(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性粒子を含むコア材と、
前記コア材の表面に形成され、樹脂中にダイヤモンド微粒子が分散し、一部が表面に露出したコート層と、
を備えることを特徴とする現像剤用キャリア粒子。
【請求項２】
磁性粒子を含むコア材と、前記コア材の表面に形成され、樹脂中にダイヤモンド微粒子が分散し、一部が表面に露出したコート層と、を有するキャリア粒子と、
トナー粒子と、
を備えることを特徴とする現像剤。
【請求項３】
転写媒体上にトナー粒子により画像を形成する画像形成装置であって、
静電潜像が形成される像担持体と、
前記トナー粒子とキャリア粒子を攪拌して帯電させ、前記像担持体の静電潜像に前記トナー粒子を付着させることにより現像するための現像器と、を備え、
前記キャリア粒子は、磁性粒子を含むコア材と、前記コア材の表面に形成され、樹脂中にダイヤモンド微粒子が分散し、一部が表面に露出したコート層と、を有することを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば複写機、プリンタなど電子写真方式で画像を形成する際に用いられる現像剤用キャリア粒子、現像剤および画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電子写真方式の画像形成装置において、現像器内のマグローラ上にトナー粒子とこれを帯電させる磁性キャリア粒子とで構成される磁気ブラシを形成し、潜像担持体の静電潜像を摺擦して現像を行う磁気ブラシ現像方式が用いられている。磁気ブラシ現像方式において使用される磁性キャリア粒子として、鉄粉、フェライト、マグネタイトや、これら磁性体をバインダ樹脂などに分散させたコア材の表面に、トナーへの帯電特性を考慮したコート層が設けられたコート系キャリアの開発が進められている。種々のタイプのコート系キャリアが実用化されている。
【０００３】
特に、表面に樹脂コート層が設けられた樹脂コートキャリアは、帯電制御特性が向上し、環境依存性および経時安定性を改善することができることから、広く用いられている。樹脂コート層には、例えばポリエステル樹脂、フッ素系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂が用いられている。
【０００４】
しかしながら、このような樹脂コートキャリアを用いた場合であっても、トナーに十分に安定した帯電を付与することができない。長期間の使用により、樹脂コート層が剥れてしまうことから、帯電不良により画像品質が低下してしまう。さらに、離型剤、荷電制御剤などのトナー成分がキャリアに付着するスペント現象が発生するなど、樹脂コート層の機能が失われてしまう。このような樹脂コート層の剥がれ（コート剥れ）による帯電不良、スペント現象により、画像形成装置の現像部において、トナー飛散や画像カブリが発生してしまう。
【０００５】
コート剥れの対策として、材料面の改良アプローチが行われている。例えば、特許文献１などに、コート材料をアクリル系エステルモノマーの共重合体で作成することが開示されている。
【０００６】
スペント現象の抑制などの対策としては、コート層の離型性を向上させることが挙げられる。しかしながら、一般に、離型性の高いコート材料は、コア材との接着性が悪く、剥れやすい。そのため、例えばシリコーン樹脂を変性させたり、シランカップリング処理などを行うことにより、離型性と接着性を両立させることが検討されている。
【０００７】
例えば、特許文献２などに、コート材料としてシリコーン樹脂と特定の材料の化合物を用いることが開示されている。しかしながら、シリコーン樹脂との相溶性が悪く、コート層が不均一になってしまうため、帯電安定性を得ることが困難であるなどの問題がある。
【０００８】
さらに、特許文献３などに、コート層にフラーレンやカーボンナノチューブを導入することにより帯電安定性や耐久性を改善することが開示されている。しかしながら、十分な離型性を得ることができないという問題がある。
【０００９】
近年、廃棄物を極力少なくすることが要求されており、使用済みのキャリアを洗浄してリユースすることが検討されている。しかしながら、コート層が剥れていると、一旦すべてのコート層を剥して洗浄後再コートする必要がある。再コートにはコストがかかるため、コート剥れを抑制するために、離型性を犠牲にしたスペント現象が発生しやすい材料を用いると、高頻度で洗浄することが必要となる。しかしながら、スペントを洗浄する際に、コート層もダメージを受けてしまうため、リユースに必要な繰り返しの洗浄に耐えることは困難である。
【００１０】
このようなキャリア粒子自体の耐久性の他、キャリア粒子として、感光体と接触した際に、極力感光体表面にストレスを与えないこと、感光体にキャリア粒子が付着し、転写など現像以外の工程に到達した場合でも、感光体、ベルトなどを傷つけないことが必要である。
【００１１】
画像の高精細化に伴うトナーの小粒径化により、微粉状のトナーや、トナーの添加剤が感光体クリーナでは除去しきれなくなっている。そのため、感光体に残存した非画像部のトナーは、現像部において現像器に回収する必要がある。さらに、電子写真装置の小型化に伴い、感光体クリーナを用いないクリーナレスプロセスも広く利用されている。クリーナレスプロセスにおいては、特に非現像部のトナーの回収能力が要求される。
