ5aは、感光体1と対向する領域(以下、「現像領域」と記す。)において感光体1の表面よりも速い線速で同方向に表面移動する。そして、現像ローラ5a上に穂立ちしたキャリアは、感光体1の表面を摺擦しながら、キャリア表面に付着したトナーを感光体1の表面に供給し、現像する。このとき、現像ローラ5aには、図示しない電源から300V程度の現像バイアスが印加され、これにより現像領域には現像電界が形成される。
転写装置6における中間転写ベルト6aは、3つの支持ローラ6b、6c、6dに張架されており、図中矢印の方向に無端移動する構成となっている。この中間転写ベルト6a上には、各感光体1Y、1C、1M、1K上のトナー像が静電転写方式により互いに重なり合うように転写される。静電転写方式には、転写チャージャを用いた構成もあるが、ここでは転写チリの発生が少ない転写ローラ6eを用いた構成を採用している。具体的には、各感光体1Y、1C、1M、1Kと接触する中間転写ベルト6aの部分の裏面に、それぞれ転写装置6としての各一次転写ローラ6eY、6eC、6eM、6eKを配置している。ここでは、一次転写ローラ6eにより押圧された中間転写ベルト6aの部分と感光体1とによって、一次転写領域が形成される。そして、各感光体1Y、1C、1M、1K上のトナー像を中間転写ベルト6a上に転写する際には、一次転写ローラ6eに正極性のバイアスが印加される。これにより、各一次転写する領域(以下、転写領域)と記す。)には転写電界が形成され、各感光体1Y、1C、1M、1K上のトナー像は、中間転写ベルト6a上に静電的に付着し、転写される。
転写装置6における中間転写ベルト6aは、3つの支持ローラ6b、6c、6dに張架されており、図中矢印の方向に無端移動する構成となっている。この中間転写ベルト6a上には、各感光体1Y、1C、1M、1K上のトナー像が静電転写方式により互いに重なり合うように転写される。静電転写方式には、転写チャージャを用いた構成もあるが、ここでは転写チリの発生が少ない転写ローラ6eを用いた構成を採用している。具体的には、各感光体1Y、1C、1M、1Kと接触する中間転写ベルト6aの部分の裏面に、それぞれ転写装置6としての各一次転写ローラ6eY、6eC、6eM、6eKを配置している。ここでは、一次転写ローラ6eにより押圧された中間転写ベルト6aの部分と感光体1とによって、一次転写領域が形成される。そして、各感光体1Y、1C、1M、1K上のトナー像を中間転写ベルト6a上に転写する際には、一次転写ローラ6eに正極性のバイアスが印加される。これにより、各一次転写する領域(以下、転写領域)と記す。)には転写電界が形成され、各感光体1Y、1C、1M、1K上のトナー像は、中間転写ベルト6a上に静電的に付着し、転写される。
中間転写ベルト6aの周りには、その表面に残留したトナーを除去するためのベルトクリーニング装置6fが設けられている。このベルトクリーニング装置6fは、中間転写ベルト6aの表面に付着した不要なトナーをファーブラシ及びクリーニングブレード6fで回収する構成となっている。なお、回収した不要トナーは、ベルトクリーニング装置6f内から図示しない搬送手段により図示しない廃トナータンクまで搬送される。この転写ベルト6aは、体積抵抗率が109〜1011Ωcmである高抵抗の無端状単層ベルトであり、単層の樹脂層または複数の樹脂層である。
また、図1の右方向には、記録紙上に二次転写する転写搬送装置9が配置されている。この転写装置9は、転写搬送ベルト9aと二次転写ローラ9bを備えている。中間転写体6aに重ね合わされたトナー画像は、ここで、給紙ユニット10から搬送される記録紙に転写される。したがって、本発明装置100では、トナーは2回転写され記録紙上に画像を形成する。この転写装置9の転写は、転写ローラ9bにトナーとは逆極性の電圧を印加することによって行われる。この中間転写ベルト6aと二次転写ローラ9bとの間には二次転写領域が形成され、この部分に、所定のタイミングで記録部材としての記録紙が送り込まれるようになっている。この記録紙は、露光装置4の図中下側にある給紙カセット10内に収容されており、ピックアップローラ、レジストローラ対11等によって、二次転写領域まで搬送される。そして、中間転写ベルト6a上に重ね合わされたトナー像は、二次転写領域において、転写搬送ベルト9a上の記録紙上に一括して転写される。この二次転写時には、二次転写ローラ9bに正極性のバイアスが印加され、これにより形成される転写電界によって中間転写ベルト6a上のトナー像が記録紙上に転写される。
また、図1の右方向には、記録紙上に二次転写する転写搬送装置9が配置されている。この転写装置9は、転写搬送ベルト9aと二次転写ローラ9bを備えている。中間転写体6aに重ね合わされたトナー画像は、ここで、給紙ユニット10から搬送される記録紙に転写される。したがって、本発明装置100では、トナーは2回転写され記録紙上に画像を形成する。この転写装置9の転写は、転写ローラ9bにトナーとは逆極性の電圧を印加することによって行われる。この中間転写ベルト6aと二次転写ローラ9bとの間には二次転写領域が形成され、この部分に、所定のタイミングで記録部材としての記録紙が送り込まれるようになっている。この記録紙は、露光装置4の図中下側にある給紙カセット10内に収容されており、ピックアップローラ、レジストローラ対11等によって、二次転写領域まで搬送される。そして、中間転写ベルト6a上に重ね合わされたトナー像は、二次転写領域において、転写搬送ベルト9a上の記録紙上に一括して転写される。この二次転写時には、二次転写ローラ9bに正極性のバイアスが印加され、これにより形成される転写電界によって中間転写ベルト6a上のトナー像が記録紙上に転写される。
また、クリーニング装置7は、クリーニングブレード7a、支持部材7b、トナー回収コイル7c、ブレード加圧スプリング7dを備える。クリーニングブレード7aは、転写後に残留する感光体1上のトナーを除去する。支持部材7bに貼着してクリーニング装置に配設されるが、支持部材7bは特に限定されないが、金属、プラスチック、セラミック等を用いることができる。
クリーニングブレード7aは、摩擦係数の低い弾性体として、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等のうちウレタンエラストマー、シリコーンエラストマー、フッ素エラストマーを挙げることができる。クリーニングブレード7aとしては、熱硬化性のウレタン樹脂が好ましく、特に、ウレタンエラストマーが、耐摩耗性、耐オゾン性、耐汚染性の観点から好ましい。エラストマーには、ゴムも含まれる。クリーニングブレード7aは、硬度(JIS―A)が、65〜85度の範囲が好ましい。また、クリーニングブレード7aは、厚さが0.8〜3.0mmで、突き出し量が3〜15mmの範囲にあることが好ましい。さらに、その他の条件として当接圧、当接角度、食い込み量等は適宜決定することができる。
クリーニングブレード7aは、摩擦係数の低い弾性体として、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂等のうちウレタンエラストマー、シリコーンエラストマー、フッ素エラストマーを挙げることができる。クリーニングブレード7aとしては、熱硬化性のウレタン樹脂が好ましく、特に、ウレタンエラストマーが、耐摩耗性、耐オゾン性、耐汚染性の観点から好ましい。エラストマーには、ゴムも含まれる。クリーニングブレード7aは、硬度(JIS―A)が、65〜85度の範囲が好ましい。また、クリーニングブレード7aは、厚さが0.8〜3.0mmで、突き出し量が3〜15mmの範囲にあることが好ましい。さらに、その他の条件として当接圧、当接角度、食い込み量等は適宜決定することができる。
本発明の画像形成装置で用いるトナーは、粉砕法、重合法(懸濁重合、乳化重合分散重合、乳化凝集、乳化会合等)等の製造方法があるが、これらの製造方法に限るものではない。粉砕法の一例としては、まず、前述した樹脂、着色剤としての顔料または染料、電荷制御剤、離型剤、その他の添加剤等をヘンシェルミキサーの如き混合機により充分に混合した後、バッチ式の2本ロール、バンバリーミキサーや連続式の2軸押出し機、連続式の1軸混練機等の熱混練機を用いて構成材料をよく混練し、圧延冷却後、切断を行なう。切断後のトナー混練物は破砕を行ない、ハンマーミル等を用いて粗粉砕し、更にジェット気流を用いた微粉砕機や機械式粉砕機により微粉砕し、旋回気流を用いた分級機やコアンダ効果を用いた分級機により所定の粒度に分級する。その後、混合機により無機微粒子を外添して、混合しトナーとする。また、重合法の一例を示す。少なくとも、窒素原子を含む官能基を有するポリエステルプレポリマー、ポリエステル、着色剤、離型剤を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂微粒子の存在下で架橋及び/又は伸長反応させるトナーを用いることが好ましい。
さらに、このトナーには、上述した無機酸化物の他にさらに、微粒子を添加することができる。微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、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、チタン酸ストロンチウム、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、窒化ケイ素などを挙げることができる。この他、高分子系微粒子、たとえばソープフリー乳化重合や懸濁重合、分散重合によって得られるポリスチレン、メタクリル酸エステルやアクリル酸エステル共重合体やシリコーン、ベンゾグアナミン、ナイロンなどの重縮合系、熱硬化性樹脂による重合体粒子を用いてもよい。このような外添剤は表面処理を行って、疎水性を上げ、高湿度下においても流動特性や帯電特性の悪化を防止することができる。例えば、シランカップリング剤、シリル化剤、フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤、有機チタネート系カップリング剤、アルミニウム系のカップリング剤、シリコーンオイル、変性シリコーンオイルなどが好ましい表面処理剤として挙げられる。特に、シリカ、酸化チタンに上記の表面処理を施して得られる疎水性シリカ、疎水性酸化チタンを用いることが好ましい。
この微粒子の一次粒子径は、8〜300nmであることが好ましく、特に8〜50nmの外添剤と80〜300nmの外添剤を混合して用いることが好ましい。この微粒子の使用割合は、トナーの0.01〜5wt%であることが好ましく、特に0.1〜2.0wt%であることが好ましい。
これらの微粒子を含有させる方法としては、通常、微粒子とトナー母体粒子をミキサーに入れ、攪拌する。また、別の方法として、水系及び/又はアルコール系の溶媒中でトナーに外添処理することができる。水系溶媒中に分散させたトナーに、外添剤を投入し、トナー表面に付着させる。また、この外添剤が疎水化処理されている場合は、少量のアルコールなどを併用して界面張力を下げて濡れやすくしてから分散させても良い。その後、加熱して溶媒を除去して固定して、脱離を防止することができる。これによって、外添剤をトナー表面上に均一に分散させることができる。また、水系溶媒中にトナー、添加剤を分散させたときに、界面活性剤添加することにより、トナー表面に更に均一に添加剤が分散させることが出来る。さらに、外添剤もくはトナーと逆極性の界面活性剤を使用することが好ましい。
