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JP2009025748A - 二成分現像剤およびそれを用いた画像形成装置 - Google Patents

二成分現像剤およびそれを用いた画像形成装置 Download PDF

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JP2009025748A
JP2009025748A JP2007191335A JP2007191335A JP2009025748A JP 2009025748 A JP2009025748 A JP 2009025748A JP 2007191335 A JP2007191335 A JP 2007191335A JP 2007191335 A JP2007191335 A JP 2007191335A JP 2009025748 A JP2009025748 A JP 2009025748A
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岳司 築山
Takamichi Mori
貴通 森
Takeshi Kato
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Abstract

【課題】 プリントする画像のカバレージに影響されずに、トナーの帯電量が低下するのを抑制して、カブリの発生や画像濃度が低下するのを防止することができる二成分現像剤を提供する。
【解決手段】 トナーとキャリアとからなる二成分現像剤であって、トナーが有する外添剤の体積抵抗率が1×1012Ω・cm以上5×1015Ω・cm以下であり、キャリアの体積抵抗率が2×1010Ω・cm以上5×1012Ω・cm以下である二成分現像剤とする。
【選択図】 図1

Description

本発明は、電子写真法などの画像形成方法において静電潜像などの潜像を可視化するために用いられる二成分現像剤およびそれを用いた画像形成装置に関する。
電子写真方式を利用した画像形成装置によって記録媒体に画像を形成させる場合、以下のようにして記録媒体に画像が形成される。まず、帯電手段が回転駆動される感光体の表面を均一に帯電する。次に、露光手段が感光体表面にレーザ光を照射して、感光体表面に静電潜像を形成させる。次に、現像手段がトナーと呼ばれる荷電微粒子を含む現像剤を感光体表面に形成される静電潜像に供給して、感光体表面に可視像であるトナー像を形成させる。次に、転写手段がトナー像を記録媒体に転写させる。その後、定着手段が記録媒体に転写されたトナー像を定着させることによって、記録媒体に画像が形成される。また、クリーニング手段が感光体表面上に残った転写残留トナーを除去するとともに、除電手段が感光体表面の残留電荷を除電して、次の画像形成に備える。
感光体表面に形成される静電潜像を現像する現像剤としては、トナーのみからなる一成分現像剤と、トナーと磁性を有するキャリアと呼ばれる粒子とからなる二成分現像剤との2種類が知られている。一成分現像剤はキャリアを使用しないことから、トナーとキャリアを均一に混合するための攪拌機構などを必要としないことから、現像手段の構成がシンプルになるといった利点を有するが、トナーの帯電量が安定しにくいなどの欠点がある。二成分現像剤は、トナーとキャリアを均一に混合するための攪拌機構などを必要とすることから、現像手段の構成が複雑になるといった欠点を有するが、安定した帯電量がトナーに付与されるため、画像形成が高速に行われる高速画像形成装置、カラー画像を形成するカラー画像形成装置への適合性に優れる。
高速画像形成装置およびカラー画像形成装置では、装置の小型化に対するユーザーの要望が強く、そのため、現像剤を収容する現像装置も小型化が要求される。小型化された現像装置に使用する二成分現像剤のトナーには、現像槽内のキャリアと接触することによって、現像に最適なトナー帯電量が短時間で得られる性能(速い帯電立ち上がり性)が求められ、現像槽内でトナー帯電量が変化しにくい性能(帯電安定性)が求められる。このような速い帯電立ち上がり性と帯電安定性とを達成するために、帯電制御剤を含有したトナーが使用される。特許文献1には、帯電制御剤として、たとえば下記構造式(2)で表されるホウ素化合物を含有するトナーが開示されている。構造式(2)で表されるようなホウ素化合物は、高い負帯電性を有しているため、トナーの帯電安定性に優れ、カバレージの高い画像を連続してプリントする場合であっても、カブリのない安定した画像濃度が得られる。また、ホウ素化合物は無色の物質であるため、カラートナーの帯電制御剤に適している。
Figure 2009025748
近年の電子写真方式を用いた画像形成装置においては、複写機やプリンタ機能に加えてファックス機能を搭載したような複合機が多くなってきている。主に複写機やプリンタ機能を利用するユーザーにおいては、プリント画像のカバレージは平均して5%以上10%以下程度であるが、ファックス等の機能を多用するユーザーにおいては、カバレージが3%以下の画像(トナー消費量が少ない画像)を多数枚連続してプリントする場合がある。
特公平7−13765号公報
特許文献1に開示されるホウ素化合物を含有するトナーを用いた二成分現像剤においては、カバレージが3%以下となる画像など、1枚あたりのトナー消費量が少ない画像を多数枚にわたってプリントし続けると、トナーの帯電量が低下し、カブリの発生や画像濃度が低下する。
したがって本発明の目的は、プリントする画像のカバレージに影響されずに、トナーの帯電量が低下するのを抑制して、カブリの発生や画像濃度が低下するのを防止することができる二成分現像剤およびそれを用いた画像形成装置を提供することである。
本発明は、静電潜像を可視化するトナーと、磁性を有するキャリアとを含む二成分現像剤であって、
トナーは、少なくとも下記一般式(1)
Figure 2009025748
(式中、RおよびRは水素原子、アルキル基、置換または非置換の芳香環(縮合環も含む)を示し、RおよびRは置換または非置換の芳香環(縮合環も含む)を示し、Xはカチオンを示す。)で表されるホウ素化合物、結着樹脂および着色剤から形成される着色樹脂粒子と、
着色樹脂粒子の表面に外添される外添剤とを含んで構成され、
外添剤は、その体積抵抗率が1×1012Ω・cm以上5×1015Ω・cm以下となるように調整され、
キャリアは、その体積抵抗率が2×1010Ω・cm以上5×1012Ω・cm以下であることを特徴とする二成分現像剤である。
また本発明は、キャリアは、コア粒子と、コア粒子を被覆する被覆層とを含んで構成され、
被覆層が導電性を有する導電剤と、シリコーン樹脂とを含むことを特徴とする。
また本発明は、コア粒子は、体積抵抗率が1×10Ω・cm以上5×1010Ω・cm以下のフェライトから成る粒子で形成されることを特徴とする。
また本発明は、被覆層の厚みが0.5μm以上5μm以下であることを特徴とする。
また本発明は、被覆層に含まれる導電剤は、吸油量が90ml/100g以上170ml/100g以下のカーボンブラックであることを特徴とする。
また本発明は、外添剤は、表面が疎水化処理され、かつ一次粒子径が5nm以上15nm以下のシリカから成る微粒子であることを特徴とする。
また本発明は、着色樹脂粒子は、体積平均粒子径が5・壕ネ上7・壕ネ下であり、かつBET比表面積が1.5m/g以上1.9m/g以下であることを特徴とする。
また本発明は、静電潜像を担持する感光体と、感光体表面を帯電させる帯電手段と、感光体表面に静電潜像を形成させる露光手段と、感光体表面に形成される静電潜像に現像剤を供給して可視像を形成させる現像手段と、可視像を記録媒体に転写させる転写手段と、感光体表面に残留する現像剤を除去するクリーニング手段と、記録媒体に転写された可視像を定着させる定着手段とを含む画像形成装置であって、
現像剤が前記二成分現像剤であることを特徴とする画像形成装置である。
本発明によれば、二成分現像剤のトナーは、ホウ素化合物、結着樹脂および着色剤から形成される着色樹脂粒子と、体積抵抗率が1×1012Ω・cm以上5×1015Ω・cm以下の外添剤とを含む。外添剤の体積抵抗率が1×1012Ω・cm以上となるように調整されるので、トナー消費量が多くなるような高カバレージの画像を多数枚連続プリントする場合においても、外添剤が保持する電荷が着色樹脂粒子にリークするのを防止することができ、外添剤は充分な量の電荷を保持することができる。そのため、トナーは速い帯電立ち上がり性を維持することができ、カブリの発生や画像濃度が低下するのを防止することができる。また、外添剤の体積抵抗率が5×1015Ω・cm以下となるように調整されるので、比較的容易に外添剤を製造することができる。
