JP2020079906A - プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
Description
これら現像装置、感光体ドラム、クリーニング装置は画像形成装置に着脱可能なプロセスカートリッジとして一体に構成されることがある。
導電性ローラは、弾性層に体積抵抗率で1×104Ω・cm〜1×108Ω・cm程度の導電性を付与するために、カーボンブラック等の導電粒子を配合した電子導電系の導電性ゴム組成物を用いて弾性層を形成することが知られている。しかしながら、このようにして形成された弾性層は、その電気抵抗が導電粒子の分散状態に強く依存し、ローラ内での抵抗ムラが大きいという課題を有している。また、導電粒子間の電荷は印加電圧によって電場効果による伝わり易さが変化する。そのため、電気抵抗値の電圧依存性が大きい。
また、イオン導電性の材料においては、周囲の温度および湿度等によってイオンの移動速度が変化する。よって、電気抵抗値の環境依存性が大きい。このように電子導電系、イオン導電系のいずれも、帯電性能の安定性に課題を有している。
た特徴がある。
詳細に分析した結果、感光体ドラム上にトナーが溶融して固着している状態であった(以下、ドラム融着)。感光体ドラムに融着したトナーがレーザーを遮ることで、画像部が白く点状に抜ける白ポチ画像が発生していたことがわかった。これは、トナー漏れしたトナーが機内に飛散することで、帯電部材の、抵抗が高いマトリックス部に付着し、感光体ドラムの回転と共に帯電部材と感光体ドラムの間でつぶされることで、感光体ドラムにトナーが融着している現象であった。この現象は、プロセスカートリッジ若しくは画像形成装置の使用枚数が多くなると顕著であった。
本発明の目的は、感光体ドラム(像担持体)へのトナー(現像剤)融着による画像不良を抑制することが可能なプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することである。
画像形成装置に用いられるプロセスカートリッジであって、
像担持体と、
前記像担持体に接触し、前記像担持体を帯電する帯電部材と、
前記像担持体に接触し、帯電された前記像担持体に形成された潜像を現像するための現像剤を担持する現像剤担持体と、
を備え、
前記帯電部材は、導電性支持体と、前記像担持体と接触する弾性層と、を有し、
前記弾性層は、マトリックスと、導電性を有するドメインとを含んでなる半導電性ゴム組成物を含有し、
前記半導電性ゴム組成物は、前記ドメインが島相を形成し、前記マトリックスが海相を形成する海島構造を有し、
前記マトリックスは前記ドメインより高い体積抵抗率を有し、
前記現像剤は、トナーを含有し、
前記トナーは、最大荷重2.0×10−4Nの条件で測定したときのマルテンス硬度が、200MPa以上1100MPa以下であることを特徴とする。
上記目的を達成するため、本発明における画像形成装置は、
装置本体と、
前記装置本体に対して着脱可能な、本発明のプロセスカートリッジと、
を備えたことを特徴とする。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態又は実施例を例示的に詳しく説明する。ただし、該実施形態又は実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対位置等は、発明が適用される装置の構成や各種条件により適宜変更されるから、特に特定的な記載が無い限りは、発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
なお、以下特に明記しない限り、「部」は「質量部」を意味しており、試薬等は特に指定のないものは市販の高純度品を用いた。
<画像形成装置の全体的な概略構成>
図1を参照して、電子写真画像形成装置の一実施の形態の全体構成について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る画像形成装置100の模式的断面図である。本発明が適用可能な画像形成装置としては、電子写真方式を利用した複写機、プリンタなどが挙げられ、ここでは、本実施形態の画像形成装置100として、タンデム方式、中間転写方式を採用したフルカラーレーザービームプリンタに本発明を適用した場合について説明する。
尚、本実施形態では、第1〜第4の画像形成部SY、SM、SC、SKの構成及び動作は、形成する画像の色が異なることを除いて実質的に同じである。従って、以下、特に区別を要しない場合は、いずれかの色用に設けられた要素であることを表すために符号に与えた添え字Y、M、C、Kは省略して、総括的に説明する。
置100には、4個の感光体ドラム1に対向して、感光体ドラム1上のトナー像を記録材12に転写するための中間転写体としての中間転写ベルト31が配置されている。
中間転写体としての無端状のベルトで形成された中間転写ベルト31は、全ての感光体ドラム1に当接し、図示矢印B方向(反時計方向)に循環移動(回転)する。
