JP2007147734A - 現像方法及び現像剤担持体 - Google Patents
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Abstract
【課題】画出し初期の状況に伴って発生する現像剤のチャージアップ、摩擦帯電の不均一、不安定化に伴って発生する画像濃度低下、画像濃度ムラ、画像スジ、スリーブゴースト及びブロッチ等の問題が発生せず、画像濃度が高い、高品位の画像を安定して得ることのできる現像剤担持体及び現像方法を提供する。
【解決手段】現像剤担持体として、円筒状基体上に設けられた導電性被覆層の上に更に使用により摩耗する樹脂層が一部又は全面に形成しているものを用いる。更に、該樹脂層の上に担持粒子を満遍なく担持させる。
【選択図】図1
【解決手段】現像剤担持体として、円筒状基体上に設けられた導電性被覆層の上に更に使用により摩耗する樹脂層が一部又は全面に形成しているものを用いる。更に、該樹脂層の上に担持粒子を満遍なく担持させる。
【選択図】図1
Description
本発明は、電子写真感光体、静電記録誘導体等の静電画像担持体上に形成された静電潜像を現像剤で現像して顕像化するための画像形成装置に用いられる現像剤担持体及び該現像剤担持体を用いた画像形成方法に関する。
従来、電子写真法としては多数の方法が知られているが、一般には光導電性物質を利用し、種々の手段により静電潜像担持体(感光ドラム)上に静電潜像を形成し、次いで該静電潜像を現像剤(トナー)で現像を行なって可視像化し、必要に応じて紙などの記録材にトナー像を転写した後、熱・圧力等により記録材上にトナー画像を定着して複写物を得る。
電子写真法における現像方式は主として一成分現像方式と二成分現像方式に分けられるが、電子写真装置の軽量・小型化等を目的として複写装置部分を小さくする必要がある場合、一成分現像方式を用いた現像装置が使用されることが多い。一成分現像方式は、二成分現像方式のように鉄粉等のキャリア粒子を用いる必要が無いため、現像装置自体を小型化・軽量化できる。更には、二成分現像方式は現像剤中のトナー濃度を一定に保つ必要があるため、トナー濃度を検知し必要量のトナーを補給する装置が必要である。よって、ここでも現像装置が大きく重くなる。一成分現像方式は、このような装置は必要ではないため、やはり小さく軽くできるので、好ましい。
一成分現像方式を用いた現像装置としては、図5のようなものが知られている。
現像装置は、現像剤4を収納する容器3の開口部に現像剤担持体(現像スリーブ)8が設けられ、該現像剤担持体8に現像剤4を均一にコートすると共に現像剤担持体8とあいまって現像剤4を摩擦帯電(トレボ)する現像剤層厚規制部材(弾性ブレード)11が設けられている。なお、ここでは、現像剤4は磁性一成分トナーである。従って、現像剤担持体8は少なくともアルミニウム等の非磁性の金属の円筒状の基体6とその上に設けられた導電性被覆層7からなっている。そして、現像剤担持体8の中には多極性磁石(マグネットローラ)5が挿入されている。一方、現像剤収納容器3内には、現像剤4を撹拌し、現像剤担持体8に送るための撹拌翼10が設けられている。
本図では、現像材層厚規制部材11は弾性の部材で作られ、現像剤担持体8と当接しているものを示しているが、多極性磁石5との間で磁気的に現像剤4を規制する金属製磁性ブレード2の場合もある(図6参照)。
また、現像剤が非磁性一成分現像剤である場合は、現像剤担持体8の基体6は円筒状(スリーブ状)である必要はなく、円柱状であってもよい。なお、この場合、少なくとも表面が導電性であることが必要であるので、通常金属製であり、更に、現像剤担持体8上に現像残りで戻ってきた現像剤4を掻き取ると共に新たな現像剤4を現像剤担持体8上に送るための現像剤供給部材(弾性ローラ)13が現像剤収納容器3内で現像剤担持体8に弾性ブレード11の上手の位置で当接して設けられている(図7参照)。
電子写真装置においては、感光ドラム1に対峙して現像剤担持体8が設定されるように現像装置が載置されている。また、感光ドラム1上の静電潜像が顕像化(現像)される際に、現像剤4が現像剤担持体8の表面から静電潜像へ転移(飛翔・付着)するのをコントロールするために現像剤担持体8にバイアス電圧を印加する電源9が設けられている。
一成分現像方式では、感光ドラム1表面に形成された静電潜像は、感光ドラム1を矢印B方向に回転させることにより、現像剤担持体8と感光ドラム1が対峙した現像領域Dに移動し、一方、現像剤担持体8、弾性ブレード11等との摩擦により、正又は負に帯電したトナー4は現像剤担持体8上に薄く担持されており、現像領域Dにおいて静電潜像に飛翔・付着して、移動してきた静電潜像を順次顕像化し、トナー像として可視像化、すなわち現像する。
この様な一成分現像方式を用いる場合、トナーの摩擦帯電量の調整が難しく、トナーの組成や物性の改良などによる工夫が種々行われているものの、トナーの帯電量の不均一性や帯電の持続安定性に関わる問題は、完全には解決されていない。特に、現像剤担持体が繰り返し回転を行っているうちに、現像剤担持体上に担持されたトナーは帯電量が高くなりすぎ、現像剤担持体表面と静電的引力(鏡映力)により引き合って現像剤担持体表面上で不動状態となり、静電潜像に移動しなくなる、 いわゆる、チャージアップ現象が、特に低湿下で起きやすくなる。この様なチャージアップ現象が発生すると、現像剤担持体表面上に担持されたトナー層の表層部にあるトナーは実質トナー同志の摩擦のみとなるために、帯電しにくくなりトナーの現像(移動)量が減少し、ライン画像の細りやベタ画像の濃度不足等の問題が生じる。
また、チャージアップ現象により適正に帯電されていないトナーは規制不良となり、現像剤担持体表面から感光ドラム表面に流出し、定着した画像上に斑点状、波状のムラとして観察される現象、いわゆるブロッチ現象が発生する。
更に、現像剤担持体表面に担持されたトナー層は、現像にトナーが多く消費される部分(画像部)とトナーが殆ど消費されない部分(非画像部)とではその形成状態が変わっているために、トナーの帯電状態が異なってしまう。このため、例えば、現像剤担持体上において一度画像濃度の高いベタ画像を現像した位置が、現像剤担持体の次の回転時に現像位置に来てハーフトーン画像を現像すると、画像上にベタ画像を現像した跡が現れてしまう、いわゆるスリーブゴースト現象も生じやすくなる。
この様な現象を解決する方法として、結晶性グラファイト、導電性カーボンなどの導電性微粉末を樹脂中に分散した導電性被覆層を金属基体上に設けた現像剤担持体を用いることが提案されている(例えば、特許文献1、2等)。
この方法を用いることにより、上記した現象は大幅に軽減されることが認められる。しかしながら、この方法では、導電性微粉末を導電性樹脂層に多量に添加するが、チャージアップやスリーブゴーストの発生防止に対しては良好である一方、トナーへの帯電付与が不十分となり、特に高温高湿の環境下においては十分な画像濃度を得られにくい。また、導電性微粉末が多量に添加された導電性被覆層は脆性化して削れやすくなると共に表面形状が不均一となりやすく、長期の使用で、被覆層の表面粗さや表面組成が変化して、トナーの搬送不良やトナーへの帯電付与の不均一化が起こりやすくなる。一方、導電性被覆層への導電性微粉末の添加が少ない場合は、導電性微粉末の添加の効果が乏しく、チャージアップやスリーブゴーストに対する対策が不十分になるという問題が残っている。
また、これら問題を解決するために、結晶性グラファイト及びカーボン等の導電性微粉末に加えて、球状粒子を分散させた樹脂組成物からなる導電性被覆層を金属基体上に設けた現像剤担持体が提案されている(例えば、特許文献3)。
この現像剤担持体は、導電性被覆層の耐磨耗性が向上するとともに、導電性被覆層表面の形状も均一化し、長期的な使用による表面粗さの変化も比較的少なく、その表面上へのトナーの担持が安定化し、トナーの帯電も均一化する。このため、スリーブゴースト、画像濃度、画像濃度ムラ等の問題が無く、画質が安定化する。しかしながら、この現像剤担持体においても、トナーへの迅速かつ均一な帯電制御性及びトナーへの適度な帯電付与能力の安定性は不十分である。
更に、該球状粒子を低比重かつ導電性のものとした導電性被覆層を有する現像剤担持体も提案されている(例えば、特許文献4)。
このような球状粒子を用いることにより導電性被覆層中に均一に導電性球状粒子を分散させることができ、これにより導電性被覆層の耐摩耗性及び表面形状が均一化され、トナーへの均一帯電付与性が向上し、かつ導電性被覆層が多少摩耗してもトナー汚染及びトナー融着が抑制される。しかしながら、この現像剤担持体においても、トナーへの迅速かつ均一な帯電付与性及びトナーへの適度な帯電付与能力の点では完全ではない。
上述した一成分現像方式のトナーを現像剤担持体上に薄く担持するため、通常、弾性ブレードを現像剤担持体の回転方向に対しカウンター方向に現像剤担持体に当接させ、弾性ブレードと現像剤担持体の当接圧及び弾性ブレードと現像剤担持体の当接部(ニップ部)によって、現像剤担持体表面上のトナー担持量を規制する方法が取られている。そのため弾性ブレードとしては、硬質材例えば金属や硬質合成樹脂製の支持部材にシリコンゴム、ウレタンゴム等の弾性体を固着したものが多く用いられている。
このような現像剤担持体に弾性ブレードが当接した構成を有する装置においては、トナーシールが未開封である場合、すなわちトナーが収納容器内にシールされ、トナーが現像剤担持体上に全く無い状態にある場合、弾性ブレードが現像剤担持体の表面に直に接しているので、当接圧によって貼り付きを起こし、そのままの状態で現像剤担持体を回転させると弾性ブレードがめくれたり、弾性ブレード及び/又は現像剤担持体上に貼り付き瘢痕が発生したりして、現像剤担持体表面上へトナーの均一な塗布を行なえないという問題が生じてしまう。これらを防ぐために、弾性ブレード表面に揮発性の液体に分散させた粉末潤滑剤を塗布する方法が用いられている(例えば、特許文献5)。
このような潤滑剤は、トナーが摩擦帯電されると同様に現像剤担持体、弾性ブレード等との摩擦により帯電しやすく、また、その帯電系列や帯電性によっては、トナーの帯電に影響を及ぼす場合がある。特に、装置を稼動させた初期には潤滑剤が現像剤担持体表面上に多く付着しているためにその影響が顕著となる。
潤滑剤の鉄粉に対する帯電極性がトナーにおけると逆の場合には両者の帯電系列の隔たりが大きいと、潤滑剤も帯電付与部材となり、極度にトナーの電荷を上げてしまい、トナーが現像剤担持体表面との鏡映力により引き合って現像剤担持体表面で不動状態となり、現像剤担持体から感光ドラム上の潜像に移動しなくなる。
このようなチャージアップ現象が発生すると、現像剤担持体表面に担持されたトナーの表面層のトナーは帯電状態が不均一となりやすく、画像上にスリーブゴーストが発生しやすくなる。また、トナーの現像量が低下するため、ライン画像の細り、ベタ画像のムラ、画像濃度薄等の問題が生じる。
更に、チャージアップにより十分に帯電されないトナー粒子が規制不良となり、現像剤担持体から感光ドラム表面へ流出し、定着後の画像に斑点状、波状のムラが現れる現象、いわゆるブロッチ現象も発生する。
反対に、潤滑剤が、鉄粉末に対する帯電極性がトナーにおけると同じで、電荷を保持しやすい場合、トナーへの摩擦帯電の付与が不十分となり、かつトナーの帯電も不均一となりやすく、画像濃度ムラや画像濃度薄が生じることがある。
従って、潤滑剤としては、現像剤担持体表面上にトナーが十分に担持されるまでの、装置稼動の初期において、現像特性のばらつきや潤滑剤の不均一な現像剤担持体表面上への転移による画像不良が起きないように、適切な形状、帯電特性等を有した潤滑剤を使用する必要がある。
そのために、潤滑剤として、平均粒径、円形度が規定され、また潤滑剤自身の帯電性を適切な範囲に設定できるような構成にされた潤滑剤を使用することにより、トナー帯電の不均一性、チャージアップを低減し、スリーブゴースト等の画像不良を防止し得る現像装置が提案されている(例えば、特許文献6)。
一方、プリンター装置はLED、LBPプリンターが最近の市場の主流になっており、技術の方向として、より高解像度、すなわち、従来300dpi、400dpiであったものが600dpi、800dpi、1200dpiとなってきている。これに伴い、現像方式もより高精細なものが要求されてきている。
また、複写機においても高機能化が進んでおり、そのためデジタル化の方向に進んでいる。このような動向において、デジタル複写機は、静電潜像をレーザー光によって形成する方法が主であり、やはり高解像度の方向に進んでおり、ここでもプリンターと同様に高解像、高精細の現像方式が要求され、そのためトナーは小粒径化や微粒子化されている。
このような小粒径のトナーでは単位質量当りの表面積が大きくなるため、摩擦帯電において帯電量が過大となりやすく、チャージアップ現象によるスリーブゴーストや濃度ムラ等の画像不良が発生しやすい傾向にある。
また、省エネルギー、オフィスの省スペース化といった点において、プリンター、複写機本体はより小型化が求められている。その時に、トナーを収納する容器も必然的に小型化が必要であり、少量で多数枚のプリントが可能な、すなわち同じ画像のプリントをより少量のトナーで賄えるような、低消費量のトナーが求められている。
このようなトナーとして、トナー自身を機械的衝撃力により球形化処理する方法、噴霧造粒法、溶液溶解法、重合法といった製造方法によって形状をより球形に近づけたトナーが用いられてきている。
このような球形化されたトナーは、粉砕トナーに比べ表面が平滑であり、特に、磁性一成分現像剤では磁性体を内包しているために、摩擦帯電が不安定になりやすい。ここにおいても、前述のスリーブゴースト、ブロッチ現象、濃度ムラ等の画像不良が起きやすい傾向にある。
この傾向を抑えるために、鉄粉末に対する帯電極性が正である第4級アンモニウム塩化合物を添加し、球形化処理されたトナーや重合法によって製造されたネガトナーに対しチャージアップ等の過剰な帯電を防ぐ現像剤担持体を用いる方法が提案されている(例えば、特許文献7、特許文献8等)。
このような方法を用いた場合、耐久におけるチャージアップ現象の防止と帯電付与均一性の向上に効果は認められるものの、潤滑剤の摩擦帯電性が高いと、潤滑剤が塗布された画出し初期においては現像剤の摩擦帯電に潤滑剤が影響を及ぼすために、完全な解決にはなり難い。
このように、電子写真装置の性能を向上させるべくトナーの小粒径化・球形化が進むにつれ、トナーの帯電は不安定・不均一になりやすい傾向であり、この傾向は潤滑剤が多く存在する画出し初期において顕著に見られる。
上記従来技術においては、このような初期トナーの帯電状態をある程度コントロールすることはできるが、いかなる環境下や現像システムにおいても満足できるような系は見出せていない。
従って、さらなるチャージアップ現象の防止、帯電の均一性の向上、及び、それらに起因したスリーブゴースト現象、濃度ムラ等の画像不良の改善が要望されている。
特開平2−105181号公報
特開平3−36570号公報
特開平3−200986号公報
特開平8−240981号公報
特開平2−298971号公報
特開平11−119551号公報
特開2003−57951号公報
特開2002−311636号公報
すなわち、本発明の課題は、画出し初期の状況に伴って発生する現像剤のチャージアップ、摩擦帯電の不均一、不安定化に伴って発生する画像濃度低下、画像濃度ムラ、画像スジ、スリーブゴースト及びブロッチ等の問題が発生せず、画像濃度が高い、高品位の画像を安定して得ることのできる現像剤担持体及び現像方法を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を可決するため鋭意検討し、導電性被覆層を有する現像剤担持体において、該導電性被覆層とは別の樹脂組成物で形成され、使用に従い摩耗する樹脂層によって導電性被覆層表面の一部又は全面を覆うことにより、更に、現像剤担持体と弾性ブレードとの貼り付き防止用の粒子として該樹脂層と鉄粉末に対する帯電極性が同じである粒子を用いることにより、特に画出し初期に発生しやすい現像剤のチャージアップに起因する画像不良の発生が防止され、初期から良好な画像を形成しうること、かつ、繰り返し使用や耐久的な使用においても良好で安定した画像を得ることができることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
(1)基体上に少なくとも導電性被覆層が設けられた現像剤担持体であって、該導電性被覆層の上に更に使用により摩耗する樹脂層が一部又は全面に形成されている現像剤担持体。
(2)樹脂層の硬さ(鉛筆硬度)がH以下である上記(1)の現像剤担持体。
(3)樹脂層が導電性である上記(1)及び(2)の現像剤担持体。
(4)更に、樹脂層が鉄粉末に対する帯電極性が該樹脂層と同じである微粒子で被覆されている上記(1)〜(3)の現像剤担持体。
(5)画像情報を静電画像担持体上に静電潜像として形成し、形成された静電潜像に現像剤担持体により磁性一成分現像剤を供給し、該静電潜像を現像剤像として顕像化し、次いで該現像剤像を記録材上に転写し、現像剤を溶融固化して画像を記録材上に固定する画像形成方法であって、現像剤担持体が円筒状基体上に導電性被覆層が設けられ、更に導電性被覆層上に使用により摩耗する樹脂層が一部又は全面に形成されたものであり、そして、少なくとも、現像剤担持体表面及び/又は現像剤層厚規制部材の現像剤担持体との当接面に、鉄粉末に対する帯電極性が樹脂層と同じである微粒子が担持されていることを特徴とする画像形成方法。
(6)樹脂層の硬さ(鉛筆硬度)がH以下である上記(5)の画像形成方法。
(7)樹脂層が導電性である上記(5)及び(6)の画像形成方法。
(8)鉄粉末に対する帯電極性が樹脂層と同じである微粒子が現像剤担持体の表面に担持されている上記(5)〜(7)の画像形成方法。
本発明の現像剤担持体によれば、画出しが進むにつれ樹脂層が磨耗により導電性被覆層上から消失していくため、摩擦帯電(トレボ)された状態になっているトナーが該樹脂層で過多に帯電されること無く、終始安定した高品位の画像を得ることが可能となる。
また、本発明によれば、樹脂層と表面に担持させる微粒子を鉄粉末に対する帯電性を同極性にすることにより、画出し初期におけるトナーへの過剰な帯電付与を更に抑えることが可能となり、チャージアップによる画像濃度低下、不均一な帯電分布による画像濃度ムラ、スリーブゴースト等の問題が無い画像を提供できる。
本発明の現像剤担持体は、少なくとも表面が導電性である基体上に導電性微粒子を含む樹脂で形成される導電性被覆層が形成されており、更にその表面に一部又は全面を覆う、使用されているうちに削り取られる(摩耗する)、導電性被覆層とは異なる樹脂組成物からなる樹脂層が形成されているものである。
この現像剤担持体は、基本的には基体と導電性被覆層からなる従来の現像剤担持体と同じであるが、更に、使用により摩耗する樹脂層が形成されていることで、従来の現像剤担持体が有する、始動時の弾性ブレードとの貼り付き防止のための微粒子による不具合、チャージアップ、スリーブゴースト等を防止する。
本発明の現像剤担持体の構造を、図1により説明する。
図1(a)及び(b)は、本発明の現像剤担持体の基本的な構成の一例を示す模式的断面図である。
図1において、現像剤担持体(現像スリーブ)300は、金属製円筒管(基体)302、該円筒管302の表面を被覆する、結着樹脂309を主として含む導電性被覆層304及び該導電性被覆層304表面を覆う樹脂層312からなり、好ましい使用形態において、その表面に担持された担持粒子310とから構成される。導電性被覆層304は、結着樹脂309中に、導電剤308、凹凸付与粒子306及び固体潤滑剤307が分散されている。
図1(a)において、樹脂層312が導電性被覆層304表面の全部に存在する状態を、図1(b)において、樹脂層312が導電性被覆層304表面の一部に存在する状態を示している。