また、トナー消費量が少なくトナーの入替わりが少ないカバレージの低い画像を連続プリントするとき、トナーが現像槽内で攪拌される時間が長くなり、外添剤が着色樹脂粒子中に埋没する場合がある。このように外添剤が着色樹脂粒子中に埋没すると、キャリアと着色樹脂粒子が有するホウ素化合物とが接触しやすくなり、ホウ素化合物が保持する電荷がキャリアにリークする場合がある。本発明においては、二成分現像剤のキャリアは、その体積抵抗率が2×1010Ω・cm以上5×1012Ω・cm以下となるように調整されるので、低カバレージの画像を連続プリントする場合においても、キャリアとホウ素化合物とが接触して、ホウ素化合物が保持する電荷がキャリアにリークするのを防止することができ、トナーの帯電量が低下するのを防止することができる。そのため、カブリの発生や画像濃度が低下するのを防止することができる。
また本発明によれば、キャリアは、コア粒子とコア粒子を被覆する被覆層とを含んで構成され、被覆層が導電性を有する導電剤とシリコーン樹脂とを含む。シリコーン樹脂は、ホウ素化合物が付着しにくいという性質をもつ。このような性質をもつシリコーン樹脂を含んだ被覆層がキャリア表面に形成されるので、ホウ素化合物が保持する電荷がキャリアにリークするのを防止することができる。また、被覆層には導電剤が含まれるので、導電剤の添加量などを調整することによって、キャリアの体積抵抗率を所望の範囲となるように制御することができる。
また本発明によれば、コア粒子は、体積抵抗率が1×10Ω・cm以上5×1010Ω・cm以下のフェライトから成る粒子で形成される。体積抵抗率が前記範囲に調整されたフェライトから成るキャリアは、電気絶縁性およびキャリア表面に残るカウンター電荷の除去能力に優れたキャリアとなる。そのため、得られる画像のベタ画像周辺部のエッジ効果および画像濃度低下を防止することができる。
また本発明によれば、コア粒子に被覆する被覆層の厚みが、0.5μm以上5μm以下である。被覆層の厚みを0.5μm以上に調整することによって、感光体が担持する静電潜像を現像する場合、感光体表面の電荷がキャリアに移動するのを防止することができ、得られる画像に刷毛スジが発生するのを防止することができる。また、被覆層の厚みを5μm以下に調整することによって、トナーが現像された後にキャリアに残るカウンターチャージを速やかに消失させることができる。
また本発明によれば、被覆層に含まれる導電剤は、吸油量が90ml/100g以上170ml/100g以下のカーボンブラックである。これによって、被覆層中に導電剤が均一に分散した被覆層を容易に形成させることができ、感光体表面の電荷がキャリアに移動するのをさらに防止することができる。
また本発明によれば、外添剤は、表面が疎水化処理され、かつ一次粒子径が5nm以上15nm以下のシリカから成る微粒子である。このように外添剤の表面を疎水化処理することによって、外添剤が吸湿するのを防止することができ、高湿環境下においてもトナー帯電量が不安定になるのを防止することができる。また、外添剤は、一次粒子径が5nm以上15nm以下の小粒径の外添剤であるので、少量の添加でトナーの流動性を向上させることができるとともに、トナーの帯電立ち上がり性を向上させ、現像槽内に補給されるトナーを速やかに帯電させることができる。
また本発明によれば、着色樹脂粒子は、体積平均粒子径が5μm以上7μm以下であり、かつBET比表面積が1.5m/g以上1.9m/g以下である。そのため、着色樹脂粒子表面の凹凸が少なくなり、外添剤が凹部に入り込むのを防止することができ、外添剤を着色樹脂粒子表面に均一に付着させることができる。その結果、トナーに充分な流動性が付与されるとともに、外添剤がもつスペーサ効果(トナーが保持する電荷のリークを防ぐ効果)を充分に得ることができ、得られる画像のカブリ発生を防止することができるとともにトナー飛散を防止することができる。
また本発明によれば、画像形成装置が画像を形成するための現像剤が、前記二成分現像剤である。プリントする画像のカバレージに影響されずに、トナーの帯電量が低下するのが抑制された二成分現像剤を用いて画像が形成されるので、カバレージの低い画像およびカバレージの高い画像を連続プリントする場合においても、トナーの帯電量が低下するのが防止され、カブリの発生や画像濃度が低下するのを防止することができる。
本発明の二成分現像剤は、静電潜像を可視化するトナーと、磁性を有するキャリアとを含む。
[トナー]
本発明の二成分現像剤に含まれるトナーは、少なくともホウ素化合物、結着樹脂および着色剤から形成される着色樹脂粒子と、着色樹脂粒子の表面に外添される外添剤とを含んで構成される。
(ホウ素化合物)
ホウ素化合物は、下記一般式(1)
Figure 2009025748
(式中、RおよびRは水素原子、アルキル基、置換または非置換の芳香環(縮合環も含む)を示し、RおよびRは置換または非置換の芳香環(縮合環も含む)を示し、Xはカチオンを示す。)で表される化合物であり、高い負帯電性と帯電安定性とを有している。そのため、ホウ素化合物をトナーに添加することによって、速い帯電立ち上がり性と帯電安定性とを付与することができる。その結果、ホウ素化合物を含有するトナーを画像形成装置の現像剤として使用した場合には、カブリの発生を防止することができる。
一般式(1)で示される化合物について詳細に説明する。RおよびRのアルキル基には、メチル基、エチル基、n−ブチル基、iso−アミル基、n−ドデシル基、n−オクタデシル基、シクロヘキシル基などが挙げられ、R、R、RおよびRの芳香環には、ベンゼン環、ナフタリン環などが挙げられ、置換基にはアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子、アリール基、アラルキル基、ニトロ基、シアン基などが挙げられる。カチオンには、種々の無機カチオン、有機カチオンを用いることができる。無機カチオンには、水素イオン、金属イオンが挙げられ、1価および2価の金属イオンとして、Li、Na、K、Mg2+、Ca2+、Zn2+などが挙げられる。また、有機カチオンとしては、アンモニウムイオン、イミニウムイオンまたはスルホニウムイオンなどが挙げられる。このようなホウ素化合物の具体例を下表1に示す。
Figure 2009025748
ホウ素化合物の添加量は、後述する結着樹脂100重量部に対して、0.5重量部以上3重量部以下であることが好ましく、1重量部以上2重量部以下であることがさらに好ましい。
(結着樹脂)
結着樹脂としては、トナーの結着樹脂として常用されるものを使用でき、たとえば、ポリエステル樹脂、ポリスチレン−アクリル酸エステル共重合体などのスチレン−アクリル系樹脂、ポリスチレンなどのスチレン系樹脂、(メタ)アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂などが挙げられる。これらの中でも、線形又は非線形のポリエステル樹脂が好ましい。ポリエステル樹脂は、機械的強度(摩耗などによって微粉が発生しにくい)、定着性(定着後に紙から剥離しにくい)、および耐ホットオフセット性を両立させる上で優れている。
ポリエステル樹脂は、2価以上の多価アルコールと多塩基酸、および必要に応じて3価以上の多価アルコールあるいは多塩基酸からなるモノマー組成物を重合することにより得られる。ポリエステル樹脂の重合に用いられる2価のアルコールとしては、たとえばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、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、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなどのジオール類、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ポリオキシエチレン化ビスフェノールA、ポリオキシプロピレン化ビスフェノールAなどのビスフェノールAアルキレンオキシド付加物が挙げられる。
3価以上の多価アルコールとしては、たとえばソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、蔗糖、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼンが挙げられる。
2価の多塩基酸としては、たとえばマレイン酸、フマール酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、マロン酸、これらの酸の無水物、低級アルキルエステル、またはn−ドデセニルコハク酸、n−ドデシルコハク酸などのアルケニルコハク酸類もしくはアルキルコハク酸類が挙げられる。
3価以上の多塩基酸としては、たとえば1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、テトラ(メチレンカルボキシル)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、およびこれらの無水物などが挙げられる。
