本発明者らは、薄膜感光体を用いた画像形成方法を鋭意検討した結果、薄膜感光体を用い、二成分系現像剤を現像する場合、キャリアの形状がキャリア付着の程度を左右し、さらにキャリア付着するキャリアの形状が異形で、ばらつきがあるほど感光体表面に微細なキズを生じ、感光体表面がマット化してしまうことを見いだした。そこで、該薄膜感光体に表面保護層を有し、該表面保護層を特定の弾性率を有することで、感光体表面の削れ防止及び摺擦に対する応力を緩和する弾性力を両立させ、キズがつきにくい表面を達成し、かつキャリアからのアプローチとしてキャリアの形状の分布をコントロールすることで、キャリア付着量を減少させると同時にキズをつけないようにできることを見いだした。さらに、薄膜感光体のような高静電容量の感光体に現像を行う場合、トナーの帯電量が低いとトナーが必要以上に現像され、適正なトナー量を現像しようとするとコントラスト電位がとれなくなり階調性が得られなくなる。トナー帯電量を高くするとキャリアからのトナー離れ、すなわち現像性が低下するために所望の画像濃度が得られなくなる場合がある。そこで、トナー粒径をコントロールし、キャリアの形状をコントロールすることで、トナー帯電量を高めてもトナー離れを良好に出来ることを見出し、高階調で高画質な画像を得られることも見出した。
以下にその詳細を説明する。
図1を参照して、本発明の画像形成方法の一例について説明する。本発明は何らこの画像形成方法及び画像形成装置に限るものではない。
図1に記載された画像形成装置は、色の異なる2以上のトナーを用いてカラー画像を形成するものあり、少なくとも(I)感光体表面を帯電処理する帯電工程と、(II)該帯電処理された感光体上にそれぞれの色に対応した静電潜像を順次形成する潜像工程と、(III)該感光体上に形成された静電潜像を、対応する色のトナーによって可視化してトナー像を形成する現像工程と、(IV)該現像工程において可視化された前記各色のトナー像を転写材に転写する転写工程と、(V)該転写工程において転写材上に形成されたトナーを熱及び圧力等により定着させる工程と、を経て画像形成するものである。
このような画像形成方法において、上記現像工程は、二成分系現像剤を担持する現像ローラを有する現像器を各色のトナーに応じて複数有する現像容器(10a〜10d)を用い、各現像容器の現像ローラに担持させた現像剤を電界(好ましくは直流電界に交流電界を重畳させて用いる)により感光体(7a〜7d)に移行させて、感光体上に形成された静電潜像を現像し、感光体に各色のトナー像を順次形成する。現像ローラに担持する現像剤量は、0.2〜0.6kg/m2であることが好ましく、現像ローラと感光体との距離は、200〜500μmであることが、現像剤磁気ブラシと感光体とが良好な接触状態を形成する上で好ましい。また、コントラスト電位を200〜450Vとし、現像バイアスとして、直流成分に加えて、VP−P(ピーク間電圧)が400〜2500V、周波数として1.0〜3.0kHz(場合によってはdutyを変化させても良い)程度である交流成分を印加することが高画質、高階調性を達成するために好適である。
7aは第1の画像担持体としてのドラム状の感光体であり、図中矢印の方向に所定の周速度(プロセススピード)で回転駆動される。感光体7aは、先ず帯電装置8aにより所定の電位に一様に帯電処理(帯電工程)され、次いで9aの像露光装置による露光を受ける(潜像形成工程)。このようにして目的のカラー画像の第1の色成分像(例えばイエロートナー像)に対応した静電潜像が形成される。
次いで、その静電潜像が第1の現像器(例えばイエロートナー現像器10a)により第1色目(例えば、イエロートナー像)の現像が行われる。順次、第2〜第4の現像器(即ちマゼンタトナー現像器10b、シアントナー現像器10c、及びブラックトナー現像器10d)により、同様に現像される(現像工程)。
上記現像工程において感光体上に形成されたトナー像は転写工程に供される。本発明の画像形成方法で用いられる転写工程は、図1の如く、感光体上に形成された各色のトナー像を中間転写体上に順次重ね合わせて転写することにより、転写材上に形成されるべきカラートナー像を中間転写体上に形成する1次転写工程と、中間転写体上に形成されたカラートナー像を転写材上に転写する2次転写工程からなるものであっても良い。
図1において、中間転写体としての中間転写ベルト14は矢印の方向に感光体7a(〜7d)と同じ周速度で回転駆動される。感光体7a上に形成された上記第1色(例えば、イエロー)のトナー像が、感光体7aと中間転写ベルト14との当接部を通過する過程で、一次転写ローラ13a(〜13d)を介して中間転写ベルト14に印加されるバイアスによって形成される電界により、中間転写ベルト14の外周面に順次転写されていく。中間転写ベルト14に第1色のトナー画像の転写を終えた感光体7aの表面は、クリーニング装置11aにより清掃される。他色(マゼンタ、シアン、及びブラック)のステーションも同様にしてカラートナー像が中間転写ベルト14上に形成される。
次に中間転写ベルト14上のカラートナー像を転写材に転写する。4は2次転写ローラで、2次転写対向ローラ3に対向し平行に軸受けさせて中間転写ベルト14の下面部に離間可能な状態に配設してある。
トナー像を感光体から中間転写ベルトへ転写するための1次転写バイアスは、トナーとは逆極性のバイアスが印加される。その印加電圧は例えば+100V〜+2kVの範囲である。
給紙トレイ6に担持されている転写材Pが、給紙ローラ16を通り、中間転写ベルト14と2次転写ローラ4との当接部分に所定のタイミングで給送される。このとき、2次転写バイアスが2次転写ローラ4に印加されることにより、中間転写ベルト14上に転写されたカラートナー像が転写材Pに2次転写される。カラートナー像が転写された転写材Pは、定着器15へ導入され加熱定着される。
転写材Pへの画像転写終了後、中間転写体ベルトに残留したトナー(転写残トナー)はベルトクリーニング装置5により掻き取られ、廃トナーボックスに運ばれる。
本発明のキャリアは、体積平均粒径(Dv)が15.0乃至60.0μmであることが必要である。体積平均粒径が15.0μm未満の粒子は、形状が不定形となりやすく、また形状が略球形であってもキャリア付着しやすく、感光体に微小なキズをつける場合がある。60.0μmを超える場合には、トナーに十分な帯電付与が出来なくなり、現像磁気ブラシも剛直になりやすくなるために、はき目むらが生じたり、良好な画像が得られなくなったりする場合もある。より好ましくは、体積平均粒径が、20.0乃至40.0μmであることが高画質化と耐久安定性に優れる。
本発明のキャリアは、個数基準の平均円形度Cが0.830乃至0.950であり、好ましくは、0.870乃至0.940である。円形度は、粒子の丸さの形状を表す係数であり、粒子の最大径と計測した粒子投影面積から求められ、1.000になるほど真球状(真円)となり、数値が小さくなるほど細長い、あるいは不定形となりやすい。本発明に係るキャリアは、ある程度球形から外れた形状を有し、(平均円形度C−2σ)以下の円形度を有する粒子が20個数%以下となるように円形度の分布を狭くコントロールされたものである。このようなキャリアは、トナーへの帯電付与性に優れ、かつ、キャリア付着しにくく、キャリア付着した場合でも感光体表面のキズ発生が抑制されるものである。より好ましくは、(平均円形度C−2σ)以下の円形度を有する粒子が15個数%以下であることがトナーへの高い帯電付与するときにより均一にし、トナー離れを向上するため好適である。
本発明のキャリアは、79.6(kA/m)の磁界下で測定した体積当たりの磁化の強さが80乃至250kAm2/m3(emu/g・g/cm3=emu/cm3)であることが好ましく、さらに好ましくは100乃至210kAm2/m3である。体積当たりの磁化の強さが80kAm2/m3未満の場合には、スリーブへの磁気的拘束力が不十分となり、形状が略球形であるものもキャリア付着しやすくなり、感光体を傷つける場合がある。250kAm2/m3を超える場合には、現像剤磁気ブラシが剛直になり、はき目むらを生じやすくなる場合がある。尚、体積当たりの磁化の強さは、キャリアの真比重をキャリアの磁化の強さ(Am2/kg)にかけたものである。
本発明のキャリアは、真比重が3.0乃至4.0g/cm3が好ましく、より好ましくは、3.2乃至3.8g/cm3である。真比重がこの範囲にあると、キャリアとトナーとの撹拌混合においてトナーへの負荷が少なく、キャリアへのトナースペントが抑制され、トナー離れを長期間良好に維持することができ、また感光体へのキャリア付着が抑制されるので好ましい。好ましい真比重とするためには、キャリアは、磁性体、バインダー樹脂を有する磁性体分散樹脂キャリアであることが好ましい。
本発明の磁性キャリアは、磁性体をバインダー樹脂中に分散させたキャリアコアを用いた磁性体分散型樹脂キャリアが好ましい。中でも、重合工程を経て直接製造されたキャリアコアを用いた、磁性粉分散型樹脂キャリアを使用することが平均円形度を上げ、円形度分布を狭くする上でも好ましい。用いる磁性体の個数平均粒径は、80乃至800nm程度のものが磁性体の脱離防止、キャリア強度を高めるため、さらにキャリア形状を概球形とするため、形状のばらつきを抑えるために好ましい。
磁性体分散型樹脂キャリアに用いる磁性体の量としては、該キャリアに対して70乃至95質量%(より好ましくは、80乃至92質量%)含有することがキャリアの真比重を小さくし、機械的強度を十分に確保する上で好ましい。また、円形度の低い不定形のキャリアの存在量を抑えるためにも好ましい。さらに、キャリアの磁気特性を変えるために、磁性体分散型コア粒子中には磁性体に加えて非磁性無機化合物を配合してもよい。非磁性無機化合物の個数平均粒径は、100乃至1000nm程度のものが、キャリアの比抵抗をコントロールしやすいという点で好ましい。
非磁性無機化合物を磁性体と併用する場合、磁性体及び非磁性無機化合物の総量に対して、磁性体は50質量%以上含まれていることが、樹脂キャリアの磁化の強さを調整してキャリア付着を防止する上で好ましい。
磁性体分散型樹脂キャリアにおいては、磁性体がマグネタイト微粒子であるか、又は、鉄元素及びマグネシウム元素を少なくとも含む磁性フェライト微粒子であることが好ましく、また、非磁性無機化合物がヘマタイト(α−Fe2O3)の微粒子であることが、キャリアの磁気特性、真比重を調整する上で、より好ましい。
キャリアコアを形成するバインダー樹脂としては、ポリマー鎖中にメチレンユニットを有するビニル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、セルロース樹脂及びポリエーテル樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、混合して使用しても良い。
該ビニル樹脂を形成するためのビニル系モノマーとしては、スチレン;o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−フェニルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、p−メトキシスチレン、p−クロルスチレン、3,4−ジクロルスチレン、m−ニトロスチレン、o−ニトロスチレン、p−ニトロスチレンの如きスチレン誘導体;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレンの如きエチレン及び不飽和モノオレフィン;ブタジエン、イソプレンの如き不飽和ジオレフィン;塩化ビニル、塩化ビニリデン、臭化ビニル、フッ化ビニル等の如きハロゲン化ビニル;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニルの如きビニルエステル;メタクリル酸;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸−n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸−n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸−2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニルの如きα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル;アクリル酸;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸−n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸−n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸−2−クロルエチル、アクリル酸フェニルの如きアクリル酸エステル;マレイン酸、マレイン酸ハーフエステル;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルの如きビニルエーテル;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトンの如きビニルケトン;N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドンの如きN−ビニル化合物;ビニルナフタリン;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドの如きアクリル酸もしくはメタクリル酸誘導体;アクロレイン等が挙げられる。これらの中から一種又は二種以上使用して重合させたものが、該ビニル樹脂として用いられる。
本発明でもっとも好ましく磁性体分散型樹脂キャリアコアを製造する方法としては、バインダー樹脂のモノマーと磁性体を混合し、該モノマーを重合して磁性体分散型キャリアコア粒子を得る方法である。このとき、重合に用いられるモノマーとしては、前述したビニル系モノマーの他に、エポキシ樹脂を形成するためのビスフェノール類とエピクロルヒドリン;フェノール樹脂を形成するためのフェノール類とアルデヒド類;尿素樹脂を形成するための尿素とアルデヒド類、メラミンとアルデヒド類が用いられる。例えば、硬化系フェノール樹脂を用いた磁性体分散型コア粒子の製造方法としては、水性媒体に磁性体を入れ、この水性媒体中でフェノール類とアルデヒド類を塩基性触媒の存在下で重合して磁性体分散型キャリアコア粒子を得る方法がある。
フェノール樹脂を生成するためのフェノール類としては、フェノール自体の他、m−クレゾール、p−tert−ブチルフェノール、o−プロピルフェノール、レゾルシノール、ビスフェノールAの如きアルキルフェノール類及びベンゼン核又はアルキル基の一部又は全部が塩素原子や臭素原子で置換されたハロゲン化フェノール類の如きフェノール性水酸基を有する化合物が挙げられる。中でもフェノール(ヒドロキシベンゼン)が、より好ましい。
アルデヒド類としては、ホルマリン又はパラアルデヒドのいずれかの形態のホルムアルデヒド及びフルフラール等が挙げられる。中でもホルムアルデヒドが特に好ましい。
アルデヒド類のフェノール類に対するモル比は、1.0乃至4.0が好ましく、特に好ましくは1.2乃至3.0である。アルデヒド類のフェノール類に対するモル比が1.0より小さいと、粒子が生成しにくかったり、生成したとしても樹脂の硬化が進行し難いために、生成する粒子の強度が弱くなったりする傾向がある。一方、アルデヒド類のフェノール類に対するモル比が4.0よりも大きいと、反応後に水系媒体中に残留する未反応のアルデヒド類が増加する傾向がある。
フェノール類とアルデヒド類とを縮重合させる際に使用する塩基性触媒としては、通常のレゾール型樹脂の製造に使用されているものが挙げられる。このような塩基性触媒としては、例えば、アンモニア水、ヘキサメチレンテトラミン及びジメチルアミン、ジエチルトリアミン、ポリエチレンイミンの如きアルキルアミンが挙げられる。これら塩基性触媒のフェノール類に対するモル比は、0.02乃至0.30が好ましい。
本発明では、平均円形度が0.830以上0.950以下の概球形のキャリアを得るために、また円形度のばらつきを小さくするための一つの手法として、重合開始時の溶存酸素量をコントロールすることが重要である。重合反応開始時の該反応媒体中の溶存酸素量は5.0g/m3以下であることが好ましい。重合反応中に溶存酸素の脱気を目的として反応媒体中に導入する不活性ガスは工業的に見て、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスから選ばれる少なくとも1種類以上のものがよい。また、該不活性ガスの導入量が、重合反応前には反応容器体積の5体積%/min〜100体積%/minであり、重合反応中の反応媒体中へのガス導入量を1体積%/min〜20体積%/minとし、重合反応前に比べ重合反応中の導入量を少なくすることで微粒子の生成防止し、それが通常粒子に取り込まれて異形化するのを防止することができる。重合反応前の導入ガスの流量が5体積%/minより少ないと、溶存酸素の置換効率が悪く、100体積%/minより多いと、モノマーなどの揮発が促進され、好ましくない。また、重合反応前に比べ重合反応中はガスの流量を少なくすることが重要である。重合反応中の導入ガスの流量が反応容器体積に対し20体積%/minを超えると、前述の微粒子ができやすくなる。これは重合反応中に反応媒体をガスにより激しく撹拌することに起因すると考えられる。一方、1体積%/minより少ないと、反応媒体と外気との界面に存在する酸素量が増し、微粒子の生成が起こりやすくなる。
更に、モノマーを重合して磁性体分散型キャリアコア粒子を得るためには、撹拌翼周速を1.0乃至3.5m/secにコントロールすることが重要である。撹拌翼周速が1.0m/sec未満であると、重合中の粒子の解砕力が弱まり不定形粒子を形成しやすくなる傾向にある。3.5m/secを超えると、微粒子が出来やすくなり、それらの合一、所望粒径の粒子に合一したりするなど、不定形の粒子が得られやすくなる傾向にある。
