JP7459471B2 - 静電荷像現像用キャリア、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
そこで本発明では、
「前記無機粒子の含有量が前記被覆樹脂層の全質量に対して10質量%未満又は60質量%超えである静電荷像現像用キャリアの場合」、
「無機粒子の体積平均粒径D(μm)と被覆樹脂層の厚みT(μm)とが、下記関係式(1)を満たさない静電荷像現像用キャリアの場合」、
又は、
「トナーの外添剤としてシリカ粒子を含む静電荷像現像剤から分離されたキャリア100質量部とモデルトナー10質量部とをターブラミキサーにより温度20℃、撹拌時間2分で撹拌して得た混合物を、メッシュ付ゲージにより前記キャリアと前記モデルトナーとに再度分離したときの、前記モデルトナーとの分離前後のキャリア表面におけるシリカ粒子の遊離率が、50%未満である場合」
に比べて、画像の濃度ムラを抑制する静電荷像現像剤を提供することを課題とする。
無機粒子を含み、前記芯材を被覆する被覆樹脂層と、
を有し、
前記無機粒子の含有量が前記被覆樹脂層の全質量に対して10質量%以上60質量%以下であり、
前記無機粒子の体積平均粒径D(μm)と前記被覆樹脂層の厚みT(μm)とが、下記関係式(1)を満たす、静電荷像現像用キャリア。
関係式(1)・・・ 0.007≦D/T≦0.24
[2] 芯材と、
無機粒子を含み、前記芯材を被覆する被覆樹脂層と、
を有し、
トナーの外添剤としてシリカ粒子を含む静電荷像現像剤から分離されたキャリア100質量部とモデルトナー10質量部とをターブラミキサーにより温度20℃、撹拌時間2分で撹拌して得た混合物を、メッシュ付ゲージにより前記キャリアと前記モデルトナーとに再度分離したときの、
前記静電荷像現像剤から分離後であり且つ前記モデルトナーと混合前のキャリアの表面を被覆するシリカ粒子の被覆率S1と、前記モデルトナーと分離後のキャリアの表面を被覆するシリカ粒子の被覆率S2と、から求める、前記キャリア表面からの前記シリカ粒子の遊離率(=(S1-S2)/S1×100)が、50%以上である、
静電荷像現像用キャリア。
[3] 前記無機粒子の体積平均粒径Dが、1nm超え80nm以下である、[1]又は[2]に記載の静電荷像現像用キャリア。
[4] キャリアの表面粗さRaが0.1μm超え0.9μm未満である、[1]~[3]のいずれか1つに記載の静電荷像現像用キャリア。
[5] 前記無機粒子はシリカ粒子を含む、[1]~[4]のいずれか1つに記載の静電荷像現像用キャリア。
[6] 前記シリカ粒子は、疎水化処理されたシリカ粒子を含む、[5]に記載の静電荷像現像用キャリア。
[7] 前記被覆樹脂層は、脂環式(メタ)アクリル樹脂を含有する、[1]~[6]のいずれか1つに記載の静電荷像現像用キャリア。
[8] 前記脂環式(メタ)アクリル樹脂が、重合成分としてシクロヘキシル(メタ)アクリレートを含む、[7]に記載の静電荷像現像用キャリア。
[9] 前記無機粒子の体積平均粒径D(μm)と、キャリア表面における表面粗さRa(μm)とが、下記関係式(2)を満たす、[1]~[8]のいずれか1つに記載の静電荷像現像用キャリア。
関係式(2)・・・ 0.003<D/Ra<0.50
[10] 前記芯材の表面粗さRaが、0.5μm以上1.5μm以下である、[1]~[9]のいずれか1つに記載の静電荷像現像用キャリア。
[11] 静電荷像現像用トナーと、
[1]~[10]のいずれか1つに記載の静電荷像現像用キャリアと、
を含む静電荷像現像剤。
[12] [11]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、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段を備え、
画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジ。
[13] 像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
[11]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、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、
を備える画像形成装置。
[14] 像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、
[11]に記載の静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像工程と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写工程と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着工程と、
を有する画像形成方法。
[2]、[5]、[6]、[7]又は[8]に係る発明によれば、前記キャリア表面からの前記シリカ粒子の遊離率が50%未満である場合に比べて、画像の濃度ムラが抑制される静電荷像現像用キャリアが提供される。
[3]に係る発明によれば、前記無機粒子の体積平均粒径Dが1nm以下又は80nm超えである場合に比べて、画像の濃度ムラが抑制される静電荷像現像用キャリアが提供される。
[4]に係る発明によれば、キャリアの表面粗さRaが0.1μm以下又は0.9μm以上である場合に比べて、画像の濃度ムラが抑制される静電荷像現像用キャリアが提供される。
[9]に係る発明によれば、前記無機粒子の体積平均粒径D(μm)と、キャリア表面における表面粗さRaとが、前記関係式(2)を満たさない場合に比べて、画像の濃度ムラが抑制される静電荷像現像用キャリアが提供される。
[10]に係る発明によれば、前記芯材の表面粗さRaが、0.5μm未満又は1.5μm超えである場合に比べて、画像の濃度ムラが抑制される静電荷像現像用キャリアが提供される。
[11]、[12]、[13]又は[14]に係る発明によれば、
