以下、好ましい実施の形態を挙げて本発明について詳述する。
まず、本発明の現像装置について説明する。
図1は、非磁性一成分現像剤(現像剤と表すことがある)を用いた場合の本発明の現像装置の構成の一例を示す模式図である。図1において、公知のプロセスにより形成された静電潜像を担持する像担持体としての感光ドラム1は、矢印B方向に回転される。現像剤担持体としての現像スリーブ8は、金属製円筒管(基体)6とその表面に形成される導電性樹脂被膜層7とから構成されている。金属製円筒管の代わりに円柱状部材を用いることもできる。
現像剤容器であるホッパー3中には現像剤(非磁性一成分現像剤)4を撹拌するための撹拌翼10が設けられている。
現像スリーブ8に現像剤4を供給し、かつ現像後の現像スリーブ8の表面に存在する現像剤4を剥ぎ取るための現像剤供給・剥ぎ取り部材である現像剤供給・剥ぎ取りローラ11が現像スリーブ8に当接している。現像剤供給・剥ぎ取りローラ11が現像スリーブ8と同じ方向に回転することにより、現像剤供給・剥ぎ取りローラ11の表面は現像スリーブ8の表面とカウンター方向に移動することになる。これにより、ホッパー3から供給された非磁性一成分現像剤が現像スリーブ8に供給される。現像スリーブ8が現像剤4を担持して矢印A方向に回転することにより、感光ドラム1表面において現像スリーブ8と対向する領域である現像領域Dに現像剤4が搬送される。現像スリーブ8に担持された現像剤は、現像スリーブ8の表面に現像剤層を介して圧接する現像剤規制部材2により現像剤層厚が規定される。現像剤4は現像スリーブ8との摩擦により、感光ドラム1上の静電潜像を現像可能な摩擦帯電電荷を得る。
現像スリーブ8上に形成される現像剤4の薄層の厚みは、現像部における現像スリーブ8と感光ドラム1との間の現像領域Dにおける最小間隙よりも更に薄いものであることが好ましい。このような現像剤層により静電潜像を現像する非接触型現像装置に、本発明は特に有効である。
上記現像スリーブ8には、これに担持された非磁性一成分現像剤4を飛翔させるために、現像バイアス電源9により現像バイアス電圧が印加される。この現像バイアス電圧として直流電圧を使用するときは、静電潜像の画像部(現像剤4が付着して可視化される領域)の電位と背景部の電位の間の値の電圧が、現像スリーブ8に印加されることが好ましい。また、現像画像の濃度を高めるため或いは階調性を向上するために、現像スリーブ8に交番バイアス電圧を印加して、現像部に向きが交互に反転する振動電界を形成することがより好ましい。この場合、上記画像部の電位と背景部の電位の間の値を有する直流電圧成分が重畳された交番バイアス電圧を現像スリーブ8に印加することが好ましい。
現像部における現像スリーブ8と感光ドラム1との間の最小間隙であるSD間距離は150μm〜450μmであることが好ましく、200μm〜400μmであることがより好ましい。SD間距離が150μm未満では、現像バイアスのリークによる白抜け画像が発生しやすくなる場合がある。一方、SD間距離が450μmを超えると現像バイアスによる現像剤の往復運動が多くなるため掃き寄せ画像や現像剤の飛散が発生しやすくなる場合がある。
高電位部と低電位部とを有する静電潜像の高電位部に現像剤を付着させて可視化する所謂正規現像では、静電潜像の極性と逆極性に摩擦帯電する現像剤を使用する。また、静電潜像の低電位部に現像剤を付着させて可視化する所謂反転現像では、現像剤は静電潜像の極性と同極性に摩擦帯電する現像剤を使用する。なお、高電位と低電位というのは、絶対値による表現である。いずれにしても、現像剤4は現像スリーブ8との摩擦により静電潜像を現像するための極性を摩擦帯電する。
現像剤供給・剥ぎ取り部材11としては、樹脂、ゴム、スポンジ等から形成される弾性層を有する弾性ローラ部材が好ましい。現像剤供給・剥ぎ取り部材11としては、弾性ローラに代えてベルト部材又はブラシ部材を用いることもできる。感光体1に現像移行されなかった現像剤を現像剤供給・剥ぎ取り部材11により、一旦現像スリーブ8表面から剥ぎ取ることにより、現像スリーブ8上の不動の現像剤の発生を阻止し、現像剤の摩擦帯電を均一化する。
現像剤供給・剥ぎ取り部材11として弾性ローラからなる現像剤供給・剥ぎ取りローラ11を用いる場合には、現像剤供給・剥ぎ取りローラ11の周速は、該ローラ13表面が現像スリーブ8に対してカウンター方向に回転する場合、現像スリーブ8の周速100%に対して、好ましくは20%〜120%、より好ましくは30%〜100%である。
現像剤供給・剥ぎ取りローラ11の周速を20%以上とすると、現像剤の供給が充分となり、ベタ画像の追従性が向上してゴースト画像の原因を取り除くことができる。また、周速を120%以下とすると、現像剤の供給量が適正となり現像剤層厚の規制を適正に行うことができ摩擦帯電量も適正となりカブリの原因を取り除き、さらに現像剤に対するダメージを押さえることができるため、現像剤の劣化によるカブリや現像剤の融着を防止することができる。
現像剤供給・剥ぎ取りローラ11の表面における回転方向が現像スリーブ8の表面の回転方向と同(順)方向の場合には、現像剤供給・剥ぎ取りローラ11の周速は、現像スリーブ8の周速に対して好ましくは100%〜300%、より好ましくは101%〜200%であることが上記の現像剤の供給量の点で良い。
現像剤供給・剥ぎ取りローラ11の表面における回転方向は、現像スリーブ8の表面における回転方向とカウンター方向に回転することが、剥ぎ取り性及び供給性の点でより好ましい。
現像スリーブ8に対する現像剤供給・剥ぎ取り部材11の侵入量は、0.5mm〜2.5mmであることが、現像剤の供給及び剥ぎ取り性の点で好ましい。現像剤供給・剥ぎ取り部材11の侵入量を0.5mm以上とすると、剥ぎ取りが充分なものとなりゴーストの発生を防ぐことができる。また、侵入量を2.5mm以下とすると、現像剤のダメージを押さえ、現像剤の劣化による現像剤の融着やカブリを防止することができる。
次に、本発明の現像装置に用いられる現像剤規制部材について説明する。
図1の現像装置では、現像スリーブ8上の現像剤4の層厚を規制する現像剤規制部材11として、ウレタンゴム、シリコーンゴム等のゴム弾性を有する材料、或いはリン青銅、ステンレス銅の如き金属弾性を有する材料を用いて製造した弾性規制ブレード2を使用している。この弾性規制ブレード2を現像スリーブ8の回転方向と逆の姿勢で該現像スリーブ8に圧接させることにより、現像スリーブ8上に更に薄い現像剤層を形成することができる。
本発明において、現像スリーブ8に対する弾性規制ブレード2の当接圧(線圧)は、5N/m〜22N/mであることが、現像剤の劣化を発生させずに、現像スリーブ8の表面や弾性規制ブレード2の表面への現像剤の融着を軽減し、現像剤の規制を安定化させ、現像剤層厚を好適に調整するために必要である。
また、現像スリーブ8に対する弾性規制ブレード2の当接圧(線圧)の好ましい範囲は、(8)N/m〜(18)N/mである。
本発明の現像装置では、現像スリーブ8上の導電性樹脂被覆層7の表面の凹凸形状が、従来の現像剤担持体の表面と比較して粗さが小さく、且つ突出した凸部がなく非常に均一な凹凸形状を有しているため、前記のように弾性規制ブレード2からの当接圧(線圧)をかなり低くして用いても、現像剤の規制を安定化させることが可能となり、現像剤層厚を好適に調整することができる。現像スリーブ8に対する弾性規制ブレード2の当接圧(線圧)が5N/m未満の場合には、現像剤の規制が弱くなり、濃度ムラ、カブリ、現像剤もれの原因となり、当接圧(線圧)が22N/mを超える場合には現像剤へのダメージが大きくなり、現像剤の劣化や現像スリーブ及び弾性規制ブレード2への融着の原因となり易い。
また、本発明に用いる弾性規制ブレード2は、現像スリーブ8との当接部表面の十点平均粗さRzjisが1.0μm以下であることが好ましい。現像スリーブ8との当接部表面の十点平均粗さRzjisを1.0μm以下とすると現像スリーブ8表面の現像剤のコーティング状態を均一な厚さに制御しやすく、現像剤の搬送量を調整しやすくすると共に、現像剤を均一に摩擦帯電させる効果が向上するため好ましい。Rzjisが1.0μmを超えると、現像剤担持体上の現像剤の搬送量が少なくなりすぎ、また、現像剤のコーティング状態も不均一となって、スジ状の濃度ムラや画像濃度薄を発生してしまう場合がある。
また、本発明に用いる弾性規制ブレード2は、現像スリーブ8上の現像剤を適量且つ均一にコーティングするため、現像スリーブ8の移動方向上流側に自由端を有し、弾性規制ブレード2と現像スリーブ8との最上流当接位置と自由端間の距離NEが0.3mm〜1.5mmの範囲であることが好ましく、0.7mm〜1.3mmの範囲であることがより好ましい。
NEを0.3mm以上とすると、現像剤の取り込み量が多くなり、現像スリーブ8上の現像剤の搬送量が増加して十分な画像濃度を得ることができる。また、NEを1.5mm以下とすると、現像剤の取り込み量が適量となり、現像スリーブ8上の現像剤量を適量に調整することが容易となり、現像剤に均一な摩擦帯電を付与することが容易となる。
また、弾性規制ブレード2は、現像スリーブ8との当接部にポリアミドエラストマー含有ゴム層を有することが好ましい。特に、安定した規制力と現像剤への安定した(負)帯電付与性のために、安定した当接圧の得られるリン青銅板表面にポリアミドエラストマー(PAE)含有ゴム層を貼り付けた構造のものを用いることが好ましい。
このような構成とすることにより、異なる環境下においても現像スリーブ8表面の現像剤のコーティング状態をより均一な厚さに制御しやすくなると共に、現像剤への均一且つ迅速な摩擦帯電付性能がより向上する。
ポリアミドエラストマー(PAE)としては、ポリアミドとポリエーテルの共重合体であることが好ましい。ポリアミドとポリエーテルの共重合体は、ポリアミド成分により現像剤への安定した(負)帯電付与性を示し、ポリエーテル成分により弾性を示すため、弾性規制ブレード2の現像スリーブ8への当接圧(線圧)が小さくても球形現像剤を現像スリーブ8上へ安定して均一にコーティングし易くすると共に、現像剤を均一に摩擦帯電しやすくする。
ポリアミドエラストマー構造中のポリアミド成分は、現像剤を十分に、均一に摩擦帯電させる点で、また現像スリーブ8上の現像剤のコーティングを均一にしやすくする点で、20質量%以上が好適であり、また、ポリアミドエラストマーの良好な弾性を実現させ、さらに、現像剤のチャージアップ防止の点で、また現像スリーブ8上の現像剤のコーティングを均一にしやすく、現像剤の劣化を防ぐことができるところから、ポリアミド成分は80質量%以下が好適である。
次に、本発明の一成分現像装置に用いられる現像剤担持体8について説明する。本発明に用いられる現像剤担持体8は、少なくとも基体6及び基体6表面に導電性樹脂被覆層7を有している。導電性樹脂被覆層7は、表面の十点平均粗さRzjisが2.0μm〜5.5μmであり、Rzjisの変動係数が11%以下であり、初期摩耗高さRpkが0.80μm以下である表面形状を有しているのが特徴である。
本発明者らは、前記の課題について鋭意検討を行った結果、上記した均一な凹凸形状からなる導電性樹脂被覆層7を表面に形成させた現像剤担持体8に対して、低い当接圧(線圧)で当接された現像剤規制部材2で現像剤担持体8上の現像剤を摩擦帯電させると、長期間にわたる連続複写においても現像剤の劣化が発生しづらく、現像剤を現像剤担持体上に均一且つ安定にコーティングし、現像剤担持体表面や現像剤規制部材表面への現像剤融着を防止すると共に現像剤を常時均一且つ迅速に摩擦帯電させることが容易となることを見出したのである。更に、上記のような現像装置の構成にすると、異なる環境条件下においても、現像剤担持体8表面での現像剤の均一且つ迅速な摩擦帯電付与性が変化しにくくなる効果があることを見出したのである。