(着色剤)
着色剤としては、トナーの着色剤として常用される顔料、染料を使用することができる。黒トナー用の着色剤としては、カーボンブラック、マグネタイトなどが挙げられる。イエロートナー用の着色剤としては、C.I.ピグメント・イエロー1、同3、同74、同97、同98などのアセト酢酸アリールアミド系モノアゾ黄色顔料、C.I.ピグメント・イエロー12、同13、同14、同17などのアセト酢酸アリールアミド系ジスアゾ黄色顔料、C.I.ピグメント・イエロー93、同155などの縮合モノアゾ系黄色顔料、C.I.ピグメント・イエロー180、同150、同185などのその他黄色顔料、C.I.ソルベント・イエロー19、同77、同79、C.I.ディスパース・イエロー164などの黄色染料などが挙げられる。
マゼンタトナー用の着色剤としては、C.I.ピグメント・レッド48、同49:1、同53:1、同57、同57:1、同81、同122、同5、同146、同184、同238、C.I.ピグメント・バイオレット19などの赤色もしくは紅色顔料、C.I.ソルベント・レッド49、同52、同58、同8などの赤色系染料などが挙げられる。
シアントナー用の着色剤としては、C.I.ピグメント・ブルー15:3、同15:4などの銅フタロシアニンおよびその誘導体の青色系染顔料、C.I.ピグメント・グリーン7、同36(フタロシアニン・グリーン)などの緑色顔料などが挙げられる。着色剤の添加量は、結着樹脂100重量部に対して、1重量部以上15重量部以下であることが好ましく、2重量部以上10重量部以下であることがさらに好ましい。
着色樹脂粒子は、少なくとも前述したホウ素化合物、結着樹脂および着色剤から形成され、その体積平均粒子径が3μm以上15μm以下であることが好ましく、5μm以上7μm以下であることがドット再現性に優れる点でさらに好ましい。なお、体積平均粒子径の測定は、コールター社製のコールターカウンターで100μmのアパーチャーを用いて行った。
また、着色樹脂粒子は、そのBET比表面積が1.5m/g以上1.9m/g以下であることが好ましい。BET比表面積が1.9m/gを超えると、着色樹脂粒子表面に凹凸が多くなり、後述するトナー表面に外添される外添剤がその凹部に入り込み、外添剤をトナー表面に均一に付着させることが困難となる。その結果、外添剤のもつコロ効果(トナーの流動性を良くする効果)やスペーサ効果(電荷のリークを防ぐ効果)が充分に得られなくなり、カブリやトナー飛散が発生し易くなる。また、BET比表面積が1.5m/g未満では、着色樹脂粒子の表面が平滑になりすぎるため、クリーニング不良が発生してカブリが発生し易くなる。BET比表面積が所望の範囲となる着色樹脂粒子は、角がない粒子形状とすることによって得られる。その方法としては、たとえば、円筒状の配管の中に着色樹脂粒子を入れた状態で高速回転させる方法、熱気流中で瞬間的にトナーを溶融させるサフュージョンシステムなどが挙げられる。なお、BET比表面積の測定は、BET比表面積測定装置ジェミニ2360(島津製作所製)を用いて3点測定法で行った。
着色樹脂粒子は、混練粉砕法や重合法などの公知の方法によって製造することができる。着色樹脂粒子を製造するとき、前述したホウ素化合物、結着樹脂および着色剤の他に、離型剤などの添加剤を添加してもよい。離型剤を添加することによって、定着ローラまたは定着ベルトに対するトナーの離型性を高めることができ、定着時の高温・低温オフセットを防止することができる。離型剤の添加量は、特に制限されないが、結着樹脂100重量部に対して1重量部以上5重量部以下である。離型剤としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等の合成ワックスやパラフィンワックスおよびその誘導体、マイクロクリスタリンワックスおよびその誘導体等の石油系ワックスおよびその変成ワックス、カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス等の植物系ワックスなどが挙げられる。
着色樹脂粒子を混練粉砕法によって製造する場合、まず、ホウ素化合物、結着樹脂、着色剤、離型剤およびその他の添加剤を、ヘンシェルミキサ、スーパーミキサ、メカノミル、Q型ミキサなどから選ばれる混合機によって混合する。次に、得られる混合物を2軸混練機、1軸混練機などから選ばれる混練機によって、70℃以上180℃以下程度の温度にて溶融混練する。その後、得られる混練物を冷却固化し、固化物をジェットミルなどのエア式粉砕機によって粉砕し、必要に応じて分級などの粒度調整を行って、着色樹脂粒子を製造することができる。
(外添剤)
本発明のトナーは、外添剤を含んで構成される。外添剤は、着色樹脂粒子の表面に外添され、トナーに流動性を付与して、トナーの搬送性を向上させる。外添剤は、その体積抵抗率が1×1012Ω・cm以上5×1015Ω・cm以下に調整される。外添剤の体積抵抗率は、たとえば、外添剤を構成する基体の種類などによって調整することができる。外添剤を構成する基体としては、シリカ、アルミナ、酸化チタンなどの無機材料が挙げられる。また、詳細は後述するが、外添剤の表面を処理する表面処理剤の種類、処理量を変えることによって調整することもできる。
以上のように、外添剤の体積抵抗率が1×1012Ω・cm以上となるように調整されるので、外添剤が保持する正電荷が着色樹脂粒子に含有される負に帯電するホウ素化合物にリークするのを防止することができ、外添剤は充分な量の電荷を保持することができる。そのため、トナーは速い帯電立ち上がり性を維持することができ、トナー消費量が多くなるような高カバレージの画像を多数枚連続プリントする場合においても、カブリの発生や画像濃度が低下するのを防止することができる。また、外添剤の体積抵抗率が5×1015Ω・cm以下となるように調整されるので、比較的容易に外添剤を製造することができる。
また、外添剤は、その一次粒子径が5nm以上15nm以下であることが好ましい。一次粒子径が5nm以上15nm以下の小粒径である外添剤は、少量の添加でトナーの流動性を向上させることができるとともに、トナーの帯電立ち上がり性を向上させ、現像槽内に補給されるトナーを速やかに帯電させることができる。また、外添剤は、表面が疎水化処理されたシリカから成る微粒子であることが好ましい。このように、外添剤の表面を疎水化処理することによって、外添剤が吸湿するのを防止することができ、トナー帯電量が不安定になるのを防止することができる。また、外添剤の表面を疎水化処理することによって、正帯電する外添剤に、着色樹脂粒子に含有されるホウ素化合物が保持する負電荷がリークするのを防止することができ、外添剤が長期間にわたって正電荷を保持することができる。そのため、正電荷を保持する外添剤がキャリアと接触することによって、速やかにキャリアに正電荷を渡すことができ、トナーの速い帯電立ち上がり性を維持することができる。
外添剤の体積抵抗率は、使用する表面処理剤の種類、処理量を変えることによって調整することができる。疎水化表面処理剤としては、シランカップリング剤、チタンカップリング剤、シリコーンオイルなどが挙げられる。これらの中でも、疎水性に優れて、トナー帯電量が不安定になるのを防止する効果が大きいシランカップリング剤である、ヘキサメチルジシラザンを表面処理剤として用いるのが好ましい。外添剤の添加量は、着色樹脂粒子100重量部に対して0.5重量部以上5重量部以下の割合で混合するのが好ましい。添加量が少なすぎると、外添剤の効果が得られにくく、逆に添加量が多すぎるとトナーの定着性が低下する。さらに外添剤は、着色樹脂粒子表面の被覆率が20%以上80%以下となるように添加することが好ましい。外添剤は、ヘンシェルミキサなどの気流混合機を用いて、着色樹脂粒子に外添することができる。
なお、外添剤の一次粒子径の測定は、走査型電子顕微鏡を用いて測定した個数平均値を算出して行った。また、外添剤の体積抵抗率の測定は、以下に示す手順で行われる、圧縮法によって行った。まず、温度20℃、湿度65%の環境下に24時間放置した外添剤を、2枚の銅板電極の間に挟んで圧力100kg/cmでプレスし、銅板電極間距離が8mm以上10mm以下となる試料を作製した。次に、電界強度500V/cmの電圧を試料に印加し、電圧を印加してから15秒後の抵抗を測定して、外添剤の体積抵抗率を算出した。
[キャリア]
キャリアは、磁性を有する材料である。キャリアの飽和磁化としては、飽和磁化が低いほど感光体と接する磁気ブラシが柔らかくなるので、静電潜像に忠実な画像が得られるが、飽和磁化が低すぎると、感光体表面にキャリアが付着し、得られる画像に白抜け現象が発生しやすくなり、飽和磁化が高すぎると、磁気ブラシの剛直化によって、静電潜像に忠実な画像が得られにくくなる。そのため、キャリアの飽和磁化は、30emu/g以上100emu/g以下の範囲に調整するのが好ましい。