これらの微粒子を含有させる方法としては、通常、微粒子とトナー母体粒子をミキサーに入れ、攪拌する。また、別の方法として、水系及び/又はアルコール系の溶媒中でトナーに外添処理することができる。水系溶媒中に分散させたトナーに、外添剤を投入し、トナー表面に付着させる。また、この外添剤が疎水化処理されている場合は、少量のアルコールなどを併用して界面張力を下げて濡れやすくしてから分散させても良い。その後、加熱して溶媒を除去して固定して、脱離を防止することができる。これによって、外添剤をトナー表面上に均一に分散させることができる。また、水系溶媒中にトナー、添加剤を分散させたときに、界面活性剤添加することにより、トナー表面に更に均一に添加剤が分散させることが出来る。さらに、外添剤もくはトナーと逆極性の界面活性剤を使用することが好ましい。
さらに、本発明の画像形成装置100では、トナーの重量平均粒径Dmが4.0〜8.0μmの範囲で、画像形成装置100の感光体1の周速Vが150〜600mm/secの範囲にする。このトナーの体積平均粒径は、4.0〜8.0μmの範囲では、トナーの粒径が小さいほど、細線の再現性が高くなり、高品位な画質を得ることができる。4.0μm未満では、クリーニング不良が発生することがあり、又、粉砕等にエネルギーが必要でコストの低減が困難である。また、8.0μmを越えると、クリーニング性は良好であるが、高品位の画像を得ることが困難である。また、粒径分布は、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.05〜1.40の範囲にする。粒径分布をシャープにすることで、帯電量分布が均一になり、地肌かぶりの少ない高品位な画像を得ることができ、また、転写率を高くすることができる。Dv/Dnが、1.05未満では製造上困難であり、また、1.40を越えると帯電量分布も広がるために高品位な画像を得るのが困難になる。
さらに、本発明の画像形成装置100では、感光体1にクリーニングブレード7aを当接したときの感光体1の回転トルクT(kgf・cm)の15秒間の平均値Tave.が、Tave.≦1.40kgf・cmの式(2)の関係を満足する。
図3は、感光体にクリーニングブレードを当接したときの感光体の回転トルクを測定するトルク値測定装置200の構成を示す概略図である。
感光体1と、感光体1に接触する部材であるクリーニングブレード7a、現像ローラ5aと、感光体1を回転駆動させる駆動軸に装着したトルクセンサ201と、感光体1を回転駆動させるモータ202と、トルクセンサ201により測定される回転トルクTを記録するレコーダ203と、このモータを駆動する電源204と、これらを制御する制御装置205とから構成されている。この他に、帯電ローラ3a、転写ローラ6e等の感光体1に接触する部材を設けておいても良い。
図3は、感光体にクリーニングブレードを当接したときの感光体の回転トルクを測定するトルク値測定装置200の構成を示す概略図である。
感光体1と、感光体1に接触する部材であるクリーニングブレード7a、現像ローラ5aと、感光体1を回転駆動させる駆動軸に装着したトルクセンサ201と、感光体1を回転駆動させるモータ202と、トルクセンサ201により測定される回転トルクTを記録するレコーダ203と、このモータを駆動する電源204と、これらを制御する制御装置205とから構成されている。この他に、帯電ローラ3a、転写ローラ6e等の感光体1に接触する部材を設けておいても良い。
本発明の画像形成装置100では、このようなトルク測定装置を用いて、感光体1を駆動させる回転トルク平均値Tave.≦1.40kgf・cmを満足させる。回転トルクTは、クリーニングブレード7aを感光体1へ当接させると負荷が駆動軸にかかり大きくなる。この回転トルク平均値Tave.が、1.40kgf・cmを越えると感光体1への負荷が大きくなり過ぎスティックスリップ運動が大きくなり、トナーのすり抜け量が多くなりクリーニング不良になるものと推測される。回転トルク平均値Tave.が1.40kgf・cmを越えないことによって、環境変化、当接条件が変化してもクリーニング不良を防止することができる。
図4は、本発明の画像形成装置に用いる感光体の構成を示す概略断面図である。導電性支持体111に感光層132として、電荷発生物質を主成分とする電荷発生層113と、電荷輸送物質を主成分とする電荷輸送層114とが、積層形成されている。本発明においては、このような感光体1の表層として保護層115が形成される。これによって、クリーニングブレード7aとの摩擦を低減することができる。感光体表面の摩擦係数は、感光体1の最表面層に固体潤滑剤のフッ素樹脂微粒子を体積分率で20〜60%含有する保護層を形成して固体潤滑剤を体積分率で20〜60%含有する保護層を形成することで、摩擦係数を低減する。また、ステアリン酸亜鉛等の固体潤滑剤を感光体表面に塗布することで調整しても良い。固体潤滑剤としては、オレイン酸鉛、オレイン酸亜鉛、オレイン酸銅、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸鉄、ステアリン酸銅、パルミチン酸亜鉛、パルミチン酸銅、リノレン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩類や、ポリテトラフルオロエチレン、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、ポリトリフルオロクロルエチレン、ジクロロジフルオロエチレン、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−オキサフルオロポロピレン共重合体等のフッ素系樹脂微粒子が挙げられる。このなかで、特に、フッ素樹脂微粒子の中で、低分子量の、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン微粒子を含有することがこのましい。低分子量のフッ素樹脂微粒子は、平均分子量が数十万以下のことを指しているが、重合法、放射線分解法、熱分解法などによって分子量が制御されて製造され、その平均分子量が低く抑えられている。平均分子量を低く抑えることで、潤滑剤の作用を発揮する。また、分子の対称性が非常に高い無極性高分子であり、分子間凝集力は非常に小さい。また、分子鎖表面は非常に滑らかである。分子間凝集力が小さいことによって低分子量フッ素樹脂微粒子の摩擦係数が低くくなっている。
保護層115として、感光層112の保護及び耐久性の向上を目的に潤滑剤としてフッ素樹脂微粒子を含有する保護層115を感光層112の上に形成するものである。保護層115に添加されるフッ素樹脂微粒子の量は、バインダー樹脂100重量部に対して、20〜60%である。フッ素樹脂微粒子の量が、20%未満では十分な摩擦係数が得られない。60%を越えると感度低下や残留電位上昇が無視できなくなり、塗膜の機械的強度が低下するので望ましくない。フッ素樹脂微粒子の粒径が大きすぎる場合には露光光が保護層115で散乱されるため、解像力が低下し画像品質が劣る。また、フッ素樹脂微粒子の粒径が小さすぎると耐摩耗性に劣る。したがって、保護層115に添加するフッ素樹脂微粒子の粒径としては0.1〜0.3μmが適当である。保護層115はフッ素樹脂微粒子とバインダー樹脂を適当な溶媒を用いて分散し、分散液をスプレーコートにより塗布することにより形成できる。保護層115に用いるバインダー樹脂、溶媒としては電荷輸送層114と同様の物質を使用することができる。保護層115の膜厚は、0.1〜10μmが望ましい。保護層115には、電荷輸送物質や、酸化防止剤等を添加することもできる。フッ素樹脂微粒子を含有する保護層115を設けることで、感光体1自身の耐摩耗性を向上させる。さらに、小粒径トナーであっても、クリーニングブレード7aの当接圧を高くしても、感光体1を過度に摩耗することがなく、クリーニングすることができる。また、感光体1自身の耐摩耗性を向上させることで、潤滑剤の塗布量を低減しても優れた耐摩耗性を得ることができるので、潤滑剤の寿命も長くなる。
また、この画像形成装置100は、感光体の保護層中のフッ素樹脂微粒子を摺擦する接触部材が設けられる。この接触部材は、クリーニングブレード7aが兼ねてもよい。このクリーニングブレード7aで、感光体1の保護層表面に露出しているフッ素樹脂微粒子を摺擦することで、フッ素樹脂微粒子を展延させ、感光体表面にフッ素樹脂の薄層を形成する。フッ素樹脂微粒子は潤滑剤であり、これによって感光体表面の摩擦係数を低くすることができ、感光体1とクリーニングブレード7aによって生ずる回転トルクの増加を抑えることができる。
また、ここでは、保護層115に電荷輸送物質を含有させてもよい。電荷輸送物質のうち、低分子電荷輸送物質には、電子輸送物質と正孔輸送物質とがある。電子輸送物質としては、例えば、クロルアニル、ブロムアニル、テトラシアノエチレン、テトラシアノキノジメタン、2,4,7−トリニトロ−9−フルオレノン、2,4,5,7−テトラニトロ−9−フルオレノン、1,3,7−トリニトロジベンゾチオフェン−5,5−ジオキサイド等の電子受容性物質が挙げられる。
正孔輸送物質としては、例えば、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、フェニルヒドラゾン類、α−フェニルスチルベン誘導体、チアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナジン誘導体、アクリジン誘導体、チオフェン誘導体等の電子供与性物質が挙げられる。これによって、保護層中にフッ素樹脂微粒子を含有させたことによる感光体感度の低下を防止することができる。電荷輸送物質の含有量は、バインダー樹脂100重量部に対して、20〜300%の範囲にする。20%未満では、感度が低下し、300%を越えると塗膜の機械的強度が低下する。
正孔輸送物質としては、例えば、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、フェニルヒドラゾン類、α−フェニルスチルベン誘導体、チアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナジン誘導体、アクリジン誘導体、チオフェン誘導体等の電子供与性物質が挙げられる。これによって、保護層中にフッ素樹脂微粒子を含有させたことによる感光体感度の低下を防止することができる。電荷輸送物質の含有量は、バインダー樹脂100重量部に対して、20〜300%の範囲にする。20%未満では、感度が低下し、300%を越えると塗膜の機械的強度が低下する。
なお、ここで、用いられる感光体1は、図4に示すように、導電性支持体111は、体積抵抗1010Ωcm以下の導電性を示すもの、例えば、アルミニウム、ステンレス等の金属を管状に加工したもの、あるいはニッケル等の金属をエンドレスベルト状に加工したもの、等が用いられる。
電荷発生層113は、電荷発生物質を主成分とする層であり、代表的なものとしては、モノアゾ顔料、ジスアゾ顔料、トリスアゾ顔料、フタロシアニン系顔料、これらの電荷発生物質をポリカーボネート等のバインダー樹脂とともに、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン等の溶媒を用いて分散し、分散液を塗布することにより形成できる。塗布は、浸漬塗工法やスプレーコート等により行う。電荷発生層113の膜厚は、通常は0.01〜5μm、好ましくは0.1〜2μmである。電荷輸送層114は、電荷輸送物質及びバインダー樹脂をテトラヒドロフラン、トルエン、ジクロルエタン適当な溶剤に溶解ないし分散し、これを塗布、乾燥することにより形成できる。また、必要により可塑剤やレベリング剤等を添加することもできる。
電荷輸送物質と共に電荷輸送層114に使用されるバインダー樹脂としては、ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等の熱可塑性又は熱硬化性樹脂が挙げられる。電荷輸送層4の厚さは、5〜30μmの範囲で所望の感光体特性に応じて適宜選択すればよい。
