JP4855309B2 - 画像形成装置 - Google Patents
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Description
帯電手段(1)としては、DC、または、DCにACを重畳した、近接帯電方式、接触帯電方式、また、コロナ帯電方式が挙げられる。コロナ帯電方式としては、コロトロン帯電器、スコロトロン帯電器などがある。
従来では、像担持体に帯電を施す帯電手段としては、コロナ放電を利用したコロトロン帯電器、また、スコロトロン帯電器などが主流であった。しかしながら、このコロナ放電を用いた帯電手段は、オゾンが多量に発生してしまったり、また、コロナ放電によって生成されたNOxなどが像担持体に付着し、経時で像流れといった不具合を起こすという問題点があった。またコロナ放電を行わせるために5〜10kVという高電圧を印加する高電圧電源が必要であるので画像形成装置の低コスト化を図ることが難しかった。
そこで近年、画像形成装置に採用することができる帯電手段として、コロナ放電を利用しない、帯電手段を像担持体に接触させる接触型の帯電手段や、帯電手段を像担持体に近接させる近接型の帯電手段が多く提案されている。この接触型・近接型の帯電手段では、上記コロナ放電を用いた帯電手段の場合に挙げた問題点の多くが解消される一方、像担持体の摩耗量が増大し、寿命を短くしてしまうという問題も発生している。また、印加電圧に交流を用いた場合は騒音の発生も問題になっている。加えて、前記帯電手段がトナーや紙紛を像担持体に擦りつけるので、像担持体表面の汚染を助長し、また、帯電手段表面の汚れによる問題も発生している。そこで、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を帯電部材に印加して感光体を帯電させるAC電圧重畳の帯電方式が注目されている。
露光手段(2)としては、LD、LEDランプ、キセノンランプによる露光方法が挙げられる。
現像手段としては、一成分現像手段や、トナーとキャリアを混合して現像に用いる二成分現像手段による現像方法が挙げられる。
現像剤としては、トナー及びキャリアからなる2成分現像剤と、磁性あるいは非磁性トナーのみの1成分現像剤とがある。これらのトナーの製造は樹脂、顔料、帯電制御剤、離型剤を溶融混練し、冷却した後に粉砕、分級する混練粉砕法が一般的であるが、粒径、形状が揃わず、これらを制御するのは困難である。
このような状況下で、近年トナー粒子の粒径を意図的に制御し、前述の問題を解消しようとする試みがあり、水系での造粒として乳化重合法や溶解懸濁法といった重合トナー工法が盛んになった。
また近年、高画質化への要求が高まり、特にカラー画像形成において高精細な画像を実現するため、トナーの小径化かつ粒径均一化の要求も高まっている。粒径分布の広いトナーを用いて画像形成を行うと、微粉トナーが現像スリーブ、接触・近接帯電手段、クリーニングブレード、像担持体(感光体)、キャリアなどを汚染したり、トナー飛散したりするという問題が大きくなり、高画質および高信頼性を同時に果たすことが困難であった。
一方、粒径が揃い、粒径分布がシャープになると個々のトナー粒子の現像挙動が揃って、微小ドット再現性が大きく向上する。しかしながら、小粒径かつ粒子径の揃ったトナーはクリーニング性に関して、問題が生じる。特に、ブレードクリーニングでは均一かつ小粒径なトナーを安定的にクリーニングすることは不可能である。そこで、トナーの工夫により、クリーニング性を改善する方法が様々な形で提案されている。その中の一つとして、トナーを球形から異形させ、対応する方法がある。トナー形状を異形化することで、トナーの粉体流動性を低下させ、ブレードクリーニングによって堰き止めやすくするものである。ただし、トナーの異形度合いを大きくしすぎると、現像の際などにトナーの挙動が不安定となり、微小ドット再現性が悪化することになる。このように、トナーの転写品質、転写効率、クリーニング性などの特性はトナー形状に影響されることから、前記特性を備えたトナーを得るためには、トナー形状分布の最適設計が要求される。
転写手段(4)としては、転写ベルト、転写チャージャ、転写ローラによる転写方法が挙げられる。
クリーニング手段(7)としては、ポリウレタンゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴム、クロロプレンゴム等から成る、ブレード形状のクリーニングブレード、または、ファーブラシ、弾性ローラ、チューブ被覆ローラ、不織布などが挙げられる。
従来においては、電子写真方式における画像形成装置のクリーニング方法は、ブレードによるクリーニング方式が主であり、ブレードのみのクリーニング手段を有する画像形成装置が多数存在した。また、高速機においては、部分的に多量のトナーが付着した状態を避けるため、クリーニング補助手段を設けたものも存在する。このとき、クリーニング手段としてクリーニングブレードを用いた場合には、像担持体に対してトレーリング、またはカウンタで当接するようになっている。
クリーニング手段のみでは、像担持体上のトナーのクリーニングが不十分な場合、像担持体回転方向下流側でクリーニング手段の上流側に、クリーニング補助手段を搭載し、クリーニング性を向上させる手段がとられてきた。クリーニング補助手段としては、ファーブラシ、弾性ローラ、チューブ被覆ローラ、不織布などが挙げられる。
従来のクリーニング補助手段はクリーニング手段の上流側に設置され、上記のものが使用されてきた。これは、クリーニング手段に入力されるトナーを機械的にかき乱し、クリーニング手段でのクリーニング性を向上することを狙いとしている。この時クリーニング補助手段に電圧を印加し、トナーの極性を制御してクリーニング性を向上させている画像形成装置も発売されている。
水系造粒トナーの製造について、特許文献1等には懸濁重合法や乳化重合法などによって湿式中で球形トナーを製造する技術が、また特許文献2、特許文献3等には粉砕トナーを熱処理することによって球形化する技術が提案されており、このようなトナー製造方法によると、トナーの小粒径化も容易である。
像担持体の高寿命化、高画質化の為に、像担持体上に潤滑剤を塗布することが行われている。潤滑剤を塗布する目的としては、次の課題がある。(i)トナーフィルミング(融着)の発生を防止する。(ii)低摩擦係数化によって、転写効率の向上、及び、クリーニング不良の防止があげられる。これらの課題に対しては、例えば特許文献4、特許文献5、特許文献6、特許文献7などに記載される技術が知られており、潤滑剤(5)を像担持体(8)上に塗布することによって解決している。これらの例では、いずれの場合も像担持体(8)上に潤滑剤(5)を塗布し、低摩擦係数化することによって課題を解決している。
潤滑剤を像担持体に塗布する他の方法としては、潤滑剤をトナーに外添し、トナー供給とともに潤滑剤を像担持体に塗布する技術も知られているが、この方法では、トナーが供給されない領域(非画像領域)においては、潤滑剤は像担持体に塗布されることがなく、放電による像担持体磨耗、接触部材による像担持体磨耗を防ぐことができなかった。
また、クリーニング補助手段に固形潤滑剤を直接接触させ、潤滑剤を像担持体に塗布する方法も知られているが、この方法では、転写残トナーがある領域(画像領域)では、潤滑剤は像担持体に塗布されることがなく、放電による像担持体磨耗、接触部材による像担持体磨耗を防ぐことが出来なかった。
一方、一般的に、接触帯電方式及び近接帯電方式は、コロナ帯電方式と比較して、放電生成物の量が少なく、低電力で帯電を行うことができる。しかしながら、これら帯電方式は、感光体と帯電部材とが接触し、又は、感光体と帯電部材との距離が感光体とチャージワイヤとの距離よりも短くなるため、感光体に対するハザードは、コロナ帯電方式よりも大きいことが明らかになっている。特に、交流電圧を重畳した場合、放電が交流電圧の周波数に応じて繰り返されるためにハザードは大きくなり、その結果、感光体表面の化学的劣化が進行し、やがては、感光体表面に膜削れが発生する。感光体表面に潤滑剤が塗布されていた場合には、その潤滑剤の分子構造や表面エネルギー等が変化して潤滑性が失われ、潤滑剤は徐々に削られて最終的には消失する、等の問題も有している。
これら従来技術に鑑み、接触帯電方式又は近接帯電方式を採用する画像形成装置において、感光体表面に塗布する潤滑剤の量を、感光体表面の劣化を抑制できる量として、像担持体への潤滑剤(以降、潤滑物質ともいう)の塗布量として、特許文献10には、以下のように最適な塗布量が提示されている。
即ち、X線光電子分光分析装置(XPS)により検出される該被帯電体最表面を構成する物質の全元素の元素個数総和に対する、該XPSにより検出される該潤滑物質の特定元素の元素個数割合A[%]を、次の[数1]式以上とする。
[数1]
1.52×10−4×{Vpp−2×Vth}×f/v×Nα
(ここで、VppはAC電圧のピークツーピーク電圧値[単位:V]、fは帯電手段1に印加する交流成分の周波数[単位:Hz]、vは被帯電体表面の移動速度[単位:mm/sec]、Nαは潤滑物質を構成する元素のうち特定元素の1分子中における元素個数である。また、Vthは放電開始電圧であり、以下の[数2]式により求められる。)
[数2]
Vth=312+6.2×(d/εopc+Gp/εair)+√(7737.6×d/εopc)
(このとき、dは被帯電体の膜厚[単位:μm]、εopcは被帯電体の比誘電率、εairは被帯電体と帯電手段(1)の間の空間における比誘電率、Gpは帯電手段(1)表面と被帯電体表面との最近接距離[単位:μm]である。)
また、上記XPSにより検出される該被帯電体最表面を構成する物質の全元素の元素個数総和に対する、該XPSにより検出される該潤滑物質を構成する元素個数割合A[%]を、次の[数3]式以上とする。
[数3]
1.52×10−4×{Vpp−2×Vth}×f/v×Nβ
(ここで、Nβ:潤滑物質1分子を構成する元素個数総和から水素元素の元素個数を引いた値。)
つまり、近接または接触帯電方式を用いた画像形成装置では、潤滑剤を塗布することによって、像担持体表面の摩擦係数が平均的に大きくなり、さらに、その分布も大きくなる。そのため、クリーニング手段にクリーニングブレードを用いた場合、通常潤滑剤を塗布しない場合よりも、クリーニングブレードエッジの巻き込み量は大きくなり、劣化が促進される。
さらに像担持体表面の摩擦係数の分布が大きくなることにより、クリーニングブレードエッジのスティックスリップが大きくなり、さらに磨耗が促進される。
