JP3253416B2 - 現像剤 - Google Patents
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Description
が外添されてなるトナーと、キャリアとを含有してなる
現像剤に関する。
において、流動性の向上等を図る観点から、無機微粒子
を着色粒子に外添してトナーを構成することが行われて
いる。
は、その流動性付与効果から、一次粒径(個々の単位粒
子に分離した状態の一次粒子における粒径をいう。以下
について同じ。)の比較的小さい微粒子(例えば20〜
50nm程度)が一般的に用いられている。
微粒子は、現像器内において受ける機械的作用(ストレ
ス)によって着色粒子中に埋没しやすいという欠点を有
する。
ると、着色粒子表面とキャリア表面とが直接接触して両
者の物理的付着力が大きくなり、現像性の経時的低下や
転写性の経時的低下を招き、現像剤として十分な耐久性
を発揮することができない。
からは、無機微粒子の一次粒径は大きいこと(例えば6
0〜200nm程度)が好ましい。
る場合には、流動性付与効果が十分に発揮されないばか
りでなく、着色粒子表面に対して均一に付着されず、帯
電量のバラツキが大きくなり、良好な現像性および転写
性を発揮することができない。また、帯電量が不足して
地カブリの発生を招くことがある。更に、大粒径の無機
微粒子が過剰に添加された場合には、当該無機微粒子が
着色粒子から離脱して遊離し、これが、画像形成装置内
のワイヤーやキャリアを汚染し、更には、感光体やブレ
ードを傷付けることもある。
を併用する技術、例えば、トナーの外添剤として、小粒
径の微粉末被処理シリカと、大粒径の無機酸化物とを併
用する技術(特開昭57−179866号公報参照、同
種の技術として特開昭58−1157号公報参照。)を
適用することも考えられ、このような技術によれば、大
粒径の無機微粒子が存在することによって、無機微粒子
全体として、埋没に至るまでの時間を遅延させることが
できる。
技術においては、大粒径の無機微粒子と小粒径の無機微
粒子とが、帯電性が互いに異なる異種の無機化合物から
構成されているものである。このため、初期段階で帯電
性に寄与していた大粒径の無機微粒子が埋没し、小粒径
の無機微粒子が帯電性に寄与し始めると、トナーに付与
される帯電量が変化(帯電量の低下や帯電分布の変化)
してしまい、帯電特性の安定化を図ることができない、
という新たな問題を生じる。
化合物から無機微粒子を構成し、当該無機微粒子の一次
粒径分布(一山分布)に幅を持たせることにより、小粒
径無機微粒子による流動性向上効果と、大粒径無機微粒
子による埋没抑制効果とを共に発揮させることも考えら
れる。
持たせるだけでは、外添剤として用いられる無機微粒子
に、小粒径でも大粒径でもない中間粒径のものが多く存
在することになり、流動性向上効果および埋没抑制効果
を十分に発揮することができない。また、これらの効果
を発揮させるために、このような無機微粒子を過剰に添
加すると、着色粒子から離脱・遊離する無機微粒子に起
因してワイヤー汚染やキャリア汚染等が発生し、現像性
の低下(画像濃度ムラ等)を招く。
されたものである。本発明の第1の目的は、機械的作用
によっても無機微粒子の埋没が生じにくく、流動性およ
び帯電特性の経時的変化が小さくて、優れた現像性およ
び優れた転写性を長期にわたって安定的に発揮すること
ができる現像剤を提供することにある。本発明の第2の
目的は、更に、地カブリやワイヤー汚染を発生させない
現像剤を提供することにある。
樹脂および着色剤を含む着色粒子に、無機微粒子が外添
されてなるトナーと、体積平均粒径が20〜60μmで
あるキャリアとを含有してなる現像剤であって、前記着
色粒子に外添される無機微粒子が単一種類の無機化合物
