JP7210235B2 - 現像装置、画像形成装置、及びプロセスカートリッジ - Google Patents
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Description
画像形成装置に用いられる現像装置であって、
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、
前記現像剤担持体に担持される前記現像剤を規制するための規制部材と、
前記現像剤担持体と前記規制部材を支持し、前記現像剤の収容部を有する枠体と、
前記現像剤を収容する現像剤容器と、
前記現像剤容器から前記枠体の前記収容部へ前記現像剤を供給するための搬送経路と、を有し、
前記搬送経路には、回転することにより前記現像剤を搬送する第1搬送部材と、回転することにより前記現像剤を搬送する第2搬送部材と、が配置され、
前記第2搬送部材は、前記第1搬送部材から回転力を受ける駆動受け部を有し、
前記現像剤は、トナー粒子及び前記トナー粒子の表面を被覆する有機ケイ素重合体であって、下記式(1)で表される構造を有する前記有機ケイ素重合体を有するトナーを含有し、
R-SiO 3/2 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。)
前記トナー粒子の表面における、前記有機ケイ素重合体の固着率が、87%以上100%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、
潜像が形成される像担持体と、
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、
前記現像剤担持体に担持される前記現像剤を規制するための規制部材と、
少なくとも前記現像剤担持体と前記規制部材を支持し、前記現像剤の収容部を有する枠体と、
前記現像剤を収容する現像剤容器と、
前記現像剤容器から前記枠体の前記収容部へ前記現像剤を供給するための搬送経路と、を有し、
前記搬送経路には、回転することにより前記現像剤を搬送する第1搬送部材と、回転することにより前記現像剤を搬送する第2搬送部材と、が配置され、
前記第2搬送部材は、前記第1搬送部材から回転力を受ける駆動受け部を有し、
前記現像剤は、トナー粒子及び前記トナー粒子の表面を被覆する有機ケイ素重合体であって、下記式(1)で表される構造を有する前記有機ケイ素重合体を有するトナーを含有し、
R-SiO 3/2 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。)
前記トナー粒子の表面における、前記有機ケイ素重合体の固着率が、87%以上100%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、
前記現像剤担持体に担持される前記現像剤を規制するための規制部材と、
前記現像剤担持体と前記規制部材を支持し、前記現像剤の収容部を有する枠体と、
前記現像剤を収容する現像剤容器と、
前記現像剤容器から前記枠体の前記収容部へ前記現像剤を供給するための搬送経路と、を有し、
前記搬送経路には、回転することにより前記現像剤を搬送する第1搬送部材と、回転することにより前記現像剤を搬送する第2搬送部材と、が配置され、
前記第2搬送部材は、前記第1搬送部材から回転力を受ける駆動受け部を有し、
前記現像剤は、トナー粒子及び前記トナー粒子の表面を被覆する有機ケイ素重合体であって、下記式(1)で表される構造を有する前記有機ケイ素重合体を有するトナーを含有し、
R-SiO 3/2 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。)
前記トナー粒子の表面における、前記有機ケイ素重合体の固着率が、87%以上100%以下であることを特徴とする。
本発明に係る実施形態では、トナー収容器から現像手段へのトナー搬送経路を有し、搬送経路における複数の搬送部材の一方が他方から回転力を受ける事で駆動する構成において、トナー収容器に収容されるトナーとして固着率が87%以上100%以下である事を特徴とする。
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。
本発明において、現像剤は、トナー粒子及び前記トナー粒子の表面に存在するケイ素を含有する化合物を有するトナーを含有する。
また、該トナーは、トナー粒子及び前記トナー粒子の表面に存在する無機ケイ素微粒子を有することが好ましい。
また、該トナーが、トナー粒子及び前記トナー粒子の表面を被覆する有機ケイ素重合体を有することが好ましい。
結着樹脂としては、ポリエステル樹脂、ビニル系樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂が挙げられる。
ポリエステル樹脂は、通常一般に知られている、アルコール成分と酸成分とを縮重合する方法を用いて製造するとよい。
ビニル系樹脂としては、スチレン及びその誘導体;不飽和モノオレフィン類;不飽和ポリエン類;α-メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;アクリル酸エステル類;ビニルケトン類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドのようなアクリル酸もしくはメタクリル酸誘導体などの重合性単量体を重合して製造するとよい。
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のような脂肪族炭化水素系ワックス。
離型剤の含有量は、結着樹脂又は結着樹脂を生成する重合性単量体100.0質量部に対して、1.0質量部以上30.0質量部以下であることが好ましく、5.0質量部以上25.0質量部以下であることがより好ましい。
るが、非磁性一成分トナーであることが好ましい。
非磁性一成分トナーとして用いる場合の着色剤としては、従来知られている種々の染料や顔料などが挙げられる。
イエロー着色剤としては、モノアゾ化合物、ジスアゾ化合物、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アントラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物、アリルアミド化合物などが挙げられる。
マゼンタ着色剤としては、モノアゾ化合物、縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アントラキノン化合物、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物などが挙げられる。