樹脂層312は画出し(画像形成)枚数を重ねる(使用する)につれ消失するため、樹脂層は薄くてよく、また、図1(b)のような偏在した状態でも構わない。
図2に、本発明の現像剤担持体が画像形成装置に組み込まれ、トナーが供給されだした時の基本的な構成の一例を示す部分的断面図である。
図2において、現像スリーブ300に当接している現像剤層厚規制部材(弾性ブレード)301としてはウレタンゴム等の弾性を有するものを用いている。
現像スリーブ300は、基体302、導電剤308、凹凸付与粒子306および固体潤滑剤307を分散した結着樹脂309からなる導電性被覆層304、導電性被覆層の全面或いは一部を覆う樹脂層312からなり、現像スリーブ300表面には担持粒子310が担持されている。また、弾性ブレード301の現像スリーブ300との当接面にも担持粒子310が担持されている。
なお、該担持粒子310は、予め現像スリーブ300の表面に全面に担持させても、また、弾性ブレード301の現像スリーブ300との当接部に高濃度に担持させてもよい。なお、弾性ブレード301に担持粒子310を高濃度に担持させた場合は、弾性ブレード301等を組み込んだ後にトナーを供給する前(画出し使用前或いは画像形成前)に現像スリーブ300を回転させ、現像スリーブ300表面に該担持粒子310が満遍なく塗布されるようにする。
画出し使用前にはトナーが現像スリーブ上に存在しないため、現像スリーブ300と現像剤層厚規制部材301とが接する部分において、担持粒子310は現像剤規制部材301上にも付着している。このため、現像スリーブ300表面にトナーが担持されていない画像形成前においても、現像スリーブ300と弾性ブレード301とが直接接することがなく、現像スリーブ300が弾性ブレード301に貼り付いて傷つくことが防止される。
画出し(画像形成)初期には、現像スリーブ300表面と担持粒子310の接触機会が多く、材料の選択によっては担持粒子のチャージアップが起こる場合があるが、本発明においては現像スリーブ300表面に存在する樹脂層312と担持粒子310を鉄粉末に対して同じ帯電極性とすることにより、樹脂層312及び担持粒子310が過度に電荷を持つことが無い。
トナー311が保持する摩擦帯電量が適正なものとなるようにコントロールされ、チャージアップ現象を緩和することが可能となり、結果スリーブゴーストやブロッチ等の画像不良をなくすことが可能となる。
そして、画出し枚数が増えるに従い、担持粒子310はトナー311と共に消費され、現像スリーブ300上の担持粒子310の量は減少していく。
また、樹脂層312は現像剤311や担持粒子310により削られ、消失(摩耗)していく。
しかし、導電性被覆層304はそのままに存在するので、トナー311の良好な帯電状態が維持され、トナー311の帯電量が不足したり、チャージアップが生じたりすることもなく、長期にわたって良好な画像形成を達成することができる。
なお、以下において、「帯電極性」は、特に断らない限り、鉄粉末に対して測定したときの帯電極性を意味する。すなわち、被摩擦物を鉄粉末と摩擦させたとき、負に帯電すると帯電極性は「負」(「負帯電性」ともいう)であり、逆に被摩擦物が正に帯電すると、帯電極性は「正」(「正帯電性」ともいう)であるという。なお、以下において、単に「負帯電性」、「正帯電性」ということもある。
本発明に用いられる現像剤担持体の構成についてより詳しく説明する。
現像剤担持体の基体としては、円筒状部材、円柱状部材、ベルト状部材等があるが、ドラムに非接触の現像方法においては、金属のような剛体の円筒管もしくは中実棒が好ましい。
このような基体はアルミニウム、ステンレス鋼、真鍮等の非磁性の金属又は合金を円筒状或いは円柱状に成型し、研磨、研削等を施したものが好適に用いられる。材料コスト、加工の容易さ等からアルミニウムが好ましい。なお、現像剤が非磁性一成分系である時は鉄等の磁性を有する金属製であっても構わない。
これらの基体は、画像の均一性を良くするために、高精度に成型或いは加工されていることが望ましい。
例えば、長手方向の真直度は30μm以下、好ましくは20μm以下、更に好ましくは10μm以下が適当であり、現像剤担持体と感光ドラムとの間隙の振れ、例えば、垂直面に対し均一なスペーサーを介して突き当て、現像剤担持体を回転させた場合の垂直面との間隙の振れも30μm以下、好ましくは20μm以下、更に好ましくは10μm以下であることが適当である。
また、基体の表面は、現像剤の搬送性を高めるためにサンドペーパーやブラスト材で処理して、凹凸を設けてもよい。
なお、ブラスト材により基体表面に凹凸を設けるには、図3に示すブラスト装置が好ましく使用できる。すなわち、両端にマスキング治具107が取り付けられた基体108は、垂直に回転架台100に載置され、該架台100上で矢印方向に回転している。一方、ブラストノズル101はノズルホルダー102にて保持されている。該ノズルホルダー102は固定台110に固定ネジ105で固定され、固定台110はポールネジ109に取り付けられている。このポールネジ109の回転により固定台110が上下し、該固定台110と共にブラストノズル101も上下する。
ブラストノズル101にはブラスト材を噴射させるためのガス流路103及びブラスト材流路104が接続しており、ブラスト材106は、ガス流路103にガスが導入されるとブラスト材流路104を経てブラストノズル101の先端から噴射される。
ブラストノズル101から噴射されたブラスト材106は、 回転架台100上で回転している基体108の導電性被膜層の形成領域に凹凸をつける。なお、凹凸の程度は使用するブラスト材106の材質や粒径、基体108の材質や径、ガスの流速やブラスト材に対する使用量、基体108の回転速度、ブラストノズル101の移動速度等により適宜設定できる。
本発明では、基体表面上に更に導電性被覆層を設ける。該導電性被覆層は、図1及び図2で示したような、結着樹脂に導電剤、凹凸付与粒子、固体潤滑剤等を配して形成された樹脂製の被覆層であっても、基体表面に導電性金属をメッキして形成されたメッキ層でもよい。
基体表面に上記メッキ層を形成する方法としては、電解メッキや無電解メッキがあり、いずれでもま構わない。特に無電解メッキは、凸部粗面にかかわらず、均一に精度よくメッキ層を形成することができる。
具体的には、メッキ層がニッケル、クロム、モリブデン、パラジウムからなる群から選択される非磁性金属又は合金又は金属化合物からなる層より形成されていることが好ましく、例えば、無電解Ni−Pメッキ、無電解Ni−Bメッキ、無電解Pdメッキ、無電解Pd−Pメッキ、無電解Crメッキ、電解Moメッキ或いは無電解Moメッキなどが挙げられる。メッキ層の物性としては、スリーブ内部にマグネットロールを配するものでは非磁性或いは弱磁性であることが好ましい。
メッキ層の膜厚は0.5μm〜20μm、好ましくは3μm〜15μmである。メッキ層の厚さが0.5μm未満の場合は、層厚が薄いため、メッキ層を設けることによる効果が発揮されにくく、またメッキ層厚が20μmを超える場合は、基体表面に存在するメッキ層の厚みを長手方向で均一に保持することが困難になる。
例えば、上記Ni−Pメッキに関しては、Niは単体では強磁性体であるが、無電解メッキ中ではリン或いはホウ素と反応することにより非晶質となり、磁性が弱まる。無電解Crメッキの場合も、メッキ層が20μm以下であれば、実際には内部のマグネットの磁場を乱すほどではなく、十分に使用可能である。
また、導電性被覆層を樹脂製とするとき、その結着樹脂材料としては、一般に公知の樹脂が使用可能である。例えば、スチレン系樹脂、ビニル系樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素樹脂、繊維素系樹脂、アクリル系樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン樹脂、尿素樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等の熱或いは光硬化性樹脂などを使用することができる。
中でも、シリコーン樹脂、フッ素樹脂のような離型性のある樹脂、或いはポリエーテルスルホン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂のような機械的性質に優れた樹脂がより好ましい。
本発明における導電性被覆層の体積抵抗値は、好ましくは104Ω・cm以下、より好ましくは103Ω・cm以下である。該体積抵抗値が104Ω・cmを超えるとトナーへの帯電付与不良が発生しやすく、その結果ブロッチが発生する場合がある。
導電性被覆層の体積抵抗値を、この値の範囲に調整するためには、下記に挙げる導電性物質(導電剤)を被覆層中に含有させることが好ましい。この際に使用される導電性物質としては、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、銀等の金属粉体、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化スズ等の金属酸化物、カーボンファイバー、カーボンブラック、グラファイト等の炭素化物などが挙げられる。
これらの内、カーボンブラック、とりわけ導電性のアモルファスカーボンは、導電性に優れ、高分子材料に充填して導電性を付与し、その添加量をコントロールするだけで、ある程度任意に導電性を設定することができるため好適である。
導電性物質としてカーボンブラックを使用したときは、その添加量は結着樹脂100質量部に対して1〜100質量部の範囲とすることが適当である。
導電性被覆層の表面粗さを均一にし、かつ適切な表面粗さを維持するために、凹凸形成のための固体粒子(凹凸付与粒子)を添加することにより更に好ましい結果が得られる。
そのために使用できる固体粒子としては、球状粒子が、不定形粒子に比べ、より少ない添加量で所望の表面粗さが得られ、表面形状の均一な凹凸が形成されるので好ましい。
ここで使用される球状粒子は体積平均粒径が0.3μm〜30μm、好ましくは2μm〜20μmのものが適当である。この様な球状粒子を添加することによって、現像剤担持体における導電性被覆層に均一な表面粗さを保持させると共に、導電性被覆層の表面が摩耗した場合でも、導電性被覆層の表面粗さの変化が少なく、現像剤担持体上のトナーの層厚の変化が起きにくく、トナーの帯電を均一化し、スリーブゴーストが生ぜず、スジ・ムラが発生しにくい。また、それにより、現像剤担持体上でトナーによるスリーブ汚染及び融着が発生しにくくするという効果を長期にわたり発揮させることができる。
球状粒子の体積平均粒径が0.3μm未満である場合には、導電性被覆層表面に均一な表面粗さを付与することができず、導電性被覆層の摩耗によるトナーのチャージアップ、トナーによるスリーブ汚染及び融着が発生しやすい。それにより、スリーブゴーストによる画像の悪化や画像濃度低下が発生する場合がある。一方、30μmを超える場合には、導電性被覆層の表面粗さが大きくなり過ぎ、トナーの搬送量が多くなり、現像スリーブ表面へのトナーコートが不均一となり、トナーの帯電が均一に行われにくくなってしまう。また、粗い粒子が表面に突出することから画像スジやバイアスリークによる白ポチ・黒ポチの原因ともなる。更に、導電性被覆層の機械的強度が低下する場合もある。
ここで用いる球状粒子における球状とは、粒子の長径/短径の比が1.0〜1.5程度のものを意味している。特に、長径/短径の比が1.0〜1.2である粒子を、好ましくは真球状の粒子を使用することがよい。球状粒子の長径/短径の比が1.5を超える場合には、導電性被覆層中への球状粒子の分散性が低下し、所望の表面粗さを得るために多目の粒子添加を必要となる。よって、被覆層表面形状が不均一となりやすく、トナーの均一な帯電及び被覆層の強度が不充分となる場合がある。
ここで使用される球状粒子としては、その体積平均粒径が0.3μm〜30μmであるものであれば従来公知の球状粒子をいずれでも使用することができる。例えば、球状の樹脂粒子、球状の金属酸化物粒子、球状の炭素化物粒子等が挙げられる。
これらの中でも、球状の樹脂粒子は、導電性被覆層中に添加した場合に、より少ない添加量で好適な表面粗さが得られ、かつ均一な表面形状が得られやすいので好ましい。ここで使用される球状の樹脂粒子は、例えば、懸濁重合、分散重合法等によって容易に得られる。もちろん、粉砕法により得られた樹脂粒子を、熱的、物理的球形化処理を行って球状化した粒子を用いてもよい。
球状樹脂粒子としては、具体的には、例えば、ポリアクリレート樹脂、ポリメタクリレート樹脂等のアクリル系樹脂、ポリアミド−6,6、ポリアミド−6等のポリアミド系樹脂、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、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、スチレン系樹脂、ベンゾグアナミン樹脂等の一般に公知の樹脂によって作製された球状粒子が挙げられる。
また、本発明で使用する球状粒子には、その表面に無機微粉体を付着させても、固着させてもよい。例えば、球状の樹脂粒子表面を、下記に挙げるような無機微粉体で処理することにより、導電性被覆層中への球状粒子の分散性の向上、形成される導電性被覆層の表面の均一性、導電性被覆層の耐汚染性、トナーへの帯電付与性、導電性被覆層の耐摩耗性等を向上させることができる。
この際に使用する無機微粉体としては、SiO2、SrTiO3、CeO2、CrO、Al2O3、ZnO、MgOのような酸化物、Si3N4のような窒化物、SiCのような炭化物、CaSO4、BaSO4、CaCO3のような硫酸塩や炭酸塩等が挙げられる。これらの無機微粉末は、カップリング剤によって処理してあってもよい。球状粒子と結着樹脂との密着性を向上させる目的で、或いは球状粒子に疎水性を与える等を達成する目的で、カップリング剤により処理された無機微粉体を好ましく用いることができる。
この際に使用されるカップリング剤としては、例えば、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、ジルコアルミネートカップリング剤等が挙げられる。具体的には、シランカップリング剤として、ヘキサメチルジシラザン、トリメチルシラン、トリメチルクロルシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、β−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、トリオルガノシリルメルカプタン、トリメチルシリルメルカプタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニルジメチルアセトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルエトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン、1,3−ジフェニルテトラメチルジシロキサン、及び1分子当たり2〜12個のシロキサン単位を有し、かつ、末端に位置する単位に夫々1個の硅素原子に結合した水酸基が含有されたジメチルポリシロキサン等が挙げられる。
ここで使用される球状粒子の真密度は、3g/cm3以下、好ましくは2.7g/cm3以下、より好ましくは0.9g/cm3〜2.5g/cm3であることがよい。すなわち、球状粒子の真密度が3g/cm3を超える場合には、適切な表面粗さを導電性被覆層に付与するために多量の粒子添加が必要となってしまう。また、球状粒子と結着樹脂との密度差が大きすぎて、導電性被覆層中で球状粒子の分散性が不十分となり、導電性被覆層に均一な表面粗さを付与しにくくなり、ひいてはトナーに均一な帯電を与えにくくなる。
更に、球状粒子は導電性であることが好ましい。球状粒子に導電性を持たせることによって、絶縁性粒子に比べて粒子表面に電荷が蓄積しにくくなる。従って、このような導電性球状粒子を導電性被覆層に含有させることによって、耐久的な使用を通じて導電性被覆層の表面粗さを均一化する効果を有するとともに、トナーの球状粒子の付着が軽減され、トナーによる現像剤担持体の汚染、トナーの現像剤担持体への融着等の発生が更に抑えられる。これにより、トナーへの帯電付与性がより向上し、より一層現像性を向上させる。
なお、導電性球状粒子の導電性とは、体積抵抗値が106Ω・cm以下であることをいい、好ましくは、106Ω・cm〜10-3Ω・cmである。導電性球状粒子の体積抵抗値が106Ω・cmを超える場合には、球状粒子を導電性とする効果、すなわち摩耗によって導電性被覆層表面に露出した球状粒子を核として発生しやすいトナーによるスリーブ汚染や融着を抑制する効果が得られない。
導電性球状粒子を得る方法としては、以下に述べる様な方法が好ましいが、必ずしもこれらに限定されるものではない。例えば、樹脂系球状粒子やメソカーボンマイクロビーズを焼成することにより、炭素化及び/又は黒鉛化して、良導電性の球状炭素粒子を得る方法が挙げられる。ここで樹脂系球状粒子に用いられる樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、ナフタレン樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂、ジビニルベンゼン重合体、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリアクリロニトリル等が挙げられる。また、メソカーボンマイクロビーズは、通常、中ピッチを加熱焼成していく過程で生成する球状結晶を多量のタール、中質油、キノリンなどの溶剤で洗浄することによって製造することができる。
より好ましい導電性球状粒子を得る方法としては、フェノール樹脂、ナフタレン樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂、ジビニルベンゼン重合体、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリアクリロニトリルなどからできた球状樹脂粒子の表面に、メカノケミカル法によってバルクメソフェーズピッチを被覆し、次いで酸化雰囲気下で熱処理した後に焼成して炭素化及び/又は黒鉛化し、導電性の球状炭素粒子を導電性球状粒子として得る方法が挙げられる。
上記した方法で得られる導電性の球状炭素粒子は、いずれの方法でも、焼成条件を変化させることによって得られる球状炭素粒子の導電性をある程度は制御することが可能であり、好ましく使用される。また、得られる球状炭素粒子は、場合によっては、更に導電性を高めるために導電性球状粒子の真密度が3g/cm3を超えない範囲で、導電性の金属及び/又は金属酸化物のメッキを施していてもよい。
導電性球状粒子を得る他の方法としては、非導電性の球状樹脂粒子を芯粒子とし、該芯粒子の粒径よりも小さい導電性微粒子を適当な配合比で機械的に混合して、ファンデルワールス力及び静電気力により芯粒子の周囲に均一に導電性微粒子を付着させた後、例えば、機械的衝撃力を付与することによって生ずる局部的温度上昇により芯粒子表面を軟化させ、芯粒子表面に導電性微粒子を固定して導電化処理した球状樹脂粒子を得る方法がある。
上記導電性球状粒子の芯粒子には、有機化合物からなる真密度の小さい球形の樹脂粒子を使用することが好ましく、樹脂として、例えば、PMMA樹脂、アクリル樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブタジエン樹脂、又はこれらの共重合体、ベンゾグアナミン樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエステル樹脂等が使用できる。
芯粒子(母粒子)の表面に固定される導電性微粒子(小粒子)としては、導電性微粒子の被膜を均一に設けるために、粒径が母粒子の粒径の1/8以下である小粒子を使用するのが好ましい。