から構成され、当該無機微粒子の個数一次粒径分布曲線
において、一次粒径x〔nm〕(但し、20≦x≦5
0)および一次粒径y〔nm〕(但し、3x≦y≦6
x)のそれぞれに個数割合の極大値があり、かつ、一次
粒径(x+y)/2〔nm〕における個数割合が10個
数%以下であり、(x+y)/2〔nm〕未満の一次粒
径を有する小粒径側の無機微粒子の個数割合をX個数
%、(x+y)/2〔nm〕以上の一次粒径を有する大
粒径側の無機微粒子の個数割合をY個数%とするとき
に、「X/Y」の値が0.5〜2.0の範囲にあり、前
記着色粒子の体積平均粒径をz(nm)とするとき、
「z/x」の値が150〜400であることを特徴とす
る。
効果が発揮される。 (2)大粒径側の無機微粒子は、それ自体が埋没性に優
れたものであるとともに、小粒径側の無機微粒子が受け
るストレスを緩和することができる。従って、このよう
な大粒径側の無機微粒子の存在によって、無機微粒子全
体として、埋没に至るまでの時間が格段に長くなり、外
添剤としての効果(小粒径側の無機微粒子による流動性
付与効果等)が長期にわたって安定的に発揮される。 (3)外添される無機微粒子(大粒径側および小粒径側
のいずれも)が単一種類の無機化合物から構成されてい
るので、大粒径側の無機微粒子が埋没して、小粒径側の
無機微粒子が帯電性に寄与し始める時点においても、ト
ナーに付与される帯電量が変化することはない。 (4)無機微粒子の個数一次粒径分布曲線において、小
粒径(x)および大粒径(y)のそれぞれに個数割合の
極大値があり、かつ、中間粒径〔(x+y)/2〕にお
ける個数割合が10個数%以下であるので、流動性向上
効果および埋没抑制効果(耐久性の向上効果)を少ない
添加量で発揮することができ、過剰量の外添に伴う無機
微粒子の遊離が抑制され、これに起因するワイヤー汚染
やキャリア汚染等の問題を防止することができる。
現像剤は、特定の個数一次粒径分布を有する無機微粒子
が着色粒子に外添されて構成されたトナーと、キャリア
とを含有してなるものである。
機化合物から構成される。これにより、トナーに付与さ
れる帯電量の経時的変化(帯電量の低下や帯電分布の変
化)が抑制され、帯電特性の安定化を図ることができ
る。無機微粒子を構成する無機化合物としては特に限定
されるものではなく、従来からトナーの外添剤として用
いられている化合物、例えばシリカ、アルミナ、酸化チ
タン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタ
ン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、
酸化クロム、酸化セリウム、三酸化アンチモン、酸化ジ
ルコニウム、炭化ケイ素等を挙げることができる。これ
らのうち、帯電性能の環境依存性が小さいことからシリ
カが好ましく、特に耐久性の観点から疎水化処理された
シリカが好ましい。
が、特定の個数一次粒径分布を有する点に特徴を有して
いる。具体的には、一次粒径と個数割合との関係を表す
個数一次粒径分布曲線において、図1に示すように、一
次粒径x〔nm〕(但し、xは20〜50nmの範囲)
および一次粒径y〔nm〕(但し、yは3x〜6x〔n
m〕の範囲)のそれぞれに個数割合の極大値(ピーク)
を有し、かつ、中間粒径m〔但し、m=(x+y)/
2〕における個数割合が10個数%以下となる「二山分
布」であることが必要とされる。
は、例えば500個の無機微粒子(一次粒子)の各々に
ついて、走査型電子顕微鏡を用いて倍率2万倍で撮影さ
れた電子顕微鏡写真を画像解析装置「SPICCA」
(日本アビオニクス社製)に入力し、各無機微粒子にお
ける一次粒径を測定して求められたものである。
であることにより、小粒径側の無機微粒子による流動性