キャリアの表面コートをする樹脂としては、絶縁性の樹脂を用いることが好ましい。この場合に使用し得る絶縁性樹脂は、熱可塑性の樹脂であっても熱硬化性樹脂であってもよい。該コート材を形成する樹脂としては、具体的には、例えば、熱可塑性の樹脂としては、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレートやスチレン−アクリル酸共重合体等のアクリル樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリフッ化ビニリデン樹脂、フルオロカーボン樹脂、パーフロロカーボン樹脂、溶剤可溶性パーフロロカーボン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルピロリドン、石油樹脂、セルロース、酢酸セルロース、硝酸セルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等のセルロース誘導体、ノボラック樹脂、低分子量ポリエチレン、飽和アルキルポリエステル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレートといった芳香族ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂等を挙げることができる。
また、熱硬化性樹脂としては、具体的には、例えば、フェノール樹脂、変性フェノール樹脂、マレイン樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、或いは、無水マレイン酸とテレフタル酸と多価アルコールとの重縮合によって得られる不飽和ポリエステル、尿素樹脂、メラミン樹脂、尿素−メラミン樹脂、キシレン樹脂、トルエン樹脂、グアナミン樹脂、メラミン−グアナミン樹脂、アセトグアナミン樹脂、グリプタール樹脂、フラン樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリウレタン樹脂等を挙げることができる。
上述した樹脂は、単独でも使用できるが、夫々を混合して使用してもよい。また、熱可塑性樹脂に硬化剤等を混合し硬化させて使用することもできる。特に好ましい形態は、トナーに対して帯電付与能力が高く、かつ、より離型性の高い樹脂コート材を用いることが好適である。
従って、キャリアコアのコート樹脂としては、シリコーン系樹脂、フッ素系樹脂を少なくとも1種以上含有することが好ましい。
シリコーン樹脂は、コアとの密着性、スペント防止の観点から、好ましく用いられる。
シリコーン樹脂は、単独で用いることもできるが、被覆層の強度を高め、トナーの帯電状態を好ましく制御するために、カップリング剤と併用して用いることが好ましい。更に、前述のカップリング剤は、その一部が、コート材で被覆される前に、キャリアコア表面に処理される、いわゆるプライマー剤として用いられることが好ましい。キャリアコア表面がカップリング剤により処理されることにより、その後コート材により形成される被覆層が、共有結合を伴った、より密着性の高い状態で形成することができる。
カップリング剤としては、アミノシランを用いると良い。その結果、ポジ帯電性を持ったアミノ基をキャリア表面に導入でき、良好にトナーに高い負帯電特性を付与できる。
また、コート樹脂をキャリア表面に被覆する際には、30〜80℃の温度下において、減圧状態で被覆することが好ましい。
その理由は明確ではないが、下記に記載するものと予想される。
(1)被覆段階で適度の反応が進行し、キャリアコア表面にコート材が均一に、また平滑に被覆される。
(2)焼き付け工程において、少なくとも160℃以下での低温処理が可能となり、樹脂の過度な架橋を防止し、被覆層の耐久性を高められる。
本発明においてさらに好適に用いることのできるキャリアコート樹脂としては、具体的には、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリトリフルオロエチレン、ポリフルオロクロロエチレンの如きパーフルオロポリマー、ポリテトラフルオロエチレン、ポリパーフルオロプロピレン、フッ化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体、フッ化ビニリデンとトリフルオロクロルエチレンとの共重合体、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、フッ化ビニルとフッ化ビニリデンとの共重合体、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンとの共重合体等のフッ素系樹脂が挙げられる。特に本発明に最も好ましく用いられるコート樹脂は、
〔式中、mは1乃至11の整数を示す。〕
で示されるパーフルオロアルキルユニットを有するアクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルの重合体又は共重合体である。
上述した樹脂は、単独でも使用できるが、夫々を混合して使用してもよい。また、熱可塑性樹脂に硬化剤等を混合し硬化させて使用することもできる。
本発明では、mが0の場合には、離型性を発現するのが難しく、11を超える場合には、樹脂が溶媒から析出しやすく、コートをする場合に良好なコート膜が得にくくなる。mが5乃至9であることが、良好なトナー離型性とコート製膜性を兼ね備えるためにより好ましい。
さらに好ましくは、下記一般式(2)を有する樹脂を用いることで、コアとの密着性に優れる。
〔式中、mは1乃至11の整数を示し、nは1乃至10の整数を示す。〕
さらに、下記一般式(3)で示されるユニットと下記一般式(4)で示される(メタ)アクリル酸エステルユニットを有する樹脂が、キャリアに対するトナー離れの観点から好ましい。
〔式中、mは1乃至11の整数を示し、nは1乃至10の整数を示し、lは1以上の整数を示す。〕
〔式中、R1は水素又はメチル基を有し、R2は水素又は炭素数1乃至20のアルキル基、または芳香族基を示し、kは1以上の整数を示す。〕
さらに上記一般式(3)及び(4)の共重合体ユニットと分子量2000乃至20,000程度のメチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、(イソ)ブチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、(イソ)ブチルメタクリレート等のマクロモノマーとをグラフト共重合した樹脂がトナー離れの特性が維持でき特に好ましい。
該キャリアコート樹脂として用いられるフッ素系樹脂は、THF可溶成分のGPCのクロマトグラムにおいて、分子量2,000乃至100,000の領域にメインピークを有することが好ましく、さらに、分子量2,000乃至100,000の領域にメインピークに加えて、サブピーク又はショルダーを有することが好ましい。最も好ましくは、該コート材を形成するフッ素系樹脂は、THF可溶成分のGPCクロマトグラムにおいて、分子量20,000乃至100,000の領域にメインピークを有し、分子量2,000乃至19,000の領域にサブピーク又はショルダーを有するのが良い。上記分子量分布を満足していることにより、トナーへの高い帯電付与性がさらに向上する。
さらに、該コート樹脂中には、コート樹脂100質量部に対して1乃至40質量部の割合で微粒子を含有することがキャリア表面の微小な凹凸をコントロールし、トナー離れを良好にするために好ましい。微粒子としては、有機、無機いずれの微粒子も用いることができるが、キャリアにコートを施す際に粒子の形状を保つことが必要であり、架橋樹脂粒子あるいは、無機の微粒子を好ましく用いることができる。具体的には、有機微粒子としては、架橋ポリメチルメタクリレート樹脂、架橋ポリスチレン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ナイロン樹脂、無機微粒子としては、シリカ、酸化チタン、及びアルミナを単独あるいは混合して用いることができる。特に、架橋ポリメチルメタクリレート樹脂、メラミン樹脂を単独あるいは混合して用いることがトナーへの高い負帯電量付与とトナーとの離型性を両立するために好ましい。
微粒子の粒径は、個数基準でピーク値が100乃至500nm(より好ましくは150乃至400nm)であることが、コート量にも依存するがキャリア表面の微小な凹凸を形成し、トナー離れを良好にするために必要である。
また、コート樹脂100質量部に対し、該微粒子を1乃至40質量部加え、さらに導電性粒子を1乃至15質量部を含有させて用いることが、キャリアの比抵抗を下げすぎず、かつキャリア表面の残留電荷除去し、トナー離れを良好にするために好ましい。
導電性粒子としては、比抵抗が1×108Ωcm以下のものが好ましく、さらには、比抵抗が1×106Ωcm以下のものがより好ましい。導電性粒子は、具体的には、カーボンブラック、マグネタイト、グラファイト、酸化亜鉛、及び酸化錫から選ばれる粒子が好ましい。特に導電性を有する粒子としては、カーボンブラックが、粒径が小さくキャリア表面の微粒子による凹凸を阻害することなく好ましく用いることができる。導電性粒子の粒径は、個数基準でピーク値が10乃至500nm(より好ましくは20乃至200nm)であることが、キャリア表面の残留電荷を良好に除去し、かつキャリアからの脱離を良好に防止するために好ましい。
キャリアコート樹脂のコート量は、キャリアコア粒子100質量部に対し0.3乃至4.0質量部であることが、高い帯電量付与のため、さらに環境の変化による帯電量変化を小さくする上で好ましい。0.3質量部より少ないと帯電付与性に劣る場合がある。4.0質量部を超えると均一なコートが困難となり、チャージアップし、キャリア付着する場合がある。良好な帯電量付与及びトナー離れを得るため、0.8乃至3.5質量部であることがより好ましい。
本発明に用いられるキャリアとトナーは、比表面積が合う形で混合して用いることが好ましい。トナー濃度としては、二成分系現像剤において、5質量%乃至20質量%程度であることが、帯電量付与、カブリ、画像濃度などの観点から好ましい。
本発明に用いられるトナーの重量平均粒径(D4)は、3.0乃至10.0μmである。好ましくは4.0μm乃至8.0μm、更に好ましくは4.5μm乃至7.0μmであることが、ドットの再現性、転写効率を十分に満足する上で好ましい。トナーの重量平均粒径が3.0μmより小さいと、トナーの比表面積が大きくなることから、トナー個々の帯電量を均一にコントロールすることが難しくなり、現像性を低下させる場合がある。トナーの重量平均粒径が10.0μmを超えると、ドットの再現性に劣り、また薄膜感光体の電荷を埋めるだけの帯電量を有することが出来にくく、高画質化に問題が生じる場合がある。トナーの重量平均粒径は、製造時におけるトナー粒子の粉砕・分級や、造粒条件によって調整することが可能である。
トナーとキャリア或いはトナーと感光体の接触状態が、点接触であったり、面接触であったりというようにばらついている場合には、トナー離れが不均一になり、現像性が低下してしまう傾向にある。それを抑制するために、トナーの平均円形度は、0.920乃至1.000であることが好適である。より好ましくは、0.930乃至1.000である。
本発明のトナーは、混練・粉砕法、懸濁重合法、乳化凝集法等従来公知のトナー製造方法で作製可能であるが、低温定着性を考慮するとポリエステル樹脂を含有するのが好ましく、そのためには混練・粉砕法による製造方法が好適に用いられる。その場合、トナー粒子の形状を球形に近づける特定の処理装置を用いることによって、円形度を調整することが可能である。
トナー粒子を球形化する装置としては、例えば、粒子表面を熱溶融させて球形化させるサーフィージョン(日本ニューマチック社製)、熱風式球形化装置(ホソカワミクロン社製)等の熱処理装置等が挙げられる。或いは機械的衝撃処理によって粒子表面を球形化するハイブリダイザー(奈良機械社製)やターボミル(ターボ工業社製)、クリプトロン(川崎重工社製)、メカノフュージョンシステム(ホソカワミクロン社製)等が挙げられる。
このようなトナー粒子の球形化処理を行えば高い帯電性が得られやすくなるが、離型剤を含有するトナー粒子を球形化する際には、離型剤のトナー粒子の表面へのしみ出しにも配慮することが好ましい。本発明のトナーの球形化程度と離型剤のしみ出しとのバランスを取るのにより好適な球形化処理を行える装置を、図面を参照しながら具体的に説明する。
図2は、表面改質装置の一例である。
図2に示す表面改質装置では、ケーシング45と、冷却水或いは不凍液を通水できるジャケット(図示しない)と、所定の粒径以上の粒子と所定の粒径未満の微粒子とを分ける分級手段である分級ロータ31と、粒子に機械的な衝撃を与えて前記粒子の表面を処理する表面処理手段である分散ロータ36と、分散ロータ36の外周に対して所定の間隔を有して周設されるライナ34と、分級ロータ31で分けられた粒子のうちの所定の粒径以上の粒子を分散ロータ36に案内する案内手段であるガイドリング39と、分級ロータ31で分けられた粒子のうちの所定の粒径未満の微粒子を装置の外に排出する排出手段である微粉回収用排出口32と、分散ロータ36で表面を処理された粒子を分級ロータ31に送る粒子循環手段である冷風導入口35と、被処理粒子をケーシング45内に導入するための原料供給口33と、表面を処理された粒子をケーシング45内から排出するための粉体排出口37及び排出弁38とを有する。分級ロータ31は、円筒状のロータであり、ケーシング45内の一端面側に設けられている。微粉回収用排出口32は、分級ロータ31の内側の粒子を排出するように、ケーシング45の一端部に設けられている。原料供給口33は、ケーシング45の周面の中央部に設けられている。冷風導入口35は、ケーシング45の周面の分級ロータが設けられた端面に対して他端面側に設けられている。粉体排出口37は、ケーシング45の周面で原料供給口33に対向する位置に設けられている。排出弁38は、粉体排出口37を自在に開閉する弁である。
冷風導入口35と、原料供給口33及び粉体排出口37との間には、分散ロータ36及びライナ34が設けられている。ライナ34は、ケーシング45の内周面に沿って周設されている。分散ロータ36は、図3に示すように、円盤と、この円盤の周縁に、円盤の法線に沿って配置される複数の角型ディスク40とを有する。分散ロータ36は、ケーシング45の他端面側に設けられており、かつライナ34と角型ディスク40との間に所定の間隔が形成される位置に設けられている。ケーシング45の中央部にはガイドリング39が設けられている。ガイドリング39は、円筒体であり、分級ロータ31の外周面の一部に被さる位置から、かつ分級ロータ36の近傍まで延出するように設けられている。ガイドリング39は、ケーシング45内に、ガイドリング39の外周面とケーシング45の内周面とに挟まれた空間である第一の空間41と、ガイドリング39の内側の空間である第二の空間42とを形成する。
なお、分散ロータ36は、角型ディスク40の代わりに円柱状のピンを有していても良い。ライナ34は、本実施の形態では角型ディスク40に対向する表面に多数の溝が設けられているものとするが、表面に溝を有さないものであっても良い。また、分級ロータ31の設置方向は、図2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31の個数は、図2に示したように単体でも構わないし、複数でも構わない。
以上のように構成してなる表面改質装置では、排出弁38を閉とした状態で原料供給口33から微粉砕品を一定量投入すると、投入された微粉砕品は、まずブロワー(図示しない)により吸引され、分級ロータ31で分級される。その際、分級された所定粒径未満の微粉は、分級ロータ31の周面を通過して分級ロータ31の内側に導かれ、装置外へ連続的に排出除去される。所定粒径以上の粗粉は、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36により発生する循環流にのり、角型ディスク40とライナ34との隙間(以下、「表面改質ゾーン」とも言う)へ導かれる。表面改質ゾーンに導かれた粉体は、分散ロータ36とライナ34との間で機械式衝撃力を受け、表面改質処理される。表面改質された表面改質粒子は、機内を通過する冷風にのって、ガイドリング39の外周(第一の空間41)に沿いながら分級ロータ31に運ばれ、分級ロータ31により、さらに微粉は機外へ排出され、粗粉は、循環流にのり、再度第二の空間42に戻され、表面改質ゾーンで繰り返し表面改質作用を受ける。このように、図2の表面改質装置では、分級ロータ31による粒子の分級と、分散ロータ36による粒子の表面の処理とが繰り返される。一定時間経過後、排出弁38を開とし、排出口37より表面改質粒子を回収する。
このような装置では、熱による離型剤のしみ出しはほとんど無く、トナー粒子の球形化と離型剤のしみ出しの調整を容易に行うことができ、この結果、トナー帯電量も高くでき非常に好ましい。
さらに本発明のトナーの円形度を高めるには、ビニル系樹脂を主成分として直接重合法または水系媒質中より得られる重合法による粒子を用いることもできる。トナーの平均円形度が0.960以上であると、クリーナーレスシステムに適用しやすくなる。
