JP7330852B2 - 電子写真装置、プロセスカートリッジ、及びカートリッジセット - Google Patents
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Description
特許文献1は、結晶性ポリエステルを用いることによる低温可塑性が向上したトナーを開示している。特許文献1によれば、トナーが十分に溶融しないことに起因する、定着ニップ通過時にトナーが定着フィルム上に付着し、そのまま一周した後に紙上に定着される、いわゆるコールドオフセットが抑制できることが記載されている。また、そうした結晶性材料を微小なドメインとしてトナー内に分散させることで、シャープメルト性を向上できることが記載されている。
特許文献2では、結晶性ポリエステルと低融点ワックスのドメイン制御とを併用することにより、シャープメルト性による低温定着性と高温における保存性との両立を可能にしている。
一方、特許文献1及び2に係る、低温定着性に優れるトナーは、例えば、高温高湿環境下で使用された場合、変形しやすい。
そのため、高温高湿環境下で、低温定着性に優れるトナーが、転写残トナーとして帯電部材の表面に付着すると、当該転写残トナーが帯電部材の表面に融着していき、帯電部材の表面にトナーの融着物の膜を形成することがある。外表面に、かかる融着物の膜が形成された帯電部材は、電子写真感光体を均一に帯電させることができず、画像にムラを生じさせ得ることがわかった。
例えば、特許文献3のように、架橋剤などを用いてトナーの粘弾性を向上させてトナーの変形を抑制する手法がある。しかしながら、このようなトナーの定着温度は相対的には高くなる。すなわち、トナーの変形抑制と、優れた低温定着性とはトレードオフの関係にある。
本開示は、省エネルギー性に優れ、かつ、高品位な電子写真画像を安定して形成することができる電子写真装置、プロセスカートリッジ、及びカートリッジセットを提供する。
電子写真感光体、該電子写真感光体の表面を帯電させるための帯電装置、及び該電子写真感光体の表面に形成された静電潜像をトナーにより現像して該電子写真感光体の表面にトナー像を形成するための現像装置、を有する電子写真装置であって、
該帯電装置が、該電子写真感光体に接触可能に配置された導電性部材を有し、
該導電性部材が、導電性の外表面を有する支持体、及び該支持体の該外表面上に設けられた導電層を有し、
該導電層が、マトリックス及び該マトリックス中に分散された複数のドメインを有し、
該マトリックスが、第一のゴムを含有し、
該ドメインが、第二のゴム及び電子導電剤を含有し、
該ドメインの少なくとも一部は、該導電性部材の外表面に露出し、
該導電性部材の外表面は、少なくとも、該マトリックスと、該導電性部材の外表面に露出している該ドメインとで構成され、
該マトリックスの体積抵抗率R1が、1.00×1012Ω・cmより大きく、
該ドメインの体積抵抗率R2が、該マトリックスの体積抵抗率R1よりも小さく、
該導電性部材の外表面に露出している該マトリックスにおいて測定されるマルテンス硬度をG1とし、
該導電性部材の外表面に露出している該ドメインにおいて測定されるマルテンス硬度をG2としたとき、
G1及びG2は、共に、1.0N/mm2~10.0N/mm2の範囲内であり、
G1<G2の関係を満たし、
該現像装置は、該トナーを含み、
該トナーは、結着樹脂、着色剤、及び結晶性材料を含有するトナー粒子を有し、
該トナーの粉体動的粘弾性測定における貯蔵弾性率E´のオンセット温度T(A)が、80.0℃以下である電子写真装置が提供される。
また、本開示の他の態様によれば、
電子写真装置の本体に脱着可能であるプロセスカートリッジであって、
該プロセスカートリッジが、電子写真感光体の表面を帯電させるための帯電装置、及び該電子写真感光体の表面に形成された静電潜像をトナーにより現像して電子写真感光体の表面にトナー像を形成するための現像装置を有し、
該帯電装置が、該電子写真感光体に接触可能に配置された導電性部材を有し、
該導電性部材が、導電性の外表面を有する支持体、及び該支持体の該外表面上に設けられた導電層を有し、
該導電層が、マトリックス及び該マトリックス中に分散された複数のドメインを有し、
該マトリックスが、第一のゴムを含有し、
該ドメインが、第二のゴム及び電子導電剤を含有し、
該ドメインの少なくとも一部は、該導電性部材の外表面に露出し、
該導電性部材の外表面は、少なくとも、該マトリックスと、該導電性部材の外表面に露出している該ドメインとで構成され、
該マトリックスの体積抵抗率R1が、1.00×1012Ω・cmより大きく、
該ドメインの体積抵抗率R2が、該マトリックスの体積抵抗率R1よりも小さく、
該導電性部材の外表面に露出している該マトリックスにおいて測定されるマルテンス硬度をG1とし、
該導電性部材の外表面に露出している該ドメインにおいて測定されるマルテンス硬度をG2としたとき、
G1及びG2は、共に、1.0N/mm2~10.0N/mm2の範囲内であり、
G1<G2の関係を満たし、
該現像装置は、該トナーを含み、
該トナーは、結着樹脂、着色剤、及び結晶性材料を含有するトナー粒子を有し、
該トナーの粉体動的粘弾性測定における貯蔵弾性率E´のオンセット温度T(A)が、80.0℃以下であるプロセスカートリッジが提供される。
また、本開示の他の態様によれば、
電子写真装置の本体に脱着可能である第一のカートリッジ及び第二のカートリッジを有するカートリッジセットであって、
該第一のカートリッジが、電子写真感光体の表面を帯電させるための帯電装置、及び該帯電装置を支持するための第一の枠体を有し、
該第二のカートリッジが、電子写真感光体の表面に形成された静電潜像を現像して電子写真感光体の表面にトナー像を形成するためのトナーを収容しているトナー容器を有し、
該帯電装置が、該電子写真感光体に接触可能に配置された導電性部材を有し、
該導電性部材が、導電性の外表面を有する支持体、及び該支持体の該外表面上に設けられた導電層を有し、
該導電層が、マトリックス及び該マトリックス中に分散された複数のドメインを有し、
該マトリックスが、第一のゴムを含有し、
該ドメインが、第二のゴム及び電子導電剤を含有し、
該ドメインの少なくとも一部は、該導電性部材の外表面に露出し、
該導電性部材の外表面は、少なくとも、該マトリックスと、該導電性部材の外表面に露出している該ドメインとで構成され、
該マトリックスの体積抵抗率R1が、1.00×1012Ω・cmより大きく、
該ドメインの体積抵抗率R2が、該マトリックスの体積抵抗率R1よりも小さく、
該導電性部材の外表面に露出している該マトリックスにおいて測定されるマルテンス硬度をG1とし、
該導電性部材の外表面に露出している該ドメインにおいて測定されるマルテンス硬度をG2としたとき、
G1及びG2は、共に、1.0N/mm2~10.0N/mm2の範囲内であり、
G1<G2の関係を満たし、
該トナーは、結着樹脂、着色剤及び結晶性材料を含有するトナー粒子を有し、
該トナーの粉体動的粘弾性測定における貯蔵弾性率E´のオンセット温度T(A)が、80.0℃以下であるカートリッジセットが提供される。
数値範囲が段階的に記載されている場合、各数値範囲の上限及び下限は任意に組み合わせることができる。
本発明者らの検討の結果、下記のトナーと、下記の導電性部材との組み合わせにより、電子写真画像の形成における省エネルギー性のより一層の推進と、高品位な電子写真画像の安定的な形成とを両立できることを見出した。
結着樹脂、着色剤、及び結晶性材料を含有するトナー粒子を有し、粉体動的粘弾性測定
における貯蔵弾性率E´のオンセット温度T(A)が、80.0℃以下であるトナー。
導電性部材は、導電性の外表面を有する支持体及び該支持体の該外表面上に設けられた導電層を有し、
該導電層が、マトリックス及び該マトリックス中に分散された複数のドメインを有し、該マトリックスは第一のゴムを含有し、該ドメインは第二のゴム及び電子導電剤を含有し、
該ドメインの少なくとも一部は、該導電性部材の外表面に露出し、
該導電性部材の外表面は、少なくとも、該マトリックスと、該導電性部材の外表面に露出している該ドメインとで構成され、
該マトリックスの体積抵抗率R1は、1.00×1012Ω・cmより大きく、
該ドメインの体積抵抗率R2は、該マトリックスの体積抵抗率R1よりも小さく、
該導電性部材の外表面に露出している該マトリックスにおいて測定されるマルテンス硬度をG1とし、
該導電性部材の外表面に露出している該ドメインにおいて測定されるマルテンス硬度をG2としたとき、
G1及びG2は、共に、1.0N/mm2~10.0N/mm2の範囲内であり、かつ、G1<G2の関係を満たす。
なお、導電性部材の外表面とは、導電性部材におけるトナーと接する面である。
一方、導電性部材は、帯電部材として用いた場合、電子写真感光体や転写残トナーのような被帯電体に対して、安定した量の放電を継続的に与え得る。そのため、転写残トナーが導電性部材の表面に接触した場合、転写残トナーに対して安定した放電を生じさせることができるため、当該転写残トナーを均一に負帯電化することができると考えられる。その結果、転写残トナーの導電性部材表面への静電的な付着が抑制できると考えられる。
上記の構成を備える導電性部材が、被帯電体に対して、安定した量の放電を継続的に与え得る理由を、本発明者らは以下のように推測している。
そして、その電荷は、導電性支持体側に位置するドメインから、導電性支持体の側とは反対側に位置するドメインに順次受け渡されていき、導電層の導電性支持体の側とは反対側の表面(以降、「導電層の外表面」ともいう)に到達する。このとき、1回の帯電工程で全てのドメインの電荷が導電層の外表面側に移動すると、次の帯電工程に向けて、導電層中に電荷を蓄積するために時間を要することとなる。そうすると、高速の電子写真画像形成プロセスにおいては安定放電を達成することが困難となる。
従って、帯電バイアスが印加されたときにも、ドメイン間の電荷の授受が同時的に生じないようにすることが好ましい。また、高速の電子写真画像形成プロセスにおいては電荷の動きが制約されるため、一回の放電で十分な量の電荷を放電させるためには、各々のドメインに十分な量の電荷を蓄積させることが好ましい。
構成要素(i):マトリックスの体積抵抗率R1が1.00×1012Ω・cmよりも大
きい。
構成要素(ii):ドメインの体積抵抗率R2が、該マトリックスの体積抵抗率R1よりも小さい。
その結果、導電層内には、1回の放電が終了した直後においても、次の放電のための電荷が未だ蓄積されている状態とすることができる。そのため、短いサイクルで安定して放電を生じさせることが可能となる。なお、本開示に係る導電性部材によって達成されるこのような放電を、以降、「微細放電」とも呼ぶ。
さらに、導電性部材の外表面は、マルテンス硬度が異なる2つの領域(マトリックス、ドメイン)で構成されているため、外表面に接触した転写残トナーは転動しやすいと考えられる。その結果、転写残トナーを、より均一に負に帯電させることができ、当該外表面への転写残トナーの静電的付着をより有効に抑制し得るものと考えられる。
導電性部材として、ローラ形状を有する導電性部材(以降、「導電性ローラ」ともいう)を例に、図1を参照して説明する。図1は、導電性ローラの軸に沿う方向(以降、「長手方向」ともいう)に対して垂直な断面図である。導電性ローラ51は、円柱状の導電性の支持体52、支持体52の外周、すなわち支持体の外表面に形成された導電層53を有している。
支持体を構成する材料としては、電子写真用の導電性部材の分野で公知なものや、導電性部材として利用できる材料から適宜選択して用いることができる。一例として、アルミニウム、ステンレス、導電性を有する合成樹脂、鉄、銅合金などの金属又は合金が挙げられる。
さらに、これらに対して、酸化処理やクロム、ニッケルなどで鍍金処理を施してもよい。鍍金の種類としては電気鍍金、無電解鍍金のいずれも使用することができる。寸法安定性の観点から無電解鍍金が好ましい。ここで使用される無電解鍍金の種類としては、ニッケル鍍金、銅鍍金、金鍍金、その他各種合金鍍金を挙げることができる。
鍍金厚さは、0.05μm以上が好ましく、作業効率と防錆能力のバランスを考慮すると、鍍金厚さは0.10μm~30.00μmであることが好ましい。支持体の円柱状の形状は、中実の円柱状でも、中空の円柱状(円筒状)でもよい。また、支持体の外径は、3mm~10mmの範囲が好ましい。
プライマーとしては、導電層形成用のゴム材料及び支持体の材質等に応じて公知のものを選択して用いることができる。プライマーの材料としては、例えば熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂が挙げられ、具体的には、フェノール系の樹脂、ウレタン系の樹脂、アクリル系の樹脂、ポリエステル系の樹脂、ポリエーテル系の樹脂、エポキシ系の樹脂のような公知の材料を用いることができる。
導電層は、マトリックス及びマトリックス中に分散された複数のドメインを有する。そして、マトリックスは、第一のゴムを含有し、ドメインは第二のゴム及び電子導電剤を含有する。そして、マトリックス及びドメインは、下記構成要素(i)及び(ii)を充足する。
構成要素(i):マトリックスの体積抵抗率R1が1.00×1012Ω・cmよりも大きい。
構成要素(ii):ドメインの体積抵抗率R2が、該マトリックスの体積抵抗率R1よりも小さい。
マトリックスの体積抵抗率R1を、1.00×1012Ω・cmよりも大きくすることで、電荷がドメインを迂回してマトリックス中を移動することを抑制できる。そして、1回の放電で蓄積された電荷の大半が消費されることを抑制できる。また、ドメインに蓄積された電荷が、マトリックスに漏洩することによって、あたかも導電層内を連通する導電経路が形成されている状態となることを防止できる。
体積抵抗率R1は、2.00×1012Ω・cm以上であることが好ましい。一方、R1の上限は、特に限定されないが、目安としては、1.00×1017Ω・cm以下であることが好ましく、8.00×1016Ω・cm以下であることがより好ましい。
これにより、放電の起点である導電相としてのドメインの表面において、放電に関与できる電荷の総数を向上させることができ、結果、導電性部材の表面からの放電の出やすさを向上させることができると考えられる。