向上効果、および、大粒径側の無機微粒子による埋没抑
制効果(耐久性の向上効果)を少ない添加量で発揮する
ことができる。
耐久性の向上を図れることから、無機微粒子を過剰に外
添する必要がなく、従って、無機微粒子の遊離が抑制さ
れ、これに起因するワイヤー汚染やキャリア汚染等の問
題を確実に防止することができる。
20〜50nmの範囲とされる。小粒径側のピーク粒径
が20nm未満である場合には、機械的作用によって無
機微粒子の埋没が発生しやすい。一方、小粒径側のピー
ク粒径が50nmを超える場合には、機械的作用を受け
た無機微粒子が着色粒子の表面に固着されやすく、流動
性の低下を招く。そして、小粒径側のピーク粒径が20
〜50nmの範囲から外れた場合には、画像形成の際に
おいて、現像性の経時的低下、転写性の経時的低下およ
び地カブリの発生を招く。
径yは、3x〜6x〔nm〕の範囲とされる。大粒径側
のピーク粒径が3x〔nm〕未満である場合には、小粒
径側と大粒径側との粒径の差が小さすぎて、無機微粒子
の個数一次粒径分布曲線が明確な二山分布とならず、流
動性向上効果および埋没抑制効果を十分に発揮すること
ができない。一方、大粒径側のピーク粒径が6x〔n
m〕を超える場合には、小粒径側の無機微粒子による流
動性向上効果を十分に発揮することができない。そし
て、大粒径側のピーク粒径が3x〜6x〔nm〕の範囲
から外れた場合には、画像形成の際において、現像性の
経時的低下、転写性の経時的低下および地カブリの発生
を招く。
個数割合は10個数%以下とされる。この割合が10個
数%を超える場合には、流動性向上効果および埋没抑制
効果を十分に発揮することができない。また、これらの
効果を発揮させるために、このような無機微粒子を過剰
に添加すると、着色粒子から離脱・遊離する無機微粒子
に起因してワイヤー汚染やキャリア汚染等が発生し、現
像性の低下(画像濃度ムラ等)を招く。
いて、中間粒径m〔nm〕未満の一次粒径を有する小粒
径側の無機微粒子の個数割合をX個数%(図1中、
「X」で示される面積に相当する)、m〔nm〕以上の
一次粒径を有する大粒径側の無機微粒子の個数割合をY
個数%(図1中、「Y」で示される面積に相当する)と
するときに、大粒径側の個数割合(Y)に対する小粒径
側の個数割合(X)の比「X/Y」の値が0.5〜2.
0の範囲にあることも必要とされる。
微粒子の割合が過少)である場合には、大粒径側の無機
微粒子が埋没した時点において、小粒径側の無機微粒子
による流動性向上効果を十分に発揮することができな
い。一方、この比の値が2.0を超える(大粒径側の無
機微粒子の割合が過少)である場合には、大粒径側無機
微粒子による埋没抑制効果(耐久性の向上効果)を十分
に発揮することができない。
微粒子(図1のXに属する無機微粒子)、大粒径側の無
機微粒子(図1のYに属する無機微粒子)、中間粒径を
有する無機微粒子(図1におけるm±2.5nm)の各
々についての、着色粒子表面への占有率(面積占有率)
を考慮して規定することが好ましい。
率が40〜80面積%、大粒径側の無機微粒子の占有率
が20〜40面積%、中間粒径を有する無機微粒子の占
有率が10面積%以下であることが好ましい。
%未満である場合には、流動性向上効果を十分に発揮す
ることができず、また、大粒径側の無機微粒子が埋没し
た後において、小粒径側の無機微粒子の埋没速度が増大
して十分な耐久性を発揮することができない。一方、小
粒径側の無機微粒子の占有率が80面積%を超える場合
には、当該小粒径側の無機微粒子が遊離しやすくなり、
ワイヤー汚染やキャリア汚染等を発生させることがあ
る。
%未満である場合には、埋没抑制効果(耐久性の向上効
果)を十分に発揮することができない。一方、大粒径側
の無機微粒子の占有率が40面積%を超える場合には、