導電性球状粒子を得る他の方法として、球状樹脂粒子中に導電性微粒子を均一に分散さて、導電性微粒子が分散内包された導電性球状粒子を得る方法が挙げられる。球状樹脂粒子中に導電性微粒子を均一に分散させる方法としては、例えば、原料樹脂と導電性微粒子とを混練して導電性微粒子を分散させた後、冷却固化し、所定の粒径に粉砕し、機械的処理及び熱的処理により球形化して導電性球状粒子を得る方法や、原料樹脂の原料である重合性単量体中に重合開始剤、導電性微粒子及びその他の添加剤を加え、分散機によって均一に分散させた単量体組成物を、分散安定剤を含有する水相中に撹拌機によって所定の粒子径になる様に懸濁させて重合を行い、導電性微粒子が分散された球状粒子を得る方法がある。
これらの方法で得られた導電性微粒子が分散された導電性球状粒子においても、上記芯粒子よりも小さい粒径の導電性微粒子と適当な配合比で更に機械的に混合して、ファンデルワールス力及び静電気力の作用により導電性球状粒子の周囲に均一に導電性微粒子を付着させた後、例えば機械的衝撃力を付与することにより生ずる局部的温度上昇により導電性球状粒子の表面を軟化させ、該表面に導電性微粒子を固定して、更に導電性を高めて使用してもよい。
導電性被覆層中に分散された球状粒子は、現像スリーブ表面の表面粗さを最適化し、更に表面形状を均一化させることで、スリーブ上のトナーの搬送を均一にするとともに、摩耗が生じた際でも表面粗さの変化を抑制し、耐久使用による現像剤の搬送量の変動を抑制し、更に迅速かつ均一なトナーへの帯電付与と荷電制御を行なう。それによりチャージアップを防止し、スリーブゴーストを防止する効果、またトナーによるスリーブ汚染及び融着を防止する効果を長期に渡って発揮させることができる。中でも球状炭素粒子は、導電性被覆層の導電性を損なわず、該粒子を核としたトナー付着/融着を防止できるので、特に好ましい。
また、導電性被覆層には、球状粒子と併用して固体潤滑剤も分散させると、表面潤滑性が増し、導電性被覆層の耐久性が向上するので好ましい。この固体潤滑剤として、例えば、結晶性グラファイト、二硫化モリブデン、窒化ホウ素、雲母、フッ化グラファイト、銀−セレン化ニオブ、塩化カルシウム−グラファイト、滑石及びステアリン酸亜鉛のような脂肪酸金属塩からなる物質等が挙げられる。中でも結晶性グラファイトは、球状粒子と併用した場合にも導電性被覆層の導電性を損なわないので好ましい。
この固体潤滑剤は、体積平均粒径が好ましくは0.2μm〜20μm、より好ましくは1μm〜15μmであるものを使用するのがよい。固体潤滑剤の体積平均粒径が0.2μm未満のでは、潤滑性を十分に付与できないことがある。体積平均粒径が20μmを超える場合には、導電性被覆層の表面粗さに対する影響が大きく、かつ耐久的な使用で削れやすく、表面粗さが変化するため導電性被覆層の表面形状が不安定となり、よって現像剤担持体上への現像剤のコーティング及び現像剤の帯電状態が不安定になる恐れがある。なお、固体潤滑剤は導電性被覆層の潤滑性を増すために加えるものであるので、球状粒子との併用においては、球状粒子よりも体積平均粒径が小さいことが望ましい。
また、現像剤担持体の帯電性を調整するために、導電性被覆層中に荷電制御剤を含有させてもよい。
荷電制御剤として、例えば、ニグロシン及びその脂肪酸金属塩などによる変性物、トリブチルベンジルアンモニウム−1−ヒドロキシ−4−ナフトスルホン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレート等の第4級アンモニウム塩、およびこれらの類似体であるホスホニウム塩等のオニウム塩およびこれらのレーキ顔料(レーキ化剤としては、燐タングステン酸、燐モリブデン酸、燐タングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、フェロシアン化物等)、高級脂肪酸の金属塩;ブチルスズオキサイド、ジオクチルスズオキサイド、ジシクロヘキシルスズオキサイド等のジオルガノスズオキサイド;ジブチルスズボレート、ジオクチルスズボレート、ジシクロヘキシルスズボレート等のジオルガノスズボレート類;グアニジン類、イミダゾール化合物が挙げられる。
これらの荷電制御剤の中でも、現像剤として特に球形化度の高いネガトナーを用いる場合は、荷電制御剤として帯電極性が正である第4級アンモニウム塩化合物を導電性被覆層中に含有させることが、トナーへの良好な帯電が付与されるので好ましい。このとき、結着樹脂は、その構造中にアミノ基、=NH基や−NH−結合を少なくとも有することが更に好ましい。
すなわち、第4級アンモニウム塩化合物と特定の結着樹脂を組合せた導電性被覆層を設けることで、球形化度の高いネガトナーが過剰に帯電するのを防ぐことが可能となり、適正な摩擦帯電付与をすることができる。これにより、現像剤担持体上でのトナーがチャージアップするのが防がれ、導電性被覆層表面にトナー融着が発生しにくくなり、トナーの高帯電安定性を保持でき、その結果、環境安定性及び長期安定性を有する高精細画像を提供することができる。
ここで使用できる第4級アンモニウム塩化合物として、帯電極性が正であればいずれのものでもよいが、例えば、下記一般式(1)で表される化合物が挙げられる。
一般式(1)におけるX-の酸イオンとしては、有機硫酸イオン、有機スルホン酸イオン、有機リン酸イオン、モリブデン酸イオン、タングステン酸イオン、モリブデン原子或いはタングステン原子を含むヘテロポリ酸等が好ましい。
本発明に好適に用いられる、それ自身の帯電極性が正である第4級アンモニウム塩化合物として、例えば、下記表1〜3に記載するものが挙げられる。
これら第4級アンモニウム塩との組合せで構造中にアミノ基、=NH基や−NH−結合を含む好ましい樹脂として、その製造工程において触媒として含窒素化合物を用いて製造されたフェノール樹脂;ポリアミド樹脂;ポリアミドを硬化剤として用いたエポキシ樹脂;、ウレタン樹脂;これらの樹脂を一部に含んだ共重合体等が挙げられる。これら被覆樹脂との混合物の成膜時に第4級アンモニウム塩化合物が被覆樹脂の構造中に容易に取り込まれる。
第4級アンモニウム塩との組合せで好適に使用し得るフェノール樹脂としては、製造工程において触媒として用いられる含窒素化合物が、例えば、酸性触媒として、硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、スルファミド酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、マレイン酸アンモニウムといったアンモニウム塩又はアミン塩類が、また、塩基性触媒として、アンモニア、あるいは、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジイソブチルアミン、ジアミルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリn−ブチルアミン、トリアミルアミン、ジメチルベンジルアミン、ジエチルベンジルアミン、ジメチルアニリン、ジエチルアニリン、N,N−ジn−ブチルアニリン、N,N−ジアミルアニリン、N,N−ジt−アミルアニリン、N−メチルエタノールアミン、N−エチルエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジメチルエタノールアミン、ジエチルエタノールアミン、エチルジエタノールアミン、n−ブチルジエタノールアミン、ジn−ブチルエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、エチレンジアミン、ヘキサメチレンテトラミン等のアミノ化合物;ピリジン、α−ピコリン、β−ピコリン、γ−ピコリン、2,4−ルチジン、2,6−ルチジン等のピリジンおよびその誘導体;キノリン化合物、イミダゾール、2−メチルイミダゾール、2,4−ジメチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、2−フェニルイミダゾール、2−フェニル−4−メチルイミダゾール、2−ヘプタデシルイミダゾール等のイミダゾールおよびその誘導体等の含窒素複素環式化合物等が挙げられる。
また、ポリアミド樹脂として、例えば、ポリアミド(PA)−6、PA−6,6、PA−6,10、PA−11、PA−12、PA−9、PA−13等、これらを主成分とするポリアミドの共重合体等、N−アルキル変性ポリアミド、N−アルコキシルアルキル変性ポリアミド等がいずれも好適に用いることができる。更にはポリアミド変性フェノール樹脂のようにポリアミドにて変性された各種樹脂、あるいは、硬化剤としてポリアミド樹脂を用いたエポキシ樹脂といったようなアミド結合を含有している樹脂であれば、いずれも用いることができる。
ウレタン樹脂としては、ウレタン結合を含んだ樹脂であれば、いずれも用いることができる。ウレタン樹脂はポリイソシアネートとポリオールとの重合付加反応によって得られる。このウレタン樹脂の主原料であるポリイソシアネートとして、トリレンジイソシアネート(TDI)、ピュアジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネート(ポリメリックMDI)、トリジンジイソシアネート(TODI)、ナフタリンジイソシアネート(NDI)、キシリレンジイソシアネート(XDI)等の芳香族系ポリイソシアネート;ヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、水添XDI、水添MDI等の脂肪族系ポリイソシアネート等が挙げられ、また、ポリオールとして、ポリオキシプロピレングリコール(PPG)、ポリマーポリオール、ポリテトラメチレングリコール(PTMG)等のポリエーテル系ポリオール;ポリブチレンアジペート、ポリカプロラクトン、ポリカーボネートポリオール等のポリエステル系ポリオール;ウレア/ウレタン変性ポリオール(PHDポリオール)、ポリエーテルエステルポリオール等のポリエーテル系の変性ポリオール;その他、エポキシ変性ポリオール;エチレン−酢酸ビニル共重合物の部分ケン化ポリオール(ケン化EVA);難燃ポリオール等が挙げられる。
導電性被覆層を形成する方法としては、例えば、各成分を溶剤中に分散混合して塗料化し、前記基体上に塗工することにより得ることが可能である。各成分の分散混合には、サンドミル、ペイントシェーカー、ダイノミル、パールミル等のビーズを利用した公知の分散装置が好適に利用可能である。また塗工方法としては、ディッピング法、スプレー法、ロールコート法等公知の方法が適用可能である。
現像剤担持体表面、すなわち樹脂被覆層表面の粗さ(Ra:JIS算術平均粗さ)は、その現像方式によって異なるが、一般的には、0.2μm〜3.5μmの範囲にあることが好ましい。
例えば、磁性一成分トナーを用い、現像剤層厚規制部材として現像剤担持体と間隙をもって配置された磁性ブレードを有する、図6のような現像装置では、Raが0.3μm〜2.5μm程度であることが望ましい。0.3μm未満の場合には、現像剤が十分に搬送されず、現像剤不足による画像濃度薄や、過剰な帯電による飛び散りやブロッチなどが発生しやすく、2.5μm超の場合には、トナーの摩擦帯電が不均一となり、スジむらや、反転カブリ、帯電不足による画像濃度薄などが発生しやすい。
例えば、図5、図7のような、弾性部材が現像剤担持体に圧接して用いられる現像装置の場合には、Raが、0.5μm〜3.5μm程度にあることが望ましい。0.5μm未満の場合には、現像剤が十分に搬送されず、現像剤不足による画像濃度薄や、過剰な帯電による飛び散りやブロッチなどが発生することがあり、現像剤担持体へのトナー融着も発生しやすい。また、3.5μm超の場合には、トナーの摩擦帯電が不均一となり、スジむらや、反転カブリ、帯電不足による画像濃度薄などを発生しやすい。
次に、本発明で重要な現像剤担持体表面の一部或いは全面に樹脂層に使用される樹脂組成物について説明する。
樹脂層に使用される樹脂組成物の樹脂材料としては、一般に公知の樹脂が使用可能であるが、後に説明する、樹脂層の上に担持させる潤滑粒子(担持粒子)と鉄粉末に対して同極性側での帯電系列を有する樹脂を使用する。例えば、帯電極性が負であるものは、例えば、シリコーン樹脂;ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化エチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化炭素等の含フッ素樹脂;スチレン、アクリル酸、アクリル酸エステル等の単量体を重合したビニル系樹脂などであり、帯電極性が正であるものは、メラミン樹脂、グアナミン樹脂、アニリン樹脂、尿素樹脂、ポリメチルメタクリレート等である。
また、極性基を有する単量体を基本単量体に共重合させて得た、或いはこれを上記樹脂に添加した荷電制御樹脂を用いることも可能である。
例えば、負帯電性の荷電制御樹脂として、少なくともビニル重合性単量体とスルホン酸基含有アクリルアミド系単量体との共重合体が挙げられる。
より詳しくは、ビニル重合性モノマーとしては、スチレン、α−メチルスチレン、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、iso−ブチルメタクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ジメチル(アミノ)エチル(メタ)アクリレート、ジエチル(アミノ)(メタ)アクリレート、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等であり、これらは単独で、もしくは2種以上の混合で使用することができる。好ましくはスチレンとアクリル酸エステル又はメタアクリル酸エステルとの組み合わせである。
また、スルホン酸基含有アクリルアミド系単量体として、2−アクリルアミドプロパンスルホン酸、2−アクリルアミド−n−ブタンスルホン酸、2−アクリルアミド−n−ヘキサンスルホン酸、2−アクリルアミド−n−オクタンスルホン酸、2―アクリルアミド−n−ドデカンスルホン酸、2−アクリルアミド−n−テトラデカンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−フェニルプロパンスルホン酸、2−アクリルアミド−2,2,4−トリメチルペンタンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−フェニルプロパンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−(4−クロロフェニル)プロパンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−カルボキシメチルプロパンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−(2−ピリジル)プロパンスルホン酸、2−アクリルアミド−1−メチルプロパンスルホン酸、3−アクリルアミド−3−メチルブタンスルホン酸、2−メタクリルアミド−n−デカンスルホン酸、2一メタクリルアミド−n−テトラデカンスルホン酸などを挙げることができる。好ましくは2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸である。
更に、正帯電性の荷電制御樹脂として、少なくともビニル重合性単量体と含窒素ビニル単量体との共重合体が挙げられる。
なお、ビニル重合性単量体は、負帯電性の荷電制御樹脂において説明したと同じものが使用できる。
含窒素ビニル単量体としては、ビニル重合性単量体と共重合が可能な含窒素ビニル単量体であればいずれでもよく、該窒素原子が第4級アンモニウムとなっていてもよい。
含窒素ビニル単量体の例としては、p−ジメチルアミノスチレン、ジメチルアミノメチルアクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノプロピルアクリレート、ジエチルアミノメチルアクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノメチルメタクリレート、ジメチルアミノメチルメタクリレート、ジメチルアミノプロピルメタクリレート、ジエチルアミノメチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート等があり、更に、N−ビニルイミダゾール、N−ビニルベンズイミダゾール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルピロール、N−ビニルピペリジン、N−ビニルモルフォリン、N−ビニルインドール等の含窒素複素環式N−ビニル化合物がある。特に、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート等の下記化学式(2)に示される含窒素ビニル化合物が好ましい。
更に、含窒素ビニル単量体が、第4級アンモニウム基含有ビニルモノマーであるときは、ビニル重合性モノマーと共重合可能なものであれば特にその構造は限定されないが、より好ましくは、下記一般式(3)に示される第4級アンモニウム基含有ビニルモノマーである。
また、正帯電性の荷電制御樹脂として、下記一般式(4)に示されるイミダゾリウム塩類を構成単位として有する重合体を用いるのも好ましい。
ここで、置換基として、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アリル基、アラルキル基、アルコキシ基、アミノ基、アミド基、ハロゲン及び複素環類があり、更に、これら置換基は、エーテル結合、スルフィド結合を有していても構わない。
これらの組合せは一義的に限定できるものではないが、トナーに高い正帯電性を付与させるためには、一般式(4)において、R13〜R15は、水素、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アリル基、アラルキル基又は複素環類が好ましく、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。また、これら置換基は更に置換基を有していてもよい。なお、炭素数としては1〜40個であることが好ましい。また、R13とR14で相互に連結して芳香環や複素環を形成したものも好ましい。Dは炭素数1〜8のアルキレン基や主鎖中にエーテル結合を含む炭素数1〜8のアルキレン基が好ましい。
一般式(4)を有するイミダゾリウム塩を構成成分とする重合体は、下記一般式(5)で示されるイミダゾリウム類とジハライド類とを重合反応させ、必要により、ハロゲン塩を他の陰イオンと交換することにより製造できる(特開平10−20562号公報、特開2004−333566号公報等参照)。
また、Dがビニル重合性単量体からなる重合体主鎖にグラフト結合しているものが、導電性被覆層上に樹脂層を容易に形成できるので、より好ましい。なお、上記の重合反応を他の熱可塑性重合体との共存下に行うと、熱可塑性重合体へグラフト重合させることができる。
熱可塑性重合体として、ポリスチレン、ポリ−p−クロルスチレン、ポリビニルトルエン、スチレン−p−クロルスチレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−σ−クロル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−ビニルエ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及びスチレン−アクリロニトリルーインデン共重合体の如きスチレン系共重合体:ポリ塩化ピニル;フェノール樹脂;変性フェノール樹脂;樹脂変性マレイン酸樹脂;アクリル系樹脂;メタクリル系樹脂;ポリ酢酸ビニル;シリコーン樹脂;ポリエステル樹脂;ポリウレタン樹脂;ポリアミド樹脂;フラン樹脂;エポキシ樹脂;キシレン樹脂;ポリビニルブチラール樹脂;ロジン樹脂;変性ロジン樹脂;テルペン樹脂;クマロンインデン樹脂;石油系樹脂等を挙げることができる。