前記被覆樹脂層の全質量に対する前記無機粒子の含有量が10質量%未満又は60質量%超えである場合、
前記無機粒子の体積平均粒径D(μm)と前記被覆樹脂層の厚みT(μm)とが前記関係式(1)を満たさない場合、
又は、
前記キャリア表面からの前記シリカ粒子の遊離率が50%超えである場合
に比べて、画像の濃度ムラが抑制される静電荷像現像剤、プロセスカートリッジ、画像形成装置又は画像形成方法が提供される。
第一の実施形態に係る静電荷像現像用キャリアは、芯材と、無機粒子を含み、前記芯材を被覆する被覆樹脂層と、を有し、前記無機粒子の含有量が前記被覆樹脂層の全質量に対して10質量%以上60質量%以下であり、前記無機粒子の体積平均粒径D(μm)と前記被覆樹脂層の厚みT(μm)とが、下記関係式(1)を満たす。
特に、高温高湿環境下で低画像濃度連続印刷後に、1昼夜放置を経てふちなし印刷モードで高濃度の画像を連続して印刷すると、外添剤埋没が進行したトナーにフレッシュなトナーが追加されるため、トナー粒子とトナー粒子との間で、相互帯電による帯電分布が劣化しやすく、トナー飛散が発生しやすい。このとき、ふちなし印刷モードであると、非通紙部側へのトナー供給量が増加するため、より現像器の外側へのトナー飛散が増加する傾向にあり、結果として軸受け部においてトナーの固着が発生しやすくなる。この軸受け部におけるトナー固着が発生するとモータートルク異常となり、ハーフトーンの画像形成において濃度ムラが発生しやすい。
本実施形態に係るキャリアは、画像の濃度ムラをより抑制する観点から、表面粗さRa1が、0.1μm超え0.9μm未満であることが好ましく、0.11μm以上0.85μm未満であることがより好ましく、0.12μm以上0.8μm以下であることがさらに好ましい。
関係式(2) 0.003<D/Ra<0.50
関係式(2-2) 0.005≦D/Ra≦0.40
関係式(2-3) 0.010≦D/Ra≦0.20
トナーの外添剤としてシリカ粒子を含む静電荷像現像剤から分離されたキャリア100質量部とモデルトナー10質量部とをターブラミキサーにより温度20℃、撹拌時間2分で撹拌して得た混合物を、メッシュ付ゲージにより前記キャリアと前記モデルトナーとに再度分離したときの、
前記静電荷像現像剤から分離後であり且つ前記モデルトナーと混合前のキャリアの表面を被覆するシリカ粒子の被覆率S1と、前記モデルトナーと分離後のキャリアの表面を被覆するシリカ粒子の被覆率S2と、から求める、前記キャリア表面からの前記シリカ粒子の遊離率(=(S1-S2)/S1×100)が、
50%以上であり、55%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましい。
(1)エアジェットシーブにより、トナーの外添剤としてシリカ粒子を含む静電荷像現像剤からトナーとキャリアとを分離する。
(2)静電荷像現像剤から分離後のキャリアの表面を被覆するシリカ粒子の被覆率S1を、X線光電子分光法(XPS)により、以下の方法で求める。
キャリアの全表面積に占める、シリカ粒子の面積の総和の割合(シリカ粒子の面積の総和/キャリアの全表面積×100)を、静電荷像現像剤から分離後のキャリアの表面を被覆するシリカ粒子の被覆率S1とする。
結着樹脂:非晶性ポリエステル樹脂
体積平均粒径:5.7μm
体積平均粒度分布指標(GSDv):1.20
平均円形度:9.55以上9.74以下
(4)工程(1)により分離されたキャリア100質量部と、工程(3)に記載のモデルトナー10質量部と、を混合し、混合物をターブラミキサーにより温度20℃、湿度50%RH、撹拌時間2分で撹拌する。
(5)メッシュ付ゲージ(アサダメッシュ社製)を用いて、混合物を、モデルトナーとキャリアとに分離する。
(6)モデルトナーと分離後のキャリアの表面を被覆するシリカ粒子の被覆率S2を、前記シリカ粒子の被覆率S1と同様にして、XPSにより求める。
(7)「静電荷像現像剤から分離後であり且つモデルトナーと混合前のキャリアの表面を被覆するシリカ粒子の被覆率S1」と、「モデルトナーと分離後のキャリアの表面を被覆するシリカ粒子の被覆率S2」と、から、キャリアの表面を被覆するシリカ粒子の遊離率(=(S1-S2)/S1×100)を求める。
本実施形態に係る静電荷像現像用キャリアは、芯材を含む。
芯材は、磁性を有するものであれば特に制限されず、キャリアの芯材として用いられる公知の材料が適用される。
芯材としては、例えば、粒子状の磁性粉(磁性粒子);多孔質の磁性粉に樹脂を含侵させた樹脂含浸磁性粒子;樹脂中に磁性粉が分散して配合された磁性粉分散樹脂粒子;などが挙げられる。
芯材を構成する樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、塩化ビニル-酢酸ビニル共重合体、スチレン-アクリル酸共重合体、オルガノシロキサン結合を含んで構成されるストレートシリコーン又はその変性品、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。なお、芯材を構成する樹脂には、導電性粒子等の添加剤を含ませてもよい。導電性粒子としては、金、銀、銅等の金属、カーボンブラック、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム等の粒子が挙げられる。
本実施形態に係る被覆樹脂層は、無機粒子を含む。
本実施形態に係る被覆樹脂層は、前記芯材を被覆する樹脂層である。
関係式(1) 0.007≦D/T≦0.24
関係式(1-2) 0.007≦D/T≦0.2
関係式(1-3) 0.007≦D/T≦0.05
被覆樹脂層を構成する樹脂としては、スチレン・アクリル酸共重合体;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂;ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン等のポリビニル系又はポリビニリデン系樹脂;塩化ビニル・酢酸ビニル共重合体;オルガノシロキサン結合からなるストレートシリコーン樹脂又はその変性物;ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素樹脂;ポリエステル;ポリウレタン;ポリカーボネート;尿素・ホルムアルデヒド樹脂等のアミノ樹脂;エポキシ樹脂;などが挙げられる。