当該大粒径側の無機微粒子が遊離しやすくなり、ワイヤ
ー汚染やキャリア汚染等を発生させることがある。
率が10面積%を超える場合には、小粒径側の無機微粒
子による流動性向上効果および大粒径側の無機微粒子に
よる埋没抑制効果を十分に発揮することができない。ま
た、このような無機微粒子を過剰に添加すると、着色粒
子から離脱・遊離する無機微粒子に起因してワイヤー汚
染やキャリア汚染等が発生し、現像性の低下(画像濃度
ムラ等)を招く。
占有率」とは、無機微粒子および着色粒子を真球と仮定
して、着色粒子表面に対する無機微粒子の着色粒子上へ
の投影面積から、下記数1で示される計算式で算出した
値をいうものとする。
機微粒子の添加量〔%〕、ρt は着色粒子の密度〔g/
cm3 〕、ρm は無機微粒子の密度〔g/cm3 〕、d
t は着色粒子の粒径〔cm〕、dm は無機微粒子の一次
粒径〔cm〕を表す。)
色粒子は、少なくとも結着樹脂および着色剤を含有する
粒子である。
限定されず、例えばスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、
スチレン−アクリル系樹脂、スチレンブタジエン樹脂、
ポリエステル樹脂等を挙げることができる。
特に限定されるものではなく、例えばカーボンブラッ
ク、アゾ系顔料、ジアゾ系顔料、キナクリドン系顔料、
ペリレン系顔料、フタロシアニン系顔料、トリアリルア
ミン系顔料、ローダミン系染料等、各種の染料および顔
料を用いることができる。
等の内添剤が含有されていてもよい。ここに、荷電制御
剤としては特に限定されるものではないが、カラートナ
ーを調製する場合にあっては、無色のものであることが
好ましく、例えばサリチル酸、サリチル酸誘導体、ナフ
トエ酸およびナフトエ酸誘導体の亜鉛塩等が挙げられ
る。
個数一次粒径分布曲線における小粒径側のピーク粒径x
との関係で規定される。具体的には、小粒径側のピーク
粒径xの150倍〜400倍の範囲とされる。着色粒子
の体積平均粒径が、小粒径側のピーク粒径xの150倍
未満である場合には、トナーとしての耐久性を十分に満
足するものとならず、また、粒径が小さいためにトナー
全体が微粉化し、キャリアに対するトナースペントを発
生させる。一方、着色粒子の体積平均粒径が、小粒径側
のピーク粒径xの400倍を超える場合には、小粒径側
の無機微粒子による流動性向上効果が減殺されてしま
う。そして、着色粒子の体積平均粒径が過大または過小
である場合には、画像形成の際において、現像性の経時
的低下、転写性の経時的低下および地カブリの発生を招
く。ここで、着色粒子の体積平均粒径とは、粒度分布測
定装置「コールターカウンター」(コールター社製)に
より測定された値をいうものとする(以下において同
じ)。
ャリアとしては特に限定されるものではなく、例えば、
鉄、フェライト、マグネタイト、ニッケル、コバルト等
の金属、およびこれらの金属を含む合金または化合物等
よりなる磁性キャリア、並びに、これら磁性体粒子の表
面が樹脂により被覆されてなる樹脂被覆キャリアを挙げ
ることができる。
好ましい被覆樹脂としては、スチレン樹脂、アクリル樹
脂、スチレン−アクリル系樹脂、ビニル系樹脂、エチレ
ン系樹脂、ロジン変性樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエス
テル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂等を例示する
ことができる。
としては、マイクロトラック「SRA MK−II」(日
機装(株)製)により測定される体積平均粒径で20〜
60μmとされる。体積平均粒径が20μm未満である
場合には、トナーとの粒径差が小さくなることから、ト
ナーとキャリアとの付着力が増大してキャリアの飛散を