本発明のトナーにおいては、オイルレス定着に用いられるトナーが好ましく、離型剤は、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、ポリオレフィン共重合物、ポリオレフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスなどの脂肪族炭化水素系ワックス;酸化ポリエチレンワックスなどの脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物;または、それらのブロック共重合物;カルナバワックス、モンタン酸エステルワックス、ベヘン酸ベヘニルなどの脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;脱酸カルナバワックスなどの脂肪酸エステル類を一部または全部を脱酸化したものなどが挙げられる。さらに、パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸、あるいは更に長鎖のアルキル基を有する長鎖アルキルカルボン酸類などの、飽和直鎖脂肪酸類;ブランジン酸、エレオステアリン酸、バリナリン酸などの不飽和脂肪酸類;ステアリンアルコール、アラルキルアルコール、ベヘニルアルコール、カルナウビルアルコール、セリルアルコール、メリシルアルコール、あるいは更に長鎖のアルキル基を有する長鎖アルキルアルコール類などの飽和アルコール類;ソルビトールなどの多価アルコール類;リノール酸アミド、オレイン酸アミド、ラウリン酸アミドなどの脂肪酸アミド類;メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミドなどの飽和脂肪酸ビスアミド類、エチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’−ジオレイルアジピン酸アミド、N,N’−ジオレイルセバシン酸アミドなどの、不飽和脂肪酸アミド類;m−キシレンビスステアリン酸アミド、N,N’−ジステアリルイソフタル酸アミドなどの芳香族系ビスアミド類;ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウムなどの脂肪酸金属塩(一般に金属石けんといわれているもの);脂肪族炭化水素系ワックスにスチレンやアクリル酸などのビニル系モノマーを用いてグラフト化させたワックス類;ベヘニン酸モノグリセリドなどの脂肪酸と多価アルコールの部分エステル化物;植物性油脂の水素添加などによって得られるヒドロキシル基を有するメチルエステル化合物などが挙げられる。結着樹脂に対する相溶性が適度であり、離型剤を微分散させることができるという観点から、炭化水素系ワックスが好適である。該トナーの示差熱分析測定における吸熱曲線において、温度30乃至200℃の範囲に一個又は二個以上の吸熱ピークを有し、該吸熱ピーク中の最大吸熱ピークの温度が65℃乃至110℃であるトナーが、低温定着性と耐久性を良好にできることから好ましく用いることができる。
本発明に用いられる離型剤は、結着樹脂100質量部に対する含有量が1乃至15質量部であることが好ましく、3乃至10質量部であることがより好ましい。該含有量が1質量部より少ないと、オイルレス定着時にうまく離型性を発揮できなかったりすることがある。15質量部を超えると、トナー表面へ離型剤が滲み出しやすくなり、現像性(トナー離れ)や転写性が悪化する場合がある。
本発明のトナーに使用できる結着樹脂は、市販のものが使用出来るが、好ましいのは(a)ポリエステル樹脂、(b)ポリエステルユニットとビニル系重合体ユニットを有しているハイブリッド樹脂、(c)ハイブリッド樹脂とビニル系重合体との混合物、(d)ポリエステル樹脂とビニル系重合体との混合物、(e)ハイブリッド樹脂とポリエステル樹脂との混合物、及び(f)ポリエステル樹脂とハイブリッド樹脂とビニル系重合体との混合物から選択される樹脂である。
結着樹脂としてポリエステル樹脂を用いる場合は、多価アルコールと多価カルボン酸、もしくは多価カルボン酸無水物、多価カルボン酸エステル等が原料モノマーとして使用できる。
ハイブリッド樹脂における「ポリエステルユニット」とは、ポリエステルに由来する部分を意味する。ポリエステル樹脂及びポリエステルユニットを構成するポリエステル系モノマーとしては、多価アルコールと、多価カルボン酸、多価カルボン酸無水物、又は二以上のカルボキシル基を有する多価カルボン酸エステル等のカルボン酸成分とが原料モノマーとして使用できる。
具体的には、例えば二価アルコール成分としては、ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(3.3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(2.0)−ポリオキシエチレン(2.0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(6)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等のビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物、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、1,4−シクロヘキサンジメタノール、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グリコール、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA等が挙げられる。
三価以上のアルコール成分としては、例えばソルビトール、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、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等が挙げられる。
該カルボン酸成分としては、フタル酸、イソフタル酸及びテレフタル酸の如き芳香族ジカルボン酸類又はその無水物;琥珀酸、アジピン酸、セバシン酸及びアゼライン酸の如きアルキルジカルボン酸類又はその無水物;炭素数6乃至12のアルキル基で置換された琥珀酸もしくはその無水物;フマル酸、マレイン酸及びシトラコン酸の如き不飽和ジカルボン酸類又はその無水物;が挙げられる。
ポリエステル樹脂及びポリエステルユニットは、特に下記一般式で表されるビスフェノール誘導体をアルコール成分とし、二価以上のカルボン酸又はその酸無水物、又はその低級アルキルエステルとからなるカルボン酸成分(例えば、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フタル酸、テレフタル酸、ドデセニルコハク酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等)を酸成分として、これらを縮重合したポリエステル樹脂及びポリエステルユニットが、カラートナーとして、良好な帯電特性を有するので好ましい。
〔式中、Rはエチレン基又はプロピレン基であり、x、yは1以上の整数であり、かつx+yの平均値は2〜10である。〕
また、架橋部位を有するポリエステル樹脂及びポリエステルユニットを形成するための三価以上の多価カルボン酸成分としては、例えば、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−ナフタレントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸、及びこれらの酸無水物やエステル化合物が挙げられる。三価以上の多価カルボン酸成分の使用量は、全モノマー基準で0.1乃至1.9mol%が好ましい。
ビニル系樹脂及びビニル系重合体ユニットに用いられるスチレン系モノマーとして、例えばスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレン、p−クロルスチレン、3,4−ジクロルスチレン、p−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン等が挙げられる。
アクリル系モノマーとして、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸ジメチルアミノエチル、アクリル酸フェニルなどのアクリル酸エステル類やアクリル酸及びアクリル酸アミド類、或いはメタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸−2−エチルヘキシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルなどのメタクリル酸エステル類やメタクリル酸及びメタクリル酸アミド類等、エチレン不飽和モノオレフィレン類のモノマーとしては、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン等、ビニルエステル類のモノマーとして、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニル等、ビニルエーテル類のモノマーとして、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等、ビニルケトン類のモノマーとして、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、メチルイソプロペニルケトン、N−ビニル化合物のモノマーとして、N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドン等、ビニルナフタリン類、アクリロニトリル、メタクリロニトル、アクリルアミドの如きアクリル酸誘導体またはメタクリル酸誘導体が挙げられる。これらのビニル系モノマーは単独もしくは2つ以上を用いてもよい。
ビニル系モノマーを重合する際に用いる重合開始剤としては、2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリルの如きアゾ系又はジアゾ系重合開始剤;ベンゾイルペルオキシド、メチルエチルケトンペルオキシド、ジイソプロピルペルオキシカーボネート、クメンヒドロペルオキシド、t−ブチルヒドロペルオキシド、ジ−t−ブチルペルオキシド、ジクシルペルオキシド、2,4−ジクロロベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、2,2−ビス(4,4−t−ブチルペルオキシシクロヘキシル)プロパン、トリス−(t−ブチルペルオキシ)トリアジンの如き過酸化物系開始剤や過酸化物を側鎖に有する高分子開始剤;過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムの如き過硫酸塩;過酸化水素などが挙げられる。
ラジカル重合性の三官能以上の重合開始剤としては、トリス(t−ブチルパーオキシ)トリアジン、ビニルトリス(t−ブチルパーオキシ)シラン、2,2−ビス(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、2,2−ビス(4,4−ジ−t−アミルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、2,2−ビス(4,4−ジ−t−オクチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、2,2−ビス(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)ブタン等のラジカル重合性多官能重合開始剤が挙げられる。
本発明のトナーには、公知の荷電制御剤と組み合わせて使用することもできる。このような荷電制御剤としては、例えば、有機金属錯体、金属塩、キレート化合物で、モノアゾ金属錯体、アセチルアセトン金属錯体、ヒドロキシカルボン酸金属錯体、ポリカルボン酸金属錯体、ポリオール金属錯体等が挙げられる。その他には、カルボン酸の金属塩、カルボン酸無水物、エステル類等のカルボン酸誘導体や芳香族系化合物の縮合体等も挙げられる。また、荷電制御剤としては、ビスフェノール類、カリックスアレーン等のフェノール誘導体等も用いられる。本発明では、芳香族カルボン酸の金属化合物を用いることが、帯電の立ち上がりを良好にする上で好ましい。
本発明においては、荷電制御剤は、結着樹脂100質量部に対する含有量が0.1乃至10質量部であることが好ましく、0.2乃至5質量部であることがより好ましい。0.1質量部より少ないと高温高湿から低温低湿までの環境でのトナーの帯電量の変化が大きくなる場合がある。10質量部より多いとかえって帯電量を低下させる場合がある。
本発明に用いられる着色剤としては、公知の顔料及び染料を単独で、又は併せて用いることができる。例えば染料としては、C.I.ダイレクトレッド1、C.I.ダイレクトレッド4、C.I.アシッドレッド1、C.I.ベーシックレッド1、C.I.モーダントレッド30、C.I.ダイレクトブルー1、C.I.ダイレクトブルー2、C.I.アシッドブルー9、C.I.アシッドブルー15、C.I.ベーシックブルー3、C.I.ベーシックブルー5、C.I.モーダントブルー7、C.I.ダイレクトグリーン6、C.I.ベーシックグリーン4、C.I.ベーシックグリーン6等が挙げられる。
顔料としては、ミネラルファストイエロー、ネーブルイエロー、ナフトールイエローS、ハンザイエローG、パーマネントイエローNCG、タートラジンレーキ、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、ベンジジンオレンジG、パーマネントレッド4R、ウオッチングレッドカルシウム塩、エオシンレーキ、ブリリアントカーミン3B、マンガン紫、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、ファーストスカイブルー、インダンスレンブルーBC、クロムグリーン、ピグメントグリーンB、マラカイトグリーンレーキ、ファイナルイエローグリーンG等が挙げられる。
また、フルカラー画像形成用トナーとして使用する場合には、マゼンタ用着色顔料としては、C.I.ピグメントレッド1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、21、22、23、30、31、32、37、38、39、40、41、48、49、50、51、52、53、54、55、57、58、60、63、64、68、81、83、87、88、89、90、112、114、122、123、163、202、206、207、209、238、C.I.ピグメントバイオレット19、C.I.バットレッド1、2、10、13、15、23、29、35等が挙げられる。
係る顔料を単独で使用しても構わないが、染料と顔料と併用してその鮮明度を向上させた方がフルカラー画像の画質の点からより好ましい。マゼンタ用染料としては、C.I.ソルベントレッド1、3、8、23、24、25、27、30、49、81、82、83、84、100、109、121、C.I.ディスパースレッド9、C.I.ソルベントバイオレット8、13、14、21、27、C.I.ディスパースバイオレット1の如き油溶染料;C.I.ベーシックレッド1、2、9、12、13、14、15、17、18、22、23、24、27、29、32、34、35、36、37、38、39、40、C.I.ベーシックバイオレット1、3、7、10、14、15、21、25、26、27、28の如き塩基性染料が挙げられる。
シアン用着色顔料としては、C.I.ピグメントブルー2、3、15、15:1、15:2、15:3、16、17;C.I.アシッドブルー6;C.I.アシッドブルー45又はフタロシアニン骨格にフタルイミドメチル基を1乃至5個置換した銅フタロシアニン顔料等が挙げられる。
イエロー用着色顔料としては、C.I.ピグメントイエロー1、2、3、4、5、6、7、10、11、12、13、14、15、16、17、23、65、73、74、83、93、97、155、180、185、C.I.バットイエロー1、3、20等が挙げられる。
黒色の顔料として、例えば、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラック等のカーボンブラックが用いられ、また、マグネタイト、フェライト等の磁性粉も用いられる。好ましくは着色力が高く比較的抵抗の高いファーネスブラックを用いるのがよい。
着色剤の使用量は、顔料の場合では結着樹脂100質量部に対して1乃至15質量部であることが好ましく、3乃至12質量部であることがより好ましく、4乃至10質量部であることがさらに好ましい。着色剤の含有量が15質量部より多い場合には、透明性が低下し、加えて人間の肌色に代表されるような中間色の再現性も低下し易くなり、さらにはトナーの帯電性の安定性が低下し、また低温定着性も得られにくくなる。着色剤の含有量が1質量部より少ない場合には、着色力が低くなり、濃度を出すためにトナーを多く使用しなければならなくなり、ドット再現性を損ないやすく、高い画像濃度の高品位画像が得られ難い。尚、黒色顔料として磁性粉を用いる場合には、結着樹脂100質量部に対して5乃至20質量部の範囲で用いられる。
本発明のトナーには、キャリアや感光体からのトナー離れ、転写性を向上させる目的で、微粒子を外添して用いることもできる。トナー粒子表面に外添される外添剤としては、そのうちの一つが無機微粒子であり、少なくとも、酸化チタン、酸化アルミナ、シリカのうちいずれか一種類以上であり、無機微粒子の平均粒径(個数分布のピーク値)が80nm以上200nm以下であることが、キャリアとのトナー離れを良化するためのスペーサー粒子として機能させる上で好ましい。また、該外添剤には、平均粒径(個数分布のピーク値)が50nm以下の微粒子を併用して用いることが、トナーの帯電性及び流動性を向上させる上で好ましい。更には、上記無機微粒子に疎水化処理を行ったものがよい。疎水化処理を行う場合には、各種チタンカップリング剤、シランカップリング剤等のいわゆるカップリング剤やシリコーンオイル等によって疎水化処理することが好ましい。
