JP5454081B2 - キャリア - Google Patents

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Description

本発明は、キャリア、現像剤、補給用現像剤、画像形成装置及びプロセスカートリッジに関する。
電子写真方式による画像形成では、光導電性物質等の静電潜像担持体上に静電潜像を形成し、この静電潜像に対して、帯電したトナーを付着させてトナー像を形成した後、トナー像を記録媒体に転写し、定着され、出力画像となる。近年、電子写真方式を用いた複写機やプリンターの技術は、モノクロからフルカラーへの展開が急速になりつつあり、フルカラーの市場は拡大する傾向にある。
フルカラー画像形成では、一般に、イエロー、マゼンタ、シアンの3色のカラートナー又はこれに黒色を加えた4色のカラートナーを積層させて全ての色の再現を行う。したがって、色再現性に優れ、鮮明なフルカラー画像を得るためには、定着されたトナー像の表面を平滑にして光散乱を減少させる必要がある。このような理由から、従来のフルカラー複写機等の画像光沢は、10〜50%の中〜高光沢のものが多かった。
一般に、乾式のトナー像を記録媒体に定着させる方法としては、平滑な表面を持ったローラーやベルトを加熱し、トナーと圧着する接触加熱定着方法が多用されている。このような方法は、熱効率が高く、高速定着が可能であり、カラートナーに光沢や透明性を与えることが可能である反面、加熱定着部材の表面と溶融状態のトナーとを加圧下で接触させた後、剥離するために、トナー像の一部が定着ローラーの表面に付着して別の画像上に転移する、いわゆるオフセット現象が生じる。
このようなオフセット現象を防止することを目的として、離型性に優れたシリコーンゴムやフッ素樹脂で定着ローラーの表面を形成し、さらにその定着ローラー表面にシリコーンオイル等のトナー固着防止用オイルを塗布する方法が一般に採用されている。しかしながら、このような方法は、トナーのオフセットを防止する点では極めて有効であるが、オイルを供給するための装置が必要であり、定着装置が大型化するという問題がある。
このため、モノクロ画像形成では、溶融したトナーが内部破断しないように、溶融時の粘弾性が大きく、離型剤を含有するトナーを用いることにより、定着ローラーにオイルを塗布しないオイルレスシステム、或いはオイルの塗布量を微量とするシステムが採用される傾向にある。
一方、フルカラー画像形成においても、モノクロ画像形成と同様に、定着装置の小型化、構成の簡素化の目的で、オイルレスシステムが採用される傾向がある。しかしながら、フルカラー画像形成では、定着されたトナー像の表面を平滑にするために、溶融時のトナーの粘弾性を低下させる必要があるため、光沢のないモノクロ画像形成の場合よりもオフセットが発生しやすく、オイルレスシステムの採用が困難になる。また、離型剤を含有するトナーを用いると、トナーの付着性が高まり、記録媒体への転写性が低下する。さらに、トナーのフィルミングが発生して、帯電性が低下することにより、耐久性が低下するという問題がある。
一方、キャリアとしては、トナーのフィルミングの防止、均一な表面の形成、表面の酸化の防止、感湿性の低下の防止、現像剤の寿命の延長、感光体の表面への付着の防止、感光体のキズあるいは摩耗からの保護、帯電極性の制御、帯電量の調節等の目的で、表面がシリコーン樹脂で被覆されているものが知られている。
特許文献1には、有機チタン系触媒を含有するシリコーン系樹脂を芯材粒子の周囲に被覆してなるものが開示されている。また、特許文献2には、オルガノポリシロキサンと、オルガノシランと、チタン、錫、亜鉛、コバルト、鉄、アルミニウム系化合物及びアミン類からなる群の中から選択される少なくとも1種である硬化触媒からなる被覆性組成物を主成分とするコーティング剤を、芯材粒子の表面に被覆してなるものが開示されている。さらに、特許文献3には、芯材粒子の表面が、4級アンモニウム塩触媒、アルミニウム触媒又はチタン触媒を含有するシリコーン樹脂又は変性シリコーン樹脂で被覆されているものが開示されている。
しかしながら、被覆層を形成する際にブロッキングが発生したり、耐久性が低下したりするという問題がある。
本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑み、被覆層を形成する際のブロッキングを抑制することが可能であると共に、耐久性に優れるキャリア、該キャリアを有する現像剤及び補給用現像剤並びに該現像剤を用いる画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、芯材粒子の表面に被覆層が形成されているキャリアであって、該被覆層は、シラノール基及び/又は加水分解によりシラノール基を生成することが可能な官能基を有するシリコーン樹脂及びジルコニウムアシレートを含む組成物を縮合することにより形成されていることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のキャリアにおいて、前記ジルコニウムアシレートは、ジルコニウムトリブトキシモノステアレートであることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1又は2に記載のキャリアにおいて、前記シリコーン樹脂に対する前記ジルコニウムアシレートの質量比が0.005以上0.2以下であることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1乃至のいずれか一項に記載のキャリアにおいて、前記被覆層は、導電性粒子をさらに含有することを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1乃至のいずれか一項に記載のキャリアにおいて、前記被覆層は、シランカップリング剤をさらに含有することを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1乃至のいずれか一項に記載のキャリアにおいて、前記被覆層は、アクリル樹脂をさらに含有することを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1乃至のいずれか一項に記載のキャリアにおいて、体積固有抵抗が1×10Ω・cm以上1×1017Ω・cm以下であることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1乃至のいずれか一項に記載のキャリアにおいて、前記被覆層は、平均膜厚が0.05μm以上4μm以下であることを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項1乃至のいずれか一項に記載のキャリアにおいて、前記芯材粒子は、重量平均粒径が20μm以上65μm以下であることを特徴とする。
