JP2007206530A - 磁性トナーとそれを用いる画像形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 アモルファスシリコン感光体と磁性トナーを用いて磁性1成分ジャンピング現像を行うに際し、アモルファスシリコン感光体の絶縁破壊を防止すると共に、温度や湿度環境、特に、高温、高湿環境などの帯電しにくい環境下においても帯電のしやすさや帯電量が変動せずに、より長期に亘って良好な画像を形成し続けることができる磁性トナーとそれを用いた画像形成方法とを提供することが課題である。
【解決手段】 粒子形状が六面体を基本とし、六面体の各頂点および稜線が曲面状であると共にその投影像の外周部に直線とみなせる部分を有し、平均粒子径が0.01〜0.50μmで体積固有抵抗値が1.0×103(Ω・cm)以上1.0×108(Ω・cm)未満である磁性紛を用いて磁性トナーを構成した。
【選択図】 図1
【解決手段】 粒子形状が六面体を基本とし、六面体の各頂点および稜線が曲面状であると共にその投影像の外周部に直線とみなせる部分を有し、平均粒子径が0.01〜0.50μmで体積固有抵抗値が1.0×103(Ω・cm)以上1.0×108(Ω・cm)未満である磁性紛を用いて磁性トナーを構成した。
【選択図】 図1
Description
本発明は、バインダ樹脂中に磁性粉を含有させた磁性トナーと、該磁性トナーを利用して潜像担持体上の潜像をトナー像に顕像化する画像形成方法に関するものである。
電子写真法等を利用したレーザープリンタ、静電式複写機、普通紙ファクシミリ装置、およびこれらの複合機などの画像形成装置においては、まず、潜像担持体の表面を帯電手段によって一様に帯電させ、次いで、半導体レーザー、発光ダイオード等の露光手段によって露光して潜像を形成後、この潜像を、現像手段によって現像または反転現像してトナー像に顕像化する。次に、このトナー像を転写手段によって紙などの被印刷物の表面に直接に転写するか、もしくは中間転写体の表面に転写し、次いで紙などの被印刷物の表面に再転写した後、定着手段によって定着させることで一連の画像形成の工程が完了する。
このような静電潜像をトナー像に現像するための現像方法としては、大別して乾式、湿式の2つがあるが、現在は、乾式の現像方法が広く普及している。この乾式の現像方法は、使用するトナーの種類を基準とすると、結着樹脂からなるトナー粒子中に磁性粉を内包した磁性トナーを用いる現像方法(磁性トナー単体で使用する1成分現像方法、磁性トナーと磁性キャリアとを一定比率で混合して使用する2成分現像方法等)と、磁性粉を内包しない非磁性トナーを用いる現像方法(非磁性トナー単体で使用する1成分現像方法、非磁性トナーと磁性キャリアとを一定比率で混合して使用する2成分現像方法等)とに分類される。
このうち磁性1成分現像方法では、潜像担持体と対面させて固定磁石を組み込んだトナー担持体上に上記磁性トナーを薄層化しながら供給し、前記潜像担持体上の潜像を前記磁性トナーで現像する。また、磁性1成分現像方法としては、導電性を有する磁性トナーを用いる現像方法と、絶縁性の磁性トナーを用いる磁性1成分ジャンピング現像方法と呼ばれる現像方法とがあり、現在は後者の磁性1成分ジャンピング現像方法が広く普及している。
この磁性1成分ジャンピング現像方法では、まず磁性トナーを、固定磁石を内蔵して回転するトナー担持体と当該トナー担持体に近接させて配設した磁性ブレードとの隙間を通過させることで摩擦帯電させ、トナー担持体の表面に供給して内蔵した固定磁石の磁力によって保持させて、トナー担持体の表面に磁性トナーの薄層を形成する。
そしてこのトナー担持体を、形成した薄層と接触しないように潜像担持体と間隙を保持して対峙させ、交流あるいは直流のバイアス電圧を印加することによって、トナー担持体上に形成された薄層から帯電した磁性トナーを潜像担持体の表面に飛翔させ、潜像をトナー像に顕像化する。
この磁性1成分ジャンピング現像方法では、絶縁性の磁性トナーを用いているため導電性のトナーを用いた場合には不可能であった、形成したトナー像を電界を利用して紙等の被印刷物の表面に転写することが可能となり、また、潜像担持体が電気的リークによって破壊されるのを防止することもできる。
また、絶縁性の磁性トナーは帯電させやすいこと、磁力によって磁性トナーを保持した状態でトナー担持体と十分に摩擦できること、潜像と非接触の状態で潜像を現像できることから、形成画像の非印字部分や余白部分にトナーが付着する地カブリの発生を防止し、画質の優れた画像を形成できるという利点もある。
上記磁性1成分ジャンピング現像方法に用いる潜像担持体としては、他の現像方法の場合と同様、有機および無機の種々の電子写真感光体を用いることができるが、特にその耐久性等を考慮すると、導電性基体21上にアモルファスシリコン感光層を形成したアモルファスシリコン感光体が好適である。このアモルファスシリコン感光体は、例えば、バインダ樹脂中に顔料や電荷輸送剤等を含有させた有機の感光層を有する有機感光体と比べ、画像形成枚数で表しておよそ10倍以上という高い耐久性を有しており、これは、被印刷物や次に述べる弾性ブレード等と摺擦されることによって摩耗して感光層の厚みが減少する速度が、有機感光層のおよそ1/100以下と摩耗しにくいことから得られる結果である。
しかしながら、アモルファスシリコン感光体の最大のデメリットはその生産性の低さである。すなわちアモルファスシリコン感光体は、導電性基体21の表面に、例えばCVD法等の気相成長法によってアモルファスシリコン感光層を成膜することで製造されるが、かかる気相成長法では、バインダ樹脂等を含む塗布液を導電性基体21上に塗布して乾燥させるだけで形成される有機感光層に比べ、所定の厚みを有する感光層を形成するために要する時間が著しく長くかかる上、気相成長法はバッチ式であって連続的な生産ができないため、どうしても生産性が低くなってしまう。
そこで、前記のようにアモルファスシリコン感光層が有機感光層に比べて摩耗しにくいことを利用して、その厚みをこれまでよりも小さくし、アモルファスシリコン感光体の生産性を向上することが一般化しつつある。すなわち、これまでは30〜60μm程度あったアモルファスシリコン感光層の厚みを30μm以下にし、薄膜型としたアモルファスシリコン感光体が普及し始めている。
こういった薄膜型のアモルファスシリコン感光体の主なメリットは、言うまでもなく、従来のものに比べて生産性に優れることであるが、さらに、薄膜化した方が形成画像の解像度が向上するというメリットもある。
また、トナー像を紙等の被印刷物の表面に転写した後、アモルファスシリコン感光体の表面に残留したトナーはクリーニング手段により除去されるが、このクリーニング手段は、可動部分を極力少なくして画像形成装置のコンパクト化、機構の簡素化等を図るため、当該アモルファスシリコン感光体の表面に圧接させた弾性ブレードが好適である。
トナー像を被印刷物の表面に転写させた後、アモルファスシリコン感光体の表面に残留した磁性トナーの大半は、上記弾性ブレードによって感光体の表面から掻き取られて除去されるが、その一部、すなわちトナー粒子やその破片としての磁性粉や樹脂片、あるいは流動性、帯電性等を改善するため磁性トナーに外添されるシリカ等の外添剤の一部は、弾性ブレードの先端部分、すなわちアモルファスシリコン感光体への圧接部分に滞留する。そして、これらの滞留物が、弾性ブレードおよびアモルファスシリコン感光体と長期間に亘って摩擦されると、所定の帯電量以上に過帯電するいわゆるチャージアップを生じ、その帯電量が限界値、すなわちアモルファスシリコン感光層の耐圧値を超えると、感光体の極微小領域に向かって放電(一点放電)し、アモルファスシリコン感光体を絶縁破壊させて修復不能な欠陥を生じさせる場合がある。この放電は、主に弾性ブレードの先端部分の稜線部で発生する。
アモルファスシリコン感光体は本来的に絶縁破壊に弱いため、上記の絶縁破壊を生じやすい。そのため、アモルファスシリコン感光体と弾性ブレードと磁性トナーとを用い、磁性1成分ジャンピング現像法による画像形成を繰り返すと、上記のメカニズムによって短期間で異常放電(一点放電、火花放電)が発生し、アモルファスシリコン感光体が絶縁破壊されて欠陥を生じるおそれがある。このような欠陥を生じたアモルファスシリコン感光体を用いて画像形成を続けると、当該欠陥の部分はキャリア阻止層が破壊されており、帯電工程で帯電させることができないため、形成した画像に微小な黒点を生じるという問題がある。
この問題は、特に、薄膜型としたアモルファスシリコン感光体では大きな問題となる。すなわち、絶縁破壊によるアモルファスシリコン感光層の欠陥の発生は感光体の針耐圧(V)に依存するところが大きいが、薄膜型としたアモルファスシリコン感光体では通常よりも耐圧値が低くなり、膜厚が薄ければ薄いほど、絶縁破壊による欠陥が発生しやすくなる。
こういった絶縁破壊を起こすチャージアップの主な原因は、発明者の検討によると磁性トナーに内添される磁性粉の形状にある。磁性粉としては、現在、6個の四角形で囲まれた凸多面体である六面体(立方体、直方体)状のものや、8個の三角形で囲まれた凸多面体である八面体状のもの等の多面体状磁性粉と、球状の磁性粉とが一般的に用いられている。
このうち、多面体状の磁性粉を用いた磁性トナーにおいては、トナー粒子の表面に露出した磁性粉の尖った頂点や、隣り合う面間の尖った稜線から電荷が放出されやすいことから、磁性トナーが弾性ブレードの先端部分に滞留して長期間に亘って摩擦されても、アモルファスシリコン感光層が絶縁破壊を起こす前にその帯電電荷を上記頂点や稜線を通して放出させ、トナー粒子が過剰に帯電するのを防止することができる。そのため、アモルファスシリコン感光層の絶縁破壊は起こりにくい。
しかし、球状の磁性粉を用いた磁性トナーはその表面に尖った頂点や稜線が存在しないため、電荷が放出されにくく、磁性トナーが弾性ブレードの先端部分に滞留し、長期間に亘って摩擦された際にはチャージアップを生じやすい。そして、その帯電量が耐圧値を超えるとアモルファスシリコン感光層を前記のように絶縁破壊させ、それ以降の形成画像に微小な黒点を生じさせることになる。
