JP2006072199A - 乾式電子写真用トナー - Google Patents

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寛之 伏見
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Abstract

【課題】 トナーの摩擦帯電量、搬送性、現像性、転写性に優れ、現像ローラへのトナー付着がない、乾式電子写真用トナー、現像方法、画像形成を提供する。
【解決手段】 トナーのバインダー樹脂はTHF不溶成分を含まず、分子量5×10以下の含有割合が4重量%以下、重量分子量3×10〜9×10にメインのピークを有するポリエステル樹脂、帯電制御剤としてスルホン酸塩基含有モノマー等を構成単位とし体積抵抗が9.5〜11.5LogΩ・cm、重量平均分子量1×10以下の成分の含有割合が10重量%以下の樹脂、外部添加剤が1次粒子径0.01〜0.03μmの疎水性シリカと、1次粒子径0.01〜0.03μmで比表面積60〜140m/g、水可溶性成分量が0.2重量%以上ある疎水性酸化チタン、滑剤とを含み、画像形成過程で現像剤担持体表面の静摩擦係数を0.25〜0.45に保持するトナー及び画像形成方法。
【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方法、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画像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、電子写真用現像剤、電子写真現像装置及びプロセスカートリッジに関する。
電子写真、静電記録、静電印刷などにおいて使用される現像剤は、その現像工程において、例えば静電荷像が形成されている感光体などの像担持体に一旦付着され、次に転写工程において感光体から転写紙などの転写媒体に転写された後、定着工程において紙面に定着される。その際、潜像保持面上に形成される静電荷像を現像するための現像剤として、キャリアとトナーから成る二成分系現像剤及び、キャリアを必要としない一成分系現像剤(磁性トナー、非磁性トナー)が知られている。二成分現像方式は、トナー粒子がキャリア表面に付着することにより現像剤が劣化し、また、トナーのみが消費されるため現像剤中のトナー濃度が低下するのでキャリアとの混合比を一定割合に保持しなければならず、そのため現像装置が比較的大型である。一方、一成分現像方式では現像ローラー等の高機能化により、装置もより小型化されてきている。
近年、オフィスにおけるOA化やカラー化が一段と進み、従来の文字のみからなる原稿の複写だけではなく、パーソナルコンピュータで作成したグラフやデジタルカメラで撮影された画像、スキャナーなどから読込まれたピクトリアルな原稿などをプリンタにて出力し、プレゼンテーション用の資料などとして多数枚複写する機会が増している。プリンタ出力画像は、ベタ画像、ライン画像、ハーフトーン画像など、1枚の原稿に複雑な構成が混ざっており、画像に対する高信頼性の要求とともに多用な要求も高まっている。
従来の一成分系現像剤を用いた電子写真プロセスは、磁性トナーを用いる磁性一成分現像方式と、非磁性トナーを用いる非磁性一成分現像方式とに分類される。磁性一成分現像方式は、内部にマグネットなどの磁界発生手段を設けた現像剤担持体を用いてマグネタイトなどの磁性体を含有する磁性トナーを保持し層厚規制部材により薄層化し現像するもので、近年小型プリンタなどで多数実用化されている。しかし磁性体は有色、多くは黒色系でありカラー化が難しいという欠点がある。
これに対して非磁性一成分現像方式は、トナーが磁力を持たないため、現像剤担持体にトナー補給ローラーなどを圧接して現像剤担持体上にトナーを供給し静電気的に保持させ、層厚規制部材により薄層化して現像するものである。これには有色の磁性体を含有しないためカラー化に対応できるという利点があり、さらに現像剤担持体にマグネットを用いないため、装置のさらなる軽量化及び低コスト化が可能となり、近年小型フルカラープリンタなどで実用化されている。
一方、二成分現像方式ではトナーの帯電、搬送手段としてキャリアを用い、トナーとキャリアは現像器内部において充分撹拌、混合された後、現像剤担持体に搬送され現像されるため、比較的長時間の使用においても安定した帯電性及び搬送性を持続することが可能であり、また高速の現像装置にも対応しやすい。
これに比べて、一成分現像方式では未だ改善すべき課題が多いのが現状である。一成分現像方式ではキャリアのような安定した帯電または搬送手段がないため、長時間使用や高速化によって帯電不良、搬送不良が起こりやすい。即ち一成分現像方式は、現像剤担持体上へトナーを搬送した後、層厚規制部材にてトナーを薄層化させて現像するが、トナーと現像剤担持体、層厚規制部材などの摩擦帯電部材との接触、摩擦帯電時間が非常に短いため、キャリアを用いた二成分現像方式より低帯電、逆帯電トナーが多くなりやすい。
特に、非磁性一成分現像方法においては、通常少なくとも1つのトナー搬送部材によってトナー(現像剤)を搬送し、かつ搬送されたトナーによって潜像担持体に形成された静電潜像を現像する手段が採られているが、その際、トナー搬送部材表面のトナー層厚は極力薄くしなければならないとされている。このことは二成分系現像剤であってキャリアが非常に小径なものを用いる場合にも当てはまることであり、また特に一成分系現像剤を使用しそのトナーとして電気抵抗の高いものを用いたときには、現像装置によってこのトナーを帯電させる必要があるため、トナーの層厚は著しく薄くされねばならない。このトナー層が厚いとトナー層の表面近くだけが帯電し、トナー層全体が均一に帯電されにくくなるからである。このためトナーにはより迅速な帯電速度と適度な帯電量を維持することが要求される。
そこで、従来トナーの帯電を安定化させるために帯電制御剤や添加剤を添加することが行なわれている。
帯電制御剤はトナーの摩擦帯電量を制御しその摩擦帯電量を維持する働きをする。負帯電性の代表的な帯電制御剤としては、モノアゾ染料、サリチル酸、ナフトエ酸、ジカルボン酸の金属塩・金属錯塩、ジアゾ化合物、ホウ素による錯化合物などが挙げられ、また正帯電性の代表的な帯電制御剤としては、四級アンモニウム塩化合物、イミダゾール化合物、ニグロシン、アジン系染料などが挙げられる。
しかし、これらの帯電制御剤の中には有彩色を有するものがあり、カラートナーに使用できないものが多い。また、これらの帯電制御剤の中にはバインダー樹脂への相溶性が悪いため、帯電に大きく関与しているトナー表面に存在しているものが脱離しやすく、トナーの帯電にばらつきを生じ、また現像スリーブの汚染、フィルミングや、感光体フィルミングなどを起しやすい欠点がある。そのため従来においては、初期のうちは良好な画像が得られるが、徐々に画質が変化し、地汚れやぼそつきが生じてくるという現象が生じている。特に、カラー複写に応用しトナーを補給しながら連続使用すると、トナーの帯電量が低下し初期の複写画像の色調とは顕著に異なった画像となり、長期間の使用に耐えられず、数千枚程度複写しただけで、プロセスカートリッジと呼ばれる作像ユニットを早期に交換しなくてはならない欠点を有していた。そのため環境に対する負荷も大きく、ユーザーの手間もかかっていた。さらにこれらカートリッジの多くにはクロムなどの重金属が含まれるため、近年安全性の面から問題となりつつある。