【００１２】
現像器内のマグローラ上に形成されるトナー粒子およびキャリア粒子による磁気ブラシの穂先を感光体に近づけることにより、回収能力を向上させることができる。しかしながら、キャリア粒子による磁気ブラシの穂先を感光体に多く接触させると、上述のように、感光体表面へのストレスも増加する。感光体表面へのストレスを低減させるためには、キャリア粒子の離型性、滑り性を向上させることが必要である。
【００１３】
このように、キャリア粒子のコート材料の離型性と耐久性などにおける改善が要求されている。
【特許文献１】特開２００５−３１５９０７号公報
【特許文献２】特開平２−３３１５９号公報
【特許文献３】特開２００４−４５７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、キャリア粒子におけるコート層の耐久性を向上させ、キャリア粒子の潤滑性を向上させるとともに、トナー粒子への帯電特性を改善することが可能な現像剤用キャリア粒子、現像剤および画像形成装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様によれば、磁性粒子を含むコア材と、前記コア材の表面に形成され、樹脂中にダイヤモンド微粒子が分散し、一部が表面に露出したコート層と、を備えることを特徴とする現像剤用キャリア粒子が提供される。
【００１６】
本発明の一態様によれば、磁性粒子を含むコア材と、前記コア材の表面に形成され、樹脂中にダイヤモンド微粒子が分散し、一部が表面に露出したコート層と、を有するキャリア粒子と、トナー粒子と、を備えることを特徴とする現像剤が提供される。
【００１７】
本発明の一態様によれば、転写媒体上にトナー粒子により画像を形成する画像形成装置であって、静電潜像が形成される像担持体と、前記トナー粒子とキャリア粒子を攪拌して帯電させ、前記像担持体の静電潜像に前記トナー粒子を付着させることにより現像するための現像器と、を備え、  前記キャリア粒子は、磁性粒子を含むコア材と、前記コア材の表面に形成され、樹脂中にダイヤモンド微粒子が分散し、一部が表面に露出したコート層と、を有することを特徴とする画像形成装置が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一実施態様によれば、現像剤用キャリア粒子、現像剤および画像形成装置において、キャリア粒子におけるコート層の耐久性を向上させ、キャリア粒子の潤滑性を向上させるとともに、トナー粒子への帯電特性を改善することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００２０】
本実施態様の現像剤用キャリア粒子は、磁性粒子を含むコア材と、コア材の表面に形成されたコート層で、ダイヤモンド微粒子またはダイヤモンドライクカーボンが表面に露出したコート層を含む。
【００２１】
磁性粒子を含むコア材は、フェライト、マグネタイト、酸化鉄などの磁性粒子や、それらの磁性粉を混入した樹脂粒子が用いられる。このうち、コート層形成後のキャリア特性に影響を及ぼすコア材の表面、形状、抵抗などのコントロールの容易であることから、フェライト粒子を用いることが好ましい。
【００２２】
このようなコア材の粒径は20〜50μmであることが好ましい。20μmより小さいと、一粒の磁力が小さいために現像剤担持体から離脱して感光体に付着しやすくなる。一方、50μmより大きいと、磁気ブラシが硬くなって磁気ブラシのはけ目が画像に現れたり、緻密なトナー供給が困難になったりする。より好ましくは25〜40μmである。
【００２３】
コア材の表面に形成されるコート層は、コア材の全面に被覆されていることが好ましい。しかしながら、コート層としての帯電付与、離型性などの機能を有していればよく、例えばコート層を形成する際にコア材の保持面（点）となるため被覆されない領域など、一部が被覆されていなくてもよい。
【００２４】
このようなコート層の平均膜厚は、0.3〜5μmであることが好ましい。0.5μm未満であると、安定した帯電制御特性、耐摩耗性などを得ることが難しくなってくる。一方3μmを超えると帯電性が低下してしまう。より好ましくは0.5〜3μmの範囲である。
【００２５】
コート層に用いられるナノダイヤモンドと呼ばれるダイヤモンド微粒子は、耐摩耗性、離型性に優れた粒子である。ダイヤモンド微粒子は、一部が表面に露出した状態で、樹脂中に分散されて、コア材表面に被覆される。
【００２６】
樹脂としては、プラスティックや、熱可塑性エラストマー、ゴムを含むエラストマーを用いることができる。例えば、アクリル系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、メラミン系樹脂、ウレタン系樹脂、ウレタンエラストマーなどが好適に用いられる。
【００２７】
樹脂中のダイヤモンド微粒子の含有量は、0.1〜20wt%であることが好ましい。含有量が20wt%を超えると、十分な帯電性能を得ることができない。また、含有量が少なすぎると、十分な量のダイヤモンド微粒子が表面に露出せず埋没してしまうため、十分な耐摩耗性、離型性を得ることができない。より好ましくは、1〜10wt%である。