従って、前記した薄膜型のアモルファスシリコン感光体と、弾性ブレードと、従来の球状の磁性粉を含む磁性トナーとを組み合わせた場合には、チャージアップにより、極めて短期間で、アモルファスシリコン感光層が絶縁破壊するおそれがある。
そのため、チャージアップの防止のみを考慮すれば多面体状の磁性粉を使用するのが好ましいことになるが、この多面体状の磁性粉は前記したようにトナー粒子の表面に露出した磁性粉の尖った頂点や、隣り合う面間の尖った稜線から電荷が放出されやすく、電荷のリークが起こりやすい。また多面体状の磁性粉は流動性が低く、バインダ樹脂に対する分散性が悪いことから当該バインダ樹脂中に均一に分散させるのが難しい。そのため、個々のトナー粒子における磁性粉の分散状態にばらつきを生じやすく、個々の磁性トナーの帯電のしやすさや帯電量などにもばらつきを生じてしまう。
したがって、多面体状の磁性粉を用いた磁性トナーは帯電量が速やかに立ち上がりにくい上に帯電量自体も低くなってしまい、結果として、画像濃度の低下や地カブリの発生といった画像欠陥を生じやすいという問題がある。また、画像形成時の温度、湿度環境によって帯電のしやすさや帯電量が変動しやすいことから、特に、高温、高湿環境などの帯電しにくい環境下において、上記の画像欠陥をさらに生じやすくなるという問題もある。
こういった、球状磁性粉と多面体状磁性粉の両方の長所を活かすため、
例えば、特許文献1には、前記六面体や八面体などの多面体の頂点や稜線を、多面体を構成する各面よりも小さな平面によって、いわゆる面取りをしたような粒子形状を有する磁性粉が記載されている。しかし、この磁性粉においても、依然として、多面体を構成する面と、面取りした小さな平面との間には尖った稜線が存在し、この稜線から電荷が放出されやすいことから、磁性トナーから電荷がリークして、画像濃度の低下や地カブリの発生といった画像欠陥を生じるおそれがある。
例えば、特許文献1には、前記六面体や八面体などの多面体の頂点や稜線を、多面体を構成する各面よりも小さな平面によって、いわゆる面取りをしたような粒子形状を有する磁性粉が記載されている。しかし、この磁性粉においても、依然として、多面体を構成する面と、面取りした小さな平面との間には尖った稜線が存在し、この稜線から電荷が放出されやすいことから、磁性トナーから電荷がリークして、画像濃度の低下や地カブリの発生といった画像欠陥を生じるおそれがある。
特許文献2には、立方体の各稜線を曲面状とした粒子形状を有する磁性粉が記載されている。しかし、この磁性粉は、稜線を曲面状とすることによって頂点も曲面状とされ、電荷の放出点となる尖った頂点や稜線が存在しないため、球状のものと同様に、電荷が放出されにくい傾向があり、特に低温、低湿環境下などにおいて、磁性トナーがチャージアップして、画像濃度の低下等の画像欠陥を生じるおそれがある。
特開平11−153882号公報
特開平9−59024号公報
そのため本発明においては、磁性紛がトナーを構成するバインダ樹脂中に均一に分散されて帯電のしやすさや帯電量にばらつきを生ぜず、電荷のリークを起こりにくくさせて帯電量の向上、帯電量の速やかな立ち上がりを実現させると共に、チャージアップにより短期間でアモルファスシリコン感光層が絶縁破壊するのを防止するなど、相反する2つの特性に共に優れ、画像濃度の低下や地カブリを防ぎ、温度や湿度環境、特に、高温、高湿環境などの帯電しにくい環境下においても帯電のしやすさや帯電量が変動せずに、より長期に亘って良好な画像を形成し続けることができる磁性トナーとそれを用いた画像形成方法とを提供することが課題である。
上記課題を解決するため本発明者らは、図1に示したように、6個の四角形で囲まれた凸多面体である六面体1を基本とし、かつ六面体の各頂点2bおよび稜線2aが曲面状である粒子形状を有する磁性粉2を使用することを検討した。
上記した粒子形状を有する磁性粉は、頂点と稜線がいずれも曲面状とされているため電荷を放出しやすい尖った頂点や稜線を有せず、特許文献1に記載された多面体の頂点や稜線を小さな平面で面取りした磁性粉に比べ、磁性トナーに内添させた際に電荷のリークを起こしにくくすることができると考えられる。
また、この磁性粉は、上記のように六面体の頂点や稜線をいずれも曲面状としていることから、流動性、およびバインダ樹脂に対する分散性に優れており、バインダ樹脂中に均一に分散させるのが容易であって、個々のトナー粒子における磁性粉の分散状態にばらつきが生じるのを防止して、個々の磁性トナーの帯電のしやすさや帯電量などを均一化することもできると考えられる。
しかも、この磁性粉は図1に示すように基本形状が六面体1であるが、当該六面体1を構成する頂点2bまたは稜線2aが曲面状であると共に、その投影像の外周部に直線とみなせる部分2cを有しているため、頂点2bや稜線2aに電荷が集中することなく、適度な割合で放出させることができる。
そのため、磁性トナーに内包させた際、チャージアップを起こりにくくしてアモルファスシリコン感光層の絶縁破壊防止に効果があると考えられる。
また、本発明者は磁性紛の体積固有抵抗値についても検討し、その値が1.0×103(Ω・cm)以上1.0×108(Ω・cm)未満とすることが望ましいことを見いだした。即ち、例え六面体を基本として六面体の各頂点および稜線が曲面状である粒子形状の磁性紛を用いた場合であっても、体積固有抵抗値が1.0×103(Ω・cm)未満だと磁性粉から感光体ドラムへ電気的なリーク電流が発生し易く、チャージアップによる感光体ドラム破壊は防止できてもこのリーク電流でアモルファスシリコン感光層が絶縁破壊され、初期の帯電量も小さい上に画像濃度が低く、しかも多数枚の画像形成後には帯電量と画像濃度が共に下降して微小黒点の発生が生じる恐れがある。
逆にこの体積固有抵抗値が1.0×108(Ω・cm)を越えると、初期の画像濃度はそこそこ得られるものの多数枚の画像形成後に帯電量が著しく上昇し、画像濃度が低下すると共に地カブリや、チャージアップの発生によってアモルファスシリコン感光層が絶縁破壊されていることを示す微小黒点が発生し、トナー層の安定形成が出来なくなる傾向がある。
したがって、本発明になる磁性トナーは、アモルファスシリコン感光体上に電子写真方式で形成された潜像を現像し、バインダ樹脂中に磁性粉を含有する磁性トナーであって、
前記磁性紛はその粒子形状が六面体を基本とし、該六面体の各頂点および稜線が曲面状であると共にその投影像の外周部に直線とみなせる部分を有し、平均粒子径が0.01〜0.50μmで体積固有抵抗値が1.0×103(Ω・cm)以上1.0×108(Ω・cm)未満であることを特徴とする磁性トナーである。
前記磁性紛はその粒子形状が六面体を基本とし、該六面体の各頂点および稜線が曲面状であると共にその投影像の外周部に直線とみなせる部分を有し、平均粒子径が0.01〜0.50μmで体積固有抵抗値が1.0×103(Ω・cm)以上1.0×108(Ω・cm)未満であることを特徴とする磁性トナーである。
このように、アモルファスシリコン感光体とチャージアップを防止する効果に優れた本発明の磁性トナーと組み合わせた場合、磁性紛がトナーを構成するバインダ樹脂中に均一に分散されて帯電のしやすさや帯電量にばらつきを生ぜず、電荷のリークを起こりにくくさせて帯電量の向上、帯電量の速やかな立ち上がりを実現させると共に、前記した生産性の良さや形成画像の解像度の向上といった薄膜型のアモルファスシリコン感光体の利点を生かしつつ、チャージアップにより短期間でアモルファスシリコン感光層が絶縁破壊するのを防止し、相反する2つの特性に共に優れ、画像濃度の低下や地カブリを防ぎ、温度や湿度環境、特に、高温、高湿環境などの帯電しにくい環境下においても帯電のしやすさや帯電量が変動せずに、より長期に亘って良好な画像を形成し続けることができる磁性トナーとそれを用いた画像形成方法とを提供することができる。
さらに、この磁性トナーを用いた本発明になる画像形成方法は、少なくともバインダ樹脂中に含有させた磁性粉の粒子形状が六面体を基本とし、該六面体の各頂点及び稜線が曲面状であると共にその投影像の外周部に直線とみなせる部分を有し、平均粒子径が0.01〜0.50μmで体積固有抵抗値が1.0×103(Ω・cm)以上1.0×108(Ω・cm)未満である磁性トナーを有し、該磁性トナーを、固定磁石を内蔵し、回転するトナー担持体表面に保持して、アモルファスシリコン感光体で構成された潜像担持体と接触しないように間隔を保持して対面させ、磁性トナーをアモルファスシリコン感光体の表面に飛翔させて、前記潜像担持体上に形成された潜像を前記磁性トナーで現像することを特徴としている。
このように、本発明の磁性トナーを上記画像形成方法に使用した場合には、、残留トナー除去用クリーニング手段として弾性ブレードを用いた場合であっても、チャージアップ防止効果に優れた本発明の磁性トナーにより、クリーニング部にてアモルファスシリコン感光層が絶縁破壊するのを防止し、生産性の良さや形成画像の解像度の向上といった薄膜型のアモルファスシリコン感光体の利点を生かすことができ、長期に亘って良好な画像を形成し続けることが可能な画像形成方法を提供することができる。
そして、上記磁性粉の粒子形状の基本となる多面体としては、その頂点や稜線を曲面状とした際に、当該頂点や稜線から電荷を適度な割合で放出させることを考慮すると、前記磁性粉の粒子形状が、6個の四角形で囲まれた凸多面体である六面体を基本としていることが重要となる。
また、効果のバランスを考慮すると、前記磁性粉の平均粒子径は0.05〜0.30μmであることが好ましい。
また、磁性粉の体積固有抵抗値は小さいほど初期の帯電量が小さくなる傾向があり、逆に体積固有抵抗値が大きくなると、特に低温、低湿試験において、多数枚の画像形成後の帯電量が上昇する傾向がある。そのため、前記磁性紛の体積固有抵抗値が、1.0×104(Ω・cm)以上1.0×107(Ω・cm)となるようにすることで、幅広い環境下で電荷のリークやチャージアップによるアモルファスシリコン感光層の絶縁破壊を生じたりすることなく、より長期に亘って良好な画像を形成できる磁性トナーを提供することができる。
また、磁性トナーに良好な磁気特性を付与することを考慮すると、前記磁性紛は、バインダ樹脂100質量部に対して35〜60質量部添加されていることが好ましい。
