JP2005010744A - 静電荷像現像用トナー、現像剤及び画像形成装置 - Google Patents

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文浩 佐々木
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Abstract

【課題】 現像後の転写残留トナーを充分にかきとることのできるクリーニング性を確保すること、高品質の画像を支障なしに形成できることを両立した静電潜像現像用トナー及びこれを用いた画像形成装置を提供すること。また、該トナーを充填したトナー容器、該トナーを含有する現像剤、及び現像剤を用いる画像形成方法、該現像剤を装填した画像形成装置を提供すること。
【解決手段】 少なくとも結着樹脂、着色剤を含む静電荷現像用トナーを用いる静電荷像現像法を用い、少なくとも静電荷担持体表面に当接することにより静電荷担持体上に残った未転写トナーをクリーニングする手段を有する静電荷像現像装置に用いられる静電荷現像用トナーであって、前記静電荷像現像用トナーの形状係数SF−1:Aと、3μm以下微粉含有率:Bが下記式を満たすことを特徴とする静電荷像現像用トナー。
【化1】
Figure 2005010744

【化2】
Figure 2005010744

【選択図】 図1

Description

本発明は、電子写真、静電記録、静電印刷等における静電荷像を現像するための現像剤に使用されるトナー及び該トナーを使用する電子写真現像装置に関する。更に詳しくは、直接または間接電子写真現像方式を用いた複写機、レーザープリンタ及び、普通紙ファックス等に使用される電子写真用トナー、電子写真用現像剤及び電子写真現像装置に関する。更に直接または間接電子写真多色現像方式を用いたフルカラー複写機、フルカラーレーザープリンタ及び、フルカラー普通紙ファックス等に使用される電子写真用トナー剤及び複写機、レーザビームプリンタ等の画像形成装置(現像装置)に関する。
一般に、複写機、プリンタ、ファクシミリなどの電子写真式や静電記録式の画像形成装置においては、感光体ドラムや感光体ベルトなどからなる潜像担持体上に画像情報に対応した静電潜像が形成され、現像装置によって現像剤が潜像担持体上に付着することでトナー像が形成され、その後、記録媒体に転写されることで、画像形成を行なうようになっている。上記のようなシステムでは感光体の表面がトナー像形成時に何度も繰り返し使用されるため、トナー像の転写後に、感光体上に残留するトナーを充分に除去することが必要である。残留トナーの除去方式としては従来より幾つかの方式が検討されているが、クリーニングブレードを感光体表面に当接して残留トナーをかきおとす方式が、低コストで、システム全体も簡単でコンパクトにでき、トナー転写効率も優れているため広く実用化されている。
上述のような残留トナーの除去は、クリーニングブレードが感光体表面に当接されて行なわれるため、トナー除去効率は感光体とクリーニングブレードの当接圧力や、現像スリーブ、感光体の表面形状、などによって大きく左右される。同様にトナー特性に関する点でも、クリーニング時のトナー除去効率はトナー形状やトナー表面性に大きく左右される。トナー除去が不充分である場合は、感光体ドラムの表面上に残留トナーによるフィルミングが発生する。また、これが蓄積したフィルミング膜の影響で感光体とクリーニングブレード間にかかる応力が増大することで、発熱によるトナー融着の発生、感光体ドラムの疲労摩擦が発生する。かかる問題は、トナー粒子が小径化することでいっそう加速され、感光体への付着力が高まり転写残となり易いことで感光体とブレード間をすり抜けるトナー量が増すので、クリーニング不良がより発生してしまう課題がある。
これらの問題点を克服するために、特許文献1では、トナー粒子の形状係数SF−1が125〜140であり、さらに粒径やSF−1の含有率を規定する画像形成方法が、また特許文献2では、ブレードブラシクリーニング方式において、形状係数SF−1が100〜160の範囲にあるトナー粒子が65個数%以上であるよう制御することが、また特許文献3では、二成分現像剤中のトナーを正確に検知して現像剤容器内にトナーを補給するために、球状係数SF−1を100以上で140以下、SF−2を100以上で120以下で、且つ、比抵抗が1×10^10Ω・cm以上で1×10^14Ω・cm以下の磁性キャリアを用いることが、また特許文献4では、現像スリーブと感光体が同方向の駆動でその周速比が0.5〜1.8である場合に、トナー形状係数が135≦SF−1≦150、115≦SF−2≦125であるようにすることが、また特許文献5では、一定の割合で球形粒子および不定形粒子が混在するトナーが、それぞれ開示されている。これらの目的はクリーニング性向上に限定されたものではないが、トナー形状に関する提案であり、いずれもトナー粒子の形状係数を範囲設定して、画像品質の課題解決(主にクリーニング性改善、転写性向上)をねらったものとなっている。
しかしながら、本発明者らによると、従来技術において設定するような形状係数(SF−1)の範囲制御では、ブレードクリーニング方式の諸条件如何ではクリーニング性が不充分である場合があり、例えばトナー粒子側に関しては、特に近年の高画質化によるトナー小粒径化にともないトナー粒径がますます小さくなる場合やトナー表面性が滑らかで凹凸が小さい場合において、一方で、画像形成装置側に関しては、感光体表面とクリーニングブレードの当接圧力が比較的低くクリーニングに不利な場合、等において、かかる従来技術で規定される形状係数の範囲では残留トナーの除去が不充分となり、上述のようなクリーニング不良にともなう課題が発生してしまう問題があることが判明した。特に小粒径トナー粒子については、感光体との付着力が高まるために、現像後も感光体上に転写残となり易く、クリーニング部材を消耗しやすく機械的ストレスも大きい問題があった。また、感光体を接触帯電させる場合、帯電ローラ等を汚染してしまい、本来の帯電能力を発揮できなくなってしまう問題もあった。逆に、大粒径トナー粒子では、クリーニング性は向上するが、転写不良、これが起因する解像度等の画質低下が発生する課題があった。
一方、クリーニング不良はトナー表面性の違いにも大きく依存することが知られているが、このトナー表面性の差異は、粉砕法、重合法、等のトナー製造法によっても大きく影響を受けるものである。
従来の混練粉砕法で製造されたトナーは、不定形になるためクリーニング性においては有利であるが、トナー形状および表面構造を任意に制御することは容易ではない。また、トナー粒度分布を狭くすること、平均粒径を6μm以下にすることは分級能力、収率、生産性、コストを考えると困難な状況である。
また、小粒径化達成のための生産課題のため、特許文献6ではトナーバインダーとしてウレタン変性されたポリエステル(A)の伸長反応からなる実用球形度が0.90〜1.00の乾式トナーが提案されている。定着、転写性、流動性は改善されているものの、球形であるため課題のクリーニング性は粉砕トナーの不定形トナーに比べ低下している。
また、小粒径トナーとした場合の粉体流動性、転写性に優れるとともに、耐熱保存性、低温定着性、耐ホットオフセット性のいずれにも優れた乾式トナー、とりわけフルカラー複写機などに用いた場合に画像の光沢性に優れ、かつ熱ロールへのオイル塗布を必要としない乾式トナーおよびそのような乾式トナーを経済的に得る方法として、特許文献7、特許文献8ではイソシアネート基含有プレポリマーを伸長反応および/または架橋反応させたトナーバインダー、および着色剤からなる乾式トナーにおいて、該乾式トナーが、該(A)の水系媒体中でのアミン類(B)による伸長反応および/または架橋反応により形成された粒子からなることを特徴とする乾式トナーおよびその製法を提案しているが、いまだ球形トナーの課題であるクリーニングとりわけブレードクリーニングと転写を両立させるに至っていない。
前記文献7,8記載の実施形態では、ばらつきの少ない粒径分布、および帯電性の安定化、等を狙いとした重合法によりトナーを製造するが、重合法で製造されたトナーは、粉砕トナーに比べて表面形状の凹凸性が少なく球形度が高く大きなバラツキがないので自己潤滑性が高い。そのためクリーニングブレードの当接部から抜け出しやすい状態となり、クリーニング不良の発生が粉砕トナーと比べてより顕著になる課題があった。また、一般に感光体表面への付着力が強い傾向があるため、クリーニング不良および画像劣化がより顕著になる課題があった。
特開2000−267331号公報 特開2002−023408号公報 特開2000−029297号公報 特開平09−179411号公報 特開平7−49585号公報 特開平11−133665号公報 特開平11−149180号公報 特開2000−292981号公報
したがって、本発明の課題は、現像後の転写残留トナーを充分にかきとることのできるクリーニング性を確保すること、高品質の画像を支障なしに形成できることを両立した静電潜像現像用トナー及びこれを用いた画像形成装置を提供することである。また、本発明は、該トナーを充填したトナー容器、該トナーを含有する現像剤、及び現像剤を用いる画像形成方法、該現像剤を装填した画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。即ち、本発明によれば、上記課題は、本発明の(1)「少なくとも結着樹脂、着色剤を含む静電荷現像用トナーを用いる静電荷像現像法を用い、少なくとも静電荷担持体表面に当接することにより静電荷担持体上に残った未転写トナーをクリーニングする手段を有する静電荷像現像装置に用いられる静電荷現像用トナーであって、前記静電荷像現像用トナーの形状係数SF−1:Aと、3μm以下微粉含有率:Bが下記式を満たすことを特徴とする静電荷像現像用トナー;
Figure 2005010744
Figure 2005010744
」、
(2)「体積平均粒径(Dv)が3.0〜7.0μmあることを特徴とする前記第(1)項に記載の静電荷現像用トナー」、
(3)「該静電荷担持体の回転方向に対してカウンター方向で当接した弾性ゴムブレードでクリーニングする現像装置に用いられる手段を有することを特徴とする前記第(1)項または第(2)項に記載の静電荷像現像用トナー」、
(4)「活性水素基を有する化合物と反応可能な変性ポリエステル樹脂(i)及び活性水素基を有する化合物からなるトナーバインダー成分を含むトナー組成分を、有機溶媒中に溶解又は分散させて溶解物又は分散物を形成し、該溶解物又は分散物を樹脂微粒子を含む水系媒体中で架橋剤及び/又は伸長剤と反応させて反応分散物を得た後、該反応分散物から溶媒を除去すると共に、表面に付着した該樹脂微粒子を洗浄・脱離して得られたものであることを特徴とする前記第(1)項乃至第(3)項の何れかに記載の静電荷像現像用トナー」、
(5)「前記変性ポリエステル樹脂(i)が、ウレア基を有する変性されたポリエステル樹脂であることを特徴とする前記第(4)項に記載の静電荷像現像用トナー」、
(6)「前記トナーバインダー成分が、前記変性ポリエステル樹脂(i)と共に、変性されていないポリエステル樹脂(LL)を含有し、(i)と(LL)の重量比[(i)/(LL)]が5/95〜80/20であることを特徴とする前記第(4)項または第(5)項に記載の静電荷像現像用トナー」、
(7)「前記変性されていないポリエステル樹脂(LL)のピーク分子量が1000〜20000である前記第(6)項に記載の静電荷像現像用トナー」、
(8)「前記変性されていないポリエステル樹脂(LL)の酸価が10〜30mgKOH/gであることを特徴とする前記第(6)項または第(7)項に記載の静電荷像現像用トナー」、
(9)「前記変性されていないポリエステル樹脂(LL)のガラス転移点(Tg)が35〜55℃であることを特徴とする前記第(6)項乃至第(8)項の何れかに記載の静電荷像現像用トナー」、
(10)「少なくともトナーバインダー、着色剤、ワックスを含有する乾式トナーであって、該ワックスは、トナー粒子中に微粒子状で内包され、該トナーの表面近傍から内部に亘って全体に存在し、かつトナーの表面近傍に存在するワックス濃度が、トナーの内部に存在するワックスの濃度よりも大であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(9)項の何れかに記載の静電荷像現像用トナー」、
(11)「前記母体トナーの表面に帯電制御物質を固着させたことを特徴とする前記第(1)項乃至第(10)項の何れかに記載の静電荷像現像用トナー」、
(12)「固体の微粒子分散剤を用いて水系媒体中で10%〜90%の収縮率の体積収縮によって得られることを特徴とする前記第(1)項乃至第(11)項の何かに記載の静電荷像現像用トナー」、
(13)「少なくとも、有機溶媒と結着樹脂と着色剤を含む微小液滴粒子が、樹脂微粒子を含む水系媒体中に分散している分散液から、それに含まれる有機溶媒を除去することによって得られたトナーであることを特徴とする前記第(4)項乃至第(12)項の何れかに記載の静電荷像現像用トナー」により達成される。
また、上記課題は、本発明の(14)「前記第(1)項乃至第(13)項の何れかに記載の静電荷像現像用トナーを充填したことを特徴とするトナー容器」により達成される。
また、上記課題は、本発明の(15)「前記第(1)項乃至第(13)項の何れかに記載の静電荷像現像用トナーを含有することを特徴とする現像剤」により達成される。
また、上記課題は、本発明の(16)「前記第(15)項に記載の現像剤を用いることを特徴とする画像形成方法」により達成される。
また、上記課題は、本発明の(17)「前記第(15)項に記載の現像剤を装填したことを特徴とする画像形成装置」、
(18)「アモルファスシリコン感光体が用いられることを特徴とする前記第(17)項に記載の画像形成装置」、
(19)「前記感光体上の潜像を現像するときに、交互電界を印加することを特徴とする前記第(17)項または第(18)項に記載の画像形成装置」、
(20)「発熱体を具備する加熱体と、前記加熱体と接触するフィルムと、前記フィルムを介して前記加熱体と圧接する加圧部材とを有し、前記フィルムと前記加圧部材の間に未定着画像を形成させた被記録材を通過させて加熱定着する定着装置を搭載することを特徴とする前記第(17)項に記載の画像形成装置」、