従来、現像剤担持体の表面粗さの指標としては、現像剤の搬送性に相関するパラメータとして算術平均粗さRaが一般的に用いられてきた。しかし、現像剤担持体に対して低当接圧(線圧)で当接された現像剤規制部材で現像剤を規制して摩擦帯電させる場合には、現像剤担持体表面の比較的大きい凹凸の値とその均一性及び突出した高い凸部の割合が現像剤のコーティング状態に大きく依存する傾向があることを本発明者らは見出したため、本発明に用いる現像剤担持体の表面粗さの指標としては、十点平均粗さRzjisとRzjisの変動係数及び初期磨耗高さRpkを用いた。
本発明に用いられる現像剤担持体8は、その表面の導電性樹脂被覆層7の表面粗さが、JIS B 0601−2001で規定する十点平均粗さRzjisが2.0μm〜5.5μmの範囲にあることを特徴とする。また、Rzjisのより好ましい範囲は2.5μm〜5.0μmである。
導電性樹脂被覆層7の表面粗さRzjisが2.0μm未満では、現像剤担持体上における現像剤の搬送量が少なすぎて、十分な画像濃度が得られなくなると共に、現像剤担持体上の現像剤のコーティング状態が不均一になりやすく、現像剤担持体表面や現像剤規制部材の表面に現像剤がスジ状に融着し易くなる。一方、導電性樹脂被覆層7の表面粗さRzjisが5.5μmを超えると、現像剤担持体上に形成される導電性樹脂被覆層7表面の凹凸の高低差が大きくなり過ぎ、現像剤担持体8に対して低当接圧(線圧)で当接された現像剤規制部材2で現像剤を規制して摩擦帯電する際に現像剤が均一に摩擦帯電しにくく、カブリや濃度ムラの問題が発生しやすい。
また、本発明に用いる現像剤担持体8は、その表面に形成された導電性樹脂被覆層7表面のRzjisの変動係数が11.0%以下であることを特徴とする。また、Rzjisの変動係数のより好ましい範囲は10.5%以下である。この変動係数が11%より大きい場合には、現像剤担持体8に対して低当接圧(線圧)で当接された現像剤規制部材2で現像剤を摩擦帯電する際に均一に現像剤が帯電しにくく、カブリや濃度ムラの問題が発生しやすい。
また、本発明に用いられる現像剤担持体8は、その表面に形成された導電性樹脂被覆層の初期摩耗高さRpkが0.80μm以下であることを特徴とする。また、Rpkのより好ましい範囲は0.60μm以下である。
Rpkが0.80μm以下であると、現像剤担持体8上の導電性樹脂被覆層7表面に局部的に突出した凸部が殆ど存在しないため、現像剤規制部材2表面を傷つけにくく、更に突出した凸部を基点とした導電性樹脂被覆層7への現像剤融着も発生しないため、均一な現像剤のコーティング状態を安定して維持できることで、現像剤担持体8上の現像剤を常時均一且つ迅速に摩擦帯電付与することが可能となる。一方、Rpkが0.80μmを超えると、突出した凸部が多数形成され、ここを基点として現像剤が融着しやすくなって均一に現像剤が摩擦帯電しにくくなり、カブリや濃度ムラ、現像剤のチャージアップなどが発生する。更に突出した凸部により現像剤規制部材2表面が傷つけられて、縦スジの問題も発生する。
初期摩耗高さRpkは、表面粗さ曲線から得られる特性値であり、次のようにして求められる。まず、現像剤担持体の表面粗さを、JIS B 0671により測定し、得られた粗さ曲線から、負荷曲線(BAC)を得る。粗さ曲線と負荷曲線(BAC)の関係を模式的に図2に示す。図2において、b1、b2、bi、及びbnは粗さ曲線の、山頂線に平行な切断レベルCで粗さ曲線を切断したときに得られる各切断長さを表し、Cは粗さ曲線の山頂からの切断レベルを表し、mは粗さ曲線の平均線を表し、Lは基準長さを表し、tpは、図2中の式から求められる負荷長さ率(%)を表す。次いで、図3に示すように、前記したように得られた負荷曲線(BAC)上で負荷長さ率の差が40%となる2点A、Bを通る直線のうち、傾きが最も小さい直線を選ぶ。そして、この直線が、負荷長さ率0%の軸と交わる点を点Cとする。さらに、点Cを通る切断高さレベルと負荷曲線との交点を点Hとし、負荷曲線と負荷長さ率0%の軸との交点を点Iとする。そして、線分CH、曲線HI、線分ICで囲まれる面積と三角形CHJの面積が等しくなる点Jを負荷長さ率0%の軸上に求める。この点Cと点Jの距離を初期磨耗高さRpkとする。
本発明における現像剤担持体8の表面の初期磨耗高さRpkの範囲としては、0.2〜0.8μmであることが好ましく、0.4〜0.6μmであることがより好ましい。Rpkが、0.8μmを超えると現像剤の搬送量が多すぎて均一に現像剤を摩擦帯電するのが難しくなる。
前記導電性樹脂被覆層7表面のRpk及びRzjisは、小坂研究所製サーフコーダーSE−3500(商品名)を用いて測定することができる。測定条件としてはカットオフ0.8mm、評価長さ4mm、送り速度0.5mm/sにて、100点について各々測定し、その平均値をとった。また、この時のRzjisの変動係数は、前記Rzjisの100点の測定値から求められる偏差を平均値で割り100分率で表した値である。
変動係数が11%より大きい場合には現像剤供給剥ぎ取りローラ11による現像剤の剥ぎ取りムラが発生しやすいため、現像スリーブ8上の現像剤層が不均一になりやすく、搬送ムラや帯電ムラとなりやすい。さらにゴーストやハーフトーンムラ、ブレードキズ、現像剤の融着などの問題が発生する。
前記初期磨耗高さRpk及び十点平均粗さRzjisは、導電性樹脂被覆層7中に分散される黒鉛化粒子の黒鉛化度、粒径や平均円形度によって調整することが可能である。
以上のように現像剤担持体8に形成した導電性樹脂被覆層7の表面粗さを制御するには、導電性樹脂被覆層中に分散される黒鉛化粒子の体積平均粒径、粒度分布等を制御する手段が簡単で好ましい。
次いで導電性樹脂被覆層7について説明する。
導電性樹脂被覆層7は、結着樹脂、結着樹脂中に分散された黒鉛化粒子を少なくとも含有しており、前記黒鉛化粒子は、体積平均粒径が0.5〜4.0μm、体積分布における10μm以上の体積粒径を有する黒鉛化粒子の存在割合が5.0体積%以下であることが好ましい。導電性樹脂被覆層7を上記のものとすると、現像剤担持体8表面の導電性樹脂被覆層7が潤滑性を有することで現像剤のチャージアップを抑制し、且つ均一な凹凸表面形状を形成することで、現像剤担持体8表面や現像剤規制部材2表面への現像剤の融着を防止する効果がより向上する。
次に本発明に使用される黒鉛化粒子について説明する。
本発明に使用される黒鉛化粒子は、現像剤担持体8の導電性樹脂被覆層7表面に均一で微少な凹凸表面を形成すると同時に、導電性樹脂被覆層7に潤滑性及び導電性を与え、現像剤汚染や現像剤の融着を発生し難くするために用いるものである。更に、この黒鉛化粒子は現像剤への均一且つ迅速な摩擦帯電付与性を高める効果もある。
本発明において、現像剤担持体8の導電性樹脂被覆層7に分散された黒鉛化粒子は、0.20以上0.95以下の黒鉛化度P(002)有するものであることが好ましい。黒鉛化粒子の黒鉛化度P(002)を上記範囲の値とすると、現像剤担持体8表面の導電性樹脂被覆層7が均一な凹凸表面形状をより容易に形成しやすくなると共に、現像剤の搬送性の安定化及び現像剤への均一且つ迅速な摩擦帯電付与性がより向上する。
黒鉛化度P(002)は、FranklinのP値といわれるもので、黒鉛のX線回折図から得られる格子間隔d(002)を測定することで、d(002)=3.440―0.086(1―P2)で求められる。このP値は、炭素の六方網目平面積み重なりのうち、無秩序な部分の割合を示すもので、P値が小さいほど黒鉛化度は大きい。該黒鉛化粒子は、前記特許文献1において現像剤担持体表面の被覆層中に用いられていた、コークスなどの骨材をタールピッチ等により固めて成形後1000〜1300℃程度で焼成してから2500〜3000℃程度で黒鉛化して得た人造黒鉛、あるいは天然黒鉛からなる結晶性のグラファイトとは、黒鉛化粒子の原材料及び製造工程が異なる。そのため、該黒鉛化粒子は従来用いていた結晶性グラファイトより黒鉛化度P(002)は若干低いものの、従来、用いられていた結晶性グラファイトと同様に高い導電性や潤滑性を有しており、更に粒子の形状が結晶性グラファイトの燐片状あるいは針状とは異なり、塊状であることが特徴である。
黒鉛化粒子の黒鉛化度P(002)を0.95以下とすると、導電性樹脂被覆層7の導電性や潤滑性が向上し現像剤のチャージアップによる摩擦帯電の不均一化や現像剤担持体8表面への現像剤の融着を防止することができ、カブリ、濃度ムラ、画像濃度低下、縦スジ等の画質の悪化を招くことがない。また、黒鉛化粒子の硬度も好適なものとなり、現像剤規制部材2表面に傷が発生することもない。一方、黒鉛化粒子の黒鉛化度P(002)を0.20以上とすると、黒鉛化粒子自体の硬度が向上し、導電性樹脂被覆層7中に黒鉛化粒子を分散させる際に超微粉等が発生しにくくなり導電性樹脂被覆層7を形成するために使用する塗料中で黒鉛化粒子同士が凝集するのを防ぐことができる。その結果、導電性樹脂被覆層7表面に均一な凹凸形状が形成されやすくなり、現像剤への均一且つ迅速な摩擦帯電付与性が向上する。
黒鉛化度P(002)は、マックサイエンス社製の強力型全自動X線回折装置“MXP18”システム(商品名)により、黒鉛化粒子のX線回折スペクトルを測定し、回折角から格子間隔d(002)を求め、d(002)=3.440−0.086(1−P(002)2)により求めることができる。
本発明における導電性樹脂被覆層中の黒鉛化粒子の黒鉛化度P(002)を測定するには、導電性樹脂被覆層を形成するために用いる塗料中に分散された黒鉛化粒子の黒鉛化度P(002)を測定すればよい。また、塗料中に分散された黒鉛化粒子の黒鉛化度P(002)は、塗料を濾紙上で吸引濾過し、更に濾過残渣の黒鉛化粒子を洗浄後、乾燥して得た黒鉛化粒子を用いて測定すればよい。
尚、X線源としては、ニッケルフィルターによりCuKβ線を除去して得られるCuKα線を用いる。標準物質に高純度シリコンを使用し、C(002)及びSi(111)回折パターンのピーク位置から算出する。主な測定条件は以下のとおりである。
X線発生装置:18kw
ゴニオメータ:横型ゴニオメータ
モノクロメータ:使用
管電圧:30.0kV
管電流:10.0mA
測定法:連続法
スキャン軸:2θ/θ
サンプリング間隔:0.020deg
スキャン速度:6.000deg/min
発散スリット:0.50deg
散乱スリット:0.50deg
受光スリット:0.30mm
また、本発明において、現像剤担持体の導電性樹脂被覆層に分散された黒鉛化粒子の体積平均粒径は0.5μm〜4.0μmであることが好ましい。黒鉛化粒子の体積平均粒径を0.5μm以上とすると、導電性樹脂被覆層表面に潤滑性を付与する効果が大きくなり好ましい。また、導電性樹脂被覆層表面の十点平均粗さRzjisを適切な範囲のものにしやすくなり、前記したような範囲にRzjisを制御するのが容易となる。その結果、現像剤の搬送性低下や現像剤の融着が抑えられ、画像濃度低下やカブリ、濃度ムラ、縦スジ等の問題を回避しやすくする。一方、黒鉛化粒子の体積平均粒径を4.0μm以下とすると、導電性樹脂被覆層表面の十点平均粗さRzjisが適度な大きさのものとなり、現像剤担持体上の現像剤を均一に摩擦帯電させる効果が向上する。