以上記載のごとく本発明による磁性トナーとそれを用いた画像形成方法は、磁性紛がトナーを構成するバインダ樹脂中に均一に分散されて帯電のしやすさや帯電量にばらつきを生ぜず、電荷のリークを起こりにくくさせて帯電量の向上、帯電量の速やかな立ち上がりを実現させると共に、チャージアップにより短期間でアモルファスシリコン感光層が絶縁破壊するのを防止するなど、相反する2つの特性に共に優れ、画像濃度の低下や地カブリを防ぎ、温度や湿度環境、特に、高温、高湿環境などの帯電しにくい環境下においても帯電のしやすさや帯電量が変動せずに、より長期に亘って良好な画像を形成し続けることができる磁性トナーとそれを用いた画像形成方法を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図2は、本発明の磁性トナーとそれを用いた画像形成方法を実施する画像形成装置の構造の概略を示す図、図3は本発明に用いる感光体ドラム11の断面図である。図中、アモルファスシリコンで構成した感光体ドラム11の周囲には、帯電器12、露光器13、本発明になる磁性トナーを用いた現像器14、転写手段たる転写ロール15、クリーニング手段たるクリーニングブレード16、除電装置である除電ランプ17が感光体ドラム11の回転方向に沿って配置されており、感光体ドラム11と転写ロール15との間に紙やOHPフィルムなどの図示していない転写材が通され、転写材の排出経路上に図示していない定着装置が設けられている。
感光体ドラム11を構成するアモルファスシリコン感光体としては図3に示したように、アルミ等の導電性基体21のロール上に実際に感光層19として機能する単層もしくは2層以上の感光層19の他に、キャリア阻止層20、表面保護層18等を有していてもよく、これら多層構造の感光層の場合には、そのトータルの膜厚が、30μm以下であるのが好ましい。かかる薄膜型のアモルファスシリコン感光体は、生産性に優れる上、解像度の高い画像を形成できるという利点がある。
詳しく説明すると、感光層19の膜厚が30μmを超える場合は熱キャリアの移動速度が速くなるため暗減衰特性が低下し、感光層19の厚み方向と直交する面方向への潜像流れが発生しやすくなるため、解像度が低下する。また、気相成長法による成膜時間が長くなることと、それによって異物等が付着する確率が高くなって歩留まりが悪くなることから、感光体の生産性が低下する。
これに対し、膜厚が30μm以下であれば潜像流れの発生が抑制されるため、解像度の高い画像を形成することができ、また、成膜時間が短くなって歩留まりがよくなることから感光体の生産性が向上する。
なお感光層19の膜厚は、10μm以上であるのが好ましい。膜厚が10μm未満では、感光体としての帯電能が十分に得られないおそれがある上、導電性基体21の表面において露光のためのレーザー光が乱反射し、ハーフパターンにおいて干渉縞が発生するおそれもある。
アモルファスシリコン系の感光層19は、例えばグロー放電分解法、スパッタリング法、ECR法、蒸着法などの気相成長法によって形成することができ、その形成にあたっては、Hやハロゲン元素を含有させることもできる。また感光体の特性を調整するためにC、N、O等の元素を含有させたり、周期表(長周期型)の13族元素や15族元素を含有させたりしてもよい。
具体的には感光層19は、例えばa−Siの他、a−SiC、a−SiO、a−SiONなどのアモルファスシリコン系の、光導電性を有する種々の材料にて形成することができる。特に、a−SiCを用いるのが好ましく、その場合はSi1−xCxのxの値を0<x≦0.5、好ましくは0.05≦x≦0.45に設定するのがよい。この範囲であればa−SiC層を、良好なキャリアの輸送を維持しつつa−Si層よりも高抵抗にし、感光体の光感度特性を向上することができる。13族元素や15族元素としては、それぞれBやPが共有結合性に優れ、半導体特性を敏感に変え得る点で、また優れた光感度が得られるという点で望ましい。
さらに、アモルファスシリコン系の感光層19を光キャリア発生の機能を高めた層領域(光励起層領域)と、キャリア輸送の機能を持たせた層領域(キャリア輸送層領域)とを積層したものとすると、感光体の光感度と耐電圧特性を共に高めることができる。この際、光励起層領域は光キャリアの生成効率を高めるため、成膜条件のうち、(1)成膜速度を低めに設定する、(2)成膜成分のH2やHeでの希釈率を高める、(3)ドープする元素の量をキャリア輸送層領域よりも多くする、等の対策を施しつつ成膜するのが好ましい。
また、キャリア輸送層領域は、主に感光層19の耐圧を高めると共に、光励起層領域から注入されたキャリアを導電性基体21にスムースに輸送する役割を持つが、この層領域においても、光励起層領域を透過してきた光によりキャリア生成が行われるため、感光体の光感度の向上に寄与する。
アモルファスシリコン系の感光層19の厚みは、前記のように5〜30μmが好ましいが、その中でも特に、露光波長の光に対するこの層の吸収係数から求まる光吸収の深さに対し、さらに0.1〜2.0μmを加えた厚みとするのが好ましい。また、感光層19を、上記のように光励起層領域とキャリア輸送層領域とを積層したものとする場合は、光励起層領域の厚みを上記光吸収の深さにほぼ等しく設定するのが好ましい。
感光層19と導電性基体21との間には、キャリア阻止層20を介在させるのが好ましい。キャリア阻止層20は、現像時に感光体の表面がバイアス電圧を印加されつつ磁性トナーと接触した際、導電性基体21から感光層19へのキャリアの注入を阻止することにより、露光部と非露光部との静電コントラストを高めて画像の濃度を向上させると共に、地肌カブリを低減する機能を有する。キャリア阻止層20としては、それぞれ絶縁性であるa−SiC、a−SiO、a−SiN、a−SiON、a−SiCONなどにて形成した無機絶縁層や、あるいはポリエチレンテレフタレート、パリレン(登録商標)、ポリ四フッ化エチレン、ポリイミド、ポリフッ化エチレンプロピレン、ポリウレタン、エポキシ樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、酢酸セルローズ樹脂その他によって形成した有機絶縁層等を用いるのが好ましい。
また、キャリア阻止層20は、絶縁性と共に導電性基体21やアモルファスシリコン系感光層19との密着性が良く、かつ感光層19を形成する際の加熱等にも大きな変質を起こさないといった特性が求められる。かかる特性を考慮すると、キャリア阻止層20もa−SiCにて形成するのが好ましい。キャリア阻止層20を形成するa−SiCを絶縁性とするためには、キャリア阻止層20に含まれるCの量を感光層19の場合に比べて多くすればよい。キャリア阻止層20の厚みは0.01〜5μmであるのが好ましく、0.1〜3μmであるのがさらに好ましい。
また感光層19の表面は、有機もしくは無機の絶縁材料からなる表面保護層18によって被覆して保護するのが好ましい。これにより、帯電手段などによる放電時に感光層19の表面が酸化され、放電生成物や水分子などを吸着しやすい酸化物被膜が形成されるのを防止することができる。また絶縁耐圧を向上したり、繰り返し使用した際の耐磨耗性を向上したりすることもできる。中でも、a−SiC、a−SiN、a−SiO、a−SiCO、a−SiNOなどのa−Si系の絶縁材料からなる層を用いるのがよく、これらは感光層19と同様の薄膜形成方法によって形成することができ、特にa−SiCにて形成するのが好ましい。
表面保護層18にa−SiCを用いる場合は、絶縁性を付与するため、キャリア阻止層20の場合と同様に、含まれるCの量を感光層19に比べて多くすればよい。具体的には、Si1−xCxのx値を0.3≦x<1.0、特に0.5≦x≦0.95とするのが好ましい。かかるa−SiCからなる表面保護層18は、1012〜1013Ω・cmという高い体積固有抵抗を有しているため、感光体は、表面保護層18の面方向における電位の流れが少なくなって潜像の維持能力が高まり、耐湿性にも優れて吸水による画像流れの発生を抑制する効果に優れたものとなる。
また、かかる高抵抗の表面保護層18は、磁性トナーを通してのバイアスによる電荷の注入を阻止し、露光部と非露光部との電位コントラストを高め、その表面に、より多くの磁性トナーを引き付けてトナー像の濃度を増し、画像濃度を十分に高める機能も有する。また、地肌カブリを抑制することもできる。さらに感光体の絶縁耐圧を高めることもできる。
また、a−SiC以外の他の絶縁材料にて形成した表面保護層18は、画像形成後も光キャリアがトラップされ続けてしまい、通常の除電工程では残留電位を確実に消去できないおそれがある。しかしa−SiCにて形成した表面保護層18は、表面からの正電荷は有効に阻止するが導電性基体21からの負電荷は比較的通し易いという性質を持つため、画像形成後の残留電位を通常の除電工程によって効果的に消去でき、連続して画像形成を行えるという利点もある。
しかも、a−SiCにて形成した表面保護層18は、a−SiC等のアモルファスシリコン系の感光層19との密着性が良好であると共に、耐磨耗性、耐環境性等にも優れるため、長期にわたって安定した画像形成を行えるという利点もある。a−SiCにて形成した表面保護層18は、その層内で、Cの量に厚み方向の勾配を形成してもよいし、Cと共にN、O、Geなどの元素を含有させて耐湿性をさらに高めることもできる。
表面保護層18の厚みは5000〜20000Å以下であるのが好ましく、5000〜15000Åであるのがさらに好ましい。厚みが5000Å未満では、特にトナー像の転写時に転写手段からの負電流の流れ込みに対する耐圧性能が低下し、早期に表面保護層18が劣化するおそれがある。また、20000Åを超える場合には、成膜時間が長くなって感光体の生産性が低下するおそれがある。
画像形成する際の、アモルファスシリコン感光体の帯電電位は特に限定されないが、表面電位が+200〜+500Vとなるように帯電させるのが好ましい。表面電位が+200V未満では現像電界が不十分となるため、十分に高い画像濃度を有して読取装置によって読み取る際の精度に優れた良好な識別マークを形成できないおそれがある。また、表面電位が+500Vを超える場合は、感光層19の膜厚によっては帯電能力が不足する上絶縁破壊による黒点が発生しやすくなるため、やはり、読取装置によって読み取る際の精度に優れた良好な識別マークを形成できないおそれがある。また、オゾンの発生量が増加するという問題も生じる。なお、現像性と帯電能力とのバランスを考慮すると、表面電位は、上記の範囲内でも特に+200〜+300Vであるのが好ましい。