本実施形態の画像形成装置に装着されるプロセスカートリッジ7の全体構成について説明する。
図2は、感光体ドラム1の長手方向(回転軸線方向)に沿って見た本実施形態のプロセスカートリッジ7の断面(主断面)図である。尚、本実施形態では、収容している現像剤の種類(色)を除いて、各色用のプロセスカートリッジ7の構成および動作は実質的に同一である。本実施形態における各動作は不図示のCPUの制御部(制御手段)により制御される。
なお、図2のプロセスカートリッジ7の姿勢は、画像形成装置本体に装着された状態(使用時)での姿勢であり、本明細書においてプロセスカートリッジの各部材の位置関係や方向等について記載する場合はこの姿勢における位置関係や方向等を示している。すなわち、図2における紙面の上下方向が重力方向(鉛直方向)に対応し、紙面の左右方向が水平方向に対応する。なお、この配置構成の設定は、画像形成装置が、通常の設置状態として、水平面に設置されることを前提とした設定である。
このトナー10の正規帯電極性は負極性である。ここで、正規帯電極性とは、静電像を現像するための帯電極性である。本実施形態では負極性の静電像を反転現像するので、トナーの正規帯電極性は負極性である。ただし、本発明は、負帯電性トナーに限定されるものではない。
また、供給ローラ5には、第二電圧印加手段としての不図示の第二電源(高圧電源)から電圧が印加される。
どを防止している。
クリーニングブレード8によってかきとられたトナーは回収室9aに収納される。トナー回収室9aを介して画像形成装置に設けられたトナー回収容器に収容する構成としてもよい。
本発明の帯電部材は、導電性支持体と、像担持体と接触する弾性層と、を有し、
弾性層は、マトリックスと、導電性を有するドメインとを含んでなる半導電性ゴム組成物を含有し、
前記マトリックスは前記ドメインより高い体積抵抗率を有し、
前記半導電性ゴム組成物は、前記ドメインが島相を形成し、前記マトリックスが海相を形成する海島構造を有している。
本実施形態に用いる帯電ローラ2は、上述のように、いわゆる海島構造の弾性層が感光体ドラム1と接触する構成である。そのため、海島構造における海相と島相で付着したトナーに対する放電が異なる。まず、海相に付着した帯電性の低いトナーは、帯電ローラ2からの放電によって即座に帯電する。次に島相に付着した帯電性の低いトナーは、放電の影響を受けにくいため、繰り返し帯電ローラ2に付着したまま感光体ドラム1との接触部を通過することで徐々に接触帯電する。また、ドラム融着しない状態で繰り返し帯電ローラ2に付着したまま感光体ドラム1との接触部を通過することで、トナーが帯電ローラ2上を微小に移動し、海相に達することで放電による帯電を得ることもわかった。島相におけるトナーの連れ周りによって、トナーがつぶれてドラム融着が発生する課題を解決することが本発明の特徴となる。
そして、現像ローラ4に印加された所定のDCバイアス(現像バイアス)によって、摩擦帯電によりマイナスに帯電したトナーが、感光体ドラム1に接触する現像ニップ部で、現像バイアスとの電位差から、明部電位部にのみ転移して静電潜像を顕像化する。本実施形態では現像バイアスを−300Vとした。
(弾性層)
図3を用いて、本実施形態における帯電ローラ2の弾性層の構成について説明する。本実施形態の帯電ローラ2の弾性層は2種類以上のゴムから形成される半導電性ゴム組成物であることを特徴とする。なお、該弾性層は、主として原料ゴムAよりなる導電性のドメイン212と、主として原料ゴムBよりなる、マトリックス211からなり、前記マトリックスは前記ドメインより高い体積抵抗率を有する。
該ドメイン212は海島構造の島相、該マトリックス211は海相を形成する。すなわち、マトリックス211からなる面上(海)にドメイン212からなる部分(島)が散在するような周面構造(模様)を形成している。海島構造を構築することにより、電気抵抗の電圧依存性やバラツキが小さく、電気抵抗の環境依存性が小さい半導電性のゴム組成物を作製することができる。
本実施形態におけるドメイン212は、導電性を有し、原料ゴムAに導電剤が配合されたものが好ましい。
い。
導電剤の配合量は、原料ゴムAの100質量部に対して、一般に、1質量部以上200質量部以下にするとよい。
本実施形態におけるマトリックス211は、ドメイン212よりも高い体積抵抗率を有する。
原料ゴムBは極性ゴムであり、原料ゴムAは原料ゴムBと非相溶であり、原料ゴムAのSp値は原料ゴムBのSp値のより小さいことが好ましい。
一般に、2種類以上のゴムをブレンドする場合、混合条件等にもよるが、それぞれのゴムのSP値の差が大きいほど、非相溶性が強まり、海島構造が安定して形成される。