電荷発生層113は、電荷発生物質を主成分とする層であり、代表的なものとしては、モノアゾ顔料、ジスアゾ顔料、トリスアゾ顔料、フタロシアニン系顔料、これらの電荷発生物質をポリカーボネート等のバインダー樹脂とともに、テトラヒドロフラン、シクロヘキサノン等の溶媒を用いて分散し、分散液を塗布することにより形成できる。塗布は、浸漬塗工法やスプレーコート等により行う。電荷発生層113の膜厚は、通常は0.01〜5μm、好ましくは0.1〜2μmである。電荷輸送層114は、電荷輸送物質及びバインダー樹脂をテトラヒドロフラン、トルエン、ジクロルエタン適当な溶剤に溶解ないし分散し、これを塗布、乾燥することにより形成できる。また、必要により可塑剤やレベリング剤等を添加することもできる。
電荷輸送物質と共に電荷輸送層114に使用されるバインダー樹脂としては、ポリスチレン樹脂、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等の熱可塑性又は熱硬化性樹脂が挙げられる。電荷輸送層4の厚さは、5〜30μmの範囲で所望の感光体特性に応じて適宜選択すればよい。
電荷輸送層には電荷輸送物質としての機能とバインダー樹脂としての機能を持った高分子電荷輸送物質も良好に使用される。高分子電荷輸送物質としては、公知の材料が使用できるが、特に、トリアリールアミン構造を主鎖および/または側鎖に含むポリカーボネートが良好に用いられる。中でも、(I)〜(X)式で表される高分子電荷輸送物質が良好に用いられる。これらを以下に例示し、具体例を示す。
式中、R1、R2、R3はそれぞれ独立して置換もしくは無置換のアルキル基又はハロゲン原子、R4は水素原子又は置換もしくは無置換のアルキル基、R5、R6は置換もしくは無置換のアリール基、o、p、qはそれぞれ独立して0〜4の整数、k、jは組成を表し、0.1≦k≦1、0≦j≦0.9、nは繰り返し単位数を表し5〜5000の整数である。
式中、R1、R2、R3はそれぞれ独立して置換もしくは無置換のアルキル基又はハロゲン原子、R4は水素原子又は置換もしくは無置換のアルキル基、R5、R6は置換もしくは無置換のアリール基、o、p、qはそれぞれ独立して0〜4の整数、k、jは組成を表し、0.1≦k≦1、0≦j≦0.9、nは繰り返し単位数を表し5〜5000の整数である。
Xは脂肪族の2価基、環状脂肪族の2価基、または下記一般式で表される2価基を表す。
式中、R101,R102は各々独立して置換もしくは無置換のアルキル基、アリール基またはハロゲン原子で、l、mは0〜4の整数、Yは単結合、炭素原子数1〜12の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基、−O−、−S−、−SO−、−SO2−、−CO−、−CO−O−Z−O−CO−(式中Zは脂肪族の2価基を表す。)を表す。
式中、R101,R102は各々独立して置換もしくは無置換のアルキル基、アリール基またはハロゲン原子で、l、mは0〜4の整数、Yは単結合、炭素原子数1〜12の直鎖状、分岐状もしくは環状のアルキレン基、−O−、−S−、−SO−、−SO2−、−CO−、−CO−O−Z−O−CO−(式中Zは脂肪族の2価基を表す。)を表す。
または、
(式中、aは1〜20の整数、bは1〜2000の整数、R103、R104は置換または無置換のアルキル基又はアリール基を表す。)を表す。ここで、 R101とR102、R103とR104は、それぞれ同一でも異なってもよい。
(式中、aは1〜20の整数、bは1〜2000の整数、R103、R104は置換または無置換のアルキル基又はアリール基を表す。)を表す。ここで、 R101とR102、R103とR104は、それぞれ同一でも異なってもよい。
また、(V)式は、
式中、R13、R14は置換もしくは無置換のアリール基、Ar10、Ar11、Ar12は同一あるいは異なるアリレン基、 X1、X2 は置換もしくは無置換のエチレン基、又は置換もしくは無置換のビニレン基を表し、 X、k、jおよびnは、(I)式の場合と同じである。
式中、R13、R14は置換もしくは無置換のアリール基、Ar10、Ar11、Ar12は同一あるいは異なるアリレン基、 X1、X2 は置換もしくは無置換のエチレン基、又は置換もしくは無置換のビニレン基を表し、 X、k、jおよびnは、(I)式の場合と同じである。
また、(6)式は、
式中、R15、R16、R17、R18は置換もしくは無置換のアリール基、Ar13、Ar14、Ar15、Ar16は同一あるいは異なるアリレン基、 Y1、Y2、Y3は単結合、置換もしくは無置換のアルキレン基、置換もしくは無置換のシクロアルキレン基、置換もしくは無置換のアルキレンエーテル基、酸素原子、硫黄原子、ビニレン基を表し同一であっても異なってもよい。 X、k、jおよびnは、(I)式の場合と同じである。
式中、R15、R16、R17、R18は置換もしくは無置換のアリール基、Ar13、Ar14、Ar15、Ar16は同一あるいは異なるアリレン基、 Y1、Y2、Y3は単結合、置換もしくは無置換のアルキレン基、置換もしくは無置換のシクロアルキレン基、置換もしくは無置換のアルキレンエーテル基、酸素原子、硫黄原子、ビニレン基を表し同一であっても異なってもよい。 X、k、jおよびnは、(I)式の場合と同じである。
また、(VII)式は、
式中、R19、R20は水素原子、置換もしくは無置換のアリール基を表し、R19とR20は環を形成していてもよい。Ar17、Ar18、Ar19 は同一あるいは異なるアリレン基を表す。 X、k、jおよびnは、(I)式の場合と同じである。
式中、R19、R20は水素原子、置換もしくは無置換のアリール基を表し、R19とR20は環を形成していてもよい。Ar17、Ar18、Ar19 は同一あるいは異なるアリレン基を表す。 X、k、jおよびnは、(I)式の場合と同じである。
また、(VIII)式は、
式中、R21は置換もしくは無置換のアリール基、Ar20、Ar21、Ar22、Ar23は同一あるいは異なるアリレン基を表す。 X、k、jおよびnは、(I)式の場合と同じである。
式中、R21は置換もしくは無置換のアリール基、Ar20、Ar21、Ar22、Ar23は同一あるいは異なるアリレン基を表す。 X、k、jおよびnは、(I)式の場合と同じである。
また、(IX)式は、
式中、R22、R23、R24、R25は置換もしくは無置換のアリール基、Ar24、Ar25、Ar26、Ar27、Ar28は同一あるいは又は異なるアリレン基を表す。 X、k、jおよびnは、(I)式の場合と同じである。
式中、R22、R23、R24、R25は置換もしくは無置換のアリール基、Ar24、Ar25、Ar26、Ar27、Ar28は同一あるいは又は異なるアリレン基を表す。 X、k、jおよびnは、(I)式の場合と同じである。
また、感光体1には、導電性支持体111と感光層112との間に下引き層を形成することができる。下引き層は一般に樹脂を主成分とするが、これらの樹脂はその上に感光層112を溶剤を用いて塗布することを考慮すると、一般の有機溶剤に対して耐溶解性の高い樹脂であることが望ましい。このような樹脂としては、ポリビニルアルコール樹脂等の水溶性樹脂、共重合ナイロン、等のアルコール可溶性樹脂、ポリウレタン樹脂、アルキッド−メラミン樹脂、エポキシ樹脂等、三次元網目構造を形成する硬化型樹脂等が挙げられる。また、下引き層には、モアレ防止、残留電位の低減等のために、酸化チタン、シリカ、アルミナ、等の金属酸化物の微粉末を加えてもよい。この下引き層は、上記の感光層112と同様、適当な溶媒、塗工法を用いて形成することができる。下引き層の膜厚は、0.1〜5μmが適当である。
また、トナーの平均円形度が0.93以上である。この円形度は、乾式粉砕で製造されるトナーでは、熱的又は機械的に球形化処理する。熱的には、例えば、アトマイザーなどに熱気流とともにトナー粒子を噴霧することで球形化処理を行うことができる。また、機械的にはボールミル等の混合機に比重の軽いガラス等の混合媒体とともに投入して攪拌することで、球形化処理することができる。ただし、熱的球形化処理では凝集し粒径の大きいトナー粒子又は機械的球形化処理では微粉が発生するために再度の分級工程が必要になる。また、水系溶媒中で製造されるトナーでは、溶媒を除去する工程で強い攪拌を与えることで、形状を制御することができる。円形度は、円形度SR=(粒子投影面積と同じ面積の円の周囲長/粒子投影像の周囲長)で定義され、トナーが真球に近いほど1.00に近い値となる。円形度の高いトナーは、キャリア又は現像スリーブ上において電気力線の影響を受けやすく、静電潜像の電気力線に沿って忠実に現像される。微小な潜像ドットを再現する際には緻密で均一にトナーが配置するために、細線の間のチリが少なく、細線再現性が高くなる。とくに、0.93未満では、画像品位が低く、特に、細線の再現性が低下して高精細な画像再現が困難である。
また、現像装置5で使用するトナーは、以下の形状係数SF−1、SF−2の値で規定することができるトナーであることが好ましい。図5は、形状係数SF−1、形状係数SF−2を説明するためにトナーの形状を模式的に表した図である。
形状係数SF−1は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式(3)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる形状の最大長MXLNGの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
SF−1={(MXLNG)2/AREA}×(100π/4) ・・・式(3)
SF−1の値が100の場合トナーの形状は真球となり、SF−1の値が大きくなるほど不定形になる。
また、形状係数SF−2は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式(4)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる図形の周長PERIの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
SF−2={(PERI)2/AREA}×(100/4π) ・・・式(4)
SF−2の値が100の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、SF−2の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡(S−800:日立製作所製)でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置(LUSEX3:ニレコ社製)に導入して解析して計算した。
形状係数SF−1は、トナー形状の丸さの割合を示すものであり、下記式(3)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる形状の最大長MXLNGの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
SF−1={(MXLNG)2/AREA}×(100π/4) ・・・式(3)
SF−1の値が100の場合トナーの形状は真球となり、SF−1の値が大きくなるほど不定形になる。
また、形状係数SF−2は、トナーの形状の凹凸の割合を示すものであり、下記式(4)で表される。トナーを2次元平面に投影してできる図形の周長PERIの二乗を図形面積AREAで除して、100π/4を乗じた値である。
SF−2={(PERI)2/AREA}×(100/4π) ・・・式(4)
