説明

画像形成方法

【課題】重合トナーを用いた非磁性一成分現像剤による画像形成時に、帯電立ち上がりを安定して行える画像形成方法を提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも熱可塑性エラストマーを含有し、かつ、ケトン基、環状エーテル基、水酸基のいずれかの極性基を有する有機化合物または水を1〜1000ppm含有する導電性弾性層を有するトナー担持体を用い、かつ、トナー担持体の周速度を150〜500mm/secにして画像形成を行う。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、現像ローラなどのトナー担持体を介してトナー画像を形成する電子写真方式の画像形成方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、複写機やプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置において、潜像を担持した感光ドラムに非磁性一成分現像剤(以下、非磁性一成分トナーともいう)を供給し、感光ドラム上に形成された潜像を可視画像化する現像方式がある。
【0003】
非磁性一成分現像剤を使用する現像方式では、非磁性一成分現像剤であるトナーを担持した現像ローラ(以下、トナー担持体ともいう)を感光ドラム等の潜像を担持した潜像担持体に対向させ、トナーを潜像担持体上の潜像に付着させて現像を行うものである。そして、非磁性一成分現像剤による画像形成では、キャリアが不要であるため、装置の簡素化、小型化が容易であるとともに、フルカラーのトナー画像を容易に作成することができるというメリットを有する。
【0004】
ところで、現像ローラは感光ドラムや供給ローラ等の周辺部材と接触する機会が多く、適度な柔らかさとこれらの部材を汚染しない物質からなることが求められている。この課題に対し、現像ローラの表面層における揮発性成分の含有量を特定することにより、周辺部材に影響を与えず、優れた耐久性をもつ現像ローラの技術が開示されている(たとえば、特許文献1参照)。
【0005】
また、近年では樹脂粒子を水系媒体中で凝集させる工程を経てトナーを作製する、いわゆる重合トナーの開発がめざましく、小粒径でその形状や粒度分布の揃ったトナーの作製を可能にしている(たとえば、特許文献2参照)。重合トナーは上記の理由からトナー画像の高画質化に寄与する一方、製造工程が水系媒体中であること、また、酸価を有する樹脂を使用するなどの理由により飽和水分量が多いという特徴がある。すなわち、トナー中の飽和水分量がトナーの帯電立ち上がりに寄与する一方で、トナーの飽和水分量が過剰になると、トナー自体が水分を吸着し易くなり、高温高湿環境下で電荷のリークを発生させていた。特に、摩擦帯電用のキャリアを使用しない一成分現像剤では、帯電立ち上がりの遅れが顕著にあらわれ、高速での画像形成を困難にしていた。このように、一成分現像剤を用いた画像形成では、帯電立ち上がりの遅れたトナーが混在して形成されたトナー画像上に濃度ムラを発生させていた。
【特許文献1】特開2000−3090号公報
【特許文献2】特開2000−214629号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、重合トナーよりなる非磁性一成分現像剤を用いた画像形成方法において、帯電の立ち上がりを安定して行うことが可能な画像形成方法を提供することを目的とする。
【0007】
特に、本発明は高速でフルカラー画像形成を行ったときに、濃度ムラや濃度低下のないトナー画像を安定して作製することが可能な非磁性一成分現像剤を用いた画像形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題は、以下に記載の構成により達成されることが見出された。すなわち、
少なくとも樹脂と着色剤とを含有するトナーをトナー担持体を介して現像領域に搬送して画像形成を行う画像形成方法において、
該トナー担持体は、少なくとも熱可塑性エラストマーを含有する導電性弾性層を有し、
導電性弾性層中に、ケトン基、環状エーテル基、水酸基のいずれかの極性基を有する有機化合物または水を1〜1000ppm含有するとともに、
前記現像領域における前記トナー担持体の周速度が、150〜500mm/secであることを特徴とする画像形成方法。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、重合トナーよりなる非磁性一成分現像剤を用いた画像形成方法において、帯電立ち上がりを安定して行える画像形成方法を提供することを可能にした。特に、トナー使用量の多いフルカラー画像を高速で画像形成する場合でも、濃度ムラや濃度低下のないカラー画像を安定して作製することを可能にした。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
本発明は、非磁性一成分現像剤を用いた画像形成方法に関する。
【0011】
本発明では、トナー担持体に極性基を有する有機化合物を含有させる層を設けると、樹脂のみで構成したトナー担持体に比べて、迅速な帯電立ち上がりが実現されることを見出している。このように、帯電立ち上がりが迅速に行えるようになった理由は、明らかではないが、おそらく、トナー担持体に微量に含有される特定の極性基を有する有機化合物や水が帯電サイトとして作用しているためと推測される。すなわち、ケトン基、環状エーテル基、水酸基のいずれかの極性基を有する低分子化合物や水が、導電性弾性層中に1〜1000ppmの量で含有されているとき、これらの極性基が帯電サイトとしての機能を発現し易い密度で分散しているためと推測される。
【0012】
以下、本発明について、詳細に説明する。
【0013】
最初に、本発明に使用される画像形成装置について説明する。図1は、本発明に係る画像形成方法が実施可能なフルカラー画像形成装置の構成断面図である。
【0014】
図1に示すフルカラー画像形成装置には、回転駆動される感光体ドラム10の周囲に、感光体ドラム10表面を所定電位に均一に帯電させる帯電ブラシ11や、感光体ドラム10上に残留したトナーを掻き落すクリーナ12が設けられている。
【0015】
また、帯電ブラシ11により帯電された感光体ドラム10をレーザビームで走査露光するレーザ走査光学系20が設けられ、レーザ走査光学系20はレーザダイオード、ポリゴンミラー、fθ光学素子を内蔵する。ホストコンピュータよりレーザ走査光学系20の制御部にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色毎の印字データが転送され、レーザ走査光学系20は各色毎の印字データに基づいてレーザビームを出力して、感光体ドラム10上に各色毎の静電潜像を形成する。
【0016】
静電潜像が形成された感光体ドラム10に各色のトナーを供給してフルカラーの現像を行なう現像装置30は、支軸33の周囲にイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各非磁性1成分トナーを収容した4つの色別の現像器30Y、30M、30C、30Bkが設けられている。各現像器30Y、30M、30C、30Bkは、支軸33を中心にして感光体ドラム10と対向する位置に導かれる。
【0017】
また、各現像器30Y、30M、30C、30Bkには、回転してトナーを搬送するトナー担持体(現像ローラ)32の外周面にトナー規制部材35が圧接され、トナー規制部材35により、現像ローラ32により搬送されるトナー量を規制するとともに、トナーを帯電させる。なお、現像装置30は、現像ローラ32により搬送されるトナー量の規制と帯電を適切に行なうために、トナー規制部材を2つ設けることも可能である。
【0018】
そして、レーザ走査光学系20により感光体ドラム10上に各色の静電潜像が形成される度に、現像装置30は支軸33を中心に回転させて、対応する色のトナーを収容する現像器30Y、30M、30C、30Bkを感光体ドラム10と対向する位置に順々に導く。そして、各現像器に設けられた現像ローラ32を感光体ドラム10に接触させ、各色の静電潜像が形成された感光体ドラム10上に帯電された各色のトナーを供給することにより現像を行う。
【0019】
また、現像装置30より感光体ドラム10の回転方向下流側に、中間転写体40として回転駆動する無端状の中間転写ベルト40が設けられ、中間転写ベルト40は感光体ドラム10と同期して回転駆動する。中間転写ベルト40は、回転可能な1次転写ローラ41により押圧されて感光体ドラム10に接触する。中間転写ベルト40を支持する支持ローラ42の部分に2次転写ローラ43が回転可能に設けられ、2次転写ローラ43により記録紙等の転写シートSが中間転写ベルト40に押圧される。
【0020】
さらに、前記現像装置30と中間転写ベルト40との間に設けられたスペースには、中間転写ベルト40上に残留したトナーを掻き取るクリーナ50が中間転写ベルト40に対して接離可能に設けられている。
【0021】