マトリックスの体積抵抗率は、導電層を薄片化し、微小探針によって計測することができる。薄片化の手段としては、ミクロトームのような非常に薄いサンプルを作製できる手段を用いる。具体的な手順については後述する。
ドメインの体積抵抗率R2は、マトリックスの体積抵抗率R1よりも小さい。これにより、マトリックスで目的としない電荷の移動を抑制しつつ、電荷の輸送経路を複数のドメインを介する経路に限定しやすくなる。
また体積抵抗率R1は体積抵抗率R2の1.0×105倍以上であることが好ましい。R1はR2の、1.0×105倍~1.0×1018倍であることがより好ましく、1.0×106倍~1.0×1017倍であることがさらに好ましく、8.0×106倍~1.0×1016倍であることがさらにより好ましい。
そしてR2は1.00×101Ω・cm以上、1.00×104Ω・cm以下であることが好ましく、1.00×101Ω・cm以上1.00×102Ω・cm以下であることがより好ましい。
ドメインの体積抵抗率は、例えば、ドメインのゴム成分に対し、電子導電剤の種類や量を変更することによって、その導電性を所定の値にすることで調整する。
ドメインの体積抵抗率は、電子導電剤の種類、及びその添加量を適宜選択することによって調整することができる。ドメインの体積抵抗率を1.00×101Ωcm以上1.00×104Ωcm以下に制御するために使用する電子導電剤としては、分散する量によって高抵抗から低抵抗まで体積抵抗率を大きく変化させることができる電子導電剤が好ましい。
以上の様な電子導電剤のうち、ゴムとの親和性が大きく、電子導電剤間の距離の制御が容易な、導電性のカーボンブラックを使用することが好ましい。ドメインに配合されるカーボンブラックの種類については、特に限定されるものではない。具体的には、例えば、ガスファーネスブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック、ランプブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等が挙げられる。
導電性のカーボンブラック等の電子導電剤の含有量は、ドメインに含まれる第二のゴム100質量部に対して、20質量部以上150質量部以下が好ましい。より好ましくは、50質量部以上100質量部以下である。
一般的な電子写真用の導電性部材と比較して、導電剤が多量に配合されていることが好ましい。これにより、ドメインの体積抵抗率を1.00×101Ωcm以上1.00×104Ω・cm以下の範囲に容易に制御することができる。
また、必要に応じて、ゴムの配合剤として一般に用いられている充填剤、加工助剤、架橋助剤、架橋促進剤、老化防止剤、架橋促進助剤、架橋遅延剤、軟化剤、分散剤、着色剤等を、本開示に係る効果を阻害しない範囲でドメイン用のゴム組成物に添加してもよい。
ドメインの体積抵抗率の測定は、マトリックスの体積抵抗率の測定方法に対して、測定箇所をドメインに相当する場所に変更し、電流値の測定の際の印可電圧を1Vに変更した以外は同様の方法で実施すればよい。具体的な手順は後述する。
ドメイン同士での電荷の授受を行わせるうえで、導電層の厚み方向の断面観察における、ドメインの隣接壁面間距離の算術平均値Dm(以降、単に「ドメイン間距離Dm」ともいう)は、好ましくは2.00μm以下であり、より好ましくは1.00μm以下である。
また、ドメイン同士を絶縁領域(マトリックス)で電気的に確実に分断し、電荷をドメインにより蓄積しやすくなることができるため、ドメイン間距離Dmは、好ましくは0.15μm以上であり、より好ましくは0.20μm以上である。
ドメイン間距離Dmの測定方法は、次のように実施すればよい。
まず、前述のマトリックスの体積抵抗率の測定における方法と同様の方法で切片を作製する。また、マトリックスドメイン構造の観察を好適に実施するために、染色処理、蒸着処理など、導電相と絶縁相とのコントラストが好適に得られる前処理を施してもよい。
破断面の形成、白金蒸着を行った切片を、走査型電子顕微鏡(SEM)によって観察して、マトリックスドメイン構造の存在を確認する。これらの中でも、ドメインの面積の定量化の正確性から、SEMで、5000倍で観察を行うことが好ましい。具体的な手順は後述する。
ドメイン間距離Dmの分布は均一であることが、より安定的に微細放電を形成できるため好ましい。ドメイン間距離Dmの分布が均一であることで、導電層内で局所的にドメイン間距離が長い箇所が一部できることで、電荷の供給が周囲比べて滞る箇所が生じた場合などに、放電の出やすさが抑制される現象を低減できる。
電荷が輸送される断面、すなわち、図3(b)に示されるような導電層の厚さ方向の断面において、導電層の外表面から支持体方向への深さ0.1T~0.9Tまでの厚み領域の任意の3か所における、50μm四方の観察領域を取得する。このとき当該観察領域内のドメイン間距離Dm及びドメイン間距離の分布の標準偏差σmを用いて、ドメイン間距離の変動係数σm/Dmが0以上0.40以下であることが好ましく、0.10以上0.30以下であることがより好ましい。
ドメイン間距離の均一性の測定は、ドメイン間距離の測定と同様に、破断面の直接観察で得られる画像を定量化することによって行うことができる。具体的な手順は後述する。
工程(i):カーボンブラック及び第二のゴムを含む、ドメイン形成用ゴム混合物(以降、「CMB」とも称する)を調製する工程;
工程(ii):第一のゴムを含むマトリックス形成用ゴム混合物(以降、「MRC」とも称する)を調製する工程;
工程(iii):CMBとMRCとを混練して、マトリックスドメイン構造を有するゴム混合物を調製する工程。
工程(iv):工程(iii)で調製したゴム混合物の層を、導電性支持体上に直接又は他の層を介して形成し、該ゴム組成物の層を硬化させて、導電層を形成する工程。
まず、構成要素(i)に関して、マトリックスの体積抵抗率は、MRCの組成によって定まる。
第一のゴムが、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、及びエチレンプロピレンジエンゴムからなる群から選択される少なくとも一がより好ましい。
また、マトリックスの体積抵抗率が上記範囲内であれば、MRCには、必要に応じて、充填剤、加工助剤、架橋剤、架橋助剤、架橋促進剤、架橋促進助剤、架橋遅延剤、老化防止剤、軟化剤、分散剤、着色剤などを添加してもよい。一方、MRCには、マトリックスの体積抵抗率を上記範囲内とするために、カーボンブラックなどの電子導電剤は含有させないことが好ましい。
(a)CMB、及びMRCの各々の界面張力σの差;
(b)CMBの粘度(ηd)、及びMRCの粘度(ηm)の比(ηm/ηd);
(c)工程(iii)における、CMBとMRCとの混練時のせん断速度(γ)、及びせん断時のエネルギー量(EDK)。
(d)工程(iii)における、CMBのMRCに対する体積分率。
一般的に二種の非相溶のゴムを混合した場合、相分離する。これは、異種高分子間の相互作用よりも、同一高分子間の相互作用が強いため、同一高分子同士で凝集し、自由エネルギーを低下させ安定化しようとするためである。
相分離構造の界面は異種高分子と接触するため、同一分子同士の相互作用で安定化されている内部より、自由エネルギーが高くなる。その結果、界面の自由エネルギーを低減させるために、異種高分子と接触する面積を小さくしようとする界面張力が発生する。この界面張力が小さい場合、エントロピーを増大させるために異種高分子でもより均一に混合しようとする方向に向かう。均一に混合した状態とは溶解であり、溶解度の目安となるSP値(溶解度パラメーター)と界面張力は相関する傾向にある。
えられる。MRC中の第一のゴムの溶解度パラメーターSP値と、CMB中の第二のゴムのSP値の絶対値の差が、好ましくは0.4(J/cm3)0.5以上5.0(J/cm3)0.5以下、より好ましくは0.4(J/cm3)0.5以上2.2(J/cm3)0.5以下となるようなゴムを選択することが好ましい。この範囲であれば安定した相分離構造を形成でき、また、CMBのドメイン径を小さくすることができる。
第二のゴムが、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブチルゴム(IIR)、及びアクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)からなる群から選択される少なくとも一がより好ましく、スチレンブタジエンゴム(SBR)、及びブチルゴム(IIR)からなる群から選択される少なくとも一がさらに好ましい。
導電層の厚みは、目的とする導電性部材の機能及び効果が得られるものであれば特に限定されない。導電層の厚みは、1.0mm以上4.5mm以下とすることが好ましい。
ドメインとマトリクスとの質量比率(ドメイン:マトリクス)は、好ましくは5:95~40:60であり、より好ましくは10:90~30:70であり、さらに好ましくは13:87~25:75である。
SP値は、SP値が既知の材料を用いて、検量線を作成することで、精度良く算出することが可能である。この既知のSP値は、材料メーカーのカタログ値を用いることもできる。例えば、NBR及びSBRは、分子量に依存せず、アクリロニトリル及びスチレンの含有比率でSP値がほぼ決定される。
従って、マトリックス及びドメインを構成するゴムを、熱分解ガスクロマトグラフィー(Py-GC)及び固体NMR等の分析手法を用いて、アクリロニトリル又はスチレンの含有比率を解析する。それにより、SP値が既知の材料から得た検量線から、SP値を算出することができる。
また、イソプレンゴムは、1,2-ポリイソプレン、1,3-ポリイソプレン、3,4-ポリイソプレン、及びcis-1,4-ポリイソプレン、trans-1,4-ポリイソプレンなどの、異性体構造でSP値が決定される。従って、SBR及びNBRと同様にPy-GC及び固体NMR等で異性体含有比率を解析し、SP値が既知の材料から、SP値を算出することができる。
SP値が既知の材料のSP値は、Hansen球法で求めたものである。
CMBとMRCとの粘度比(CMB/MRC)(ηd/ηm)は、1に近い程、ドメイン径を小さくできる。具体的には、粘度比は1.0以上2.0以下であることが好ましい。CMBとMRCの粘度比は、CMB及びMRCに使用する原料ゴムのムーニー粘度の選択や、充填剤の種類や量の配合によって調整が可能である。
また、相分離構造の形成を妨げない程度に、パラフィンオイルなどの可塑剤を添加することでも可能である。また混練時の温度を調整することで、粘度比の調整を行うことができる。
なおドメイン形成用ゴム混合物やマトリックス形成用ゴム混合物の粘度は、JIS K6300-1:2013に基づきムーニー粘度ML(1+4)を混練時のゴム温度で測定することで得られる。
MRCとCMBとの混練時のせん断速度は速いほど、また、せん断時のエネルギー量は大きいほど、ドメイン間距離Dmを小さくすることができる。
せん断速度は、混練機のブレードやスクリューといった撹拌部材の内径を大きくし、撹拌部材の端面から混練機内壁までの間隙を小さくすることや、回転数を大きくすることで上げることができる。またせん断時のエネルギーを上げるには、撹拌部材の回転数を上げることや、CMB中の第一のゴムとMRC中の第二のゴムの粘度を上げることで達成できる。
MRCに対するCMBの体積分率は、マトリックス形成用ゴム混合物に対するドメイン形成用ゴム混合物の衝突合体確率と相関する。具体的には、マトリックス形成用ゴム混合物に対するドメイン形成用ゴム混合物の体積分率を低減させると、ドメイン形成用ゴム混合物とマトリックス形成用ゴム混合物の衝突合体確率が低下する。つまり必要な導電性を得られる範囲において、マトリックス中におけるドメインの体積分率を減らすことでドメイン間距離Dmを小さくできる。
そして、CMBのMRCに対する体積分率(すなわち、ドメインのマトリクスに対する体積分率)は、15%以上40%以下とすることが好ましい。
該各々の断面において、導電層の外表面から深さ0.1T~0.9Tまでの厚み領域の任意の3か所に15μm四方の観察領域を置いたときに、全9個の該観察領域の各々で観察されるドメインのうちの80個数%以上が、下記構成要素(iv)及び(v)を満たすことが好ましい。
構成要素(iv)
ドメインの断面積のうち該ドメインに含まれる電子導電剤の断面積の割合μrが、20%以上であること。
構成要素(v)
ドメインの周囲長をA、該ドメインの包絡周囲長をBとしたとき、A/Bが、1.00以上1.10以下であること。
本発明者らは、1個のドメインに含まれる電子導電剤の量が、当該ドメインの外形形状に影響を与えているとの知見を得た。すなわち、1個のドメインの電子導電剤の充填量が増えるにつれて、該ドメインの外形形状がより球体に近くなるとの知見を得た。球体に近いドメインの数が多いほど、ドメイン間での電子の授受の集中点を少なくすることができる。
ンは、より、球体に近い形状を取り得る。
その結果、ドメイン間での電子の授受の集中を有意に緩和し得る外形形状を取り得るため好ましい。具体的には、ドメインの断面積に対する該ドメインが含む該電子導電剤の断面積の割合μrが、20%以上であることが好ましい。より好ましくは、25%~30%である。
上記範囲にあることで、高速プロセス下においても、十分な電荷供給量を可能とすることができる。
1.00≦A/B≦1.10 (5)
(A:ドメインの周囲長、B:ドメインの包絡周囲長)
ドメインの周囲長と、ドメインの包絡周囲長との比は1が最小値であり、1である状態は、ドメインが真円又は楕円等の断面形状に凹部がない形状であることを示す。これらの比が1.1以下であると、ドメインに大きな凸凹形状が存在しないことを示し、電界の異方性が発現しにくい。
導電性部材(導電性ローラ)の導電層から、ミクロトーム(商品名:Leica EM
FCS、ライカマイクロシステムズ社製)を用いて、切削温度-100℃にて、1μmの厚みの超薄切片を切り出す。ただし、下記のように、導電性部材の長手方向に対して垂直な断面によって、切片を作製し、当該切片の破断面におけるドメインの形状を評価する必要がある。この理由を下記に述べる。