疎水化処理を行うための表面処理剤の例としては、チタンカップリング剤として、テトラブチルチタネート、テトラオクチルチタネート、イソプロピルトリイソステアロイルチタネート、イソプロピルトリデシルベンゼンスルフォニルチタネート、ビス(ジオクチルパイロフォスフェート)オキシアセテートチタネートなどがある。さらに、シランカップリング剤としては、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、N−β−(N−ビニルベンジルアミノエチル)γ−アミノプロピルトリメトキシシラン塩酸塩、ヘキサメチルジシラザン、メチルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトエリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、o−メチルフェニルトリメトキシシラン、p−メチルフェニルトリメトキシシランなどがあげられ、脂肪酸及びその金属塩としては、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ドデシル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ペンタデシル酸、ステアリン酸、ヘプタデシル酸、アラキン酸、モンタン酸、オレイン酸、リノール酸、アラキドン酸などの長鎖脂肪酸があげられ、その金属塩としては亜鉛、鉄、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、ナトリウム、リチウムなどの金属との塩があげられる。さらに、シリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、アミノ変性シリコーンオイルなども表面処理剤としてあげることができる。
これらの表面処理剤は、無機微粒子に対して1乃至10質量%添加し被覆することが良く、好ましくは、3乃至7質量%である。また、これらの材料を組み合わせて使用することもできる。
疎水化処理の程度としては特に限定されるものではないが、メタノールウェッタビリティーとして40乃至98となる程度に処理を行うことが好ましい。メタノールウェッタビリティーとは、メタノールに対する濡れ性を評価するものである。この方法は、内容量200mlのビーカー中に入れた蒸留水50mlに、測定対象の無機微粒子を0.2g秤量し添加する。メタノールを先端が液体中に浸せきされているビュレットから、ゆっくり撹拌した状態で無機微粒子の全体が濡れるまでゆっくり滴下する。この無機微粒子を完全に濡らすために必要なメタノールの量をa(ml)とした場合に、下記式により疎水化度が算出される。尚、高い領域の疎水化度を測定する際には、適宜より大きなビーカーを用いて測定を行えば良い。
疎水化度=(a/(a+50))×100
この無機微粒子の添加量としては、トナー中に0.1乃至5.0質量%、好ましくは0.5乃至4.0質量%である。また、外添剤としては種々のものを組み合わせて使用してもよい。
本発明の感光体について説明する。
弾性変形率Woが46乃至65%、最大荷重6mNで押し込んだ時のHU(ユニバーサル硬さ値)が1.5×108N/m2乃至2.3×108N/m2である感光体を用いる場合、平均円形度Cが0.830乃至0.950であり、(平均円形度C−2σ)以下の粒子(σはキャリア円形度の標準偏差)が20個数%以下であるキャリアを組み合わせて用いることで、キャリアによる感光体削れを防止し、かつ感光体表面の微細なキズの発生を抑制し高耐久性を有することができる。更なる特性の向上には弾性変形率Woが48乃至64%であることがより好ましい。
HUと弾性変形率Woを切り離してとらえることはできないが、例えばHUが2.3×108N/m2を超えるものであるとき、高温下などでクリーニングブレードとの摩擦が大きくなったときなどにおいて、弾性変形率Woが46%未満であると感光体の弾性力が不足しているが故に、また弾性変形率Woが65%より大きいと弾性変形率は高くても弾性変形量は小さくなってしまうが故に、わずかなキャリア付着粒子やカブリトナーの80nm以上の外添微粒子に局部的に大きな圧力がかかって深い傷が発生してしまう。よって、HUが高いものが必ずしも感光体として最適ではないと考えられる。
また、HUが1.5×108N/m2未満で弾性変形率Woが65%を超えるもの場合、たとえ弾性変形率が高くても塑性変形量も大きくなってしまいクリーニングブレードや帯電ローラに挟まれた紙粉やトナーが擦られることで削れたり細かい傷が発生したりしてしまう。また、弾性変形率Woが46%未満であるとより傷が入りやすくなり耐久性に乏しくなる。
本発明の弾性変形率を満足するためには、感光体表面の材料を選択することで達成できる。好ましくは後述するように、電荷輸送層の材料選択の幅を拡げ、より電荷移動物質として電荷移動度の高い材料を用いることが出来るように、別途強度を付与するための保護層をつけて用いることが好ましい。
本発明の電子写真感光体は、支持体の上に電荷発生層、電荷輸送層が順に設けられたものである。さらに最表面に保護層を設けてもよい。また、支持体と電荷発生層の間に、結着層、さらには干渉縞防止などを目的とする下引き層を設けてもよい。
支持体としては、支持体自身が導電性を持つもの、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金またはステンレスなどを用いることができ、その他にアルミニウム、アルミニウム合金または酸化インジウム−酸化スズ合金などを真空蒸着によって被膜形成された層を有する前記支持体やプラスチック、導電性微粒子(例えば、カーボンブラック、酸化スズ、酸化チタンおよび銀粒子など)を適当な結着樹脂と共にプラスチックや紙に含浸した支持体、導電性結着樹脂を有するプラスチックなどを用いることができる。
また、支持体と感光層の間には、バリアー機能と接着機能を持つ結着層(接着層)を設けることができる。結着層は、感光層の接着性改良、塗工性改良、支持体の保護、支持体の欠陥の被覆、支持体からの電荷注入性改良および感光層の電気的破壊に対する保護などのために形成される。結着層には、カゼイン、ポリビニルアルコール、エチルセルロース、エチレン−アクリル酸コポリマー、ポリアミド、変性ポリアミド、ポリウレタン、ゼラチンまたは酸化アルミニウムなどによって形成できる。結着層の膜厚は、5.0μm以下が好ましく、特には0.1〜3.0μmが好ましい。
本発明に用いられる電荷発生物質としては、(1)モノアゾ、ジスアゾおよびトリスアゾなどのアゾ系顔料、(2)金属フタロシアニンおよび非金属フタロシアニンなどのフタロシアニン系顔料、(3)インジゴおよびチオインジゴなどのインジゴ系顔料、(4)ペリレン酸無水物およびペリレン酸イミドなどのペリレン系顔料、(5)アンスラキノンおよびピレンキノンなどの多環キノン系顔料、(6)スクワリリウム色素、(7)ピリリウム塩およびチアピリリウム塩類、(8)トリフェニルメタン系色素、(9)セレン、セレン−テルルおよびアモルファスシリコンなどの無機物質、(10)キナクリドン顔料、(11)アズレニウム塩顔料、(12)シアニン染料、(13)キサンテン色素、(14)キノンイミン色素、(15)スチリル色素、(16)硫化カドミウムおよび(17)酸化亜鉛などが挙げられる。
電荷発生層に用いる結着樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアリレート樹脂、ブチラール樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリスルホン樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体樹脂、アルキッド樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂および塩過ビニル−酢酸ビニル共重合体樹脂などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは、単独・混合あるいは共重合体ポリマーとして1種または2種以上用いることができる。
電荷発生層用塗料に用いる溶剤は、使用する樹脂や電荷発生物質の溶解性や分散安定性から選択されるが、有機溶剤としては、アルコール類、スルホキシド類、ケトン類、エーテル類、エステル類、脂肪族ハロゲン化炭化水素類または芳香族化合物などを用いることができる。
電荷発生層は、前記の電荷発生物質を質量基準で0.3〜4倍量の結着樹脂および溶剤と共に、ホモジナイザー、超音波、ボールミル、サンドミル、アトライターまたはロールミルなどの方法でよく分散し、塗布、乾燥されて形成される。その厚みは、5.0μm以下が好ましく、特には0.01〜1.0μmの範囲が好ましい。
また、電荷発生層には、種々の増感剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤および公知の電荷発生物質を必要に応じて添加することもできる。
電荷輸送層を形成するのに用いられる結着樹脂としては、アクリル樹脂、スチレン系樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリフェニレンオキシド、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、アルキド樹脂および不飽和樹脂などから選ばれる樹脂が好ましい。特に好ましい樹脂としては、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体、ポリカーボネート樹脂およびジアリルフタレート樹脂が挙げられる。
用いられる電荷輸送物質としては、各種トリアリールアミン系化合物、各種ヒドラゾン系化合物、各種スチリル系化合物、各種スチルベン系化合物、各種ピラゾリン系化合物、各種オキサゾール系化合物、各種チアゾール系化合物および各種トリアリールメタン系化合物などが挙げられる。
電荷輸送層は、一般的には前記の電荷輸送物質と結着樹脂を溶剤に溶解し、塗布して形成する。電荷輸送物質と結着樹脂との混合割合(質量比)は、2:1〜1:2程度である。溶剤としては、アセトンやメチルエチルケトンなどのケトン類、酢酸メチルや酢酸エチルなどのエステル類、トルエンやキシレンなどの芳香族炭化水素類、クロロベンゼン、クロロホルムおよび四塩化炭素などの塩素系炭化水素類、テトラヒドロフランやジオキサンなどのエーテル類などが用いられる。この溶液を塗布する際には、例えば、浸漬コーティング法、スプレーコーティング法およびスピンナーコーティング法などのコーティング法を用いることができ、乾燥は10℃〜200℃が好ましく、より好ましくは20℃〜150℃の範囲の温度で、5分〜5時間が好ましく、より好ましくは10分〜2時間の時間で送風乾燥または静止乾燥下で行うことができる。
電荷輸送層は、上述の電荷発生層と電気的の接続されており、電界の存在下で電荷発生層から注入された電荷キャリアを受け取ると共に、これらの電荷キャリアを保護層との界面まで輸送する機能を有している。この電荷輸送層は、電荷キャリアを輸送する限界があるので必要以上に膜厚を厚くすることができないが、5〜30μmが好ましく、特には7〜20μmの範囲が好ましい。また、電荷キャリアは拡散するために膜厚が厚い場合には、潜像に対して感光体表面の電荷の拡がりが起こり、ドット再現性に劣るため、さらに好ましくは、7〜15μmの範囲が好ましい。
さらに、電荷輸送層中に酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤および公知の電荷輸送物質を必要に応じて添加することもできる。
さらに、この電荷輸送層の上に硬化性樹脂を結着樹脂とする表面層を設けることが好ましい。表面層としては、電荷輸送機能を持たせた第二電荷輸送層(この場合、最初の電荷輸送層を“第一電荷輸送層”と呼ぶ。)、或いは、電荷輸送機能を実質的に有さない保護層の形態で設けられる。第二電荷輸送層或いは保護層を塗布、硬化させて成膜することで、弾性変形率が46乃至65%の感光体が完成される。
第二電荷輸送層としては、下記化学式(イ)で示すような同一分子内に2つ以上の連鎖重合性官能基を有する正孔輸送性化合物を重合した化合物を含有する層が好ましく用いられる。
式中、Aは正孔輸送性基を示す。P1及びP2は連鎖重合性官能基を示す。P1とP2は同一でも異なってもよい。Zは置換基を有してもよい有機残基を示す。a、b及びdは0又は1以上の整数を示し、a+b×dは2以上の整数を示す。また、aが2以上の場合P1は同一でも異なってもよく、dが2以上の場合P2は同一でも異なってもよく、またbが2以上の場合、Z及びP2は同一でも異なってもよい。
上記化学式(イ)のAは正孔輸送性基を示し、正孔輸送性を示すものであればいずれのものでもよいが、好ましいのは下記一般式(ロ)で示されるものが好ましい。
式中、R4、R5及びR6は置換基を有してもよいメチル基、エチル基、プロピル基及びブチル基等のC1〜C10のアルキル基、置換基を有してもよいベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基、フルフリル基及びチエニル基等のアラルキル基及び置換基を有してもよいフェニル基、ナフチル基、アンスリル基、フェナンスリル基、ピレニル基、チオフェニル基、フリル基、ピリジル基、キノリル基、ベンゾキノリル基、ガルバゾリル基、フェノチアジニル基、ベンゾフリル基、ベンゾチオフェニル基、ジベンゾフリル基及びジベンゾチオフェニル基等のアリール基を示す。
但し、R4、R5及びR6はのうち少なくとも二つはアリール基を示し、R4、R5及びR6はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
上記化学式(イ)中のZは、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してもよいアリーレン基、CR1=CR2(R1及びR2はアルキル基、アリール基及び水素原子を示し、R1及びR2は同一でも異なってもよい)、C=O、S=O、SO2、酸素原子及び硫黄原子より選ばれる一つあるいはこれらを任意に組み合わせた有機残基を示す。
次に本発明における連鎖重合性官能基について説明する。本発明における連鎖重合とは、高分子物の生成反応を大きく連鎖重合と逐次重合に分けた場合の前者の重合反応形態を示し、詳しくは例えば技報堂出版 三羽忠広著の「基礎 合成樹脂の化学(新版)」1995年7月25日(1版8刷)P.24に説明されている様に、その形態が主にラジカルあるいはイオン等の中間体を経由して反応が進行する不飽和重合、開環重合そして異性化重合等のことをいう。
前記化学式(イ)における連鎖重合性官能基Pとは、前述の反応形態が可能な官能基を意味するが、本発明において好ましいものは下記構造式(1)で示される。
〔Eは水素原子、ハロゲン原子、置換基を有しても良いアルキル基および置換基を有しても良いアリール基、シアノ基、ニトロ基、アルコキシ基、−COOR1(R1は水素原子、ハロゲン原子、置換基を有しても良いアルキル基、置換基を有しても良いアラルキル基および置換基を有しても良いアリール基)、CONR2R8(R2、R8は水素原子、ハロゲン原子、置換基を有しても良いアルキル基、置換基を有しても良いアラルキル基および置換基を有しても良いアリール基を示し、互いに同一であっても異なっていてもよい)を示し、Wは置換基を有しても良い二価のアリーレン基または置換基を有しても良い二価のアルキレン基、−COO−、−C−、−O−、−OO−、−S−、−CONR4−(R4は水素原子、ハロゲン原子、置換基を有しても良いアルキル基、置換基を有しても良いアラルキル基または置換基を有しても良いアリール基)を示す。fは0または1を示す。〕
さらに、前記化学式(イ)における連鎖重合性官能基Pで特に好ましい形態を以下に示す。
前記同一分子内に二つ以上の連鎖重合性官能基を有する正孔輸送性化合物を重合させることで、その第二電荷輸送層中において、正孔輸送能を有する化合物は少なくとも二つ以上の架橋点をもって3次元架橋構造の中に共有結合を介して取り込まれる。前記正孔輸送性化合物はそれのみを重合させる、または他の連鎖重合性基を有する化合物と混合させることのいずれもが可能であり、その種類/比率はすべて任意である。ここでいう他の連鎖重合性基を有する化合物とは、連鎖重合性基を有する単量体またはオリゴマー/ポリマーのいずれもが含まれる。正孔輸送性化合物の官能基とその他の連鎖重合性化合物の官能基が同一の基または互いに重合可能な基である場合には、両者は共有結合を介した共重合3次元架橋構造をとることが可能である。両者の官能基が互いに重合しない官能基である場合には、感光層は少なくとも二つ以上の3次元硬化物の混合物または主成分の3次元硬化物中に他の連鎖重合性化合物単量体またはその硬化物を含んだ物として構成されるが、その配合比率/製膜方法をうまくコントロールすることで、IPN(Inter Penetrating Network)すなわち相互進入網目構造を形成し、強度と靭性を有することも可能である。
本発明においては、前記連鎖重合性基を有する正孔輸送性化合物の硬化物を含有する第二電荷輸送層に、電荷輸送物質を含有させることも可能である。
表面層に電荷輸送物質を含有しない保護層を形成する場合は、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリスチレン樹脂及びポリメチルメタクリレート樹脂などの成膜性のある樹脂を含有することが好ましい。この際の膜厚は、1.0〜20.0μmであることが好ましく、特には5.0〜15.0μmであることが好ましい。
本発明において、第二電荷輸送層及び保護層には潤滑材としてフッ素原子含有樹脂、フッ化カーボン、ポリオレフィン樹脂からなる群のなかから選ばれた少なくとも一種を含有させるが、その好ましい化合物としては以下の物が挙げられる。ただし、これらの化合物に限定されるものではない。
フッ素原子含有樹脂として好ましいものはビニルフルオライド、ビニリデンフルオロライド、クロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテルより選ばれる化合物の重合体もしくは共重合体樹脂および樹脂微粒子が挙げられる。
フッ化カーボンとしては、(CF)n、(C2F)nで表される化合物が挙げられる。
ポリオレフィン系樹脂として好ましいものは、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブテン樹脂等のホモポリマー樹脂、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−ブテン共重合体等のコポリマー樹脂および樹脂粉体が挙げられる。
これらの潤滑材はそれぞれ単独でも2種以上を任意の割合で用いることも可能である。
