JP2024083240A - 画像形成装置およびプロセスカートリッジ - Google Patents
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Abstract
【課題】トナー帯電不足による画像不良の発生を抑制することができる画像形成装置およびプロセスカートリッジを提供する。【解決手段】像担持体と現像剤担持体を備え、現像剤のトナー粒子はトナー母粒子の表面に凸部を備え、STEMによるトナー粒子の断面画像から変換された水平画像において、凸最大長Dと凸高さHが同じであり凸高さHが20nm以上である凸部を凸部Yとしたとき、凸部Yにおける凸幅Wの個数基準平均が40nm以上200nm以下であり、水平画像の幅を周囲長Lとし、凸部Yの凸幅Wの合計をΣWとしたとき、ΣW/Lが0.5以上であり、像担持体表面に複数の凸部があり、そのうちの高さが10nm以上のものである凸部CAの重心間距離の平均値が150nm以上500nm以下であり、凸部Yの凸幅Wの個数基準平均が凸部CAの平均重心間距離よりも小さい画像形成装置を用いる。【選択図】図10
Description
本発明は、画像形成装置およびプロセスカートリッジに関する。
従来、レーザープリンター、複写機、ファクシミリ等の電子写真方式を用いる画像形成装置として、電子写真感光体に代表される感光ドラム等の像担持体上に形成された静電潜像を現像剤(トナー)によって可視化する画像形成装置が一般的に用いられている。
しかしながら、トナーを介して現像剤担持体と感光ドラムが近接、接触する現像部において、トナーの帯電量が不足し低帯電トナーや逆極性トナーが多くなる場合がある。これらの低帯電トナーや逆極性トナーは、本来トナーが付着しない背景部に現像されるため、所謂、画像カブリなどの画像弊害が生じやすい。
トナーへの電荷付与方法には、現像剤担持体に接するように設けられた規制部材と現像剤担持体間にトナーを通過させる方法や、キャリア粒子との混合による方法がある。ここで、現像部においてもトナーへ電荷を与えることができれば、規制部や混合部でトナーへの電荷付与が不足した場合にも、画像カブリなどの画像問題を抑制することができる。特許文献1では、アクリル樹脂を表面層に設けた感光ドラムを用いて、現像ニップ内でトナーを摩擦帯電させる技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1において、現像部におけるトナーへの電荷付与はトナーの転がりによるものである。特許文献1においては現像剤担持体と感光ドラムの周速差を大きくすることによりトナーの転動を促進することが開示されている。しかし、トナーの転動を促進させるその他の条件については明確になっておらず、安定して現像部におけるトナーへの電荷付与ができない恐れがあった。
本発明の目的は、トナー帯電不足による画像不良の発生を抑制することができる画像形成装置およびプロセスカートリッジを提供することである。
本発明は以下の構成を採用する。すなわち、
表面に静電潜像が形成される像担持体と、
現像剤を担持し、前記像担持体に接触して前記現像剤を供給して前記静電潜像を現像する現像剤担持体と、
を備え、
前記現像剤は、トナー母粒子と、前記トナー母粒子の表面に備えられた凸部と、を有するトナー粒子を含有し、
走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察によって得られた画像において、前記トナー母粒子の表面の周に沿った線を描き、前記周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
前記トナー母粒子の表面の周が形成する線上で前記凸部が存在する部分における前記
周に沿った線の長さを凸幅Wとし、
前記凸幅Wの法線方向において前記凸部の最大長を凸最大長Dとし、
前記凸最大長Dを形成する線分における前記凸部の頂点から前記周に沿った線までの長さを凸高さHとし、
前記凸最大長Dと前記凸高さHが同じであって前記凸高さHが20nm以上である前記凸部を凸部Yとしたとき、
前記凸部Yにおける凸幅Wの個数基準平均が40nm以上200nm以下であり、
前記走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察に基づく前記水平画像の幅を周囲長Lとし、前記凸部Yの前記凸幅Wの合計をΣWとしたとき、ΣW/Lが0.5以上であり、
前記像担持体は表面層に複数の凸部である像担持体凸部を有し、
前記像担持体凸部のうち高さが10nm以上のものを凸部CAとし、
前記像担持体の前記表面層を上面視したとき、前記凸部CAの重心間距離の平均値が、150nm以上500nm以下であり、かつ、前記現像剤の前記トナー粒子の表面の前記凸部Yの前記凸幅Wの個数基準平均が、前記像担持体の凸部CAの平均重心間距離よりも小さい
ことを特徴とする画像形成装置である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
表面に静電潜像が形成される像担持体と、
現像剤を担持し、前記像担持体に接触して前記現像剤を供給して前記静電潜像を現像する現像剤担持体と、
を備え、
前記現像剤は、トナー母粒子と、前記トナー母粒子の表面に備えられた凸部と、を有するトナー粒子を含有し、
走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察によって得られた画像において、前記トナー母粒子の表面の周に沿った線を描き、前記周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
前記トナー母粒子の表面の周が形成する線上で前記凸部が存在する部分における前記周に沿った線の長さを凸幅Wとし、
前記凸幅Wの法線方向において前記凸部の最大長を凸最大長Dとし、
前記凸最大長Dを形成する線分における前記凸部の頂点から前記周に沿った線までの長さを凸高さHとし、
前記凸最大長Dと前記凸高さHが同じであって前記凸高さHが20nm以上である前記凸部を凸部Yとしたとき、
前記凸部Yにおける凸幅Wの個数基準平均が40nm以上200nm以下であり、
前記走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察に基づく前記水平画像の幅を周囲長Lとし、前記凸部Yの前記凸幅Wの合計をΣWとしたとき、ΣW/Lが0.5以上であり、
前記像担持体は表面層に複数の凸部である像担持体凸部を有し、
前記像担持体凸部のうち高さが10nm以上のものを凸部CAとし、
前記像担持体の前記表面層を上面視したとき、前記凸部CAの重心間距離の平均値が、150nm以上500nm以下であり、かつ、前記現像剤の前記トナー母粒子の表面の前記凸部Yの前記凸幅Wの個数基準平均が、前記像担持体の凸部CAの平均重心間距離よりも小さい
ことを特徴とするプロセスカートリッジである。
表面に静電潜像が形成される像担持体と、
現像剤を担持し、前記像担持体に接触して前記現像剤を供給して前記静電潜像を現像する現像剤担持体と、
を備え、
前記現像剤は、トナー母粒子と、前記トナー母粒子の表面に備えられた凸部と、を有するトナー粒子を含有し、
走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察によって得られた画像において、前記トナー母粒子の表面の周に沿った線を描き、前記周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
前記トナー母粒子の表面の周が形成する線上で前記凸部が存在する部分における前記
周に沿った線の長さを凸幅Wとし、
前記凸幅Wの法線方向において前記凸部の最大長を凸最大長Dとし、
前記凸最大長Dを形成する線分における前記凸部の頂点から前記周に沿った線までの長さを凸高さHとし、
前記凸最大長Dと前記凸高さHが同じであって前記凸高さHが20nm以上である前記凸部を凸部Yとしたとき、
前記凸部Yにおける凸幅Wの個数基準平均が40nm以上200nm以下であり、
前記走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察に基づく前記水平画像の幅を周囲長Lとし、前記凸部Yの前記凸幅Wの合計をΣWとしたとき、ΣW/Lが0.5以上であり、
前記像担持体は表面層に複数の凸部である像担持体凸部を有し、
前記像担持体凸部のうち高さが10nm以上のものを凸部CAとし、
前記像担持体の前記表面層を上面視したとき、前記凸部CAの重心間距離の平均値が、150nm以上500nm以下であり、かつ、前記現像剤の前記トナー粒子の表面の前記凸部Yの前記凸幅Wの個数基準平均が、前記像担持体の凸部CAの平均重心間距離よりも小さい
ことを特徴とする画像形成装置である。
本発明はまた、以下の構成を採用する。すなわち、
表面に静電潜像が形成される像担持体と、
現像剤を担持し、前記像担持体に接触して前記現像剤を供給して前記静電潜像を現像する現像剤担持体と、
を備え、
前記現像剤は、トナー母粒子と、前記トナー母粒子の表面に備えられた凸部と、を有するトナー粒子を含有し、
走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察によって得られた画像において、前記トナー母粒子の表面の周に沿った線を描き、前記周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
前記トナー母粒子の表面の周が形成する線上で前記凸部が存在する部分における前記周に沿った線の長さを凸幅Wとし、
前記凸幅Wの法線方向において前記凸部の最大長を凸最大長Dとし、
前記凸最大長Dを形成する線分における前記凸部の頂点から前記周に沿った線までの長さを凸高さHとし、
前記凸最大長Dと前記凸高さHが同じであって前記凸高さHが20nm以上である前記凸部を凸部Yとしたとき、
前記凸部Yにおける凸幅Wの個数基準平均が40nm以上200nm以下であり、
前記走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察に基づく前記水平画像の幅を周囲長Lとし、前記凸部Yの前記凸幅Wの合計をΣWとしたとき、ΣW/Lが0.5以上であり、
前記像担持体は表面層に複数の凸部である像担持体凸部を有し、
前記像担持体凸部のうち高さが10nm以上のものを凸部CAとし、
前記像担持体の前記表面層を上面視したとき、前記凸部CAの重心間距離の平均値が、150nm以上500nm以下であり、かつ、前記現像剤の前記トナー母粒子の表面の前記凸部Yの前記凸幅Wの個数基準平均が、前記像担持体の凸部CAの平均重心間距離よりも小さい
ことを特徴とするプロセスカートリッジである。
本発明によれば、トナー帯電不足による画像不良の発生を抑制することができる画像形成装置およびプロセスカートリッジを提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、それらの相対配置などは、本発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるべきものである。したがって、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。実施例には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。
[実施例1]
1.画像形成装置
図1は、実施例1に係る画像形成装置1の構成を示す概略図である。図13は、画像形成装置1の機能構成を示すブロック図である。画像形成装置1は、外部機器200から入力される画像情報に基づいて記録材Pに画像を形成するモノクロプリンターである。記録材Pには、普通紙及び厚紙等の紙、オーバーヘッドプロジェクタ用シート等のプラスチックフィルム、封筒やインデックス紙等の特殊形状のシート、並びに布等の、材質の異なる様々なシート材が含まれる。
1.画像形成装置
図1は、実施例1に係る画像形成装置1の構成を示す概略図である。図13は、画像形成装置1の機能構成を示すブロック図である。画像形成装置1は、外部機器200から入力される画像情報に基づいて記録材Pに画像を形成するモノクロプリンターである。記録材Pには、普通紙及び厚紙等の紙、オーバーヘッドプロジェクタ用シート等のプラスチックフィルム、封筒やインデックス紙等の特殊形状のシート、並びに布等の、材質の異なる様々なシート材が含まれる。
画像形成装置1は、図1Aに示すように、記録材Pにトナー像を形成する画像形成部10と、画像形成部10に記録材Pを給送する給送部60と、画像形成部10によって形成したトナー像を記録材Pに定着させる定着部70と、排出ローラ対80と、を有している。
画像形成部10は、スキャナユニット11と、電子写真方式のプロセスカートリッジ20と、プロセスカートリッジ20の感光ドラム21に形成されたトナー像を記録材Pに転写する転写ローラ12と、を有している。プロセスカートリッジ20の詳細図は図1Bに示す。プロセスカートリッジ20は、感光ドラム21と、感光ドラム21の周囲に配置された帯電ローラ23、前露光装置24、及び、現像ローラ31を含む現像装置30を有している。画像形成装置1に画像形成の指令が入力されると、画像形成装置1に接続された外部のコンピュータから入力された画像情報に基づいて、画像形成部10による画像形成プロセスが開始される。
像担持体としての感光ドラム21は、制御部56により制御を受けたモータ110によって所定の方向(図1B中時計周り方向)に所定のプロセススピードで回転駆動される。
制御部56は、制御回路やコンピュータ等の情報処理装置により構成され、外部機器200との情報の送受信をしたり、画像形成装置1の各構成要素と通信して各構成要素を制御したりする。
制御部56は、制御回路やコンピュータ等の情報処理装置により構成され、外部機器200との情報の送受信をしたり、画像形成装置1の各構成要素と通信して各構成要素を制御したりする。
帯電ローラ23は感光ドラム21に所定の圧接力で接触し、帯電高圧電源E1によって、所望の帯電電圧を印加されることで、感光ドラム21の表面を所定の電位に均一に帯電させる。本実施例においては、帯電ローラ23によって感光ドラム21の表面は-600Vに帯電される。前露光装置24は、帯電ローラ23による安定した帯電のために、帯電部に侵入する前の感光ドラム21の表面電位を除電する。帯電高圧電源E1は、図13に示すように、現像高圧電源E2や転写高圧電源E3とともに電源Eの構成に含まれていてもよいし、それぞれ別々の電源装置により構成されてもよい。
露光ユニットたるスキャナユニット11は、入力された画像情報に基づきポリゴンミラーを用いて感光ドラム21に向けてレーザー光LXを照射し、走査露光することで感光ドラム21上に静電潜像を形成する。なお、スキャナユニット11は、レーザスキャナ装置に限定されることはなく、例えば、感光ドラム21の長手方向に沿って複数のLEDが配列されたLEDアレイを有するLED露光装置を採用しても良い。
感光ドラム21上に形成された静電潜像は、現像装置30により現像され感光ドラム21上にトナー像が形成される。
続いて、プロセスカートリッジ20に関して説明する。図1Bに詳細に示すプロセスカートリッジ20は、現像装置30を有する。現像装置30を詳細説明すると、現像剤としてのトナーを担持する現像剤担持体としての現像ローラ31と、現像装置30の枠体となる現像容器32と、現像ローラ31にトナーを供給可能な供給ローラ33と、を備えている。現像ローラ31及び供給ローラ33は、現像容器32によって回転可能に支持されている。また、現像ローラ31は、感光ドラム21に対向するように、現像容器32の開口部に配置されている。供給ローラ33は現像ローラ31に回転可能に当接しており、現像容器32に収容されている現像剤としてのトナーは供給ローラ33によって現像ローラ31の表面に塗布される。
現像容器32の内部には、撹拌手段としての撹拌部材34が設けられている。撹拌部材34は、駆動されて回動することで、現像容器32内のトナーを撹拌すると共に、現像ローラ31及び供給ローラ33に向け、トナーを送り込む。また、撹拌部材34は、現像に使用されず現像ローラ31から剥ぎ取られたトナーを現像容器内で循環させ、現像容器内のトナーを均一化する役割を有する。
また、現像ローラ31が配置される現像容器32の開口部には、現像ローラ31に担持されるトナーの量を規制するSUS板からなる現像ブレード35が配置されている。現像ブレード35には、現像ローラ31と異なる電圧を印加することも可能である。現像ローラ31の表面に供給されたトナーは、現像ローラ31の回転に伴って現像ブレード35との対向部を通過することで、均一に薄層化される。
本実施例の現像装置30は、現像方式として接触現像方式を用いている。即ち、現像ローラ31に担持されたトナー層が、感光ドラム21と現像ローラ31とが対向する現像部(現像領域)において感光ドラム21と接触する。本実施例では、感光ドラム21の表面速度は150mm/secで回転しており、感光ドラム21の表面速度に対する現像ローラ31の表面速度の差(以下、現像周速差と記す)は40%である。つまり、150×1.4=210mm/secで現像ローラ31は回転している。これにより、感光ドラム21と現像ローラ31は60mm/sの速度差で接触する。現像ローラ31には現像電圧印
加部たる現像高圧電源E2によって現像電圧が印加される。現像電圧が印加されている条件下で、現像ローラ31に担持されたトナーが感光ドラム21の表面の電位分布に従って現像ローラ31から感光ドラム21の表面に転移することで、静電潜像がトナー像に現像される。本実施例においては、現像ローラ31には-400Vの現像電圧が印加される。現像領域通過前における非露光部Vdの感光ドラム21の表面と現像ローラ31の電位差の絶対値であるバックコントラストVbackは200Vである。なお、本実施の形態では、反転現像方式を採用している。即ち、帯電工程において帯電させられた後、露光工程において露光されることで電荷量が減衰した感光ドラム21の表面領域にトナーが付着することでトナー像が形成される。
加部たる現像高圧電源E2によって現像電圧が印加される。現像電圧が印加されている条件下で、現像ローラ31に担持されたトナーが感光ドラム21の表面の電位分布に従って現像ローラ31から感光ドラム21の表面に転移することで、静電潜像がトナー像に現像される。本実施例においては、現像ローラ31には-400Vの現像電圧が印加される。現像領域通過前における非露光部Vdの感光ドラム21の表面と現像ローラ31の電位差の絶対値であるバックコントラストVbackは200Vである。なお、本実施の形態では、反転現像方式を採用している。即ち、帯電工程において帯電させられた後、露光工程において露光されることで電荷量が減衰した感光ドラム21の表面領域にトナーが付着することでトナー像が形成される。
上述の画像形成プロセスに並行して、給送部60に収容された記録材Pがトナー像の転写タイミングに合わせて送り出される。給送部60を説明すると、画像形成装置1に開閉可能に支持される前扉61と、積載トレイ62と、中板63と、トレイバネ64と、ピックアップローラ65と、を有している。積載トレイ62は、前扉61が開かれることで現れる記録材Pの収容空間の底面を構成しており、中板63は、積載トレイ62に昇降可能に支持されている。トレイバネ64は、中板63を上方に付勢しており、中板63に積載された記録材Pをピックアップローラ65に押し付ける。記録材Pの搬送工程を説明すると、先ず給送部60のピックアップローラ65は、前扉61、積載トレイ62及び中板63に支持された記録材Pを送り出す。次に、記録材Pはピックアップローラ65によってレジストレーションローラ対15に給送され、レジストレーションローラ対15のニップに突き当たることで斜行が補正される。そして、レジストレーションローラ対15は、トナー像の転写タイミングに合わせて駆動され、記録材Pを転写ローラ12及び感光ドラム21によって形成される転写ニップに向けて搬送する。
転写手段としての転写ローラ12には、転写高圧電源E3から転写電圧が印加され、レジストレーションローラ対15によって搬送される記録材Pに感光ドラム21に担持されているトナー像が転写される。
トナー像を転写された記録材Pは、定着部70に搬送され、定着部70の定着フィルム71と加圧ローラ72との間のニップ部を通過する際にトナー像が加熱及び加圧される。これによりトナー粒子が溶融し、その後固着することで、トナー像が記録材Pに定着する。
ここで定着部70は、記録材上のトナーを加熱して溶融させることで画像の定着処理を行う熱定着方式のものである。定着部70は、定着フィルム71と、定着フィルム71を加熱するセラミックヒータ等の定着ヒータと、定着ヒータの温度を測定するサーミスタと、定着フィルム71に圧接する加圧ローラ72と、を備える。
定着部70を通過した記録材Pは、排出ローラ対80によって画像形成装置1の外部に排出され、排出トレイ81に積載される。排出トレイ81は、記録材の排出方向における下流に向けて上り傾斜しており、排出トレイ81に排出された記録材は、排出トレイ81を滑り下りることで、後端が規制面82によって整合される。
なお、本実施例においては、画像形成装置1本体に着脱自在としたプロセスカートリッジ20を用いているが、これに限るものではなく、所定の画像形成プロセスが実施できればよい。例えば、現像装置30が着脱自在な現像カートリッジや、ドラムユニットが着脱自在なドラムカートリッジ、現像装置30にトナーを外部から供給するトナーカートリッジや、着脱自在なカートリッジを用いない構成でもよい。また、複数のプロセスカートリッジ20を備え、カラー画像を形成できる画像形成装置としてもよい。
なお、本実施例においては、帯電ローラ23で感光ドラム21の表面を帯電させているが、これに限るものではない。帯電部材は感光ドラム表面を帯電できるようなものであればよく、例えば、帯電部材として導電ブラシを用いる構成でもよい。