(21)「潜像担持体に帯電部材を接触させ、当該帯電部材に電圧を印加することによって帯電を行なう帯電装置を搭載することを特徴とする前記第(17)項に記載の画像形成装置」により達成される。
また、上記課題は、本発明の(22)「感光体と、帯電手段、現像手段、クリーニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジであって、前記現像手段は、現像剤を保持し、該現像剤は、前記第(15)項に記載のものであることを特徴とするプロセスカートリッジ」により達成される。
以下の詳細かつ具体的な説明により明らかなように、現像後の転写残留トナーを充分にかきとることのできるクリーニング性を確保すること、高品質の画像を支障なしに形成できることを両立した静電潜像現像用トナー及びこれを用いた画像形成装置を提供することである。また、本発明は、該トナーを充填したトナー容器、該トナーを含有する現像剤、及び現像剤を用いる画像形成方法、該現像剤を装填した画像形成装置を提供し、効率が良く立ち上がり時間を短縮可能な定着装置を用い、かつオゾン層が低減された帯電装置を採用した画像形成装置を得ることである。
更に、アモルファスシリコン系感光体は、表面硬度が高く、半導体レーザ(770〜800nm)などの長波長光に高い感度を示し、しかも繰返し使用による劣化もほとんど認められないことから、高速複写機やレーザービームプリンタ(LBP)などの電子写真用感光体として用いることができる。
また、前記現像装置によって像担持体上の潜像を現像するときに、直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧が印加するので、ざらつきのない高精細な画像が得られ、上記トナーを用いることにより、画質の優れたプロセスカートリッジを提供することができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、少なくとも結着樹脂、着色剤を含む静電荷現像用トナーを用いる静電荷像現像法を用い、少なくとも静電荷担持体表面に当接することにより静電荷担持体上に残った未転写トナーをクリーニングする手段を有する静電荷像現像装置に用いられる静電荷現像用トナーであって、前記静電荷像現像用トナーの形状係数SF−1:Aと、3μm以下微粉含有率:Bが下記式を満たすものとすることにより、充分なクリーニング性が確保でき、異常画像の発生がなく、さらにこれと両立して、転写不良がなく長期にわたって画像品質が良好であることを見出した。
Figure 2005010744
Figure 2005010744
クリーニング性は、トナー形状、表面性に大きく関与することは前述したとおりであるが、クリーニングブレードを通過しやすい微粉トナー量もまたクリーニング性に大きく関与する。逆に、大粒径トナーになると転写不良等の画像劣化が発生する。したがって、良好なクリーニング性を確保し、かつ転写不良等の画像劣化の発生を抑制するには、平均円形度と微粉含有率に上記式で表わされる範囲の関係にあることが必須であることを本発明において見出した。
トナーの形状係数SF−1が145未満の場合、形状が丸いため微粉量が少なくても多くのトナーが感光体とクリーニングブレードをすり抜けてしまうためクリーニング不良が発生する。またSF−1が155を超えるの場合、形状係数SF−1より微粉がクリーニングに対して支配因子となり、3μm以下微粉含有率が14個数%を超えるとクリーニングブレードからのすり抜けが多くなり長期にわたってクリーニング性が維持できない。SF−1が180より大きい場合、転写率の低下や長期的な画像通紙時のトナー形状変化、特に粉砕して微粉率上昇などが発生し、画像品質が著しく低下してしまう問題がある。したがって、トナーの形状係数SF−1を180以下に制御することが必要である。また、形状係数SF−1が145以上155以下の範囲にあるときは、3μm以下微粉含有率は上記式を満足することが必要である。
重合法により製造されたトナーは表面凹凸性がなめらかである粒子が得られやすく、よりクリーニング性の余裕度が低下することが懸念されるが、上記条件を満たすことで、充分にクリーニング性を確保できる。
上記のように制御されたトナー粒子を用いて現像剤を作製することで、あるいは該現像剤を画像形成装置に搭載することで、現像剤、画像形成装置に固有する課題を解決することができる。具体的には、現像剤ならば感光体とクリーニングブレード間にかかる過大な応力での発熱によりトナー融着によるキャリアへのスペントが発生し、経時的に帯電性が低下する課題を解決することができる。また、画像形成装置ならばクリーニング不良によるクリーニングブレードの劣化、および感光体の劣化、あるいはこれが起因した画像品質劣化を解決することができる。
また、トナーの体積平均粒径(Dv)が3.0〜7.0μmあることが、細線再現性(画像品質)とクリーニング性の両立が図れることから好ましい。
(3μm以下微粉含有率、体積平均粒径、形状係数SF−1の測定法)
本発明において粒子の測定に用いたコールターカウンター及びフロー式粒子像装置の概略を示す。体積平均粒径の測定は、米国コールターエレクトロニクス社製のコールターカウンターTAIIに個数分布,体積分布を出力するインターフェイス(日科機製)及びPC9801パーソナルコンピュータ(NEC製)を接続して用いた。電解液は、1級塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液に調整した。測定方法としては、前記電解液50〜100ml中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩を0.1〜5ml加え、試料を1〜10mg加える。これを、超音波分散機で1分間の分散処理を行ない、別のビーカーに電解水溶液100〜200mlを入れ、その中に前記サンプル分散液を所定の濃度になるように加え、前記コールターカウンターTA−II型によりアパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて個数を基準として2〜40μmの粒子の30000個の粒度分布を測定し、2〜40μmの粒子の体積分布と個数分布を算出し、3μm以下微粉含有率体積平均粒径(Dv:各チャンネルの中央値をチャンネルの代表値とする)を求めた。
本発明におけるトナーの形状係数(SF−1)とは、下記式により表わされるものであり、トナー粒子の球形の度合いを示すものである。
Figure 2005010744
算出されるSF−1値は、トナー粒子の球形具合を示し、100から大きくなるにつれて球形から不定形へと異形化することを意味する。ここで、(トナー粒子の絶対最大長)はトナー粒子の平面への投影像を2本の平行線ではさんだときの平行線間隔の絶対最大長を指す。また、(トナー粒子の投影面積)とはトナー粒子の平面への投影像の面積を指している。
トナー形状係数(SF−1)の測定法であるが、日立製作所製の走査型電子顕微鏡SEM(S−2700)を用いた倍率1000倍に拡大したトナー像を、粒子個数が約100個(以上)となるよう無作為に抽出し、その画像情報をインターフェイスを介してニレコ(株)製の画像解析装置(LuzexAP)に導入して解析を行ない、上式より算出された形状係数(SF−1)を求める手順である。本発明においては、上述の通り、SF−1が小さい場合にはトナーが感光体とクリーニングブレードをすり抜けやすくなるためクリーニング不良が発生しやすい。またSF−1が比較的大きい180を超える場合にはクリーニング性は良好になるが、一般的に転写効率が低下し転写白抜け等の画質劣化が発生するとされる。
(静電荷像現像用トナー)
本発明におけるトナー粒子を製造する方法としては、粉砕法、重合法、等公知の手段が利用できるが、製造されるトナーが請求項の範囲に入るものであればどのような方法を用いても良い。ただし、重合法で製造されたトナーの方が表面形状の凹凸性が少なく、クリーニング不良になりやすい。本発明では、ばらつきの少ない粒径分布、および帯電性の安定化、等を狙いとして重合トナーを用いうるが、本実施形態に使用される重合トナーについて、その詳細を以下より記載する。
[変性ポリエステル樹脂(i)]
本発明における変性ポリエステル樹脂(i)とは、ポリエステル樹脂中に酸、アルコールのモノマーユニットに含まれる官能基とエステル結合以外の結合基が存在したり、またポリエステル樹脂中に構成の異なる樹脂成分が共有結合、イオン結合などで結合した構造を有するものである。
例えば、ポリエステル末端をエステル結合以外のもので反応させたもの、具体的には末端に酸基、水酸基と反応するイソシアネート基などの官能基を導入し、活性水素基含有化合物とさらに反応させ末端を変性したり伸長反応させたものも含まれる。さらに活性水素基が複数存在する化合物であればポリエステル末端同士を結合させたものも含まれる(ウレア変性ポリエステル、ウレタン変性ポリエステルなど)。
また、ポリエステル主鎖中に二重結合などの反応性基を導入し、そこからラジカル重合を起こして側鎖に炭素−炭素結合のグラフト成分を導入したり二重結合同士を橋かけ(架橋)したものも含まれる(スチレン変性、アクリル変性ポリエステルなど)。
また、ポリエステルの主鎖中に構成の異なる樹脂成分を共重合させたり末端のカルボキシル基や水酸基と反応させたもの、例えば末端がカルボキシル基、水酸基、エポキシ基、メルカプト基によって変性されたシリコーン樹脂と共重合させたものも含まれる(シリコーン変性ポリエステルなど)。したがって、本発明における架橋及び/又は伸長は、このような材料の分子内反応及び分子間反応による自己架橋及び/又は自己伸長反応等の各種の分子量増大反応を除外するものではない。以下、具体的に説明する。
[ポリスチレン変性ポリエステル樹脂(i)の合成例]
冷却管、攪拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物724重量部、イソフタル酸200重量部およびフマール酸70重量部、ジブチルチンオキサイド2重量部を入れ、常圧で230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応した後、160℃まで冷却して、これに32重量部の無水フタル酸を加えて2時間反応した。次いで、80℃まで冷却し、酢酸エチル中にてスチレン200重量部、過酸化ベンゾイル1重量部、ジメチルアニリン0.5重量部を加えて2時間反応を行ない、酢酸エチルを蒸留除去し、重量平均分子量92000のポリスチレングラフト変性ポリエステル樹脂(i)を得た。
[ウレア変性ポリエステル樹脂(i)]
ウレア変性されたポリエステル(i)としては、例えばイソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との反応物などが挙げられる。イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)としては、ポリオール(1)とポリカルボン酸(2)の重縮合物でかつ活性水素基を有するポリエステルをさらにポリイソシアネート(3)と反応させたものなどが挙げられる。上記ポリエステルの有する活性水素基としては、水酸基(アルコール性水酸基およびフェノール性水酸基)、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基などが挙げられ、これらのうち好ましいものはアルコール性水酸基である。
ポリオール(1)としては、ジオール(1−1)および3価以上のポリオール(1−2)が挙げられ、(1−1)単独、または(1−1)と少量の(1−2)の混合物が好ましい。
ジオール(1−1)としては、アルキレングリコール(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、1,6−ヘキサンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、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エーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などが挙げられる。
これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。
3価以上のポリオール(1−2)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
ポリカルボン酸(2)としては、ジカルボン酸(2−1)および3価以上のポリカルボン酸(2−2)が挙げられ、(2−1)単独、および(2−1)と少量の(2−2)の混合物が好ましい。
ジカルボン酸(2−1)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸など);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸など);芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸など)などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。
3価以上のポリカルボン酸(2−2)としては、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)などが挙げられる。なお、ポリカルボン酸(2)としては、上述のものの酸無水物または低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いてポリオール(1)と反応させてもよい。
ポリオール(1)とポリカルボン酸(2)の比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、通常2/1〜1/1、好ましくは1.5/1〜1/1、さらに好ましくは1.3/1〜1.02/1である。