ドメイン212とマトリックス211の体積抵抗率の測定は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、導電性モードによって測定した測定値(体積抵抗率)を採用することができる。弾性層に対してマニュピレーターを用いて切り出し、切片の片面に金属蒸着を施す。金属蒸着を施した面に直流電源を接続し、電圧を印加し、切り出し切片のもう一方の面にはカンチレバーの自由端を接触させ、AFM本体を通して電流像を得る。ドメイン212、マトリックス211のそれぞれに無作為に10箇所の電流値を測定し、低電流値の上位10箇所の平均電流値を、平均膜厚とカンチレバーの接触面積から体積抵抗率を算出できる。また、AFMにより得られた電流像を観察することにより、ドメイン212とマトリックス211との体積抵抗率の関係を容易に評価できる。
一般に、非相溶系のゴムブレンドの場合、その海島構造は各々のゴム粘度や混練条件にもよるが、組成比が大きなゴムが海相になる傾向がある。従って、本実施形態のマトリックス211を形成する原料ゴムBの比率を大きくすることにより、ドメイン212を島相、マトリックス211を海相として形成させることが可能となる。
具体的には、原料ゴムB及びAのブレンド比、即ち、原料ゴムB/原料ゴムA(質量比)は95/5から40/60の範囲が好ましい。
弾性層の形成方法としては、上記の導電性弾性体の原料を密閉型ミキサーで混合して、例えば、押し出し成形、射出成形、又は、圧縮成形の如き公知の方法により形成するのが好ましい。また、弾性層は、導電性の基体の上に直接導電性弾性体を成形して作製してもよいし、予めチューブ形状に成形した導電性弾性体を導電性の基体上に被覆形成させてもよい。なお、弾性層の作製後に表面を研磨して形状を整えてもよい。
なお、帯電ローラ2の弾性体層222は、感光体ドラム1(被帯電体)の表面を均一に帯電させるために、均一な半導電性を有することに加え、感光体ドラム1への均一な接触を確保するために、弾性体層のJIS−A硬度を、60°以下とすることが好ましい。
図5には、帯電ローラ2の電気抵抗測定装置の概略図を示した。帯電ローラ2は芯金221の両端部を不図示の押圧手段で円柱状のアルミドラム241に圧接され、アルミドラム241の回転駆動に伴い従動回転する。この状態で、帯電ローラ2の芯金部分221に直流電圧を外部電源242を用いて印加し、アルミドラム241に直列に接続した基準抵抗243にかかる電圧から、帯電ローラ2の電気抵抗値を測定できる。
また、帯電ローラ2は、面移動駆動される感光体ドラム1に従動駆動させてもよいし、感光体ドラム1の面移動方向に順方向または逆方向に所定の周速度をもって積極的に回転駆動させる、すなわち、モータ等の動力源から駆動力を受けて回転するようにしてもよい。
本発明のトナーは、最大荷重2.0×10−4Nの条件で測定したときのマルテンス硬
度が、200MPa以上1100MPa以下である。
また、該トナーは、トナー粒子を有し、
該トナー粒子は、有機ケイ素重合体を含有する表層を有し、
該有機ケイ素重合体のケイ素原子に直接結合している炭素原子が、ケイ素原子1個当たり、平均1個以上3個以下であることが好ましい。
図6に、本実施形態に用いたトナー40の模式図を示す。前述したように、従来から用いられているトナーでは、帯電ローラ2の島相におけるトナー連れ周りによって、トナーがつぶれてドラム融着が発生する場合があった。ドラム融着を抑制するために必要なトナーのマルテンス硬度を検討したところ、トナーの最大荷重2.0×10−4Nの条件で測定した時のマルテンス硬度は200MPa以上であり、500MPa以上であることが好ましいことを発明者は見出した。一方、当該マルテンス硬度は1100MPa以下である。
当該マルテンス硬度が1100MPaよりも高いと、規制ブレード6や現像ローラ4が傷つき、ベタ黒画像もしくは中間諧調画像に縦スジ状の濃度ムラの画像弊害(縦スジ画像)が出る場合があった。
一方、トナーの最大荷重9.8×10−4Nの条件で測定されるマルテンス硬度が5MPa以上100MPa以下であることが好ましく、10MPa以上80MPa以下であることがより好ましい。この9.8×10−4Nの荷重はクリーニング部にて受けるシェアに相当すると考えられ、この荷重におけるマルテンス硬度が上記範囲であると、クリーニング部では適切な柔らかさを持つことでトナーすり抜けが起きにくい。つまり、現像部に相当するシェアに対しては硬く、クリーニング部に相当するシェアに対しては適切な柔らかさを持つトナーということになる。
トナー粒子の製造方法は公知の手段を用いることができ、混練粉砕法や湿式製造法を用いることができる。粒子径の均一化や形状制御性の観点からは湿式製造法を好ましく用いることができる。さらに、湿式製造法には懸濁重合法、溶解懸濁法、乳化重合凝集法、乳化凝集法などを挙げることができる。
硬度とは、物体の表面又は表面近傍の機械的性質の一つであり、異物によって変形や傷を与えられようとするときの、物体の変形しにくさ、物体の傷つきにくさであり、様々な測定方法や定義が存在する。例えば測定方法は測定領域の広さによって使い分けられ、測定領域が10μm以上の場合にはビッカース法、10μm以下の場合にはナノインデンテーション法、1μm以下の場合にはAFMなどと使い分けられることが多い。定義としては、例えば押し込み硬さとしてはブリネル硬度やビッカース硬度、引っ掻き硬さとしてはマルテンス硬度、反発硬さとしてはショア硬度などが使い分けられている。