また、本発明の二成分現像剤に含まれるキャリアは、体積抵抗率が2×1010Ω・cm以上5×1012Ω・cm以下となるように調整される。トナー消費量が少なくトナーの入替わりが少ないカバレージの低い画像を連続プリントするとき、トナーが現像槽内で攪拌される時間が長くなり、外添剤が着色樹脂粒子中に埋没する場合がある。このように外添剤が着色樹脂粒子中に埋没すると、キャリアと着色樹脂粒子が有するホウ素化合物とが接触しやすくなり、ホウ素化合物が保持する電荷がキャリアにリークする場合がある。本発明においては、二成分現像剤のキャリアは、その体積抵抗率が2×1010Ω・cm以上となるように調整されるので、キャリアとホウ素化合物とが接触する場合においても、ホウ素化合物が保持する電荷がキャリアにリークするのを防止することができ、トナーの帯電量が低下するのを防止することができる。そのため、低カバレージの画像を連続プリントする場合においても、カブリの発生や画像濃度が低下するのを防止することができる。また、キャリアの体積抵抗率が5×1012Ω・cm以下となるように調整されるので、キャリアの正電荷の蓄積防止効果(帯電リーク性)が低下するのを防止することができ、感光体に担持される静電潜像を現像するとき、現像後に残留するキャリアが正電荷を蓄積するのを防止することができる。
キャリアの体積抵抗率は、たとえば、キャリアを構成する基体である後述のコア粒子の種類などによって調整することができる。また、詳細は後述するが、キャリアが有する被覆層中に添加する導電剤の種類や添加量によって調整することもできる。
なお、キャリアの体積抵抗率の測定は、以下に示す手順で行われる、ブリッジ法によって行った。まず、温度20℃、湿度65%の環境下において、6.5mmの間隙を設けて設置される幅30mm、高さ10mmの2枚の銅板電極間に0.2gのキャリアを充填した。次に、N極とS極が対向するように各銅板電極の外側に配置される2つの磁石(100mT)の磁力線によって、キャリアによるブリッジを形成させた状態で、500Vの電圧を印加し、電圧を印加してから15秒後の抵抗を測定して、キャリアの体積抵抗率を算出した。
また、キャリアの体積平均粒子径が30μm以上100μm以下であることが好ましい。キャリアの体積平均粒子径が小さすぎると、現像時にキャリアが現像ローラから感光体に移動し易くなり、得られる画像に白抜けが発生する。キャリアの体積平均粒子径が大きすぎると、ドット再現性が悪くなり、得られる画像が粗くなる。また、キャリアの体積平均粒子径の測定は、レーザ回折式粒度分布測定装置HELOS(SYMPATEC社製)に乾式分散装置RODOS(SYMPATEC社製)を用いて、分散圧3.0barの条件下で行った。
本発明の二成分現像剤に含まれるキャリアは、磁性を有するコア粒子とコア粒子を被覆する被覆層とを含んで構成される。
(コア粒子)
コア粒子としては、公知の磁性粒子が使用できるが、帯電性や耐久性の点でフェライト粒子が好ましい。フェライト粒子としては公知のものを使用でき、たとえば、亜鉛系フェライト、ニッケル系フェライト、銅系フェライト、ニッケル−亜鉛系フェライト、マンガン−マグネシウム系フェライト、銅−マグネシウム系フェライト、マンガン−亜鉛系フェライト、マンガン−銅−亜鉛系フェライトなどが挙げられる。これらのフェライト粒子は、公知の方法で製造できる。たとえば、まず、酸化鉄(Fe)や水酸化マグネシウム(Mg(OH))などのフェライト原料を混合し、この混合粉を加熱炉で加熱して仮焼する。次に、得られた仮焼物を冷却後、振動ミルでほぼ1μm程度の粒子となるように粉砕し、粉砕粉に分散剤と水を加えてスラリーを作製する。その後、得られたスラリーを湿式ボールミルで湿式粉砕し、得られる懸濁液をスプレードライヤーで造粒乾燥することによって、フェライト粒子を製造することができる。また、フェライト粒子の体積抵抗率は、1×10Ω・cm以上5×1010Ω・cm以下に調整するのが好ましい。体積抵抗率が前記の範囲に調整されたフェライト粒子を有するキャリアは、電気絶縁性およびキャリア表面に残るカウンター電荷の除去能力に優れたキャリアとなる。そのため、カブリ、ベタ画像周辺部のエッジ効果および画像濃度低下を防止することができる。
(被覆層)
被覆層を構成する材料としては、公知の樹脂材料が使用でき、たとえば、アクリル樹脂やシリコーン樹脂などが挙げられる。これらの中でも、シリコーン樹脂が好ましい。その理由は、シリコーン樹脂から成る被覆層を有するキャリアは、その表面にホウ素化合物が付着しにくく、長期にわたってトナーの帯電付与能力を維持することができるからである。
シリコーン樹脂としては公知のものが使用でき、たとえば、シリコーンワニス(商品名:TSR115、TSR114、TSR102、TSR103、YR3061、TSR110、TSR116、TSR117、TSR108、TSR109、TSR180、TSR181、TSR187、TSR144、TSR165など、いずれも信越化学株式会社製、KR271、KR272、KR275、KR280、KR282、KR267、KR269、KR211、KR212など、いずれも株式会社東芝製)、アルキッド変性シリコーンワニス(商品名:TSR184、TSR185など、いずれも株式会社東芝製)、エポキシ変性シリコーンワニス(商品名:TSR194、YS54など、いずれも株式会社東芝製)、ポリエステル変性シリコーンワニス(商品名:TSR187など、株式会社東芝製)、アクリル変性シリコーンワニス(商品名:TSR170、TSR171など、いずれも株式会社東芝製)、ウレタン変性シリコーンワニス(商品名:TSR175など、株式会社東芝製)、反応性シリコーン樹脂(商品名:KA1008、KBE1003、KBC1003、KBM303、KBM403、KBM503、KBM602、KBM603など、いずれも信越化学株式会社製)などが挙げられる。
被覆層には、キャリアの体積抵抗率を調整するために、導電剤が添加される。導電剤としては、たとえば、酸化ケイ素、アルミナ、カーボンブラック、グラファイト、酸化亜鉛、チタンブラック、酸化鉄、酸化チタン、酸化スズ、チタン酸カリウム、チタン酸カルシウム、ホウ酸アルミニウム、酸化マグネシウム、硫酸バリウム、炭酸カルシウムなどが挙げられる。これらの中でも、製造安定性、コストおよび電気抵抗の低さなどの観点から、カーボンブラックが好ましい。カーボンブラックの種類は特に限定されないが、DBP(ジブチルフタレート)吸油量が90ml/100g以上170ml/100g以下の範囲にあるものが、製造安定性に優れる点で好ましい。また、一次粒子径が50nm以下のものが、分散性に優れるため特に好ましい。導電剤は、1種を単独で使用することができ、2種以上を併用して使用することもできる。導電剤の被覆層への添加量は、被覆層を構成する樹脂材料100重量部に対して0.1重量部以上20重量部以下である。
コア粒子に被覆層を形成する方法は、公知の方法が採用できる。たとえば、まず、被覆層を構成する樹脂材料および導電剤を有機溶媒に溶解して、被覆樹脂溶液を作製する。次に、被覆樹脂溶液を用いてコア粒子表面に被覆層を形成する。その方法としては、被覆樹脂溶液にコア粒子を浸漬させる浸漬法、被覆樹脂溶液をコア粒子に噴霧するスプレー法、流動エアによって浮遊させた状態のコア粒子に被覆樹脂溶液を噴霧する流動床法、ニーダーコーター中でコア粒子と被覆樹脂溶液とを混合するニーダーコーター法などが挙げられる。浸漬法によってコア粒子表面に被覆層を形成するときの具体的な方法を、以下に説明する。以下の説明では、コア粒子としてフェライト粒子、被覆層を構成する樹脂材料として熱硬化性シリコーン樹脂を用いる。まず、熱硬化性シリコーン樹脂をトルエンに溶解して作製した被覆樹脂溶液と、フェライト粒子とを所定の割合で攪拌機の容器に入れ、所定時間撹件する。このとき、フェライト粒子の表面に被覆膜が形成される。次に、被覆膜が形成されたフェライト粒子を固定式加熱装置に装填し、240℃程度に加熱する。このとき、シリコーン樹脂がフェライト粒子の表面上で熱硬化して被覆層となる。
被覆層の厚みは、0.5μm以上5μm以下に調整されることが好ましい。被覆層の厚みが薄すぎると、感光体表面の電荷がキャリアに移動し、得られる画像に刷毛スジが発生する。逆に被覆層の厚みが厚すぎると、トナーが現像された後に、キャリアに残るカウンターチャージを速やかに消失できなくなり、エッジのある画像になる。なお、被覆層の厚みは、薄くスライスしたキャリアの薄片を、透過型電子顕微鏡にて観察して測定することができるが、被覆層を形成するときに、コア粒子の粒径比重、並びに被覆樹脂溶液の塗布量や比重を基に算出することができる。
本発明の二成分現像剤は、前述したトナーとキャリアとを、ナウターミキサーなどの混合機で混合することによって製造できる。トナーとキャリアとは、キャリア100重量部に対して、トナーが3重量部以上15重量部以下の割合となるように混合される。