請求項10に記載の発明は、請求項1乃至のいずれか一項に記載のキャリアにおいて、1kOeの磁場における磁化が40Am/kg以上90Am/kg以下であることを特徴とする。
請求項11に記載の発明は、現像剤において、請求項1乃至10のいずれか一項に記載のキャリア及びトナーを有することを特徴とする。
請求項12に記載の発明は、請求項1乃至10のいずれか一項に記載のキャリア及びトナーを有する補給用現像剤であって、前記キャリアに対する前記トナーの質量比が2以上50以下であることを特徴とする。
請求項13に記載の発明は、画像形成装置において、静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、該静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、請求項11に記載の現像剤を用いて現像してトナー像を形成する現像手段と、該静電潜像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、該記録媒体に転写されたトナー像を定着させる定着手段を有することを特徴とする。
請求項14に記載の発明は、請求項13に記載の画像形成装置において、請求項12に記載の補給用現像剤を補給しながら、前記トナー像を形成することを特徴とする。
請求項15に記載の発明は、プロセスカートリッジにおいて、静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、請求項11に記載の現像剤を用いて現像してトナー像を形成する現像手段を有し、画像形成装置の本体に対して着脱可能であることを特徴とする。
本発明によれば、被覆層を形成する際のブロッキングを抑制することが可能であると共に、耐久性に優れるキャリア、該キャリアを有する現像剤及び補給用現像剤並びに該現像剤を用いる画像形成装置及びプロセスカートリッジを提供することができる。
キャリアの体積固有抵抗を測定する際に用いられるセルを示す図である。 本発明で用いられるプロセスカートリッジの一例を示す図である。
次に、本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。
本発明のキャリアは、芯材粒子の表面に被覆層が形成されており、被覆層は、シラノール基及び/又は加水分解によりシラノール基を生成することが可能な官能基(以下、加水分解性官能基という)を有するシリコーン樹脂及び有機ジルコニウム化合物を含む組成物を縮合することにより形成されている。これにより、シラノール基の縮合反応を十分に進行させることができ、その結果、被覆層を形成する際のブロッキングを抑制することができる。また、芯材粒子との接着性に優れ、表面エネルギーが小さく、付着性が小さい被覆層を形成することができ、その結果、トナーのフィルミングを抑制することができる。さらに、シラノール基を縮合することにより、シロキサン結合が生成し、シリコーン樹脂の分子量が増加するため、被覆層の強度を向上させることができる。このとき、シリコーン樹脂のケイ素原子1個当たりのシラノール基及び加水分解性官能基の数を大きくすることにより、架橋密度が大きくなり、被覆層の硬度を向上させることができる。
このようなシリコーン樹脂としては、シラノール基及び/又は加水分解性官能基を有するものであれば、特に限定されず、二種以上併用してもよい。加水分解性官能基としては、特に限定されないが、ハロシリル基、アルコキシシリル基、ヒドロシリル基、イソシアネートシリル基等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
シラノール基及び/又は加水分解性官能基を有するシリコーン樹脂の市販品としては、特に限定されないが、KR155、KR282、KR211、KR216、KR213(以上、信越シリコーン社製)、AY42−170、SR2510、SR2406、SR2410、SR2405、SR2411(東レ・シリコーン社製)等が挙げられる。
有機ジルコニウム化合物としては、特に限定されないが、ジルコニウムテトラn−プロポキシド、ジルコニウムテトラn−ブトキシド等のジルコニウムアルコキシド;ジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムトリブトキシモノアセチルアセトネート、ジルコニウムモノブトキシアセチルアセトネートビス(エチルアセトアセテート)、ジルコニウムジブトキシビス(エチルアセトアセテート)等のジルコニウムキレート;ジルコニウムトリブトキシモノステアレート等のジルコニウムアシレート等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、シラノール基の縮合反応を促進する効果が大きいことから、ジルコニウムキレートが好ましく、ジルコニウムテトラアセチルアセトネートが特に好ましい。
本発明において、有機ジルコニウム化合物は、シリコーン樹脂に対して、触媒として作用する一方、モノマーとしても作用する。モノマーとして作用する有機ジルコニウム化合物は、シリコーン樹脂の構成単位となる。このため、有機ジルコニウム化合物は、モノマーとして作用しない触媒に対して、添加量を増加させることができる。モノマーとして作用しない触媒の添加量を増加させると、シリコーン樹脂中に触媒が多く残存するため、ベトツキが発生したり、キャリアの表面エネルギーが増大して、キャリアスペントが多く発生したりする。
本発明においては、有機ジルコニウム化合物を、シリコーン樹脂に対して、0.5〜20質量%添加することが好ましく、2〜15質量%添加することが好ましい。有機ジルコニウム化合物の添加量が0.5質量%未満であると、シリコーン樹脂の縮合が十分に進行しないことがあり、20質量%を超えると、シリコーン樹脂中に有機ジルコニウム化合物が多く残存することがある。