このため、上記のような、クリーニングブレードエッジ磨耗による画像不良が発生すると考えられる。また像流れの発生については、像担持体表面にある潤滑剤は、放電を受けて劣化することにより、その表面性(濡れ性)が大きくなる。そのため、像担持体表面に水分が吸着しやすくなり、像担持体表面の抵抗が低下、潜像書き込み後の電荷移動が発生し、像流れ現象が起きると考えられる。
以上の理由により、クリーニングブレードエッジ磨耗を低減し、像担持体磨耗も低減し、また、像流れ以上画像を発生することなく長期にわたり高画質を得るためには、常に劣化した潤滑剤を除去し続けることが必要となる。
したがって、像担持体表面に必要な潤滑剤を塗布した上で、劣化した潤滑剤を除去するため、トナーのBET比表面積を大きく必要があるが、本発明におけるトナーは水系で造粒されたトナーであっても、少なくとも結着樹脂と、着色剤と、層間のイオンの少なくとも一部を有機物イオンで変性した変性層状無機鉱物をトナー中に含有させることにより、トナーとしてもBET比表面積を大きくすることができる。
またさらに、無機微粒子をトナー母体に外添し、BET比表面積が2.5〜7.0(m2/g)となるようにトナーを製造することで、他システムにおける不具合のない範囲でトナーに必要な機能を付与しつつ、潤滑剤除去機能も併せ持たせることができる。
(1)像担持体と、近接または直接放電により像担持体表面を帯電させる帯電手段と、像担持体上に露光することによって潜像を書き込む露光手段と、像担持体上に書き込まれた潜像をトナーで現像させる現像手段と、現像されたトナーを中間転写体または印刷用紙に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、
前記像担持体への潤滑剤塗布量が、下記の数式1〜3に示される範囲にあり、
X線光電子分光分析装置(XPS)により検出される前記像担持体最表面を構成する物質の全元素の元素個数総和に対する、前記XPSにより検出される前記潤滑物質の特定元素の元素個数割合A(%)は、下記数1を満たし、
[数1]
A ≧ 1.52×10−4×{Vpp−2×Vth}×f/v×Nα
(ここで、VppはAC電圧のピークツーピーク電圧値[単位:V]、
fは帯電手段1に印加する交流成分の周波数[単位:Hz]、
vは被帯電体表面の移動速度[単位:mm/sec]、
Nαは潤滑物質を構成する元素のうち特定元素の1分子中における元素個数である。
また、Vthは放電開始電圧であり、以下の数2の式により求められる。)
[数2]
Vth=312+6.2×(d/εopc+Gp/εair)+√(7737.6×d/εopc)
(このとき、dは被帯電体の膜厚[単位:μm]、
εopcは被帯電体の比誘電率、
εairは被帯電体と帯電手段(1)の間の空間における比誘電率、
Gpは帯電手段(1)表面と被帯電体表面との最近接距離[単位:μm]である。)
また、前記XPSにより検出される前記像担持体最表面を構成する物質の全元素の元素個数総和に対する、前記XPSにより検出される前記潤滑物質を構成する元素個数割合B(%)は、下記数3を満たし、
[数3]
B ≧ 1.52×10−4×{Vpp−2×Vth}×f/v×Nβ
(ここで、Nβ:潤滑物質1分子を構成する元素個数総和から水素元素の元素個数を引いた値。)
(前記潤滑物質は脂肪酸金属塩であって前記特定元素が金属であり、かつ前記Nαが1、前記Nβが41である。前記帯電手段と前記像担持体との最近接距離を1〜100[μm]とする。)
前記現像手段で像担持体の現像に使用されるトナーは、水系で造粒されたトナーであって、少なくとも結着樹脂と、着色剤と、層間のイオンの少なくとも一部を有機物イオンで変性した変性層状無機鉱物とを含有し、かつ、BET比表面積が2.5〜7.0(m2/g)のトナーである、
ことを特徴とすることを特徴とする画像形成装置。
(2)前記変性層状無機鉱物は、金属カチオンの少なくとも一部を有機カチオンで変性したものであることを特徴とする前記(1)に記載の画像形成装置。
(3)前記トナーは、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲にあることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の画像形成装置。
(4)前記トナーは、2μm以下の粒子が1〜10個数%であることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の画像形成装置。
(5)前記トナーは、複数の無機微粒子を外添して作成されることを特徴とすることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の画像形成装置。
(6)前記無機微粒子は、少なくともシリカとチタンを含むことを特徴とする前記(5)に記載の画像形成装置。
(7)前記像担持体の回転方向にクリーニング手段、及び下流側に潤滑剤塗布手段を設けたことを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の画像形成装置。
(8)前記像担持体の回転方向にクリーニング手段、及び下流側に潤滑剤塗布手段を設け、さらに前記潤滑剤塗布手段の下流側かつ帯電手段上流側に潤滑剤ならし手段を設けたことを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の画像形成装置。
(9)前記像担持体が、フィラーを分散させた感光体であることを特徴とする前記(1)〜(8)のいずれかに記載の画像形成装置。
(10)前記像担持体が、充填材で補強された表面層を有する有機感光体、架橋型電荷輸送材料を使用した有機感光体、又は充填材で補強された表面層を有しかつ架橋型電荷輸送材料を使用した有機感光体であることを特徴とする前記(1)〜(8)のいずれかに記載の画像形成装置。
(11)前記像担持体が、アモルファスシリコン感光体であることを特徴とする前記(1)〜(8)のいずれかに記載の画像形成装置。
請求項2に記載の発明によれば、更に像担持体表面の潤滑剤を効率よく除去することができるので、常に高品質の画像が得られ、また像担持体の長期使用が可能となる。
請求項3に記載の発明によれば、請求項1に記載の画像形成装置において、用いられるトナーは、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲にあることで、現像器中において、微粉の蓄積による現像安定性低下、分布不均一による転写品質の低下、微粉増加によるクリーニング性低下、硬い微粉(小粒径トナー)増による像担持体の掘り起こしの増加や像担持体短寿命化が有効に阻止されて、画像形成装置の一連のプロセスとして不具合を起こすことなく高品質な印刷を行うことができる。
請求項4に記載の発明によれば、前記トナーにおける2μm以下の粒子が1〜10個数%であることにより、硬い微粉トナー増加による像担持体の掘り起こしの増加や像担持体短寿命化を防ぐことができる。
請求項5に記載の発明によれば、トナーに流動性、帯電特性などを付与できると同時に、トナー母体のBET比表面積を大きくすることができるため、劣化潤滑剤の除去を効率よく行うことができる。
請求項6に記載の発明によれば、トナーにシリカとチタンを併用して含有することにより、トナー流動性を向上させ、像担持体表面から離れやすくできる。これにより、クリーニングブレードエッジにかかる負荷を低減できるため、クリーニングブレードエッジの巻き込みを抑え、エッジ磨耗を低減することができる。
請求項7に記載の発明によれば、クリーニング後に潤滑剤を塗布する構成を持つことにより、トナーがクリーニングされた後に潤滑剤を像担持体表面に全面塗布することができる。これにより、像担持体表面の潤滑剤の表面性がより均一化できるため、クリーニングブレードエッジのスティックスリップを極力低減することができる。
請求項8に記載の発明によれば、一般には、潤滑剤塗布手段により塗布された潤滑剤は、像担持体表面では粒のまま存在してしまうことが多く、像担持体全表面を覆っているとは考えにくく、その分像担持体表面に摩擦係数分布が大きく生じてしまうが、潤滑剤塗布手段及び潤滑剤ならし手段を設けることにより、粒で像担持体表面に塗布された潤滑剤が像担持体表面に引き伸ばされ、全表面を覆うことにより、摩擦係数の分布を極力低減し、結果としてエッジ磨耗を低減することができる。
請求項9に記載の発明によれば、硬い表層を持つ像担持体を用いることにより、経時で現像器中に微粉が蓄積され、それらが現像され、プロセスに用いられた場合においても、像担持体を長期にわたり安定して使用することができる。
請求項10に記載の発明によれば、硬い表層を持つ像担持体を用いることにより、経時で現像器中に微粉が蓄積され、それらが現像され、プロセスに用いられた場合においても、像担持体を長期にわたり安定して使用することができる。
請求項11に記載の発明によれば、硬い表層を持つ像担持体を用いることにより、経時で現像器中に微粉が蓄積され、それらが現像され、プロセスに用いられた場合においても、像担持体を長期にわたり安定して使用することができる。
本発明は電子写真方式を用いた、図3、図4及び図5に描かれた画像形成装置に適用することができ、その画像形成装置は図1及び図2に基づいた既述のものと一部で重複しているため、その重複箇所の説明は省略する。
潤滑剤としては脂肪酸金属塩からなり、この脂肪酸金属塩は、ステアリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、オレイン酸の群から選択される1以上の脂肪酸を含有し、亜鉛、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、リチウムの群から選択される1以上の金属を含有し、粉体状の脂肪酸金属塩を固形化して形成されている。固形化する前の粉体としては、より微小の粉体であることが好適である。ステアリン酸亜鉛は代表的なラメラ結晶紛体であるが、このような物質を潤滑剤として使用することは好適である。ラメラ結晶は両親媒性分子が自己組織化した層状構造を有しており、剪断力が加わると層間に沿って結晶が割れて滑りやすい。この作用が低摩擦係数化に効果があり、剪断力を受けて均一に感光体2表面を覆っていくラメラ結晶の特性は、少量の潤滑剤7によって効果的に感光体2表面を覆うことができる。
脂肪酸金属塩は、直鎖状の炭化水素の構造を持つ為、層間のすべりが起こりやすく、良好な潤滑性を発揮する。また、このような直鎖状の脂肪酸金属塩の場合、金属を選択することにより、良好な耐候性を持つことできる。
即ち、前記像担持体(被帯電体)への潤滑剤塗布量が、下記の数式1〜3に示される範囲にあり、
