JP5948861B2 - 静電荷像現像剤、プロセスカートリッジ、画像形成装置、及び、画像形成方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献1には、「静電荷像現像用トナーを用いて、圧密状態のトナー層が形成された容器中のトナー層中に、円錐ロータを回転させながら侵入させて、円錐ロータにかかるトルクと容器にかかる荷重を測定することによって、その測定値からトナーの流動性を評価する方法であって、該円錐ロータの頂角が20〜150°であることを特徴とする静電荷像現像用トナー評価方法」も提案されている。
請求項1に係る発明は、
トナー粒子と、体積平均粒径が70nm以上200nm以下で、平均円形度が0.5以上0.9以下である外添剤と、体積平均粒径20nm以上50nm以下の気相法シリカ粒子からなる外添剤と、を含むトナーと、
体積平均粒径が10μm以上30μm以下であるキャリアと、
を有し、
通気流量20ml/min、回転翼の先端スピード100mm/sec、回転翼の進入角度−5°の条件でパウダーレオメータによって測定したときの通気流動性エネルギー量が30mJ以上70mJ以下である静電荷像現像剤。
前記体積平均粒径が70nm以上200nm以下で、平均円形度が0.5以上0.9以下である外添剤が、ゾルゲル法シリカ粒子である請求項1に記載の静電荷像現像剤。
前記トナー粒子が、平均円形度0.945以上0.997以下、体積平均粒径3.5μm以上6.3μm以下のトナー粒子である請求項1又は2に記載の静電荷像現像剤。
像保持体と、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、前記像保持体に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、
を少なくとも備え、
画像形成装置に脱着されるプロセスカートリッジ。
像保持体と、
前記像保持体を帯電する帯電手段と、
帯電した前記像保持体に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、前記像保持体に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、
前記トナー像を被転写体に転写する転写手段と、
を少なくとも備える画像形成装置。
像保持体を帯電する帯電工程と、
帯電した像保持体に静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の静電荷像現像剤により、前記像保持体に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像工程と、
前記トナー像を被転写体に転写する転写工程と、
を少なくとも備える画像形成装置。
請求項2に係る発明によれば、体積平均粒径70nm以上200nm以下で、平均円形度が0.5以上0.9以下の外添剤が気相法シリカ粒子である場合に比べ、低温低湿環境下での放置後、高画像密度の画像を連続して形成しても、画像抜けが抑制された画像が得られる静電潜像現像剤を提供できる。
本実施形態に係る静電荷像現像剤(以下現像剤と称することがある)は、トナーとキャリアとを有して構成されている。
トナーは、トナー粒子と、体積平均粒径が70nm以上200nm以下で、平均円形度が0.5以上0.9以下である外添剤と、を含んで構成されている。
そして、本実施形態に係る現像剤は、通気流量20ml/min、回転翼の先端スピード100mm/sec、回転翼の進入角度−5°の条件でパウダーレオメータによって測定したときの通気流動性エネルギー量が30mJ以上70mJ以下である。
なお、本実施形態に係る現像剤では、体積平均粒径20nm以上50nm以下の気相法シリカ粒子からなる外添剤を更に含むトナーが適用され、体積平均粒径が10μm以上30μm以下であるキャリアが適用される。
トナー粒子の凸部に残存した異形外添剤は、異形故に、トナー粒子との接点が増えることから、衝撃が付与されても、その力が分散されるため、トナー粒子に埋没し難く、スペーサ機能を発揮すると共に、それが維持されると考えられる。
特に、高画像密度の画像(例えば画像密度60%以上画像)を連続して形成する場合、補給トナー量が多くなることから、補給トナーとの現像剤の攪拌が不十分なまま、結果として補給トナーの帯電が不十分なまま、現像領域にトナーが達することが多い。
これにより、本実施形態に係る現像剤では、低温低湿環境下での放置後、高画像密度の画像を連続して形成しても、画像抜けが抑制された画像が得られる。
基本流動性エネルギー量を上記範囲とすることにより、低温低湿環境下での放置後、高画像密度の画像を連続して形成する場合において、画像形成開始直後でも、画像抜けが抑制された画像が得られる。
粒子の流動性を測定する場合、液体や固体、又は気体の流動性を測定する場合よりも、多くの要因から影響を受けるため、粒径や表面粗さ等の従来用いられているパラメータでは、正確な粒子の流動性を特定することが困難である。また、流動性を特定するための測定すべき因子(例えば、粒径等)を決定しても、実際にはその因子は流動性に与える影響が少ない場合や、他の因子との組み合わせによってのみその因子を測定する意義が発生する場合もあり、測定因子を決定することでさえ困難である。