また、普通紙等の記録材Sを中間転写ベルト40に導く給紙手段60は、転写シートSを収容させる給紙トレイ61、給紙トレイ61に収容された転写シートSを1枚ずつ給紙する給紙ローラ62、中間転写ベルト40上に形成された画像と同期して給紙された転写シートSを中間転写ベルト40と2次転写ローラ43との間に送るタイミングローラ63とで構成される。このようにして中間転写ベルト40と2次転写ローラ43との間に搬送された転写シートSを2次転写ローラ43により中間転写ベルト40に押圧させ、中間転写ベルト40からトナー画像を転写シートSに押圧転写させる。
【0022】
トナー画像が押圧転写された転写シートSは、エアーサクションベルト等で構成された搬送手段66により定着装置70に搬送され、定着装置70で転写されたトナー画像が転写シートS上に定着される。定着処理後の転写シートSは垂直搬送路80を搬送されて装置本体1の上面に排出される。
【0023】
次に、図1に示すフルカラー画像形成装置で行われるフルカラーの画像形成動作を具体的に説明する。先ず、感光体ドラム10と中間転写ベルト40を同じ周速度でそれぞれの方向に回転駆動させ、感光体ドラム10を帯電ブラシ11により所定電位に帯電させる。
【0024】
このように帯電された感光体ドラム10上にレーザ走査光学系20によりイエロー画像の露光を行なって感光体ドラム10上にイエロー画像の静電潜像を形成する。静電潜像形成後、イエロートナーを収容した現像器30Yよりトナー規制部材で帯電されたイエロートナーを供給して感光体ドラム10にイエローのトナー画像を形成する。そして、イエローのトナー画像を形成した感光体ドラム10に中間転写ベルト40を1次転写ローラ41を用いて押圧させ、感光体ドラム10に形成されたイエローのトナー画像を中間転写ベルト40上に1次転写させる。
【0025】
イエローのトナー画像を中間転写ベルト40上に転写後、現像装置30を支軸33を中心に回転させて、マゼンタトナーを収容した現像器30Mを感光体ドラム10との対向位置に導き、感光体ドラム10上にレーザ走査光学系20によりマゼンタ画像の静電潜像を形成する。そして、形成されたマゼンタの静電潜像を現像器30Mによりマゼンタトナーで現像し、現像されたマゼンタのトナー画像を感光体ドラム10から中間転写ベルト40上に1次転写させる。さらに、同様の手順でシアン画像と黒色画像の露光、現像及び1次転写を順次行ない、中間転写ベルト40上にイエロー、マゼンタ、シアン、黒色のトナー画像を重ねてフルカラーのトナー画像を形成する。
【0026】
中間転写ベルト40上に黒色のトナー画像が1次転写されると、転写シートSがタイミングローラ63により2次転写ローラ43と中間転写ベルト40との間に搬送され、2次転写ローラ43により転写シートSを中間転写ベルト40に押圧して、中間転写ベルト40上に形成されたフルカラーのトナー画像を転写シートS上に2次転写する。
【0027】
このように、転写シートS上にフルカラーのトナー画像が2次転写されると、転写シートSを搬送手段66により定着装置70に搬送し、定着装置70により転写されたフルカラーのトナー画像を転写シート上に定着させる。その後、画像形成が行われた転写シートSを垂直搬送路80を経由して装置本体1の上面に排出される。
【0028】
次に、前述した現像装置30についてさらに説明する。図2は図1に示すフルカラー画像形成装置の現像装置30の1つの現像器30Yを示す概略図であり、他の現像器30M、30C、30Bkは、現像器30Yと同一構成なので説明を省略する。
【0029】
図2において、10は感光体ドラム、30Yは現像器、32は本発明におけるトナー担持体に相当する現像ローラ、34は供給ローラ、35はトナー規制部材、36はアジテータ、37はバイアス電源、38はホッパー、39は本体ケースを示す。現像器30Yは、本体ケース39内に現像ローラ32、供給ローラ34、トナー規制部材35、アジテータ36等の部材を所定位置に配設して構成したものであり、この現像器30Yを電子写真記録装置内の所定位置に設置したとき、現像ローラ32は感光体10に所定の間隙で対向するか、または当接する。
【0030】
現像器30Y内の新規トナーTはアジテータ36によって撹拌され、供給ローラ34によって現像ローラ32に運ばれる。現像ローラ32は導電性の基体で構成され、その表面は樹脂コーティングされ、かつ磁化されている。そのため、現像ローラ32の表面にはトナーTが吸着し、トナー層Tsが形成される。このトナー層Tsはトナー規制部材35によって薄層化されるとともに摩擦帯電される。そして、摩擦帯電した現像ローラ32表面のトナーTが感光体10表面の静電潜像に電気的に転移付着することにより、静電潜像が現像される。本発明では、現像装置30内のトナー担持体に該当する現像ローラの周速度を150mm/sec以上500mm/sec以下にして画像形成を行っても、濃度ムラや濃度低下のないカラー画像を安定して作製することが可能である。
【0031】
次に、トナー担持体に該当する現像ローラ32について説明する。
【0032】
図3は、本発明における現像ローラの一例を示す断面図である。この現像ローラは図3に示されるように、芯金である軸体321と、この軸体321の外周面に沿って形成されたベースゴム層322と、このベースゴム層322の外周に形成された中間層323と、この中間層323の外周に形成された表面層324とを備えている。本発明に使用されるトナー担持体を構成する熱可塑性エラストマーを含有する導電性弾性層は、ベースゴム層322、中間層323、表面層324のいずれの層も、熱可塑性エラストマーを含有し、かつ、導電性を有するものであれば該当する。そして、本発明では、特に、表面層324を熱可塑性エラストマーを含有する導電性弾性層にすることが好ましい。
【0033】
以下、現像ローラ32を構成する層を説明する。
【0034】
先ず、軸体321としては、特に限定されるものではなく、例えば、金属製の中空体や中実体が用いられる。そして、その材質としては、ステンレス、アルミニウム等が挙げられる。上記軸体321の外周面には、ベースゴム層の接着性を高めるため、必要に応じて、接着剤、プライマー等を塗布してもよく、また、上記接着剤、プライマー等は必要に応じて導電化してもよい。
【0035】
上記軸体321の外周面に形成されるベースゴム層322は、例えば、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、シリコーンゴム、ポリウレタン系エラストマー等によって形成される。なかでも、上記ベースゴム層322の形成材料としては、低硬度での弾性変形に対する疲労強度が高いという点から、導電性シリコーンゴムを用いることが好ましい。この材料には、導電剤やシリコンオイル等の各種添加剤が適度に配合される。導電剤としては、カーボンブラック、グラファイト、チタン酸カリウム、酸化鉄等が挙げられ、また、シリコンオイルとしてはジメチルシリコンオイル等の各種のものが挙げられる。
【0036】
そして、上記ベースゴム層322の外周面には中間層323が形成される。中間層323の形成材料としては、例えば、EPDM、SBR、ニトリルゴム(アクリロニトリルとブタジエンとの共重合体;NBR)、水素化ニトリルゴム、ポリウレタン系エラストマー、ポリエステル、N−メトキシメチル化ナイロン等が用いられる。なお、上記成分以外に、必要により、カーボンブラック、金属酸化物、四級アンモニウム塩、ほう酸塩等の導電剤等を適宜に添加してもよい。
【0037】
そして、上記層形成用材料は、有機溶剤に溶解等され、コーティング液として使用に供される。上記有機溶剤としては、メチルエチルケトン(MEK)、メタノール、トルエン、イソプロピルアルコール、メチルセロソルブ、ジメチルホルムアミド等が挙げられる。これらは単独もしくは2種以上併せて用いられる。特に、メチルエチルケトンを用いることが、上記層形成用材料に対する溶解性の点で好ましい。
【0038】
前記中間層323の外周に形成される表面層324は、その形成用材料が特に限定されるものではなく、例えば、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、アクリルシリコーン樹脂、ブチラール樹脂(PVB)等が挙げられ、これらは単独もしくは2種以上併せて用いられる。なかでも、耐摩耗性の点で、ウレタン樹脂が好適に用いられる。なお、上記成分以外に、必要により、導電剤、帯電制御剤等を適宜に添加してもよい。
【0039】
また、上記表面層324の形成用材料も、上記中間層323の形成用材料と同様に、有機溶剤に溶解等され、コーティング液として使用に供される。上記有機溶剤としては、テトラヒドロフラン(THF)やメチルエチルケトン(MEK)等が挙げられる。
【0040】
本発明に係る現像ローラは、例えば、以下のようにして作製することができる。
【0041】
[ベースロールの作製]
ベースゴム層を形成する材料(コンパウンド)は、ベースゴム層を形成する各成分をニーダー、ミキサー等の装置を用いて混練、撹拌することにより調製する。次いで、ベースゴム層を形成する円筒状金型と軸体を準備する。そして、上記円筒状金型の内周面にワックス系等の離型剤を塗布し、上記軸体の外周面に必要に応じて接着剤やプライマー等を塗布する。続いて、下蓋を外嵌した上記円筒状金型の中心軸に上記軸体を設置し、その軸体と円筒状金型との間の空隙にベースゴム層の形成材料(コンパウンド)を充填した後、上記円筒状金型に上蓋を外嵌する。続いて、その下蓋及び上蓋を外嵌した円筒状金型全体をオーブンに入れ、加熱してベースゴム層の形成材料(コンパウンド)を加硫し、軸体の外周部にベースゴム層を形成する。そして、その後に脱型する。脱型後に2次加硫を行ってもよい。このように、軸体の外周面にベースゴム層322が形成されたものをベースロールと称する。