また、第二電荷輸送層及び保護層には前記潤滑材の分散剤、分散助剤、その他の各種添加剤、界面活性剤等を含有してもよい。
第二電荷輸送層及び保護層に潤滑材としてフッ素原子含有樹脂、フッ化カーボン、ポリオレフィン系樹脂のうち少なくとも1種を含有させることにより感光体の表面の滑り性、撥水性を高めることができ、繰り返し使用時の帯電、現像、転写等による表面層の化学的劣化に伴う転写効率や滑り性の低下、さらには感度低下、電位低下などの電気特性の劣化を防ぎ、繰り返し使用時においても微細なキズの発生を防ぎ、画像ボケ/流れ等の画像不良の発生を抑えることが可能となる。特に好ましくはフッ素含有樹脂であると更に好適な結果が得られる。
本発明において第二電荷輸送層及び保護層に含有させる潤滑材の割合は、表面層となる層の全質量に対し、1〜70%が好ましく、より好ましくは5〜50%である。潤滑材が70%より多いと表面層となる層の機械的強度が低下しやすく、1%より少ないと表面層となる層の撥水性、滑り性が充分ではなくなることがある。
前記第二電荷輸送層の形成方法は、前記正孔輸送性化合物を含有する溶液を塗布後、重合反応をさせるのが一般的であるが、前もって該正孔輸送性化合物を含む溶液を反応させて硬化物を得た後に、再度溶剤中に分散または溶解させて、形成することも可能である。これらの溶液を塗布する方法は、例えば、浸漬コーティング法、スプレ−コーティング法、カーテンコーティング法およびスピンコーティング法などが知られているが、効率性/生産性の点からは浸漬コーティング法が好ましい。
前記第二電荷輸送層の硬化方法としては、熱、紫外線、電子線などを用いて重合反応させて硬化させるのが好ましいが、生産性、エネルギー効率等を考慮すると以下に記述する方法で硬化させることが好ましい。
本発明において連鎖重合性基を有する正孔輸送性化合物は放射線により重合させることが好ましい。放射線による重合の最大の利点は重合開始剤を必要としない点であり、これにより非常に高純度な三次元感光層の作製が可能となり、良好な電子写真特性が確保される点である。また、短時間でかつ効率的な重合反応であるがゆえに生産性も高く、さらには放射線の透過性のよさから、厚膜時や添加剤などの遮蔽物質が膜中に存在する際の硬化阻害の影響が非常に小さいことなどが挙げられる。ただし、連鎖重合性基の種類や中心骨格の種類によっては重合反応が進行しにくい場合があり、その際には影響のない範囲内での重合開始剤の添加は可能である。この際使用する放射線とは電子線およびγ線である。電子線照射をする場合、加速器としてはスキャニング型、エレクトロカーテン型、ブロードビーム型、パルス型およびラミナー型などいずれの形式も使用することができる。電子線を照射する場合に、本発明の感光体においては電気特性および耐久性能を発現させる上で照射条件が非常に重要である。本発明において、加速電圧は250kV以下が好ましく、最適には150kV以下である。また線量は好ましくは10kGy〜1000kGyの範囲である。加速電圧が上記を超えると、感光体特性に対する電子線照射のダメージが増加する傾向にある。また、線量が上記範囲よりも少ない場合には硬化が不十分となりやすく、線量が多い場合には感光体特性の劣化がおこりやすい。
この第二電荷輸送層及び保護層は、電荷キャリアを拡散させ、ドット再現性に劣る場合があるので膜厚を厚くすることができないが、0.5〜10.0μmが好ましく、特には1.0〜6.0μmの範囲が好ましい。
また、本発明に係る感光体は、薄膜感光体であり、電荷輸送層の層厚は、8.0〜20.0μmである。より好ましくは、8.0〜16.0μmであり、更に好ましくは、8.0〜12.0μmである。この層厚としては、第二電荷輸送層を有する場合には、第一電荷輸送層と第二電荷輸送層との合計の層厚である。
さらに感光体としての総層厚は10.0〜40.0μmが好ましく、ドット再現性と耐久性を好適に両立させるためには、総層厚は10.0〜26.0μmが好ましい。
本発明に関する物性の好適な測定法について以下に説明する。
<トナーの粒度分布の測定>
測定装置としては、コールターカウンターTA−II或いはコールターマルチサイザーII(ベックマンコールター社製)を用いる。電解液は、約1%NaCl水溶液を用いる。電解液には、1級塩化ナトリウムを用いて調製された電解液や、例えば、ISOTON−II(登録商標)(コールターサイエンティフィックジャパン社製)が使用できる。
測定方法としては、該電解水溶液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ホン塩酸)を、0.1〜5mlを加え、さらに測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液を超音波分散器で約1〜3分間分散処理し、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、該測定装置により、試料の体積及び個数を各チャンネル毎に測定して、試料の体積分布と個数分布とを算出する。得られたこれらの分布から、試料の重量平均粒径(D4)を求める。チャンネルとしては、2.00〜2.52μm;2.52〜3.17μm;3.17〜4.00μm;4.00〜5.04μm;5.04〜6.35μm;6.35〜8.00μm;8.00〜10.08μm;10.08〜12.70μm;12.70〜16.00μm;16.00〜20.20μm;20.20〜25.40μm;25.40〜32.00μm;32〜40.30μmの13チャンネルを用いる。
<トナーの平均円形度の測定>
トナーの円形度は、フロー式粒子像測定装置「FPIA−2100型」(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。
ここで、「粒子投影面積」とは二値化されたトナー像の面積であり、「粒子投影像の周囲長」とは該トナー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。測定は、512×512の画像処理解像度(0.3μm×0.3μmの画素)で画像処理した時の粒子像の周囲長を用いる。
本発明における円形度は粒子の凹凸の度合いを示す指標であり、粒子が完全な球形の場合に1.00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Tは、粒度分布の分割点iでの円形度(中心値)をti、測定粒子数をmとすると、次式から算出される。
なお、本発明で用いている測定装置である「FPIA−2100」は、各粒子の円形度を算出後、平均円形度の算出に当たって、得られた円形度によって、粒子を円形度0.40〜1.00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Tの算出を行う。
具体的な測定方法としては、容器中に予め不純固形物などを除去したイオン交換水10mlを用意し、その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ホン酸塩を加えた後、更に測定試料を0.02g加え、均一に分散させる。分散させる手段としては、超音波分散機「Tetora150型」(日科機バイオス社製)を用い、2分間分散処理を行い、測定用の分散液とする。その際、該分散液の温度が40℃以上とならない様に適宜冷却する。また、円形度のバラツキを抑えるため、フロー式粒子像分析装置FPIA−2100の機内温度が26〜27℃になるよう装置の設置環境を23℃±0.5℃にコントロールし、一定時間おきに、好ましくは2時間おきに2μmラテックス粒子を用いて自動焦点調整を行う。
トナーの円形度測定には、前記フロー式粒子像測定装置を用い、測定時のトナー濃度が3000〜1万個/μlとなる様に該分散液濃度を再調整し、トナーを1000個以上計測する。計測後、このデータを用いて、円相当径2μm未満のデータをカットして、トナーの平均円形度Tを求める。
さらに本発明で用いている測定装置である「FPIA−2100」は、従来よりトナーの形状を算出するために用いられていた「FPIA−1000」と比較して、処理粒子画像の倍率の向上、さらに取り込んだ画像の処理解像度を向上(256×256→512×512)によりトナーの形状測定の精度が上がっており、それにより微粒子のより確実な補足を達成している装置である。従って、本発明のように、より正確に形状を測定する必要がある場合には、より正確に形状に関する情報が得られるFPIA−2100の方が有用である。
<GPCによる分子量の測定(トナー用結着樹脂、コート層を形成する樹脂)>
ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)によるクロマトグラムの分子量は次の条件で測定される。
40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定化させ、この温度におけるカラムに、溶媒としてテトラヒドロフラン(THF)を毎分1mlの流速で流し、試料濃度として0.05乃至0.6質量%に調整した樹脂のTHF試料溶液を50〜200μl注入して測定する。検出器にはRI(屈折率)検出器を用いる。カラムとしては、103〜2×106の分子量領域を的確に測定するために、市販のポリスチレンゲルカラムを複数組み合わせるのが良く、例えば、Waters社製のμ−styragel 500、103、104、105の組み合わせや、昭和電工社製のshodex KA−801、802、803、804、805、806、807の組み合わせが好ましい。
試料の分子量測定にあたっては、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製された検量線の対数値とカウント数との関係から算出する。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.製あるいは、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。
なお、コート層を形成する樹脂は、キャリア粒子をメチルエチルケトンに濃度10質量%となるように入れ、超音波分散機「Tetora150型」(日科機バイオス社製)を用い、2分間分散処理を行い、目開き0.2μmのメンブランフィルタで濾過した濾液を乾燥させたものを用いる。
<離型剤及びトナーの最大吸熱ピークの測定>
離型剤及びトナーの最大吸熱ピークは、示差熱分析測定装置(DSC測定装置)、DSC2920(TAインスツルメンツジャパン社製)を用いて、ASTM D3418−82に準じて測定することができる。
温度曲線:昇温I(30℃〜200℃、昇温速度10℃/min)
降温I(200℃〜30℃、降温速度10℃/min)
昇温II(30℃〜200℃、昇温速度10℃/min)
測定方法としては、5〜20mg、好ましくは10mgの測定試料を精密に秤量する。これをアルミパン中に入れ、リファレンスとして空のアルミパンを用い、測定温度範囲30乃至200℃の間で、昇温速度10℃/minで常温常湿下で測定を行う。トナーの最大吸熱ピークは、昇温IIの過程で、樹脂Tgの吸熱ピーク以上の領域のベースラインからの高さが一番高いものを、若しくは樹脂Tgの吸熱ピークが別の吸熱ピークと重なり判別し難い場合、その重なるピークの極大ピークから高さが一番高いものを本発明のトナーの最大吸熱ピークとする。
<トナーの無機微粒子及び外添剤の粒径の測定>
トナー表面の無機微粒子及び外添剤の粒径については、走査電子顕微鏡(50,000倍)により、粒径5nm以上の粒子をランダムに500個以上抽出し、長軸と短軸をデジタイザにより測定し、平均したものを粒径とし、500個以上の粒子の粒径分布(カラム幅を5−15,15−25,25−35,35−45,45−55,55−65,65−75,75−85,85−95、・・・のように10nm毎に区切ったカラムのヒストグラムから)のカラムの中心値のピークになる粒径をもって無機微粒子の最大ピーク粒径として算出する。
<キャリアの粒径の測定>
磁性キャリア粒子の粒径については、レーザー回折式粒度分布測定器の如き、粒子群を光強度分布パターンを検出する方式を用いた粒度分布測定器を用い、乾式で測定する。測定レンジはサブミクロンから数100ミクロンの範囲を測定できる装置であればいずれも使用可能であり、例えばSALD−3100(島津製作所製)等を用いて測定して体積平均粒径(Dv)を算出する。
<キャリアの個数基準の平均円形度Cおよび標準偏差σの測定>
キャリアの平均円形度Cは、マルチイメージアナライザー(ベックマン・コールター社製)を用いて個数基準の平均円形度C算出を行う。測定においては、電解液は、約1%NaCl水溶液とグリセリンを50体積%:50体積%の混合溶液を用いる。電解液の調製には、1級塩化ナトリウムを用いて調製された電解液や、例えば、ISOTON−II(登録商標)(コールターサイエンティフィックジャパン社製)が使用できる。グリセリンは、特級あるいは1級の試薬を用いることが出来る。電解水溶液約30ml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ホン塩酸)を、0.1〜1.0mlを加え、さらに測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液を超音波分散器で約1分間分散処理し、アパーチャーとして200μmアパーチャー、レンズ20倍のものを用いて、該測定装置により、円相当径及び円形度Cとを算出する。測定に際しての条件は以下の通りである。
測定フレーム内平均輝度:220〜230
測定フレーム設定:300
SH(スレシュホールド):50
2値化レベル:180
測定は、ガラス測定容器に電解溶液−グリセリン混合溶液を入れ、その中に先に示したサンプルを濃度が5〜10%になるように入れ、最大撹拌スピードで撹拌する。サンプルの吸引圧を10kPaにする。キャリア比重が大きく沈降しやすいので測定時間を15〜30分になるようにする。また、5〜10分ごとに測定を中断して、サンプル液の補充及び電解溶液−グリセリン混合溶液の補充を行う。補充後測定を再開する。測定個数は2000個とする。測定終了後、本体ソフトにより、粒子画像画面でピンぼけ画像、凝集粒子(複数同時測定)などの除去を行う。本装置の測定原理は、コールターマルチサイザーIIにおける粒子がアパーチャーを通過する際に生じる電流パルスをトリガーにしてストロボを点火し、CCDでその投影像を記録し、画像解析処理を行うものであり、得られるグラフ上でのプロットと粒子画像写真が1:1に対応しているので、上述の通り、ピンぼけあるいは凝集粒子などの除去が可能となる。
キャリアの円形度、円相当径は、下記式で算出される。
円形度=(4×Area)/(MaxLength2×π)
円相当径=2×(Area/π)1/2
ここで、「Area」とは二値化されたキャリア粒子像の投影面積であり、「MaxLength」とは該キャリア粒子投影像の最大径と定義する。円相当径は、「Area」を真円の面積としたときの真円の直径で表される。円相当径は、4〜100μmを256分割され、個数基準で対数表示して用いる。図5に実際の測定結果の図を示す。横軸が円相当径であり、左軸が個数基準の粒度頻度(%)を棒グラフで表示し、右軸が円形度でドットで表示する。本体ソフトで求められる平均円形度C及び標準偏差σから(平均円形度C−2σ)を計算し、グラフ上から(平均円形度C−2σ)以下の円形度を有する粒子の個数を求め、全体の粒子個数で除して存在率を求める。これら一連の測定・計算は、マルチイメージアナライザー付属のソフト中で処理する。
<キャリア中の磁性体、非磁性無機化合物等の粒径の測定>
磁性体及び非磁性無機化合物等の粒径は、キャリアをミクロトーム等により切断した断面を走査電子顕微鏡(50,000倍)により、粒径が5nm以上の粒子をランダムに300個以上抽出し、長軸と短軸をデジタイザにより測定し、平均したものを粒径とし、300個以上の粒子の粒径分布(カラム幅を5−15,15−25,25−35,35−45,45−55,55−65,65−75,75−85,85−95、・・・のように10nm毎に区切ったカラムのヒストグラムから)のピークになるカラムの中心値の粒径をもって最大ピーク粒径を算出する。
また、磁性体及び非磁性無機化合物の粒径の測定法としては、原材料を透過電子顕微鏡(TEM)にて、50,000倍での写真から、上記の方法と同様にして、平均粒径を求めることも出来る。
<キャリアコート樹脂中の微粒子等の粒径の測定>
微粒子の粒径は、キャリアからコート材をトルエンなどコート材が可溶な溶媒に溶かしだした成分を走査電子顕微鏡(50,000倍)により、粒径が5nm以上の粒子をランダムに500個以上抽出し、長軸と短軸をデジタイザにより測定し、平均したものを粒径とし、500個以上の粒子の粒径分布(カラム幅を5−15,15−25,25−35,35−45,45−55,55−65,65−75,75−85,85−95、・・・のように10nm毎に区切ったカラムのヒストグラムから)のカラムの中心値のピークになる粒径をもって最大ピーク粒径を算出する。
また、キャリア中の微粒子の粒径の測定法としては、原材料を透過電子顕微鏡(TEM)にて、50,000倍での写真から、上記の方法と同様にして、平均粒径を求めることも出来る。
<キャリアの磁化の強さの測定>
キャリアの磁化の強さは、理研電子(株)製の振動磁場型磁気特性自動記録装置BHV−30を用いて測定することができる。測定方法としては、円筒状のプラスチック容器に十分密になるようにキャリアを充填し、一方で79.6(kA/m)(1000エルステッド)の外部磁場を作り、この状態で該容器に充填したキャリアの磁化モーメントを測定する。さらに、該容器に充填したキャリアの実際の質量を測定して、キャリアの磁化の強さ(Am2/kg)を求める。さらに、得られた値にキャリアの真比重(g/cm3)を掛けて、キャリア体積当たりの磁化の強さ(kAm2/m3)を求めることが出来る。
<キャリアの真比重の測定>
キャリア粒子の真比重は、乾式自動密度計オートピクノメータ(ユアサアイオニクス社製)により求めることができる。