招く。一方、体積平均粒径が60μmを超える場合に
は、例えば薄層形成現像法において、現像剤ブラシが疎
となって形成される画像がきめの粗いものとなる。
画像形成方法としては、特に限定されるものではない
が、本発明の現像剤は、薄層形成方法による画像形成方
法に特に好ましく適用される。
体の押圧力を利用することによって現像剤搬送担持体上
に付着した現像剤を薄層化し、この現像剤の薄層を、感
光体に対して非接触となる状態で現像領域に搬送し、前
記現像剤搬送担持体に交流バイアス電圧を印加して得ら
れる振動電界下で感光体上の静電潜像を現像する方法を
いう。
層規制部材としては、磁性マグロールを内蔵した現像器
において、例えば磁性押圧規制棒や磁性ブレードが用い
られる。現像剤層規制部材の構成材料としては、鉄、鉄
合金類等の各種磁性金属類(剛性率:104 kg/cm
2 以上)、磁性粉を含有してなる硬質樹脂(剛性率:1
04 〜105 kg/cm2 程度)、クロム等のメッキを
施した鉄、鉄合金等が挙げられる。現像剤層規制部材の
押圧力としては1〜15gf/mm程度であることが好
ましく、特に好ましくは2〜10gf/mmとされる。
に用いられる感光体としても、特に限定されるものでは
ないが、表面硬度が高く、環境安全性の観点からも良好
であることから積層型有機感光体が好ましい。
本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。な
お、以下において「部」は重量部を表す。
処方に従って、結着樹脂と着色剤とを、溶融混練、粉
砕、分級することにより着色粒子A〜Gを調製した。こ
のようにして調製された各着色粒子の体積平均粒径を後
記表1に併せて示す。
配合処方に従って、着色粒子97部に対して、個数一次
粒径分布がそれぞれ異なる疎水性シリカ微粒子3部を添
加し、ヘンシェルミキサーを用いて混合処理することに
より、トナー1〜8(本発明用)および比較トナー1〜
9を調製した。
微粒子は、酸水素焔中における四塩化ケイ素の高温加水
分解反応によって得られたものであり、各疎水性シリカ
微粒子における個数一次粒径分布は、加水分解反応時に
おける反応条件(水分供給量および温度条件)を変える
ことにより種々の粒径の微粒子を得、必要に応じて分級
処理することによって調製した。また、シリカ微粒子の
疎水化処理にはヘキサメチルジシラザンを用いた。
よび『ピーク粒径y』は、それぞれ、小粒径側シリカ微
粒子および大粒径側シリカ微粒子における個数割合の極
大値を与える一次粒径である。また、『中間粒径mの個
数割合』は、(x+y)/2〔nm〕の一次粒径を有す
る疎水性シリカ微粒子の個数割合を、個数一次粒径分布
曲線上から求めた値である。また、『X/Y』は、中間
粒径m未満の一次粒径を有する小粒径側シリカ微粒子の
個数割合(X個数%)と、中間粒径m以上の一次粒径を
有する大粒径側シリカ微粒子の個数割合(Y個数%)と
の比である。
微粒子の着色粒子表面への占有率を併せて示す。
装置「SPICCA」(日本アビオニクス社製)を用い
て測定された500個の疎水性シリカ微粒子の一次粒径
から求めたものである。個数一次粒径分布曲線の一例
(「トナー8」に添加された疎水性シリカ微粒子につい
ての個数一次粒径分布曲線)を図2に示す。
ー1〜8および比較トナー1〜9の各々と、フェライト
粒子(飽和磁化22emu/g,体積平均粒径40μ
m)の表面がスチレン−メチルメタクリレート共重合体
樹脂(共重合体モル比4:6)により被覆された樹脂被
覆キャリアとを、トナー濃度が7重量%となる割合で混
合することにより、本発明の現像剤1〜8および比較現
像剤1〜9を製造した。
た現像剤1〜8および比較現像剤1〜9の各々につい
て、OPC感光体と、クリーニングブレードとを備えて
なる非接触式反転現像型の多色画像形成装置「902