【0042】
[中間層及び表面層形成用溶液の作製]
中間層及び表面層の形成材料(コーティング液)は、主成分となる材料を形成する各成分を適当な分散機(ボールミル、サンドミル、ホモミキサー等)を用いて分散し、さらに有機溶媒等を加えて撹拌して調製する。
【0043】
上記有機溶媒としては、例えば、メチルエチルケトン(MEK)、シクロヘキサノン、メタノール、トルエン、イソプロピルアルコール、メチルセロソルブ、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、酢酸エチル等が上げられる。これらは単独もしくは2種以上併せて用いられる。
【0044】
[現像ローラの作製]
前記ベースロールのベースゴム層322上に、前述した中間層形成用コーティング液を浸漬塗布し、乾燥させて、中間層323を形成する。さらに、中間層323の外周面に前述した表面層形成用コーティング液を浸漬塗布し、乾燥させることで、表面層324を形成する。このようにして、図3に示す3層構造を有する現像ローラを作製する。
【0045】
中間層形成用コーティング液や表面層形成用コーティング液の塗布方法としては、前述した浸漬塗布の他に、ディップ塗布、ロール塗布、スプレー塗布等が挙げられ、本発明では、これらの塗布方法を限定するものではない。また、ベースゴム層上の塗膜は、単層でも2層以上の複数層でもよく特に限定されない。このようにして、上記現像ローラを作製することができる。
【0046】
また、ベースゴム層の厚みは、特に限定されるものではなく、0.1〜10mmの範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは0.2〜3mmである。また、中間層、表面層の厚みは、特に限定されるものではなく、1〜30μmの範囲に設定することが好ましく、特に好ましくは5〜20μmである。ベースゴム層、中間層、表面層の各厚みは、トナー担持体から断面試料を採取し、この顕微鏡写真を測定して得ることができる。
【0047】
また、上記実施の形態では、軸体の外周にベースゴム層、中間層、表面層を順次形成しているが、ベースゴム層の内周面や各層間、表面層の外周面に隣接する層と同様の機能または異なる機能をもつ層を介在させてもよい。例えば、中間層323として前記中間層形成用溶液を浸漬塗布し、乾燥し、さらに中間層323の外周面に表面層324として前記表面層形成用溶液を浸漬塗布して乾燥し、図3に示すような3層構造の現像ローラを作製する。
【0048】
本発明に使用されるトナー担持体は、少なくとも熱可塑性エラストマーを含有する導電性弾性層を有し、導電性弾性層中に、ケトン基、環状エーテル基、水酸基のいずれかを有する有機化合物または水を1〜1000ppm含有するものである。
【0049】
次に、本発明に使用可能な現像ローラを構成する導電性弾性層について説明する。
【0050】
本発明に使用されるトナー担持体では、導電性弾性層に含有される熱可塑性エラストマーが後述する極性基を有する有機化合物や水とある程度の親和性が発現され、これらの有機化合物が導電性弾性層からブリードアウトしにくいため、帯電立ち上がり性能を長期にわたり安定した状態で維持できるものと推測される。
【0051】
ここで、熱可塑性エラストマー(Thermoplastic Elastomer)とは、常温でゴム弾性を示すとともに、加熱すると流動性を示して熱可塑性樹脂と同様の成形加工が可能な高分子材料のことをいう。このように、熱可塑性エラストマーは物性的に合成ゴムと熱可塑性樹脂との中間的な性質を有するとともに、従来の塩化ビニルや加硫ゴムのような環境負荷に対する懸念が低いことで注目されている。
【0052】
具体的には、ポリウレタン系熱可塑性エラストマーやポリエステル系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系エラストマー等が挙げられる。このうち、ポリウレタン系熱可塑性エラストマーは、ポリエステルまたはポリエーテルとイソシアナートとの反応により得られるゴム状弾性体であり、総称してウレタンゴムとも呼ばれるものである。ポリウレタン系熱可塑性エラストマーの構造は、下記に示すようなソフトセグメント部とハードセグメント部より構成される。
【0053】
【化1】

【0054】
また、ポリエステル系熱可塑性エラストマーは、ポリエステル等の結晶相を構成するハードセグメントとポリエーテル等の非晶相を構成するソフトセグメントから構成されるブロック共重合体構造を有するものである。代表的なポリエステル系熱可塑性エラストマーの構造式を下記に示す。
【0055】
【化2】

【0056】
また、オレフィン系熱可塑性エラストマーは、例えば、ポリプロピレンやポリエチレンのマトリックスにエチレン−プロピレンゴム(EPDM、EPR)等のオレフィン系ゴムを微分散させた構造を有しブロック共重合体やブレンド物である。
【0057】
また、スチレン系熱可塑性エラストマーは、例えば、ポリスチレンブロックと柔軟なポリオレフィン高分子ブロックから構成されるブロック共重合体で、柔軟なポリオレフィン高分子としては、例えば、ポリイソプレン等が挙げられる。
【0058】
また、熱可塑性エラストマーに含有される極性基を有する有機化合物は次の3つのものに大別される。すなわち、(a)ケトン基を有する有機化合物、(b)環状エーテル基を有する有機化合物、(c)水酸基を有する有機化合物、である。
【0059】
ケトン基を有する有機化合物としては、たとえば、アセトン(沸点56.5℃)、メチルエチルケトン(MEK)(沸点79.6℃)、メチルプロピルケトン(沸点102℃)、メチルイソプロピルケトン(沸点94.5℃)、メチルブチルケトン(沸点127.8℃)、メチルイソブチルケトン(MIBK)(沸点117℃)、エチルブチルケトン(沸点148℃)、シクロヘキサノン(沸点155.6℃)、エチルプロピルケトン(沸点125℃)、ジエチルケトン(沸点101.5℃)等が挙げられる。
【0060】
環状エーテル基を有する有機化合物としては、たとえば、1,3−ジオキサン(沸点106℃)、1,4−ジオキサン(沸点101.1℃)、トリオキサン(沸点114.5℃)、1,3−ジオキソラン(沸点78℃)、メチルジオキソラン(沸点82.5℃)、テトラヒドロフラン(THF)(沸点66℃)、テトラヒドロピラン(沸点88℃)、オキセタン(沸点48℃)等が挙げられる。
【0061】
また、水酸基を有する有機化合物としては、たとえば、メタノール(沸点64.6℃)、エタノール(沸点78.3℃)、1−プロパノール(沸点97.1℃)、2−プロパノール(イソプロピルアルコール)(沸点82.5℃)、1−ブタノール(沸点117.9℃)、2−ブタノール(イソブチルアルコール)(沸点99.5℃)、シクロヘキサノール(沸点161℃)等が挙げられ、この中でも2−プロパノール(イソプロピルアルコール)、2−ブタノール(イソブチルアルコール)が好ましい。
【0062】
導電性弾性層中にこれらの極性基を有する有機化合物、または水を1〜1000ppm、好ましくは、10〜300ppm含有することにより、トナーの帯電立ち上がり性能が十分に発現されるようになる。その結果、高速で画像形成を行う場合でも良好な帯電立ち上がり性能が発現され、濃度ムラや濃度不足のない良好なフルカラー画像形成が可能になる。また、画像形成の繰り返しにより、現像ローラに印加した電位が除電されにくくなって残留電位が上昇させることがあるが、本発明では、極性基を有する有機化合物や水を1〜1000ppm含有させることにより、残留電位上昇に起因する問題は見られなかった。すなわち、現像ローラでのトナー入れ替え性の悪化やトナーの帯電量低下、トナーこぼれやカブリの発生といった問題が発生せず、安定した画像形成が行える。
【0063】
これらの極性基を有する有機化合物や水を導電性弾性層中に含有させる方法は、これらの極性基を有する有機化合物を導電性弾性層形成用コーティング液の溶媒として使用することにより含有させることが可能である。すなわち、これらの極性基を有する有機化合物に熱可塑性エラストマーを溶解させてコーティング液を作製し、該コーティング液を塗布後、溶媒の沸点−10℃から沸点+20℃の範囲の温度に加熱して、導電性弾性層を形成することにより含有される。また、極性基を有する有機化合物中に水を数%混合させた溶媒を使用することも可能で、このような溶媒を使用することで導電性弾性層中に水を含有させることが可能である。
【0064】
次に、導電性弾性層中に含有される有機化合物及び水の特定方法について説明する。導電性弾性層中に含有される極性基を有する有機化合物及び水の存在及びその含有量は、下記に記すヘッドスペースGCMS法により特定することが可能である。
【0065】
ヘッドスペースGCMS法とは、現像ロールから採取した測定試料をヘッドスペースGCMS用バイアルビン中に封入し加温することにより、極性基を有する有機化合物及び水をガス状にしてバイアルビン内に充満させる。そして、バイアルビン内のガスは速やかにガスクロマトグラフ質量分析装置(GC/MS)に注入され、ガスクロマトグラフ装置(GC)で分離された単一成分が質量分析スペクトルにより測定されて成分の定性が行われる。そして、質量分析装置(MS)により検出されたイオンの強度から像担持体中に含有される極性基を有する有機化合物及び水を定量するものである。