アモルファスシリコン感光体で構成された感光体ドラム11の表面に形成されたトナー像が、紙などの被印刷物に転写された後の感光体表面にはトナーが残る。この残留トナーをクリーニング除去するためのクリーニング手段としては、アモルファスシリコン感光体の表面に圧接させた弾性ブレードを用いるのが好ましい。また、弾性ブレードとしては、ゴムや軟質の樹脂等からなる、従来公知の種々の弾性ブレードを採用することができる。具体的には、例えばシリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、ウレタン樹脂等からなる弾性ブレードが挙げられる。弾性ブレードは、磁性トナーを良好にクリーニング除去すると共に、アモルファスシリコン感光体の表面に圧接痕等を生じないことを考慮すると、10〜50g/cmの線圧で圧接させるのが好ましい。
トナー担持体としては、従来公知の種々の材料からなるものを用いることができ、特に、アルミニウム製またはステンレス鋼(ステンレス鋼)製のトナー担持体を用いるのが好ましい。
このうち、アルミニウム製のトナー担持体はその表面の十点平均粗さが、5〜10μmであるのが好ましい。トナー担持体の表面の十点平均粗さが5μm未満では、トナーに対してチャージが乗りやすくなって過帯電の弊害が出る。すなわち薄層の不安定化につながり、インストール時の層ムラを発生しやすくしてしまうと共に、搬送力が低下することも加わり、画像濃度が安定して維持できずに画像濃度低下を引き起こす。また10μmを超える場合は、逆に、チャージが均一に乗らずにチャージ不足を引き起こし、画像濃度の安定化に欠け、また、トナー層の厚みが増して少しの衝撃でトナー層が乱れ、ランダム黒点を誘発して画像上に黒点が現れるおそれがある。
幅広い環境下で、様々な画像不良のない良好な画像を形成できるようにするためには、アルミニウム製トナー担持体表面の十点平均粗さは、上記の範囲内でも特に6.5〜8.5μmであることが好ましい。
また、ステンレス鋼(SUS)製のトナー担持体は、その表面の十点平均粗さが2.5〜8.0μmであるのが好ましい。表面十点平均粗さが2.5μm未満では、トナーに対してチャージが乗りやすくなって過帯電の弊害が出る。つまり薄層の不安定化につながり、インストール時の層ムラを発生しやすくなる。また、搬送力が低下することで画像濃度低下を引き起こす。ただしステンレス鋼は耐久性が非常に良いので、初期の問題さえクリアできれば大きな問題とはならない。
しかし、ステンレス鋼を使用すると、その堅さのためにRz(十点平均粗さ)を大きく稼ぐことが難しく、表面十点平均粗さが8.0μmを超える場合はスリーブの生産性が極端に落ちる。また他の表面パラメータに影響を及ぼし、たとえばSm(凹凸の平均間隔)が極端に大きくなる。つまり、チャージが均一に乗らず、チャージ不足を引き起こして画像濃度の安定化に欠ける。また、トナー層の厚みが増し、少しの衝撃でトナー層が乱れてランダム黒点を誘発し、画像上に黒点が現れる。
なお、トナー担持体をステンレス鋼とし、これらの問題が生じるのを防止しながら幅広い環境下で様々な画像不良のない良好な画像を形成するためには、表面十点平均粗さを上記の範囲内でも特に3.5から5.5μmとするのが好ましい。
トナー担持体に用いるステンレス鋼としては、例えばSUS303、SUS304、SUS305、SUS316等に分類されるステンレス鋼が挙げられ、特に磁性が弱くかつ加工しやすいことから、SUS305が好ましい。トナー担持体の、表面十点平均粗さRzは、表面粗さ測定器〔例えば(株)小坂研究所製のサーフコーダSE−30D等〕を用いて測定することができる。
潜像担持体としてのアモルファスシリコン感光体11の表面に潜像を保持させるためには、従来同様、スコロトロン帯電器等を用いた帯電器12で感光体ドラム11の表面を一様に帯電させた後、半導体レーザー、発光ダイオード等の露光器13によって露光し、露光部分の電荷を除去する。また、アモルファスシリコン感光体11の表面に形成されたトナー像を被印刷物の表面に転写させるためには、例えばコロナ帯電器、鋸歯状電極、転写ロール等が用いられ、特に転写ロール15が好ましい。
転写ロール15としては、例えば発泡EPDM等の軟質の発泡体からなるローラが好ましく、発泡体のローラを使用した場合には、紙詰まり等が発生した際に転写ロールに付着したトナーが発泡体の気泡中に入り込むことにより、運転再開時における被印刷物の裏汚れ等を防止することができる。したがって、転写ロールのクリーニングが不要になって、イニシャルコストおよびランニングコストを低減することができる。また、軟質の発泡体からなる転写ロールの硬さは、アスカーC硬さで表して30〜40°であるのが好ましく、この範囲より軟らかい場合は転写不良が発生するおそれがあり、逆にこの範囲より硬い場合は感光体との間のニップが小さくなって、被印刷物の搬送力が低下するおそれがある。
転写ロール15は、アモルファスシリコン感光体の表面に接触させた状態で、感光体の表面に対して3〜5%の線速差をつけて回転させるのが好ましく、線速差が3%未満ではトナー像の転写性が低下して文字の中抜け等を生じるおそれがあり、5%を超える場合は感光体表面に対するスリップ量が大きくなって、転写像のずれ、いわゆるジッタが大きくなるおそれがある。
本発明の画像形成方法では、潜像担持体としての前記アモルファスシリコン感光体ドラム11と、固定磁石を内蔵して回転し、その表面に磁性トナーの薄層が形成されるトナー担持体(現像スリーブ141)とを、薄層とアモルファスシリコン感光体とが接触しないように間隔を保持して対峙させ、帯電器12によって感光体ドラム11の感光層19を一様に帯電した後、露光器13で原稿の反射光或いはコンピュータなどからの電気信号により、原稿に対応するドット光を感光体ドラム表面に照射し、光照射部分の電位を光減衰させて静電潜像を形成する。
この静電潜像は、本発明になる磁性トナーを用いた磁性1成分ジャンピング現像器14によって現像され、感光体ドラム11の表面にトナー像が形成される。そしてこのトナー像は、転写材に転写ロール15によって転写され、図示されていない定着装置に搬送されて熱と圧力により、転写材の表面に定着される。一方、トナー像が転写材上に転写された後、感光体ドラム11の表面に残存するトナーはクリーニング装置を構成するクリーニングブレード16により掻き取られて回収され、除電装置である除電ランプ17による光照射によって表面電荷が除去されて、次の画像形成プロセスが行われる。
磁性粉1は前述したように六面体2を基本として、その頂点および稜線が曲面状とされた磁性粉1であり、平均粒子径が0.01〜0.50μmである必要がある。平均粒子径が0.01μm未満では、トナー表面に露出する磁性紛の割合が増加してそこから電荷が放出し、帯電不足をまねいて結果として画像濃度低下という問題を引き起こすことがわかった。
一方、平均粒子径が0.50μmを超える磁性粉では、逆にトナー表面に露出する磁性紛の割合が減少し、電荷の放出が少なくなってチャージアップをまねき、結果として多数枚の画像形成を行った後では画像濃度低下を引き起こすと共に、磁性紛を内添させることで期待される磁性トナーのチャージアップを起こりにくくする、という効果が得られず、アモルファスシリコン感光層の絶縁破壊を防止することができないという問題を生じる。
なお、前記磁性粉の平均粒子径は効果のバランスを考慮すると、上記の範囲内でも特に、0.05〜0.30μmであるのが好ましく、0.15〜0.25μmであるのがさらに好ましい。なお、この、磁性粉1の平均粒子径は、透過型電子顕微鏡により撮影した写真(倍率1万倍)を4倍に拡大し、300個についてマーチン径により求めた値である。
磁性粉としては、鉄、コバルト、ニッケル等の強磁性を示す金属やその合金、またはこれらの元素を含む化合物、あるいは、強磁性元素を含まないが適当な熱処理を施すことによって強磁性を示すようになる合金、もしくは二酸化クロム等からなるものを挙げることができ、中でもフェライト、マグネタイトからなる磁性粉が好ましい。特に、磁性トナーに良好な磁気特性を付与することを考慮すると、磁性粉としては、Feに対して0.1〜10原子%の、Mn、Zn、Ni、Cu、Al、Ti、およびSiから選ばれる少なくとも1種の元素を含むマグネタイトによって形成した磁性粉を用いるのが好ましい。
上記マグネタイトからなる磁性粉は、多面体の各頂点および稜線が曲面状であると共に、その投影像の外周部に直線とみなせる部分を有し、かつ平均粒子径が前記の範囲内に規定されるものであるが、例えば、下記の方法によって製造することができる。
すなわち、1.5mol/リットルのFe2+を含む硫酸第一鉄塩水溶液26.7リットルを、あらかじめ反応容器中に準備した3.4Nの水酸化ナトリウム水溶液23.6リットル(Fe2+に対し1.0当量に相当する)に加え、90℃に加熱して、3.4Nの水酸化ナトリウム水溶液にてpHを8〜10になるように調整して、水酸化第一鉄コロイドを含む第一鉄塩懸濁液を生成する。
次に、上記懸濁液の液温を90℃に維持しながら、空気を吹き込んで、第一鉄塩の酸化反応率が60%になるまで酸化反応させる。
次に、上懸濁液に、そのpHが6.5になるように、硫酸水溶液を添加した後、液温を90℃に維持しながら、空気を吹き込んで、懸濁液中にマグネタイト粒子を生成させる。
生成したマグネタイト粒子を常法により水洗し、濾別し、乾燥したのち、マグネタイト粒子の凝集物を粉砕する。そうすると、粒子形状が、六面体を基本とし、その頂点および稜線が曲面状であるマグネタイト粒子からなる磁性粉が合成される。
尚、本発明を実施する上で好ましい範囲として前記第一段の反応時のPHは8から10であるが、該前記第一段の反応時のpHを8から10に維持しないと、六面体形状にならない。六面体は、8〜9.5の範囲にて第一段反応を実施致することにより製造される。
この合成反応において、磁性粉の曲率を調整するためには、第一段の酸化の酸化反応時の反応率により、丸さが異なる。50%より少なくなるとエッジがでる方向となり、50%を超えると丸くなる方向となる。
