(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、特に高温環境下におけるトナーの物理的付着力の増大によって生じるキャリア汚染、更には画像濃度低下の不具合を解消することができる２成分現像剤を提供することにある。【解決手段】  磁性キャリアおよび非磁性トナーからなる２成分現像剤であって、前記非磁性トナーは、少なくとも樹脂、着色剤、ワックスを含有するトナーであり、２５℃における引張破断による粒子間付着力をＡ［Ｎ］、４０℃における引張破断による粒子間付着力をＢ［Ｎ］とした時に、傾きＢ／Ａが１．２以下であるトナー。この２成分現像剤は、特に縦型のハイブリッド現像装置に好適である。【選択図】  図３
2006209017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性キャリアおよび非磁性トナーからなる２成分現像剤であって、
前記非磁性トナーは、少なくとも樹脂、着色剤、ワックスを含有するトナーであり、２５℃における引張破断による粒子間付着力をＡ［Ｎ］、４０℃における引張破断による粒子間付着力をＢ［Ｎ］とした時に、傾きＢ／Ａが１．２以下であることを特徴とする２成分現像剤。
【請求項２】
前記非磁性トナーは、４０℃において５０ｋｇ／ｃｍ２の荷重を３０分与えた後の引張破断による粒子間付着力が１．９６×１０−７未満であることを特徴とする２成分現像剤。
【請求項３】
前記非磁性トナーの前記ワックス分散径が、０．８乃至１．２μｍに調整されていることを特徴とする２成分現像剤。
【請求項４】
前記非磁性トナーが、少なくとも樹脂、着色剤、ワックスを８０℃〜１２０℃の温度範囲で溶融混練し、冷却後ジェットミルで微粉砕した粉砕トナーであることを特徴とする２成分現像剤。
【請求項５】
非磁性トナーとキャリアからなる２成分現像剤を保持する磁気ローラと該磁気ローラに保持された現像剤から現像ローラにトナー層の薄層形成をせしめて該現像ローラと感光体との間に空隙を有して現像を行う現像装置において、
前記非磁性トナーは、少なくとも樹脂、着色剤、ワックスを含有するトナーであり、２５℃における引張破断による粒子間付着力をＡ［Ｎ］、４０℃における引張破断による粒子間付着力をＢ［Ｎ］とした時に、傾きＢ／Ａが１．２以下である非磁性トナーを使用することを特徴とする現像装置。
【請求項６】
非磁性トナーとキャリアからなる２成分現像剤を撹拌し搬送するための撹拌搬送手段と、磁気スリーブおよび該磁気スリーブ内に周方向に配列された複数の磁極を備え、前記現像剤を前記磁気スリーブの表面に保持して搬送するための磁気ローラと、該磁気ローラに所定の間隔で対向して配設され、前記磁気ローラに保持された現像剤中のトナーを静電的に付着させるための現像ローラとが重力方向に沿ってハウジング内に縦型に収容されている現像装置であって、
前記非磁性トナーは、少なくとも樹脂、着色剤、ワックスを含有するトナーであり、２５℃における引張破断による粒子間付着力をＡ［Ｎ］、４０℃における引張破断による粒子間付着力をＢ［Ｎ］とした時に、傾きＢ／Ａが１．２以下である非磁性トナーを使用することを特徴とする現像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子写真法において形成される静電潜像を現像するための磁性キャリアおよび非磁性トナーからなる２成分現像剤を用いた現像装置に係り、特に前記２成分現像剤を保持する磁気ローラと該磁気ローラに保持された現像剤から現像ローラにトナー層を薄層形成をせしめて該現像ローラと感光体との間に空隙を有して非接触で現像を行うハイブリッド現像方式に用いる２成分現像剤とこれを用いた現像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子写真方式を利用した画像形成装置には、種々の方式のものがあり、乾式トナーを用いる現像方式としては、代表的なものには１成分現像方式と２成分現像方式がある。１成分現像方式はキャリアを含まないので、磁気ブラシで感光体の静電潜像を乱すことがないため、高画質化に適した方式であるが、帯電量を維持安定するのが難しい。逆に２成分現像方式の場合は、安定した帯電量が長期に渡って得られるため、長寿命化には適するが、画質の点では不利である。ここで、フルカラートナーにおいては、透過性が求められるため非磁性トナーである必要があり、トナーを帯電及び搬送する媒体としてキャリアを用いる２成分方式を採用する場合が多く見られる。
【０００３】
近年、これら現像方式のそれぞれの利点を活かすべく、帯電領域は２成分方式、現像領域は１成分方式といったハイブリッド現像方式が注目されている。特に高画質化と長寿命化が重要視されるカラー画像形成装置においては、この現像方式の特徴が十分発揮される。また、この現像方式は現像剤攪拌ローラ、磁気ローラ、現像ローラが重力方向下方に向けて配置する縦型配置構成にすることも可能であり、コンパクト化の要望に対しても十分応えることが可能であるが、ハイブリッド方式は、２成分現像と１成分現像といった２種類の異なった現像方式を同時に成立させる必要がある。
【０００４】
ここで、１成分現像においては、特に非接触１成分現像方式の場合は、いかに現像ローラからトナーを静電潜像に飛翔させるかが重要になる。飛翔できない要因には、帯電量の上昇もあるが、物理的な付着力も極めて大きな要因のひとつである。現像ローラとの物理的付着力を低減する方法としては、外添剤を表面に固着させて、現像ローラとの接触面積を小さくするのが効果的であるため、外添処方の設計は非常に重要となる。