上記の中でも、脂環式アクリル樹脂の重合性分としては、画像の濃度ムラをより抑制する観点から、メチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート及び2-(ジメチルアミノ)エチル(メタ)クリレートからなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、メチル(メタ)アクリレート及びシクロヘキシル(メタ)アクリレートの少なくとも一方を含むことがより好ましい。脂環式アクリル樹脂の重合成分は、1種を用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
無機粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン(チタニア)、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、酸化鉄、酸化銅、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の粒子が挙げられる。これらの中でも、無機粒子としては、画像の濃度ムラをより抑制する観点から、シリカ、アルミナ及び酸化チタンからなる群より選択される1種以上の粒子を含むことが好ましく、シリカの粒子を含むことがより好ましい。
シランカップリング剤としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルシラン、トリメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、メチルトリクロロシラン、アリルジメチルクロロシラン、ベンジルジメチルクロロシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、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、n-ヘキサデシルトリメトキシシラン、n-オクタデシルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン等が挙げられる。
シリコーンオイルとしては、例えば、ジメチルポリシロキサン、メチルハイドロジンポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン等が挙げられる。
第二の実施形態に係る無機粒子の含有量は、被覆樹脂層の全質量に対する無機粒子の含有量が10質量%以上60質量%以下であることが好ましく、10質量%以上50質量%以下であることがより好ましく、10質量%以上40質量%以下であることがさらに好ましい。
湿式製法において用いられる被覆樹脂層形成用樹脂液は、樹脂及びその他の成分を溶剤に溶解又は分散させて調製する。溶剤としては、樹脂を溶解又は分散するものであれば特に限定されず、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類;などが使用される。
本実施形態に係る現像剤は、トナーと、本実施形態に係るキャリアとを含む。
トナーとしては、特に制限はなく、公知のトナーが用いられる。例えば、結着樹脂と着色剤とを含有するトナー粒子を含む着色トナーが挙げられ、着色剤の代わりに赤外線吸収剤を用いた赤外線吸収トナーも挙げられる。トナーは、離型剤や各種の内添剤、外添剤等を含んでいてもよい。
結着樹脂としては、例えば、スチレン類(例えばスチレン、パラクロロスチレン、α-メチルスチレン等)、(メタ)アクリル酸エステル類(例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n-プロピル、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n-プロピル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸2-エチルヘキシル等)、エチレン性不飽和ニトリル類(例えばアクリロニトリル、メタクリロニトリル等)、ビニルエーテル類(例えばビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等)、ビニルケトン類(例えばビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等)、オレフィン類(例えばエチレン、プロピレン、ブタジエン等)等の単量体の単独重合体、又はこれら単量体を2種以上組み合せた共重合体からなるビニル系樹脂が挙げられる。
結着樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂、変性ロジン等の非ビニル系樹脂、これらと前記ビニル系樹脂との混合物、又は、これらの共存下でビニル系単量体を重合して得られるグラフト重合体等も挙げられる。
これらの結着樹脂は、1種類単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
ガラス転移温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線より求め、より具体的にはJIS K7121-1987「プラスチックの転移温度測定方法」のガラス転移温度の求め方に記載の「補外ガラス転移開始温度」により求められる。
重量平均分子量及び数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定する。GPCによる分子量測定は、測定装置として東ソー製GPC・HLC-8120GPCを用い、東ソー製カラム・TSKgel SuperHM-M(15cm)を使用し、THF溶媒で行う。重量平均分子量及び数平均分子量は、この測定結果から単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用して算出する。