また本発明で導電性樹脂被覆層中に分散された黒鉛化粒子は、体積粒度分布における体積粒径10μm以上である黒鉛化粒子の割合が5.0体積%以下であるものが好ましい。体積粒度分布における体積粒径10μm以上の黒鉛化粒子の割合を5.0体積%以下とすると、導電性樹脂被覆層表面の凹凸形状が均一になり易く、Rzjisの値とその変動係数及びRpkを小さく制御するのが容易となる。これにより、現像剤への迅速且つ均一な摩擦帯電付与性の効果が向上し、しかも現像剤担持体表面や現像剤規制部材表面への現像剤の融着を防止し、カブリ、画像濃度低下、画像濃度ムラ、縦スジ等の問題を回避することができる。
導電性樹脂被覆層中に分散された黒鉛化粒子の体積平均粒径及び体積粒度分布における10μm以上の体積粒径を有する粒子の存在割合はレーザ回折型粒度分布計コールターLS-230型粒度分布計(ベックマン・コールター社製;商品名)を用いて測定することができる。測定方法としては、少量モジュールを用い、測定溶媒としてはイソプロピルアルコール(IPA)を使用する。IPAにて粒度分布計の測定系内を約5分間洗浄し、洗浄後バックグラウンドファンクションを実行する。次にIPA50ml中に、測定試料を1〜25mg加える。試料を懸濁した溶液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、試料液を得て、前記測定装置の測定系内に試料液を徐々に加えて、装置の画面上のPIDS(偏向散乱強度差測定法によるサンプル濃度の表示)が45〜55%になるように測定系内の試料濃度を調整して測定を行い、体積平均粒径及び体積粒度分布から算出した粒子の存在比率を得ることができる。
また、本発明に使用される特に好ましい黒鉛化粒子は、バルクメソフェーズピッチ粒子やメソカーボンマイクロビーズ粒子を黒鉛化して得られた黒鉛化粒子である。このような黒鉛化粒子を用いると、現像剤担持体表面の導電性樹脂被覆層が均一な凹凸表面形状と均一な潤滑性をより容易に形成しやすくなることで現像剤のチャージアップを抑制し、現像剤担持体表面や現像剤規制部材表面への現像剤の融着を防止する効果がより向上する。更に現像剤担持体表面の導電性樹脂被覆層中に含有する黒鉛化粒子の効果で現像剤への均一且つ迅速な摩擦帯電付与性能もより向上する。
本発明において特に好ましく使用される黒鉛化粒子を得る方法としては、以下に示すような方法が好ましいが、必ずしもこれらの方法に限定されるものではない。
本発明に使用される特に好ましいバルクメソフェーズピッチ粒子やメソカーボンマイクロビーズ粒子を黒鉛化して得られる黒鉛化粒子を得る方法においては、原材料として、光学的に異方性で且つ単一の相からなる、メソカーボンマイクロビーズやバルクメソフェーズピッチ等の粒子を用いる方法を挙げることができる。このようなバルクメソフェーズピッチ粒子やメソカーボンマイクロビーズ粒子を用いると、得られる黒鉛化粒子の黒鉛化度を所望の値とし且つ塊状形状を保持させることができるために好ましい。上記の原材料の光学的異方性は芳香族分子の積層から生じるものであり、その秩序性が黒鉛化処理でさらに発達し、高い結晶性を有する黒鉛化粒子が得られる。
前記バルクメソフェーズピッチを用いる場合は、加熱で軟化溶融するものを用いることが塊状で黒鉛化度の高い黒鉛化粒子を得るために好ましい。本発明で用いるバルクメソフェーズピッチは、例えば、以下のようにして得られる。コールタールピッチ等から溶剤分別によりβ−レジンを抽出し、これを水素添加、重質化処理を行うことによって得られる。また前記重質化処理後、微粉砕し、次いでベンゼン又はトルエン等により溶剤可溶分を除去することで得られたものを用いても良い。本発明におけるバルクメソフェーズピッチはキノリン可溶分が95質量%以上であることが好ましい。キノリン可溶分が95質量%以上のものを用いると、粒子内部が液相炭化し易く、粒子が粒状となり、球状に近い形状のものが得られ易い。キノリン可溶分が95質量%以上とするには、重質化処理での温度と処理時間等で調整する。
前記バルクメソフェーズピッチを用いて黒鉛化して本発明に用いる黒鉛化粒子を得る方法としては、以下の方法が挙げられる。まず、バルクメソフェーズピッチを2〜25μmに微粉砕して、これを空気中で約200〜350℃の温度で熱処理することにより軽度に酸化処理する。この酸化処理によって、バルクメソフェーズピッチは表面のみ不融化され、次工程の黒鉛化熱処理時において内部の溶融、融着が防止される。この酸化処理されたバルクメソフェーズピッチは、酸素含有量が5〜15質量%であることが好ましい。酸素含有量を5質量%以上とすると熱処理時の粒子同士の融着が少なく好ましい。一方、酸素含有量を15質量%以下とすると粒子内部まで酸化されにくく、形状が球状に近い状態で黒鉛化され球状に近い黒鉛化粒子を得易い。酸化処理されたバルクメソフェーズピッチの酸素含有量は、酸化処理の温度と処理時間等で調整する。次いで、上記酸化処理されたバルクメソフェーズピッチを窒素、アルゴン等の不活性雰囲気下にて、約2000〜3500℃で焼成することにより所望の黒鉛化粒子が得られる。
前記メソカーボンマイクロビーズは、以下の方法で得られる。例えば、石炭系重質油又は石油系重質油を300〜500℃の温度で熱処理し、重縮合させて粗メソカーボンマイクロビーズを生成し、濾過、静置沈降、遠心分離等の処理に供することによりメソカーボンマイクロビーズを分離した後、ベンゼン、トルエン、キシレン等の溶剤で洗浄精製し、更に乾燥することによって得る方法である。
前記メソカーボンマイクロビーズを用いて黒鉛化して本発明に用いる黒鉛化粒子を得る方法としては、まず乾燥を終えたメソカーボンマイクロビーズを破壊させない程度の温和な力で機械的に一次分散させる。このことが黒鉛化後の粒子の合一防止や均一な粒度を得るために好ましい。次に、この一次分散を終えたメソカーボンマイクロビーズを、不活性雰囲気下において200〜1500℃の温度で一次加熱処理し、炭化する。一次加熱処理を終えた炭化物を、やはり炭化物を破壊させない程度の温和な力で炭化物を機械的に二次分散させることが黒鉛化後の粒子の合一防止や均一な粒度を得るために好ましい。二次分散処理を終えた炭化物を、不活性雰囲気下において約2000〜3500℃で焼成(二次加熱処理)することにより所望の黒鉛化粒子が得られる。
前記方法で得られた黒鉛化粒子は、いずれの製造法にかかわらず、分級により体積平均粒径0.5〜4.0μmとし、且つ粒度分布をある程度均一にしておくことが導電性樹脂被覆層の表面形状を均一にするために好ましい。
いずれの原材料を用いた場合でも、黒鉛化するための焼成温度は2000〜3500℃が好ましく、2300℃〜3200℃がより好ましい。焼成温度を2000℃以上とすると、黒鉛化粒子の黒鉛化度が十分となり、導電性や潤滑性が向上し現像剤のチャージアップの発生を防止することができる。それにより、ゴースト、画像濃度低下等の画質の悪化を防ぐことができ、更に、現像剤規制部材に弾性ブレードを使用した場合にブレード傷やブレードへの現像剤の融着を防止し、画像にスジ・濃度ムラ等が発生するのを防ぐことができる。焼成温度を3500℃以下とすると、黒鉛化粒子の黒鉛化度が好適な範囲のものとなり、現像剤への摩擦帯電付与性が向上する。
導電性樹脂被覆層にはRzjisを調整し、耐磨耗性を向上するために更に凹凸付与粒子を添加してもよい。用いられる凹凸付与粒子は、体積平均粒径が3〜8μmであることが好ましい。凹凸付与粒子の体積平均粒径を3μm以上とすると、導電性樹脂被覆層表面への凹凸形成を効果的に行うことができる。また体積平均粒径を8μm以下とすると、導電性樹脂被覆層表面の凹凸が適切な大きさとなり、現像剤を均一且つ迅速に摩擦帯電付与することが容易となる。
また凹凸付与粒子の真密度は、3g/cm3以下、好ましくは2.7g/cm3以下、より好ましくは0.9〜2.3g/cm3であることが良い。凹凸付与粒子の真密度を3g/cm3以下とすると、導電性樹脂被覆層中での凹凸付与粒子の分散性が良好となり、導電性樹脂被覆層表面に均一な凹凸が得られやすく、安定して現像剤を搬送することができる。さらに均一な導電性樹脂被覆層の強度を得ることができ好ましい。さらには、凹凸付与粒子の真密度を0.9g/cm3以上とすると、導電性樹脂被覆層中での凹凸付与粒子の分散性が安定し好ましい。
凹凸付与粒子としては公知の粒子が使用可能である。例えば、樹脂粒子、金属酸化物粒子、炭素化物粒子等があり、好ましい形状は球状である。これらの球状の凹凸付与粒子としては、例えば、懸濁重合、分散重合法等により得られた球状の樹脂粒子等が好ましく用いられる。球状の樹脂粒子は、より少ない添加量で好適な表面粗さが得られ、更に均一な表面形状が得られる。この様な球状の凹凸付与粒子としては、ポリアクリレート、ポリメタクリレート等のアクリル系樹脂粒子、ナイロン等のポリアミド系樹脂粒子、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂粒子、シリコーン系樹脂粒子、フェノール系樹脂粒子、ポリウレタン系樹脂粒子、スチレン系樹脂粒子、ベンゾグアナミン粒子等が挙げられる。
粉砕法により得られた樹脂粒子に熱的な又は物理的な球形化処理を行って用いてもよい。上記凹凸付与粒子の中では特に導電性を有する凹凸付与粒子を用いることが好ましい。即ち、凹凸付与粒子に導電性を持たせることによって、その導電性ゆえに粒子表面にチャージが蓄積しにくく、現像剤付着の軽減や現像剤への摩擦帯電付与性を向上させることができるからである。
本発明において、凹凸付与粒子の導電性としては、体積抵抗値が106Ω・cm以下、より好ましくは10-3〜106Ω・cmであることが好ましい。凹凸付与粒子の体積抵抗値を106Ω・cm以下とすると、凹凸粒子を核とした現像剤の汚染や融着を発生しにくく、迅速且つ均一な摩擦帯電を行いやすく好ましい。特に下記に示すような導電性の球状の凹凸付与粒子を用いた場合には、より良い効果が得られる。
特に好ましい導電性の球状の凹凸付与粒子として、例えば、球状樹脂粒子やメソカーボンマイクロビーズを焼成して炭素化及び/又は黒鉛化して得られた低密度且つ良導電性の球状炭素粒子が挙げられる。炭素化及び/又は黒鉛化するために用いる球状樹脂粒子としては、例えば、フェノール樹脂、ナフタレン樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂、ジビニルベンゼン重合体、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリアクリロニトリル等の樹脂からなる球状粒子が挙げられる。
より好ましい導電性の球状の凹凸付与粒子は、フェノール樹脂、ナフタレン樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂、ジビニルベンゼン重合体、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリアクリロニトリル等からなる球状樹脂粒子表面に、メカノケミカル法によってバルクメソフェーズピッチを被覆し、被覆された粒子を酸化性雰囲気下で熱処理した後に不活性雰囲気下又は真空下で焼成して炭素化及び/又は黒鉛化する方法で得ることができる。
上記のいずれの方法においても、焼成条件を変化させることによって得られる球状凹凸付与粒子の導電性を制御することが可能であることから、本発明において好ましく使用される方法である。また、上記方法で得られる球状凹凸付与粒子は、場合によっては、更に導電性を高めるために導電性球状凹凸付与粒子の真密度が大きくなりすぎない範囲で、導電性の金属及び/又は金属酸化物のメッキを施しても良い。