図1は、本発明の実施の一形態である画像形成装置31の構成を示す図である。画像形成装置31は、デジタル複写機であって、複写モードと印刷モードとを選択することができ、複写モードでは、後述するスキャナ部29において読み取られる原稿の画像情報に応じて原稿の複写物を印刷し、印刷モードでは画像形成装置31にネットワークを介して接続される外部機器からの画像情報に応じてそれに対応する画像を印刷することができる。
画像形成装置31は、画像を形成するための現像剤が、前述した二成分現像剤である。画像形成装置31では、プリントする画像のカバレージに影響されずに、トナーの帯電量が低下するのを抑制された二成分現像剤を用いて画像が形成されるので、カバレージの低い画像およびカバレージの高い画像を連続プリントする場合においても、トナーの帯電量が低下するのが防止され、カブリの発生や画像濃度が低下するのを防止することができる。
画像形成装置31は、感光体20と、帯電手段21と、露光手段22と、現像手段1と、転写手段23と、定着手段25と、クリーニング手段24と、給紙トレイ28と、スキャナ部29と、排紙トレイ30とを含んで構成される。
感光体20は、図示しない駆動手段によって軸線回りに回転駆動可能に支持され、その表面に静電潜像ひいてはトナー像が形成される感光膜を有するローラ状部材である。感光体20には、たとえば、図示しない導電性基体と、導電性基体表面に形成される図示しない感光膜とを含むローラ状部材を使用できる。導電性基体には、円筒状、円柱状、シート状などの導電性基体を使用でき、その中でも円筒状導電性基体が好ましい。感光膜としては、有機感光膜、無機感光膜などが挙げられる。有機感光膜としては、電荷発生物質を含む樹脂層である電荷発生層と、電荷輸送物質を含む樹脂層である電荷輸送層との積層感光体、1つの樹脂層中に電荷発生物質と電荷輸送物質とを含む単層感光体などが挙げられる。無機感光膜としては、酸化亜鉛、セレン、アモルファスシリコンなどから選ばれる1種または2種以上を含む膜が挙げられる。導電性基体と感光膜との間には、下地膜を介在させてもよく、感光膜の表面には主に感光膜を保護するための表面膜(保護膜)を設けてもよい。
帯電手段21は、たとえば、感光体20にコロナ放電を行う鋸歯型帯電器である。帯電手段21には図示しない電源が接続され、帯電手段21に電圧を印加する。帯電手段21は電源から電圧の印加を受けてコロナ放電を行い、感光体20表面を所定の極性および電位に帯電させる。帯電手段21としては、これに限定されず、帯電ブラシ型帯電器、ローラ状帯電器、イオン発生装置、磁気ブラシなどの帯電器が使用できる。
露光手段22は、たとえば、光源を含むレーザスキャニング装置である。レーザスキャニング装置は、光源、ポリゴンミラー、fθレンズ、反射ミラーなどを組合せた装置である。光源としては、たとえば、半導体レーザ、LEDアレイ、エレクトロルミネッセンス(EL)素子などを使用できる。露光手段22は、後述するスキャナ部29において読み取られる原稿の画像情報または外部機器からの画像情報が入力され、画像情報に応じた信号光を、帯電状態にある感光体20表面に照射する。これによって、感光体20表面に、画像情報に応じた静電潜像が形成される。
現像手段1は、感光体20に担持される静電潜像に、本発明の二成分現像剤を供給して可視像を形成させる。図2は、現像手段1の構成を示す断面図である。現像手段1は、現像槽2と、現像ローラ3と、第1撹拌部材4と、第2撹拌部材5と、搬送部材6と、規制部材7と、規制部材支持体8と、流し板9と、磁性部材10と、磁性部材支持体11と、トナー濃度検知センサ12とを含んで構成される。現像槽2は、内部空間を有するほぼ角柱状の容器部材であり、現像ローラ3、第1撹拌部材4、第2撹拌部材5および搬送部材6を回転自在に支持し、規制部材7、流し板9などを直接的または間接的に支持し、本発明の二成分現像剤を収容する。また、現像槽2には、感光体20を臨む側面に開口2aが形成され、この開口2aから現像剤を感光体20表面に形成される静電潜像に向けて供給する。また、現像槽2の上面には、トナーが補給される開口であるトナー補給口2bが形成される。
現像槽2の鉛直方向上方には図示しないトナーカートリッジおよびトナーホッパが設けられる。より詳しくは、鉛直方向上方から下方に向けて、トナーカートリッジ、トナーホッパおよび現像槽2の順番で設けられる。トナーカートリッジは、その内部空間にトナーを収容し、画像形成装置31の壁面に対して着脱可能に設けられる。トナーカートリッジに収容されるトナーは、トナーカートリッジが駆動手段(不図示)によって軸線回りに回転することによって、トナーカートリッジに形成される開口からトナーホッパに向けて落下して、トナーホッパに供給される。トナーホッパには、トナーホッパから現像槽2に向けてトナーが排出される開口であるトナー排出口が、現像槽2に形成されるトナー補給口2bと鉛直方向に連通するように設けられる。さらにトナーホッパには、トナー排出口の鉛直方向上方にトナー補給ローラ19が設けられる。トナー補給ローラ19は、トナーホッパによって回転自在に支持され、図示しない駆動手段によって回転駆動する。トナー補給ローラ19の回転駆動は、トナー濃度検知センサ12による現像槽2内のトナー濃度の検知結果に応じて、画像形成装置に設けられる図示しない制御手段により制御される。トナー補給ローラ19の回転駆動によって、トナーホッパからトナー補給口2bを介して、現像槽2内にトナーが補給される。
現像ローラ3は、少なくとも一部が現像槽2に回転自在に支持され、図示しない駆動手段によって軸心回りに回転駆動するローラ状部材である。現像ローラ3は、現像槽2の開口2aを介して感光体20に対向するように配置される。現像ローラ3は、感光体20に対して間隙を有して離隔するように設けられ、最近接部分が現像ニップ部となる。現像ニップ部において、現像ローラ3表面の図示しない現像剤層から感光体20表面の静電潜像にトナーが供給される。現像ニップ部では、現像ローラ3に接続される図示しない電源から現像ローラ3に対して現像バイアス電圧が印加され、現像ローラ3表面の現像剤層から感光体20表面の静電潜像へのトナーの移行が円滑に進行する。現像ローラ3は、マグネットローラ13とスリーブ14とを含む。マグネットローラ13は、その長手方向の両端部が現像槽2の現像槽壁によって支持され、現像ローラ3の周方向位置に断面形状が長方形の複数の棒磁石である磁極N1,N2,N3および磁極S1,S2,S3,S4が互いに離隔して現像ローラ3の半径方向に放射状に配置される多極着磁型マグネットローラである。各磁極は、現像ローラ3(スリーブ14)の回転方向とは逆方向において、磁極N1,S1,N2,S2,N3,N4,S3の順番に配置される。
マグネットローラ13において、磁極N3は、磁極S2から現像ローラ3の回転方向上流側(以下特に断わらない限り単に「上流側」とする)において、特定の角度範囲に設けるのが好ましい。ここで、角度範囲の角度とは、磁極S2が配置される現像ローラ3の断面における半径(以下「半径S2」とする)と、磁極N3が配置される現像ローラ3の断面における半径(以下「半径N3」とする)とが成す角の角度である。角度範囲は、33°以上であり、かつ半径S2と、現像ローラ3の軸心と後述する第1撹拌部材4の軸心とを結ぶ直線とが成す角の角度(以下「第1撹拌部材4の設置角度」とする)以下にするのが好ましい。角度範囲が33°未満では、画像濃度むらなどの画像不良が発生し易くなる。また、第1撹拌部材4の設置角度を超えると、半径N3の延長線が第1撹拌部材4の軸心よりも鉛直方向下方を延びることになる。その結果、第1撹拌部材4の現像ローラ3への現像剤汲み上げ能力が低下し、画像濃度の低下、画像濃度むらなどの画像不良が発生し易くなる。
また、本実施の形態では、マグネットローラ13における各磁極の配置は次の通りであり、図3は、現像ローラ3が有するマグネットローラ13における各磁極の磁力分布を示す図である。磁極N1(ピーク値=105.8mT)は、感光体20に対向する位置において、現像ローラ3の軸心と感光体20の軸心とを結ぶ直線上に設けられる。磁極S1(ピーク値=−87.0mT)は磁極N1から上流側50.55°の位置に設けられる。この角度は、磁極S1が配置される現像ローラ3の断面における半径S1と磁極N1が配置される現像ローラ3の断面における半径N1とが成す角の角度である。以下同様とする。磁極N2(ピーク値=39.3mT)は、磁極N1から上流側111.33°の位置に設けられる。磁極S2(ピーク値=−46.9mT)は、磁極N1から上流側153.73°の位置に設けられる。磁極N3(ピーク値=52.8mT)は、磁極N1から上流側199.40°の位置、また磁極S2から上流側45.67°に設けられる。磁極N4(ピーク値=46.8mT)は、磁極N1から上流側272.40°の位置に設けられる。磁極S3(ピーク値=−83.2mT)は、磁極N1から上流側314.80°の位置に設けられる。