着色剤としては、例えば、カーボンブラック、クロムイエロー、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、スレンイエロー、キノリンイエロー、ピグメントイエロー、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、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド、ブリリアントカーミン3B、ブリリアントカーミン6B、デュポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、リソールレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ピグメントレッド、ローズベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、ピグメントブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオキサレート等の顔料;アクリジン系、キサンテン系、アゾ系、ベンゾキノン系、アジン系、アントラキノン系、チオインジコ系、ジオキサジン系、チアジン系、アゾメチン系、インジコ系、フタロシアニン系、アニリンブラック系、ポリメチン系、トリフェニルメタン系、ジフェニルメタン系、チアゾール系等の染料;が挙げられる。
着色剤は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
離型剤としては、例えば、炭化水素系ワックス;カルナバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス等の天然ワックス;モンタンワックス等の合成又は鉱物・石油系ワックス;脂肪酸エステル、モンタン酸エステル等のエステル系ワックス;などが挙げられる。離型剤は、これに限定されるものではない。
融解温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線から、JIS K7121-1987「プラスチックの転移温度測定方法」の融解温度の求め方に記載の「融解ピーク温度」により求める。
その他の添加剤としては、例えば、磁性体、帯電制御剤、無機粉体等の公知の添加剤が挙げられる。これらの添加剤は、内添剤としてトナー粒子に含まれる。
トナー粒子は、単層構造のトナー粒子であってもよいし、芯部(コア粒子)と芯部を被覆する被覆層(シェル層)とで構成された所謂コア・シェル構造のトナー粒子であってもよい。コア・シェル構造のトナー粒子は、例えば、結着樹脂と必要に応じて着色剤及び離型剤等のその他添加剤とを含んで構成された芯部と、結着樹脂を含んで構成された被覆層と、で構成されていることがよい。
トナー粒子の体積平均粒径(D50v)は、コールターマルチサイザーII(ベックマン・コールター社製)を用い、電解液はISOTON-II(ベックマン・コールター社製)を使用して測定される。測定に際しては、分散剤として、界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムが好ましい)の5質量%水溶液2ml中に測定試料を0.5mg以上50mg以下加える。これを電解液100ml以上150ml以下中に添加する。試料を懸濁した電解液は超音波分散器で1分間分散処理を行い、コールターマルチサイザーIIにより、アパーチャー径100μmのアパーチャーを用いて2μm以上60μm以下の範囲の粒径の粒子の粒度分布を測定する。サンプリングする粒子数は50000個である。
外添剤としては、例えば、無機粒子が挙げられる。該無機粒子として、SiO2、TiO2、Al2O3、CuO、ZnO、SnO2、CeO2、Fe2O3、MgO、BaO、CaO、K2O、Na2O、ZrO2、CaO・SiO2、K2O・(TiO2)n、Al2O3・2SiO2、CaCO3、MgCO3、BaSO4、MgSO4等が挙げられる。
疎水化処理剤の量は、通常、例えば、無機粒子100質量部に対して、1質量部以上10質量部である。
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。トナー粒子は、乾式製法(例えば、混練粉砕法等)、湿式製法(例えば、凝集合一法、懸濁重合法、溶解懸濁法等)のいずれにより製造してもよい。これらの製法に特に制限はなく、公知の製法が採用される。これらの中でも、凝集合一法により、トナー粒子を得ることがよい。
本実施形態に係る画像形成装置及び画像形成方法について説明する。
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、像保持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電した像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、静電荷像現像剤を収容し、静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、を備える。そして、静電荷像現像剤として、本実施形態に係る静電荷像現像剤が適用される。
本実施形態に係る画像形成装置が中間転写方式の装置の場合、転写手段は、例えば、表面にトナー画像が転写される中間転写体と、像保持体の表面に形成されたトナー画像を中間転写体の表面に一次転写する一次転写手段と、中間転写体の表面に転写されたトナー画像を記録媒体の表面に二次転写する二次転写手段と、を有する構成が適用される。