【０００５】
ところが、ハイブリッド現像の場合、キャリアとの攪拌によって帯電量を得る機構を有しているため、この領域でのトナーに与えられるストレスは大きく、いわゆる外添剤、特には流動化剤として使用される疎水性シリカ微粒子の遊離、または埋没等が起こり、長期にわたって印字した場合、次第に飛翔しにくくなり画像濃度が低下するといった現象が見られるようになる。従って、このハイブリッド現像システムにおいては、外添処方の最適化は、非常にシビアな設計を求められる。
【０００６】
この外添剤の埋没等の現象は、特に印字率が低く、トナー消費量が少ない場合には、攪拌によるストレスを受ける時間が長くなるため、より顕著になる。また、近年のコンパクト化の要望に対して、前記のように現像装置を縦型に配置する方法が効果的であるが、この場合現像ローラが最下方に位置し、磁気ローラの上方位置で攪拌ローラにて現像剤を攪拌する構成のために、現像剤の自重による圧力も加わり、トナーへのストレスは更に増長する。
【０００７】
ここで、外添処方からの対策手段としては、外添剤を増やしたり、大粒径シリカを用いたりすることが効果的であり、しかしながら、外添剤の増量については、キャリアとの攪拌によって、トナーの外添剤がキャリアへ付着し、キャリアの帯電能力が下がり、トナー飛散や、カブリ等が発生するため、ハイブリッド現像システムにおいては外添剤を増量するだけでは不十分である。また、外添剤がトナー表面に埋没するのを抑制するには、シリカ微粒子の粒径を大きくするのも効果的であるが、逆に大き過ぎるとトナー表面から遊離して紙面上で白点となって現れる異常画像となる虞がある。従って、このハイブリッド現像システム、特に縦型に配置されたものに対しては、外添処方設計だけでは難しい面がある。
【０００８】
一般的な外添処方設計として例えば、特許文献１には、高温高湿と低温低湿環境下での様々な環境において、長時間耐久印刷してもカブリ、カスレ及びフィルミング等がなく、印字濃度が高い画像を得ることができるトナーとして外添剤として、粒径が大きいにもかかわらず、ＢＥＴ比表面積が大きいシリカ微粒子と、粒径の小さいシリカ微粒子と、有機微粒子とを併用してなる電子写真現像用トナーが提案されているが、ハイブリッド現像に用いると尚高温下でシリカ微粒子の遊離、または埋没等が起こり、好ましくない。
【０００９】
又特許文献２には、複写工程や循環搬送工程で外力を受けても流動性を損なうことがなく、循環再使用が可能なように、外添剤としてＢＥＴ比表面積が互いに３０〜８０ｍ２／ｇ異なる２種の外添剤を混合したものを使用したものが提案されているが、かかる技術においてもハイブリッド現像システムにおいては有効に作用しない。
特にハイブリッド現像システムを小型化して採用する場合には狭い狭空間で強制的な攪拌や磁気ブラシによるキャリアとの攪拌を余儀なくされ、その結果、トナーへのストレスは、温度が上昇した場合、より大きくなる。これは、熱要因によってトナーが軟化して、外添剤の埋没を促進していることに加えて、ワックスのブリードによって、トナー表面のワックス量が増加することも、トナーの物理的付着力を増加させる要因として挙げられる。トナーの物理的付着力の増加は、現像ローラからの飛翔を妨げたり、またキャリアへの付着によってキャリアの帯電性を損なうなどの不具合を生じる。従って、ワックス量を極力少なくすることが、高温環境下における物理的付着力を低減するためには重要となる。
【００１０】
又物理的付着力を低減する先行技術としては、例えば特許文献３において、一成分トナーの非接触現像においてトナー粒子間の接触点あたりの付着力が飛翔性に影響し、さらにトナー母粒子の粒子間の接触点あたりの付着力がトナー使用時の飛翔性の劣化にたいして劣化抑制効果を与えることを知見し、トナーの垂直引張破断によるトナー接触点あたりの付着力を規定した技術や、又特許文献４において、非磁性一成分現像方法に適用されるものとして、非磁性一成分現像剤の粒子間付着力を、２．５×１０−８Ｎ以下粒子間付着力を規定した先行技術があるが、いずれも常温環境下での付着力の規定であり、高温環境下における不具合を解消するには、不十分であるのみならず、ハイブリッド現像システムに適用されるものではない。
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−５５４８１号
【特許文献２】特開平１１−２７２００８号
【特許文献３】特許第３２７０１９８号
【特許文献４】特開２０００−３３８７１１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、特に高温環境下において、トナーの物理的付着力が増大し、キャリア汚染を増長したり、１成分現像領域で飛翔しにくくなり濃度低下を引き起こす不具合を解消することができるハイブリッド現像方式に用いる２成分現像剤とこれを用いた現像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記課題を解決するため、磁性キャリアおよび非磁性トナーからなる２成分現像剤であって、
前記非磁性トナーは、少なくとも樹脂、着色剤、ワックスを含有するトナーであり、２５℃における引張破断による粒子間付着力をＡ［Ｎ］、４０℃における引張破断による粒子間付着力をＢ［Ｎ］とした時に、傾きＢ／Ａが１．２以下であることを特徴とする。