ポリイソシアネート(3)としては、脂肪族ポリイソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエートなど);脂環式ポリイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネートなど);芳香族ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなど);芳香脂肪族ジイソシアネート(α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなど);イソシアヌレート類;前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの;およびこれら2種以上の併用が挙げられる。
ポリイソシアネート(3)の比率は、イソシアネート基[NCO]と、水酸基を有するポリエステルの水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、通常5/1〜1/1、好ましくは4/1〜1.2/1、さらに好ましくは2.5/1〜1.5/1である。[NCO]/[OH]が5を超えると低温定着性が悪化する。[NCO]のモル比が1未満では、変性ポリエステル中のウレア含量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
末端にイソシアネート基を有するプレポリマー(A)中のポリイソシアネート(3)構成成分の含有量は、通常0.5〜40重量%、好ましくは1〜30重量%、さらに好ましくは2〜20重量%である。0.5重量%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。また、40重量%を超えると低温定着性が悪化する。
イソシアネート基を有するプレポリマー(A)中の1分子当たりに含有するイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、変性ポリエステル樹脂(i)の分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
アミン類(B)としては、ジアミン(B1)、3価以上のポリアミン(B2)、アミノアルコール(B3)、アミノメルカプタン(B4)、アミノ酸(B5)、および(B1)〜(B5)のアミノ基をブロックしたもの(B6)などが挙げられる。
ジアミン(B1)としては、芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’ジアミノジフェニルメタンなど);脂環式ジアミン(4,4’−ジアミノ−3,3’ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど);および脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)などが挙げられる。
3価以上のポリアミン(B2)としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。アミノアルコール(B3)としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。アミノメルカプタン(B4)としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどが挙げられる。アミノ酸(B5)としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。
(B1)〜(B5)のアミノ基をブロックしたもの(B6)としては、前記(B1)〜(B5)のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリン化合物などが挙げられる。これらアミン類(B)のうち好ましいものは、(B1)および(B1)と少量の(B2)の混合物である。
さらに、必要により伸長停止剤を用いて変性ポリエステル樹脂(i)の分子量を調整することができる。伸長停止剤としては、モノアミン(ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミンなど)、およびそれらをブロックしたもの(ケチミン化合物)などが挙げられる。
アミン類(B)の比率は、イソシアネート基を有するプレポリマー(A)中のイソシアネート基[NCO]と、アミン類(B)中のアミノ基[NHx]の当量比[NCO]/[NHx]として、通常1/2〜2/1、好ましくは1.5/1〜1/1.5、さらに好ましくは1.2/1〜1/1.2である。[NCO]/[NHx]が2を超えたり1/2未満では、ウレア変性ポリエステル樹脂(i)の分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。本発明においては、変性されたポリエステル樹脂(i)中に、ウレア結合と共にウレタン結合を含有していてもよい。ウレア結合含有量とウレタン結合含有量のモル比は、通常100/0〜10/90であり、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは、60/40〜30/70である。ウレア結合のモル比が10%未満では、耐ホットオフセット性が悪化する。
本発明の変性ポリエステル樹脂(i)は、ワンショット法、プレポリマー法により製造される。変性ポリエステル樹脂(i)の重量平均分子量は、通常1万以上、好ましくは2万〜1000万、さらに好ましくは3万〜100万である。1万未満では耐ホットオフセット性が悪化する。変性ポリエステル樹脂(i)の数平均分子量は、後述の変性されていないポリエステル樹脂(LL)を用いる場合は特に限定されるものではなく、前記重量平均分子量とするのに得やすい数平均分子量でよい。変性ポリエステル樹脂(i)単独の場合は、数平均分子量は、通常20000以下、好ましくは1000〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。20000を超えると低温定着性およびフルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
[変性されていないポリエステル樹脂(LL)]
本発明においては、前記変性されたポリエステル樹脂(i)単独使用だけでなく、この(i)と共に、変性されていないポリエステル樹脂(LL)をトナーバインダー樹脂成分として含有させることもできる。(LL)を併用することで、低温定着性およびフルカラー装置に用いた場合の光沢性が向上し、単独使用より好ましい。(LL)としては、前記(i)のポリエステル成分と同様なポリオール(1)とポリカルボン酸(2)との重縮合物などが挙げられ、好ましいものも(i)と同様である。また、(i)と(LL)は少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。したがって、(i)のポリエステル成分と(LL)のポリエステル成分とは類似の組成が好ましい。(LL)を含有させる場合の(i)と(LL)の重量比は、通常5/95〜80/20、好ましくは5/95〜30/70、さらに好ましくは5/95〜25/75、特に好ましくは7/93〜20/80である。(i)の重量比が5%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。
変成されていないポリエステル樹脂(LL)のピーク分子量は、通常1000〜20000、好ましくは1500〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。1000未満では耐熱保存性が悪化し、10000を超えると低温定着性が悪化する。(LL)の水酸基価は5mgKOH/g以上であることが好ましく、さらに好ましくは10〜120mgKOH/g、特に好ましくは20〜80mgKOH/gである。5未満では耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。(LL)の酸価は好ましくは10〜30mgKOH/gである。酸価を持たせることで負帯電性となりやすく、さらに定着性が良好になる傾向がある。
本発明において、変成されていないポリエステル樹脂(LL)のガラス転移点(Tg)は通常35〜55℃、好ましくは40〜55℃である。これは、トナーの耐熱保存性と低温定着性の両立が可能となる。変性ポリエステル樹脂(i)の共存により、本発明の乾式トナーにおいては、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。
本発明において、トナーバインダー樹脂の貯蔵弾性率としては、測定周波数20Hzにおいて10000dyne/cmとなる温度(TG’)が、通常100℃以上、好ましくは110〜200℃である。100℃未満では耐ホットオフセット性が悪化する。トナーバインダー樹脂の粘性としては、1000ポイズとなる温度(Tη)が、通常180℃以下、好ましくは90〜160℃である。180℃を超えると低温定着性が悪化する。すなわち、低温定着性と耐ホットオフセット性の両立の観点から、TG’はTηより高いことが好ましい。言い換えるとTG’とTηの差(TG’−Tη)は0℃以上が好ましい。さらに好ましくは10℃以上であり、特に好ましくは20℃以上である。差の上限は特に限定されない。また、耐熱保存性と低温定着性の両立の観点から、TηとTgの差は0〜100℃が好ましい。さらに好ましくは10〜90℃であり、特に好ましくは20〜80℃である。
(着色剤)
本発明のトナーの着色剤としては公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL 、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B 、ポグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15重量%、好ましくは3〜10重量%である。
本発明で用いる着色剤は樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。
マスターバッチの製造またはマスターバッチとともに混練されるバインダー樹脂としては、先にあげた変性、或いは変性されていないポリエステル樹脂の他に、ポリスチレン、ポリp−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の重合体;スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族叉は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが挙げられ、単独あるいは混合して使用できる。
該マスターバッチはマスターバッチ用の樹脂と着色剤とを高せん断力をかけて混合、混練してマスターバッチを得ることができる。この際着色剤と樹脂の相互作用を高めるために、有機溶剤を用いることができる。またいわゆるフラッシング法と呼ばれる着色剤の水を含んだ水性ペーストを樹脂と有機溶剤とともに混合混練し、着色剤を樹脂側に移行させ、水分と有機溶剤成分を除去する方法も着色剤のウエットケーキをそのまま用いることができるため乾燥する必要がなく、好ましく用いられる。混合混練するには3本ロールミル等の高せん断分散装置が好ましく用いられる。
(ワックス)
本発明者らは、ワックス粒子が適度な粒子径で安定して分散されるトナー及びトナーの製造方法を見い出した。これは、O/W型エマルジョン中で、疎水性のワックスは、周囲の水の影響を受け、同様に疎水性のバインダー樹脂の方に追いやられ、さらに、溶解して柔らかい状態にある疎水性のバインダー樹脂成分中に浸透するが、浸透速度をあまり上げない(あまりに高い溶解性の溶媒を使用したり、特にあまりに高く加熱しない)方が好ましい。その結果、同じ疎水性とは云え極性基の部位の多さに違いのあるトナーバインダーへの浸透程度には深度方向にある種の勾配が生じ、かつ、バインダー(特に、変性されたポリエステル)において極性基の結合部分がワックスとの界面において負吸着を起こし、極性の低いワックスを安定して分散させるようになるからと考えられる。さらに、特に、トナー組成物を有機溶剤に溶解/又は膨潤分散し、水系媒体中で分散させてトナー粒子を得るこの方法においては、例えば、35℃〜45℃で30〜120分間放置することによって、極性の高い結合部分が水と若干の親和性を示してトナー表面付近に選択的に移行するものの、ワックス粒子が表面に露出するのを妨げるという作用も発揮される。
該トナーの表面近傍から内部に亘って存在し、かつそのワックスのうち、トナーの表面近傍に存在するワックス濃度が、トナーの内部に存在するワックスの濃度よりも大であることにより、定着時に充分なワックスが染み出すことが可能となり、定着オイルを必要としない、いわゆるオイルレス定着が特に光沢のあるカラートナーにおいても可能となる。その一方で、トナーの中心に近い部分に多くのワックスが存在しても、定着時に充分なワックスが染み出すことが困難となる。本発明者らは、定着後のトナーと転写紙の断面観察の結果、トナーの内部に存在するワックスは、トナー中に残存していることを確認し、この事実からも実証された。さらに通常の使用条件下ではトナーの表面に存在するワックスが少ないため、耐久性、安定性や保存性にも優れる。
また、トナー表面から、トナーの中心方向に向かって、トナー表面上の任意の点とトナー中心を1:2に内分する点までの深さまでの部分に存在するワックスの占める断面積割合が、5〜40%であること、特にワックスがトナーの表面近傍に全ワックスの70個数%以上分散して存在することにより、このような傾向は一層著しくなる。
トナーの表面近傍から内部に亘って存在するワックスのうち、トナーの表面近傍に存在するワックス濃度が、トナーの内部に存在するワックスの濃度よりも少ない場合、及び特に、トナー表面から、トナーの中心方向に向かって、トナー表面上の任意の点とトナー中心を1:2に内分する点までの深さまでの部分に存在するワックスの占める断面積割合が、5%よりも少ない場合には、トナーの内部にたとえ多量のワックスが存在しても、定着時にトナーの表面からワックスが染み出すことが困難となることがあり、耐ホットオフセット性が不充分になることがあり、また、40%よりも多い場合には、トナーの表面からワックスが染み出しやすくなり、耐熱性や、耐久性の面で不充分になることがある。
更に、トナーの表面近傍に全ワックスの70個数%以上分散して存在することで、確実に定着時に充分なワックスが染み出すことが可能となり、充分なオイルレス定着が可能となる。