パウダーレオメータは、充填した粒子中を回転翼が螺旋状に回転することによって得られる回転トルクと垂直荷重とを同時に測定して、流動性を直接的に求める流動性測定装置である。回転トルクと垂直荷重の両方を測定することで、粉体自身の特性や外部環境の影響を含めた流動性について、高感度に検出する。また、粒子の充填の状態を一定とした上で測定を行うため、再現性の良好なデータを得られる。
また、誤差による影響を少なくするため、このコンディショニングとエネルギー測定操作のサイクルを5回行って得られた平均値を、流動性エネルギー量(mJ)とする。
つまり、このような通気流動性エネルギー量の現像剤は、トナー同士間、キャリア同士間、トナーとキャリア間で相互作用の影響が小さくなる低温低湿下においても、現像剤が浮いてしまう現象が抑えられ、トナーとキャリアとの摺擦が確保されるため、現像器撹拌開始初期でもトナーとキャリアの均一な摩擦帯電が確保されると考えられる。
また、高画像密度の画像(例えば画像密度60%以上画像)を連続して形成して、多量に補給トナーが補給されても、空気の流入により現像剤や補給トナーが浮いてしまう現象が抑えられ、やはり、トナーとキャリアの摩擦帯電性が確保されると考えられる。
つまり、トナー粒子の局所的な帯電が抑制され、トナー表面の全体に渡り帯電され易くなると考えられる。
このため、低温低湿環境下(例えば、5℃、10%RH環境下)での放置後でも、また補給トナーが多量に補給されても、攪拌により、ある程度の時間で、バラツキなくトナーの帯電が実現されると考えられる。
つまり、このような基本流動性エネルギー量の現像剤は、攪拌開始直後でも、その流動に伴い、空気の流入により現像剤が浮いてしまう現象が抑えられ、トナーとキャリアとの摺擦時間が長くなると考えられる。
また、多量に補給トナーが補給された直後でも、空気の流入により現像剤や補給トナーが浮いてしまう現象が抑えられ、補給トナーが攪拌により均一混合(分散)され易くなり、やはり、トナー(補給トナーも含む)とキャリアとの摺擦時間が長くなると考えられる。
ゾルゲル法シリカ粒子は、湿式法のうちゾルゲル法に得られるシリカ粒子であるが、他の製法によりえられたシリカ粒子に比べ、電荷交換性が高い。
このため、キャリアがトナーに接触して摩擦帯電が生じるときに、異形外添剤がスペーサ機能を発揮することにより、トナー粒子の帯電が促進され、トナー粒子の局所的な帯電が抑制されると共に、短期間で、全体に渡り帯電され易くなると考えられる。
その結果、低温低湿環境下での放置後、高画像密度の画像を連続して形成する場合において、画像形成開始直後(現像開始直後)でも、画像抜けが抑制された画像が得られ易くなると考えられる。
現像剤は、トナーと、キャリアと、を含む二成分現像剤である。
トナーは、トナー粒子と、体積平均粒径70nm以上200nm以下で、平均円形度0.5以上0.9以下の外添剤と、を含んで構成されている。
・トナー:平均円形度0.945以上0.997以下、体積平均粒径3.5μm以上6.3μm以下のトナー粒子と、体積平均粒径70nm以上200nm以下で、平均円形度0.5以上0.9以下の異形外添剤と、体積平均粒径10nm以上50nm以下の気相法シリカ粒子からなる外添剤(以下、他の外添剤と称する)と、を有するトナー
・キャリア:一個のキャリア粒子当たりの重量0.15×10−13g以上0.83×10−13g以下のキャリア
トナー粒子の平均円形度としては、0.945以上0.997以下であることがよいが望ましくは0.955以上0.980以下である。
ここで、トナー粒子の平均円形度は、(円相当周囲長)/(周囲長)[(粒子像と同じ投影面積をもつ円の周囲長)/(粒子投影像の周囲長)]により求められ、測定対象となるトナーを吸引採取し、扁平な流れを形成させ、瞬時にストロボ発光させることにより静止画像として粒子像を取り込み、その粒子像を画像解析するフロー式粒子像解析装置(例えばシスメックス社製のFPIA−2100)によって求める。なお、平均円形度を求める際のサンプリング数は3500個である。
ここで、各トナーの体積平均粒径は、マルチサイザーII(ベックマン−コールター社製)測定装置を用いて、トナー粒子の体積平均粒径として測定される値である。電解液としては、ISOTON−II(ベックマン−コールター社製)を使用する。
トナー粒子の体積平均粒度分布指標(GSDv)が小さいほど粒度の揃ったトナーであり、上記粒度分布特性を調整することにより、パウダーレオメータにおける流動性エネルギー量が制御され易くなる。