X線光電子分光分析装置(XPS)により検出される該被帯電体最表面を構成する物質の全元素の元素個数総和に対する、該XPSにより検出される該潤滑物質の特定元素の元素個数割合A[%]は、
[数1]
A ≧ 1.52×10−4×{Vpp−2×Vth}×f/v×Nα
(ここで、VppはAC電圧のピークツーピーク電圧値[単位:V]、fは帯電手段(1)に印加する交流成分の周波数[単位:Hz]、vは被帯電体表面の移動速度[単位:mm/sec]、Nαは潤滑物質を構成する元素のうち特定元素の1分子中における元素個数である。また、Vthは放電開始電圧であり、以下の数2の式により求められる。)
[数2]
Vth=312+6.2×(d/εopc+Gp/εair)+√(7737.6×d/εopc)
(このとき、dは被帯電体の膜厚[単位:μm]、εopcは被帯電体の比誘電率、εairは被帯電体(8)と帯電手段(1)の間の空間における比誘電率、Gpは帯電手段(1)表面と被帯電体表面との最近接距離[単位:μm]である。)
また、前記XPSにより検出される前記像担持体最表面を構成する物質の全元素の元素個数総和に対する、前記XPSにより検出される前記潤滑物質を構成する元素個数割合B(%)は、下記[数3]を満たすものである。
[数3]
B ≧ 1.52×10−4×{Vpp−2×Vth}×f/v×Nβ
(ここで、Nβ:潤滑物質1分子を構成する元素個数総和から水素元素の元素個数を引いた値。)
(前記潤滑物質は脂肪酸金属塩であって前記特定元素が金属であり、かつ前記Nαが1、前記Nβが41である。前記帯電手段と前記像担持体との最近接距離を1〜100[μm]とする。)
本発明のトナーは、以下の方法により、製造することができる。
少なくとも変性層状無機鉱物をトナーに含有させることが効果的である。
さらに、このトナーは、少なくとも有機溶媒中に結着樹脂、変性ポリエステル系樹脂から成るプレポリマー、該プレポリマーと伸長または架橋する化合物、着色剤、離型剤、変性層状無機鉱物(有機変性クレイ)を溶解又は分散させた、溶解液または分散液において、変性層状無機鉱物(有機変性クレイ)が、該溶解液または分散液中の固形分中に0.05〜10%含有されているトナーであることが望ましい。
このとき、このトナーは、少なくとも有機溶媒中に結着樹脂、変性ポリエステル系樹脂から成るプレポリマー、該プレポリマーと伸長または架橋する化合物、着色剤、離型剤、変性層状無機鉱物(有機変性クレイ)を溶解又は分散させ、該溶解液または分散液の25℃におけるCasson降伏値が、1〜100Paであり、該溶解液又は分散液を水系媒体中で架橋反応及び/又は伸長反応させ、得られた分散液から溶媒を除去することにより得られたトナーであることが望ましい。Casson降伏値が1Pa未満では、目標の形状が得にくく、100Paを超えると製造性が悪化する。また、該有機変性クレイは、該溶解液または分散液中の固形分中に0.05〜10%含有されることが好ましい。0.05%未満では目標のCasson降伏値が得られず、10%を超えると、定着性能が悪化する。また、該有機変性クレイは、該溶解液または分散液中の固形分中に0.05〜10%含有されることが好ましい。0.05%未満では目標のCasson降伏値が得られず、10%を超えると、定着性能が悪化する。
より詳細なトナーの製造方法に関する説明を以下に示す。
Casson降伏値は、ハイシェア粘度計などを用いて測定することができる。
測定条件は下記の通りである。
装置:AR2000(TAインスツルメンツ社製)
シア−ストレス120Pa/5分
ジオメトリー:40mmスチールプレート
ジオメトリーギャップ:1mm
解析ソフト:TA DATA ANALYSIS(TAインスツルメンツ社製)
変性層状無機鉱物は、(i)“有機変性シリケート(有機カチオン変性シリケート類)”と(ii)“有機変性ハイドロタルサイト(有機アニオン変性ハイドロタルサイト)”(層状鉱物[+多価金属]で、層状側がカチオン)を含む概念と考えられているものである。なお、変性層状無機鉱物の代表例としては、有機変性モンモリナイト、有機変性スメクタイト等が挙げられる。
本発明のトナーに用いる変性層状無機鉱物は、スメクタイト系の基本結晶構造を持つ層状無機鉱物が有する層間のイオンの少なくとも一部を有機物イオンで変性したものであるが、有機物カチオンで変性したものが望ましい。
有機物カチオンで変性される層状無機鉱物としては、モンモリロナイト又はベントナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライトなどが挙げられる。
前記変性層状無機鉱物の、有機カチオン変性剤としては第4級アルキルアンモニウム塩、フォスフォニウム塩やイミダゾリウム塩などが挙げられるが、第4級アルキルアンモニウム塩が望ましい。前記第4級アルキルアンモニウムとしては、トリメチルステアリルアンモニウム、ジメチルステアリルベンジルアンモニウム、ジメチルオクタデシルアンモニウム、オレイルビス(2−ヒドロキシエチル)メチルアンモニウムなどが挙げられる。
変性層状無機鉱物の原料としては、少なくとも凝集体として存在するときの体積平均粒径Dvが0.1〜5μmであるものを用いることが好ましい。
主に市販されているヒドロタルサイトを有機アニオン(例えば、それらの塩の形態において)を伴う水性、有機性(例えばアルコール)または水性−有機性懸濁液における反応によって製造される、有機アニオン変性ハイドロタルサイトを例示することができる(特表2006−500605号公報、特表2006−503313号公報参照)。
ポリエステルは、多価アルコール化合物と多価カルボン酸化合物との重縮合反応によって得られる。
多価アルコール化合物(PO)としては、2価アルコール(DIO)および3価以上の多価アルコール(TO)が挙げられ、(DIO)単独、または(DIO)と少量の(TO)との混合物が好ましい。2価アルコール(DIO)としては、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。3価以上の多価アルコール(TO)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
多価カルボン酸(PC)としては、2価カルボン酸(DIC)および3価以上の多価カルボン酸(TC)が挙げられ、(DIC)単独、および(DIC)と少量の(TC)との混合物が好ましい。2価カルボン酸(DIC)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸など);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸など);芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸など)などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸
および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。3価以上の多価カルボン酸(TC)としては、炭素数9〜20の芳香族多価カルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)などが挙げられる。なお、多価カルボン酸(PC)としては、上述のものの酸無水物または低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いて多価アルコール(PO)と反応させてもよい。
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、通常2/1〜1/1、好ましくは1.5/1〜1/1、さらに好ましくは1.3/1〜1.02/1である。
多価アルコール(PO)と多価カルボン酸(PC)の重縮合反応は、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150〜280℃に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を留去して、水酸基を有するポリエステルを得る。ポリエステルの水酸基価は5以上であることが好ましく、ポリエステルの酸価は通常1〜30、好ましくは5〜20である。酸価を持たせることで負帯電性となりやすく、さらには記録紙への定着時、記録紙とトナーの親和性がよく低温定着性が向上する。しかし、酸価が30を超えると帯電の安定性、特に環境変動に対し悪化傾向がある。
多価イソシアネート化合物(PIC)の比率は、イソシアネート基[NCO]と、水酸基を有するポリエステルの水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、通常5/1〜1/1、好ましくは4/1〜1.2/1、さらに好ましくは2.5/1〜1.5/1である。[NCO]/[OH]が5を超えると低温定着性が悪化する。[NCO]のモル比が1未満では、ウレア変性ポリエステルを用いる場合、そのエステル中のウレア含量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の1分子当たりに含有されるイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
2価アミン化合物(B1)としては、芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4'−ジアミノジフェニルメタンなど);脂環式ジアミン(4,4'−ジアミノ−3,3'−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど);および脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)などが挙げられる。
3価以上の多価アミン化合物(B2)としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。アミノアルコール(B3)としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。アミノメルカプタン(B4)としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどが挙げられる。アミノ酸(B5)としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。B1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)としては、前記B1〜B5のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリジン化合物などが挙げられる。これらアミン類(B)のうち好ましいものは、B1およびB1と少量のB2の混合物である。