凹凸付与粒子の体積平均粒径は分級操作により、球形の度合いは熱的又は機械的処理により、真密度は材料及び分子量、メッキ処理により調整することができる。
本発明において、現像剤担持体の導電性樹脂被覆層の体積抵抗は好ましくは10-2〜105Ω・cmであり、より好ましくは10-2〜103Ω・cmである。導電性樹脂被覆層の体積抵抗を105Ω・cm以下とすると、現像剤のチャージアップが発生せず、導電性樹脂被服層への現像剤の融着を引き起こすことがない。
前記導電性樹脂被覆層の体積抵抗の測定は、100μmの厚さのPETシート上に、7〜20μmの導電性樹脂被覆層を形成し、抵抗率計ロレスタAP、又はハイレスタIP(ともに三菱化学製;商品名)にて4端子プローブを用いて測定することができる。なお、測定環境は、20〜25℃、50〜60%RHとした。
本発明においては、導電性樹脂被覆層の体積抵抗を上記の値に調整するため、導電性樹脂被覆層中に前記の黒鉛化粒子と併用して、他の導電性微粒子を含有させてもよい。
他の導電性微粒子としては、個数平均粒径が好ましくは1μm以下、より好ましくは0.01〜0.8μmのものがよい。他の導電性微粒子の個数平均粒径を1μm以下とすると、導電性樹脂被覆層7の体積抵抗を均一に制御し易くなり、現像剤が均一に摩擦帯電し易くなる。
本発明で使用することのできる他の導電性微粒子としては、例えば、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック等のカーボンブラック;酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化モリブデン、チタン酸カリ、酸化アンチモン及び酸化インジウム等の金属酸化物等;アルミニウム、銅、銀、ニッケル等の金属、グラファイト、金属繊維、炭素繊維等の無機系充填剤等が挙げられる。
上記黒鉛化粒子とともに導電性樹脂被覆層中に含有されうる他の導電性微粒子の含有量は、結着樹脂100質量部に対して好ましくは40質量部以下、より好ましくは2〜35質量部とした場合に、導電性樹脂被覆層に求められる他の物理的性質を損なうことなく体積抵抗を上記したような所望の値に調整することができるため、好ましい。他の導電性微粒子の含有量を40質量部以下とすると、導電性樹脂被覆層の強度の低下がなく好ましい。
本発明の現像剤担持体を構成する導電性樹脂被覆層の結着樹脂としては、従来から現像剤担持体の導電性樹脂被覆層に一般に用いられている公知の樹脂を使用することが可能である。例えば、スチレン系樹脂、ビニル系樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、繊維素系樹脂、アクリル系樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等の熱あるいは光硬化性樹脂等を使用することができる。なかでもシリコーン樹脂、フッ素樹脂のような離型性のあるもの、或いはポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイド、ポリアミド、フェノール、ポリエステル、ポリウレタン、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂のような機械的性質に優れたものがより好ましい。
本発明においては、現像剤担持体の摩擦帯電性を調整するために、上記導電性樹脂被覆層中に荷電制御剤を上記黒鉛化粒子等と併用して含有させてもよい。その場合、荷電制御剤の含有量は、結着樹脂100質量部に対して1質量部〜100質量部とすることが好ましい。荷電制御剤の含有量を1質量部以上とすると添加による荷電制御性の効果が発揮され、100質量部以下とすると導電性樹脂被覆層中での分散が良好となり導電性樹脂被覆層の強度の低下を招くこともない。
荷電制御剤としては、例えば、ニグロシン及び脂肪酸金属塩などによる変性物、トリブチルベンジルアンモニウム−1−ヒドロキシ−4−ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレート等の四級アンモニウム塩、およびこれらの類似体であるホスホニウム塩等のオニウム塩およびこれらのレーキ顔料(レーキ化剤としては、燐タングステン酸、燐モリブデン酸、燐タングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、フェロシアン化物等)、高級脂肪酸の金属塩;ブチルスズオキサイド、ジオクチルスズオキサイド、ジシクロヘキシルスズオキサイド等のジオルガノスズオキサイド;チブチルスズボレート、ジオクチルスズボレート、ジシクロヘキシルスズボレート等のジオルガノスズボレート類;グアニジン類、イミダゾール化合物が挙げられる。
これらの荷電制御剤の中でも、特に第4級アンモニウム塩化合物を導電性樹脂被覆層中に含有させると、導電性樹脂被覆層を形成させる際の塗料化工程において塗料中での黒鉛化粒子の凝集が抑えられ、塗工時の導電性樹脂被覆層表面の凹凸形状を均一化し、表面性状の制御が容易になるため、好ましく用いられる。
また、上記の第4級アンモニウム塩化合物はイオン導電性を有しないものが好ましい。イオン導電性を有するものを用いると、特に高温高湿化で導電性樹脂被覆層の吸水性が高くなる傾向があり、現像剤への摩擦帯電付与性が低下して現像性が悪化する場合がある。
更に荷電制御剤として鉄粉に対して正摩擦帯電性である第4級アンモニウム塩化合物を導電性樹脂被覆層中に含有させることが、現像剤への良好な摩擦帯電付与性を向上させる点でより好ましい。このとき、前記導電性樹脂被覆層は、樹脂構造中にアミノ基、=NH基、または−NH−結合の少なくともいずれかを有する結着樹脂を含有することが、本発明に用いる球形化度の高い負摩擦帯電性現像剤への良好な摩擦帯電付与性の点で更に好ましい。
現像剤担持体上に上記の第4級アンモニウム塩化合物と前記の特定の構造を有する結着樹脂を併用して形成した導電性樹脂被覆層を現像剤担持体上に設けることで、球形化度の高い負摩擦帯電性現像剤の過剰帯電を防ぐ方向に働き、負摩擦帯電性現像剤への摩擦帯電付与をコントロールすることができる。これにより、現像剤担持体上での現像剤のチャージアップを防ぎ、導電性樹脂被覆層表面に現像剤融着が発生しにくく、現像剤の均一な摩擦帯電安定性を保持できる。その結果、環境安定性及び長期安定性を有する高精細画像を提供することが可能となる。
この明確な理由は定かではないが、次のように推測される。本発明で好適に用いられる、それ自身が鉄粉に対して正摩擦帯電性である第4級アンモニウム塩化合物は、添加されると、構造中にアミノ基、=NH基又は−NH−結合の少なくとも1つを含む結着樹脂中に均一に分散され、更に、導電性樹脂被覆層を形成する際に結着樹脂の構造中に取り込まれ、上記化合物を構造中に取り込んだ結着樹脂自身が負摩擦帯電性を持つようになるものと考えられる。そのため負摩擦帯電性現像剤に対しては、現像剤に負摩擦帯電量が過剰となることを妨げる方向に働き、結果として負摩擦帯電量を適宜にコントロールすることが可能となると推定される。
本発明において好適に使用される、上記した機能を有する第4級アンモニウム塩化合物としては、鉄粉に対して正摩擦帯電性を有するものであればいずれのものでもよいが、例えば、下記一般式で表される化合物が挙げられる。
(式中のR1、R2、R3及びR4は、夫々置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいアリール基又はアラルキル基を表し、R1〜R4は夫々同一でも或いは異なっていても良い。X-は酸の陰イオンを表す。)
前述の一般式において、酸イオンX-としては、有機硫酸イオン、有機スルホン酸イオン、有機リン酸イオン、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン、モリブデン原子或いはタングステン原子を含むヘテロポリ酸イオン等が好ましく用いられる。
本発明に好適に用いられる、それ自身が鉄粉に対して正摩擦帯電性である第4級アンモニウム塩化合物としては、具体的には、以下のようなものが挙げられるが、勿論、本発明は、これらに限定されるものではない。
また、前記4級アンモニウム塩との組合せで構造中にアミノ基、=NH基又は−NH−結合の少なくとも1つを含む好ましい結着樹脂として、その製造工程において触媒として含窒素化合物を用いて製造されたフェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドを硬化剤として用いたエポキシ樹脂、ウレタン樹脂、或いはこれらの樹脂を一部に含んだ共重合体等が挙げられる。前記第4級アンモニウム塩化合物は、これら結着樹脂を含む導電性樹脂被覆層の形成時に導電性樹脂被覆層の構造中に容易に取り込まれる。
本発明において、前記の4級アンモニウム塩との組合せで好適に使用し得るフェノール樹脂としては、製造工程において触媒として含窒素化合物、例えば、酸性触媒である、硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、スルファミド酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、マレイン酸アンモニウムといったアンモニウム塩又はアミン塩類を用いて製造されたフェノール樹脂が挙げられる。また、塩基性触媒である、アンモニア、或は、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジイソブチルアミン、ジアミルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリn−ブチルアミン、トリアミルアミン、ジメチルベンジルアミン、ジエチルベンジルアミン、ジメチルアニリン、ジエチルアニリン、N,N−ジn−ブチルアニリン、N,N−ジアミルアニリン、N,N−ジt−アミルアニリン、N−メチルエタノールアミン、N−エチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、エチルジエタノールアミン、n−ブチルジエタノールアミン、ジn−ブチルエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンテトラミン等のアミノ化合物;ピリジン、α−ピコリン、β−ピコリン、γ−ピコリン、2,4−ルチジン、2,6−ルチジン等のピリジン及びその誘導体;キノリン化合物、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、2,4−ジメチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール等のイミダゾール及びその誘導体等の含窒素複素環式化合物等を用いて製造されたフェノール樹脂が挙げられる。
また、本発明において前記の4級アンモニウム塩との組合せで好適に用いられるポリアミド樹脂としては、例えば、ナイロン6、66、610、11、12、9、13、Q2ナイロン等、或いはこれらを主成分とするナイロンの共重合体等、或はN−アルキル変性ナイロン、N−アルコキシルアルキル変性ナイロン等、いずれも好適に用いることができる。更にはポリアミド変性フェノール樹脂のようにポリアミドにて変性された各種樹脂、或いは、硬化剤としてポリアミド樹脂を用いたエポキシ樹脂、といったように、ポリアミド樹脂分を含有している樹脂であれば、いずれも用いることができる。