シアン着色剤としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アントラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物などが挙げられる。
該着色剤の含有量は、結着樹脂又は結着樹脂を生成する重合性単量体100.0質量部に対して、1.0質量部以上20.0質量部以下であることが好ましい。
乾式製法シリカ微粒子とは、例えば、四塩化ケイ素ガスの酸水素焔中における熱分解酸化反応を利用して製造するもので、基礎となる反応式は次のようなものである。
SiCl4+2H2+O2→SiO2+4HCl
この製造工程において、塩化アルミニウム又は塩化チタンなどの他の金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と共に用いることによってシリカと他の金属酸化物の複合微粒子を得ることも可能であり、無機ケイ素微粒子としてはそれらも包含する。
該無機ケイ素微粒子の一次粒子の個数平均粒径(D1)は、5nm以上、10nm以上、15nm以上、20nm以上、25nm以上であることが好ましく、また、500nm以下、400nm以下、300nm以下、250nm以下、200nm以下であることが好ましい。該数値範囲は任意に組み合わせることができる。
該無機ケイ素微粒子の含有量は、トナー粒子100.0質量部に対して、0.1質量部以上10.0質量部以下であることが好ましく、1.0質量部以上5.0質量部以下であることがより好ましい。
該固着率が上記範囲である場合、搬送経路中において、トナーが搬送部材により強いせん断力を受ける構成であっても、該無機ケイ素微粒子が外れにくく、該無機ケイ素微粒子の凝集を抑制することができる。その結果、無機ケイ素微粒子の凝集体が大きく成長しない為、スジ画像などの画像欠陥が発生しにくい。
なお、上記固着率は、トナー粒子と無機ケイ素微粒子の混合物に、高速接触による撃力又はせん断力を加減することにより、上記範囲に調整することができる。
該被覆率が上記範囲である場合、搬送経路中において、トナーが搬送部材により強いせん断力を受ける構成であっても、該無機ケイ素微粒子が外れにくく、該無機ケイ素微粒子
の凝集を抑制することができる。その結果、無機ケイ素微粒子の凝集体が大きく成長しない為、スジ画像などの画像欠陥が発生しにくい。
なお、上記被覆率は、無機ケイ素微粒子の添加量により、上記範囲に調整することができる。
洗浄前トナー:作製した各種トナーをそのまま用いて、下記方法で洗浄前のトナー粒子の表面に存在するケイ素化合物中のケイ素量を求める。
洗浄後トナー:
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)に上記ショ糖濃厚液を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。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。採取したトナーを含む水溶液を減圧濾過器で濾過した後、乾燥機で1時間以上乾燥する。乾燥品をスパチュラで解砕し、下記方法で洗浄後のトナー粒子の表面に存在するケイ素量を求める。
そして、(洗浄後のトナー粒子の表面に存在するケイ素量/洗浄前のトナー粒子の表面に存在するケイ素量)×100を固着率(%)とする。
測定装置としては、波長分散型蛍光X線分析装置「Axios」(PANalytical社製)と、測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「SuperQ ver.4.0F」(PANalytical社製)を用いる。なお、X線管球のアノードとしてはRhを用い、測定雰囲気は真空、測定径(コリメーターマスク径)は10mm、測定時間10秒とする。また、軽元素を測定する場合にはプロポーショナルカウンタ(PC)、重元素を測定する場合にはシンチレーションカウンタ(SC)で検出する。
測定サンプルとしては、専用のプレス用アルミリング直径10mmの中に、洗浄前、又は、洗浄後のトナーを約1g入れて平らにならし、錠剤成型圧縮機「BRE-32」(前川試験機製作所社製)を用いて、20MPaで60秒間加圧し、厚さ約2mmに成型したペレットを用いる。
該条件で測定を行い、得られたX線のピーク位置をもとに元素を同定し、単位時間あたりのX線光子の数である計数率(単位:cps)からその濃度を算出する。
に、各検量線用試料中のSiO2添加量を横軸として、一次関数の検量線を得る。
次に、分析対象の上記ペレットのSi-Kα線の計数率を測定する。そして、上記の検量線を用いて、各ケイ素量を求める。
無機ケイ素微粒子のトナー粒子の表面に対する被覆率は、日立超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡S-4800((株)日立ハイテクノロジーズ)にて撮影されたトナー粒子表面画像を、画像解析ソフトImage-Pro Plus ver.5.0((株)日本ローパー)により解析して算出する。S-4800の画像撮影条件は以下の通りである。
(1)試料作製
試料台(アルミニウム試料台15mm×6mm)に導電性ペーストを薄く塗り、その上にトナーを吹きつける。さらにエアブローして、余分なトナーを試料台から除去し十分乾燥させる。試料台を試料ホルダーにセットし、試料高さゲージにより試料台高さを36mmに調節する。
(2)S-4800観察条件設定
上記被覆率の算出は、S-4800の反射電子像観察により得られた画像を用いて行う。反射電子像は二次電子像と比べて無機微粒子のチャージアップが少ないため、被覆率を精度良く測定することができる。
S-4800の筐体に取り付けられているアンチコンタミネーショントラップに液体窒素を溢れるまで注入し、30分間置く。S-4800の「PC-SEM」を起動し、フラッシング(電子源であるFEチップの清浄化)を行う。画面上のコントロールパネルの加速電圧表示部分をクリックし、[フラッシング]ボタンを押し、フラッシング実行ダイアログを開く。フラッシング強度が2であることを確認し、実行する。フラッシングによるエミッション電流が20~40μAであることを確認する。試料ホルダーをS-4800筐体の試料室に挿入する。コントロールパネル上の[原点]を押し試料ホルダーを観察位置に移動させる。