なお本実施例においては、転写プロセスにおいて記録材Pに転写されなかった感光ドラム21上のトナーを回収するクリーニング部材を持たない、いわゆるクリーナレス方式であるが、これに限るものではなく、クリーニング部材を持つ構成でもよい。
2.感光ドラム
本発明の像担持体である感光ドラム21は、表面層を有することを特徴とする。
ここで、表面層とは、感光体において最も表面に位置している層のことであり、帯電部材やトナーと接触する層のことを意味する。
本発明の像担持体である感光ドラム21は、表面層を有することを特徴とする。
ここで、表面層とは、感光体において最も表面に位置している層のことであり、帯電部材やトナーと接触する層のことを意味する。
図2および図3は、本実施例に係る感光ドラム21の層構成の一例を示す図である。図2は概略断面図であり、図3は概略上面図である。図2、図3の中で、符号101は支持体であり、符号102は下引き層であり、符号103は電荷発生層であり、符号104は電荷輸送層である。符号105は、本発明に係る表面層であり、本実施例では表面層中に粒子PAA106、粒子PAA以外の粒子107が存在している。
本発明の電子写真感光体を製造する方法としては、後述する各層の塗布液を調製し、所望の層の順番に塗布して、乾燥させる方法が挙げられる。このとき、塗布液の塗布方法としては、浸漬塗布、スプレー塗布、インクジェット塗布、ロール塗布、ダイ塗布、ブレード塗布、カーテン塗布、ワイヤーバー塗布、リング塗布、ディスペンス塗布などが挙げられる。これらの中でも、効率性及び生産性の観点から、浸漬塗布が好ましい。
以下、各層について説明する。
本発明者らが検討したところ、本発明の像担持体は、
前記像担持体は表面層に複数の凸部を有し、
前記凸部のうち高さが10nm以上の凸部を凸部CAとし、
該表面層を上面視したとき、
該凸部CAの重心間距離の平均値が、150nm以上500nm以下であり、
かつ、該凸部CAの重心間距離の平均値は、
後述する現像剤であるトナーの走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察によって得られる表面の凸部を含む観察像に対し、
トナー母粒子の表面の周に沿った線を描き、該周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
前記トナー母粒子の周が形成する線上で前記凸部が存在する部分における該周に沿った線の長さを凸幅Wとし、前記凸幅Wの法線方向において前記凸部の最大長をDとし、前記Dを形成する線分における該凸部の頂点から該周に沿った線までの長さをHとし、
該凸高さHが20nm以上である凸部を凸部Yとしたとき、表面凸部Yの凸幅Wの個数平均値よりも大きいことが必要である。
本発明者らが検討したところ、本発明の像担持体は、
前記像担持体は表面層に複数の凸部を有し、
前記凸部のうち高さが10nm以上の凸部を凸部CAとし、
該表面層を上面視したとき、
該凸部CAの重心間距離の平均値が、150nm以上500nm以下であり、
かつ、該凸部CAの重心間距離の平均値は、
後述する現像剤であるトナーの走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察によって得られる表面の凸部を含む観察像に対し、
トナー母粒子の表面の周に沿った線を描き、該周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
前記トナー母粒子の周が形成する線上で前記凸部が存在する部分における該周に沿った線の長さを凸幅Wとし、前記凸幅Wの法線方向において前記凸部の最大長をDとし、前記Dを形成する線分における該凸部の頂点から該周に沿った線までの長さをHとし、
該凸高さHが20nm以上である凸部を凸部Yとしたとき、表面凸部Yの凸幅Wの個数平均値よりも大きいことが必要である。
上記のような表面層の凸形状を備えた感光ドラム21が表面に凸形状を備えたトナーと組み合わされることによりカブリ抑制効果を示す要因については、本発明者は以下の様に考えている。
現像剤担持体である現像ローラ31と感光ドラム21が現像部において接触する接触現像方式においては、現像部においてトナーが転動することによりトナーへ電荷を付与できる。本実施例で示されているような感光ドラム21よりも現像ローラ31の表面速度が大きい場合には、現像ローラ31に搬送されてきたトナーは現像部で感光ドラム21から搬
送方向とは逆方向の力を受け、トナーには転動させる力が生じる。感光ドラム21の表面速度が現像ローラ31の表面速度よりも大きい場合には現像部でトナーは搬送方向の力を受ける。
送方向とは逆方向の力を受け、トナーには転動させる力が生じる。感光ドラム21の表面速度が現像ローラ31の表面速度よりも大きい場合には現像部でトナーは搬送方向の力を受ける。
ここで感光ドラム21表面とトナー母粒子の表面に図4(a)に示すような凸形状が存在すると、感光ドラム表層凸部(像担持体凸部)とトナー母粒子表面凸部の接触部に、図4(b)に示すような接触力Fが生じる。感光ドラム表面、トナー母粒子表面の凸は感光ドラムの直径やトナーの体積平均粒径よりも1桁以上小さいため、曲率が小さく、接触力は接線方向の力を持ちやすい。
図6で後述する感光ドラム21の表面層105の凸部CAの平均重心間距離よりも、後述する現像剤であるトナーのトナー母粒子表面に存在する複数の凸部Yにおける凸幅Wの個数平均が小さい様子を図4(a)に模式的に示す。この場合、トナー母粒子表面の凸部Yの頂点が、感光ドラム21表面凸部CAの間に形成される凹部に入り、感光ドラム21とトナーの凸部同士の接触でトナーを転動させる力がより大きくなる配置となる。
この時の接触力の関係を拡大して図示したものが図4(b)である。接触力Fは、接線方向の力FHと、トナーを現像ローラ31側に押し付ける力FVに分解できる。本実施例においては接線方向の力FHをトナーを転動させる力としている。転動力FHが大きいと、トナーを現像ローラ31表面から剥がして現像部で転動させる力がより効果的に発揮され、トナーの転動が促進できると考えられる。
感光ドラム21の表面層105に存在する凸部において高さが10nm以上の凸部を凸部CAとしたとき、感光ドラム21表面凸部CAの重心間の平均距離が150nmより短いと、感光ドラム21凸部CA同士の間の凹部にトナーの凸部が入りにくい。このとき感光ドラム21とトナーのトナー母粒子表面凸部は互いの頂点で接触しやすくなる。その結果、図4(b)のFVの力の成分が大きくなり、十分な転動力FHが得られない。また、感光ドラム21表面凸部CAの平均重心間距離が500nmよりも大きいと、本発明で用いる体積平均粒径3.0μmから10.0μmのトナーに対しては、トナーが感光ドラム21の凸間にはまって動きにくくなり、トナー転動が十分に発生しにくいと考えられる。したがって重心間距離が150nm以上500nm以下の範囲であれば、現像部に存在するトナーのトナー母粒子表面凸と感光ドラム21表面凸CA部の凸が転動力FHを十分に発生するような配置で接触し、転動を促進することができる。
本発明の重心間距離は150nm以上450nm以下であることがより好ましく、さらに150nm以上400nm以下であることが好ましい。
また、表面凸CA部の重心間距離の標準偏差は小さいほど凸CA部の重心間距離のムラが小さく、転動促進作用が均一に発生し、転動によるトナーへの電荷付与が安定すると考えられる。凸CA部の重心間距離の平均が500nmの場合、重心間距離の標準偏差は250nm以下であることが好ましい。
上記関係を満たすことで現像部におけるトナーの転動促進が効果的に行われ、これによりトナーへの電荷付与が促進され、カブリが抑制できると考えられる。
また本発明の感光ドラム21は以下の特徴を有することが好ましい。感光ドラム21の表面層105は図2,図3に示すように粒子および結着樹脂を含有する表面層105を有し、その粒子の個数基準の粒度分布において複数のピークが存在する。その複数のピークのピークトップの頻度が最大となるピークを第一ピークとする。さらに、ピークトップの頻度が第一のピークの次に頻度が第二となるピークを第二ピークとする。第一ピークと第
二ピークを比較して、ピークトップの粒子径の値が大きい方のピークをピークPEAとする。本発明では、ピークPEAのピークトップの粒子径DAが80nm~300nmの範囲内であることが好ましい。より好ましくは90nm~250nmの範囲内であり、さらに好ましくは100nm~250nmの範囲内であるとよい。この範囲であることで、前述した転動促進効果が得られやすくなる。
二ピークを比較して、ピークトップの粒子径の値が大きい方のピークをピークPEAとする。本発明では、ピークPEAのピークトップの粒子径DAが80nm~300nmの範囲内であることが好ましい。より好ましくは90nm~250nmの範囲内であり、さらに好ましくは100nm~250nmの範囲内であるとよい。この範囲であることで、前述した転動促進効果が得られやすくなる。
このとき、PEAのピークトップの粒子径DAは、表面層105で粒子径の値が大きい方のピークの粒子の粒子径を表すことになる。粒子径DAが80nm未満となると、感光ドラム21の表面層105に含まれる粒子に由来する凸部の高さが低くなる。この結果、トナーのトナー母粒子表面の凸部と接触した時に生じる力の方向がトナーを転動させる方向に十分大きくならず、カブリ抑制効果が発揮しにくいと推定される。
また、粒子径DAが300nmを超えると、必然的に感光ドラム21の表面凹凸の深さが大きくなり、耐久使用によって凹部にトナーや記録材などを由来とする物質が堆積しやすくなると考えられる。この結果、使用初期と耐久使用後で転動促進効果に差が生じ、安定したカブリ抑制効果が得られないと考えられる。
次に、本発明の電子写真感光体の表面層105に含有される粒子径がDA±20nmの範囲にある粒子を粒子PAAとする。そして、本発明では、前述の表面層105における高さが10nm以上300nm以下の凸部CAが前記粒子PAAに由来することが好ましい。粒子径DAが80nm以上300nm以下のため、凸部の高さは300nm以下となる。凸部CAの高さが10nm未満となると凸部CAの高さが低くなりすぎるため、電子写真感光体とトナーの接触において、トナーの転動が促されず、電荷付与効果が小さい。凸部CAの高さが300nmを超える場合は、電子写真感光体の表面層105において、凹部が大きくなり、耐久を通じてトナーや記録材に由来する物質などが凹部に堆積することがあり、転動促進効果が耐久維持できない場合がある。
筆者らが検討した結果、表面層中に粒径の異なる複数の粒子を混在させることにより、凸部CAの高さを制御しやすくなることも分かっている。これは、前記粒子PAAの間をさらに粒子が埋めることにより、粒子間の緊密性が増大し、感光ドラム21と当接する帯電部材や現像部材、および転写部材との摺擦によっても感光ドラム21の表面層105から粒子が脱離を抑制することにも繋がる。
以下では、感光ドラム21表面層105の断面において、ピークトップの頻度が最大となるピークを第一ピーク、ピークトップの頻度が第一のピークの次に頻度が第二となるピークを第二ピークとする。さらに該第一ピークと該第二ピークを比較して、ピークトップの粒子径の値が小さい方のピークをピークPEBとしたとき、該ピークPEBのピークトップの粒子径DBとする。該表面層105に含有される全粒子のうち粒子径がDB±20nmの範囲にある粒子を粒子PABとしたとき、PEBを構成する粒子をPABとして説明する。
ここで、第一ピークと第二ピークは、ピークトップに対応する粒度が20nm以上の範囲から選ばれることが好ましい。すなわち、複数のピークのうちのピークトップが20nm以上であるピークのうち、ピークトップの頻度が最大となるピークを第一ピークとし、ピークトップの頻度が前記第一ピークの次に大きいピークを第二ピークとすることが好ましい。図14(a)は粒子の個数基準での粒度分布の一例を示しており、粒子径50nmのところに第一ピークが、粒子径170nmのところに第二ピークが存在する。この場合、粒子径が大きい第二ピークがピークPEAとなり、その粒子径DAは170nmである。よって、80nm≦DAという条件を満たす。また、第一ピークの粒子径は50nmであることから、ピークトップにおける粒子径が20nm以上という条件を満たす。
図14(b)は粒度分布の別の例を示している。粒子径5nmのところにピークがあるが、ピークトップにおける粒子径が20nm未満であるため、このピークは第一ピーク、第二ピークに含まれない。そのため、図14(a)の場合と同様に、粒子径50nmのピークが第一ピーク、粒子径170nmのピークが第二ピークとなる。このようにピークを選択する理由を説明する。ここで、表面層105にごく小さい粒子が多数含まれていても、本発明の効果は得られる。そこで粒子径20nm以上のピークから第一ピークおよび第二ピークを選択することにより、本発明の効果を安定して得ることができる。
前記粒子PAAが、凸部CAを形成し、前記粒子PABが粒子PAAの間に充填されることによって、凸部CA間の重心間距離の平均値と標準偏差を制御することが可能になる。
また、本実施例における感光ドラム21の表面層105の表面の最大高低差Rzが、100nm以上400nm以下であることが好ましい。表面層105の表面の最大高低差Rzが、100nm未満となると、トナー表面の凸部と接触しても、十分にトナーを転動させる方向の力が生じず、転動促進されず、カブリ抑制効果が不足する。また、表面層105の表面の最大高低差Rzが、400nmを超えると凹部にトナーやその他の部材由来の物質の堆積が進みやすくなるため、現像部における電荷付与性を耐久にわたって維持しづらい。より好ましくは、最大高低差Rzが200nm以上375nm以下であることが好ましい。
なお、最大高低差Rzの測定方法は、後述するSPM(走査型プローブ顕微鏡「JSPM-5200」、日本電子社製)を用いて、感光ドラム21の各サンプルの各1か所ずつ、計12か所について、3μm四方の感光体の表面の形状を測定した。画像全体について1次線形の傾きを補正するフラットニング処理を施した表面形状の解析画像内で、高さzの最大値Zmaxと最小値Zminの差を最大高低差Rzとした。
本発明の感光ドラム21の表面層105を実現するために好適な粒子PAA、PABとしてはアクリル樹脂粒子などの有機樹脂粒子やシリカなどの無機粒子が挙げられる。
アクリル粒子は、アクリル酸エステルあるいはメタクリル酸エステルの重合体を含有する。中でも、スチレンアクリル粒子がより好ましい。アクリル樹脂、スチレンアクリル樹脂の重合度や、樹脂が熱可塑性か熱硬化性であるかは、特に限定されない。有機樹脂粒子としては、架橋ポリスチレン、架橋アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル粒子、ポリテトラフルオロエチレン粒子、シリコーン粒子が挙げられる。
無機粒子としては、シリカ粒子や金属酸化物粒子、金属粒子などが挙げられる。本発明の電子写真感光体の表面層105が有する粒子としては、弾性が低くトナーと感光体との点接触を促すことに関して有利な無機粒子を使用することが好ましい。
無機粒子を用いる場合、これらの中でも、シリカ粒子が好ましい。シリカ粒子は他の絶縁性粒子と比較して平均円形度が大きいため、トナーと感光ドラムの接触を均一化して安置した転動促進を発揮する効果が期待される。
前記シリカ粒子としては、公知のシリカ微粒子が使用可能であり、乾式シリカの微粒子、湿式シリカの微粒子のいずれであってもよい。好ましくは、ゾルゲル法により得られる湿式シリカの微粒子(以下、ゾルゲルシリカともいう)であることが好ましい。
本発明の電子写真感光体の表面層105に含有される粒子に用いられるゾルゲルシリカは、親水性であっても、表面を疎水化処理させたものであってもよい。
疎水化処理の方法としては、ゾルゲル法において、シリカゾル懸濁液から溶媒を除去し、乾燥させた後に、疎水化処理剤で処理する方法と、シリカゾル懸濁液に、直接的に疎水化処理剤を添加して乾燥と同時に処理する方法が挙げられる。粒度分布の半値幅の制御、及び飽和水分吸着量の制御という観点で、シリカゾル懸濁液に直接疎水化処理剤を添加する手法が好ましい。
疎水化処理剤としては、以下が挙げられる。
メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、t-ブチルジメチルクロロシラン、ビニルトリクロロシランなどのクロロシラン類;
テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、o-メチルフェニルトリメトキシシラン、p-メチルフェニルトリメトキシシラン、n-ブチルトリメトキシシラン、i-ブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、i-ブチルトリエトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシランなどのアルコキシシラン類;
ヘキサメチルジシラザン、ヘキサエチルジシラザン、へキサプロピルジシラザン、ヘキサブチルジシラザン、ヘキサペンチルジシラザン、ヘキサヘキシルジシラザン、ヘキサシクロヘキシルジシラザン、ヘキサフェニルジシラザン、ジビニルテトラメチルジシラザン、ジメチルテトラビニルジシラザンなどのシラザン類;
ジメチルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、クロロアルキル変性シリコーンオイル、クロロフェニル変性シリコーンオイル、脂肪酸変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、アルコキシ変性シリコーンオイル、カルビノール変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、及び、末端反応性シリコーンオイルなどのシリコーンオイル;
ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサンなどのシロキサン類;
脂肪酸及びその金属塩として、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ドデシル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ペンタデシル酸、ステアリン酸、ヘプタデシル酸、アラキン酸、モンタン酸、オレイン酸、リノール酸、アラキドン酸などの長鎖脂肪酸、前記脂肪酸と亜鉛、鉄、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、ナトリウム、リチウムなどの金属との塩。
メチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、t-ブチルジメチルクロロシラン、ビニルトリクロロシランなどのクロロシラン類;
テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、o-メチルフェニルトリメトキシシラン、p-メチルフェニルトリメトキシシラン、n-ブチルトリメトキシシラン、i-ブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、i-ブチルトリエトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ-(2-アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシランなどのアルコキシシラン類;
ヘキサメチルジシラザン、ヘキサエチルジシラザン、へキサプロピルジシラザン、ヘキサブチルジシラザン、ヘキサペンチルジシラザン、ヘキサヘキシルジシラザン、ヘキサシクロヘキシルジシラザン、ヘキサフェニルジシラザン、ジビニルテトラメチルジシラザン、ジメチルテトラビニルジシラザンなどのシラザン類;
ジメチルシリコーンオイル、メチルハイドロジェンシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、アルキル変性シリコーンオイル、クロロアルキル変性シリコーンオイル、クロロフェニル変性シリコーンオイル、脂肪酸変性シリコーンオイル、ポリエーテル変性シリコーンオイル、アルコキシ変性シリコーンオイル、カルビノール変性シリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイル、フッ素変性シリコーンオイル、及び、末端反応性シリコーンオイルなどのシリコーンオイル;
ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサンなどのシロキサン類;
脂肪酸及びその金属塩として、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ドデシル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ペンタデシル酸、ステアリン酸、ヘプタデシル酸、アラキン酸、モンタン酸、オレイン酸、リノール酸、アラキドン酸などの長鎖脂肪酸、前記脂肪酸と亜鉛、鉄、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、ナトリウム、リチウムなどの金属との塩。
これらの中でも、アルコキシシラン類、シラザン類、シリコーンオイルは、疎水化処理を実施しやすいため、好ましく用いられる。これらの疎水化処理剤は、1種を単独で用いてもよく、2種類以上を併用してもよい。
本発明における表面層105は、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、レベリング剤、
滑り性付与剤、耐摩耗性向上剤、などの添加剤を含有してもよい。具体的には、ヒンダードフェノール化合物、ヒンダードアミン化合物、硫黄化合物、リン化合物、ベンゾフェノン化合物、シロキサン変性樹脂、シリコーンオイルなどが挙げられる。