本発明のトナー中に存在するワックス分散径の分布は、0.1〜3μmの粒子が70個数%以上、より好ましくは1μm〜2μmの粒子が70個数%以上である。0.1μmより小さい粒子が多いと、定着時にトナーの表面からワックスが染み出すことが困難となり充分な離型性を発現できない。また、3μmより大きい粒子が多いと、トナーの表面からワックスが染み出しやすくなり、凝集性を示して流動性が悪化したり、フィルミングを生じたりするばかりか、カラートナーにおいては色再現性や光沢性を著しく低下させてしまう。
本発明においては、ワックスの最大方向の粒径をもってワックス分散径とした。具体的には、トナーをエポキシ樹脂に包埋して約100μmに超薄切片化し、四酸化ルテニウムにより染色した後、透過型電子顕微鏡(TEM)により倍率10000倍でトナーの断面観察を行ない、写真撮影し、この写真20点(20個のトナー)を画像評価することにより、ワックスの分散状態を観察し分散径を測定した。
トナー表面から、トナーの中心方向に向かって、トナー表面上の任意の点とトナー中心を1:2に内分する点までの深さまでの部分のワックスの占有面積割合は、トナー表面から、トナーの中心方向に向かって、トナー表面上の任意の点とトナー中心を1:2に内分する点までの深さまでの部分のワックスの存在割合を、面積比で求める。トナー表面には存在せずにトナーの表面近傍に存在するワックスとは、前記写真におけるトナー粒子の表面と中心の部分との距離の中間部分(2等分した中間点)を結んだ曲線よりもトナーの表面側に存在していることを示す(但し、表面と中心の部分との距離の中間部分を結んだ曲線上にワックスが存在する場合は、中央側に存在すると判断する)。
本発明においては、トナーの表面近傍、トナーの内部に存在するワックスの濃度を公知の測定方法に基づいて直接測定しても良いが、より簡便な方法として、トナー断面におけるワックスの面積の占有割合によって、トナーの表面近傍に存在するワックスの割合、トナーの内部に存在するワックスの割合を測定している。
なお、本発明において、トナーの表面近傍とは、トナー表面から、トナーの中心方向に向かって、トナー表面上の任意の点とトナー中心を1:2に内分する点までの深さまでを表わし、トナーの内部とは、トナー表面から、トナーの中心方向に向かって、トナー表面上の任意の点とトナー中心を1:2に内分する点からトナーの中心までを表わす。
本発明においては、トナー中のワックス含有量が、樹脂成分100重量%に対して3〜10重量%であることがより好ましい。トナー全量に対するワックス量が3%未満だと、定着時には、定着部材表面でワックスがしみ出して定着部材にくっつかないようにしているが、ワックス量が少ないため、ワックスによる離型効果がなくなり、そのため、ホットオフセットの余裕度がなくなることがある。一方、10%を超えると、ワックスは低温で溶融するため、熱エネルギー、機械エネルギーの影響を受けやすく、現像部でのキャリアとの攪拌時に、ワックスがトナー表面から離脱し、キャリア表面に付着し、キャリアの帯電能を低下させてしまうことがある。
ワックスとしては公知のものが使用でき、例えばポリオレフィンワッックス(ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなど);長鎖炭化水素(パラフィンワッックス、サゾールワックスなど);カルボニル基含有ワックスなどが挙げられる。これらのうち好ましいものは、カルボニル基含有ワックスである。カルボニル基含有ワックスとしては、ポリアルカン酸エステル(カルナバワックス、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など);ポリアルカノールエステル(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);ポリアルカン酸アミド(エチレンジアミンジベヘニルアミドなど);ポリアルキルアミド(トリメリット酸トリステアリルアミドなど);およびジアルキルケトン(ジステアリルケトンなど)などが挙げられる。これらカルボニル基含有ワックスのうち好ましいものは、ポリアルカン酸エステルである。
本発明で用いるワックスの融点は、通常40〜160℃であり、好ましくは50〜120℃、さらに好ましくは60〜90℃である。融点が40℃未満のワックスは耐熱保存性に悪影響を与え、160℃を超えるワックスは低温での定着時にコールドオフセットを起こしやすい。また、ワックスの溶融粘度は、融点より20℃高い温度での測定値として、5〜1000cpsが好ましく、さらに好ましくは10〜100cpsである。1000cpsを超えるワックスは、耐ホットオフセット性、低温定着性への向上効果に乏しい。トナー中のワックスの含有量は通常0〜40重量%であり、好ましくは3〜30重量%である。
(帯電制御剤)
本発明のトナーは、必要に応じて帯電制御物質を含有してもよい。特に帯電制御物質を、トナーの表面に固着させることで、高い帯電量を付与することが可能となる。すなわち、トナーの表面に固着させることで、トナー表面での存在量や存在状態が安定し、帯電量を安定化することができる。特に本発明の構成からなるトナーにおいては帯電量の安定性が高まる。
帯電制御物質としては公知のものが使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩、及びサリチル酸誘導体の金属塩等である。
具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、第四級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、第四級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、第四級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、第四級アンモニウム塩のコピーチャージNEG VP2036、コピーチャージNX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、四級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。
本発明において帯電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダー樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5重量部の範囲がよい。10重量部を越える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、主帯電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
これらの帯電制御剤、離型剤はマスターバッチ、樹脂とともに溶融混練することもできるし、もちろん有機溶剤に溶解、分散する際に加えても良い。
また,感光体や一次転写媒体に残存する転写後の現像剤を除去するためにクリーニング性向上剤を含有させてもよく、該クリーニング性向上剤としては、例えばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸など脂肪酸金属塩、例えばポリメチルメタクリレート微粒子、ポリスチレン微粒子などのソープフリー乳化重合などによって製造されたポリマー微粒子などを挙げることができる。ポリマー微粒子は比較的粒度分布が狭く、体積平均粒径が0.01〜1μmのものが好ましい。
(樹脂微粒子)
本発明で使用される樹脂微粒子は、水性分散体を形成しうる樹脂であれば使用でき、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよい。このようなものとしては、例えば、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ケイ素系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。樹脂微粒子としては、上記の樹脂を2種以上併用したものであっても差し支えない。これらのうち好ましいのは、微細球状樹脂粒子の水性分散体が得られやすい点から、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びそれらを併用した樹脂からなるものが好ましい。
ビニル系樹脂としては、ビニル系モノマーを単独重合また共重合したポリマーで、例えば、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体、(メタ)アクリル酸−アクリル酸エステル重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体等が挙げられる。樹脂微粒子の平均粒径は5〜2000nm、好ましくは20〜300nmである。
(外添剤)
本発明で得られた着色粒子の流動性や現像性、帯電性を補助するための外添剤としては、無機微粒子を好ましく用いることができる。この無機微粒子の一次粒子径は、5mμ〜2mμであることが好ましく、特に5mμ〜500mμであることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500m/gであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01〜5重量%であることが好ましく、特に0.01〜2.0重量%であることが好ましい。無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。
この他高分子系微粒子たとえばソープフリー乳化重合や懸濁重合、分散重合によって得られるポリスチレン、メタクリル酸エステルやアクリル酸エステル共重合体やシリコーン、ベンゾグアナミン、ナイロンなどの重縮合系、熱硬化性樹脂による重合体粒子が挙げられる。
このような外添剤は表面処理を行なって、疎水性を上げ、高湿度下においても流動特性や帯電特性の悪化を防止することができる。例えばシランカップリング剤、シリル化剤、フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤、有機チタネート系カップリング剤、アルミニウム系のカップリング剤、シリコーンオイル、変性シリコーンオイルなどが好ましい表面処理剤として挙げられる。
感光体や一次転写媒体に残存する転写後の現像剤を除去するためのクリーニング性向上剤としては、例えばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸など脂肪酸金属塩、例えばポリメチルメタクリレート微粒子、ポリスチレン微粒子などのソープフリー乳化重合などによって製造された、ポリマー微粒子などを挙げることかできる。ポリマー微粒子は比較的粒度分布が狭く、体積平均粒径が0.01から1μmのものが好ましい。
(製造方法)
本発明の乾式トナーの製法を例示する。
トナーバインダー樹脂は以下の方法などで製造することができる。
ポリオール(1)とポリカルボン酸(2)を、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150 〜280℃に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を溜去して、水酸基を有するポリエステルを得る。次いで40〜140℃にて、これにポリイソシアネート(3)を反応させ、イソシアネート基を有するプレポリマー(A)を得る。さらに該プレポリマー(A)にアミン類(B)を0〜140℃にて反応させ、変性されたポリエステル樹脂(i)を得る。(3)を反応させる際および(A)と(B)を反応させる際には、必要により溶剤を用いることもできる。使用可能な溶剤としては、芳香族溶剤(トルエン、キシレンなど);ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど);エステル類(酢酸エチルなど);アミド類(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなど)およびエーテル類(テトラヒドロフランなど)などのイソシアネート(3)に対して不活性なものが挙げられる。
ウレア結合で変性されていないポリエステル樹脂(LL)を併用する場合は、水酸基を有するポリエステルと同様な方法で(LL)を製造し、これを前記(i)の反応完了後の溶液に溶解し、混合する。
乾式トナーは以下の方法で製造することができるが勿論これらに限定されることはない。
(溶融混練粉砕法)
変性ポリエステル樹脂(i)を含むトナーバインダー樹脂、帯電制御剤および顔料などのトナー成分を機械的に混合する。この混合工程は、回転させる羽による通常の混合機などを用いて通常の条件で行なえばよく、特に制限はない。
以上の混合工程が終了したら、次いで混合物を混練機に仕込んで溶融混練する。溶融混練機としては、一軸、二軸の連続混練機や、ロールミルによるバッチ式混練機を用いることができる。この溶融混練は、トナーバインダー樹脂の分子鎖の切断を招来しないような適正な条件で行なうことが重要である。具体的には、溶融混練温度は、トナーバインダー樹脂の軟化点を参考に行なうべきであり、軟化点より低温過ぎると切断が激しく、高温過ぎると分散が進まない。
以上の溶融混練工程が終了したら、次いで混練物を粉砕する。この粉砕工程においては、まず粗粉砕し、次いで微粉砕することが好ましい。この際ジェット気流中で衝突板に衝突させて粉砕したり、機械的に回転するローターとステーターの狭いギャップで粉砕する方式が好ましく用いられる。
この粉砕工程が終了した後に、粉砕物を遠心力などで気流中で分級し、もって所定の粒径例えば平均粒径が5〜20μmのトナーを製造する。
また、トナーを調製する際には、トナーの流動性や保存性、現像性、転写性を高めるために、以上のようにして製造されたトナーにさらに先に挙げた疎水性シリカ微粉末等の無機微粒子を添加混合する。外添加剤の混合は一般の粉体の混合機が用いられるがジャケット等装備して、内部の温度を調節できることが好ましい。外添加剤に与える負荷の履歴を変えるには、途中または漸次外添加剤を加えていけばよい。もちろん混合機の回転数、転動速度、時間、温度などを変化させてもよい。はじめに強い負荷を、次に比較的弱い負荷を与えても良いし、その逆でも良い。