この場合に、前記非磁性トナーは、４０℃において５０ｋｇ／ｃｍ２の荷重を３０分与えた後の引張破断による粒子間付着力が１．９６×１０−７未満であるのがよく、好ましくは前記非磁性トナーの前記ワックス分散径が、０．８乃至１．２μｍに調整されており、より好ましくは前記非磁性トナーが、少なくとも樹脂、着色剤、ワックスを８０℃〜１２０℃の温度範囲で溶融混練し、冷却後ジェットミルで微粉砕した粉砕トナーであることを特徴とする。
【００１４】
そして前記非磁性トナーとキャリアからなる２成分現像剤は、該２成分現像剤を保持する磁気ローラと該磁気ローラに保持された現像剤から現像ローラにトナー層の薄層形成をせしめて該現像ローラと感光体との間に空隙を有して現像を行う現像装置に適用され、好ましくは前記２成分現像剤を撹拌し搬送するための撹拌搬送手段と、磁気スリーブおよび該磁気スリーブ内に周方向に配列された複数の磁極を備え、前記現像剤を前記磁気スリーブの表面に保持して搬送するための磁気ローラと、該磁気ローラに所定の間隔で対向して配設され、前記磁気ローラに保持された現像剤中のトナーを静電的に付着させるための現像ローラとが重力方向に沿ってハウジング内に縦型に収容されている現像装置に好適に適用される。
【発明の効果】
【００１５】
前記の２成分現像剤によれば、材料温度２５℃時の粒子間付着力Ａに対する材料温度４０℃時の粒子間付着力Ｂの勾配Ｂ／Ａが１．２以下に調整されているので、温度上昇時もトナーとキャリアの付着、また現像ローラへの付着が抑制され、１成分現像領域でのトナーの飛翔が可能となる。
【００１６】
付着力を低減する手段としては、ワックス量を減量することによって達成できる。
但し、ワックス量は、元来定着性を満足するために使用しているものであり、物理的付着力を低減するために、ワックス量を減量し過ぎると、定着オフセットや、定着ローラへの巻き付きといった不具合を引き起こす虞がある。そのため、ワックスの平均分散径を最適な大きさに調整することが重要になる。具体的には、ワックス分散径は、０．８乃至１．２μｍに調整することが、定着性を満足させる上で望ましい。つまり、ワックス径が小さ過ぎるとワックスの離型作用を十分活かせないし、また大き過ぎると均一に分散することができなくなり、必要以上のワックス量を必要とすることになる。定着性向上に最適な分散径にすることによって、必要最小限のワックス量に設定できるため、高温時の物理的付着力増加を抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の２成分現像剤について詳細に説明する。
本発明の２成分現像剤は、磁性キャリアおよび非磁性トナーからなり、この非磁性トナーは、少なくとも樹脂、着色剤、ワックスを含有するトナーである。
【００１８】
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、スチレン−アクリル系共重合体、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−ブタジエン樹脂等の熱可塑性樹脂を使用するのがよい。
【００１９】
より具体的には、ポリスチレン系樹脂として、スチレンの単独重合体でも、スチレンと共重合可能な他の共重合モノマーとの共重合体でもよい。共重合モノマーとしては、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ィン類；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；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、メタアクリル酸メチル、メタアクリル酸エチル、メタアクリル酸ブチルなどの（メタ）アクリル酸エステル；アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、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−ビニルピロリデンなどのＮ−ビニル化合物などが挙げられる。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単量体と共重合させることができる。
【００２０】
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の縮重合ないし共縮重合によって得られるものであれば使用することができる。ポリエステル系樹脂を合成する際に用いられる成分としては、以下のものが挙げられる。まず、２価または３価以上のアルコール成分としては、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−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，４−シクロヘ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−ヘキサンテトロール、１，４−ソルビタン、ペンタエリスリトール、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、グリセロール、ジグリセロール、２−メチルプロパントリオール、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が例示される。
【００２１】