【0066】
ガスクロマトグラフ質量分析装置(GC/MS)は、有機化合物(特に低分子量成分)や水の定性と定量を目的とした分析装置で、ガスクロマトグラフ装置(GC)と質量分析装置(MS)を結合した複合装置である。すなわち、ガスクロマトグラフ装置(GC)により分離された単一成分について、質量分析装置(MS)で質量分析スペクトルを測定することにより成分の定性を行うとともに、質量分析装置(MS)によって検出されたイオンの強度から成分の定量を自動的に行えるようにしたものである。
【0067】
ヘッドスペースGCMS法による測定は、たとえば、以下の条件で行う。
【0068】
測定方法及び測定条件
(1)試料採取
20mlヘッドスペースGCMS用バイアルビンに0.8gの試料を採取する。試料は、0.01gのレベルまで秤量する。バイアルビンをセプタムでシールする。
(2)試料の加温
170℃の恒温槽に試料を立てた状態で入れ、30分間加温する。
(3)ガスクロマトグラフィ分離条件の設定
質量比で15%になるようにシリコンオイルでコーティングした担体を内径0.25mm、長さ30mのカラムに充填したものを分離カラムとして用いる。この分離カラムをガスクロマトグラフ装置に装着し、キャリアであるヘリウム(He)が50ml/分で供給される。分離カラムの温度を40℃にして3分間保持し、その後10℃/分で200℃まで昇温させ、200℃到達後5分間保持した後、測定が自動的に行われる。
(4)試料の導入
バイアルビンを恒温槽から取り出し、直ちにガスタイトシリンジで1mlを注入する。
(5)測定
基準サンプルとして、nーヘキサンとn−ヘキサデカンを予め測定し、それぞれのピークの検出時間を確認する。その後、試料の測定を実施し、n−ヘキサデカンのピークの検出時間までに検出されるピークの総面積を、トルエン検量線にて換算した値を該有機化合物の全量として算出する。
【0069】
ただし、算出に使用するピークは、1ピーク当たりのトルエン換算量で0.1ppm以上のピークとする。
【0070】
次に、導電性弾性層における導電性について説明する。
【0071】
上記弾性層には、いわゆる導電性フィラーと呼ばれるものを含有させて導電性を発現させている。導電性フィラーの具体例としては、例えば、カーボンブラックをはじめ、銅、銅合金、銀、ニッケル、低融点合金(ハンダなど)の金属微粒子、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウムなどの金属酸化物微粒子、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマー粒子、金属を被覆したポリマー微粒子、貴金属を被覆した銅や銀の微粒子、金属繊維、炭素繊維等が挙げられる。
【0072】
また、導電性であることを検知する方法としては、現像ローラの抵抗率を測定することにより検知される。すなわち、現像ローラの抵抗率が103〜1010Ωcm、好ましくは104〜108Ωcmとなることにより、現像ローラが導電性を有することを示すものである。現像ローラの抵抗率が上記範囲となることにより、現像ローラ表面からのリーク電流の発生が抑制されて、本発明の課題を解消し易くするものと推測される。
【0073】
この抵抗率の測定方法は、現像ローラを金属プレートに水平に当てて、現像ローラのシャフトの両端部の任意の個所に各々500gの荷重を金属プレート方向に加え、シャフトと金属プレート間に直流電圧100ボルトを印加して測定される値である。
【0074】
また、現像ローラの導電性は、以下の方法で測定される表面抵抗率や体積抵抗率により評価することも可能である。
【0075】
例えば、表面抵抗率で評価する場合、現像ローラ表面の表面抵抗率が1×109〜1×1013Ω/□であるとき、導電性を示すと判断される。現像ローラの表面抵抗率の測定は、円形電極(例えば、三菱油化(株)製ハイレスターIPの「HRプローブ」)を用い、JIS K6991に基づいて測定することができる。本発明に係る中間転写ベルトの表面抵抗率の測定方法は、例えば、特開2001−242725号公報の段落0047や図7の記載を参照することができる。
【0076】
また、体積抵抗率で評価する場合、現像ローラ表面の体積抵抗率が1×103〜1×1010Ω・cmであるとき、導電性を示すと判断される。現像ローラの体積抵抗率の測定は、前述の表面抵抗率と同様に円形電極(例えば、三菱油化(株)製ハイレスターIPのHRプローブ)を用い、JIS K6991に基づいて測定することが可能である。例えば、特開2001−242725号公報の段落0048や図8の記載を参照することができる。
【0077】
次に、本発明に係る画像形成方法に使用可能なトナーについて説明する。本発明に使用可能なトナーは、特に限定されるものではなく、例えば、水系媒体中で樹脂粒子を凝集させる工程を経て形成されるいわゆる重合トナーや混練分級工程を経て形成されるいわゆる粉砕トナーを使用することが可能である。
【0078】
本発明に使用可能なトナーを構成する樹脂の分子量は、例えば、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)等により測定することが可能である。
【0079】
GPCによる樹脂の分子量測定溶媒には、テトラハイドロフランが用いられる。
【0080】
具体的な測定は以下のとおりである。測定用樹脂1mgに対してテトラハイドロフラン溶媒を1ml加え、室温にてマグネチックスターラー等を用いて撹拌を行い、樹脂を充分に溶解し、ポアサイズ0.45〜0.50μmのメンブランフィルターで濾過してGPC測定用試料を作製する。ついで、GPCの測定カラムを40℃に加熱安定させた後、テトラハイドロフランを毎分1mlの速さで流し、1mg/mlの濃度の測定試料を100μL注入して測定する。
【0081】
測定カラムは、市販のポリスチレンジェルカラムを組合せて使用することが好ましい。例えば、昭和電工社製のShodex GPC KF−801、802、803、804、806、807の組合せや、東ソー社製のTSKgelG1000H、G2000H、G3000H、G4000H,G5000H、G6000H、G7000H、TSK guard columnの組合せ等を挙げることが出来る。また、検出器としては、屈折率検出器(IR検出器)、あるいはUV検出器を用いると良い。
【0082】
樹脂の分子量はスチレン樹脂換算分子量で表す。スチレン樹脂換算分子量はスチレン検量線から求める。スチレン検量線は単分散ポリスチレン標準樹脂を10点程度測定し作成するとよい。
【0083】
本発明に使用されるトナーの体積基準におけるメディアン粒径(D50)は、3,0〜9.0μm、好ましくは4.0〜7.0μmである。この範囲とすることにより、高精細で高品質のトナー画像を得ることができ、特に、デジタルの画像形成に好ましい。
【0084】
体積基準におけるメディアン粒径(D50)は、「コールターマルチサイザーIII」(ベックマン・コールター社製)に、データ処理用のコンピューターシステム(ベックマン・コールター社製)を接続した装置を用いて測定、算出することができる。
【0085】
測定手順としては、トナー0.02gを、界面活性剤溶液20g(トナーの分散を目的として、例えば界面活性剤成分を含む中性洗剤を純水で10倍希釈した界面活性剤溶液)で馴染ませた後、超音波分散を1分間行い、トナー分散液を作製する。このトナー分散液を、サンプルスタンド内の「ISOTONII」(ベックマン・コールター製)の入ったビーカーに、測定濃度7%になるまでピペットにて注入し、測定機カウントを2500個に設定して測定する。コールターマルチサイザーのアパチャー径は50μmのものを使用した。
【0086】
以下、本発明に使用可能なトナーの製造方法の一例を述べる。ここでは、本発明に好ましいトナーとして、樹脂粒子を水系媒体中で凝集させる工程を経て形成される重合トナーを一例に挙げるが、本発明に使用可能なトナーはこれに限定されるものではない。
【0087】
樹脂粒子は、粒子径が質量平均径で20〜500nmのものが使用可能であり、このような大きさの樹脂粒子は得られる乳化重合で調製することが可能である。
【0088】
樹脂粒子を水系媒体中で凝集させる工程は、少なくとも樹脂粒子、着色剤粒子及びワックス粒子が分散された水中にアルカリ金属塩やアルカリ土類金属塩等を有する塩析剤を臨界凝集濃度以上添加し、ついで樹脂粒子のガラス転移点以上に加熱することで凝集(以下、塩析ともいう)を進行させると同時に融着を行う工程である。この凝集工程を以下、塩析/融着工程という。
【0089】
本発明に使用されるトナーは、樹脂粒子、着色剤粒子及びワックス粒子の凝集一次粒子を形成した後に融着させる方法とは異なり、塩析による粒子の形成と融着とが同時に進行し、トナー粒子を調製出来るため、トナー粒子の均一性が損なわれることが無く、帯電性の均一なトナーを安定して得ることが出来るものと推定する。
【0090】