また、本発明で結着樹脂として前記の4級アンモニウム塩との組合せで好適に用いられ導電性樹脂被覆層を構成するウレタン樹脂としては、ウレタン結合を含んだ樹脂であれば、いずれも用いることができる。このウレタン結合はポリイソシアネートとポリオールとの重付加反応によって得られる。このポリウレタン樹脂の主原料となるポリイソシアネートとしては、TDI(トリレンジイソシアネート)、ピュアMDI(ジフェニルメタンジイソシアネート)、ポリメリックMDI(ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート)、TODI(トリジンジイソシアネート)、NDI(ナフタリンジイソシアネート)等の芳香族系ポリイソシアネート;HMDI(ヘキサメチレンジイソシアネート)、IPDI(イソホロンジイソシアネート)、XDI(キシリレンジイソシアネート)、水添XDI(水添キシリレンジイソシアネート)、水添MDI(ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート)等の脂肪族系ポリイソシアネート等が挙げられる。
またこのポリウレタン樹脂の主原料となるポリオールとしては、PPG(ポリオキシプロピレングリコール)、ポリマーポリオール、ポリテトラメチレングリコール(PTMG)等のポリエーテル系ポリオール;アジペート、ポリカプロラクトン、ポリカーボネートポリオール等のポリエステル系ポリオール;PHDポリオール、ポリエーテルエステルポリオール等のポリエーテル系の変性ポリオール;その他、エポキシ変性ポリオール;エチレン−酢酸ビニル共重合物の部分ケン化ポリオール(ケン化EVA);難燃ポリオール等が挙げられる。
次に、本発明における現像剤担持体の構成について説明する。本発明における現像剤担持体は、少なくとも基体と、前記基体表面に形成された導電性樹脂被覆層とを有する。
本発明に用いる現像剤担持体の基体としては、円筒状部材、円柱状部材、ベルト状部材等があるが、ドラムに非接触の現像方法においては、金属のような剛体の円筒管もしくは中実棒が好ましく用いられる。このような基体はアルミニウム、ステンレス鋼、真鍮等の非磁性の金属または合金を円筒状あるいは円柱状に成型し、研磨、研削等を施したものが好適に用いられる。これらの基体は画像の均一性を良くするために、高精度に成型あるいは加工されて用いられる。例えば長手方向の真直度は30μm以下もしくは20μm以下、さらに好ましくは10μm以下のものが好適に用いられ、現像剤担持体と感光ドラムとの間隙の振れ、例えば、垂直面に対し均一なスペーサーを介して突き当て、現像スリーブを回転させた場合の垂直面との間隙の振れも30μm以下もしくは20μm以下、さらには10μm以下であることが好ましい。材料コストや加工のしやすさからアルミニウムが好ましく用いられる。また、本発明の基体は金属製の芯金にウレタン、EPDM、シリコン等のゴムやエラストマーを含む層構成を有する円柱状部材を用いても良い。
次に、導電性樹脂被覆層を構成する各成分の構成比について説明する。この構成比は本発明において特に好ましい範囲であるが、本発明はこれに限定されるものではない。
導電性樹脂被覆層中に分散される黒鉛化粒子の含有量としては、結着樹脂100質量部に対して好ましくは40〜150質量部、より好ましくは50〜120質量部の範囲で、現像剤担持体の均一な表面凹凸形状の形成及び潤滑性の向上、現像剤への均一且つ迅速な摩擦帯電付与性や現像剤の融着防止の効果がより発揮される。黒鉛化粒子の含有量を40質量部以上とすると、黒鉛化粒子の添加効果が大きく、150質量部以下とすると導電性樹脂被覆層の凹凸形状を均一に形成し易くなると共に密着性が向上し耐摩耗性が向上する。
上記したような構成の導電性樹脂被覆層の層厚は、好ましくは25μm以下、より好ましくは20μm以下、更に好ましくは4〜20μmであることが均一な層厚を得るために好ましいが、特にこの層厚に限定されるものではない。これらの層厚は、導電性樹脂被覆層に使用する材料にもよるが、付着質量として4000〜20000mg/m2程度にすれば得られる。
本発明における導電性樹脂被覆層を得る方法としては、例えば、導電性樹脂被覆層を構成する各成分を溶剤中に分散混合して塗料化し、前記基体上に塗工することにより得ることが可能である。導電性樹脂被覆層を構成する各成分の分散混合には、サンドミル、ペイントシェーカー、ダイノミル、パールミル等のビーズを利用した公知の分散装置が好適に利用可能である。また塗工方法としては、ディッピング法、スプレー法、ロールコート法等公知の方法が適用可能である。
次に本発明の現像装置に用いる現像剤について説明する。本発明の現像装置に用いる現像剤(トナー)は、一成分現像剤(トナー)であり、非磁性一成分現像剤(トナー)であることが好ましい。現像剤を一成分現像剤(トナー)または非磁性一成分現像剤(トナー)とすると、現像剤担持体表面の現像剤のコーティング状態をより均一な厚さに制御しやすくする効果が向上する。
また、本発明の現像装置に用いる一成分現像剤は、現像剤粒子のフロー式粒子像測定装置で計測される円相当径3μm以上400μm以下の現像剤粒子における平均円形度が0.970以上であることが好ましい。一成分現像剤のフロー式粒子像測定装置で計測される円相当径3μm以上400μm以下の現像剤粒子における平均円形度を0.970以上とすると、長期間にわたる連続複写においても現像剤の劣化が発生しづらく、現像剤を現像剤担持体上に均一且つ安定にコーティングし、現像剤担持体表面や現像剤規制部材表面への現像剤の融着を防止すると共に現像剤を常時均一且つ迅速に摩擦帯電させることが容易となる。更に異なる環境条件下においても、現像剤担持体表面での現像剤の均一且つ迅速な摩擦帯電付与性が変化しにくくなる効果があり、画像濃度低下、画像濃度ムラ、縦スジ及びカブリ等の問題が発生せず、画像濃度が高い高品位の画像を安定して得ることができる。
これまでの現像装置では、現像剤粒子の平均円形度が上記の範囲内のように高いと、現像剤の流動性が増すので個々の現像剤粒子が自由に動きやすくなり、現像剤を劣化させずに安定して均一に現像剤担持体上へコーティングするのが難しかったが、本発明の現像装置では、現像剤担持体表面の凹凸形状が小さく且つ均一であり、更に現像剤担持体に対する現像剤規制部材の当接圧を小さくすることができるため、現像剤を劣化させずに、安定して現像剤を均一且つ迅速に摩擦帯電させることが可能となる。
本発明における現像剤粒子の平均円形度は、現像剤粒子の形状を定量的に表現する簡便な方法として用いたものであり、例えば、シスメックス社製フロー式粒子像分析装置FPIA−2100(商品名)を用いて測定することができる。本発明においては、23℃、60%RHの環境下で測定を行い、現像剤粒子の各々について各々の現像剤粒子の粒子像の投影面積と同一の面積を持つ円の径である円相当径を求め、円相当径が0.60μm〜400μmの範囲内の現像剤粒子について現像剤粒子の各々の円形度を下式(1)により求め、更に円相当径が3μm以上400μm以下の現像剤粒子について、円形度の総和を全粒子数で除した値を平均円形度と定義する。
円形度a=L0/L (1)
〔式中、L0は現像剤粒子像と同じ投影面積を持つ円の周囲長を示し、Lは512×512の画像処理解像度(0.3μm×0.3μmの画素)で画像処理した時の粒子投影像の周囲長を示す。〕
本発明において用いる平均円形度は現像剤粒子の凹凸の度合いの指標であり、現像剤粒子の全てが完全な球形の場合1.00を示し、現像剤粒子の表面形状が複雑になるほど平均円形度は小さな値となる。なお、本発明で用いる測定装置 「FPIA−2100」(商品名)は、各現像剤粒子の円形度を算出後、平均円形度の算出にあたって、得られた円形度によって、現像剤粒子を円形度0.4〜1.0を61分割したクラスに分け、分割点の中心値と頻度を用いて平均円形度の算出を行う算出法を用いている。しかしながら、この算出法で算出される平均円形度の値と、各現像剤粒子の円形度の総和を用いる算出式によって算出される平均円形度の差は、非常に少なく、実質的には無視できる程度であり、本発明においては、算出時間の短縮化や算出演算式の簡略化の如きデータの取り扱い上の理由で、各現像剤粒子の円形度の総和を用いる算出式の概念を利用し、一部変更したこのような算出法により求めた平均円形度を用いても良い。さらに本発明で用いている測定装置である「FPIA−2100」(商品名)は、従来より現像剤粒子の形状を算出するために用いられていた「FPIA−1000」(商品名)と比較して、処理粒子画像の倍率の向上、さらに取り込んだ画像の処理解像度を向上(256×256→512×512)することにより現像剤粒子の形状測定の精度が上がっており、それにより微粒子のより確実な捕捉を達成している装置である。従って、本発明のように、より正確に現像剤粒子の形状及び粒度分布を測定する必要がある場合には、より正確に現像剤粒子の形状及び粒度分布に関する情報が得られる「FPIA−2100」(商品名)の方が有用である。
具体的な測定方法としては、予め不純物を除去した水200〜300ml中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩を0.1〜0.5ml加え、更に測定試料を0.1〜0.5g程度加える。試料を分散した懸濁液は超音波分散器で2分間分散し、分散液濃度を0.2〜1.0万個/μlとして現像剤粒子の円形度分布を測定する。超音波分散器としては、例えば以下の装置を使用し、以下の分散条件を用いることができる。
UH−150(株式会社エス・エム・テー社製;商品名)
OUTPUT レベル:5
コンスタントモード
測定の概略は、以下の通りである。
試料分散液は、フラットで扁平なフローセル(厚み約200μm)の流路(流れ方向に沿って広がっている)を通過させる。フローセルの厚みに対して交差して通過する光路を形成するように、ストロボとCCDカメラが、フローセルに対して、相互に反対側に位置するように装着される。試料分散液が流れている間に、ストロボ光がフローセルを流れている現像剤粒子の画像を得るために1/30秒間隔で照射され、その結果、それぞれの現像剤粒子は、フローセルに平行な一定範囲を有する2次元画像として撮影される。それぞれの現像剤粒子の2次元画像の面積から、同一の面積を有する円の直径を円相当径として算出する。それぞれの現像剤粒子の2次元画像の投影面積及び投影像の周囲長から上記の円形度算出式を用いて各現像剤粒子の円形度を算出する。
本発明に用いられる現像剤(トナー)は、粉砕トナー製法及び重合トナー製法を用いて製造することが可能である。現像剤(トナー)製造方法に重合トナー製法を用いる場合においては、以下の如き製造方法によってトナーを製造することが可能である。単量体中に離型剤、極性樹脂、着色剤、荷電制御剤、重合開始剤、架橋剤その他の添加剤を加え、ホモジナイザー、超音波分散機等によって均一に溶解又は分散せしめた単量体系を、分散安定剤を含有する水相中に通常の撹拌機またはホモミキサー、ホモジナイザー等により分散せしめる。好ましくは単量体系液滴が所望のトナー粒子のサイズを有するように撹拌速度・時間を調整し、造粒する。その後は分散安定剤の作用により、粒子状態が維持され、且つ粒子の沈降が防止される程度の撹拌を行えば良い。重合温度は40℃以上、一般的には50℃〜90℃の温度に設定して重合を行う。また、重合反応後半に昇温しても良く、更に、トナー定着時の臭いの原因等となる未反応の単量体、副生成物等を除去するために反応後半、又は、反応終了後に一部水系媒体を留去しても良い。反応終了後、生成したトナー粒子を濾過・洗浄により回収し、乾燥する。懸濁重合法においては、通常単量体系100質量部に対して水300質量部〜3000質量部を分散媒として使用するのが好ましい。