滑り性付与剤、耐摩耗性向上剤、などの添加剤を含有してもよい。具体的には、ヒンダードフェノール化合物、ヒンダードアミン化合物、硫黄化合物、リン化合物、ベンゾフェノン化合物、シロキサン変性樹脂、シリコーンオイルなどが挙げられる。
本発明の表面層105は、上述の各材料及び溶剤を含有する表面層用塗布液を調製し、この塗膜を形成し、乾燥及び/又は硬化させることで形成することができる。塗布液に用いる溶剤としては、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、スルホキシド系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤が挙げられる。
本発明の表面層105は、表面層105の全体積に対して、粒子の体積が占める割合は、40体積%~90体積%であることが好ましい。さらに、45体積%~85体積%がより好ましく、50体積%~80体積%であることが、さらに好ましい。この範囲にあることで、前述したような、表面層105の凸部の形成が確実に達成できるようになる。30体積%以下となると
凸部の高さが低くなるため、十分な転動促進効果が得にくくなり、カブリ抑制効果が得られにくい。また、90体積%以上となると粒子の脱離が激しくなるため、耐久試験を行うと転動促進効果が消失して、カブリ抑制効果が得られにくくなる。
凸部の高さが低くなるため、十分な転動促進効果が得にくくなり、カブリ抑制効果が得られにくい。また、90体積%以上となると粒子の脱離が激しくなるため、耐久試験を行うと転動促進効果が消失して、カブリ抑制効果が得られにくくなる。
本発明に係る結着樹脂は以下の形態が挙げられる。ここで、表面層105は、電荷輸送物質を含有することが好ましい。
結着樹脂としては、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂などが挙げられる。中でも、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂が好ましい。また、
本発明の表面層105は、重合性官能基を有するモノマーを含有する組成物を重合することで硬化膜として形成してもよい。その際の反応としては、熱重合反応、光重合反応、放射線重合反応などが挙げられる。重合性官能基を有するモノマーが有する重合性官能基としては、アクリル基、メタクリル基などが挙げられる。重合性官能基を有するモノマーとして、電荷輸送能を有する材料を用いてもよい。
重合性官能基を有した化合物は、連鎖重合性官能基と同時に電荷輸送性構造を有していてもよい。電荷輸送性構造としてはトリアリールアミン構造が電荷輸送の点で好ましい。連鎖重合性官能基としてはアクリロイル基、メタクリロイル基が好ましい。官能基の数は一つ又は複数有していても良い。中でも、複数の官能基を有した化合物と一つの官能基を有した化合物を含有して硬化膜を形成すると、複数の官能基同士の重合で生じたひずみが解消されやすいため、特に好ましい。
<支持体>
本発明において、電子写真感光体は、支持体を有することが好ましい。本発明において、支持体は導電性を有する導電性支持体であることが好ましい。また、支持体の形状としては、円筒状、ベルト状、シート状などが挙げられる。中でも、円筒状支持体であることが好ましい。また、支持体の表面に、陽極酸化などの電気化学的な処理や、ブラスト処理、切削処理などを施してもよい。
本発明において、電子写真感光体は、支持体を有することが好ましい。本発明において、支持体は導電性を有する導電性支持体であることが好ましい。また、支持体の形状としては、円筒状、ベルト状、シート状などが挙げられる。中でも、円筒状支持体であることが好ましい。また、支持体の表面に、陽極酸化などの電気化学的な処理や、ブラスト処理、切削処理などを施してもよい。
支持体の材質としては、金属、樹脂、ガラスなどが好ましい。金属としては、アルミニウム、鉄、ニッケル、銅、金、ステンレスや、これらの合金などが挙げられる。中でも、アルミニウムを用いたアルミニウム製支持体であることが好ましい。
また、樹脂やガラスには、導電性材料を混合又は被覆するなどの処理によって、導電性を付与してもよい。
また、樹脂やガラスには、導電性材料を混合又は被覆するなどの処理によって、導電性を付与してもよい。
<導電層>
本発明において、支持体の上に、導電層を設けてもよい。導電層を設けることで、支持
体表面の傷や凹凸を隠蔽することや、支持体表面における光の反射を制御することができる。導電層は、導電性粒子と、樹脂と、を含有することが好ましい。
本発明において、支持体の上に、導電層を設けてもよい。導電層を設けることで、支持
体表面の傷や凹凸を隠蔽することや、支持体表面における光の反射を制御することができる。導電層は、導電性粒子と、樹脂と、を含有することが好ましい。
導電性粒子の材質としては、金属酸化物、金属、カーボンブラックなどが挙げられる。
金属酸化物としては、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化ビスマスなどが挙げられる。金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ニクロム、銅、亜鉛、銀などが挙げられる。
金属酸化物としては、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化ビスマスなどが挙げられる。金属としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ニクロム、銅、亜鉛、銀などが挙げられる。
これらの中でも、導電性粒子として、金属酸化物を用いることが好ましく、特に、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛を用いることがより好ましい。
導電性粒子として金属酸化物を用いる場合、金属酸化物の表面をシランカップリング剤などで処理したり、金属酸化物にリンやアルミニウムなど元素やその酸化物をドーピングしたりしてもよい。
また、導電性粒子は、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛などの被覆前粒子と、その粒子を被覆前粒子と組成の違う金属酸化物で被覆する積層構成としてもよい。被覆としては、酸化スズなどの金属酸化物が挙げられる。
また、導電性粒子として金属酸化物を用いる場合、その平均一次粒径が、1nm以上500nm以下であることが好ましく、3nm以上400nm以下であることがより好ましい。
樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂などが挙げられる。
また、導電層は、シリコーンオイル、樹脂粒子、酸化チタンなどの隠蔽剤などを更に含有してもよい。
導電層の平均膜厚は、1μm以上50μm以下であることが好ましく、3μm以上40μm以下であることが特に好ましい。
導電層の平均膜厚は、1μm以上50μm以下であることが好ましく、3μm以上40μm以下であることが特に好ましい。
導電層は、上述の各材料及び溶剤を含有する導電層用塗布液を調製し、この塗膜を形成し、乾燥させることで形成することができる。塗布液に用いる溶剤としては、アルコール系溶剤、スルホキシド系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤などが挙げられる。導電層用塗布液中で導電性粒子を分散させるための分散方法としては、ペイントシェーカー、サンドミル、ボールミル、液衝突型高速分散機を用いた方法が挙げられる。
<下引き層>
本発明において、支持体又は導電層の上に、下引き層を設けてもよい。
下引き層の平均膜厚は、0.1μm以上50μm以下であることが好ましく、0.2μm以上40μm以下であることがより好ましく、0.3μm以上30μm以下であることが特に好ましい。
本発明において、支持体又は導電層の上に、下引き層を設けてもよい。
下引き層の平均膜厚は、0.1μm以上50μm以下であることが好ましく、0.2μm以上40μm以下であることがより好ましく、0.3μm以上30μm以下であることが特に好ましい。
この下引き層の樹脂としては、例えば、ポリアクリル酸樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリエチレンオキシド樹脂、ポリプロピレンオキシド樹脂、エチルセルロース樹脂、メチルセルロース樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミド酸樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリビニルフェノール樹
脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂が挙げられる。
脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アルキド樹脂が挙げられる。
また、重合性官能基を有する樹脂と、重合性官能基を有するモノマーとを架橋させた構造を持った樹脂であってもよい。
また、下引き層は、樹脂以外に無機化合物や、有機化合物を含有してもよい。
無機化合物としては、例えば金属や酸化物や塩が挙げられる。
金属としては、例えば金、銀、アルミなどが挙げられる。酸化物としては、例えば、酸化亜鉛、鉛白、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化ビスマス、酸化インジウム、酸化スズ、酸化ジルコニウムなどが挙げられる。塩としては、例えば硫酸バリウム、チタン酸ストロンチウムが挙げられる。
無機化合物としては、例えば金属や酸化物や塩が挙げられる。
金属としては、例えば金、銀、アルミなどが挙げられる。酸化物としては、例えば、酸化亜鉛、鉛白、酸化アルミニウム、酸化インジウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化ビスマス、酸化インジウム、酸化スズ、酸化ジルコニウムなどが挙げられる。塩としては、例えば硫酸バリウム、チタン酸ストロンチウムが挙げられる。
これら無機化合物は、粒子状態で膜中に存在していても良い。
粒子の個数平均粒子径は、1nm以上500nm以下であることが好ましく、3nm以上400nm以下であることがより好ましい。
これらの無機化合物は、芯材粒子と、その粒子を被覆する被覆層とを有する積層構成としてもよい。
粒子の個数平均粒子径は、1nm以上500nm以下であることが好ましく、3nm以上400nm以下であることがより好ましい。
これらの無機化合物は、芯材粒子と、その粒子を被覆する被覆層とを有する積層構成としてもよい。
これらの無機化合物は表面をシリコーンオイル、シラン化合物、シランカップリング剤、その他有機ケイ素化合物、有機チタン化合物などで処理してもよい。また、スズ、リン、アルミニウム、ニオブなど元素をドーピングしてもよい。
有機化合物としては、例えば電子輸送化合物や導電性高分子が挙げられる。
導電性高分子としては、例えば、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリエチレンジオキシチオフェンが挙げられる。
導電性高分子としては、例えば、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリエチレンジオキシチオフェンが挙げられる。
電子輸送物質としては、例えば、キノン化合物、イミド化合物、ベンズイミダゾール化合物、シクロペンタジエニリデン化合物、フルオレノン化合物、キサントン化合物、ベンゾフェノン化合物、シアノビニル化合物、ハロゲン化アリール化合物、シロール化合物、含ホウ素化合物が挙げられる。
電子輸送物質は、重合性官能基を有し、それらの官能基と反応可能な官能基を有する樹脂と架橋しても良い。重合性官能基としては、例えばヒドロキシ基、チオール基、アミノ基、カルボキシル基、ビニル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、エポキシ基などが挙げられる。
これら有機化合物は、粒子状態で膜中に存在していても良く、表面が処理されていても良い。
これら有機化合物は、粒子状態で膜中に存在していても良く、表面が処理されていても良い。
下引き層は、シリコーンオイルなどのレベリング剤、可塑剤、増粘剤などの各種添加剤を添加しても良い。
下引き層は、上記材料を含有する下引き層用塗布液を調製後、支持体又は導電層上に塗布後、この塗膜を乾燥や硬化させることで得られる。
下引き層は、上記材料を含有する下引き層用塗布液を調製後、支持体又は導電層上に塗布後、この塗膜を乾燥や硬化させることで得られる。
塗布液を作成する際の溶剤としては、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤又は芳香族炭化水素系溶剤などが挙げられる。
塗布液中で粒子を分散させるための分散方法としては、ペイントシェーカー、サンドミル、ボールミル、液衝突型高速分散機を用いた方法が挙げられる。
塗布液中で粒子を分散させるための分散方法としては、ペイントシェーカー、サンドミル、ボールミル、液衝突型高速分散機を用いた方法が挙げられる。
<感光層>
電子写真感光体の感光層は、主に、(1)積層型感光層と、(2)単層型感光層とに分類される。(1)積層型感光層は、電荷発生物質を含有する電荷発生層と、電荷輸送物質を含有する電荷輸送層と、を有する感光層である。(2)単層型感光層は、電荷発生物質と電荷輸送物質を共に含有する感光層である。
電子写真感光体の感光層は、主に、(1)積層型感光層と、(2)単層型感光層とに分類される。(1)積層型感光層は、電荷発生物質を含有する電荷発生層と、電荷輸送物質を含有する電荷輸送層と、を有する感光層である。(2)単層型感光層は、電荷発生物質と電荷輸送物質を共に含有する感光層である。
(1)積層型感光層
積層型感光層は、電荷発生層と、電荷輸送層と、を有する。
積層型感光層は、電荷発生層と、電荷輸送層と、を有する。
(1-1)電荷発生層
電荷発生層は、電荷発生物質と、樹脂と、を含有することが好ましい。
電荷発生物質としては、アゾ顔料、ペリレン顔料、多環キノン顔料、インジゴ顔料、フタロシアニン顔料等が挙げられる。これらの中でも、アゾ顔料、フタロシアニン顔料が好ましい。フタロシアニン顔料の中でも、オキシチタニウムフタロシアニン顔料、クロロガリウムフタロシアニン顔料、ヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料が好ましい。
電荷発生層は、電荷発生物質と、樹脂と、を含有することが好ましい。
電荷発生物質としては、アゾ顔料、ペリレン顔料、多環キノン顔料、インジゴ顔料、フタロシアニン顔料等が挙げられる。これらの中でも、アゾ顔料、フタロシアニン顔料が好ましい。フタロシアニン顔料の中でも、オキシチタニウムフタロシアニン顔料、クロロガリウムフタロシアニン顔料、ヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料が好ましい。
電荷発生層中の電荷発生物質の含有量は、電荷発生層の全質量に対して、40質量%以上85質量%以下であることが好ましく、60質量%以上80質量%以下であることがより好ましい。
樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、セルロース樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂等が挙げられる。これらの中でも、ポリビニルブチラール樹脂がより好ましい。
また、電荷発生層は、酸化防止剤、紫外線吸収剤等の添加剤をさらに含有してもよい。具体的には、ヒンダードフェノール化合物、ヒンダードアミン化合物、硫黄化合物、リン化合物、ベンゾフェノン化合物、等が挙げられる。
電荷発生層は、上記の各材料および溶剤を含有する電荷発生層用塗布液を調製し、この塗膜を下引き層上に形成し、乾燥させることで形成することができる。塗布液に用いる溶剤としては、アルコール系溶剤、スルホキシド系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤等が挙げられる。
電荷発生層の膜厚は、0.1μm以上1。5μm以下であることが好ましく、0.15μm以上1.0μm以下であることがより好ましい。
電荷発生層の膜厚は、0.1μm以上1。5μm以下であることが好ましく、0.15μm以上1.0μm以下であることがより好ましい。
(1-2)電荷輸送層
電荷輸送層は、電荷輸送物質と、樹脂と、を含有することが好ましい。
電荷輸送物質としては、例えば、多環芳香族化合物、複素環化合物、ヒドラゾン化合物、スチリル化合物、エナミン化合物、ベンジジン化合物、トリアリールアミン化合物、これらの物質から誘導される基を有する樹脂等が挙げられる。これらの中でも、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物が好ましい。
電荷輸送層は、電荷輸送物質と、樹脂と、を含有することが好ましい。
電荷輸送物質としては、例えば、多環芳香族化合物、複素環化合物、ヒドラゾン化合物、スチリル化合物、エナミン化合物、ベンジジン化合物、トリアリールアミン化合物、これらの物質から誘導される基を有する樹脂等が挙げられる。これらの中でも、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物が好ましい。
電荷輸送層中の電荷輸送物質の含有量は、電荷輸送層の全質量に対して、25質量%以上70質量%以下であることが好ましく、30質量%以上55質量%以下であることがより好ましい。
樹脂としては、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂等が挙げられる。これらの中でも、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂が好ましい。ポリエステル樹脂としては、特にポリアリレート樹脂が好ましい。
電荷輸送物質と樹脂との含有量比(質量比)は、4:10~20:10が好ましく、5:10~12:10がより好ましい。
また、電荷輸送層は、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、レベリング剤、滑り性付与剤、耐摩耗性向上剤等の添加剤を含有してもよい。具体的には、ヒンダードフェノール化合物、ヒンダードアミン化合物、硫黄化合物、リン化合物、ベンゾフェノン化合物、シロキサン変性樹脂、シリコーンオイル、フッ素樹脂粒子、ポリスチレン樹脂粒子、ポリエチレン樹脂粒子、シリカ粒子、アルミナ粒子、窒化ホウ素粒子等が挙げられる。
また、電荷輸送層は、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、レベリング剤、滑り性付与剤、耐摩耗性向上剤等の添加剤を含有してもよい。具体的には、ヒンダードフェノール化合物、ヒンダードアミン化合物、硫黄化合物、リン化合物、ベンゾフェノン化合物、シロキサン変性樹脂、シリコーンオイル、フッ素樹脂粒子、ポリスチレン樹脂粒子、ポリエチレン樹脂粒子、シリカ粒子、アルミナ粒子、窒化ホウ素粒子等が挙げられる。
電荷輸送層は、上記の各材料および溶剤を含有する電荷輸送層用塗布液を調製し、この塗膜を電荷発生層上に形成し、乾燥させることで形成することができる。塗布液に用いる溶剤としては、アルコール系溶剤、ケトン系溶剤、エーテル系溶剤、エステル系溶剤、芳香族炭化水素系溶剤が挙げられる。これらの溶剤の中でも、エーテル系溶剤または芳香族炭化水素系溶剤が好ましい。
電荷輸送層の膜厚は、3μm以上50μm以下であることが好ましく、5μm以上40μm以下であることがより好ましく、10μm以上30μm以下であることが特に好ましい。
(2)単層型感光層
単層型感光層は、電荷発生物質、電荷輸送物質、樹脂および溶剤を含有する感光層用塗布液を調製し、この塗膜を下引き層上に形成し、乾燥させることで形成することができる。電荷発生物質、電荷輸送物質、樹脂としては、上記「(1)積層型感光層」における材料の例示と同様である。
単層型感光層は、電荷発生物質、電荷輸送物質、樹脂および溶剤を含有する感光層用塗布液を調製し、この塗膜を下引き層上に形成し、乾燥させることで形成することができる。電荷発生物質、電荷輸送物質、樹脂としては、上記「(1)積層型感光層」における材料の例示と同様である。
単層型感光層の膜厚は、10μm以上45μm以下であることが好ましく、25μm以上35μm以下であることがより好ましい。
以下、本発明に係る感光ドラム21や各粒子の各物性の測定方法を説明する。
以下、本発明に係る感光ドラム21や各粒子の各物性の測定方法を説明する。
<感光ドラムの物性測定>
<本発明の粒子の個数平均粒径の測定方法>
個数平均粒径はゼータサイザーNano-ZS(MALVERN社製)を用いて測定する。該装置は動的光散乱法により、粒径を測定できる。まず、測定対象のサンプルの固液比が0.10質量%(±0.02質量%)となるように希釈して調整し、石英セルに採取して測定部に入れる。分散媒体は、サンプルが無機微粒子の場合は、水又はメチルエチルケトン/メタノール混合溶媒を用い、サンプルが樹脂粒子若しくはトナー用外添剤の場合は水を用いる。測定条件として、制御ソフトZetasizersoftware 6.
30で サンプルの屈折率、分散溶媒の屈折率、粘度及び温度を入力し測定する。Dnを
個数平均粒径として採用する。
<本発明の粒子の個数平均粒径の測定方法>
個数平均粒径はゼータサイザーNano-ZS(MALVERN社製)を用いて測定する。該装置は動的光散乱法により、粒径を測定できる。まず、測定対象のサンプルの固液比が0.10質量%(±0.02質量%)となるように希釈して調整し、石英セルに採取して測定部に入れる。分散媒体は、サンプルが無機微粒子の場合は、水又はメチルエチルケトン/メタノール混合溶媒を用い、サンプルが樹脂粒子若しくはトナー用外添剤の場合は水を用いる。測定条件として、制御ソフトZetasizersoftware 6.