中では、特に、ポリスチレン、ポリ−p−クロルスチレン、ポリビニルトルエン、スチレン−メタクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、メタクリル系樹脂、アクリル系樹脂が、樹脂層を容易に形成できるので、好ましい。
なお、該グラフト重合体は、イミダゾリウム塩類のポリマー鎖の片末端のみが主鎖に結合した構造をとっている必要はなく、両末端が主鎖に結合した構造(ブロック重合体構造)をとっているものも含むものである。
イミダゾリウム塩類の一般式(4)において、R13〜R15は炭素数が1〜40であることが好ましいのであるが、炭素数が20以下であることがより好ましい。すなわち、R13〜R15のいずれかでも炭素数が20を超えるものがある場合は、イミダゾリウム塩類を構成単位とする重合体自体の軟化点が低下し、現像剤担持体に設ける樹脂層の機械的強度が低下してしまうことがある。
イミダゾリウム塩類を構成単位とする重合体は、一般式(4)においてB-として示されているように、陰イオンを有する。
この陰イオンは、無機系、有機系を問わず使用可能であり、具体的には、F-、Cl-、Br-、I-、OH-、S04 2-、NO3-、PO4 3-、BF4 -、MoO4 2-、WO4 2-、ClO4 -、SiF6 2-等の無機系陰イオン、[TeMo6O24]6-、[H2W12O42]10-、[PMo12O40]3-、[PW12O4]3-等のヘテロポリ酸イオン、CH3COO-、C2H5COO-、C17H35COO-等の炭素数1〜24のカルボン酸イオン、CH3S03 -、CH3C6H4SO3 -等の炭素数1〜24のスルホン酸イオン、C2H5OS03 -等の炭素数1〜24の硫酸モノアルキルエステル陰イオン、テトラフェニルホウ素イオンなどの有機系陰イオンが挙げられる。これらの中で、ハロゲンイオン、S04 2-、MoO4 2-、WO4 2-、ヒドロキシナフトスルホン酸イオン、安息香酸イオン、炭素数1〜6の硫酸モノアルキルエステルイオンが製造上の容易さ、化合物の保存安定性から好ましい。更に好ましくはハロゲンイオンである。
更に、画出し初期状態での担持粒子のチャージアップを抑制し、粒子の静電的な凝集や現像剤担持体表面への強固な付着を防止する目的で、樹脂層には下記に挙げる導電性物質を含有させて、導電性を付与することが好ましい。
現像剤担持体表面に存在させる樹脂層は微量であるため、樹脂層に含ませる導電性物質は細かいのが望ましく、その粒径は1μm以下であることが好ましい。
ここで使用できる導電性物質としては、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、銀等の金属粉体、酸化アンチモン、酸化インジウム、酸化スズ等の金属酸化物、カーボンファイバー粉、カーボンブラック、グラファイト等の炭素物等が挙げられる。
これらのうちで、一次粒径が1μm以下である微細なカーボンブラックが好適であり、とりわけ導電性のアモルファスカーボンは、特に導電性に優れ、その添加量をコントロールするだけで、任意の導電性を達成することができるので好ましい。
本発明の樹脂層は、樹脂層用の樹脂と共に上記した各成分を溶剤中に分散して得られた塗料を、導電性被覆層の上に、ディッピング法、スプレー法、ロールコート法等公知の方法により塗工し、その後、乾燥固化して形成される。なお、塗料化には、サンドミル、ペイントシェーカー、ダイノミル、パールミル等のビーズを利用した公知の分散装置が好適に利用可能である。
また、該樹脂層は5.0×10-4kg/m2〜2.0×10-3kg/m2となるように形成されるのが好ましい。2.0×10-3kg/m2超では担持粒子が消失した後でも何時までも樹脂層が残存し、現像剤担持体表面の性能が導電性被覆層本来の性能とならず、トナーへの帯電性が不安定になる場合があり、また、5.0×10-4kg/m2未満では、樹脂層を形成した効果、例えば、担持粒子への帯電付与の効果が薄れる場合がある。
なお、該樹脂層は、導電性被覆層表面に形成されているのがよいが、均質な表面が形成されているならば、導電性被覆層が完全に樹脂層で覆われている必要はない。すなわち、樹脂層は導電性被覆層表面の一部に形成されていても構わない。
導電性被覆層の上に樹脂層が形成された現像剤担持体は、微粒子を、予め現像剤担持体表面の全面に又は/及び現像剤層厚規制部材の現像剤担持体との当接部に担持させて、画像形成装置やそのプロセスカートリッジに組み込まれて使用される。なお、現像剤層厚規制部材に微粒子を塗布して組み込んだ場合は、使用に先立って現像剤担持体を回転させて現像剤担持体表面に微粒子が満遍なく担持されるようにする。
次にここで用いる現像剤担持体表面又は/及び現像剤層厚規制部材に担持させる微粒子(担持粒子)についてより詳しく説明する。
担持粒子は、導電性被覆層の上に形成されている樹脂層と同じ帯電極性を有することが肝要である。
該担持粒子は、樹脂層用に好適であると示した樹脂群より適宜選択した樹脂からなる微粒子を使用することができる。なお、好ましくは、シリコーン樹脂、PMMA、ポリウレタン、アクリル系樹脂、ポリスチレン、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、フェノール樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等の樹脂で成形された有機微粒子である。また、窒化ホウ素、二硫化モリブデン、チタン酸ストロンチウム、シリカ、タルク等の無機微粒子も好ましく用いられる。
本発明において、少なくとも、上記現像剤担持体が組み込まれた画像形成装置が最初の画出しに使用される前、すなわち最初の現像剤が現像剤担持体表面に供給される前において、現像剤担持体の表面には担持粒子が担持されている。
本発明で、「現像剤担持体表面に担持粒子が担持している」とは、担持粒子が主として静電的に現像剤担持体表面に付着した状態を意味する。すなわち、担持粒子が現像剤担持体表面に強固に(現像工程が行われても脱離しない程に)固着したものや現像剤担持体の表面材質中に含有されたものではなく、現像の進行(画出し枚数の増加)に従い現像剤担持体から徐々に脱離することである。
担持粒子は、少なくとも一次平均粒径が0.01μm〜30.0μm、好ましくは0.1μm〜20.0μmであることが好ましい。担持粒子の一次平均粒径が0.01μm未満の場合、現像剤の帯電を阻害しやすくなり、画像濃度低下をもたらす場合がある。また、担持粒子の一次平均粒径が30.0μmを超える場合は、現像剤担持体表面に均一に存在させることが困難になり、その結果縦スジ等の画像欠陥をもたらす場合がある。
また、担持粒子は、真密度が3g/cm3以下であるものが好ましい。担持粒子の真密度が3g/cm3を超えると、現像剤担持体表面に均一に存在させることが困難になる場合がある。
担持粒子は、上記にて規定した粒径範囲であれば、現像剤(トナー粒子)よりも大きな粒径を有するものであっても構わない。これは、予め現像剤担持体上の樹脂層表面上に担持粒子が塗布されることから、図1のように担持粒子1が現像剤担持体表面の凹凸部上或いは凹凸部内に存在し、その結果、現像剤担持体上に担持される現像剤(トナー粒子)5の量が少なく抑えられ、且つプリント時に現像されたトナーの帯電量とトナー消費後に新たに現像剤担持体上に供給されたトナーの帯電量及びトナーコート量の差は小さくなるため、両者の現像力の差が小さくなり、その結果スリーブゴーストの発生を抑制することができるためである。
担持粒子の現像剤担持体表面に担持させる量は、必要に応じて加える他の微粒子も併せて、合計で0.2g/m2〜2g/m2の範囲にあることが望ましい。0.2g/m2未満では塗布量が少なく、塗布ムラが発生しやすくなり、塗布量が少ない箇所では濃度ムラ現象が発生するだけでなく、表面に設けた樹脂層の効果と相まったスリーブゴースト改善の効果が出現しないことがある。2g/m2を超える場合は塗布量が多すぎるため、これらの微粒子そのものが現像スリーブ表面全体を覆ってしまい、トナーに対する帯電付与を阻害してしまうことがあり、その結果濃度ムラを起こしてしまう場合もある。
担持粒子を現像剤担持体表面に担持させる方法は、現像剤担持体に直接塗布する方法、現像剤層厚規制部材の現像剤担持体と接する面に塗布し、画像形成装置内で現像剤供給前に現像剤担持体を回転させる方法があり、本発明ではいずれでもよい。
なお、担持粒子を現像剤層厚規制部材の現像剤担持体と接する面への塗布は、特許文献5に記載されている方法が適用できる。すなわち、担持粒子を溶剤に分散して、刷毛、スプレー、スポイド、ポンプにつながるノズル等で現像剤層厚規制部材に塗布する方法、担持粒子の分散液中に現像剤層厚規制部材の先端を浸漬する方法、担持粒子を担持したスポンジローラを回転しながら現像剤層厚規制部材に押し当てて担持粒子を転写させる方法等である。
現像剤担持体表面に担持粒子を直接に塗布する方法としては、担持粒子を刷毛等に担持して現像剤担持体表面に塗ることで達成されるが、好ましくは、図4に示すような方法を採ることができる。
スポンジローラ26に担持粒子29をまぶし、これを現像剤担持体27に接触させて塗布する方法である。現像剤担持体27は塗布容器28内にスポンジローラ26と平行に配置されている。現像剤担持体27の設置位置は、図中矢印G方向から現像スリーブ27の長手方向両端部を不図示の回転自在の軸受けによって押圧し、スポンジローラ26の表面から長手方向に均一に侵入させている。スポンジローラ26と現像スリーブ27は、互いにカウンター方向に回転しており(図中、矢印Fで示している)、スポンジローラ26上の担持粒子29を現像スリーブ27上の樹脂層表面に擦りつけるように塗布を行なう。現像スリーブ27上の担持粒子の量は、現像スリーブ27のスポンジローラ26に対する侵入量、現像スリーブ27/スポンジローラ26の夫々の回転速度と相対速度、塗布容器内の担持粒子29の絶対量によって決定される。また、その後の組立工程等で、現像スリーブ27を回転させる時にバイアスを印加して感光ドラム上に現像させることによって、結果的に現像スリーブ27上に残る塗布剤の量を少なくすることができる。このような現像剤担持体へ担持粒子を塗布する方法は、現像剤担持体に当接している現像剤層厚規制部材から現像剤担持体上の樹脂層表面に転移させるものではないので、現像剤層厚規制部材が弾性ブレードタイプである現像装置だけでなく、現像剤層厚規制部材が現像剤担持体と一定の間隙を有して装着されている磁性ブレードタイプである現像装置にも適応することが可能であり、より広い用途に使用することができるので好ましい。
なお、本発明の現像剤担持体は、担持粒子を除いた樹脂層の上から測定した硬さ(JIS K5600−1999(塗料一般試験方法、第5部:塗膜の機械的性質、第4節:引っかき硬度(鉛筆法))(鉛筆硬度)が、H以下であることが好ましい。Hよりも硬い場合は、樹脂層の剥がれが起き難くて、担持粒子が消失した後でも樹脂層が残存し、樹脂層の帯電極性によるが、トナーへの摩擦による帯電が過度になったり、不足したりして、スリーブゴースト、ブロッチ現象を引き起したり、画像濃度不足になったりする。この硬さは、鉛筆によって最表層の樹脂層が剥がれる時の値であるため、導電性被覆層は硬さがHを超えていてもなんら問題ない。
(現像装置)
図5は、本発明の画像形成方法に用いられる画像形成装置の現像装置部の一例を模式的に表わした図である。
図5は、本発明の画像形成方法に用いられる画像形成装置の現像装置部の一例を模式的に表わした図である。
静電潜像を担持するための静電潜像担持体(感光ドラム)1は矢印B方向に回転されている。感光ドラム1に対峙した現像スリーブ8は、金属製円筒管(基体)6とその表面に形成される導電性被覆層7から構成されている。ホッパー3中には、磁性一成分トナー4を攪拌する攪拌翼10が設けられている。ホッパー3から現像スリーブ8に供給された磁性一成分トナー4は、現像スリーブ8上に担持されており、現像スリーブ8が矢印A方向に回転することによって、現像スリーブ8と感光ドラム1とが対峙した現像領域Dへと搬送される。現像スリーブ8内には、磁性一成分トナー4を現像スリーブ8上に磁気的に吸引、保持するための磁石5が配置されている。磁性一成分トナー4は、現像スリーブ8及び/又は弾性ブレード11との摩擦によって、感光ドラム1上の静電潜像を現像可能とする摩擦帯電する。
現像スリーブ8上に、弾性ブレード11によって形成される磁性一成分トナー4の薄層は、現像領域Dにおける現像スリーブ8と感光ドラム1との間の最小間隙よりも更に薄いものであることが好ましい。すなわち、このようなトナー薄層により静電潜像を現像する方式の現像装置、いわゆる、非接触型現像装置に特に有効である。上記現像スリーブ8には、これに担持された磁性一成分トナー4を飛翔させるために、電源9により現像バイアス電圧が印加されている。この現像バイアス電圧として直流電圧を使用するときは、静電潜像の画像部(トナーが付着して可視化される領域)の電位と、背景部の電位との間の値の電圧を現像スリーブ8に印加することが好ましい。一方、現像画像の濃度を高め、或いは階調性を向上させるために、現像スリーブ8に交番バイアス電圧を印加して、現像部に向きが交互に反転する振動電界を形成してもよい。この場合には、上記した画像部の電位と背景部の電位の間の値を有する直流電圧成分が重畳された交番バイアス電圧を、現像スリーブ8に印加する。
また、高電位部と低電位部とを有する静電潜像の高電位部にトナーを付着させて可視化する、いわゆる、正規現像においては、静電潜像の極性と逆極性に帯電するトナーを使用し、一方、静電潜像の低電位部にトナーを付着させて可視化する、いわゆる、反転現像においては、静電潜像の極性と同極性に帯電するトナーを使用する。なお、高電位、低電位というのは、絶対値による表現である。いずれにしても、磁性一成分トナー4は、現像スリーブ8との摩擦によって静電潜像を現像するための極性に帯電される。
感光ドラム1上に形成されたトナー像は、感光ドラムの回転により転写部(不図示)に移動し、そこで感光ドラム1の回転と同期して供給される転写部材(不図示)上に静電的に転写される。トナー像が転写された転写部材は更に定着部に送られて、定着されて画像が形成される。
本発明では、現像スリーブ8は導電性被覆層7の表面に樹脂層が設けられていることが重要である。更に、現像装置組み立て直後においては、弾性ブレード11の現像スリーブ8との当接箇所に担持粒子が存在するか現像スリーブ8の表面全体に担持粒子が担持されていることが肝要である。なお、弾性ブレード11に担持粒子を担持させた時は磁性一成分トナー4をホッパー3に充填する前に現像スリーブ8を数回回転させて、弾性ブレード11上の担持粒子を現像スリーブ8に移して、現像スリーブ表面に満遍なく担持させておく。
現像スリーブ8上への磁性一成分トナー4の層厚をコントロールするのは、弾性ブレード11である必要はなく、図6に示すように、磁石5と対峙させた磁性ブレード2を用いても良い。なお、この際には、現像スリーブ8として、樹脂層の上に担持粒子を予め担持させたものを使用する。また、磁気ブレード2と現像スリーブ8との間隙としては、通常50〜500μmとする。図6においては、磁石5のN1極からの磁力線が磁性ブレード2に集中することにより磁性一成分トナー4の薄層が現像スリーブ8上に形成される。
現像剤4が非磁性一成分トナーであるときは、図7に示すように、現像剤担持体8は、基体6が必ずしも円筒状である必要はなく、円柱状であっても構わない。なお、基体6には導電性被覆層7が形成され、更にその表面に樹脂層が形成されていることが必要である。なお、現像剤担持体8には、該現像剤担持体8に新たな非磁性一成分トナーを供給すると共に現像に使用されずにホッパー3に戻ってくる非磁性一成分トナーを掻き落とす弾性ローラ13が当接している。この弾性ローラ13は、現像剤担持体8、現像剤層厚規制部材(弾性ブレード)11と共に、非磁性一成分トナー4を摩擦帯電させる働きもしている。
現像剤担持体8上に担持された非磁性一成分トナーは弾性ブレード11により層厚(担持量)が規制されると共に感光ドラム1に形成されている静電潜像の現像に必要な帯電量になり、更に、現像剤担持体8の回転により感光ドラム1と対峙した現像領域Dに送られる。
現像領域Dで現像剤担持体8上から非磁性一成分トナーは静電的に静電潜像に飛翔或いは接触移行して、静電潜像を現像する。なお、この現像に際し、非磁性一成分トナーの静電潜像への移行を効率よくするために、感光ドラム1と現像剤担持体8との間に静電圧を電源9より負荷する。この際に、現像トナー像のコントラストを上げるために上記で記載したような交番電圧を印加することもできる。
現像剤担持体8は更に回転して、現像に使用されなった非磁性一成分トナーを担持したままホッパー3に戻り、そこで表面から非磁性一成分トナーが弾性ローラ13にて掻き取られ、また、弾性ローラ13により新たに非磁性一成分トナーが担持される。
一方、感光ドラム1上に形成されたトナー像は、感光ドラム1の回転に伴い、転写領域へ移動し、そこで同期して供給されてきた転写部材へ静電的に移される。トナー像が移された転写部材は定着領域へ運ばれ、そこでトナー像は転写部材に固定される。
なお、本装置を組み立てるに当たり、担持粒子を弾性ブレード11、現像剤担持体8に担持させておくことが好ましい。弾性ブレード11に担持粒子を担持させて組み立てる場合は、ホッパー3に非磁性一成分トナーを供給する前に現像剤担持体8を予め数回回転させて、現像剤担持体8の表面に担持粒子を満遍なく担持させる。しかし、現像剤担持体8に予め担持粒子を担持して組み立てると、かかる操作は不要であり、また、現像剤担持体8が弾性ローラ11に接触部で張り付く等の不具合も防止できるので望ましい。
次に、本発明で用いられるトナーについて説明する。
トナーは、主として結着樹脂、離型剤、荷電制御剤、着色剤等からなる、比較的球形であり、粒度分布がそろえられた微粉体である。
用いられる結着樹脂としては、一般に公知の熱可塑性樹脂が使用可能である。例えば、スチレン、α−メチルスチレン、p−クロルスチレン等のスチレン及びその置換体の単重合体;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−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−ジメチルアミノエチル共重合体、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−メタクリル酸ジメチルアミノエチル共重合体、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;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ポリエステル、ロジン、変性ロジン、テンペル樹脂、フェノール樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、パラフィンワックス、カルナバワックス等が単独或は混合して使用できる。
また、着色剤としては、トナーの色により公知の染料顔料から適宜選択すればよい。例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、ランプ黒、スーダンブラックSM、ファースト・イエローG、ベンジジン・イエロー、ピグメント・イエロー、インドファースト・オレンジ、イルガジン・レッド、パラニトロアニリン・レッド、トルイジン・レッド、カーミンFB、パーマネント・ボルドーFRR、ピグメント・オレンジR、リソール・レッド2G、レーキ・レッドC、ローダミンFB、ローダミンBレーキ、メチル・バイオレッドBレーキ、フタロシアニン・ブルー、ピグメント・ブルー、ブリリアント・グリーンB、フタロシアニングリーン、オイルイエローGG、ザボン・ファーストイエローCGG、カヤセットY963、カヤセットYG、ザボン・ファーストオレンジRR、オイル・スカーレット、オラゾール・ブラウンB、ザボン・ファーストスカーレットCG、オイルピンクOP等が使用できる。
