JP6436061B2 - 現像剤セット、画像形成装置、及び画像形成方法 - Google Patents
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現像剤セットが、初期現像剤として、第1トナー及び第1キャリアを含む第1現像剤を含む。現像剤セットが、補給用現像剤として、第2トナー及び第2キャリアを含む第2現像剤を含む。第1キャリア及び第2キャリアはそれぞれ、キャリアコア及びコート層を備えるキャリア粒子を、複数含む。コート層は、キャリアコアの表面を覆っている。コート層は実質的に樹脂から構成される。第2キャリアの帯電付与性は、第1キャリアの帯電付与性よりも高い。第1キャリアのコート層を構成する樹脂の臨界表面張力は35.0mN/m以上である。第2キャリアのコート層を構成する樹脂の臨界表面張力は30.0mN/m以下である。なお、初期現像剤は、未使用状態(例えば、製品販売時)で現像部に収容されている現像剤である。補給用現像剤は、初期現像剤の使用開始後に現像部内へ補給される現像剤である。臨界表面張力は、ジスマン(Zisman)法によって算出される値である。コート層が2種以上の樹脂を含有する場合、コート層を構成する樹脂の臨界表面張力は、コート層を構成する全ての樹脂の総合的な臨界表面張力に相当する。
トナー粒子(特に、トナーコア及びシェル層)及びキャリア粒子(特に、キャリアコア及びコート層)の各々を構成する熱可塑性樹脂としては、例えば、スチレン系樹脂、アクリル酸系樹脂(より具体的には、アクリル酸エステル重合体又はメタクリル酸エステル重合体等)、オレフィン系樹脂(より具体的には、ポリエチレン樹脂又はポリプロピレン樹脂等)、ビニル樹脂(より具体的には、塩化ビニル樹脂、ポリビニルアルコール、ビニルエーテル樹脂、又はN−ビニル樹脂等)、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、又はウレタン樹脂を好適に使用できる。また、これら各樹脂の共重合体、すなわち上記樹脂中に任意の繰返し単位が導入された共重合体(より具体的には、スチレン−アクリル酸系樹脂又はスチレン−ブタジエン系樹脂等)も、トナー粒子及びキャリア粒子の各々を構成する熱可塑性樹脂として好適に使用できる。
トナー粒子(特に、シェル層)及びキャリア粒子(特に、キャリアコア及びコート層)の各々を構成する熱硬化性樹脂としては、例えば、メラミン系樹脂、尿素系樹脂、スルホンアミド系樹脂、グリオキザール系樹脂、グアナミン系樹脂、アニリン系樹脂、ポリイミド樹脂(より具体的には、マレイミド重合体又はビスマレイミド重合体等)、キシレン系樹脂、又はエポキシ樹脂を好適に使用できる。
トナー母粒子は、結着樹脂を含有する。また、トナー母粒子は、内添剤(例えば、着色剤、離型剤、電荷制御剤、及び磁性粉)を含有してもよい。
トナー母粒子では、一般的に、成分の大部分(例えば、85質量%以上)を結着樹脂が占める。このため、結着樹脂の性質がトナー母粒子の全体の性質に大きな影響を与えると考えられる。トナーの耐熱保存性及び低温定着性の両立を図るためには、トナー母粒子が、結着樹脂として、前述の好適な熱可塑性樹脂を含有することが好ましく、ポリエステル樹脂及びスチレン−アクリル酸系樹脂の少なくとも一方を含有することが特に好ましい。
トナー母粒子は、着色剤を含有してもよい。着色剤としては、トナーの色に合わせて公知の顔料又は染料を用いることができる。トナーを用いて高画質の画像を形成するためには、着色剤の量が、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上20質量部以下であることが好ましい。
トナー母粒子は、離型剤を含有していてもよい。離型剤は、例えば、トナーの定着性又は耐オフセット性を向上させる目的で使用される。トナーの定着性又は耐オフセット性を向上させるためには、離型剤の量は、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下であることが好ましい。
トナー母粒子は、電荷制御剤を含有していてもよい。電荷制御剤は、例えば、トナーの帯電安定性又は帯電立ち上がり特性を向上させる目的で使用される。トナーの帯電立ち上がり特性は、短時間で所定の帯電レベルにトナーを帯電可能か否かの指標になる。