30で サンプルの屈折率、分散溶媒の屈折率、粘度及び温度を入力し測定する。Dnを
個数平均粒径として採用する。
粒子の屈折率は、化学便覧 基礎編 改訂4版(日本化学会編、丸善株式会社)のII巻517ページに記載された「固体の屈折率」から採用する。樹脂粒子の屈折率は、樹脂粒子に使用している樹脂の屈折率を前記制御ソフトに内蔵されている屈折率を採用する。ただし、内蔵されている屈折率が無い場合は、国立研究開発法人 物質・材料研究機構 高分子データベースに記載の値を用いる。トナー用外添剤の屈折率は、無機微粒子の屈折率と樹脂粒子に使用されている樹脂の屈折率から重量平均をとって計算する。分散溶媒の屈折率、粘度及び温度は、前記制御ソフトに内蔵されている数値を選択する。混合溶媒の場合は、混合する分散媒体の重量平均をとる。
<感光ドラムの表面層の表面における最大高低差Rzの測定方法>
実施例にて作成した感光ドラム21の表面観察をおこなった。なお、表面観察を行ったサンプルは、感光ドラム21を長手方向に4等分して、端部から1/4、1/2、3/4の長さの位置において、周方向には120°毎に感光ドラムからそれぞれ、5mm四方のサンプル片を切り出した。サンプル片は、感光ドラムの表面層が観察できるようにサンプルホルダーに固定した。サンプルホルダーに固定したサンプル片について、走査型プローブ顕微鏡SPMを用いて、各サンプルの各1か所ずつ、感光ドラムの表面層の表面上の3μm四方の表面形状を測定した。この測定をサンプル片9点でそれぞれ行い、それら9か所の最大高低差Rzの平均値を本発明の感光ドラムの最大高低差Rzとした。
実施例にて作成した感光ドラム21の表面観察をおこなった。なお、表面観察を行ったサンプルは、感光ドラム21を長手方向に4等分して、端部から1/4、1/2、3/4の長さの位置において、周方向には120°毎に感光ドラムからそれぞれ、5mm四方のサンプル片を切り出した。サンプル片は、感光ドラムの表面層が観察できるようにサンプルホルダーに固定した。サンプルホルダーに固定したサンプル片について、走査型プローブ顕微鏡SPMを用いて、各サンプルの各1か所ずつ、感光ドラムの表面層の表面上の3μm四方の表面形状を測定した。この測定をサンプル片9点でそれぞれ行い、それら9か所の最大高低差Rzの平均値を本発明の感光ドラムの最大高低差Rzとした。
SPMは、走査型プローブ顕微鏡「JSPM-5200」(日本電子社製)、走査型プローブ顕微鏡「E-sweep」(日立ハイテク社製)、中型プローブ顕微鏡システムAFM5500M(日立ハイテク社製)を使用することが可能である。
走査型プローブ顕微鏡「JSPM-5200」(日本電子社製)を使用した測定方法は以下のようになる。スキャン操作は、WinSPM Scanningを通じて行い、表
面形状のデータ解析画像を出力した。本発明の感光ドラムの表面層の表面における最大高低差Rzは、以下の「JSPM-5200」の観察条件で測定を実施した。
走査型プローブ顕微鏡「JSPM-5200」(日本電子社製)を使用した測定方法は以下のようになる。スキャン操作は、WinSPM Scanningを通じて行い、表
面形状のデータ解析画像を出力した。本発明の感光ドラムの表面層の表面における最大高低差Rzは、以下の「JSPM-5200」の観察条件で測定を実施した。
「JSPM-5200」の観察条件
Scanner:4
SPM Scan:All SPM Mode
カンチレバー:SI―DF3P2(株式会社日立ハイテクフィールディング製)
Resonance Frequency Detection:
(START)1.00 kHz
(Stop)100 kHz (f=67kHzの場合、カンチレバー種類による)
Cantilever Autotune:Normal approach
Aquisition :2 Inputs (512)
Scan Mode :Normal
STM/AFM:AC-AFM
Clock:833.33 μs
Scan Size:3000 nm
Offset:0
Bias [V]:0
Reference/V:変更しない(校正値入力済)
Filter:1.4 Hz
Loop Gain:16
Scanner:4
SPM Scan:All SPM Mode
カンチレバー:SI―DF3P2(株式会社日立ハイテクフィールディング製)
Resonance Frequency Detection:
(START)1.00 kHz
(Stop)100 kHz (f=67kHzの場合、カンチレバー種類による)
Cantilever Autotune:Normal approach
Aquisition :2 Inputs (512)
Scan Mode :Normal
STM/AFM:AC-AFM
Clock:833.33 μs
Scan Size:3000 nm
Offset:0
Bias [V]:0
Reference/V:変更しない(校正値入力済)
Filter:1.4 Hz
Loop Gain:16
表面形状の画像および画像に付属する表面高さデータをWinSPM Scannin
gを通じて解析して、フラットニング処理を施した画像について高さzの最大値Zmaxと最小値Zminの差を最大高低差Rzとして求めた。
gを通じて解析して、フラットニング処理を施した画像について高さzの最大値Zmaxと最小値Zminの差を最大高低差Rzとして求めた。
また、走査型プローブ顕微鏡「E-sweep」(日立ハイテク社製)を使用した測定方法は以下のようになる。スキャン操作を通じて行い、電子写真感光体の表面形状のデータ解析画像を出力することができる。
・「E-sweep」の観察条件
カンチレバー:SI-DF20(背面AL有)K-A102002771(株式会社日立ハイテクフィールディング製)
走査型プローブ顕微鏡:日立ハイテクサイエンス(株)製
測定ユニット:E-sweep
測定モード:DFM(共振モード)形状像
解像度:Xデータ数512、Yデータ数512
測定周波数:127Hz
カンチレバー:SI-DF20(背面AL有)K-A102002771(株式会社日立ハイテクフィールディング製)
走査型プローブ顕微鏡:日立ハイテクサイエンス(株)製
測定ユニット:E-sweep
測定モード:DFM(共振モード)形状像
解像度:Xデータ数512、Yデータ数512
測定周波数:127Hz
Qカーブ測定倍率、加振電圧、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタなどをカンチレバーの共振状態を最適にできるように調整する。
表面形状の画像および画像に付属する表面高さデータを付属のソフトウェアを用いて解析して、フラットニング処理を施した画像について、高さzの最大値Zmaxと最小値Zminの差を、JIS B0601:2001に基づいて最大高低差(最大高さ)Rzとして求めることができる。
表面形状の画像および画像に付属する表面高さデータを付属のソフトウェアを用いて解析して、フラットニング処理を施した画像について、高さzの最大値Zmaxと最小値Zminの差を、JIS B0601:2001に基づいて最大高低差(最大高さ)Rzとして求めることができる。
測定後にサンプルの測定位置をマーキングし、後述の<感光ドラムの表面層105の全体積に対する粒子の体積が占める割合、粒子の粒度分布、及び凸部CAの高さの算出>の測定を各サンプルに対して実施した。
<感光ドラムの表面層の全体積に対する粒子の体積が占める割合、粒子の粒度分布、及び凸部CAの高さの算出>
表面層105の全体積に対する粒子の体積が占める割合は、表面層用塗布液に使用される重合性官能基を有するモノマーと粒子の添加量、密度、真比重から算出した。重合性官能基を有するモノマーと粒子の比重は各材料の製造元における公表値を参考にできる。
電子写真感光体から求める場合には、例えば以下の方法がある。
実施例にて作成した電子写真感光体の断面観察をおこなった。なお、断面観察を行ったサンプルは、感光体を長手方向に4等分して、端部から1/4、1/2、3/4の長さの位置において、周方向には120°ずらして採取した。感光体からそれぞれ、5mm四方のサンプル片を切り出し、FIB-SEMのSlice&Viewで表面層105の2μm×2μm×2μmの3次元化を行った。
実施例にて作成した電子写真感光体の断面観察をおこなった。なお、断面観察を行ったサンプルは、感光体を長手方向に4等分して、端部から1/4、1/2、3/4の長さの位置において、周方向には120°ずらして採取した。感光体からそれぞれ、5mm四方のサンプル片を切り出し、FIB-SEMのSlice&Viewで表面層105の2μm×2μm×2μmの3次元化を行った。
Slice&Viewの条件は以下のようにした。
分析用試料加工:FIB法
加工及び観察装置:SII/Zeiss製NVision40
スライス間隔:10nm
分析用試料加工:FIB法
加工及び観察装置:SII/Zeiss製NVision40
スライス間隔:10nm
(観察条件)
加速電圧:1.0kV
試料傾斜:54°
WD:5mm
検出器:BSE検出器
アパーチャー:60μm、high current
ABC:ON
画像解像度:1.25nm/pixel
加速電圧:1.0kV
試料傾斜:54°
WD:5mm
検出器:BSE検出器
アパーチャー:60μm、high current
ABC:ON
画像解像度:1.25nm/pixel
また、測定環境は、温度:23℃、圧力:1×10-4Paである。なお、加工及び観察装置としては、FEI製のStrata400S(試料傾斜:52°)を用いることもできる。
解析領域は縦2μm×横2μmで行い、断面ごとの情報を積算し、表面層105の表面における縦2μm×横2μm×厚さ2μm(8μm3)当たりの体積Vを求める。また、断面ごとの画像解析は、画像処理ソフト:Media Cybernetics製、Image-Pro Plusを用いて行った。
FIB-SEMのSlice&Viewのコントラストの違いから、表面層105の全体積に占める、粒子の含有量を算出した。また、画像解析から得られた情報を基に、4つのサンプル片のそれぞれにおいて、2μm×2μm×2μmの体積(単位体積:8μm3)中の本発明の粒子の体積Vを求め、粒子の含有量[体積%](=Vμm3/8μm3×100)を算出した。各サンプル片における粒子の含有量の値の平均値を、表面層105の全体積に対する表面層中の本発明の各粒子の含有量[体積%]とした。粒子の組成は、SEM-EDX機能を用いて判別した。
横軸に表面層105の表面に含まれる粒子の粒径をとり、縦軸に各粒径における個数基準の頻度を取った粒度分布Aにおいて、複数のピークが存在するか確認する。
その粒子分布Aにおいて、ピークトップの頻度が最大となるピークを第一ピークとする。次に、ピークトップの頻度が第一ピークの次に大きいピークを第二ピークとする。さらに、第一ピークと第二ピークを比較して、ピークトップの粒径の値が大きい方のピークをピークPEAとした。
そして、前記粒度分布AにおけるピークPEAのピークトップの粒径をDAとする。表面層105に含有される全粒子のうち粒径がDA±20nmの範囲にある粒子を粒子PAAとする。粒子PAAに由来し、かつ、高さが10nm以上300nm以下の凸部を凸部CAとしたとき、凸部CAの高さLPを図5に示す。組成が違う粒子が存在する場合は、EDSによるマッピング画像で判別した。また、高さLPについては、平均値LPVを算出した。次に、前記粒度分布Aにおいて、ピークトップの頻度が最大となるピークを第一ピーク、ピークトップの頻度が第一のピークの次に頻度が第二となるピークを第二ピークとし、該第一ピークと該第二ピークを比較して、ピークトップの粒子径の値が小さい方のピークをピークPEBとする。ピークPEBのピークトップの粒子径DBを算出する。
<感光ドラムの表面層の表面における粒子の重心間距離の平均値と標準偏差の測定方法>
本実施例の感光ドラム21において、前記表面層105を上面視したとき、前記粒子PAAに由来する凸部CAの重心間距離の平均値と標準偏差の算出は、以下のようにしてできる。
本実施例の感光ドラム21において、前記表面層105を上面視したとき、前記粒子PAAに由来する凸部CAの重心間距離の平均値と標準偏差の算出は、以下のようにしてできる。
感光ドラム21の表面層105の表面について、走査型電子顕微鏡(SEM)(「S-4800」、日本電子株式会社製)を用いて加速電圧10kVで撮影した。本発明の感光ドラム21を長手方向に各端部から50mm、および及び中央部の三か所で、周方向に90度ずつ4か所の計12か所で、感光ドラム21の表面層105の30000倍の写真画像をスキャナーにより取り込んだ。画像処理解析装置(「LUZEX AP」、株式会社
ニレコ製)を用いて該写真画像の粒子PAAについて2値化処理する。
ニレコ製)を用いて該写真画像の粒子PAAについて2値化処理する。
粒子PAAの隣接重心間距離のモードで、図6に示すように隣接する粒子PAAの重心間距離201を測定し、重心間距離の平均値を算出する。このとき、粒子PAAの各重心からボロノイ分割によって、重心間距離は算出される。合計10視野に対して前記の重心間距離と標準偏差の算出を行い、得られた重心間距離の平均値と標準偏差を感光ドラム21の表面層105における粒子の重心間距離の平均値と標準偏差とする。
<感光ドラムの製造>
以下の方法で支持体、導電層、下引き層、電荷発生層、電荷輸送層、及び表面層を作製した。
以下の方法で支持体、導電層、下引き層、電荷発生層、電荷輸送層、及び表面層を作製した。
<導電層用塗布液1の調製>
基体として、平均一次粒径が200nmのアナターゼ型酸化チタンを使用し、チタンをTiO2換算で33.7部、ニオブをNb2O5換算で2.9部含有するチタンニオブ硫酸溶液を調製した。基体100部を純水に分散して1000部の懸濁液とし、60℃に加温した。チタンニオブ硫酸溶液と10mol/L水酸化ナトリウムとを懸濁液のpHが2~3になるよう3時間かけて滴下した。全量滴下後、pHを中性付近に調整し、ポリアクリルアミド系凝集剤を添加して固形分を沈降させた。上澄みを除去し、ろ過及び洗浄し、110℃で乾燥し、凝集剤由来の有機物をC換算で0.1wt%含有する中間体を得た。この中間体を窒素中750℃で1時間焼成を行った後、空気中450℃で焼成して、酸化チタン粒子を作製した。得られた粒子は前述の走査電子顕微鏡を用いた粒径測定方法において、平均一次粒径が、220nmであった。
基体として、平均一次粒径が200nmのアナターゼ型酸化チタンを使用し、チタンをTiO2換算で33.7部、ニオブをNb2O5換算で2.9部含有するチタンニオブ硫酸溶液を調製した。基体100部を純水に分散して1000部の懸濁液とし、60℃に加温した。チタンニオブ硫酸溶液と10mol/L水酸化ナトリウムとを懸濁液のpHが2~3になるよう3時間かけて滴下した。全量滴下後、pHを中性付近に調整し、ポリアクリルアミド系凝集剤を添加して固形分を沈降させた。上澄みを除去し、ろ過及び洗浄し、110℃で乾燥し、凝集剤由来の有機物をC換算で0.1wt%含有する中間体を得た。この中間体を窒素中750℃で1時間焼成を行った後、空気中450℃で焼成して、酸化チタン粒子を作製した。得られた粒子は前述の走査電子顕微鏡を用いた粒径測定方法において、平均一次粒径が、220nmであった。
続いて、結着材料としてのフェノール樹脂(フェノール樹脂のモノマー/オリゴマー)(商品名:プライオーフェンJ-325、DIC製、樹脂固形分:60%、硬化後の密度:1.3g/cm2)50部を、溶剤としての1-メトキシ-2-プロパノール35部に溶解させて溶液を得た。
この溶液に酸化チタン粒子1を60部加え、これを分散媒体として個数平均一次粒径1.0mmのガラスビーズ120部を用いた縦型サンドミルに入れ、分散液温度23±3℃、回転数1500rpm(周速5.5m/s)の条件で4時間分散処理を行い、分散液を得た。この分散液からメッシュでガラスビーズを取り除いた。ガラスビーズを取り除いた後の分散液に、レベリング剤としてシリコーンオイル(商品名:SH28 PAINT ADDITIVE、東レ・ダウコーニング製)0.01部、及び、表面粗さ付与材としてシリコーン樹脂粒子(商品名:KMP-590、信越化学工業製、平均一次粒径:2μm、密度:1.3g/cm3)8部を添加して攪拌し、PTFE濾紙(商品名:PF060、アドバンテック東洋製)を用いて加圧ろ過することによって、導電層用塗布液1を調製した。
<下引き層用塗布液1の調製>
ルチル型酸化チタン粒子(平均一次粒径:50nm、テイカ製)100部をトルエン500部と撹拌混合し、ビニルトリメトキシシラン(商品名:KBM-1003、信越化学製)3.5部を添加し、直径1.0mmのガラスビーズを用いて縦型サンドミルにて8時間分散処理した。ガラスビーズを取り除いた後、トルエンを減圧蒸留にて留去し、3時間120℃で乾燥させることによって、有機珪素化合物で表面処理済みのルチル型酸化チタン粒子を得た。得られた酸化チタン粒子の体積をa、該酸化チタン粒子の平均一次粒径をb[μm]としたとき、a/b=15.6であった。aの値は、電子写真感光体作製後、電子写真感光体の断面を電界放出形走査電子顕微鏡(FE-SEM、商品名:S-4800、日立ハイテクノロジーズ製)を用いた顕微鏡像から求めた。
ルチル型酸化チタン粒子(平均一次粒径:50nm、テイカ製)100部をトルエン500部と撹拌混合し、ビニルトリメトキシシラン(商品名:KBM-1003、信越化学製)3.5部を添加し、直径1.0mmのガラスビーズを用いて縦型サンドミルにて8時間分散処理した。ガラスビーズを取り除いた後、トルエンを減圧蒸留にて留去し、3時間120℃で乾燥させることによって、有機珪素化合物で表面処理済みのルチル型酸化チタン粒子を得た。得られた酸化チタン粒子の体積をa、該酸化チタン粒子の平均一次粒径をb[μm]としたとき、a/b=15.6であった。aの値は、電子写真感光体作製後、電子写真感光体の断面を電界放出形走査電子顕微鏡(FE-SEM、商品名:S-4800、日立ハイテクノロジーズ製)を用いた顕微鏡像から求めた。
前記有機珪素化合物で表面処理済みのルチル型酸化チタン粒子18.0部、N-メトキシメチル化ナイロン(商品名:トレジンEF-30T、ナガセケムテックス製)4.5部、共重合ナイロン樹脂(商品名:アミランCM8000、東レ製)1.5部を、メタノール90部と1-ブタノール60部の混合溶剤に加えて分散液を調製した。
この分散液を、直径1.0mmのガラスビーズを用いて縦型サンドミルにて5時間分散処理し、ガラスビーズを取り除くことにより、下引き層用塗布液1を調製した。
<フタロシアニン顔料の合成>
<合成例1>
窒素フローの雰囲気下、α-クロロナフタレン1000mLに、三塩化ガリウム100g及びオルトフタロニトリル291gを加え、温度200℃で24時間反応させた後、生
成物を濾過した。得られたウエットケーキをN,N-ジメチルホルムアミドを用いて温度150℃で30分間加熱撹拌した後、濾過した。得られた濾過物をメタノールで洗浄した後、乾燥させ、クロロガリウムフタロシアニン顔料を収率83%で得た。
<合成例1>
窒素フローの雰囲気下、α-クロロナフタレン1000mLに、三塩化ガリウム100g及びオルトフタロニトリル291gを加え、温度200℃で24時間反応させた後、生
成物を濾過した。得られたウエットケーキをN,N-ジメチルホルムアミドを用いて温度150℃で30分間加熱撹拌した後、濾過した。得られた濾過物をメタノールで洗浄した後、乾燥させ、クロロガリウムフタロシアニン顔料を収率83%で得た。
上記の方法で得られたクロロガリウムフタロシアニン顔料20gを、濃硫酸500mLに溶解させ、2時間攪拌した後、氷冷しておいた蒸留水1700mL及び濃アンモニア水660mLの混合溶液に滴下して、再析出させた。これを蒸留水で十分に洗浄し、乾燥して、ヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料を得た。
<電荷発生層用塗布液1の調製>
合成例1で得られたヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料0.5部、N,N-ジメチルホルムアミド(製品コード:D0722、東京化成工業製)7.5部、直径0.9mmのガラスビーズ29部を温度25℃下で24時間、サンドミル(BSG-20、アイメックス製)を用いてミリング処理した。この際、ディスクが1分間に1500回転する条件で行った。こうして処理した液をフィルター(品番:N-NO.125T、孔径:133μm、NBCメッシュテック製)で濾過してガラスビーズを取り除いた。この液にN,N-ジメチルホルムアミドを30部添加した後、濾過し、濾過器上の濾取物を酢酸n-ブチルで十分に洗浄した。そして、洗浄された濾取物を真空乾燥させて、ヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料を0.45部得た。得られた顔料はN,N-ジメチルホルムアミドを含有していた。
合成例1で得られたヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料0.5部、N,N-ジメチルホルムアミド(製品コード:D0722、東京化成工業製)7.5部、直径0.9mmのガラスビーズ29部を温度25℃下で24時間、サンドミル(BSG-20、アイメックス製)を用いてミリング処理した。この際、ディスクが1分間に1500回転する条件で行った。こうして処理した液をフィルター(品番:N-NO.125T、孔径:133μm、NBCメッシュテック製)で濾過してガラスビーズを取り除いた。この液にN,N-ジメチルホルムアミドを30部添加した後、濾過し、濾過器上の濾取物を酢酸n-ブチルで十分に洗浄した。そして、洗浄された濾取物を真空乾燥させて、ヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料を0.45部得た。得られた顔料はN,N-ジメチルホルムアミドを含有していた。
続いて、前記ミリング処理で得られたヒドロキシガリウムフタロシアニン顔料20部、ポリビニルブチラール(商品名:エスレックBX-1、積水化学工業製)10部、シクロヘキサノン190部、直径0.9mmのガラスビーズ482部を冷却水温度18℃下で4時間、サンドミル(K-800、五十嵐機械製造(現アイメックス)製、ディスク径70mm、ディスク枚数5枚)を用いて分散処理した。この際、ディスクが1分間に1800回転する条件で行った。この分散液からガラスビーズを取り除き、シクロヘキサノン444部及び酢酸エチル634部を加えることによって、電荷発生層用塗布液1を調製した。
<電荷輸送層用塗布液1の調製>
(電荷輸送層1の作製例)
次に、以下の材料を用意して、混合溶媒を作製した。
・オルトキシレン :25質量部
・安息香酸メチル :25質量部
・ジメトキシメタン :25質量部
(電荷輸送層1の作製例)
次に、以下の材料を用意して、混合溶媒を作製した。
・オルトキシレン :25質量部
・安息香酸メチル :25質量部
・ジメトキシメタン :25質量部
さらに、以下の材料を前記混合溶媒に溶解し、電荷輸送層用塗布液1を調製した。
・下記構造式(C-1)で示される電荷輸送物質(正孔輸送性物質) :5質量部
・下記構造式(C-2)で示される電荷輸送物質(正孔輸送性物質) :5質量部
・ポリカーボネート(商品名:ユーピロンZ400、三菱エンジニアリングプラスチックス(株)製) :10質量部
・下記構造式(C-1)で示される電荷輸送物質(正孔輸送性物質) :5質量部
・下記構造式(C-2)で示される電荷輸送物質(正孔輸送性物質) :5質量部
・ポリカーボネート(商品名:ユーピロンZ400、三菱エンジニアリングプラスチックス(株)製) :10質量部
<表面層用塗布液1の調製>
粒子A:シリカ粒子(「QSG-170」,信越化学工業株式会社製) :8.4質量部粒子B:シリカ粒子(「QSG-80」,信越化学工業株式会社製) :1.6質量部
重合性官能基を有するモノマー1(上記構造式(2-1)) :1.28質量部
重合性官能基を有するモノマー2(上記構造式(3-1)) :1.28質量部
シロキサン変性アクリル化合物(商品名:サイマックUS270、東亜合成(株)製) :0.1質量部
1-プロパノール :100.0質量部
シクロヘキサン :100.0質量部
を混合し、攪拌装置で6時間攪拌して、表面層用塗布液1を調製した。
粒子A:シリカ粒子(「QSG-170」,信越化学工業株式会社製) :8.4質量部粒子B:シリカ粒子(「QSG-80」,信越化学工業株式会社製) :1.6質量部
重合性官能基を有するモノマー1(上記構造式(2-1)) :1.28質量部
重合性官能基を有するモノマー2(上記構造式(3-1)) :1.28質量部
シロキサン変性アクリル化合物(商品名:サイマックUS270、東亜合成(株)製) :0.1質量部
1-プロパノール :100.0質量部
シクロヘキサン :100.0質量部
を混合し、攪拌装置で6時間攪拌して、表面層用塗布液1を調製した。
<感光ドラム1の作製例>
(支持体)
直径24mm、長さ257mmのアルミニウムシリンダーを支持体(円筒状支持体)とした。
(支持体)
直径24mm、長さ257mmのアルミニウムシリンダーを支持体(円筒状支持体)とした。
(導電層)