加速電圧表示部をクリックしてHV設定ダイアログを開き、加速電圧を[0.8kV]、エミッション電流を[20μA]に設定する。オペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、信号選択を[SE]に設置し、SE検出器を[上(U)]及び[+BSE]を選択し、[+BSE]の右の選択ボックスで[L.A.100]を選択し、反射電子像で観察するモードにする。同じくオペレーションパネルの[基本]のタブ内にて、電子光学系条件ブロックのプローブ電流を[Normal]に、焦点モードを[UHR]に、WDを[3.0mm]に設定する。コントロールパネルの加速電圧表示部の[ON]ボタンを押し、加速電圧を印加する。
(3)トナーの個数平均粒径(D1)の算出
コントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を5000(5k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。
次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。この操作をさらに2度繰り返し、ピントを合わせる。
その後、トナー300個について粒径を測定して個数平均粒径(D1)を求める。なお、個々の粒子の粒径は、トナーの粒子を観察した際の最大径とする。
(4)焦点調整
(3)で得た、個数平均粒径(D1)の±0.1μmの粒子について、最大径の中点を
測定画面の中央に合わせた状態でコントロールパネルの倍率表示部内をドラッグして、倍率を10000(10k)倍に設定する。操作パネルのフォーカスつまみ[COARSE]を回転させ、ある程度焦点が合ったところでアパーチャアライメントの調整を行う。コントロールパネルの[Align]をクリックし、アライメントダイアログを表示し、[ビーム]を選択する。操作パネルのSTIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を回転し、表示されるビームを同心円の中心に移動させる。次に[アパーチャ]を選択し、STIGMA/ALIGNMENTつまみ(X,Y)を一つずつ回し、像の動きを止める又は最小の動きになるように合わせる。アパーチャダイアログを閉じ、オートフォーカスで、ピントを合わせる。その後、倍率を50000(50k)倍に設定し、上記と同様にフォーカスつまみ、STIGMA/ALIGNMENTつまみを使用して焦点調整を行い、再度オートフォーカスでピントを合わせる。この操作を再度繰り返し、ピントを合わせる。ここで、観察面の傾斜角度が大きいと被覆率の測定精度が低くなりやすいので、ピント調整の際に観察面全体のピントが同時に合うものを選ぶことで、表面の傾斜が極力無いものを選択して解析する。
(5)画像保存
ABCモードで明るさ合わせを行い、サイズ1280×960ピクセルで写真撮影して保存する。この画像ファイルを用いて下記の解析を行う。トナーの粒子一つに対して写真を1枚撮影し、少なくともトナー30粒子以上について画像を得る。
(6)画像解析
本発明では下記解析ソフトを用いて、上述した手法で得た画像を2値化処理することで被覆率を算出する。このとき、上記一画面を正方形で12分割してそれぞれ解析する。
画像解析ソフトImage-Pro Plus ver.5.0の解析条件は以下の通りである。
ツールバーの「測定」から「カウント/サイズ」、「オプション」の順に選択し、二値化条件を設定する。オブジェト抽出オプションの中で8連結を選択し、平滑化を0とする。その他、予め選別、穴を埋める、包括線は選択せず、「境界線を除外」は「なし」とする。
ツールバーの「選択」から「測定項目」を選択し、面積の選別レンジに2~107と入力する。
被覆率の計算は、正方形の領域を囲って解析を行う。この時、領域の面積(C)は、24000~26000ピクセルになるようにする。「処理」-2値化で自動2値化し、無機微粒子の無い領域の面積の総和(D)を算出する。
正方形の領域の面積C、無機ケイ素微粒子の無い領域の面積の総和Dから下記式で無機ケイ素微粒子の被覆率が求められる。
無機ケイ素微粒子の被覆率(%)=100-(D/C×100)
上述した被覆率の計算を30粒子以上のトナー粒子について行う。得られた全データの算術平均値を本発明における無機ケイ素微粒子のトナー粒子の表面における被覆率(%)とする。
本発明において、トナー粒子の表面における該有機ケイ素重合体の固着率は、87%以上100%以下であり、90%以上100%以下であることが好ましい。
該固着率が上記範囲である場合、搬送経路中において、トナーが搬送部材により強いせん断力を受ける構成であっても、該有機ケイ素重合体が外れにくく、該有機ケイ素重合体の凝集を抑制することができる。その結果、有機ケイ素重合体の凝集体が大きく成長しない為、スジ画像などの画像欠陥が発生しにくい。
また、有機ケイ素重合体の固着率は、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。
R-SiO3/2 式(1)
(該Rは、炭素数が1以上、6以下の炭化水素基を示す。)
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(SiO2)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、その硬度を有機樹脂より高く、無機ケイ素微粒子よりは低く設定することが可能である。
また、上記Rは炭素数が1以上3以下の脂肪族炭化水素基であることが、帯電性及びカブリ防止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以下の脂肪族炭化水素基としては、メチル基、エチル基、又はプロピル基、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。
該有機ケイ素重合体でトナー粒子の表面を被覆することによって、トナー粒子の表面における、該有機ケイ素重合体の固着率を向上させることができる。また、該有機ケイ素重合体でトナー粒子の表面を被覆することによって、トナーの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。
上記式(Z)としては以下のものが挙げられる。
メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルジエトキシメトキシシラン、メチルエトキシジメトキシシラン、メチルトリクロロシラン、メチルメトキシジクロロシラン、メチルエトキシジクロロシラン、メチルジメトキシクロロシラン、メチルメトキシエトキシクロロシラン、メチルジエトキシクロロシラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルジアセトキシメトキシシラン、メチルジアセトキシエトキシシラン、メチルアセトキシジメトキシシラン、メチルアセトキシメトキシエトキシシラン、メチルアセトキシジエトキシシラン、メチルトリヒドロキシシラン、メチルメトキシジヒドロキシシラン、メチルエトキシジヒドロキシシラン、メチルジメトキシヒドロキシシラン、メチルエトキシメトキシヒドロキシシラン、メチルジエトキシヒドロキシシラン、のような三官能性のメチルシラン。
エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリクロロシラン、エチルトリアセトキシシラン、エチルトリヒドロキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、プロピルトリクロロシラン、プロピルトリアセトキシシラン、プロピルトリヒドロキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、ブチルトリクロロシラン、ブチルトリアセトキシシラン、ブチルトリヒドロキシ
シラン、ヘキシルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、ヘキシルトリクロロシラン、ヘキシルトリアセトキシシラン、ヘキシルトリヒドロキシシランのような三官能性のシラン。
フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリクロロシラン、フェニルトリアセトキシシラン、フェニルトリヒドロキシシランのような三官能性のフェニルシラン。
また、本発明の効果を損なわない程度に、式(Z)で示される構造を有する有機ケイ素化合物とともに、以下を併用して得られた有機ケイ素重合体を用いてもよい。一分子中に4つの反応基を有する有機ケイ素化合物(四官能性シラン)、一分子中に2つの反応基を有する有機ケイ素化合物(二官能性シラン)又は1つの反応基を有する有機ケイ素化合物(一官能性シラン)。
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。
該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粒子は、隙間なく接していることが好ましい。
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。
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)。
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。
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。
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。
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。
有機ケイ素重合体の含有量の測定は、波長分散型蛍光X線分析装置「Axios」(PANalytical社製)と、測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「SuperQ ver.4.0F」(PANalytical社製)を用いる。なお、X線管球のアノードとしてはRhを用い、測定雰囲気は真空、測定径(コリメーターマスク径)は27mm、測定時間10秒とする。また、軽元素を測定する場合にはプロポーショナルカウンタ(PC)、重元素を測定する場合にはシンチレーションカウンタ(SC)で検出する。
測定サンプルとしては、専用のプレス用アルミリングの中にトナー粒子4gを入れて平らにならし、錠剤成型圧縮機「BRE-32」(前川試験機製作所社製)を用いて、20MPaで、60秒間加圧し、厚さ2mm、直径39mmに成型したペレットを用いる。
有機ケイ素重合体を含まないトナー粒子100質量部に対して、シリカ(SiO2)微粉末を0.5質量部となるように添加し、コーヒーミルを用いて充分混合する。同様にして、シリカ微粉末を5.0質量部、10.0質量部となるようにトナー粒子とそれぞれ混合し、これらを検量線用の試料とする。
それぞれの試料について、錠剤成型圧縮機を用いて上記のようにして検量線用の試料のペレットを作製し、PETを分光結晶に用いた際に回折角(2θ)=109.08°に観測されるSi-Kα線の計数率(単位:cps)を測定する。この際、X線発生装置の加速電圧、電流値はそれぞれ、24kV、100mAとした。得られたX線の計数率を縦軸に、各検量線用試料中のSiO2添加量を横軸として、一次関数の検量線を得る。
次に、分析対象のトナー粒子を、錠剤成型圧縮機を用いて上記のようにしてペレットとし、そのSi-Kα線の計数率を測定する。そして、上記の検量線からトナー粒子中の有機ケイ素重合体含有量を求める。
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)に上記ショ糖濃厚液を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。
m、30分間の条件で分離する。トナー粒子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粒子をスパチュラ等で採取する。採取したトナー粒子を含む水溶液を減圧濾過器で濾過した後、乾燥機で1時間以上乾燥する。乾燥品をスパチュラで解砕し、蛍光X線でケイ素の量を測定する。上記ショ糖濃厚液で処理後のトナー粒子と処理前のトナー粒子の測定対象の元素量比から固着率(%)を計算する。
各元素の蛍光X線の測定は、JIS K 0119-1969に準ずるが、具体的には以下の通りである。
測定装置としては、波長分散型蛍光X線分析装置「Axios」(PANalytical社製)と、測定条件設定及び測定データ解析をするための付属の専用ソフト「SuperQ ver.4.0F」(PANalytical社製)を用いる。なお、X線管球
のアノードとしてはRhを用い、測定雰囲気は真空、測定径(コリメーターマスク径)は10mm、測定時間10秒とする。また、軽元素を測定する場合にはプロポーショナルカウンタ(PC)、重元素を測定する場合にはシンチレーションカウンタ(SC)で検出する。
測定サンプルとしては、専用のプレス用アルミリング直径10mmの中に水洗後のトナー粒子と初期のトナー粒子を約1g入れて平らにならし、錠剤成型圧縮機「BRE-32」(前川試験機製作所社製)を用いて、20MPaで60秒間加圧し、厚さ約2mmに成型したペレットを用いる。
