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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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JP2020079906A JP2018213884A JP2018213884A JP2020079906A JP 2020079906 A JP2020079906 A JP 2020079906A JP 2018213884 A JP2018213884 A JP 2018213884A JP 2018213884 A JP2018213884 A JP 2018213884A JP 2020079906 A JP2020079906 A JP 2020079906A
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Abstract

【課題】像担持体への現像剤の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。【解決手段】像担持体1に接触し、像担持体1を帯電する帯電部材2は、導電性支持体と像担持体1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、半導電性ゴム組成物は、ドメインが島相を形成し、マトリックスが海相を形成する海島構造を有し、マトリックスはドメインより高い体積抵抗率を有し、現像剤はトナーを含有し、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。【選択図】図2

Description

本発明は、電子写真画像形成装置に関するものである。ここで、電子写真画像形成装置(以下、単に「画像形成装置」ともいう)とは、電子写真画像形成方式を用いて記録材(記録媒体)に画像を形成するものである。画像形成装置の例としては、複写機、プリンタ(レーザービームプリンタ、LEDプリンタ等)、ファクシミリ装置、ワードプロセッサ、及び、これらの複合機(マルチファンクションプリンタ)などが含まれる。
電子写真方式の画像形成装置においては、電子写真感光体(以下、感光体ドラムまたはドラムという)の表面を一次帯電器によって一様に帯電し、帯電された感光体ドラム表面を露光装置によって露光して静電潜像を形成する。そして、この静電潜像を現像装置で現像して現像剤像(以下、トナー像という)を形成し、このトナー像を転写装置によってシート等の記録材に転写する。その後、定着装置によりトナー像を記録材上に固着画像として定着して出力する。感光体ドラムは、トナー像転写後に表面に残留したトナーをクリーニング装置によってクリーニングされ、次の画像形成動作に備える。
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。
クリーニング装置としては、構成の単純さ及びトナーの除去能力の観点から、弾性体で構成されたクリーニングブレードを感光体ドラムの回転方向に対して、カウンター方向で当接させるカウンター方式のブレードクリーニングが広く用いられている。カウンター方式のブレードクリーニングでは、クリーニングブレードが感光体ドラムに対して強く当接され摺擦される。このため、感光体ドラムの駆動トルクがプロセスカートリッジ駆動トルクの多くを占める。
また、近年では帯電装置として接触帯電方式が多数の画像形成装置に搭載され、帯電装置の主流になっている。この接触帯電方式のほとんどは、接触帯電部材として導電性ローラを用い、この導電性ローラを感光体ドラムに接触させて電圧を印加するローラ帯電が用いられている。
導電性ローラは、弾性層に体積抵抗率で1×10Ω・cm〜1×10Ω・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。
このような課題に対して、特許文献1では、電気抵抗値の設定が容易で、電圧依存性や環境変動が小さい半導電性ゴム組成物として次のような半導電性ゴム組成物およびそれを用いた帯電部材が提案されている。すなわち、イオン導電性ゴム材料からなるマトリックスと、電子導電性ゴム材料からなるドメインとを含んでなるマトリックス・ドメイン構造(海島構造)を有する半導電性ゴム組成物である。帯電部材の弾性層の表面(周面)が、イオン導電性ゴム材料からなる面上に複数の電子導電性ゴム材料部が散在するように構成されたものである。この種の単層で構成された海島構造の帯電部材は、抵抗が高いマトリックス部に選択的に外添剤等の汚れが付着しやすいものの、画像への影響が少ないといっ
た特徴がある。
特開2002−003651号公報
しかしながら、上記先行技術には以下のような問題があった。特許文献1に記載されているような海島構造の帯電部材において、画像形成を続けているとベタ画像やハーフトーン画像を出力した場合に画像部が白く点状に抜ける白ポチ画像が発生する場合がある。
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。
上記目的を達成するため、本発明におけるプロセスカートリッジは、
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。
本発明によれば、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できる。
本発明の実施形態に係る画像形成装置の概略断面図 本発明の実施形態に係るプロセスカートリッジの概略断面図 本発明の実施形態における海島構造を説明するための模式図 本発明の実施形態における帯電ローラの例を説明するための模式的断面図 体積固有抵抗率を測定する装置を説明する模式的断面図 本発明の実施形態におけるトナーの概略図
本発明において、数値範囲を表す「○○以上××以下」や「○○〜××」の記載は、特に断りのない限り、端点である下限及び上限を含む数値範囲を意味する。
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。
[実施形態1]
<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。