ここで、塩析剤であるアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩のアルカリ金属原子としてはリチウム、カリウム、ナトリウム等の金属原子が挙げられ、アルカリ土類金属原子としてはマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等の金属原子が挙げられる。中でも好ましくはカリウム、ナトリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム等の金属原子である。
【0091】
アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩の塩を構成するものとしては、塩素塩、臭素塩、沃素塩、炭酸塩、硫酸塩等が挙げられる。
【0092】
更に、水に無限溶解する有機溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、エチレングリコール、グリセリン、アセトン等が挙げられるが、好ましくは炭素数3以下のメタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノールのアルコールが、さらに好ましくは2−プロパノールが挙げられる。
【0093】
塩析/融着を行う場合、塩析剤を添加した後に放置する時間を出来るだけ短くすることが好ましい。この理由は明確ではないが、塩析した後長時間放置すると粒子の凝集状態が変動したり、粒径分布が不安定になったり、融着させたトナーの表面性が変動したりする問題を発生する。
【0094】
また、塩析剤を添加する温度としては少なくとも樹脂粒子のガラス転移温度以下であることが必要である。この理由としては、塩析剤を添加する温度が樹脂粒子のガラス転移温度以上であると樹脂粒子の塩析/融着は速やかに進行するものの、粒径の制御を行うことが困難となり、大粒径の粒子が発生したりする問題が発生する。この添加温度の範囲としては、樹脂粒子のガラス転移温度以下であれば良いが、一般的には5〜55℃、好ましくは10〜45℃である。
【0095】
また、塩析剤を樹脂粒子のガラス転移温度以下で加え、その後出来るだけ速やかに昇温し、樹脂粒子のガラス転移温度以上に加熱することも可能である。
【0096】
この昇温までの時間としては1時間未満が好ましい。さらに、昇温は速やかに行う必要があり、昇温速度としては0.25℃/分以上5℃/分以下が好ましい。昇温速度の上限としては特に明確ではないが、上記範囲の昇温速度とすることで、塩析の進行と粒径の制御が適度に行える。
【0097】
樹脂粒子は、乳化重合により調製された樹脂粒子を用いることができる。この樹脂粒子を調製するための重合性単量体としては、ラジカル重合性単量体(1)を必須の構成成分とし、必要に応じて架橋剤(2)を使用することが出来る。また、以下の酸性基を有するラジカル重合性単量体(3)を少なくとも1種類含有することが必要である。さらに、塩基性基(4)を有するラジカル重合性単量体を含有させてもよい。
【0098】
(1)ラジカル重合性単量体
ラジカル重合性単量体成分としては、特に限定されるものではなく従来公知のラジカル重合性単量体を用いることが出来る。
【0099】
例えば、芳香族系ビニル単量体、(メタ)アクリル酸エステル系単量体、ビニルエステル系単量体、ビニルエーテル系単量体、モノオレフィン系単量体、ジオレフィン系単量体等を用いることが出来る。
【0100】
芳香族系ビニル単量体としては、例えば、スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−メトキシスチレン、p−フェニルスチレン、p−クロロスチレン、p−エチルスチレン、p−n−ブチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−n−ヘキシルスチレン、p−n−オクチルスチレン、p−n−ノニルスチレン、p−n−デシルスチレン、p−n−ドデシルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、3,4−ジクロロスチレン等のスチレン系単量体及びその誘導体が挙げられる。
【0101】
(メタ)アクリル酸エステル系単量体としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸−2−エチルヘキシル、β−ヒドロキシアクリル酸エチル、γ−アミノアクリル酸プロピル、メタクリル酸ステアリール、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル等が挙げられる。
【0102】
ビニルエステル系単量体としては、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニル等が挙げられる。
【0103】
ビニルエーテル系単量体としては、例えば、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル、ビニルフェニルエーテル等が挙げられる。
【0104】
モノオレフィン系単量体としては、例えば、エチレン、プロピレン、イソブチレン、1−ブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン等が挙げられる。
【0105】
ジオレフィン系単量体としては、例えば、ブタジエン、イソプレン、クロロプレン等が挙げられる。
【0106】
(2)架橋剤
樹脂粒子の特性を改良するためにラジカル重合性架橋剤を架橋剤として使用しても良い。
【0107】
ラジカル重合性架橋剤としては、例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジビニルエーテル、ジエチレングリコールメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、フタル酸ジアリール等の不飽和結合を2個以上有するものが挙げられる。
【0108】
ラジカル重合性架橋剤はその特性にもよるが、全ラジカル重合性単量体100部に対して、0.1〜10部の範囲で使用するのが好ましい。
【0109】
(3)酸性基を有するラジカル重合性単量体
酸性基を有するラジカル重合性単量体としては、例えば、カルボキシル基、スルホン基含有単量体を用いることが出来る。
【0110】
カルボキシル酸基含有単量体としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、フマール酸、マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、マレイン酸モノブチルエステル、マレイン酸モノオクチルエステル等が挙げられる。
【0111】
スルホン酸含有単量体としては、例えば、スチレンスルホン酸、アリールスルホコハク酸、アリールスルホコハク酸オクチル等が挙げられる。
【0112】
これらは、ナトリウムやカリウム等のアルカリ金属塩、あるいはカルシウム等のアルカリ土類金属塩の構造であっても良い。
【0113】
(4)塩基性基を有するラジカル重合性単量体
塩基性基を有するラジカル重合性単量体としては、例えば、第1級アミン、第2級アミン、第3級アミン、第4級アンモニウム塩等のアミン系の化合物を用いることが出来る。
【0114】
アミン系化合物としては、例えば、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、及び上記4化合物の4級アンモニウム塩、3−ジメチルアミノフェニルアクリレート、2−ヒドロキシ−3−メタクリルオキシプロピルトリメチルアンモニウム塩、アクリルアミド、N−ブチルアクリルアミド、N,N−ジブチルアクリルアミド、ピペリジルアクリルアミド、メタクリルアミド、N−ブチルメタクリルアミド、N−オクタデシルアクリルアミド、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルN−メチルピリジニウムクロリド、ビニルN−エチルピリジニウムクロリド、N,N−ジアリールメチルアンモニウムクロリド、N,N−ジアリールエチルアンモニウムクロリド等を挙げることが出来る。
【0115】
前述のラジカル重合性単量体を用いた乳化重合ではラジカル重合開始剤が使用される。使用可能なラジカル重合開始剤は、水溶性であれば適宜使用が可能である。例えば、過硫酸塩の過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等、アゾ系化合物の4,4′−アゾビス4−シアノ吉草酸及びその塩、2,2′−アゾビス(2−アミジノプロパン)塩等、パーオキシド化合物等が挙げられる。
【0116】
更に上記ラジカル重合開始剤は、必要に応じて還元剤と組合せレドックス系開始剤とすることが可能である。レドックス系開始剤を用いることで、重合活性が上昇し、重合温度の低下が図れ、更に重合時間の短縮が期待出来る。
【0117】
重合温度は、重合開始剤の最低ラジカル生成温度以上であればどの温度を選択しても良いが、50〜90℃の範囲が好ましい。但し、常温開始の重合開始剤、例えば過酸化水素−還元剤(アスコルビン酸等)の組合せを用いることで室温またはそれ以上の温度で重合することも可能である。
【0118】
前述のラジカル重合性単量体の乳化重合には、界面活性剤を使用することが好ましい。この際に使用することの出来る界面活性剤としては特に限定されるものでは無いが、下記のアニオン性またはノニオン性界面活性剤を好ましいものとして挙げることが出来る。