SF−2の値が100の場合トナー表面に凹凸が存在しなくなり、SF−2の値が大きくなるほどトナー表面の凹凸が顕著になる。
形状係数の測定は、具体的には、走査型電子顕微鏡(S−800:日立製作所製)でトナーの写真を撮り、これを画像解析装置(LUSEX3:ニレコ社製)に導入して解析して計算した。
本発明に係るトナーはSF−1が100〜180の範囲にあり、SF−2が100〜180の範囲にあるトナーである。トナーの形状が球形に近くなると、トナーとトナーあるいはトナーと感光体1との接触が点接触になるために、トナー同士の吸着力は弱くなり従って流動性が高くなり、また、トナーと感光体1との付着力も弱くなって、転写率は高くなる。一方、真球のトナーはクリーニングブレード7aと感光体1との間隙に入り込みやすいため、トナーの形状係数SF−1とSF−2はある程度大きい方が好ましいが、大きくなりすぎると、画像上にトナーが散ってしまい画像品位が低下する。このために、SF−1とSF−2は180を越えない方が好ましい。
本発明の画像形成装置100に好適に用いられるトナーは、少なくとも、活性水素基を有する化合物と反応可能な部位を有する重合体、ポリエステル、着色剤、離型剤とを有機溶媒中にそれぞれを溶解又は分散させたトナー材料液を、水系溶媒中で架橋及び/又は伸長反応させて得られるトナーである。以下に、トナーの構成材料及び製造方法について説明する。
(変性ポリエステル)
本発明に係るトナーはバインダ樹脂として、重合体である変性ポリエステル(i)を含む。変性ポリエステル(i)としては、ポリエステル樹脂中にエステル結合以外の結合基が存在したり、またポリエステル樹脂中に構成の異なる樹脂成分が共有結合、イオン結合などで結合した状態をさす。具体的には、ポリエステル末端に、カルボン酸基、水酸基と反応するイソシアネート基などの官能基を導入し、さらに活性水素含有化合物と反応させ、ポリエステル末端を変性したものを指す。
本発明に係るトナーはバインダ樹脂として、重合体である変性ポリエステル(i)を含む。変性ポリエステル(i)としては、ポリエステル樹脂中にエステル結合以外の結合基が存在したり、またポリエステル樹脂中に構成の異なる樹脂成分が共有結合、イオン結合などで結合した状態をさす。具体的には、ポリエステル末端に、カルボン酸基、水酸基と反応するイソシアネート基などの官能基を導入し、さらに活性水素含有化合物と反応させ、ポリエステル末端を変性したものを指す。
変性ポリエステル(i)としては、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との反応により得られるウレア変性ポリエステルなどが挙げられる。イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)としては、多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の重縮合物で、かつ活性水素基を有するポリエステルを、さらに多価イソシアネート化合物(PIC)と反応させたものなどが挙げられる。上記ポリエステルの有する活性水素基としては、水酸基(アルコール性水酸基及びフェノール性水酸基)、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基などが挙げられ、これらのうち好ましいものはアルコール性水酸基である。
ウレア変性ポリエステルは、以下のようにして生成される。
多価アルコール化合物(PO)としては、2価アルコール(DIO)および3価以上の多価アルコール(TO)が挙げられ、(DIO)単独、または(DIO)と少量の(TO)との混合物が好ましい。2価アルコール(DIO)としては、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。3価以上の多価アルコール(TO)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
多価アルコール化合物(PO)としては、2価アルコール(DIO)および3価以上の多価アルコール(TO)が挙げられ、(DIO)単独、または(DIO)と少量の(TO)との混合物が好ましい。2価アルコール(DIO)としては、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。3価以上の多価アルコール(TO)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
多価カルボン酸(PC)としては、2価カルボン酸(DIC)および3価以上の多価カルボン酸(TC)が挙げられ、(DIC)単独、および(DIC)と少量の(TC)との混合物が好ましい。2価カルボン酸(DIC)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸など);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸など);芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸など)などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。3価以上の多価カルボン酸(TC)としては、炭素数9〜20の芳香族多価カルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)などが挙げられる。なお、多価カルボン酸(PC)としては、上述のものの酸無水物または低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いて多価アルコール(PO)と反応させてもよい。
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、通常2/1〜1/1、好ましくは1.5/1〜1/1、さらに好ましくは1.3/1〜1.02/1である。
多価イソシアネート化合物(PIC)としては、脂肪族多価イソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエートなど);脂環式ポリイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネートなど);芳香族ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなど);芳香脂肪族ジイソシアネート(α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなど);イソシアネート類;前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの;およびこれら2種以上の併用が挙げられる。
多価イソシアネート化合物(PIC)の比率は、イソシアネート基[NCO]と、水酸基を有するポリエステルの水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、通常5/1〜1/1、好ましくは4/1〜1.2/1、さらに好ましくは2.5/1〜1.5/1である。[NCO]/[OH]が5を超えると低温定着性が悪化する。[NCO]のモル比が1未満では、ウレア変性ポリエステルを用いる場合、そのエステル中のウレア含量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の多価イソシアネート化合物(PIC)構成成分の含有量は、通常0.5〜40wt%、好ましくは1〜30wt%、さらに好ましくは2〜20wt%である。0.5wt%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。また、40wt%を超えると低温定着性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の1分子当たりに含有されるイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の1分子当たりに含有されるイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
次に、ポリエステルプレポリマー(A)と反応させるアミン類(B)としては、2価アミン化合物(B1)、3価以上の多価アミン化合物(B2)、アミノアルコール(B3)、アミノメルカプタン(B4)、アミノ酸(B5)、およびB1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)などが挙げられる。
2価アミン化合物(B1)としては、芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタンなど);脂環式ジアミン(4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど);および脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)などが挙げられる。3価以上の多価アミン化合物(B2)としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。アミノアルコール(B3)としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。アミノメルカプタン(B4)としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどが挙げられる。アミノ酸(B5)としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。B1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)としては、前記B1〜B5のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリジン化合物などが挙げられる。これらアミン類(B)のうち好ましいものは、B1およびB1と少量のB2の混合物である。
2価アミン化合物(B1)としては、芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタンなど);脂環式ジアミン(4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど);および脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)などが挙げられる。3価以上の多価アミン化合物(B2)としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。アミノアルコール(B3)としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。アミノメルカプタン(B4)としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどが挙げられる。アミノ酸(B5)としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。B1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)としては、前記B1〜B5のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリジン化合物などが挙げられる。これらアミン類(B)のうち好ましいものは、B1およびB1と少量のB2の混合物である。