画像形成装置100は、画像情報に従って、記録材(例えば、記録用紙、プラスチックシート、布など)にフルカラー画像を形成することができる。画像情報は、画像形成装置本体に接続された画像読み取り装置、或いは画像形成装置本体に通信可能に接続されたパーソナルコンピュータ等のホスト機器から、画像形成装置本体に入力される。
画像形成装置100は、複数の画像形成部としてのプロセスカートリッジ7が、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像を形成するための第1〜第4の画像形成部SY、SM、SC、SKを有する。本実施形態では、画像形成部SY、SM、SC、SKは、鉛直方向と交差する方向に一列に配置されている。
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。
プロセスカートリッジ7は、画像形成装置本体に設けられた装着ガイド、位置決め部材などの装着手段を介して、画像形成装置100に着脱可能となっている。本実施形態では、各色用のプロセスカートリッジ7は全て同一形状を有しており、各色用のプロセスカートリッジ7内には、それぞれイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色のトナー(現像剤)が収容されている。本実施形態では、プロセスカートリッジが装置本体に着脱可能な構成について説明するが、現像装置が単独で画像形成装置本体に着脱可能な構成としても良い。
静電像(静電潜像)を担持する像担持体としての感光体ドラム1は、図示しない駆動手段(駆動源)により回転駆動される。画像形成装置100にはスキャナユニット(露光装置)30が配置されている。スキャナユニット30は、画像情報に基づきレーザーを照射して感光体ドラム1上に静電像(静電像)を形成する露光手段である。また、画像形成装
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。
中間転写ベルト31の内周面側には、各感光体ドラム1に対向するように、一次転写手段としての、4個の一次転写ローラ32が並設されている。そして、一次転写ローラ32に、図示しない一次転写バイアス印加手段としての一次転写バイアス電源(高圧電源)から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性の電圧が印加される。これによって、感光体ドラム1上のトナー像が中間転写ベルト31上に転写(一次転写)される。
また、中間転写ベルト31の外周面側において二次転写手段としての二次転写ローラ33が配置されている。そして、二次転写ローラ33に、図示しない二次転写バイアス印加手段としての二次転写バイアス電源(高圧電源)から、トナーの正規の帯電極性とは逆極性の電圧が印加される。これによって、中間転写ベルト31上のトナー像が記録材12に転写(二次転写)される。例えば、フルカラー画像の形成時には、上述のプロセスが、画像形成部SY、SM、SC、SKにおいて順次に行われ、中間転写ベルト31上に各色のトナー像が順次に重ね合わせて一次転写される。その後、中間転写ベルト31の移動と同期が取られて記録材12が二次転写部へと搬送される。そして、記録材12を介して中間転写ベルト31に当接している二次転写ローラ33の作用によって、中間転写ベルト31上の4色トナー像は、一括して記録材12上に二次転写される。
トナー像が転写された記録材12は、定着手段としての定着装置34に搬送される。定着装置34において記録材12に熱および圧力を加えられることで、記録材12にトナー像が定着される。
<プロセスカートリッジの概略構成>
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。
プロセスカートリッジ7は、現像ローラ4等を備えた現像ユニット3と、感光体ドラム1等を備えた感光体ユニット13とを有する。
現像ユニット3は、現像ローラ4と、トナー供給ローラ5と、トナー搬送部材22と、それらを回転可能に支持する現像枠体18と、を備える。現像枠体18は、現像ローラ4とトナー供給ローラ5が配置された現像室18aと、トナー10を収容する現像剤収容室18bと、を備える。現像室18aと現像剤収容室18bは、開口部18cを介して連通している。現像剤収容室18bは現像室18aの下方に配置されている。この現像剤収容室18の内部には、現像剤としてのトナー10が収容されている。本実施形態において、
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、現像剤収容室18bには、このトナー10を現像室18aに搬送するためのトナー搬送部材22が設けられており、図中矢印Gの方向へ回転することによってトナー10を現像室18aへと搬送している。
現像室18aには、感光体ドラム1と接触して図示矢印D方向に回転する現像剤担持体としての現像ローラ4が設けられている。本実施形態では、現像ローラ4と感光体ドラム1とは、対向部においてそれぞれの表面が互いに同方向に移動するように、すなわち、回転方向が互いに逆になるように、それぞれ回転する。また、現像ローラ4には、第一電圧印加手段としての不図示の第一電源(高圧電源)から、感光体ドラム1上の静電像をトナー像として現像、可視化するのに十分な電圧が印加される。
また、現像室18aの内部には、トナー収容室18bから搬送されたトナー10を現像ローラ4に供給する現像剤供給部材としてのトナー供給ローラ(以下、単に「供給ローラ」という。)5が配置されている。また、供給ローラ5によって供給された現像ローラ4上のトナーのコート量規制及び電荷付与を行う現像剤量規制部材(以下、単に「規制部材」という。)6が配置されている。
供給ローラ5は、導電性芯金と、表面に発泡層とを有する弾性スポンジローラであり、現像ローラ4との間に接触部を形成して配設されており、図示矢印Eの方向に回転する。ただし、供給ローラの回転方向はEと逆方向であってもよい。
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。
供給ローラ5によって現像ローラ4に供給されたトナー10は、現像ローラ4の矢印D方向への回転によって、規制部材6と現像ローラ4との当接部へ侵入する。トナー10は現像ローラ4と規制部材6との間での摺擦で摩擦帯電され、電荷を付与されると同時にその層厚が規制される。規制された現像ローラ4上のトナー10は、現像ローラ4の回転により、感光体ドラム1との対向部に搬送され、感光体ドラム1上の静電像をトナー像として現像、可視化する。