上記の重合トナーの製造方法に使用できる単量体としては、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−エチルスチレンの如きスチレン系単量体;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニルの如きアクリル酸エステル類;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルの如きメタクリル酸エステル類その他アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドの如き単量体が挙げられる。これらの単量体は単独で、又は2種以上を混合して使用し得る。上述の単量体の中でも、スチレン又はスチレン誘導体を単独で、又は他の単量体と混合して使用することがトナーの現像特性、及び耐久性の点から好ましい。
上記の重合トナーの製造方法に使用することのできる架橋剤としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレンの如き芳香族ジビニル化合物;エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブタンジオールジメタクリレートの如き二重結合を2個有するカルボン酸エステル;ジビニルアニリン、ジビニルエーテル、ジビニルスルフィド、ジビニルスルホンの如きジビニル化合物;及び3個以上のビニル基を有する化合物が挙げられる。特に好ましいものとしては、ジビニルベンゼンが挙げられる。架橋剤の好ましい添加量としては、単量体100質量部当たり、架橋剤が0.01質量部〜1.0質量部であることが好ましい。より好ましくは0.1質量部〜0.9質量部である。
また上記の重合トナーの製造方法に使用することのできる重合開始剤としては、油溶性開始剤及び/又は水溶性開始剤を挙げることができる。例えば、油溶性開始剤としては、2、2'−アゾビスイソブチロニトリル、2、2'−アゾビス−2、4−ジメチルバレロニトリル、1、1'−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2、2'−アゾビス−4−メトキシ−2、4−ジメチルバレロニトリル等のアゾ化合物;アセチルシクロヘキシルスルホニルパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、デカノニルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ステアロイルパーオキサイド、プロピオニルパーオキサイド、アセチルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシイソブチレート、シクロヘキサノンパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、t−ブチルヒドロパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオイキサイド、クメンヒドロパーオキサイド等のパーオキサイド系開始剤が挙げられる。水溶性開始剤としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、2、2'−アゾビス(N,N'−ジメチレンイソブチロアミジン)塩酸塩、アゾビス(イソブチルアミジン)塩酸塩、2、2'−アゾビスイソブチロニトリルスルホン酸ナトリウム、硫酸第一鉄又は過酸化水素が挙げられる。更に重合性単量体の重合度を制御するために、連鎖移動剤、重合禁止剤等を添加し用いることが可能である。
また上記の重合トナーの製造方法に使用するる分散媒には、いずれか適当な分散安定剤を使用する。具体的には、例えば、無機化合物として、リン酸三カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸亜鉛、リン酸アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、メタ珪酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ベントナイト、シリカ、アルミナの如き無機化合物の微粉体が挙げられる。有機系化合物としては、ポリビニルアルコール、ゼラチン、メチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、ポリアクリル酸、及びその塩、ポリメタアクリル酸、及びその塩、澱粉等が使用される。これらの分散安定剤は、単量体100質量部に対して0.2〜2.0質量部を使用することが好ましい。
上記の重合トナーの製造方法に使用することのできる離型剤としては、室温で固体のワックスが好ましい。具体的には、パラフィンワックス、ポリオレフィンワックス、フィッシャートロプシュワックス、アミドワックス、高級脂肪酸、エステルワックス、及びグラフト化合物、ブロック化合物の如き誘導体が挙げられる。これらのワックスは、粉砕トナー製法においても好適に用いることができる。
ワックスは、通常トナー中に5質量%〜30質量%含有するように添加することが好ましい。離型剤としてワックスをトナー中に5質量%以上含有するように添加すると耐高温オフセット性が向上し、両面画像の定着時においても裏面の画像がオフセット現象を起こすことがない。トナー中のワックスの含有量を30質量%以下とすると、重合法による製造において造粒時にトナー粒子が合着せず、粒度分布の狭いトナーを得ることができる。さらにワックスのカプセル化が十分となり、現像性、転写性、耐ブロッキング性が向上し、画像の均一性も向上する。
上記の重合トナーの製造方法に使用することのできる荷電制御剤としては、公知のものを使用することができるが、重合阻害性、水相移行性のないものが好ましい。例えば、正荷電制御剤として、ニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、第四級アンモニウム塩、グアニジン誘導体、イミダゾール誘導体、アミン系化合物等が挙げられる。また、負荷電制御剤としては、含金属サリチル酸共重合体、含金属モノアゾ系染料化合物、尿素誘導体、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体が挙げられる。これらの荷電制御剤の添加量としては、単量体の0.1質量%〜10質量%とするのが好ましい。
上記の重合トナーの製造方法に使用することのできる着色剤としては、公知のものを使用することが出来る。
例えば、黒色顔料としては、カーボンブラック、アニリンブラック、非磁性フェライト、マグネタイトが挙げられる。
黄色顔料としては、例えば、黄色酸化鉄、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローS、ハンザーイエローG、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローG、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が挙げられる。
橙色顔料としては、例えば、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、ベンジジンオレンジG、インダスレンブリリアントオレンジRK、インダンスレンブリリアントオレンジGKが挙げられる。
赤色顔料としては、例えば、ベンガラ、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C、レーキレッドD、ブリリアントカーミン6B、ブリリアントカーミン3B、エオキシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキが挙げられる。
青色顔料としては、例えば、アルカリブルーレーキ、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化物、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーBGが挙げられる。
紫色顔料としては、例えば、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキが挙げられる。
緑色顔料としては、例えば、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ、ファイナルイエローグリーンGが挙げられる。
白色顔料としては、例えば、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛が挙げられる。
これらの着色剤は、単独又は混合して、更には固溶体の状態で用いることが出来る。
本発明で使用する着色剤は、色相角、彩度、明度、耐候性、OHP透明性、トナー中への分散性の点から選択される。着色剤の添加量は、単量体100質量部に対して1〜20質量部用いるのが好ましい。
トナーを透光性カラートナーとして用いる場合の着色剤としては、以下に示す様な、各種及び各色の顔料も使用することが出来る。
例えば、黄色顔料としては、C.I.10316(ナフトールイエローS)、C.I.11710(ハンザイエロー10G)、C.I.11660(ハンザイエロー5G)、C.I.11670(ハンザイエロー3G)、C.I.11680(ハンザイエローG)、C.I.11730(ハンザイエローGR)、C.I.11735(ハンザイエローA)、C.I.117408(ハンザイエローRN)、C.I.12710(ハンザイエローR)、C.I.12720(ピグメントイエローL)、C.I.21090(ベンジジンイエロー)、C.I.21095(ベンジジンイエローG)、C.I.21100(ベンジジンイエローGR)、C.I.20040(パーマネントイエローNCR)、C.I.21220(バルカンファストイエロー5)、C.I.21135(バルカンファストイエローR)が挙げられる。
赤色顔料としては、C.I.12055(スターリンI)、C.I.12075(パーマネントオレンジ)、C.I.12175(リソールファストオレンジ3GL)、C.I.12305(パーマネントオレンジGTR)、C.I.11725(ハンザイエロー3R)、C.I.21165(バルカンファストオレンジGG)、C.I.21110(ベンジジンオレンジG)、C.I.12120(パーマネントレッド4R)、C.I.1270(パラレッド)、C.I.12085(ファイヤーレッド)、C.I.12315(ブリリアントファストスカーレット)、C.I.12310(パーマネントレッドF2R)、C.I.12335(パーマネントレッドF4R)、C.I.12440(パーマネントレッドFRL)、C.I.12460(パーマネントレッドFRLL)、C.I.12420(パーマネントレッドF4RH)、C.I.12450(ライトファストレッドトーナーB)、C.I.12490(パーマネントカーミンFB)、C.I.15850(ブリリアントカーミン6B)が挙げられる。
青色顔料としては、C.I.74100(無金属フタロシアニンブルー)、C.I.74160(フタロシアニンブルー)、C.I.74180(ファストスカイブルー)が挙げられる。