まず、粒度分布(体積粒度分布、個数粒度分布)の測定装置として、コールターマルチサイザーII(コールター社製)を用いる。電解液は、1級塩化ナトリウムを用いて、1%NaCl水溶液を調製する。例えば、ISOTON−II(コールターサイエンティフィックジャパン社製)を用いる。測定方法としては、電解水溶液100ml以上150ml以下中に分散剤として、界面活性剤(望ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩)を、0.1ml以上5ml以下加え、さらに測定試料を2mg以上20mg以下加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で1分間以上3分間以下分散処理を行ない、測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー(トナー粒子)の体積又は個数を各チヤンネルごとに測定して、トナーの体積粒度分布又は個数粒度分布を算出する。また、上記測定はトナーを電解質水溶液(アイソトン水溶液)に分散させ、超音波により30秒以上分散させた後に行う。
また、体積平均粒度分布指標(GSDv)は(D84v/D16V)1/2として算出される。
トナー粒子は、例えば、結着樹脂と、必要に応じて、着色剤、離型剤等のその他添加剤と、を含んで構成される。
ポリエステル樹脂は、多価カルボン酸と多価アルコールとの中から好適なものを選択して組合せ、例えば、エステル交換法又は重縮合法等、従来公知の方法を用いて合成することで得られる。
結晶性樹脂は、トナー粒子を構成する成分のうち、5質量%以上30質量%以下の範囲で用いることがよい。非結晶性樹脂は、トナー粒子を構成する成分のうち、50質量%以上90質量%以下の範囲で用いることがよい。
一方、半値幅が6℃を超える樹脂や、明確な吸熱ピークが認められない樹脂は、非結晶性樹脂を意味するが、本実施形態において用いられる非結晶性樹脂としては、明確な吸熱ピークが認められない樹脂を用いることがよい。
結晶性ポリエステル樹脂や、その他すべてのポリエステル樹脂は、例えば、多価カルボン酸成分と多価アルコール成分とから合成される。
なお、ポリエステル樹脂として市販品を使用してもよいし、合成したものを使用してもよい。
着色剤は、必要に応じて表面処理された着色剤を用いてもよく、分散剤と併用してもよい。また、着色剤は、複数種を併用してもよい。着色剤の含有量としては、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下の範囲が望ましい。
異形外添剤は、体積平均粒径70nm以上200nm以下で、平均円形度0.5以上0.9以下の外添剤である。
異形外添剤の体積平均粒径を70nm以上とすることにより、トナー粒子に対する埋没が抑制され、異形外添剤としての機能(スペーサー機能)が確保され易くなる。
一方、異形外添剤の体積平均粒径を200nm以下とすることにより、トナー粒子からの遊離が抑制されると共に、機械的負荷による欠損が抑制される易くなる。
異形外添剤の平均円形度を0.5以上とすることにより、機械的負荷が加わった場合に応力集中を抑制し、機械的負荷による欠損が抑えられる。
一方、異形外添剤の平均円形度を0.9以下とすることにより、形状が異形状となる。
円形度(100/SF2)=4π×(A/I2)
〔式中、Iは画像上におけるシリカ粒子の一次粒子の周囲長を示し、Aは外添剤の一次粒子の投影面積を表す。SF2は形状係数を表す。
そして、異形外添剤の平均円形度は、上記画像解析によって得られた一次粒子100個の円相当径の累積頻度における50%円形度として得られる。
有機粒子としては、例えば、ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素系樹脂等の通常トナー表面の異形外添剤として使用される総ての粒子が挙げられる。
これら異形外添剤は、表面に疎水化処理が施されていることがよい。
シリカ粒子としては、例えば、水ガラスを原料としてシリカゾルを得る方法や、アルコキシシランに代表されるケイ素化合物を原料とし、ゾルゲル法によって粒子を生成する、いわゆる湿式方法によって製造してもよいが、上記特性を満たす異形状のシリカ粒子を得る観点から、下記シリカ粒子の製造方法(以下、本シリカ粒子の製造方法と称する)により得られたものであることがよい。
本シリカ粒子の製造方法は、アルコールを含む溶媒中に、0.6mol/L以上0.85mol/L以下の濃度でアルカリ触媒が含まれるアルカリ触媒溶液を準備する工程(以下、「アルカリ触媒溶液準備工程」と称することがある)と、アルカリ触媒溶液中に、テトラアルコキシシランを供給すると共に、テトラアルコキシシランの1分間当たりに供給される総供給量の1mol当たりに対して0.1mol以上0.4mol以下でアルカリ触媒を供給する工程(以下、「粒子生成工程」と称することがある)と、を有する。
本シリカ粒子の製造方法では、上記手法により、粗大凝集物の発生が少なく、上記特性を満たす異形状のシリカ粒子が得られる。
特に、本シリカ粒子の製造方法では、表面が湾曲状で構成された丸みを帯びた異形状のシリカ粒子が得られることから、乾式の製法で得られる表面が鋭角状で尖った突起を持つ異形状のシリカ粒子に比べ、トナー粒子に対する接触面積が大きくなり、異形状のシリカ粒子であっても、トナー粒子からの離脱が抑制され易く、又は、機械的負荷による欠損も抑制され易い。
この理由は、定かではないが以下の理由によるものと考えられる。