図3(a)及び図3(b)に、導電性部材81を、3軸、具体的にはX、Y、Z軸の3次元としてその形状を示した図を示す。図3(a)及び図3(b)においてX軸は導電性部材の長手方向(軸方向)と平行な方向、Y軸、Z軸は導電性部材の軸方向と垂直な方向を示す。
この評価に、該導電層の長手方向の長さをLとしたとき、導電層の長手方向の中央での断面83bと、及び該導電層の両端から中央に向かってL/4の2か所の断面(83a及び83c)の計3か所を選択する。
また、当該断面83a~83cの観察位置に関しては、導電層の厚さをTとしたとき、各切片のそれぞれ外表面から深さ0.1T以上0.9T以下までの厚み領域の任意の3か所で15μm四方の観察領域を置いたときの、合計9か所の観察領域で測定を行えばよい。
次に、当該解析画像内のドメインの形状を定量化するために、画像処理ソフト(商品名:ImageProPlus;Media Cybernetics社製)を使用して、8ビットのグレースケール化を行い、256諧調のモノクロ画像を得る。次いで、破断面内のドメインが白くなるように、画像の白黒を反転処理し、2値化画像を得る。
ドメイン内の電子導電剤の断面積割合の測定は、上記5000倍で撮影した観察画像の2値化画像を定量化することによって行なうことができる。
画像処理ソフト(商品名:ImageProPlus;Media Cybernetics社製)によって、8ビットのグレースケール化を行い、256諧調のモノクロ画像を得る。当該観察画像に対して、カーボンブラックの粒子を区別できるように2値化を実施し、2値化画像を得る。得られた画像に対しカウント機能を使用することによって、当該解析画像内のドメインの断面積S及び当該ドメイン内に含まれる電子導電剤としてのカーボンブラック粒子の断面積の合計Scを算出する。
そして、ドメイン内の電子導電材の断面積割合として、上記9か所におけるSc/Sの算術平均値μrを算出する
電子導電剤の断面積割合μrは、ドメインの体積抵抗率の均一性に影響する。断面積割合μrの測定と合わせて、ドメインの体積抵抗率の均一性は以下のように測定できる。
上記測定方法により、ドメインの体積抵抗率の均一性の指標として、μr及びμrの標準偏差σrから、σr/μrを算出する。
画像処理ソフトのカウント機能によって、上記1000倍で撮影した観察画像の2値化画像内に存在するドメイン群に対して下記の項目を算出する。
・周囲長A(μm)
・包絡周囲長B(μm)
これらの値を以下の式(5)に代入し、9か所の評価画像の算術平均値を採用する。
1.00≦A/B≦1.10 (5)
(A:ドメインの周囲長、B:ドメインの包絡周囲長)
ドメインの形状指数は、μr(面積%)が20%以上であり、かつ、ドメインの周囲長比A/Bが上記式(5)を満たすドメイン群の、ドメイン総数に対する個数パーセントを算出すればよい。ドメインの形状指数が、80個数%~100個数%であることが好ましい。
上記2値化画像に対して、画像処理ソフト(商品名:ImageProPlus;Media Cybernetics社製)のカウント機能を用いて、ドメイン群の2値化画像内の個数を算出し、さらに、μr≧20及び上記式(5)を満たすドメインの個数パーセントを求めればよい。
構成要素(iv)で規定したような、電子導電剤が高密度に充填されたドメインを得るために、電子導電剤は、DBP吸油量が40cm3/100g以上80cm3/100g以下であるカーボンブラックを有することが好ましい。
DBP吸油量(cm3/100g)とは、100gのカーボンブラックが吸着し得るジブチルフタレート(DBP)の体積であり、日本工業規格(JIS) K 6217-4:2017(ゴム用カーボンブラック-基本特性-第4部:オイル吸収量の求め方(圧縮試料を含む))に従って測定される。
一般に、カーボンブラックは、平均粒径10nm以上50nm以下の一次粒子がアグリゲートした房状の高次構造を有している。この房状の高次構造はストラクチャーと呼ばれ、その程度はDBP吸油量(cm3/100g)で定量化される。
また、DBP吸油量が、上記した範囲内にある導電性カーボンブラックは、凝集体を形成し難いため、要件(v)に係るドメインを形成しやすくなる。
導電層の断面から観察されるドメインの円相当径D(以降、単に「ドメイン径D」ともいう)の算術平均値は、0.10μm以上5.00μm以下であることが好ましい。
この範囲であれば、最表面のドメインがトナーと同様以下のサイズとなるため、細かい放電が可能となり、均一放電を達成することが容易となる。
ドメイン径Dの平均値を、0.10μm以上とすることで、導電層において、電荷の移動する経路を目的とする経路により効果的に限定することができる。より好ましくは0.15μm以上であり、さらに好ましくは0.20μm以上である。
また、ドメイン径Dの平均値を5.00μm以下にすることで、ドメインの全体積に対する表面積の割合、すなわち、ドメインの比表面積を指数関数的に大きくすることができ、ドメインからの電荷の放出効率を飛躍的に向上させ得る。ドメイン径Dの平均値は、上記の理由から、2.00μm以下がより好ましく、1.00μm以下がさらに好ましい。
ドメイン径Dの平均値を、2.00μm以下にすることで、ドメインそのものの電気抵抗を低減できるため、単発の放電の量を必要十分量として、より効率的に微細放電が可能となる。
CMBのドメイン径を小さくすることでCMBの比表面積が増大し、マトリックスとの界面が増加するため、CMBのドメインの界面には張力を小さくしようとする張力が作用する。その結果、CMBのドメインは、その外形形状が、より球体に近づく。
・Taylorの式
D=[C・σ/ηm・γ]・f(ηm/ηd) (6)
・Wuの経験式
γ・D・ηm/σ=4(ηd/ηm)0.84・ηd/ηm>1 (7)
γ・D・ηm/σ=4(ηd/ηm)-0.84・ηd/ηm<1 (8)
・Tokitaの式
D=12・P・σ・φ/(π・η・γ)・(1+4・P・φ・EDK/(π・η・γ))
(9)
構成要素(iii)に関連して、ドメイン間距離の均一化を図るためには、式(6)~(9)に従って、ドメイン径を小さくすることが有効である。さらに、MRCとCMBとを混錬する工程において、ドメインの原料ゴムが分裂し、徐々にその粒径が小さくなっていく過程において、混錬工程をどこで止めたかによってもドメイン間距離は変化する。
したがって、そのドメイン間距離の均一性は、混錬工程における混錬時間及びその混錬の強度の指数となる混錬回転数によって制御可能であり、混錬時間が長いほど、混錬回転数が大きいほどドメイン間距離の均一性を向上させることができる。
ドメイン径Dは均一であること、つまり、粒度分布が狭い方が好ましい。導電層内の電荷が通るドメイン径Dの分布を均一とすることで、マトリックスドメイン構造内での電荷の集中を抑制し、導電性部材の全面にわたって放電の出やすさを効果的に増大することができる。
電荷が輸送される断面、すなわち、図3(b)に示されるような導電層の厚さ方向の断面において、導電層の外表面から支持体方向への深さ0.1T~0.9Tまでの厚み領域の任意の3か所における、50μm四方の観察領域を取得した際に、ドメイン径の標準偏差σd及びドメイン径の算術平均値Dの比σd/D(変動係数σd/D)が0以上0.40以下であることが好ましく、0.10以上0.30以下であることがより好ましい。
したがって、そのドメイン径の均一性は、混錬工程における混錬時間及びその混錬の強度の指数となる混錬回転数によって制御可能であり、混錬時間が長いほど、混錬回転数が大きいほどドメイン径の均一性を向上させることができる。
ドメイン径の均一性の測定は、先に説明したドメイン間距離の均一性の測定と同様の方法で得られる、破断面の直接観察で得られる画像を定量化することによって行うことができる。具体的な手段は後述する。
導電層中のマトリックスドメイン構造の存在は、導電層から薄片を作製して、薄片に形成した破断面の詳細観察により確認することができる。具体的な手順は後述する。
導電性部材の外表面には、マトリックス中に分散されている複数のドメインのうちの少なくとも一部が露出している。そのため、導電性部材の外表面は、マトリックスと、ドメインの露出部とで構成されている。
そして、導電性部材の外表面に露出しているマトリックスに圧子を接触させ、下記の方
法で求められるマルテンス硬度をG1とし、導電性部材の外表面に露出しているドメインに圧子を接触させ、下記の方法で求められマルテンス硬度をG2としたとき、G1及びG2は共に、1.0N/mm2~10.0N/mm2の範囲内であり、かつ、G1<G2の関係を満たす。
すなわち、導電層の外表面から測定されるマルテンス硬度は、当該外表面に位置するトナーが、電子写真感光体と導電性部材とで構成されるニップにおいて押圧されたときに、当該トナーが受ける圧力を規定する。ここで、G1及びG2が共に1.0N/mm2~10.0N/mm2の範囲内にあることで、本開示に係るトナーであっても当該ニップにおける変形が抑制される。
G1は、1.0N/mm2~8.0N/mm2であることが好ましく、2.0N/mm2~7.0N/mm2であることがより好ましい。
G2は、1.5N/mm2~10.0N/mm2であることが好ましく、2.5N/mm2~8.0N/mm2であることがより好ましい。
G2-G1は、0.2N/mm2~8.0N/mm2であることが好ましく、0.4N/mm2~6.0N/mm2であることがより好ましい。
G1及びG2は、主に第1のゴムの架橋度により制御することが好ましい。
硫黄の量を0.5質量部以上とすることで、加硫物を十分に硬化させ得る。また、硫黄の量を8.0質量部以下とすることで、加硫物の架橋が高くなり、硬度が高くなりすぎることを抑制し得る。
チウラム系の加硫促進剤としてはテトラメチルチウラムジスルフィド(TT),テトラエチルチウラムジスルフィド(TET),テトラブチルチウラムジスルフィド(TBTD),テトラオクチルチウラムジスルフィド(TOT)などが挙げられる。
未加硫ゴム組成物中における加硫促進剤の含有量としては、未加硫ゴム組成物中のゴム成分100質量部に対して、加硫促進剤は0.5質量部以上4.0質量部以下であることが好ましい。0.5質量部以上の場合、加硫促進剤としての十分な効果が得られる。また
4.0質量部以下の場合、加硫を促進しすぎず、G1及びG2を上記の範囲内にしやすい。
トナーは、結着樹脂及び結晶性材料を含有するトナー粒子を有し、粉体動的粘弾性測定における貯蔵弾性率E´のオンセット温度T(A)℃が、80.0℃以下(T(A)≦80.0℃)である。
粉体動的粘弾性測定装置を用いてトナーを分析することによって、温度に対するトナーの表面近傍の溶融状態を確認できる。具体的な測定手法については後述するが、当該粉体動的粘弾性測定装置は、トナーをペレット化することなく、粉体として測定できるため、トナーの表面の軟化状態を分析することができると考えられる。
そして、本発明者らの検討によって、当該粉体動的粘弾性測定装置を用いて測定される貯蔵弾性率E´を表す曲線から求めたオンセット温度は、トナーの定着性に関わるパラメーターであることが判明した。
T(A)は、結着樹脂と相溶性が高く低融点の結晶性材料を用い、かつ結晶状態を制御することにより制御できる。
結晶性材料は、示差走査熱量計(DSC)の測定において、60.0℃~90.0℃の範囲に最大吸熱ピークを有することが好ましい。60.0℃以上であることで、過度な結晶性材料の染み出しをより抑制し、ホットオフセット抑制により優れる。一方で、90.0℃以下であることで、低温での結晶性材料の染み出しと結着樹脂との相溶性がより良化し、低温定着性の向上により優れる。62.5℃~80.0℃であることがより好ましい。
トナーの比誘電率εrは、トナー中の材料の分極状態に依存すると考えられ、特に着色剤が大きく影響すると考えられる。上記の比誘電率の値に制御するために好ましい着色剤としてカーボンブラック、酸化チタン、磁性体などが挙げられ、より好ましくは磁性体である。
まず、トナー粒子について詳細に説明する。
トナー粒子は、結着樹脂を含有する。結着樹脂としては、以下のものが挙げられる。
ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオール樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、天然樹脂変性フェノール樹脂、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、メタ
クリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール、テルペン樹脂、クマロンインデン樹脂、石油系樹脂。
好ましくは、ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエステル樹脂とビニル系樹脂が混合、又は両者が一部反応したハイブリッド樹脂である。より好ましくは、ビニル系樹脂、ポリエステル樹脂である。
重合性単量体としては、ラジカル重合が可能なビニル系モノマーが用いられる。ビニル系モノマーとしては、単官能性モノマー又は多官能性モノマーを使用することができる。ビニル系樹脂にはこれらのモノマーを用いることができる。
重合性単量体は、上記の中でも、スチレン又はスチレン誘導体を含むことが好ましい。より好ましくは、アクリル系重合性単量体及びメタクリル系重合性単量体からなる群から選択される少なくとも一並びにスチレンを含む。
前記した単官能性モノマーを単独で或いは2種以上組み合わせて、又は前記した単官能性モノマーと多官能性モノマーを組み合わせて使用してもよい。
架橋剤の添加量は、結着樹脂を生成する重合性単量体又は結着樹脂100質量部に対し0.01質量部以上5.00質量部以下が好ましく、0.10質量部以上3.00質量部以下がより好ましい。
重合開始剤としては、以下の、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などのアゾ系又はジアゾ系重合開始剤;ベンゾイルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシ2-エチルヘキサノエート、t-ブチルパーオキシピバレート、t-ブチルパーオキシイソブチレート、t-ブチルパーオキシネオデカノエート、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、クメンヒドロパーオキサイド、2,4-ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイドなどの過酸化物系重合開始剤等が例示できる。