【００２８】
このような樹脂中にダイヤモンド微粒子を含むコート層は、例えば、樹脂を希釈した溶液に、ダイヤモンド微粒子を添加して、ボールミルなどで撹拌することにより調製された分散液を、コア材に塗布することにより形成される。例えば流動床型のコーティング装置を用いて、加熱しながら塗布することができる。このとき、塗布速度を調整することにより、或いは繰り返し塗布を行うことにより、コート層の膜厚を変動させることができる。その他、浸漬法、スプレー法、ハケ塗り法、混練法などを用いることができる。溶液を用いた湿式法のみならず樹脂粉を被覆する乾式法を用いることも可能である。
【００２９】
このような樹脂中にダイヤモンド微粒子を含むコート層を用いることにより、コート層の耐久性を向上させることができるとともに、キャリア粒子の潤滑性を向上することができる。さらに、トナー粒子への帯電特性を改善することが可能となる。
【００３０】
また、コート層に用いられる非晶質炭素であるダイヤモンドライクカーボン（以下DLCと記す）は、耐摩耗性、耐久性に優れた材料である。DLC膜は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法などの成膜プロセスにより、コア材表面に成膜される。このとき、コア材表面が完全に被覆されていなくてもよい。DLC膜は単層で十分コート層としての効果を得ることができるが、複層でもよい。複層とすることで、コート層を形成する際にコア材の保持面（点）となるため被覆されない領域を被覆することができるため、コア材表面をほぼ全面被覆することが可能となる。
【００３１】
このようなDLC膜を含むコート層を用いることにより、キャリア粒子の低摩擦性を改善することができる。DLC膜は溶剤を用いない無機構造であるため、リサイクルする際に、スペントトナーを容易に洗浄することができる。さらに、CVD法などによりコア材表面に成膜されるため、コア材の表面に強固に接着させることができ、コート層の耐久性を向上させることができる。このように、洗浄が容易で、耐久性に優れるため半永久的にリサイクルが可能となる。従って、成膜時の製造コストがかかるものの、長期的には環境負荷が少なく、ランニングコストを低減することが可能となる。さらに、帯電特性を改善することができる。
【００３２】
このような、ダイヤモンド微粒子やＤＬＣを含むコート層を有するキャリア粒子は、一般に電子供与性が高いと考えられる。すなわち、摩擦帯電の際に、相手を負極性に帯電する能力が高い。近年の電子写真装置の多くは、負極性の帯電性のトナーを使用しており、本実施形態のコートを用いると非常に相性がよいことがわかる。
【００３３】
このようなキャリア粒子は、トナー粒子とともに2成分現像剤として画像形成に用いられる。トナー粒子は、バインダ樹脂、着色剤、離型剤などから構成される。
【００３４】
バインダ樹脂としては、ポリエステル樹脂、スチレン系樹脂、スチレン−アクリル系樹脂などを用いることが可能である。着色剤としては、カーボンブラック、縮合多環系顔料、アゾ系顔料、フタロシアニン系顔料、無機顔料といった公知の顔料、染料などが用いられる。さらに、エステルワックスなどの離型剤、摩擦帯電電荷量を制御するための含金属アゾ化合物などの帯電制御剤(CCA)や、流動性、帯電性、保管特性の安定を目的とした、シリカ、アルミナ、酸化チタンなどの無機微粒子、有機微粒子などが用いられる。これらは、公知の組成で、粉砕法、またはケミカル製法により形成される。
【００３５】
このようなトナー粒子の体積平均粒径は、3〜7μmであることが望ましい。3μmより小さいと、電界で制御できるだけの電荷量を各トナー粒子に与えると、重量あたりの帯電量が大きくなりすぎて、所望の現像量を得ることが困難になってくる。また、7μmより大きいと、精細画像の再現性や粒状性が悪化する。より好ましくは4〜6μmである。
【００３６】
このような現像剤を用いて、例えば４連タンデム式電子写真プロセスなどの画像形成プロセスにより画像が形成される。
【００３７】
図１に４連タンデムの中間転写方式による画像形成装置の概略図を示す。図１に示すように、イエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの各色トナー粒子とキャリア粒子をそれぞれ収めた現像器と、画像坦持体（静電潜像担持体）である感光体、帯電・露光・転写装置を備えた画像形成ユニット20Y、20M、20C、20Kが配置されている。感光体21Y、21M、21C、21Kは、それぞれ中間転写ベルト10に接する位置で外周面が同一の方向に回転可能となっている。感光体としては、プラス帯電又はマイナス帯電のOPC(Organic Photoconductor)、アモルファスシリコンなど公知の感光体が用いられる。
【００３８】
各感光体21Y、21M、21C、21Kにより形成された各色の画像を、図１中矢印方向に搬送する中間転写ベルト10が配設されている。中間転写ベルト10は、矢印方向に一定速度で無端走行され、各画像形成ユニット20Y、20M、20C、20Kは、中間転写ベルト10の搬送方向に沿って直列に配置されている。
【００３９】