トナー母粒子は、磁性粉を含有していてもよい。磁性粉の材料としては、例えば、強磁性金属(より具体的には、鉄、コバルト、又はニッケル等)もしくはその合金、強磁性金属酸化物(より具体的には、フェライト、マグネタイト、又は二酸化クロム等)、又は強磁性化処理(より具体的には、熱処理等)が施された材料を好適に使用できる。1種類の磁性粉を単独で使用してもよいし、複数種の磁性粉を併用してもよい。
トナー母粒子の表面に外添剤が付着していてもよい。外添剤としては、無機粒子が好ましく、シリカ粒子、又は金属酸化物(より具体的には、アルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、チタン酸ストロンチウム、又はチタン酸バリウム等)の粒子が特に好ましい。無機粒子の表面を、疎水化剤を用いて疎水化処理してもよい。疎水化剤としては、例えば、シラン化合物(より具体的には、アミノシラン等)、シラザン化合物(より具体的には、HMDS(ヘキサメチルジシラザン)等)、シリコーンオイル、チタンネートカップリング剤、又はシランカップリング剤を好適に使用できる。
本実施形態に係る現像剤セットは、前述の基本構成を有する。第1キャリア(初期キャリア)のキャリア粒子と第2キャリア(補給用キャリア)のキャリア粒子とはそれぞれ、キャリアコア及びコート層を備える。
キャリアコアは、磁性材料を含むことが好ましい。キャリアコアに含まれる磁性材料としては、例えば、マグネタイト、バリウムフェライト、マグヘマイト、Mn−Znフェライト、Ni−Znフェライト、Mn−Mgフェライト、Ca−Mgフェライト、Liフェライト、又はCu−Znフェライトのような金属酸化物が好ましく、マグネタイトが特に好ましい。個々のキャリアコアの材料として、1種類の磁性材料を単独で使用してもよいし、2種以上の磁性材料を併用してもよい。キャリアコアとしては、市販品を使用してもよい。また、磁性材料を粉砕及び焼成してキャリアコアを自作してもよい。
コート層は、キャリアコアを被覆するように、キャリアコアの表面に形成される。コート層の形成方法の例としては、樹脂を含む液にキャリアコアを浸漬する方法、又は、樹脂を含む液を流動層中のキャリアコアに噴霧する方法が挙げられる。
平板上に試料(樹脂)の膜を形成した。続けて、形成された樹脂の膜上で、既知の表面張力γLを有する各液体(純水、ジヨードメタン、1−ブロモナフタレン)の接触角θを測定し、測定された接触角θからcosθを求めた。純水、ジヨードメタン、及び1−ブロモナフタレンの各々の表面張力γL及びcosθをX−Y平面(X軸:表面張力γL、Y軸:cosθ)上にプロットして、プロットされたデータから最小二乗法により1次関数のグラフ(近似直線:Y=aX+b)を得た。そして、得られたグラフから樹脂の臨界表面張力を読み取った。詳しくは、cosθ(Y座標)が1になるときの表面張力γL(X座標)が試料(樹脂)の臨界表面張力に相当する。
(トナー母粒子の作製)
ビスフェノールA−EO(エチレンオキサイド)付加物1モル部と、テレフタル酸4.5モル部と、無水トリメリット酸0.5モル部とを、反応容器に入れた。続けて、窒素雰囲気中、触媒(酸化ジブチル錫4g)の存在下、温度230℃で、容器内容物を8時間反応させた。続けて、減圧雰囲気(圧力8.3kPa)で未反応分を留去した後、洗浄工程及び乾燥工程を経て、軟化点(Tm)120℃のポリエステル樹脂を得た。
超音速ジェット粉砕機(日本ニューマチック工業株式会社製「ジェットミルIDS−2」)を用いて、シリカ粒子(日本アエロジル株式会社製「AEROSIL(登録商標)RA−200H」)を解砕した。解砕されたシリカ粒子を密閉型FMミキサー(日本コークス工業株式会社製)に入れて、シリカ粒子に向けてスプレーで疎水化処理剤(3−アミノプロピルトリエトキシシランとジメチルシリコーンオイルとを質量比1:1で含有する液)20質量部を均一に散布した。続けて、密閉型FMミキサーを用いて、シリカ粒子と疎水化処理剤とを混合しながら110℃で2時間反応させて、シリカ粒子の表面を疎水化処理した。続けて、減圧処理して副反応生成物を除去した後、さらに200℃の熱処理を1時間行って、疎水性シリカ粒子を得た。