そして、本シリカ粒子の製造方法では、異形性を保ちながらの核粒子の粒子成長が生じることから、表面が湾曲状で構成された丸みを帯びた異形状のシリカ粒子が得られると考えられる。
なお、シリカ粒子の体積平均粒径は、テトラアルコキシシランの総供給量に依存すると考えられる。
また、本シリカ粒子の製造方法では、生成した異形状の核粒子が異形状を保ったまま粒子成長され、シリカ粒子が得られると考えられることから、機械的負荷に強く、壊れ難いシリカ粒子が得られると考えられる。
アルカリ触媒溶液準備工程は、アルコールを含む溶媒を準備し、これにアルカリ触媒を添加して、アルカリ触媒溶液を準備する。
混合溶媒の場合、アルコールの他の溶媒に対する量は80質量%以上(望ましくは90質量%以上)であることがよい。
なお、アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール等の低級アルコールが挙げられる。
アルカリ触媒の濃度が、0.6mol/Lより少ないと、生成した核粒子の成長過程の核粒子の分散性が不安定となり、2次凝集物等の粗大凝集物が生成されたり、ゲル化状となったりして、粒度分布が悪化することがある。
一方、アルカリ触媒の濃度が、0.85mol/Lより多いと、生成した核粒子の安定性が過大となり、真球状の核粒子が生成され、平均円形度が0.90以下の異形状の核粒子が得ることが困難となることがある。
なお、アルカリ触媒の濃度は、アルコール触媒溶液(アルカリ触媒+アルコールを含む溶媒)に対する濃度である。
粒子生成工程は、アルカリ触媒溶液中に、テトラアルコキシシランと、アルカリ触媒と、をそれぞれ供給し、当該アルカリ触媒溶液中で、テトラアルコキシシランを反応(加水分解反応、縮合反応)させて、シリカ粒子を生成する工程である。
この粒子生成工程では、テトラアルコキシシランの供給初期に、テトラアルコキシシランの反応により核粒子が生成した後(核粒子生成段階)、この核粒子の成長を経て(核粒子成長段階)、シリカ粒子が生成する。
これは、アルカリ触媒溶液を準備する工程で用いたアルコール1molに対して、1分間当たり0.002mol以上0.0090mol以下の供給量でテトラアルコキシシランを供給することを意味する。
テトラアルコキシシランの供給量が0.0090mol/(mol・min)を超えると、滴下されたテトラアルコキシシランと核粒子とが反応する前に、テトラアルコキシシラン同士の反応を生じさせることになると考えられる。そのため、核粒子へのテトラアルコキシシラン供給の偏在化を助長し、核粒子形成のバラツキをもたらすことから、形状分布の分布幅が拡大し易くなる。
アルカリ触媒の供給量が、0.1molより少ないと、生成した核粒子の成長過程の核粒子の分散性が不安定となり、2次凝集物等の粗大凝集物が生成したり、ゲル化状となったりして、粒度分布が悪化することがある。
一方、アルカリ触媒の供給量が、0.4molより多いと、生成した核粒子の安定性が過大となり、核粒子生成段階で円形度の低い核粒子が生成されても、その核粒子成長段階で核粒子が球状に成長し、円形度の低いシリカ粒子が得られない場合がある。
乾燥されたシリカ粒子は、必要に応じて解砕、篩分により、粗大粒子や凝集物の除去を行うことがよい。解砕方法は、特に限定されないが、例えば、ジェットミル、振動ミル、ボールミル、ピンミルなどの乾式粉砕装置により行う。篩分方法は、例えば、振動篩、風力篩分機など公知のものにより行う。
疎水化処理剤としては、例えば、アルキル基(例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等)を有する公知の有機珪素化合物が挙げられ、具体例には、例えば、シラザン化合物(例えばメチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、トリメチルクロロシラン、トリメチルメトキシシランなどのシラン化合物、ヘキサメチルジシラザン、テトラメチルジシラザン等)等が挙げられる。疎水化処理剤は、1種で用いてもよいし、複数種用いてもよい。
疎水化処理剤の使用量は、特に限定はされないが、疎水化の効果を得るためには、例えば、シリカ粒子に対し、1質量%以上100質量%以下、望ましくは5質量%以上80質量%以下である。
一方、粉体の疎水性シリカ粒子を得る方法としては、シリカ粒子分散液中で疎水化処理を行った後、乾燥して疎水性シリカ粒子の粉体を得る方法、シリカ粒子分散液を乾燥して親水性シリカ粒子の粉体を得た後、疎水化処理剤を添加して疎水化処理を施し、疎水性シリカ粒子の粉体を得る方法、シリカ粒子分散液中で疎水化処理を行い、乾燥して疎水性シリカ粒子の粉体を得た後、更に疎水化処理剤を添加して疎水化処理を施し、疎水性シリカ粒子の粉体を得る方法等が挙げられる。
第2外添剤は、体積平均粒径10nm以上50nm以下の気相法シリカ粒子である。
気相法シリカ粒子は、例えば、火炎加水分解法により得られるシリカ粒子である。具体的には、気相法シリカ粒子は、例えば、水素及び酸素と共に、四塩化ケイ素を燃焼して得られるシリカ粒子である。