各感光体21Y、21M、21C、21Kには、各感光体21Y、21M、21C、21Kを所定の周速度で回転させるための図示されてないドラムモータが、それぞれ接続されている。各感光体21Y、21M、21C、21Kの軸線は、中間転写ベルト10により画像が搬送される方向と直交するよう配置されている。各感光体21Y、21M、21C、21Kは、軸線がお互いに等間隔となるように配置される。
【００４０】
各感光体21Y、21M、21C、21Kの周囲には、帯電手段としての帯電器22Y、22M、22C、22K、現像手段としてのマグローラなどを備えた現像器23Y、23M、23C、23K、転写手段としての一次転写ローラ24Y、24M、24C、24K、クリーニング手段としてのクリーナ25Y、25M、25C、25Kが、それぞれ対応する感光体21Y、21M、21C、21Kの回転方向に沿って配置されている。
【００４１】
なお、各１次転写ローラ24Y、24M、24C、24Kは、対応する感光体ドラム21Y、21M、21C、21Kとの間で中間転写ベルト10を狭持する位置、すなわち中間転写ベルト10の内側に配設されている。
【００４２】
各感光体21Y、21M、21C、21Kの外周上に色分解された静電潜像を形成するために、レーザービームを照射する露光装置26Y、26M、26C、26Kが配置されている。これら露光装置26Y、26M、26C、26Kは、それぞれ帯電器22Y、22M、22C、22Kと現像器23Y、23M、23C、23Kとの間の感光体21Y、21M、21C、21Kの外周面上に、露光ポイントが形成されるように配置される。
【００４３】
また、中間転写ベルト10には２次転写ローラ11が接触しており、中間転写ベルト10と２次転写ローラ11との間に転写媒体12を通すことにより、中間転写ベルト10から転写媒体12へ画像が転写される。尚、ここではイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの色順で画像形成ユニットが並んでいる例を挙げて説明したが、この色順は特に限定されるものではない。また、クリーナを有さないクリーナレスプロセスを用いてもよい。
【００４４】
このような画像形成装置を用いて、以下のようにして画像が形成される。先ず、帯電器22Yが感光体21Yを一様にマイナス（−）に帯電させる。帯電した感光体21Yは、露光装置26Yにより画像情報に則した露光が行われることによって、静電潜像を形成する。感光体21Y上の静電潜像は、現像器23Yによって反転現像され、感光体21Y上にトナー画像が形成される。
【００４５】
一次転写ローラ24Yには図示されていない電源によってトナーの帯電極性とは逆極性のバイアス（＋）が印加されている。その結果、感光体21Y上のトナー画像は、感光体21Yと一次転写ローラ24Yとの間で形成される転写電界によって転写ベルト10上に一次転写される。転写を終えた感光体21Yは、クリーナ25Yにより清掃された後、再び、帯電、露光、現像の過程を繰り返す。
【００４６】
画像形成ユニット20Yでトナー画像が形成されるタイミングに合わせて、画像形成ユニット20M、20C、20Kでも同様のプロセスが行われる。画像形成ユニット20M、20C、20Kの感光体上に形成されたマゼンタ、シアン、ブラックのトナー画像についても中間転写ベルト10上に順次１次転写される。
【００４７】
転写媒体12は、カセット（図示せず）から搬送され、中間転写ベルト10上のトナー画像に、タイミングに合わせて、アライニングローラ（図示せず）によって中間転写ベルト10に送り出される。
【００４８】
二次転写ローラ11には、電源（図示せず）によってトナーの帯電極性とは逆極性のバイアス（＋）が印加されている。その結果、中間転写ベルト10上のトナー画像は、中間転写ベルト10と二次転写ローラ11との間で形成される転写電界によって転写媒体12上に転写される。転写媒体12上に転写されたトナーを定着させるための定着器（図示せず）が配設されており、定着器に用紙を通過させることによって、定着画像が得られる。
【００４９】
このとき、転写媒体12に完全に転写されずに転写ベルト上に残った一部のトナー（残転写トナー）は、クリーナ13によってクリーニングされる。なお、クリーナレスプロセスにおいては、現像と同時に回収される。
【００５０】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００５１】
先ず、以下のようにキャリア粒子が形成される。コア材として、粒径が約35〜45μm（平均粒径：約40μm）の球形フェライト(Mn-Mg-Sr系フェライト)を用い、以下のようにしてコート層が形成される。
【００５２】
［DLC膜を含むコート層の形成］
コア材をプラズマCVD装置内に導入し、
原料ガス：C２H４/H2/NF3（流量比：90/200/400SCCM）
RF電力：100W
自己バイアス：10W
反応圧：2.5Pa
の条件で、コア材表面にDLC膜が形成される。DLC膜の膜厚（コート層厚）は、成膜時間を20〜100分で調整し、0.3μm、0.5μm、3μm、5μmとすることにより、表１に示すサンプル1〜4が得られる。
【００５３】
なお、コート層厚は、コア材表面にコート層を形成した後、キャリア粒子を樹脂に埋包した上で切断し、切断面をSEM（Scanning Electron Microscope）にて観察して測定する。このとき、コート層を均一に形成することは困難であることから、キャリア1粒子毎に、ランダムに5か所の厚みを測定し、3粒子について測定した結果の平均値をコート層厚とする。以下同様とする。