トナーが磁性一成分トナーである場合は、トナーの中に磁性粉を含有せしめる。このような磁性粉としては、磁場の中におかれて磁化される物質が用いられ、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性金属の粉末、又はマグネタイト、ヘマタイト、フェライト等の合金や化合物がある。この磁性粉の含有量はトナー質量に対して15〜70質量%が良い。なお、磁性粉は着色剤としても有用である。
トナーには、定着時の離型性向上、定着性向上の目的で、通常、ワックス類を含有させる。そのようなワックス類としては、パラフィンワックス及びその誘導体、マイクロクリスタリンワックス及びその誘導体、フィッシャートロプッシュワックス及びその誘導体、ポリオレフィンワックス及びその誘導体、カルナバワックス及びその誘導体等が挙げられる。なお、誘導体は酸化物や、ビニル系モノマーとのブロック共重合物、グラフト変性物である。その他、ワックス類として、アルコール、脂肪酸、酸アミド、エステル、ケトン、硬化ヒマシ油及びその誘導体、植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックス、ペトロラクタム等も利用できる。
トナーの帯電性を制御するために、荷電制御剤を使用してもよい。荷電制御剤には、負荷電制御剤、正荷電制御剤がある。
トナーを負荷電性に制御するには、例えば、有機金属錯体、キレート化合物が有効であり、具体的には、モノアゾ金属錯体、アセチルアセトン金属錯体、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族ダイカルボン酸系の金属錯体がある。他には、芳香族ハイドロキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、無水物、エステル類、ビスフェノール等のフェノール誘導体類等がある。
また、トナーを正帯電させるための物質としては、ニグロシン及び脂肪酸金属塩等による変性物;トリブチルベンジルアンモニウム−1−ヒドロキシ−4−ナフトスルホン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレート等の第4級アンモニウム塩、及びこれらの類似体であるホスホニウム塩等のオニウム塩及びこれらのレーキ顔料(レーキ化剤としては、リンタングステン酸、リンモリブデン酸、リンタングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、フェロシアン化物等);高級脂肪酸の金属塩;ジブチルスズオキサイド、ジオクチルスズオキサイド、ジシクロヘキシルスズオキサイド等のジオルガノスズオキサイド;ジブチルスズボレート、ジオクチルスズボレート、ジシクロヘキシルスズボレート等のジオルガノスズボレート類;グアニジン化合物、イミダゾール化合物が挙げられる。
トナーは、上記したトナー用の結着樹脂に、着色剤、ワックス及び荷電制御剤を、磁性一成分トナーとするときは磁性粉も、配合し、溶融混練した後に固化し、粉砕し、粉砕粉を各種方法で分級して製造される。また、結着樹脂を水系に分散懸濁して重合するに際し着色剤、ワックス、電荷制御剤及び必要により磁性粉を結着樹脂用単量体組成物に分散させておくことによっても製造できる。
なお、粉砕法でトナーを製造すると、粉砕した微粉末は不定形であることが多く、トナーとしての特性に劣るので、粉砕後に、種々の方法で、球形化処理、表面平滑化処理をすることが好ましい。
球形化処理、表面平滑化処理の方法としては、高速の気流中に粉砕粉を置き、ブレード、ライナー、ケーシング等に衝突させて表面を平滑化したり、球形化したりする方法、温水中に粉砕粉を懸濁させて球形化する方法、熱気流中に粉砕粉を曝し、球形化する方法等がある。
図8にその一例として表面改質装置の一例を示めす。なお、図8(b)は分散ローターを上面から見た図である。
表面改質装置は、ケーシング30、冷却水或いは不凍液を通水できるジャケット(不図示)、ケーシング30内にあって中心回転軸に取り付けられた、上面に角型のディスク又は円筒型のピン40を複数個有し、高速で回転する円盤上の分散ローター36、分散ローター36の外周から一定間隔で配置されているライナー34、表面改質されたトナー粉を所定粒径に分級するための分級ローター31、冷風を導入するための冷風導入口35、処理原料を導入するための原料供給口33、表面改質時間を自在に調整可能となるように、開閉可能なように設置された排出弁38、処理後の粉体を排出するための粉体排出口37及び円筒形のガイドリング39から構成されている。ガイドリング39は、分級手段である分級ローター31と表面改質手段である分散ローター36とライナー34との間の空間を分級手段へ被処理粒子を導入する第一の空間41及び分級手段で微粉が除去された粒子を表面処理手段へ導入する第二の空間42に仕切っている。分散ローター36とライナー34との間隙部分が表面改質ゾーンであり、分級ローター31及びその周辺部分が分級ゾーンである。
分級ローター31の設置方向は図8に示したように縦型でも構わないし、横型でも構わない。また、分級ローター31は単独でも構わないし、複数でも構わない。
この表面改質装置では、排出弁38を閉じた状態で原料供給口33から被粉砕粉を投入すると、投入された粉砕粉は、まずブロワー(不図示)により吸引され、分級ローター31で分級される。その際、微粉末は装置外へ連続的に排出除去され、所定粒径以上の粉砕粉は遠心力によりガイドリング39の内周(第二の空間42)に沿いながら分散ローター36により発生する循環流に乗り表面改質ゾーンへ導かれる。表面改質ゾーンに導かれた原料は分散ローター36とライナー34間で機械式衝撃を受け、表面改質処理される。表面改質された粒子は、装置内を通過する冷風に乗って、ガイドリング39の外周(第一の空間41)に沿いながら分級ゾーンに導かれる。そこで、再び表面改質に際し発生した微粉は分級ローター31により装置外へ排出される。一方、所定の粒径以上の処理粉砕粉は、再度循環流に乗り、表面改質ゾーンに戻され、繰り返し表面改質作用を受ける。一定時間経過後、排出弁38を開き、排出口37より表面改質済の粒子を回収する。
また、球状のトナーを作る方法としては、水中にトナー結着樹脂となる単量体を主成分とする混合物を懸濁させ、重合してトナー化する方法がある。一般的には、重合性単量体、着色剤、重合開始剤、更に必要に応じて架橋剤、荷電制御剤、離形剤、その他の添加剤を均一に溶解又は分散せしめて単量体組成物とした後、この単量体組成物を、分散安定剤を含有する連続層、例えば、水相中に適当な攪拌機を用いて適度な粒径に分散し、重合して、所望の粒径を有する現像剤を得る。
上記により得られたトナーは、流動性改善等の目的で無機微粉末のような粉末を外添して用いられる。このような微粉末として、シリカ微粉末、アルミナ、チタニア、酸化ゲルマニウム、酸化ジルコニウム等の金属酸化物;炭化ケイ素、炭化チタン等の炭化物;窒化ケイ素、窒化ゲルマニウム等の窒化物などの無機微粉体が用いられる。
以下、本発明を製造例及び実施例により具体的に説明するが、これは本発明を何ら限定するものではない。
本発明に関係する物性の測定は、下記によった。
(1)トナー(現像剤)の粒径
測定装置として、粒度分布測定装置「コールターカウンターTA−II型」、「コールターマルチサイザーII」又は「コールターマルチサイザーIII」(いずれも商品名、ベックマン・コールター社製)を使用する。また、電解液として、試薬1級塩化ナトリウムを用い、約1%NaCl水溶液を調製して用いる。なお、電解液として、市販のISOTON−II(商品名、べックマン・コールター社製)も使用できる。測定方法としては、電解液100〜150mlに、分散剤として界面活性剤(例えば、アルキルベンゼンスルホン酸塩)を適量(液状のものでは0.1〜5ml)加え、最後に測定試料2〜20mgを加える。この試料を懸濁した電解液を、超音波分散器で1〜3分間分散処理し、測定装置の測定セルにセットし、体積、個数を測定する。なお、アパーチャーとして100μmアパーチャーまたは30μmアパーチャーを用いる。得られた体積、個数から体積分布、個数分布を算出し、体積分布から求めた重量基準の重量平均粒径(各チャンネルの中央値をチャンネル毎の代表値とする)を求める。
測定装置として、粒度分布測定装置「コールターカウンターTA−II型」、「コールターマルチサイザーII」又は「コールターマルチサイザーIII」(いずれも商品名、ベックマン・コールター社製)を使用する。また、電解液として、試薬1級塩化ナトリウムを用い、約1%NaCl水溶液を調製して用いる。なお、電解液として、市販のISOTON−II(商品名、べックマン・コールター社製)も使用できる。測定方法としては、電解液100〜150mlに、分散剤として界面活性剤(例えば、アルキルベンゼンスルホン酸塩)を適量(液状のものでは0.1〜5ml)加え、最後に測定試料2〜20mgを加える。この試料を懸濁した電解液を、超音波分散器で1〜3分間分散処理し、測定装置の測定セルにセットし、体積、個数を測定する。なお、アパーチャーとして100μmアパーチャーまたは30μmアパーチャーを用いる。得られた体積、個数から体積分布、個数分布を算出し、体積分布から求めた重量基準の重量平均粒径(各チャンネルの中央値をチャンネル毎の代表値とする)を求める。
(2)現像剤粒子の平均円形度
現像剤粒子の平均円形度は、フロー式粒子像測定装置「FPIA−2100型」(商品名、シスメックス社製)を用いて測定を行い、下式を用いて算出する。
円相当径=2×(粒子投影面積/π)1/2
円形度 =(粒子投影面積と同じ面積の円の周囲長)/(粒子投影像の周囲長)
ここで、「粒子投影面積」とは二値化された粒子像の面積であり、「粒子投影像の周囲長」とは粒子像のエッジ点を結んで得られる輪郭線の長さと定義する。なお、測定を512×512の画像処理解像度(0.3μm×0.3μmの画素)で行い、それに基づき画像処理した時の粒子像の周囲長及び面積を用いる。
現像剤粒子の平均円形度は、フロー式粒子像測定装置「FPIA−2100型」(商品名、シスメックス社製)を用いて測定を行い、下式を用いて算出する。
円相当径=2×(粒子投影面積/π)1/2
円形度 =(粒子投影面積と同じ面積の円の周囲長)/(粒子投影像の周囲長)
ここで、「粒子投影面積」とは二値化された粒子像の面積であり、「粒子投影像の周囲長」とは粒子像のエッジ点を結んで得られる輪郭線の長さと定義する。なお、測定を512×512の画像処理解像度(0.3μm×0.3μmの画素)で行い、それに基づき画像処理した時の粒子像の周囲長及び面積を用いる。
本発明における円形度は、トナー粒子の凹凸の度合いを示す指標であり、トナー粒子が完全な球形の場合に1.000を示し、表面形状が複雑になる程、円形度は小さな値となる。また、円形度頻度分布の平均値を意味する平均円形度Cは、円形度の分割点iでの円形度(中心値)をci、分割点iに含まれる粒子数をmiとすると、次式(I)から算出される。
なお、本発明で用いた測定装置「FPIA−2100」では、各粒子の円形度を算出した後、得られた円形度によって、粒子を円形度0.4〜1.0を0.01ごとに等分割したクラスに分け、その分割点の中心値と測定粒子数を用いて平均円形度の算出を行う。
具体的には、予め不純固形物などを除去したイオン交換水10mlに分散剤として界面活性剤(例えば、アルキルベンゼンスルホン酸塩)を微量加えた後、測定試料0.02gを加え、超音波分散機「Tetora150型」(商品名、日科機バイオス社製)にて、2分間分散処理して均一に分散させた測定液を調製する。なお、この分散に際し分散液の温度が40℃以上とならない様適宜冷却する。また、円形度のバラツキを抑えるため、分析装置内の温度が26〜27℃になるよう装置の設置環境を23℃±0.5℃にコントロールする。また、一定時間おき(好ましくは2時間ごと)に2μmラテックス粒子を用いて自動焦点調整を行なう。
現像剤粒子の円形度測定は、測定時の粒子濃度が3000万〜1万個/μlとなる様に分散液濃度を調整した後、粒子1000個以上を計測する。その後、円相当径が2μm未満であるデータを除外して(外添粒子の影響を除くため)、上記により平均円形度を算出する。
(3)現像剤担持体表面の粗さ(Ra)
現像剤担持体の表面を、JIS B0601(2001)に基づく小坂研究所製サーフコーダーSE−3500(商品名)を用いて、算術平均粗さ(Ra)を測定する。なお、測定条件はカットオフ0.8mm、評価長さ4mm、送り速度0.5mm/sとする。現像剤担持体表面のRaは、軸方向3ヶ所×周方向3ヶ所の計9ヶ所の測定値の平均値とする。
現像剤担持体の表面を、JIS B0601(2001)に基づく小坂研究所製サーフコーダーSE−3500(商品名)を用いて、算術平均粗さ(Ra)を測定する。なお、測定条件はカットオフ0.8mm、評価長さ4mm、送り速度0.5mm/sとする。現像剤担持体表面のRaは、軸方向3ヶ所×周方向3ヶ所の計9ヶ所の測定値の平均値とする。
(4)導電性粒子の粒径
グラファイト等の導電性粒子の粒径はレーザー回折型粒度分布計(ベックマン・コールター社製のコールターLS−230型粒度分布計(商品名))を用いて測定する。測定には少量モジュールを用い、溶媒はイソプロピルアルコール(IPA)とする。IPAで測定装置の測定系内を約5分間洗浄してからバックグラウンドファンクションを実行する。次にIPA50ml中に、測定試料1〜25mgを加え、超音波分散機で1〜3分間分散処理して作成した試料液を、測定装置の測定系内に徐々に加え、装置の画面上のPIDSが45〜55%になるように測定系内の試料濃度を調整してから測定を行い、体積分布から算術した体積平均粒径を求める。
グラファイト等の導電性粒子の粒径はレーザー回折型粒度分布計(ベックマン・コールター社製のコールターLS−230型粒度分布計(商品名))を用いて測定する。測定には少量モジュールを用い、溶媒はイソプロピルアルコール(IPA)とする。IPAで測定装置の測定系内を約5分間洗浄してからバックグラウンドファンクションを実行する。次にIPA50ml中に、測定試料1〜25mgを加え、超音波分散機で1〜3分間分散処理して作成した試料液を、測定装置の測定系内に徐々に加え、装置の画面上のPIDSが45〜55%になるように測定系内の試料濃度を調整してから測定を行い、体積分布から算術した体積平均粒径を求める。
(5)担持粒子の粒径
担持粒子の粒径は、電子顕微鏡( 社製、 (商品名))を用いて測定する。撮影倍率は6万倍とし、写真にプリントする。なお、直接6万倍でプリントを得ることが難しい場合は低倍率で撮影した後に6万倍となるように写真を拡大プリントする。得られたプリント上で1次粒子の長径と短径を計測し、その平均値をこの計測粒子の粒径とする。この粒径を、任意の100粒子について求め、その50%値をもって担持粒子の粒径とする。
担持粒子の粒径は、電子顕微鏡( 社製、 (商品名))を用いて測定する。撮影倍率は6万倍とし、写真にプリントする。なお、直接6万倍でプリントを得ることが難しい場合は低倍率で撮影した後に6万倍となるように写真を拡大プリントする。得られたプリント上で1次粒子の長径と短径を計測し、その平均値をこの計測粒子の粒径とする。この粒径を、任意の100粒子について求め、その50%値をもって担持粒子の粒径とする。
(6)導電性被覆層、樹脂層の帯電極性の測定
<サンプル板の作製方法>
帯電極性を測定する導電性被覆層、樹脂層を形成するのに用いる材料を有機溶剤に溶解又は分散させた試料液をSUS板上にバーコーター(#60)にて塗布し、その後乾燥・加熱等を行なって、厚み約20μmの樹脂層を有するサンプル板を作製する。なお、帯電性の測定にはこのサンプル板を接地した状態で、23℃、60%RH環境下にて一晩以上放置したものを使用する。
<サンプル板の作製方法>
帯電極性を測定する導電性被覆層、樹脂層を形成するのに用いる材料を有機溶剤に溶解又は分散させた試料液をSUS板上にバーコーター(#60)にて塗布し、その後乾燥・加熱等を行なって、厚み約20μmの樹脂層を有するサンプル板を作製する。なお、帯電性の測定にはこのサンプル板を接地した状態で、23℃、60%RH環境下にて一晩以上放置したものを使用する。
<キヤリア粒子の調整方法>
100メッシュパス−200メッシュオンの球形鉄粉キヤリア(同和鉄粉(株)製、商品名;球形鉄粉DSP138)を接地した状態で、23℃、60%RH環境下にて一晩以上放置したものを使用する。
100メッシュパス−200メッシュオンの球形鉄粉キヤリア(同和鉄粉(株)製、商品名;球形鉄粉DSP138)を接地した状態で、23℃、60%RH環境下にて一晩以上放置したものを使用する。
<測定方法>
測定は23℃、60%RH環境下で行う。上記サンプル板の作製方法で作製したサンプル板83を図9に示す表面帯電量測定装置TS−100AS(東芝ケミカル(株)製)にセットし、電位計85を接地して値を0にする。上記キヤリア粒子の調整方法で調湿した鉄粉キヤリア81を滴下器82に入れ、STARTスイッチを押して20秒間鉄粉キヤリア81をサンプル板83上に滴下し、予め接地を施した受容器84で受ける。この時の電位計85の示す極性を読み取って、鉄粉キヤリアに対する導電性被覆層、樹脂層の帯電極性とする。なお、86はコンデンサーである。
測定は23℃、60%RH環境下で行う。上記サンプル板の作製方法で作製したサンプル板83を図9に示す表面帯電量測定装置TS−100AS(東芝ケミカル(株)製)にセットし、電位計85を接地して値を0にする。上記キヤリア粒子の調整方法で調湿した鉄粉キヤリア81を滴下器82に入れ、STARTスイッチを押して20秒間鉄粉キヤリア81をサンプル板83上に滴下し、予め接地を施した受容器84で受ける。この時の電位計85の示す極性を読み取って、鉄粉キヤリアに対する導電性被覆層、樹脂層の帯電極性とする。なお、86はコンデンサーである。
(7)担持粒子、現像剤の帯電極性の測定
23℃、60%RHの環境下に一晩以上放置した担持粒子0.2gを、100メッシュパス−200メッシュオンの球形鉄粉キヤリア(商品名;球形鉄粉DSP138)10gと共に内容積約50mlのポリエチレン製フタ付広口壜に入れ、十分に混合する。なお、混合はこの広口壜を手にもって上下におよそ125回の振とうによる(約50秒間)。
23℃、60%RHの環境下に一晩以上放置した担持粒子0.2gを、100メッシュパス−200メッシュオンの球形鉄粉キヤリア(商品名;球形鉄粉DSP138)10gと共に内容積約50mlのポリエチレン製フタ付広口壜に入れ、十分に混合する。なお、混合はこの広口壜を手にもって上下におよそ125回の振とうによる(約50秒間)。
次にこの混合物約2gを採り、図10に示す真空計95、風量調節弁96および吸引口97を備える吸引機91に絶縁体を介して載置された底に400メッシュのスクリーン93を備えた金属製の測定容器92に入れ、金属製のフタ94をする。その後、吸引口97から吸引し、風量調節弁96を調整して真空計95の圧力を250mmHgとする。この状態で吸引を5分間行い、担持粒子を吸引除去する。このときに測定容器92に接続されている電位計99が示す極性を読み取って、鉄粉キャリアに対する担持粒子の帯電極性とする。なお、98はコンデンサーである。ここで担持粒子の代わりに現像剤を用いると、この方法により現像剤の鉄粉キャリアに対する帯電電極を測定することができる。
本発明で現像剤担持体の評価に用いる現像剤は下記にて製造した。
製造例1(現像剤T1の製造)