重合性単量体の重合度を制御するために、公知の連鎖移動剤、重合禁止剤等を更に添加し用いることも可能である。
ポリエステル樹脂のモノマーは以下のようなものが挙げられる。
2価の酸成分としては、以下のジカルボン酸又はその誘導体が上げられる。フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸のようなベンゼンジカルボン酸類又はその無水物又はその低級アルキルエステル;コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸のようなアルキルジカルボン酸類又はその無水物又はその低級アルキルエステル;n-ドデセニルコハク酸、n-ドデシルコハク酸のようなアルケニルコハク酸類もしくはアルキルコハク酸類、又はその無水物又はその低級アルキルエステル;フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸のような不飽和ジカルボン酸類又はその無水物又はその低級アルキルエステル。
ポリエステル樹脂は、上述の2価のカルボン酸成分及び2価のアルコール成分以外に、1価のカルボン酸成分、1価のアルコール成分、3価以上のカルボン酸成分、3価以上のアルコール成分を構成成分として含有してもよい。
また、1価のアルコール成分としては、ベンジルアルコール等の炭素数30以下の芳香族アルコールや、ラウリルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール、ベへニルアルコール等の炭素数30以下の脂肪族アルコール等が挙げられる。
また、3価以上のアルコール成分としては、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、グリセリン等が挙げられる。
さらに、後述する結晶性ポリエステルのモノマーを使用してもよい。
非晶性ポリエステル樹脂の製造方法については、特に制限されるもではなく、公知の方法を用いることができる。
具体的には、カルナバワックス、モンタン酸エステルワックスなどの脂肪酸エステルを主成分とするワックス類、及び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、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などが挙げられる。
その中でも、エチレングリコールジステアレート、エチレングリコールアラキジネートステアレート、エチレングリコールステアレートパルミテート、ブチレングリコールジベヘネート、ブチレングリコールジステアレート、ブチレングリコールアラキジネートステアレート、ブチレングリコールステアレートパルミテート、ブチレングリコールジベヘネート、ベヘニルステアレート、及びベヘニルベヘネートなどからなる群から選択される少なくとも一が好ましい。
結晶性材料(好ましくはエステルワックス)の含有量は結着樹脂100質量部に対し、1質量部以上60質量部以下であることが好ましく、3質量部以上50質量部以下であることがより好ましく、10質量部以上35質量部以下であることがさらに好ましい。
構成するモノマーとしては以下の化合物が挙げられる。
アルコール成分としては、以下のような2価のアルコールが挙げられる。エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2-エチル-1,3-ヘキサンジオール、水素化ビスフェノールA、下記(I)式で表されるビスフェノール及びその誘導体、並びに下記(II)式で表されるジオール類。
フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸のようなベンゼンジカルボン酸類又はその無水物;こはく酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸のようなアルキルジカルボン酸類又はその無水物;炭素数6以上18以下のアルキル基若しくは炭素数6以上18以下のアルケニル基で置換されたこはく酸又はその無水物;フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸のような不飽和ジカルボン酸又はその無水物。
3価以上の多価アルコールとしては、1,2,3-プロパントリオール、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、ペンタエリスリトールなどが挙げられる。
[エステル基濃度mmol/g]=[結晶性材料におけるエステル基のモル数]/[結晶性材料の分子量]
結晶性材料の分子量は、ピーク分子量である。
ビスコール(登録商標)330-P、550-P、660-P、TS-200(三洋化成工業社)、ハイワックス400P、200P、100P、410P、420P、320P、220P、210P、110P(三井化学社)、サゾールH1、H2、C80、C105、C77(シューマン・サゾール社)、HNP-1、HNP-3、HNP-9、HNP-10、HNP-11、HNP-12、HNP-51(日本精鑞株式会社)、ユニリン(登録商標)350、425、550、700、ユニシッド(登録商標)、ユニシッド(登録商標)350、425、550、700(東洋アドレ株式会社)、木ろう、蜜ろう、ライスワックス、キャンデリラワックス、カルナバワックス(株式会社セラリカNODAにて入手可能)。
黒色着色剤としては、以下に示す磁性体、カーボンブラック、イエロー、マゼンタ、シアン着色剤を用いて調色されたものが利用される。中でも、トナーの比誘電率を制御する観点では、磁性体が好ましい。
磁性体は、四三酸化鉄やγ-酸化鉄などの磁性酸化鉄を主成分とするものであり、リン、コバルト、ニッケル、銅、マグネシウム、マンガン、アルミニウム、珪素などの元素を含んでもよい。これら磁性粉体は、窒素吸着法によるBET比表面積が2~30m2/g
であることが好ましく、3~28m2/gであることがより好ましい。また、モース硬度が5~7のものが好ましい。磁性体の形状としては、多面体、8面体、6面体、球形、針状、鱗片状などがあるが、多面体、8面体、6面体、球形等の異方性の少ないものが、画像濃度を高める上で好ましい。
なお、磁性体の個数平均粒径は、透過型電子顕微鏡を用いて測定できる。具体的には、エポキシ樹脂中へ観察すべきトナー粒子を十分に分散させた後、温度40℃の雰囲気中で2日間硬化させ得られた硬化物を得る。
得られた硬化物をミクロトームにより薄片状のサンプルとして、透過型電子顕微鏡(TEM)において1万倍~4万倍の拡大倍率の写真で視野中の100個の磁性体粒子径を測定する。そして、磁性粉体の投影面積に等しい円の相当径を基に、個数平均粒径の算出を行う。また、画像解析装置により粒径を測定することも可能である。
次に、種晶を含むスラリー状の液に前に加えたアルカリの添加量を基準として約1当量の硫酸第一鉄を含む水溶液を加える。液のpHを5~10に維持しながら空気を吹き込みながら水酸化第一鉄の反応を進め、種晶を芯にして磁性酸化鉄粉体を成長させる。この時、任意のpH及び反応温度、撹拌条件を選択することにより、磁性体の形状及び磁気特性をコントロールすることが可能である。酸化反応が進むにつれて液のpHは酸性側に移行していくが、液のpHは5未満にしない方が好ましい。このようにして得られた磁性体を定法によりろ過、洗浄、乾燥することにより磁性体を得ることができる。
RmSiYn (III)
[式中、Rは(炭素数が好ましくは1以上3以下、より好ましくは1又は2、さらに好ましくは1の)アルコキシ基を示し、mは1~3の整数を示し、Yはアルキル基、ビニル基、エポキシ基、(メタ)アクリル基などの官能基を示し、nは1~3の整数を示す。但し、m+n=4である。]
Yがアルキル基であるものが好ましく用いることが出来る。中でも好ましいのは、炭素数3以上16以下のアルキル基であり、特に好ましくは炭素数3以上10以下である。
用いるカップリング剤の総処理量は磁性体100質量部に対して0.9質量部以上3.0質量部以下であることが好ましい。磁性体の表面積、カップリング剤の反応性等に応じ
て処理剤の量を調整すればよい。
マゼンタ着色剤としては、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、ペリレン化合物が挙げられる。具体的には、以下の、C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、7、23、48:2、48:3、48:4、57:1、81:1、122、146、166、169、177、184、185、202、206、220、221、238、254、269、C.I.ピグメントバイオレッド19が挙げられる。
これらの着色剤は、単独又は混合し更には固溶体の状態で用いることができる。着色剤は、色相角、彩度、明度、耐光性、OHP透明性、トナー中への分散性の点から選択される。着色剤の添加量は、結着樹脂を生成する重合性単量体又は結着樹脂100質量部に対し1質量部以上20質量部以下であることが好ましい。
磁性体を用いる場合の含有量は、結着樹脂100質量部に対し、35質量部以上100質量部以下であることが好ましく、45質量部以上95質量部以下であることがより好ましい。
トナーの比誘電率の観点から、着色剤として磁性体を含有させた磁性トナーとすることが好ましい。
結着樹脂を生成する重合性単量体、結晶性材料、着色剤及び必要に応じて他の添加剤を、均一に溶解又は分散させて重合性単量体組成物を得る溶解工程、
この重合性単量体組成物を、分散安定剤を含有する水系媒体中に適当な撹拌機を用いて分散させ造粒する造粒工程、及び
必要に応じて芳香族溶剤又は重合開始剤を添加して、重合反応を行わせてトナー粒子を得る重合工程。
さらに、結晶性材料の微小ドメインの存在位置、サイズを制御する冷却工程、及び結晶性材料の結晶化度を制御する保持(アニール)工程、を採用してもよい。
具体的には、重合工程後の冷却速度が50℃/min以上350℃/min以下であることが好ましく、100℃/min以上300℃/min以下であることがより好ましい。また、冷却工程の冷却開始温度が70℃以上100℃以下であることが好ましい。また、アニール工程のアニール温度が45℃以上65℃以下であることが好ましい。
、トナー粒子に流動性向上剤としての無機微粉体を混合しトナー粒子表面に付着させることで、トナーを得てもよい。
無機微粉体としては、公知のものが使用可能である。好ましくは、チタニア微粒子、湿式製法シリカ、乾式製法シリカのようなシリカ微粒子、それらシリカをシランカップリング剤、チタンカップリング剤、又はシリコーンオイル等により表面処理を施した無機微粉体である。表面処理を施した無機微粉体は、メタノール滴定試験によって滴定された疎水化度が30以上98以下であることが好ましい。
原料混合工程では、トナー粒子を構成する材料として、結着樹脂、結晶性材料、着色剤、必要に応じてその他の添加剤等を、所定量秤量して配合し、混合する。混合装置の一例としては、ダブルコン・ミキサー、V型ミキサー、ドラム型ミキサー、スーパーミキサー、FMミキサー、ナウターミキサー、メカノハイブリッド(日本コークス工業株式会社製)などが挙げられる。
例えば、KTK型2軸押出機(神戸製鋼所社製)、TEM型2軸押出機(東芝機械社製)、PCM混練機(池貝製)、2軸押出機(ケイ・シー・ケイ社製)、コ・ニーダー(ブス社製)、ニーデックス(日本コークス工業株式会社製)などが挙げられる。
さらに、溶融混練することによって得られる樹脂組成物は、2本ロール等で圧延され、冷却工程で水などによって冷却してもよい。
また、トナー粒子を球形化してもよい。例えば、粉砕後にハイブリタイゼーションシステム(奈良機械製作所製)、メカノフージョンシステム(ホソカワミクロン社製)、ファカルティ(ホソカワミクロン社製)、メテオレインボー MR Type(日本ニューマチック工業社製)を用いて球形化を行う。
得られたトナー粒子に対して、前述と同様にして必要により流動性向上剤としての無機微粉体を混合し表面に付着させることができる。
プロセスカートリッジは以下の態様を有する。
電子写真装置の本体に脱着可能であるプロセスカートリッジであって、
該プロセスカートリッジが、電子写真感光体の表面を帯電させるための帯電装置、及び該電子写真感光体の表面に形成された静電潜像をトナーにより現像して電子写真感光体の表面にトナー像を形成するための現像装置を有し、
該現像装置が、トナーを有し、
該帯電装置が、該電子写真感光体に接触可能に配置された導電性部材を有する。
このプロセスカートリッジに、前述のトナー及び導電性部材を適用できる。
プロセスカートリッジは、帯電装置及び現像装置を支持するための枠体を有していてもよい。
現像装置は、少なくとも現像ローラ93を備え、トナー99を有している。現像装置は、必要に応じてトナー供給ローラ94、トナー容器96、現像ブレード98、攪拌羽910が一体化されていてもよい。
帯電装置は、帯電ローラ92を少なくとも備えていればよく、クリーニングブレード95及び廃トナー容器97を備えていてもよい。導電性部材が電子写真感光体に接触可能に配置されればよいため、電子写真感光体(感光ドラム91)は、プロセスカートリッジの構成要素として、帯電装置と共に一体化されていてもよいし、電子写真装置の構成要素として本体に固定されていてもよい。
帯電ローラ92、現像ローラ93、トナー供給ローラ94、及び現像ブレード98は、それぞれ電圧が印加されるようになっている。
電子写真装置は以下の態様を有する。
電子写真感光体、
該電子写真感光体の表面を帯電させるための帯電装置、及び
該電子写真感光体の表面に形成された静電潜像をトナーにより現像して該電子写真感光体の表面にトナー像を形成するための現像装置、を有する電子写真装置であって、
該帯電装置が、該電子写真感光体に接触可能に配置された導電性部材を有する。