そこで上記問題を改善するものとして、特許文献1〜4において、バインダー樹脂への相溶性、トナー定着像の透明性、安全性を改善した樹脂帯電制御剤が開示されている。これらの樹脂帯電制御剤はバインダー樹脂と相溶性が良いため、安定した帯電性、透明性に優れている。しかしこれらの樹脂帯電制御剤は、モノアゾ染料、サリチル酸、ナフトエ酸、ジカルボン酸の金属塩・金属錯塩を用いたトナーと比較すると、帯電量、帯電速度が劣るという欠点がある。また、樹脂帯電制御剤の添加量を増やすことで帯電性は向上するが、トナー定着性(低温定着性、耐オフセット性)に悪影響を与える。さらにこれらの化合物は帯電量の環境安定性(耐湿度)が大きい。そのため地汚れ(かぶり)を生じやすいという問題もある。
そこで、特許文献5〜8では、スルホン酸塩基など有機酸塩を含むモノマーと電子吸引基を有する芳香族モノマーとの共重合体が提案されている。しかし、スルホン酸塩基など有機酸塩を含むモノマーに起因すると思われる吸湿性や粘着性により充分な帯電量は確保されるが、バインダー樹脂への分散が充分でなく、長時間に渡りトナーの帯電のばらつき抑制や、現像スリーブや感光体へのフィルミングなどを防止する効果は充分でない。
また、さらにバインダー樹脂であるスチレン系樹脂やポリエステル系樹脂への相溶性を向上するため、それぞれスルホン酸塩基など有機酸塩を含むモノマーと電子吸引基を有する芳香族モノマーと、スチレン系モノマーやポリエステル系モノマーとの共重合体も提案されているが、長期間にわたる帯電量の維持、現像スリーブや感光体フィルミング防止効果は充分でない。特にフルカラートナー用バインダー樹脂としては、発色性、画像強度の点から好適なポリエステル樹脂やポリオール樹脂に対しては不充分である。
近年プリンタ需要が拡大し、装置の小型化、高速化や低コスト化が進み、装置にはより高い信頼性と長寿命化が要求され始めており、トナーにも諸特性を長期にわたり維持できることが求められているが、これらの樹脂帯電制御剤ではその帯電制御効果を維持できず、現像スリーブや層厚規制部材(ブレードやローラー)を汚染しトナーの帯電性能が低下したり、感光体フィルミングするという問題があった。
また小型化、高速化により少量の現像剤で短時間で現像を行なうプロセスになり、より帯電立上り性の良い現像剤が求められている。現像に関しては、二成分現像剤、一成分現像剤共に様々な現像方式が提案されているが、小型化かつ軽量化できる点などに優れ、キャリアを用いなくてすむ非磁性一成分現像がプリンタ用途には好適である。この現像方式においては、現像ローラーへのトナーの補給性や現像ローラーのトナー保持性が悪いため、現像ローラーへトナーを強制的に擦りつけたり、ブレードにより現像ローラー上のトナー量を規制したりする。その結果、現像ローラーへトナーがフィルミングしやすくなり、現像ローラーの寿命が短くなったり、トナーの帯電量が不安定になるという問題が生じる。また、これにより良好な現像が行なわれなくなる。従って、非磁性一成分現像用のカラートナーにおいては、一般のカラートナーに必要とされる特性に加えて、トナーに用いられる結着樹脂の耐熱性が劣る場合が多く、現像ローラーへのトナーのフィルミングなどが発生しやすくなる。
特許文献9には8〜35個の炭素原子を有する飽和または不飽和の脂肪酸金属塩を含有するトナーが開示されているが、炭素数が16未満では逆帯電トナーの増加、地汚れ悪化などが生じ、滑剤効果が得られない。
添加剤はトナーの摩擦帯電量を制御、維持する働きの他に、トナーの搬送性、現像性、転写性、保存性などの働きも有する。
これらの特性を改善するために、たとえば、疎水性シリカをトナーに添加することが開示されている(特許文献10及び11参照)が、シリカ単独では帯電性が高くなりすぎ、また転写性が良過ぎるためチリ、飛散などの欠陥が発生する。
また、酸化チタンやカップリング剤で表面処理した酸化チタンを、トナーに添加することが開示されている(特許文献12及び13参照)が、酸化チタン単独では充分な帯電性、流動性が得られなかったり、粒径が大きくまた二次凝集しやすいため、トナーに均一に付着されず、異常画像の原因となる。
特許文献14では表面処理された微粒子酸化チタンが開示されているが、粒子の分散性は改良されているものの、単独では未だ充分な帯電量は得られていない。またこの酸化チタンをシリカと併用した場合は、逆に経時での帯電量上昇が発生してしまう。
特許文献15及び16では疎水性シリカと疎水性酸化チタンを合わせて使用することが開示されているが、疎水性の高い添加剤同士の組み合わせのため、経時での帯電量上昇が発生し、転写不良などの原因となる。
特開昭63−88564号公報 特開昭63−184762号公報 特開平3−56974号公報 特開平6−230609号公報 特開平8−30017号公報 特開平9−171271号公報 特開平9−211896号公報 特開平11−218965号公報 特開平10−221878号公報 特開昭56−128956号公報 特開昭59−52255号公報 特開昭60−112052号公報 特開平4−40467号公報 特許第3232858号公報 特開平7−43930号公報 特許第3160688号公報
本発明の目的は、トナーの摩擦帯電量を安定的に制御、維持することができ、かつ環境変動も少なく安定した摩擦帯電性を維持することができ、またトナーの搬送性、現像性、転写性、保存性に優れ、現像ローラーや感光体への付着による異常画像が発生しない、乾式電子写真用トナー及び現像剤およびそれを用いた現像装置、及びプロセスカートリッジを提供することにある。
本発明者らは上記した課題を解決すべく、樹脂帯電制御剤の構成成分と構成比に着目し鋭意検討した結果、フルカラートナー用バインダー樹脂として発色性、画像強度の点から好適なポリエステル樹脂に対して、特定の構成成分と構成比を有する樹脂帯電制御剤、特定の表面処理酸化チタン、シリカ、及び滑剤を用いた場合に、高い帯電量とシャープな帯電量分布が得られ、また帯電立上りがよく地汚れ等に優れ、温室度の変化の影響を受けず、さらに数万枚以上長期にわたり現像担持体(現像ローラーまたはスリーブ)や現像層厚規制部材(ブレードやローラー)の汚染、フィルミングや、感光体フィルミングを防止でき、また粉砕性の良好で生産性の高い電子写真用トナー、現像剤及び画像形成方法が得られるという知見を見出した。