使用できる混合設備の例としては、V型混合機、ロッキングミキサー、レーディゲミキサー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサーなどが挙げられる。
得られたトナーを球形化するにはトナーバインダー樹脂、着色剤からなるトナー材料を溶融混練後、微粉砕したものをハイブリタイザー、メカノフュージョンなどを用いて機械的に球形化する方法や、いわゆるスプレードライ法と呼ばれるトナー材料をトナーバインダーが可溶な溶剤に溶解分散後、スプレードライ装置を用いて脱溶剤して球形トナーを得る方法。また、水系媒体中で加熱することにより球形化する方法などが挙げられるがこれに限定されるものではない。
(水系媒体中でのトナー製造法)
本発明に用いる水系媒体としては、水単独でもよいが、水と混和可能な溶剤を併用することもできる。混和可能な溶剤としては、アルコール(メタノール、イソプロパノール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などが挙げられる。
トナー粒子は、水系媒体中でイソシアネート基を有するプレポリマー(A)からなる分散体を、(B)と反応させて形成しても良いし、あらかじめ製造した変性ポリエステル樹脂(i)を用いても良い。水系媒体中で変性ポリエステル樹脂(i)やプレポリマー(A)からなる分散体を安定して形成させる方法としては、水系媒体中に変性ポリエステル樹脂(i)やプレポリマー(A)からなるトナー原料の組成物を加えて、せん断力により分散させる方法などが挙げられる。プレポリマー(A)と他のトナー組成物(以下トナー原料と呼ぶ)である着色剤、着色剤マスターバッチ、離型剤、荷電制御剤、変性されていないポリエステル樹脂(LL)などは、水系媒体中で分散体を形成させる際に混合してもよいが、あらかじめトナー原料を混合した後、水系媒体中にその混合物を加えて分散させたほうがより好ましい。また、本発明においては、着色剤、離型剤、帯電制御剤などの他のトナー原料は、必ずしも、水系媒体中で粒子を形成させるときに混合しておく必要はなく、粒子を形成せしめた後、添加してもよい。たとえば、着色剤を含まない粒子を形成させた後、公知の染着の方法で着色剤を添加することもできる。
(固体微粒子分散剤)
また、水相中に予め固体の微粒子分散剤を添加しておくことで、水相中での油滴の分散が均一化する。これは、分散時に油滴の表面に固体微粒子分散剤が配置するようになり、油滴の分散が均一化するとともに、油滴同士の合一が防止され、粒度分布のシャープなトナーが得られるようになる。
固体微粒子分散剤は、水系媒体中で水に難溶の固体状で存在するものであり、平均粒径が0.01〜1μmの無機微粒子が好ましい。
無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。
更に好ましくはリン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、コロイド状酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイトなども用いることができる。特に水中でリン酸ナトリウムと塩化カルシウムを塩基性条件下で反応させて合成したヒドロキシアパタイトが好ましい。
分散の方法としては特に限定されるものではないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波などの公知の設備が適用できる。分散体の粒径を2〜20μmにするために高速せん断式が好ましい。高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は特に限定はないが、通常1000〜30000rpm 、好ましくは5000〜20000rpmである。分散時間は特に限定はないが、バッチ方式の場合は、通常0.1〜5分である。分散時の温度としては、通常、0〜150℃(加圧下)、好ましくは40〜98℃である。高温なほうが、変性ポリエステル樹脂(i)やプレポリマー(A)からなる分散体の粘度が低く、分散が容易な点で好ましい。
変性ポリエステル樹脂(i)やプレポリマー(A)を含むトナー組成物100重量部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。50重量部未満ではトナー組成物の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。20000重量部を超えると経済的でない。また、必要に応じて、分散剤を用いることもできる。分散剤を用いたほうが、粒度分布がシャープになるとともに分散が安定である点で好ましい。
トナー組成物が分散された油性相を水が含まれる液体に乳化、分散するための分散剤としてアルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルなどの陰イオン界面活性荊、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウムなどの四級アンモニウム塩型の陽イオン界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやN −アルキル−N ,N −ジメチルアンモニウムべタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
また、フルオロアルキル基を有する界面活性剤を用いることにより、非常に少量でその効果を上げることができる。好ましく用いられるフルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤としては、炭素数2〜10のフルオロアルキルカルボン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[オメガ−フルオロアルキル(C6〜C11)オキシ]−1−アルキル(C3〜C4)スルホン酸ナトリウム、3−[オメガ−フルオロアルカノイル(C6〜C8)−N−エチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜C20)カルボン酸及びその金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜C13)及びその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜C12)スルホン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、N−プロピル−N−(2ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜C10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜C16)エチルリン酸エステルなどが挙げられる。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−l29(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−l02、(タイキン工莱社製)、メガファックF−ll0、F−l20、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、l03、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などが挙げられる。
また、カチオン界面活性剤としては、フルオロアルキル基を有する脂肪族一級、二級もしくは三級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6−C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩などの脂肪族4級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩、商品名としてはサーフロンS−l21(旭硝子社製)、フロラードFC−135(住友3M社製)、ユニダインDS−202(ダイキンエ業杜製)、メガファックF−150、F−824(大日本インキ社製)、エクトップEF−l32(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−300(ネオス社製)などが挙げられる。
また、水に難溶の無機化合物分散剤としてリン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイトなども用いることができる。
また、高分子系保護コロイドにより分散液滴を安定化させても良い。例えばアクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマール酸、マレイン酸または無水マレイン酸などの酸類、あるいは水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体、例えばアクリル酸β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸β−ヒドロキシエチル、アクリル酸β−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸3−クロロ2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロ−ルメタクリルアミドなど、ビニルアルコールまたはビニルアルコールとのエーテル類、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテルなど、またはビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニルなど、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドあるいはこれらのメチロール化合物、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどの酸クロライド類、ビニルビリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミンなどの窒素原子、またはその複素環を有するものなどのホモポリマーまたは共重合体、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフエニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステルなどのポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類などが使用できる。
なお、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能な物質を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩等を溶解した後、水洗するなどの方法によって、微粒子からリン酸カルシウム塩等を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
分散剤を使用した場合には、該分散剤がトナー粒子表面に残存したままとすることもできるが、伸長および/または架橋反応後、洗浄除去するほうがトナーの帯電面から好ましい。
さらに、トナー組成物の粘度を低くするために、変性ポリエステル樹脂(i)やプレポリマー(A)が可溶の溶剤を使用することもできる。溶剤を用いたほうが、粒度分布がシャープになる点で好ましい。該溶剤は沸点が100℃未満の揮発性であることが、除去が容易である点から好ましい。該溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2 種以上組み合わせて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。
プレポリマー(A)100重量部に対する溶剤の使用量は、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100重量部、さらに好ましくは25〜70重量部である。溶剤を使用した場合は、伸長および/または架橋反応後、常圧または減圧下にて加温し除去する。
伸長および/または架橋反応時間は、プレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)の組み合わせによる反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは2〜24 時間である。反応温度は、通常、0〜150℃、好ましくは40〜98℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどが挙げられる。
所望の形状を得るためには、得られた伸長及び/又は架橋反応後の分散液(反応液)から脱溶剤に先立ち、この分散液にホモミキサー、エバラマイルダー、攪拌機を備えた攪拌槽などのせん断力を与える装置を使用して、実質球形状を有する粒子を紡錘形状に変形させ、その後該分散液から溶媒をバインダー樹脂のTg以下で除去する工程を設けることにより粒子を固定化させて、所望の形状トナーの作製が可能となる。
せん断力を調整する方法は、装置の処理時間や処理回数、分散液の温度、粘度、粒子中の有機溶媒の濃度等が挙げられる。また、粒子自身も、粒子表面の樹脂微粒子の被覆率、活性水素基を有する化合物との反応度等の違いにより、せん断力による変形の度合いも異なり得られる形状に差が出る。
得られた乳化分散体から有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に昇温し、液滴中の有機溶媒を完全に蒸発除去する方法を採用することができる。あるいはまた、乳化分散体を乾燥雰囲気中に噴霧して、液滴中の非水溶性有機溶媒を完全に除去してトナー微粒子を形成し、合わせて水系分散剤を蒸発除去することも可能である。乳化分散体が噴霧される乾燥雰囲気としては、空気、窒素、炭酸ガス、燃焼ガス等を加熱した気体、特に使用される最高沸点溶媒の沸点以上の温度に加熱された各種気流が一般に用いられる。スプレイドライアー、ベルトドライアー、ロータリーキルンなどの短時間の処理で充分目的とする品質が得られる。