この電子写真装置に、前述のトナー及び導電性部材を適用できる。
電子写真装置は、
該電子写真感光体の表面に像露光光を照射して該電子写真感光体の表面に静電潜像を形成するための像露光装置、
該電子写真感光体の表面に形成されたトナー像を記録媒体に転写するための転写装置、及び
該記録媒体に転写された該トナー像を該記録媒体に定着させるための定着装置、
を有していてもよい。
感光ドラム101は矢印方向に回転し、帯電バイアス電源から電圧が印加された帯電ローラ102によって一様に帯電され、露光光1011により、その表面に静電潜像が形成される。一方、トナー容器106に収納されているトナー109は、攪拌羽1010によりトナー供給ローラ104へと供給され、現像ローラ103上に搬送される。
そして現像ローラ103と接触配置されている現像ブレード108により、現像ローラ103の表面上にトナー109が均一にコーティングされると共に、摩擦帯電によりトナー109へと電荷が与えられる。上記静電潜像は、感光ドラム101に対して接触配置される現像ローラ103によって搬送されるトナー109が付与されて現像され、トナー像として可視化される。
ーラ1014に支持、駆動される中間転写ベルト1015に転写される。各色のトナー像が順次重畳されて、中間転写ベルト上にカラー像が形成される。
転写材1019は、給紙ローラにより装置内に給紙され、中間転写ベルト1015と二次転写ローラ1016の間に搬送される。二次転写ローラ1016は、二次転写バイアス電源から電圧が印加され、中間転写ベルト1015上のカラー像を、転写材1019に転写する。カラー像が転写された転写材1019は、定着器1018により定着処理され、装置外に廃紙されプリント動作が終了する。
一方、転写されずに感光ドラム上に残存したトナーは、クリーニングブレード105により掻き取られて廃トナー収容容器107に収納され、クリーニングされた感光ドラム101は、上述の工程を繰り返し行う。また転写されずに一次転写ベルト上に残存したトナーもクリーニング装置1017により掻き取られる。
カートリッジセットは以下の態様を有する。
電子写真装置の本体に脱着可能である第一のカートリッジ及び第二のカートリッジを有するカートリッジセットであって、
該第一のカートリッジが、電子写真感光体の表面を帯電させるための帯電装置、及び該帯電装置を支持するための第一の枠体を有し、
該第二のカートリッジが、電子写真感光体の表面に形成された静電潜像を現像して電子写真感光体の表面にトナー像を形成するためのトナーを収容しているトナー容器を有し、
該帯電装置が、該電子写真感光体に接触可能に配置された導電性部材を有する。
このカートリッジセットに、前述のトナー及び導電性部材を適用できる。
第一のカートリッジ又は第二のカートリッジは、電子写真感光体の表面にトナー像を形成するための現像装置を備えていてもよい。現像装置は、電子写真装置の本体に固定されていてもよい。
画像形成方法は以下の態様を有する。
電子写真感光体、
該電子写真感光体の表面を帯電させるための帯電装置、及び
該電子写真感光体の表面に形成された静電潜像をトナーにより現像して該電子写真感光体の表面にトナー像を形成するための現像装置、を有する電子写真装置により画像を形成する画像形成方法であって、
該帯電装置が、該電子写真感光体に接触可能に配置された導電性部材を有する。
この画像形成方法に、前述のトナー及び導電性部材を適用できる。
電子写真装置は、
該電子写真感光体の表面に像露光光を照射して該電子写真感光体の表面に静電潜像を形成するための像露光装置、
該電子写真感光体の表面に形成されたトナー像を記録媒体に転写するための転写装置、及び
該記録媒体に転写された該トナー像を該記録媒体に定着させるための定着装置、
を有していてもよい。
各物性の測定方法は以下に示す通りである。
動的粘弾性測定装置DMA8000(パーキンエルマー社製)を用いて測定を行う。
測定治具:マテリアルポケット(P/N:N533-0322)
トナー80mgをマテリアルポケットに挟み、シングルカンチレバーに取り付け、トルクレンチでねじを締めて固定する。
測定は専用ソフト「DMA Control Software」(パーキンエルマー社製)を用いる。測定条件は、以下の条件で行う。
・オーブン:Stnadard Air Oven
・測定タイプ:温度スキャン
・DMA条件:シングル周波数/ひずみ(G)
・周波数:1Hz
・ひずみ:0.05mm
・開始温度:25℃
・終了温度:180℃
・走査速度:20℃/min
・変形モード:シングルカンチレバー(B)
・断面:直方体(R)
・試験片サイズ(長さ):17.5mm
・試験片サイズ(幅):7.5mm
・試験片サイズ(厚さ):1.5mm
測定によって得られた貯蔵弾性率E´の曲線からオンセット温度T(A)を計算する。T(A)は、E´の曲線の低温側のベースラインを高温側に延長した直線と、E´の曲線のこう配が最大になる点で引いた接線との交点を示す温度である(図7)。
トナーの最大吸熱ピークはDSCにて測定する。測定はASTM D 3417-99に準じて行う。これらの測定には、例えばパーキンエルマー社製DSC-7、TAインストルメント社製DSC2920、TAインストルメント社製Q1000を用いることができる。
装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。測定サンプルにはアルミニウム製のパンを用い、対照用に空パンをセットし測定する。
結晶性材料の原材料を入手できない場合、次のように単離作業を行う。得られた結晶性材料を用いて、公知の方法で、エステル基のモル数及び分子量を測定できる。
まず、トナーに対する貧溶媒であるエタノールにトナーを分散させ、結晶性材料の融点を超える温度まで、昇温させる。この時、必要に応じて、加圧してもよい。この時点で、融点を超えた結晶性材料が溶融している。その後、固液分離することにより、トナーから、結晶性材料の混合物を採取できる。この混合物を、分子量毎に分種することにより、結晶性材料の単離が可能である。
結晶性ポリエステルの分子量分布は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、以下のようにして測定する。
まず、室温で結晶性ポリエステルをテトラヒドロフラン(THF)に溶解する。そして、得られた溶液を、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マエショリデ
ィスク」(東ソー社製)で濾過してサンプル溶液を得る。なお、サンプル溶液は、THFに可溶な成分の濃度が0.8質量%となるように調整する。このサンプル溶液を用いて、以下の条件で測定する。
装置:高速GPC装置「HLC-8220GPC」[東ソー(株)製]
カラム:LF-604の2連
溶離液:THF
流速:0.6ml/min
オーブン温度:40℃
試料注入量:0.020ml
試料の分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(例えば、商品名「TSKスタンダード ポリスチレン F-850、F-450、F-288、F-128、F-80、F-40、F-20、F-10、F-4、F-2、F-1、A-5000、A-2500、A-1000、A-500」、東ソー社製)を用いて作成した分子量校正曲線を使用する。
トナーの重量平均粒径(D4)及び個数平均粒径(D1)は、100μmのアパーチャーチューブを備えた細孔電気抵抗法による精密粒度分布測定装置「コールター・カウンター Multisizer 3」(登録商標、ベックマン・コールター社製)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「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)を用いて、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、算出する。
測定に使用する電解水溶液は、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、例えば、「ISOTON II」(ベックマン・コールター社製)が使用できる。
なお、測定、解析を行う前に、以下のように専用ソフトの設定を行う。
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する。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する。また、カレントを1600μAに、ゲインを2に、電解液をISOTON II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る。
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から60μmまでに設定する。
(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/秒にて行う。そして、専用ソフトの「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く。
(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、この中に分散剤として「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加える。
(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「Ultrasonic Dispersion System Tetora150」(日科機バイオス社製)の水槽内に所定量のイオン交換水を入れ、この水槽中に前記コンタミノンNを約2ml添加する。
(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
散器を作動させる。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する。
(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、分散させる。そして、さらに60秒間超音波分散処理を継続する。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する。
(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%となるように調整する。そして、測定粒子数が50000個になるまで測定を行う。
(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)又は個数平均粒径(D1)を算出する。なお、専用ソフトでグラフ/個数%、グラフ/体積%とそれぞれ設定したときの、分析/個数統計値(算術平均)、分析/体積統計値(算術平均)画面の「算術径」がそれぞれ個数平均粒径(D1)、重量平均粒径(D4)である。
(トナーのペレット作製)
トナーを直径25mmのペレット作製用冶具にセットした後、ニュートンプレスにて20MPaの加圧条件で1分間加圧して、厚み1.5mm程度のペレットを作製する。トナーの秤量値は、ペレットの厚みが1.5mm以上1.8mm以下となるように調整する。得られたペレットは常温常湿(温度23℃、相対湿度50%RH)環境下にて、24時間以上静置した後、測定用サンプルとする。ノギスでペレット厚みを10点測定した平均値をサンプル厚さとする。
周波数応答アナライザ1260型(ソーラートロン社製)、誘電率測定インターフェイス1296型(ソーラートロン社製)及び、誘電率測定用サンプルホルダー12962型(ソーラートロン社製)を用いて、測定を行う。
作製したトナーペレットを、サンプルホルダーにセットし、AC電圧を印加して、インピーダンスを測定する。AC電圧の印加条件は0.1Vppであり、設定周波数は1Hz~1MHzである。
次に、インピーダンス解析ソフトウエア ZViewを使用して解析を行う(ZPlo
t and ZView for Windowsfrom Scribner Associates)。解析から得られるZ′値およびZ′′値より、以下のようにして誘電正接tanδ及び比誘電率εrが求められる。なお、誘電正接tanδ及び比誘電率εrの値は、いずれも測定時の周波数が1.0×103Hzの時の値である。
tanδ=Z′/Z′′ 式(1)
εr=ε/ε0 式(2)
(式(2)において、εは式(3)より求められる誘電率であり、ε0は真空の誘電率(=8.85×10-12 F/m)である)
ε={Z′′/(-ω×(Z′2+Z′′2))}×D/S 式(3)
(式(3)において、ωは式(4)で求められ、Dは作製したトナーペレットの厚みであり、Sはサンプルホルダーの電極面積である)
ω=2×π×f 式(4)
(式(4)において、fは測定周波数である)
[1-1.ドメイン形成用ゴム混合物(CMB)の調製]
表1に示す各材料を、表1に示す配合量で、6リットル加圧ニーダー(商品名:TD6-15MDX、トーシン社製)を用いて混合してCMBを得た。混合条件は、充填率70体積%、ブレード回転数30rpm、30分間とした。
表2に示す各材料を、表2に示す配合量で、6リットル加圧ニーダー((商品名:TD6-15MDX、トーシン社製)を用いて混合してMRCを得た。混合条件は、充填率70体積%、ブレード回転数30rpm、16分間とした。
上記で得たCMB及びMRCを、表3に示す配合量で、6リットル加圧ニーダー(商品名:TD6-15MDX、トーシン社製)を用いて混合した。混合条件は、充填率70体積%、ブレード回転数30rpm、20分間とした。
混合条件は、前ロール回転数10rpm、後ロール回転数8rpmで、ロール間隙2mmとして合計20回左右の切り返しを行った後、ロール間隙を0.5mmとして10回薄通しを行った。
[2-1.導電性の外表面を有する支持体の用意]
導電性の外表面を有する支持体として、ステンレス鋼(SUS)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。