また、上記の重合トナーの製造方法に用いられる着色剤は、着色剤の持つ重合阻害性や水相移行性に注意を払う必要がある。前記着色剤は、好ましくは表面改質、たとえば重合阻害のない疎水化処理を施して使用することが好ましい。特に染料系やカーボンブラックは、重合阻害性を有しているものが多いので使用の際に注意を要する。染料系を表面処理する好ましい方法としては、これら染料の存在下に重合性単量体をあらかじめ重合せしめ、得られた着色重合体を単量体系に添加する方法を挙げることができる。また、カーボンブラックについては、上記染料と同様の処理のほか、カーボンブラックの表面官能基と反応する物質、たとえば、ポリオルガノシロキサンなどで処理を行っても良い。
重合トナーの粒度分布制御や粒径の制御は、難水溶性の無機塩や保護コロイド作用をする分散剤の種類や添加量を変える方法や、機械的装置条件、例えば、ローターの周速・パス回数・撹拌羽根形状等の撹拌条件や、容器形状、又は、水溶液中での固形分濃度等を制御することにより行うことができる。これらの方法により所定の粒径、粒度分布を有するトナーを得ることができる。
現像剤(トナー)製造方法に粉砕トナー製法を用いる場合においては、以下の如き製造方法によって粉砕系トナーを製造することが可能である。 粉砕トナー製造法として、公知の方法が用いられる。例えば、結着樹脂、荷電制御剤、必要に応じてワックス、磁性体、着色剤、その他の添加剤等をヘンシェルミキサー、ボールミルの如き混合器により十分混合してから加熱ロール、ニーダー、エクストルーダーの如き熱混練機を用いて溶融混練して冷却固化、粉砕後、分級を行って着色粒子を得る。必要に応じ表面処理を行っても構わない。その後、無機微粉体を添加混合することによって、トナーを得る。分級及び表面処理の順序は、どちらが先でも良い。分級工程においては生産効率上、コアンダ効果を利用した多分割分級機を用いることが好ましい。
転写性の向上を目的とした球形化処理、表面平滑化処理としては、粉砕系トナー粒子を水中に分散させ加熱する温浴法、熱気流中を通過させる熱処理法、機械的エネルギーを付与して処理する機械的衝撃法などが挙げられる。機械的衝撃法において処理温度をトナー粒子のガラス転移点Tg付近の温度(Tg±10℃)を加える熱機械的衝撃が、凝集防止、生産性の観点から好ましい。
上記の粉砕系トナーの製造方法に使用できる結着樹脂としては、ポリスチレン、ポリ−p−クロルスチレン、ポリビニルトルエン、スチレン−p−クロルスチレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体の如きスチレン及びその置換体の単独重合体及びそれらの共重合体;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−アクリル酸nブチル共重合体の如きスチレンとアクリル酸エステルとの共重合体;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nブチル共重合体の如きスチレンとメタクリルエステルとの共重合体;スチレンとアクリル酸エステル及びメタクリル酸エステルとの多元共重合体;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−ブタジエン共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体の如きスチレンと他のビニル系モノマーとのスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリエステル、ポリアミド、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸、フェノール樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、石油樹脂、塩素化パラフィンが例示される。これらは、単独または混合して使用できる。特に圧力定着方式に供せられるトナー用の結着樹脂としては、低分子ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、高級脂肪酸、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂が単独または混合して使用できる。上記のスチレン共重合体を構成するためのコモノマーとしては、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸オクチル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドの如き二重結合を有するモノカルボン酸もしくはその誘導体、マレイン酸、マレイン酸ブチル、マレイン酸メチル、マレイン酸ジメチルの如き二重結合を有するジカルボン酸及びその誘導体が挙げられる。
非磁性の粉砕系トナー(イエロー、マゼンタ、シアン、ブラック)の場合の特に好ましい結着樹脂としては、スチレン−アクリル酸エステル系樹脂、ポリエステル樹脂がある。
また、着色剤としては重合トナーのものと同様なものが使用可能である。その含有量としては、結着樹脂100質量部に対して12質量部以下であり、好ましくは0.5質量部〜9質量部である。
高画質化の為には、トナーは、重合トナー、粉砕系トナーとも、重量平均粒径が4μm〜8μmであることが好ましい。重量平均粒径を4μm以上とすると、剥ぎ取り性や転写性が向上し画像の均一性が向上し好ましい。またを8μm以下とすると、飛び散りなどの画質の悪化を防止することができ好ましい。
トナーには各種特性付与を目的として、外添剤を添加しても良い。
外添剤は、トナーに添加した時の耐久性の点から、トナー粒子の体積平均径の1/10以下の粒径であることが好ましい。外添剤の粒径とは、電子顕微鏡におけるトナー粒子の表面観察により求めたその平均粒径を意味する。これら特性付与を目的とした外添剤としては、例えば、以下のようなものが用いられる。
1)流動性付与剤:金属酸化物(酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン)、カーボンブラック及びフッ化カーボン。それぞれ、疎水化処理を行ったものが、より好ましい。
2)研磨剤:金属酸化物(チタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化クロム)、窒化物(窒化ケイ素)、炭化物(炭化ケイ素)及び金属塩(硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム)。
3)滑剤:フッ素樹脂粉末(フッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン)及び脂肪酸金属塩(ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム)。
4)荷電制御性粒子:金属酸化物(酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ケイ素、酸化アルミニウム)及びカーボンブラック。
これら外添剤は、トナー100質量部に対し、好ましくは0.1〜10質量部の範囲で用いれば良く、より好ましくは、0.1質量部〜5質量部の範囲で用いるのが良い。これら外添剤は、単独で用いても、また、複数併用しても良い。
以下、本発明を実施例及び比較例を用いて詳細に説明するが、本実施例は本発明を何ら限定するものではない。尚、実施例及び比較例中の「%」及び「部」とあるのは、特に断りのない限り「質量%」及び「質量部」をそれぞれ表す。
[黒鉛化粒子製造例A−1]
黒鉛化粒子の原材料として、コールタールピッチから溶剤分別によりβ−レジンを抽出し、これを水素添加により重質化処理を行った後、続いてトルエンにより溶剤可溶分を除去することでバルクメソフェーズピッチを得た。このバルクメソフェーズピッチを微粉砕し、空気中において、約300℃で酸化処理した後、窒素雰囲気下にて1200℃で一次
焼成して炭化し、続いて窒素雰囲気下にて3000℃で二次焼成することにより黒鉛化し、更に分級して体積平均粒径3.1μmの黒鉛化粒子A−1を得た。
黒鉛化粒子A−1の物性を表1に示す。
[黒鉛化粒子製造例A−2〜7及びA−11〜12]
焼成温度と粒径をそれぞれ表1に示すものとしたことを除いては、黒鉛化粒子A−1の製造例と同様にして黒鉛化粒子A−2〜7及びA−11〜12を作製した。得られた黒鉛化粒子A−2〜7及びA−11〜12の物性をそれぞれ表1に示す。
[黒鉛化粒子製造例A−8]
黒鉛化粒子の原材料として、石炭系重質油を熱処理し、生成した粗メソカーボンマイクロビーズを遠心分離し、ベンゼンで洗浄精製して乾燥した後、アトマイザーミルで機械的に分散を行うことでメソカーボンマイクロビーズを得た。このメソカーボンマイクロビーズを窒素雰囲気下において1200℃で一次焼成を行い炭化させ、続いてアトマイザーミルで二次分散を行った後、窒素雰囲気下において3000℃で二次焼成を行い黒鉛化し、更に分級して体積平均粒径3.0μmの黒鉛化粒子A−8を得た。黒鉛化粒子A−8の物性を表1に示す。
[黒鉛化粒子製造例A−9]
黒鉛化粒子の原材料として、石油コークス70部とタールピッチ30部の混合物を用い、この混合物をタールピッチの軟化点以上の温度で練り込み、押出し成型し、窒素雰囲気下において1000℃で一次焼成を行い炭化させ、続いてコールタールピッチを含浸させた後、窒素雰囲気下において2800℃で二次焼成を行い黒鉛化し、更に粉砕及び分級して体積平均粒径4.3μmの黒鉛化粒子A−9を得た。黒鉛化粒子A−9の物性を表1に示す。
[黒鉛化粒子製造例A−10及びA−13]
黒鉛化粒子の焼成温度と粒径をそれぞれ変更したことを除いては、黒鉛化粒子製造例A−9と同様にして黒鉛化粒子A−10及びA−13を作製した。得られた黒鉛化粒子A−10及びA−13の物性をそれぞれ表1に示す。
[現像剤担持体製造例B−1]
・アンモニアを触媒として製造されたレゾール型フェノール樹脂溶液(メタノール50% 含有) 300部
・黒鉛化粒子(A−1) 100部
・メタノール 150部
上記材料に直径1mmのガラスビーズをメディア粒子として加え、サンドミルにて分散し、更にメタノールで分散液の固形分を40%に希釈して塗工液を得た。この塗工液に分散された黒鉛化粒子の体積平均粒径は1.8μmで、10μm以上の体積粒径を有する黒鉛化粒子の割合は2.5体積%であった。また、分散された黒鉛化粒子の黒鉛化度P(002)は0.39であった。表2に塗工液中に分散された黒鉛化粒子の物性を示す。
この塗工液を用いてスプレー法により外径16mmφのアルミニウム製円筒管上に導電性樹脂被覆層を形成させ、続いて熱風乾燥炉により150℃/30分間加熱硬化して現像剤担持体B−1を作製した。現像剤担持体B−1の表面粗さを測定したところ、Rzjisは3.5μm、Rzjisの変動係数は9.4%、Rpkは0.52μmであった。得られた現像剤担持体B−1の導電性樹脂被覆層の構成と物性を表2に示す。
[現像剤担持体製造例B−2〜9]
現像剤担持体製造例B−1において、黒鉛化粒子A−1をA−2〜9に各々変更したことを除いては、現像剤担持体製造例B−1と同様にして塗工液を調製し、現像剤担持体B−2〜9各々を作製した。得られた現像剤担持体B−2〜9の導電性樹脂被覆層の構成と物性を表2に示す。
[現像剤担持体製造例B−10]