した。試料台は装置に付属の標準試料台を用い、トナーを塗布した後にトナーが分散するように微弱なエアーを吹き付け、その試料台を装置にセットして1時間以上保持してから測定を行った。
細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置(商品名:コールター・カウンター Multisizer 3)と、専用ソフト(商品名:ベックマン・コールター Multisizer 3 Version3.51、ベックマン・コールター社製)を用いた。アパーチャー径は100μmを用い、実効測定チャンネル数2万5千チャンネルで測定し、測定データの解析を行い、算出した。測定用の電解水溶液は、特級塩化ナトリウムをイオン交換水に溶解して濃度が約1質量%となるようにしたもの、ベックマン・コールター社製のISOTON II(商品名)を使用した。なお、測定、解析を行う前に、以下のように前記専用ソフトの設定を行った。
前記専用ソフトの「標準測定方法(SOM)を変更画面」において、コントロールモードの総カウント数を50000粒子に設定し、測定回数を1回、Kd値は(標準粒子10.0μm、ベックマン・コールター社製)を用いて得られた値を設定した。閾値/ノイズレベルの測定ボタンを押すことで、閾値とノイズレベルを自動設定した。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON II(商品名)に設定し、測定後のアパーチャーチューブのフラッシュにチェックを入れた。
専用ソフトの「パルスから粒径への変換設定画面」において、ビン間隔を対数粒径に、粒径ビンを256粒径ビンに、粒径範囲を2μm以上60μm以下に設定した。
具体的な測定法は以下の通りである。
(1)Multisizer 3専用のガラス製250mL丸底ビーカーに前記電解水溶液約200mLを入れ、サンプルスタンドにセットし、スターラーロッドの撹拌を反時計回りで24回転/秒にて行った。そして、解析ソフトの「アパーチャーチューブのフラッシュ」機能により、アパーチャーチューブ内の汚れと気泡を除去しておいた。
(2)ガラス製の100mL平底ビーカーに前記電解水溶液約30mLを入れた。ここにコンタミノンN(商品名)(精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業(株)製)をイオン交換水で3質量倍に希釈した希釈液を約0.3mL加えた。
(3)発振周波数50kHzの発振器2個を、位相を180度ずらした状態で内蔵し、電気的出力120Wの超音波分散器(商品名:Ultrasonic Dispersion System Tetora150、日科機バイオス(株)製)の水槽内にイオン交
換水所定量とコンタミノンN(商品名)を約2mL添加した。
(4)前記(2)のビーカーを前記超音波分散器のビーカー固定穴にセットし、超音波分散器を作動させた。そして、ビーカー内の電解水溶液の液面の共振状態が最大となるようにビーカーの高さ位置を調整した。
(5)前記(4)のビーカー内の電解水溶液に超音波を照射した状態で、トナー(粒子)約10mgを少量ずつ前記電解水溶液に添加し、分散させた。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続した。なお、超音波分散にあたっては、水槽の水温が10℃以上40℃以下となる様に適宜調節した。
(6)サンプルスタンド内に設置した前記(1)の丸底ビーカーに、ピペットを用いてトナー(粒子)を分散した前記(5)の電解水溶液を滴下し、測定濃度が約5%となるように調整した。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行った。
(7)測定データを装置付属の前記専用ソフトにて解析を行い、重量平均粒径(D4)を算出した。なお、専用ソフトでグラフ/体積%と設定したときの、分析/体積統計値(算術平均)画面の「平均径」が重量平均粒径(D4)である。専用ソフトでグラフ/個数%と設定したときの、「分析/個数統計値(算術平均)」画面の「平均径」が個数平均粒径(D1)である。
試験モード :負荷−除荷試験
試験荷重 :2.0×10−4N、又は、9.8×10−4N
分割数:1000step
ステップインターバル:10msec
解析メニュー「データ解析(ISO)」を選択して測定を行うと、測定後に装置付属ソフトでマルテンス硬度が解析され、出力される。トナー100粒について上記測定を行って、その相加平均値を本発明におけるマルテンス硬度とする。
一般的なトナーに用いられている有機樹脂のマルテンス硬度は、最大荷重2.0×10−4Nの条件で測定すると50MPa以上80MPa以下程度である。さらに樹脂設計や分子量を上げるなどして硬度を上げた場合でも120MPa以下程度である。さらに、磁性体やシリカといったフィラーを表層近傍に充填して熱硬化させた場合でも180MPa以下程度であり、本発明のトナーは一般的なトナーに比べて大幅に硬い。