なお、被覆層は、シラノール基及び/又は加水分解性官能基を有するシリコーン樹脂、有機ジルコニウム化合物、必要に応じて、シラノール基及び/又は加水分解性官能基を有するシリコーン樹脂以外の樹脂、溶媒を含む被覆層用組成物を用いて形成することができる。具体的には、被覆層用組成物で芯材粒子を被覆しながら、シラノール基を縮合させることにより形成してもよいし、被覆層用組成物で芯材粒子を被覆した後に、シラノール基を縮合させることにより形成してもよい。被覆層用組成物で芯材粒子を被覆しながら、シラノール基を縮合させる方法としては、特に限定されないが、熱、光等を付与しながら、被覆層用組成物で芯材粒子を被覆する方法等が挙げられる。また、被覆層用組成物で芯材粒子を被覆した後に、シラノール基を縮合させる方法としては、特に限定されないが、被覆層用組成物で芯材粒子を被覆した後に、加熱する方法等が挙げられる。
シラノール基及び/又は加水分解性官能基を有するシリコーン樹脂以外の樹脂としては、特に限定されないが、アクリル樹脂、アミノ樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリトリフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデンとフッ化ビニルの共重合体、テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンと非フッ化単量体のターポリマー等のフルオロターポリマー、シラノール基又は加水分解性官能基を有さないシリコーン樹脂等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、芯材粒子及び導電性粒子との密着性が強く、脆性が低いことから、アクリル樹脂が好ましい。
アクリル樹脂は、ガラス転移点が20〜100℃であることが好ましく、25〜80℃がさらに好ましい。このようなアクリル樹脂は、適度な弾性を有しているため、現像剤を摩擦帯電させる際に、トナーとキャリアの摩擦あるいはキャリア同士の摩擦による被覆層への強い衝撃を伴う場合に、衝撃を吸収することができ、被覆層を破損することなく、維持することができる。
また、被覆層は、アクリル樹脂とアミノ樹脂の架橋物を含有することがさらに好ましい。これにより、適度な弾性を維持したまま、被覆層同士の融着を抑制することができる。
アミノ樹脂としては、特に限定されないが、キャリアの帯電付与能力を向上させることができるため、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂が好ましい。また、適度にキャリアの帯電付与能力を制御する必要がある場合には、メラミン樹脂及び/又はベンゾグアナミン樹脂と、他のアミノ樹脂を併用してもよい。
アミノ樹脂と架橋し得るアクリル樹脂としては、ヒドロキシル基及び/又はカルボキシル基を有するものが好ましく、ヒドロキシル基を有するものがさらに好ましい。これにより、芯材粒子や導電性粒子との密着性をさらに向上させることができ、導電性粒子の分散安定性も向上させることができる。このとき、アクリル樹脂は、水酸基価が10mgKOH/g以上であることが好ましく、20mgKOH/g以上がさらに好ましい。
本発明において、被覆層用組成物は、導電性粒子を含有することが好ましい。これにより、キャリアの体積固有抵抗を調整することができる。導電性粒子としては、特に限定されないが、カーボンブラック、ITO、酸化スズ、酸化亜鉛等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
シリコーン樹脂に対する導電性粒子の質量比は、0.001〜10であることが好ましい。この質量比が0.001未満であると、キャリアの体積固有抵抗を調整する効果が不十分となることがあり、10を超えると、導電性微粒子を保持することが難しくなり、キャリアの表面層が破壊され易くなる。
本発明において、被覆層用組成物は、シランカップリング剤を含有することが好ましい。これにより、有機ジルコニウム化合物や導電性粒子を安定に分散させることができる。
シランカップリング剤としては、特に限定されないが、r−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、r−(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、r−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−β−(N−ビニルベンジルアミノエチル)−r−アミノプロピルトリメトキシシラン塩酸塩、r−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、r−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、r−クロルプロピルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、r−アニリノプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、オクタデシルジメチル[3−(トリメトキシシリル)プロピル]アンモニウムクロライド、r−クロルプロピルメチルジメトキシシラン、メチルトリクロルシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、アリルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルメチルジエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、1,3−ジビニルテトラメチルジシラザン、メタクリルオキシエチルジメチル(3−トリメトキシシリルプロピル)アンモニウムクロライド等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
シランカップリング剤の市販品としては、AY43−059、SR6020、SZ6023、SH6026、SZ6032、SZ6050、AY43−310M、SZ6030、SH6040、AY43−026、AY43−031、sh6062、Z−6911、sz6300、sz6075、sz6079、sz6083、sz6070、sz6072、Z−6721、AY43−004、Z−6187、AY43−021、AY43−043、AY43−040、AY43−047、Z−6265、AY43−204M、AY43−048、Z−6403、AY43−206M、AY43−206E、Z6341、AY43−210MC、AY43−083、AY43−101、AY43−013、AY43−158E、Z−6920、Z−6940(東レ・シリコーン社製)等が挙げられる。