導電層用塗布液1を上述の支持体上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を150℃で30分間加熱し硬化させることにより、膜厚が22μmの導電層を形成した。
導電層用塗布液1を上述の支持体上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を150℃で30分間加熱し硬化させることにより、膜厚が22μmの導電層を形成した。
(下引き層)
下引き層用塗布液1を上述の導電層上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を100℃で10分間加熱し硬化させることにより、膜厚が1.8μmの下引き層を形成した。
下引き層用塗布液1を上述の導電層上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を100℃で10分間加熱し硬化させることにより、膜厚が1.8μmの下引き層を形成した。
(電荷発生層)
電荷発生層用塗布液1を上述の下引き層上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を温度100℃で10分間加熱乾燥することにより、膜厚が0.20μmの電荷発生層を形成した。
電荷発生層用塗布液1を上述の下引き層上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を温度100℃で10分間加熱乾燥することにより、膜厚が0.20μmの電荷発生層を形成した。
(電荷輸送層)
電荷輸送層用塗布液1を上述の電荷発生層上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を温度120℃で30分間加熱乾燥することにより、膜厚が21μmの電荷輸送層を形成した。
電荷輸送層用塗布液1を上述の電荷発生層上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を温度120℃で30分間加熱乾燥することにより、膜厚が21μmの電荷輸送層を形成した。
(表面層)
表面層用塗布液1を上述の電荷輸送層上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を温度50℃で5分間加温した。その後、窒素雰囲気下にて、加速電圧65kV、ビーム電流5.0mAの条件で支持体(被照射体)を300rpmの速度で回転させながら、2.0秒間電子線を塗膜に照射した。線量は15kGyであった。その後、窒素雰囲気下にて、塗膜の温度を120℃に昇温させた。電子線照射から、その後の加熱処理までの酸素濃度は10
ppmであった。
表面層用塗布液1を上述の電荷輸送層上に浸漬塗布して塗膜を形成し、塗膜を温度50℃で5分間加温した。その後、窒素雰囲気下にて、加速電圧65kV、ビーム電流5.0mAの条件で支持体(被照射体)を300rpmの速度で回転させながら、2.0秒間電子線を塗膜に照射した。線量は15kGyであった。その後、窒素雰囲気下にて、塗膜の温度を120℃に昇温させた。電子線照射から、その後の加熱処理までの酸素濃度は10
ppmであった。
次に、大気中において塗膜の温度が25℃になるまで自然冷却した後、塗膜の温度が120℃になる条件で30分間加熱処理を行い、膜厚1.0μmの表面層を形成した。得られた感光ドラムの物性を表3に示す。
<感光ドラム2~7の作製例>
感光ドラム1の作製において、表面層用塗布液1を表2の条件の通りに変更したこと以外は感光ドラム1の作製と同様にして、感光ドラム2~7を作製した。得られた感光ドラム1~7の物性を表3に示す。
感光ドラム1の作製において、表面層用塗布液1を表2の条件の通りに変更したこと以外は感光ドラム1の作製と同様にして、感光ドラム2~7を作製した。得られた感光ドラム1~7の物性を表3に示す。
<感光ドラム8の作製例>
感光ドラム1の作製において、(電荷輸送層)の形成までは同様に作製し、表面用塗布液を塗布せずに最表層が電荷輸送層である感光ドラム8を作製した。得られた感光ドラム8の物性を表3に示す。
感光ドラム1の作製において、(電荷輸送層)の形成までは同様に作製し、表面用塗布液を塗布せずに最表層が電荷輸送層である感光ドラム8を作製した。得られた感光ドラム8の物性を表3に示す。
3.トナー
本実施例のトナーは、トナー母粒子の表面に複数の凸部を有することを特徴とする。現像部における転動促進効果を安定して発生させるためには表面に凸形状が均一に存在することが好ましい。均質な形状を備えた表層を形成する方法としては以下に示す有機ケイ素重合体を含むトナーとして作製することが好適である。
本実施例のトナーは、トナー母粒子の表面に複数の凸部を有することを特徴とする。現像部における転動促進効果を安定して発生させるためには表面に凸形状が均一に存在することが好ましい。均質な形状を備えた表層を形成する方法としては以下に示す有機ケイ素重合体を含むトナーとして作製することが好適である。
該トナーはトナー母粒子および表面に凸部を備えるトナー粒子を含有し、
走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察によって、
トナー母粒子の表面の周に沿った線を描き、該周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
前記トナー母粒子の周が形成する線上で前記凸部が存在する部分における該周に沿った線の長さを凸幅Wとし、
前記凸幅Wの法線方向において前記凸部の最大長をDとし、前記Dを形成する線分における該凸部の頂点から該周に沿った線までの長さをHとし、
該Dと該Hが同じであって該Hが20nm以上である該凸部と凸部Yとしたとき、
該凸部Yにおける凸幅Wの個数基準平均が40nm以上200nm以下であり、
走査透過型電子顕微鏡STEMによる前記トナー粒子の断面観察において、前記水平画像
の幅を周囲長Lとし、前記凸部Yの前記Wの合計をΣWとしたとき、ΣW/Lが0.5以上であり、
かつ、表面凸部Yの凸幅Wの個数平均値が、前述した感光ドラム表面凸部CAの平均重心間距離よりも小さいことが必要である。
走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察によって、
トナー母粒子の表面の周に沿った線を描き、該周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
前記トナー母粒子の周が形成する線上で前記凸部が存在する部分における該周に沿った線の長さを凸幅Wとし、
前記凸幅Wの法線方向において前記凸部の最大長をDとし、前記Dを形成する線分における該凸部の頂点から該周に沿った線までの長さをHとし、
該Dと該Hが同じであって該Hが20nm以上である該凸部と凸部Yとしたとき、
該凸部Yにおける凸幅Wの個数基準平均が40nm以上200nm以下であり、
走査透過型電子顕微鏡STEMによる前記トナー粒子の断面観察において、前記水平画像
の幅を周囲長Lとし、前記凸部Yの前記Wの合計をΣWとしたとき、ΣW/Lが0.5以上であり、
かつ、表面凸部Yの凸幅Wの個数平均値が、前述した感光ドラム表面凸部CAの平均重心間距離よりも小さいことが必要である。
図7から図9にSTEMによるトナー粒子の断面観察の模式図と該凸部の凸幅W、凸高さHの模式図を示す。図7は、トナー母粒子表面に凸部を備えたトナー粒子のSTEM画像を模式的に示している。
図8は、得られたトナー粒子のSTEM画像をトナー母粒子301の周に沿って折れ線で結び、該折れ線を直線に引き延ばしたときの、凸部の幅Wと、Wの法線方向の凸部の最大長さD(凸最大長D)と、母粒子から飛び出た凸部の頂点部から、母粒子の周に基づく直線までの長さである凸高さHと、を模式的に示したものである。図8において凸部として高さが20nm以上の凸部Yを例に示しているが、高さ20nm以下の凸に対しても同様にD、H,Wを定めることができる。
本実施例に示す有機ケイ素重合体に由来する表面凸部では、図8(a)に示すように最大長さDと高さHが一致している。図8(b)に示すのはトナー母粒子に対して外添剤などの粒子を後工程で付着させ、粒子の一部がトナー母粒子に埋め込まれた状態を示している。さらに、図8(c)においてはトナー母粒子表面の凸部が中空である場合を示している。この場合には、トナー母粒子の周と中空である凸の断面観察における両側の幅W1とW2の和をWとしている。
また、図9において、断面観察像において全凸部のうち凸高さHが20nm以上の凸部を凸部Yとして扱う様子を模式的に示している。なお、図9において、本実施例におけるトナー粒子の凸部はトナー全体の輪郭に対してもっと小さいが、図示しやすいように模式的に示している。
上記のような表面に凸形状を備えたトナーが表面に凸部を備える感光ドラムと組み合わされることによりカブリ抑制効果を示す要因について、本発明者は以下の様に考えている。
トナー母粒子表面において20nm以上の高さを有する凸部の幅Wの個数基準平均が感光ドラムの表面凸CA部における平均重心間距離よりも小さければ、感光ドラムの表面凸部CA間にトナーの凸部が入り込みやすい。この時トナー凸部を感光ドラムの表面凸部CAが現像ローラの表面の移動方向とは逆方向に押すことで、トナーは、現像ローラとの接触点を転動の支点として転動する力を受ける。
このとき、図10に示すように、ΣW/Lが0.50以上であれば、トナー母粒子表面の隣り合う凸部の間に形成される凹部は、現像部において隣接するトナーの凸部Yの幅Wよりも平均的に狭い。これにより、隣り合うトナー間で凸同士がはまりにくく、感光ドラムの凸部で生じた転動力を阻害せずにトナーへの電荷付与が有効に生じると考えられる。
また、ΣW/Lが0.50以上の条件において、トナー母粒子の表面凸部Yの幅Wの個数平均が40nmより小さいと、トナー母粒子表面には小さな凸が密集して存在することになる。このとき、トナーと感光ドラム21はトナー凸の頂点付近で接することになり、十分に転動促進効果を得ることができない。また凸部Yの幅Wの個数平均が200nmよりも大きいと、トナー母粒子表面凸部Yの曲率が大きくなり感光ドラム21表面の凸部CAと接触した時の転動力FHが十分に大きくならない。
また本実施例で示すような、有機ケイ素重合体によって形成された凸は半球状に近いため、トナー同士の噛み合いが発生しにくく、好適である。
また、該トナーのSTEMによる断面観察によって、上述の方法で凸部Yを定め、その凸幅Wと凸高さHを定めたとき、
該凸高さHの個数平均が120nm以下であり、
該凸幅Wと該凸最大長さDの比D/Wが、0.33以上0.60以下となる該凸部の個数割合P(D/W)が70個数%以上であることが好ましい。
該凸高さHの個数平均が120nm以下であり、
該凸幅Wと該凸最大長さDの比D/Wが、0.33以上0.60以下となる該凸部の個数割合P(D/W)が70個数%以上であることが好ましい。
このような範囲の凸部を備えたトナーと感光ドラム21の組み合わせにおいてカブリが抑制できている理由については以下の様に考えている。
トナー母粒子表面凸部Yの高さは20nm以上である。20nmより小さな凸部は感光ドラム表面との間で十分な転動力を得られない。また、凸部Yの高さHの個数平均値が120nmを超えると耐久使用に伴い凸部Yが脱落しやすくなり、ΣW/Lが小さくなるため、耐久を通じた転動促進ができない場合がある。
また凸の最大長さDと凸高さが等しいとしているので、D/Wは凸部Yのトナー母粒子からの高さと凸幅Wの比となる。表面凸Yの高さと幅の比D/Wが0.33より小さいと、凸部Yの傾斜が全体的に小さく、感光ドラム21の凸部CAと接触した時に十分な転動力が発生しにくい。また、D/Wが0.60より大きいと、感光ドラム21表面凸との接触により凸部に作用する転動力は大きくなるが、繰り返しの接触によってトナー表面凸部が脱落しやすくなる。これによりΣW/Lが小さくなり、耐久を通じた転動促進ができない場合がある。このようなことから、高さ20nm以上の凸部Yにおいて、D/Wが0.33以上0.60以下となる個数割合P(D/W)が70個数%以上であれば、耐久を通じてカブリ抑制効果を維持できることが分かった。
また、本発明によるトナーの転動促進効果とカブリ抑制を長期にわたって維持するためには、トナー母粒子表面凸形状も耐久使用を通じて変化しにくいことが必要である。
本実施例で示す有機ケイ素重合体をトナー母粒子表面に備えたトナーの場合、該トナーの有機ケイ素重合体の固着率が80質量%以上であることが好ましい。固着率が80質量%以上であれば、表面形状が耐久を通じて維持できるため、カブリ抑制効果が耐久を通じてより持続させることができる。より好ましくは90質量%以上であり、さらに好ましくは95質量%以上である。上記範囲であればトナー表面形状が耐久を通じて変化しにくく、安定した転動促進効果によりカブリを抑制できる。
トナー母粒子の表面層に凸部を形成する方法としては、トナー母粒子に外添するなどで実現することもできるが、この場合には外添剤の脱離や埋め込みを抑制することが必要である。また、外添する粒子としては感光ドラム表面凸と接して短期で摩耗や変形で形状が変化しないことが必要である。
さらに、該トナーの円形度は0.95以上であることが好ましい。円形度が0.95以上であれば、現像部において感光ドラム21から転動力を受けたときに実際に転動が発生しやすい。
また、トナー母粒子表面層に存在する凸部はトナー母粒子の前面にわたって均一に存在することが好ましい。トナー母粒子表面に均一に凸部が存在すれば、トナー母粒子表面のどの部分が感光ドラム21表面の凸部と接触しても転動促進効果が安定して発揮でき好ましい。
上記特定の凸形状をトナー母粒子表面に形成する好ましい手法として、水系媒体にトナー母粒子を分散しトナー母粒子分散液を得たところへ、有機ケイ素化合物を添加し凸形状を形成させトナー粒子分散液を得ることが好ましい。トナー母粒子分散液は固形分濃度を25質量%以上50質量%以下に調整することが好ましい。そして、トナー母粒子分散液の温度は35℃以上に調整しておくことが好ましい。また、該トナー母粒子分散液のpHは有機ケイ素化合物の縮合が進みにくいpHに調整することが好ましい。有機ケイ素重合体の縮合が進みにくいpHは物質によって異なるため、最も反応が進みにくいpHを中心として、±0.5以内が好ましい。
有機ケイ素重合体は、下記式(1)で表される。
R-SiO3/2 (1)
(Rは炭素数1以上6以下のアルキル基、またはフェニル基である。)
R-SiO3/2 (1)
(Rは炭素数1以上6以下のアルキル基、またはフェニル基である。)
有機ケイ素重合体の上記式(1)で示される部分構造は、Si原子の4個の原子価について、1個はRで示される有機基と、残り3個はO原子と結合している。O原子は、原子価2個がいずれもSiと結合している状態、つまり、シロキサン結合(Si-O-Si)を構成する。有機ケイ素重合体としてのSi原子とO原子を考えると、Si原子2個でO原子3個を有することになるため、-SiO3/2と表現される。
本発明における有機ケイ素重合体を作製するための有機ケイ素化合物として、具体的に以下が挙げられる。例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリクロロシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリクロロシラン、エチルトリアセトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、プロピルトリクロロシラン、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ブチルトリクロロシラン、ブチルメトキシジクロロシラン、ブチルエトキシジクロロシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等が挙げられる。有機ケイ素化合物は単独で用いても、或いは2種類以上を複合して用いてもよい。
また、有機ケイ素化合物は加水分解処理を行ったものを用いることが好ましい。例えば、有機ケイ素化合物の前処理として別容器で加水分解しておく。加水分解の仕込み濃度は有機ケイ素化合物の量を100質量部とした場合、イオン交換水やRO水などイオン分を除去した水40質量部以上500質量部以下が好ましく、より好ましくは水100質量部以上400質量部以下である。加水分解の条件としては、好ましくはpHが2以上7以下、温度が15℃以上80℃以下、時間が30分以上600分以下である。
得られた加水分解液とトナー粒子分散液とを混合して、縮合に適したpH(好ましくは6以上11以下、又は1以上3以下、より好ましくは8以上11以下)に調整する。加水分解液の量はトナー母粒子100質量部に対して有機ケイ素化合物が5.0質量部以上30.0質量部以下に調整することで、凸形状を形成しやすくする。凸形状の形成と縮合の温度と時間は、35℃以上で60分以上保持して行うことが好ましい。
また、トナー母粒子の表面の凸形状を制御するにあたって、pHを2段階に分けて調整することが好ましい。pHを調整する前の保持時間および、二段階目にpH調整する前の保持時間を適宜調整し有機ケイ素化合物を縮合することで、トナー母粒子表面における凸形状を制御できる。また、有機化合物の縮合温度を35℃以上80℃以下の範囲で調整することによっても凸形状が制御できる。
以下、本実施例におけるトナーの具体的製造方法について説明するが、これらに限定さ
れるわけではない。
れるわけではない。
本発明のトナーは、トナー母粒子を水系媒体中で製造しトナー母粒子表面に有機ケイ素重合体を含む凸部を形成することが好ましい。
トナー粒子の製造方法として、上述した製造方法の中でも、懸濁重合法・溶解懸濁法・乳化凝集法が好ましく、中でも懸濁重合法が好ましい。懸濁重合法では有機ケイ素重合体がトナー母粒子の表面に均一に析出し易く、有機ケイ素重合体とトナー母粒子の表面との接着性に優れ、環境安定性、帯電量反転成分抑制効果、及びそれらの耐久持続性が良好になる。以下、懸濁重合法についてさらに説明する。
上記重合性単量体組成物には、必要に応じて離型剤、その他の樹脂を添加してもよい。また、重合工程終了後は、生成した粒子を洗浄、濾過により回収し、乾燥してトナー粒子を得る。なお、上記重合工程の後半に昇温しても良い。更に未反応の重合性単量体又は副生成物を除去する為に、重合工程後半又は重合工程終了後に一部分散媒体を反応系から留去することも可能である。
上記離型剤としては、以下のものが挙げられる。パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ペトロラタムの如き石油系ワックス及びその誘導体、モンタンワックス及びその誘導体、フィッシャートロプシュ法による炭化水素ワックス及びその誘導体、ポリエチレン、ポリプロピレンの如きポリオレフィンワックス及びその誘導体、カルナバワックス、キャンデリラワックスの如き天然ワックス及びその誘導体、高級脂肪族アルコール、ステアリン酸、パルミチン酸の如き脂肪酸、あるいはその化合物、酸アミドワックス、エステルワックス、ケトン、硬化ヒマシ油及びその誘導体、植物系ワックス、動物性ワックス、シリコ-ン樹脂。なお、誘導体には酸化物や、ビニル系モノマーとのブロック共重合物、グラフト変性物を含む。単独或いは混合して使用できる。
上記その他の樹脂として、本発明の効果に影響を与えない範囲で、以下の樹脂を用いることができる。ポリスチレン、ポリビニルトルエンの如きスチレン及びその置換体の単重合体;スチレン-プロピレン共重合体、スチレン-ビニルトルエン共重合体、スチレン-ビニルナフタリン共重合体、スチレン-アクリル酸メチル共重合体、スチレン-アクリル酸エチル共重合体、スチレン-アクリル酸ブチル共重合体、スチレン-アクリル酸オクチル共重合体、スチレン-アクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン-メタクリル酸メチル共重合体、スチレン-メタクリル酸エチル共重合体、スチレン-メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン-メタクリ酸ジメチルアミノエチル共重合体、スチレン-ビニルメチルエーテル共重合体、スチレン-ビニルエチルエーテル共重合体、スチレン-ビニルメチルケトン共重合体、スチレン-ブタジエン共重合体、スチレン-イソプレン共重合体、スチレン-マレイン酸共重合体、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、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアクリル樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族または脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂。単独或いは混合して使用できる。
上記懸濁重合法における重合性単量体として、以下に示すビニル系重合性単量体が好適に例示できる。スチレン;α-メチルスチレン、β-メチルスチレン、o-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メチルスチレン、2,4-ジメチルスチレン、p-n-ブチルスチレン、p-tert-ブチルスチレン、p-n-ヘキシルスチレン、p-n-オクチル、p-n-ノニルスチレン、p-n-デシルスチレン、p-n-ドデシルスチレン、p-メトキシスチレン、p-フェニルスチレンの如きスチレン誘導体;メチルアクリレ
ート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、iso-プロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、iso-ブチルアクリレート、tert-ブチルアクリレート、n-アミルアクリレート、n-ヘキシルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、n-オクチルアクリレート、n-ノニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、ジメチルフォスフェートエチルアクリレート、ジエチルフォスフェートエチルアクリレート、ジブチルフォスフェートエチルアクリレート、2-ベンゾイルオキシエチルアクリレートの如きアクリル系重合性単量体;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、iso-プロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、iso-ブチルメタクリレート、tert-ブチルメタクリレート、n-アミルメタクリレート、n-ヘキシルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、n-オクチルメタクリレート、n-ノニルメタクリレート、ジエチルフォスフェートエチルメタクリレート、ジブチルフォスフェートエチルメタクリレートの如きメタクリル系重合性単量体;メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル、蟻酸ビニルの如きビニルエステル;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルの如きビニルエーテル;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロピルケトン。
ート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、iso-プロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、iso-ブチルアクリレート、tert-ブチルアクリレート、n-アミルアクリレート、n-ヘキシルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、n-オクチルアクリレート、n-ノニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、ジメチルフォスフェートエチルアクリレート、ジエチルフォスフェートエチルアクリレート、ジブチルフォスフェートエチルアクリレート、2-ベンゾイルオキシエチルアクリレートの如きアクリル系重合性単量体;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、iso-プロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、iso-ブチルメタクリレート、tert-ブチルメタクリレート、n-アミルメタクリレート、n-ヘキシルメタクリレート、2-エチルヘキシルメタクリレート、n-オクチルメタクリレート、n-ノニルメタクリレート、ジエチルフォスフェートエチルメタクリレート、ジブチルフォスフェートエチルメタクリレートの如きメタクリル系重合性単量体;メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル、蟻酸ビニルの如きビニルエステル;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルの如きビニルエーテル;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロピルケトン。