また、２価または３価以上のカルボン酸成分としては、２価または３価カルボン酸、この酸無水物またはこの低級アルキルエステルが用いられ、マレイン酸、フマール酸、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、あるいはｎ−ブチルコハク酸、ｎ−ブテニルコハク酸、イソブチルコハク酸、イソブテニルコハク酸、ｎ−オクチルコハク酸、ｎ−オクテニルコハク酸、ｎ−ドデシルコハク酸、ｎ−ドデセニルコハク酸、イソドデシルコハク酸、イソドデセニルコハク酸等のアルキルまたはアルケニルコハク酸等の２価カルボン酸；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−ヘ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−シクロヘ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、エンポール三量体酸等の３価以上のカルボン酸等が例示される。
【００２２】
また、ポリエステル系樹脂の軟化点は、８０〜１５０℃であることが好ましく、より好ましくは９０〜１４０℃である。
【００２３】
着色剤としては、特に限定されるものではないが、例えばブラック、マゼンタ、シアンおよびイエローの顔料などが挙げられる。これらの着色剤は結着樹脂１００質量部に対して、通常２〜２０質量部、好ましくは５〜１５質量部の割合で配合される。
【００２４】
ブラック系着色剤としては、例えばアセチレンブラック、ランブラック、アニリンブラック等のカーボンブラックが挙げられる。
マゼンタ系着色剤としては、例えばカラーインデックスに記されているＣ．Ｉ．ピグメントレッド８１、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１２２、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド５７、Ｃ．Ｉピグメントレッド４９、Ｃ．Ｉ．ソルベントレッド４９、Ｃ．Ｉ．ソルベントレッド１９、Ｃ．Ｉ．ソルベントレッド５２、Ｃ．Ｉ．ベシック（Ｂａｓｉｃ）レッド１０、Ｃ．Ｉ．ディスパーズ（Ｄｉｓｐｅｒｓｅ）レッド１５等が挙げられる。
シアン系着色剤としては、例えばカラーインデックスに記されているＣ．Ｉ．ピグメントブルー１５、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５−１、Ｃ．Ｉピグメントブルー１６、Ｃ．Ｉ．ソルベントブルー５５、Ｃ．Ｉ．ソルベントブルー７０、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー８６、Ｃ．Ｉ．ダイレクトブルー２５等が挙げられる。
イエロー系着色剤としては、例えばナフトールイエローＳ等のニトロ系顔料、ハンザイエロー５Ｇ、ハンザイエロー３Ｇ、ハンザイエローＧ、ベンジジンイエローＧ、バルカンファストイエロー５Ｇなどのアゾ系顔料または黄色酸化鉄、黄土等の無機顔料等があげられる。また、カラーインデックスに記されているＣ．Ｉ．ピグメントイエロー１２、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１８０、Ｃ．Ｉ．ソルベントイエロー２、Ｃ．Ｉ．ソルベントイエロー６、Ｃ．Ｉ．ソルベントイエロー１４、Ｃ．Ｉ．ソルベントイエロー１５、Ｃ．Ｉ．ソルベントイエロー１６、Ｃ．Ｉ．ソルベントイエロー１９、Ｃ．Ｉ．ソルベントイエロー２１等が挙げられる。
【００２５】
本発明で使用するワックスとしては、例えばカルナバワックスやサトウワックス、木ワックス等の植物性ワックス；蜜ワックスや昆虫ワックス、鯨ワックス、羊毛ワックスなどの動物性ワックス；エステルを側鎖に有するフィッシャートロプシュ（以下、「ＦＴ」と記すことがある）ワックスやポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等の合成炭化水素系ワックスなどが挙げられる。
【００２６】
また、本発明で使用されるワックスは、高温時においても物理的付着力を増加させないために、なるべく少ない量で用いるのが望ましい。故に、ワックスは、示差走査熱量計による吸熱曲線における吸熱メインピークが６０〜９０℃の範囲であるものが好ましい。吸熱メインピークが６０℃未満にある場合、トナーブロッキングおよび定着ホットオフセットが生じるおそれがあり、他方吸熱メインピークが９０℃を超える場合、低温定着性が得られない虞があるからである。
【００２７】
また、少ないワックス量で現像性と定着性を満足させるためには、ワックスの平均分散径が０．８乃至１．２μｍになるように均一分散させるのが効果的である。
このワックス分散径は、トナー製造時の混練工程における温度条件で制御が可能である。つまり、より低温で混練を行えば、それだけ粘性の高い状態で練ることができ、ワックス分散径をより小さく均一にできる。
この時のワックス分散径は、上記混練物をミクロトームで薄片を作製し、電子走査顕微鏡ＪＳＭ−８８０（日本電子社製）にて観察し、その平均値より算出できる。
【００２８】
また、トナーには、本発明の効果を害しない範囲でその他の電荷制御剤等の添加剤を添加してもよい。電荷制御剤としては、公知の電荷制御剤を使用できる。正帯電性電荷制御剤としては、例えばニグロシン染料、脂肪酸変性ニグロシン染料、カルボキシル基含有脂肪酸変性ニグロシン染料、四級アンモニウム塩、アミン系化合物、有機金属化合物等を使用でき、負帯電性電荷制御剤としては、例えばオキシカルボン酸の金属錯体、アゾ化合物の金属錯体、金属錯塩染料やサリチル酸誘導体等を使用できる。
【００２９】
また、トナーには、シリカ微粒子や、必要に応じて他の無機酸化物微粒子を外添してもよい。