すなわち、上記課題は、本発明の(1)「潜像保持体上に潜像を形成する潜像形成工程、該潜像を現像剤担持体上の現像剤を用いて現像する工程、現像されたトナー像を転写体上に転写する転写工程、転写体上のトナー像を加熱定着する定着工程を有する画像形成方法に用いられる乾式電子写真用トナーであって、少なくともバインダー樹脂、着色材、帯電制御剤、滑剤及びその他の添加剤を主成分とし、該バインダー樹脂が1種類以上のポリエステル樹脂からなり、該ポリエステル樹脂はTHF不溶成分を含まず、かつゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる分子量分布における分子量5×10以下の成分の含有割合が4重量%以下であり、重量分子量3×10〜9×10の領域にメインのピークを有し、該帯電制御剤が樹脂帯電制御剤からなり、該樹脂帯電制御剤が単量体として少なくとも(A)スルホン酸塩基含有モノマー、(B)スルホン基以外の電子吸引基を有する芳香族モノマー、(C)アクリル酸エステルモノマー及び/またはメタアクリル酸エステルモノマー、(D)前記(B)芳香族モノマー以外の芳香族ビニルモノマーのうち、(A)〜(C)または(A)〜(D)を構成単位とし、該樹脂帯電制御剤の体積抵抗が9.5〜11.5LogΩ・cmであり、該樹脂帯電制御剤において重量平均分子量1×10以下の成分の含有割合が10重量%以下であり、該添加剤が1次粒子径0.01〜0.03μmの疎水化処理されたシリカと、1次粒子径0.01〜0.03μmで比表面積60〜140m/gの疎水化処理された酸化チタンとを含み、該酸化チタンが湿式法により製造された水可溶性成分量が0.2重量%以上ある酸化チタン微粒子を表面処理したものであり、UV吸光法において300nmの透過率が35%以上、かつ600nmの透過率が80%以上であり、画像形成過程で現像剤を担持する担持体表面の静摩擦係数を0.25〜0.45に保持することを特徴とする乾式電子写真用トナー」、(2)「前記バインダー樹脂のDSCにおける吸熱ピークが60〜70℃の範囲にあることを特徴とする前記第(1)項に記載の乾式電子写真用トナー」、(3)「前記バインダー樹脂の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が2≦Mw/Mn≦10であることを特徴とする前記第(1)項又は第(2)項に記載の乾式電子写真用トナー」、(4)「前記バインダー樹脂の酸価が10KOHmg/g以下であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(3)項のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー」、(5)「前記バインダー樹脂のフローテスターによる見掛け粘度が10Pa・sとなる温度が95〜120℃であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(4)項のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー」(6)「前記樹脂帯電制御剤の(A)前記スルホン酸塩基含有モノマーの繰り返し単位が樹脂帯電制御剤重量に対して1〜30重量%、前記樹脂帯電制御剤の前記(B)電子吸引基を有する芳香族モノマーの繰り返し単位が樹脂帯電制御剤重量に対して1〜80重量%、前記樹脂帯電制御剤の前記(C)アクリル酸エステルモノマー及び/またはメタアクリル酸エステルモノマーの繰り返し単位が樹脂帯電制御剤重量に対して10〜80重量%、前記樹脂帯電制御剤の前記(D)芳香族ビニルモノマーの繰り返し単位が樹脂帯電制御剤重量に対して0〜30重量%の割合で含まれることを特徴とする前記第(1)項乃至第(5)項のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー」、(7)「前記樹脂帯電制御剤の前記(B)電子吸引基を有する芳香族モノマーが、塩素原子または、ニトロ基により置換されたフェニルマレイミド置換体またはフェニルイタコンイミド置換体であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(6)項のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー」、(8)「前記樹脂帯電制御剤のフローテスターによる見掛け粘度が10Pa・sとなる温度が85〜110℃であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(7)項のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー」、(9)「前記樹脂帯電制御剤の重量平均分子量が5×10〜1×10であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(8)項のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー」、(10)「前記樹脂帯電制御剤をトナー粒子に対して、0.1〜20重量%含有することを特徴とする前記第(1)項乃至第(9)項のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー」、(11)「前記バインダー樹脂のフローテスターによる見掛け粘度が10Pa・sとなる温度をT1(℃)、前記樹脂帯電制御剤のフローテスターによる見掛け粘度が10Pa・sとなる温度をT2(℃)としたとき、T1、T2の比(T1/T2)が0.9<T1/T2<1.4であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(10)項のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー」、(12)「前記滑剤を1種類以上含みそのうち少なくとも1つは炭素数16以上の脂肪酸金属塩であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(11)項のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー」、(13)「前記添加剤が母体トナー100重量部に対し、1次粒子径0.01〜0.03μmの疎水化処理されたシリカを2.1重量部以上、1次粒子径0.01〜0.03μmで比表面積60〜140m/gの疎水化処理された酸化チタンを0.4〜1.0重量部含むことを特徴とする前記第(1)項乃至第(12)項のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー」、(14)「前記第(1)項に記載の乾式電子写真用トナーからなることを特徴とする乾式一成分現像剤」により達成される。
また、上記課題は、本発明の(15)「潜像保持体上に潜像を形成する潜像形成工程、該潜像を乾式電子写真用トナー又は該トナーを含む現像剤を担持する現像剤担持体上の該現像剤で現像する工程、現像されたトナー像を転写体上に転写する転写工程、転写体上のトナー像を加熱定着する定着工程を有する画像形成方法において、前記トナー又は現像剤が前記第(1)項乃至第(13)項のいずれかに記載のトナー又は前記第(14)項に記載の現像剤であることを特徴とする電子写真画像形成方法」、(16)「前記潜像保持体上の潜像を現像する現像工程が、交互電界を印加する工程であることを特徴とする前記第(15)項に記載の画像形成方法」により達成される。