また、形状を与えるために、水系媒体中で体積収縮率が10〜90%の体積収縮工程を有する製造法において、固体の微粒子分散剤を用いることが重要である。ここで体積収縮率は、水系媒体中に乳化分散する前のトナー組成物が分散された油相(分散相)の容積をVo、乳化分散し揮発成分を除去した後の分散相の体積をVtとして、体積収縮率=(1−Vt/Vo)×100で表わされ、乳化前と乳化分散を経て粒子化された後の特性変化を測定する。
具体的には、次に例示するような方法によって求めることができる。
(1)乳化前の油相と得られたトナーの重量と真比重を測定する方法
(2)水系媒体中に乳化分散した後の液滴と揮発成分を除去した粒子の平均粒径を測定し、体積換算する方法
体積収縮率が10〜90%の範囲を外れると、粒子形状が不定形となるため好ましくない。また、より好ましい範囲は30〜70%である。
乳化分散時の粒度分布が広く、その粒度分布を保って洗浄、乾燥処理が行なわれた場合、所望の粒度分布に分級して粒度分布を整えることができる。分級操作は液中でサイクロン、デカンター、遠心分離等により、微粒子部分を取り除くことができる。もちろん乾燥後に粉体として取得した後に分級操作を行なっても良いが、液体中で行なうことが効率の面で好ましい。得られた不要の微粒子、または粗粒子は再び混練工程に戻して粒子の形成に用いることができる。その際微粒子、または粗粒子はウェットの状態でも構わない。
用いた分散剤は得られた分散液からできるだけ取り除くことが好ましいが、先に述べた分級操作と同時に行なうのが好ましい。
得られた乾燥後のトナーの粉体と離型剤微粒子、帯電制御性微粒子、流動化剤微粒子、着色剤微粒子などの異種粒子とともに混合したり、混合粉体に機械的衝撃力を与えることによって表面で固定化、融合化させ、得られる複合体粒子の表面からの異種粒子の脱離を防止することができる。
具体的手段としては、高速で回転する羽根によって混合物に衝撃力を加える方法、高速気流中に混合物を投入し、加速させ、粒子同士または複合化した粒子を適当な衝突板に衝突させる方法などがある。装置としては、オングミル(ホソカワミクロン社製)、I式ミル(日本ニューマチック社製)を改造して、粉砕エアー圧カを下げた装置、ハイブリダイゼイションシステム(奈良機械製作所社製)、クリプトロンシステム(川崎重工業社製)、自動乳鉢などが挙げられる。
(現像剤)
本発明のトナーを二成分系現像剤に用いる場合には、磁性キャリアと混合して用いれば良く、現像剤中のキャリアとトナーの含有比は、キャリア100重量部に対してトナー1〜10重量部が好ましい。磁性キャリアとしては、粒子径20〜200μm程度の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリアなど従来から公知のものが使用できる。
また、キャリアは樹脂等で被覆してもよく、該被覆材料としては、アミノ系樹脂、例えば尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。またポリビニルおよびポリビニリデン系樹脂、例えばアクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリスチレン樹脂およびスチレン−アクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル等のハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂およびポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ弗化ビニル樹脂、ポリ弗化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、弗化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体、弗化ビニリデンと弗化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンと弗化ビニリデンと非弗化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、およびシリコーン樹脂等が使用できる。
また、必要に応じて、導電粉等を被覆樹脂中に含有させてもよい。導電粉としては、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛等が使用できる。これらの導電粉は、平均粒子径1μm以下のものが好ましい。平均粒子径が1μmよりも大きくなると、電気抵抗の制御が困難になる。
また、本発明のトナーはキャリアを使用しない1x成分系の磁性トナー或いは、非磁性トナーとしても用いることができる。
(アモルファスシリコン感光体)
本発明に用いられる電子写真用感光体として、導電性支持体を50℃〜400℃に加熱し、該支持体上に真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、熱CVD法、光CVD法、プラズマCVD法等の成膜法によりa−Siからなる光導電層を有するアモルファスシリコン感光体(以下、「a−Si系感光体」と称する。)を用いることができる。なかでもプラズマCVD法、すなわち、原料ガスを直流または高周波あるいはマイクロ波グロー放電によって分解し、支持体上にa−Si堆積膜を形成する方法が好適なものとして用いられている。
(層構成)
アモルファスシリコン感光体の層構成は例えば以下のようなものである。図3は、層構成を説明するための模式的構成図である。図3(a)に示す電子写真用感光体(500)は、支持体(501)の上にa−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層(502)が設けられている。図3(b)に示す電子写真用感光体(500)は、支持体(501)の上に、a−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層(502)と、アモルファスシリコン系表面層(503)とから構成されている。図3(c)に示す電子写真用感光体(500)は、支持体(501)の上に、a−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層(502)と、アモルファスシリコン系表面層(503)と、アモルファスシリコン系電荷注入阻止層(504)とから構成されている。図3(d)に示す電子写真用感光体(500)は、支持体(501)の上に、光導電層(502)が設けられている。該光導電層(502)はa−Si:H,Xからなる電荷発生層(505)ならびに電荷輸送層(506)とからなり、その上にアモルファスシリコン系表面層(503)が設けられている。
(支持体)
感光体の支持体は、導電性でも電気絶縁性であってもよい。導電性支持体としては、Al、Cr、Mo、Au、In、Nb、Te、V、Ti、Pt、Pd、Fe等の金属、およびこれらの合金、例えばステンレス等が挙げられる。また、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド等の合成樹脂のフィルムまたはシート、ガラス、セラミック等の電気絶縁性支持体の少なくとも感光層を形成する側の表面を導電処理した支持体も用いることができる。
支持体の形状は平滑表面あるいは凹凸表面の円筒状または板状、無端ベルト状であることができ、その厚さは、所望通りの画像形成装置用感光体を形成し得るように適宜決定するが、画像形成装置用感光体としての可撓性が要求される場合には、支持体としての機能が充分発揮できる範囲内で可能な限り薄くすることができる。しかしながら、支持体は製造上および取り扱い上、機械的強度等の点から通常は10μm以上とされる。
(注入防止層)
本発明に用いることができるアモルファスシリコン感光体には必要に応じて導電性支持体と光導電層との間に、導電性支持体側からの電荷の注入を阻止する働きのある電荷注入阻止層を設けるのがいっそう効果的である(図3(c))。すなわち、電荷注入阻止層は感光層が一定極性の帯電処理をその自由表面に受けた際、支持体側より光導電層側に電荷が注入されるのを阻止する機能を有し、逆の極性の帯電処理を受けた際にはそのような機能が発揮されない、いわゆる極性依存性を有している。そのような機能を付与するために、電荷注入阻止層には伝導性を制御する原子を光導電層に比べ比較的多く含有させる。
電荷注入阻止層の層厚は所望の電子写真特性が得られること、及び経済的効果等の点から好ましくは0.1〜5μm、より好ましくは0.3〜4μm、最適には0.5〜3μmとされるのが望ましい。
(光導電層)
光導電層は必要に応じて下引き層上に形成され、光導電層(502)の層厚は所望の電子写真特性が得られること及び経済的効果等の点から適宜所望にしたがって決定され、好ましくは1〜100μm、より好ましくは20〜50μm、最適には23〜45μmとされるのが望ましい。
(電荷輸送層)
電荷輸送層は、光導電層を機能分離した場合の電荷を輸送する機能を主として奏する層である。この電荷輸送層は、その構成要素として少なくともシリコン原子と炭素原子と弗素原子とを含み、必要であれば水素原子、酸素原子を含むa−SiC(H、F、O)からなり、所望の光導電特性、特に電荷保持特性,電荷発生特性および電荷輸送特性を有する。本発明においては酸素原子を含有することが特に好ましい。
電荷輸送層の層厚は所望の電子写真特性が得られることおよび経済的効果などの点から適宜所望にしたがって決定され、電荷輸送層については、好ましくは5〜50μm、より好ましくは10〜40μm、最適には20〜30μmとされるのが望ましい。
(電荷発生層)
電荷発生層は、光導電層を機能分離した場合の電荷を発生する機能を主として奏する層である。この電荷発生層は、構成要素として少なくともシリコン原子を含み、実質的に炭素原子を含まず、必要であれば水素原子を含むa−Si:Hから成り、所望の光導電特性、特に電荷発生特性,電荷輸送特性を有する。
電荷発生層の層厚は所望の電子写真特性が得られることおよび経済的効果等の点から適宜所望にしたがって決定され、好ましくは0.5〜15μm、より好ましくは1〜10μm、最適には1〜5μmとされる。
(表面層)
本発明に用いることができるアモルファスシリコン感光体には必要に応じて、上述のようにして支持体上に形成された光導電層の上に、更に表面層を設けることができ、アモルファスシリコン系の表面層を形成することが好ましい。この表面層は自由表面を有し、主に耐湿性、連続繰り返し使用特性、電気的耐圧性、使用環境特性、耐久性において本発明の目的を達成するために設けられる。
本発明における表面層の層厚としては、通常0.01〜3μm、好適には0.05〜2μm、最適には0.1〜1μmとされるのが望ましいものである。層厚が0.01μmよりも薄いと感光体を使用中に摩耗等の理由により表面層が失われてしまい、3μmを超えると残留電位の増加等の電子写真特性低下がみられる。
次に、本発明に係る現像装置を備えた画像形成装置の実施の形態を図1を参照して以下に説明する。
まず、本発明に係る現像装置を用いた画像形成装置の構成を説明する。
図1は画像形成装置の断面を示しており、像担持体である感光体ドラム(1)の周囲に近接あるいは接触して、感光体ドラム(1)上に一様な電荷を帯電させる帯電ローラ(2)、感光体ドラム(1)上に静電潜像を形成するための露光手段である露光装置(3)、静電潜像を顕像化してトナー像とする現像装置(4)、トナー像を転写紙に転写する転写ベルト(6)、感光体ドラム(1)上の残留トナーを除去するクリーニング装置(8)、感光体ドラム(1)上の残電荷を除電する除電ランプ(9)、帯電ローラ印加電圧及び現像のトナー濃度を制御するための光センサ(10)が配置されている。また、この現像装置(4)にはここには図示していないトナー補給装置よりトナー補給口を介してトナーが補給される。作像動作は次のように行なわれる。
感光体(1)は反時計回転方向に回転する。感光体(1)は除電光(9)により除電され、表面電位が0〜−150Vの基準電位に平均化される。次に帯電ローラ(2)により帯電され、表面電位が−1000V前後となる。次に露光装置(3)で露光され、光が照射された部分(画像部)は表面電位が0〜−200Vとなる。現像装置(4)によりスリーブ上のトナーが上記画像部分に付着する。トナー像が作られた感光体(1)は回転移動し、給紙部(5)より用紙先端部画像先端部とが転写ベルト(6)で一致するようなタイミングで転写紙が送られ、転写ベルト(6)で感光体(1)表面のトナー像が転写紙に転写される。その後転写紙は定着部(7)へ送られ、熱と圧力によりトナーが転写紙に融着されてコピーとして排出される。感光体(1)上に残った残留トナーはクリーニングブレード(8)により掻き落とされ、トナー補給口を介してトナーがリサイクルされる構成を有する(図示していない)。その後感光体(1)は除電光(9)により残留電荷が除電されてトナーのない初期状態となり、再び次の作像工程へ移る。
本発明では、クリーニングブレード(8)が、感光体(1)の回転方向に対してカウンター方向で当接した弾性ゴムブレードでクリーニングを行なう工程を設ければ、紙粉やフィルミングをより有効に除去することが可能なことから好ましい。また、弾性体ゴムブレードは、支持部材上に自由端を持つように設けた構成であることが好ましいが、これに限定されるものではない。弾性ゴムブレードの硬度はJIS A 60〜70°、反発弾性は30〜70%、ヤング率は30〜60kgf/cm、厚さは1.5〜3.0mm、自由長は7〜12mm、感光体への押圧力は15g/cm以下、感光体(1)への弾性ゴムブレードの当接角を5°〜50°、好ましくは、10°〜30°のものが好ましい。
図4に示した本実施例の現像容器(41)において、現像時、現像スリーブ(42)には、電源(43)により現像バイアスとして、直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧が印加される。背景部電位と画像部電位は、上記振動バイアス電位の最大値と最小値の間に位置している。これによって現像部(44)に向きが交互に変化する交互電界が形成される。この交互電界中で現像剤のトナーとキャリアが激しく振動し、トナーが現像スリーブ(42)およびキャリアへの静電的拘束力を振り切って感光体ドラム(45)に飛翔し、感光体ドラムの潜像に対応して付着する。