スチレン−ブチルアクリレート系樹脂100質量部、マグネタイト100質量部、アゾ系鉄錯体化合物(負帯電性荷電制御剤)2質量部及び低分子量ポリプロピレン5質量部をヘンシェルミキサーにて充分に混合した後、二軸式エクストルーダーにて溶融混練分散して混練物を得た。これを冷却した後カッターミルで粗粉砕し、ついでジェット式の粉砕装置を用いて粉砕し、得られた粉砕物を多分割式の分級装置にて分級し、重量平均粒径5.9μmの微粉体を得た。この微粉体100質量部に疎水性コロイダルシリカ1質量部を添加し、ヘンシェルミキサーにて十分に混合分散して、磁性一成分現像剤T1を製造した。
スチレン−ブチルアクリレート系樹脂100質量部、マグネタイト100質量部、アゾ系鉄錯体化合物(負帯電性荷電制御剤)2質量部及び低分子量ポリプロピレン5質量部をヘンシェルミキサーにて充分に混合した後、二軸式エクストルーダーにて溶融混練分散して混練物を得た。これを冷却した後カッターミルで粗粉砕し、ついでジェット式の粉砕装置を用いて粉砕し、得られた粉砕物を多分割式の分級装置にて分級し、重量平均粒径5.9μmの微粉体を得た。この微粉体100質量部に疎水性コロイダルシリカ1質量部を添加し、ヘンシェルミキサーにて十分に混合分散して、磁性一成分現像剤T1を製造した。
製造例2(現像剤T2の製造)
スチレン−ブチルアクリレート系樹脂100質量部、マグネタイト95質量部、アゾ系鉄錯体化合物(負帯電性荷電制御剤)2質量部及びパラフィンワックス4質量部をヘンシェルミキサーにて充分に混合した後、二軸式エクストルーダーにて溶融混練分散して混練物を得た。これを冷却した後カッターミルで粗粉砕し、ついでジェット式の粉砕装置を用いて粉砕し、得られた粉砕物を多分割式の分級装置にて分級し、重量平均粒径6.6μmの微粉体を得た。その微粉体を、図8に示す表面改質装置で球形化処理及び微粉除去を行った。得られた球形処理後の微粉体は、コールターカウンター法で測定される重量平均粒径は6.9μmであり、円形度は0.959であった。この微粉体100質量部に疎水性コロイダルシリカ1質量部を添加し、ヘンシェルミキサーにて混合分散して、磁性一成分現像剤T2を製造した。
スチレン−ブチルアクリレート系樹脂100質量部、マグネタイト95質量部、アゾ系鉄錯体化合物(負帯電性荷電制御剤)2質量部及びパラフィンワックス4質量部をヘンシェルミキサーにて充分に混合した後、二軸式エクストルーダーにて溶融混練分散して混練物を得た。これを冷却した後カッターミルで粗粉砕し、ついでジェット式の粉砕装置を用いて粉砕し、得られた粉砕物を多分割式の分級装置にて分級し、重量平均粒径6.6μmの微粉体を得た。その微粉体を、図8に示す表面改質装置で球形化処理及び微粉除去を行った。得られた球形処理後の微粉体は、コールターカウンター法で測定される重量平均粒径は6.9μmであり、円形度は0.959であった。この微粉体100質量部に疎水性コロイダルシリカ1質量部を添加し、ヘンシェルミキサーにて混合分散して、磁性一成分現像剤T2を製造した。
製造例3(現像剤T3の製造)
ポリエステル系樹脂100質量部、マグネタイト90質量部、アゾ系鉄錯体化合物(負帯電性荷電制御剤)2質量部及びフィッシャートロプシュワックス4質量部をヘンシェルミキサーにて十分に混合した後、二軸式エクストルーダーにて溶融混練分散して混練物を得た。これを冷却した後カッターミルで粗粉砕して、粗粉砕物を得た。得られた粗粉砕物を機械式粉砕機ターボミル(ターボ工業(株)製、回転子および固定子の表面が炭化クロムを含有したクロム合金メッキでコーティングされている)にて、機械式粉砕して微粉砕し、得られた微粉砕物を多分割式の分級装置を用いて分級して、重量平均粒径6.4μmの微粉体を得た。この微粉体100質量部にヘキサメチルジシラザン及びジメチルシリコーンオイル処理を施した疎水性コロイダルシリカ1.5質量部とチタン酸ストロンチウム0.5質量部を添加し、ヘンシェルミキサーにて混合分散して、磁性一成分現像剤T3を製造した。
ポリエステル系樹脂100質量部、マグネタイト90質量部、アゾ系鉄錯体化合物(負帯電性荷電制御剤)2質量部及びフィッシャートロプシュワックス4質量部をヘンシェルミキサーにて十分に混合した後、二軸式エクストルーダーにて溶融混練分散して混練物を得た。これを冷却した後カッターミルで粗粉砕して、粗粉砕物を得た。得られた粗粉砕物を機械式粉砕機ターボミル(ターボ工業(株)製、回転子および固定子の表面が炭化クロムを含有したクロム合金メッキでコーティングされている)にて、機械式粉砕して微粉砕し、得られた微粉砕物を多分割式の分級装置を用いて分級して、重量平均粒径6.4μmの微粉体を得た。この微粉体100質量部にヘキサメチルジシラザン及びジメチルシリコーンオイル処理を施した疎水性コロイダルシリカ1.5質量部とチタン酸ストロンチウム0.5質量部を添加し、ヘンシェルミキサーにて混合分散して、磁性一成分現像剤T3を製造した。
製造例4(現像剤T4の製造)
ポリエステル系樹脂100質量部、マグネタイト95質量部、アゾ系鉄錯体化合物(負帯電性荷電制御剤)2質量部及びポリエチレン系ワックス3質量部をヘンシェルミキサーにて充分に混合した後、二軸式エクストルーダーにて溶融混練分散して混練物を得た。これを冷却した後カッターミルで粗粉砕を行い、ついでジェット式の粉砕装置を用いて粉砕した後、得られた微粉砕物を多分割式の分級装置を用いて分級を行って、重量平均粒径が7.1μmであり、円形度が0.925である微粉体を得た。この微粉体100質量部に疎水性コロイダルシリカ1質量部を添加し、ヘンシェルミキサーにて混合分散して、磁性一成分現像剤T4を得た。
ポリエステル系樹脂100質量部、マグネタイト95質量部、アゾ系鉄錯体化合物(負帯電性荷電制御剤)2質量部及びポリエチレン系ワックス3質量部をヘンシェルミキサーにて充分に混合した後、二軸式エクストルーダーにて溶融混練分散して混練物を得た。これを冷却した後カッターミルで粗粉砕を行い、ついでジェット式の粉砕装置を用いて粉砕した後、得られた微粉砕物を多分割式の分級装置を用いて分級を行って、重量平均粒径が7.1μmであり、円形度が0.925である微粉体を得た。この微粉体100質量部に疎水性コロイダルシリカ1質量部を添加し、ヘンシェルミキサーにて混合分散して、磁性一成分現像剤T4を得た。
製造例5(現像剤T5の製造)
スチレン−ブチルアクリレート系樹脂100質量部、マグネタイト95質量部、イミダゾール化合物(正帯電性荷電制御剤)3質量部及びポリエチレン系ワックス4質量部をヘンシェルミキサーにて充分に混合した後、二軸式エクストルーダーにて溶融混練分散して混練物を得た。これを冷却した後カッターミルで粗粉砕を行い、ついでジェット式の粉砕装置を用いて粉砕した後、得られた微粉砕物を多分割式の分級装置を用いて分級を行って、重量平均粒径が6.4μmであり、円形度が0.924である微粉体を得た。この微粉体100質量部に対し、アミノシランカップリング剤及びアミノ変性シリコーンオイルによる処理を施したコロイダルシリカ1.2質量部とチタン酸ストロンチウム微粉末2.5質量部を添加し、ヘンシェルミキサーにて混合分散して、磁性一成分現像剤T5を製造した。
スチレン−ブチルアクリレート系樹脂100質量部、マグネタイト95質量部、イミダゾール化合物(正帯電性荷電制御剤)3質量部及びポリエチレン系ワックス4質量部をヘンシェルミキサーにて充分に混合した後、二軸式エクストルーダーにて溶融混練分散して混練物を得た。これを冷却した後カッターミルで粗粉砕を行い、ついでジェット式の粉砕装置を用いて粉砕した後、得られた微粉砕物を多分割式の分級装置を用いて分級を行って、重量平均粒径が6.4μmであり、円形度が0.924である微粉体を得た。この微粉体100質量部に対し、アミノシランカップリング剤及びアミノ変性シリコーンオイルによる処理を施したコロイダルシリカ1.2質量部とチタン酸ストロンチウム微粉末2.5質量部を添加し、ヘンシェルミキサーにて混合分散して、磁性一成分現像剤T5を製造した。
導電性被覆層の凹凸を形成するために配した導電性球状粒子は下記にて製造した。
製造例6<球状粒子P−1の製造>
球状フェノール樹脂粒子(体積平均粒径5.8μm)100質量部に、石炭系バルクメソフェーズピッチ粉末(体積平均粒径2μm以下)14質量部をライカイ機(自動乳鉢、石川工場(株)製)を用いて均一に被覆した。ついで、空気中280℃で熱安定化処理した後に、窒素雰囲気下2000℃で焼成して黒鉛化し、その後分級して、体積平均粒径6.0μmの球状粒子P−1(球状導電性炭素粒子)を製造した。
球状フェノール樹脂粒子(体積平均粒径5.8μm)100質量部に、石炭系バルクメソフェーズピッチ粉末(体積平均粒径2μm以下)14質量部をライカイ機(自動乳鉢、石川工場(株)製)を用いて均一に被覆した。ついで、空気中280℃で熱安定化処理した後に、窒素雰囲気下2000℃で焼成して黒鉛化し、その後分級して、体積平均粒径6.0μmの球状粒子P−1(球状導電性炭素粒子)を製造した。
製造例7<球状粒子P−2の製造>
球状フェノール樹脂粒子が体積平均粒径12.2μmである以外は導電性球状粒子製造例6と同様にして、体積平均粒径12.5μmの球状粒子P−2(球状導電性炭素粒子)を製造した。
球状フェノール樹脂粒子が体積平均粒径12.2μmである以外は導電性球状粒子製造例6と同様にして、体積平均粒径12.5μmの球状粒子P−2(球状導電性炭素粒子)を製造した。
製造例8<導電性被覆層の表面に形成する樹脂組成物V9の製造>
メタノール300質量部、トルエン100質量部、スチレン468質量部、2−エチルヘキシルアクリレート90質量部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸42質量部及びラウロイルパーオキサイド6質量部を攪拌装置、温度測定装置および窒素導入装置を備えるフラスコに仕込み、窒素雰囲気下、65℃で10時間保持して重合反応を行なった。得られた重合物を減圧乾燥、粉砕して、重量平均分子量8000の樹脂組成物V9を得た。
メタノール300質量部、トルエン100質量部、スチレン468質量部、2−エチルヘキシルアクリレート90質量部、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸42質量部及びラウロイルパーオキサイド6質量部を攪拌装置、温度測定装置および窒素導入装置を備えるフラスコに仕込み、窒素雰囲気下、65℃で10時間保持して重合反応を行なった。得られた重合物を減圧乾燥、粉砕して、重量平均分子量8000の樹脂組成物V9を得た。
本実施例において、導電性被覆層の表面に形成する樹脂組成物を表4に示す。
本実施例において、現像剤担持体に担持させる粒子を表5に示す。
実施例1
レゾール型フェノール樹脂(アンモニアを触媒として製造したMw1700のもの、50%メタノール溶液)440質量部をIPAで希釈し、その中に結晶性グラファイト(体積平均粒径5.8μm)80質量部及び導電性カーボンブラック20質量部添加し、直径1mmのガラスビーズをメディア粒子として用いたサンドミルにて分散している中に、IPAに分散した導電性球状粒子P−1(製造例6にて作製)20質量部を加え、更にサンドミル分散を進めて塗工液を作製した。なお、IPAは総計430質量部を使用した。
レゾール型フェノール樹脂(アンモニアを触媒として製造したMw1700のもの、50%メタノール溶液)440質量部をIPAで希釈し、その中に結晶性グラファイト(体積平均粒径5.8μm)80質量部及び導電性カーボンブラック20質量部添加し、直径1mmのガラスビーズをメディア粒子として用いたサンドミルにて分散している中に、IPAに分散した導電性球状粒子P−1(製造例6にて作製)20質量部を加え、更にサンドミル分散を進めて塗工液を作製した。なお、IPAは総計430質量部を使用した。
作製した塗工液をスプレーガンの液溜めに入れ、垂直に立て、一定速度で回転させている、上下端部をマスキングした外径16mmφのアルミニウム製円筒管にスプレーガンを一定速度で下降させながらコート幅を長手方向に220mmとなるようにスプレー塗布し、塗工液層を形成した。続いて熱風乾燥炉中で160℃、20分間加熱により塗工液層を硬化させ、導電性被覆層を有する現像剤担持体A4を作製した。この時の導電性被覆層の乾燥後の付着重量は1.05×10-4kgであった。また、現像剤担持体A4の表面粗さ(Ra)は1.07μmであった。
次に、表4に示す樹脂組成物V1をクロロベンゼンと酢酸エチル混合溶剤に固形分25%となるように溶解し、現像剤担持体A4の導電性被覆層上に、付着量1.5g/m2となるように、スプレー法にて塗布した。続いて熱風乾燥炉中150℃、30分間加熱して乾燥し、導電性被覆層上に樹脂組成物V1からなる樹脂層が形成された現像剤担持体A2を作製した。この現像剤担持体A2の表面粗さRaは1.03μmであった。なお、この樹脂組成物V1は正の帯電極性を示すものである。
次に、担持粒子としてPMMA粒子(一次平均粒径4.6μm、表5の粒子R1)を、図4に示す潤滑剤塗布装置により現像剤担持体A2の樹脂層上に塗布した。すなわち、スポンジローラに塗布粒子をまぶし、それを現像剤担持体A2と接触させて塗布粒子を現像剤担持体に転写塗布した。このPMMA粒子が付着した現像剤担持体を「現像剤担持体A1」とする。この粒子R1の帯電極性は正である。現像剤担持体A1の樹脂層の硬さを、担持粒子を除去し、測定したところ、鉛筆硬度でHBであった。
製造した現像剤担持体の性能評価を、レーザービームプリンター「LBP1760」(キャノン(株)製)を使用して、下記により行なった。
現像剤規制ブレードをウレタン製仕様に改造したプロセスカートリッジ「EP−52」に、製造した現像剤担持体を改造カートリッジに組み込めるようにマグネット及びフランジを取り付けた後に組み込んだ。その後、現像剤担持体に合った上記で製造した現像剤を該カートリッジに充填し、上記プリンターに取り付けて、低温低湿環境(15℃/10%RH、L/L)、常温常湿環境(23℃/50%RH、N/N)または高温高湿環境(30℃/85%RH、H/H)で、画出しを行った。画出し10枚、100枚、500枚、1000枚、2000枚及び10000枚の後にそれぞれ下記の評価項目に相応しい試験画像を出力し、評価画像を作成し、評価した。
〔1〕5黒角画像濃度
文字パターン(もしくは文字チャート)の各所に、5mm角(又は5mm丸)のベタ黒を配したものを出力し、所定の場所10ヶ所の画像濃度を反射濃度計RD918(マクベス社製)にて測定し、その平均値を5黒角画像濃度とした。
文字パターン(もしくは文字チャート)の各所に、5mm角(又は5mm丸)のベタ黒を配したものを出力し、所定の場所10ヶ所の画像濃度を反射濃度計RD918(マクベス社製)にて測定し、その平均値を5黒角画像濃度とした。
〔2〕ベタ黒画像濃度
全面ベタ黒を出力し、5黒角画像濃度と同様に所定の場所10ヶ所の画像濃度を反射濃度計にて測定し、その平均値をベタ黒画像濃度とした。なお、5黒角画像濃度が優れていても現像剤担持体に担持されているトナーの状態(摩擦帯電量、現像剤担持量)によっては、現像される現像剤が不足し、5黒角画像濃度よりも小さな値となることがある。
全面ベタ黒を出力し、5黒角画像濃度と同様に所定の場所10ヶ所の画像濃度を反射濃度計にて測定し、その平均値をベタ黒画像濃度とした。なお、5黒角画像濃度が優れていても現像剤担持体に担持されているトナーの状態(摩擦帯電量、現像剤担持量)によっては、現像される現像剤が不足し、5黒角画像濃度よりも小さな値となることがある。
〔3〕スリーブゴースト
プリンターの出力画像(複写機の場合には画像チャート)において、画像先端のスリーブ1周分に相当する領域を白地にベタ黒の象形画像(●など)を等間隔で配置し、それ以外の部分をハーフトーンとしたものを用い、ハーフトーン上に象形画像のゴーストがどのように出現するかにより下記のランク付けを行った。なお、ポジゴーストはハーフトーンより画像濃度が高いゴーストを示し、ネガゴーストはハーフトーンよりも画像濃度の低いゴーストを示すものであるが、判定では区別していない。
A:濃淡差が全く見られない。
B:見る角度によってわずかな濃淡差が確認できる程度。
C:ゴーストが目視で明確に確認される。実用下限。
D:ゴーストがはっきり濃淡として確認できる。反射濃度計で濃度差が測定できる。実用不可。
E:ゴーストがスリーブ2周分あるいはそれ以上にわたり現れる。
プリンターの出力画像(複写機の場合には画像チャート)において、画像先端のスリーブ1周分に相当する領域を白地にベタ黒の象形画像(●など)を等間隔で配置し、それ以外の部分をハーフトーンとしたものを用い、ハーフトーン上に象形画像のゴーストがどのように出現するかにより下記のランク付けを行った。なお、ポジゴーストはハーフトーンより画像濃度が高いゴーストを示し、ネガゴーストはハーフトーンよりも画像濃度の低いゴーストを示すものであるが、判定では区別していない。
A:濃淡差が全く見られない。
B:見る角度によってわずかな濃淡差が確認できる程度。
C:ゴーストが目視で明確に確認される。実用下限。
D:ゴーストがはっきり濃淡として確認できる。反射濃度計で濃度差が測定できる。実用不可。
E:ゴーストがスリーブ2周分あるいはそれ以上にわたり現れる。
〔4〕画像ムラ
ハーフトーン及びベタ黒を出力し、画像進行方向に走る、線状、帯状のスジ(濃淡差)について、下記基準にて評価した。スリーブゴースト及びブロッチ(後記)に基づいて発した画像濃度ムラに関して除外して評価した。
A:画像にもスリーブ上にも全く確認できない。
B:ハーフトーン画像上では軽微な濃度差が確認できるが、ベタ黒画像上では問題ないレベルである。
C:ベタ黒画像上では軽微な濃度差であるが、ハーフトーン画像上に目視で濃度差のわかるスジまたは帯が確認される。実用下限。
D:ハーフトーン画像上に反射濃度計で明確に測定できる濃度差がスジまたは帯状に現れる。ベタ黒画像上でも目視で濃度差が確認できる。グラフィック画像では問題となるレベルである。
E:ベタ黒画像でかなりはっきりと白抜けになって現れる。
ハーフトーン及びベタ黒を出力し、画像進行方向に走る、線状、帯状のスジ(濃淡差)について、下記基準にて評価した。スリーブゴースト及びブロッチ(後記)に基づいて発した画像濃度ムラに関して除外して評価した。
A:画像にもスリーブ上にも全く確認できない。
B:ハーフトーン画像上では軽微な濃度差が確認できるが、ベタ黒画像上では問題ないレベルである。
C:ベタ黒画像上では軽微な濃度差であるが、ハーフトーン画像上に目視で濃度差のわかるスジまたは帯が確認される。実用下限。
D:ハーフトーン画像上に反射濃度計で明確に測定できる濃度差がスジまたは帯状に現れる。ベタ黒画像上でも目視で濃度差が確認できる。グラフィック画像では問題となるレベルである。
E:ベタ黒画像でかなりはっきりと白抜けになって現れる。
〔5〕ブロッチ
ベタ黒画像及びハーフトーン画像を出力し、それぞれの画像においてトナーの過剰帯電により発生しやすいブロッチ(斑点状、さざ波状または絨毯状)画像を目視により観察し、下記の基準で評価した。
A:画像上、現像剤担持体上(現像剤がコーティングされている状態を観察)ともにブロッチが全くみられない。
B:現像剤担持体上に僅かにブロッチが確認されるが、画像上には影響が出ない。
C:ハーフトーン画像上に僅かにブロッチ画像が現れる。実用下限。
D:ハーフトーン画像上もしくはベタ黒画像上に明確なブロッチが現れる。実用不可。
E:ほぼ全面にブロッチが現れている。
ベタ黒画像及びハーフトーン画像を出力し、それぞれの画像においてトナーの過剰帯電により発生しやすいブロッチ(斑点状、さざ波状または絨毯状)画像を目視により観察し、下記の基準で評価した。
A:画像上、現像剤担持体上(現像剤がコーティングされている状態を観察)ともにブロッチが全くみられない。
B:現像剤担持体上に僅かにブロッチが確認されるが、画像上には影響が出ない。
C:ハーフトーン画像上に僅かにブロッチ画像が現れる。実用下限。
D:ハーフトーン画像上もしくはベタ黒画像上に明確なブロッチが現れる。実用不可。