【0119】
アニオン性界面活性剤としては、例えば、スルホン酸塩のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アリールアルキルポリエーテルスルホン酸ナトリウム等、硫酸エステル塩のドデシル硫酸ナトリウム、テトラデシル硫酸ナトリウム、ペンタデシル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウム等、脂肪酸塩のオレイン酸ナトリウム、ラウリン酸ナトリウム、カプリン酸ナトリウム、カプリル酸ナトリウム、カプロン酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、オレイン酸カルシウム等が挙げられる。
【0120】
また、ノニオン性界面活性剤としては、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレンオキサイドとポリプロピレンオキサイドの組合せ、アルキルフェノールポリエチレンオキサイド、高級脂肪酸とポリエチレングリコールのエステル、高級脂肪酸とポリプロピレンオキサイドのエステル、ソルビタンエステル等を挙げることが出来る。
【0121】
これらは主に乳化重合時の乳化剤として使用されるが、他の工程または他の使用目的で使用してもかまわない。
【0122】
本発明で使用されるトナーに使用可能な着色剤としては、無機顔料や有機顔料を用いることが好ましい。
【0123】
無機顔料としては、従来公知の黒色顔料や磁性体顔料が挙げられる。
【0124】
黒色顔料としては、例えば、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラック等のカーボンブラックを用いることが出来る。
【0125】
これらの無機顔料は所望に応じて単独または複数を選択併用することが可能である。また、無機顔料の添加量はトナー100部(質量部、以後も特に断りのない時は「部」とは「質量部」を表す)に対して2〜20部が好ましく、さらに好ましくは3〜15部である。
【0126】
有機顔料としては、従来公知の有機顔料を用いることが出来る。どの様な有機顔料でも使用することが出来るが、具体的な有機顔料を以下に挙げる。
【0127】
マゼンタまたはレッド用の顔料としては、例えば、C.I.ピグメントレッド2、C.I.ピグメントレッド3、C.I.ピグメントレッド5、C.I.ピグメントレッド6、C.I.ピグメントレッド7、C.I.ピグメントレッド15、C.I.ピグメントレッド16、C.I.ピグメントレッド48:1、C.I.ピグメントレッド53:1、C.I.ピグメントレッド57:1、C.I.ピグメントレッド122、C.I.ピグメントレッド123、C.I.ピグメントレッド139、C.I.ピグメントレッド144、C.I.ピグメントレッド149、C.I.ピグメントレッド166、C.I.ピグメントレッド177、C.I.ピグメントレッド178、C.I.ピグメントレッド222等が挙げられる。
【0128】
オレンジまたはイエロー用の顔料としては、例えば、C.I.ピグメントオレンジ31、C.I.ピグメントオレンジ43、C.I.ピグメントイエロー12、C.I.ピグメントイエロー13、C.I.ピグメントイエロー14、C.I.ピグメントイエロー15、C.I.ピグメントイエロー17、C.I.ピグメントイエロー93、C.I.ピグメントイエロー94、C.I.ピグメントイエロー138等が挙げられる。
【0129】
シアンまたはグリーン用の顔料としては、例えば、C.I.ピグメントブルー15、C.I.ピグメントブルー15:2、C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ピグメントブルー16、C.I.ピグメントブルー60、C.I.ピグメントグリーン7等が挙げられる。
【0130】
これらの有機顔料は所望に応じて単独または複数を選択併用することが可能である。また、顔料の添加量はトナー100部に対して2〜20部が好ましく、さらに好ましくは3〜15部である。
【0131】
トナーに使用可能なワックスは、従来公知のものが挙げられる。具体的には、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなどのポリオレフィンワックス、パラフィンワックス、サゾールワックスなどの長鎖炭化水素系ワックス、ジステアリルケトンなどのジアルキルケトン系ワックス、カルナウバワックス、モンタンワックス、トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラミリステート、ペンタエリスリトールテトラステアレート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、1,18−オクタデカンジオールジステアレート、トリメリット酸トリステアリル、ジステアリルマレエートなどのエステル系ワックス、エチレンジアミンジベヘニルアミド、トリメリット酸トリステアリルアミドなどのアミド系ワックスなどが挙げられる。
【0132】
本発明に使用可能なトナーは、着色剤、ワックス以外に種々の機能を付与する公知の荷電制御剤等の添加剤を加えることも可能である。以下、トナーの製造方法に話を戻す。
【0133】
〈濾過、洗浄工程〉
塩析/融着工程で樹脂粒子を凝集させて形成したトナー粒子を水系媒体中から濾過し、洗浄水で洗浄を行い、トナー粒子に付着している界面活性剤や塩析剤等の不純物を除去する。この工程で使用する濾過、洗浄機は特に限定されないが、例えば遠心分離機、ヌッチェ、フィルタープレス等が使われる。
【0134】
〈乾燥工程〉
濾過、洗浄後のトナー粒子は乾燥される。この工程に使用する乾燥機は特に限定されないが、例えば、スプレードライヤー、減圧乾燥機、真空乾燥機、静置式棚乾燥機、移動式棚乾燥機、流動層式乾燥機、回転式乾燥機、撹拌式乾燥機等が使われる。乾燥後のトナー中の水分量は5質量%以下が好ましく、2質量%以下がより好ましい。
【0135】
〈解砕工程〉
本工程は特に必要ない場合もあるが、トナー粒子が乾燥後に弱い凝集状態になる場合もあるので、その際には例えば、ジエットミル、ヘンシェルミキサー、コーヒーミル等の解砕装置を使用しトナー粒子の凝集を解砕してもよい。
【0136】
〈トナー化工程〉
トナー化工程は上記で得られたトナー粒子をそのまま使用しても良いが、例えば流動性、帯電性、クリーニング性の改良を行うことを目的として、後述する外添剤を添加するのが好ましい。
【0137】
外添剤を添加する設備としては、特に限定されないが、例えば、タービュラーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー、V型混合機等の公知の混合機を使用することが出来る。
【0138】
外添剤としては特に限定されるものでは無く、種々の無機微粒子、有機微粒子及び滑剤を使用することが出来る。
【0139】
無機微粒子としては、従来公知の物を使用することが出来る。具体的にはシリカ、チタン、アルミナ等の微粒子が好ましく、疎水性のシリカ微粒子がさらに好ましい。
【0140】
シリカ微粒子としては、例えば、日本アエロジル社製の市販品R−805、R−809、R−812、R−972、R−974、R−976、ヘキスト社製の市販品HVK−2150、H−200、キャボット社製の市販品TS−530、TS−610、TS−720、H−5、MS−5等が挙げられる。
【0141】
チタン微粒子としては、例えば、日本アエロジル社製の市販品T−604、T−805、テイカ社製の市販品MT−100B、MT−100S、MT−500BS、MT−600、MT−600SS、JA−1、富士チタン社製の市販品TA−300SI、TA−500、TAF−130、TAF−510、TAF−510T、出光興産社製の市販品IT−S、IT−OA、IT−OB、IT−OC等が挙げられる。
【0142】
アルミナ微粒子としては、例えば、日本アエロジル社製の市販品RFY−C、C−604、石原産業社製の市販品TTO−55等を挙げることが出来る。
【0143】
有機微粒子としては、数平均一次粒子径が10〜2000nm程度の球形の有機微粒子を使用することが好ましい。具体的な例としてはスチレンやメチルメタアクリレート等の単独重合体やこれらの共重合体等が挙げられる。
【0144】
滑剤としては、例えば、高級脂肪酸の金属塩を使用することが好ましい。具体的な例としてはステアリン酸の亜鉛、アルミニウム、銅、マグネシウム、カルシウム等の塩、オレイン酸の亜鉛、マンガン、鉄、銅、マグネシウム等の塩、パルミチン酸の亜鉛、銅、マグネシウム、カルシウム等の塩、リノール酸の亜鉛、カルシウム等の塩等が挙げられる。
【0145】
これらの外添剤の添加量は、トナー100部に対して0.1〜5部程度が好ましい。
【0146】
また、本発明のトナーは非磁性一成分現像剤として使用するのがよいが、場合によっては磁性一成分現像剤として使用しても良い。
【実施例】
【0147】
以下、実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明の実施態様はこれに限定されるものではない。なお、以下の記載に示される「部」及び「%」は、特にことわりのない限り、「質量部」と「質量%」を意味するものである。