なお、気相法シリカ粒子は、四塩化ケイ素に代えて、シラン類(例えばメチルトリクロロシランやトリクロロシラン等)を単独で水素及び酸素と共に燃焼して得られたシリカ粒子であってもよいし、四塩化ケイ素とシラン類と混合したものを水素及び酸素と共に燃焼して得られたシリカ粒子であってもよい。
他の外添剤の体積平均粒径が50nmより大きい場合には、トナー表面上を転がりやすく、基本流動性エネルギー値が所望の範囲より下側に外れやすくなる。
一方、他の外添剤の体積平均粒径が10nmより小さい場合には、トナー表面に埋没しやすく、流動性を発揮し難くなる。そのため、基本流動性エネルギー値は所望の範囲より上側に外れやすくなる。
トナーは、トナー粒子を製造後、トナー粒子に対して、外添剤を外添することで得られる。
トナー粒子の製造方法としては、湿式造粒法により行われることが望ましい。湿式造粒法としては、例えば、公知の溶融懸濁法、乳化凝集・合一法、溶解懸濁法等の方法が挙げられる。
得られたトナー粒子に外添剤を外添する方法としては、例えば、V型ブレンダーやヘンシェルミキサーやレディゲミキサー等の公知の混合機によって混合する方法が挙げられる。
キャリアとしては、一個のキャリア粒子当たりの重量が小さい(具体的には0.15×10−13g以上0.83×10−13g以下、望ましくは0.19×10−13g以上0.65×10−13g以下)のキャリアであることがよい。
一個のキャリア粒子当たりの重量が小さいキャリアとしては、例えば、比重の小さいキャリアが挙げられ、具体的には、例えば、1)マトリックス樹脂中に磁性粉が分散・配合された磁性粉分散型キャリア、2)多孔質の磁性粉に樹脂を含浸させた樹脂含浸型キャリア等が挙げられる。
また、小径化に伴い、一個のキャリア粒子当たりの重量は小さくなる。
なお、磁性粉分散型キャリア、樹脂含浸型キャリアは、マトリックス樹脂中に磁性粉が分散・配合された粒子や、多孔質の磁性粉に樹脂を含浸させた粒子を芯材とし、これに被覆樹脂により被覆したキャリアであってもよい。これにより、表面が平滑なキャリアが得られ易い。
ルシャトリエ比重瓶を用い、JIS−K−0061の5−2−1に準拠して測定した。
(1)ルシャトリエ比重瓶に約250mlのエチルアルコールを入れ、メニスカスが目盛の位置にくるように調整する。
(2)比重瓶を恒温水槽に浸し、液温が20.0±0.2℃になったときに、メニスカスの位置を比重瓶の目盛で正確に読み取る(精度0.0025ml)。
(3)試料を約100g量り取る。
(4)量り取った試料を比重瓶に入れ泡を除く。
(5)比重瓶を恒温槽に浸し、液温が20.0±0.2℃になったときに、メニスカスの位置を比重瓶の目盛で正確に読み取る(精度0.0025ml)。
(6)次式(3−1)および式(3−2)により真比重を算出する。
・式(3−1): D=W/(L2−L1)
・式(3−2): S=D/0.9982
(式中、Dは試料の密度(g/cm3、20℃)、Sは試料の比重(20℃)、Wは試料の見かけの質量(g)、L1は試料を比重瓶に入れる前のメニスカスの読み値(ml、20℃)、L2は試料を比重瓶に入れた後のメニスカスの読み値(ml、20℃)、0.9982は20℃における水の密度(g/cm3)である。
なお、上記比重は、磁性粉組成、磁性粉量および樹脂被覆層量の調整によって制御される。
なお、芯材に被覆する被覆樹脂や、磁性粉を分散・配合する樹脂、多孔質の磁性粉に含浸する樹脂には、導電材料等、その他添加剤を含ませてもよい。
溶剤可溶の被覆樹脂の場合は、精量したキャリアを可溶溶剤(例えば、トルエン)に溶解させ、磁性粉を磁石で保持し、被覆樹脂が溶解した溶液を洗い流す。これを数度繰り返す事により、被服樹脂が取り除かれた磁性粉が残る。乾燥させ、磁性粉の質量を測定し、差分をキャリア量で割る事により被覆量が算出される。
具体的には、キャリア20.0gを計り取り、ビーカーに入れ、トルエン100gを加え攪拌翼で10分攪拌する。ビーカーの底に磁石をあて、芯材(磁性粉)が流れ出さないようにトルエンを流す。これを4回繰り返し、洗い流した後のビーカーを乾燥させる。乾燥後磁性粉量を測定し、式[(キャリア量−洗浄後の磁性粉量)/キャリア量]で被覆量を算出する。
一方、溶剤不溶の被覆樹脂の場合は、Rigaku社製Thermo plus EVOII 差動型示差熱天秤 TG8120を用い、窒素雰囲気下で、室温(25℃)以上1000℃以下の範囲で加熱し、その質量減少から被覆量を算出する。
ここで、各キャリアの体積平均粒径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(LS Particle Size Analyzer(ベックマン−コールター社製)測定装置を用いて、キャリア粒子の体積平均粒径として測定される値である。電解液としては、ISOTON−II(ベックマン−コールター社製)を使用する。
上記粒度分布特性を調整することにより、パウダーレオメータにおける流動性エネルギー量が制御され易くなる。