また、ウレア変性ポリエステル中には、ウレア結合と共にウレタン結合を含有していてもよい。ウレア結合含有量とウレタン結合含有量のモル比は、通常100/0〜10/90であり、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは、60/40〜30/70である。ウレア結合のモル比が10%未満では、耐ホットオフセット性が悪化する。
(PIC)を反応させる際、及び(A)と(B)を反応させる際には、必要により溶剤を用いることもできる。使用可能な溶剤としては、芳香族溶剤(トルエン、キシレンなど);ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど);エステル類(酢酸エチルなど);アミド類(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなど)およびエーテル類(テトラヒドロフランなど)などのイソシアネート(PIC)に対して不活性なものが挙げられる。
また、ポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との架橋及び/又は伸長反応には、必要により反応停止剤を用い、得られるウレア変性ポリエステルの分子量を調整することができる。反応停止剤としては、モノアミン(ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミンなど)、およびそれらをブロックしたもの(ケチミン化合物)などが挙げられる。
未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは、少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。従って、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとは類似の組成であることが好ましい。
また、未変性ポリエステルとウレア変性ポリエステルとの重量比は、通常20/80〜95/5、好ましくは70/30〜95/5、さらに好ましくは75/25〜95/5、特に好ましくは80/20〜93/7である。ウレア変性ポリエステルの重量比が5%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。
フルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
また、ウレア変性ポリエステルは、得られるトナー母体粒子の表面に存在しやすいため、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。
着色剤としては、公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15重量%、好ましくは3〜10重量%である。
荷電制御剤としては公知のものが使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。 荷電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダー樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5重量部の範囲がよい。10重量部を超える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、荷電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
荷電制御剤はマスターバッチ、バインダー樹脂とともに溶融混練することもできるし、もちろん有機溶剤に溶解、分散する際に加えてもよい。
離型剤としては、融点が50〜120℃の低融点のワックスが、バインダー樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に定着ローラとトナー界面との間で働き、これにより定着ローラにオイルの如き離型剤を塗布することなく高温オフセットに対し効果を示す。このようなワックス成分としては、以下のものが挙げられる。ロウ類及びワックス類としては、カルナバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス、ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス、オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス、及びおよびパラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス等が挙げられる。また、これら天然ワックスの外に、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス、エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙げられる。さらに、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド及び、低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリ−n−ステアリルメタクリレート、ポリ−n−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等)等、側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子等も用いることができる。
離型剤はマスターバッチ、バインダー樹脂とともに溶融混練することもできるし、もちろん有機溶剤に溶解、分散する際に加えても良い。
次に、トナーの製造方法についてさらに詳しく説明する。ここでは、好ましい製造方法について示すが、これに限られるものではない。
(1)着色剤、未変性ポリエステル、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー、離型剤を有機溶媒中に分散させトナー材料液を作る。
有機溶媒は、沸点が100℃未満の揮発性であることが、トナー母体粒子形成後の除去が容易である点から好ましい。具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。有機溶媒の使用量は、ポリエステルプレポリマー100重量部に対し、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100重量部、さらに好ましくは25〜70重量部である。
水系媒体は、水単独でも良いし、アルコール(メタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などの有機溶媒を含むものであってもよい。
トナー材料液100重量部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。50重量部未満ではトナー材料液の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。20000重量部を超えると経済的でない。
また、水系媒体中の分散を良好にするために、界面活性剤、樹脂微粒子等の分散剤を適宜加える。
また、フルオロアルキル基を有する界面活性剤を用いることにより、非常に少量でその効果をあげることができる。好ましく用いられるフルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤としては、炭素数2〜10のフルオロアルキルカルボン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[ω−フルオロアルキル(C6〜C11)オキシ]−1−アルキル(C3〜C4)スルホン酸ナトリウム、3−[ω−フルオロアルカノイル(C6〜C8)−N−エチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜C20)カルボン酸及び金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜C13)及びその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜C12)スルホン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、N−プロピル−N−(2−ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜C10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜C16)エチルリン酸エステルなどが挙げられる。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102(ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などが挙げられる。
また、カチオン性界面活性剤としては、フルオロアルキル基を右する脂肪族1級、2級もしくは2級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6−C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩などの脂肪族4級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩、商品名としてはサーフロンS−121(旭硝子社製)、フロラードFC−135(住友3M社製)、ユニダインDS−202(ダイキンエ業杜製)、メガファックF−150、F−824(大日本インキ社製)、エクトップEF−132(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−300(ネオス社製)などが挙げられる。
また、リン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等の無機化合物分散剤も用いることができる。
ポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類などが使用できる。
有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に層流の攪拌状態で昇温し、一定の温度域で強い攪拌を与えた後、脱溶媒を行うことで紡錘形のトナー母体粒子が作製できる。また、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能な物を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗するなどの方法によって、トナー母体粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
これにより像担持体の長期使用が可能となる。
またチタンは、平均一次粒径が50nm以下のものを用いることがよい。特にSMT150AI、SMT150AFM、JMT150IB、JMT500IB(テイカ社製)などを使用することがよい。
(粒径分布)
コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−IIやコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)があげられる。以下に測定方法について述べる。
まず、電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩)を0.1〜5ml加える。ここで、電解液とは1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。ここで、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行ない、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径(D4)、個数平均粒径を求めることができる。
チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満;2.52〜3.17μm未満;3.17〜4.00μm未満;4.00〜5.04μm未満;5.04〜6.35μm未満;6.35〜8.00μm未満;8.00〜10.08μm未満;10.08〜12.70μm未満;12.70〜16.00μm未満;16.00〜20.20μm未満;20.20〜25.40μm未満;25.40〜32.00μm未満;32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上乃至40.30μm未満の粒子を対象とする。また、2μm以下の超微粉トナーの計測にフロー式粒子像分析装置(「FPIA−2100」;シスメックス社製)を用いて計測し、解析ソフト(FPIA−2100Data Processing Program for FPIA version00−10)を用いて解析を行った。
具体的には、ガラス製100mlビーカーに10wt%界面活性剤(アルキルベンゼンスフォン酸塩ネオゲンSC−A;第一工業製薬性)を0.1〜0.5ml添加し、各トナー0.1〜0.5g添加しミクロスパーテルでかき混ぜ、次いでイオン交換水80mlを添加した。得られた分散液を超音波分散器(本多電子社製)で3分間分散処理した。前記分散液を前記FPIA−2100を用いて濃度を5000〜15000個/μlが得られるまでトナーの形状及び分布を測定した。本測定法は平均円形度の測定再現性の点から前記分散液濃度が5000〜15000個/μlにすることが重要である。前記分散液濃度を得るために前記分散液の条件、すなわち添加する界面活性剤量、トナー量を変更する必要がある。界面活性剤量は前述したトナー粒径の測定と同様にトナーの疎水性により必要量が異なり、多く添加すると泡によるノイズが発生し、少ないとトナーを十分にぬらすことが出来ないため、分散が不十分となる。またトナー添加量は粒径のより異なり、小粒径の場合は少なく、また大粒径の場合は多くする必要があり、トナー粒径が3〜7μmの場合、トナー量を0.1〜0.5g添加することにより分散液濃度を5000〜15000個/μlにあわせることが可能となる。
本発明のトナーの2μm以下粒子率及び円形度はフロー式粒子像分析装置FPIA−2000(東亜医用電子株式会社製)により計測できる。具体的な測定方法としては、容器中の予め不純固形物を除去した水100〜150ml中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスフォン酸塩を0.1〜0.5ml加え、更に測定試料を0.1〜0.5g程度加える。試料を分散した懸濁液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、分散液濃度を3000〜1万個/μlとして前記装置によりトナーの形状及び分布を測定することによって得られる。
本発明による分子量はGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により次のように測定される。40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定させ、この温度におけるカラムに、溶媒としてTHFを毎分1mlの流速で流し、試料濃度として0.05〜0.6重量%に調製した樹脂のTHF試料溶液を50〜200μl注入して測定する。試料の分子量測定に当たっては、試料の有する分子量分布を、数種の単分散ポリスチレン標準試料により、作成された検量線の対数値とカウント数との関係から算出した。検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、例えば、Pressure Chemical Co.あるいは東洋ソーダ工業社製の分子量が6×102、2.1×103、4×103、1.75×104、5.1×104、1.1×105、3.9×105、8.6×105、2×106、4.48×106のものを用い、少なくとも10点程度の標準ポリスチレン試料を用いるのが適当である。また、検出器にはRI(屈折率)検出器を用いる。
JIS K0070−1992に記載の測定方法に準拠して以下の条件で測定を行う。
試料調整 :ポリエステル0.5g(酢酸エチル可溶成分では0.3g)をトルエン120mlに添加して室温(23℃)で約10時間撹拌して溶解する。更にエタノール30mlを添加して試料溶液とする。
測定は上記記載の装置にて計算することが出来るが、具体的には次のように計算する。
あらかじめ標定されたN/10苛性カリ〜アルコール溶液で滴定し、アルコールカリ液の消費量から次の計算で酸価を求める。
酸価=KOH(ml数)×N×56.1/試料重量
(ただしNはN/10KOHのファクター)
試料0.5gを100mlのメスフラスコに精秤し、これにアセチル化試薬5mlを正しく加える。その後100℃±5℃の浴中に浸して加熱する。1〜2時間後フラスコを浴から取り出し、放冷後水を加えて振り動かして無水酢酸を分解する。更に分解を完全にするため再びフラスコを浴中で10分間以上加熱し放冷後、有機溶剤でフラスコの壁を良く洗う。この液を前記電極を用いてN/2水酸化カリウムエチルアルコール溶液で電位差滴定を行いOH価を求める(JISK0070−1966に準ずる)。
Tgを測定する装置として、理学電機社製TG−DSCシステムTAS−100を使用する。まず試料約10mgをアルミ製試料容器に入れ、それをホルダユニットにのせ、電気炉中にセットする。室温から昇温速度10℃/minで150℃まで加熱した後、150℃で10min間放置、室温まで試料を冷却して10min放置、窒素雰囲気下で再度150℃まで昇温速度10℃/minで加熱してDSC測定を行う。Tgは、TAS−100システム中の解析システムを用いて、Tg近傍の吸熱カーブの接線とベースラインとの接点から算出する。
本発明の画像形成装置は、図3に示したように、像担持体回転方向クリーニング手段下流側に潤滑剤塗布手段(6)があるのが好ましい。また、図4に示したように、像担持体回転方向クリーニング手段下流側に潤滑剤塗布手段(6)を設け、さらに潤滑剤塗布手段下流側かつ帯電手段上流側に潤滑剤均し手段(12)を設けているのが好ましい。
保護層に耐摩耗性を向上する目的でフィラーを添加した感光体である。有機フィラーとしては、ポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素樹脂粉末、シリコーン樹脂粉末、a−カーボン粉末等が挙げられ、無機フィラーとしては、銅、スズ、アルミニウム、インジウムなどの金属粉末、酸化錫、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化インジウム、酸化アンチモン、酸化ビスマス、アンチモンをドープした酸化錫、錫をドープした酸化インジウム等の金属酸化物、チタン酸カリウムなどの無機材料が挙げられる。これらのフィラーは単独もしくは2種類以上混合して用いられる。これらフィラーは、保護層用塗工液に適当な分散機を用いることにより分散できる。また、フィラーの平均粒径は、0.5μm以下、好ましくは0.2μm以下にあることが保護層の透過率の点から好ましい。また、本発明において保護層中に可塑剤やレベリング剤を添加してもよい。
また、耐磨耗性を向上させた像担持体を用いることにより、像担持体表面がフラットな状態を保ちやすくなる。そのため、トナーが表面の微細な凹凸にトラップされることが無くなるため、クリーニング性を維持しやすい。以下に、架橋構造を有する像担持体について説明する。
保護層のバインダー構成として、架橋構造からなる保護層も有効に使用される。架橋構造の形成に関しては、1分子内に複数個の架橋性官能基を有する反応性モノマーを使用し、光や熱エネルギーを用いて架橋反応を起こさせ、3次元の網目構造を形成するものである。この網目構造がバインダー樹脂として機能し、高い耐摩耗性を発現するものである。電気的な安定性、耐刷性、寿命の観点から、上記反応性モノマーとして、全部もしくは一部に電荷輸送能を有するモノマーを使用することは非常に有効な手段である。このようなモノマーを使用することにより、網目構造中に電荷輸送部位が形成され、保護層としての機能を十分に発現することが可能となる。