支持体の供給機構、及び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の先端に、内径12.5mmのダイスを取付け、押出機とクロスヘッドの温度を80℃に、支持体の搬送速度を60mm/secに調整した。この条件で、押出機から、導電層形成用ゴム混合物を供給して、クロスヘッド内にて支持体の外周部を、該導電層形成用ゴム混合物で被覆し、未加硫ゴムローラを得た。
次に、160℃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導電層形成用ゴム混合物を加硫し、支持体の外周部に導電層が形成されたローラを得た。その後、導電層の両端部を各10mm切除して、導電層部の長手方向の長さを231mmとした。
最後に、導電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8.44mm、中央部直径が8.5mmのクラウン形状である導電性部材101を得た。
[マトリックスドメイン構造の確認]
導電層におけるマトリックスドメイン構造の形成の有無について以下の方法により確認を行う。
カミソリを用いて導電性部材の導電層の長手方向と垂直な断面が観察できるように切片
(厚さ500μm)を切り出す。次いで、白金蒸着を行い、走査型電子顕微鏡(SEM)(商品名:S-4800、(株)日立ハイテクノロジーズ製)を用いて1000倍で撮影し、断面画像を得る。
導電層からの切片において観察されたマトリックスドメイン構造は、断面画像内において、図2のように、複数のドメイン6bがマトリックス6a中に分散されて、ドメイン同士が接続せずに独立した状態で存在する形態を示す。6cは電子導電剤である。一方で、マトリックスは画像内で連通し、ドメインがマトリックスによって分断されている状態である。
当該2値化画像に対してカウント機能によって、50μm四方の領域内に存在し、かつ、2値化画像の枠線に接点を持たないドメインの総数に対して、上記のように、ドメイン同士が接続せずに孤立しているドメインの個数パーセントKを算出する。
具体的には、画像処理ソフトのカウント機能において、当該2値化画像の4方向の端部の枠線に接点を有するドメインがカウントされないよう設定する。
導電性部材の導電層を長手方向に均等に5等分し、周方向に均等に4等分して得られた領域のそれぞれから任意に1点ずつ、合計20点から当該切片を作製して上記測定を行った際のKの算術平均値(個数%)を算出する。
Kの算術平均値(個数%)が80以上の場合に、マトリックスドメイン構造を「有」すると評価し、Kの算術平均値(個数%)が80を下回る場合に「無」と評価する。
マトリックスの体積抵抗率R1は、例えば、導電層から、マトリクスドメイン構造が含まれている所定の厚さ(例えば、1μm)の薄片を切り出し、当該薄片中のマトリクスに走査型プローブ顕微鏡(SPM)や原子間力顕微鏡(AFM)の微小探針を接触させることによって計測することができる。
弾性層からの薄片の切り出しは、例えば、図3(b)に示したように、導電性部材の長手方向をX軸、導電層の厚み方向をZ軸、周方向をY軸とした場合において、薄片が、導電性部材の軸方向に対して垂直なYZ平面(例えば、83a、83b、83c)に平行な面の少なくとも一部を含むように切り出す。切り出しは、例えば、鋭利なカミソリや、ミクロトーム、収束イオンビーム法(FIB)を用いて行うことができる。
体積抵抗率の測定は、導電層から切り出した薄片の片面を接地する。次いで、当該薄片の接地面とは反対側の面のマトリクスの部分に走査型プローブ顕微鏡(SPM)や原子間力顕微鏡(AFM)の微小探針を接触させ、50VのDC電圧を5秒間印加し、接地電流値を5秒間測定した値から算術平均値を算出し、その算出した値で印加電圧を除することで電気抵抗値を算出する。最後に薄片の膜厚を用いて、抵抗値を体積抵抗率に変換する。このとき、SPMやAFMは、抵抗値と同時に当該薄片の膜厚も計測できる。
円柱状の帯電部材におけるマトリックスの体積抵抗率R1の値は、例えば、導電層を周方向に4分割、長手方向に5分割した領域のそれぞれから各1つずつ薄片サンプルを切り出し、上記の測定値を得た後に、合計20サンプルの体積抵抗率の算術平均値を算出することによって求める。
本実施例においては、まず、導電性部材の導電層から、ミクロトーム(商品名:Leica EM FCS、ライカマイクロシステムズ製)を用いて、切削温度-100℃にて、1μmの厚みの薄片を切り出した。薄片は、図3(b)に示したように、導電性部材の長手方向をX軸、導電層の厚み方向をZ軸、周方向をY軸とした場合において、導電性部
材の軸方向に対して垂直なYZ平面(例えば、83a、83b、83c)の少なくとも一部が含まれるように切り出した。
温度23℃、湿度50%RH環境において、当該薄片の一方の面(以降、「接地面」ともいう)を金属プレート上に接地させ、当該薄片の接地面とは反対側の面(以降、「測定面」ともいう)のマトリクスに相当し、かつ、測定面と接地面との間にドメインが存在していない箇所に走査型プローブ顕微鏡(SPM)(商品名:Q-Scope250、Quesant Instrument Corporation製)のカンチレバーを接触させた。続いて、5秒間、カンチレバーに50Vの電圧を印加し、電流値を測定して5秒間の算術平均値を算出した。
SPMで測定切片の表面形状を観察し、得られる高さプロファイルから測定箇所の厚さを算出した。さらに、表面形状の観察結果から、カンチレバーの接触部の凹部面積を算出した。当該厚さと当該凹部面積とから体積抵抗率を算出した。
薄片は、導電層を長手方向に5等分し、周方向に4等分して得られたそれぞれの領域内から任意に1点ずつ、合計20点の当該切片を作製して上記測定を行った。その平均値を、マトリックスの体積抵抗率R1とした。
なお、走査型プローブ顕微鏡(SPM)(商品名:Q-Scope250、Quesant Instrument Corporation製)はコンタクトモードで操作した。
上記マトリックスの体積抵抗率R1の測定において、超薄切片のドメインに該当する箇所で測定を実施し、測定の電圧を1Vにする以外は、同様の方法で、ドメインの体積抵抗率R2を測定する。
本実施例では、上記(マトリックスの体積抵抗率R1の測定)において、測定面のカンチレバーを接触させる箇所を、ドメインに相当し、かつ、測定面と接地面との間にマトリクスが存在しない箇所に変更し、電流値の測定の際の印加電圧を1Vに変更した以外は同様の方法で実施し、R2を算出した。
マルテンス硬度は、微小硬さ試験機(商品名:ピコデンターHM500、ヘルムート フィッシャー(Helmut Fischer)社製)を用いて測定する。また、ソフトウェアとしては、上記表面被膜物性試験機に付属の「WIN-HCU」(商品名)を使用する。マルテンス硬度とは、圧子を、荷重をかけながら測定対象物に押し込むことにより求められる物性値であり、(試験荷重)/(試験荷重下での圧子の表面積)(N/mm2)として求められる。
四角錐などの圧子を、所定の比較的小さい試験荷重をかけながら被測定物に押し込み、所定の押し込み深さに達した時点でのその押し込み深さから圧子が接触している表面積を求め、下記式よりユニバーサル硬度を求める。本発明においては、荷重1mNで押し込んだ際の硬度を採用する。
ISO 14577に基づき、表面被膜物性試験機(商品名:ピコデンターHM500、)を用いて測定する。導電性部材の中央部において任意に選ばれた10箇所を測定点として、マルテンス硬度測定を行った相加平均値を現像剤担持体の測定値とする。測定条件を以下に示す。
・測定圧子:四角錐圧子(角度136°、ベルコビッチタイプ);
・圧子材料:ダイヤモンド;
・測定環境:温度23℃、相対湿度50%;
・荷重速度及び除荷速度:1mN/50秒;
・最大押し込み荷重:1mN。
上記条件に記載の速度で荷重を負荷することで荷重-硬度曲線を測定し、下記計算式により押し込み深さ0.1μmに到達した時点のマルテンス硬度を算出する。マルテンス硬
度HM(N/mm2)=F(N)/試験荷重下での圧子の表面積(mm2)
式中、Fは力、tは時間を表す。
押し込みヤング率E(Pa)=(1-νi2)/Ei+(1-νs2)/Es
Eiは圧子のヤング率、νiは圧子のポアソン比、νsは導電性部材のポアソン比を表す。
マトリックス部及びドメイン部のマルテンス硬度の測定は具体的には以下のようにして行う。まず、被測定対象である導電性部材から、カミソリで、導電性部材の外表面を含む測定サンプルを切り出す。測定サンプルは、導電性部材の周方向及び長手方向に各々2mmの長さを有し、導電性部材の外表面から深さ方向に500μmの厚みを有するように切り出す。
得られた測定サンプルの、導電性部材の外表面に該当する観察面が観察可能なように測定サンプルを微小硬さ試験機にセットする。そして、微小硬さ試験機に付属の顕微鏡(倍率50倍)で観察面を観察し、マトリックス部のうち、いずれのドメインの外縁からも0.1μm以上離れている10点を任意に選定する。当該10点に測定圧子の先端を当接させ、上記した条件にてマルテンス硬度を測定する。得られた10点の測定値の算術平均値を、マトリックス部のマルテンス硬度G1とする。
同様に、測定サンプルの観察面を観察して、任意の10個のドメインを選定し、各々のドメインの平面上の重心位置に測定圧子を当接させ、上記した条件にてマルテンス硬度を測定する。得られた10個の測定値の算術平均値をドメイン部のマトリックス硬度G2とする。
以上によって得られたドメイン部とマトリックス部のマルテンス硬度の値を比較することで、ドメイン部とマトリックス部の硬度の大小関係を評価する。
ドメインの円相当径Dは以下のようにして算出する。
導電層の長手方向の長さをL、導電層の厚さをTとしたとき、導電層の長手方向の中央、及び導電層の両端から中央に向かってL/4の3か所から、図3(b)に示されるような導電層の厚さ方向の断面(83a、83b、83c)が表れている面を有する、厚みが1μmのサンプルを、ミクロトーム(商品名:Leica EM FCS、ライカマイクロシステムズ社製)を用いて切り出す。
得られた3つのサンプルの各々の、導電層の厚さ方向の断面に白金を蒸着する。次いで、各サンプルの白金蒸着面のうち、導電層の外表面から深さ0.1T~0.9Tまでの厚み領域内の任意に選択した3か所を走査型電子顕微鏡(SEM)(商品名:S-4800、(株)日立ハイテクノロジーズ製)を用いて5000倍で撮影する。
得られた9枚の撮影画像の各々を、画像処理ソフト(製品名:ImageProPlus;Media Cybernetics社製)によって、2値化、カウント機能による定量化を行って、各撮影画像に含まれるドメインの面積の算術平均値Sを算出する。
次いで、各撮影画像について算出したドメインの面積の算術平均値Sから、ドメインの円相当径(=(4S/π)0.5)を計算する。次に、各撮影画像のドメインの円相当径の算出平均値を算出して、被測定対象である導電性部材の導電層断面から観察されるドメインの円相当径Dを得る。
ドメインの円相当径Dの均一性を評価するための、ドメインの粒度分布の測定は、次のようにして行う。まず、上記ドメインの円相当径Dの測定で得られる、走査型電子顕微鏡(商品名:S-4800、(株)日立ハイテクノロジーズ製)による5000倍の観察画像に対して画像処理ソフト(商品名:ImageProPlus;Media Cybernetics社製)によって、2値化画像を得る。次いで、当該2値化画像内のドメイ
ン群に対して、画像処理ソフトのカウント機能により平均値Dと標準偏差σdを算出し、次いで粒度分布の指標であるσd/Dを計算する。
ドメイン径のσd/D粒度分布の測定においては、導電層の長手方向の長さをL、導電層の厚さをTとしたとき、導電層の長手方向の中央、及び導電層の両端から中央に向かってL/4の3か所における、図3(b)に示されるような導電層の厚さ方向の断面を取得する。上記の3つの測定位置から得られた3つの切片のそれぞれの、導電層外表面から深さ0.1T~0.9Tまでの厚み領域の任意の3か所、合計9か所において、50μm四方の領域を解析画像として抽出して測定を実施し、9か所の算術平均値を算出する。
導電層の長手方向の長さをL、導電層の厚さをTとしたとき、導電層の長手方向の中央、及び導電層の両端から中央に向かってL/4の3か所から、図3(b)に示されるような導電層の厚さ方向の断面(83a、83b、83c)が表れている面を有するサンプルを取得する。
得られた3つのサンプルの各々について、導電層の厚さ方向の断面が表れた面における、導電層外表面から深さ0.1T~0.9Tまでの厚み領域の任意の3か所に50μm四方の解析領域を置く。当該3つの解析領域を、走査型電子顕微鏡(商品名:S-4800、(株)日立ハイテクノロジーズ製)を用いて倍率5000倍で撮影する。得られた合計9枚の撮影画像の各々を、画像処理ソフト(商品名:LUZEX;ニレコ社製)を使用して2値化する。
2値化の手順は以下のように行う。撮影画像に対し、8ビットのグレースケール化を行い、256階調のモノクロ画像を得る。そして、撮影画像内のドメインが白くなるように、画像の白黒を反転処理し、2値化し、撮影画像の2値化画像を得る。次いで、9枚の2値化画像の各々について、ドメインの壁面間距離を算出し、さらにそれらの算術平均値を算出する。この値をDmとする。なお、壁面間距離とは、最も近接しているドメイン同士の壁面間の距離(最短距離)であり、上記画像処理ソフトにおいて、測定パラメーターを隣接壁面間距離と設定することで求めることができる。
上記ドメイン間距離Dmの測定過程において得たドメインの壁面間距離の分布から、ドメイン間距離の標準偏差σmを算出し、ドメイン間距離の均一性の指標である変動係数σm/Dmを計算する。
ドメインの体積分率はFIB-SEMを用いた3次元での導電層の計測により算出する。
具体的には、FIB-SEM(エフイー・アイ社製)を使用して(詳細上述)、収束イオンビームによる断面だしとSEM観察を繰り返し、スライス画像群を取得する。
その後得られた画像を、3D可視化・解析ソフトウェア Avizo(エフ・イー・アイ社製)を利用して、マトリックスドメイン構造を3次元構築する。次に、当該解析ソフトウェアによって2値化によってマトリックスドメイン構造を区別する。