【００５４】
［樹脂中にダイヤモンド微粒子を含むコート層の形成］
シリコーン系樹脂（樹脂A）、アクリル系樹脂（樹脂B）それぞれ100部を希釈し、固形分を5wt%とする。希釈した樹脂A、樹脂Bに、表１に示すような割合となるように、ダイヤモンド微粒子（(株)ニューメタルエンドケミカルス製、または住友石炭鉱業(株)製）を0.05wt%添加して、ボールミルで混合することにより、分散液を調製する。
【００５５】
流動床型のコーティング装置を用いて、雰囲気温度を100℃として、調製された分散液をコア材表面に約50g/minの速度で塗布する。さらに250℃で2時間加熱することにより、コア材表面に厚さ0.5μmのコート層が形成される。
【００５６】
同様に、ダイヤモンド微粒子濃度を0.05〜40wt％とし、分散液の塗布速度を調整、または塗布を繰り返すことにより、コート層厚をそれぞれ0.5〜5.0μmとすることにより、表１に示すサンプル5〜23が得られる。
【００５７】
［比較例のコート層の形成］
コート層として、シリコーン系樹脂（樹脂A）、アクリル系樹脂（樹脂B）をそれぞれ単体で用いて、ダイヤモンド微粒子を含むコート層の形成と同様に、コア材表面に塗布、加熱する。塗布速度を同様に調整し、コート層厚を0.5μmまたは3.0μmとすることにより、表１に示す比較例1〜3が得られる。
【００５８】
このようなサンプル1〜23、比較例1〜3のキャリア粒子を用いて、以下のように評価する。
【００５９】
［トナー帯電特性の帯電制御剤添加量依存性評価］
トナー粒子として、スチレン−アクリル系樹脂を主成分とした粉砕トナーを用い、負帯電型の帯電制御剤（CCA）としてCrAC（含クロムアゾ染料）の添加量を0wt%、0.5 wt%、1 wt%と変動させたトナー粒子を調製する。サンプルおよび比較例のキャリア粒子180gと、調整された各トナー粒子20gをプラスティック製のビンに入れ、180秒間程手振りにより撹拌する。撹拌された試料（現像剤）をサンプリングし、単位重量当たりの帯電量（q/m）をホソカワミクロン社製のイースパートアナライザを用いて測定する。
【００６０】
サンプル2、8、20および比較例1、3による帯電量の測定結果より、図２に、トナー帯電特性の帯電制御剤添加量依存性を示す。コート層にDLC膜またはダイヤモンド微粒子を用いたキャリア粒子においては、トナー粒子にCCAが添加されていなくても、トナー粒子に安定した負帯電特性を付与することができる。ダイヤモンド微粒子を用いたキャリア粒子において、サンプル8と20、すなわちシリコーン系樹脂（樹脂A）とアクリル系樹脂（樹脂B）との有意差は、殆ど認められないことがわかる。
【００６１】
一方、比較例のキャリア粒子においては、CCAがない状態ではプラス極性に帯電しており、CCAを添加することにより負帯電が得られることがわかる。すなわち、本実施例のキャリア粒子を用いることにより、トナー粒子にCCAを添加することなく安定した負帯電を付与することが可能である。例えば、CCAがトナー粒子から離脱したり、トナー粒子に埋没してしまったりした場合であっても、安定した帯電特性を得ることができる。さらに、CCAレスのトナー粒子を用いることも可能となる。これは、ダイヤモンドの電子供与性によると考えられる。
【００６２】
さらに、図３に、サンプル1〜4、5、8、14、18の評価結果によるトナー帯電特性の帯電制御剤添加量依存性を示す。コート層にDLC膜またはダイヤモンド微粒子を用いたキャリア粒子において、それぞれコート層厚を0.5μm、3.0μmとしたときで帯電特性を比較すると、殆ど変動はないことがわかる。また、0.3μm、5.0μmの場合は若干帯電特性が低下するものの、比較例1より改善していることがわかる。
【００６３】
［トナー帯電特性のダイヤモンド微粒子量依存性評価］
トナー粒子として、上記と同様にスチレン−アクリル系樹脂を主成分とした粉砕トナーを用い、CCAを添加しないでトナー粒子を調製する。サンプルおよび比較例のキャリア粒子180gと、調整された各トナー粒子20gを、上記と同様にプラスティック製のビンに入れ、180秒間程手振りにより撹拌する。上記と同様に撹拌された試料（現像剤）をサンプリングし、単位重量当たりの帯電量（q/m）をホソカワミクロン社製のイースパートアナライザを用いて測定する。このようにして、CCAを添加しない状態でのキャリア粒子によるトナー粒子の帯電特性が評価される。
【００６４】
図４に、サンプル5〜23による測定結果より得られるトナー帯電特性のダイヤモンド微粒子量依存性を示す。ダイヤモンド微粒子の添加なしでは、トナー粒子の帯電量は10μC/gであるのに対して、添加量0.05wt%では効果はほとんど認められない。添加量0.1wt%から20wt%でトナー粒子の帯電量が-10μC/g以下となり、添加の効果が得られていることがわかる。さらに40wt%では帯電量の絶対値が小さくなり、添加の効果が殆ど得られなくなる。
【００６５】
シリコーン系樹脂（樹脂A）について平均コート層厚約0.5μm（サンプル5〜11）、約3μm（サンプル12〜17）での有意差は殆ど認められない。アクリル系樹脂（樹脂B）についても、シリコーン系樹脂と同様の傾向が得られている。帯電特性における添加量の最適範囲は、コート層厚、樹脂の種類には依存しないと考えられる。