図1に示す画像形成装置は、色分解された画像データに基づく、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像を出力する電子写真方式の第1乃至第4の画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K(画像形成手段)を備えている。これらの画像形成ユニット(以下、単に「ユニット」と称する場合がある)10Y、10M、10C、10Kは、水平方向に互いに予め定められた距離離間して並設されている。これらユニット10Y、10M、10C、10Kは、画像形成装置に着脱するプロセスカートリッジであってもよい。
各ユニット10Y、10M、10C、10Kの現像装置(現像手段の一例)4Y、4M、4C、4Kのそれぞれには、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kに収められたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各トナーの供給がなされる。
一次転写ロール5Yは、中間転写ベルト20の内側に配置され、感光体1Yに対向した位置に設けられている。各ユニットの一次転写ロール5Y、5M、5C、5Kには、一次転写バイアスを印加するバイアス電源(図示せず)がそれぞれ接続されている。各バイアス電源は、図示しない制御部による制御によって、各一次転写ロールに印加する転写バイアスの値を変える。
まず、動作に先立って、帯電ロール2Yによって感光体1Yの表面が-600V乃至-800Vの電位に帯電される。
感光体1Yは、導電性(例えば20℃における体積抵抗率1×10-6Ωcm以下)の基体上に感光層を積層して形成されている。この感光層は、通常は高抵抗(一般の樹脂の抵抗)であるが、レーザ光線が照射されると、レーザ光線が照射された部分の比抵抗が変化する性質を持っている。そこで、帯電した感光体1Yの表面に、図示しない制御部から送られてくるイエロー用の画像データに従って、露光装置3からレーザ光線3Yを照射する。それにより、イエローの画像パターンの静電荷像が感光体1Yの表面に形成される。
感光体1Y上に形成された静電荷像は、感光体1Yの走行に従って予め定められた現像位置まで回転する。そして、この現像位置で、感光体1Y上の静電荷像が、現像装置4Yによってトナー画像として現像され可視化される。
一方、感光体1Y上に残留したトナーは感光体クリーニング装置6Yで除去されて回収される。
こうして、第1のユニット10Yにてイエローのトナー画像が転写された中間転写ベルト20は、第2乃至第4のユニット10M、10C、10Kを通して順次搬送され、各色のトナー画像が重ねられて多重転写される。
定着後における画像表面の平滑性をさらに向上させるには、記録紙Pの表面も平滑であることが好ましく、例えば、普通紙の表面を樹脂等でコーティングしたコート紙、印刷用のアート紙等が好適に使用される。
本実施形態に係るプロセスカートリッジについて説明する。
本実施形態に係るプロセスカートリッジは、本実施形態に係る静電荷像現像剤を収容し、静電荷像現像剤により、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段を備え、画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジである。
図2に示すプロセスカートリッジ200は、例えば、取り付けレール116及び露光のための開口部118が備えられた筐体117により、感光体107(像保持体の一例)と、感光体107の周囲に備えられた帯電ロール108(帯電手段の一例)、現像装置111(現像手段の一例)、及び感光体クリーニング装置113(クリーニング手段の一例)を一体的に組み合わせて保持して構成し、カートリッジ化されている。
図2中、109は露光装置(静電荷像形成手段の一例)、112は転写装置(転写手段の一例)、115は定着装置(定着手段の一例)、300は記録紙(記録媒体の一例)を示している。
[樹脂粒子分散液(1)の調製]
・エチレングリコール(富士フイルム和光純薬(株)) 37部
・ネオペンチルグリコール(富士フイルム和光純薬(株)) 65部
・1,9-ノナンジオール(富士フイルム和光純薬(株)) 32部
・テレフタル酸(富士フイルム和光純薬(株)) 96部
上記の材料をフラスコに仕込み、1時間かけて温度200℃まで上げ、反応系内が均一に攪拌されていることを確認したのち、ジブチル錫オキサイドを1.2部投入した。生成する水を留去しながら6時間かけて240℃まで温度を上げ、240℃で4時間攪拌を継続し、ポリエステル樹脂(酸価9.4mgKOH/g、重量平均分子量13,000、ガラス転移温度62℃)を得た。このポリエステル樹脂を溶融状態のまま、乳化分散機(キャビトロンCD1010、ユーロテック社)に毎分100gの速度で移送した。別途、試薬アンモニア水をイオン交換水で希釈した0.37%濃度の希アンモニア水をタンクに入れ、熱交換器で120℃に加熱しながら毎分0.1リットルの速度でポリエステル樹脂と同時に乳化分散機に移送した。乳化分散機を回転子の回転速度60Hz、圧力5kg/cm2の条件で運転し、体積平均粒径160nm、固形分30%の樹脂粒子分散液(1)を得た。
・デカン二酸(東京化成工業(株)) 81部
・ヘキサンジオール(富士フイルム和光純薬(株)) 47部
上記の材料をフラスコに仕込み、1時間かけて温度160℃まで上げ、反応系内が均一に攪拌されていることを確認したのち、ジブチル錫オキサイドを0.03部投入した。生成する水を留去しながら6時間かけて200℃まで温度を上げ、200℃で4時間攪拌を継続した。次いで、反応液を冷却し、固液分離を行い、固形物を温度40℃/減圧下で乾燥し、ポリエステル樹脂(C1)(融点64℃、重量平均分子量15,000)を得た。
・アニオン性界面活性剤(ネオゲンSC、第一工業製薬(株)) 2部
・イオン交換水 200部
上記の材料を120℃に加熱して、ホモジナイザー(ウルトラタラックスT50、IKA社(株))で十分に分散した後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理した。体積平均粒径が180nmになったところで回収し、固形分20%の樹脂粒子分散液(2)を得た。