塩素法によって生成した四塩化チタンと酸素ガスとの混合物を気相酸化反応器に導入した。続けて、反応器内において、温度1000℃で混合物を気相酸化反応させることによって、酸化チタン(バルク)を得た。得られた酸化チタン(バルク)をハンマーミルを用いて粉砕した。続けて、得られた酸化チタンの粉砕物を、洗浄した後、温度110℃で乾燥させた。さらに、乾燥した酸化チタンの粉砕物を、ジェットミルを用いて解砕した。その結果、酸化チタン微粒子(気相法による酸化チタン)が得られた。
FMミキサー(日本コークス工業株式会社製「FM−10B」)を用いて、トナー母粒子(前述の手順で作製したトナー母粒子)100質量部と、シリカ粒子(前述の手順で作製したシリカ粒子)1.5質量部と、酸化チタン粒子(前述の手順で作製した酸化チタン粒子)1.0質量部とを、回転速度3500rpmで5分間混合することにより、トナー母粒子の表面に外添剤(シリカ粒子及び酸化チタン粒子)を付着させた。その後、得られたトナーを、200メッシュ(目開き75μm)の篩を用いて篩別した。その結果、トナー粒子(非カプセルトナー粒子)を多数含むトナーが得られた。
初期トナー(上記のようにして得たトナー)10質量部と、初期キャリア(現像剤セットS−1〜S−7の各々に定められた、表1に示されるキャリアA−1〜A−3のいずれか)100質量部とを、ボールミルを用いて30分間混合して、初期現像剤(2成分現像剤)を調製した。
エポキシ樹脂16質量部と、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)4質量部とを、それぞれトルエン200質量部に溶解させて、樹脂溶液220質量部を得た。続けて、流動層コーティング装置(フロイント産業株式会社製「スパイラフロー(登録商標)SFC−5」)を用いて、ノンコートフェライトコア(パウダーテック株式会社製「EF−35B」)1000質量部に対して上記樹脂溶液の全量(220質量部)を噴霧により塗布した後、200℃で60分間熱処理を行った。その結果、個数平均1次粒子径35μmのキャリアA−1が得られた。キャリアA−1に含まれるキャリア粒子はそれぞれ、キャリアコア(フェライトコア)と、キャリアコアの表面を覆うコート層(樹脂層)とを備えていた。キャリアA−1のコート層を構成する樹脂の臨界表面張力は39.5mN/mであった。
キャリアA−2の作製方法は、エポキシ樹脂16質量部の代わりにポリエステル樹脂17質量部を使用し、FEP4質量部の代わりにPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)3質量部を使用した以外は、キャリアA−1の作製方法と同じであった。キャリアA−2のコート層を構成する樹脂の臨界表面張力は35.1mN/mであった。
キャリアA−3の作製方法は、エポキシ樹脂16質量部の代わりにポリエステル樹脂17質量部を使用し、FEP4質量部の代わりにPTFE3質量部を使用した以外は、キャリアA−1の作製方法と同じであった。キャリアA−3のコート層を構成する樹脂の臨界表面張力は34.9mN/mであった。
補給用トナー(前述の手順で作製したトナー)100質量部と、補給用キャリア(現像剤セットS−1〜S−7の各々に定められた、表1に示されるキャリアA−1及びB−1〜B−5のいずれか)10質量部とを、ボールミルを用いて30分間混合して、補給用現像剤(2成分現像剤)を調製した。
エポキシ樹脂4質量部と、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)16質量部とを、それぞれトルエン200質量部に溶解させて、樹脂溶液220質量部を得た。続けて、流動層コーティング装置(フロイント産業株式会社製「スパイラフローSFC−5」)を用いて、ノンコートフェライトコア(パウダーテック株式会社製「EF−35B」)1000質量部に対して上記樹脂溶液の全量(220質量部)を噴霧により塗布した後、200℃で60分間熱処理を行った。その結果、個数平均1次粒子径35μmのキャリアB−1が得られた。キャリアB−1に含まれるキャリア粒子はそれぞれ、キャリアコア(フェライトコア)と、キャリアコアの表面を覆うコート層(樹脂層)とを備えていた。キャリアB−1のコート層を構成する樹脂の臨界表面張力は23.0mN/mであった。