上記条件で測定を行い、得られたX線のピーク位置をもとに元素を同定し、単位時間あたりのX線光子の数である計数率(単位:cps)からその濃度を算出する。
それぞれの試料について、錠剤成型圧縮機を用いて上記のようにして検量線用の試料のペレットを作製し、PETを分光結晶に用いた際に回折角(2θ)=109.08°に観測されるSi-Kα線の計数率(単位:cps)を測定する。この際、X線発生装置の加速電圧、電流値はそれぞれ、24kV、100mAとする。得られたX線の計数率を縦軸に、各検量線用試料中のSiO2添加量を横軸として、一次関数の検量線を得る。
そして、(ショ糖処理後のトナー粒子の表面に存在するケイ素量/ショ糖処理前のトナー粒子の表面に存在するケイ素量)×100を固着率(%)とする。
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。
行われていることが好ましい。外添剤のBET比表面積は、10m2/g以上450m2/g以下であることが好ましい。
することができる。
<画像形成装置の概略>
図2を参照して、本発明の実施形態1に係る電子写真画像形成装置の全体構成について説明する。図2は、本発明の実施形態1に係る画像形成装置1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1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。
重力方向(鉛直方向)に略対応し、紙面の左右方向が水平方向に略対応する。
また、ここでは、イエロー、マゼンダ、シアン、ブラックの各色毎にy,m,c,kの添え字を記載しているが、各色毎に区別の必要がない場合は、以降簡単の為、適宜省略して記載する。
より詳細に説明すると、プロセスカートリッジ4は、ドラムユニット46と現像ユニット45に分かれていて、両者を一体として、またはそれぞれが個別に、画像形成装置1本体に対して着脱可能に構成されている。ドラムユニット46は、感光体ドラム5と、帯電ローラ6と、ドラムクリーニング部材8と、それらを一体的に支持するとともにドラムクリーニング部材8によって感光体ドラム5から掻き取られた残トナーを収容する廃トナー収容部を有する枠体と、が一体となったカートリッジである。現像ユニット45は、現像剤担持体としての現像ローラ7と、トナー供給ローラと、規制部材としての現像ブレード9と、それらを一体的に支持するとともにトナー収容部44を有する枠体(現像容器)と、が一体となったカートリッジである。
本実施例では、トナーカートリッジ20が、現像ユニット45とは略水平方向に並び、ドラムユニット46との略垂直方向の下方に並ぶように、配置されている。
プロセスカートリッジ4に対するトナーの搬送経路に関しては詳細を後述する。
本実施形態では、トナーカートリッジ20と現像ユニット45とを別体とし其々画像形成装置1の装置本体に対して着脱可能とすることで、メンテナンス性を向上させている。
即ち、画像形成のプロセス手段をプロセスカートリッジ4として一体的に装置本体に着脱可能に構成する一方で、画像形成プロセスに用いられる現像剤を収容する現像剤容器を、プロセスカートリッジ4とは独立して装置本体に着脱可能なトナーカートリッジ20として構成している。また、トナー搬送経路は、装置本体1に配置することで、カートリッジの小型化を図っている。
る。この静電潜像を現像ローラ7が担持するトナー(現像剤)によって現像することにより感光体ドラム5上にトナー像(現像剤像)が形成される。各プロセスカートリッジ4の感光体ドラム5上に形成されたトナー像は、中間転写ベルト11にそれぞれ一次転写される。中間転写ベルト11は駆動ローラ12がモータ(不図示)などの駆動源から回転力を受けることにより矢印Aの方向に回転する。一次転写されたトナー像は、中間転写ベルト11の回転により回転方向下流にある二次転写対向ローラ14aと二次転写ローラ14bとで形成される二次転写部に到達し、ここでトナー像がシートに転写される。
トナー像が転写されたシートは、定着器15に送られ、加熱、加圧されてトナー像がシートに定着された後、排出ローラ16によって搬送されて排出部(排紙トレー)に排出される。
現像ブレード9は、現像ローラ7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7に担持されるトナー量を規制する部材である。また、トナーは現像ブレード9と現像ローラ7との摺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。現像ブレード9は短手方向の一方の端部が現像容器にビス等の締結具によって固定され、他方の端部は自由端となっている。
現像ローラ7として、弾性ゴム層を被覆したローラを用いた。弾性ゴム層は、感光体ドラム5との接触状態を均一に保つ為に、その硬度はMD1硬度で20~50°の硬度が好適に用いられる。実施形態においては、ゴム硬度38°のものを用いた。ゴム硬度は高分子計器株式会社製のMD-1硬度計(押針形状:タイプA)により測定した。表面粗さは中心線平均粗さRaで0.2~2.0μmに設定され、必要量のトナーが表面に保持される。Raが0.2未満となると所望のトナー量が得られず、濃度が薄くなる。またRaが2.0より大きくなると、トナー個々に十分な帯電を与えにくく、非画像部にトナーが付着する、所謂「かぶり」が発生しやすくなる。実施形態においては、Ra=1.0μmのものを用いた。中心線平均粗さRaは、小坂研究所社製「サーフコーダSE3500」により測定した。
図3(a),(b),(c)で示すように、トナーカートリッジ20にはトナー排出口24およびトナー搬送スクリュー23が配置されている。図3(a)は、トナーカートリッジ20の模式的斜視図、図3(b)は、図3(a)中の点線Aにおけるトナーカートリッジ20の模式的断面図、図3(c)は、図3(a)中の点線Bにおけるトナーカートリッジ20の模式的断面図となっている。
記装着方向下流にさらに突出するように設けられている。トナーカートリッジ20が画像形成装置本体に装着されると、連結部203のトナー排出口24が、搬送路形成部材70へトナーを受け渡し可能な位置(後述する搬送路形成部材70のトナー受け入れ口71と連通可能に重なる位置)に配置される。
図5(a)は、トナーカートリッジ20およびプロセスカートリッジ4が本体1に装着された状態における、本体搬送路形成部材70周辺の構成の模式的斜視図、図5(b)は、図5(a)中の点線Hにおける模式的断面図を示している。
トナーカートリッジ20から排出されたトナーは、本体搬送路形成部材70のトナー受け入れ口71に自重によって受け渡される。そして、搬送スクリュー36の回転によって矢印Dの方向に搬送される。