また、上記の合成反応を行う際に、水酸化アルカリ水溶液、もしくは水酸化第一鉄コロイドを含む第一鉄塩反応水溶液に、水可溶性ケイ酸塩等の、水溶性の各種金属化合物を、各々の金属に換算して、Feに対して0.1〜10原子%の割合で加えると、合成される磁性粉は、上で述べた、Feに対して、上記所定の割合でMn、Zn、Ni、Cu、Al、Ti、およびSiから選ばれる少なくとも1種の元素を含むマグネタイトからなるものとなる。
磁性粉の、バインダ樹脂100重量部に対する割合は、35〜60質量部であるのが好ましく、35〜55質量部であるのがさらに好ましい。磁性粉の割合がこの範囲未満では、現像スリーブ141に内蔵した固定磁石の磁力によって表面に磁性トナーの薄層を保持する効果が低下するため、特に画像形成を繰り返した際に地カブリが発生するおそれがある。また、配合割合がこの範囲を超える場合は、逆に、現像スリーブ141の表面に磁性トナーの薄層を保持する効果が強くなり過ぎ、画像濃度が低下するおそれがある。また、相対的にバインダ樹脂の含有割合が低下するため、磁性トナーの紙等の被印刷物の表面への定着性が低下したり、耐久性が低下したりするおそれもある。
また磁性粉は、バインダ樹脂中に良好に分散させることを考慮すると、チタン系カップリング剤、シラン系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、各種脂肪酸などの表面処理剤で表面処理を施してもよい。このうち、シラン系カップリング剤が好ましく、その具体的化合物としては、例えばヘキサメチルジシラザン、トリメチルシラン、トリメチルクロルシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジクロルシラン、メチルトリクロルシラン、アリルジメチルクロルシラン、アリルフェニルジクロルシラン、ベンジルジメチルクロルシラン、ブロムメチルジメチルクロルシラン、α−クロルエチルトリクロルシラン、β−クロルエチルトリクロルシラン、クロルメチルジメチルクロルシラン、トリオルガノシリルメルカプタン、トリメチルシリルメルカプタン、トリオルガノシリルアクリレート、ビニルジメチルアセトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジフェニルエトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン、1,3−ジビニルテトラメチルジシロキサン、1,3−ジフェニルテトラメチルジシロキサン等が挙げられる。また、1分子中に2〜12個のシロキサン単位を有し、かつ末端に位置するシロキサン単位に各々1個ずつ、ケイ素原子に結合した水酸基を含むジメチルポリシロキサン等を用いることもできる。
バインダ樹脂としては、例えばポリスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、ビニルエーテル系樹脂、N−ビニル系樹脂、スチレン−ブタジエン系樹脂等が挙げられ、特にポリスチレン系樹脂、ポリエステル系樹脂が好ましい。
ポリスチレン系樹脂としては、スチレンの単独重合体の他、スチレンと他の単量体との2元もしくは3元以上の共重合体が挙げられる。スチレンと共重合させることができる他の単量体としては、例えばp−クロルスチレン;ビニルナフタレン;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレンなどのエチレン不飽和モノオレフイン類;塩化ビニル、臭化ビニル、弗化ビニルなどのハロゲン化ビニル類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニル、酪酸ビニルなどのビニルエステル類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ドテシル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニル、α−クロルアクリル酸メチル、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などの(メタ)アクリル酸エステル類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミドなどの他のアクリル酸誘導体;ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルなどのビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、メチルイソプロペニルケトンなどのビニルケトン類;N−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドンなどのN−ビニル化合物類などが挙げられる。これらは、1種を単独で使用することもできるし、あるいは2種以上を組み合わせてスチレンと共重合させることもできる。
また、ポリエステル系樹脂としては、アルコール成分とカルボン酸成分とを縮重合または共縮重合させて得られる種々のポリエステル系樹脂が挙げられる。このうち、アルコール成分としては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,5ーペンタンジオール、1,4−シクロへキサンジメタノール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、1,6−へキサンジオール、1,8−オクタンジオール等のジオール類;ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ポリオキシエチレン化ビスフェノールA、ポリオキシプロピレン化ビスフェノールA等のビスフェノール類;ソルビトール、1,2,3,6−へキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエルスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセリン、ジグリセリン、2−メチルプロバントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン等の3価以上のアルコール類などが挙げられる。
また、カルボン酸成分としては、シュウ酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、マロン酸、アルキルコハク酸(n−ブチルコハク酸、イソブチルコハク酸、n−オクチルコハク酸、n−ドデシルコハク酸、イソドデシルコハク酸等)、アルケニルコハク酸(n−ブテニルコハク酸、イソブテニルコハク酸、n−オクテニルコハク酸、n−ドデセニルコハク酸、イソドデセニルコハク酸等)など2価のカルボン酸類;1,2,4−ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ブタントリカルボン酸、1,2,5−へキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、1,2,4−シクロへキサントリカルボン酸、テトラ(メチレンカルボキシル)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、ピロメリット酸、エンポール3量体酸などの3価以上のカルボン酸類などが挙げられる。
通常の画像形成装置において用いる熱定着手段によって、紙等の被印刷物の表面に良好に定着させることを考慮すると、ポリエステル系樹脂の軟化点は、80〜150℃であるのが好ましく、90〜140℃であるのがさらに好ましい。
バインダ樹脂は、その一部が架橋構造を有しているのが好ましい。一部に架橋構造を導入することによって、定着性を低下させることなく、磁性トナーの保存安定性や形態保持性、耐久性等を向上させることができる。バインダ樹脂の一部を架橋構造とするためには、架橋剤を添加して樹脂を架橋させたり、熱硬化性樹脂を配合したりすればよい。
熱硬化性樹脂としては、例えばビスフェノールA型エポキシ樹脂、水素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ポリアルキレンエーテル型エポキシ樹脂、環状脂肪族型エポキシ樹脂等のエポキシ系樹脂やシアネート樹脂等の1種または2種以上が挙げられる。
バインダ樹脂のガラス転移温度Tgは50〜65℃であるのが好ましく、50〜60℃であるのがさらに好ましい。ガラス転移温度がこの範囲未満では、トナー粒子同士が融着しやすくなって保存安定性が低下するおそれがある。また、樹脂の強度が低いため、潜像担持体の表面に付着して離れなくなる、トナー付着を生じるおそれもある。また、逆にガラス転移温度がこの範囲を超える場合には、紙等の被印刷物の表面への定着性が低下するおそれがある。
なお、バインダ樹脂のガラス転移温度は、例えば示差走査熱量計(DSC)を用いて測定した吸熱曲線における比熱の変化点から求めることができる。具体的には例えば、セイコーインスツルメンツ社製の示差走査熱量計DSC−6200を用い、測定試料10mgをアルミパン中に入れると共にリファレンスとして空のアルミパンを用い、測定温度範囲25〜200℃、昇温速度10℃/分で、常温、常圧下で測定を行い、得られた吸熱曲線における比熱の変化点からバインダ樹脂のガラス転移温度を求めることができる。
本発明の磁性トナーには、例えば着色剤、電荷制御剤、ワックス等の、従来公知の種々の添加剤を含有させることもできる。このうち着色剤としては、色調を調整するためにカーボンブラック等の顔料や、アシッドバイオレット等の染料が挙げられる。着色剤の含有割合は、バインダ樹脂100重量部に対して1〜10重量部程度であるのが好ましい。
電荷制御剤は、磁性トナーの帯電レベルや帯電立ち上がり特性(短時間で、一定の電荷レベルに帯電するかの指標)を向上させると共に、耐久性や安定性を向上させるために配合される。電荷制御剤には、正帯電性のものと負帯電性のものとがあり、磁性トナーの帯電極性に合わせて、そのいずれか一方が配合される。