一方、感光体ユニット13は、感光体ドラム1等の感光体ユニット13における各種構成を支持する枠体としてのクリーニング枠体9を有する。クリーニング枠体9には、図示しない軸受を介して感光体ドラム1が回転可能に取り付けられている。感光体ドラム1は、有機感光体ドラムであり外径24mmである。ドラム駆動手段としての不図示の駆動モータの駆動力を受けることによって、図示矢印A方向に回転駆動される。
また、感光体ユニット13には、感光体ドラム1の周面上に接触するように、帯電ローラ2、クリーニング部材としてのクリーニングブレード8が配置されている。帯電ローラ2は付勢手段としての不図示のばねによって感光体ドラム1に向かう方向に付勢されており、感光体ドラム1の回転に従い従動回転する。
クリーニングブレード8は感光体ドラム1の回転によって、感光体ドラム1の表面速度と等しい相対速度で感光体ドラム1を摺擦し、転写工程で残留したトナー10をかきとり、帯電部材としての帯電ローラ2の残留トナー等による汚染を防止する。また、帯電工程で感光体ドラム1の表面に付着する放電生成物を除去し、感光体ドラム1の摩擦の増大な
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。
帯電手段である帯電ローラ2は、導電性ゴムのローラ部を感光体ドラム1に加圧接触させることで、回転する感光体ドラム1に従動して回転する。帯電ローラ2の芯金には、帯電工程として、感光体ドラム1に対して所定の直流電圧(Vpri)が印加されており、これにより感光体ドラム1の表面には、一様な暗部電位(Vd)が形成される。前述のスキャナユニット30からのレーザー光によって画像データに対応して発光されるレーザー光のスポットパターンは、感光体ドラム1を露光し、露光された部位は、キャリア発生層からのキャリアにより表面の電荷が消失し、電位が低下する。この結果、露光部位は所定の明部電位(Vl)、未露光部位は所定の暗部電位(Vd)の静電潜像が、感光体ドラム1上に形成される。本実施形態の一例としては、Vpri=−1040V、Vd=−500V、Vl=−100Vである。帯電ローラ2に付着したトナーは、帯電ローラ2と感光ドラム1との接触部において、帯電ローラ2への印加電圧と感光ドラム1の暗部電位とで形成される電界によって力を受ける。
一方、現像ユニット3は、トナーを担持するための現像剤担持体としての現像ローラ4と、現像ローラ4にトナーを供給する供給部材としてのトナー供給ローラ5が配置された現像室18aを有している。更に、現像ユニット3は、トナーを収容する現像剤収容室(トナー収容部)18bをトナー供給ローラ5よりも重力方向下方に有している。現像ユニット3と現像ローラ4の長手方向端部の接触部にはトナー漏れを抑制するための端部のシール部(不図示)が備わっている。この端部シールによってトナー漏れの大半は防ぐことはできるが、微小な隙間を埋めきることができないこと、生産においてトナーの粒径のばらつきから小さな粒径のトナーが発生してしまうこと等の要因で完全にトナー漏れを防止することは難しい。
ここでトナー漏れによって飛散した帯電性の低いトナーが帯電ローラ2に付着した際の挙動を説明する。
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。
現像ローラ4と感光体ドラム1とは、それぞれの回転方向が逆方向となっている。すなわち、両者の対向部において各々の表面が同方向(本実施形態では下から上に向かう方向)に移動するようにそれぞれ回転する。
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。
尚、本実施形態においては、現像ローラ4、トナー供給ローラ5は、共に外径15mmである。また、トナー供給ローラ5の現像ローラ4への侵入量、即ち、トナー供給ローラ5が現像ローラ4により凹状とされるその凹み量△Eが1.0mmに設定されている。また、トナー供給ローラ5と現像ローラ4は中心高さが同じになるように配置されている。
現像ブレード6は、現像ローラ4の回転に対し、カウンター方向を向くように配置されており、現像ローラ4に担持されるトナー量を規制する部材である。また、現像ローラ4に担持されたトナーは、現像ブレード6と現像ローラ4との周擦により摩擦帯電されて電荷を付与されると同時に層厚規制される。本実施形態においては、現像ブレード6として、板バネ状のSUS性の薄板を用いている。ここで、現像ブレード6の構成としてはこの限りではなく、リン青銅やアルミニウム等の金属薄板でも良い。また、現像ブレード6の表面にポリアミドエラストマーやウレタンゴムやウレタン樹脂等の薄膜を被覆したものを用いても良い。さらに、現像ブレード6に不図示のブレードバイアス電源からブレードバイアス(Vb)として所定電圧を印加している。
<帯電ローラの説明>
(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。
(ドメイン)
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。
導電剤としては、カーボンブラック、グラファイト、及び酸化錫等の導電性を有する酸化物、銅、銀等の金属、酸化物や金属を粒子表面に被覆して導電性を付与した導電性粒子、第四級アンモニウム塩等のイオン交換性能を有するイオン導電剤を用いてもかまわない。イオン導電剤としては、過塩素酸リチウム、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸カルシウム等の無機イオン物質;ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド、ステアリルトリメチルアンモニウムクロライド、オクタデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ドデシルトリメチルアンモニウムクロライド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロライド、トリオクチルプロピルアンモニウムブロミド、変性脂肪族ジメチルエチルアンモニウムエトサルフェート等の陽イオン性界面活性剤;ラウリルベタイン、ステアリルべタイン、ジメチルアルキルラウリルベタイン等の両性イオン界面活性剤;過塩素酸テトラエチルアンモニウム、過塩素酸テトラブチルアンモニウム、過塩素酸トリメチルオクタデシルアンモニウム等の第四級アンモニウム塩;トリフルオロメタンスルホン酸リチウム等の有機酸リチウム塩を例示することができる。これらは、一種単独で、又は二種以上を併用してもよ