また、上記課題は、本発明の(17)「前記第(1)項乃至第(13)項のいずれかに記載のトナー又は前記第(14)項に記載の一成分現像剤を保持する容器、該トナー又は現像剤を補給する容器、潜像保持体上に潜像を形成する潜像形成手段、該潜像を前記トナー又は現像剤で現像するための現像手段、現像されたトナー像を被転写部材に転写するための転写手段、転写像を定着するための定着手段を持つことを特徴とする画像形成装置」、(18)「前記現像装置が、前記潜像に交互電界を印加するための交互電界印加手段を有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(19)「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において、前記現像手段は、トナーまたは現像剤を保持し、該トナーまたは現像剤は、前記第(1)項乃至第(13)項のいずれかに記載のトナー又は前記第(14)項に記載の乾式一成分現像剤であることを特徴とするプロセスカートリッジ」、(20)「前記定着手段は、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手段であることを特徴とする前記第(17)項若しくは第(18)項に記載の画像形成装置又は前記第(19)項に記載のプロセスカートリッジ」により達成される。
以下の詳細且つ具体的な説明から明らかなように、本発明によれば、フルカラートナー用バインダー樹脂として発色性、画像強度の点から好適なポリエステル樹脂に対して、特定の構成成分と構成比を有する樹脂帯電制御剤、特定性質を有する表面処理酸化チタン、シリカ、及び滑剤を用いて、現像剤を担持する担持体の静摩擦係数を一定範囲に保持した場合に、摩擦帯電量を安定的に制御、維持することができ、かつ環境変動も少なく安定した摩擦帯電性を維持することができ、搬送性、現像性、転写性、保存性に優れ、現像ローラーや感光体への付着による異常画像が発生しない、乾式電子写真用トナー及び現像剤およびそれを用いた現像装置、及びプロセスカートリッジが提供され、高い帯電量とシャープな帯電量分布が得られ、また帯電立上りがよく地汚れ等に優れ、温室度の変化の影響を受けず、さらに数万枚以上長期にわたり現像担持体(現像ローラーまたはスリーブ)や現像層厚規制部材(ブレードやローラ)の汚染、フィルミングや、感光体フィルミングを防止でき、また粉砕性の良好で生産性の高い電子写真用トナー、現像剤及び画像形成方法が得られるという極めて優れた効果が発揮される。
以下本発明について詳述する。
本発明は、バインダー樹脂がポリエステルであり、荷電制御剤が単量体として少なくともスルホン酸塩基含有モノマー、電子吸引基を有する芳香族モノマー及びアクリル酸エステル及びまたはメタアクリル酸エステルモノマー及びまたは芳香族ビニルモノマーを構成単位とする樹脂帯電制御剤、疎水性シリカ、疎水性酸化チタン、滑剤を含む乾式電子写真用トナーである。
本発明のトナーに使用するバインダー樹脂は、フルカラートナー用バインダー樹脂として発色性、画像強度の点から好適なポリエステル樹脂が用いられる。カラー画像は数種のトナー層が幾重にも重ねられるため、トナー層が厚くなってしまいトナー層の強度不足による画像の亀裂や欠陥が生じたり、適度な光沢が失われたりする。このことから適度な光沢や優れた強度を保持させるためポリエステル樹脂を用いる。
本発明のバインダー樹脂は特に、THF不溶分がなく、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにおける分子量分布において、重量平均分子量5×10以下の成分の含有割合が4重量%以下であり、分子量3×10〜9×10の領域に1つのピークを有することを特徴とする。THF不溶分が入ると光沢性が下がるとともに透明性が落ち、OHPシートを使用したときに高品質な画像を得ることができない。本発明のトナーは、バインダー樹脂の分子量分布について重量平均分子量5×10以下の重量%を規定し、また重量平均分子量と数平均分子量の比を規定することでブレード、スリーブなどへのフィルミングが発生し難くなる。また、重量平均分子量5×10以下の成分が4重量%以上であると、長期間使用することによりブレードやスリーブを汚染し、フィルミングが発生しやすくなる。
まず、ポリエステル樹脂について説明する。バインダー樹脂であるポリエステル樹脂は、一般に多価アルコールと多価カルボン酸とのエステル化反応により得ることができる。本発明におけるポリエステル樹脂を構成しているモノマーのうちアルコールモノマーとしては、3価以上の多官能モノマーも含めて、たと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−ブタジエンオール、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、ポリオキシプロピレン化ビスフェノールAなどのビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物、その他の二価のアルコール、またはソルビトール、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−トリヒドロキシベンゼン、その他の3価以上の多価アルコールを挙げることができる。
ポリエステル樹脂を構成するこれらのモノマーのうち、特にビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物を主成分モノマーとして用いたものが好適に用いられる。ビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物を構成モノマーとして用いた場合、ビスフェノールA骨格の性質上、比較的高めのガラス転移点のポリエステルが得られ、耐コピーブロッキング性、耐熱保存性が良好となる。また、ビスフェノールA骨格両側のアルキル基の存在が、ポリマー中でソフトセグメントとして働き、トナー定着時の発色性、画像強度が良好となる。特にビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物のうち、エチレン基、プロピレン基のものが好適に用いられる。
本発明におけるポリエステル樹脂を構成しているモノマーのうち酸モノマーとしては、3価以上の多官能モノマーも含めて、たとえばマレイン酸、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、またはn−ドデセニルコハク酸、n−ドデシルコハク酸などのアルケニルコハク酸類もしくはアルキルコハク酸類、これらの酸の無水物、アルキルエステル、その他の二価のカルボン酸、そして、1,2,4−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−メチレンカルボキシプロパン、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、エンポール三量体酸、及びこれらの無水物、アルキルエステル、アルケニルエステル、アリールエステル、その他の3価以上のカルボン酸を挙げることができる。
ここで述べたアルキルエステル、アルケニルエステルまたはアリールエステルの具体例としては、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸トリエチル、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸トリメチル、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸トリエチル、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸トリn−ブチル、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸イソブチル、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸トリn−オクチル、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸トリ2−エチルヘキシル、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸トリベンジル、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸トリス(4−イソプロピルベンジル)などが挙げられる。