スリーブ14は、マグネットローラ13に外嵌され、現像槽2および図示しない支持部材によって回転自在に支持され、図示しない駆動手段によって回転可能に設けられる円筒状部材である。スリーブ14は、非磁性材料を用いて形成される。本実施の形態では、スリーブ14は反時計回りに回転し、感光体20は時計回りに回転する。したがって、現像ニップ部においてスリーブ14と感光体20とは逆方向に回転する。
第1撹拌部材4および第2撹拌部材5は、いずれも、現像槽2によって回転自在に支持され、かつ図示しない駆動手段によって軸心回りに回転駆動可能に設けられるローラ状部材である。本実施の形態では、第1撹拌部材4は反時計回りに回転し、第2撹拌部材4は時計回りに回転する。第1撹拌部材4は、現像ローラ3を介して感光体20に対向しかつ現像ローラ3よりも鉛直方向下方になる位置に設けられる。本実施の形態では、半径S2と、現像ローラ3の軸心と第1撹拌部材4の軸心とを結ぶ直線とが成す角の角度である第1撹拌部材4の設置角度は54°である。第2撹拌部材5は、第1撹拌部材4を介して現像ローラ3に対向し、かつ現像ローラ3よりも鉛直方向下方になる位置に設けられる。第1撹拌部材4および第2撹拌部材5は、現像槽2内に貯留される現像剤を撹拌してトナーに均一な電荷を付与するとともに、帯電状態にある現像剤を汲み上げて現像ローラ3の周囲に送給する。
搬送部材6は、現像槽2によって回転自在に支持されかつ図示しない駆動手段によって回転駆動可能に設けられるローラ状部材である。搬送部材6は、第2撹拌部材5を介して第1撹拌部材4に対向し、かつトナー補給口2bの鉛直方向下方に設けられる。搬送部材6は、トナー補給口2bを介して現像槽2内に補給されるトナーを、第2撹拌部材5の周囲に搬送する。
規制部材7は、現像ローラ3の軸線方向に平行に延びる板状部材であり、現像ローラ3の鉛直方向上方において、その短手方向の一端が現像槽2と規制部材支持体8とによって支持され、かつ他端が現像ローラ3表面に対して間隙を有して離隔するように設けられる。本実施の形態では、規制部材7は現像ローラ3の半径方向(現像ローラ3の半径の延長線)上に設けられ、該延長線と、磁極N1が配置される現像ローラ3の断面における半径N1とが成す角の角度が90°になるように設けられる。規制部材7は、たとえば、ステンレス鋼、アルミニウムなどの弾性を有する非磁性金属、合成樹脂などによって形成される。本実施の形態では、規制部材7には薄板状のステンレス鋼を使用する。規制部材支持体8は、現像槽2とともに規制部材7を支持する。具体的には、規制部材7の短手方向の一端およびその近傍部分を、規制部材支持体8と現像槽2とによって挟持するようにして支持する。規制部材支持体8は、たとえば、合成樹脂、金属などの材料によって形成される。本実施の形態では、規制部材支持体8は、合成樹脂から形成される。規制部材7は、現像ローラ3表面に担持される現像剤層から余分な現像剤を取り除き、現像剤層の層厚を一定に規制することによって、現像剤の搬送量を調整する。また、規制部材7は、短手方向の他端と現像剤層との摺擦によって、現像剤層に含まれる帯電が不充分な現像剤に電荷を付与し、現像剤層に含まれる現像剤を充分に帯電させる。
流し板9は、現像槽2内において、現像ローラ3の回転方向における規制部材7よりも上流側であって、第1撹拌部材4および第2撹拌部材5の鉛直方向上方に設けられる板状部材である。流し板9は、短手方向の一端が現像ローラ3表面に対向し、間隙を有して離隔し、他端が現像ローラ3から離反する方向に延びる。本実施の形態では、流し板9の上面は、流し板9の短手方向における現像ローラ3側の端部およびその近傍部分では水平方向に対して平行になり、それ以外の部分では現像ローラ3から離反するにつれて鉛直方向下方に下降するように設けられる。流し板9は、その鉛直方向下部において流し板9の長手方向に貫通するように形成され貫通口に挿通される支持部材9aによって支持される。流し板9を設けることによって、現像槽2内における現像剤の円滑な流れが発生し、トナーの不均一な帯電、トナーのブロッキングなどの発生が防止される。詳しくは、規制部材7によって現像ローラ3表面から取り除かれる現像剤は一時的に現像ローラ3上方の空間に滞留するが、量が多くなると流し板9の上面を現像ローラ3から離反する方向に流過し始める。現像剤は流し板9の上面に沿って流過し、流し板9の短手方向における現像ローラ3側とは反対側の端部から第2撹拌部材5に向けて落下する。落下した現像剤は第1撹拌部材4および第2撹拌部材5によって他の現像剤および新しく供給されるトナーと均一に混合され、現像ローラ3に向けて搬送される。
なお、第1撹拌部材4、第2撹拌部材5、搬送部材6、規制部材7、流し板9および磁性部材10の寸法は、現像ローラ3の寸法に応じて、適切な範囲から適宜決定される。トナー濃度検知センサ12は、たとえば、第2撹拌部材5の鉛直方向下方の現像槽2底面に装着され、センサ面が現像槽2の内部に露出するように設けられる。トナー濃度検知センサは図示しない制御手段に電気的に接続される。制御手段は、トナー濃度検知センサ12による検知結果に応じて、トナーカートリッジを回転駆動させ、トナーホッパを介して現像槽2内部にトナーを補給するように制御する。すなわち、トナー濃度検知センサ12による検知結果がトナー濃度設定値よりも低いと判定すると、トナーカートリッジを回転駆動させる駆動手段に制御信号を送り、トナーカートリッジを回転駆動させる。トナー濃度検知センサ12には、一般的なトナー濃度検知センサを使用でき、たとえば、透過光検知センサ、反射光検知センサ、透磁率検知センサなどが挙げられる。これらの中でも、透磁率検知センサが好ましい。
トナー濃度検知センサ12として透磁率検知センサを用いた場合、トナー濃度検知センサ12には図示しない電源が接続される。電源は、トナー濃度検知センサ12を駆動させるための駆動電圧およびトナー濃度の検知結果を制御手段に出力するための制御電圧をトナー濃度検知センサ12に印加する。電源によるトナー濃度検知センサ12への電圧の印加は、制御手段によって制御される。トナー濃度検知センサ12は、制御電圧の印加を受けてトナー濃度の検知結果を出力電圧値として出力する型式のセンサであり、基本的に出力電圧の中央値近傍の感度がよいため、その付近の出力電圧が得られるような制御電圧を印加して用いられる。このような型式のトナー濃度検知センサ12である透磁率検知センサは市販されており、たとえば、TS−L、TS−A、TS−K(いずれも商品名、TDK株式会社製)などが挙げられる。
現像手段1によれば、現像槽2に貯留される現像剤が、第1撹拌部材4および第2撹拌部材5の回転によって第1撹拌部材4の鉛直方向上方に搬送され、そこで磁性部材10によって持ち上げられ、現像ローラ3表面に供給される。現像ローラ3は、その表面に現像剤層を担持して回転し、規制部材7による現像剤層の層厚規制および現像剤の帯電を受けた後、現像ニップ部で感光体20上の静電潜像にトナーを供給して現像する。現像終了後、現像ローラ3は、さらに回転して再度現像剤の供給を受ける。一方、規制部材7によって現像ローラ3表面から取り除かれる現像剤は、流し板9の上面を現像ローラ3から離反する方向に流過し、第2撹拌部材5と搬送部材6との間に戻され、そこで他の現像剤と再度混合され、現像ローラ3に向けて搬送される。現像槽2内では、前記のような現像剤の循環が起こる。また、搬送部材6は、トナー濃度検知センサ12による検知結果に応じて現像槽2内に補給されるトナーを第2撹拌部材5の周囲に搬送する。
転写手段23は、感光体20表面のトナー像を記録媒体に転写する。転写手段23は、図示しない支持部材によって回転自在に支持され、かつ図示しない駆動手段によって回転可能に設けられ、かつ感光体20に圧接するように設けられるローラ状部材である。転写手段23には、たとえば、直径8mm以上10mm以下の金属製芯金と、金属製芯金の表面に形成される導電性弾性層とを含むローラ状部材が用いられる。金属製芯金を形成する金属としては、ステンレス鋼、アルミニウムなどを使用できる。導電性弾性層としては、エチレン−プロピレンゴム(EPDM)、発泡EPDM、発泡ウレタンなどのゴム材料にカーボンブラックなどの導電剤を配合したゴム材料を使用できる。感光体20と転写手段23との圧接部(転写ニップ部)に、感光体20の回転によってトナー像が搬送されるのに同期して、給紙トレイ28から図示しないピックアップローラおよびレジストローラを介して記録媒体が1枚ずつ供給される。記録媒体が転写ニップ部を通過することによって、感光体20表面のトナー像が記録媒体に転写される。転写手段23には図示しない電源が接続され、トナー像を記録媒体に転写する際に、トナー像を構成するトナーの帯電極性とは逆極性の電圧を転写手段23に印加する。これによって、トナー像が記録媒体に円滑に転写される。