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。
本実施形態の導電剤としては、使用環境、長期使用を通して、画像上にスジ状の濃度変化を発生させないために、電気抵抗値を低減させるものが好ましい。また、電子導電性の導電剤を含有することが好ましい。具体的には、ドメインは、カーボンブラック、グラファイト、及び酸化錫等の導電性を有する酸化物、銅、銀等の金属、酸化物や金属を粒子表面に被覆して導電性を付与した導電性粒子を含むことが好ましい。より好ましくは、カーボンブラックを含有することである。
原料ゴムAとしては、特に限定されるものではなく、電子写真用導電性部材の分野において公知のゴムを用いることができる。具体的には、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエン、ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン3元共重合体ゴム、シリコーンゴム等を挙げることができる。
(マトリックス)
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。
マトリックス211を形成する原料ゴムBとしては、特に限定されるものではなく、電子写真用導電性部材の分野において公知のゴムを用いることができる。具体的には、エピクロルヒドリンホモポリマー、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド共重合体、エピクロルヒドリン−エチレンオキサイド−アリルグリシジルエーテル3元共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体の水素添加物、シリコーンゴム、アクリルゴム及びウレタンゴム等のゴムの単独、又は、これらのゴムの2種以上のブレンド物を挙げることができる。なお、帯電ローラ2の汚れ不良量を低減させるためには、第二の原料ゴムBに関しては、ドメイン212を形成する原料ゴムAよりも低い体積抵抗率を有することが好ましい。
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。
(体積抵抗率の測定)
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。
(海島構造の形成)
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。
更に、ドメイン212(島相)とマトリックス211(海相)とのブレンド比率を変化させ、ドメイン212(島相)の存在比率を変化させることにより、弾性層の体積抵抗率を変化させることができる。このため、得られる帯電ローラ2の体積抵抗率を容易に所望の値とすることができる。
(製造方法)
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。
図4には、本実施形態における帯電部材(導電性部材)の例として、帯電ローラ2の構成を示しており、導電性支持体としての金属製の芯金221の外周に、弾性層としての弾性体層222が形成されている。
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。
(帯電ローラの電気抵抗値)
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。
本実施形態における帯電ローラ2の電気抵抗値の目安としては、23℃、55%RH環境下で電圧100V印加時に、それぞれ1×10Ω以上1×1014Ω以下である。なかでも、本実施形態における帯電ローラ2の体積抵抗率は、1×10Ω・cm以上1×10Ω・cm以下にすることが好ましい。
本実施形態における帯電ローラ2の電気抵抗値を1×10Ω以上にした場合、下流放電量の増加が顕著となる。その結果、帯電ローラ2通過後のトナーに対し、下流放電を利用することでトナーのネガ帯電が可能となる。また、本実施形態の帯電ローラ2の電気抵抗値を1×10Ω以下にすることで、電気抵抗の不足による画像弊害の発生をより抑制できる。
また、弾性体層222の電気的特性の均一性は、帯電ローラ2を1回転させ、その間の電気抵抗値の最大値および最小値を測定し、最大値/最小値より計算される周ムラを指標とすることができる。周ムラは1.5以下が好ましい。
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。
<トナー>
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。
トナーのマルテンス硬度を制御する手段として、例えば、有機ケイ素重合体を含有する表層を有するトナー粒子を用いるとよい。本実施形態で使用するトナーは、マイナスに帯電極性をもつ非磁性1成分の粒重合トナーであり、粒径は7μm程度である。
(トナー粒子の製造方法)
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。
ここでは懸濁重合法について説明する。懸濁重合法においてはまず、結着樹脂を生成するための重合性単量体、並びに、必要に応じて及び着色剤及びその他の添加剤を、ボールミル、超音波分散機のような分散機を用いてこれらを均一に溶解又は分散させた重合性単量体組成物を調製する(重合性単量体組成物の調製工程)。このとき、必要に応じて多官能性単量体や連鎖移動剤、また、離型剤としてのワックスや荷電制御剤、可塑剤などを適宜加えることができる。
次に、上記重合性単量体組成物を予め用意しておいた水系媒体中に投入し、高せん断力を有する撹拌機や分散機により、重合性単量体組成物からなる液滴を所望のトナー粒子のサイズに形成する(造粒工程)。