現像剤担持体製造例B−1において、黒鉛化粒子A−1をA−3に変更し、更に鉄粉との摩擦帯電量が正極性である下記式で表される第四級アンモニウム塩化合物(2)を50部加えたことを除いては、現像剤担持体製造例B−1と同様にして塗工液を分散し、現像剤担持体B−10を作製した。得られた現像剤担持体B−10の導電性樹脂被覆層の構成と物性を表2に示す。
[現像剤担持体製造例B−11〜12]
現像剤担持体製造例B−10の作製において、黒鉛化粒子A−3をA−7及びA−10に各々変更したことを除いては、現像剤担持体製造例B−10と同様にして塗工液をそれぞれ調製し、現像剤担持体B−11〜12各々を作製した。得られた現像剤担持体B−11〜12の導電性樹脂被覆層の構成と物性を表2に示す。
[現像剤担持体製造例B−13〜16]
現像剤担持体製造例B−1において、黒鉛化粒子A−1をA−11、A−12、A−10、A−13にそれぞれ変更したことを除いては、現像剤担持体製造例B−1と同様にして塗工液をそれぞれ調製し、現像剤担持体B−13〜16各々を作製した。得られた現像剤担持体B−13〜16の導電性樹脂被覆層の構成と物性を表2に示す。
[現像剤担持体製造例B−17]
現像剤担持体製造例B−10において、黒鉛化粒子A−3をA−11に変更したことを除いては、現像剤担持体製造例B−10と同様にして塗工液を調製し、現像剤担持体B−17を作製した。得られた現像剤担持体B−17の導電性樹脂被覆層の構成と物性を表2に示す。
[現像剤製造例1]
下記の手順によって重合トナーを作製した。
60℃に加温したイオン交換水900部に、リン酸三カルシウム3部を添加し、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製;商品名)を用いて、10,000rpmにて撹拌し、水系媒体を作成した。
また、下記処方をホモジナイザー(日本精機社製)に投入し、60℃に加温した後、9,000rpmにて攪拌し、溶解し、分散した。
・スチレン 150部
・n−ブチルアクリレート 50部
・C.I.ピグメントブルー15:3 18部
・サリチル酸アルミニウム化合物 2部
(ボントロンE−88:オリエント化学社製;商品名)
・ポリエステル樹脂 15部
(プロピレンオキサイド変性ビスフェノールAとイソフタル酸との重縮合物、Tg=65℃、重量平均分子量(Mw)=10000、数平均分子量(Mn)=6000)
・ステアリン酸ステアリルワックス 30部
(示差走査熱量計(DSC)のメインピーク60℃)
・ジビニルベンゼン 0.4部
これに重合開始剤2,2'-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)5部を溶解し、単量体組成物を調製した。
前記水系媒体中に上記単量体組成物を投入し、60℃、窒素雰囲気下において、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製;商品名)を用いて8,000rpmで攪拌し、造粒した。
その後、プロペラ式攪拌装置に移して攪拌しつつ、2時間かけて70℃に昇温し、更に4時間後、昇温速度40℃/hで80℃まで昇温し、80℃で5時間反応を行い、重合体粒子を製造した。重合反応終了後、該粒子を含むスラリーを冷却し、スラリーの10倍の水量で洗浄し、ろ過、乾燥の後、分級によって粒子径を調整してシアントナーの母体粒子(重量平均粒径6.1μm、平均円形度0.981)を得た。
このトナー粒子100部に対し、ヘキサメチレンジシラザンで表面処理された疎水性シリカ微粉体1.0部(平均一次粒径7nm)、ルチル型酸化チタン微粉体0.15部(平均一次粒径45nm)、ルチル型酸化チタン微粉体0.5部(平均一次粒径200nm)をヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)で5分間乾式混合して、本発明に用いる非磁性一成分現像剤(トナー)を得た。
(実施例1〜12、比較例1〜5)
製造した現像剤担持体を、市販のレーザビームプリンタ LBP−2510(キヤノン社製;商品名)用のシアンカートリッジ EP−85(キヤノン社製;商品名)を改造して組み込み現像装置を製造した。この現像装置を上記レーザビームプリンタに装着し、現像剤製造例1にて製造した非磁性一成分現像剤(トナー)を充填して以下に示すような方法によって評価を行った。
シアンカートリッジ EP−85(キヤノン社製;商品名)を改造して現像装置を製造するに当たり、シアンカートリッジ EP-85(キヤノン社製;商品名)から現像剤担持体上に装着されている帯電補助ローラーを外し、また、現像剤担持体の左右に取り付けるコロを直径の大きいものに変更し、現像剤担持体と感光ドラムとの間のSD間距離を280μmとした。また、現像剤規制部材である弾性規制ブレード(ブレードと表すことがある)として、リン青銅板表面にポリアミドとポリエーテルの共重合体(共重合比1:1)からなる30μmの厚さを有するゴム層を貼り付けたものを用いた。また、現像剤担持体に対する弾性規制ブレードの当接圧(線圧)は、13N/mになるように調整した。この時、現像剤担持体に対する弾性規制ブレードの当接幅は0.8mmであった。
また、現像剤担持体に当接する部分の前記弾性規制ブレードのゴム層のRzjisは0.6μmのものを使用した。更に、弾性規制ブレードと現像剤担持体との最上流当接位置と自由端間の距離NEが1mmになるように調整した。
次に上記現像装置を上記レーザビームプリンタのシアンステーションに装着し、その他のステーションにはダミーカートリッジを装着し、単色評価を実施した。
現像条件は、以下に示すジャンピング現像の条件を用いて行った。
感光ドラムの非画像部の暗部電位(Vd)は−500V、静電潜像が形成された画像の明部電位(Vl)は−100Vに設定した。更に、現像剤担持体には現像バイアスとして−250Vの直流バイアスと、ピーク間の電圧(Vpp)1.8kVで周波数3kHzの矩形波からなる交流バイアスを重畳したものを用いて、ジャンピング現像を行った。
評価環境としては、15℃/10%RHの低温/低湿環境(L/Lと表すことがある)下、23℃/60%RHの常温/常湿環境(N/Nと表すことがある)下及び30℃/85%RHの高温/高湿環境(H/Hと表すことがある)下の3つの環境下で耐久試験を行い、いずれも2%の印字比率の画像を1万枚までプリントアウトし、得られた画像の画像濃度、カブリ、ハーフトーン均一性、縦スジ等の画質を評価すると共に耐久試験前後での現像剤担持体上のトナー帯電量(Q/M)及びトナー搬送量(M/S)並びに耐久試験後の現像剤担持体及び弾性規制ブレード上のトナー融着を評価した。
上記評価は以下のような方法で行なった。
(1)画像濃度
通常の複写機用普通紙(坪量75g/m2)の転写材を用いて、上記耐久試験前後にベタ画像を出力し、その濃度を測定することにより評価した。画像濃度は「マクベス反射濃度計 RD918」(マクベス社製;商品名)を用いて、原稿濃度が0.00の白地部分の画像に対する相対濃度を測定し、下記基準で画像濃度を評価した。
A:非常に良好 1.40以上
B:良好 1.35以上、1.40未満
C:実用上問題なし 1.00以上、1.35未満
D:実用上問題あり 1.00未満
(2)カブリ
上記耐久試験終了時の画像のカブリ濃度(%)を「REFLECTMETER MODEL TC−6DS」(東京電色社製;商品名)により測定したプリントアウト画像の白地部分の白色度と転写紙の白色度の差から算出し、下記基準に基づき画像カブリを評価した。フィルターは、アンバーライトフィルターを用いた。
A:非常に良好 0.5%未満
B:良好 0.5%以上、1.0%未満
C:実用上問題なし 1.0%以上、1.5%未満
D:実用上問題あり 1.5%以上
(3)ハーフトーン均一性(モヤ状及び帯状の濃淡差)
ハーフトーンに発生する、モヤ状の濃淡差及び画像形成進行方向に走る帯状の濃淡差について、形成された画像を目視によって観察し、下記基準にて評価した。
A:非常に良好(画像に全く濃淡差が確認できない)
B:良好(良く見ると軽微に濃淡差が確認できる)
C:実用上問題無し(濃淡差がやや出ているが気にならない)
D:実用上問題あり(濃淡差がはっきり確認できる)
(4)縦スジ
ハーフトーン又はベタ黒に発生する、画像形成進行方向に走る縦スジについて、形成された画像を目視により観察し、下記基準にて評価した。
A:非常に良好(画像に全く縦スジが確認できない)
B:良好(良く見るとハーフトーンで軽微に縦スジが確認できる)
C:実用上問題なし(ハーフトーンでは軽微だが、ベタ黒では縦スジを確認できない)
D:実用上問題あり(ハーフトーンでははっきり確認でき、ベタ黒でも軽微だが縦スジを確認できる)
E:劣悪(ベタ黒で顕著な縦スジが多数確認できる)
(5)トナー帯電量(Q/M)及びトナー搬送量(M/S)
現像剤担持体(スリーブと表すことがある)上に担持されたトナーを、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と、トナーを吸引した面積Sから、単位質量当たりの電荷量Q/M(mC/kg)と単位面積当たりのトナー質量M/S(dg/m2)を計算し、それぞれトナー帯電量(Q/M)、トナー搬送量(M/S)とした。
(6)現像剤担持体上のトナー融着
上記耐久試験後の現像剤担持体表面をKEYENCE社製の超深度形状測定顕微鏡を用いて、約200倍で観察し、トナー融着の程度を下記の基準に基づいて評価した。
A:非常に良好(軽微な汚染しか観察されない)
B:良好(やや融着が観察される)
C:実用上問題なし(微小な粒状のトナー融着物が部分的に観察される)
D:実用上問題あり(著しい融着が全面に観察される)
(7)弾性規制ブレード上のトナー融着
上記耐久試験後の弾性規制ブレードについて現像剤担持体との当接部表面をKEYENCE社製の超深度形状測定顕微鏡を用いて、約200倍で観察し、トナー融着の程度を下記の基準に基づいて評価した。
A:非常に良好(軽微な汚染しか観察されない)
B:良好(微小な粒状のトナー融着物が軽微に観察される)
C:実用上問題なし(微小であるがやや細長く成長したトナー融着物が周方向に部分的に観察される)
D:実用上問題あり(著しいスジ状の融着が観察される)
以上の画質(画像濃度、カブリ、ハーフトーン均一性、縦スジ)の評価結果を纏め表3に示す。また、現像剤担持体(スリーブ)上のトナー帯電量(Q/M)及びトナー搬送量(M/S)並びに現像剤担持体及び弾性規制ブレード表面のトナー融着の評価結果を表4に示す。
(実施例13)
実施例1において、現像剤担持体に対する弾性規制ブレードの当接圧(線圧)を7N/mとし、更に弾性規制ブレードのゴム層のRzjisを0.9μmのものに変更した以外は、実施例1と同様にして現像装置を製造し評価を行った。得られた結果を表3および表4に示す。
(実施例14)
実施例1において、現像剤担持体に対する弾性規制ブレードの当接圧(線圧)を20N/mとし、弾性規制ブレードのゴム層のRzjisを0.3μmのものに変更した以外は、実施例1と同様にして現像装置を製造し評価を行った。得られた結果を表3及び表4に示す。
(比較例6)
実施例13において、現像剤担持体に対する弾性規制ブレードの当接圧(線圧)を4N/mとした以外は、実施例13と同様にして現像装置を製造し評価を行った。得られた結果を表3及び表4に示す。
(比較例7)
実施例14において、現像剤担持体に対する弾性規制ブレードの当接圧(線圧)を25N/mとした以外は、実施例14と同様にして現像装置を製造し評価を行った。得られた結果を表3及び表4に示す。