なお、トナー排出スクリュー37が不図示のモータ等の駆動源から回転力を直接受けるものとし、トナー搬送スクリュー36がトナー排出スクリュー37から回転力を受けて従動回転する構成としてもよい。
なお、トナー搬送スクリュー36の回転軸36kとトナー排出スクリュー37の回転軸37kは、両者に直交する方向(図5では図の上下方向)において互いにずれた位置関係にある。そのため、トナー搬送スクリュー36の第1ブレード歯面36gの移動領域(ブレード歯面がトナーに対して直接的に搬送作用を及ぼす(接触する)空間領域)と、トナー排出スクリュー37の第2ブレード歯面37gの移動領域も、互いにずれた位置関係となる。したがって、各スクリューのそれぞれブレード歯面の移動領域のずれに対応して、搬送路形成部材70の中空空間も、第1搬送部701の中空空間と第2搬送部702の中空空間とが、各スクリューの回転軸と直交する方向においてずれた構成とすると好適であ
る。すなわち、トナー搬送路の底面と天井のそれぞれの高さが、第1搬送部701と第2搬送部702との間で上下にずれるような構成である。このように、各スクリューと搬送路形成部材70の中空内壁面との間のギャップをトナー搬送に好適な設定にしてトナーの搬送効率を高めるのが好適である。
なお、図4では、第1搬送部701と第2搬送部702が同じ高さに形成された構成となっているが、例えば、壁の厚みを変化させる等により、それぞれの内部空間を上述したようにブレード歯面の移動領域のずれに合せて互いにずらすように構成してよい。あるいは、搬送路形成部材70全体で壁の厚みを均一にするなら、図4における外観構成として、第1搬送部701と第2搬送部702のそれぞれの上面及び下面の高さが上下にずれたような構成としてもよい。
このようにブレード歯面の移動領域の高さのずれに合せて搬送路形成部材の構成を変化させることは、他の実施形態の構成においても同様に適用してよい。
本実施例で用いたトナーについて以下に説明する。以下、各材料の「部」は特に断りがない場合、全て質量基準である。
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。
・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
これを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。
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トナー粒子を得た。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。
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1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。
本実施例においては、得られたトナー粒子1に対して、無機ケイ素微粒子を外添してトナーを作成した。
トナー粒子100質量部に対して、シリカ微粒子2.0質量部~5.0質量部をヘンシェルミキサー(三井鉱山社製、FM-10C)で10分間~30分間乾式混合して、トナーA~Eを得た。
(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
△:若干発生 画像の一部に軽微な縦スジ状の濃度ムラが発生したが、使用上問題なし
×: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
(現像ローラのスジ削れ)
〇:発生なし 現像ローラ清掃後の目視による観察で、削れ痕なし
△:若干発生 現像ローラ清掃後の目視による観察で、軽微な削れ跡は見られるが、
使用上問題なし
×:発生 現像ローラ清掃後の目視による観察で、削れ痕あり
表2は表1に記載のトナーを用いた画像評価、及び現像ローラ表面観察の結果である。
その後、現像ローラ7上に供給されたシリカ微粒子の凝集体は小さいものであれば、現像ブレード9を通過し現像することでスジ画像に至ることはないが、トナーDの場合のようにシリカ微粒子の凝集体が大きくなり、現像ブレード9との当接ニップ及びその上流側に滞留すると現像ローラ7上のトナーコートムラが起こり画像スジに至ることがある。
また、トナーEの場合のように、更にシリカ微粒子の凝集体が大きく成長した場合には、現像ブレード9との当接ニップ及びその上流側に挟まることがあり、現像ローラ7表面と摺擦することで現像ローラ7のスジ状削れとなることがある。
また、逆にトナーA、B、Cにおいてはシリカ微粒子の凝集体が大きく成長しない為、スジ画像が発生しなかったことを示している。
無機ケイ素微粒子の固着率が高いトナーを用いることで、実施例のような搬送経路中に強いせん断力を受ける構成であってもシリカ微粒子が外れにくく、該シリカ微粒子の凝集体の形成を抑制することができる。該固着率が意味することは、前述した固着率の測定方法からも理解できるように、シリカ微粒子の外れにくさを表している。
本実施形態は実施形態1と異なる部分を詳細に説明し、実施形態1と同様の部分については詳細な説明を割愛する。
図7は、本実施形態における本体1の簡略図である。実施形態1と異なる点は、トナーカートリッジ25が、現像ローラ7をハウジングしている現像容器部分である現像ユニット45の枠体の下方に、ドラムユニット46とは略水平方向に並ぶように、配置されている点である。このようにトナーカートリッジ25を配置することで、例えば、現像ユニット45までのトナー搬送経路が短くなり本体構成が簡素にできる等のメリットがある。
図8は、トナーカートリッジ25の外観構成を示す模式的斜視図である。本実施形態におけるトナーカートリッジ25は、実施形態1におけるトナーカートリッジ20の構成を左右反転したような構成となっている。すなわち、トナーカートリッジ25におけるトナー排出の構成は、トナーカートリッジ20と同様であり、説明は省略する。
トナーカートリッジ25の連結部253(実施形態1のトナーカートリッジ20の連結部203と同様の構成である)のトナー排出口24から排出されたトナーは、本体搬送路形成部材80の受け入れ口81に自重によって受け渡される。
ーを搬送する。この駆動受け部50が回転力を受ける際に、トナーがトナー搬送スクリュー86と駆動受け部50との間で挟持・摺擦される。
なお、トナー搬送スクリュー86が不図示のモータ等の駆動源から回転力を直接受けるものとし、トナー排出スクリュー87がトナー搬送スクリュー86から回転力を受けて従動回転する構成としてもよい。