正帯電性の電荷制御剤としては、例えばピリダジン、ピリミジン、ピラジン、オルトオキサジン、メタオキサジン、パラオキサジン、オルトチアジン、メタチアジン、パラチアジン、1,2,3−トリアジン、1,2,4−トリアジン、1,3,5−トリアジン、1,2,4−オキサジアジン、1,3,4−オキサジアジン、1,2,6−オキサジアジン、1,3,4−チアジアジン、1,3,5−チアジアジン、1,2,3,4−テトラジン、1,2,4,5−テトラジン、1,2,3,5−テトラジン、1,2,4,6−オキサトリアジン、1,3,4,5−オキサトリアジン、フタラジン、キナゾリン、キノキサリン等のアジン化合物類;アジンファストレッドFC、アジンファストレッド12BK、アジンバイオレットBO、アジンブラウン3G、アジンライトブラウンGR、アジンダークグリーンBH/C、アジンディープブラックEW、アジンディープブラック3RL等の亜ジン化合物からなる直接染料類;ニグロシン、ニグロシン塩、ニグロシン誘導体等のニグロシン化合物類;ニグロシンBK、ニグロシンNB、ニグロシンZ等のニグロシン化合物からなる酸性染料類;ナフテン酸または高級脂肪酸の金属塩類;アルコキシル化アミン;アルキルアミド;ベンジルメチルへキシルデシルアンモニウム、デシルトリメチルアンモニウムクロライド等の4級アンモニウム塩類などの1種または2種以上が挙げられる。特にニグロシン化合物は、より迅速な帯電の立ち上がり特性が得られることから、正帯電性トナーとして好適である。
また、正帯電性の電荷制御剤としては、4級アンモニウム塩を有する樹脂またはオリゴマー、カルボン酸塩を有する樹脂またはオリゴマー、カルボキシル基を有する樹脂またはオリゴマー等を使用することもできる。具体的には、4級アンモニウム塩を有するポリスチレン系樹脂、4級アンモニウム塩を有するアクリル系樹脂、4級アンモニウム塩を有するスチレン−アクリル系樹脂、4級アンモニウム塩を有するポリエステル系樹脂、カルボン酸塩を有するポリスチレン系樹脂、カルボン酸塩を有するアクリル系樹脂、カルボン酸塩を有するスチレン−アクリル系樹脂、カルボン酸塩を有するポリエステル系樹脂、カルボキシル基を有するポリスチレン系樹脂、カルボキシル基を有するアクリル系樹脂、カルボキシル基を有するスチレン−アクリル系樹脂、カルボキシル基を有するポリエステル系樹脂等の1種または2種以上が挙げられる。
特に、4級アンモニウム塩、カルボン酸塩あるいはカルボキシル基を官能基として有するスチレン−アクリル系樹脂(スチレン−アクリル系共重合体)は、帯電量を所望の範囲内の値に容易に調節することができる点で好適である。また、スチレンと共にスチレン−アクリル系樹脂を構成するアクリル系単量体としてはアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸2−エチルへキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチルなどの(メタ)アクリル酸アルキルエステル類が挙げられる。
さらに、4級アンモニウム塩化合物としては、ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレートから第4級化の工程を経て誘導される単位が用いられる。誘導されるジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレートとしては、例えば、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジプロピルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジブチルアミノエチル(メタ)アクリレート等のジ(低級アルキル)アミノエチル(メタ)アクリレート類;ジメチルメタクリルアミド;ジメチルアミノプロピルメタクリルアミドが好適である。また、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、N−メチロール(メタ)アクリルアミド等のヒドロキシ基含有重合性モノマーを重合時に併用することもできる。
負帯電性の電荷制御剤としては、例えば、有機金属錯体やキレート化合物が有効であり、中でもアセチルアセトン金属錯体、サリチル酸系金属錯体または塩が好ましく、特にサリチル酸系金属錯体または塩が好ましい。このうち、アセチルアセトン金属錯体としては、例えばアルミニウムアセチルアセトナート、鉄(II)アセチルアセトナート等が挙げられる。またサリチル酸系金属錯体または塩としては、例えば3,5−ジ−tert−ブチルサリチル酸クロム等が挙げられる。
電荷制御剤の含有割合は、磁性トナーを形成する固形分の総量中の0.5〜15重量部であるのが好ましく、0.5〜8.0重量部であるのがさらに好ましく、0.5〜7.0重量部であるのが特に好ましい。含有割合がこの範囲未満では、磁性トナーに安定した帯電特性を付与することが困難となり、画像濃度が低くなったり、耐久性が低下したりするおそれがある。また、バインダ樹脂に対する分散不良が起こりやすいことから、地カブリの原因となったり、分散されずに凝集した電荷制御剤が感光体を汚染したりするおそれもある。一方、含有割合が上記の範囲を超える場合には、磁性トナーの耐環境性、特に高温高湿下での帯電不良、画像不良を生じやすい上、過剰の電荷制御剤が感光体を汚染するおそれもある。
ワックスは、磁性トナーの、紙等の被印刷物の表面への定着性を向上させたり、定着時の磁性トナーが、画像形成装置の定着ローラ等に付着するオフセットを防止して耐オフセット性を向上させたり、定着ローラ等に付着した磁性トナーが被印刷物の表面に再付着して画像を汚す、像スミアリングを防止したりするために配合される。
ワックスとしては、例えばポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等のオレフイン系ワックス類;カルナバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス等の植物系ワックス類;モンタンワックス等の鉱物系ワックス類;石炭及び天然ガス等からフィッシャー・トロプシュ法により作製されるフィッシャー・トロプシュワックス類;パラフインワックス、マイクロクリスタリンワックス等の石油系ワックス類;エステル系ワックス類;テフロン(登録商標)系ワックス類等の中から1種または2種以上を選択して使用することができる。
ワックスの含有割合は、磁性トナーを形成する固形分の総量中の1〜5重量%であるのが好ましい。含有割合がこの範囲未満では、磁性トナーの対オフセット性を向上させたり、像スミアリングを防止したりする効果が不十分になるおそれがあり、逆にこの範囲を超える場合はトナー同士が融着しやすくなり、保存安定性が低下するおそれがある。
本発明の磁性トナーは、上記の各成分をヘンシェルミキサー等のかく拌混合機を使用して混合し、次いで押出機等の混練機を用いて混練したのち冷却し、さらに粉砕すると共に、必要に応じて分級することで製造される。また上記の各成分を湿式混合してもよい。かくして製造される本発明の磁性トナーは、体積基準の中心粒径が5〜10μmであるのが好ましい。
また、製造された磁性トナーは、流動性や保存安定性、潜像担持体の表面からのクリーニング除去しやすさを示すクリーニング性等を向上させるため、その表面を、必要に応じて、例えばコロイダルシリカ、疎水性シリカ、アルミナ、酸化チタン等の微粒子(外添剤、通常は、平均粒径が1.0μm以下)によって表面処理してもよい。表面処理は、磁性トナーと外添剤とを乾式混合するのが好ましく、特に外添剤がトナー粒子の表面に埋め込まれるのを防止するため、ヘンシェルミキサーやナウターミキサー等を使用して混合するのが好ましい。外添剤の添加量は、磁性トナー100重量部に対して0.2〜10.0重量部であるのが好ましい。また外添剤は、必要に応じて、アミノシラン、シリコーンオイル、シラン系カップリング剤(ヘキサメチルジシラザン等)、チタン系カップリング剤等によって表面処理しても良い。
本発明の磁性トナーは前記のように、アモルファスシリコン感光体と組み合わせて画像形成に用いられ、その際、前述した粒子形状の特徴によって帯電量を速やかに立ち上がりやすくすると共に、帯電量を向上すること、チャージアップにより短期間でアモルファスシリコン感光層が絶縁破壊するのを防止することの、相反する2つの特性に共に優れていることから、幅広い環境下で、より長期に亘って良好な画像を形成し続けることができるという特有の効果を奏することができる。
磁性紛の平均粒子径は、透過型電子顕微鏡〔日本電子(株)製のJSM−880〕により撮影した磁性粉の写真(倍率1万倍)を4倍に拡大し、300個についてマーチン径により求めた。
また体積固有抵抗については、ULTRA HIGH RESISTANCE METER(R8340A、アドバンテスト社製)を用いて測定した。測定に当たっては、温度23℃、相対湿度50%の条件下、磁性粉10gを直径25mmの測定用円柱型セルに入れ、1kgの荷重をかけて、印加電圧10Vで測定した。
[実施例1]
まずバインダ樹脂としては、ゲルパーミェーションクロマトグラフィーによって測定した分子量分布のうち、分子量8000と分子量130500に分子量分布のピークがあり、なおかつ、ガラス転移温度Tgが55℃であるスチレン−アクリル系共重合体を用いた。
[実施例1]
まずバインダ樹脂としては、ゲルパーミェーションクロマトグラフィーによって測定した分子量分布のうち、分子量8000と分子量130500に分子量分布のピークがあり、なおかつ、ガラス転移温度Tgが55℃であるスチレン−アクリル系共重合体を用いた。
また、磁性粉としては、Fe3O4(FeO・Fe2O3)であるマグネタイトからなり、粒子形状が6個の四角形で囲まれた凸多面体である六面体状で、かつその頂点および稜線が曲面状である、平均粒子径が0.20μmである磁性粉を用いた。
そして、上記のバインダ樹脂49重量部、磁性粉45重量部、離型剤としてのフィッシャー・トロプシュワックス〔サゾール社製のサゾールワックスH1〕3重量部、正電荷制御剤としての4級アンモニウム塩〔オリエント化学(株)製のボントロンP−51〕3重量部とを、ヘンシェルミキサーを用いて混合し、2軸押出機を用いて混練して冷却した後、ハンマーミルを用いて粗粉砕した。次いで、機械式粉砕機を用いて微粉砕した後、気流式分級機を用いて分級し、体積基準の中心粒径が8.0μmである磁性トナーを製造した。