トナーの硬度を調整するための1つの手段として、例えば、適切な硬度を持つ無機物などの物質でトナーの表層を形成させ、更にその化学構造やマクロ構造を適切な硬度を持つ様に制御する方法が挙げられる。
具体的な例示として、上記特定の硬度を持ち得る物質としては有機ケイ素重合体が挙げられ、材料の選択として有機ケイ素重合体のケイ素原子に直接結合している炭素原子の数や炭素鎖長などによって硬度を調整することが可能である。
トナー粒子が、有機ケイ素重合体を含有する表層を有し、該有機ケイ素重合体のケイ素原子に直接結合している炭素原子が、ケイ素原子1個あたり、平均1個以上3個以下(好ましくは平均1個以上2個以下、より好ましくは1個)であると、上記特定の硬度に調整しやすいため好ましい。
図6に示すように、本実施形態では、トナー母粒子40aに有機ケイ素重合体を含有する表層40bを有するトナー粒子40を用いている。
R−SiO3/2 式(1)
(Rは、炭素数が1以上、6以下の炭化水素基を示す。)
られる。従って、従来の有機樹脂により表層形成されたトナーに比べて無機物に近い構造のため、マルテンス硬度を有機樹脂より高く、無機シリカより低くすることが可能であると考えられる。
式(1)で表される構造において、Rは、炭素数が1以上、6以下の炭化水素基であることが好ましい。これにより帯電量が安定しやすい。特に環境安定性に優れている、炭素数が1以上、5以下の脂肪族炭化水素基、又はフェニル基が好ましい。
また、上記Rは、炭素数が1以上、3以下の炭化水素基であることが、帯電性のさらなる向上のためにより好ましい。帯電性が良好であると、転写性が良く転写残トナーが少ないためドラム、帯電部材及び転写部材の汚染が良化する。
炭素数が1以上、3以下の炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、又はビニル基が好ましく例示できる。環境安定性と保存安定性の観点から、より好ましくは、Rはメチル基である。
この有機ケイ素重合体を含有する表層をトナー粒子に設けることによって、環境安定性が向上し、かつ、長期使用時におけるトナーの性能低下が生じにくく、保存安定性に優れたトナーを得ることができる。
合、様々な環境において帯電量変動が大きくなる傾向を示すことから、環境安定性を鑑みてR1は炭素数1以上3以下の炭化水素基であることが好ましく、メチル基であることがより好ましい。
さらに、トナー粒子中の有機ケイ素重合体の含有量は0.5質量%以上10.5質量%以下であることが好ましい。
有機ケイ素重合体の含有量が0.5質量%以上であることで、表層の表面自由エネルギーを更に小さくすることができ、流動性が向上し、部材汚染やカブリの発生を抑制することができる。10.5質量%以下であることで、チャージアップを発生し難くすることができる。有機ケイ素重合体の含有量は有機ケイ素重合体形成に用いる有機ケイ素化合物の種類及び量、有機ケイ素重合体形成時のトナー粒子の製造方法、反応温度、反応時間、反応溶媒及びpHによって制御することができる。
有機ケイ素重合体を含有する表層とトナーコア粒子は、隙間なく接していることが好ましい。これにより、トナー粒子の表層よりも内部の樹脂成分や離型剤等によるブリードの発生が抑えられ、保存安定性、環境安定性及び現像耐久性に優れたトナーを得ることができる。表層には上記の有機ケイ素重合体の他に、スチレン−アクリル系共重合体樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂などの樹脂や各種添加剤などを含有させてもよい。
トナー粒子は、外添剤を外添せずにトナーとすることもできるが、流動性、帯電性、クリーニング性などを改良するために、いわゆる外添剤である流動化剤、クリーニング助剤などを添加してトナーとしてもよい。
外添剤としては、例えば、アルミナ微粒子、酸化チタン微粒子などよりなる無機酸化物微粒子や、ステアリン酸アルミニウム微粒子、ステアリン酸亜鉛微粒子などの無機ステアリン酸化合物微粒子、あるいは、チタン酸ストロンチウム、チタン酸亜鉛などの無機チタン酸化合物微粒子などが挙げられる。これらは1種単独で、又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
BET比表面積は、BET法(好ましくはBET多点法)に従って、動的定圧法による低温ガス吸着法により求めることができる。例えば、比表面積測定装置(商品名:ジェミニ2375 Ver.5.0、(株)島津製作所製)を用いて、試料表面に窒素ガスを吸着させ、BET多点法を用いて測定することにより、BET比表面積(m2/g)を算出することができる。
これらの種々の外添剤の添加量は、その合計が、トナー粒子100質量部に対して、好
ましくは0.05質量部以上5質量部以下であり、より好ましくは0.1質量部以上3質量部以下である。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。