発明者らの鋭意検討によると、本構成では、駆動受け部50においてトナーが繰り返しせん断力を受けることに加え、トナーから外れた外添剤が留まりやすいため、実施形態1に比べて外添剤の凝集塊が成長しやすいことが分かった。
表4は表3に記載のトナーを用いた画像評価、及び現像ローラ表面観察の結果である。
また、実施形態1と異なる点は、トナー搬送スクリュー86がトナーを上方に搬送する構成である点である。発明者らの鋭意検討によると、駆動受け部に挟持されたトナーがトナー排出スクリュー87に受けわたってすぐにトナー排出スクリュー87から零れ落ち、トナー搬送スクリュー86と搬送経路の壁の間に落下しているものがあることがわかった。結果として何度も繰り返し駆動受け部に挟持されるトナーが発生する。そのため、外添剤の凝集体形成を抑制する為に必要な固着率が上がったと考えられる。
更なる検討の結果、トナーがトナー排出スクリュー87から零れ落ちる条件は、トナー排出スクリュー87の回転軸の角度が水平面に対してトナーの安息角以上であることがわかった。
り好ましくは無機ケイ素微粒子の固着率が90%以上のトナーであればシリカ微粒子の凝集体の成長に起因する縦スジ画像を更に抑制することができる。
該有機ケイ素重合体を含有する表層で被覆されたトナーにおいても、上記実施形態で示したものと同様の効果が得られる。すなわち、本実施形態は、トナー搬送経路中において強いせん断力を受けた場合であっても、有機ケイ素重合体が外れて凝集体を形成することを抑制することができる。
(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
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。
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部添加してトナー粒子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。
<固着率の測定方法>
「トナー粒子の表面における有機ケイ素重合体の固着率の測定方法」にて述べた方法により測定を行った。
トナーL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5のように変えた以外は、トナーK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Lの測定結果を表5に示す。
トナーM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5のように変えた以外は、トナーK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Mの評価結果を表5に示す。
(表層用有機ケイ素化合物の加水分解工程)は行わなかった。代わりに、表層用有機ケイ素化合物のメチルトリエトキシシラン30部をモノマーのまま(重合性単量体組成物の
調製工程)で添加した。
(重合工程)では70℃に冷却してpH測定を行った後、加水分解液の添加を行わなかった。70℃で撹拌を継続したまま、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分保持して表層を形成させた。得られたトナーNの評価結果を表5に示す。
表6は表5に記載のトナーを用いた画像評価、及び現像ローラ表面観察の結果である。
配置されている場合であっても、有機ケイ素重合体の固着率が固着率90%以上のトナーであれば有機ケイ素重合体の凝集体の成長に起因する縦スジ画像を抑制することができる。
本実施形態が実施形態1と異なる点は、装置本体1に備え付けられていた搬送路形成部材70がトナーカートリッジ20と一体となって装置本体1に対して着脱自在になっている点である。
実施形態3のトナーカートリッジ26は、装置本体への装着方向の下流側の側面に搬送路形成部27が設けられている。
搬送路形成部27は、搬送路形成部材70と同様のダクト状の中空部材で構成され、その中空内部空間がトナー搬送路を構成する。搬送路形成部27によるトナー搬送路は、トナーカートリッジ26の内部空間と、プロセスカートリッジ4の連結部43の内部空間と、の間を連通する。搬送路形成部27は、上流のトナーカットリッジ26側から下流のプロセスカートリッジ4の連結部43側にかけて、搬送方向が互いに異なる第1搬送部271、第2搬送部272、第3搬送部273を有している。
トナーカートリッジ26の内部構造は、実施形態1のトナーカートリッジ20と同様であり、トナー搬送スクリュー26の先端が、搬送路形成部27の第1搬送部271の内部まで延びている。したがって、トナー搬送スクリュー26により、第1搬送部271の内部上方までトナーが搬入され、第1搬送部271内部を落下する。以降のトナーの搬送は、実施形態1の搬送路形成部材70と同様、第2搬送部272、第3搬送部273の内部にそれぞれ配置された不図示のトナー搬送スクリュー、トナー排出スクリューによって行われる。
尚、本実施形態の説明で用いた設定条件は一例であり、これに限定されない。
本実施形態が実施形態1と異なる点は、装置本体1に備え付けられていたトナー搬送経路70がプロセスカートリッジ4と一体となって装置本体1に対して着脱自在になっている点である。
実施形態4のプロセスカートリッジ4は、装置本体への装着方向の下流側の側面に搬送路形成部47が設けられている。
トナーカートリッジ20は、実施形態1の物と同様の構成である。
搬送路形成部47は、搬送路形成部材70と同様のダクト状の中空部材で構成され、その中空内部空間がトナー搬送路を構成する。搬送路形成部47によるトナー搬送路は、トナーカートリッジ20の内部空間と、プロセスカートリッジ4の内部空間(現像ユニット45のトナー収容部44)と、の間を連通する。搬送路形成部47は、上流のトナーカットリッジ20側から下流のプロセスカートリッジ4の内部空間側にかけて、搬送方向が互いに異なる第1搬送部471、第2搬送部472、第3搬送部473、第4搬送部474を有している。
第2搬送部472、第3搬送部473、第4搬送部474には、それぞれ不図示のトナ
ー搬送スクリューが配置され、回転駆動力が直列的に伝達するように順次連結されている。
尚、本実施形態の説明で用いた設定条件は一例であり、これに限定されない。
Claims (15)
- 画像形成装置に用いられる現像装置であって、
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、
前記現像剤担持体に担持される前記現像剤を規制するための規制部材と、
前記現像剤担持体と前記規制部材を支持し、前記現像剤の収容部を有する枠体と、
前記現像剤を収容する現像剤容器と、