8」(コニカ(株)製)改造機を用いて3万回にわたる
実写テストを行い、現像性(現像安定性)、転写性
(転写率安定性)、帯電量(帯電安定性)、画像地
カブリ濃度およびワイヤー汚染に起因する画像濃度ム
ラについて評価した。
による現像方法は、現像スリーブ上に付着した現像剤
を、磁性ステンレス製の押圧規制棒(SUS416製,
曲率半径1.5mm,押圧規制力5gf/mm)によっ
て薄層化し、この現像剤の薄層を、OPC感光体に対し
て非接触となる状態で現像領域に搬送し、前記現像スリ
ーブに交流バイアス電圧を印加して得られる振動電界下
で、OPC感光体上の静電潜像を現像する方法である。
また、現像条件は以下のとおりである。 感光体表面電位 :700V DCバイアス :500V ACバイアスVP-P :2.2kV AC周波数 :1.6kHz 現像スリーブ回転数:400rpm 現像ギャップ :0.9mm 現像剤薄層の厚さ :500μm
mm×50mmのベタトナー像を形成し、このトナー像
を転写工程に付する前に粘着テープで採取し、採取前後
のテープ重量の差(トナー重量W)から、単位面積あた
りの現像トナー量〔W/10(mg/cm2 )〕を測定
した。 転写性(転写率安定性) 画像形成初期と3万回形成時において、感光体上に上記
と同様のベタトナー像を形成し、このベタトナー像を転
写紙に転写し、転写後において感光体上に残留したトナ
ー重量W’を測定し、次式により転写率を求めた。 転写率=〔(W−W’)/W〕×100(%) 帯電量(帯電安定性) ブローオフ法による帯電量分布測定装置「TB−20
0」(東芝社製)を用い、ブロー圧力を1.0kg/c
m2 とし、60秒間ブローを行って測定した。 画像地カブリ濃度 3万回の画像形成時において、マクベス濃度計「マクベ
スRD918」(マクベス社製)を用いて非画像部分の
濃度を測定した。この濃度が0.02以上である場合を
地カブリ発生とする。 画像濃度ムラ 3万回の画像形成時において、ベタ黒画像の濃度を測定
し、最大濃度と最小濃度の差を測定した。これらの評価
結果を後記表4〜表5に示す。
る無機微粒子が単一種類の無機化合物から構成され、か
つ、特定の個数一次粒径分布を有するものである。従っ
て、本発明の現像剤によれば、機械的作用によっても無
機微粒子の埋没が生じにくく、流動性および帯電特性の
経時的変化が小さくて、優れた現像性および優れた転写
性を長期にわたって安定的に発揮することができる。し
かも、地カブリの発生、遊離外添剤に起因するワイヤー
汚染やキャリア汚染の発生を有効に防止することができ
る。
線図である。
を示す曲線図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 結着樹脂および着色剤を含む着色粒子
に、無機微粒子が外添されてなるトナーと、体積平均粒
径が20〜60μmであるキャリアとを含有してなる現
像剤であって、 前記着色粒子に外添される無機微粒子が単一種類の無機
化合物から構成され、 当該無機微粒子の個数一次粒径分布曲線において、一次
粒径x〔nm〕(但し、20≦x≦50)および一次粒
径y〔nm〕(但し、3x≦y≦6x)のそれぞれに個
数割合の極大値があり、かつ、一次粒径(x+y)/2
〔nm〕における個数割合が10個数%以下であり、 (x+y)/2〔nm〕未満の一次粒径を有する小粒径
側の無機微粒子の個数割合をX個数%、(x+y)/2
〔nm〕以上の一次粒径を有する大粒径側の無機微粒子
の個数割合をY個数%とするときに、「X/Y」の値が
0.5〜2.0の範囲にあり、 前記着色粒子の体積平均粒径をz(nm)とするとき、
「z/x」の値が150〜400であることを特徴とす
る現像剤。
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