これらのビニル重合体の中でも、スチレン重合体、スチレン-アクリル共重合体またはスチレン-メタクリル共重合体が好ましい。
また、重合性単量体の重合に際して、重合開始剤を添加してもよい。重合開始剤としては、以下のものが挙げられる。2,2’-アゾビス-(2,4-ジバレロニトリル)、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル、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、アゾビスイソブチロニトリルの如きアゾ系、又はジアゾ系重合開始剤;ベンゾイルペルオキシド、メチルエチルケトンペルオキシド、ジイソプロピルオキシカーボネート、クメンヒドロペルオキシド、2,4-ジクロロベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシドの如き過酸化物系重合開始剤。これらの重合開始剤は、重合性単量体に対して0.5質量%以上30.0質量%以下の添加が好ましく、単独でも又は併用してもよい。
また、トナー母粒子を構成する結着樹脂の分子量をコントロールする為に、重合性単量体の重合に際して、連鎖移動剤を添加してもよい。好ましい添加量としては、重合性単量体の0.001質量%以上15.000質量%以下である。
一方、トナー母粒子を構成する結着樹脂の分子量をコントロールする為に、重合性単量体の重合に際して、架橋剤を添加してもよい。架橋性単量体としては、以下のものが挙げられる。ジビニルベンゼン、ビス(4-アクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、エチレングリコールジアクリレート、1,3-ブチレングリコールジアクリレート、1,4-ブタンジオールジアクリレート、1,5-ペンタンジオールジアクリレート、1,6-ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール#200、#400、#600の各ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリエステル型ジアクリレート(MANDA 日本化薬)、及び以上のア
クリレートをメタクリレートに変えたもの。
クリレートをメタクリレートに変えたもの。
多官能の架橋性単量体としては以下のものが挙げられる。ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、オリゴエステルアクリレート及
びそのメタクリレート、2,2-ビス(4-メタクリロキシ・ポリエトキシフェニル)プロパン、ジアクリルフタレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルトリメリテート、ジアリールクロレンデート。好ましい添加量としては、重合性単量体に対して0.001質量%以上15.000質量%以下である。
びそのメタクリレート、2,2-ビス(4-メタクリロキシ・ポリエトキシフェニル)プロパン、ジアクリルフタレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルトリメリテート、ジアリールクロレンデート。好ましい添加量としては、重合性単量体に対して0.001質量%以上15.000質量%以下である。
上記懸濁重合の際に用いられる媒体が水系媒体の場合には、重合性単量体組成物の粒子の分散安定剤として以下のものを使用することができる。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。また、有機系の分散剤としては、以下のものが挙げられる。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、デンプン。
また、市販のノニオン、アニオン、カチオン型の界面活性剤の利用も可能である。このような界面活性剤としては、以下のものが挙げられる。ドデシル硫酸ナトリウム、テトラデシル硫酸ナトリウム、ペンタデシル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリル酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム。
本発明のトナーに用いられる着色剤としては、特に限定されず公知のものを使用することが出来る。
なお、着色剤の含有量は、結着樹脂又は重合性単量体100質量部に対して3.0質量部以上15.0質量部以下であることが好ましい。
本発明のトナーには、トナー粒子製造時に荷電制御剤を用いることができ、公知のものが使用できる。これらの荷電制御剤の添加量としては、結着樹脂又は重合性単量体100質量部に対して、0.01質量部以上10.00質量部以下であることが好ましい。
本発明のトナーは、必要に応じて、トナー粒子に各種有機又は無機微粉体を外添しても良い。該有機又は無機微粉体は、トナー粒子に添加した時の耐久性から、トナー粒子の重量平均粒径の1/10以下の粒径であることが好ましい。
有機又は無機微粉体としては、例えば、以下のようなものが用いられる。
(1)流動性付与剤:シリカ、アルミナ、酸化チタン、カーボンブラック及びフッ化カーボン。
(2)研磨剤:金属酸化物(例えばチタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化クロム)、窒化物(例えば窒化ケイ素)、炭化物(例えば炭化ケイ素)、金属塩(例えば硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム)。
(3)滑剤:フッ素系樹脂粉末(例えばフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン)、脂肪酸金属塩(例えばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム)。
(4)荷電制御性粒子:金属酸化物(例えば酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、シリカ、アルミナ)、カーボンブラック。
(1)流動性付与剤:シリカ、アルミナ、酸化チタン、カーボンブラック及びフッ化カーボン。
(2)研磨剤:金属酸化物(例えばチタン酸ストロンチウム、酸化セリウム、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化クロム)、窒化物(例えば窒化ケイ素)、炭化物(例えば炭化ケイ素)、金属塩(例えば硫酸カルシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウム)。
(3)滑剤:フッ素系樹脂粉末(例えばフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン)、脂肪酸金属塩(例えばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム)。
(4)荷電制御性粒子:金属酸化物(例えば酸化錫、酸化チタン、酸化亜鉛、シリカ、アルミナ)、カーボンブラック。
有機又は無機微粉体は、トナーの流動性の改良及びトナー粒子の帯電均一化のためにトナー粒子の表面を処理することもできる。有機又は無機微粉体の疎水化処理の処理剤としては、未変性のシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、未変性のシリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シラン化合物、シランカップリング剤、その他有機ケイ素化合物、有機チタン化合物が挙げられる。これらの処理剤は単独であるいは併用して用いられても良い。
以下、本実施例のトナーに関係する各種測定方法を述べる。
以下、本実施例のトナーに関係する各種測定方法を述べる。
<走査型電子顕微鏡(SEM)における凸部の平均粒径の算出方法>
SEM観察の方法は、以下の通りである。日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡S-4800((株)日立ハイテクノロジーズ)にて撮影される画像を用いて行った。S-4800の画像撮影条件は以下の通りである。
SEM観察の方法は、以下の通りである。日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡S-4800((株)日立ハイテクノロジーズ)にて撮影される画像を用いて行った。S-4800の画像撮影条件は以下の通りである。
(1)試料作製
試料台(アルミニウム試料台15mm×6mm)に導電性ペースト(TED PELL
A,Inc、 Product No. 16053, PELCO Colloidal Graphite,Isopropanol base)を薄く塗り、その上にトナーを吹
き付ける。さらにエアブローして、余分な該微粒子を試料台から除去した後、15mAで15秒間白金蒸着する。試料台を試料ホルダにセットし、試料高さゲージにより試料台高さを30mmに調節する。
試料台(アルミニウム試料台15mm×6mm)に導電性ペースト(TED PELL
A,Inc、 Product No. 16053, PELCO Colloidal Graphite,Isopropanol base)を薄く塗り、その上にトナーを吹
き付ける。さらにエアブローして、余分な該微粒子を試料台から除去した後、15mAで15秒間白金蒸着する。試料台を試料ホルダにセットし、試料高さゲージにより試料台高さを30mmに調節する。
(2)S-4800観察条件設定
S-4800の筺体に取り付けられているアンチコンタミネーショントラップに液体窒素を溢れるまで注入し、30分間置く。S-4800の「PC-SEM」を起動し、フラッシング(電子源であるFEチップの清浄化)を行う。画面上のコントロールパネルの加速電圧表示部分をクリックし、[フラッシング]ボタンを押し、フラッシング実行ダイアログを開く。フラッシング強度が2であることを確認し、実行する。フラッシングによるエミッション電流が20~40μAであることを確認する。試料ホルダをS-4800筺体の試料室に挿入する。コントロールパネル上の[原点]を押し試料ホルダを観察位置に移動させる。
S-4800の筺体に取り付けられているアンチコンタミネーショントラップに液体窒素を溢れるまで注入し、30分間置く。S-4800の「PC-SEM」を起動し、フラッシング(電子源であるFEチップの清浄化)を行う。画面上のコントロールパネルの加速電圧表示部分をクリックし、[フラッシング]ボタンを押し、フラッシング実行ダイアログを開く。フラッシング強度が2であることを確認し、実行する。フラッシングによるエミッション電流が20~40μAであることを確認する。試料ホルダをS-4800筺体の試料室に挿入する。コントロールパネル上の[原点]を押し試料ホルダを観察位置に移動させる。
加速電圧表示部をクリックしてHV設定ダイアログを開き、加速電圧を[2.0kV]、エミッション電流を[10μA]に設定する。オペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、信号選択を[SE]に設置し、SE検出器を[下(L)]を選択し、反射電子像を観察するモードにする。同じくオペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、電子光学系条件ブロックのプローブ電流を[Normal]に、焦点モードを[UHR]に、WDを[8.0mm]に設定する。コントロールパネルの加速電圧表示部の[ON]ボタンを押し、加速電圧を印加する。
(3)焦点調整
コントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を5000(5k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。
コントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を5000(5k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。
次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。この操作を更に2度繰り返し、ピントを合わせる。観察粒子の最大径の中点を測定画面の中央に合わせた状態でコントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を10000(10k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中
心に移動させる。
心に移動させる。
次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。その後、倍率を50000(50k)倍に設定し、上記と同様にフォーカスつまみ、STIGMA/ALIGNMENTつまみを使用して焦点調整を行い、再度オートフォーカスでピントを合わせる。この操作を再度繰り返し、ピントを合わせる。
(4)画像保存
ABCモードで明るさ合わせを行い、サイズ640×480ピクセルで写真撮影して保存する。
ABCモードで明るさ合わせを行い、サイズ640×480ピクセルで写真撮影して保存する。
得られたSEMの観察結果から、トナー表面に存在する、20nm以上の該凸部500箇所の個数平均径(D1)の計算を画像処理ソフト(イメージJ)により行った。測定方法は以下の通りである。
・有機ケイ素重合体の凸部の個数平均粒径の測定
粒子解析により、画像中の凸部とトナー粒子を二値化により、色分けする。次に、計測コマンドの中から、選択された形状の最大長さを選択し、凸部1箇所の凸径を計測する。この操作を複数行い、500箇所の平均値を求めることで、凸部の個数平均粒径を算出する。
粒子解析により、画像中の凸部とトナー粒子を二値化により、色分けする。次に、計測コマンドの中から、選択された形状の最大長さを選択し、凸部1箇所の凸径を計測する。この操作を複数行い、500箇所の平均値を求めることで、凸部の個数平均粒径を算出する。
<走査透過型電子顕微鏡(STEM)におけるトナーの断面の観察方法>
走査透過型電子顕微鏡(STEM)で観察されるトナーの断面は以下のようにして作製する。
走査透過型電子顕微鏡(STEM)で観察されるトナーの断面は以下のようにして作製する。
以下、トナーの断面の作製手順を説明する。
まず、カバーガラス(松波硝子社、角カバーグラス;正方形No.1)上にトナーを一層となるように散布し、オスミウム・プラズマコーター(filgen社、OPC80T)を用いて、保護膜としてトナーにOs膜(5nm)及びナフタレン膜(20nm)を施す。
まず、カバーガラス(松波硝子社、角カバーグラス;正方形No.1)上にトナーを一層となるように散布し、オスミウム・プラズマコーター(filgen社、OPC80T)を用いて、保護膜としてトナーにOs膜(5nm)及びナフタレン膜(20nm)を施す。
次に、PTFE製のチューブ(Φ1.5mm×Φ3mm×3mm)に光硬化性樹脂D800(日本電子社)を充填し、チューブの上に前記カバーガラスをトナーが光硬化性樹脂D800に接するような向きで静かに置く。この状態で光を照射して樹脂を硬化させた後、カバーガラスとチューブを取り除くことで、最表面にトナーが包埋された円柱型の樹脂を形成する。
超音波ウルトラミクロトーム(Leica社、UC7)により、切削速度0.6mm/sで、円柱型の樹脂の最表面からトナーの半径(例えば、重量平均粒径(D4)が8.0μmの場合は4.0μm)の長さだけ切削して、トナー中心部の断面を出す。
次に、膜厚100nmとなるように切削し、トナーの断面の薄片サンプルを作製する。このような手法で切削することで、トナー中心部の断面を得ることができる。
STEMのプローブサイズは1nm、画像サイズ1024×1024pixelにて画像を取得した。また、明視野像のDetector ControlパネルのContr
astを1425、Brightnessを3750、Image Controlパネ
ルのContrastを0.0、Brightnessを0.5、Gammmaを1.0
0に調整して、画像を取得した。 画像倍率は100,000倍にて行い、図7のように
トナー1粒子中の断面のうち周が4分の1から2分の1程度収まるように画像取得を行った。
astを1425、Brightnessを3750、Image Controlパネ
ルのContrastを0.0、Brightnessを0.5、Gammmaを1.0
0に調整して、画像を取得した。 画像倍率は100,000倍にて行い、図7のように
トナー1粒子中の断面のうち周が4分の1から2分の1程度収まるように画像取得を行った。
得られた画像について、画像処理ソフト(イメージJ(https://imagej.nih.gov/ij/より入手可能))を用いて画像解析を行い、有機ケイ素重合体を含む凸部を計測する。画像解析はSTEM画像30枚について行う。
まず、ライン描画ツール(StraghtタブのSegmented lineを選択
)にてトナー母粒子の周に沿った線を描く。有機ケイ素重合体の凸部がトナー母粒子に埋没しているような部分は、その埋没はないものとして滑らかに線をつなぐ。
)にてトナー母粒子の周に沿った線を描く。有機ケイ素重合体の凸部がトナー母粒子に埋没しているような部分は、その埋没はないものとして滑らかに線をつなぐ。
その線を基準に水平画像へ変換(EditタブのSelection選択し、propertiesにてline widthを500pixelに変更後、EditタブのS
electionを選択しStraghtener行う)を行う。該水平画像について、有機ケイ素重合体を含む凸部一箇所ずつ、前述した方法により凸幅W、凸径D及び凸高さHを計測する。STEM画像30枚測定した結果から、P(D/W)を算出する。また、画像解析に用いた水平画像に存在する凸高さHが20nm以上となる凸部の凸幅Wの合計値をΣWとし、画像解析に用いた水平画像の幅を周囲長Lとする。当該水平画像の幅が、STEM画像中のトナー母粒子表面の長さに相当する。一枚の画像からΣw/Lを算出し、STEM画像30枚の相加平均値を採用する。
electionを選択しStraghtener行う)を行う。該水平画像について、有機ケイ素重合体を含む凸部一箇所ずつ、前述した方法により凸幅W、凸径D及び凸高さHを計測する。STEM画像30枚測定した結果から、P(D/W)を算出する。また、画像解析に用いた水平画像に存在する凸高さHが20nm以上となる凸部の凸幅Wの合計値をΣWとし、画像解析に用いた水平画像の幅を周囲長Lとする。当該水平画像の幅が、STEM画像中のトナー母粒子表面の長さに相当する。一枚の画像からΣw/Lを算出し、STEM画像30枚の相加平均値を採用する。
詳細な凸部の計測に関しては、前述の説明や図7~9のとおりである。計測はImage Jにて、画像上のスケールをStraightタブのStraight Lineで重ね、AnalyzeタブのSet Scaleにて、画像上のスケールの長さを設定した
のち行う。凸幅Wまたは凸高さHに相当する線分をStraightタブのStraight Lineで描き、AnalyzeタブのMeasureにて計測ができる。
のち行う。凸幅Wまたは凸高さHに相当する線分をStraightタブのStraight Lineで描き、AnalyzeタブのMeasureにて計測ができる。
<有機ケイ素重合体の固着率の測定方法>
イオン交換水100mLにスクロース(キシダ化学製)160gを加え、湯せんをしながら溶解させ、ショ糖濃厚液を調製する。遠心分離用チューブ(容量50ml)に上記ショ糖濃厚液を31gと、コンタミノンN(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)を6mL入れ分散液を作製する。この分散液にトナー1.0gを添加し、スパチュラなどでトナーのかたまりをほぐす。
イオン交換水100mLにスクロース(キシダ化学製)160gを加え、湯せんをしながら溶解させ、ショ糖濃厚液を調製する。遠心分離用チューブ(容量50ml)に上記ショ糖濃厚液を31gと、コンタミノンN(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)を6mL入れ分散液を作製する。この分散液にトナー1.0gを添加し、スパチュラなどでトナーのかたまりをほぐす。
遠心分離用チューブをシェイカーにて350spm(strokes per min)、20分間振とうする。振とう後、溶液をスイングローター用ガラスチューブ(容量50mL)に入れ替えて、遠心分離機(H-9R 株式会社コクサン製)にて3500rpm
、30分間の条件で分離する。トナーと水溶液が十分に分離されていることを目視で確認し、最上層に分離したトナーをスパチュラ等で採取する。採取したトナーを含む水溶液を減圧濾過器で濾過した後、乾燥機で1時間以上乾燥する。乾燥品をスパチュラで解砕し、蛍光X線でケイ素の量を測定する。水洗後のトナーと初期のトナーの測定対象の元素量比から固着率(%)を計算する。
、30分間の条件で分離する。トナーと水溶液が十分に分離されていることを目視で確認し、最上層に分離したトナーをスパチュラ等で採取する。採取したトナーを含む水溶液を減圧濾過器で濾過した後、乾燥機で1時間以上乾燥する。乾燥品をスパチュラで解砕し、蛍光X線でケイ素の量を測定する。水洗後のトナーと初期のトナーの測定対象の元素量比から固着率(%)を計算する。
各元素の蛍光X線の測定は、JIS K 0119-1969に準ずるが、具体的には以下の通りである。
測定装置としては、波長分散型蛍光X線分析装置「Axios」(PANalytical社製)と、測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「Sup
erQ ver.4.0F」(PANalytical社製)を用いる。なお、X線管球
のアノードとしてはRhを用い、測定雰囲気は真空、測定径(コリメーターマスク径)は10mm、測定時間10秒とする。また、軽元素を測定する場合にはプロポーショナルカウンタ(PC)、重元素を測定する場合にはシンチレーションカウンタ(SC)で検出する。
erQ ver.4.0F」(PANalytical社製)を用いる。なお、X線管球
のアノードとしてはRhを用い、測定雰囲気は真空、測定径(コリメーターマスク径)は10mm、測定時間10秒とする。また、軽元素を測定する場合にはプロポーショナルカウンタ(PC)、重元素を測定する場合にはシンチレーションカウンタ(SC)で検出する。
測定サンプルとしては、専用のプレス用アルミリング直径10mmの中に水洗後のトナーと初期のトナーを約1g入れて平らにならし、錠剤成型圧縮機「BRE-32」(前川試験機製作所社製)を用いて、20MPaで60秒間加圧し、厚さ約2mmに成型したペレットを用いる。
上記条件で測定を行い、得られたX線のピーク位置をもとに元素を同定し、単位時間あたりのX線光子の数である計数率(単位:cps)からその濃度を算出する。
トナー中の定量方法としては、例えばケイ素量はトナー粒子100質量部に対して、例えば、シリカ(SiO2)微粉末を0.5質量部となるように添加し、コーヒーミルを用
いて充分混合する。同様にして、シリカ微粉末を2.0質量部、5.0質量部となるようにトナー粒子とそれぞれ混合し、これらを検量線用の試料とする。
いて充分混合する。同様にして、シリカ微粉末を2.0質量部、5.0質量部となるようにトナー粒子とそれぞれ混合し、これらを検量線用の試料とする。
それぞれの試料について、錠剤成型圧縮機を用いて上記のようにして検量線用の試料のペレットを作製し、PETを分光結晶に用いた際に回折角(2θ)=109.08°に観測されるSi-Kα線の計数率(単位:cps)を測定する。この際、X線発生装置の加速電圧、電流値はそれぞれ、24kV、100mAとする。得られたX線の計数率を縦軸に、各検量線用試料中のSiO2添加量を横軸として、一次関数の検量線を得る。
次に、分析対象のトナーを、錠剤成型圧縮機を用いて上記のようにしてペレットとし、そのSi-Kα線の計数率を測定する。そして、上記の検量線からトナー中の有機ケイ素重合体の含有量を求める。上記方法により算出した初期のトナーの元素量に対して、水洗後のトナーの元素量の比率を求め固着率(%)とした。
<トナー平均円形度の測定方法>
トナーの平均円形度は、フロー式粒子像分析装置「FPIA-3000」(シスメックス(株)製)によって、校正作業時の測定及び解析条件で測定する。
トナーの平均円形度は、フロー式粒子像分析装置「FPIA-3000」(シスメックス(株)製)によって、校正作業時の測定及び解析条件で測定する。
具体的な測定方法は、以下のとおりである。まず、ガラス製の容器中にあらかじめ不純固形物などを除去したイオン交換水20mLを入れる。この中に分散剤として「コンタミノンN」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業(株)製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を0.2mL加える。