本実施形態に係る画像形成装置101は、図1に示すように、例えば、矢印Aで示すように、時計回り方向に回転する電子写真感光体10(像保持体の一例)と、電子写真感光体10の上方に、電子写真感光体10に相対して設けられ、電子写真感光体10の表面を帯電させる帯電装置20(帯電手段の一例)と、帯電装置20により帯電した電子写真感光体10の表面に露光して、静電潜像を形成する露光装置30(静電潜像形成手段の一例)と、露光装置30により形成された静電潜像に現像剤に含まれるトナーを付着させて電子写真感光体10の表面にトナー像を形成する現像装置40(現像手段の一例)と、記録紙P(被転写体の一例)に電子写真感光体10上のトナー像を転写させる転写装置50と、電子写真感光体10の表面をクリーニングするクリーニング装置70(トナー除去手段の一例)とを備える。
そして、本実施形態に係る画像形成装置101は、トナー像が形成された記録紙Pを搬送しつつ、トナー像を定着させる定着装置60が設けられている。
電子写真感光体10としては、例えば、導電性基体上に設けられる感光層が無機材料で構成される無機感光体や、感光層が有機材料で構成される有機感光体などが挙げられる。 有機感光体としては、導電性基体上に、導電性露光により電荷を発生する電荷発生層と、電荷を輸送する電荷輸送層を積層する機能分離型の感光体や、導電性基体上に、電荷を発生する機能と電荷を輸送する機能を同一の層が果たす単層型感光層を設けた感光体が挙げられる。また、無機感光体としては、導電性基体上に、アモルファスシリコンにより構成された感光層を設けた感光体が挙げられる。
なお、電子写真感光体10の形状には、円筒状に限られず、例えば、シート状、プレート状等、公知の形状が採用される。
帯電装置20としては、例えば、導電性の帯電ローラ、帯電ブラシ、帯電フィルム、帯電ゴムブレード、帯電チューブ等を用いた接触型帯電器が挙げられる。
帯電装置20としては、例えば、非接触方式のローラ帯電器、コロナ放電を利用したスコロトロン帯電器やコロトロン帯電器等のそれ自体公知の帯電器等も挙げられる。
露光装置30としては、例えば、電子写真感光体10表面に、半導体レーザ光、LED光、液晶シャッタ光等の光を、像様に露光する光学系機器等が挙げられる。光源の波長は電子写真感光体10の分光感度領域にあるものがよい。半導体レーザの波長としては、例えば、780nm前後に発振波長を有する近赤外がよい。しかし、この波長に限定されず、600nm台の発振波長レーザや青色レーザとして400nm以上450nm以下に発振波長を有するレーザも利用してもよい。
露光装置30としては、例えば、カラー画像形成のためにはマルチビーム出力するタイプの面発光型のレーザー光源も有効である。
現像装置40としては、例えば、二成分系現像剤を接触又は非接触させて現像する一般的な現像装置が挙げられる。現像装置40としては、現像機能を有している限り特に制限はなく、目的に応じて周知の現像装置から選択される。例えば、現像装置40は、二成分系現像剤をブラシ、ローラ等を用いて電子写真感光体10に付着させる機能を有する公知の現像器等が挙げられる。現像装置40は、中でも現像剤を表面に保持した現像ローラを用いるものがよい。
転写装置50としては、例えば、ベルト、ローラ、フィルム、ゴムブレード等を用いた接触型転写帯電器、コロナ放電を利用したスコロトロン転写帯電器やコロトロン転写帯電器等のそれ自体公知の転写帯電器が挙げられる。
クリーニング装置70は、例えば、筐体71と、クリーニングブレード72と、クリーニングブレード72の電子写真感光体10回転方向下流側に配置されるクリーニングブラシ73と、を含んで構成されている。また、クリーニングブラシ73には、例えば、固形状の潤滑剤74が接触して配置されている。
プロセスカートリッジ101Aの構成は、これに限られず、例えば、少なくとも、電子写真感光体10と現像装置40を備えてえればよく、その他、例えば、帯電装置20、露光装置30、転写装置50、及びクリーニング装置70から選択される少なくとも一つを備えていてもよい。
なお、特に断りがない限り、「部」とは「質量部」、{%}とは「質量%」を意味する。
(樹脂粒子分散液1の調製)
・スチレン(和光純薬製):320部
・nブチルアクリレート(和光純薬製):80部
・βカルボキシエチルアクリレート(ローディア日華製):9部
・1’10デカンジオールジアクリレート(新中村化学製):1.5部
・ドデカンチオール(和光純薬製):2.7部
上記成分を混合溶解したものに、アニオン性界面活性剤ダウファックス(ダウケミカル社製)4部をイオン交換水550部に溶解した溶液を加えてフラスコ中で分散、乳化し10分間ゆっくりと攪拌・混合しながら、さらに、過硫酸アンモニウム6部を溶解したイオン交換水50部を投入した。次いで充分にフラスコ内の窒素置換を十分に行った後、フラスコ内の溶液を攪拌しながらオイルバスで70℃になるまで加熱し、5時間そのまま乳化重合を継続し、固形分量41%のアニオン性の樹脂粒子分散液1を得た。
・スチレン(和光純薬製):280部
・nブチルアクリレート(和光純薬製):120部
・βカルボキシエチルアクリレート(ローディア日華製):9部