電荷輸送能を有する反応性モノマーとしては、同一分子中に電荷輸送性成分と加水分解性の置換基を有する珪素原子とを少なくとも1つずつ以上含有する化合物、同一分子中に電荷輸送性成分とヒドロキシル基とを含有する化合物、同一分子中に電荷輸送性成分とカルボキシル基とを含有する化合物、同一分子中に電荷輸送性成分とエポキシ基とを含有する化合物、同一分子中に電荷輸送性成分とイソシアネート基とを含有する化合物等が挙げられる。これら反応性基を有する電荷輸送性材料は、単独で用いてもよいし、2種以上併用してもよい。さらに好ましくは、電荷輸送能を有するモノマーとして、電気的・化学的安定性が高いこと、キャリアの移動度が速いこと等から、トリアリールアミン構造を有する反応性モノマーが有効に使用される。
(像担持体A)
像担持体において、保護層塗工液および膜厚・作成条件を下記のように代えた以外は像担持体と同様にして、像担持体Aを作成した。
メチルトリメトキシシラン182質量部、ジヒドロキシメチルトリフェニルアミン40質量部、2−プロパノール225質量部、2%酢酸106質量部、 アルミニウムトリスアセチルアセトナート1質量部を混合し、保護層用の塗布液を調製した。この塗布液を前記電荷輸送層の上に塗布・乾燥し、110℃、1時間の加熱硬化を行い、膜厚3μmの保護層を形成した。
(像担持体B)
像担持体において、保護層塗工液および膜厚・作成条件を下記のように代えた以外は像担持体と同様にして、像担持体Bを作成した。正孔輸送性化合物(下記構造式1)を30質量部、アクリルモノマー(下記構造式2)及び光重合開始剤(1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン)0.6質量部を、モノクロロベンゼン50質量部/ジクロロメタン50質量部の混合溶媒中に溶解し、表面保護層用塗料を調製した。この塗料をスプレーコーティング法により先の電荷輸送層上に塗布し、メタルハライドランプを用いて500mW/cm2の光強度で30秒間硬化させることによって、膜厚5μmの表面保護層を形成した。
本発明に用いられる電子写真用感光体としては、導電性支持体を50℃〜400℃に加熱し、該支持体上に真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、熱CVD法、光CVD法、プラズマCVD法等の成膜法によりa−Siからなる光導電層を有するアモルファスシリコン感光体(以下、「a−Si系感光体」と称する)を用いることが出来る。なかでもプラズマCVD法、すなわち、原料ガスを直流または高周波あるいはマイクロ波グロー放電によって分解し、支持体上にa−Si堆積膜を形成する方法が好適なものとして用いられている。
アモルファスシリコン感光体の層構成は例えば以下のようなものであり、図5は層構成を説明するための模式的構成図である。図5(a)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上にa−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層502が設けられている。図5(b)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上に、a−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層502と、アモルファスシリコン系表面層503とから構成されている。図5(c)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上に、a−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層502と、アモルファスシリコン系表面層503と、アモルファスシリコン系電荷注入阻止層504とから構成されている。図5(d)に示す電子写真用感光体500は、支持体501の上に、光導電層502が設けられている。
光導電層502はa−Si:H,Xからなる電荷発生層505ならびに電荷輸送層506とからなり、その上にアモルファスシリコン系表面層503が設けられている。
感光体の支持体としては、導電性でも電気絶縁性であってもよい。導電性支持体としては、Al、Cr、Mo、Au、In、Nb、Te、V、Ti、Pt、Pd、Fe等の金属、およびこれらの合金、例えばステンレス等が挙げられる。また、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド等の合成樹脂のフィルムまたはシート、ガラス、セラミック等の電気絶縁性支持体の少なくとも感光層を形成する側の表面を導電処理した支持体も用いることができる。
支持体の形状は平滑表面あるいは凹凸表面の円筒状または板状、無端ベルト状であることができ、その厚さは、所望通りの画像形成装置用感光体を形成し得るように適宜決定するが、画像形成装置用感光体としての可撓性が要求される場合には、支持体としての機能が充分発揮できる範囲内で可能な限り薄くすることができる。しかしながら、支持体は製造上および取り扱い上、機械的強度等の点から通常は10μm以上とされる。
本発明に用いることが出来るアモルファスシリコン感光体には必要に応じて導電性支持体と光導電層との間に、導電性支持体側からの電荷の注入を阻止する働きのある電荷注入阻止層を設けるのがいっそう効果的である(図5(c))。すなわち、電荷注入阻止層は感光層が一定極性の帯電処理をその自由表面に受けた際、支持体側より光導電層側に電荷が注入されるのを阻止する機能を有し、逆の極性の帯電処理を受けた際にはそのような機能が発揮されない、いわゆる極性依存性を有している。そのような機能を付与するために、電荷注入阻止層には伝導性を制御する原子を光導電層に比べ比較的多く含有させる。電荷注入阻止層の層厚は所望の電子写真特性が得られること、及び経済的効果等の点から好ましくは0.1〜5μm、より好ましくは0.3〜4μm、最適には0.5〜3μmとされるのが望ましい。
光導電層は必要に応じて下引き層上に形成され、光導電層502の層厚は所望の電子写真特性が得られること及び経済的効果等の点から適宜所望にしたがって決定され、好ましくは1〜100μm、より好ましくは20〜50μm、最適には23〜45μmとされるのが望ましい。
電荷輸送層は、光導電層を機能分離した場合の電荷を輸送する機能を主として奏する層である。
この電荷輸送層は、その構成要素として少なくともシリコン原子と炭素原子と弗素原子とを含み、必要であれば水素原子、酸素原子を含むa−SiC(H、F、O)からなり、所望の光導電特性、特に電荷保持特性,電荷発生特性および電荷輸送特性を有する。本発明においては酸素原子を含有することが特に好ましい。
電荷輸送層の層厚は所望の電子写真特性が得られることおよび経済的効果などの点から適宜所望にしたがって決定され、電荷輸送層については、好ましくは5〜50μm、より好ましくは10〜40μm、最適には20〜30μmとされるのが望ましい。
電荷発生層は、光導電層を機能分離した場合の電荷を発生する機能を主として奏する層である。この電荷発生層は、構成要素として少なくともシリコン原子を含み、実質的に炭素原子を含まず、必要であれば水素原子を含むa−Si:Hから成り、所望の光導電特性、特に電荷発生特性,電荷輸送特性を有する。電荷発生層の層厚は所望の電子写真特性が得られることおよび経済的効果等の点から適宜所望にしたがって決定され、好ましくは0.5〜15μm、より好ましくは1〜10μm、最適には1〜5μmとされる。
本発明に用いることが出来るアモルファスシリコン感光体には必要に応じて、上述のようにして支持体上に形成された光導電層の上に、更に表面層を設けることが出来、アモルファスシリコン系の表面層を形成することが好ましい。この表面層は自由表面を有し、主に耐湿性、連続繰り返し使用特性、電気的耐圧性、使用環境特性、耐久性において本発明の目的を達成するために設けられる。
本発明における表面層の層厚としては、通常0.01〜3μm、好適には0.05〜2μm、最適には0.1〜1μmとされるのが望ましいものである。層厚が0.01μmよりも薄いと感光体を使用中に摩耗等の理由により表面層が失われてしまい、3μmを超えると残留電位の増加等の電子写真特性低下がみられる。
〔実験例1〕
本発明者らは、接触又は近接させて配置した帯電部材による交流印加放電では顕著となる被帯電体としての感光体表面の劣化状態を調べるために以下の実験を行った。機械的磨耗に起因する感光体表面の劣化を排除するために、帯電手段(1)を感光体(8)表面に対して非接触に配設した。また、感光体(8)に対して当接する手段を全て取り除いた。そして、直流(DC)バイアスに交流(AC)電圧バイアスを重畳した電圧が印加された非接触回動可能なローラ状の帯電手段(1)即ち、帯電ローラを用いて約150時間連続で感光体(8)を帯電させた。本実験に用いた感光体(8)は、支持体上に絶縁層である下引き層が設けられ、さらに、その上に電荷発生層(CGL)、電荷輸送層(CTL)、表面保護層(FR)が順に積層されている。
次に、交流印加放電では顕著となる感光体表面の化学的劣化は、感光体上に潤滑剤を存在させることにより抑制できることを示す実験例について説明する。感光体上の潤滑剤の有無による感光体表面の劣化状態を比較するために、感光体表面上に潤滑剤を塗布する領域Aと塗布しない領域Bとを設けた。機械的磨耗に起因する感光体表面の劣化を発生させないために、予め帯電ローラと潤滑剤塗布手段以外の部材を全て取り払った。そして、感光体と共に帯電手段と潤滑剤塗布手段とを連続して駆動せしめ、感光体表面の劣化状態を調べた。実験条件は以下の通りである。
帯電条件:
Vpp(AC電圧のピークツーピーク電圧値)=2.12[kV]
f(AC電圧の周波数)=877.2[Hz]
DC電圧値=−660[V]
感光体表面の移動速度v=125[mm/s]
ファーブラシの線速=216[mm/sec]
:ステアリン酸亜鉛
次に、交流印加放電では顕著となる感光体表面の化学的劣化を抑制するための条件は、感光体表面を低摩擦係数化するための条件とは異なることを示す実験例について説明する。実験条件は、実験例2と基本的に同様である。ただし、感光体表面に潤滑剤の非存在領域Bを設けず、感光体表面の全領域(領域Aと領域B)に潤滑剤が以下の所望の存在量となるように塗布させている点は異なる。潤滑剤としてのステアリン酸亜鉛の感光体表面への塗布量を0.0002[mg/mm2]と、0.0016[mg/mm2]となるようにし、両サンプルについて感光体表面の化学的劣化の発生の有無を調べた。
次に、交流印加放電では顕著となる感光体表面の膜厚削れ量がAC電圧のピークツーピーク電圧値Vpp(以下、単に「Vpp」という)、すなわち帯電部材に印加する交流成分の振幅値に比例することを示す実験例について説明する。