シランカップリング剤の添加量は、シリコーン樹脂に対して、0.1〜10質量%であることが好ましい。シランカップリング剤の添加量が0.1質量%未満であると、芯材粒子や導電性粒子とシリコーン樹脂の接着性が低下して、長期間の使用中に被覆層が脱落することがあり、10質量%を超えると、長期間の使用中にトナーのフィルミングが発生することがある。
本発明において、被覆層は、平均膜厚が0.05〜4μmであることが好ましい。平均膜厚が0.05μm未満であると、被覆層が破壊されやすくなって、膜が削れることがあり、4μmを超えると、画像にキャリアが付着しやすくなることがある。
本発明において、芯材粒子としては、磁性体であれば、特に限定されないが、鉄、コバルト等の強磁性金属;マグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の酸化鉄;各種合金や化合物;これらの磁性体を樹脂中に分散させた樹脂粒子等が挙げられる。中でも、環境面への配慮から、Mn系フェライト、Mn−Mg系フェライト、Mn−Mg−Srフェライト等が好ましい。
本発明において、芯材粒子は、重量平均粒径が20〜65μmであることが好ましい。重量平均粒径が20μm未満であると、キャリア付着が発生することがあり、65μmを超えると、画像細部の再現性が低下し、精細な画像を形成できなくなることがある。
なお、重量平均粒径は、マイクロトラック粒度分布計モデルHRA9320―X100(日機装社製)を用いて測定することができる。
また、本発明のキャリアは、1kOe(10/4π[A/m])の磁場における磁化が、40〜90Am/kgであることが好ましい。この磁化が40Am/kg未満であると、画像にキャリアが付着しやすくなることがあり、90Am/kgを超えると、磁性穂が硬くなり、画像にカスレが発生することがある。
なお、磁化は、VSM−P7−15(東英工業社製)を用いて測定することができる。
本発明のキャリアは、体積固有抵抗が1×10〜1×1017Ω・cmであることが好ましい。体積固有抵抗が1×10Ω・cm未満であると、非画像部でキャリア付着が発生することがあり、1×1017Ω・cmを超えると、エッジ効果が許容できないレベルになることがある。
なお、体積固有抵抗は、図1に示すセルを用いて測定することができる。具体的には、まず、表面積2.5cm×4cmの電極1a及び電極1bを、0.2cmの距離を隔てて収容したフッ素樹脂製容器2からなるセルに、キャリア3を充填し、落下高さ1cm、タッピングスピード30回/分で、10回のタッピングを行う。次に、電極1a及び1bの間に1000Vの直流電圧を印加して30秒後の抵抗値r[Ω]を、ハイレジスタンスメーター4329A(横河ヒューレットパッカード社製)を用いて測定し、式
r×(2.5×4)/0.2
から、体積固有抵抗[Ω・cm]を算出することができる。
本発明の現像剤は、本発明のキャリア及びトナーを有する。
トナーは、結着樹脂と着色剤を含有するが、モノクロトナー及びカラートナーのいずれであってもよい。また、定着ローラーにトナー固着防止用オイルを塗布しないオイルレスシステムに適用するために、トナーは、離型剤を含有してもよい。このようなトナーは、一般に、フィルミングが発生しやすいが、本発明のキャリアは、フィルミングを抑制することができるため、本発明の現像剤は、長期に亘り、良好な品質を維持することができる。さらに、カラートナー、特に、イエロートナーは、一般に、キャリアの被覆層の削れによる色汚れが発生するという問題があるが、本発明の現像剤は、色汚れの発生を抑制することができる。
トナーは、粉砕法、重合法等の公知の方法を用いて製造することができる。例えば、粉砕法を用いてトナーを製造する場合、まず、トナー材料を混練することにより得られる溶融混練物を冷却した後、粉砕し、分級して、母体粒子を作製する。次に、転写性、耐久性をさらに向上させるために、母体粒子に外添剤を添加し、トナーを作製する。
このとき、トナー材料を混練する装置としては、特に限定されないが、バッチ式の2本ロール;バンバリーミキサー;KTK型2軸押出し機(神戸製鋼所社製)、TEM型2軸押出し機(東芝機械社製)、2軸押出し機(KCK社製)、PCM型2軸押出し機(池貝鉄工社製)、KEX型2軸押出し機(栗本鉄工所社製)等の連続式の2軸押出し機;コ・ニーダ(ブッス社製)等の連続式の1軸混練機等が挙げられる。
また、冷却した溶融混練物を粉砕する際には、ハンマーミル、ロートプレックス等を用いて粗粉砕した後、ジェット気流を用いた微粉砕機、機械式の微粉砕機等を用いて微粉砕することができる。なお、平均粒径が3〜15μmとなるように粉砕することが好ましい。
さらに、粉砕された溶融混練物を分級する際には、風力式分級機等を用いることができる。なお、母体粒子の平均粒径が5〜20μmとなるように分級することが好ましい。
また、母体粒子に外添剤を添加する際には、ミキサー類を用いて混合攪拌することにより、外添剤が解砕されながら母体粒子の表面に付着する。
結着樹脂としては、特に限定されないが、ポリスチレン、ポリp−スチレン、ポリビニルトルエン等のスチレン及びその置換体の単独重合体;スチレン−p−クロロスチレン共重合体、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−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−メタクリル酸共重合体、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−α−クロロメタクリル酸メチル共重合体、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−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−マレイン酸エステル共重合体等のスチレン系共重合体;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は芳香族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
圧力定着用の結着樹脂としては、特に限定されないが、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン等のポリオレフィン;エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸エステル共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー樹脂等のオレフィン共重合体;エポキシ樹脂、ポリエステル、スチレン−ブタジエン共重合体、ポリビニルピロリドン、メチルビニルエーテル−無水マレイン酸共重合体、マレイン酸変性フェノール樹脂、フェノール変性テルペン樹脂等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