定着手段25は、トナー像が転写された記録媒体を定着ニップ部に通過させ、トナー像を構成するトナーを溶融させるとともに記録媒体に押圧することによって、トナー像を記録媒体に定着させる。定着手段25は、定着ローラ26と、加圧ローラ27とを含む。定着ローラ26は、図示しない支持部材によって回転自在に支持され、かつ図示しない駆動手段によって軸線回りに回転可能に設けられるローラ状部材である。定着ローラ26は、その内部に図示しない加熱部材を有し、転写ニップ部から搬送される記録媒体に担持される未定着トナー像を構成するトナーを加熱し、トナーを溶融させて記録媒体に定着させる。定着ローラ26としては、たとえば、芯金と、弾性層とを含むローラ状部材を使用する。芯金は、鉄、ステンレス、アルミニウムなどの金属によって形成される。弾性層は、たとえば、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどの弾性材料で形成される。加熱部材は図示しない電源から電圧印加を受けて発熱する。加熱部材にはハロゲンランプ、赤外線ランプなどを使用できる。
加圧ローラ27は、回転自在に支持され、かつ図示しない加圧部材によって定着ローラ26に対して圧接するように設けられるローラ状部材である。加圧ローラ27は、定着ローラ26の回転に従動回転する。定着ローラ26と加圧ローラ27との圧接部が定着ニップ部である。加圧ローラ27は、定着ローラ26によるトナー像の記録媒体への加熱定着に際し、溶融状態にあるトナーを記録媒体に対して押圧することによって、トナー像の記録媒体への定着を促進する。加圧ローラ27には、定着ローラ26と同じ構成のローラ状部材を使用できる。加圧ローラ27の内部にも加熱部材を設けてもよい。加熱部材には定着ローラ26内部の加熱部材と同様のものを使用できる。トナー像が定着された記録媒体は、図示しない搬送手段によって、後述する排紙トレイ30に排出され、排紙トレイ30上に積載される。
クリーニング手段24は、トナー像を転写した後の感光体20表面を清浄化する。クリーニング手段24は、図示しないクリーニングブレードと、図示しないトナー貯留槽とを含む。クリーニングブレードは、感光体20の長手方向に平行に延びて設けられ、かつその短手方向の一端が感光体20表面に当接するように設けられる板状部材である。クリーニングブレードは、記録媒体にトナー像を転写した後に感光体20表面に残留するトナー、紙粉などを感光体20表面から取り除く。トナー貯留槽は、内部空間を有する容器状部材であり、クリーニングブレードによって除去されるトナーを一時的に貯留する。
給紙トレイ28は、普通紙、被覆紙、カラーコピー用紙、OHPフィルムなどの記録媒体を収容するトレイである。給紙トレイ28は複数設けられ、それぞれの給紙トレイ28にサイズの異なる記録媒体が収容される。記録媒体のサイズには、A3、A4、B5、B4などがある。また、複数の給紙トレイ28に同じサイズの記録媒体を収容してもよい。図示しないピックアップローラと、搬送ローラと、レジストローラとによって、感光体20表面のトナー像が転写ニップ部に搬送されるのに同期して、記録媒体が1枚ずつ送給される。
スキャナ部29には、図示しない原稿セットトレイ、自動反転原稿搬送装置(RADF、Rev ersing Automatic Document Feeder)などが設けられるとともに、図示しない原稿読み取り装置が設けられる。自動反転原稿搬送装置は、原稿セットトレイに載置される原稿を、原稿読み取り装置の原稿載置台に搬送する。原稿読み取り装置は、原稿載置台と、原稿走査装置と、反射部材と、光電変換素子(Charge Coupled Device、以下「CCD」という)ラインセンサなどを含み、原稿載置台に載置される原稿の画像情報を複数ライン毎、たとえば10ライン毎に読み取る。原稿載置台は、画像情報を読み取る原稿を載置するためのガラス製板状部材である。
原稿走査装置は、図示しない光源と第1の反射ミラーとを含み、原稿載置台の鉛直方向下面に沿って平行に一定速度Vで往復移動し、原稿載置台に載置される原稿の画像形成面に光を照射する。光の照射によって反射光像が得られる。光源は、原稿載置台に載置される原稿に照射する光の光源である。第1の反射ミラーは、反射光像を反射部材に向けて反射する。反射部材は、図示しない第2の反射ミラーと第3の反射ミラーと光学レンズとを含み、原稿走査装置で得られる反射光像をCCDラインセンサ上で結像させる。反射部材は、原稿走査装置の往復移動に追随してV/2の速度で往復移動する。第2、第3の反射ミラーは、反射光像が光学レンズに向うように反射光像を反射させる。光学レンズは、反射光像をCCDラインセンサ上に結像させる。CCDラインセンサは、光学レンズによって結像される反射光像を電気信号に光電変換する図示しないCCD回路を含み、画像情報である電気信号を制御手段の中の画像処理部に出力する。画像処理部は、原稿読み取り装置またはパーソナルコンピュータなどの外部装置から入力される画像情報を電気信号に変換し、露光手段22に出力する。
画像形成装置31は、前述した現像手段1、帯電手段21、露光手段22、転写手段23、クリーニング手段24および定着手段25などの動作を、個別または統括的に制御する制御手段を含んでもよい。制御手段は、記憶部と演算部と制御部とを含む。記憶部には、トナー濃度検知センサ12などの各種センサによる検知結果、設定値、画像情報、テーブルデータ、プログラムなどが書き込まれる。記憶部には、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、リードオンリィメモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、ハードディスクドライブ(HDD)などが挙げられる。演算部は、記憶部に入力される各種データ(印刷指令、検知結果、画像情報など)および各種制御を実施するためのプログラムを取り出し、各種検知および/または判定を行う。制御部は、演算部における判定結果に応じて該当手段に制御信号を送付し、動作制御を行う。制御部および演算部は、たとえば、中央処理装置(CPU、Central Processing Unit)を備えるマイクロコンピュータ、マイクロプロセッサなどによって実現される処理回路である。
(実施例)
以下に実施例および比較例を挙げ、本発明を具体的に説明する。まず、実施例および比較例の二成分現像剤を、以下に示す方法で製造した。
[着色樹脂粒子の製造]
実施例および比較例の着色樹脂粒子を、次に示す材料を用いて作製した。
結着樹脂(ビスフェノールAプロピレンオキサイド、テレフタル酸および無水トリメリット酸を単量体として重縮合して得られるポリエステル樹脂:ガラス転移温度60℃、軟化温度130℃):100重量部
ホウ素化合物(化合物番号B1):2重量部
カーボンブラック(三菱化学製:MA−100):5重量部
ポリプロピレンワックス(三洋化成製:ビスコール550P):2重量部
上記材料を気流混合機(三井鉱山社製:ヘンシェルミキサ)にて10分間混合した。混合物を混練分散処理装置(三井鉱山株式会社製:ニーディックスMOS140−800)で溶融混練し、その混練物を冷却させた後、カッティングミルで粗粉砕した。粗粉砕物は、微粉砕機(三井鉱山社製:CGS)によって微粉砕し、風力分級機(ホソカワミクロン社製:TSPセパレータ)を用いて分級を行うことによって体積平均粒径が6.5μm、BET比表面積が1.8m/gの着色樹脂粒子(J1)を作製した。なお、体積平均粒子径は、コールターマルチサイザーII(ベックマン・コールター株式会社製)で測定した。
また、化合物番号B1のホウ素化合物の代わりに化合物番号B2のホウ素化合物を用いたこと以外は着色樹脂粒子(J1)と同様の作製方法で、体積平均粒径が6.5μm、BET比表面積が1.8m/gの着色樹脂粒子(J2)を作製した。また、化合物番号B1のホウ素化合物を使用しない点を除いて、着色樹脂粒子(J1)と同様の作製方法で、体積平均粒径が6.5μm、BET比表面積が1.8m/gの着色樹脂粒子(J3)を作製した。
[外添剤の製造]
実施例および比較例で使用した外添剤を表2に示す。一次粒子径が12nmのシリカ微粒子(BET比表面積約140m/g)をヘキサメチルジシラザンで表面処理することによって外添剤(G1)を作製した。また、ヘキサメチルジシラザンの処理量が異なる点を除いて、外添剤(G1)と同様の作製方法で、体積抵抗率が異なる外添剤G2,G3おおびG4を作製した。また、シリカ微粒子の代わりに酸化チタン微粒子(BET比表面積約140m/g)を用いたこと以外は外添剤(G1)と同様の作製方法で、外添剤(G5)を作製した。
Figure 2009025748
[トナーの製造]
実施例および比較例のトナーとして、表2に示す外添剤(G1〜G5)を着色樹脂粒子(J1〜J3)に外添して、表3に示すトナー(T1〜T11)を作製した。外添方法については、着色樹脂粒子100重量部と外添剤1.2重量部を気流混合機(三井鉱山社製:ヘンシェルミキサ)に投入し、攪拌羽根の先端速度を15m/秒に設定し、2分間混合した。得られたトナーにおける外添剤の被覆率は、いずれも30%以上50%以下の範囲内であった。