この様なポジ帯電粒子を有すると、耐久使用を通して転写効率が良好であることが明らかとなった。当該粒径のポジ帯電粒子であることで、トナー粒子表面で転がり可能であり、感光ドラム1と転写ベルト31の間で摩擦されてトナーの負帯電が促進され、結果的に転写バイアス印加によるポジ化を抑制しているためと考えられる。本発明のトナーは表面が硬いことが特徴であり、ポジ帯電粒子がトナー粒子表面に固着又は埋没しにくいため、転写効率を高く維持できる。
外添剤の個数平均粒子径の測定は、走査型電子顕微鏡「S−4800」(日立製作所製)を用いて行う。外添剤が外添されたトナーを観察して、最大20万倍に拡大した視野において、ランダムに100個の外添剤の一次粒子の長径を測定してその個数平均粒子径を求める。観察倍率は、外添剤の大きさによって適宜調整する。
トナー粒子の表面に、ポジ帯電粒子を存在させる手段としては種々の方法が考えられ、いかなる方法でもよいが、外添により付与する方法が好ましい。トナーのマルテンス硬度が本発明の範囲であれば、ポジ帯電粒子を均一にトナー粒子表面に存在させることが可能であることを見出した。ポジ帯電粒子のトナー粒子に対する固着率は、5%以上75%以下であることが好ましく、5%以上50%以下であることがより好ましい。固着率がこの範囲であれば、トナー粒子及びポジ帯電粒子の摩擦帯電を促進する事によって、転写効率を高く維持することが可能となる。固着率の測定方法は後述する。
ポジ帯電粒子の種類としては、ハイドロタルサイト、酸化チタン、及びメラミン樹脂等が好ましい。この中でも特にハイドロタルサイトが好ましい。
トナー粒子のテトラヒドロフラン(THF)不溶分は、以下のように調製した。
トナー粒子10.0gを秤量し、円筒濾紙(東洋濾紙製No.86R)に入れてソックスレー抽出器にかける。溶媒としてTHF200mLを用いて20時間抽出し、円筒濾紙中の濾物を40℃で数時間真空乾燥を行って得られたものをNMR測定用のトナー粒子のTHF不溶分とした。
イオン交換水100mLにスクロース(キシダ化学製)160gを加え、湯せんをしながら溶解させ、ショ糖濃厚液を調製する。遠心分離用チューブ(容量50mL)に該ショ糖濃厚液を31gと、コンタミノンN(非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、有機ビルダーからなるpH7の精密測定器洗浄用中性洗剤の10質量%水溶液、和光純薬工業社製)を6mL入れ分散液を作製する。この分散液にトナー1.0gを添加し、スパチュラなどでトナーのかたまりをほぐす。
遠心分離用チューブをシェイカーにて350spm(strokes per min)、20分間振とうする。振とう後、溶液をスイングローター用ガラスチューブ(容量50mL)に入れ替えて、遠心分離機(H−9R株式会社コクサン製)にて3500rpm、30分間の条件で分離する。この操作により、トナー粒子と外れた外添剤が分離する。トナーと水溶液が十分に分離されていることを目視で確認し、最上層に分離したトナーをスパチュラ等で採取する。採取したトナーを減圧濾過器で濾過した後、乾燥機で1時間以
上乾燥し、トナー粒子を得る。この操作を複数回実施して、必要量を確保する。
トナー粒子に含有される有機ケイ素重合体における、式(1)で示される構造の確認には以下の方法を用いる。
式(1)のRで表される炭化水素基は、13C−NMRにより確認した。
装置:JEOLRESONANCE製JNM−ECX500II
試料管:3.2mmφ
試料:NMR測定用のトナー粒子のテトラヒドロフラン不溶分150mg
測定温度:室温
パルスモード:CP/MAS
測定核周波数:123.25MHz(13C)
基準物質:アダマンタン(外部標準:29.5ppm)
試料回転数:20kHz
コンタクト時間:2ms
遅延時間:2s
積算回数:1024回
トナー粒子のTHF不溶分の29Si−NMR(固体)測定を、以下の測定条件で行う。
≪29Si−NMR(固体)の測定条件≫
装置:JEOLRESONANCE製JNM−ECX500II
試料管:3.2mmφ
試料:NMR測定用のトナー粒子のテトラヒドロフラン不溶分150mg
測定温度:室温
パルスモード:CP/MAS
測定核周波数:97.38MHz(29Si)
基準物質:DSS(外部標準:1.534ppm)
試料回転数:10kHz
コンタクト時間:10ms
遅延時間:2s
積算回数:2000〜8000回
X1構造:(Ri)(Rj)(Rk)SiO1/2 (2)
X2構造:(Rg)(Rh)Si(O1/2)2 (3)
X3構造:RmSi(O1/2)3 (4)
X4構造:Si(O1/2)4 (5)
なお、上記式(1)で示される構造をさらに詳細に確認する必要がある場合、上記13C−NMR及び29Si−NMRの測定結果と共に1H−NMRの測定結果によって同定してもよい。
本発明の実施例における帯電ローラ2−1について説明する。