・シアン顔料(PigmentBlue15:3、大日精化工業(株)) 10部
・アニオン性界面活性剤(ネオゲンSC、第一工業製薬(株)) 2部
・イオン交換水 80部
上記の材料を混合し、高圧衝撃式分散機(アルティマイザーHJP30006、スギノマシン社)により1時間分散し、体積平均粒径180nm、固形分20%の着色剤粒子分散液(1)を得た。
・パラフィンワックス(HNP-9、日本精蝋(株)) 50部
・アニオン性界面活性剤(ネオゲンSC、第一工業製薬(株)) 2部
・イオン交換水 200部
上記の材料を120℃に加熱して、ホモジナイザー(ウルトラタラックスT50、IKA社)で十分に分散した後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理した。体積平均粒径が200nmになったところで回収し、固形分20%の離型剤粒子分散液(1)を得た。
・樹脂粒子分散液(1) 150部
・樹脂粒子分散液(2) 50部
・着色剤粒子分散液(1) 25部
・離型剤粒子分散液(1) 35部
・ポリ塩化アルミニウム 0.4部
・イオン交換水 100部
上記の材料を丸型ステンレス製フラスコに投入し、ホモジナイザー(ウルトラタラックスT50、IKA社)を用いて十分に混合分散した後、フラスコ内を攪拌しながら加熱用オイルバスで48℃まで加熱した。反応系内を48℃で60分間保持した後、樹脂粒子分散液(1)を緩やかに70部追加した。次いで、0.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を用いてpHを8.0に調整し、フラスコを密閉し攪拌軸のシールを磁力シールし、攪拌を継続しながら90℃まで加熱して30分間保持した。次いで、降温速度5℃/分で冷却し、固液分離し、イオン交換水で十分に洗浄した。次いで、固液分離し、30℃のイオン交換水に再分散し、回転速度300rpmで15分間攪拌し洗浄した。この洗浄操作をさらに6回繰り返し、濾液のpHが7.54、電気伝導度が6.5μS/cmとなったところで固液分離し、真空乾燥を24時間継続して、体積平均粒径5.7μmのトナー粒子(1)を得た。
[芯材の準備]
-フェライト粒子(1)-
Fe2O3を74部、Mg(OH)2を4部、MnO2を21部混合し、ロータリーキルンを用いて温度950℃/7時間の条件で仮焼成した(1回目)。得られた仮焼成物を、湿式ボールミルを用いて7時間粉砕し、平均粒径を2.0μmとした後、スプレードライヤーを用いて造粒した。得られた造粒物を、ロータリーキルンを用いて温度950℃/6時間の条件で仮焼成した(2回目)。得られた仮焼成物を、湿式ボールミルを用いて3時間粉砕し、平均粒径を5.6μmとした後、スプレードライヤーを用いて造粒した。得られた造粒物を、電気炉を用いて温度1300℃/5時間の条件で本焼成した。得られた焼成物を解砕及び分級して、体積平均粒径32μmのフェライト粒子(1)を得た。
2回目の仮焼成後の仮焼成物を湿式ボールミルを用いて2時間粉砕し平均粒径を6.5μmとしたこと、及び、本焼成の条件を温度1200℃/4時間に変更したこと以外はフェライト粒子(1)の作製と同様にしてフェライト粒子(2)を作製した。
2回目の仮焼成後の仮焼成物を湿式ボールミルを用いて5時間粉砕し平均粒径を4.7μmとしたこと、及び、本焼成の条件を温度1350℃/5.5時間に変更したこと以外はフェライト粒子(1)の作製と同様にしてフェライト粒子(3)を作製した。
シリカ粒子、チタニア粒子、及びアルミナ粒子は、以下に示す材料を用いた。
疎水化処理剤:ヘキサメチルジシラザン、
体積平均粒径D:12nm
トクヤマ株式会社製、製品番号HM20S
疎水化処理剤:デシルシラン
体積平均粒径D:40nm
日本アエロジル社製、製品番号OX50を用いて、デシルシラン処理をしてシリカ粒子を作製した。
疎水化処理剤:なし
体積平均粒径D:40nm
日本アエロジル社製、製品番号OX50
疎水化処理剤:ポリジメチルシロキサン
体積平均粒径D:40nm
日本アエロジル社製、製品番号RY50
疎水化処理剤:ヘキサメチルジシラザン
体積平均粒径D:200nm
CABOT社製、製品番号TG-6020N
疎水化処理剤:ヘキサメチルジシラザン
体積平均粒径D:7nm
(シリカ粒子分散液(1)の調整)
撹拌機、滴下ノズル、温度計を具備した1.5Lのガラス製反応容器にメタノール890部、9.8%アンモニア水210部とを添加して混合し、アルカリ触媒溶液を得た。
このアルカリ触媒溶液を45℃に調整した後、撹拌しながら、テトラメトキシシラン550部と7.6%アンモニア水140部とを同時に450分で滴下を行い、粒子径7nm、粒度分布は1.2の親水性のシリカ粒子分散液(1)を得た。
シリカ粒子分散液(1)を用いて、以下に示すようにして、シリカ粒子に対し超臨界二酸化炭素雰囲気下でシロキサン化合物による表面処理を行った。なお、表面処理には、二酸化炭素ボンベ、二酸化炭素ポンプ、エントレーナポンプ、撹拌機付きオートクレーブ(容量500ml)、圧力弁を具備した装置を用いた。
まず、撹拌機付きオートクレーブ(容量500ml)へ、シリカ粒子分散液(1)を300部投入し、撹拌機を100rpmで回転させた。その後、オートクレーブ内に液化二酸化炭素を注入し、ヒーターにより昇温しながら二酸化炭素ポンプにより昇圧し、オートクレーブ内を150℃、15MPaの超臨界状態とした。圧力弁でオートクレーブ内を15MPaに保ちながら二酸化炭素ポンプより超臨界二酸化炭素を流通させ、シリカ粒子分散液(1)からメタノールと水を除去し(溶媒除去工程)、シリカ粒子(未処理のシリカ粒子)を得た。
次に、流通した超臨界二酸化炭素の流通量(積算量:標準状態の二酸化炭素の流通量として測定)が900部となった時点で、超臨界二酸化炭素の流通を停止した。