1.現像ローラの作製
トナー担持体(現像ローラ)を作成するために、軸体、ベースゴム層形成材料、中間層形成材料、表面層形成材料、及び、ベースゴム層形成用の円筒状金型等を準備した。上記軸体321として、SUS303からなる直径15mmの中空円筒状のものを用意した。
(1)ベースゴム層形成材料の調整
導電性シリコーンゴムをニーダーを用いて混練することにより、ベースゴム層形成材料を調整した。
(2)中間層形成材料の調整
メチルエチルケトン100部に熱可塑性エラストマーであるウレタン樹脂(ニッポラン5199(日本ポリウレタン社製))20部を溶解した溶液に、ケッチェンブラック6部と、平均粒子径20μmのアクリル樹脂からなる粒子8部とをサンドミルを用いて2時間分散させ、中間層形成用のコーティング液1を調整した。
【0148】
また、メチルエチルケトン100部に代わり、テトラヒドロフラン100部を用いた他は同様の手順で、中間層形成用のコーティング液2を調製し、メチルエチルケトン100部に代わり、イソプロピルアルコール100部を用いた他は同様の手順で中間層形成用のコーティング液3を調製した。
(3)表面層形成材料の調整
メチルエチルケトン100部に下記構造のソフトセグメント部とハードセグメント部を有する熱可塑性ポリウレタンエラストマー35部を溶解した溶液に、ファーネスブラック30部を分散させて、表面層形成用のコーティング液1を調製した。
【0149】
【化3】

【0150】
また、テトラヒドロフラン150部に下記構造のソフトセグメント部とハードセグメント部を有する熱可塑性ポリエステルエラストマー35部を溶解した溶液に、ファーネスブラック30部を分散させて、表面層形成用のコーティング液2を調製した。
【0151】
【化4】

【0152】
さらに、イソプロピルアルコール120部に、数平均分子量17000のアイソタクチックポリプロピレン樹脂に数平均分子量2500のポリブタジエンを質量比で60:40の割合となるようにブレンドしたオレフィン系エラストマー30部を分散させた液に、ファーネスブラック30部を分散させて、表面層形成用のコーティング液3を調製した。
【0153】
上記コーティング液1の調製で使用したメチルエチルケトン100部をメチルエチルケトン98部と純水2部からなる混合液100部に変更して、表面層形成用のコーティング液4を調製した。また、上記コーティング液2の調製で使用したテトラヒドロフラン150部を、テトラヒドロフラン145部と純水5部からなる混合液150部に変更して表面層形成用のコーティング液5を調製した。さらに、上記コーティング液3の調製で使用したイソプロピルアルコール120部をイソプロピルアルコール100部と純水20部からなる混合液120部に変更してコーティング液6を調製した。
(4)ベースゴム層の形成
前記軸体の外周面に接着剤を塗布したものを円筒状金型内部にセットし、上記軸体と円筒状金型内周面の間の空隙部に上記ベースゴム層形成材料を注型し、180℃、1時間かけて加熱加硫を行った後、さらに2次加硫処理を200℃、4時間行うことにより、軸体の外周に厚さ0.5mmのベースゴム層を形成した。
(5)中間層の形成
上記ベースゴム層を形成させた軸体を上記金型から脱型した後、前述の中間層形成用の各コーティング液をベースゴム層の外周面に15μmの厚さになるように塗布し、中間層を形成した。次に、中間層を形成した軸体に熱風処理を行って乾燥を行った。ここで、中間層形成用コーティング液1と3を使用したものは95℃の熱風を6時間吹き付けて乾燥処理を行った。また、中間層形成用コーティング液2を使用したものは85℃の熱風を8時間吹き付けて乾燥処理を行った。乾燥処理後、これらの軸体を25℃、55%RH環境下に24時間放置後、表面層の形成を行った。
(6)表面層の形成
上記中間層の外周面に、前述した各表面層形成材料のコーティング液を塗布後、表1に示す乾燥条件下での乾燥処理を行うことにより、表面層(厚み15μm)を形成し、ベースゴム層、中間層、表面層からなる3層構造の現像ローラ1〜29を作製した。
【0154】
なお、現像ローラ9は、現像ローラ8と同様の手順で作製したものを水温25℃の水槽に0.5時間浸漬し、これを25℃、55%RH環境下で12時間乾燥させて得たものである。また、現像ローラ18は、現像ローラ17と同様の手順で作製したものを水温25℃の水槽に0.5時間浸漬し、これを25℃、55%RH環境下で10時間乾燥させて得たものである。さらに、現像ローラ27は、現像ローラ26と同様の手順で作製したものを水温25℃の水槽に0.5時間浸漬し、これを25℃、55%RH環境下で6時間乾燥させて得たものである。
【0155】
作製した現像ローラ1〜14の作製条件と物性を表1と表2に示す。表中、現像ローラ1〜29で検出された極性基と含有量は、前述した測定条件でヘッドスペース法により求めた。また、現像ローラ4、13、22の含有量は水と各有機化合物の合計を表している。
【0156】
さらに、導電性の評価については、前述の三菱油化株式会社製のハイレスターIPの「HRプロープ」を用い、JIS K6991に基づいて算出した。
【0157】
【表1】

【0158】
【表2】

【0159】
2.トナーの作製
(1)着色剤粒子分散液の作製
内容積20Lの樹脂容器に、アデカホープLS−90(旭電化社製n−ドデシル硫酸ナトリウム)を0.90kgと純水10.0Lを入れ撹拌溶解する。この溶液に、撹拌下、リーガル330R(キャボット社製カーボンブラック)1.20kgを徐々に加え、添加後1時間よく撹拌する。ついで、サンドグラインダー(媒体型分散機)を用いて、18時間連続分散する。
【0160】
分散後、大塚電子社製の電気泳動光散乱光度計ELS−800を用いて、上記分散液の粒径を測定した結果、粒径は質量平均径で118nmであった。又、静置乾燥による質量法で測定した上記分散液の固形分濃度は16.5質量%であった。この分散液を「着色剤分散液Bk」とした。
【0161】
上記着色剤粒子分散液の作製工程において、リーガル330Rに代えて、C.I.Pigment Blue15:3を用いた他は同様の手順で「着色剤分散液C」を、C.I.Pigment Red122を用いて「着色剤分散液M」を、C.I.Pigment Yellow74を用いて「着色剤分散液Y」を作製した。
(2)ワックス粒子分散液の作製
酸変性低分子量ポリプロピレン(数平均分子量=3,000)1.05kgを、界面活性剤(ノニルフェノキシエタノール)の水溶液2.45kgに添加し、水酸化カリウムを用いてpHを9に調整する。
【0162】
この系を、加圧下において前記酸変性低分子量ポリプロピレンの軟化点以上の温度に昇温して、当該酸変性低分子量ポリプロピレンの乳化分散処理を行うことにより、固形分30質量%の離型剤粒子の分散液を作製する。この分散液を「離型剤粒子分散液1」とした。
【0163】
得られた「離型剤粒子分散液1」中における離型剤粒子の平均粒径を、大塚電子社製の電気泳動光散乱光度計ELS−800を用いて測定したところ、数平均一次粒径は122nmであった。
(3)樹脂粒子分散液1の作製
10Lステンレスポットに、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(関東化学社製)56gを入れ、イオン交換水4.0Lを加え、室温下撹拌溶解する。これを、「アニオン界面活性剤溶液A」とした。
【0164】
10Lステンレスポットに、ニューコール565C(日本乳化剤社製)15gを入れ、イオン交換水4.0Lを加え、室温下撹拌溶解する。これを、「ノニオン界面活性剤溶液B」とした。
【0165】
20Lホーローポットに、過硫酸カリウム(関東化学社製)226.5gを入れ、イオン交換水12.0Lを加え、室温下撹拌溶解する。これを、「開始剤溶液C」とした。
【0166】
温度センサー、冷却管、窒素導入装置を付けた100Lのグラスライニング反応釜に、「アニオン界面活性剤溶液A」と「ノニオン界面活性剤溶液B」とを入れ、撹拌を開始する。ついで、イオン交換水44.0Lを加える。
【0167】
ついで、加熱を開始し、液温度が75℃になったところで、「開始剤溶液C」を添加する。その後、液温度を75℃±1℃に制御しながら、スチレン12.70kg、アクリル酸n−ブチル3.20kg、メタクリル酸96g及びt−ドデシルメルカプタン554.1gを投入する。
【0168】
さらに、液温度を78℃±1℃に上げて、7時間加熱撹拌を行う。
【0169】
その後、液温度を40℃以下に冷却し撹拌を停止する。この液をポールフィルターで濾過し、「樹脂粒子分散液1」を作製した。
【0170】
「樹脂粒子分散液1」を一部分取し、分散液中の樹脂粒子の酸価、GPCによる分子量分布のピーク、質量平均粒径を測定したところ、酸価=3.9、GPCピーク位置=12,800、質量平均粒径=119nmであった。
(4)樹脂粒子分散液2の作製
新たな10Lステンレスポットに、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(関東化学社製)56gを入れ、イオン交換純水4.0Lを加え、室温下溶解する。これを、「アニオン界面活性剤溶液D」とした。
【0171】