アミン類(B)の比率は、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中のイソシアネート基[NCO]と、アミン類(B)中のアミノ基[NHx]の当量比[NCO]/[NHx]として、通常1/2〜2/1、好ましくは1.5/1〜1/1.5、さらに好ましくは1.2/1〜1/1.2である。[NCO]/[NHx]が2を超えたり1/2未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
また、ウレア変性ポリエステル中には、ウレア結合と共にウレタン結合を含有していてもよい。ウレア結合含有量とウレタン結合含有量のモル比は、通常100/0〜10/90であり、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは、60/40〜30/70である。ウレア結合のモル比が10%未満では、耐ホットオフセット性が悪化する。
また、ウレア変性ポリエステル中には、ウレア結合と共にウレタン結合を含有していてもよい。ウレア結合含有量とウレタン結合含有量のモル比は、通常100/0〜10/90であり、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは、60/40〜30/70である。ウレア結合のモル比が10%未満では、耐ホットオフセット性が悪化する。
本発明で用いられる変性ポリエステル(i)は、ワンショット法、プレポリマー法により製造される。変性ポリエステル(i)の重量平均分子量は、通常1万以上、好ましくは2万〜1000万、さらに好ましくは3万〜100万である。この時のピーク分子量は1000〜10000が好ましく、1000未満では伸長反応しにくくトナーの弾性が少なくその結果耐ホットオフセット性が悪化する。また10000を超えると定着性の低下や粒子化や粉砕において製造上の課題が高くなる。変性ポリエステル(i)の数平均分子量は、後述の変性されていないポリエステル(ii)を用いる場合は特に限定されるものではなく、前記重量平均分子量とするのに得やすい数平均分子量でよい。(i)単独の場合は、数平均分子量は、通常20000以下、好ましくは1000〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。20000を超えると低温定着性及びフルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
変性ポリエステル(i)を得るためのポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との架橋及び/又は伸長反応には、必要により反応停止剤を用い、得られるウレア変性ポリエステルの分子量を調整することができる。反応停止剤としては、モノアミン(ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミンなど)、およびそれらをブロックしたもの(ケチミン化合物)などが挙げられる。
変性ポリエステル(i)を得るためのポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との架橋及び/又は伸長反応には、必要により反応停止剤を用い、得られるウレア変性ポリエステルの分子量を調整することができる。反応停止剤としては、モノアミン(ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミンなど)、およびそれらをブロックしたもの(ケチミン化合物)などが挙げられる。
(未変性ポリエステル)
本発明においては、前記変性されたポリエステル(i)単独使用だけでなく、この(i)と共に、未変性ポリエステル(ii)をバインダ樹脂成分として含有させることもできる。(ii)を併用することで、低温定着性及びフルカラー装置に用いた場合の光沢性が向上し、単独使用より好ましい。(ii)としては、前記(i)のポリエステル成分と同様な多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)との重縮合物などが挙げられ、好ましいものも(i)と同様である。また、(ii)は無変性のポリエステルだけでなく、ウレア結合以外の化学結合で変性されているものでもよく、例えばウレタン結合で変性されていてもよい。(i)と(ii)は少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。従って、(i)のポリエステル成分と(ii)は類似の組成が好ましい。(ii)を含有させる場合の(i)と(ii)の重量比は、通常5/95〜80/20、好ましくは5/95〜30/70、さらに好ましくは5/95〜25/75、特に好ましくは7/93〜20/80である。(i)の重量比が5%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。
本発明においては、前記変性されたポリエステル(i)単独使用だけでなく、この(i)と共に、未変性ポリエステル(ii)をバインダ樹脂成分として含有させることもできる。(ii)を併用することで、低温定着性及びフルカラー装置に用いた場合の光沢性が向上し、単独使用より好ましい。(ii)としては、前記(i)のポリエステル成分と同様な多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)との重縮合物などが挙げられ、好ましいものも(i)と同様である。また、(ii)は無変性のポリエステルだけでなく、ウレア結合以外の化学結合で変性されているものでもよく、例えばウレタン結合で変性されていてもよい。(i)と(ii)は少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。従って、(i)のポリエステル成分と(ii)は類似の組成が好ましい。(ii)を含有させる場合の(i)と(ii)の重量比は、通常5/95〜80/20、好ましくは5/95〜30/70、さらに好ましくは5/95〜25/75、特に好ましくは7/93〜20/80である。(i)の重量比が5%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。
(ii)のピーク分子量は、通常1000〜10000、好ましくは2000〜8000、さらに好ましくは2000〜5000である。1000未満では耐熱保存性が悪化し、10000を超えると低温定着性が悪化する。(ii)の水酸基価は5以上であることが好ましく、さらに好ましくは10〜120、特に好ましくは20〜80である。5未満では耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。(ii)の酸価は1〜5が好ましく、より好ましくは2〜4である。ワックスに高酸価ワックスを使用するため、バインダは低酸価バインダが帯電や高体積抵抗につながるので二成分系現像剤に用いるトナーにはマッチしやすい。
バインダ樹脂のガラス転移点(Tg)は通常35〜70℃、好ましくは55〜65℃である。35℃未満ではトナーの耐熱保存性が悪化し、70℃を超えると低温定着性が不十分となる。ウレア変性ポリエステルは、得られるトナー母体粒子の表面に存在しやすいため、本発明のトナーにおいては、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。
また、ここで用いる着色剤、荷電制御剤、離型剤は、公知の材料を適宜選択して使用する。
次に、トナーの製造方法について説明する。ここでは、好ましい製造方法について示すが、これに限られるものではない。
(トナーの製造方法)
1)着色剤、未変性ポリエステル、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー、離型剤を有機溶媒中に分散させトナー材料液を作る。
有機溶媒は、沸点が100℃未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい。具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー100重量部に対し、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100重量部、さらに好ましくは25〜70重量部である。
(トナーの製造方法)
1)着色剤、未変性ポリエステル、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー、離型剤を有機溶媒中に分散させトナー材料液を作る。
有機溶媒は、沸点が100℃未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい。具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー100重量部に対し、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100重量部、さらに好ましくは25〜70重量部である。
2)トナー材料液を界面活性剤、樹脂微粒子の存在下、水系媒体中で乳化させる。
水系媒体は、水単独でも良いし、アルコール(メタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などの有機溶媒を含むものであってもよい。
トナー材料液100重量部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。50重量部未満ではトナー材料液の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。20000重量部を超えると経済的でない。
水系媒体は、水単独でも良いし、アルコール(メタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などの有機溶媒を含むものであってもよい。
トナー材料液100重量部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。50重量部未満ではトナー材料液の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。20000重量部を超えると経済的でない。
また、水系媒体中の分散を良好にするために、界面活性剤、樹脂微粒子等の分散剤を適宜加える。
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルなどのアニオン性界面活性剤、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウムなどの4級アンモニウム塩型のカチオン性界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやN−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムべタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルなどのアニオン性界面活性剤、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウムなどの4級アンモニウム塩型のカチオン性界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやN−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムべタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