[比較例1]
磁性粉として、実施例1で使用したのと同じ組成のマグネタイトを使用し、粒子形状が8個の三角形で囲まれた凸多面体である八面体状で、かつその頂点および稜線が曲面状でない、平均粒子径が0.20μmである磁性粉を同量用い、それ以外は実施例1と同様にして体積基準の中心粒径が8.0μmである磁性トナーを製造した。
[比較例2]
磁性粉として、実施例1で使用したのと同じ組成のマグネタイトを使用し、粒子形状が8個の三角形で囲まれた凸多面体である八面体状で、かつその頂点および稜線が特許文献1の図6(b)に見られるように、八面体を構成する各面よりも小さな平面によって面取りされた、平均粒子径が0.20μmである磁性粉を同量用い、それ以外は実施例1と同様にして体積基準の中心粒径が8.0μmである磁性トナーを製造した。
[比較例3]
磁性粉として、実施例1で使用したのと同じ組成のマグネタイトを使用し、粒子形状が立方体状で、かつその頂点および稜線が曲面状でない、平均粒子径が0.20μmである磁性粉を同量用い、それ以外は実施例1と同様にして体積基準の中心粒径が8.0μmである磁性トナーを製造した。
[比較例4]
磁性粉として、実施例1で使用したのと同じ組成のマグネタイトを使用し、粒子形状が立方体状で、かつその頂点および稜線が特許文献1の図6(f)に見るように、立方体を構成する各面よりも小さな平面によって面取りされた平均粒子径が0.20μmである磁性粉を同量用い、それ以外は実施例1と同様にして体積基準の中心粒径が8.0μmである磁性トナーを製造した。
[比較例5]
磁性粉として、実施例1で使用したのと同じ組成のマグネタイトを使用し、粒子形状が球状で、かつその平均粒子径が0.20μmである磁性粉を同量用い、それ以外は実施例1と同様にして体積基準の中心粒径が8.0μmである磁性トナーを製造した。
[比較例1]
磁性粉として、実施例1で使用したのと同じ組成のマグネタイトを使用し、粒子形状が8個の三角形で囲まれた凸多面体である八面体状で、かつその頂点および稜線が曲面状でない、平均粒子径が0.20μmである磁性粉を同量用い、それ以外は実施例1と同様にして体積基準の中心粒径が8.0μmである磁性トナーを製造した。
[比較例2]
磁性粉として、実施例1で使用したのと同じ組成のマグネタイトを使用し、粒子形状が8個の三角形で囲まれた凸多面体である八面体状で、かつその頂点および稜線が特許文献1の図6(b)に見られるように、八面体を構成する各面よりも小さな平面によって面取りされた、平均粒子径が0.20μmである磁性粉を同量用い、それ以外は実施例1と同様にして体積基準の中心粒径が8.0μmである磁性トナーを製造した。
[比較例3]
磁性粉として、実施例1で使用したのと同じ組成のマグネタイトを使用し、粒子形状が立方体状で、かつその頂点および稜線が曲面状でない、平均粒子径が0.20μmである磁性粉を同量用い、それ以外は実施例1と同様にして体積基準の中心粒径が8.0μmである磁性トナーを製造した。
[比較例4]
磁性粉として、実施例1で使用したのと同じ組成のマグネタイトを使用し、粒子形状が立方体状で、かつその頂点および稜線が特許文献1の図6(f)に見るように、立方体を構成する各面よりも小さな平面によって面取りされた平均粒子径が0.20μmである磁性粉を同量用い、それ以外は実施例1と同様にして体積基準の中心粒径が8.0μmである磁性トナーを製造した。
[比較例5]
磁性粉として、実施例1で使用したのと同じ組成のマグネタイトを使用し、粒子形状が球状で、かつその平均粒子径が0.20μmである磁性粉を同量用い、それ以外は実施例1と同様にして体積基準の中心粒径が8.0μmである磁性トナーを製造した。
以上の各実施例、比較例の磁性トナー100重量部にシリカ〔日本アエロジル工業(株)製のRA−200H〕1.0重量部、酸化チタン〔チタン工業(株)製のEC−100〕2.0重量部を加え、ヘンシェルミキサーを用いて混合した後、潜像担持体としてアモルファスシリコン感光体を搭載した磁性1成分ジャンピング現像方式のページプリンタ〔京セラミタ(株)製のFS−3830N〕を使用し、画像形成時の下記に示した各特性を評価した。
なお、アモルファスシリコン感光体として感光層の総膜厚が14μmであるものを使用し、また、クリーニング手段としてウレタンゴム製の弾性ブレードを用いた。さらに、トナー担持体としては、表面の十点平均粗さRzが5.0μmであるSUS305製のものを用いた。
(1) 画像濃度
上記のページプリンタを用いて印字率5%の標準パターンを画像形成し、1枚目の画像(初期画像)の画像濃度と、ISO4%原稿を30万枚続画像形成した後、印字率5%の標準パターンを画像形成した画像(耐久後画像)の画像濃度とを、それぞれマクベス反射濃度計〔グレタグ・マクベス社製のRD914〕を用いて測定した。
(2) 地カブリ
上記(1)で形成した初期画像および耐久後画像の余白部分を観察し、地カブリの有無を下記の基準で評価した。
(1) 画像濃度
上記のページプリンタを用いて印字率5%の標準パターンを画像形成し、1枚目の画像(初期画像)の画像濃度と、ISO4%原稿を30万枚続画像形成した後、印字率5%の標準パターンを画像形成した画像(耐久後画像)の画像濃度とを、それぞれマクベス反射濃度計〔グレタグ・マクベス社製のRD914〕を用いて測定した。
(2) 地カブリ
上記(1)で形成した初期画像および耐久後画像の余白部分を観察し、地カブリの有無を下記の基準で評価した。
○:地カブリは全く見られなかった。
△:地カブリが僅かに見られた。
×:強い地カブリが見られた。
(3) 薄層の状態
上記初期画像および耐久後画像の形成時に、トナー担持体の表面に形成されたトナーの薄層を観察し、その状態を下記の基準で評価した。
(3) 薄層の状態
上記初期画像および耐久後画像の形成時に、トナー担持体の表面に形成されたトナーの薄層を観察し、その状態を下記の基準で評価した。
○:厚みが均一で欠陥やムラのないきれいな薄層が形成されていた。
△:厚みの薄い部分、厚い部分が不規則に見られたが、形成画像には影響がなかった。
×:厚みの薄い部分、厚い部分が不規則に見られ、形成画像に影響が見られた。
(4) トナー帯電量
初期画像形成時、および耐久後画像形成時に、それぞれトナー担持体の表面に形成されたトナーの薄層におけるトナーの帯電量μC/gを、帯電量測定装置〔トレック(TREK)社製のQ/M meter 210HS〕を用いて測定した。
(5) クリーニング性
耐久後画像形成時のアモルファスシリコン感光体の周辺、および形成画像を観察し、アモルファスシリコン感光体の周辺では、弾性ブレードの圧接部分でのトナーの噛み込み、感光体表面へのトナー成分や紙粉等の付着、感光体表面の傷等、不良の有無を調べ、また形成画像では黒筋等のクリーニング不良に伴う画像不良の有無を調べて、クリーニング性を下記の基準で評価した。
(4) トナー帯電量
初期画像形成時、および耐久後画像形成時に、それぞれトナー担持体の表面に形成されたトナーの薄層におけるトナーの帯電量μC/gを、帯電量測定装置〔トレック(TREK)社製のQ/M meter 210HS〕を用いて測定した。
(5) クリーニング性
耐久後画像形成時のアモルファスシリコン感光体の周辺、および形成画像を観察し、アモルファスシリコン感光体の周辺では、弾性ブレードの圧接部分でのトナーの噛み込み、感光体表面へのトナー成分や紙粉等の付着、感光体表面の傷等、不良の有無を調べ、また形成画像では黒筋等のクリーニング不良に伴う画像不良の有無を調べて、クリーニング性を下記の基準で評価した。
○:感光体周辺、および形成画像のいずれにも不良は見られなかった。
△:感光体周辺に不良が見られたが、形成画像には不良は見られなかった。
×:感光体周辺に不良が見られ、形成画像にも不良が見られた。
(6) 画質
前記のページプリンタを用い、写真原稿を画像形成した1枚目の写真画像(初期画像)と、ISO4%原稿を30万枚連続画像形成した後、同じ写真原稿を画像形成した写真画像(耐久後画像)とを観察し、それぞれの画質を下記の基準で評価した。
(6) 画質
前記のページプリンタを用い、写真原稿を画像形成した1枚目の写真画像(初期画像)と、ISO4%原稿を30万枚連続画像形成した後、同じ写真原稿を画像形成した写真画像(耐久後画像)とを観察し、それぞれの画質を下記の基準で評価した。
○:ザラツキ感がなく、均一できめ細かい画像であった。
△:一部に、ザラツキ感があり、均一さに欠ける部分があったが、実用上、問題ない範囲であった。
×:全体にザラツキ感があり、均一でなかった。
(7) 微小黒点
前記ページプリンタの改造機を用い、アモルファスシリコン感光体の表面にベタ黒のパターンに相当する潜像を形成し、それを現像してトナー像とした後、このトナー像を紙に転写させずに弾性ブレードまで搬送させ、当該弾性ブレードによってアモルファスシリコン感光体の表面から回収、除去する操作を5万枚分、連続して行った後白紙画像を出力し、この白紙画像についてドットアナライザー〔王子計測器(株)製のDA−5000S〕を用いて微小黒点数を測定した。黒点の測定範囲は、A4横方向の5mm×210mmの範囲とした。
(7) 微小黒点
前記ページプリンタの改造機を用い、アモルファスシリコン感光体の表面にベタ黒のパターンに相当する潜像を形成し、それを現像してトナー像とした後、このトナー像を紙に転写させずに弾性ブレードまで搬送させ、当該弾性ブレードによってアモルファスシリコン感光体の表面から回収、除去する操作を5万枚分、連続して行った後白紙画像を出力し、この白紙画像についてドットアナライザー〔王子計測器(株)製のDA−5000S〕を用いて微小黒点数を測定した。黒点の測定範囲は、A4横方向の5mm×210mmの範囲とした。
○:0個、微小黒点なし。
△:1〜20個、わずかに微小黒点が発生したが、地カブリの余裕範囲であり、形成画像にはほとんど影響なし。
×:21個〜1000個、微小黒点が大量に発生して黒い帯のように見え、形成画像に影響が見られた。
××:1001個以上、微小黒点がさらに大量に発生したため、測定を中止した。
(8) 像流れ