キャリアB−2の作製方法は、エポキシ樹脂の量を4質量部から8質量部に変更し、FEPの量を16質量部から12質量部に変更した以外は、キャリアB−1の作製方法と同じであった。キャリアB−2のコート層を構成する樹脂の臨界表面張力は29.1mN/mであった。
キャリアB−3の作製方法は、エポキシ樹脂の量を4質量部から6.4質量部に変更し、FEPの量を16質量部から9.6質量部に変更した以外は、キャリアB−1の作製方法と同じであった。キャリアB−3のコート層を構成する樹脂の臨界表面張力は29.1mN/mであった。
キャリアB−4の作製方法は、エポキシ樹脂4質量部の代わりにポリエステル樹脂16質量部を使用し、FEPの量を16質量部から4質量部に変更した以外は、キャリアB−1の作製方法と同じであった。キャリアB−4のコート層を構成する樹脂の臨界表面張力は30.7mN/mであった。
キャリアB−5の作製方法は、エポキシ樹脂4質量部の代わりにポリエステル樹脂17.6質量部を使用し、FEPの量を16質量部から4.4質量部に変更した以外は、キャリアB−1の作製方法と同じであった。キャリアB−5のコート層を構成する樹脂の臨界表面張力は30.7mN/mであった。
試料(キャリア)100質量部と、評価用トナー(前述の手順で作製したトナー)10質量部とを、ボールミルを用いて30分間混合して、評価用現像剤を得た。その後、Q/mメーター(トレック社製「MODEL 210HS−2A」)を用いて、下記方法により評価用現像剤中のトナーの帯電量を測定した。
Q/mメーターの測定セルに現像剤(キャリア及びトナー)0.10gを投入し、投入された現像剤のうちトナーのみを篩(金網)を介して10秒間吸引した。そして、式「吸引されたトナーの総電気量(単位:μC)/吸引されたトナーの質量(単位:g)」に基づいて、現像剤中のトナーの帯電量(単位:μC/g)を算出した。
各試料(現像剤セットS−1〜S−7)の評価方法は、以下の通りである。
評価機としては、カラー複合機(京セラドキュメントソリューションズ株式会社製「TASKalfa5551ci」、現像方式:非磁性2成分乾式タッチダウントリクル現像方式)を用いた。試料(現像剤セット)の初期現像剤を評価機の現像装置に投入し、試料(現像剤セット)の補給用現像剤を評価機の補給用現像剤コンテナに投入した。こうした評価機を用いて、ソリッド部と空白部とを含むサンプル画像を記録媒体(評価用紙)に形成した。1枚目の記録媒体に形成された画像のソリッド部の画像濃度(ID)を、反射濃度計(X−Rite社製「RD914」)を用いて測定した。画像濃度(ID)が1.2以上であれば○(良い)と判断し、画像濃度(ID)が1.2未満であれば×(良くない)と判断した。
画像濃度の評価と同じ評価機を用いて、温度20℃かつ湿度65%RHの環境下において、印字率5%で30万枚連続印刷する耐刷試験を行った。耐刷試験後、評価機を用いて、ソリッド部と空白部とを含むサンプル画像を記録媒体(評価用紙)に形成した。そして、記録媒体に形成された画像の空白部の反射濃度を、反射濃度計(X−Rite社製「RD914」)を用いて測定し、かぶり濃度(FD)を算出した。なお、かぶり濃度(FD)は、印刷後の記録媒体の空白部の反射濃度からベースペーパー(未印刷紙)の反射濃度を引いた値に相当する。かぶり濃度(FD)が0.010未満であれば○(良い)と判断し、かぶり濃度(FD)が0.010以上であれば×(良くない)と判断した。
現像剤セットS−1〜S−7の各々についての評価結果は以下のとおりである。
11、11a〜11d 現像装置
12、12a〜12d 感光体ドラム
13 転写ベルト
14a 駆動ローラー
14b 従動ローラー
14c テンションローラー
15a〜15d 1次転写ローラー
16 2次転写ローラー
17 定着装置
18 クリーニングローラー
100 画像形成装置
111 現像ローラー
112 磁気ローラー
113 第1攪拌シャフト
114 第2攪拌シャフト
115 補給用現像剤コンテナ
115a 補給量調整部材
116 排出路
P 記録媒体
R1 搬送部
R2、R3 収容部
Claims (6)
- 現像部内の初期現像剤による静電潜像の現像を開始した後、前記現像部内の現像剤の排出と前記現像部内への現像剤の補給とを行いつつ、前記現像部内の現像剤で静電潜像を現像する画像形成装置で用いられる現像剤セットであって、
前記初期現像剤として、第1トナー及び第1キャリアを含む第1現像剤を含み、