着色剤(顔料又は染料)としては、特に限定されないが、カドミウムイエロー、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、ハンザイエロー10G、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等の黄色顔料;モリブデンオレンジ、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、インダンスレンブリリアントオレンジRK、ベンジジンオレンジG、インダンスレンブリリアントオレンジGK等の橙色顔料;ベンガラ、カドミウムレッド、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D、ブリリアントカーミン6B、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン3B等の赤色顔料;ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ等の紫色顔料;コバルトブルー、アルカリブルー、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素化物、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーBC等の青色顔料;クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ等の緑色顔料;カーボンブラック、オイルファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、アニリンブラック等のアジン系色素、金属塩アゾ色素、金属酸化物、複合金属酸化物等の黒色顔料等が挙げられ、二種以上を併用してもよい。
離型剤としては、特に限定されないが、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、脂肪酸金属塩、脂肪酸エステル、パラフィンワックス、アミド系ワックス、多価アルコールワックス、シリコーンワニス、カルナウバワックス、エステルワックス等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
また、トナーは、帯電制御剤をさらに含有してもよい。帯電制御剤としては、特に限定されないが、ニグロシン;炭素数が2〜16のアルキル基を有するアジン系染料(特公昭42−1627号公報参照);C.I.Basic Yello 2(C.I.41000)、C.I.Basic Yello 3、C.I.Basic Red 1(C.I.45160)、C.I.Basic Red 9(C.I.42500)、C.I.Basic Violet 1(C.I.42535)、C.I.Basic Violet 3(C.I.42555)、C.I.Basic Violet 10(C.I.45170)、C.I.Basic Violet 14(C.I.42510)、C.I.Basic Blue 1(C.I.42025)、C.I.Basic Blue 3(C.I.51005)、C.I.Basic Blue 5(C.I.42140)、C.I.Basic Blue 7(C.I.42595)、C.I.Basic Blue 9(C.I.52015)、C.I.Basic Blue 24(C.I.52030)、C.I.Basic Blue25(C.I.52025)、C.I.Basic Blue 26(C.I.44045)、C.I.Basic Green 1(C.I.42040)、C.I.Basic Green 4(C.I.42000)等の塩基性染料;これらの塩基性染料のレーキ顔料;C.I.Solvent Black 8(C.I.26150)、ベンゾイルメチルヘキサデシルアンモニウムクロライド、デシルトリメチルクロライド等の4級アンモニウム塩;ジブチル、ジオクチル等のジアルキルスズ化合物;ジアルキルスズボレート化合物;グアニジン誘導体;アミノ基を有するビニル系ポリマー、アミノ基を有する縮合系ポリマー等のポリアミン樹脂;特公昭41−20153号公報、特公昭43−27596号公報、特公昭44−6397号公報、特公昭45−26478号公報に記載されているモノアゾ染料の金属錯塩;特公昭55−42752号公報、特公昭59−7385号公報に記載されているサルチル酸;ジアルキルサルチル酸、ナフトエ酸、ジカルボン酸のZn、Al、Co、Cr、Fe等の金属錯体;スルホン化した銅フタロシアニン顔料;有機ホウ素塩類;含フッ素4級アンモニウム塩;カリックスアレン系化合物等が挙げられるが、二種以上併用してもよい。なお、ブラック以外のカラートナーにおいては、白色のサリチル酸誘導体の金属塩等が好ましい。
外添剤としては、特に限定されないが、シリカ、酸化チタン、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素等の無機粒子;ソープフリー乳化重合法により得られる平均粒径が0.05〜1μmのポリメタクリル酸メチル粒子、ポリスチレン粒子等の樹脂粒子が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、表面が疎水化処理されているシリカ、酸化チタン等の金属酸化物粒子が好ましい。さらに、疎水化処理されているシリカ及び疎水化処理されている酸化チタンを併用し、疎水化処理されているシリカよりも疎水化処理されている酸化チタンの添加量を多くすることにより、湿度に対する帯電安定性に優れるトナーが得られる。
本発明の現像剤は、補給用現像剤として、用いてもよい。この場合、キャリアに対するトナーの質量比が2〜50である。この質量比が2未満であると、補給用現像剤を補給した場合に、現像装置中のキャリアの濃度が大きくなるため、現像剤の帯電量が増加して、画像濃度が低下する。一方、この質量比が50を超えると、補給用現像剤を補給した場合に、現像装置内の劣化したキャリアを入れ替える効果が不十分になる。