造粒工程における水系媒体は分散安定剤を含有していることが、トナー粒子の粒径制御、粒度分布のシャープ化、製造過程におけるトナー粒子の合一を抑制するために好ましい。分散安定剤としては、一般的に立体障害による反発力を発現させる高分子と、静電気的な反発力で分散安定化を図る難水溶性無機化合物とに大別される。難水溶性無機化合物の微粒子は、酸やアルカリにより溶解するため、重合後に酸やアルカリで洗浄することにより溶解させて容易に除去することができるため、好適に用いられる。
造粒工程の後、あるいは造粒工程を行いながら、好ましくは50℃以上90℃以下の温度に設定して、重合性単量体組成物に含まれる重合性単量体の重合を行い、トナー粒子分散液を得る(重合工程)。
重合工程では容器内の温度分布が均一になる様に攪拌操作を行うことが好ましい。重合開始剤を添加する場合、任意のタイミングと所要時間で行うことができる。また、所望の分子量分布を得る目的で重合反応後半に昇温してもよく、さらに、未反応の重合性単量体、副生成物などを系外に除去するために反応後半、または反応終了後に、一部水系媒体を蒸留操作により留去してもよい。蒸留操作は常圧又は減圧下で行うことができる。
高精細かつ高解像の画像を得るという観点から、トナーの重量平均粒径は、3.0μm以上10.0μm以下であることが好ましい。トナーの重量平均粒径は細孔電気抵抗法により測定することができる。例えば「コールター・カウンター Multisizer 3」(ベックマン・コールター(株)製)用いて測定することができる。こうして得られたトナー粒子分散液は、トナー粒子と水系媒体を固液分離する濾過工程へと送られる。
得られたトナー粒子分散液からトナー粒子を得るための固液分離は、一般的な濾過方法で行うことができ、その後トナー粒子表面から除去しきれなかった異物を除去するため、リスラリーや洗浄水のかけ洗いなどによって更に洗浄を行うことが好ましい。十分な洗浄が行なわれた後に、再び固液分離してトナーケーキを得る。その後、公知の乾燥手段により乾燥され、必要であれば分級により所定外の粒径を有する粒子群を分離してトナー粒子を得る。このとき分離された所定外の粒径を有する粒子群は最終的な収率を向上させるために再利用してもよい。
(トナーのマルテンス硬度の測定方法)
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。
トナーの測定においては、一般的な粒径は3μm以上10μm以下であるから、ナノインデンテーション法が好ましく用いられる測定方法である。発明者らの検討によると本発明の効果を向上させるための硬度の規定として、引っ掻き硬さを表すマルテンス硬度が適当であった。これは、トナーが現像機内で金属や外添剤などの硬い物質に引っ掻かれることに対する強さを表し得るのが引っ掻き硬さであるためと考えている。
ナノインデンテーション法にてトナーのマルテンス硬度を測定する方法は市販のISO14577−1に準拠した装置にて、ISO14577−1に規定された押込み試験の手順に従って、得られた荷重−変位曲線から算出することができる。本実施形態においては、前記ISO規格に準拠した装置として、超微小押し込み硬さ試験機「ENT−1100b」(株式会社エリオニクス製)を用いた。測定方法は、装置に付属の「ENT1100操作マニュアル」に記載されているが、具体的な測定方法は以下の通りである。
測定環境は、付属の温度調節装置にてシールドケース内を30.0℃に保った。雰囲気温度を一定に保つことは熱膨張やドリフトなどによる測定データのバラつき低減に有効である。設定温度は、トナーが摩擦される現像機近辺の温度を想定した30.0℃の条件と
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。
圧子には装置に付属の先端が20μm四方の平面である平圧子(チタン製圧子、先端はダイヤモンド製)を用いて測定した。トナーの様に小径かつ球形の物体、外添剤が付着している物体、表面に凹凸が存在する物体においては、尖った圧子を用いると測定精度に大きな影響を与えるため平圧子を用いる。試験の最大荷重は2.0×10−4Nに設定して行う。この試験荷重に設定することで、現像部においてトナー1粒が受けるストレスに相当する条件で、トナーの表層を破壊せずに硬度を測定することが可能である。本発明においては、耐摩擦性が重要であるから表層を破壊せずに維持したまま硬さを測ることが重要である。
測定対象の粒子としては、装置付属の顕微鏡による測定用画面(視野サイズ:横幅160μm、縦幅120μm)にトナーが単独で存在しているものを選択する。ただし、変位量の誤差を極力無くすため、粒子径(D)が個数平均粒径(D1)の±0.5μmの範囲にあるもの(D1−0.5μm≦D≦D1+0.5μm)を選択する。なお、測定対象粒子の粒径測定は装置付属のソフトを用いてトナーの長径と短径を測定し、[(長径+短径)/2]をもって粒子径D(μm)とする。また、個数平均粒径は「コールター・カウンター Multisizer 3(ベックマン・コールター株式会社製)により下記方法にて測定する。
<トナー(粒子)の粒径の測定>
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。
測定に際しては、粒子径D(μm)が上記条件を満たす任意のトナー100粒を選んで測定を行う。測定の際に入力する条件は以下の通りである。
試験モード :負荷−除荷試験
試験荷重 :2.0×10−4N、又は、9.8×10−4
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。
なお、最大荷重2.0×10−4Nの条件で測定する時のマルテンス硬度を200MPa以上1100MPa以下に調整するための手段は特に限定されない。ただし、当該硬度は一般的なトナーに用いられている有機樹脂の硬さに比べて大幅に硬いため、硬度を上げるために通常行われている手段では達成が困難である。例えば、ガラス転移温度の高い樹脂設計にする手段、樹脂分子量を上げる手段、熱硬化する手段、表層にフィラーを添加する手段などでは達成が難しい。
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。
(硬度の制御方法)
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。