<キャリア、非磁性無機化合物及び磁性体の比抵抗の測定>
磁性キャリア、非磁性無機化合物及び磁性体の比抵抗値は、図4に示した測定装置を用いて行う。セルEに、サンプル粒子を充填し、該充填粒子に接するように下部電極61及び上部電極62を配し、これらの電極間に定電圧装置66によって1000Vから200Vまで30秒おきに200V間隔で減少させながら電圧を印加し、それぞれのときに流れる電流を電流計64で測定することによって比抵抗を求める方法を用いる。本発明における比抵抗の測定条件は、充填キャリア粒子と電極との接触面積S=約2.4cm2、厚みL=0.2mm、上部電極62の荷重180gとする。1000Vから200Vの時の抵抗値をそれぞれプロットし、そのプロファイルから4000V/cmとなる比抵抗値をグラフ上から求めて比抵抗とする。尚、63は絶縁物を示し、65は電圧計を示し、68はガイドリングを示し、Eは抵抗測定セルを示す。
<感光体表面物性測定方法>
感光体を25℃,湿度50%の環境下に24時間放置した後、前述した微小硬さ測定装置フィシャースコープH100V(Fischer社製)を用いて、HU及び弾性変形率Woを求める。
本発明におけるHU(ユニバーサル硬さ値)、及び弾性変形率Woは、圧子に連続的に荷重をかけ、荷重下での押し込み深さを直読し連続的硬さを求められる微小硬さ測定装置フィシャースコープH100V(Fischer社製)を用いて測定する。圧子は対面角136°のビッカース四角錐ダイヤモンド圧子を使用する。荷重の条件は最終荷重6mNまで段階的に(各点0.1sの保持時間で273点)測定する。
出力チャートの概略を図6に示す。縦軸は荷重(mN)で横軸は押し込み深さh(μm)であり、段階的に荷重を増加させ6mNまで荷重をかけ、その後同様に段階的に荷重を減少させた結果である。
HU(ユニバーサル硬さ値:以下HUと呼ぶ)は、6mNで押し込んだ時の同荷重下での押し込み深さから下記式(1)によって規定される。
弾性変形率Woは圧子が膜に対して行った仕事量(エネルギー)、すなわち圧子の膜に対する荷重の増減によるエネルギーの変化より求めたものであり、下記式(2)からその値は求まる。全仕事量Wt(nW)は図6中のA−B−D−Aで囲まれる面積で表され、弾性変形の仕事量We(nW)はC−B−D−Cで囲まれる面積で表される。
弾性変形率Wo(%)=(We/Wt)×100 (2)
以下、本発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
(キャリアの製造例A)
個数平均粒径250nm、比抵抗5.1×105Ω・cmのマグネタイト粉(79.6kA/mにおける磁化の強さ64Am2/kg、真比重5.2g/cm3)、個数平均粒径260nm、比抵抗4.9×107Ω・cmのヘマタイト粉(非磁性、真比重5.1g/cm3)にそれぞれ4.0質量%のシラン系カップリング剤(3−(2−アミノエチルアミノプロピル)トリメトキシシラン)を加え、容器内で110℃で高速混合撹拌し、表面処理した。
・フェノール 10質量部
・ホルムアルデヒド溶液(ホルムアルデヒド37質量%水溶液) 6質量部
・上記処理したマグネタイト微粒子 76質量部
・上記処理したヘマタイト微粒子 8質量部
上記材料と、28質量%アンモニア水5質量部、水10質量部をフラスコに入れ、よく混合した。このときの反応媒体中の溶存酸素量は7.3g/m3であった。次いでこの反応媒体中に窒素ガスを導入した。窒素ガスの導入量は1.5×10−2m3/hの流量で、20分間の置換を行った。また、このときの反応媒体中の溶存酸素量は1.0g/m3であった。その後は窒素導入量を0.3×10−2m3/hに抑え、室温から平均昇温速度3.0℃/分で加熱し85℃まで撹拌しながら昇温・保持し、3時間重合反応させて硬化させた。このときの撹拌翼周速は1.8m/secとした。その後、30℃まで冷却し、更に水を添加した後、上澄み液を除去し、沈殿物を水洗した後、風乾した。次いで、これを減圧下(5hPa以下)、60℃の温度で乾燥して、磁性体が分散された状態の体積平均粒径35.1μmの球状の磁性キャリアコア(a)を得た。
一方の末端にエチレン性不飽和基を有する重量平均分子量5,000のメチルメタクリレートマクロモノマー3質量部、下記化合物例1に示されるモノマー25質量部、メチルメタクリレート72質量部を、還流冷却器,温度計,窒素吸い込み管及びすり合わせ方式撹拌装置を配した4ツ口フラスコに添加し、更にトルエン100質量部、メチルエチルケトン100質量部、アゾビスイソバレロニトリル2.4質量部を加え、窒素気流下80℃で10時間保ち、グラフト共重合体溶液(固形分33質量%)を得た。グラフト共重合体のゲルパーミエーションクロマトグラム(GPC)による重量平均分子量は、22,000であった。
グラフト共重合体溶液(固形分33質量%)30質量部に対し、架橋メラミン樹脂粒子(個数平均粒径230nm)0.5質量部、カーボンブラック(個数平均粒径30nm、DBP吸油量40ml/100g)1.0質量部、トルエン100質量部をホモジナイザーによりよく混合する。ついで、磁性キャリアコア(a)1000質量部に対して、真空脱気ニーダーを用いて剪断応力を連続して加えながら撹拌しつつ、上記コート液を徐々に加え、溶媒を70℃で揮発させて、キャリア表面への樹脂コートを行った。窒素導入量0.3×10−2m3/hの条件で、100℃で2時間撹拌しながら、樹脂コートされた磁性キャリア粒子を熱処理し、冷却後、解砕し、目開き76μmの篩で粗粒を除去して、体積平均粒径35.3μm、真比重3.63g/cm3、磁化の強さ191kAm2/m3、比抵抗6.2×108Ω・cm、平均円形度Cが0.922、標準偏差σが0.028、(平均円形度C−2σ)=0.866以下の円形度を有する粒子の存在率が2.1個数%のキャリアAを得た。尚、得られたキャリアは殆どが球形〜楕円形を呈しており、不定形の粒子はごくわずかであった。
(キャリアの製造例B)
個数平均粒径250nm、比抵抗5.1×105Ω・cmのマグネタイト粉(79.6kA/mにおける磁化の強さ64Am2/kg、真比重5.2g/cm3)、個数平均粒径610nm、比抵抗1.3×108Ω・cmのヘマタイト粉(非磁性、真比重5.3g/cm3)にそれぞれ4.0質量%、0.8質量%のシラン系カップリング剤(3−(2−アミノエチルアミノプロピル)トリメトキシシラン)を加え、容器内で110℃で高速混合撹拌し、表面処理した。
・フェノール 10質量部
・ホルムアルデヒド溶液(ホルムアルデヒド37質量%水溶液) 6質量部
・上記処理したマグネタイト微粒子 60質量部
・上記処理したヘマタイト微粒子 24質量部
上記材料と、28質量%アンモニア水5質量部、水10質量部をフラスコに入れ、よく混合した。このときの反応媒体中の溶存酸素量は7.4g/m3であった。次いでこの反応媒体中に窒素ガスを導入した。窒素ガスの導入量は1.5×10−2m3/hの流量で、20分間の置換を行った。また、このときの反応媒体中の溶存酸素量は1.2g/m3であった。その後は窒素導入量を0.3×10−2m3/hに抑え、室温から平均昇温速度3.0℃/分で加熱し85℃まで撹拌しながら昇温・保持し、3時間重合反応させて硬化させた。磁性キャリアコア(a)と同様にして、磁性体が分散された状態の体積平均粒径36.7μmの球状の磁性キャリアコア(b)を得た。
磁性キャリアコア(b)にキャリアAと同処方のコートを施して、体積平均粒径37.2μm、真比重3.56g/cm3、磁化の強さ148kAm2/m3、比抵抗7.3×1011Ω・cm、平均円形度Cが0.896、標準偏差σが0.054、(平均円形度C−2σ)=0.788以下の円形度を有する粒子の存在率が5.3個数%のキャリアBを得た。尚、得られたキャリアは多くが球形〜楕円形を呈しており、中には細長い楕円形状のものが見られ、不定形の粒子はごくわずかであった。
(キャリアの製造例C)
個数平均粒径250nm、比抵抗5.1×105Ω・cmのマグネタイト粉(79.6kA/mにおける磁化の強さ65Am2/kg、真比重5.2g/cm3)、個数平均粒径260nm、比抵抗4.9×107Ω・cmのヘマタイト粉(非磁性、真比重5.1g/cm3)にそれぞれ3.0質量%のチタン系カップリング剤イソプロピルトリ(N−アミノエチル−アミノエチル)チタネートを加え、容器内で110℃で高速混合撹拌し、表面処理した。
・フェノール 10質量部
・ホルムアルデヒド溶液(ホルムアルデヒド37質量%水溶液) 6質量部
・上記処理したマグネタイト微粒子 76質量部
・上記処理したヘマタイト微粒子 8質量部
上記材料と、28質量%アンモニア水6質量部、水8質量部をフラスコに入れ、よく混合した。このときの反応媒体中の溶存酸素量は6.5g/m3であった。次いでこの反応媒体中に窒素ガスを導入した。窒素ガスの導入量は1.5×10−2m3/hの流量で、20分間の置換を行った。また、このときの反応媒体中の溶存酸素量は1.1g/m3であった。その後は窒素導入量を0.3×10−2m3/hに抑え、室温から平均昇温速度3.0℃/分で加熱し85℃まで撹拌しながら昇温・保持し、3時間重合反応させて硬化させた。このときの撹拌翼周速は1.2m/secとした。その後、30℃まで冷却し、更に水を添加した後、上澄み液を除去し、沈殿物を水洗した後、風乾した。次いで、これを減圧下(5hPa以下)、60℃の温度で乾燥して、磁性体が分散された状態の体積平均粒径52.7μmの球状の磁性キャリアコア(c)を得た。
キャリアAで用いたグラフト共重合体溶液(固形分33質量%)20質量部に対し、架橋メラミン樹脂粒子(個数平均粒径200nm)0.3質量部、カーボンブラック(個数平均粒径30nm、DBP吸油量40ml/100g)0.6質量部、トルエン100質量部をホモジナイザーによりよく混合する。ついで、磁性キャリアコア(c)1000質量部を剪断応力を連続して加えながら撹拌しつつ、上記コート液を徐々に加え、溶媒を70℃で揮発させて、キャリア表面への樹脂コートを行った。と同処方のコートを施して、体積平均粒径53.2μm、真比重3.63g/cm3、磁化の強さ194kAm2/m3、比抵抗2.9×109Ω・cm、平均円形度Cが0.902、標準偏差がσが0.053、(平均円形度C−2σ)=0.796以下の円形度を有する粒子の存在率が5.8個数%のキャリアCを得た。得られたキャリアは多くが球形〜楕円形を呈しており、若干細長い楕円形状のものが見られ、微粉側に不定形の粒子が存在した。
(キャリアの製造例D)
個数平均粒径220nmのマグネタイト粉を空気中700℃で3時間焼成して個数平均粒径220nm、比抵抗8.5×107Ω・cmのマグネタイト粉(79.6kA/mにおける磁化の強さ57Am2/kg、真比重5.1g/cm3)を得た。その後、4.0質量%のシラン系カップリング剤(3−(2−アミノエチルアミノプロピル)トリメトキシシラン)を加え、容器内で120℃で高速混合撹拌し、表面処理した。
・フェノール 10質量部
・ホルムアルデヒド溶液(ホルムアルデヒド37質量%水溶液) 6質量部
・上記処理したマグネタイト 84質量部
上記材料と、28質量%アンモニア水4質量部、水12質量部をフラスコに入れ、よく混合した。このときの反応媒体中の溶存酸素量は7.4g/m3であった。次いでこの反応媒体中に窒素ガスを導入した。窒素ガスの導入量は1.5×10−2m3/hの流量で、20分間の置換を行った。また、このときの反応媒体中の溶存酸素量は0.88g/m3であった。その後は窒素導入量を0.3×10−2m3/hに抑え、室温から平均昇温速度3.0℃/分で加熱し85℃まで撹拌しながら昇温・保持し、3時間重合反応させて硬化させた。このときの撹拌翼周速は2.4m/secとした。その後、30℃まで冷却し、更に水を添加した後、上澄み液を除去し、沈殿物を水洗した後、風乾した。次いで、これを減圧下(5hPa以下)、60℃の温度で乾燥して、磁性体が分散された状態の体積平均粒径23.3μmの球状の磁性キャリアコア(d)を得た。
末端にエチレン性不飽和基を有する重量平均分子量5,000のメチルメタクリレートマクロモノマー3質量部、下記化合物例2に示されるモノマー20質量部、メチルメタクリレート77質量部を、還流冷却器,温度計,窒素吸い込み管及びすり合わせ方式撹拌装置を配した4ツ口フラスコに添加し、更にトルエン100質量部、メチルエチルケトン100質量部、アゾビスイソバレロニトリル2.4質量部を加え、窒素気流下80℃で10時間保ち、グラフト共重合体溶液(固形分33質量%)を得た。グラフト共重合体のゲルパーミエーションクロマトグラム(GPC)による重量平均分子量は、21,000であった。
得られたグラフト共重合体溶液(固形分33質量%)50質量部に対し、球形シリカ粒子(個数平均粒径300nm)1.0質量部、カーボンブラック(個数平均粒径30nm、DBP吸油量40ml/100g)1.5質量部、トルエン100質量部をホモジナイザーによりよく混合する。ついで、磁性キャリアコア(d)1000質量部を剪断応力を連続して加えながら撹拌しつつ、上記コート液を徐々に加え、溶媒を70℃で揮発させて、キャリア表面への樹脂コートを行った。体積平均粒径23.5μm、真比重3.57g/cm3、磁化の強さ187kAm2/m3、比抵抗4.1×109Ω・cm、平均円形度Cが0.874、標準偏差σが0.052、(平均円形度C−2σ)=0.770以下の円形度を有する粒子の存在率が2.8個数%のキャリアDを得た。得られたキャリアは球形のものもある程度存在したが、多くが楕円形状を呈しており、殆ど不定形の粒子が存在しなかった。
(キャリアの製造例E)
磁性キャリアコア(c)2000質量部の表面に、γ−アミノプロピルトリメトキシシランの3質量%メタノール溶液80質量部を剪断応力をかけながら、塗布しつつメタノールを揮発させた。
シリコーン樹脂SR2410(東レダウコーニング(株)製)を、シリコーン樹脂固形分として10質量%になるようトルエン200質量部で希釈した後、γ−アミノプロピルトリメトキシシランをシリコーン樹脂に対して8質量部添加し、さらに球形シリカ粒子(個数平均粒径280nm)を2質量部加え、ホモジナイザーによりよく混合し、コート材溶液を調製した。
シランカップリング剤で処理された磁性キャリアコア(c)を50℃で撹拌しながら、減圧下で添加して、上記コート材により樹脂被覆を行った。その後、窒素導入量を0.3×10−2m3/hにしながら窒素ガスの雰囲気下で2時間撹拌しつつ、トルエンを揮発させた後、窒素ガスによる雰囲気下で140℃、2時間熱処理を行い、冷却後、解砕した後、目開き76μmの篩で粗粒を除去して、体積平均粒径53.1μm、真比重3.62g/cm3、磁化の強さ193kAm2/m3、比抵抗9.9×108Ω・cm、平均円形度Cが0.905、標準偏差σが0.051、(平均円形度C−2σ)=0.803以下の円形度を有する粒子の存在率が5.4個数%のキャリアEを得た。得られたキャリアは多くが球形〜楕円形を呈しており、微粉側に不定形の粒子を若干存在した。
(キャリアの製造例F)
還流冷却器,温度計,窒素吸い込み管及びすり合わせ方式撹拌装置を配した4ツ口フラスコにイオン交換水1000質量部に、ポリビニルアルコール10質量部を投入し、完全に溶けるまで撹拌した。シクロヘキシルメタクリレートモノマー33質量部、メチルメタクリレート67質量部と重合開始剤2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)2質量部を混合したのち、前記フラスコに添加し、窒素気流下80℃で10時間保ち、グラフト共重合体を重合した。得られたグラフト共重合体を減圧乾燥させて固形物を得た。グラフト共重合体のゲルパーミエーションクロマトグラム(GPC)による重量平均分子量は、20,000であった。
上記グラフト共重合体をトルエン中に固形分33質量%となるように希釈して、この溶液30質量部に対し、架橋メラミン−ホルムアルデヒド樹脂粒子(個数平均粒径230nm)0.7質量部、カーボンブラック(個数平均粒径40nm、DBP吸油量80ml/100g)1.0質量部、トルエン100質量部をホモジナイザーによりよく混合する。ついで、キャリアコア(c)1000質量部を剪断応力を連続して加えながら撹拌しつつ、上記コート液を徐々に加え、溶媒を80℃で揮発させて、キャリア表面への樹脂コートを行った。この樹脂コートされた磁性キャリア粒子を窒素導入量を0.3×10−2m3/hにしながら120℃で2時間撹拌しながら熱処理し、冷却後、解砕した後、目開き76μmの篩で粗粒を除去して、体積平均粒径53.8μm、真比重3.60g/cm3、磁化の強さ191kAm2/m3、比抵抗5.2×108Ω・cm、平均円形度Cが0.900、標準偏差σが0.055、(平均円形度C−2σ)=0.790以下の円形度を有する粒子の存在率が6.2個数%のキャリアFを得た。得られたキャリアは多くが球形〜楕円形を呈しており、不定形の粒子が微粉側に若干あった。
(キャリアの製造例G)
キャリアAに用いた個数平均粒径250nm、比抵抗5.1×105Ω・cmのマグネタイト粉(79.6kA/mにおける磁化の強さ64Am2/kg、真比重5.2g/cm3)、個数平均粒径260nm、比抵抗4.9×107Ω・cmのヘマタイト粉(非磁性、真比重5.1g/cm3)を処理せずに用いた。
・フェノール 10質量部
・ホルムアルデヒド溶液(ホルムアルデヒド37質量%水溶液) 6質量部
・上記マグネタイト微粒子 76質量部
・上記ヘマタイト微粒子 8質量部
・フッ化カルシウム 1質量部
上記材料と、28質量%アンモニア水5質量部、水10質量部をフラスコに入れ、よく混合した。このときの反応媒体中の溶存酸素量は7.2g/m3であった。窒素を導入せず、室温から平均昇温速度3.0℃/分で加熱し85℃まで撹拌しながら昇温・保持し、3時間重合反応させて硬化させた。このときの撹拌翼周速は1.8m/secとした。その後、30℃まで冷却し、更に水を添加した後、上澄み液を除去し、沈殿物を水洗した後、風乾した。次いで、これを減圧下(5hPa以下)、60℃の温度で乾燥して、磁性体が分散された状態の体積平均粒径35.6μmの磁性キャリアコア(g)を得た。