その後、ヒーターにより温度150℃、二酸化炭素ポンプにより圧力15MPaを維持し、オートクレーブ内で二酸化炭素の超臨界状態を維持させた状態で、上記シリカ粒子(未処理のシリカ粒子)100部に対して、予め疎水化処理剤としてヘキサメチルジシラザン(HMDS:有機合成薬品工業社製)50部をエントレーナポンプにてオートクレーブ内に注入した後、撹拌しながら、180℃で20分間反応させた。その後、再度超臨界二酸化炭素を流通させ、余剰の処理剤溶液を除去した。その後、撹拌を停止し、圧力弁を開けてオートクレーブ内の圧力を大気圧まで開放し温度を室温(25℃)まで下げた。
このように、溶媒除去工程、シロキサン化合物による表面処理を順次行い、体積粒径7nmの表面処理シリカ粒子(S1)を得た。
疎水化処理剤:ヘキサメチルジシラザン
体積平均粒径D:1nm
撹拌機、滴下ノズル、温度計を具備した1.5Lのガラス製反応容器にメタノール890部、9.8%アンモニア水210部を添加して混合し、アルカリ触媒溶液を得た。
このアルカリ触媒溶液を47℃に調整した後、撹拌しながら、テトラメトキシシラン550部と7.6%アンモニア水140部を同時に450分で滴下を行い、粒子径1nm、粒度分布は1.25の親水性のシリカ粒子分散液(2)を得た。
シリカ粒子分散液(2)を用いて、以下に示すようにして、シリカ粒子に対し超臨界二酸化炭素雰囲気下でシロキサン化合物による表面処理を行った。なお、表面処理には、二酸化炭素ボンベ、二酸化炭素ポンプ、エントレーナポンプ、撹拌機付きオートクレーブ(容量500ml)、圧力弁を具備した装置を用いた。
まず、撹拌機付きオートクレーブ(容量500ml)へ、シリカ粒子分散液(2)を300部投入し、撹拌機を100rpmで回転させた。その後、オートクレーブ内に液化二酸化炭素を注入し、ヒーターにより昇温しながら二酸化炭素ポンプにより昇圧し、オートクレーブ内を150℃、15MPaの超臨界状態とした。圧力弁でオートクレーブ内を15MPaに保ちながら二酸化炭素ポンプより超臨界二酸化炭素を流通させ、シリカ粒子分散液(2)からメタノールと水を除去し(溶媒除去工程)、シリカ粒子(未処理のシリカ粒子)を得た。
次に、流通した超臨界二酸化炭素の流通量(積算量:標準状態の二酸化炭素の流通量として測定)が900部となった時点で、超臨界二酸化炭素の流通を停止した。
その後、ヒーターにより温度150℃、二酸化炭素ポンプにより圧力15MPaを維持し、オートクレーブ内で二酸化炭素の超臨界状態を維持させた状態で、上記シリカ粒子(未処理のシリカ粒子)100部に対して、予め疎水化処理剤としてヘキサメチルジシラザン(HMDS:有機合成薬品工業社製)100部をエントレーナポンプにてオートクレーブ内に注入した後、撹拌しながら、180℃で20分間反応させた。その後、再度超臨界二酸化炭素を流通させ、余剰の処理剤溶液を除去した。その後、撹拌を停止し、圧力弁を開けてオートクレーブ内の圧力を大気圧まで開放し温度を室温(25℃)まで下げた。
このように、溶媒除去工程、シロキサン化合物による表面処理を順次行い、体積粒径1nmの表面処理シリカ粒子(S2)を得た。
チタン工業社製、製品番号STT100H
日本アエロジル社製、製品番号C805
・フェライト粒子(1) 100部
・シリカ粒子(HM20S、トクヤマ株式会社製) 0.7部
・シクロヘキシルメタクリレート/メチルメタクリレート共重合体
(共重合比95モル:5モル) 3部
・トルエン 14部
上記の材料のうち、シリカ粒子とシクロヘキシルメタクリレート/メチルメタクリレート共重合体とトルエンとガラスビーズ(直径1mm、トルエンと同量)とをサンドミル(関西ペイント社)に投入し、回転速度1200rpmで30分間攪拌し、樹脂層形成用溶液(1)とした。真空脱気型ニーダーにフェライト粒子(1)を入れ、さらに樹脂層形成用溶液(1)を入れ、攪拌しながら昇温及び減圧してトルエンを留去させ、フェライト粒子(1)を樹脂で被覆した。次いで、エルボジェットにて微粉及び粗粉を取り除き、キャリア(1)を得た。キャリア(1)の性質を表2に示す。
芯材、無機粒子、樹脂の種類及び量;被覆樹脂層の厚み、D/T、D/Ra、遊離率、又はキャリアの表面粗さを表2に示すように変更した以外は、キャリア(1)の作製と同様にして各例のキャリアを作製した。表中の略称は、以下に示すとおりである。
CHMA:シクロヘキシルメタアクリレート
MMA:メタアクリレート
DMAEMA:2-(ジメチルアミノ)エチルメタクリレート
HMDS:ヘキサメチルジシラザン
PDMS:ポリジメチルシロキサン(シリコーンオイル)
22.5℃50%RHの環境下でDocuCentreColor400(富士ゼロックス(株)製)の改造機を用いて、A4サイズの普通紙(富士ゼロックス(株)製、C2紙)を使用し、画像濃度1%となるように長方形パッチを有する画像を500枚の画像を連続出力する試験を行った後に28℃90%RHの環境に変更した後に、翌日の朝一運転で日本画像学会テストチャート番号5-1を出力し画質を評価した。
連続印刷後、28℃90%RHの環境に変更した後の翌日の朝一に日本画像学会テストチャート番号5-1を5枚出力した際の非画像部、印刷後の機内汚染を目視官能評価した。許容できるのはA~Cである。
A:画像上には非画像部の汚染は観察されず、画質に問題はない。
B:機内にトナー飛散が発生しているが、画質には問題ない。
C:画像上にわずかな非画像部の汚染が観察される。
D:画像上にはっきりとした非画像部の汚染が観察される。
日本画像学会テストチャート番号5-1を5枚出力し、ベタ画像のパッチ部の濃度を測定した。ΔEは以下のように算出した。許容できるのはA~Cである。
ΔE=(5枚中最大画像濃度)-(5枚中最小画像濃度)
なお、画像濃度(=(L*2+a*2+b*2)0.5)は、画像濃度計X-RITE938(X-RITE社製)にて測定した。
A:画像上の濃度ばらつきΔEは0.3未満で、目視では判断できず、画質に問題はない。
B:画像上の濃度ばらつきΔEは0.3以上0.5以下で、わずかなムラがあるが、画質に問題はないレベルであった。
C:画像上の濃度ばらつきΔEは0.5以上1.0以下で、わずかなムラが観察される。