化学構造によりマルテンス硬度を調整する手段としては表層物質の架橋や重合度などの化学構造の調整などにより可能である。マクロ構造によりマルテンス硬度を調整する手段としては、表層の凸凹形状や凸間を繋ぐネットワーク構造の調整などにより可能である。これらの調整は有機ケイ素重合体を表層として用いる場合には、有機ケイ素重合体を前処理する際のpH、濃度、温度、時間などで調整可能である。また、トナー粒子のコア粒子に有機ケイ素重合体を表層付けするタイミングや形態、濃度、反応温度などによって調整可能である。
本実施形態において特に好ましいのは以下の方法である。まず、トナー粒子のコア粒子を製造して水系媒体に分散し、コア粒子分散液を得る。この時の濃度はコア粒子分散液総量に対し、コア粒子の固形分が10質量%以上40質量%以下となる濃度で分散することが好ましい。そして、該コア粒子分散液の温度は35℃以上に調整しておくことが好ましい。また、該コア粒子分散液のpHは有機ケイ素化合物の縮合が進みにくいpHに調整することが好ましい。有機ケイ素重合体の縮合が進みにくいpHは物質によって異なるため、最も反応が進みにくいpHを中心として、±0.5以内が好ましい。
一方、有機ケイ素化合物は加水分解処理を行ったものを用いることが好ましい。例えば、有機ケイ素化合物の前処理として別容器で加水分解しておく。加水分解の仕込み濃度は有機ケイ素化合物の量を100質量部とした場合、イオン交換水やRO水などイオン分を除去した水40質量部以上500質量部以下が好ましく、より好ましくは水100質量部以上400質量部以下である。加水分解の条件としては、好ましくはpHが2〜7、温度が15℃〜80℃、時間が30分〜600分である。
得られた加水分解液とコア粒子分散液とを混合して縮合に適したpH(好ましくは6〜12、又は1〜3、より好ましくは8〜12)に調整することで、有機ケイ素化合物を縮合させながらトナー粒子のコア粒子表面に表層付けすることができる。縮合と表層付けは35℃以上で60分間以上取ることが好ましい。また、縮合に適したpHに調整する前に35℃以上で保持する時間を調整することで表面のマクロ構造を調整可能であるが、特定のマルテンス硬度を得やすくするため、3分以上120分以下が好ましい。
以上のような手段によって反応残基を減らすことができ、表層に凹凸を形成させることができ、更に凸間にネットワーク構造を形成させることができるため、上記特定のマルテンス硬度のトナーを得られやすい。
(有機ケイ素重合体を含有する表層について)
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。
有機ケイ素重合体を含有する表層を有する場合、式(1)で表される構造を有することが好ましい。
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。)
式(1)の構造を有する有機ケイ素重合体において、Si原子の4個の原子価のうち1個はRと、残り3個はO原子と結合している。O原子は、原子価2個がいずれもSiと結合している状態、つまり、シロキサン結合(Si−O−Si)を構成する。有機ケイ素重合体としてのSi原子とO原子を考えると、Si原子2個でO原子3個を有することになるため、−SiO3/2と表現される。この有機ケイ素重合体の−SiO3/2構造は、多数のシロキサン結合で構成されるシリカ(SiO)と類似の性質を有することが考え
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。
有機ケイ素重合体の製造例としては、ゾルゲル法が好ましい。ゾルゲル法は、液体原料を出発原料に用いて加水分解及び縮合重合させ、ゾル状態を経てゲル化する方法であり、ガラス、セラミックス、有機−無機ハイブリット、ナノコンポジットを合成する方法に用いられる。この製造方法を用いれば、表層、繊維、バルク体、微粒子などの種々の形状の機能性材料を液相から低温で作製することができる。
トナー粒子の表層に存在する有機ケイ素重合体は、具体的には、アルコキシシランに代表されるケイ素化合物の加水分解及び縮重合によって生成されることが好ましい。
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。
さらに、ゾルゲル法は、液体から出発し、その液体をゲル化することによって材料を形成しているため、様々な微細構造及び形状をつくることができる。特に、トナー粒子が水系媒体中で製造される場合には、有機ケイ素化合物のシラノール基のような親水基による親水性によってトナー粒子の表面に析出させやすくなる。上記微細構造及び形状は反応温度、反応時間、反応溶媒、pHや有機金属化合物の種類及び量などによって調整することができる。
トナー粒子の表層の有機ケイ素重合体は、下記式(Z)で表される構造を有する有機ケイ素化合物の縮重合物であることが好ましい。
Figure 2020079906

(式(Z)中、Rは、炭素数1以上6以下の炭化水素基を表し、R、R及びRは、それぞれ独立して、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アセトキシ基、又は、アルコキシ基を表す。)
の炭化水素基(好ましくはアルキル基)により疎水性を向上することができ、環境安定性に優れたトナー粒子を得ることができる。また、炭化水素基として芳香族炭化水素基であるアリール基、例えばフェニル基を用いることもできる。Rの疎水性が大きい場
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R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。
、R及びRは、それぞれ独立して、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アセトキシ基、又は、アルコキシ基である(以下、反応基ともいう)。これらの反応基が加水分解、付加重合及び縮重合させて架橋構造を形成し、耐部材汚染及び現像耐久性に優れたトナーを得ることができる。加水分解性が室温で穏やかであり、トナー粒子の表面への析出性と被覆性の観点から、炭素数が1以上、3以下のアルコキシ基であることが好ましく、メトキシ基やエトキシ基であることがより好ましい。また、R、R及びRの加水分解、付加重合及び縮合重合は、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。