E:ほぼ全面にブロッチが現れている。
現像剤担持体A1の構成及び評価に用いた現像剤の種類を表6に示す。また、各環境下における上記各評価の結果を表7〜9に示す。
比較例1
現像剤担持体A2を用いて、すなわち、担持粒子を付着することなく、実施例1と同様の評価を行った。現像剤担持体A2の構成及び現像剤を表6に、評価結果を表7〜9に示す。
現像剤担持体A2を用いて、すなわち、担持粒子を付着することなく、実施例1と同様の評価を行った。現像剤担持体A2の構成及び現像剤を表6に、評価結果を表7〜9に示す。
比較例2
現像剤担持体A4に樹脂層を設けることなく、担持粒子R1を実施例1におけると同様に塗布して現像剤担持体A3を作製し、これを用いて、実施例1と同様の評価を行った。現像剤担持体A3の構成等を表6に、評価結果を表7〜9に示す。
現像剤担持体A4に樹脂層を設けることなく、担持粒子R1を実施例1におけると同様に塗布して現像剤担持体A3を作製し、これを用いて、実施例1と同様の評価を行った。現像剤担持体A3の構成等を表6に、評価結果を表7〜9に示す。
比較例3
現像剤担持体A4を用いて、すなわち、樹脂層及び担持粒子がない状態で、実施例1と同様の評価を行った。現像剤担持体A4の構成および現像剤を表6に、評価結果を表4〜6に示す。
現像剤担持体A4を用いて、すなわち、樹脂層及び担持粒子がない状態で、実施例1と同様の評価を行った。現像剤担持体A4の構成および現像剤を表6に、評価結果を表4〜6に示す。
また、現像剤の帯電量に関する測定も行った。すなわち、L/L環境及びH/H環境下、別途現像剤担持体A1〜A4を製造し、画出し開始から100枚目の時点で、担持粒子の影響を除くために、感光体上にベタ黒画像を作成し、その画出しの途中で装置を停止して、現像剤担持体上に担持されている現像剤を金属円筒管と円筒フィルターにより吸引捕集した。その際、金属円筒管を通じてコンデンサーに蓄えられた電荷量Q、捕集された現像剤の質量M及びトナーを吸引した面積Sをそれぞれ計測した。これら値から、単位重量当たりの電荷量Q/M(mC/kg)(現像剤の帯電量とする)および現像剤搬送量M/S(dg/m2)を算出した。これらの結果を表10に示す。
画出し初期は、現像剤担持体A1(実施例1)では、いずれの環境においても画像濃度の低下は発生せず、画像ムラ、ゴーストの発生も無かった。これに対して、現像剤担持体A2(比較例1)および現像剤担持体A3(比較例2)では、環境L/Lにおいて画像濃度低下、画像ムラおよびゴースト画像が発生し、H/H環境においても、画出し初期にベタ黒画像の濃度低下及び画像ムラが発生した。現像剤担持体A4(比較例3)では、画出し初期においてL/L、H/Hの両環境にてゴーストの発生が認められ、濃度低下も見られた。しかし、いずれの現像剤担持体でも、画出し枚数が増えるに従って画像の不具合は改善され、画出し2000枚以降は良好な画像となった(実施例1、比較例1〜3)。
また、表10に見られるように、現像剤担持体A2〜A4においては、環境L/Lにおいて現像剤の帯電量(Q/M)が高いにもかかわらず現像剤搬送量(M/S)が低い値となっている。これはチャージアップ現象が起きているためと考えられる。
すなわち、現像剤担持体A2〜A4においては、現像剤担持体上に存在する現像剤は下層部分でその帯電量が高すぎる故に、現像剤担持体上に強く引き付けられ、現像剤の上層では電荷を持ちづらい状態になっているため、上層の現像剤が感光体上に現像(転写)されにくくなり、それによって感光体上へのM/Sが小さくなったものである。特に、現像剤担持体A2においては、樹脂層V1がポジ帯電性であることにより、また、現像剤担持体A3においては、担持粒子R1が弱ポジ帯電性であることにより、画出し初期の現像剤に過剰で不均一な帯電付与してしまい、上述したような初期の画像濃度の低下、画像ムラ、ブロッチ等の画像不良が顕著に現れたものである。
これに対し、現像剤担持体A1では、適正なQ/M及びM/Sを有していることが分かる。これは、現像剤担持体上の樹脂層V1と担持粒子R1の帯電極性が同極性であるため、担持粒子が過剰に摩擦帯電すること無く、初期の現像剤に充分且つ適正な摩擦帯電付与を行うことができているためであると推測される。
また、H/H環境では、現像剤の摩擦帯電性に若干の低下が見られる。特に、現像剤担持体A4においては、初期の摩擦帯電性が不十分であるために充分な現像性が得られていない。
耐久試験を進めていくと、現像剤が攪拌されて摩擦帯電が繰り返し行われ、結果として適正な摩擦帯電量を保持できるようになる。すなわち、現像剤担持体A1〜A4を用いて画出し2000枚まで行い、そこで現像剤担持体上から現像剤を吸引採取して観察したところ、その中に担持粒子は殆ど見られなかった。また、現像剤を吸引採取した後の現像剤担持体上についても観察を行ったが、担持粒子は観察されず、樹脂層も殆ど残存していなかった。
実施例2
レゾール型フェノール樹脂(アンモニアを触媒として製造したMw1700のもの、50%メタノール溶液)400質量部をメタノールで希釈し、その中に結晶性グラファイト(体積平均粒径5.4μm)80質量部及び導電性カーボンブラック20質量部を加え、直径1mmのガラスビーズをメディア粒子として用いたサンドミルにて分散している中に、メタノールに球状粒子P−2(製造例7にて製造)20質量部及び下記式(A)で表される第4級アンモニウム塩化合物10質量部を分散させたものを加え、更にサンドミル分散を行い、塗工液を得た。なお、追加したメタノールは250質量部であった。
レゾール型フェノール樹脂(アンモニアを触媒として製造したMw1700のもの、50%メタノール溶液)400質量部をメタノールで希釈し、その中に結晶性グラファイト(体積平均粒径5.4μm)80質量部及び導電性カーボンブラック20質量部を加え、直径1mmのガラスビーズをメディア粒子として用いたサンドミルにて分散している中に、メタノールに球状粒子P−2(製造例7にて製造)20質量部及び下記式(A)で表される第4級アンモニウム塩化合物10質量部を分散させたものを加え、更にサンドミル分散を行い、塗工液を得た。なお、追加したメタノールは250質量部であった。
上記塗工液を、外径20mmφのアルミニウム製円筒管上に、コート幅を長手方向に315mmとなるようにスプレー法を用いて塗工した後熱風乾燥炉中160℃、20分間加熱して、導電性被覆層を有する現像剤担持体B7を作製した。この時の導電性被覆層の乾燥後の付着重量は1.82×10-4kgであった。この現像剤担持体B7の表面粗さRaは1.40μmであった。
次に、表4の樹脂組成物V2(メチルメタクリレート/ジメチルアミノエチルメタクリレート共重合体(モル比90:10))を固形分40%になるように酢酸エチルに溶解し、現像剤担持体B7の導電性被覆層上に、付着量1.2g/m2となるように、スプレー法にて塗布し、続いて熱風乾燥炉中150℃、30分間加熱して乾燥して、現像剤担持体B1’を作製した。現像剤担持体B1’の表面粗さRaは1.33μmであった。
この現像剤担持体B1’の表面にメラミン−ホルムアルデヒド樹脂粒子(一次平均粒径5.7μm)(表5の粒子R2)を実施例1と同様に塗布して現像剤担持体B1を作製した。なお、現像剤担持体B1の樹脂層の硬さを測定したところ、鉛筆硬度でBであった。
現像剤担持体B1をプリンターLaserJet9000(ヒューレットパッカード社製)用プロセスカートリッジに装着可能なようにマグネットおよびフランジを取り付け、プロセスカートリッジに装着した。このプロセスカートリッジのホッパーに現像剤T2(製造例2で製造)を充填し、LaserJet9000機に組み込んで画出しを行なった。なお、実施例1と同様の評価を10枚、100枚、500枚、1000枚、3000枚及び30000枚画出し時に行った。現像剤担持体B1の構成および現像剤を表11に、評価結果を表12〜14に示す。
実施例3
担持粒子としての窒化ホウ素粒子(一次平均粒径5.8μm)(表5の粒子R3)を使用する外は実施例2と同様にして、現像剤担持体B2を作製した。作製した現像剤担持体B2について、実施例2と同様の評価を行った。現像剤担持体B2の構成および現像剤を表11に、評価結果を表12〜14に示す。
担持粒子としての窒化ホウ素粒子(一次平均粒径5.8μm)(表5の粒子R3)を使用する外は実施例2と同様にして、現像剤担持体B2を作製した。作製した現像剤担持体B2について、実施例2と同様の評価を行った。現像剤担持体B2の構成および現像剤を表11に、評価結果を表12〜14に示す。
実施例4
実施例2で作製した現像剤担持体B7の導電性被覆層上に、PMMA樹脂(表4の樹脂組成物V3)を固形分30%となるようにトルエンに溶解し、付着量1.2g/m2となるようにスプレー法にて塗布し、続いて熱風乾燥炉中150℃、30分間加熱して乾燥して、現像剤担持体B3’を作製した。この現像剤担持体B3’の表面粗さRaは1.35μmであった。
実施例2で作製した現像剤担持体B7の導電性被覆層上に、PMMA樹脂(表4の樹脂組成物V3)を固形分30%となるようにトルエンに溶解し、付着量1.2g/m2となるようにスプレー法にて塗布し、続いて熱風乾燥炉中150℃、30分間加熱して乾燥して、現像剤担持体B3’を作製した。この現像剤担持体B3’の表面粗さRaは1.35μmであった。
以下、実施例2と同様に担持粒子R2を現像剤担持体B3’の樹脂層上に塗布して、現像剤担持体B3を作製した。この現像剤担持体B3の樹脂層の硬さはFであった。作成した現像剤担持体B3について、実施例2と同様の評価を行った。現像剤担持体B3の構成および現像剤を表11に、評価結果を表12〜14に示す。
実施例5
実施例2で作製した現像剤担持体B7の導電性被覆層上に、メチルメタクリレート−ジメチルアミノエチルメタクリレート共重合体(V2と同じもの)100質量部を固形分30質量%になるようにトルエンに溶解し、その中に導電性カーボンブラック25質量部を入れ、直径1mmのガラスビーズをメディア粒子として用いたサンドミルにて分散して作製した塗工液(表4の樹脂組成物V4)を、付着量1.2g/m2となるように、スプレー法にて塗布した。続いて熱風乾燥炉中150℃、30分間加熱して乾燥して、現像剤担持体B4’を作製した。この現像剤担持体B4’の表面粗さRaは1.39μmであった。
実施例2で作製した現像剤担持体B7の導電性被覆層上に、メチルメタクリレート−ジメチルアミノエチルメタクリレート共重合体(V2と同じもの)100質量部を固形分30質量%になるようにトルエンに溶解し、その中に導電性カーボンブラック25質量部を入れ、直径1mmのガラスビーズをメディア粒子として用いたサンドミルにて分散して作製した塗工液(表4の樹脂組成物V4)を、付着量1.2g/m2となるように、スプレー法にて塗布した。続いて熱風乾燥炉中150℃、30分間加熱して乾燥して、現像剤担持体B4’を作製した。この現像剤担持体B4’の表面粗さRaは1.39μmであった。
以下、実施例2と同様に担持粒子R2を現像剤担持体B4’の樹脂層上に塗布して、現像剤担持体B4を作製した。この現像剤担持体B4の樹脂層の硬さはFであった。作成した現像剤担持体B4について、実施例2と同様の評価を行った。現像剤担持体B5の構成および現像剤を表11に、評価結果を表12〜14に示す。
比較例4
担持粒子を帯電極性が負である酸化チタン粒子(一次平均粒径3.1μm)(表5の粒子R4)とする他は実施例2と同様にして、現像剤担持体B5を作製した。作製した現像剤担持体B5ついて、実施例2と同様の評価を行った。現像剤担持体B5の構成および現像剤を表11に、評価結果を表12〜14に示す。
担持粒子を帯電極性が負である酸化チタン粒子(一次平均粒径3.1μm)(表5の粒子R4)とする他は実施例2と同様にして、現像剤担持体B5を作製した。作製した現像剤担持体B5ついて、実施例2と同様の評価を行った。現像剤担持体B5の構成および現像剤を表11に、評価結果を表12〜14に示す。
比較例5
実施例2で作製した現像剤担持体B7の導電性被覆層上に、帯電極性が負であるポリエステル樹脂(表4の樹脂組成物V5)を固形分30%となるようにトルエンに溶解し、付着量1.3g/m2となるように、スプレー法にて塗布した。続いて熱風乾燥炉中150℃、30分間加熱して乾燥して、現像剤担持体B6’を作製した。この現像剤担持体B6’の表面粗さRaは1.33μmであった。
実施例2で作製した現像剤担持体B7の導電性被覆層上に、帯電極性が負であるポリエステル樹脂(表4の樹脂組成物V5)を固形分30%となるようにトルエンに溶解し、付着量1.3g/m2となるように、スプレー法にて塗布した。続いて熱風乾燥炉中150℃、30分間加熱して乾燥して、現像剤担持体B6’を作製した。この現像剤担持体B6’の表面粗さRaは1.33μmであった。
以下、実施例2と同様に担持粒子R2を現像剤担持体B6’に塗布して、現像剤担持体B6を作製した。この現像剤担持体B6の樹脂層の硬さはHBであった。作製した現像剤担持体B6について、実施例2と同様の評価を行った。現像剤担持体B6の構成及び現像剤を表11に、評価結果を表12〜14に示す。
比較例6
実施例2で作製した現像剤担持体B7をそのままプロセスカートリッジに装着し、実施例2と同様の評価を行った。現像剤担持体B7の構成および現像剤を表11に、評価結果を表12〜14に、それぞれ示す。
実施例2で作製した現像剤担持体B7をそのままプロセスカートリッジに装着し、実施例2と同様の評価を行った。現像剤担持体B7の構成および現像剤を表11に、評価結果を表12〜14に、それぞれ示す。
球形化処理がなされたトナー粒子は、粉砕しただけのトナー粒子に比べ表面が平滑化されており、また磁性体を内包化しやすいことが観察されることから、現像剤の転写性が向上し、その効果によって現像剤の消費量を抑制することが可能である。
しかしながら、現像剤の帯電量が高くなり過ぎてチャージアップを生じる場合があり、それ故に現像剤の電荷が局所的に高くなり、その帯電性分布が不均一になる場合もある。これに伴って濃度ムラ等の画像不良が起こりやすい。
実施例2〜5ではこの短所を補うため、現像剤への摩擦帯電付与をある程度抑制する目的で、現像剤担持体として、フェノール樹脂に第4級アンモニウム塩化合物を混合した塗工液を塗布して熱硬化させてなる導電性被覆層を有するものを用いた。
この第4級アンモニウム塩化合物を混合した効果により耐久試験によるチャージアップ現象などの不具合に対処可能である。しかしながら、この系においても初期の摩擦帯電が不安定であり、その結果、比較例4〜6に見られるような画出し初期のゴースト及び画像ムラが発生してしまう。
例えば、現像剤担持体B6(比較例5)においては、導電性被覆層上に設けた樹脂層が負帯電性であり、その上に塗布した担持粒子が正帯電性であると、これらの帯電極性が異なるために、担持粒子が過剰に摩擦帯電し、特にL/L環境においてチャージアップ現象が生じ、その結果、画像濃度低下および画像ムラ、スリーブゴースト、ブロッチの発生が見られた。逆に、現像剤担持体B5(比較例4)においては、樹脂層が正帯電性で担持粒子が負帯電性であるため、現像剤への摩擦帯電の付与力が弱まり、L/L環境では画像ムラが発生し、H/H環境では初期濃度薄及びスリーブゴーストが顕著であった。また、現像剤担持体B7(比較例6)においても、画出し初期の摩擦帯電が不安定なためかL/L環境及びH/H環境にて画像ムラ及びスリーブゴーストが発生した。
これに較べ、現像剤担持体B1〜B4(実施例2〜5)のように、樹脂層と担持粒子の帯電極性が同極性であることから、画出し初期において現像剤への負帯電性付与を適切に行うことが可能となっている。特に、現像剤担持体B4(実施例5)は樹脂層が導電性を有しているため、担持粒子へ適度に帯電付与を行うことができ良好な結果が得られた。
実施例6
レゾール型フェノール樹脂(アンモニアを触媒として製造したMw=1700のもの、50%メタノール溶液)460質量部をメタノールで希釈し、その中に結晶性グラファイト(体積平均粒径5.4μm)80質量部及び導電性カーボンブラック20質量部を加え、直径1mmのガラスビーズをメディア粒子として用いたサンドミルにて分散している中へ、球状粒子P−1(製造例6にて作製)20質量部及び下記式(B)で表される第4級アンモニウム塩化合物10質量部をメタノールに分散して加え、更にサンドミル分散を行って塗工液を得た。なお、追加したメタノールは250質量部であった。
レゾール型フェノール樹脂(アンモニアを触媒として製造したMw=1700のもの、50%メタノール溶液)460質量部をメタノールで希釈し、その中に結晶性グラファイト(体積平均粒径5.4μm)80質量部及び導電性カーボンブラック20質量部を加え、直径1mmのガラスビーズをメディア粒子として用いたサンドミルにて分散している中へ、球状粒子P−1(製造例6にて作製)20質量部及び下記式(B)で表される第4級アンモニウム塩化合物10質量部をメタノールに分散して加え、更にサンドミル分散を行って塗工液を得た。なお、追加したメタノールは250質量部であった。
上記塗工液を、外径20mmφのアルミニウム製円筒管上に、コート幅を長手方向に220mmとなるようにスプレー法を用いて塗工した後熱風乾燥炉中160℃、20分間加熱して、導電性被覆層を有する現像剤担持体C4を作製した。この時の導電性被覆層の乾燥後の付着重量は1.45×10-4kgであった。また、現像剤担持体C4の表面粗さRaは1.04μmであった。
次に、第4級アンモニウム基含有ビニルとメチルメタクリレートとの共重合体(表4の樹脂組成物V6)を固形分40%となるように酢酸エチルに溶解し、現像剤担持体C4の導電性被覆層上に、付着量1.4g/m2となるように、スプレー法にて塗布し、続いて熱風乾燥炉中150℃、30分間加熱して乾燥して、現像剤担持体C1’を作製した。この現像剤担持体C1’の表面粗さRaは1.01μmであった。
更に、担持粒子としてアミノシランカップリング剤で表面処理したシリコーン樹脂粒子(一次平均粒径7.1μm)(表5の粒子R5)を、実施例1と同様の方法で現像剤担持体C1’の表面に塗布し、現像剤担持体C1を作製した。この現像剤担持体C1の樹脂層の硬さはBであった。
現像剤担持体C1にマグネットおよびフランジを取り付け、プリンターLaserJet4200(ヒューレットパッカード社製)用のプロセスカートリッジ装着し、次いでこのプロセスカートリッジのホッパーに製造例3で製造した現像剤T3を充填し、プリンターLaserJet4200に組み込んだ後、画出しを行い、実施例1と同様の評価を10枚、100枚、500枚、1000枚、3000枚及び12000枚画出し時に行った。作製した現像剤担持体C1の構成及び現像剤を表15に、評価結果を表16〜18に示す。
比較例7
実施例6で作製した現像剤担持体C4の導電性被覆層上に形成する樹脂層の材料としてビスフェノールA型エポキシ樹脂(表4の樹脂組成物V7)を使用し、これを固形分30%となるようにトルエンに溶解し、現像剤担持体C4の導電性被覆層上に、付着量1.3g/m2となるように、スプレー法にて塗布し、続いて熱風乾燥炉中150℃、30分間加熱して硬化させて、現像剤担持体C3’を作製した。この現像剤担持体C3’の表面粗さRaは1.05μmであった。
実施例6で作製した現像剤担持体C4の導電性被覆層上に形成する樹脂層の材料としてビスフェノールA型エポキシ樹脂(表4の樹脂組成物V7)を使用し、これを固形分30%となるようにトルエンに溶解し、現像剤担持体C4の導電性被覆層上に、付着量1.3g/m2となるように、スプレー法にて塗布し、続いて熱風乾燥炉中150℃、30分間加熱して硬化させて、現像剤担持体C3’を作製した。この現像剤担持体C3’の表面粗さRaは1.05μmであった。
次に、実施例6と同様に担持粒子R5を現像剤担持体C3’の樹脂層上に塗布して、現像剤担持体C3を作製した。この現像剤担持体C3の被覆層の硬さは3Hであった。作製した現像剤担持体C3について、実施例6と同様の評価を行った。現像剤担持体C3の構成及び現像剤を表15に、評価結果を表16〜18に示す。