本発明のトナーに用いるポリエステルを得るための製造方法は、特に限定されるものではなく、エステル化反応は公知の方法によって行なうことができる。またエステル交換反応も公知の方法によって行なうことができ、この際公知のエステル交換触媒を使用することができる。例えば酢酸マグネシウム、酢酸亜鉛、酢酸マンガン、酢酸カルシウム、酢酸スズ、酢酸鉛、チタンテトラブトキサイドなどが挙げられる。重縮合反応は公知の方法によって行なうことができ、この際公知の重合触媒を使用できる。具体例としては、三酸化アンチモン、二酸化ゲルマニウムなどが挙げられる。
本発明のトナーに用いるバインダー樹脂の分子量分布は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより以下のように測定される。40℃のヒートチャンバー内でカラムを安定させ、この温度におけるカラムに溶媒としてTHFを毎分1mlの流速で流し、試料濃度として0.05〜0.6重量%に調整した母体トナーのTHF試料溶液を200μl注入して測定する。THF試料溶液は注入前に0.45μmの液クロ用フィルターでTHF不溶成分を除去する。トナーの試料の分子量測定にあたっては、試料の有する分子量分布を、数種の単分散ポリスチレン標準試料により作成された検量線の対数値とカウント数との関係から算出した。検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、例えば、Pressure Chemical Co.あるいは、東洋ソーダ工業社製の分子量が6×10、2.1×10、4×10、1.75×10、5.1×10、1.1×10、3.9×10、8.6×10、2×10、4.48×10のものを用い、少なくとも10点程度の標準ポリスチレン試料を用いるのが適当である。また検出器にはRI(屈折率)検出器を用いる。
なおバインダー樹脂のTHF不溶分有無は、分子量分布測定のTHF試料溶液作成時に判断される。すなわち、0.45μmのフィルターユニットをシリンジの先に取り付けて液をシリンジ内から押し出す際に、フィルター詰まりがなければTHF不溶分はないと判断される。
また本発明に用いるバインダー樹脂は、DSCにおける吸熱ピークが60〜70℃の範囲にあることが好ましい。60℃未満ではトナー保存性に影響し、トナーがカートリッジ内やホッパー内で固化するなどの問題を生じる。また70℃を越えるとトナー生産性に影響し、粉砕時のフィード低下などの問題を生じる。DSCにおける吸熱ピークは、例えば理学電機社製のRigaku THRMOFLEX TG8110により、昇温速度10℃/minの条件にて測定し、吸熱曲線の主体極大ピークを読み取る。
また本発明に用いるバインダー樹脂は、その重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が2≦Mw/Mn≦10であることが好ましい。Mw/Mnが10を超えるとトナーを定着させたときに光沢が得られず、高品質な画像を得ることができない。またMw/Mnが2未満であると、トナー製造時の粉砕工程で生産性が低下し、長期間使用することによりブレードやスリーブを汚染し、フィルミングが発生しやすくなる。
また本発明に用いるバインダー樹脂は、後述する樹脂帯電制御剤と添加剤との相互作用において、酸価が10KOHmg/g以下であることが好ましい。
ポリエステル樹脂の帯電性と酸価との関係はほぼ比例関係にあり、酸価が高くなれば樹脂の負帯電性も大きくなり、同時に帯電の環境特性にも影響することが知られている。すなわち酸価が高いと、低温低湿下では帯電量が高くなり高温高湿下では帯電量が低くなる。環境による帯電量の変化により、地汚れや画像濃度、色再現性の変化が大きくなり高画像品質の維持が難しい。一般に酸価が20KOHmg/gを越えると帯電量の上昇、環境変動の悪化などが発生する恐れがある。
本発明に用いるポリエステル樹脂では、後述する樹脂帯電制御剤、疎水性シリカ、疎水性酸化チタンのもつ帯電性、抵抗などからトナー粒子としての抵抗が制御される。このためポリエステル樹脂の酸価が10KOHmg/gを越えると樹脂帯電制御剤や疎水性シリカ、疎水性酸化チタンの帯電制御効果が阻害される。本発明に用いるポリエステル樹脂の酸価は10KOHmg/g以下、さらに好ましくは5KOHmg/g以下が好適である。
さらに、本発明に用いるバインダー樹脂は、フローテスターによる見掛け粘度が10Pa・sとなる温度が95〜120℃であることが好ましい。95℃未満では定着時のホットオフセットの余裕度がなくなり、一方120℃を越えると充分な光沢が得られなくなる。見掛け粘度が10Pa・sとなる温度の測定は、フローテスターとして例えば島津製作所製CFT−500型を用い、荷重10kg/cm、オリフィス径1mm×長さ1mm、昇温速度5℃/分で粘度測定し、見掛け粘度が10Pa・sになる温度を読み取るものである。
次に、本発明のトナーに用いる樹脂帯電制御剤について説明する。
一般に、樹脂帯電制御剤を構成するモノマーとして(A)スルホン酸塩基含有モノマーを添加することにより、樹脂帯電制御剤の負帯電付与効果が向上する。一方で、吸湿性のためトナーの環境安定性(温湿度安定性)が低下するので、(B)電子吸引基を有する芳香族モノマーなどを共重合体として用いることは一般に知られている。しかし、数千枚程度の使用であればよいが、トナーを数万枚以上の長期間使用すると、現像スリーブや層厚規制部材(ブレードやローラー)の汚染や感光体フィルミングが発生し、トナーの帯電安定性や高画像品質の維持が充分でなく、生産性も低下するという問題がある。
かかる欠点を補うべく、本発明のトナーでは、フルカラートナー用バインダー樹脂として発色性や画像強度の点から好適なポリエステル樹脂に対して、(A)スルホン酸塩基含有モノマーと(B)スルホン基以外の電子吸引基を有する芳香族モノマー、並びに、(C)アクリル酸エステルモノマー及び/またはメタアクリル酸エステルモノマーの3種のモノマー、または、さらに(D)前記(B)の芳香族モノマー以外の芳香族ビニルモノマーを含む(A)〜(D)の4種のモノマーを含有する共重合体を樹脂帯電制御剤として用いることにより、長期に渡り帯電安定性及び環境安定性に優れ、現像スリーブや層厚規制部材(ブレードやローラー)の汚染がなく、薄層形成が良好で、感光体フィルミングを防止し、高画像品質が維持され、生産性の高い電子写真用トナーが得られる。
さらに樹脂帯電制御剤の分子量分布について重量平均分子量1×10以下の重量%を規定する。重量平均分子量1×10以下の成分は低分子量成分、コポリマー、アイオノマー、残モノマーなどであり、これらは帯電特性を阻害し、また温湿度の影響も受け帯電を変動させる。またこれらの成分は皮膚刺激性や魚毒性など安全性にも影響する。重量平均分子量1×10以下の成分を10重量%以上であると、温湿度の影響を大きく受け帯電性が不安定になる。