さらに測定試料を0.02g加え、超音波分散器を用いて2分間分散処理を行い、測定用の分散液とする。その際、分散液の温度が10℃以上40℃以下となるように適宜冷却する。超音波分散器としては、発振周波数50kHz、電気的出力150Wの卓上型の超音波洗浄器分散器(例えば「VS-150」((株)ヴェルヴォクリーア製))を用い、水槽内には所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを2mL添加する。測定には、対物レンズとして「LUCPLFLN」(倍率20倍、開口数0.40)を搭載した前記フロー式粒子像分析装置を用い、シース液にはパーティクルシース「PSE-900A」(シスメックス(株)製)を使用した。前記手順に従い調製した分散液を前記フロー式粒子像分析装置に導入し、HPF測定モードで、トータルカウントモードにて3000個のトナー粒子を計測する。そして、粒子解析時の2値化閾値を85%とし
、解析粒子径を円相当径1.985μm以上39.69μm未満に限定し、トナー粒子の平均円形度を求める。
、解析粒子径を円相当径1.985μm以上39.69μm未満に限定し、トナー粒子の平均円形度を求める。
測定にあたっては、測定開始前に標準ラテックス粒子(例えば、Duke Scien
tific社製の「RESEARCH AND TEST PARTICLES LatexMicrosphere Suspensions 5200A」をイオン交換水で希釈)を用いて自動焦点調整を行う。その後、測定開始から2時間ごとに焦点調整を実施することが好ましい。
tific社製の「RESEARCH AND TEST PARTICLES LatexMicrosphere Suspensions 5200A」をイオン交換水で希釈)を用いて自動焦点調整を行う。その後、測定開始から2時間ごとに焦点調整を実施することが好ましい。
なお、本発明においては、シスメックス(株)による校正作業が行われた、シスメックス(株)が発行する校正証明書の発行を受けたフロー式粒子像測定装置を使用する。解析粒子径を円相当径1.985μm以上39.69μm未満に限定した以外は、校正証明を受けたときの測定及び解析条件で測定を行う。
フロー式粒子像測定装置「FPIA-3000」(シスメックス(株)製)の測定原理は、流れている粒子を静止画像として撮像し、画像解析を行うというものである。試料チャンバーへ加えられた試料は、試料吸引シリンジによって、フラットシースフローセルに送り込まれる。フラットシースフローに送り込まれた試料は、シース液に挟まれて扁平な流れを形成する。
フラットシースフローセル内を通過する試料に対しては、1/60秒間隔でストロボ光が照射されており、流れている粒子を静止画像として撮影することが可能である。また、扁平な流れであるため、焦点の合った状態で撮像される。粒子像はCCDカメラで撮像され、撮像された画像は512×512画素の画像処理解像度(一画素あたり0.37×0.37μm)で画像処理され、各粒子像の輪郭抽出を行い、粒子像の投影面積Sや周囲長PMなどが計測される。
次に、上記面積Sと周囲長PMを用いて円相当径と円形度を求める。円相当径とは、粒子像の投影面積と同じ面積を持つ円の直径のことであり、円形度Circは、円相当径から求めた円の周囲長を粒子投影像の周囲長で割った値として定義され、次式で算出される。
粒子像が円形のときに円形度は1.000になり、粒子像の外周の凹凸の程度が大きくなればなるほど円形度は小さい値になる。各粒子の円形度を算出後、円形度0.200~1.000の範囲を800分割し、得られた円形度の相加平均値を算出し、その値を平均円形度とする。
<トナー粒子の重量平均粒径(D4)及び個数平均粒径(D1)の測定方法>
トナー粒子の重量平均粒径(D4)及び個数平均粒径(D1)は、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)と、測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「ベックマン・コールター
Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いて、実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで測定し、測定データの解析を行い、算出する。測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン
・コールター社製)が使用できる。
トナー粒子の重量平均粒径(D4)及び個数平均粒径(D1)は、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)と、測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「ベックマン・コールター
Multisizer 3 Version3.51」(ベックマン・コールター社製)を用いて、実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで測定し、測定データの解析を行い、算出する。測定に使用する電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、例えば、「ISOTON II」(ベックマン
・コールター社製)が使用できる。
なお、測定、解析を行う前に、以下のように前記専用ソフトの設定を行う。
前記専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更画面」において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定する。閾値/ノイズレベルの測定ボタンを押して、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、測定後のアパー
チャーチューブのフラッシュにチェックを入れる。
前記専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更画面」において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は「標準粒子10.0μm」(ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定する。閾値/ノイズレベルの測定ボタンを押して、閾値とノイズレベルを自動設定する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON IIに設定し、測定後のアパー
チャーチューブのフラッシュにチェックを入れる。
専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定画面」において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μm以上60μm以下に設定する。
具体的な測定法は以下のとおりである。
具体的な測定法は以下のとおりである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250ml丸底ビーカーに前記電解水溶
液約200mlを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行う。そして、解析ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
液約200mlを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行う。そして、解析ソフトの「アパーチャーのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておく。
(2)ガラス製の100ml平底ビーカーに前記電解水溶液約30mlを入れ、この中に分散剤として「コンタミノン(登録商標)N」(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を約0.3ml加える。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を、位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器「Ultrasonic Dispersion System Tetora150」(日科機バイオス社製)の水槽内に所定量のイオン交換水
を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2ml添加する。
を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2ml添加する。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させる。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整する。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー粒子約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。なお、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となるように適宜調節する。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナー粒子を分散した前記(5)の電解水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行い、重量平均粒径(D4)を算出する。なお、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、分析/体積統計値(算術平均)画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)であり、専用ソフトでグラフ/個数%と設定したときの、「分析/個数統計値(算術平均)」画面の「平均径」が個数平均粒径(D1)である。
以下において、「部」は「質量部」を意味する。
[トナー1の製造例]
(水系媒体1の調製工程)
撹拌機、温度計、還留管を具備した反応容器中にイオン交換水650.0部に、リン酸ナトリウム(ラサ工業社製・12水和物)14.0部を投入し、窒素パージしながら65℃で1.0時間保温した。
[トナー1の製造例]
(水系媒体1の調製工程)
撹拌機、温度計、還留管を具備した反応容器中にイオン交換水650.0部に、リン酸ナトリウム(ラサ工業社製・12水和物)14.0部を投入し、窒素パージしながら65℃で1.0時間保温した。
T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、15000rpmにて撹拌しながら、イオン交換水10.0部に9.2部の塩化カルシウム(2水和物)を溶解した塩化カルシウム水溶液を一括投入し、分散安定剤を含む水系媒体を調製した。さらに、水系媒体に10質量%塩酸を投入し、pHを5.0に調整し、水系媒体1を得た。
(重合性単量体組成物の調製工程)
・スチレン :60.0部
・C.I.ピグメントブルー15:3 :6.5部
・スチレン :60.0部
・C.I.ピグメントブルー15:3 :6.5部
前記材料をアトライタ(三井三池化工機株式会社製)に投入し、さらに直径1.7mmのジルコニア粒子を用いて、220rpmで5.0時間分散させて、顔料分散液を調製した。前記顔料分散液に下記材料を加えた。
・スチレン:20.0部
・n-ブチルアクリレート:20.0部
・架橋剤(ジビニルベンゼン):0.3部
・飽和ポリエステル樹脂:5.0部
(プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物)とテレフタル酸との重縮合物(モル比10:12)、ガラス転移温度Tg=68℃、重量平均分子量Mw=10000、分子量分布Mw/Mn=5.12)
・フィッシャートロプシュワックス(融点78℃):7.0部
これを65℃に保温し、T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、500rpmにて均一に溶解、分散し、重合性単量体組成物を調製した。
・スチレン:20.0部
・n-ブチルアクリレート:20.0部
・架橋剤(ジビニルベンゼン):0.3部
・飽和ポリエステル樹脂:5.0部
(プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物)とテレフタル酸との重縮合物(モル比10:12)、ガラス転移温度Tg=68℃、重量平均分子量Mw=10000、分子量分布Mw/Mn=5.12)
・フィッシャートロプシュワックス(融点78℃):7.0部
これを65℃に保温し、T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、500rpmにて均一に溶解、分散し、重合性単量体組成物を調製した。
(造粒工程)
水系媒体1の温度を70℃、T.K.ホモミクサーの回転数を15000rpmに保ちながら、水系媒体1中に重合性単量体組成物を投入し、重合開始剤であるt-ブチルパーオキシピバレート10.0部を添加した。そのまま該撹拌装置にて15000rpmを維持しつつ10分間造粒した。
水系媒体1の温度を70℃、T.K.ホモミクサーの回転数を15000rpmに保ちながら、水系媒体1中に重合性単量体組成物を投入し、重合開始剤であるt-ブチルパーオキシピバレート10.0部を添加した。そのまま該撹拌装置にて15000rpmを維持しつつ10分間造粒した。
(重合・蒸留工程)
造粒工程の後、撹拌機をプロペラ撹拌羽根に換え150rpmで撹拌しながら70℃を保持して5.0時間重合を行い、85℃に昇温して2.0時間加熱することで重合反応を行った。
造粒工程の後、撹拌機をプロペラ撹拌羽根に換え150rpmで撹拌しながら70℃を保持して5.0時間重合を行い、85℃に昇温して2.0時間加熱することで重合反応を行った。
その後、反応容器の還留管を冷却管に付け替え、スラリーを100℃まで加熱することで、蒸留を6時間行い未反応の重合性単量体を留去し、トナー母粒子分散液を得た。
(有機ケイ素化合物の重合)
撹拌機、温度計を備えた反応容器に、イオン交換水60.0部を秤量し、10質量%の塩酸を用いてpHを4.0に調整した。これを撹拌しながら加熱し、温度を40℃にした。その後、有機ケイ素化合物であるメチルトリエトキシシラン40.0部を添加して2時間以上撹拌して加水分解を行った。加水分解の終点は目視にて油水が分離せず1層になったことで確認を行い、冷却して有機ケイ素化合物の加水分解液を得た。
撹拌機、温度計を備えた反応容器に、イオン交換水60.0部を秤量し、10質量%の塩酸を用いてpHを4.0に調整した。これを撹拌しながら加熱し、温度を40℃にした。その後、有機ケイ素化合物であるメチルトリエトキシシラン40.0部を添加して2時間以上撹拌して加水分解を行った。加水分解の終点は目視にて油水が分離せず1層になったことで確認を行い、冷却して有機ケイ素化合物の加水分解液を得た。
上記トナー母粒子分散液の温度を55℃に冷却したのち、有機ケイ素化合物の加水分解液を25.0部添加して有機ケイ素化合物の重合を開始した。そのまま15分保持した後
に、3.0%炭酸水素ナトリウム水溶液で、pHを5.5に調整した。55℃で撹拌を継続したまま、60分間保持したのち、3.0%炭酸水素ナトリウム水溶液を用いてpHを9.5に調整し、更に240分保持してトナー粒子分散液を得た。
に、3.0%炭酸水素ナトリウム水溶液で、pHを5.5に調整した。55℃で撹拌を継続したまま、60分間保持したのち、3.0%炭酸水素ナトリウム水溶液を用いてpHを9.5に調整し、更に240分保持してトナー粒子分散液を得た。
(洗浄、乾燥工程)
重合工程終了後、トナー粒子分散液を冷却し、トナー粒子分散液に塩酸を加えpH=1.5以下に調整して1時間撹拌放置してから加圧ろ過器で固液分離し、トナーケーキを得た。これをイオン交換水でリスラリーして再び分散液とした後に、前述のろ過器で固液分離してトナーケーキを得た。
重合工程終了後、トナー粒子分散液を冷却し、トナー粒子分散液に塩酸を加えpH=1.5以下に調整して1時間撹拌放置してから加圧ろ過器で固液分離し、トナーケーキを得た。これをイオン交換水でリスラリーして再び分散液とした後に、前述のろ過器で固液分離してトナーケーキを得た。
得られたトナーケーキを40℃の恒温槽にて72時間かけて乾燥・分級を行いトナー粒子1を得た。表4にトナー粒子1の製造条件を示し、表5に各分析結果を示す。
[トナー粒子2乃至4の製造方法]
有機ケイ素化合物の重合に関して、表4に示す条件に変更した以外は、トナー粒子1と同様にしてトナー粒子2乃至4を得た。トナー粒子2乃至4の製造条件を表4に、各分析結果を表5に示す。
有機ケイ素化合物の重合に関して、表4に示す条件に変更した以外は、トナー粒子1と同様にしてトナー粒子2乃至4を得た。トナー粒子2乃至4の製造条件を表4に、各分析結果を表5に示す。
・トナー1~4の作製
トナー粒子1~4をそのままトナー1~4とした。
トナー粒子1~4をそのままトナー1~4とした。
・トナー5の作製
まず下記に示すように有機ケイ素微粒子Aを合成した。
反応容器にイオン交換水500gを仕込み、48%水酸化ナトリウム水溶液0.2gを添加して水溶液とした。この水溶液にメチルトリメトキシラン65g及びテトラエトキシラン50gを添加し、温度を13~15℃に保ちながら1時間加水分解反応を行ない、更に20%ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液2.5gを添加し、同温度で3時間加水分解反応を行なった。約4時間でシラノール化合物を含有する透明な反応物を得た。次いで、得られた反応物の温度を70℃に保持しながら5時間縮合反応を行なって、有機ケイ素化合物からなる微粒子を含有する水性懸濁液を得た。この水性懸濁液をメンブランフィルターを通じて濾過、通過液状部を遠心分離機に供して白色微粒子を分離した。分離した白色微粒子を水洗し、150℃で5時間、熱風乾燥を行なって有機ケイ素微粒子Aを得た。
まず下記に示すように有機ケイ素微粒子Aを合成した。
反応容器にイオン交換水500gを仕込み、48%水酸化ナトリウム水溶液0.2gを添加して水溶液とした。この水溶液にメチルトリメトキシラン65g及びテトラエトキシラン50gを添加し、温度を13~15℃に保ちながら1時間加水分解反応を行ない、更に20%ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液2.5gを添加し、同温度で3時間加水分解反応を行なった。約4時間でシラノール化合物を含有する透明な反応物を得た。次いで、得られた反応物の温度を70℃に保持しながら5時間縮合反応を行なって、有機ケイ素化合物からなる微粒子を含有する水性懸濁液を得た。この水性懸濁液をメンブランフィルターを通じて濾過、通過液状部を遠心分離機に供して白色微粒子を分離した。分離した白色微粒子を水洗し、150℃で5時間、熱風乾燥を行なって有機ケイ素微粒子Aを得た。
100部の比較トナー粒子3に有機ケイ素微粒子Aを3.0部添加し、ヘンシェルミキサーにて撹拌翼の周速が20m/sで混合し、そののち平均粒子径12nmのヘキサメチルジシラザン処理された疎水性シリカ1.5部をヘンシェルミキサーにて撹拌翼の周速が20m/sで混合しトナー5を作製した。
4.カブリ画像評価
感光ドラム1とトナー1を含み、温度23.0℃、相対湿度50%の環境下で24時間以上静置した画像形成装置1を用い、カブリ画像の評価を行った。
感光ドラム1とトナー1を含み、温度23.0℃、相対湿度50%の環境下で24時間以上静置した画像形成装置1を用い、カブリ画像の評価を行った。
画像カブリ濃度は、非画像部を、有限会社東京電色製の反射濃度計で測定した。そして、非画像部の濃度と、用紙の一部をマスキングして転写部を通過させないようにした部分の濃度(リファレンス濃度)を測定した。非画像部の濃度とリファレンス濃度との差(以下、画像カブリ濃度と記す)
カブリ濃度 1%以下 A
カブリ濃度 1%超2%以下 B
カブリ濃度 2%超3.5%以下 C
カブリ濃度 3.5%超 D
とした。結果をカブリ画像の初期評価とする。
カブリ濃度 1%以下 A
カブリ濃度 1%超2%以下 B
カブリ濃度 2%超3.5%以下 C
カブリ濃度 3.5%超 D
とした。結果をカブリ画像の初期評価とする。
また、実施例1の画像形成装置で5000枚印字後のカブリ画像を同様に評価した。結果をカブリ画像の耐久評価とする。
実施例1のカブリ画像の初期評価は画像カブリ濃度が1.2%、耐久カブリ濃度が1.8%で、良好だった。
(実施例1~2と比較例5の関係)
実施例1~2ではトナー表面凸部Yの幅Wの個数平均が感光ドラム凸部CAの平均重心間距離より小さく、また、トナー表面凸部YのΣW/Lが0.5より大きく密集している。このためトナーの転動が発生しやすく、トナーへの電荷付与が起こり、カブリが良好となったと考えられる。
実施例1~2ではトナー表面凸部Yの幅Wの個数平均が感光ドラム凸部CAの平均重心間距離より小さく、また、トナー表面凸部YのΣW/Lが0.5より大きく密集している。このためトナーの転動が発生しやすく、トナーへの電荷付与が起こり、カブリが良好となったと考えられる。
一方比較例5はトナー表面凸部Yの凸幅Wが感光ドラム凸CA部の平均重心間距離より大きく、トナー表面凸部YのΣW/Lも小さいため、トナーは感光ドラムから転動させる力を受けにくい。このため現像部でのトナーへの電荷付与が十分でなく、カブリが発生した。
以上より感光ドラムの表面凸部CAの平均重心間距離とトナー表面凸部Yの幅Wの個数平均の関係の効果が明らかになった。
(実施例3~7と比較例1、2の関係)
比較例1、2は感光ドラム表面凸部CAの平均重心間距離が大きい。このため、感光ドラム表面凸部CAの間に形成される凹部にトナーがはまり、現像部で十分な転動を受けられなかったため、電荷付与できなかった一部のトナーがカブリ画像として顕在化したと考えられる。
比較例1、2は感光ドラム表面凸部CAの平均重心間距離が大きい。このため、感光ドラム表面凸部CAの間に形成される凹部にトナーがはまり、現像部で十分な転動を受けられなかったため、電荷付与できなかった一部のトナーがカブリ画像として顕在化したと考えられる。
比較例1では、表面最大高低差Rzが大きいため、耐久時に感光ドラムの凸部CAの間の凹部にトナーや印刷用紙など由来の物質が付着し、転動に必要な形状を維持できなかったため、耐久でカブリ画像が悪化したと考えられる。
また比較例2はドラム表面凸部CAの平均重心間距離の標準偏差も大きい。このため、一部のトナーは現像部で十分な転動を受けられる位置関係をとることができず、電荷付与されなかった一部のトナーがカブリ画像として顕在化したと考えらえる。
また実施例3~7において感光ドラム凸部CAの重心間距離平均値やその標準偏差が小さいほどより効果的にカブリ抑制が効果的にできている。
以上より感光ドラムの表面凸CA部の平均重心間距離とその標準偏差の重要性が明らかになった。
以上より感光ドラムの表面凸CA部の平均重心間距離とその標準偏差の重要性が明らかになった。
(実施例3と比較例3の関係)
比較例3は感光ドラム表層に粒子を含まずトナーを転動させる力の発生が十分でなかったため、トナーが凸部を有していてもカブリ画像抑制効果が小さかったと考えらえる。
比較例3は感光ドラム表層に粒子を含まずトナーを転動させる力の発生が十分でなかったため、トナーが凸部を有していてもカブリ画像抑制効果が小さかったと考えらえる。
(実施例1~3と比較例4、6の関係)
比較例4、6は凸部YのΣW/Lが小さくトナー表面凸部Yの凸の間に形成される凹部に隣接するトナーの凸部がはまりやすい形状となっている。このため現像部でトナーがドラムからの転動力をうけても、トナー同士で回転を打ち消しあって十分な転動が得られず、結果としてカブリ画像につながったと考えられる。また、比較例4においてはトナー表面凸部Yにおいて凸幅Wも小さく、十分な転動促進が得られなかった。また、実施例1~3ではΣW/Lが大きく固着率が高いほど初期と耐久カブリ画像評価が良好であり、密集した凸が強固に付着しているトナー表面形状が好ましいことが明らかになった。
比較例4、6は凸部YのΣW/Lが小さくトナー表面凸部Yの凸の間に形成される凹部に隣接するトナーの凸部がはまりやすい形状となっている。このため現像部でトナーがドラムからの転動力をうけても、トナー同士で回転を打ち消しあって十分な転動が得られず、結果としてカブリ画像につながったと考えられる。また、比較例4においてはトナー表面凸部Yにおいて凸幅Wも小さく、十分な転動促進が得られなかった。また、実施例1~3ではΣW/Lが大きく固着率が高いほど初期と耐久カブリ画像評価が良好であり、密集した凸が強固に付着しているトナー表面形状が好ましいことが明らかになった。