本発明の画像形成方法は、静電潜像担持体上に静電潜像を形成する工程と、静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、本発明の現像剤を用いて現像してトナー像を形成する工程と、静電潜像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体に転写する工程と、記録媒体に転写されたトナー像を定着させる工程とを有する。
図2に、本発明で用いられるプロセスカートリッジの一例を示す。プロセスカートリッジ10は、感光体11、感光体11を帯電する帯電装置12、感光体11上に形成された静電潜像を、本発明の現像剤を用いて現像してトナー像を形成する現像装置13及び感光体11上に形成されたトナー像を記録媒体に転写した後、感光体11上に残留したトナーを除去するクリーニング装置14が一体に支持されており、プロセスカートリッジ10は、複写機、プリンター等の画像形成装置の本体に対して着脱可能である。
以下、プロセスカートリッジ10を搭載した画像形成装置を用いて画像を形成する方法について説明する。まず、感光体11が所定の周速度で回転駆動され、帯電装置12により、感光体11の周面が正又は負の所定電位に均一に帯電される。次に、スリット露光方式の露光装置、レーザービームで走査露光する露光装置等の露光装置(不図示)から感光体11の周面に露光光が照射され、静電潜像が順次形成される。さらに、感光体11の周面に形成された静電潜像は、現像装置13により、本発明の現像剤を用いて現像され、トナー像が形成される。次に、感光体11の周面に形成されたトナー像は、感光体11の回転と同期されて、給紙部(不図示)から感光体11と転写装置(不図示)の間に給紙された転写紙に、順次転写される。さらに、トナー像が転写された転写紙は、感光体11の周面から分離されて定着装置(不図示)に導入されて定着された後、複写物(コピー)として、画像形成装置の外部へプリントアウトされる。一方、トナー像が転写された後の感光体11の表面は、クリーニング装置14により、残留したトナーが除去されて清浄化された後、除電装置(不図示)により除電され、繰り返し画像形成に使用される。
このとき、現像装置13に補給用現像剤を補給して、余剰の現像剤を排出しながら、画像を形成することが好ましい。これにより、長期に亘って、安定した画像品質が得られる。即ち、現像装置13内の劣化したキャリアを、補給用現像剤に含まれる劣化していないキャリアに入れ替えることにより、長期に亘って、帯電量を安定に保持することができる。このような画像形成方法は、特に、画像面積が大きい画像を形成するときに有効である。画像面積が大きい画像を形成する場合、トナーのスペントにより、キャリアの帯電性が劣化しやすくなるが、補給用現像剤の補給量も多くなるため、劣化したキャリアが入れ替わる頻度が高くなる。
次に、実施例及び比較例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。なお、部は、質量基準である。
参考例1]
固形分が50質量%のシリコーン樹脂SR2406(東レ・ダウコーニング社製)200部及びトルエン1000部を、ホモミキサーを用いて、10分間分散させた。次に、固形分が99質量%のジルコニウムテトラアセチルアセトネートZC−150(マツモトファインケミカル社製)2部をトルエン100部に希釈したものを入れて、30秒間攪拌し、被覆層用塗布液を得た。
スピラコーターを用いて、コーター内の温度を50℃に設定して、被覆層の平均膜厚が0.1μmとなるように、被覆層用塗布液を、重量平均粒径が35μmの焼成フェライト粉に塗布し、乾燥した。次に、250℃の電気炉の中で1時間焼成し、冷却した後、目開きが63μmの篩を用いて振動させ、キャリアを得た。
参考例2]
固形分が99質量%のジルコニウムテトラアセチルアセトネートZC−150(マツモトファインケミカル社製)2部の代わりに、固形分が70質量%のジルコニウムジブトキシビス(エチルアセトアセテート)ZC−580(マツモトファインケミカル社製)2.9部を用いた以外は、参考例1と同様にして、キャリアを得た。
参考例3]
固形分が99質量%のジルコニウムテトラアセチルアセトネートZC−150(マツモトファインケミカル社製)2部の代わりに、固形分が74質量%のジルコニウムテトラn−プロポキシドZA−40(マツモトファインケミカル社製)2.7部を用いた以外は、参考例1と同様にして、キャリアを得た。
[実施例4]
固形分が99質量%のジルコニウムテトラアセチルアセトネートZC−150(マツモトファインケミカル社製)2部の代わりに、固形分が81質量%のジルコニウムトリブトキシモノステアレートZB−320(マツモトファインケミカル社製)2.5部を用いた以外は、参考例1と同様にして、キャリアを得た。
参考例5]
固形分が50質量%のシリコーン樹脂SR2406(東レ・ダウコーニング社製)200部、カーボンブラックBlack Porls 2000(キャボット・スペシャルティ・ケミカルズ・インク社製)10部、アミノシランSH6020(東レ・ダウコーニング社製)10部及びトルエン1000部を、ホモミキサーを用いて、10分間分散させた。その後、固形分が99質量%のジルコニウムテトラアセチルアセトネートZC−150(マツモトファインケミカル社製)2部をトルエン100部に希釈したものを入れて、30秒間攪拌し、被覆層用塗布液を得た。
得られた被覆層塗布液を用いて、被覆層の平均膜厚が2.0μmとなるように塗布した以外は、参考例1と同様にして、キャリアを得た。
参考例6]
固形分が99質量%のジルコニウムテトラアセチルアセトネートZC−150(マツモトファインケミカル社製)2部の代わりに、固形分が70質量%のジルコニウムジブトキシビス(エチルアセトアセテート)ZC−580(マツモトファインケミカル社製)2.9部を用いた以外は、参考例5と同様にして、キャリアを得た。
参考例7]
固形分が50質量%のシリコーン樹脂SR2406(東レ・ダウコーニング社製)160部、固形分が99質量%のジルコニウムテトラアセチルアセトネートZC−150(マツモトファインケミカル社製)2部、アミノシランSH6020(東レ・ダウコーニング社製)10部、固形分が50質量%のアクリル樹脂マイコート106(三井サイテック社製)60部、固形分が50質量%のグアナミン樹脂ヒタロイド3001(日立化成工業社製)20部、固形分が50質量%の酸性触媒キャタリスト4040(三井サイテック社製)0.3部、導電性粒子EC−700(チタン工業社製)150部及びトルエン1000部を、ホモミキサーを用いて、10分間分散させ、被覆層用塗布液を得た。