図3に示すような感光体(8)、帯電手段(2)、潤滑剤塗布手段(6)から構成される装置により以下の実験を行った。機械的磨耗に起因する感光体表面の劣化を発生させないために、予め帯電ローラ(1)と潤滑剤塗布手段(6)以外の感光体に当接する部材を全て取り払った。そして、Vppを変えて、連続100時間感光体表面を交流印加放電により帯電させたときの膜厚削れ量を測定した。実験条件は以下のとおりである。
帯電条件:
Vpp(AC電圧のピークツーピーク電圧値)=2.2、2.6、3.0[kV]
f(AC電圧の周波数)=1350[Hz]
DC電圧値=−600[V]
感光体表面の移動速度v=113[mm/s]
保護物質:ステアリン酸亜鉛
帯電時間:100時間
〔数2〕
Vth=312+6.2×(d/εopc+Gp/εair)+√(7737.6×d/εopc)
ここで、dは感光体の膜厚[μm]、εopcは感光体の比誘電率、εairは感光体と帯電部材の間の空間における比誘電率である。
Vppが上記Vthの2倍以上となったときに帯電部材と感光体との間で双方向に放電が発生する。
本実験例では帯電ローラと感光体との間のギャップは50[μm]、感光体の比誘電率は約3、感光体の膜厚は30[μm]、感光体と帯電手段の間の空間における比誘電率は約1であったので、上記式にこれらを当てはめるとVth=962[V]となる。帯電手段に印加する電圧が962[V]以上となると帯電手段表面と感光体表面との間で放電が開始され、またVppが約1924[V]を越えるとAC電圧による放電が開始されると考えられる。放電現象として支配的なのはAC電圧によって生じる双方向放電であり、このためVppが約1.9[kV]を越えると感光体の膜厚削れが始まると考えられる。
次に、交流印加放電では顕著となる感光体表面の膜厚削れ量がAC電圧の周波数fに比例することを示す実験例について説明する。
本実験例に用いた装置の基本的な構成及び実験条件は、上記実験例4のものと同様であるが、帯電条件と感光体表面の移動速度が上記実験例4とは異なっている。すなわち、上記実験例4では、AC電圧の周波数fを固定してVppを変化させているが、本実験例ではVppを固定しAC電圧の周波数fを変化させている。
帯電条件:
Vpp(AC電圧のピークツーピーク電圧値)=2.2[kV]
f(AC電圧の周波数)=500、900、1400、2000、4000[Hz]DC電圧
値=−600[V]
感光体表面の移動速度v=104[mm/s]
潤滑剤:ステアリン酸亜鉛
帯電時間:100時間
〔数1〕
2,22×10−4×{Vpp−2×Vth}×f/v×Nα
ここで、VppはAC電圧のピークツーピーク電圧値[単位:V]、fは帯電手段に印加する交流成分の周波数[単位:Hz]、vは被帯電体表面の移動速度[単位:mm/sec]、Nαは潤滑剤を構成する元素のうち特定元素の1分子中における元素個数である。また、Vthは放電開始電圧であり、上記数2により求められる。
〔数3〕
2.22×10−4×{Vpp−2×Vth}×f/v×Nβ
実施例においては、トナー材料の構成比を変化させてトナーを作成し、それらのトナーを用いたときの像担持体磨耗量を評価した。
〔トナーA〕
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物229部、ビスフェノールAプロピオンオキサイド3モル付加物529部、テレフタル酸208部、アジピン酸46部及びジブチルスズオキシド2部を投入し、常圧下、230℃で8時間反応させた。次に、10〜15mmHgの減圧下で5時間反応させた後、反応槽中に無水トリメリット酸44部を添加し、常圧下、180℃で2時間反応させて、未変性ポリエステル樹脂を合成した。
得られた未変性ポリエステル樹脂は、数平均分子量が2500、重量平均分子量が6700、ガラス転移温度が43℃、酸価が25mgKOH/gであった。
水1200部、カーボンブラックPrintex35(デクサ社製;DBP吸油量=42ml/100mg、pH=9.5)540部及び未変性ポリエステル樹脂1200部を、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)を用いて混合した。二本ロールを用いて、得られた混合物を150℃で30分混練した後、圧延冷却し、パルペライザー(ホソカワミクロン社製)で粉砕して、マスターバッチを調製した。
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、未変性ポリエステル樹脂378部、カルナバワックス110部、サリチル酸金属錯体E−84(オリエント化学工業社製)22部及び酢酸エチル947部を仕込み、撹拌下、80℃まで昇温し、80℃で5時間保持した後、1時間かけて30℃まで冷却した。次に、反応容器中に、マスターバッチ500部及び酢酸エチル500部を仕込み、1時間混合して原料溶解液を得た。
得られた原料溶解液1324部を反応容器に移し、ビーズミルのウルトラビスコミル(アイメックス社製)を用いて、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填し、送液速度が1kg/時、ディスク周速度が6m/秒の条件で3パスして、C.I.ピグメントレッド及びカルナバワックスを分散させ、ワックス分散液を得た。
次に、ワックス分散液に未変性ポリエステル樹脂の65重量%酢酸エチル溶液1324部を添加した。上記と同様の条件でウルトラビスコミルを用いて1パスして得られた分散液200部に、少なくとも一部をベンジル基を有する第4級アンモニウム塩で変性した層状無機鉱物モンモリロナイト(クレイトンAPA Southern Clay Products社製)3部を添加し、T.K.ホモディスパー(特殊機化工業社製)を用いて、30分間攪拌し、トナー材料の分散液を得た。
直径20mmのパラレルプレートを備えたパラレルプレート型レオメータAR2000(ディー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製)を用いて、ギャップを30μmにセットし、トナー材料の分散液に対して、25℃において、せん断速度30000秒−1で30秒間せん断力を加えた後、せん断速度を0秒−1から70秒−1まで20秒間で変化させた時の粘度(粘度A)を測定した。また、パラレルプレート型レオメータAR2000を用いて、トナー材料の分散液に対して、25℃において、せん断速度30000秒−1で30秒間せん断力を加えた時の粘度(粘度B)を測定した。この結果を表1に示した。
得られた中間体ポリエステル樹脂は、数平均分子量が2100、重量平均分子量が9500、ガラス転移温度が55℃、酸価が0.5mgKOH/g、水酸基価が51mgKOH/gであった。
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、イソホロンジアミン170部及びメチルエチルケトン75部を仕込み、50℃で5時間反応させ、ケチミン化合物を合成した。得られたケチミン化合物のアミン価は、418mgKOH/gであった。
反応容器中に、トナー材料の分散液749部、プレポリマー115部及びケチミン化合物2.9部を仕込み、TK式ホモミキサー(特殊機化製)を用いて5000rpmで1分間混合して、油相混合液を得た。
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、水683部、反応性乳化剤(メタクリル酸のエチレンオキシド付加物の硫酸エステルのナトリウム塩)エレミノールRS−30(三洋化成工業社製)11部、スチレン83部、メタクリル酸83部、アクリル酸ブチル110部及び過硫酸アンモニウム1部を仕込み、400rpmで15分間撹拌し、乳濁液を得た。乳濁液を加熱して、75℃まで昇温して5時間反応させた。次に、1重量%過硫酸アンモニウム水溶液30部を添加し、75℃で5時間熟成して、樹脂粒子分散液を調製した。
本発明においては、トナー材料液の分散質粒径、分散粒径分布の測定に「マイクロトラックUPA−150」(日機装社製)を用いて測定し、解析ソフト「マイクロトラック パーティクルサイズ アナライザ−Ver.10.1.2−016EE」(日機装社製)を用いて解析を行った。具体的にはガラス製30mlサンプル瓶にトナー材料液、次いでトナー材料液作製に用いた溶媒を添加し、10質量%の分散液を調製した。得られた分散液を「超音波分散器W−113MK−II」(本多電子社製)で2分間分散処理した。
測定するトナー材料液に用いた溶媒でバックグラウンドを測定した後、前記分散液を滴下し、測定器のサンプルローディングの値が1〜10の範囲となる条件で分散粒子径を測定した。本測定法は分散粒子径の測定再現性の点から測定器のサンプルローディングの値が1〜10の範囲となる条件で測定することが重要である。前記サンプルローディングの値を得るために前記分散液の滴下量を調節する必要がある。
分布表示:体積、粒径区分選択:標準、チャンネル数:44、測定時間:60sec、測定回数:1回、粒子透過性:透過、粒子屈折率:1.5、粒子形状:非球形、密度:1g/3cm3、溶媒屈折率の値は日機装社発行の「測定時の入力条件に関するガイドライン」に記載されている値のうちトナー材料液に用いた溶媒の値を用いた。
水系媒体1200部に、油相混合液867部を加え、TK式ホモミキサーを用いて、13000rpmで20分間混合して、分散液(乳化スラリー)を調製した。
次に、撹拌機及び温度計をセットした反応容器中に、乳化スラリーを仕込み、30℃で8時間脱溶剤した後、45℃で4時間熟成を行い、分散スラリーを得た。
得られた濾過ケーキに10重量%塩酸を加えて、pHを2.8に調整し、TK式ホモミキサーを用いて12000rpmで10分間混合した後、濾過した。
さらに、得られた濾過ケーキにイオン交換水300部を添加し、TK式ホモミキサーを用いて12000rpmで10分間混合した後、濾過する操作を2回行い、最終濾過ケーキを得た。
得られた最終濾過ケーキを、循風乾燥機を用いて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、得られたトナー母粒子100部に対し、外添剤としての疎水性シリカ1.0部と、疎水化酸化チタン0.5部を添加し、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)を用いて混合処理し、トナーを製造した。
ここで製造されたトナーAの物性を表1に示す。
変性層状無機鉱物(商品名:クレイトンAPA)の添加量を3部から0.1部に変更した以外は、トナーAと同様にしてトナーBを製造した。ここで製造されたトナーBの物性を表1に示す。