【００６６】
［連続耐久試験によるカブリ量の評価］
トナー粒子として、上記と同様にスチレン−アクリル系樹脂を主成分とした粉砕トナーを用い、CCAとしてCrAC（含クロムアゾ染料）の添加量が0wt%と0.5 wt%のトナー粒子を調製する。サンプルおよび比較例のキャリア粒子と、調整されたトナー粒子を、有機感光体を用いた電子写真プリンタの２成分現像器に投入し、6%の印字率でA4サイズの連続印字試験を行う。
【００６７】
図５に電子写真プリンタの概略図を示す。感光体61は積層タイプの負帯電型の有機感光体である。感光体61を転写ローラ62により+600V〜+1kV程度の電圧を印加することで、最終転写媒体である紙63にトナー画像を転写する。さらに定着器（図示せず）によりトナー画像を紙に定着させる。感光体61上の転写残りトナーは、クリーナ64により取り除かれる。
【００６８】
このようにして連続印字を行い、20k枚毎にカブリ量を測定する。先ず、白地電位における感光体上のカブリトナーを、メンディングテープにより採取した後、白紙に貼り付けて、ミノルタ社製色差計を用いて反射率を測定する。一方、メンディングテープ単体を、同様に白紙に貼り付けて反射率を測定する。これらの反射率の差をカブリ量と定義する。
【００６９】
感光体カブリは、少なければ少ないほどよい。逆極性（正帯電）のトナーが付着している場合は、基本的に転写される紙上には現れないものの、カブリ分が感光体クリーナにより除去されてしまうので、トナーが無駄になり、廃トナーが増加する。一般的にはカブリ量が3%以下で良好であると判断される。
【００７０】
図６に、感光体カブリトナー（カブリ量）の強制試験時間（印字枚数）依存性を示す。コート層にDLC膜またはダイヤモンド微粒子を用いたキャリア粒子においては、長期間の連続試験を実施しても、従来の樹脂のみのコート層を有するキャリア粒子と比較して、カブリ量が抑えられていることがわかる。
【００７１】
従来のものは、およそ30k枚でカブリ量が3%を超えてしまうのに対し、DLC膜を用いたものは100k枚後でも3%以下を保つことができる。これは、上述したように、印字を繰り返すことによりトナー粒子のCCAが埋没あるいは脱離しても、安定して帯電させることができることに起因していると考えられる。
【００７２】
コート層にDLC膜またはダイヤモンド微粒子を用いたキャリア粒子を用いたものについては、CCAを添加していない場合においても、感光体カブリが改善されている。若干ではあるが、CCAを添加した方が、カブリ量が抑えられているのは、コート層にトナー成分などが付着することによりDLC膜またはダイヤモンド微粒子を用いたコート層が劣化しても、CCAの働きにより若干ではあるが帯電性を維持されるためであると考えられる。
【００７３】
［連続耐久試験によるスペントレベルの評価］
カブリ量の評価と同様に連続印字試験を行ったものについて、20k枚毎に現像器から現像剤を数g採取し、炭素量よりトナー成分の付着量を推測することでスペントレベルを評価する。
【００７４】
図７に、スペントレベルの強制試験時間（印字枚数）依存性を示す。値が大きいほどキャリア粒子表面にトナー成分が付着していることを意味する。コート層にDLC膜またはダイヤモンド微粒子を用いたキャリア粒子においては、従来の樹脂のみのコート層を有するキャリア粒子よりスペントレベルが抑えられている。すなわち、トナー成分が付着しにくく、離型性に優れていることがわかる。上述のカブリ量評価におけるDLC膜またはダイヤモンド微粒子の効果についても、このような高い離型性ゆえに得られるとも考えられる。
【００７５】
CCAの有無によっては、スペントレベルに有意差はほとんど認められない。スペントが進行することによってコート層の効果が劣化するが、カブリ量では若干CCA添加の効果が得られるものの、スペントレベルにおいては、CCA添加の効果は得られていないことがわかる。
【００７６】
［連続耐久試験による感光体の削れ量の評価］
カブリ量の評価と同様に連続印字試験を行ったものについて、20k枚毎に渦電流式の膜厚計を用いて感光体の厚みを測定することにより、感光体の削れ量を評価する。
【００７７】
図８に、感光体の削れ量の強制試験時間（印字枚数）依存性を示す。コート層にDLC膜またはダイヤモンド微粒子を用いたキャリア粒子においては、従来の樹脂のみのコート層を有するキャリア粒子より感光体の削れ量が抑えられている。すなわち、感光体へのストレスが抑えられていることがわかる。
【００７８】
［連続耐久試験による感光体へのキャリア粒子付着量の評価］
カブリ量の評価と同様に連続印字試験を行ったものについて、20k枚毎に、白地電位設定において、感光体上80cm2に付着したキャリア粒子をカウントすることにより、白地に対する感光体へのキャリア粒子付着量を評価する。
【００７９】
キャリア粒子の付着は、主にキャリアの抵抗が低下したときに発生しやすく、キャリアのコート剥がれの状態を示す一つの指標となる。キャリア粒子の付着が多いと、紙上に画像欠陥（シロポチ）として現れるばかりでなく、感光体にキズがついてしまうため、大きな問題となる。少ないほどよく、感光体上80cm2あたり12個以下に安定して抑えられていればよい。