得られた被覆層塗布液を用いて、被覆層の平均膜厚が0.3μmとなるように塗布した以外は、参考例1と同様にして、キャリアを得た。
参考例8]
固形分が99質量%のジルコニウムテトラアセチルアセトネートZC−150(マツモトファインケミカル社製)2部の代わりに、固形分が70質量%のジルコニウムジブトキシビス(エチルアセトアセテート)ZC−580(マツモトファインケミカル社製)2.9部を用いた以外は、参考例7と同様にして、キャリアを得た。
参考例9]
固形分が99質量%のジルコニウムテトラアセチルアセトネートZC−150(マツモトファインケミカル社製)の添加量を0.6部に変更した以外は、参考例5と同様にして、キャリアを得た。
参考例10]
固形分が99質量%のジルコニウムテトラアセチルアセトネートZC−150(マツモトファインケミカル社製)の添加量を19部に変更した以外は、参考例5と同様にして、キャリアを得た。
[比較例1]
固形分が99質量%のジルコニウムテトラアセチルアセトネートZC−150(マツモトファインケミカル社製)の代わりに、固形分が99質量%のチタンテトライソプロポキシドTA−10(マツモトファインケミカル社製)を用いた以外は、参考例1と同様にして、キャリアを得た。
[比較例2]
固形分が99質量%のジルコニウムテトラアセチルアセトネートZC−150(マツモトファインケミカル社製)2部の代わりに、固形分が75質量%のチタンイソプロポキシビス(アセチルアセトネート)TC−100(マツモトファインケミカル社製)2.7部を用いた以外は、参考例1と同様にして、キャリアを得た。
[比較例3]
固形分が99質量%のジルコニウムテトラアセチルアセトネートZC−150(マツモトファインケミカル社製)の代わりに、ジブチルスズジアセテートU−200(日東化成工業社製)を用いた以外は、参考例1と同様にして、キャリアを得た。
[比較例4]
固形分が99質量%のジルコニウムテトラアセチルアセトネートZC−150(マツモトファインケミカル社製)の代わりに、ジブチルスズオキサイドU−300(日東化成工業社製)を用いた以外は、参考例1と同様にして、キャリアを得た。
[比較例5]
固形分が99質量%のジルコニウムテトラアセチルアセトネートZC−150(マツモトファインケミカル社製)の代わりに、固形分が99質量%のチタンテトライソプロポキシドTA−10(マツモトファインケミカル社製)を用いた以外は、参考例5と同様にして、キャリアを得た。
[比較例6]
固形分が99質量%のジルコニウムテトラアセチルアセトネートZC−150(マツモトファインケミカル社製)の代わりに、ジブチルスズジアセテートU−200(日東化成工業社製)を用いた以外は、参考例5と同様にして、キャリアを得た。
[比較例7]
固形分が99質量%のジルコニウムテトラアセチルアセトネートZC−150(マツモトファインケミカル社製)2部の代わりに、固形分75質量%のチタンイソプロポキシビス(アセチルアセトネート)TC−100(マツモトファインケミカル社製)2.7部を用いた以外は、参考例7と同様にして、キャリアを得た。
[比較例8]
固形分が99質量%のジルコニウムテトラアセチルアセトネートZC−150(マツモトファインケミカル社製)の代わりに、ジブチルスズオキサイドU−300(日東化成工業社製)を用いた以外は、参考例7と同様にして、キャリアを得た。
実施例4、参考例1〜3、5〜10及び比較例1〜8のキャリアの特性を表1に示す。
Figure 0005454081
表1より、実施例4、参考例1〜3、5〜10及び比較例3、6のキャリアは、焼成時にブロッキングが発生しにくく、生産性が高いことがわかる。これは、被覆層用塗布液を、焼成フェライト粉に塗布し、乾燥している間に、シリコーン樹脂の縮合が十分に進行しているため、焼成時に隣接する焼成フェライト粉のシリコーン樹脂の結着を抑制できるためであると考えられる。
以下、キャリアの特性の評価方法を示す。
[芯材粒子の重量平均粒径]
マイクロトラック粒度分布計モデルHRA9320−X100(日機装社製)を用いて、芯材粒子の粒度分布を測定した。
[被覆層の平均膜厚]
透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて、キャリアの断面を観察して、被覆層の平均膜厚を測定した。
[体積固有抵抗]
体積固有抵抗は、図1に示すセルを用いて測定した。具体的には、まず、表面積2.5cm×4cmの電極1a及び電極1bを、0.2cmの距離を隔てて収容したフッ素樹脂製容器2からなるセルに、キャリア3を充填し、落下高さ1cm、タッピングスピード30回/分で、10回のタッピングを行った。次に、電極1a及び1bの間に1000Vの直流電圧を印加して30秒後の抵抗r[Ω]を、ハイレジスタンスメーター4329A(横川ヒューレットパッカード社製)を用いて測定し、式
r×(2.5×4)/0.2
から、体積固有抵抗[Ω・cm]を算出した。
[1kOeの磁場における磁化]
キャリア約0.15gを、内径が2.4mm、高さが8.5mmのセルに充填した後、VSM−P7−15(東英工業社製)を用いて、1kOeの磁場において、磁化を測定した。
[焼成後のブロッキングの度合い]
被覆層用塗布液を塗布し、乾燥した焼成フェライト粉を、250℃の電気炉の中で1時間焼成し、冷却した後、ブロッキングの度合いを評価した。なお、ブロッキングが全く見られないものを◎、ブロッキングが簡単に崩れるものを○、ブロッキングが篩を用いて振動することにより解砕するものを△、ブロッキングが篩を用いて振動しても解砕しないものを×として判定した。
実施例4、参考例1〜3、5〜10及び比較例1〜8のキャリアの耐久性の評価結果を表2〜5に示す。
Figure 0005454081
Figure 0005454081
Figure 0005454081
Figure 0005454081
表2〜5より、実施例4、参考例1〜3、5〜10のキャリアは、比較例1〜8のキャリアに対して、帯電量の低下量及び体積固有抵抗の変化量が少ないことから、トナーのフィルミングを抑制することができ、耐久性に優れることがわかる。
以下、キャリアの耐久性の評価方法を示す。
デジタルフルカラー複合機Imagio Neo C600(リコー社製)を用いて、画像評価を実施した。具体的には、まず、実施例4、参考例1〜3、5〜10及び比較例1〜8のキャリアと、Imagio Neo C600に使用されているブラックトナー(Imagio トナー タイプ2 ブラック)、イエロートナー(Imagio トナー タイプ2 イエロー)、マゼンタトナー(Imagio トナー タイプ2 マゼンタ)又はシアントナー(Imagio トナー タイプ2 シアン)の4色のトナーを、質量比93:7で混合し、4色の現像剤を得た。次に、各色の現像剤を用いて、初期及び画像面積率20%で10万枚のランニング後のキャリアの帯電量及び体積固有抵抗を測定し、帯電量の低下量及び体積固有抵抗の変化量を算出した。