上記のような効果は以下に述べる理由からであるものと推定される。すなわち、前記(A)のスルホン酸塩基含有モノマーと前記(B)の電子吸引基を有する芳香族モノマーを併用することにより、負帯電付与効果が高められる。さらに前記(C)のアクリル酸エステルモノマー及び/またはメタアクリル酸エステルモノマー、加えて、前記(D)の芳香族ビニルモノマーを使用することにより、一層帯電の環境安定性を高めるとともに樹脂硬度が高くなり、粉砕性が良くなるとともに、現像スリーブや層厚規制部材(ブレードやローラー)の汚染がなく、感光体フィルミングを防止する効果が向上する。加えて、これら樹脂帯電制御剤の低分子量成分加えて、これらのモノマーの組み合わせによる樹脂帯電制御剤は、フルカラートナー用バインダー樹脂として発色性及び画像強度の点から好適なポリエステル樹脂と組み合わせることにより、適度な分散性が得られ、帯電量分布がシャープな電子写真用トナーが得られ、長期の帯電安定性及び高画像品質が得られる。
本発明のトナーに用いる樹脂帯電制御剤を構成する前記(A)のスルホン酸塩基含有モノマーとしては、脂肪族スルホン酸塩基含有モノマー及び芳香族スルホン酸塩基含有モノマーなどが挙げられる。脂肪族スルホン酸塩基含有モノマーとしては、ビニルスルホン酸、アリルビニルスルホン酸、2−アクリルアミド−2メチルプロパンスルホン酸、メタクリロイルオキシエチルスルホン酸、パーフルオロオクタンスルホン酸などのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アミン塩及び4級アンモニウム塩などが挙げられる。芳香族スルホン酸塩基含有モノマーとしては、スチレンスルホン酸、スルホフェニルアクリルアミド、スルホフェニルマレイミド、及びスルホフェニルイタコンイミドなどのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アミン塩及び4級アンモニウム塩等が挙げられる。前記金属塩においては重金属(ニッケル、銅、亜鉛、水銀、クロムなど)の塩は安全性の面から好ましくない。
本発明のトナーに用いる樹脂帯電制御剤を構成する、前記(B)の電子吸引基を有する芳香族モノマーとしては、クロロスチレン、ジクロロスチレン、ブロモスチレン、フルオロスチレン、ニトロスチレン、シアンスチレンなどのスチレン置換体、クロロフェニル(メタ)アクリレート、ブロモフェニル(メタ)アクリレート、ニトロフェニル(メタ)アクリレート、クロロフェニルオキシエチル(メタ)アクリレートなどのフェニル(メタ)アクリレート置換体、クロロフェニル(メタ)アクリルアミド、ブロモフェニル(メタ)アクリルアミド、ニトロフェニル(メタ)アクリルアミドなどのフェニル(メタ)アクリルアミド置換体、クロロフェニルマレイミド、ジクロロフェニルマレイミド、ニトロフェニルマレイミド、ニトロクロロフェニルマレイミドなどのフェニルマレイミド置換体、クロロフェニルイタコンイミド、ジクロロフェニルイタコンイミド、ニトロフェニルイタコンイミド、ニトロクロロフェニルイタコンイミドなどのフェニルイタコンイミド置換体、クロロフェニルビニルエーテル、ニトロフェニルビニルエーテルなどのフェニルビニルエーテル置換体などが挙げられる。特に、塩素原子またはニトロ基により置換されたフェニルマレイミド置換体及びフェニルイタコンイミド置換体が、帯電性や耐フィルミング性の面で好ましい。
さらに本発明のトナーに用いる樹脂帯電制御剤を構成する前記(C)のアクリル酸エステルモノマー及び/またはメタアクリル酸エステルモノマーとしては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシルなどが挙げられる。
さらに本発明のトナーに用いる樹脂帯電制御剤を構成する前記(D)の芳香族ビニルモノマーとしては、スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレンなどが挙げられる。
本発明の樹脂帯電制御剤における各モノマーの構成比は、まず、スルホン酸塩基含有モノマーが樹脂帯電制御剤重量に対して1〜30重量%、さらに好ましくは2〜20重量%である。スルホン酸塩基含有モノマーが1重量%未満であると、帯電立上り性能や飽和帯電量が充分でなく画像に影響を及ぼしやすい。また30重量%を越えると帯電の環境安定性が悪化し、高温高湿時帯電量が低くまた低温低湿時帯電量が高くなり、トナーの帯電安定性や高画像品質の維持が充分でない。さらに現像スリーブや層厚規制部材(ブレードやローラー)の汚染や感光体フィルミングが発生しやすく、混練・粉砕工法でのトナー製造時の生産性も低下するという問題がある。
電子吸引基を有する芳香族モノマーは樹脂帯電制御剤重量に対して1〜80重量%、さらに好ましくは20〜70重量%である。電子吸引基を有する芳香族モノマーが1重量%未満であると、帯電量が充分でなく地汚れやトナー飛散が発生しやすい。また80重量%を越えるとトナー中への分散が悪く、トナーの帯電量分布が広くなり地汚れやトナー飛散が発生しやすく、高画像品質の維持が充分でない。
アクリル酸エステルモノマー及び/またはメタアクリル酸エステルモノマーは樹脂帯電制御剤に対して10〜80重量%、さらに好ましくは20〜70重量%である。アクリル酸エステルモノマー及び/またはメタアクリル酸エステルモノマーが10重量%未満であると充分な帯電の環境安定性が得られず、また混練、粉砕工法でのトナー製造時の粉砕性が充分でなく、現像スリーブや層厚規制部材(ブレードやローラー)の汚染や感光体フィルミングを充分防止できない。80重量%を越えると、帯電立上りや帯電量が充分でなく画像に影響を及ぼしやすい。
芳香族ビニルモノマーは樹脂帯電制御剤重量に対して0〜30重量%、さらに好ましくは3〜20重量%である。芳香族ビニルモノマーが30重量%を越えると樹脂帯電制御剤が硬くなり、トナー中での分散性が低下し、帯電分布が広くなり地汚れや機内でのトナー飛散が発生しやすい。さらにトナーの定着性、特にカラートナーの混色時の発色性が不良となる。
本発明のトナーに用いる樹脂帯電制御剤では、芳香族モノマーとして前述の通り、塩素原子やニトロ基により置換されたフェニルマレイミド置換体またはフェニルイタコンイミド置換体モノマーを用いることができる。これらモノマーの合成時の触媒、重合禁止剤、溶媒などの残留物に起因すると思われる体積抵抗のばらつきが生じ、所望のトナー帯電量に影響することがある。そのため、樹脂負帯電制御剤を含有するトナーの帯電立上がりや飽和帯電量のチャージアップなどの問題が発生する可能性がある。従って、本発明においては、樹脂帯電制御剤の体積抵抗が9.5〜11.5LogΩ・cmの範囲にあるものを用いる。樹脂帯電制御剤の体積抵抗が9.5LogΩ・cm未満であると、現像ローラー上のトナーは初期的に所望の帯電量が充分得られず、地汚れやトナー飛散が発生する。樹脂帯電制御剤の体積抵抗が11.5LogΩ・cmを越えると、現像ローラー上のトナーは初期的に所望の帯電量が得られるが、経時でチャージアップし、一成分現像方式では現像ローラー上のトナー薄層が均一でなくなり、画像上に色スジ、ムラが発生する。また二成分現像方式では画像濃度が低下し、地汚れやトナー飛散が発生する。樹脂帯電制御剤の体積抵抗は、さらには10.0〜11.0LogΩ・cmが好ましい。