上記成分を混合溶解したものに、アニオン性界面活性剤ダウファックス(ダウケミカル社製)1.5部をイオン交換水550部に溶解した溶液をフラスコ中で分散、乳化し10分間ゆっくりと攪拌・混合しながら、さらに、過硫酸アンモニウム0.4部を溶解したイオン交換水50部を投入した。次いで充分にフラスコ内の窒素置換を十分に行った後、フラスコ内の溶液を攪拌しながらオイルバスで70℃になるまで加熱し、5時間そのまま乳化重合を継続し、固形分量42%のアニオン性の樹脂粒子分散液2を得た。
・C.I.Pigment Yellow74顔料1:30部
・アニオン界面活性剤(日本油脂(株)製:ニュ−レックスR):2部
・イオン交換水:220部
上記成分を混合し、ホモジナイザー(IKAウルトラタラックス)により10分予備分散した後に、アルティマイザー(対抗衝突型湿式粉砕機:杉野マシン製)を用い圧力245Mpaで15分間分散処理を行い、着色剤粒子中心粒径が169nmで固形分が22.0%の着色剤粒子分散液1を得た。
・パラフィンワックス HNP9(融点75℃:日本精鑞製):45部
・カチオン性界面活性剤Neogen RK(第一工業製薬):5部
・イオン交換水:200部
上記成分を混合し100℃に加熱して、IKA製ウルトラタラックスT50にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理し、離形剤粒子の中心粒径が196nm、固形分量が22.0%の離型剤粒子分散液1を得た。
(トナー粒子(1)の作製)
・樹脂粒子分散液1:107部
・樹脂粒子分散液2:35部
・着色剤粒子分散液1:30部
・離型剤粒子分散液1:91部
上記成分を丸型ステンレス製フラスコ中においてウルトラタラックスT50で十分に混合・分散した溶液を得た。
次いで、この溶液にポリ塩化アルミニウム0.4部を加えてコア凝集粒子を作製し、ウルトラタラックスを用いて分散操作を継続した。さらに加熱用オイルバスでフラスコ内の溶液を攪拌しながら48℃まで加熱し、48℃で50分保持した後、ここに樹脂粒子分散液1を緩やかに36部を追加し、コア/シェル凝集粒子を作製した。その後、0.5Mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を加えて溶液のpHを5.6にした後、ステンレス製フラスコを密閉し、磁力シールを用いて攪拌を継続しながら96℃まで加熱し、4時間保持した後、冷却した。
48℃で110分保持した以外は、トナー粒子(1)と同様にして、トナー粒子(2)を得た。
49℃まで加熱して110分保持した以外は、トナー粒子(1)と同様にして、トナー粒子(3)を得た。
(外添剤(A1)の作製)
−アルカリ触媒溶液準備工程〔アルカリ触媒溶液の調製〕−
金属製撹拌棒、滴下ノズル(テフロン(登録商標)製マイクロチューブポンプ)、及び、温度計を有した容積3Lのガラス製反応容器にメタノール200質量部、10%アンモニア水32.8質量部を入れ、攪拌混合して、アルカリ触媒溶液を得た。
次に、アルカリ触媒溶液の温度を25℃に調整し、アルカリ触媒溶液を窒素置換した。その後、アルカリ触媒溶液を撹拌しながら、テトラメトキシシラン(TMOS)450質量部と、触媒(NH3)濃度が4.44%のアンモニア水270質量部とを、下記供給量で、同時に滴下を行いシリカ粒子の懸濁液(シリカ粒子懸濁液)を得た。
ここで、テトラメトキシシランの供給量は、4.72質量部/min、4.44%アンモニア水の供給量は、2.83質量部/minとした。
次に、得られた親水性シリカ粒子の懸濁液(親水性シリカ粒子分散液)を、スプレードライにより乾燥して、溶媒を除去し、親水性シリカ粒子の粉末を得た。
得られた親水性シリカ粒子の粉末100質量部をミキサーに入れ、窒素雰囲気下で200℃に加熱しながら200rpmで撹拌し、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)を親水性シリカ粒子の粉末に対し、30質量部滴下し2時間反応させた。その後、冷却させ疎水処理された疎水性シリカ粒子を得た。
表2に従って、アルカリ触媒溶液準備工程、粒子生成工程での各種条件を変更した以外は、実施例1と同様にして、外添剤(A2)〜(A9)を得た。
表4に示す外添剤(B1)〜(B6)をそれぞれ準備した。
(トナー(1)〜(19))
表5に従ったトナー粒子100部に対して、表5に従った種類及び部数の外添剤を、20Lのヘンシェルミキサーを用いて2500rpmで20min撹拌することにより外添した。
そして45μmの目開きのシーブを用いて粗大粒子を除去し、トナー(1)〜(19)を作製した。
(キャリア(1))
・フェライト粒子(体積平均粒径:25m):100部
・トルエン:14部
・スチレン メタクリレート共重合体(成分比:90/10):0.5部
まず、フェライト粒子を除く上記成分を10分間スターラーで撹拌させ、分散した被覆液を調製し、次に、この被覆液とフェライト粒子を真空脱気型ニーダーに入れ、
60℃で30分撹拌した後、更に加温しながら減圧して脱気し、乾燥させることによりキャリア(1)を作製した。
ヘンシェルミキサーに、0.3μm(体積平均粒径)の球状マグネタイト粒子粉末500部を投入し、攪拌した後、チタネート系カップリング剤2.0部を添加し、100℃まで昇温し30分間よく混合攪拌することによりチタネート系カップリング剤被覆された0.3μmの球状マグネタイト粒子(キャリア中の分散物)を得た。