さらに、体積分率を定量化するために、当該3次元像内の任意の、一辺が10μmの立方体形状1個のサンプル中に含まれるドメインの体積を算出する。
上記ドメインの体積分率の測定では、導電層の長手方向の長さをL、導電層の厚さをTとしたとき、導電層の長手方向の中央、及び導電層の両端から中央に向かってL/4の3か所における、図3(b)に示されるような導電層の厚さ方向の断面を取得する。上記の3つの測定位置から得られた3つの切片のそれぞれの、導電層外表面から深さ0.1T~0.9Tまでの厚み領域の任意の3か所、合計9か所において、一辺が10μmの立方体形状をサンプルとして抽出して測定を実施し、9か所の算術平均値を算出する。
表中のムーニー粘度に関し、原料ゴムの値は各社のカタログ値である。混合物の値は、JIS K6300-1:2013に基づくムーニー粘度ML(1+4)であり、混合物を構成する材料すべてを混練している時のゴム温度で測定されたものである。SP値の単位は、(J/cm3)0.5であり、DBPは、DBP吸油量(cm3/100g)を示す。各材料については表5B-1~5B~3に示す。
表中のムーニー粘度に関し、原料ゴムの値は、各社のカタログ値である。マトリックス形成用ゴム混合物の値は、JIS K6300-1:2013に基づくムーニー粘度ML(1+4)であり、マトリックス形成用ゴム混合物を構成するすべての材料を混練している時のゴム温度で測定されたものである。SP値の単位は、(J/cm3)0.5である。
表中、例えば「5.83E+16」は、「5.83×1016」であることを示し、「3.5E-13」は、「3.5×10-13」であることを示す。また、MD構造は、マトリックスドメイン構造の有無を示し、円相当径Dは、「ドメインの円相当径D」であり、D体積分率は「ドメインの体積分率」である。
原料ゴム、導電剤、加硫剤、加硫促進剤に関して表5A-1~表5A-2に示す材料、及び条件を用いる以外は、導電性部材1と同様にして導電性部材102~109、201~205を製造した。
なお、表5A-1~表5A-2中に示した材料の詳細については、ゴム材料は表5B-1、導電剤は5B-2、加硫剤及び加硫促進剤は5B-3に示す。
得られた導電性部材の物性を表6に示す。
<WAX1の製造>
窒素導入管、脱水管、撹拌器および熱電対を装備した反応槽中に、ステアリン酸100部と、エチレングリコール10部とを加え、窒素気流下、180℃で反応水を留去しつつ、15時間常圧で反応させた。この反応によって得られたエステル化粗生成物100部に対して、トルエン20部と、エタノール4部とを加え、攪拌後30分間静置した後、エステル相から分離した水相(下層)を除去することによって、前記エステル化粗生成物を水洗した。水相のpHが7になるまで、上記水洗を4回繰り返した。
その後、170℃、5kPaの減圧条件下で、水洗されたエステル相から溶媒を留去し、WAX1を得た。WAX1の構造の分析をしたところ酸モノマーが含有する炭素数aは18、アルコールモノマーが含有する炭素数bは2であった。
アルコールモノマーをエチレングリコールからべへニルアルコールに変更した以外はWAX1の製造と同様の操作を行い、WAX2を得た。WAX2の構造の分析をしたところ酸モノマーが含有する炭素数aは18、アルコールモノマーが含有する炭素数bは22であった。
酸モノマーをステアリン酸からベヘン酸に、アルコールモノマーをエチレングリコールからべへニルアルコールに変更した以外はWAX1の製造と同様の操作を行い、WAX3を得た。WAX3の構造の分析をしたところ酸モノマーが含有する炭素数aは22、アルコールモノマーが含有する炭素数bは22であった。
炭化水素ワックスとしてパラフィンワックス(日本精蝋社製、HNP-51)を用いた。
窒素導入管、脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した反応槽中に、酸モノマー1としてセバシン酸100.0部、酸モノマー2としてステアリン酸1.6部、アルコールモノマーとして1,9-ノナンジオール89.3部、を投入した。
撹拌しながら140℃に昇温し、窒素雰囲気下で140℃に加熱して常圧下で水を留去しながら8時間反応させた。次いで、ジオクチル酸スズを0.57部加えた後、200℃まで10℃/時間で昇温しつつ反応させた。さらに、200℃に到達してから2時間反応させた後、反応槽内を5kPa以下に減圧して200℃で分子量を見ながら反応させて結晶性ポリエステル1を得た。
得られた結晶性ポリエステル1を分析したところ、重量平均分子量38000であった。
結晶性ポリエステル1の製造において、アルコールモノマーをエチレングリコールに、酸モノマーをドデカン二酸に変更した以外は同様の工程で製造を行い、結晶性ポリエステル2を得た。
得られた結晶性ポリエステル2を分析したところ、重量平均分子量42000であった。
結晶性ポリエステル2の製造において、アルコールモノマー、酸モノマーの総量に対してラウリル酸末端モノマー20部を他のモノマーと同時に加えた以外は同様の工程で製造を行い、結晶性ポリエステル3を得た。
得られた結晶性ポリエステル3を分析したところ、重量平均分子量42000であった。
Fe2+を2.0mol/L含有する硫酸鉄第一水溶液50リットルに、4.0mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液55リットルを混合撹拌し、水酸化第一鉄コロイドを含む第一鉄塩水溶液を得た。この水溶液を85℃に保ち、20L/minで空気を吹き込みながら酸化反応を行い、コア粒子を含むスラリーを得た。
得られたスラリーをフィルタープレスにてろ過・洗浄した後、コア粒子を水中に再度分散させ、リスラリーした。このリスラリー液に、コア粒子100部あたり珪素換算で0.20質量%となる珪酸ソーダを添加し、スラリー液のpHを6.0に調整し、撹拌することで珪素リッチな表面を有する磁性酸化鉄粒子を得た。
得られたスラリーをフィルタープレスにてろ過、洗浄、更にイオン交換水にてリスラリーを行った。このリスラリー液(固形分50g/L)に500g(磁性酸化鉄に対して10質量%)のイオン交換樹脂SK110(三菱化学製)を投入し、2時間撹拌してイオン交換を行った。その後、イオン交換樹脂をメッシュでろ過して除去し、フィルタープレス
にてろ過・洗浄し、乾燥・解砕して個数平均径が0.23μmの磁性酸化鉄を得た。
iso-ブチルトリメトキシシラン30部をイオン交換水70部に撹拌しながら滴下した。その後、この水溶液をpH5.5、温度55℃に保持し、ディスパー翼を用いて、周速0.46m/sで120分間分散させて加水分解を行った。その後、水溶液のpHを7.0とし、10℃に冷却して加水分解反応を停止させた。こうしてシラン化合物を含有する水溶液を得た。
磁性酸化鉄100部をハイスピードミキサー(深江パウテック社製 LFS-2型)に入れ、回転数2000rpmで撹拌しながら、シラン化合物を含有する水溶液8.0部を2分間かけて滴下した。その後5分間混合・撹拌した。次いで、シラン化合物の固着性を高めるために、40℃で1時間乾燥し、水分を減少させた後に、混合物を110℃で3時間乾燥し、シラン化合物の縮合反応を進行させた。その後、解砕し、目開き100μmの篩を通して磁性体1を得た。
窒素導入管、脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した反応槽中に、テレフタル酸40mol%、トリメリット酸10mol%、ビスフェノールA-PO2mol付加物50mol%を入れた後、触媒としてジブチル錫をモノマー総量100部に対して1.5部添加した。
次いで、窒素雰囲気下にて常圧で180℃まで素早く昇温した後、180℃から210℃まで10℃/時間の速度で加熱しながら水を留去して重縮合を行った。210℃に到達してから反応槽内を5kPa以下まで減圧し、210℃、5kPa以下の条件下にて重縮合を行い、非晶性ポリエステル樹脂1を得た。その際、得られるポリエステル樹脂の軟化点が120℃となるように重合時間を調整した。
・ビスフェールAエチレンオキサイド付加物(2.2mol付加) 100.0mol部・テレフタル酸 60.0mol部
・無水トリメリット酸 20.0mol部
・アクリル酸 10.0mol部
上記ポリエステルモノマーに加えて、炭素数のピーク値70の1価の2級脂肪族飽和アルコール(長鎖モノマー)をポリエステル系樹脂全体に対して5.0質量%になるように添加して混合物を得た。得られた混合物60部を4口フラスコに仕込み、減圧装置、水分離装置、窒素ガス導入装置、温度測定装置及び攪拌装置を装着して窒素雰囲気下にて160℃で攪拌した。
そこに、ビニル重合体部位を構成するビニル系重合モノマー(スチレン:100.0mol部)40部と重合開始剤としてベンゾイルパーオキサイド2.0部を混合したものを滴下ロートから4時間かけて滴下した。その後、160℃で5時間反応した後、230℃に昇温してジブチル錫オキシドを0.2質量%添加し、軟化点が130℃なるように反応時間を調節し、APES2を得た。
窒素導入管、脱水管、撹拌器及び熱電対を装備した反応槽中に、表1に示す配合量(モル部)の原料モノマーを入れた。
ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物(2.0mol付加): 44.0モル部ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物(2.0mol付加): 38.0モル部
エチレングリコール: 18.0モル部
テレフタル酸: 89.0モル部
その後、触媒としてジブチル錫を原料モノマー総量100部に対して1.0部添加した。そして窒素雰囲気下にて撹拌しながら槽内温度を120℃に昇温した。
その後、撹拌しながら120℃から200℃まで10℃/時間の昇温速度で加熱しながら水を留去して縮重合を行った。200℃に到達してから反応槽内を5kPa以下まで減圧し、200℃、5kPa以下の条件下にて3時間縮重合を行い、冷却、粉砕してAPES3を製造した。APES3の軟化点は90.0℃であり、ガラス転移温度は58.5℃であった。
下記の手順によってトナーを製造した。
イオン交換水720部に0.1モル/L-Na3PO4水溶液450部を投入して60℃に加温した後、1.0モル/L-CaCl2水溶液67.7部を添加して、分散安定剤を含む水系媒体を得た。(重合性単量体組成物の調整)
・スチレン 72部
・n-ブチルアクリレート 28部
・磁性体1 65部
・非晶性ポリエステル樹脂1 4部
上記材料をアトライター(三井三池化工機(株)製)を用いて均一に分散混合した後、60℃に加温し、そこにエステルワックスとしてWAX1を20部添加混合し、溶解して重合性単量体組成物を得た。
上記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、60℃、N2雰囲気下においてT.K.ホモミクサー(特殊機化工業株式会社製)にて12000rpmで10分間撹拌し、造粒した。その後パドル撹拌翼で撹拌しつつ重合開始剤t-ブチルパーオキシピバレート8.0部を投入し、74℃に昇温して3時間反応させた。
反応終了後、懸濁液を100℃まで昇温させ、2時間保持した。その後、冷却工程として、懸濁液に0℃の水を投入し、200℃/分の速度で懸濁液を98℃から30℃まで冷却した後、55℃で3時間保持した。その後、25℃まで室温で自然冷却して冷やした。その際の冷却速度は、2℃/分であった。
その後、懸濁液に塩酸を加えて十分洗浄することで分散安定剤を溶解させ、濾過・乾燥して重量平均粒径が7.3μmのトナー粒子1を得た。
得られたトナー粒子1の100部に対して、下記材料をヘンシェルミキサ(三井三池化工機(株)製FM-10型)で混合して、トナー1を得た。
・ヘキサメチルジシラザン25質量%で表面処理した一次粒子の個数平均粒径20nmの疎水性シリカ微粒子 0.5部
・ヘキサメチルジシラザン15質量%で表面処理した一次粒子の個数平均粒径40nmの疎水性シリカ微粒子 0.5部
得られたトナー1の物性を表8に記載した。
トナー1の製造例において、結着樹脂と結晶性材料を表7で示すような材料構成にした以外は、トナー1の製造例と同様にして、トナー2乃至5、10、11を得た。得られたトナーの物性を表8に示す。
下記材料をアトライタ(三井三池化工機株式会社)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時間分散させ、顔料マスターバッチを得た。・スチレン 60部
・カーボンブラック(Orion Engineerred Carbons社製、商品名「Printex35」) 7部
・荷電制御剤(オリエント社製:ボントロンE-89) 0.10部
イオン交換水720部に0.1モル/L-Na3PO4水溶液450部を投入して60℃に加温した後、1.0モル/L-CaCl2水溶液67.7部を添加して、分散安定剤を含む水系媒体を得た。(重合性単量体組成物の調整)
・スチレン 12部
・n-ブチルアクリレート 28部
・顔料マスターバッチ 67.1部
・非晶性ポリエステル樹脂1 4.0部
上記材料をアトライター(三井三池化工機(株)製)を用いて均一に分散混合した後、60℃に加温し、そこにエステルワックスとしてWAX1を20部添加混合し、溶解して重合性単量体組成物を得た。
その後の工程はトナー1の製造例と同様の操作を行い、トナー6を得た。
トナー6の製造例において、結着樹脂と結晶性材料を表7で示すような材料構成にした以外は、トナー6の製造例と同様にして、トナー7を得た。得られたトナーの物性を表8に示す。
・非晶性ポリエステル樹脂2: 60.0部
・非晶性ポリエステル樹脂3: 40.0部
・着色剤 磁性体1: 60.0部
・結晶性ポリエステル1: 4.0部
・離型剤 離型剤1(C105、サゾール社製、融点105℃): 2.0部
・荷電制御剤 T-77(保土谷化学社製): 2.0部
上記の材料をFMミキサ(日本コークスエ業社製)で前混合した後、二軸混練押し出し機(東芝機械社製TEM-26SS φ26mm L/D=48)によって溶融混練した。
そして、混練フィード20kg/h、回転数200rpmとし、ダイから吐出される樹脂の温度が150℃となるように、ダイ温度及び混練機ヒーター温度を調整した。