図3に示すように、帯電ローラ2−1の弾性体層222は、島部を形成するドメイン212と、海部を形成するマトリックス211とから形成される。
以下、本発明を製造例及び実施例により更に具体的に説明するが、これらは本発明をな
んら限定するものではない。なお、以下の配合における部数は全て質量部を示す。
(水系媒体1の調製工程)
反応容器中のイオン交換水1000.0部に、リン酸ナトリウム(ラサ工業社製・12水和物)14.0部を投入し、窒素パージしながら65℃で1.0時間保温した。
T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、12000rpmにて攪拌しながら、イオン交換水10.0部に9.2部の塩化カルシウム(2水和物)を溶解した塩化カルシウム水溶液を一括投入し、分散安定剤を含む水系媒体を調製した。さらに、水系媒体に10質量%塩酸を投入し、pHを5.0に調整し、水系媒体1を得た。
撹拌機、温度計を備えた反応容器に、イオン交換水60.0部を秤量し、10質量%の塩酸を用いてpHを3.0に調整した。これを撹拌しながら加熱し、温度を70℃にした。その後、表層用有機ケイ素化合物であるメチルトリエトキシシラン40.0部を添加して2時間以上撹拌して加水分解を行った。加水分解の終点は目視にて油水が分離せず1層になったことで確認を行い、冷却して表層用有機ケイ素化合物の加水分解液を得た。
・スチレン :60.0部
・C.I.ピグメントブルー15:3 : 6.5部
前記材料をアトライタ(三井三池化工機株式会社製)に投入し、さらに直径1.7mmのジルコニア粒子を用いて、220rpmで5.0時間分散させて、顔料分散液を調製した。前記顔料分散液に下記材料を加えた。
・スチレン :20.0部
・n−ブチルアクリレート :20.0部
・架橋剤(ジビニルベンゼン) : 0.3部
・飽和ポリエステル樹脂 : 5.0部
(プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物)とテレフタル酸との重縮合物(モル比10:12)、ガラス転移温度Tg=68℃、重量平均分子量Mw=10000、分子量分布Mw/Mn=5.12)
・フィッシャートロプシュワックス(融点78℃) : 7.0部
水系媒体1の温度を70℃、T.K.ホモミクサーの回転数を12000rpmに保ちながら、水系媒体1中に重合性単量体組成物を投入し、重合開始剤であるt−ブチルパーオキシピバレート9.0部を添加した。そのまま該撹拌装置にて12000rpmを維持しつつ10分間造粒した。
造粒工程の後、攪拌機をプロペラ撹拌羽根に換え150rpmで攪拌しながら70℃を保持して5.0時間重合を行い、85℃に昇温して2.0時間加熱することで重合反応を行ってコア粒子を得た。スラリーの温度を55℃に冷却してpHを測定したところ、pH=5.0だった。55℃で撹拌を継続したまま、表層用有機ケイ素化合物の加水分解液を20.0部添加してトナーの表層形成を開始した。そのまま30分保持した後に、水酸化ナトリウム水溶液を用いてスラリーを縮合完結用にpH=9.0に調整して更に300分保持し、表層を形成させた。
重合工程終了後、トナー粒子のスラリーを冷却し、トナー粒子のスラリーに塩酸を加えpH=1.5以下に調整して1時間撹拌放置してから加圧ろ過器で固液分離し、トナーケーキを得た。これをイオン交換水でリスラリーして再び分散液とした後に、前述のろ過器
で固液分離した。リスラリーと固液分離とを、ろ液の電気伝導度が5.0μS/cm以下となるまで繰り返した後に、最終的に固液分離してトナーケーキを得た。
得られたトナーaの測定結果を表1に示す。マルテンス硬度の測定は、上記で述べた方法で測定を行なった。
トナーbは、(重合工程)における加水分解液を添加する時の条件、及び添加後の保持時間を表1のように変えた以外は、トナーaの製造例と同様の方法でトナーを作製した。なお、スラリーのpH調整は塩酸及び水酸化ナトリウム水溶液で行った。得られたトナーbの測定結果を表1に示す。
トナーcは、(重合工程)における加水分解液を添加する時の条件、及び添加後の保持時間を表1のように変えた以外は、トナーaの製造例と同様の方法でトナーを作製した。なお、スラリーのpH調整は塩酸及び水酸化ナトリウム水溶液で行った。得られたトナーcの測定結果を表1に示す。
トナーdは、(重合工程)における加水分解液を添加する時の条件、及び添加後の保持時間を表1のように変えた以外は、トナーaの製造例と同様の方法でトナーを作製した。なお、スラリーのpH調整は塩酸及び水酸化ナトリウム水溶液で行った。得られたトナーdの測定結果を表1に示す。
トナーeは、(重合工程)における加水分解液を添加する時の条件、及び添加後の保持時間を表1のように変えた以外は、トナーaの製造例と同様の方法でトナーを作製した。なお、スラリーのpH調整は塩酸及び水酸化ナトリウム水溶液で行った。得られたトナーeの測定結果を表1に示す。
実施例における帯電ローラとトナーの組み合わせを表2に示す。