前記ページプリンタを用い、ISO4%原稿を5000枚連続画像形成し、次いでこのページプリンタを温度35℃、相対湿度85%RHの高温、高湿環境中に12時間静置して状態を安定させた後、ハーフトーンと文字の原稿を画像形成して画像を観察し、像流れの有無を下記の基準で評価した。
(8) 像流れ
前記ページプリンタを用い、ISO4%原稿を5000枚連続画像形成し、次いでこのページプリンタを温度35℃、相対湿度85%RHの高温、高湿環境中に12時間静置して状態を安定させた後、ハーフトーンと文字の原稿を画像形成して画像を観察し、像流れの有無を下記の基準で評価した。
○:ハーフトーン、文字共に良好に再現されており、画像流れは見られなかった。
△:文字に、かすかなにじみが見られたが、画像流れは許容範囲内であった。
×:ハーフトーンが抜けると共に、文字が流れており、画像流れが顕著であった。
(A) 常温、常湿試験
前記のページプリンタを、温度20℃、相対湿度65%RHの常温、常湿環境中に8時間静置して状態を安定させた後、同じ常温、常湿環境中で前記(1)から(7)の各特性を評価した。
(B) 高温、高湿試験
前記のページプリンタを、温度33℃、相対湿度85%RHの高温、高湿環境中に8時間静置して状態を安定させた後、同じ高温、高湿環境中で前記(3)薄層の状態を除く(1)、(2)及び(3)〜(8)の各試験を行って、その特性を評価した。
(C) 低温、低湿試験
前記のページプリンタを、温度10℃、相対湿度20%RHの低温、低湿環境中に8時間、静置して状態を安定させた後、同じ低温、低湿環境中で前記(1)〜(7)の各試験を行って、その特性を評価した。
(A) 常温、常湿試験
前記のページプリンタを、温度20℃、相対湿度65%RHの常温、常湿環境中に8時間静置して状態を安定させた後、同じ常温、常湿環境中で前記(1)から(7)の各特性を評価した。
(B) 高温、高湿試験
前記のページプリンタを、温度33℃、相対湿度85%RHの高温、高湿環境中に8時間静置して状態を安定させた後、同じ高温、高湿環境中で前記(3)薄層の状態を除く(1)、(2)及び(3)〜(8)の各試験を行って、その特性を評価した。
(C) 低温、低湿試験
前記のページプリンタを、温度10℃、相対湿度20%RHの低温、低湿環境中に8時間、静置して状態を安定させた後、同じ低温、低湿環境中で前記(1)〜(7)の各試験を行って、その特性を評価した。
以上の結果を表1〜表6に示す。なお、表中の磁性粉の粒子形状の欄の符号の意味は下記の通りである。
六−丸:立方体状で、かつ頂点および稜線が曲面状とされたもの。
六−角:立法体状で、かつ頂点および稜線が曲面状とされていないもの。通常の立方体。
六−面:立方体状で、かつ頂点および稜線が小さな平面で面取りされたもの(特開平11−153882の図7参照)。
八−角:八面体状で、かつ頂点および稜線が曲面状とされていないもの。通常の八面体。
八−面:八面体状で、かつ頂点および稜線が小さな平面で面取りされたもの。
球 :球状のもの。
また、立方体状で、かつ頂点および稜線を曲面状としていない磁性粉を用いた比較例1、および立方体状で、かつ頂点および稜線を小さな平面で面取りした磁性粉を用いた比較例4の磁性トナーも同様に、常温、常湿試験で初期の帯電量が小さく、かつ画像濃度が低い上、耐久後に地カブリが発生したことから、電荷のリークが発生していることが確認された。
また、比較例2の磁性トナーは、微小黒点が見られたことからチャージアップが発生し、アモルファスシリコン感光層が絶縁破壊されていることも確認された。この比較例2の磁性トナーは、頂点および稜線が八面体または立方体を構成する各面よりも小さな平面によって面取りされ、鋭いエッジ部が無くなったためにチャージを効率的に放電できなかったものと考えられる。
さらに、球状の磁性粉を用いた比較例3の磁性トナーは、常温、常湿試験において初期の帯電量が大きい上、耐久後の帯電量が著しく上昇して画像濃度が低下すると共に地カブリが発生し、さらには微小黒点が極めて多量に発生したことから、チャージアップの発生によってアモルファスシリコン感光層が絶縁破壊されていることが確認された。
これに対し、六面体状で、かつ頂点および稜線を曲面状とした磁性粉を用いた実施例1の磁性トナーは、常温、常湿試験、高温、高湿試験、および低温、低湿試験のいずれにおいても初期および耐久後の帯電量および画像濃度がほぼ一定で、かつ地カブリが発生しない上、微小黒点も発生していないことから、電荷のリークを生じたり、逆にチャージアップによるアモルファスシリコン感光層の絶縁破壊を生じたりすることなく、幅広い環境下でより長期に亘って良好な画像を形成できることが確認された。
[実施例2〜5、比較例6,7]
磁性粉として、実施例1で使用したのと同じ組成のマグネタイトを使用し、粒子形状が、6個の四角形で囲まれた凸多面体である六面体状で、かつその頂点および稜線が曲面状であり、平均粒子径が0.008μm(比較例4)、0.01μm(実施例2)、0.05μm(実施例3)、0.30μm(実施例4)、0.50μm(実施例5)、および0.52μm(比較例5)である磁性粉を同量用い、それ以外は実施例1と同様にして体積基準の中心粒径が8.0μmである磁性トナーを製造した。
[実施例2〜5、比較例6,7]
磁性粉として、実施例1で使用したのと同じ組成のマグネタイトを使用し、粒子形状が、6個の四角形で囲まれた凸多面体である六面体状で、かつその頂点および稜線が曲面状であり、平均粒子径が0.008μm(比較例4)、0.01μm(実施例2)、0.05μm(実施例3)、0.30μm(実施例4)、0.50μm(実施例5)、および0.52μm(比較例5)である磁性粉を同量用い、それ以外は実施例1と同様にして体積基準の中心粒径が8.0μmである磁性トナーを製造した。
こうして得られた磁性トナーを実施例1と同様のページプリンタを使用して実施例1と同様の各種環境で評価を行なった。結果を実施例1と共に表7〜表12の表に示した。
磁性粉として、実施例1で使用したのと同じ組成のマグネタイトを使用し、粒子形状が、6個の四角形で囲まれた凸多面体である六面体状で、かつその頂点および稜線が曲面状であり、体積固有抵抗値が8.7×102Ω・cm(比較例6)、4.2×103Ω・cm(実施例6)、6.1×104Ω・cm(実施例7)、6.8×106Ω・cm(実施例1)、2.6×107Ω・cm(実施例8)、8.9×107Ω・cm(実施例9)、3.1×108Ω・cm(比較例7)である磁性粉を同量用い、それ以外は実施例1と同様にして体積基準の中心粒径が8.0μmである磁性トナーを製造した。
こうして得られた磁性トナーを実施例1と同様のページプリンタを使用して実施例1と同様の各種環境で評価を行なった。結果を実施例1と共に表13〜表18の表に示した。
本発明によれば、高い耐久性を有するアモルファスシリコン感光体と磁性トナーを用い、長期に亘って良好な画像を形成し続けることができる画像形成装置を提供することができる。
1 六面体
2a 稜線
2b 頂点
2c 直線部分
11 感光体ドラム
14 現像器
19 アモルファスシリコン系の感光層
2a 稜線
2b 頂点
2c 直線部分
11 感光体ドラム
14 現像器
19 アモルファスシリコン系の感光層
Claims (5)
- アモルファスシリコン感光体上に電子写真方式で形成された潜像を現像し、バインダ樹脂中に磁性粉を含有する磁性トナーであって、
前記磁性紛はその粒子形状が6個の四角形で囲まれた凸多面体である六面体を基本とし、該六面体の各頂点および稜線が曲面状であると共にその投影像の外周部に直線とみなせる部分を有し、平均粒子径が0.01〜0.50μmで体積固有抵抗値が1.0×103(Ω・cm)以上1.0×108(Ω・cm)未満であることを特徴とする磁性トナー。 - 前記磁性粉の平均粒子径が、0.05〜0.30μmであることを特徴とする請求項1に記載した磁性トナー。
- 前記磁性紛の体積固有抵抗値が、1.0×104(Ω・cm)以上1.0×107(Ω・cm)であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載した磁性トナー。
- 前記磁性紛は、バインダ樹脂100質量部に対して35〜60質量部添加されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載した磁性トナー。
- 少なくともバインダ樹脂中に含有させた磁性粉の粒子形状が前記磁性紛はその粒子形状が6個の四角形で囲まれた凸多面体である六面体を基本とし、該六面体の各頂点および稜線が曲面状であると共にその投影像の外周部に直線とみなせる部分を有し、平均粒子径が0.01〜0.50μmで体積固有抵抗値が1.0×103(Ω・cm)以上1.0×108(Ω・cm)未満である磁性トナーを有し、
該磁性トナーを、固定磁石を内蔵し、回転するトナー担持体表面に保持して、アモルファスシリコン感光体で構成された潜像担持体と接触しないように間隔を保持して対面させ、磁性トナーをアモルファスシリコン感光体の表面に飛翔させて、前記潜像担持体上に形成された潜像を前記磁性トナーで現像することを特徴とする画像形成方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006027220A JP2007206530A (ja) | 2006-02-03 | 2006-02-03 | 磁性トナーとそれを用いる画像形成方法 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014209197A (ja) * | 2013-03-25 | 2014-11-06 | 三菱化学株式会社 | 静電荷像現像用トナー及び電子写真トナーカートリッジ |
JP2017111282A (ja) * | 2015-12-16 | 2017-06-22 | 京セラドキュメントソリューションズ株式会社 | 正帯電性トナー及び正帯電性トナーの製造方法 |
-
2006
- 2006-02-03 JP JP2006027220A patent/JP2007206530A/ja active Pending
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