磁性キャリアコア(g)にキャリアAと同処方のコートを施して、体積平均粒径35.9μm、真比重3.59g/cm3、磁化の強さ190kAm2/m3、比抵抗3.5×108Ω・cm、平均円形度Cが0.874、標準偏差σが0.076、(平均円形度C−2σ)=0.722以下の円形度を有する粒子の存在率が20.4個数%のキャリアGを得た。得られたキャリアは球形のものが多かったが、楕円形、不定形の粒子が混在していた。
(キャリアの製造例H)
個数平均粒径220nmのマグネタイト粉を空気中700℃で3時間焼成して個数平均粒径220nm、比抵抗8.5×107Ω・cmのマグネタイト粉(79.6kA/mにおける磁化の強さ58Am2/kg、真比重5.1g/cm3)を得た。その後、4.5質量%のシラン系カップリング剤(3−(2−アミノエチルアミノプロピル)トリメトキシシラン)を加え、容器内で120℃で高速混合撹拌し、表面処理した。
・フェノール 10質量部
・ホルムアルデヒド溶液(ホルムアルデヒド37質量%水溶液) 6質量部
・上記処理したマグネタイト 84質量部
上記材料と、28質量%アンモニア水5質量部、水15質量部をフラスコに入れ、よく混合した。このときの反応媒体中の溶存酸素量は7.4g/m3であった。次いでこの反応媒体中に窒素ガスを導入した。窒素ガスの導入量は1.5×10−2m3/hの流量で、20分間の置換を行った。また、このときの反応媒体中の溶存酸素量は0.92g/m3であった。その後は窒素導入量を0.3×10−2m3/hに抑え、室温から平均昇温速度3.0℃/分で加熱し85℃まで撹拌しながら昇温・保持し、3時間重合反応させて硬化させた。このときの撹拌翼周速は2.8m/secとした。その後、30℃まで冷却し、更に水を添加した後、上澄み液を除去し、沈殿物を水洗した後、風乾した。次いで、これを減圧下(5hPa以下)、60℃の温度で乾燥して、磁性体が分散された状態の体積平均粒径14.2μmの球状の磁性キャリアコア(h)を得た。
キャリアAで用いたグラフト共重合体溶液(固形分33質量%)50質量部に対し、球形シリカ粒子(個数平均粒径300nm)1.0質量部、カーボンブラック(個数平均粒径30nm、DBP吸油量40ml/100g)1.5質量部、トルエン100質量部をホモジナイザーによりよく混合する。ついで、磁性キャリアコア(h)1000質量部を剪断応力を連続して加えながら撹拌しつつ、上記コート液を徐々に加え、溶媒を70℃で揮発させて、キャリア表面への樹脂コートを行った。窒素導入量を0.3×10−2m3/hにして100℃、2時間熱処理を行い、冷却後、解砕した後、目開き76μmの篩で粗粒を除去して、体積平均粒径14.4μm、真比重3.58g/cm3、磁化の強さ196kAm2/m3、比抵抗2.8×109Ω・cm、平均円形度Cが0.865、標準偏差σが0.103、(平均円形度C−2σ)=0.659以下の円形度を有する粒子の存在率が7.9個数%のキャリアHを得た。多くが楕円形状を呈しており、細長い楕円形状のものが存在したり、微粉側に不定形の粒子が存在した。
(キャリアの製造例I)
モル比で、Fe2O3=52モル%、CuO=24モル%、ZnO=24モル%になるように秤量し、ボールミルを用いて10時間粉砕・混合を行った。これを900℃で2時間仮焼した後、ボールミルにより粉砕を行い、更にポリビニルアルコールをバインダー樹脂としてスプレードライヤーにより造粒を行った。これを1080℃で10時間窒素雰囲気で焼結し、粉砕し更に風力分級して体積平均粒径32.1μmの不定形粒子が多く存在するCu−Znフェライトキャリアコア(i)を得た。
キャリアAで用いたグラフト共重合体溶液(固形分33質量%)20質量部に対し、球形シリカ粒子(個数平均粒径300nm)0.5質量部、カーボンブラック(個数平均粒径30nm、DBP吸油量40ml/100g)1.0質量部、トルエン100質量部をホモジナイザーによりよく混合する。ついで、Cu−Znフェライトキャリアコア(i)1000質量部を剪断応力を連続して加えながら撹拌しつつ、上記コート液を徐々に加え、溶媒を70℃で揮発させて、キャリア表面への樹脂コートを行った。窒素導入量を0.3×10−2m3/hにして100℃、2時間熱処理を行い、冷却後、解砕した後、目開き76μmの篩で粗粒を除去して、体積平均粒径32.3μm、真比重5.03g/cm3、磁化の強さ301kAm2/m3、比抵抗2.2×108Ω・cm、平均円形度Cが0.848、標準偏差σが0.112、(平均円形度C−2σ)=0.624以下の円形度を有する粒子の存在率が10.6個数%のキャリアIを得た。得られたキャリアは球形のものも存在したが、多くが不定形を呈しており、複数個が凝集したものが存在したり、特に微粉側に不定形の粒子が多く存在した。
(トナーの製造例1)
ビニル系共重合体の材料として、スチレン10質量部、2−エチルヘキシルアクリレート5質量部、フマル酸2質量部、α−メチルスチレンの2量体5質量部にジクミルパーオキサイド5質量部を滴下ロートに入れた。また、ポリエステルユニットの材料として、ポリオキシプロピレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン25質量部、ポリオキシエチレン(2.2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン15質量部、テレフタル酸9質量部、無水トリメリット酸5質量部、フマル酸24質量部及び2−エチルヘキサン酸錫0.2質量部をガラス製4リットルの四つ口フラスコに入れ、温度計、撹拌棒、コンデンサー及び窒素導入管を四つ口フラスコに取りつけ、この四つ口フラスコをマントルヒーター内に設置した。次に四つ口フラスコ内を窒素ガスで置換した後、撹拌しながら徐々に昇温し、130℃の温度で攪拌しつつ、先の滴下ロートより、ビニル系共重合体の単量体及び重合開始剤を約4時間かけて滴下した。次いで200℃に昇温を行い、約4時間反応せしめて、重量平均分子量79,000,数平均分子量3900の樹脂を得た。
・上記樹脂 100質量部
・精製ノルマルパラフィン(最大吸熱ピーク温度80℃、Mw800,Mn600) 5質量部
・3,5−ジ−t−ブチルサリチル酸アルミニウム化合物 0.5質量部
・C.I.ピグメントブルー15:3 5質量部
上記の処方の材料をヘンシェルミキサ(FM−75型、三井三池化工機(株)製)で混合した後、温度130℃に設定した二軸混練機(PCM−30型、池貝鉄工(株)製)にて混練した。得られた混練物を冷却し、ハンマーミルにて1mm以下に粗粉砕し、粗砕物を得た。得られたトナー粗砕物を、高圧気体を用いた衝突式気流粉砕機を用いて微粉砕し、微粉砕物を得た。さらに、得られた微粉砕物を図2及び図3に示したような処理装置を用い、分級ロータ回転数120s−1で微粉を除去しながら、分散ロータ回転数100s−1(回転周速を130m/sec)で45秒間表面処理を行った(原料供給口33より微粉砕物を投入終了後、45秒間処理後、排出弁38を開けて処理品として取り出した)。その際、分散ロータ6上部に角型のディスクを40個設置し、ガイドリング39と分散ロータ36上角型ディスクの間隔を30mm、分散ロータ36とライナ34との間隔を3mmとした。またブロワー風量を14m3/min、ジャケットに通す冷媒の温度及び冷風温度T1を−20℃とした。
この状態で繰り返し、20分間運転した結果、分級ロータ31後方の温度T2は26℃で安定しており、重量平均粒径5.7μm、平均円形度T0.943のシアン粒子を得た。
得られたシアン粒子100質量部に、個数分布基準の最大ピーク粒径110nmのシリカ粒子を1.0質量部、個数分布基準の最大ピーク粒径50nmで、疎水化度70%である酸化チタン粒子を0.9質量部、個数分布基準の最大ピーク粒径20nmで、疎水化度98%であるシリコーンオイル処理シリカ粒子を0.5質量部添加し、ヘンシェルミキサー(FM−75型、三井三池化工機(株)製)で混合して、重量平均粒径5.8μm平均円形度T0.943のシアントナー1を得た。
(トナーの製造例2)
トナー1で用いた処方において、トナー1と同様にして微粉砕物を得た。さらにハイブリダイザー(奈良機械製作所社製)により、回転数125s−1として表面改質を行い、重量平均粒径5.2μm、平均円形度T0.934のシアン粒子を得た。トナー1と比較して微粉が多いため、コアンダ効果を利用した多分割分級機により分級を行い、重量平均粒径5.6μm、平均円形度T0.936のシアン粒子を得た。
トナー1と同様の外添を行い、重量平均粒径5.6μm、平均円形度T0.935のシアントナー2を得た。
(トナーの製造例3)
トナー1で用いた処方において、トナー1と同様にして微粉砕物を得た。得られたトナー微粉砕物を、コアンダ効果を利用した多分割分級機により分級を行い、重量平均粒径5.5μm、平均円形度T0.915のシアン粒子を得た。
トナー1と同様の外添を行い、重量平均粒径5.6μm、平均円形度T0.915のシアントナー3を得た。
(トナーの製造例4)
・スチレン 86質量部
・n−ブチルアクリレート 14質量部
・アクリル酸 3質量部
・ドデカンチオール 6質量部
・四臭化炭素 1質量部
上記の処方の材料を混合し、溶解したものを、非イオン性界面活性剤(三洋化成(株)製:ノニポール400)1.5質量部及びアニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)2.5質量部をイオン交換水140質量部に溶解したものに、フラスコ中で分散し、乳化し、10分間ゆっくりと混合しながら、これに過硫酸アンモニウム1質量部を溶解したイオン交換水10質量部を投入し、窒素置換を行った後、前記フラスコ内を撹拌しながら内容物が70℃になるまでオイルバスで加熱し、5時間そのまま乳化重合を継続した。個数平均粒径が0.14μmの樹脂粒子が分散した樹脂粒子分散液1を調製した。
また、
・スチレン 75質量部
・n−ブチルアクリレート 25質量部
・アクリル酸 2質量部
上記の処方の材料を混合し、溶解したものを、非イオン性界面活性剤(三洋化成(株)製:ノニポール400)1.5質量部及びアニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)3.5質量部をイオン交換水150質量部に溶解したものに、フラスコ中で分散し、乳化し、10分間ゆっくりと混合しながら、これに過硫酸アンモニウム0.8質量部を溶解したイオン交換水10質量部を投入し、窒素置換を行った後、前記フラスコ内を撹拌しながら内容物が70℃になるまでオイルバスで加熱し、5時間そのまま乳化重合を継続し、個数平均粒径が0.12μmの樹脂粒子が分散した樹脂粒子分散液2を調製した。
さらに、
・精製ノルマルパラフィン(Mw800,Mn600、最大吸熱ピーク温度80℃) 50質量部
・アニオン性界面活性剤 5質量部
(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)
・イオン交換水 200質量部
上記の処方の材料を97℃に加熱して、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックスT50)を用いて分散した後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、個数平均粒径が0.41μmである離型剤を分散させてなる離型剤分散液を調製した。
さらに、
・C.I.ピグメントブルー15:3 12質量部
・アニオン性界面活性剤 2.5質量部
(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)
・イオン交換水 78質量部
上記の処方の材料を混合し、サンドグラインダーミルを用いて分散処理し、個数平均粒径が0.2μmである着色剤を分散させてなる着色剤分散液を調製した。
さらに、
・上記樹脂粒子分散液1 150質量部
・上記樹脂粒子分散液2 210質量部
・上記離型剤分散液 40質量部
・上記着色剤分散液 70質量部
以上を、撹拌装置,冷却管,温度計を装着した1リットルのセパラブルフラスコに投入し撹拌した。この混合液を1モル/リットル−水酸化カリウムを用いてpH=5.3に調整した。
この混合液に凝集剤として、10%塩化ナトリウム水溶液150質量部を滴下し、加熱用オイルバス中でフラスコ内を撹拌しながら70℃まで加熱した。この温度の時、樹脂粒子分散液2を3質量部加えた。70℃で1時間保持した後、ここにアニオン製界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)3質量部を追加した後、ステンレス製フラスコを密閉し、磁力シールを用いて撹拌を継続しながら90℃まで加熱し、3時間保持した。そして、冷却後、反応生成物をろ過し、イオン交換水で十分に洗浄した後、乾燥させることにより、重量平均粒径4.7μm、平均円形度0.964のシアン粒子を得た。
得られたシアン粒子100質量部に、個数分布基準の最大ピーク粒径90nmのシリカ粒子を1.5質量部、個数分布基準の最大ピーク粒径40nmで、疎水化度70%である酸化チタン粒子を0.9質量部添加し、ヘンシェルミキサー(FM−75型、三井三池化工機(株)製)で混合して、重量平均粒径4.8μm、平均円形度0.964のシアントナー4を得た。
(トナーの製造例5)
イオン交換水710質量部に、0.12モル/リットル−Na3PO4水溶液450質量部を投入し、60℃に加温した後、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて、11,000rpmにて撹拌した。これに1.2モル/リットル−CaCl2水溶液70質量部を徐々に添加し、Ca3(PO4)2を含む水系媒体を得た。
一方、
・スチレン 62質量部
・n−ブチルアクリレート 38質量部
・エステルワックス(主成分:CH3(CH2)20COO(CH2)21CH3、Mw650,Mn500、最大吸熱ピーク温度72℃) 20質量部
・3,5−ジ−t−ブチルサリチル酸アルミニウム化合物 1質量部
・飽和ポリエステル(テレフタル酸−プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA;酸価15,ピーク分子量6000) 10質量部
・C.I.ピグメントブルー15:3 12質量部
上記材料を60℃に加温し、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて、10,000rpmにて均一に溶解、分散した。これに、重合開始剤2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)8部を溶解し、重合性単量体組成物を調製した。
水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、60℃で窒素雰囲気下において、TK式ホモミキサーにて11,000rpmで10分間撹拌し、重合性単量体組成物を造粒した。その後、パドル撹拌翼で撹拌しつつ、80℃に昇温し、10時間反応させた。重合反応終了後、減圧下で残存モノマーを留去し、冷却後、塩酸を加えてCa3(PO4)2等を溶解した後、ろ過、水洗、乾燥をして、重量平均粒径7.1μm、平均円形度0.985のシアン粒子を得た。
得られたシアン粒子100質量部に、個数分布基準の最大ピーク粒径40nmの疎水化度65%酸化チタン粒子を0.5質量部、個数分布基準の最大ピーク粒径30nmで、疎水化度95%であるシリカ粒子を0.8質量部添加し、ヘンシェルミキサー(FM−75型、三井三池化工機(株)製)で混合して、重量平均粒径7.2μm、平均円形度0.985のシアントナー5を得た。
(トナーの製造例6〜8)
トナー製造例1に用いられている着色剤をそれぞれ、ピグメントイエロー74を8質量部(イエロートナー6)、ピグメントレッド122を8質量部(マゼンタトナー7)、カーボンブラックPrintex60(デグサ社製)を6質量部(ブラックトナー8)に変える以外、トナー製造例1と同様にしてトナーを作製した。重量平均粒径5.8μm、平均円形度T0.949のイエロートナー6、重量平均粒径5.7μm、平均円形度T0.943のマゼンタトナー7(マゼンタトナー)、重量平均粒径5.9μm、平均円形度T0.946のトナーブラック8(ブラックトナー)を得た。
(感光体の製造例1)
長さ340mm、直径84mmのホーニング処理をしたアルミニウムシリンダー(JIS A3003アルミニウム合金)を支持体として、この上にポリアミド樹脂(商品名:アミランCM8000、東レ製)の5質量%メタノール溶液を浸漬法で塗布し、層厚が0.5μmの下引き層を形成した。
次に、電荷発生材料としてCuKαのX線回折における回折角2θ±0.2が28.1°に最も強いピークを有するヒドロキシガリウムフタロシアニンの結晶3質量部とポリビニルブチラール2質量部をシクロヘキサノン100質量部に添加し、直径1mmガラスビーズを用いたサンドミルで1時間分散し、これにメチルエチルケトン100質量部を加えて希釈して電荷発生層用塗料を調製し、上記下引き層上に、この電荷発生層用塗料を浸漬塗布し、90℃で10分間乾燥して、層厚0.17μmの電荷発生層を形成した。
次いで、下記式の電荷輸送材料化合物7質量部
及びポリカーボネート樹脂(ユーピロンZ400、三菱エンジニアリングプラスチックス(株)社製)10質量部を、モノクロロベンゼン105質量部よびジクロロメタン35質量部に溶解した。この溶液を、前記電荷発生層上に浸漬塗布し、110℃で1時間熱風乾燥し、層厚が12.0μmの第一電荷輸送層を形成した。さらに第一電荷輸送層の上に表面層として第二電荷輸送層を形成させた。
第二電荷輸送層として、下記重合性官能基(2)
を有する下記(化学式2)の正孔輸送性化合物を電子線照射により重合させた化合物を含有する表層を塗工し硬化させた。
この正孔輸送性化合物45質量部をn−プロピルアルコール55質量部に溶解し、さらにテトラフルオロエチレン微粒子を5質量部添加して、高圧分散機(マイクロフルイタイザー、Microfluidics社製)にて分散させた第二電荷輸送層用塗料を調製した。この塗料を前記4層感光体上に塗布したのち、加速電圧150kV、線量40kGyの条件で電子線を照射し、層厚3.0μmの第二電荷輸送層を形成し、総層厚15.67μmの感光体1を得た。感光体1はキヤノン(株)製複写機iRC6800に装着できるように加工した。この時のHUは1.9×108N/m2、弾性変形率は54%であった。