振動バイアス電圧の最大値と最小値の差(ピーク間電圧)は、0.5〜5KVが好ましく、周波数は1〜10KHzが好ましい。振動バイアス電圧の波形は、矩形波、サイン波、三角波等が使用できる。振動バイアスの直流電圧成分は、上記したように背景部電位と画像部電位の間の値であるが、画像部電位よりも背景部電位に近い値であるほうが、背景部電位領域へのかぶりトナーの付着を防止する上で好ましい。
振動バイアス電圧の波形が矩形波の場合、デューティ比を50%以下とすることが望ましい。ここでデューティ比とは、振動バイアスの1周期中でトナーが感光体に向かおうとする時間の割合である。このようにすることにより、トナーが感光体に向かおうとするピーク値とバイアスの時間平均値との差を大きくすることができるので、トナーの運動がさらに活発化し、トナーが潜像面の電位分布に忠実に付着してざらつき感や解像力を向上させることができる。またトナーとは逆極性の電荷を有するキャリアが感光体に向かおうとするピーク値とバイアスの時間平均値との差を小さくすることができるので、キャリアの運動を沈静化し、潜像の背景部にキャリアが付着する確率を大幅に低減することができる。
(PCの説明)
図5に本発明の静電荷像現像用トナーを有するプロセスカートリッジを有する画像形成装置の概略構成を示す。
図5において、(50)はプロセスカートリッジ全体を示し、(51)は感光体、(52)は帯電手段、(53)は現像手段、(54)はクリーニング手段を示す。
本発明においては、上述の感光体(51)、帯電装置手段(52)、現像手段(53)及びクリーニング手段(54)等の構成要素のうち、複数のものをプロセスカートリッジとして一体に結合して構成し、このプロセスカートリッジを複写機やプリンタ等の画像形成装置本体に対して着脱可能に構成する。
(画像形成装置の説明)
本発明の静電荷像現像用トナーを有するプロセスカートリッジを有する画像形成装置は、感光体が所定の周速度で回転駆動される。感光体は回転過程において、帯電手段によりその周面に正または負の所定電位の均一帯電を受け、次いで、スリット露光やレーザービーム走査露光等の像露光手段からの画像露光光を受け、こうして感光体の周面に静電潜像が順次形成され、形成された静電潜像は、次いで現像手段によりトナー現像され、現像されたトナー像は、給紙部から感光体と転写手段との間に感光体の回転と同期されて給送された転写材に、転写手段により順次転写されていく。像転写を受けた転写材は感光体面から分離されて像定着手段へ導入されて像定着され、複写物(コピー)として装置外へプリントアウトされる。像転写後の感光体の表面は、クリーニング手段によって転写残りトナーの除去を受けて清浄面化され、更除電された後、繰り返し画像形成に使用される。
また、ここで定着装置は、図6に示すように、定着フィルムを回転させて定着する、いわゆるサーフ定着装置である。以下、詳説すると、定着フィルムはエンドレスベルト状耐熱フィルムであり、該フィルムの支持回転体である駆動ローラと、従動ローラと、この両ローラ間の下方に設けたヒータ支持体に保持させて固定支持させて配設した加熱体と、に懸回張設してある。
従動ローラは定着フィルムのテンションローラを兼ね、定着フィルムは駆動ローラの図中時計回転方向の回転駆動によって、時計回転方向に向かって回転駆動される。この回転駆動速度は、加圧ローラと定着フィルムが接する定着ニップ領域Lにおいて転写材と定着フィルムの速度が等しくなる速度に調節される。
ここで、加圧ローラはシリコンゴム等の離型性のよいゴム弾性層を有するローラであり、反時計周りに回転しつつ、前記定着ニップ領域Lに対して総圧4〜10kgの当接圧をもって圧接させてある。
また定着フィルムは、耐熱性、離型性、耐久性に優れたものが好ましく、総厚100μm以下、好ましくは40μm以下の薄肉のものを使用する。例えばポリイミド、ポリエーテルイミド、PES(ポリエーテルサルファイド)、PFA(4フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂)等の耐熱樹脂の単層フィルム、或いは複合層フィルム、例えば20μm厚フィルムの少なくとも画像当接面側にPTFE(4フッ化エチレン樹脂)、PFA等のフッ素樹脂に導電材を添加した離型性コート層を10μm厚に施したものや、フッ素ゴム、シリコンゴム等の弾性層を施したものである。
図6において本実施形態の加熱体は平面基板および定着ヒータから構成されており、平面基板は、アルミナ等の高熱伝導度且つ高電気抵抗率を有する材料からなっており、定着フィルムと接触する表面には抵抗発熱体で構成した定着ヒータを長手方向に設置してある。かかる定着ヒータは、例えばAg/Pd、TaN等の電気抵抗材料をスクリーン印刷等により線状もしくは帯状に塗工したものである。また、前記定着ヒータの両端部には、図示しない電極が形成され、この電極間に通電することで抵抗発熱体が発熱する。さらに、前記基板の定着ヒータが具備させてある面と逆の面にはサーミスタによって構成した定着温度センサが設けられている。
定着温度センサによって検出された基板の温度情報は図示しない制御手段に送られ、かかる制御手段により定着ヒータに供給される電力量が制御され、加熱体は所定の温度に制御される。
(ローラ帯電の場合)
図8に接触式の帯電装置を用いた画像形成装置の一例の概略構成を示した。被帯電体、像担持体としての感光体は矢印の方向に所定の速度(プロセススピード)で回転駆動される。この感光ドラムに接触させた帯電部材である帯電ローラーは芯金とこの芯金の外周に同心一体にローラー上に形成した導電ゴム層を基本構成とし、芯金の両端を不図示の軸受け部材などで回転自由に保持させると共に、不図示の加圧手段によって感光ドラムに所定の加圧力で押圧させており、本図の場合はこの帯電ローラーは感光ドラムの回転駆動に従動して回転する。帯電ローラは、直径9mmの芯金上に100000Ω・cm程度の中抵抗ゴム層を被膜して直径16mmに形成されている。
帯電ローラーの芯金と図示の電源とは電気的に接続されており、電源により帯電ローラーに対して所定のバイアスが印加される。これにより感光体の周面が所定の極性,電位に一様に帯電処理される。
本発明で使われる帯電部材の形状としてはローラーの他にも、磁気ブラシ、ファーブラシなど、どのような形態をとってもよく、電子写真装置の仕様や形態にあわせて選択可能である。磁気ブラシを用いる場合、磁気ブラシは例えばZn−Cuフェライト等、各種フェライト粒子を帯電部材として用い、これを支持させるための非磁性の導電スリーブ、これに内包されるマグネットロールによって構成される。また、ファーブラシを用いる場合、例えばファーブラシの材質としては、カーボン、硫化銅、金属、および金属酸化物により導電処理されたファーを用い、これを金属や他の導電処理された芯金に巻き付けたり張り付けたりすることで帯電器とする。
(ファーブラシ帯電の場合)
図9に接触式の帯電装置を用いた画像形成装置の一例の概略構成を示した。被帯電体、像担持体としての感光体は矢印の方向に所定の速度(プロセススピード)で回転駆動される。この感光体に対して、ファーブラシによって構成されるブラシローラが、ブラシ部の弾性に抗して所定の押圧力をもって所定のニップ幅で接触させてある。
本例における接触帯電部材としてのファーブラシローラは、電極を兼ねる直径6mmの金属製の芯金に、ブラシ部としてユニチカ(株)製の導電性レーヨン繊維REC−Bをパイル地にしたテープをスパイラル状に巻き付けて、外径14mm、長手長さ250mmのロールブラシとしたものである。ブラシ部のブラシは300デニール/50フィラメント、1平方ミリメートル当たり155本の密度である。このロールブラシを内径が12mmのパイプ内に一方向に回転させながらさし込み、ブラシと、パイプが同心となるように設定し、高温多湿雰囲気中に放置してクセ付けで斜毛させた。
ファーブラシローラの抵抗値は印加電圧100Vにおいて1×10Ωである。この抵抗値は、金属製の直径φ30mmのドラムにファーブラシローラをニップ幅3mmで当接させ、100Vの電圧を印加したときに流れる電流から換算した。
ファーブラシ帯電器の抵抗値は、被帯電体である感光体上にピンホール等の低耐圧欠陥部が生じた場合にもこの部分に過大なリーク電流が流れ込んで帯電ニップ部が帯電不良になる画像不良を防止するために10Ω以上必要であり、感光体表面に充分に電荷を注入させるために10Ω以下である必要がある。
また、ブラシの材質としては、ユニチカ(株)製のREC−B以外にも、REC−C、REC−M1、REC−M10、さらに東レ(株)製のSA−7、日本蚕毛(株)製のサンダーロン、カネボウ製のベルトロン、クラレ(株)のクラカーボ、レーヨンにカーボンを分散したもの、三菱レーヨン(株)製のローバル等が考えられる。ブラシは一本が3〜10デニールで、10〜100フィラメント/束、80〜600本/mmの密度が好ましい。毛足は1〜10mmが好ましい。
このファーブラシローラは感光体の回転方向と逆方向(カウンター)に所定の周速度(表面の速度)をもって回転駆動され、感光体面に対して速度差を持って接触する。そしてこのファーブラシローラに電源から所定の帯電電圧が印加されることで、回転感光体面が所定の極性・電位に一様に接触帯電処理される。本例では該ファーブラシローラによる感光体の接触帯電は直接注入帯電が支配的となって行なわれ、回転感光体表面はファーブラシローラに対する印加帯電電圧とほぼ等しい電位に帯電される。
本発明で使われる帯電部材の形状としてはファーブラシローラの他にも、帯電ローラ、ファーブラシなど、どのような形態をとってもよく、電子写真装置の仕様や形態にあわせて選択可能である。帯電ローラを用いる場合、芯金上に100000Ω・cm程度の中抵抗ゴム層を被膜して用いるのが一般的である。磁気ブラシを用いる場合、磁気ブラシは例えばZn−Cuフェライト等、各種フェライト粒子を帯電部材として用い、これを支持させるための非磁性の導電スリーブ、これに内包されるマグネットロールによって構成される。
(磁気ブラシ帯電の場合)
図9に接触式の帯電装置を用いた画像形成装置の一例の概略構成を示した。被帯電体、像担持体としての感光体は矢印の方向に所定の速度(プロセススピード)で回転駆動される。この感光体に対して、磁気ブラシによって構成されるブラシローラが、ブラシ部の弾性に抗して所定の押圧力をもって所定のニップ幅で接触させてある。
本発明における接触帯電部材としての磁気ブラシについて説明すると、平均粒径:25μmのZn−Cuフェライト粒子と、平均粒径10μmのZn−Cuフェライト粒子を、重量比1:0.05で混合して、それぞれの平均粒径の位置にピークを有する、平均粒径25μmのフェライト粒子を、中抵抗樹脂層でコートした、磁性粒子を用いた。接触帯電部材は、上述で作成された被覆磁性粒子、および、これを支持させるための非磁性の導電スリーブ、これに内包されるマグネットロールによって構成され、上記被覆磁性粒子をスリーブ上に、厚さ1mmでコートして、感光体との間に幅約5mmの帯電ニップを形成した。また、該磁性粒子保持スリーブと感光体との間隙は、約500μmとした。さらに、マグネットロールは、スリーブ表面が、感光体表面の周速に対して、その2倍の早さで逆方向に摺擦するように、回転され、感光体と磁気ブラシとが均一に接触するようにした。
本発明で使われる帯電部材の形状としては磁気ブラシの他にも、帯電ローラ、ファーブラシなど、どのような形態をとってもよく、電子写真装置の仕様や形態にあわせて選択可能である。帯電ローラを用いる場合、芯金上に100000Ω・cm程度の中抵抗ゴム層を被膜して用いるのが一般的である。また、ファーブラシを用いる場合、例えばファーブラシの材質としては、カーボン、硫化銅、金属、および金属酸化物により導電処理されたファーを用い、これを金属や他の導電処理された芯金に巻き付けたり張り付けたりすることで帯電器とする。
以下、実施例により本発明を更に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、部は重量部を示す。
[実施例1]
(有機微粒子エマルションの合成)
製造例1
撹拌棒および温度計をセットした反応容器に、水683 部、メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩(エレミノールRS−30、三洋化成工業製)11部、スチレン83部、メタクリル酸83部、アクリル酸ブチル110部、過硫酸アンモニウム1部を仕込み、400回転/分で15分間撹拌したところ、白色の乳濁液が得られた。加熱して、系内温度75℃まで昇温し5時間反応させた。さらに、1%過硫酸アンモニウム水溶液30部加え、75℃で5時間熟成してビニル系樹脂(スチレン−メタクリル酸−アクリル酸ブチル−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体)の水性分散液[微粒子分散液1]を得た。[微粒子分散液1]をLA−920で測定した体積平均粒径は、0.10μmであった。[微粒子分散液1]の一部を乾燥して樹脂分を単離した。該樹脂分のTgは57℃であった。
(水相の調製)
製造例2
水990部、[微粒子分散液1]80部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5%水溶液(エレミノールMON−7:三洋化成工業製)40部、酢酸エチル90部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを[水相1]とする。
(低分子ポリエステルの合成)
製造例3
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物220部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物561部、テレフタル酸218部、アジピン酸48部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時聞反応した後、反応容器に無水トリメリット酸45部を入れ、180℃、常圧で2時間反応し、[低分子ポリエステル1]を得た。[低分子ポリエステル1]は、数平均分子量2500、重量平均分子量6700、Tg43℃、酸価25mgKOH/gであった。
(プレポリマーの合成)
製造例4