得られた混練物を冷却し、ハンマーミルで粗粉砕した後、機械式粉砕機(ターボ工業社製T-250)で粉砕し、得られた微粉砕粉末を、コアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて分級したのち、機械式表面処理装置(ホソカワミクロン社製ファカルティF-400)を用いて表面処理を行った。
表面処理条件は、分散回転数5500rpm、分級回転数7000rpm、ハンマーの個数を8個とし、1バッジの処理重量200g、処理時間60秒とした
これにより、重量平均粒径(D4)6.8μmのトナー粒子8を得た。
その後の工程は、トナー1の製造例と同様の方法でトナー8を得た。
トナー8の製造例において、結着樹脂と結晶性材料を表7で示すような材料構成にした以外は、トナー8の製造例と同様にして、トナー9を得た。得られたトナーの物性を表8に示す。
次に実施例、比較例に関して詳細に説明する。
なお画像形成装置としては、HP LaserJet Enterprise Color M553dnを用いた。これらの画像形成装置の導電性部材及びトナーを表9の組み合わせに変更した。これらプリンター及びプロセスカートリッジの組み合わせは、図5に示す構成に該当する。
画出し評価には、これらの画像形成装置の印字速度を60枚/分に改造した改造機を使用した。各実施例の結果を表10に、各比較例の結果を表11に示した。
紙上カブリの評価は、帯電の立ち上がりに不利な高温高湿環境(温度30℃、相対湿度80%)で行った。
長期耐久試験を想定して、印字率1%となる横線パターンを2枚/1ジョブとして、ジョブとジョブの間にマシンがいったん停止してから次のジョブが始まるように設定した。このモードで、計50000枚の画出し試験を実施した直後に、中央下あたりにポストイットを張った紙に対して全白画像を印刷し、ポストイットで隠れていた部分とそうでない部分の濃度差を耐久後カブリの値とした。
反射濃度計(リフレクトメーター モデル TC-6DS 東京電色社製)を用い、フィルターにはアンバーライトフィルターを用いた。耐久後カブリの値により、下記評価基準で評価した。
(評価基準)
A:値が2.0未満である。
B:値が2.0以上3.0未満である。
C:値が3.0以上4.0未満である。
D:値が4.0以上である。
画像安定性は、常温常湿環境(温度23℃、相対湿度50%)にて行った。メディアとしてはA4のカラーレーザーコピー用紙(キヤノン製、70g/m2)を用いた。初期のベタ画像濃度と、印字率1%の横線画像を間欠モードで50000枚印刷した後のベタ画像濃度を測定し、その濃度差を確認した。画像濃度は、マクベス反射濃度計(マクベス社製)を用いて測定した。濃度差が小さいほど画像安定性が高いことを示す。
(評価基準)
A:濃度差が0.05未満である。
B:濃度差が0.05以上0.10未満である。
C:濃度差が0.10以上0.15未満である。
D:濃度差が0.15以上である。
画像均一性は、評価2の画像安定性と同様の環境及び条件で耐久を行い、ベタ画像をプリントした。耐久後のベタ画像において、中心部分と上部2か所、下部2か所、計5か所を選択し、画像濃度を測定した。測定した濃度の最大値と最小値の差を画像均一性の指標とし、以下の基準で評価した。
(評価基準)
A.濃度差が0.05未満である。
B.濃度差が0.05以上0.10未満である。
C.濃度差が0.10以上0.15未満である。
D.濃度差が0.15以上である。
トナーの導電性部材融着による汚染スジの評価は、常温常湿環境(温度23℃、相対湿度50%)にて行った。メディアはA4のカラーレーザーコピー用紙(キヤノン製、70g/m2)を用いた。印字率1%の横線画像を間欠モードで50000枚印刷した後、ベタ黒画像の画出し試験を実施し、導電性部材上のトナー起因のスジの本数を目視で測定した。
(評価基準)
A:スジ0本。
B:スジ1~2本。
C:スジ3~4本。
D:スジ5本以上。
ハーフトーン擦りの評価は、低温定着性の評価に厳しい環境である、低温低湿環境(温度15℃、相対湿度10%)にて行った。
評価紙としては定着メディアにはA4のカラーレーザーコピー用紙(キヤノン製、70g/m2)を用いた。本メディアは比較的薄く、低温定着性に対して良好な結果が得られやすい。一方、トナーが溶融しやすいために、画像の貼りつきが発生しやすく、厳しく評価することが可能である。
評価手順は、定着器全体が室温に冷えた状態から、170℃の設定温度で、画像濃度が0.75以上0.80以下となるようにハーフトーン画像の濃度を調整し画出しを行った。画像濃度はマクベス反射濃度計(マクベス社製)を用いて測定した。
その後、55g/cm2(5.4kPa)の加重をかけたシルボン紙で定着画像を10回摺擦した。摺擦前後の画像濃度より、下記式を用いて、170℃における濃度低下率を算出した。
濃度低下率(%)=
(摺擦前の画像濃度―摺擦後の画像濃度)/摺擦前の画像濃度×100
同様に、定着温度を5℃ずつ増加させ、210℃まで同様に濃度低下率を算出した。
一連の作業により得られた、定着温度と濃度低下率の評価結果から、2次の多項式近似を行い、定着温度と濃度低下率の関係式を得た。その関係式を用いて、濃度低下率が15%となる温度を算出し、その温度を低温定着性が良好である閾値を示す定着温度とした。定着温度が低いほど、低温定着性が良好であることを示す。
(評価基準)
A.定着温度が190℃未満である。
B.定着温度が190℃以上200℃未満である。
C.定着温度が200℃以上210℃未満である。
D.定着温度が210℃以上である。
トナーを恒温槽中で50℃、72時間の条件で保管し、その後中を空にしたカートリッジに詰めて評価2の初期と同様にベタ画像の画出しを行った。評価2で得られた初期の濃度と評価6で得られた画像濃度の差を測定し、以下の基準で評価した。
A.濃度差が0.05未満である。
B.濃度差が0.05以上0.10未満である。
C.濃度差が0.10以上である。
71 ドメイン、
81 導電性部材、82 XZ平面、82a XZ平面82と平行な断面、83 導電性部材の軸方向と垂直なYZ平面、83a 導電層の一端から中央に向かってL/4の箇所の断面、83b 導電層の長手方向の中央での断面、83c 導電層の一端から中央に向かってL/4の箇所の断面、
91 電子写真感光体、92 導電性部材(帯電ローラ)、93 現像ローラ、94 トナー供給ローラ、95 クリーニングブレード、96 トナー容器、97 廃トナー容器、98 現像ブレード、99 トナー、910 攪拌羽、
101 感光ドラム、102 帯電ローラ、103 現像ローラ、104 トナー供給ローラ、105 クリーニングブレード、106 トナー容器、107 廃トナー収容容器、108 現像ブレード、109 トナー、1010 攪拌羽、1011 露光光、1012 一次転写ローラ、1013 テンションローラ、1014 中間転写ベルト駆動ローラ、1015 中間転写ベルト、1016 二次転写ローラ、1017 クリーニング装置、1018 定着器、1019 転写材
Claims (12)
- 電子写真感光体、該電子写真感光体の表面を帯電させるための帯電装置、及び該電子写真感光体の表面に形成された静電潜像をトナーにより現像して該電子写真感光体の表面にトナー像を形成するための現像装置、を有する電子写真装置であって、
該帯電装置が、該電子写真感光体に接触可能に配置された導電性部材を有し、
該導電性部材が、導電性の外表面を有する支持体、及び該支持体の該外表面上に設けられた導電層を有し、
該導電層が、マトリックス及び該マトリックス中に分散された複数のドメインを有し、
該マトリックスが、第一のゴムを含有し、
該ドメインが、第二のゴム及び電子導電剤を含有し、
該ドメインの少なくとも一部は、該導電性部材の外表面に露出し、
該導電性部材の外表面は、少なくとも、該マトリックスと、該導電性部材の外表面に露出している該ドメインとで構成され、
該マトリックスの体積抵抗率R1が、1.00×1012Ω・cmより大きく、
該ドメインの体積抵抗率R2が、該マトリックスの体積抵抗率R1よりも小さく、
該導電性部材の外表面に露出している該マトリックスにおいて測定されるマルテンス硬度をG1とし、
該導電性部材の外表面に露出している該ドメインにおいて測定されるマルテンス硬度をG2としたとき、
G1及びG2は、共に、1.0N/mm2~10.0N/mm2の範囲内であり、
G1<G2の関係を満たし、
該現像装置は、該トナーを含み、
該トナーは、結着樹脂、着色剤、及び結晶性材料を含有するトナー粒子を有し、
該トナーの粉体動的粘弾性測定における貯蔵弾性率E´のオンセット温度T(A)が、80.0℃以下であることを特徴とする電子写真装置。 - 前記マトリックスの前記体積抵抗率R1が、2.00×1012Ω・cm以上である請求項1に記載の電子写真装置。
- 前記マトリックスの前記体積抵抗率R1が、前記ドメインの前記体積抵抗率R2の1.0×105倍以上である請求項1又は2に記載の電子写真装置。
- 前記導電性部材の断面観察における、前記導電層中の前記ドメインの隣接壁面間距離の算術平均値Dmが、0.15μm以上2.00μm以下である請求項1~3のいずれか一項に記載の電子写真装置。
- 前記オンセット温度T(A)が、45.0℃以上である請求項1~4のいずれか一項に記載の電子写真装置。
- 前記結晶性材料の含有量が、前記結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上60質量部以下である請求項1~5のいずれか一項に記載の電子写真装置。
- 前記結晶性材料の下記式で定義されるエステル基濃度mmol/gが、2.00~10.00である請求項1~6のいずれか一項に記載の電子写真装置。
[エステル基濃度mmol/g]=
[前記結晶性材料におけるエステル基のモル数]/[前記結晶性材料の分子量] - 前記トナーの比誘電率εrが、2.00以上である請求項1~7のいずれか一項に記載の電子写真装置。
- 前記第一のゴムが、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、及びエチレンプロピレンジエンゴムからなる群から選択される少なくとも一であり、
前記第二のゴムが、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、及びアクリロニトリルブタジエンゴムからなる群から選択される少なくとも一である請求項1~8のいずれか一項に記載の電子写真装置。 - 前記結晶性材料は、エステルワックス及び結晶性ポリエステルからなる群から選択される少なくとも一を含む請求項1~9のいずれか一項に記載の電子写真装置。
- 電子写真装置の本体に脱着可能であるプロセスカートリッジであって、
該プロセスカートリッジが、電子写真感光体の表面を帯電させるための帯電装置、及び該電子写真感光体の表面に形成された静電潜像をトナーにより現像して電子写真感光体の表面にトナー像を形成するための現像装置を有し、
該帯電装置が、該電子写真感光体に接触可能に配置された導電性部材を有し、
該導電性部材が、導電性の外表面を有する支持体、及び該支持体の該外表面上に設けられた導電層を有し、
該導電層が、マトリックス及び該マトリックス中に分散された複数のドメインを有し、
該マトリックスが、第一のゴムを含有し、
該ドメインが、第二のゴム及び電子導電剤を含有し、
該ドメインの少なくとも一部は、該導電性部材の外表面に露出し、
該導電性部材の外表面は、少なくとも、該マトリックスと、該導電性部材の外表面に露出している該ドメインとで構成され、
該マトリックスの体積抵抗率R1が、1.00×1012Ω・cmより大きく、
該ドメインの体積抵抗率R2が、該マトリックスの体積抵抗率R1よりも小さく、
該導電性部材の外表面に露出している該マトリックスにおいて測定されるマルテンス硬度をG1とし、
該導電性部材の外表面に露出している該ドメインにおいて測定されるマルテンス硬度をG2としたとき、
G1及びG2は、共に、1.0N/mm2~10.0N/mm2の範囲内であり、
G1<G2の関係を満たし、
該現像装置は、該トナーを含み、
該トナーは、結着樹脂、着色剤、及び結晶性材料を含有するトナー粒子を有し、
該トナーの粉体動的粘弾性測定における貯蔵弾性率E´のオンセット温度T(A)が、80.0℃以下であることを特徴とするプロセスカートリッジ。 - 電子写真装置の本体に脱着可能である第一のカートリッジ及び第二のカートリッジを有するカートリッジセットであって、
該第一のカートリッジが、電子写真感光体の表面を帯電させるための帯電装置、及び該帯電装置を支持するための第一の枠体を有し、
該第二のカートリッジが、電子写真感光体の表面に形成された静電潜像を現像して電子写真感光体の表面にトナー像を形成するためのトナーを収容しているトナー容器を有し、
該帯電装置が、該電子写真感光体に接触可能に配置された導電性部材を有し、
該導電性部材が、導電性の外表面を有する支持体、及び該支持体の該外表面上に設けられた導電層を有し、
該導電層が、マトリックス及び該マトリックス中に分散された複数のドメインを有し、
該マトリックスが、第一のゴムを含有し、
該ドメインが、第二のゴム及び電子導電剤を含有し、
該ドメインの少なくとも一部は、該導電性部材の外表面に露出し、
該導電性部材の外表面は、少なくとも、該マトリックスと、該導電性部材の外表面に露
出している該ドメインとで構成され、
該マトリックスの体積抵抗率R1が、1.00×1012Ω・cmより大きく、
該ドメインの体積抵抗率R2が、該マトリックスの体積抵抗率R1よりも小さく、
該導電性部材の外表面に露出している該マトリックスにおいて測定されるマルテンス硬度をG1とし、
該導電性部材の外表面に露出している該ドメインにおいて測定されるマルテンス硬度をG2としたとき、
G1及びG2は、共に、1.0N/mm2~10.0N/mm2の範囲内であり、
G1<G2の関係を満たし、
該トナーは、結着樹脂、着色剤、及び結晶性材料を含有するトナー粒子を有し、
該トナーの粉体動的粘弾性測定における貯蔵弾性率E´のオンセット温度T(A)が、80.0℃以下であることを特徴とするカートリッジセット。
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