本発明のトナーに含まれる樹脂帯電制御剤の体積抵抗の測定は、JIS規格K6911に準拠する。樹脂帯電制御剤をメッシュで整粒し23℃50%RHで調湿する。このサンプルを自動加圧成形機にて、サンプル量3g、加圧500kg/cmで成形し、厚さ約2mm、直径4cmの円板状試験片を作製する。厚みはノギスで正確に測定の上、誘電体損測定器(安藤電気製TR−10Cなど)にセットし周波数1kHzの交流電圧を印加し体積抵抗を測定する。
本発明のトナーに含まれる樹脂帯電制御剤は、フローテスターによる見掛け粘度が10Pa・sとなる温度が85〜110℃であることが好ましい。85℃未満であるとトナー中での適度な分散性が得られず、帯電が低下するだけでなく貯蔵安定性も不良となり凝集固化しやすい。また混練、粉砕、分級する生産工程から得る方法において、粉砕工程での固着が発生しやすく生産性を低化させる。また110℃を越えるとトナー中での分散性が低下し帯電量分布が広くなり、地汚れや機内でのトナー飛散が発生しやすい。さらにトナーの定着性、特にカラートナーの色重ね時の発色性が不良となる。見掛け粘度が10Pa・sとなる温度の測定は、フローテスターとして例えば島津製作所製CFT−500型を用い、荷重10kg/cm、オリフィス径1mm×長さ1mm、昇温速度5℃/分で粘度測定し、見掛け粘度が10Pa・sになる温度を読み取るものである。
また本発明のトナーに含まれる樹脂帯電制御剤の重量平均分子量は、5×10〜1×10であることが好ましい。5×10未満であるとトナー中での適度な分散性が得られず、帯電が低下するだけでなく、混練、粉砕、分級からなる生産工程からトナーを得る方法において、粉砕工程での固着が発生しやすく生産性を低下させる。また1×10を越えるとトナー中での分散性が低下し帯電量分布が広くなり、地汚れや機内でのトナー飛散が発生しやすく、またトナーの定着性、発色性が不良となる。さらに樹脂帯電制御剤の重量平均分子量1×10以下の成分が10重量%以下であることが好ましい。重量平均分子量1×10以下の成分は低分子量成分、コポリマー、アイオノマー、残モノマー、などであり、これらは帯電発生を阻害し、また温湿度の影響も受け帯電を変動させる。またこれらの成分は皮膚刺激性や魚毒性など安全性にも影響する。重量平均分子量1×10以下の成分はさらにこのましくは6重量%以下である。
また、本発明の前記バインダー樹脂のフローテスターによる見掛け粘度が10Pa・sとなる温度をT1、前記樹脂帯電制御剤のフローテスターによる見掛け粘度が10Pa・sとなる温度をT2としたとき、T1、T2が0.9<T1/T2<1.4の関係を満たすことが好ましい。
帯電制御剤のバインダー樹脂への分散はトナーの帯電性能を決める大きな因子となる。本発明では特定のバインダー樹脂と特定の樹脂帯電制御剤との組み合わせにより、帯電性が良好で帯電立上がり性にすぐれたトナーが得られる。しかしバインダー樹脂と樹脂帯電制御剤との分散性(相溶性)が、帯電性能に影響することは前述の通り明らかである。本発明者らはバインダー樹脂及び樹脂帯電制御剤の個々のフローテスターによる見掛け粘度に着目すると共に、それらの分散度を研究し最適範囲を得た。T1/T2比が0.9未満ではバインダー樹脂と樹脂帯電制御剤の見掛け粘度が近接し、バインダー樹脂と樹脂帯電制御剤が相溶状態になり飽和帯電量の不足、帯電立上がり不良などを生じる。T1/T2比が1.4を越えるとバインダー樹脂と樹脂帯電制御剤の見掛け粘度が離れすぎ、樹脂帯電制御剤が分散不良となり、初期地汚れ、経時での帯電低下が発生する。特定の樹脂帯電制御剤について構成モノマーの規定、見掛け粘度の規定、分散されるバインダー樹脂との見掛け粘度比の規定により、良好な帯電性を示すと共に、フィルミングも発生しにくくなっている。
本発明のトナーに用いる樹脂帯電制御剤の添加量は、トナー粒子に対して0.1〜20重量%が好ましく、望ましくは0.5〜10重量%である。0.1重量%未満の場合は帯電の立上りや帯電量が充分でなく、地汚れ、チリなど画像に影響を及ぼしやすい。20重量%を越える場合は、分散が悪くなり帯電量分布が広くなり、地汚れや機内でのトナー飛散が発生しやすい。
本発明のトナーに用いられる添加剤としては、1次粒子径0.01〜0.03μmの疎水化処理されたシリカ、1次粒子径0.01〜0.03μmで比表面積60〜140m/gの疎水化処理された特定の性能を有する酸化チタンが挙げられる。これらの添加剤を前記ポリエステル樹脂、樹脂帯電制御剤と用いることで、帯電性の安定したトナーが得られる。
すなわち、1次粒子径0.01〜0.03μmの疎水化処理されたシリカを母体トナー表面に付着させることによりトナーに必要な流動性と帯電性が付与され、現像ローラー上及び現像ローラーから感光体への現像性が良好となる。本タイプのシリカの添加量は母体トナー100重量部に対し2.1重量部以上とすることが好ましく、これによりトナーの現像ローラー上での薄層が均一となり、薄層のムラが大幅に改善され、更に長期の現像ローラーの攪拌により攪拌現像剤塗布ブレードへのトナーの融着による白スジの発生を防止する。これより少ない場合には、トナーの流動性が充分得られず現像ローラーに必要な量のトナーが供給されなかったり、必要なトナーの帯電量が得られない場合がある。またトナーの現像ローラー上での薄層が不均一となり、トナーの均一な現像及び画像が得られない場合や攪拌現像剤塗布ブレードへのトナーの融着による白スジの発生する場合がある。
また1次粒子径0.01〜0.03μmで比表面積60〜140m/gの疎水化処理された酸化チタンを母体トナーの表面に付着させることにより、トナーの帯電性の安定化、特に帯電立ち上がり性とチャージアップが防止される。本タイプの酸化チタンの添加量は母体トナー100重量部に対し0.4〜1.0重量部が好ましい。0.4重量部より少ない場合にはトナーの帯電性が高すぎて充分なトナーの現像が行なわれない場合がある。また1.0重量部より多く添加した場合には、トナーの帯電性が低すぎてトナーが現像ローラーから飛散したり、地肌汚れの原因となる場合がある。
なお前記母体トナーとは、添加剤以外の材料、少なくともバインダー樹脂、着色材及び樹脂帯電制御剤を含む製造途中の粒子を意味する。
本発明に用いられる添加剤のうち疎水性酸化チタンについては、湿式法により製造された水可溶性成分量が0.2重量%以上ある酸化チタン微粒子を表面処理したものであり、該添加剤がUV吸光法において300nmの透過率が35%以上であり、かつ600nmの透過率が80%以上であることを特徴とする。
酸化チタンは一般に湿式法により製造される。一般にチタンを含む鉱石として金紅石、鋭錐石、板チタン石、イルメナイトなどが使用される。これら鉱石に濃硫酸を加え溶解していく硫酸法、またはこれら鉱石を炭素物質と赤熱脱水し塩素ガスにさらす塩素法がある。いずれも水酸化チタンTi(OH)を精製し、最終段階で加水分解によりTiOの結晶を沈殿させている。このため水可溶性成分がある程度存在している。これらは鉱石や製造工程で使用される触媒や処理剤に含まれるアルカリ金属イオンや酸成分などで、たとえばPO 2−、SO 2−、Cl、Na、Mg2+、Liなどである。これら水可溶性成分は帯電性や抵抗などに影響を与えることが判っており、0.2重量%未満に制御することが高い帯電量が維持されると言われている。しかし本発明では酸化チタンのより高い帯電性ではなく、抵抗、粒度分布にその機能を見出し、本発明に至った。