冷却管、撹拌機および窒索導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物682部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物81部、テレフタル酸283部、無水トリメリツト酸22部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応した[中間体ポリエステル1]を得た。[中間体ポリエステル1]は、数平均分子量2100、重量平均分子量9500、Tg55℃、酸価0.5、水酸基価49であった。
次に、冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、[中間体ポリエステル1]411部、イソホロンジイソシアネート89部、酢酸エチル500部を入れ100℃で5時間反応し、[プレポリマー1]を得た。[プレポリマー1]の遊離イソシアネート重量%は、1.53%であった。
(ケチミンの合成)
製造例5
撹拌棒および温度計をセットした反応容器に、イソホロンジアミン170部とメチルエチルケトン75部を仕込み、50℃で5時間反応を行ない、[ケチミン化合物1]を得た。[ケチミン化合物1]のアミン価は418であった。
(マスターバッチの合成)
製造例6
カーボンブラック(キャボット社性リーガル400R):40部、結着樹脂:ポリエステル樹脂(三洋化成RS−801酸価10、Mw20000、Tg64℃):60部、水:30部をヘンシェルミキサーにて混合し、顔料凝集体中に水が染み込んだ混合物を得た。これをロール表面温度130℃に設定した2本ロールにより45分間混練を行ない、パルベライザーで1mmφの大きさに粉砕し、[マスターバッチ1]を得た。
(油相の作成)
製造例7
撹拌棒および温度計をセットした容器に、[低分子ポリエステル1]378部、カルナバWAX110部、CCA(サリチル酸金属錯体E−84:オリエント化学工業)22部、酢酸エチル947部を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時間で30℃に冷却した。次いで容器に[マスターバッチ1]500部、酢酸エチル500部を仕込み、1時間混合し[原料溶解液1]を得た。
[原料溶解液1]1324部を容器に移し、ビーズミル(ウルトラビスコミル、アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で、カーボンブラック、WAXの分散を行なった。次いで、[低分子ポリエステル1]の65%酢酸エチル溶液1324部加え、上記条件のビーズミルで1パスし、[顔料・WAX分散液1]を得た。[顔料・WAX分散液1]の固形分濃度(130℃、30分)は50%であった。
(乳化)
製造例8
[顔料・WAX分散液1]648部、[プレポリマー1]を154部、[ケチミン化合物1]6.6部を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化製)で5,000rpmで1分間混合した後、容器に[水相1]1200部を加え、TKホモミキサーで、回転数13,000rpmで20分間混合し[乳化スラリー1]を得た。
(異形化)
製造例9
イオン交換水1365部、カルボキシメチルセルロース(CMCダイセル−1280:ダイセル化学工業(株)製)35部容器に入れて攪拌した水溶液に、[乳化スラリー1]1000部を混合し、TKホモミキサー(特殊機化製)で2,000rpmで1時間混合し[異形化スラリー1]を得た。
(脱溶剤)
製造例10
撹拌機および温度計をセットした容器に、[異形化スラリー1]を投入し、30℃で8時間脱溶剤した後、45℃で4時間熟成を行ない、[分散スラリー1]を得た。
(洗浄⇒乾燥)
[分散スラリー1]100部を減圧濾過した後、
(1):濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(2):(1)の濾過ケーキに10%水酸化ナトリウム水溶液100部を加え、超音波振動を付与してTKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで30分間)した後、減圧濾過した。この超音波アルカリ洗浄を再度行なった(超音波アルカリ洗浄2回)。
(3):(2)の濾過ケーキに10%塩酸100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(4):(3)の濾過ケーキにイオン交換水300部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過する操作を2回行ない[濾過ケーキ1]を得た。[濾過ケーキ1]を循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、トナー母体1を得た。表1にSF−1、3μm以下微粉含有率を示す。
[評価項目]
(クリーニング性)
クリーニング性は、図1記載の画像形成装置で構成される(株)リコー製複写機imagio NEO450を用いて、複写テストを行なった。
白紙画像を通紙中に停止させ、クリーニング工程を通過した感光体上の転写残トナーをスコッチテープ(住友スリーエム(株)製)で白紙に移し、それをマクベス反射濃度計RD514型で測定しID:0.2以上が発生する枚数を評価した。図2に3μm以下微粉含有率とSF−1の関係を示す。
良 ●125K以上未発生、○100〜125K発生、△75〜100K発生、
X75K未満発生
(画像品質)
画像品質は転写不良、画質劣化(具体的には地汚れ画像発生)を総合的に判断した。転写不良は、(株)リコー製複写機imagio NEO450にて50K枚の通紙を行ない、その後、黒ベタ画像を通紙させて、その画像の転写不良レベルを目視判断した。また、地肌汚れ画像については、(株)リコー製複写機imagio NEO450にて50K枚の通紙を行ない、その後、白紙画像を現像中に停止させ、現像後の感光体上の現像剤をテープ転写し、未転写のテープの画像濃度との差をスペクトロデンシトメーター(X−Rite社製)により測定して定量評価した。画像品質良好なものを○、画像品質不良なものを×として評価した。
[実施例1〜5、比較例1〜6]
上記トナー製造において、異形化、脱溶剤工程における諸条件を変更することでトナー形状の異形化の度合いを何水準かに振り、評価を行なった。具体的には異形化工程時のイオン交換水、活性剤、増粘剤、の混合割合や、TKホモミキサーの回転数等の条件、脱溶剤工程時の脱溶剤にかける時間、脱溶剤方法の詳細な条件、等を逐次変更することで、形状係数(SF−1)の異なるトナーを得た。これら物性とその評価結果をまとめて表1に示す。なお前提として、(記載はしないが)本実施例、比較例とも、体積平均粒径が3.0〜7.0μmの範囲内であるものを使用した。実施例1〜5は、形状係数(SF−1)が高く、異形化しているものから順に並べており、あわせてこれらの粒径3μm以下の粒子含有率を記載している。表1より、トナーの形状係数SF−1:Aと、3μm以下微粉含有率:Bが
Figure 2005010744
Figure 2005010744
上記式を満たす実施例については、クリーニング性が○以上であり、画像品質も○であった。一方で比較例1〜4では、上記の範囲から外れており、このときのクリーニング性評価が×であった。実施例1〜5、比較例1〜6での形状係数SF−1と3μm以下個数%含有率の関係を図2に示す。
Figure 2005010744
本発明に係る現像装置を備えた画像形成装置の実施の形態を示した図である。 本発明に関する形状係数SF−1と3μm以下の個数%含有率の関係を示した図である。 本発明における層構成を説明するための模式的構成図である。 本発明の現像用トナーを有するプロセスカートリッジを有する画像形成装置の概略構成を示した図である。 本発明のトナーを有するプロセスカートリッジを有する画像刑し装置の概略構成を示した図である。 本発明において、定着フィルムを回転させて定着する、いわゆるサーフ定着装置を示した図である。 本発明に関する接触帯電の帯電特性を示した図である。 本発明に関する接触式の帯電装置を用いた画像形成装置の一例の概略構成を示した図である。 本発明に関する接触式の帯電装置を用いた画像形成装置の一例の概略構成を示した別の図である。
符号の説明
1 感光体ドラム
2 帯電ローラ
3 露光装置
4 現像装置
5 給紙部
6 転写ベルト
7 定着部
8 クリーニングブレード
9 除電光
10 光センサ
41 現像容器
42 現像スリーブ
43 電源
44 現像部
45 感光体ドラム
50 プロセスカートリッジ
51 感光体
52 帯電手段
53 現像手段
54 クリーニング手段
500 電子写真用感光体
501 支持体
502 光導電層
503 アモルファスシリコン系表面層
504 アモルファスシリコン系電荷注入阻止層
505 電荷発生層
506 電荷輸送層

Claims (22)

  1. 少なくとも結着樹脂、着色剤を含む静電荷現像用トナーを用いる静電荷像現像法を用い、少なくとも静電荷担持体表面に当接することにより静電荷担持体上に残った未転写トナーをクリーニングする手段を有する静電荷像現像装置に用いられる静電荷現像用トナーであって、前記静電荷像現像用トナーの形状係数SF−1:Aと、3μm以下微粉含有率:Bが下記式を満たすことを特徴とする静電荷像現像用トナー。
    Figure 2005010744
    Figure 2005010744
  2. 体積平均粒径(Dv)が3.0〜7.0μmあることを特徴とする請求項1に記載の静電荷現像用トナー。
  3. 該静電荷担持体の回転方向に対してカウンター方向で当接した弾性ゴムブレードでクリーニングする現像装置に用いられる手段を有することを特徴とする請求項1または2に記載の静電荷像現像用トナー。
  4. 活性水素基を有する化合物と反応可能な変性ポリエステル樹脂(i)及び活性水素基を有する化合物からなるトナーバインダー成分を含むトナー組成分を、有機溶媒中に溶解又は分散させて溶解物又は分散物を形成し、該溶解物又は分散物を樹脂微粒子を含む水系媒体中で架橋剤及び/又は伸長剤と反応させて反応分散物を得た後、該反応分散物から溶媒を除去すると共に、表面に付着した該樹脂微粒子を洗浄・脱離して得られたものであることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の静電荷像現像用トナー。
  5. 前記変性ポリエステル樹脂(i)が、ウレア基を有する変性されたポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項4に記載の静電荷像現像用トナー。
  6. 前記トナーバインダー成分が、前記変性ポリエステル樹脂(i)と共に、変性されていないポリエステル樹脂(LL)を含有し、(i)と(LL)の重量比[(i)/(LL)]が5/95〜80/20であることを特徴とする請求項4または5に記載の静電荷像現像用トナー。
  7. 前記変性されていないポリエステル樹脂(LL)のピーク分子量が1000〜20000である請求項6に記載の静電荷像現像用トナー。
  8. 前記変性されていないポリエステル樹脂(LL)の酸価が10〜30mgKOH/gであることを特徴とする請求項6または7に記載の静電荷像現像用トナー。
  9. 前記変性されていないポリエステル樹脂(LL)のガラス転移点(Tg)が35〜55℃であることを特徴とする請求項6乃至8の何れかに記載の静電荷像現像用トナー。
  10. 少なくともトナーバインダー、着色剤、ワックスを含有する静電荷像現像用トナーであって、該ワックスは、トナー粒子中に微粒子状で内包され、該トナーの表面近傍から内部に亘って全体に存在し、かつトナーの表面近傍に存在するワックス濃度が、トナーの内部に存在するワックスの濃度よりも大であることを特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載の静電荷像現像用トナー。
  11. 前記母体トナーの表面に帯電制御物質を固着させたことを特徴とする請求項1乃至10の何れかに記載の静電荷像現像用トナー。
  12. 固体の微粒子分散剤を用いて水系媒体中で10%〜90%の収縮率の体積収縮によって得られることを特徴とする請求項1乃至11の何れかに記載の静電荷像現像用トナー。
  13. 少なくとも、有機溶媒と結着樹脂と着色剤を含む微小液滴粒子が、樹脂微粒子を含む水系媒体中に分散している分散液から、それに含まれる有機溶媒を除去することによって得られたトナーであることを特徴とする請求項4乃至12の何れかに記載の静電荷像現像用トナー。
  14. 請求項1乃至13の何れかに記載の静電荷像現像用トナーを充填したことを特徴とするトナー容器。
  15. 請求項1乃至13の何れかに記載の静電荷像現像用トナーを含有することを特徴とする現像剤。
  16. 請求項15に記載の現像剤を用いることを特徴とする画像形成方法。
  17. 請求項15に記載の現像剤を装填したことを特徴とする画像形成装置。
  18. アモルファスシリコン感光体が用いられることを特徴とする請求項17に記載の画像形成装置。
  19. 前記感光体上の潜像を現像するときに、交互電界を印加することを特徴とする請求項17または18に記載の画像形成装置。
  20. 発熱体を具備する加熱体と、前記加熱体と接触するフィルムと、前記フィルムを介して前記加熱体と圧接する加圧部材とを有し、前記フィルムと前記加圧部材の間に未定着画像を形成させた被記録材を通過させて加熱定着する定着装置を搭載することを特徴とする請求項17に記載の画像形成装置。
  21. 潜像担持体に帯電部材を接触させ、当該帯電部材に電圧を印加することによって帯電を行なう帯電装置を搭載することを特徴とする請求項17に記載の画像形成装置。
  22. 感光体と、帯電手段、現像手段、クリーニング手段より選ばれる少なくとも一つの手段を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在であるプロセスカートリッジであって、前記現像手段は、現像剤を保持し、該現像剤は、請求項15に記載のものであることを特徴とするプロセスカートリッジ。


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