Figure 2009025748
[キャリアの製造]
実施例および比較例のキャリアは、次に示す方法により作製した。フェライト原料をボールミルにて混合した後、ロータリーキルンにて900℃で仮焼し、得られた仮焼粉を、湿式粉砕機により粉砕媒体としてスチールボールを用いて平均粒径2μm以下にまで微粉砕した。得られたフェライト微粉末をスプレードライ方式により造粒し、造粒物を1300℃で焼成した。焼成後、クラッシャを用いて解砕し、体積平均粒子径が約50μm、体積抵抗率が1×10Ω・cmのフェライト成分からなるコア粒子を得た。次にコア粒子を被覆するための被覆用塗液として、シリコーン樹脂(商品名:TSR115、信越化学社製)100重量部と、カーボンブラック(一次粒子径25nm、吸油量150ml/100g)1重量部とをトルエンに溶解および分散し、被覆用塗液を調製した。スプレー被覆装置により、コア粒子に対して前記被覆用塗液をスプレーし、前記コア粒子を被覆した。トルエンを完全に蒸発除去し、体積平均粒子径が50μm、シリコーン樹脂の膜厚が1μm、体積抵抗率が5×1011Ω・cm、飽和磁化65emu/g、のキャリア(C1)を作製した。
また、前記キャリアの製造において、被覆用塗液のカーボンブラック添加量を変更する以外はキャリア(C1)と同様の作製方法によって、表4に示す体積抵抗率となるキャリア(C2〜C9)を作製した。
Figure 2009025748
[二成分現像剤の製造]
実施例および比較例の二成分現像剤として、トナー(T1〜T11)とキャリア(C1〜C9)とを混合することによって、表5に示す実施例1〜14および比較例1〜13の二成分現像剤を作製した。二成分現像剤の混合方法については、トナー6重量部とキャリア94重量部とをナウターミキサー(商品名:VL−0、ホソカワミクロン社製)に投入し、20分間攪拌混合することによって、実施例および比較例の二成分現像剤を作製した。
作製した二成分現像剤を用いて、画像形成装置31によって連続プリントテストを行った。画像形成装置31の現像条件は、感光体20の周速を400mm/秒、現像ローラ3の周速560mm/秒、感光体20と現像ローラ3のギャップを0.42mm、現像ローラ3と規制ブレードのギャップを0.5mmとなるように設定し、ベタ画像(100%濃度)における紙上のトナー付着量が0.5mg/cm、非画像部におけるトナー付着量が最も少なくなる条件に、感光体20の表面電位および現像バイアスをそれぞれ調整した。試験紙は、A4サイズの電子写真用紙(マルチレシーバー:シャープドキュメントシステム社製)を使用した。試験紙上に記録されるプリント画像のカバレージが10%および3%となるテキスト画像のプリントテストをそれぞれ行った。表5には、実施例および比較例の二成分現像剤を用いたときの帯電量、画像濃度およびカブリ濃度についての評価結果も併せて示した。なお、評価方法は以下に示す通りである。
<帯電量>
トナー帯電量は、吸引式小型帯電量測定装置(トレックジャパン社製:210HS−2A)を用いて測定した。
<画像濃度>
画像濃度は、一辺が3cmのベタ画像(100%濃度)をプリントし、その画像濃度を反射濃度計(マクベス社製:RD918)を用いて測定して評価した。評価基準は次の通りである。
○:良好。画像濃度が1.3以上であり、試験紙の繊維がトナーで完全に覆われた状態である。
△:やや不良。画像濃度が1.2以上1.3未満である。
×:不良。画像濃度が1.2未満であり、試験紙の繊維がトナーで不完全に覆われた状態である。
<カブリ濃度>
カブリ濃度は、画像形成装置31によってプリントした試験紙における、非画像部(0%濃度)の濃度であるカブリ濃度によって評価した。カブリ濃度の測定方法は、次の通りである。まず、白度計(日本電色工業社製:Z−Σ90 COLOR MEASURING SYSTEM)を用いて、予めプリント前の試験紙の白色度を測定した。次に、プリント後の試験紙の非画像部における白色度を、前記白度計を用いて測定し、プリント前の試験紙の白色度との差を求め、カブリ濃度とした。評価基準は次の通りである。
○:良好。カブリ濃度が0.6未満であり、肉眼ではカブリがほとんど見えない状態である。
△:やや不良。カブリ濃度が0.6以上1.0未満である。
×:不良。カブリ濃度が1.0以上であり、肉眼でカブリが明確に見える状態である。
表5に示すように、実施例1〜14に示される本発明の二成分現像剤を用いた連続プリントテストにおいては、高カバレージ(10%カバレージ)の画像および低カバレージ(3%カバレージ)の画像を2000枚連続プリントした場合においても、トナーの帯電量は安定しており、画像濃度が高く、カブリのない画像が得られた。一方、比較例1(ホウ素化合物を含まないトナーを用いた現像剤)においては、10%カバレージの画像を2000枚連続プリントすると、画像濃度の低いカブリのある画像となり、さらにトナー飛散によって画像形成装置内に汚れが発生した。また、比較例2,3,8,9の体積抵抗率が低い外添剤を含む二成分現像剤を用いた場合、10%カバレージの画像を2000枚連続プリントすると、トナーの帯電量が低下し、カブリのある画像となり、さらにトナー飛散によって画像形成装置内に汚れが発生した。また、比較例4,5,10,11の体積抵抗率が高いキャリアを含む二成分現像剤を用いた場合、3%カバレージの画像を2000枚連続プリントすると、トナーの帯電量が上昇し、画像濃度が低くエッジのある画像となった。また、比較例6,7,12,13の体積抵抗率が低いキャリアを含む二成分現像剤を用いた場合、3%カバレージの画像を2000枚連続プリントすると、トナーの帯電量が低下し、カブリのある画像となり、さらにトナー飛散による画像形成装置内に汚れが発生した。
Figure 2009025748
本発明の実施の一形態である画像形成装置31の構成を示す図である。 現像手段1の構成を示す断面図である。 現像ローラ3が有するマグネットローラ13における各磁極の磁力分布を示す図である。
符号の説明
1 現像手段
20 感光体
21 帯電手段
22 露光手段
23 転写手段
24 クリーニング手段
25 定着手段
31 画像形成装置

Claims (8)

  1. 静電潜像を可視化するトナーと、磁性を有するキャリアとを含む二成分現像剤であって、
    トナーは、少なくとも下記一般式(1)
    Figure 2009025748
    (式中、RおよびRは水素原子、アルキル基、置換または非置換の芳香環(縮合環も含む)を示し、RおよびRは置換または非置換の芳香環(縮合環も含む)を示し、Xはカチオンを示す。)で表されるホウ素化合物、結着樹脂および着色剤から形成される着色樹脂粒子と、
    着色樹脂粒子の表面に外添される外添剤とを含んで構成され、
    外添剤は、その体積抵抗率が1×1012Ω・cm以上5×1015Ω・cm以下となるように調整され、
    キャリアは、その体積抵抗率が2×1010Ω・cm以上5×1012Ω・cm以下であることを特徴とする二成分現像剤。
  2. キャリアは、コア粒子と、コア粒子を被覆する被覆層とを含んで構成され、
    被覆層が導電性を有する導電剤と、シリコーン樹脂とを含むことを特徴とする請求項1に記載の二成分現像剤。
  3. コア粒子は、体積抵抗率が1×10Ω・cm以上5×1010Ω・cm以下のフェライトから成る粒子で形成されることを特徴とする請求項2に記載の二成分現像剤。
  4. 被覆層の厚みが0.5μm以上5μm以下であることを特徴とする請求項2または3に記載の二成分現像剤。
  5. 被覆層に含まれる導電剤は、吸油量が90ml/100g以上170ml/100g以下のカーボンブラックであることを特徴とする請求項2〜4のいずれか1つに記載の二成分現像剤。
  6. 外添剤は、表面が疎水化処理され、かつ一次粒子径が5nm以上15nm以下のシリカから成る微粒子であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の二成分現像剤。
  7. 着色樹脂粒子は、体積平均粒子径が5μm以上7μm以下であり、かつBET比表面積が1.5m/g以上1.9m/g以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の二成分現像剤。
  8. 静電潜像を担持する感光体と、感光体表面を帯電させる帯電手段と、感光体表面に静電潜像を形成させる露光手段と、感光体表面に形成される静電潜像に現像剤を供給して可視像を形成させる現像手段と、可視像を記録媒体に転写させる転写手段と、感光体表面に残留する現像剤を除去するクリーニング手段と、記録媒体に転写された可視像を定着させる定着手段とを含む画像形成装置であって、
    現像剤が請求項1〜7のいずれか1つに記載の二成分現像剤であることを特徴とする画像形成装置。
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