なお、初期のキャリアの帯電量は、キャリアと、ブラックのトナーを、質量比93:7で混合し、摩擦帯電させたサンプルを、ブローオフ装置TB−200(東芝ケミカル社製)を用いて測定した。また、ランニング後のキャリアの帯電量は、ブローオフ装置を用いてランニング後の現像剤中の各色のトナーを除去したキャリアを用いた以外は、上記と同様にして測定した。なお、帯電量の変化量の目標値は10μC/g以下である。
一方、初期のキャリアの体積固有抵抗は、上記と同様にして測定したキャリアの体積固有抵抗の常用対数値である。ランニング後のキャリアの体積固有抵抗は、ブローオフ装置を用いてランニング後の現像剤中の各色のトナーを除去したキャリアを用いた以外は、上記と同様にして測定した。なお、体積固有抵抗の目標値は絶対値で1.5[Log(Ω・cm)]以下である。
参考例1のキャリアの、補給用現像剤を補給しながら現像した場合の耐久性の評価結果を表6に示す。
Figure 0005454081
表6より、補給用現像剤を補給しながら現像することにより、帯電量の低下量及び体積固有抵抗の変化量が少なくなることがわかる。
以下、キャリアの、補給用現像剤を補給しながら現像した場合の耐久性の評価方法を示す。
デジタルフルカラー複合機Imagio Neo C600(リコー社製)の現像部を改造して、補給用現像剤を補給して、余剰の現像剤を排出する機構を設け、画像評価を実施した。具体的には、まず、参考例1のキャリアと、Imagio Neo C600に使用されているブラックトナー(Imagio トナー タイプ2 ブラック)、イエロートナー(Imagio トナー タイプ2 イエロー)、マゼンタトナー(Imagio トナー タイプ2 マゼンタ)又はシアントナー(Imagio トナー タイプ2 シアン)の4色のトナーを、質量比1:20で混合し、4色の補給用現像剤を得た。次に、各色の現像剤及び補給現像剤を用いて、初期及び画像面積率20%で10万枚のランニング後のキャリアの帯電量及び体積固有抵抗を測定し、帯電量の低下量及び体積固有抵抗の変化量を算出した。
10 プロセスカートリッジ
11 感光体
12 帯電装置
13 現像装置
14 クリーニング装置
特開2001−92189号公報 特開平06−222621号公報 特開2006−337828号公報

Claims (15)

  1. 芯材粒子の表面に被覆層が形成されているキャリアであって、
    該被覆層は、シラノール基及び/又は加水分解によりシラノール基を生成することが可能な官能基を有するシリコーン樹脂及びジルコニウムアシレートを含む組成物を縮合することにより形成されていることを特徴とするキャリア。
  2. 前記ジルコニウムアシレートは、ジルコニウムトリブトキシモノステアレートであることを特徴とする請求項1に記載のキャリア。
  3. 前記シリコーン樹脂に対する前記ジルコニウムアシレートの質量比が0.005以上0.2以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載のキャリア。
  4. 前記被覆層は、導電性粒子をさらに含有することを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載のキャリア。
  5. 前記被覆層は、シランカップリング剤をさらに含有することを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載のキャリア。
  6. 前記被覆層は、アクリル樹脂をさらに含有することを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載のキャリア。
  7. 体積固有抵抗が1×10Ω・cm以上1×1017Ω・cm以下であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載のキャリア。
  8. 前記被覆層は、平均膜厚が0.05μm以上4μm以下であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載のキャリア。
  9. 前記芯材粒子は、重量平均粒径が20μm以上65μm以下であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載のキャリア。
  10. 1kOeの磁場における磁化が40Am/kg以上90Am/kg以下であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載のキャリア。
  11. 請求項1乃至10のいずれか一項に記載のキャリア及びトナーを有することを特徴とする現像剤。
  12. 請求項1乃至10のいずれか一項に記載のキャリア及びトナーを有する補給用現像剤であって、
    前記キャリアに対する前記トナーの質量比が2以上50以下であることを特徴とする補給用現像剤。
  13. 静電潜像担持体上に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
    該静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、請求項11に記載の現像剤を用いて現像してトナー像を形成する現像手段と、
    該静電潜像担持体上に形成されたトナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
    該記録媒体に転写されたトナー像を定着させる定着手段を有することを特徴とする画像形成装置
  14. 請求項12に記載の補給用現像剤を補給しながら、前記トナー像を形成することを特徴とする請求項13に記載の画像形成装置
  15. 静電潜像担持体と、該静電潜像担持体上に形成された静電潜像を、請求項11に記載の現像剤を用いて現像してトナー像を形成する現像手段を有し、
    画像形成装置の本体に対して着脱可能であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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