また、フルオロアルキル基を有する界面活性剤を用いることにより、非常に少量でその効果をあげることができる。好ましく用いられるフルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤としては、炭素数2〜10のフルオロアルキルカルボン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[ω−フルオロアルキル(C6〜C11)オキシ]−1−アルキル(C3〜C4)スルホン酸ナトリウム、3−[ω−フルオロアルカノイル(C6〜C8)−N−エチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜C20)カルボン酸及び金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜C13)及びその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜C12)スルホン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、N−プロピル−N−(2−ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜C10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜C16)エチルリン酸エステルなどが挙げられる。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102(ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などが挙げられる。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102(ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などが挙げられる。
また、カチオン性界面活性剤としては、フルオロアルキル基を右する脂肪族1級、2級もしくは2級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6−C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩などの脂肪族4級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩、商品名としてはサーフロンS−121(旭硝子社製)、フロラードFC−135(住友3M社製)、ユニダインDS−202(ダイキンエ業杜製)、メガファックF−150、F−824(大日本インキ社製)、エクトップEF−132(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−300(ネオス社製)などが挙げられる。
樹脂微粒子は、水性分散体を形成しうる樹脂であればいかなる樹脂も使用でき、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよい。例えばビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ケイ素系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。樹脂としては、上記の樹脂を2種以上併用しても差し支えない。
このうち好ましいのは、微細球状樹脂粒子の水性分散体が得られやすい点から、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びそれらの併用が好ましい。例えばビニル系樹脂としては、ビニル系モノマーを単独重合また共重合したポリマーで、例えば、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、(メタ)アクリル酸−アクリル酸エステル重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体等の樹脂が挙げられる。樹脂微粒子の平均粒径は5〜200nm、好ましくは20〜300nmである。
また、リン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等の無機化合物分散剤も用いることができる。
このうち好ましいのは、微細球状樹脂粒子の水性分散体が得られやすい点から、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びそれらの併用が好ましい。例えばビニル系樹脂としては、ビニル系モノマーを単独重合また共重合したポリマーで、例えば、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、(メタ)アクリル酸−アクリル酸エステル重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体等の樹脂が挙げられる。樹脂微粒子の平均粒径は5〜200nm、好ましくは20〜300nmである。
また、リン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等の無機化合物分散剤も用いることができる。
上記の樹脂微粒子、無機化合物分散剤と併用して使用可能な分散剤として、高分子系保護コロイドにより分散液滴を安定化させても良い。例えばアクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマール酸、マレイン酸または無水マレイン酸などの酸類、あるいは水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体、例えばアクリル酸−β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸−β−ヒドロキシエチル、アクリル酸−β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸−γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸−3−クロロ2−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸−3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドなど、ビニルアルコールまたはビニルアルコールとのエーテル類、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテルなど、またはビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニルなど、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドあるいはこれらのメチロール化合物、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどの酸クロライド類、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミンなどの含窒素化合物、またはその複素環を有するものなどのホモポリマーまたは共重合体、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステルなどのポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類などが使用できる。
分散の方法としては特に限定されるものではないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波などの公知の設備が適用できる。この中でも、分散体の粒径を2〜20μmにするために高速せん断式が好ましい。高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は特に限定はないが、通常1000〜30000rpm、好ましくは5000〜20000rpmである。分散時間は特に限定はないが、バッチ方式の場合は、通常0.1〜5分である。分散時の温度としては、通常、0〜150℃(加圧下)、好ましくは40〜98℃である。
3)乳化液の作製と同時に、アミン類(B)を添加し、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)との反応を行わせる。
この反応は、分子鎖の架橋及び/又は伸長を伴う。反応時間は、ポリエステルプレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)との反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは2〜24時間である。反応温度は、通常、0〜150℃、好ましくは40〜98℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどが挙げられる。
この反応は、分子鎖の架橋及び/又は伸長を伴う。反応時間は、ポリエステルプレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)との反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは2〜24時間である。反応温度は、通常、0〜150℃、好ましくは40〜98℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどが挙げられる。
4)反応終了後、乳化分散体(反応物)から有機溶媒を除去し、洗浄、乾燥してトナー母体粒子を得る。
有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に層流の攪拌状態で昇温し、一定の温度域で強い攪拌を与えた後、脱溶媒を行うことで紡錘形のトナー母体粒子が作製できる。また、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能な物を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗するなどの方法によって、トナー母体粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に層流の攪拌状態で昇温し、一定の温度域で強い攪拌を与えた後、脱溶媒を行うことで紡錘形のトナー母体粒子が作製できる。また、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能な物を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗するなどの方法によって、トナー母体粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
5)上記で得られたトナー母体粒子に、荷電制御剤を打ち込み、ついで、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子等の無機微粒子を外添させ、トナーを得る。
荷電制御剤の打ち込み、及び無機微粒子の外添は、ミキサー等を用いた公知の方法によって行われる。
これにより、小粒径であって、粒径分布のシャープなトナーを容易に得ることができる。さらに、有機溶媒を除去する工程で強い攪拌を与えることで、真球状からラクビーボール状の間の形状を制御することができ、さらに、表面のモフォロジーも滑らかなものから梅干形状の間で制御することができる。