10Lステンレスポットに、ニューコール565C(日本乳化剤社製)15gを入れ、イオン交換純水4.0Lを加え、室温下溶解する。これを、「ノニオン界面活性剤溶液E」とした。
【0172】
20Lホーローポットに、過硫酸カリウム(関東化学社製)207.0gを入れ、イオン交換水12.0Lを加え、室温下溶解する。これを、「開始剤溶液F」とした。
【0173】
温度センサー、冷却管、窒素導入装置、櫛形バッフルを付けた100Lのグラスライニング反応釜(翼はファウドラー翼)に、「アニオン界面活性剤溶液D」と「ノニオン界面活性剤溶液E」とを入れ、溶液の撹拌を開始する。ついで、イオン交換水44.0Lを投入する。
【0174】
次いで、溶液の加熱を開始し、液温度が70℃になったところで、「開始剤溶液F」を添加する。この後、スチレン13.50kg、アクリル酸n−ブチル2.40kg、メタクリル酸100g及びt−ドデシルメルカプタン9.26gをあらかじめ混合した溶液を投入する。
【0175】
その後、液温度を72℃±2℃に制御して、6時間加熱を行う。さらに、液温度を78℃±2℃に上げて、13時間加熱を行う。
【0176】
その後、液温度を40℃以下に冷却した後、この溶液をポールフィルターで濾過し、「樹脂粒子分散液2」を作製する。
【0177】
「樹脂粒子分散液2」を一部分取し、分散液中の樹脂粒子の酸価、GPCによる分子量分布のピーク、質量平均粒径を測定したところ、酸価=4.1、GPCピーク位置=239,700、質量平均粒径=115nmであった。
(5)会合工程
35Lステンレスポットに塩析剤としての塩化ナトリウム(和光純薬社製)5.36kgとイオン交換水20.0Lを入れ、溶解する。これを、「塩化ナトリウム溶液G」とした。
【0178】
次に、温度センサー、冷却管、窒素導入装置、櫛形バッフルを付けた100Lのステンレス反応釜(翼はアンカー翼)に、上記で作製した「樹脂粒子分散液1」を20.0kg、「樹脂粒子分散液2」を5.0kg、「着色剤分散液Bk」を0.4kg、「離型剤粒子分散液1」を6.50kg及びイオン交換水20.0Lを入れ撹拌する。ついで、40℃に加温し、「塩化ナトリウム溶液G」を25kg、イソプロパノール(関東化学社製)6.00kgをこの順に添加する。その後、10分間放置した後に、昇温を開始し、液温度85℃まで60分かけて昇温する。液温度85℃±2℃に制御して、6時間加熱し、凝集/融着させて「着色粒子1Bk」を作製した。
【0179】
その後、液温を40℃以下に冷却し撹拌を停止する。ついで、目開き45μmの篩いで濾過し、着色粒子を含有する「会合液」を得た。
(6)着色粒子の洗浄、乾燥
次いで、ヌッチェを用いて「会合液」より「ウェットケーキ状の着色粒子1Bk」を取り出し、その後、イオン交換水により洗浄した。
【0180】
洗浄を完了させた「ウェットケーキ状の着色粒子」をフラッシュドライヤにより乾燥させた。フラッシュドライヤの乾燥温度を35℃に設定して100分間の乾燥処理を行い、着色粒子1Bkを得た。
(7)トナー1Bkの作製
得られた着色粒子1Bk 100部に対し、数平均1次粒子径が12nmの疎水性シリカを0.8部添加して体積基準メディアン径が5.0μmのトナー1Bkを作製した。
(8)トナー1C、1M、1Yの作製
着色粒子1Bkの会合工程で、「着色剤分散液Bk」の代わりに「着色剤分散液C」、「着色剤分散液M」、「着色剤分散液Y」を用いた他は、同様の手順により、着色粒子1C、1M、1Yを作製した。そして、得られた各着色粒子に数平均1次粒子径が12nmの疎水性シリカを0.8部添加して、トナー1C、1M、1Yを作製した。これらのトナーの大きさは、いずれも体積基準メディアン径で5.0μmであった。
3.評価実験
(1)評価装置
作製した現像ローラ1〜14を図2の現像器に装着し、上記トナー1Bk、1C、1M、1Yを各現像器に装填し、作製した現像器1〜14を図1に示す画像形成装置に装着して評価を行った。画像形成装置は現像領域での現像速度を変えられるように改造されたものである。各現像器1〜14を用いての画像形成は表2に示す周速度に設定して行った。現像器に、作製した現像ローラ及びトナーを組み込み、SUS製のトナー規制部材の圧力、突出量を調整して、トナー搬送量が4.5g/m2になるように設定した。
【0181】
また、現像条件として直流電圧がVDCが−420V、ピーク値が1.9kVで周波数が2kHzの矩形波からなる交流電圧を重畳させたバイアス電圧を印加し、Duty比を調整してベタ印字濃度を約1.4に調整した。
(2)評価方法
最初に常温常湿度環境条件(N/N;23℃、55%RH)下でプリント印字ベタ画像濃度を測定し、これを初期画像濃度とした。次いで、高温高湿度環境条件(H/H;30℃、85%RH)に環境を変えて24時間放置後のプリント印字ベタ画像濃度を測定した。さらにH/H環境のまま、印字率15%のフルカラー画像を1枚毎に間欠的に1000枚プリントし、1000枚プリント後のプリント印字ベタ画像濃度を測定した。
〈環境変動に伴う初期画像濃度変動〉
23℃、55%RH下で作成したプリントと、30℃、85%RH下に24時間放置後に最初に作成したプリントに形成された印字ベタ画像濃度の変動を反射濃度計〈マクベス反射濃度計「RD−918」)により評価した。印字ベタ画像濃度の変動は、以下に定義する濃度変動式より算出した。
【0182】
初期濃度変動=(30℃、85%RH下の24時間放置後反射濃度)−(23℃、55%RH下反射濃度)
◎:濃度差の絶対値が0.05未満
○:濃度差の絶対値が0.05以上、0.20未満
×:濃度差の絶対値が0.20以上
〈高温高湿環境下でのプリント実施前後での濃度変動〉
30℃、85%RH下に24時間放置後、1枚目に作成したプリントと1000枚目に作成したプリントに形成された印字ベタ画像濃度の変動を、初期画像濃度評価と同様の方法で評価した。印字ベタ画像濃度の変動は、以下に定義する濃度変動式より算出した。
【0183】
濃度変動=(1000枚目反射濃度)−(1枚目反射濃度)
◎:濃度差の絶対値が0.05未満
○:濃度差の絶対値が0.05以上、0.20未満
×:濃度差の絶対値が0.20以上
〈トナーこぼれ〉
1000枚のプリント作成終了時に、図2に示す現像ローラ近傍からのトナーこぼれの発生有無を確認し、下記のようにランク評価した。
【0184】
○:トナーこぼれ発生なし
△:現像スリーブの周囲に飛散トナーの付着が見られるが、現像器本体外へのトナーこぼれなし
×:現像器本体外部へのトナーこぼれ発生。
〈カブリの発生〉
1000枚のプリント作成終了時に、ベタ白画像を出力してカブリの発生状況を目視にて確認し、下記のようにランク評価した。
【0185】
○:カブリの発生なし
△:若干のカブリが見られるが問題のないレベル
×:連続したカブリが確認された。
【0186】
結果を表3に示す。
【0187】
【表3】

【0188】
表3から明らかなように、本発明に該当する実施例1〜18では、環境変動に伴う初期画像濃度変動、高温高湿環境下でのプリント実施前後での濃度変動ともに変化が見られず安定した画像形成が行えることが確認され、また、トナーこぼれの発生も問題なかった。一方、比較例1〜11では、特に濃度変動に顕著な差が見られるとともに、トナーこぼれが顕著に発生する傾向が確認された。
【0189】
このように、実施例1〜18では本発明の効果が奏される結果が得られたのに対し、比較例1〜11では本発明の効果が得られないことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【0190】
【図1】本発明に係る画像形成方法が実施可能なフルカラー画像形成装置の構成断面図である。
【図2】図1に示すフルカラー画像形成装置の現像装置30の1つの現像器30Cを示す概略図である。
【図3】本発明における現像ローラの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【0191】
1 画像形成装置
10 感光体ドラム
30(30Y、30M、30C、30Bk) 現像器
32 現像ローラ(トナー担持体)
321 軸体
322 ベースゴム層
323 中間層
324 表面層

【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも樹脂と着色剤とを含有するトナーをトナー担持体を介して現像領域に搬送して画像形成を行う画像形成方法において、
該トナー担持体は、少なくとも熱可塑性エラストマーを含有する導電性弾性層を有し、
導電性弾性層中に、ケトン基、環状エーテル基、水酸基のいずれかの極性基を有する有機化合物または水を1〜1000ppm含有するとともに、
前記現像領域における前記トナー担持体の周速度が、150〜500mm/secであることを特徴とする画像形成方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公開番号】特開2007−171751(P2007−171751A)
【公開日】平成19年7月5日(2007.7.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−371674(P2005−371674)
【出願日】平成17年12月26日(2005.12.26)
【出願人】(303000372)コニカミノルタビジネステクノロジーズ株式会社 (12,802)
【Fターム(参考)】