本実施形態に用いられる有機ケイ素重合体を得るには、上記に示す式(Z)中のRを除く一分子中に3つの反応基(R、R及びR)を有する有機ケイ素化合物(以下、三官能性シランともいう)を1種又は複数種を組み合わせて用いるとよい。
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。
〔外添剤〕
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。
これら無機微粒子はシランカップリング剤やチタンカップリング剤、高級脂肪酸、シリコーンオイルなどによって、耐熱保管性の向上、環境安定性の向上のために、表面処理が行われていることが好ましい。外添剤のBET比表面積は、10m/g以上450m/g以下であることが好ましい。
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(m/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。
トナーは、トナー粒子の表面にポジ帯電粒子を有していてもよい。ポジ帯電粒子の個数平均粒子径は、0.10μm以上1.00μm以下が好ましい。より好ましくは0.20μm以上0.80μm以下である。
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。
なお、本実施形態におけるポジ帯電粒子とは日本画像学会から提供される標準キャリア(アニオン性:N−01)と混合撹拌して摩擦帯電させた時に正帯電する粒子である。
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。
(NMR測定用のトナー粒子のTHF不溶分の調製法)
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。
なお、外添剤などでトナー粒子の表面が処理されている場合は、下記方法によって外添剤を除去し、トナー粒子を得る。
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。
《式(1)で示される構造の確認方法》
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。
13C−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: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
当該方法にて、ケイ素原子に結合しているメチル基(Si−CH)、エチル基(Si−C)、プロピル基(Si−C)、ブチル基(Si−C)、ペンチル基(Si−C11)、ヘキシル基(Si−C13)またはフェニル基(Si−C−)などに起因するシグナルの有無により、式(1)のRで表される炭化水素基を確認した。
≪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)の構造に帰属されるピーク面積の割合の算出方法≫
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
上記測定後に、トナー粒子のテトラヒドロフラン不溶分の、置換基及び結合基の異なる複数のシラン成分をカーブフィティングにて下記X1構造、X2構造、X3構造、及びX4構造にピーク分離して、それぞれピーク面積を算出する。
X1構造:(Ri)(Rj)(Rk)SiO1/2 (2)
X2構造:(Rg)(Rh)Si(O1/2 (3)
X3構造:RmSi(O1/2 (4)
X4構造:Si(O1/2 (5)
Figure 2020079906

Figure 2020079906

Figure 2020079906

Figure 2020079906
(式(2)、(3)及び(4)中のRi、Rj、Rk、Rg、Rh、Rmはケイ素に結合している、炭素数1〜6の炭化水素基などの有機基、ハロゲン原子、ヒドロキシ基、アセトキシ基又はアルコキシ基を示す。)
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H−NMRの測定結果によって同定してもよい。
(実施例)
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。
<帯電ローラ2−1>
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。
<帯電ローラ2−1の製造方法>
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。
原料ゴムAとして、エチレン−プロピレン−ジエン3元共重合体(EPT4045 三井石油化学社製)100部、導電性粒子としてケッチェンブラック(ケッチェンブラックEC600JD ケッチェンブラックインターナショナル社製)10部、加工助剤としてステアリン酸1部、酸化亜鉛3部を加圧ニーダーで混練し、マスターバッチ1を得た。
次に、原料ゴムBとして、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体(Nipol DN219 日本ゼオン社製)75部、加工助剤として、ステアリン酸1部、酸化亜鉛3部、マスターバッチ1を25部、加硫剤として、硫黄0.5部、加硫助剤としてテトラメチルチウラムジスルフィド(ノクセラーTT 大内新興化学工業社製)1.5部、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(ノクセラーCZ 大内新興化学工業社製)2.0部をオープンロールにて混合し、未加硫ゴム組成物を得た。
次に、快削鋼の表面に無電解ニッケルメッキ処理を施した全長252mm、外径6mmの丸棒を用意した。前記丸棒の両端部11mmずつを除く230mmの範囲に全周にわたって、接着剤を塗布した。接着剤は、導電性のホットメルトタイプのものを使用した。また、塗布にはロールコータ―を用いた。本実施例において、前記接着剤を塗布した丸棒を導電性の軸芯体(芯金221)として使用した。