荷電制御剤の打ち込み、及び無機微粒子の外添は、ミキサー等を用いた公知の方法によって行われる。
これにより、小粒径であって、粒径分布のシャープなトナーを容易に得ることができる。さらに、有機溶媒を除去する工程で強い攪拌を与えることで、真球状からラクビーボール状の間の形状を制御することができ、さらに、表面のモフォロジーも滑らかなものから梅干形状の間で制御することができる。
また、本発明に係るトナーの形状は略球形状であり、以下の形状規定によって表すことができる。
図6は、本発明に係るトナーの形状を模式的に示す図である。図6において、略球形状のトナーを長軸r1、短軸r2、厚さr3(但し、r1≧r2≧r3とする。)で規定するとき、本発明のトナーは、長軸と短軸との比(r2/r1)((b)参照)が0.5〜1.0で、厚さと短軸との比(r3/r2)((c)参照)が0.7〜1.0の範囲にあることが好ましい。長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5未満では、真球形状から離れるためにドット再現性及び転写効率が劣り、高品位な画質が得られなくなる。また、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7未満では、扁平形状に近くなり、球形トナーのような高転写率は得られなくなる。特に、厚さと短軸との比(r3/r2)が1.0では、長軸を回転軸とする回転体となり、トナーの流動性を向上させることができる。
なお、r1、r2、r3は、走査型電子顕微鏡(SEM)で、視野の角度を変えて写真を撮り、観察しながら測定した。
図6は、本発明に係るトナーの形状を模式的に示す図である。図6において、略球形状のトナーを長軸r1、短軸r2、厚さr3(但し、r1≧r2≧r3とする。)で規定するとき、本発明のトナーは、長軸と短軸との比(r2/r1)((b)参照)が0.5〜1.0で、厚さと短軸との比(r3/r2)((c)参照)が0.7〜1.0の範囲にあることが好ましい。長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5未満では、真球形状から離れるためにドット再現性及び転写効率が劣り、高品位な画質が得られなくなる。また、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7未満では、扁平形状に近くなり、球形トナーのような高転写率は得られなくなる。特に、厚さと短軸との比(r3/r2)が1.0では、長軸を回転軸とする回転体となり、トナーの流動性を向上させることができる。
なお、r1、r2、r3は、走査型電子顕微鏡(SEM)で、視野の角度を変えて写真を撮り、観察しながら測定した。
以上によって製造されたトナーは、磁性キャリアを使用しない1成分系の磁性トナー或いは、非磁性トナーとしても用いることができる。
また、2成分系現像剤に用いる場合には、磁性キャリアと混合して用いれば良く、磁性キャリアとしては、鉄、マグネタイト、Mn、Zn、Cu等の2価の金属を含むフェライトであって、重量平均粒径D420〜100μmが好ましい。平均粒径が20μm未満では、現像時に感光体1にキャリア付着が生じやすく、100μmを越えると、トナーとの混合性が低く、トナーの帯電量が不十分で連続使用時の帯電不良等を生じやすい。また、Znを含むCuフェライトが飽和磁化が高いことから好ましいが、画像形成装置100のプロセスにあわせて適宜選択することができる。磁性キャリアを被覆する樹脂としては、特に限定されないが、例えばシリコーン樹脂、スチレン−アクリル樹脂、含フッ素樹脂、オレフィン樹脂等がある。その製造方法は、コーティング樹脂を溶媒中に溶解し、流動層中にスプレーしコア上にコーティングしても良く、また、樹脂粒子を静電気的に核粒子に付着させた後に熱溶融させて被覆するものであってもよい。被覆される樹脂の厚さは、0.05〜10μm、好ましくは0.3〜4μmがよい。
また、2成分系現像剤に用いる場合には、磁性キャリアと混合して用いれば良く、磁性キャリアとしては、鉄、マグネタイト、Mn、Zn、Cu等の2価の金属を含むフェライトであって、重量平均粒径D420〜100μmが好ましい。平均粒径が20μm未満では、現像時に感光体1にキャリア付着が生じやすく、100μmを越えると、トナーとの混合性が低く、トナーの帯電量が不十分で連続使用時の帯電不良等を生じやすい。また、Znを含むCuフェライトが飽和磁化が高いことから好ましいが、画像形成装置100のプロセスにあわせて適宜選択することができる。磁性キャリアを被覆する樹脂としては、特に限定されないが、例えばシリコーン樹脂、スチレン−アクリル樹脂、含フッ素樹脂、オレフィン樹脂等がある。その製造方法は、コーティング樹脂を溶媒中に溶解し、流動層中にスプレーしコア上にコーティングしても良く、また、樹脂粒子を静電気的に核粒子に付着させた後に熱溶融させて被覆するものであってもよい。被覆される樹脂の厚さは、0.05〜10μm、好ましくは0.3〜4μmがよい。
また、本発明の画像形成装置100は、感光体1と、帯電装置3、現像装置5、クリーニング装置7の中から選択される1以上の装置とが一体に支持されて、着脱可能なプロセスカートリッジ2を備える。これによって、現像剤、現像装置5の交換を容易にして、画像形成装置100本体を長期にわたって使用することができる。
以下に、本発明を実施例に基づいて詳述する。
(実施例1)
<感光体の製造>
本発明の画像形成装置について用いる感光体を以下のように製造した。
(1)導電性支持体の作製は、アルミニウム合金をDC鋳造し、アルミニウム合金製円柱体(ビレット)を作製し、作製したビレットを、熱間押出加工によって断面を円筒管に加工した。その後、作製した円筒管を、長さ340mmに切断し、切削加工に供する粗素管を作製した。このようにして作製した粗素管を旋盤に取り付け、表面の切削加工を行い、外径30mm、表面粗さRzが1.2μmの電子写真感光体用の導電性支持体を作製した。
(2)次に、導電性支持体の表面を界面活性剤を含ませた水をそそぎながら回転するブラシで洗浄し、更に純水ですすぎ洗浄を行った。導電性支持体表面に酸化チタン90重量部、アルキッド樹脂15重量部、メラミン樹脂10重量部、メチルエチルケトン150重量部の組成からなる樹脂塗料を浸漬法で塗布し、次いで130℃ で20分間加熱し、熱硬化させて、導電性支持体表面に厚さ3.5μmの下引き層を形成した。
(3)ポリビニルブチラール樹脂(XYHL(UCC社製))4重量部をシクロヘキサノン150重量部に溶解し、ビスアゾ顔料に10重量部を加え、ボールミルで48時間分散後、さらにシクロヘキサノン210重量部を加えて3時間分散を行った。これを容器に取り出し固形分が1.5重量%となるようにシクロヘキサノンで稀釈した。こうして得られた電荷発生層用塗工液を前記中間層上に塗工し130℃20分間乾燥し厚み0.2μmの電荷発生層を形成した。
(4)テトラヒドロフラン100重量部に、ビスフェノールZ型ポリカーボネート樹脂10重量部、シリコーンオイル(KF−50(信越化学工業社製))0.002重量部を溶解し、これに電荷輸送物質10重量部を加えて電荷輸送層用塗工液を作製した。こうして得られた電荷輸送層用塗工液を電荷発生層上に浸漬塗工法によって塗工し、その後110℃20分間乾燥し、厚み20μmの電荷輸送層を形成た。
(実施例1)
<感光体の製造>
本発明の画像形成装置について用いる感光体を以下のように製造した。
(1)導電性支持体の作製は、アルミニウム合金をDC鋳造し、アルミニウム合金製円柱体(ビレット)を作製し、作製したビレットを、熱間押出加工によって断面を円筒管に加工した。その後、作製した円筒管を、長さ340mmに切断し、切削加工に供する粗素管を作製した。このようにして作製した粗素管を旋盤に取り付け、表面の切削加工を行い、外径30mm、表面粗さRzが1.2μmの電子写真感光体用の導電性支持体を作製した。
(2)次に、導電性支持体の表面を界面活性剤を含ませた水をそそぎながら回転するブラシで洗浄し、更に純水ですすぎ洗浄を行った。導電性支持体表面に酸化チタン90重量部、アルキッド樹脂15重量部、メラミン樹脂10重量部、メチルエチルケトン150重量部の組成からなる樹脂塗料を浸漬法で塗布し、次いで130℃ で20分間加熱し、熱硬化させて、導電性支持体表面に厚さ3.5μmの下引き層を形成した。
(3)ポリビニルブチラール樹脂(XYHL(UCC社製))4重量部をシクロヘキサノン150重量部に溶解し、ビスアゾ顔料に10重量部を加え、ボールミルで48時間分散後、さらにシクロヘキサノン210重量部を加えて3時間分散を行った。これを容器に取り出し固形分が1.5重量%となるようにシクロヘキサノンで稀釈した。こうして得られた電荷発生層用塗工液を前記中間層上に塗工し130℃20分間乾燥し厚み0.2μmの電荷発生層を形成した。
(4)テトラヒドロフラン100重量部に、ビスフェノールZ型ポリカーボネート樹脂10重量部、シリコーンオイル(KF−50(信越化学工業社製))0.002重量部を溶解し、これに電荷輸送物質10重量部を加えて電荷輸送層用塗工液を作製した。こうして得られた電荷輸送層用塗工液を電荷発生層上に浸漬塗工法によって塗工し、その後110℃20分間乾燥し、厚み20μmの電荷輸送層を形成た。
(5)さらに、その上に、保護層を設ける。保護層は、テトラヒドロフラン60重量部、シクロヘキサノン20重量部の混合溶媒に、パーフルオロアルコキシ樹脂微粒子(PFA:商品名MPE−056、三井・デュポンフロロケミカル社製)18重量部、分散助剤(商品名モディパーF210、日本油脂社製)2重量部を混合し、高速液衝突分散装置(装置名:アルティマイザーHJP−25005、スギノマシン社製)で、100MPa圧力下で、1時間循環して、PFA分散液を得た。また、テトラヒドロフラン420重量部とシクロヘキサン120重量部の混合溶媒に、ビスフェノールZ型ホリカーボネート樹脂16重量部を溶解した樹脂液を作成し、これに前記PFA分散液55重量部をくわえた塗工液に超音波を10分間照射して、保護層形成用塗工液を作製した。こうして得られた保護層形成用塗工液を電荷輸送層上にスプレーガン(ピースコンPC308、オリンポス社製)を用い、2kgf/cmのエア圧でスプレー塗工を行い。3回重ね塗りした後、130℃20分間乾燥して、厚み5μmの保護層を形成した。
(6)以上のようにして作製した電子写真感光体に、ポリカーボネート樹脂製フランジを圧入し、嵌合した。このとき、フランジの嵌合部には接着剤(ボンドアロンアルファ;東亜合成社製)を数滴付け、嵌合した。
(6)以上のようにして作製した電子写真感光体に、ポリカーボネート樹脂製フランジを圧入し、嵌合した。このとき、フランジの嵌合部には接着剤(ボンドアロンアルファ;東亜合成社製)を数滴付け、嵌合した。
<トルク測定装置によるトルク測定>
トルク値測定装置としては、
(1)感光体の外径30mmφ、長さ340mmの有機感光ドラムである。
(2)クリーニングブレード7aの当接条件は、ウレタンゴムを用いて、当接角75゜、当接圧が0.26N/cmである。
(3)測定方法
まず、トルク値測定装置で、はじめに上述の実施例1で製造した感光体に上記条件にてクリーニングブレードを当接させ、現像装置を駆動させながら79.5rpmで15秒間駆動させる、このとき回転トルク平均値Tave.の変動を記録する。このときの、15秒間の平均値を表1に示す。
トルク値測定装置としては、
(1)感光体の外径30mmφ、長さ340mmの有機感光ドラムである。
(2)クリーニングブレード7aの当接条件は、ウレタンゴムを用いて、当接角75゜、当接圧が0.26N/cmである。
(3)測定方法