以上よりトナー表面凸部Yにおいて凸部Yの幅が占める割合の重要性が明らかになった。
実施例1~7において感光ドラム表面層の凸部は、現像ローラ31と感光ドラムの接触領域全面にわたり形成されている。なぜなら、トナーを担持していない現像ローラ31の表面は、現像ローラ31と感光ドラムがトナーを介さずに接触するため、トナーが潤滑剤として機能する効果がなく、また、感光ドラムと現像ローラ31の接触する面積(ニップ内で接触する微視的な接触面積)が大きくなり摩擦力が大きくなる。そのため、現像ローラ31や、感光ドラムの回転速度ムラなどを引き起こすことがある。現像ローラ31や、感光ドラムの回転速度ムラは、トナーの転動に影響を与えることがあるので、トナー電荷付与のムラになりカブリに影響する可能性がある。
従って、より安定的にトナーを転動させ、安定的な電荷付与を行うためには、現像ローラ31と感光ドラムの接触面積を小さくする必要があり、接触領域全面にわたり感光ドラムの表面層の凸を形成していることが望ましい。すなわち、感光ドラムにおいて複数の凸部が設けられた領域は、現像ローラ31においてトナーを担持している表面(現像剤担持領域)とトナーを担持していない表面(現像剤非担持領域)の双方に接触していることが望ましい。
[実施例8]
第8の実施例は、外添剤を添加したトナーを使用し、感光ドラムの表面層105の長手幅を供給ローラ33の長手幅よりも短くした構成である。なお、その他の構成は実施例1と同じであるため詳細な説明は割愛する。
第8の実施例は、外添剤を添加したトナーを使用し、感光ドラムの表面層105の長手幅を供給ローラ33の長手幅よりも短くした構成である。なお、その他の構成は実施例1と同じであるため詳細な説明は割愛する。
図12は、像担持体表面層と掻き取り部材と現像剤担持体の位置関係を示す。図12に示すように、本実施例では、感光ドラム21の表面層105の幅は、画像や文字の印刷に使用する領域(以下、印字領域と記す)の幅よりも長く、供給ローラ33の現像ローラ31と接触する部分の幅よりも短く配置されている。
供給ローラ33は、トナーを現像ローラ31に供給する役割とともに、現像に使用されずに現像ローラ31に担持されたまま残ったトナー(以下、現像残トナーと記す)を掻き取る掻き取り部材としての役割を有する。しかし、現像ローラ31端部の供給ローラ33の長手幅より外側になる部分においては、現像残トナーを掻き取れないため、少数のトナーが繰り返し規制部材や現像部で他の部材と接触し、トナーに付与される電荷量が大きくなる現象が発生しやすい。
表7に示した比較例7では、実施例1と同様に、感光ドラム21の表面層105が、供給ローラ33の長手幅より外側にもある配置となっている。一方で実施例1とは異なり、ハイドロタルサイトなどの外添剤を添加したトナーを使用している。このような外添剤は、トナーに付与される電荷量が大きくする役割を有し、温湿度が変動してもトナーへの電荷付与を安定させることを目的として添加することがある。ここでは、実施例1のトナー粒子100部に対して、個数平均粒径0.17μmのハイドロタルサイト類化合物の微粒子0.2部を外添装置FM10C(日本コークス工業株式会社製)によって外添混合してトナー7を作成した。
この構成では、現像ニップにおいて実施例1から7と同様のメカニズムでトナー転動による電荷付与される一方で、供給ローラ33が現像ローラ31と接触する軸方向領域の外側においては供給ローラ33による現像残トナーの掻き取りが無いため、トナーの電荷量が上昇し続け、特に低温低湿環境下ではトナーの規制不良に至る場合がある。
そのため、本実施例では、感光ドラム21の表面層105の長手幅を、供給ローラ33の現像ローラ31と接触する部分の長手幅よりも短く配置することにより、供給ローラ33が接触する部分より外側で現像ローラ31に担持されたトナーへの電荷付与を抑制する構成とした。ここでは、印字領域の幅を210mm、供給ローラ33の現像ローラ31と接触する部分の長手幅を220mmとした時に、感光ドラム21の表面層105の長手幅を215mmとした。感光ドラムは、実施例1の感光ドラム21に対して、感光層形成までは同様に作製し、両端部をマスクして表面層105を形成した。すなわち、本構成では、感光ドラム21の表面層の凸部が、掻き取り部材である供給ローラ33と接触する長手方向(軸方向)の領域の両端よりも内側に形成されている。
この構成により、現像ローラ31両端の供給ローラ33が接触する部分より外側部分において、現像ローラ31に担持されたトナーの電荷量が上昇し続けることを抑制し、トナーの規制不良の発生を低減できる。
なお、本実施例では、感光ドラム21の両端部をマスクして、表面層105の長手幅を供給ローラ33の現像ローラ31と接触する部分の幅よりも短くしたが、次のような構成としても良い。
供給ローラ33が現像ローラ31と接触する部分より外側の感光ドラム21の表面に対して、表面層の製造条件を変えて、感光ドラム21の表面層105より凸部の最大高低差Rzが小さい、または凸部の密度が低い層を形成する。こうすることで、現像ローラ31と供給ローラ33が接触する部分より外側において、感光ドラム21の表面層によるトナーの転動促進効果を低減する。この構成でも、現像ローラ31に担持されたトナーの電荷量が上昇し続けることを抑制し、トナーの規制不良の発生を低減できる。
[構成1]
表面に静電潜像が形成される像担持体と、
現像剤を担持し、前記像担持体に接触して前記現像剤を供給して前記静電潜像を現像する現像剤担持体と、
を備え、
前記現像剤は、トナー母粒子と、前記トナー母粒子の表面に備えられた凸部と、を有するトナー粒子を含有し、
走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察によって得られた画像において、前記トナー母粒子の表面の周に沿った線を描き、前記周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
前記トナー母粒子の表面の周が形成する線上で前記凸部が存在する部分における前記周に沿った線の長さを凸幅Wとし、
前記凸幅Wの法線方向において前記凸部の最大長を凸最大長Dとし、
前記凸最大長Dを形成する線分における前記凸部の頂点から前記周に沿った線までの長さを凸高さHとし、
前記凸最大長Dと前記凸高さHが同じであって前記凸高さHが20nm以上である前記凸部を凸部Yとしたとき、
前記凸部Yにおける凸幅Wの個数基準平均が40nm以上200nm以下であり、
前記走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察に基づく前記
水平画像の幅を周囲長Lとし、前記凸部Yの前記凸幅Wの合計をΣWとしたとき、ΣW/Lが0.5以上であり、
前記像担持体は表面層に複数の凸部である像担持体凸部を有し、
前記像担持体凸部のうち高さが10nm以上のものを凸部CAとし、
前記像担持体の前記表面層を上面視したとき、前記凸部CAの重心間距離の平均値が、150nm以上500nm以下であり、かつ、前記現像剤の前記トナー母粒子の表面の前記凸部Yの前記凸幅Wの個数基準平均が、前記像担持体の凸部CAの平均重心間距離よりも小さい
ことを特徴とする画像形成装置。
[構成2]
前記像担持体の前記表面層は粒子および結着樹脂を含有するものであって、
前記表面層の前記粒子の個数基準の粒度分布において複数のピークが存在し、
ピークトップの頻度が最大となるピークを第一ピーク、ピークトップの頻度が第一のピークの次に大きくなるピークを第二ピークとし、
前記第一ピークと前記第二ピークを比較して、ピークトップの粒子径の値が大きい方のピークをピークPEAとし、
前記ピークPEAのピークトップの粒子径DAが80nm~300nmの範囲内にあり、前記ピークPEAを構成する粒子により前記凸部CAが形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
[構成3]
前記像担持体の前記表面層の表面の最大高低差Rzが、100nm以上400nm以下である
ことを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
[構成4]
前記トナー母粒子の表面における前記凸部Yの前記凸高さHの個数平均値が120nm以下であり、
前記凸部の前記凸幅Wに対する前記凸最大長Dに対する比の値(D/W)が0.33以上0.60以下となるような前記凸部Yの個数割合P(D/W)が、70個数%以上である
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
[構成5]
前記トナー母粒子の表面に備えられた前記凸部は、前記トナー母粒子の表面に面接触する有機ケイ素重合体により形成されている
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
[構成6]
前記複数の像担持体凸部が設けられた領域は、前記現像剤担持体の現像剤担持領域と現像剤非担持領域の双方に接触している
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
[構成7]
現像剤担持体に対して回転可能に当接する掻き取り部材をさらに有し、
前記複数の像担持体凸部は、前記現像剤担持体の長手方向において、前記現像剤担持体が前記掻き取り部材と接触する領域の両端より内側に形成されている
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
[構成8]
表面に静電潜像が形成される像担持体と、
現像剤を担持し、前記像担持体に接触して前記現像剤を供給して前記静電潜像を現像する現像剤担持体と、
を備え、
前記現像剤は、トナー母粒子と、前記トナー母粒子の表面に備えられた凸部と、を有するトナー粒子を含有し、
走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察によって得られた画像において、前記トナー母粒子の表面の周に沿った線を描き、前記周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
前記トナー母粒子の表面の周が形成する線上で前記凸部が存在する部分における前記周に沿った線の長さを凸幅Wとし、
前記凸幅Wの法線方向において前記凸部の最大長を凸最大長Dとし、
前記凸最大長Dを形成する線分における前記凸部の頂点から前記周に沿った線までの長さを凸高さHとし、
前記凸最大長Dと前記凸高さHが同じであって前記凸高さHが20nm以上である前記凸部を凸部Yとしたとき、
前記凸部Yにおける凸幅Wの個数基準平均が40nm以上200nm以下であり、
前記走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察に基づく前記水平画像の幅を周囲長Lとし、前記凸部Yの前記凸幅Wの合計をΣWとしたとき、ΣW/Lが0.5以上であり、
前記像担持体は表面層に複数の凸部である像担持体凸部を有し、
前記像担持体凸部のうち高さが10nm以上のものを凸部CAとし、
前記像担持体の前記表面層を上面視したとき、前記凸部CAの重心間距離の平均値が、150nm以上500nm以下であり、かつ、前記現像剤の前記トナー母粒子の表面の前記凸部Yの前記凸幅Wの個数基準平均が、前記像担持体の凸部CAの平均重心間距離よりも小さい
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
表面に静電潜像が形成される像担持体と、
現像剤を担持し、前記像担持体に接触して前記現像剤を供給して前記静電潜像を現像する現像剤担持体と、
を備え、
前記現像剤は、トナー母粒子と、前記トナー母粒子の表面に備えられた凸部と、を有するトナー粒子を含有し、
走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察によって得られた画像において、前記トナー母粒子の表面の周に沿った線を描き、前記周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
前記トナー母粒子の表面の周が形成する線上で前記凸部が存在する部分における前記周に沿った線の長さを凸幅Wとし、
前記凸幅Wの法線方向において前記凸部の最大長を凸最大長Dとし、
前記凸最大長Dを形成する線分における前記凸部の頂点から前記周に沿った線までの長さを凸高さHとし、
前記凸最大長Dと前記凸高さHが同じであって前記凸高さHが20nm以上である前記凸部を凸部Yとしたとき、
前記凸部Yにおける凸幅Wの個数基準平均が40nm以上200nm以下であり、
前記走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察に基づく前記
水平画像の幅を周囲長Lとし、前記凸部Yの前記凸幅Wの合計をΣWとしたとき、ΣW/Lが0.5以上であり、
前記像担持体は表面層に複数の凸部である像担持体凸部を有し、
前記像担持体凸部のうち高さが10nm以上のものを凸部CAとし、
前記像担持体の前記表面層を上面視したとき、前記凸部CAの重心間距離の平均値が、150nm以上500nm以下であり、かつ、前記現像剤の前記トナー母粒子の表面の前記凸部Yの前記凸幅Wの個数基準平均が、前記像担持体の凸部CAの平均重心間距離よりも小さい
ことを特徴とする画像形成装置。
[構成2]
前記像担持体の前記表面層は粒子および結着樹脂を含有するものであって、
前記表面層の前記粒子の個数基準の粒度分布において複数のピークが存在し、
ピークトップの頻度が最大となるピークを第一ピーク、ピークトップの頻度が第一のピークの次に大きくなるピークを第二ピークとし、
前記第一ピークと前記第二ピークを比較して、ピークトップの粒子径の値が大きい方のピークをピークPEAとし、
前記ピークPEAのピークトップの粒子径DAが80nm~300nmの範囲内にあり、前記ピークPEAを構成する粒子により前記凸部CAが形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
[構成3]
前記像担持体の前記表面層の表面の最大高低差Rzが、100nm以上400nm以下である
ことを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。
[構成4]
前記トナー母粒子の表面における前記凸部Yの前記凸高さHの個数平均値が120nm以下であり、
前記凸部の前記凸幅Wに対する前記凸最大長Dに対する比の値(D/W)が0.33以上0.60以下となるような前記凸部Yの個数割合P(D/W)が、70個数%以上である
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
[構成5]
前記トナー母粒子の表面に備えられた前記凸部は、前記トナー母粒子の表面に面接触する有機ケイ素重合体により形成されている
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
[構成6]
前記複数の像担持体凸部が設けられた領域は、前記現像剤担持体の現像剤担持領域と現像剤非担持領域の双方に接触している
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
[構成7]
現像剤担持体に対して回転可能に当接する掻き取り部材をさらに有し、
前記複数の像担持体凸部は、前記現像剤担持体の長手方向において、前記現像剤担持体が前記掻き取り部材と接触する領域の両端より内側に形成されている
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
[構成8]
表面に静電潜像が形成される像担持体と、
現像剤を担持し、前記像担持体に接触して前記現像剤を供給して前記静電潜像を現像する現像剤担持体と、
を備え、
前記現像剤は、トナー母粒子と、前記トナー母粒子の表面に備えられた凸部と、を有するトナー粒子を含有し、
走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察によって得られた画像において、前記トナー母粒子の表面の周に沿った線を描き、前記周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
前記トナー母粒子の表面の周が形成する線上で前記凸部が存在する部分における前記周に沿った線の長さを凸幅Wとし、
前記凸幅Wの法線方向において前記凸部の最大長を凸最大長Dとし、
前記凸最大長Dを形成する線分における前記凸部の頂点から前記周に沿った線までの長さを凸高さHとし、
前記凸最大長Dと前記凸高さHが同じであって前記凸高さHが20nm以上である前記凸部を凸部Yとしたとき、
前記凸部Yにおける凸幅Wの個数基準平均が40nm以上200nm以下であり、
前記走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察に基づく前記水平画像の幅を周囲長Lとし、前記凸部Yの前記凸幅Wの合計をΣWとしたとき、ΣW/Lが0.5以上であり、
前記像担持体は表面層に複数の凸部である像担持体凸部を有し、
前記像担持体凸部のうち高さが10nm以上のものを凸部CAとし、
前記像担持体の前記表面層を上面視したとき、前記凸部CAの重心間距離の平均値が、150nm以上500nm以下であり、かつ、前記現像剤の前記トナー母粒子の表面の前記凸部Yの前記凸幅Wの個数基準平均が、前記像担持体の凸部CAの平均重心間距離よりも小さい
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
1:画像形成装置、21:感光ドラム、30:現像装置、31:現像ローラ、105:表面層、106:絶縁性粒子、107:導電性粒子、301:母粒子
Claims (8)
- 表面に静電潜像が形成される像担持体と、
現像剤を担持し、前記像担持体に接触して前記現像剤を供給して前記静電潜像を現像する現像剤担持体と、
を備え、
前記現像剤は、トナー母粒子と、前記トナー母粒子の表面に備えられた凸部と、を有するトナー粒子を含有し、
走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察によって得られた画像において、前記トナー母粒子の表面の周に沿った線を描き、前記周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
前記トナー母粒子の表面の周が形成する線上で前記凸部が存在する部分における前記周に沿った線の長さを凸幅Wとし、
前記凸幅Wの法線方向において前記凸部の最大長を凸最大長Dとし、
前記凸最大長Dを形成する線分における前記凸部の頂点から前記周に沿った線までの長さを凸高さHとし、
前記凸最大長Dと前記凸高さHが同じであって前記凸高さHが20nm以上である前記凸部を凸部Yとしたとき、
前記凸部Yにおける凸幅Wの個数基準平均が40nm以上200nm以下であり、
前記走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察に基づく前記水平画像の幅を周囲長Lとし、前記凸部Yの前記凸幅Wの合計をΣWとしたとき、ΣW/Lが0.5以上であり、
前記像担持体は表面層に複数の凸部である像担持体凸部を有し、
前記像担持体凸部のうち高さが10nm以上のものを凸部CAとし、
前記像担持体の前記表面層を上面視したとき、前記凸部CAの重心間距離の平均値が、150nm以上500nm以下であり、かつ、前記現像剤の前記トナー粒子の表面の前記凸部Yの前記凸幅Wの個数基準平均が、前記像担持体の凸部CAの平均重心間距離よりも小さい
ことを特徴とする画像形成装置。 - 前記像担持体の前記表面層は粒子および結着樹脂を含有するものであって、
前記表面層の前記粒子の個数基準の粒度分布において複数のピークが存在し、
ピークトップの頻度が最大となるピークを第一ピーク、ピークトップの頻度が第一のピークの次に大きくなるピークを第二ピークとし、
前記第一ピークと前記第二ピークを比較して、ピークトップの粒子径の値が大きい方のピークをピークPEAとし、
前記ピークPEAのピークトップの粒子径DAが80nm~300nmの範囲内にあり、前記ピークPEAを構成する粒子により前記凸部CAが形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。 - 前記像担持体の前記表面層の表面の最大高低差Rzが、100nm以上400nm以下である
ことを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。 - 前記トナー粒子の表面における前記凸部Yの前記凸高さHの個数平均値が120nm以下であり、
前記凸部の前記凸幅Wに対する前記凸最大長Dに対する比の値(D/W)が0.33以上0.60以下となるような前記凸部Yの個数割合P(D/W)が、70個数%以上である
ことを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。 - 前記トナー母粒子の表面に備えられた前記凸部は、前記トナー母粒子の表面に面接触する有機ケイ素重合体により形成されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。 - 前記複数の像担持体凸部が設けられた領域は、前記現像剤担持体の現像剤担持領域と現像剤非担持領域の双方に接触している
ことを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。 - 現像剤担持体に対して回転可能に当接する掻き取り部材をさらに有し、
前記複数の像担持体凸部は、前記現像剤担持体の長手方向において、前記現像剤担持体が前記掻き取り部材と接触する領域の両端より内側に形成されている
ことを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成装置。 - 表面に静電潜像が形成される像担持体と、
現像剤を担持し、前記像担持体に接触して前記現像剤を供給して前記静電潜像を現像する現像剤担持体と、
を備え、
前記現像剤は、トナー母粒子と、前記トナー母粒子の表面に備えられた凸部と、を有するトナー粒子を含有し、
走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察によって得られた画像において、前記トナー母粒子の表面の周に沿った線を描き、前記周に沿った線を基準に変換した水平画像において、
前記トナー母粒子の表面の周が形成する線上で前記凸部が存在する部分における前記周に沿った線の長さを凸幅Wとし、
前記凸幅Wの法線方向において前記凸部の最大長を凸最大長Dとし、
前記凸最大長Dを形成する線分における前記凸部の頂点から前記周に沿った線までの長さを凸高さHとし、
前記凸最大長Dと前記凸高さHが同じであって前記凸高さHが20nm以上である前記凸部を凸部Yとしたとき、
前記凸部Yにおける凸幅Wの個数基準平均が40nm以上200nm以下であり、
前記走査透過型電子顕微鏡(STEM)による前記トナー粒子の断面観察に基づく前記水平画像の幅を周囲長Lとし、前記凸部Yの前記凸幅Wの合計をΣWとしたとき、ΣW/Lが0.5以上であり、
前記像担持体は表面層に複数の凸部である像担持体凸部を有し、
前記像担持体凸部のうち高さが10nm以上のものを凸部CAとし、
前記像担持体の前記表面層を上面視したとき、前記凸部CAの重心間距離の平均値が、150nm以上500nm以下であり、かつ、前記現像剤の前記トナー母粒子の表面の前記凸部Yの前記凸幅Wの個数基準平均が、前記像担持体の凸部CAの平均重心間距離よりも小さい
ことを特徴とするプロセスカートリッジ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2023/040694 WO2024122272A1 (ja) | 2022-12-09 | 2023-11-13 | 画像形成装置およびプロセスカートリッジ |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022197135 | 2022-12-09 | ||
JP2022197135 | 2022-12-09 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2024083240A true JP2024083240A (ja) | 2024-06-20 |
Family
ID=91539025
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023179427A Pending JP2024083240A (ja) | 2022-12-09 | 2023-10-18 | 画像形成装置およびプロセスカートリッジ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2024083240A (ja) |
-
2023
- 2023-10-18 JP JP2023179427A patent/JP2024083240A/ja active Pending
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