次に、導電性の軸芯体の供給機構、未加硫ゴムローラの排出機構を有するクロスヘッド押出機を用意し、クロスヘッドには内径10.5mmのダイスを取付け、押出機とクロスヘッドを80℃に、導電性の軸芯体の搬送速度を60mm/secに調整した。この条件で、押出機より未加硫ゴム組成物を供給して、クロスヘッド内にて導電性の軸芯体(芯金221)に未加硫ゴム組成物を弾性層(弾性体層222)として被覆し、未加硫ゴムローラを得た。次に、170℃の熱風加硫炉中に前記未加硫ゴムローラを投入し、60分間加熱することで未研磨導電性弾性ローラを得た。その後、弾性層の端部を切除、除去した。最後に、弾性層の表面を回転砥石で研磨した。これによって、中央部から両端部側へ各90mmの位置における各直径が8.4mm、中央部直径が8.5mmの帯電ローラ2−1を得た。
以上の様にして得られた帯電ローラ2−1の弾性体層222から約0.1μm厚の超薄切片を作製し、ポリマーの分散状態と導電性粒子の分散状態を透過電子顕微鏡(TEM)にて観察した。この結果、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とから形成されていることが確認された。また、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、ドメイン212とマトリックス211の体積抵抗率を測定し、マトリックス211がドメイン212より高い体積抵抗率を有することを確認した。
次に、帯電ローラ2−1の電気的特性を測定した。その結果、低温低湿環境下(15℃、10%RH、以下L/Lという)での電気抵抗値は25V印加で1.8×10Ω、100V印加で9.0×10Ω、周ムラは1.3倍であった。帯電ローラ2−1の弾性体層222のJIS−A硬度は52゜であった。
実施例で使用するトナーa〜cの製造方法を示す。
(トナーa)
(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。
(表層用有機ケイ素化合物の加水分解工程)
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。
(重合性単量体組成物の調製工程)
・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
上記材料を加えた前記顔料分散液を65℃に保温し、T.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)を用いて、500rpmにて均一に溶解、分散し、重合性単量体組成物を調製した。
(造粒工程)
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。
(重合工程)
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。
(洗浄、乾燥工程)
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。
得られたトナーケーキは気流乾燥機フラッシュジェットドライヤー(セイシン企業製)にて乾燥を行い、更にコアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて微粗粉をカットしてトナー粒子を得た。乾燥の条件は吹き込み温度90℃、乾燥機出口温度40℃、トナーケーキの供給速度はトナーケーキの含水率に応じて出口温度が40℃から外れない速度に調整した。
トナー粒子の断面TEM観察においてケイ素マッピングを行い、表層にケイ素原子が存在することを確認した。以降のトナー製造例においても、有機ケイ素重合体を含有する表層は同様のケイ素マッピングで表層にケイ素原子が存在することを確認した。本製造例においては、得られたトナー粒子を外添せずにそのままトナーaとして用いた。
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)
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)
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。
次に比較例で使用するトナーd〜eについて述べる
(トナーd)
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)
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。
Figure 2020079906
<実験内容>
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
通紙及び画像サンプル出力は、32℃、80%RHの環境で行った。全通紙量は50,000枚まで行なった。なお、実験には、LBP7700C(キヤノン社製)、評価紙 Vitality 75g/m レターサイズ(XEROX社製)を使用した。
<効果の確認>
結果を表2に示す。
Figure 2020079906
本実施例1〜3が示すように、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が200Mpa〜1100Mpaであるトナーでは50,000枚までドラム融着および縦スジ画像の発生はなかった。
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。
また、比較例1はドラム融着が発生している。これはマルテンス硬度が200MPaを下回ると帯電ローラ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からと考えられる。
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。
尚、本実施例の説明で用いた設定条件は一例でありその限りではない。
1:感光体ドラム、2:帯電ローラ、30:スキャナユニット、3:現像ユニット、31:中間転写ベルト、8:クリーニング部材、7:プロセスカートリッジ、32:一次転写ローラ、33:二次転写ローラ、34:定着装置、35:中間転写ベルトクリーニング装
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。)
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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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