クレイトンAPAから少なくとも一部を、ポリオキシエチレン基を有するアンモニウム塩で変性した層状無機鉱物モンモリロナイト(クレイトンHY Southern Clay Products社製)に変更した以外は、トナーAと同様にしてトナーCを製造した。ここで製造されたトナーCの物性を表1に示す。
クレイトンAPAの添加量を、3部から1.4部に変更した以外はトナーAと同様にしてトナーDを製造した。ここで製造されたトナーDの物性を表1に示す。
クレイトンAPAの添加量を、3部から6部に変更した以外はトナーAと同様にしてトナーFを製造した。ここで製造されたトナーEの物性を表1に示す。
クレイトンAPAを添加しなかった以外は、トナーAと同様にしてトナーFを製造した。ここで製造されたトナーFの物性を表1に示す。
クレイトンAPA添加量を、3部から10部に変更した以外は、トナーAと同様にしてトナーGの製造を行った。ここで製造されたトナーGの物性を表1に示す。
クレイトンAPA(Southern Clay Products社製)を、未変性層状無機鉱物モンモリロナイト(商品名:クニピア クニミネ工業株式会社製)に変更した以外は、トナーAと同様にしてトナーHの製造を行った。ここで製造されたトナーHの物性を表1に示す。
変性層状無機鉱物(商品名クレイトンAPA)を、オルガノシリカゾル(MEK−ST−UP、固形分濃度20質量%、平均一次粒子径15nm、日産化学工業製)に変更し、その添加量を20部に変更した以外は、トナーAと同様にしてトナーIを製造した。ここで製造されたトナーIの物性を表1に示す。
上記方法により製造したトナーA〜Iを用い、下記の方法、条件により画像形成を行った。なお、画像形成に用いる像担持体は、上記本文中の、表層にフィラーを分散させた膜厚30μmの像担持体を使用した。
また、本実験に当たっては、Imagio neo C600を使用したが、市販品状態では潤滑剤が十分に塗布されていないことが懸念される。そこで今回は特開2005−17469号公報に記載の実施形態1に従ってImagio neo C600のPCUを改造し、一次転写後にクリーニングブレード、その後にステアリン酸亜鉛をバー状に成型した固形潤滑剤を当接させた潤滑剤塗布ブラシ、その後に潤滑剤塗布ブレードをそれぞれ像担持体に当接するようにし、帯電ローラと感光体間のギャップを50μmに設置した。
このように改造したPCUを用いて、まずは潤滑剤がきちんと塗布されているかどうか、確認を行った。
像担持体に帯電手段とクリーニングブレードとステアリン酸亜鉛バーと潤滑剤塗布ブラシと潤滑剤塗布ブレードを接触させて、実際に実験を行う感光体回転条件(感光体表面の移動速度300mm/sec)で10分間帯電のみ(Vpp(AC電圧のピークツーピーク電圧値[単位:V])2000V、f(AC電圧の交流周波数[単位:Hz])2200Hz)を行いながら感光体を回転させ、潤滑剤を塗布した。その後、特開2005−17469号公報に従い、XOSにより検出される感光体最表面を構成する物質の全元素の元素個数総和に対する、XPSにより検出される潤滑剤の保護物質中に含まれる亜鉛元素の元素個数割合[%]を求めたところ、0.42であり、また、感光体最表面を構成する物質の全元素の元素個数総和に対する、XPSにより検出される潤滑剤を構成する元素個数割合[%]を求めたところ、12.05であった。
一方、上記実験条件での設定値を用いて式(1)の右辺値、式(3)の右辺値を求めたところ、A=0.28、B=11.45であり、XPSにより実際に検出された元素割合の方が大きい値であり、このPCU、実験条件では、十分に均一に感光体に潤滑剤を塗布できていることが確認できた。(式(2)におけるVth導出においては、感光体の比誘電率がおよそ3だったので、εopcを3とし、帯電手段と感光体間の空隙における比誘電率がおよそ1だったので、εairを1として計算した。)
以上より、上記改造したPCU、上記実験条件を用いて以下の実験を行った。評価結果を表1に示す。
2.Imagio neo C600を用いて特開2005−17469号公報に記載の実施形態1に従ってPCUを改造し、一次転写後にクリーニング補助ブラシ、その後にクリーニングブレード、その後にステアリン酸亜鉛をバー状に成型した固形潤滑剤を当接させた潤滑剤塗布ブラシ、その後に潤滑剤塗布ブレードをそれぞれ像担持体に当接するようにした。
3.クリーニングブレードの弾性率は70%、厚さは2mm、カウンターで像担持体に対する当接角度は20°とした。
4.PCUのトナーを全て除去し、現像装置中にキャリアのみを残す。
5.キャリアのみになった現像装置中に、サンプルとなるブラックトナーを28g投入し、トナー濃度7%の現像剤を400g作成する。
6.Imagio neo C600本体に、改造したPCUを装着し、現像スリーブ線速300mm/sで、現像装置のみを5分間空回しさせる。
7.現像スリーブ、感光体ともに300mm/sトレーリングで回転させ、感光体上のトナー0.6±0.05mg/cm2となるように現像バイアスを調整した。
8.上記現像条件において、転写率が96±2%となるよう、転写電流を調整した。上記設定値を用いて、図6に示す細線画像を劣化潤滑剤が原因と推定される異常画像が発生するまで出力した。
9.異常画像が発生した時の枚数が、目標とする画像形成装置の保証枚数に達したとき評価結果として○、達成できなかったとき評価結果として×をした。
10.上記実験を各トナーに対して行った。
2 露光手段
3 現像手段
4 転写手段
5 潤滑剤
6 潤滑剤塗布手段
7 クリーニング手段
8 像担持体
9 給紙手段
10 定着手段
11 クリーニング補助手段
12 潤滑剤均し手段
500 像担持体(電子写真用感光体)
501 支持体
502 光導電層
503 表面層
504 電荷注入層
505 電荷発生層
Claims (11)
- 像担持体と、近接または直接放電により像担持体表面を帯電させる帯電手段と、像担持体上に露光することによって潜像を書き込む露光手段と、像担持体上に書き込まれた潜像をトナーで現像させる現像手段と、現像されたトナーを中間転写体または印刷用紙に転写する転写手段とを有する画像形成装置において、
前記像担持体への潤滑剤塗布量が、下記の数式1〜3に示される範囲にあり、
X線光電子分光分析装置(XPS)により検出される前記像担持体最表面を構成する物質の全元素の元素個数総和に対する、前記XPSにより検出される前記潤滑剤の特定元素の元素個数割合A(%)は、下記数1を満たし、
[数1]
A ≧ 1.52×10−4×{Vpp−2×Vth}×f/v×Nα
(ここで、VppはAC電圧のピークツーピーク電圧値[単位:V]、
fは前記像担持体に印加する交流成分の周波数[単位:Hz]、
vは前記像担持体表面の移動速度[単位:mm/sec]、
Nαは潤滑剤を構成する元素のうち特定元素の1分子中における元素個数である。
また、Vthは放電開始電圧であり、以下の数2の式により求められる。)
[数2]
Vth=312+6.2×(d/εopc+Gp/εair)+√(7737.6×d/εopc)
(このとき、dは前記像担持体の膜厚[単位:μm]、
εopcは前記像担持体の比誘電率、
εairは前記像担持体と帯電手段の間の空間における比誘電率、
Gpは帯電手段表面と像担持体表面との最近接距離[単位:μm]である。)
また、前記XPSにより検出される前記像担持体最表面を構成する物質の全元素の元素個数総和に対する、前記XPSにより検出される前記潤滑剤を構成する元素個数割合B(%)は、下記数3を満たし、
[数3]
B ≧ 1.52×10−4×{Vpp−2×Vth}×f/v×Nβ
(ここで、Nβ:潤滑物質1分子を構成する元素個数総和から水素元素の元素個数を引いた値。)
(前記潤滑剤は脂肪酸金属塩であって前記特定元素が金属であり、かつ前記Nαが1、前記Nβが41である。前記帯電手段と前記像担持体との最近接距離を1〜100[μm]とする。)、
前記現像手段で像担持体の現像に使用されるトナーは、水系で造粒されたトナーであって、少なくとも結着樹脂と、着色剤と、層間のイオンの少なくとも一部を有機物イオンで変性した変性層状無機鉱物とを含有し、かつ、BET比表面積が2.5〜7.0(m2/g)のトナーである、
ことを特徴とすることを特徴とする画像形成装置。 - 前記変性層状無機鉱物は、金属カチオンの少なくとも一部を有機カチオンで変性したものであることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
- 前記トナーは、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)が1.00〜1.40の範囲にあることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
- 前記トナーは、2μm以下の粒子が1〜10個数%であることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
- 前記トナーは、複数の無機微粒子を外添して作成されたことを特徴とすることを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
- 前記無機微粒子は、少なくともシリカとチタンを含むことを特徴とする請求項5に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体の回転方向にクリーニング手段、及び下流側に潤滑剤塗布手段を設けたことを特
徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。 - 前記像担持体の回転方向にクリーニング手段、及び下流側に潤滑剤塗布手段を設け、さらに前記潤滑剤塗布手段の下流側かつ帯電手段上流側に潤滑剤ならし手段を設けたことを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
- 前記像担持体が、フィラーを分散させた感光体であることを特徴とする請求項1〜8のいずれ
かに記載の画像形成装置。 - 前記像担持体が、充填材で補強された表面層を有する有機感光体、架橋型電荷輸送材料を使用した有機感光体、又は充填材で補強された表面層を有しかつ架橋型電荷輸送材料を使用した有機感光体であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の画像形成装置。
- 前記像担持体が、アモルファスシリコン感光体であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の画像形成装置。
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