前記現像剤容器から前記枠体の前記収容部へ前記現像剤を供給するための搬送経路と、を有し、
前記搬送経路には、回転することにより前記現像剤を搬送する第1搬送部材と、回転することにより前記現像剤を搬送する第2搬送部材と、が配置され、
前記第2搬送部材は、前記第1搬送部材から回転力を受ける駆動受け部を有し、
前記現像剤は、トナー粒子及び前記トナー粒子の表面を被覆する有機ケイ素重合体であって、下記式(1)で表される構造を有する前記有機ケイ素重合体を有するトナーを含有し、
R-SiO 3/2 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。)
前記トナー粒子の表面における、前記有機ケイ素重合体の固着率が、87%以上100%以下であることを特徴とする現像装置。 - 前記第1搬送部材と前記第2搬送部材のうち前記搬送経路において下流に位置する方の搬送部材の回転軸は、動作時の水平面に対して前記現像剤の安息角よりも大きくなるように配置されており、
前記固着率が、90%以上100%以下である、請求項1に記載の現像装置。 - 前記第1搬送部材及び前記第2搬送部材は、回転軸と、前記回転軸の外周に設けられた螺旋羽根と、を有するスクリューである、請求項1または2に記載の現像装置。
- 前記搬送経路は、前記枠体と前記現像剤容器との対向方向とは異なる方向に迂回して前記現像剤容器から前記枠体の前記収容部まで延びている、請求項1~3のいずれか1項に
記載の現像装置。 - 前記現像剤担持体と前記規制部材と前記枠体とが、第1のカートリッジとして画像形成装置の装置本体に対して着脱可能であり、
前記現像剤容器が、第2のカートリッジとして前記第1のカートリッジとは個別に画像形成装置の装置本体に対して着脱可能であり、
前記搬送経路は、前記装置本体に設けられている、
請求項1~4のいずれか1項に記載の現像装置。 - 潜像が形成される像担持体と、
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、
前記現像剤担持体に担持される前記現像剤を規制するための規制部材と、
少なくとも前記現像剤担持体と前記規制部材を支持し、前記現像剤の収容部を有する枠体と、
前記現像剤を収容する現像剤容器と、
前記現像剤容器から前記枠体の前記収容部へ前記現像剤を供給するための搬送経路と、を有し、
前記搬送経路には、回転することにより前記現像剤を搬送する第1搬送部材と、回転することにより前記現像剤を搬送する第2搬送部材と、が配置され、
前記第2搬送部材は、前記第1搬送部材から回転力を受ける駆動受け部を有し、
前記現像剤は、トナー粒子及び前記トナー粒子の表面を被覆する有機ケイ素重合体であって、下記式(1)で表される構造を有する前記有機ケイ素重合体を有するトナーを含有し、
R-SiO 3/2 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。)
前記トナー粒子の表面における、前記有機ケイ素重合体の固着率が、87%以上100%以下であることを特徴とする画像形成装置。 - 前記第1搬送部材と前記第2搬送部材のうち前記搬送経路において下流に位置する方の搬送部材の回転軸は、動作時の水平面に対して前記現像剤の安息角よりも大きくなるように配置されており、
前記固着率が、90%以上100%以下である、請求項6に記載の画像形成装置。 - 前記第1搬送部材及び前記第2搬送部材は、回転軸と、前記回転軸の外周に設けられた螺旋羽根と、を有するスクリューである、請求項6または7に記載の画像形成装置。
- 前記搬送経路は、前記枠体と前記現像剤容器との対向方向とは異なる方向に迂回して前記現像剤容器から前記枠体の前記収容部まで延びている、請求項6~8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
- 前記現像剤担持体と前記規制部材と前記枠体とが、第1のカートリッジとして、前記現像剤容器が、第2のカートリッジとして前記第1のカートリッジとは個別に、それぞれ着脱可能に構成された装置本体をさらに備え、
前記搬送経路は、前記装置本体に設けられている、
請求項6~9のいずれか1項に記載の画像形成装置。 - 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、
前記現像剤担持体に担持される前記現像剤を規制するための規制部材と、
前記現像剤担持体と前記規制部材を支持し、前記現像剤の収容部を有する枠体と、
前記現像剤を収容する現像剤容器と、
前記現像剤容器から前記枠体の前記収容部へ前記現像剤を供給するための搬送経路と、を有し、
前記搬送経路には、回転することにより前記現像剤を搬送する第1搬送部材と、回転することにより前記現像剤を搬送する第2搬送部材と、が配置され、
前記第2搬送部材は、前記第1搬送部材から回転力を受ける駆動受け部を有し、
前記現像剤は、トナー粒子及び前記トナー粒子の表面を被覆する有機ケイ素重合体であって、下記式(1)で表される構造を有する前記有機ケイ素重合体を有するトナーを含有し、
R-SiO 3/2 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。)
前記トナー粒子の表面における、前記有機ケイ素重合体の固着率が、87%以上100%以下であることを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 前記第1搬送部材と前記第2搬送部材のうち前記搬送経路において下流に位置する方の搬送部材の回転軸は、動作時の水平面に対して前記現像剤の安息角よりも大きくなるように配置されており、
前記固着率が、90%以上100%以下である、請求項11に記載のプロセスカートリッジ。 - 前記第1搬送部材及び前記第2搬送部材は、回転軸と、前記回転軸の外周に設けられた螺旋羽根と、を有するスクリューである、請求項11または12に記載のプロセスカートリッジ。
- 前記搬送経路は、前記枠体と前記現像剤容器との対向方向とは異なる方向に迂回して前記現像剤容器から前記枠体の前記収容部まで延びている、請求項11~13のいずれか1項に記載のプロセスカートリッジ。
- 前記現像剤担持体と前記規制部材と前記枠体とが、第1のカートリッジとして画像形成装置の装置本体に対して着脱可能であり、
前記現像剤容器が、第2のカートリッジとして前記第1のカートリッジとは個別に画像形成装置の装置本体に対して着脱可能であり、
前記搬送経路は、前記装置本体に設けられている、
請求項11~14のいずれか1項に記載のプロセスカートリッジ。
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