比較例8
実施例6で作製した現像剤担持体C4をそのままプロセスカートリッジに装着し、実施例6と同様の評価を行った。現像剤担持体C4の構成および現像剤を表15に、評価結果を表16〜18に示す。
実施例6で作製した現像剤担持体C4をそのままプロセスカートリッジに装着し、実施例6と同様の評価を行った。現像剤担持体C4の構成および現像剤を表15に、評価結果を表16〜18に示す。
実施例7
#150の球状ガラスビーズにて表面ブラスト処理した外径20mmφのアルミニウム製円筒管(表面粗さRa=1.15μm)に、洗浄後、まず、ジンケート処理を行って亜鉛を付着させ、次いで亜鉛付着円筒管をモリブデン酸溶液中に浸漬し、膜厚6μmのモリブデンメッキ層を形成し、現像剤担持体C5を作製した。この現像剤担持体C5の表面粗さRaは1.10μmであった。なお、ジンケート処理には市販のジンケート処理剤(日本カニゼン(株)製、商品名;シューマK−102)を用いた。
#150の球状ガラスビーズにて表面ブラスト処理した外径20mmφのアルミニウム製円筒管(表面粗さRa=1.15μm)に、洗浄後、まず、ジンケート処理を行って亜鉛を付着させ、次いで亜鉛付着円筒管をモリブデン酸溶液中に浸漬し、膜厚6μmのモリブデンメッキ層を形成し、現像剤担持体C5を作製した。この現像剤担持体C5の表面粗さRaは1.10μmであった。なお、ジンケート処理には市販のジンケート処理剤(日本カニゼン(株)製、商品名;シューマK−102)を用いた。
この現像剤担持体C5のモリブデンメッキ層上に、実施例6と同様に樹脂組成物V6を塗工し、その後担持粒子R5を担持させて、現像剤担持体C2を作製した。この現像剤担持体C2の樹脂層の硬さはBであった。作製した現像剤担持体C2について、実施例6と同様の評価を行った。現像剤担持体C2の構成および現像剤を表15に、評価結果を表16〜18に示す。
比較例9
実施例7で作製した現像剤担持体C5をそのままプロセスカートリッジに装着し、実施例6と同様の評価を行った。現像剤担持体C5の構成および現像剤を表15に、評価結果を表16〜18に示す。
実施例7で作製した現像剤担持体C5をそのままプロセスカートリッジに装着し、実施例6と同様の評価を行った。現像剤担持体C5の構成および現像剤を表15に、評価結果を表16〜18に示す。
機械式粉砕装置を用いて製造された現像剤(トナー)粒子は、球形化処理が施されたもの程ではないが、気流式粉砕装置を用いて製造されたものに比べると、やや球形化処理を施したものに近い状態となるため、チャージアップを発生しやすい。
実施例6、比較例7及び8においても導電性被覆層をフェノール樹脂に第4級アンモニウム塩化合物を混合して形成したものを用いた。しかし、この系において、耐久試験によるチャージアップ現象などの不具合には対処可能であるが、画出し初期の摩擦帯電が不安定になりやすい。その結果、現像剤担持体C4(比較例8)では画出し初期にゴースト及び画像ムラが発生してしまう。これに対し、現像剤担持体C1(実施例6)においては、そのような画出し初期における不具合は発生しなかった。また、現像剤担持体C3(比較例7)に関しては、樹脂層V7が高硬度であるため、画出しが進んでも樹脂層が現像剤担持体表面から消失しないので、樹脂層が残存している間は現像剤の摩擦帯電が徐々に増加する傾向にあり、特に環境L/Lでは3000枚付近でチャージアップのためにブロッチが発生した。
導電性被覆層がモリブデンメッキ層である現像剤担持体C5は、現像剤の摩擦帯電性を調整し、チャージアップの発生を抑制することが可能であるが、特に環境H/Hでは画出し初期の摩擦帯電性が不十分である(比較例9)。実施例7(現像剤担持体C2)では、担持粒子R5の環境H/Hにおいても摩擦帯電性が良好であることから、画出し初期における画像性能低下を補うことが可能であった。
実施例8
レゾール型フェノール樹脂(アンモニアを触媒として製造したMw=1700のもの、50%メタノール溶液)500質量部をIPAで希釈し、その中に結晶性グラファイト(体積平均粒径5.4μm)80質量部及び導電性カーボンブラック20質量部を加え、直径1mmのガラスビーズをメディア粒子として用いたサンドミルにて分散している中へ、導電性球状粒子P−1(製造例6にて作製)10質量部をIPAに分散して加え、更にサンドミル分散を行って塗工液を得た。なお、使用したIPAは250質量部であった。
レゾール型フェノール樹脂(アンモニアを触媒として製造したMw=1700のもの、50%メタノール溶液)500質量部をIPAで希釈し、その中に結晶性グラファイト(体積平均粒径5.4μm)80質量部及び導電性カーボンブラック20質量部を加え、直径1mmのガラスビーズをメディア粒子として用いたサンドミルにて分散している中へ、導電性球状粒子P−1(製造例6にて作製)10質量部をIPAに分散して加え、更にサンドミル分散を行って塗工液を得た。なお、使用したIPAは250質量部であった。
上記塗工液を、外径24.5mmφのアルミニウム製円筒管上に、コート幅を長手方向に310mmとなるようにスプレー法を用いて塗工し、続いて熱風乾燥炉中160℃、20分間加熱硬化して導電性被覆層を有する現像剤担持体D3を作製した。この時の導電性被覆層の乾燥後の付着重量は2.61×10-4kgであった。また、現像剤担持体D3の表面粗さRaは0.69μmであった。
次に、イミダゾリウム塩類を構成単位とする重合体(表4の樹脂組成物V8)を固形分25%となるようにクロロベンゼンと酢酸エチル混合溶剤に溶解し、現像剤担持体D3の導電性被覆層上に、付着量1.2g/m2となるように、スプレー法にて塗布し、続いて熱風乾燥炉中150℃、30分間加熱して乾燥して、現像剤担持体D1’を作製した。この現像剤担持体D1’の表面粗さRaは0.67μmであった。
更に、担持粒子R1を実施例1と同様の方法にて現像剤担持体D1’の樹脂層上に塗布して、現像剤担持体D1を作製した。この現像剤担持体D1の樹脂層の硬さはBであった。
現像剤担持体D1にマグネットおよびフランジを取り付け、デジタル複写機IR−6000(キヤノン(株)製)用の現像装置に装着し、この現像装置のホッパーに製造例4で製造した現像剤T4を充填した後、画出しを行い、実施例1と同様の評価を10枚、100枚、1000枚、3000枚及び30000枚画出し時に行った。現像剤担持体D1の構成および現像剤を表19に、評価結果を表20〜22に示す。
比較例10
実施例8で作製した現像剤担持体D3をそのまま現像装置に装着し、実施例8と同様の評価を行った。現像剤担持体D3の構成および現像剤を表19に、評価結果を表20〜22に示す。
実施例8で作製した現像剤担持体D3をそのまま現像装置に装着し、実施例8と同様の評価を行った。現像剤担持体D3の構成および現像剤を表19に、評価結果を表20〜22に示す。
実施例9
#200の球状ガラスビーズを用いてブラスト処理した外径24.5mmφのアルミニウム製円筒管(表面粗さRa=0.72μm)を洗浄した後ジンケート処理を行って亜鉛を付着させ、次いで円筒管をNi−P溶液中に浸漬し、膜厚6μmの無電解Ni−Pメッキ層(メッキ層中のP濃度10.3質量%)を形成して、現像剤担持体D4を製造した。この現像剤担持体D4の表面粗さRaは0.64μmであった。なお、ジンケート処理には市販のジンケート処理剤(日本カニゼン(株)製、商品名;シューマK−102)を用い、無電解Ni−Pメッキ層の形成には市販のメッキ液(日本カニゼン(株)製、商品名;S−754)を用いた。
#200の球状ガラスビーズを用いてブラスト処理した外径24.5mmφのアルミニウム製円筒管(表面粗さRa=0.72μm)を洗浄した後ジンケート処理を行って亜鉛を付着させ、次いで円筒管をNi−P溶液中に浸漬し、膜厚6μmの無電解Ni−Pメッキ層(メッキ層中のP濃度10.3質量%)を形成して、現像剤担持体D4を製造した。この現像剤担持体D4の表面粗さRaは0.64μmであった。なお、ジンケート処理には市販のジンケート処理剤(日本カニゼン(株)製、商品名;シューマK−102)を用い、無電解Ni−Pメッキ層の形成には市販のメッキ液(日本カニゼン(株)製、商品名;S−754)を用いた。
この現像剤担持体D4のNi−Pメッキ層上に、実施例8と同様に樹脂組成物V8の樹脂層を形成し、その後担持粒子R5を担持させて、現像剤担持体D2を作製した。この現像剤担持体D2の被覆層の硬さはBであった。以下、実施例8と同様の評価を行った。現像剤担持体D2の構成および現像剤を表19に、評価結果を表20〜22に示す。
比較例11
実施例9で作製した現像剤担持体D4をそのまま現像装置に装着し、実施例9と同様の評価を行った。現像剤担持体D4の構成および現像剤を表19に、評価結果を表20〜22に示す。
実施例9で作製した現像剤担持体D4をそのまま現像装置に装着し、実施例9と同様の評価を行った。現像剤担持体D4の構成および現像剤を表19に、評価結果を表20〜22に示す。
ここで評価のために用いたIR−6000用の現像装置は、図6に示す、磁性規制ブレードを備えた現像装置であり、この磁性規制ブレードは現像剤担持体に対して一定間隔で離間して設けられている。このような現像装置においても画出しの初期にチャージアップに起因する画像不良が発生する場合がある。現像剤担持体D3(比較例10)では、初期若干のブロッチの発生が見られた。また、導電性被覆層をNi−Pメッキ層とする現像剤担持体(D4)は、耐久性に優れる反面、画出しの初期におけるチャージアップが発生しやすい。現像剤担持体D4(比較例11)においては環境L/Lで画出し初期におけるブロッチの発生が顕著であり、画像濃度低下も発生した。これに対し、同極性の樹脂層と担持粒子を用いた現像剤担持体D1(実施例8)及びD2(実施例9)では初期の画像に不具合は見られなかった。
実施例10
レゾール型フェノール樹脂(アンモニアを触媒として製造されたMw=1700のもの、50%メタノール溶液)500質量部をメタノールで希釈し、その中に結晶性グラファイト(体積平均粒径5.8μm)80質量部及び導電性カーボンブラック20質量部を加え、直径1mmのガラスビーズをメディア粒子として用いたサンドミルにて分散している中に、球状粒子P−1(製造例6で製造)70質量部及び上記式(A)で表される第4級アンモニウム塩化合物70質量部をメタノールに分散したものを加え、更にサンドミル分散を行って塗工液を調製した。なお、追加したメタノールは250質量部であった。
レゾール型フェノール樹脂(アンモニアを触媒として製造されたMw=1700のもの、50%メタノール溶液)500質量部をメタノールで希釈し、その中に結晶性グラファイト(体積平均粒径5.8μm)80質量部及び導電性カーボンブラック20質量部を加え、直径1mmのガラスビーズをメディア粒子として用いたサンドミルにて分散している中に、球状粒子P−1(製造例6で製造)70質量部及び上記式(A)で表される第4級アンモニウム塩化合物70質量部をメタノールに分散したものを加え、更にサンドミル分散を行って塗工液を調製した。なお、追加したメタノールは250質量部であった。
この塗工液を、外径32mmφのアルミニウム製円筒管上に、コート幅を長手方向に220mmとなるようにスプレー法にて塗工し、続いて熱風乾燥炉中160℃、20分間加熱硬化して導電性被覆層を有する現像剤担持体E2を作製した。この時の導電性被覆層の乾燥後の付着重量は3.96×10-4kgであった。また、現像剤担持体E2の表面粗さRaは0.69μmであった。
次に、製造例8にて製造したスルホン酸含有共重合体(表4の樹脂組成物V9)を固形分30%となるようトルエンに溶解し、上記で作製した現像剤担持体E2の導電性被覆層上に、付着量1.1g/m2となるようにスプレー法にて塗布し、続いて熱風乾燥炉中150℃、30分間加熱乾燥して、現像剤担持体E1’を作製した。この現像剤担持体E1’の表面粗さRaは0.66μmであった。
更に、担持粒子としてポリフッ化ビニリデン樹脂粒子(一次平均粒径5.3μm)(表5の粒子R6)を、実施例1と同様の方法にて現像剤担持体E1’の表面に塗布し、現像剤担持体E1を作製した。この現像剤担持体E1の樹脂層の硬さはBであった。
現像剤担持体E1にマグネットおよびフランジを取り付け、デジタル複写機GP−605(キヤノン(株)製)用の現像装置に装着し、この現像装置のホッパーに製造例5で製造した現像剤T5を充填した後、画出しを行い、実施例1と同様の評価を10枚、100枚、1000枚、3000枚及び30000枚画出し時に行った。現像剤担持体E1の構成および現像剤を表23に、評価結果を表24に示す。
比較例12
実施例10で作製した現像剤担持体E2をそのまま現像装置に装着し、実施例10と同様の評価を行った。現像剤担持体E2の構成および現像剤を表23に、評価結果を表24に示す。
実施例10で作製した現像剤担持体E2をそのまま現像装置に装着し、実施例10と同様の評価を行った。現像剤担持体E2の構成および現像剤を表23に、評価結果を表24に示す。
正帯電性の現像剤は、通常、現像剤の材料の中に正帯電し易い材料として正帯電性の荷電制御剤(荷電制御樹脂)、正帯電性の外添剤等しか用いていないことが多く、このため正帯電性の現像剤を使用する現像装置では、チャージアップを起因としたゴーストやブロッチ等は発生し難い。このため、実施例10および比較例12では、正帯電性の現像剤の摩擦帯電量を高くする目的で、フェノール樹脂に第4級アンモニウム塩化合物を添加した導電性被覆層とし、そのフェノール樹脂の作用によって自身が負帯電性を持つような構成とした現像剤担持体とした。このような導電性被覆層を有する現像剤担持体は、未使用の状態においては、一部では導電性の結晶性グラファイトが表面に存在するものの、一部では結着樹脂に結晶性グラファイトが覆われている。よって、第4級アンモニウム塩を樹脂被覆層に添加することにより正帯電性現像剤の摩擦帯電量を上げようと試みても、現像剤担持体の導電性が不十分であると現像剤に充分な正電荷を保持させることができない場合がある。
現像剤担持体E2(比較例12)では、画出し初期では画像濃度の立ち上がりが遅いため、ハーフトーンやベタ黒画像にスジが発生し、加えてゴーストの発生も見られた。これは、正帯電性現像剤の摩擦帯電量が不十分であるためである。一方、現像剤担持体E1(実施例10)のように、いずれも負帯電性である被覆粒子R6と樹脂組成物V9を現像剤担持体表面に塗布することで、画出し初期においても担持粒子R6を介した現像剤へ適切な正帯電性付与が行われ、上記のような現象が抑えることができた。通常、樹脂製の導電性被覆層では耐久使用によって表面の樹脂が磨耗し、結晶性グラファイトの現像剤担持体表面における存在確率が多くなり、導電性が確保され、十分な画像性能が得られるようになる。
1 静電潜像担持体(感光ドラム)
2 現像剤層厚規制部材(磁性ブレード)
3 容器(ホッパー)
4 現像剤磁性トナー
5 多極性磁石(マグネットローラ)
6 基体(金属製円筒管)
7 導電性被覆層
8 現像剤担持体(現像スリーブ)
9 電源
10 攪拌翼
11 現像剤層厚規制部剤(弾性ブレード)
26 スポンジローラ
26a スポンジ層
26b スポンジローラ軸
27 現像剤担持体(現像スリーブ)
28 塗布容器
29 塗布(担持)粒子
30 ケーシング
31 分級ローター
32 微粉回収口
33 原料供給口
34 ライナー
35 冷風導入口
36 分散ローター
37 製品排出口
38 排出弁
39 ガイドリング
40 角型ディスク
41 第一の空間
42 第二の空間
81 鉄粉キヤリア
82 滴下器
83 サンプル板
84 受容器
85 電位計
86 コンデンサー
91 吸引機
92 測定容器
93 メッシュスクリーン
94 金属製フタ
95 真空計
96 風量調節弁
97 吸引口
98 コンデンサー
99 電位計
100 回転台
101 ブラストノズル
102 ノズルホルダー
103 ガス流路
104 ブラスト材流路
105 ネジ
106 ブラスト材
107 マスキング冶具
108 現像剤担持体(現像スリーブ)
109 ボールネジ
110 固定台
300 現像スリーブ
301 現像剤層厚規制部剤
302 基体
303 マグネットローラ
304 導電性被覆層
306 凹凸付与粒子
307 潤滑性粒子
308 導電剤
309 結着樹脂
310 担持粒子
311 現像剤(トナー)
312 樹脂層
2 現像剤層厚規制部材(磁性ブレード)
3 容器(ホッパー)
4 現像剤磁性トナー
5 多極性磁石(マグネットローラ)
6 基体(金属製円筒管)
7 導電性被覆層
8 現像剤担持体(現像スリーブ)
9 電源
10 攪拌翼
11 現像剤層厚規制部剤(弾性ブレード)
26 スポンジローラ
26a スポンジ層
26b スポンジローラ軸
27 現像剤担持体(現像スリーブ)
28 塗布容器
29 塗布(担持)粒子
30 ケーシング
31 分級ローター
32 微粉回収口
33 原料供給口
34 ライナー
35 冷風導入口
36 分散ローター
37 製品排出口
38 排出弁
39 ガイドリング
40 角型ディスク
41 第一の空間
42 第二の空間
81 鉄粉キヤリア
82 滴下器
83 サンプル板
84 受容器
85 電位計
86 コンデンサー
91 吸引機
92 測定容器
93 メッシュスクリーン
94 金属製フタ
95 真空計
96 風量調節弁
97 吸引口
98 コンデンサー
99 電位計
100 回転台
101 ブラストノズル
102 ノズルホルダー
103 ガス流路
104 ブラスト材流路
105 ネジ
106 ブラスト材
107 マスキング冶具
108 現像剤担持体(現像スリーブ)
109 ボールネジ
110 固定台
300 現像スリーブ
301 現像剤層厚規制部剤
302 基体
303 マグネットローラ
304 導電性被覆層
306 凹凸付与粒子
307 潤滑性粒子
308 導電剤
309 結着樹脂
310 担持粒子
311 現像剤(トナー)
312 樹脂層
Claims (8)
- 基体上に少なくとも導電性被覆層が設けられた現像剤担持体であって、該導電性被覆層の上に更に使用により摩耗する樹脂層が一部又は全面に形成されている現像剤担持体。
- 樹脂層の硬さ(鉛筆硬度)がH以下である請求項1に記載の現像剤担持体。
- 樹脂層が導電性である請求項1又は2に記載の現像剤担持体。
- 更に、樹脂層が、鉄粉末に対する帯電極性が該樹脂層と同じである微粒子で被覆されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の現像剤担持体。
- 画像情報を静電画像担持体上に静電潜像として形成し、形成された静電潜像に現像剤担持体により磁性一成分現像剤を供給し、該静電潜像を現像剤像として顕像化し、次いで該現像剤像を記録材上に転写し、現像剤を溶融固化して画像を記録材上に固定する画像形成方法であって、
現像剤担持体が円筒状基体上に導電性被覆層が設けられ、更に導電性被覆層上に使用により摩耗する樹脂層が一部又は全面に形成されたものであり、
そして、少なくとも、現像剤担持体表面又は現像剤層厚規制部材の該現像剤担持体との当接面に、鉄粉末に対する帯電極性が樹脂層と同じである微粒子が担持されている
ことを特徴とする画像形成方法。 - 樹脂層の硬さ(鉛筆硬度)がH以下である請求項5に記載の画像形成方法。
- 樹脂層が導電性である請求項5又は6に記載の画像形成方法。
- 鉄粉末に対する帯電極性が現像剤担持体表面の樹脂層と同じである微粒子が現像剤担持体表面に担持されている請求項5〜7のいずれか1項に記載の画像形成方法。
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|---|---|---|---|---|
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2005
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