(感光体の製造例2)
感光体1の第二電荷輸送層を調製する際の加速電圧150kV、線量20kGyに下げた条件で電子線を照射し、総層厚15.67μmの感光体2を得た。この時のHUは1.6×108N/m2、弾性変形率は51%であった。
(感光体の製造例3)
さらに感光体1の第二電荷輸送層を形成する際に用いた正孔輸送性化合物に替えて、重合性官能基(2)、(4)
を有する下記(化学式3)を用いて第二電荷輸送層を形成し、層厚を第一電荷輸送層18.0μm、第二電荷輸送層3.0μmにした以外は感光体1と同様にして総層厚24.67μmの感光体3を得た。
この時の感光体3のHUは1.2×106N/m2、弾性変形率は48%であった。
(感光体の製造例4)
感光体3の正孔輸送層の層厚を30.0μmにし、第二電荷輸送層の形成を行わないで、総層厚30.67μmの感光体4を得た。この時のHUは5.6×106N/m2、弾性変形率は36%であった。
<実施例1>
キャリアA92質量部に対し、シアントナー1を8質量部加え、ターブラーミキサーにより2分間混合し、現像剤とする。
キヤノン製カラー複合機iRC6800の画像処理及び露光装置を改造してイメージ露光で潜像形成出来るようにした。また、現像容器の現像剤担持体の回転方向を現像領域において感光体と同方向(上から下方向)に回転するように改造を施した。また、クリーニング部材として、ポリウレタン樹脂製ブレード(硬さ(Hs)はJIS−Aスプリング硬度計にて測定:硬度78度、摩擦係数0.5)を用い、感光体に対してカウンターで当接するように配し、長手方向に摺動するように改造した。感光体1を用いて、シアン位置の現像器に上記現像剤を入れて、単色での画像形成を行った。高温高湿H/H(30℃,80%RH)下で画出し評価(100枚)を行い、その後マシンを常温低湿N/L(23.5℃,10%RH)に移し、24時間放置後、画出し評価を初期(100枚時)及び耐久後において行った。耐久における画像サンプルは、1%duty画像を用いて、50,000枚出力後、画出し評価を行う。ただし、耐久途中で画像欠陥(スジ、カブリ等)が現れた場合は耐久を中止し、そこでの画出し評価を行った。
現像条件は、本発明の感光体を用い、レーザースポット径600dpi、現像スリーブと感光体を現像領域において順方向で回転させ、感光体に対して現像スリーブ周速を1.5倍とした。また、Vp−p(ピークトゥピークの電圧)1.8kV、周波数2.0kHzの交流バイアスを現像スリーブに印加した。そして、ベタ画像の濃度が約1.60になるように、直流バイアスの印加電圧VDCを変動させながら印加し、コントラスト電位(Vl(明部電位)−VDC(直流バイアスの印加電圧))を調整した。その際、コントラスト電位は、300Vを最大として、画像濃度1.60を出力するためにそれ以上のコントラスト電位を要した場合には、300Vで画像形成を行った。その後、こうして得られた画像を用いて下記評価を行った。初期及び耐久後における画出し評価の項目と評価基準を以下に示す。
(1)画像濃度及びコントラスト幅(初期及び耐久後)
ベタ画像を170℃で定着させたときの定着画像の画像濃度をX−Rite500シリーズ(X−Rite504 X−Rite,Inc.製)を用いて測定する。
又、コントラスト幅は、ベタ画像が約1.60になるときのコントラスト電位を機械から読みとる。
(2)ドット再現性(初期及び耐久後)
ハーフトーン画像(30H画像)を形成し、この画像を目視にて観察し、前記画像のドットの再現性について以下の基準に基づき評価した。なお、30H画像とは、ベタ白からベタ黒までを256階調に分割した際のベタ白画像から数えて49番目の階調のハーフトーン画像である。
A:全くガサツキを感じなく、なめらかである。
B:ガサツキを余り感じない。
C:ややガサツキ感がある。
D:明らかなガサツキ感がある。
E:非常にガサツキ感がある。
(3)カブリ(初期及び耐久後)
画出し前の普通紙の平均反射率Dr(%)をリフレクトメータ(東京電色株式会社製の「REFLECTOMETER MODEL TC−6DS」)によって測定する。一方、普通紙上にベタ白画像をVbackが150Vにした状態で画出しし、次いでベタ白画像の反射率Ds(%)を測定する。カブリ(%)は下記式から算出する。
カブリ(%)=Dr(%)−Ds(%)
A:0.4%未満
B:0.4〜1.0%未満
C:1.0〜2.5%未満
D:2.5〜5.0%未満
E:5.0%以上
(4)キャリア付着(初期)
普通紙上にベタ白画像をVback150Vにして画出しし、現像部とクリーナー部との間の感光体ドラム上の部分を透明な接着テープを密着させてサンプリングし、1cm×1cm中の感光ドラム上に付着していた磁性キャリア粒子の個数をカウントし、1cm2あたりの付着キャリアの個数を算出する。
A:10個/cm2未満
B:10個〜20個/cm2未満
C:20個〜50個/cm2未満
D:50個〜100個/cm2未満
E:100個/cm2以上
(5)ドラム寿命レベル(耐久後)
低温常湿(23.5℃,50%RH)における50,000枚の耐久後の感光体を目視で評価する。また、上記ハーフトーン画像のスジ(感光体の周方向)発生状況を目視で評価する。耐久途中で画像欠陥を生じた場合は、そこで耐久を終了し、所定の評価を行う。その際には、耐久終了時点の枚数をもって評価を行う。
A:傷未発生。
B:傷はよく観察するとわずかに見られる程度。
C:傷は見られるが画像には影響が無い程度。
D:傷は目視ではっきり確認でき、画像に若干影響が出る程度。
E:傷は目視ではっきり確認でき、画像不良が顕著。または、50,000枚以前で画像欠陥が生じる。
(6)トナーの摩擦帯電量の測定
以下の操作は23℃,50%RHに制御された室内で行う。
各環境下で容器に現像剤を採取して密封した後、ターブラーミキサーで120秒間混合する。また耐久時のトナーの摩擦帯電量は、現像スリーブ上からビニール袋等を介して磁石により現像剤をサンプリングして再混合なしで用いる。
そして、E−SPART Analyzer MODEL EST−III ver.9.03(ホソカワミクロン社製)を用いて、以下のようにしてトナーの摩擦帯電量の測定を行う。
E−SPART Analyzer(ホソカワミクロン社製)に付属されている2成分フィーダー(磁石を内蔵する回転盤を有する現像剤保持台)に上述した現像剤を保持させる。次いで、2成分フィーダーに磁力で保持した現像剤に、エアーノズルから窒素ガスを噴射してトナーのみを吹き飛ばし、2成分フィーダー下部にある試料導入管を通してトナーのみをE−SPART Analyzer測定部に吸引導入する。測定部に吸引導入されたトナーは、粒子径d(μm)に応じた帯電量q/d(femt−C/μm)が計測される。そして、付属のソフトによりこのデータをもとに全粒径の平均摩擦帯電量q/mを求める。尚、本実施形態におけるE−SPART Analyzerの測定条件は以下の通りとする。
窒素ガスブロー圧力:20kPa
窒素ガスブロー時間:1秒
窒素ガスブローのインターバル:4秒
印加電圧:100V
カウント個数:3000個
本実施例では、H/Hでのコントラストも十分であり、ハーフトーン画像におけるドット再現性は、非常に良好であった。また、カブリ、キャリア付着も十分であり、低温常湿での50,000枚出力した結果も、画像濃度、コントラストも十分であり、トナー離れは非常に良好であった。さらに、ドット再現性、カブリも良好な結果が得られた。キャリア付着もなく、それに起因するようなドラム傷の発生もなかった。
キャリアの物性を表1に、トナー物性を表2に、現像剤の試験結果を表3に示す。
<実施例2>
キャリアBを12質量部に対し、シアントナー1を8質量部加え、ターブラーミキサーにより2分間混合し、現像剤とする。
この現像剤を用いて、実施例1と同様に試験を行った。その結果、H/H、N/L共に画像濃度、コントラストは十分であり、また、ドット再現性が非常に優れていたが、キャリア付着が若干発生した。耐久で若干カブリが悪化したもののドラム傷は発生しなかった。
キャリアの物性を表1に、トナー物性を表2に、現像剤の試験結果を表3に示す。
<実施例3>
キャリアCを94質量部に対し、トナー1を6質量部加え、ターブラーミキサーにより2分間混合し、現像剤とする。
この現像剤を用いて、実施例1と同様に試験を行った。その結果、H/Hでコントラストが若干とれなくなり、ドット再現性が若干劣った。また、キャリア付着は発生しなかったが、耐久後に若干ドラムキズが発生した。また、トナー劣化と見られるややカブリも低下した。
キャリアの物性を表1に、トナー物性を表2に、現像剤の試験結果を表3に示す。
<実施例4>
キャリアDを88質量部に対し、トナー1を12質量部加え、ターブラーミキサーにより2分間混合し、現像剤とする。
この現像剤を用いて、実施例1と同様に試験を行った。その結果、画像濃度、コントラスト、ドット再現性は非常に良好であったが、耐久で若干のキャリア付着が若干発生した。それに起因したと思われるドラム傷がわずかに見られた。
キャリアの物性を表1に、トナー物性を表2に、現像剤の試験結果を表3に示す。
<実施例5>
キャリアEを94質量部に対し、トナー1を6質量部加え、ターブラーミキサーにより2分間混合し、現像剤とする。
この現像剤を用いて、実施例1と同様に試験を行った。その結果、H/Hではコントラストも十分であり、画像濃度は良好であったが、N/Lでは若干トナー離れが悪く現像性がやや低下した。耐久においてトナーが劣化したと見られるカブリが発生し、その反面キャリア付着が現れてドラムキズを発生したと考えられるが、画像には影響しなかった。
キャリアの物性を表1に、トナー物性を表2に、現像剤の試験結果を表3に示す。
<実施例6>
キャリアFを94質量部に対し、トナー1を6質量部加え、ターブラーミキサーにより2分間混合し、現像剤とする。
この現像剤を用いて、実施例1と同様に試験を行った。その結果、H/Hではコントラストも十分であり、画像濃度は良好であったが、N/Lでは若干トナー離れが悪く現像性がやや低下した。耐久においてトナーが劣化したと見られるカブリが発生し、コントラストも十分ではなかったが、画像には影響しなかった。また、キャリア付着が現れてドラムキズを発生したと考えられるが、画像には影響しなかった。
キャリアの物性を表1に、トナー物性を表2に、現像剤の試験結果を表3に示す。
<比較例1>
キャリアGを92質量部に対し、トナー2を8質量部加え、ターブラーミキサーにより2分間混合し、現像剤とする。
この現像剤を用いて、実施例1と同様に試験を行った。その結果、N/Lにおいて、トナー離れが悪いことに起因すると考えられる画像濃度のコントラストがとれなかった。また、キャリア付着も若干の多く、耐久において微細なキズが入り、ドット再現性に劣るようになった。
キャリアの物性を表1に、トナー物性を表2に、現像剤の試験結果を表3に示す。
<比較例2>
キャリアHを84質量部に対し、トナー2を16質量部加え、ターブラーミキサーにより2分間混合し、現像剤とする。
この現像剤を用いて、実施例1と同様に試験を行った。その結果、画像濃度、コントラストに関しては十分であり、ドット再現性にも非常に優れていた。しかしキャリア付着が非常に多く、耐久前半部において微小なキズ(感光体がマット化)が発生したが、マット化が拡がることはなく50,000枚耐久が出来た。しかし、耐久後は微細なキズのため、ドット再現性に劣るようになった。
キャリアの物性を表1に、トナー物性を表2に、現像剤の試験結果を表3に示す。
<比較例3>
キャリアIを94質量部に対し、トナー2を6質量部加え、ターブラーミキサーにより2分間混合し、現像剤とする。
この現像剤を用いて、実施例1と同様に試験を行った。その結果、H/Hにおいて画像濃度は十分であったが、帯電量が低いためコントラスト電位がとれなくなり、はき目ムラを生じドット再現性にも劣った。N/Lにおいてキャリア付着もやや多く、感光体の表面に微細なキズが入り、耐久につれ次第に範囲が拡がった。そのため33,000枚おいて耐久を中止し、そのときの画像評価を行った結果、カブリも悪化していた。
キャリアの物性を表1に、トナー物性を表2に、現像剤の試験結果を表3に示す。
<実施例7>
キャリアEを94質量部に対し、トナー2を6質量部加え、ターブラーミキサーにより2分間混合し、現像剤とする。
この現像剤を用いて、実施例1と同様に試験を行った。その結果、H/Hでトリボが低いためコントラストがとれなく、ドットの再現性にも若干劣ったが、実用上問題なかった。耐久において感光体に微細なキズが入ったものの実用レベルであった。
キャリアの物性を表1に、トナー物性を表2に、現像剤の試験結果を表3に示す。
<実施例8>
キャリアEを94質量部に対し、トナー3を6質量部加え、ターブラーミキサーにより2分間混合し、現像剤とする。
この現像剤を用いて、実施例1と同様に試験を行った。その結果、H/H、N/L両環境でトリボがやや低いためコントラストがとれなかったが実用上適応できるレベルであった。耐久においてカブリがやや悪化し、感光体の微細キズ範囲も若干拡がったが、実用上問題ないレベルであった。
キャリアの物性を表1に、トナー物性を表2に、現像剤の試験結果を表3に示す。
<実施例9>
キャリアFを94質量部に対し、トナー4を6質量部加え、ターブラーミキサーにより2分間混合し、現像剤とする。
この現像剤を用いて、実施例1と同様に試験を行った。その結果、H/Hにおいては画像濃度、コントラスト共に十分であり、N/Lにおいてドット再現性、カブリとキャリア付着は良好であったが、トナートリボが高く、トナー離れが若干劣り濃度がでなかったが実用上問題ないレベルであった。耐久においては若干カブリが悪くなったものの良好な画像形成が出来た。
キャリアの物性を表1に、トナー物性を表2に、現像剤の試験結果を表3に示す。
<実施例10>
キャリアFを90質量部に対し、トナー5に変えて10質量部加え、ターブラーミキーーにより2分間混合し、現像剤とする。
この現像剤を用いて、実施例1と同様に試験を行った。その結果、H/Hにおいては若干トリボが低かったが画像濃度、コントラスト共に十分であり、N/Lにおいてはドット再現が実施例1に比べやや劣った。また、耐久でもドット再現、カブリがやや劣ったものの画像形成においてはほぼ良好であった。
キャリアの物性を表1に、トナー物性を表2に、現像剤の試験結果を表3に示す。
<実施例11>
キャリアBを92質量部に対し、トナー1を8質量部加え、ターブラーミキサーにより2分間混合し、現像剤とする。
実施例1に使用した感光体1を感光体2に変えて、この現像剤を用いて、実施例1と同様に試験を行った。その結果、H/Hにおいては画像濃度、コントラスト共に十分であり、ドット再現性も非常に良好であった。しかし、カブリ、キャリア付着が若干劣ったが実用上は全く問題なかった。耐久後、カブリがやや悪化し、またキャリア付着によると考えられる感光体表面の細かな傷の発生が若干見られたが、実用上は問題ないレベルであった。
キャリアの物性を表1に、トナー物性を表2に、現像剤の試験結果を表3に示す。
<実施例12>
キャリアBを92質量部に対し、トナー1を8質量部加え、ターブラーミキサーにより2分間混合し、現像剤とする。
実施例1に使用した感光体1を感光体3に変えて、この現像剤を用いて、実施例1と同様に試験を行った。その結果、H/Hにおいてはトリボは十分であるが、感光体膜厚が厚くなったためコントラストが小さくなった。またドット再現性も実施例1に比べやや劣った。50,000枚耐久後、感光体表面に細かな傷の発生が見られた。
キャリアの物性を表1に、トナー物性を表2に、現像剤の試験結果を表3に示す。
<比較例4>
キャリアBを92質量部に対し、トナー2を8質量部加え、ターブラーミキサーにより2分間混合し、現像剤とする。
実施例1に使用した感光体1を感光体4に変えて、この現像剤を用いて、実施例1と同様に試験を行った。その結果、H/Hにおいて、コントラスト電位が極端に小さくなり、階調性に劣る画像が得られた。また、ドット再現性にも劣り、これらは電荷輸送層の層厚に起因すると考えられる。更に耐久において、感光体表面の細かな傷の発生が顕著となり、25,000枚で画像上にもスジが見られた。この時点で画像評価を行うと、ドット再現性にもやや劣った。
キャリアの物性を表1に、トナー物性を表2に、現像剤の試験結果を表3に示す。
<比較例5>
比較例4のキャリアBをキャリアIに変えて、キャリアIを92質量部に対し、トナー2を8質量部加え、ターブラーミキサーにより2分間混合し、現像剤とする。
感光体4と、この現像剤を用いて、実施例1と同様に試験を行った。その結果、H/Hにおいて、コントラスト電位が極端に小さくなり、階調性に劣る画像が得られた。また、ドット再現性にも劣り、はき目ムラも生じた。これらは電荷輸送層の層厚およびキャリアの比重、磁気力に起因すると考えられる。更に耐久において感光体表面の細かな傷の発生が顕著となり、19,000枚で画像上にもスジが見られた。この時点で画像評価を行うと、ドット再現性が非常に劣り、カブリも悪化していた。これらは、トナー劣化及びキャリアへのスペントによるものと考えられる。
キャリアの物性を表1に、トナー物性を表2に、現像剤の試験結果を表3に示す。
<実施例13〜15>
実施例1に用いたトナーをトナー6(イエロートナー)、トナー7(マゼンタトナー)、トナー8(ブラックトナー)にそれぞれ変えて、各トナー8質量部に対して、キャリアAを92質量部それぞれ加え、ターブラーミキサーにより2分間混合し、イエロー現像剤、マゼンタ現像剤及びブラック現像剤を調製した。
これらの現像剤を用いて、感光体1を用い、実施例1と同様な条件で検討を行った。
その結果、いずれも画像濃度、ドット再現性に優れ、カブリ、キャリア付着も良好であった。また、コントラストも十分にとれており、良好な画像形成が出来た。耐久においても実施例1と同様に良好な結果が得られた。
キャリアの物性を表1に、トナー物性を表2に、現像剤の試験結果を表3に示す。