シリカ微粒子は、疎水化処理剤で表面処理されているのが好ましい。疎水化処理剤としては、例えば、アミノシランを用いることができる。アミノシランとしては、アミノシランカップリング剤が使用され、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルメトキシシラン、Ｎ−(β−アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−(２−アミノエチル)−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アニリノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。さらに、疎水化効果を補う為に、アミノシラン系以外の疎水化処理剤と併用することが好ましい。その中でも疎水化効果に優れ、また、トナーの流動性を上げられるもの、例えばヘキサメチルジシラザンと併用するのが好ましい。
【００３０】
また、疎水化処理剤としてシリコーンオイルで処理することもできる。シリコーンオイルはＲ３ＳｉＯ−〔Ｒ２ＳｉＯ〕ｎ−ＳｉＲ３で示される直鎖シロキサン構造を持ち、より詳細には、以下のようなものが挙げられる。非反応性シリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイル、フェニルメチルシリコーンオイル、クロロフェニルシリコーンオイル、アルキルシリコーンオイル、クロロシリコーンオイル、ポリオキシアルキレン変性シリコーンオイル、脂肪酸エステル変性シリコーンオイル、けい素官能形シリコーンオイルとしては、メチル水素シリコーンオイル、シラノール基含有シリコーンオイル、アルコキシ基含有シリコーンオイル、アセトキシ基含有シリコーンオイル、更に炭素官能形シリコーンオイルとしては、アミノ変性シリコーンオイル、カルボン酸変性シリコーンオイル、アルコール変性シリコーンオイルが挙げられる。
【００３１】
疎水化処理の方法としては、シリカ微粒子を高速で攪拌しながら、疎水化処理剤であるアミノシラン、シリコーンオイル等を滴下または噴霧する方法、疎水化処理剤を溶解して攪拌している有機溶剤中に微粒子を添加する方法が挙げられ、疎水化処理後に加熱することにより疎水化処理されたシリカ微粒子が得られる。疎水化処理剤を滴下または噴霧する場合は、疎水化処理剤を有機溶剤等で希釈しても構わない。
【００３２】
シリカ微粒子の体積平均粒径は、０．００１〜１．０μｍ、好ましくは０．００５〜０．３μｍであるのがよい。シリカ微粒子の添加量は、トナー１００質量部に対して０．１〜１０質量部、好ましくは０．２〜５．０質量部の範囲であるのが好ましい。０．１質量部未満であると、トナーの疎水性が低下し、その結果、高温高湿環境下において空気中の水分子の影響を受けやすくなりトナーの帯電量が極端に低くなり、画像濃度低下を招くおそれがあるとともに、トナーの流動性の低下を招くおそれもある。また、１０質量部を超えると、トナーの過度のチャージアップにより画像濃度低下を招くおそれがある。シリカ微粒子とトナーとの混合は、例えばヘンシェルミキサー、Ｖ型混合機、ターブラミキサー、ハイブリタイザー等を用いて行うことができる。
【００３３】
また、シリカ微粒子以外にも、アルミナ、酸化チタン、酸化鉛、酸化マグネシウム、チタン酸ストロンチウムなどの微粒子が使用できる。外添剤の体積平均径は、０．００１〜１．０μｍ、好ましくは０．００５〜０．３μｍであるのがよい。外添剤の添加量は、トナー１００質量部に対して０．１〜２．０質量部の範囲であるのが好ましい。
【００３４】
本発明における非磁性トナーは、以下のようにして製造する。まず、結着樹脂に対して、所定量の着色剤、ワックス、必要に応じて電荷制御剤、電荷調整樹脂等を添加し、ヘンシェルミキサー等の混合装置で混合する。ついで、この混合物を二軸押出機等で溶融混練した後、ドラムフレーカー等で冷却し、ハンマーミル等の粉砕機で粗粉砕する。ついで、気流式ミル等の粉砕機で微粉砕した後、風力分級機等を用いて分級して所定粒径のトナー粒子を得、さらにシリカ微粒子を外添することにより、非磁性トナーを得る。
【００３５】
本発明における磁性キャリアは、例えば鉄、ニッケル、コバルト等の磁性体金属及びそれらの合金、あるいは希土類を含有する合金類、ヘマタイト、マグネタイト、マンガン−亜鉛系フェライト、ニッケル−亜鉛系フェライト、マンガン−マグネシウム系フェライト、リチウム系フェライトなどのソフトフェライト、銅−亜鉛系フェライト等の鉄系酸化物およびこれらの混合物等の磁性体材料を焼結、アトマイズ等を行うことによって製造した磁性体粒子を使用することができる。また、該磁性体粒子の表面をスチレンアクリル樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコン樹脂、アクリル変性シリコン樹脂、フッ素樹脂等の樹脂で被覆してもよい。また、上記キャリアとして磁性体分散型樹脂を使用することもできる。この場合、用いる磁性体としては上記磁性体材料が使用でき、結着樹脂としては、例えばビニル系樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂あるいはこれらの混合物を挙げることができる。
【００３６】
２成分現像剤中の非磁性トナーの割合は、１〜２０質量％、好ましくは３〜１５質量％であるのがよい。トナーの割合が１質量％未満の場合、画像濃度が薄くなりすぎるおそれがある。一方、トナーの割合が２０質量％を超える場合、現像装置内でトナー飛散が発生し、機内汚れや記録紙などの背景部分にトナーが付着する不具合が生じるおそれがある。
【００３７】