まず、トルク値測定装置で、はじめに上述の実施例1で製造した感光体に上記条件にてクリーニングブレードを当接させ、現像装置を駆動させながら79.5rpmで15秒間駆動させる、このとき回転トルク平均値Tave.の変動を記録する。このときの、15秒間の平均値を表1に示す。
<画像形成装置によるクリーニング性評価>
二成分系現像剤に用いられるキャリアとしては、シリコーン樹脂により0.5μmの平均厚さでコーティングされた平均粒径35μmのフェライトキャリアを用い、トナーとしては、スチレンアクリル樹脂、カーブンブラック、カルナバワックスを溶融して混合し、粉砕・分級して重量平均粒径6.8μmの粉砕系トナーを用い、かつ、キャリア100重量部に対しトナー8重量部を容器が転動して攪拌される型式のターブラーミキサーを用いて均一混合し帯電させて、現像剤を作成した。
これを、実施例1で製造した感光体を評価機に装着し、実機におけるクリーニングをおこなった。評価は、感光体の周速245mm/secのカラープリンタ(Dm3/V=1.23)と感光体の周速500mm/secのモノクロプリンタ(Dm3/V=0.63)の2機種で、黒トナー1色だけでクリーニング性の評価を行った。クリーニング性は、常温常湿環境下で、5万枚のプリントを行い画像上にクリーニング不良による地カブリの発生の有無によって判断した。
二成分系現像剤に用いられるキャリアとしては、シリコーン樹脂により0.5μmの平均厚さでコーティングされた平均粒径35μmのフェライトキャリアを用い、トナーとしては、スチレンアクリル樹脂、カーブンブラック、カルナバワックスを溶融して混合し、粉砕・分級して重量平均粒径6.8μmの粉砕系トナーを用い、かつ、キャリア100重量部に対しトナー8重量部を容器が転動して攪拌される型式のターブラーミキサーを用いて均一混合し帯電させて、現像剤を作成した。
これを、実施例1で製造した感光体を評価機に装着し、実機におけるクリーニングをおこなった。評価は、感光体の周速245mm/secのカラープリンタ(Dm3/V=1.23)と感光体の周速500mm/secのモノクロプリンタ(Dm3/V=0.63)の2機種で、黒トナー1色だけでクリーニング性の評価を行った。クリーニング性は、常温常湿環境下で、5万枚のプリントを行い画像上にクリーニング不良による地カブリの発生の有無によって判断した。
(比較例1)
<感光体の製造>
比較例1として、潤滑剤を含有しない感光体を製造した。製造工程は(1)〜(4)までは、実施例1と同じで、工程(5)は以下のように行った。
テトラヒドロフラン280重量部とシクロヘキサノン80重量部の混合溶媒に、ビスフェノールZ型ポリカーボネート樹脂4重量部を溶解し、アルミナ微粒子(比抵抗:2.5×1012Ω・cm)0.7重量部をくわえて、ボールミルで2時間分散し、保護層用塗工液を作製した。こうして得られた保護層用塗工液を電荷輸送層上にスプレーガン(ピースコンPC308、オリンポス社製)を用い、2kgf/cmのエア圧でスプレー塗工を行い。3回重ね塗りした後、130℃20分間乾燥して、厚み5μmの保護層を形成した。
以下、トルク測定装置によるトルク測定、画像形成装置によるクリーニング性評価は実施例1と同様に行った。
<感光体の製造>
比較例1として、潤滑剤を含有しない感光体を製造した。製造工程は(1)〜(4)までは、実施例1と同じで、工程(5)は以下のように行った。
テトラヒドロフラン280重量部とシクロヘキサノン80重量部の混合溶媒に、ビスフェノールZ型ポリカーボネート樹脂4重量部を溶解し、アルミナ微粒子(比抵抗:2.5×1012Ω・cm)0.7重量部をくわえて、ボールミルで2時間分散し、保護層用塗工液を作製した。こうして得られた保護層用塗工液を電荷輸送層上にスプレーガン(ピースコンPC308、オリンポス社製)を用い、2kgf/cmのエア圧でスプレー塗工を行い。3回重ね塗りした後、130℃20分間乾燥して、厚み5μmの保護層を形成した。
以下、トルク測定装置によるトルク測定、画像形成装置によるクリーニング性評価は実施例1と同様に行った。
1 感光体
111 導電性支持体
112 感光層
113 電荷発生層
114 電荷輸送層
115 保護層
2 プロセスカートリッジ
3 帯電装置
3a 帯電ローラ
3b クリーニングローラ
4 露光装置
5 現像装置
5a 現像ローラ
5b 攪拌搬送スクリュー
5c ドクターブレード
6 転写装置
6a 中間転写体
6b、6c、6d 支持ローラ
6e 一次転写ローラ
6f ベルトクリーニング装置
7 クリーニング装置
7a クリーニングブレード
7b 支持部材
7c 回収スクリュー
7d 加圧スプリング
8 定着装置
8a 加熱ローラ
8b 加圧ローラ
9 転写搬送装置
9a 転写搬送ベルト
9b 二次転写ローラ
10 給紙ユニット
11 レジストローラ
12 排紙ローラ
100 画像形成装置
200 トルク値測定装置
201 トルクセンサ
202 駆動モータ
203 レコーダ
204 電源
205 制御装置
111 導電性支持体
112 感光層
113 電荷発生層
114 電荷輸送層
115 保護層
2 プロセスカートリッジ
3 帯電装置
3a 帯電ローラ
3b クリーニングローラ
4 露光装置
5 現像装置
5a 現像ローラ
5b 攪拌搬送スクリュー
5c ドクターブレード
6 転写装置
6a 中間転写体
6b、6c、6d 支持ローラ
6e 一次転写ローラ
6f ベルトクリーニング装置
7 クリーニング装置
7a クリーニングブレード
7b 支持部材
7c 回収スクリュー
7d 加圧スプリング
8 定着装置
8a 加熱ローラ
8b 加圧ローラ
9 転写搬送装置
9a 転写搬送ベルト
9b 二次転写ローラ
10 給紙ユニット
11 レジストローラ
12 排紙ローラ
100 画像形成装置
200 トルク値測定装置
201 トルクセンサ
202 駆動モータ
203 レコーダ
204 電源
205 制御装置
Claims (16)
- 少なくとも、静電潜像を形成する像担持体と、
像担持体上のトナーを除去するクリーニングブレードを有するクリーニング装置を備える画像形成装置であって、
トナーの重量平均粒径Dm(μm)及び画像形成装置の像担持体の周速V(mm/sec)としたとき、下記式(1)の関係を満足する画像形成装置において、
0.10≦Dm3/V≦3.41……式(1)
像担持体にクリーニングブレードを当接したときの像担持体の回転トルクT(kgf・cm)の15秒間の平均値Tave.が、下記式(2)の関係を満足する
Tave.≦1.40kgf・cm……式(2)
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1に記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、トナーの重量平均粒径Dmが4.0〜8.0μmの範囲で、画像形成装置の像担持体の周速Vが150〜600mm/secの範囲にある
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1又は2に記載の画像形成装置において、
前記像担持体は、導電性支持体上に形成された感光層の最表面層として、固体潤滑剤のフッ素樹脂微粒子を体積分率で20〜60%含有する保護層を形成している
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の画像形成装置において、
前記像担持体は、保護層が電荷輸送物質を含有する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、像担持体表面を摺擦する接触部材が備えられている
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載の画像形成装置は、
前記画像形成装置は、保護層に含有されているフッ素樹脂微粒子が接触部材により延ばされ、像担持体表面を被覆する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1ないし6のいずれかに記載の画像形成装置は、
前記画像形成装置は、複数の像担持体を、像担持体の回転方向に並列に配設する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1ないし7のいずれかに記載の画像形成装置は、
前記画像形成装置は、像担持体に形成されたトナー像を、像担持体と接触しつつ表面移動する記録部材上又は中間転写体を介して記録材上に転写させる転写装置を備える
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1ないし8のいずれかに記載の画像形成装置は、
前記画像形成装置は、像担持体と、少なくとも帯電装置、現像装置、クリーニング装置の中から選択される装置を備えるプロセスカートリッジを配設する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項1ないし9のいずれかに記載の画像形成装置において、
前記画像形成装置は、平均円形度が0.93ないし1.00の範囲にあるトナーを用いる
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項10に記載の画像形成装置において、
前記トナーは、外観形状がほぼ球形状であって、
長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0の範囲で、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲であって、長軸r1≧短軸r2≧厚さr3の関係を満足する
ことを特徴とする画像形成装置。 - 請求項10又は11に記載の画像形成装置において、
前記トナーは、少なくとも、活性水素基を有する化合物と反応可能な部位を有する重合体、ポリエステル、着色剤、離型剤を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂微粒子の存在下で架橋及び/又は伸長反応させる
ことを特徴とする画像形成装置。 - 少なくとも、結着樹脂と着色剤を有するトナ−であって、クリーニングブレードで除去されるトナ−において、
前記トナーは、請求項1ないし9に記載の画像形成装置に用いられる
ことを特徴とするトナー。 - 請求項13に記載のトナーにおいて、
前記トナーは、平均円形度が0.93ないし1.00の範囲にある
ことを特徴とするトナー。 - 請求項13又は14に記載のトナーにおいて、
前記トナーは、外観形状がほぼ球形状であって、
長軸と短軸との比(r2/r1)が0.5〜1.0の範囲で、厚さと短軸との比(r3/r2)が0.7〜1.0の範囲であって、長軸r1≧短軸r2≧厚さr3の関係を満足する
ことを特徴とするトナー。 - 請求項13ないし15のいずれかに記載のトナーにおいて、
前記トナーは、少なくとも、活性水素基を有する化合物と反応可能な部位を有する重合体、ポリエステル、着色剤、離型剤を含むトナー組成物を水系媒体中で樹脂微粒子の存在下で架橋及び/又は伸長反応させる
ことを特徴とするトナー。
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JP2004048939A JP2005241772A (ja) | 2004-02-25 | 2004-02-25 | 画像形成装置及びこれに用いられるトナー |
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- 2004-02-25 JP JP2004048939A patent/JP2005241772A/ja active Pending
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