【００８０】
図９に、キャリア粒子付着量の強制試験時間（印字枚数）依存性を示す。特に、コート層にDLC膜を用いたキャリア粒子においては、印字を繰り返しても全く変化せず、100k枚まで5個以下を維持している。すなわち、コア材に対するコート層の密着性が高く、キャリア粒子のコート層が殆ど剥がれていないと考えられる。
【００８１】
コート層にダイヤモンド微粒子を用いたキャリア粒子においても、キャリア粒子の付着量は、従来の樹脂のみのコート層を有するキャリア粒子より抑えられている。これは、コア材に対するコート層の密着性自体は、コート層に用いられる樹脂が同じであるため、改善されていないが、ダイヤモンド微粒子を分散させることで、離型性や滑り性が向上していることに起因すると考えられる。すなわち、キャリアにかかる機械的なストレスが抑えられることから、コート層が剥れにくくなり、キャリア粒子の付着が抑えられる。ここでもトナーのCCA添加の有無により、大きな影響は認められない。
【００８２】
これらの連続耐久試験による評価より、本実施例のキャリア粒子を用いることにより、トナー粒子にCCAを添加しなくても、長期間に渡ってトナー帯電特性を安定させ、高画質を維持することが可能となる。さらに、トナー粒子にCCAを添加することにより、トナー帯電特性をより安定させることができ、トナー設計の自由度を著しく向上させることが可能となる。
【００８３】
［DLC膜を用いたキャリア粒子の洗浄効果の評価］
コート層にDLC膜を用いたサンプル2のキャリア粒子に用いて、同様に連続印字試験によりカブリ量および感光体へのキャリア粒子付着量を測定する。150k枚印字を行った後、現像剤からフルイを用いて、トナー粒子とキャリア粒子を分離する。分離されたキャリア粒子を、ヘキサフルオロイソプロパノールあるいはジクロロベンゼンなどの溶剤で洗浄し、乾燥させた後、分離されたトナー粒子と再び混ぜ合わせて、現像剤を再生する。再生された現像剤を用いて同様に連続印字試験によりカブリ量および感光体へのキャリア粒子付着量を測定する。これを通算450k枚まで繰り返す。
【００８４】
図１０に、洗浄を伴うカブリ量の強制試験時間（印字枚数）依存性を示す。150k枚連続印字試験を行った後、洗浄を行うと、初期のレベルにまで回復する。さらに150k枚連続印字試験を行うと、初期状態から150k枚までの試験結果と同様にカブリ量が増加する。再度同様にキャリア粒子を洗浄すると、初期のカブリレベルにまで回復する。
【００８５】
図１１に、洗浄を伴う感光体へのキャリア粒子付着量の強制試験時間（印字枚数）依存性を示す。キャリア粒子付着量は、洗浄によらず初期から殆ど変化することなく推移している。キャリア粒子を洗浄してもコート層が剥れることなく、付着物だけが取り除かれていることがわかる。
【００８６】
これらの結果より、キャリア粒子を洗浄すれば、初期のカブリレベルまで回復し、キャリア粒子付着量も変化しないことから、洗浄により半永久的なキャリア粒子の再利用が可能であることがわかる。
【００８７】
［クリーナレスプロセスにおける評価］
〈回収能力の評価〉
図１２にクリーナレスプロセスによる電子写真プリンタの概略図を示す。感光体131のクリーナがない点で、図５に示す電子写真プリンタと異なっている。転写残りトナー粒子は、現像ローラ132を備えた現像器133において回収される。現像器133において転写残りトナー粒子の回収を行うために、コロナ帯電器134により転写残りトナー粒子を帯電させた後、現像部に強い電界が印加され、現像剤が感光体131に接触して、機械的にかき取られる。
【００８８】
このような電子写真プリンタを用いて、現像ローラと感光体とのギャップを変えたときの、トナー粒子の現像器への回収能力を評価する。このとき、上記と同様にスチレン−アクリル系樹脂を主成分とした粉砕トナーに0.5 wt%のCCAを添加したトナー粒子と、サンプル2、6および比較例1のキャリア粒子を混合した現像剤が用いられる。
【００８９】
転写部において、バイアスを印加せずに、1cm2程度の面積で、面積率50%のハーフトーン画像を感光体上に残す。残った画像は、クリーニングされることなく、そのままコロナ帯電器134によりマイナスに帯電される。感光体を-500V、現像バイアス-150Vとして、現像器133に回収させた後、感光体131上に残ったトナー粒子をメンディングテープにより採取する。
【００９０】
採取したトナー粒子を白紙に貼り付けて、マクベス反射濃度計により反射濃度を測定する。一方、メンディングテープ単体を、同様に白紙に貼り付けて反射濃度を測定する。これらの反射濃度の差を回収残トナー濃度とする。なお、現像器133で回収しない条件では、回収残トナー濃度は0.7、全て回収できたときには回収残トナー濃度は0となる。現像ローラ132と感光体131の周速比は、with方向の場合は2：1とし、against方向の場合は、1：1とする。
【００９１】
図１３に、回収残トナー濃度の現像ローラと感光体とのギャップ依存性を示す。現像ローラと感光体の回転をWith方向としたときよりagainst方向としたときの方が、回収残トナー濃度が低くなり、現像器による回収能力が高いことがわかる。いずれの場合も、ギャップが500μm前後より大きくなると、急激に回収能力が低下している。
【００９２】