本発明の２成分現像剤における非磁性トナーは、体積平均粒径が５〜１０μｍ程度であるのがよい。また、磁性キャリアは、電子顕微鏡法による粒径で表して２０〜２００μｍ、好ましくは３０〜１５０μｍであるのがよい。キャリアの見かけ密度は、磁性材料を主体とする場合は磁性体の組成や表面構造等によっても相違するが、一般に２〜３ｇ／ｃｍ３の範囲であるのがよい。
【００３８】
また、本発明のトナーは、２５℃と４０℃における引張破断による粒子間付着力の勾配を規定するものであるが、この粒子間付着力の測定方法について以下に説明する。
トナーの粒子間付着力は、以下のＲｕｍｐｆの数式（１）にて、粉体層の引張破断応力σと関係付けることができる。
【数１】
2006209017.tif 000003
【００３９】
ここで、εは粉体層の空間率、σ：粉体層の引張破断力、Ｆ：接触点で粒子間に作用する付着力、Ｎ：粒子の配位数、Ｄ：粒子径である。
粒子径は、トナーは分布を有しているため、ここでは体積粒子径の平均値Ｄ５０を使用した。
Ｎは粒子間の接触点数で、粒子と粒子が接触している点の数であり、充填状態で変化するものであるが、ε・Ｎ＝πとすると、以下の数式（２）で表され、引張破断力σから粒子間付着力Ｆが導かれる。
【数２】
2006209017.tif 000004
【００４０】
引張破断力σの測定方法を図１に基づいて説明する。
上下に２分割される円筒セル（３１、３２）の中に、測定するトナー３３を８ｇ投入する。これを上部３４より５０ｋｇｆの圧縮荷重をかけて圧縮成形させ、１８００秒後に下部セル３２を固定した状態で上部セル３１に引張部３５を介して垂直方向に引張力を加えて破断する際の引張応力σを計測することによって、測定した。但し、引張破断による粒子間付着力の測定は、この方法に限定されるものではない。
【００４１】
上記のような本発明の２成分現像剤は、特に図２〜図５に示す縦型のハイブリッド現像装置に好適である。
以下、本発明に用いる縦型ハイブリッド現像装置について、図２〜図５に基づいて説明する。
【００４２】
図２は、この縦型ハイブリッド現像装置を備えたタンデム型カラー画像形成装置を示す概略断面図で、この概略図に示した原理は例えば京セラ製プリンタＦＳ−Ｃ５０１６Ｎとして適用されている。
画像形成装置２内には、ブラック用作像手段３、シアン用作像手段４、マゼンタ用作像手段５およびイエロー用作像手段６が、水平方向に図２において左から右に向かってこの順に配列されている。これらの作像手段３，４，５，６は、それぞれ、感光体ドラム１０、帯電器１２、露光装置（厳密には露光装置の一部である半導体レーザあるいはＬＥＤヘッド）１４、後に詳述する現像装置１００、転写装置１６、クリーニング装置１８などの作像エレメントを備えている。なお、図２においては、図示の簡略化のため、上記作像エレメントの符号は、ブラック用作像手段３においてのみ付してある。各作像手段３，４，５，６の現像装置１００には、それぞれ、対応する色のトナーを補給するためのトナーコンテナ１００Ａが装着されている。
【００４３】
作像手段３，４，５，６の下側には、搬送ベルト機構２０が配設されている。搬送ベルト機構２０は、駆動ローラ２０Ａと、被駆動ローラ２０Ｂと、駆動ローラ２０Ａ及び被駆動ローラ２０Ｂ間に巻き掛けられた無端状の搬送ベルト２０Ｃとを備えている。搬送ベルト２０Ｃの上側の移動面２０ａは、作像手段３，４，５，６における感光体ドラム１０と転写装置１６との間を通ってほぼ水平横方向に延在し、かつ記録紙の搬送面を形成している。搬送ベルト２０Ｃは、駆動ローラ２０Ａ及び被駆動ローラ２０Ｂにより、図２において反時計方向に回転移動する（図３における矢印参照）。
【００４４】
搬送ベルト機構２０の下方には、給紙カセット２２が配設されている。搬送ベルト機構２０の下流側には定着装置２４、排出ローラ２６、排紙トレイ２８などが配設されている。給紙カセット２２から送り出された記録紙は、搬送ベルト機構２０により感光体ドラム１０と転写装置１６との間に搬送される。記録紙には、カラー画像に対応した色のトナーが順次に転写され、定着装置２４により定着された後、排出ローラ２６により排紙トレイ２８に排出される。
【００４５】
次に、上記タンデム型カラー画像形成装置に備えられた現像装置１００を含む作像手段３，４，５，６について詳細に説明する。なお、作像手段３，４，５，６の構成は相互に実質的に同じであるので、以下、これらを代表して、ブラック用作像手段３について説明する。
【００４６】
図３および図４に示すように、作像手段３は、感光体ドラム１０、帯電器１２、露光装置１４、現像装置１００、転写装置１６、クリーニング装置１８などの作像エレメントを備えている。タンデム型画像形成装置においては、感光体ドラム１０の周囲に配置する帯電器１２、露光装置１４、現像装置１００、転写装置１６、クリーニング装置１８などの作像エレメントなどをコンパクトに設計することが重要であり、このために本実施形態においては現像装置１００をほぼ縦型にレイアウトしている。しかし、この縦型のレイアウトによって、２成分現像剤に対するストレスは大きくなり、現像剤の材料温度も上昇しやすくなることは否めない。本発明は、このような現像剤へのストレスによって生じるキャリア汚染、更には画像濃度低下の不具合を、特に高温環境下におけるトナーの物理的付着力を低減することによって解消することにある。
【００４７】