次に、1Lの四つ口フラスコに、フェノール50部、40%ホルマリン68部、親油化処理された上記球状マグネタイト粒子500部、30%アンモニア水14部、および水70部を入れ、攪拌混合した。次いで、攪拌しながら60分間で82℃に上昇させ、同温度のまま90分間反応させた。その後、25℃まで冷却し、500部の水を添加した後、上澄み液を除去、沈殿物を水洗した。これを減圧下、160℃で乾燥して芯材を得た。
下記成分を60分間スターラーにて攪拌/分散し、被覆層形成用原料溶液を調製した。
・トルエン:85部
・スチレン−メタクリレート共重合体(成分比90:10):16部
上記被覆層形成用原料溶液を8.5部と芯材100部とを真空脱気型ニーダに入れ、装置温度100℃にて、芯材温度が85℃になるまで攪拌した後、95kPaに減圧して15分間脱気、乾燥させた。更に目開き75μmのメッシュを通すことによりキャリア(2)を作製した。
体積平均粒径15μmのフェライト粒子を用いた以外は、キャリア(1)と同様にしてキャリア(3)を得た。
体積平均粒径38μmのフェライト粒子を用いた以外は、キャリア(1)と同様にしてキャリア(4)を得た。
表5に従ったトナー10部と、表5に従ったキャリア100部と、V−ブレンダーを用い40rpmで20分間攪拌し、177μmの網目を有するシーブで篩うことにより現像剤(1)〜(19)を得た。
これら現像剤を各実施例、比較例とした。
(流動エネルギー量)
各例で得られた現像剤の流動エネルギー量について、既述の方法により測定した。
各例で得られた現像剤を、富士ゼロックス社製「700DCP」の現像器に充填した後、低温低湿下(5℃10%)に1か月放置後、画像密度(エリアカバレッジ)75%のベタ画像を100枚連続で出力して、出力画像を目視で確認し、画像抜け(白抜け)について評価した(表7中、画質評価1)た。
また、同様に、更に低温低湿下(5℃10%)に1か月放置後、画像密度(エリカカバレッジ)55%のベタ画像を100枚連続で出力して、出力画像を目視で確認し、画像抜け(白抜け)について評価した(表7中、画質評価2)た。
評価基準は、以下の通りである。
◎:100枚のうち画像抜け(白抜け)が発生した枚数が0枚
○:100枚のうち画像抜け(白抜け)が発生した枚数が1枚以下
△:100枚のうち画像抜け(白抜け)が発生した枚数が2枚以上4枚以下
×:100枚のうち画像抜け(白抜け)が発生した枚数が5枚以上
11 筐体
20 帯電装置
30 露光装置
40 現像装置
50 転写装置
60 定着装置
70 クリーニング装置
71 筐体
72 クリーニングブレード
73 クリーニングブラシ
74 潤滑剤
101 画像形成装置
101A プロセスカートリッジ
P 記録紙
Claims (6)
- トナー粒子と、体積平均粒径が70nm以上200nm以下で、平均円形度が0.5以上0.9以下である外添剤と、体積平均粒径20nm以上50nm以下の気相法シリカ粒子からなる外添剤と、を含むトナーと、
体積平均粒径が10μm以上30μm以下であるキャリアと、
を有し、
通気流量20ml/min、回転翼の先端スピード100mm/sec、回転翼の進入角度−5°の条件でパウダーレオメータによって測定したときの通気流動性エネルギー量が30mJ以上70mJ以下である静電荷像現像剤。 - 前記体積平均粒径が70nm以上200nm以下で、平均円形度が0.5以上0.9以下である外添剤が、ゾルゲル法シリカ粒子である請求項1に記載の静電荷像現像剤。
- 前記トナー粒子が、平均円形度0.945以上0.997以下、体積平均粒径3.5μm以上6.3μm以下であるトナー粒子である請求項1又は2に記載の静電荷像現像剤。
- 像保持体と、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、前記像保持体に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、
を少なくとも備え、
画像形成装置に脱着されるプロセスカートリッジ。 - 像保持体と、
前記像保持体を帯電する帯電手段と、
帯電した前記像保持体に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、前記像保持体に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像手段と、
前記トナー像を被転写体に転写する転写手段と、
を少なくとも備える画像形成装置。 - 像保持体を帯電する帯電工程と、
帯電した像保持体に静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の静電荷像現像剤により、前記像保持体に形成された静電潜像をトナー像として現像する現像工程と、
前記トナー像を被転写体に転写する転写工程と、
を少なくとも備える画像形成装置。
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