前記補給用現像剤として、第2トナー及び第2キャリアを含む第2現像剤を含み、
前記第1キャリア及び前記第2キャリアはそれぞれ、キャリアコアと、前記キャリアコアの表面を覆うコート層とを備えるキャリア粒子を、複数含み、
前記コート層は実質的に樹脂から構成され、
前記第2キャリアの帯電付与性は、前記第1キャリアの帯電付与性よりも高く、
前記第1トナーと前記第2トナーとは、ポリエステル樹脂からなる結着樹脂を含む同一の正帯電性トナーであり、
前記第1キャリアの前記コート層を構成する前記樹脂の臨界表面張力は35.0mN/m以上であり、
前記第2キャリアの前記コート層を構成する前記樹脂の臨界表面張力は30.0mN/m以下であり、
前記第1キャリアの前記コート層に含有される前記樹脂のうち、5質量%以上50質量%未満の樹脂がフッ素含有樹脂であり、
前記第2キャリアの前記コート層に含有される前記樹脂のうち、50質量%以上95質量%以下の樹脂がフッ素含有樹脂である、現像剤セット。 - 前記第1キャリアの前記コート層を構成する前記樹脂の前記臨界表面張力から、前記第2キャリアの前記コート層を構成する前記樹脂の前記臨界表面張力を引いた臨界表面張力差は、+5.0mN/m以上+20.0mN/m以下である、請求項1に記載の現像剤セット。
- 前記第2キャリアの前記コート層は、シリコーン樹脂をさらに含有する、請求項1又は2に記載の現像剤セット。
- 前記第1キャリアの前記コート層はさらにエポキシ樹脂又はポリエステル樹脂のみを含有し、前記第2キャリアの前記コート層はさらにエポキシ樹脂のみを含有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の現像剤セット。
- 第1トナー及び第1キャリアを含む第1現像剤を収容し、トナーで静電潜像を現像するように構成される現像部と、
第2トナー及び第2キャリアを含む第2現像剤を前記現像部内へ補給するように構成される現像剤補給部と、
を備え、
前記第1キャリア及び前記第2キャリアはそれぞれ、キャリアコアと、前記キャリアコアの表面を覆うコート層とを備えるキャリア粒子を、複数含み、
前記コート層は実質的に樹脂から構成され、
前記第2キャリアの帯電付与性は、前記第1キャリアの帯電付与性よりも高く、
前記第1トナーと前記第2トナーとは、ポリエステル樹脂からなる結着樹脂を含む同一の正帯電性トナーであり、
前記第1キャリアの前記コート層を構成する前記樹脂の臨界表面張力は35.0mN/m以上であり、
前記第2キャリアの前記コート層を構成する前記樹脂の臨界表面張力は30.0mN/m以下であり、
前記第1キャリアの前記コート層に含有される前記樹脂のうち、5質量%以上50質量%未満の樹脂がフッ素含有樹脂であり、
前記第2キャリアの前記コート層に含有される前記樹脂のうち、50質量%以上95質量%以下の樹脂がフッ素含有樹脂である、画像形成装置。 - 現像部内の第1現像剤で静電潜像を現像する第1現像と、
前記第1現像の開始後、前記現像部内の現像剤の排出と前記現像部内への第2現像剤の補給とを行いつつ、前記現像部内の現像剤で静電潜像を現像する第2現像と、
を含み、
前記第1現像剤は、第1トナー及び第1キャリアを含み、
前記第2現像剤は、第2トナー及び第2キャリアを含み、
前記第1キャリア及び前記第2キャリアはそれぞれ、キャリアコアと、前記キャリアコアの表面を覆うコート層とを備えるキャリア粒子を、複数含み、
前記コート層は実質的に樹脂から構成され、
前記第2キャリアの帯電付与性は、前記第1キャリアの帯電付与性よりも高く、
前記第1トナーと前記第2トナーとは、ポリエステル樹脂からなる結着樹脂を含む同一の正帯電性トナーであり、
前記第1キャリアの前記コート層を構成する前記樹脂の臨界表面張力は35.0mN/m以上であり、
前記第2キャリアの前記コート層を構成する前記樹脂の臨界表面張力は30.0mN/m以下であり、
前記第1キャリアの前記コート層に含有される前記樹脂のうち、5質量%以上50質量%未満の樹脂がフッ素含有樹脂であり、
前記第2キャリアの前記コート層に含有される前記樹脂のうち、50質量%以上95質量%以下の樹脂がフッ素含有樹脂である、画像形成方法。
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