本発明の現像装置１００は、合成樹脂等を用いて形成することができるハウジング１１０を備えている。ハウジング１１０における感光体ドラム１０と対向する端面は開口している。ハウジング１１０内には、磁性キャリアおよび非磁性トナーからなる２成分現像剤と、該現像剤を撹拌し搬送する撹拌搬送手段１２０と、現像剤を周表面に磁気的に吸引保持して搬送する磁気ローラ１３０と、該磁気ローラ１３０及び感光体ドラム１０の各々の周表面に対し所定の間隔で対向して配設され、トナーのみを静電的に付着させる現像ローラ１４０とが収容されている。
【００４８】
磁気ローラ１３０は、アルミニウムなどの非磁性材料からなる円筒状の磁気スリーブ１３２と、該磁気スリーブ１３２内に複数の磁極Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｓ２をこの順に周方向に配列した静止永久磁石１３４とを備えている。磁気スリーブ１３２の周表面には２成分現像剤が磁気的に吸引保持されて磁気ブラシが形成され、磁気スリーブ１３２の回転により２成分現像剤が搬送される。この磁気ローラ１３０には、第１の直流電源装置１３６によって所定の直流バイアス電圧が印加されるよう構成されている。
【００４９】
現像ローラ１４０は、導電性材料などからなる円筒状部材（スリーブ）により構成されている。スリーブの材質としては、均一な導電体であればよく、アルミニウム、ステンレス鋼、周表面を導電性樹脂で被覆したものなどが適用できる。スリーブの表面抵抗は、現像性と現像リークを考慮して決定される。現像ローラ１４０の周表面と正ＯＰＣの周表面との隙間は約２５０μｍに設定されている。この空間にはワイヤー電極等は用いない。この現像ローラ１４０には、第２の直流電源装置１４２によって所定の直流バイアス電圧が印加されると共に、交流電源装置１４４によって交流バイアス電圧が重畳して印加されるよう構成されている。
【００５０】
ハウジング１１０内には、磁気ローラ１３０と隣接する位置に第１の現像剤撹拌室１１２が設けられ、更に第１の現像剤撹拌室１１２と隔壁１１３によって仕切られた第２の現像剤撹拌室１１４が設けられている。第１及び第２の現像剤撹拌室１１２，１１４は、磁気ローラ１３０の軸方向両端部において相互に連通され、全体として無端状の循環搬送路が形成される。この循環搬送路は、ハウジング１１０内の現像室を構成する。第１の現像剤撹拌室１１２は、磁気ローラ１３０と平行に磁気ローラ１３０に沿って直線状に延在する。第２の現像剤撹拌室１１４は、隔壁１１３を挟んで第１の現像剤撹拌室１１２と平行に直線状に延在する。
【００５１】
撹拌搬送手段１２０は、第１の回転螺旋羽根部材１２２と、第２の回転螺旋羽根部材１２４とからなる。第１の回転螺旋羽根部材１２２は、第１の現像剤撹拌室１１２および磁気ローラ１３０に沿って直線状に延在するよう第１の現像剤撹拌室１１２内に回転自在に配設され、第２の回転螺旋羽根部材１２４は、第２の現像剤撹拌室１１４に沿って直線状に延在するよう第２の現像剤撹拌室１１４内に回転自在に配設されている。ハウジング１１０内にはまた、磁気ローラ１３０の周表面に保持された現像剤の層厚を規制する層厚規制ブレード１１７が設けられている。
【００５２】
以下、実施例および比較例を挙げて本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明は以下に実施例に限定されるものではない。なお、以下において示す部数は質量部を表わす。
【実施例１】
【００５３】
トナー１（実施例１）
（結着樹脂の製造方法）
ポリオキシプロピレン（２．２）−２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン４．０ｍｏｌ、ポリオキシエチレン（２．２）−２，２−ビス−（４−ヒドロキシフェニル）プロパン１．０ｍｏｌ、テレフタル酸４．５ｍｏｌ、無水トリメリット酸０．５ｍｏｌと酸化ジブチル錫４ｇを窒素雰囲気下、２３０℃で８時間かけて反応させ、軟化点１２０℃のポリエステル樹脂を得た。
【００５４】
下記配合組成の混合物をヘンシェルミキサー（三井鉱山製ＦＭ−２０Ｂ）で混合後、二軸押出機（池貝製ＰＣＭ−３０）にて１００〜１２０℃の温度範囲で溶融混練した。冷却後ジェットミル（日本ニューマチック工業製超音波ジェットミルＩ型）で微粉砕した。得られた微粉砕品を分級して、体積平均粒径９μｍの黒色トナー粒子を得た。ついで、得られたトナー粒子に、シリカ微粒子と酸化チタン微粒子を下記外添組成の割合でヘンシェルミキサー（三井鉱山製ＦＭ−２０Ｂ）にて４分混合し、トナー１を得た。
【００５５】
（配合組成）
上記で製造したポリエステル樹脂：１００部
カルナバワックス  （品番：Ｃ１会社名：加藤洋行）５．５部
カーボンブラック  （品番：ＭＡ１００  会社名：三菱化学）４部
４級アンモニウム塩  （品番：ＦＣＡ２０１ＰＳ会社名：藤倉化成）３部
【００５６】
（外添組成）
トナー粒子      １００部
疎水性シリカ微粒子（品番：ＲＡ−２００Ｈ、会社名：日本アエロジル）１．０部
酸化チタン微粒子（品番：ＳＴ−１００、会社名：チタン工業）０．５部
【実施例２】
【００５７】
トナー２（実施例２）
トナー１において、配合の際にカルナバワックスを６部で配合し、二軸押出機にて８０〜１００℃の温度範囲で溶融混練し、又外添剤として疎水性シリカ微粒子を１．２部の割合で混合した以外は同様にして、トナー２を得た。
【実施例３】
【００５８】
トナー３（実施例３）
トナー１において、配合の際にカルナバワックスを５部で配合し、二軸押出機にて８０〜１００℃の温度範囲で溶融混練し、又外添剤として疎水性シリカ微粒子を０．８部の割合で混合した以外は同様にして、トナー３を得た。
【００５９】
トナー４（比較例１）
トナー１において、配合の際にカルナバワックスを６部で配合し、二軸押出機にて１２０〜１４０℃の温度範囲で溶融混練した以外は同様にして、トナー４を得た。