D:画像上の濃度ばらつきΔEは1.0を超える値で、画像上にはっきりとした濃度ムラが観察される。
22.5℃50%RHの環境下でDocuCentreColor400(富士ゼロックス(株)製)の改造機を用いて、A4サイズの普通紙(富士ゼロックス(株)製、C2紙)を使用し、画像濃度1%となるように長方形パッチを有する画像を100,000枚の画像を10日間かけて出力する試験を行った。計100,000枚出力した後に28℃90%RHの環境に変更した後に、翌日の朝一運転で日本画像学会テストチャート番号5を出力し画質を評価した。
2Y、2M、2C、2K 帯電ロール(帯電手段の一例)
3 露光装置(静電荷像形成手段の一例)
3Y、3M、3C、3K レーザ光線
4Y、4M、4C、4K 現像装置(現像手段の一例)
5Y、5M、5C、5K 一次転写ロール(一次転写手段の一例)
6Y、6M、6C、6K 感光体クリーニング装置(クリーニング手段の一例)
8Y、8M、8C、8K トナーカートリッジ
10Y、10M、10C、10K 画像形成ユニット
20 中間転写ベルト(中間転写体の一例)
22 駆動ロール
24 支持ロール
26 二次転写ロール(二次転写手段の一例)
28 定着装置(定着手段の一例)
30 中間転写体クリーニング装置
P 記録紙(記録媒体の一例)
108 帯電ロール(帯電手段の一例)
109 露光装置(静電荷像形成手段の一例)
111 現像装置(現像手段の一例)
112 転写装置(転写手段の一例)
113 感光体クリーニング装置(クリーニング手段の一例)
115 定着装置(定着手段の一例)
116 取り付けレール
117 筐体
118 露光のための開口部
200 プロセスカートリッジ
300 記録紙(記録媒体の一例)
Claims (12)
- 芯材と、
無機粒子を含み、前記芯材を被覆する被覆樹脂層と、
を有し、
前記無機粒子の含有量が前記被覆樹脂層の全質量に対して10質量%以上60質量%以下であり、
前記無機粒子の体積平均粒径D(μm)と前記被覆樹脂層の厚みT(μm)とが、下記関係式(1)を満たし、
キャリアの表面粗さRaが0.1μm超え0.9μm未満であり、
トナーの外添剤としてシリカ粒子を含む静電荷像現像剤から分離されたキャリア100質量部とモデルトナー10質量部とをターブラミキサーにより温度20℃、撹拌時間2分で撹拌して得た混合物を、メッシュ付ゲージにより前記キャリアと前記モデルトナーとに再度分離したときの、
前記静電荷像現像剤から分離後であり且つ前記モデルトナーと混合前のキャリアの表面を被覆するシリカ粒子の被覆率S1と、前記モデルトナーと分離後のキャリアの表面を被覆するシリカ粒子の被覆率S2と、から求める、前記キャリア表面からの前記シリカ粒子の遊離率(=(S1-S2)/S1×100)が、50%以上85%以下である、静電荷像現像用キャリア。
関係式(1)・・・ 0.007≦D/T≦0.24 - 前記無機粒子の体積平均粒径Dが、1nm超え80nm以下である、請求項1に記載の静電荷像現像用キャリア。
- 前記無機粒子はシリカ粒子を含む、請求項1又は請求項2に記載の静電荷像現像用キャリア。
- 前記シリカ粒子は、疎水化処理されたシリカ粒子を含む、請求項3に記載の静電荷像現像用キャリア。
- 前記被覆樹脂層は、脂環式(メタ)アクリル樹脂を含有する、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の静電荷像現像用キャリア。
- 前記脂環式(メタ)アクリル樹脂が、重合成分としてシクロヘキシル(メタ)アクリレートを含む、請求項5に記載の静電荷像現像用キャリア。
- 前記無機粒子の体積平均粒径D(μm)と、キャリア表面における表面粗さRa(μm)とが、下記関係式(2)を満たす、請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の静電荷
像現像用キャリア。
関係式(2)・・・ 0.003<D/Ra<0.50 - 前記芯材の表面粗さRaが、0.5μm以上1.5μm以下である、請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の静電荷像現像用キャリア。
- 静電荷像現像用トナーと、
請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の静電荷像現像用キャリアと、
を含む静電荷像現像剤。 - 請求項9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、像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段を備え、
画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジ。 - 像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
請求項9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、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、
を備える画像形成装置。 - 像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
帯電した前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、
請求項9に記載の静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像工程と、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写工程と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着工程と、
を有する画像形成方法。
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