従来の樹脂のみのコート層を有するキャリア粒子（比較例1）と比較して、DLC膜を用いたキャリア粒子（サンプル2）、ダイヤモンド微粒子を用いたキャリア粒子（サンプル6）においては、若干ではあるが、回収能力が高い傾向にあることがわかる。
【００９３】
〈連続耐久試験による感光体の表面粗さの評価〉
同様の電子写真プリンタを用いて、現像ローラと感光体とのギャップを変えたときの感光体の表面粗さを評価する。回収能力の評価と同様の現像剤を用い、カブリ量の評価と同様に連続印字試験を行ったものについて、10k印字後の感光体の表面粗さを測定する。このとき、接触式の表面粗さ計（サーフコーダ）を用い、十点表面粗さ（Rz）を測定する。
【００９４】
図１４に、感光体の表面粗さの現像ローラと感光体とのギャップ依存性を示す。従来の樹脂のみのコート層を有するキャリア粒子（比較例1）においては、ギャップが500μm以下で、感光体の表面粗さが急激に高くなる。これに対して、DLC膜を用いたキャリア粒子（サンプル2）、ダイヤモンド微粒子を用いたキャリア粒子（サンプル6）においては、大きく変動していないことがわかる。
【００９５】
以上の結果より考察すると、クリーナレスプロセスにおいて、現像部では、キャリアによる穂立ち（磁気ブラシ）が形成され、穂の高さは、部分的にキャリア粒子径を40μmとして13個繋がった500μm程度となる。ギャップが500μm以下の場合、磁気ブラシの穂先が感光体にあたっている状態となる。機械的なかきとり効果により、ギャップが500μm以下となると、トナーの回収能力が向上する一方、磁気ブラシの穂先が感光体にあたることにより、感光体表面は粗面化すると考えられる。
【００９６】
従って、滑り性に優れたDLC膜あるいはダイヤモンド微粒子を用いたキャリア粒子を用いることにより、現像部において感光体上のトナーを回収するために現像剤を感光体に接触させても、感光体へのストレスを低減することができる。すなわち、クリーニングブレードを用いないクリーナレスプロセスにおいて、回収能力を向上させるとともに、さらに感光体表面の粗面化を抑制することができる。従って、感光体の長寿命化を図ることが可能となる。
【００９７】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【表１】
0004990263.tif 000002
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の一態様における４連タンデムの中間転写方式による画像形成装置の概略図。
【図２】本発明の一態様におけるトナー帯電特性の帯電制御剤添加量依存性を示す図。
【図３】本発明の一態様におけるトナー帯電特性の帯電制御剤添加量依存性を示す図。
【図４】本発明の一態様におけるトナー帯電特性のダイヤモンド微粒子量依存性を示す図。
【図５】本発明の一態様における電子写真プリンタの概略図。
【図６】本発明の一態様における感光体カブリトナー（カブリ量）の強制試験時間（印字枚数）依存性を示す図。
【図７】本発明の一態様におけるスペントレベルの強制試験時間（印字枚数）依存性を示す図。
【図８】本発明の一態様における感光体の削れ量の強制試験時間（印字枚数）依存性を示す図。
【図９】本発明の一態様におけるキャリア粒子付着量の強制試験時間（印字枚数）依存性を示す図。
【図１０】本発明の一態様における洗浄を伴うカブリ量の強制試験時間（印字枚数）依存性を示す図。
【図１１】本発明の一態様における洗浄を伴う感光体へのキャリア粒子付着量の強制試験時間（印字枚数）依存性を示す図。
【図１２】本発明の一態様におけるクリーナレスプロセスによる電子写真プリンタの概略図。
【図１３】本発明の一態様における回収残トナー濃度の現像ローラと感光体とのギャップ依存性を示す図。
【図１４】本発明の一態様における感光体の表面粗さの現像ローラと感光体とのギャップ依存性を示す図。
【符号の説明】
【００９９】
10…中間転写ベルト
11…２次転写ローラ
12…転写媒体
20Y、20M、20C、20K…画像形成ユニット
21Y、21M、21C、21K、61、131…感光体
22Y、22M、22C、22K…帯電器
23Y、23M、23C、23K、133…現像器
24Y、24M、24C、24K…一次転写ローラ
25Y、25M、25C、25K、64…クリーナ
26Y、26M、26C、26K…露光装置
62、132…転写ローラ
63…紙
134…コロナ帯電器
【図１】
0004990263.tif 000003
【図２】
0004990263.tif 000004
【図３】
0004990263.tif 000005
【図４】
0004990263.tif 000006
【図５】
0004990263.tif 000007
【図６】
0004990263.tif 000008
【図７】
0004990263.tif 000009
【図８】
0004990263.tif 000010
【図９】
0004990263.tif 000011
【図１０】
0004990263.tif 000012
【図１１】
0004990263.tif 000013
【図１２】
0004990263.tif 000014
【図１３】
0004990263.tif 000015
【図１４】
0004990263.tif 000016