【００６０】
トナー５（比較例２）
トナー１において、配合の際にカルナバワックスを６部で配合し、又外添剤として疎水性シリカ微粒子を０．８部の割合で混合した以外は同様にして、トナー５を得た。
【００６１】
トナー６（比較例３）
トナー１において、二軸押出機にて１２０〜１４０℃の温度範囲で溶融混練し、又外添剤として疎水性シリカ微粒子を０．８部の割合で混合した以外は同様にして、トナー６を得た。
【００６２】
前記製造方法にて得られたそれぞれのトナーを、パウダーテック社製フェライトキャリア（平均粒径４５μｍ）に対して８質量％調合し、ボールミルで３０分間混合して２成分現像剤をそれぞれ得た。これらの現像剤を用いて、２８℃、８０％Ｒ．Ｈ．の環境下で、図２〜図５にその概要を示す京セラ製プリンタＦＳ−Ｃ５０１６Ｎにて印字率０．５％で２万枚の印字評価を行った。
【００６３】
（濃度低下の評価方法）
２万枚の連続通紙（印字率０．５%）を行い、１０００枚毎にソリッド画像を印字し、マクベス反射濃度計（ＲＤ９１４）を用いて画像濃度を測定した。画像濃度が１．０を下回った時点をＮＧとした。
○：ソリッド画像濃度が１．０以上。
×：ソリッド画像濃度が１．０未満。
評価結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】
2006209017.tif 000005
【００６５】
表１から、実施例１では、トナーの引張破断による粒子間付着力の温度勾配（Ｂ／Ａ）が１．０５と小さく、高温下においても付着力の増加が抑えられ、高温環境下における低印字率での連続印字では、２万枚を通じて良好な画像濃度推移が得られた。
実施例２では、トナー１よりワックス量が多いが、溶融混練の温度条件が低いため、ワックスが高分散状態となり、また疎水性シリカ量も多いことから付着力の低下につながったと考えられ、高温環境下における低印字率での連続印字では、２万枚を通じて良好な画像濃度推移が得られた。
実施例３では、疎水性シリカ量が少ないが、ワックス量が少なく、溶融混練の温度条件が低いため、ワックスが高分散状態となり、付着力の低下につながったと考えられ、高温環境下における低印字率での連続印字では、２万枚を通じて良好な画像濃度推移が得られた。
【００６６】
比較例１では、ワックス量が多く、且つ溶融混練の温度条件が高いため、ワックス分散径も大きくなり、特に高温環境下での付着力が増大し、低印字率での連続印字によって現像性が低下し、高温環境下における低印字率での連続印字では、１０００枚でソリッド画像濃度が１．０を下回った。
比較例２においても、ワックス量が多いことと、疎水性シリカ量が少ないことが、付着力増加につながり、高温環境下における低印字率での連続印字では、５０００枚で画像濃度が１．０を下回った。
比較例３では、ワックス量はトナー１と同等だが、溶融混練の温度条件が高いため、ワックス分散径も大きくなり、且つ疎水性シリカ量も少ないため、付着力の増大につながったと考えられ、高温環境下における低印字率での連続印字では、徐々に濃度低下を引き起こし、２万枚で画像濃度が１．０を下回った。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、特に高温環境下において、トナーの物理的付着力が増大し、キャリア汚染を増長したり、１成分現像領域で飛翔しにくくなり濃度低下を引き起こす不具合を解消することができるハイブリッド現像方式に用いる２成分現像剤とこれを用いた現像装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】粒子間付着力測定装置の測定原理を説明する概略図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるタンデム型カラー画像形成装置を示す概略図である。
【図３】図１に示すタンデム型カラー画像形成装置に備えられているブラック用作像手段を示す概略図である。
【図４】図２に示すブラック用作像手段に備えられている現像装置を示す概略図である。
【図５】図１に示すタンデム型カラー画像形成装置に備えられているブラック用作像手段およびシアン用作像手段を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６９】
２  画像形成装置本体
３  ブラック用作像手段
４  シアン用作像手段
５  マゼンタ用作像手段
６  イエロー用作像手段
１０  感光体ドラム
１２  帯電器
１４  露光装置
１６  転写装置
１８  クリーニング装置
３１  上部セル
３２  下部セル
３３  トナー（測定サンプル）
３４  圧縮部
３５  引張部
１００  現像装置
１１０  ハウジング
１１２  第１の現像剤撹拌室
１１３  隔壁
１１４  第２の現像剤撹拌室
１１７  層厚規制ブレード
１２０  撹拌搬送手段
１２２  第１の回転螺旋羽根部材
１２４  第２の回転螺旋羽根部材
１３０  磁気ローラ
１３２  磁気スリーブ
１３４  静止永久磁石
１４０  現像ローラ
Ｎ１、Ｓ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｓ２  磁極
【図１】
2006209017.tif 000006
【図２】
2006209017.tif 000007
【図３】
2006209017.tif 000008
【図４】
2006209017.tif 000009
【図５】
2006209017.tif 000010