実施例1〜3、比較例1〜2のドラム融着と縦スジ画像の発生を確認するため、600dpi 4dot 10spaceの横線で一日10,000枚間連続通紙後に画像サンプルを出力した。画像サンプルは、ハーフトーン画像を1枚印字し評価した。評価は以下の通りである。
(ドラム融着)
〇:発生なし 画像全域で白く点状に抜ける画像抜けなし
×:発生 画像の一部もしくは全域で白く点状に抜ける画像抜け発生
(縦スジ画像)
〇:発生なし 画像全域で縦スジ状の濃度ムラなし
×:発生 画像の一部もしくは全域で縦スジ状の濃度ムラ発生
結果を表2に示す。
これは、本実施例のトナーの硬度であれば、帯電ローラ2−1の島相におけるトナー連れ周りによってトナーが融着することなく、帯電ローラ2−1と感光体ドラム1の接触部によってトナーが接触摩擦帯電し、感光ドラム1に電界の力で戻るからと考察できる。
加えて、トナーが融着することなく、繰り返し帯電ローラ2−1に付着したまま感光体ドラム1との接触部を通過することで、トナーが帯電ローラ2−1上を微小に移動し、海相に達することで放電によるトナー帯電を可能にしていると考えられる。
実際に帯電ローラ2−1に直接トナーを付着させ、100枚の印刷動作を行った後に帯電ローラ2−1上を観察するとトナーが付着していないことがわかった。
加えて、本実施例のトナーの硬度であれば、現像ブレード6や現像ローラ4が傷ついたことが原因による縦スジ画像の発生もなかった。
実際に画像サンプルを印刷後に感光体ドラム1にトナーが融着していることを確かめた。
そして、比較例2は縦スジ画像が発生している。これはマルテンス硬度が1100MPaを上回ると現像ブレード6や現像ローラ4が傷ついたことが原因と考えられる。
実際に現像ブレード6を観察すると、縦スジ画像に対応する位置に現像ブレード6の削れ溝が発生していることが確認できた。つまり、現像ブレード6がトナーによって削られることで削れ溝が発生し、現像ローラ4上のトナー量の載り量の大小を生むことで、縦スジ状の濃度ムラ画像が発生している。
置、12:記録材、13:感光体ユニット、9:クリーニング枠体、4:現像ローラ、18a:現像室、18b:トナー収容室、5:トナー供給ローラ、6:現像ブレード、22:攪拌搬送部材、10:トナー、100:画像形成装置、211:マトリックス、212:ドメイン、221:芯金、222:弾性層、241:アルミドラム、242:外部電源、243:基準抵抗、40:トナー粒子、40a:トナー母粒子、40b:有機ケイ素重合体を含有する表層
Claims (8)
- 画像形成装置に用いられるプロセスカートリッジであって、
像担持体と、
前記像担持体に接触し、前記像担持体を帯電する帯電部材と、
前記像担持体に接触し、帯電された前記像担持体に形成された潜像を現像するための現像剤を担持する現像剤担持体と、
を備え、
前記帯電部材は、導電性支持体と、前記像担持体と接触する弾性層と、を有し、
前記弾性層は、マトリックスと、導電性を有するドメインとを含んでなる半導電性ゴム組成物を含有し、
前記半導電性ゴム組成物は、前記ドメインが島相を形成し、前記マトリックスが海相を形成する海島構造を有し、
前記マトリックスは前記ドメインより高い体積抵抗率を有し、
前記現像剤は、トナーを含有し、
前記トナーは、最大荷重2.0×10−4Nの条件で測定したときのマルテンス硬度が、200MPa以上1100MPa以下であることを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 前記トナーは、最大荷重9.8×10−4Nの条件で測定したときのマルテンス硬度が、5MPa以上100MPa以下である、請求項1に記載のプロセスカートリッジ。
- 前記トナーは、トナー粒子を有し、
前記トナー粒子は、有機ケイ素重合体を含有する表層を有し、
前記有機ケイ素重合体のケイ素原子に直接結合している炭素原子が、ケイ素原子1個当たり、平均1個以上3個以下である、請求項1又は2に記載のプロセスカートリッジ。 - 前記有機ケイ素重合体は、下記式(1)で表される構造を有する、請求項3に記載のプロセスカートリッジ。
R−SiO3/2 式(1)
(前記Rは、炭素数が1以上、6以下の炭化水素基を示す。) - 前記Rは、炭素数が1以上、3以下の炭化水素基である、請求項4に記載のプロセスカートリッジ。
- 前記ドメインが導電性粒子を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載のプロセスカートリッジ。
- 前記弾性層は、前記像担持体と接触する周面が、前記マトリックスからなる面上に前記ドメインからなる部分が散在するように構成されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載のプロセスカートリッジ。
- 装置本体と、
前記装置本体に対して着脱可能な、請求項1〜7のいずれか1項に記載のプロセスカートリッジと、
を備えたことを特徴とする画像形成装置。
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