すなわち、水可溶性成分量が0.2重量%以上の酸化チタンを用いることで、帯電量の経時での上昇が抑えられ、さらにシリカとの併用により、その効果が得られることになる。なお水可溶性成分量の定量はJIS K5116−1973に準拠して行なう。
酸化チタンの高機能化のためにカップリング剤等により表面処理を施すことは一般的であるが、酸化チタンの持つ水可溶性成分量が表面処理に影響を及ぼすと共に、得られる表面処理酸化チタンの抵抗、帯電特性にも影響する。さらに表面処理における分散度合いにより酸化チタンの二次凝集性に変化がもたらされる。一般には一次粒子径を維持すべく均一な処理、高分散処理を施す場合が考えられるが、酸化チタン単独では帯電の経時上昇、感光体への付着などの不具合が多い。そこで本発明では分散度合いは高めるものの、抵抗を低く設定することでその不具合を解消した。酸化チタンの粒度を表わす指標として、特定の溶媒における透過率によるものがある。
本発明では、UV吸光法において300nmの透過率が35%以上であり、かつ600nmの透過率が80%以上であることが望ましい。抵抗を低く設定するため水可溶性成分を多く含み表面処理された酸化チタンでは、300nmの透過率が35%以上必要である。抵抗が低い分、粒径を小さく制御しトナー表面に分散しやすくする。一方600nmにおける透過率は80%以上必要である。80%未満ではカップリング剤等による表面処理が不均一で処理により凝集体を作っている。
透過率の測定は以下の通り行なった。
試薬(ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル)を20g精秤し、これをビーカーに入れ、イオン交換水で固形分濃度が1wt%になるように添加した。この水溶液を超音波振動機(HONDA W−113)にかけ分散し、さらにマグネチックスターラーにて攪拌し、測定溶媒を作成した。次に300ml三角フラスコに試料(酸化チタン)を25mg入れ、これに測定溶媒250gを加え、マグネチックスターラーにて5分間攪拌分散した。その後三角フラスコを超音波振動機にかけ、5分間分散した。時にフラスコを手で振り、凝集体の分散を促した。分散後直ちに分散液2gを測り30mlのサンプル瓶に入れ、これにイオン交換水18gを加えた。あわ立たない様に静かに手で振り混合し、得られた混合溶媒を行路幅1cmのガラスセルに取り、UV装置(島津社製分光光度系UV−3100)にセットし、300〜700nmの範囲で吸光度を測定する。
本発明に用いられる滑剤としては公知のものが使用でき、1種類以上複数の滑剤を混合して用いてよい。ただし用いられる滑剤のうち少なくとも1つは炭素数16以上の脂肪酸金属塩であることを特徴とする。前記バインダー樹脂及び添加剤及び樹脂帯電制御剤からなるトナー構成において、炭素数16以上の脂肪酸金属塩としては、たとえば炭素数16以上の脂肪酸としてパルミチン酸、ヘプタデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、ヘプタコサン酸、モンタン酸、メリシン酸、ラクセル酸などが上げられる。またそれらの金属塩としてはアルミニウム、マンガン、コバルト、鉛、カルシウム、クロム、銅、鉄、マグネシウム、亜鉛、ニッケル、リチウム、ナトリウム、ストロンチウムなどが上げられる。なかでもパルミチン酸金属塩、たとえばパルミチン酸アルミニウム、パルミチン酸カルシウム、パルミチン酸マグネシウムなど、またステアリン酸金属塩、たとえばステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸鉛などが挙げられる。
本発明者らはさらに鋭意検討した結果、前記滑剤を含む本発明になる乾式電子写真用トナーを用いる該画像形成方法において、現像剤を担持する担持体表面の静摩擦係数を0.25〜0.45とすることにより、安定した画像が得られることを見出した。
現像材担持体は一般に金属、またはその金属表面に樹脂コートを施したもの、または弾性ゴムなどから成る現像ローラーと呼ばれるものが一般的であるが、その表面の静摩擦係数は一成分現像剤の保持、摩擦帯電性、担持体表面のフィルミング等に大きく影響する。滑剤の添加により静摩擦係数は低くなるが、静摩擦係数が0.45を越えると担持体に添加剤やトナーのフィルミングが発生し、帯電性の低下、チリ、地汚れなどの異常画像が発生する。一方静摩擦係数が0.25未満になると現像剤が保持できなくなり、画像カスレなどの異常画像が発生してしまう。
静摩擦係数の測定は一般的な装置でよい。たとえばHEIDON社製のポータブル摩擦計トライボギアが使用できる。この装置は従来の傾斜法やストレインゲージを利用するものと異なり、水平に置かれた測定物に水平に摩擦計を当てれば測定できる。現像剤担持体は円筒型であるので、これをVブロックなどで保持し摩擦計を当てて静摩擦係数を測定する。
静摩擦係数を一定の範囲に保持するために、これら脂肪酸金属塩の含有量は母体トナー100重量部に対し、0.01〜0.20重量部が望ましい。0.01重量部未満では滑剤の作用が得られず、静摩擦係数が0.45を越えてしまい、フィルミング、帯電経時安定に寄与しない。また0.20重量部より多くなると帯電の低下、地汚れの発生、定着画像濃度の低下などの不具合が発生すると共に、静摩擦計数を低下させ異常画像を発生させてしまう。
本発明のトナーは前述のようなバインダーレジン、帯電制御剤、添加剤、滑剤の4つの要素により、かつそれらの固有の特性値を最適化しバランスさせることにより、本発明の目的を達成できるものである。
本発明のトナーに用いる着色材としては、公知の染料及び顔料が使用でき、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、カドミウムレッド、カドミ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、ピ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、クロームパーミリオン、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。使用量は一般にバインダー樹脂100重量部に対し0.1〜50重量部である。
本発明で用いられる帯電制御剤は従来公知のものを併用してよい。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、アルキルアミド、リンの単体または化合物、タングステンの単体または化合物、サリチル酸誘導体の金属塩化合物などである。
本発明のトナーはその他の添加物として例えばテフロン(登録商標)、フルオロポリマー、低分子量ポリオレフィン、金属酸化物(酸化アルミニウム、酸化錫、酸化アンチモンなど)、導電性付与剤(カーボンブラック、酸化スズなど)、磁性体、さらにそれら添加物を表面処理したものなどを併用しても良い。それら添加剤は1種または2種以上を合わせて用いてよく、含有量は一般にトナー100重量部に対し0.1〜10重量部である。
本発明のトナーは磁性材料を含有させ磁性トナーとしてもよい。磁性材料としては酸化鉄(マグネタイト、フェライト、ヘマタイトなど)、金属(鉄、コバルト、ニッケルなど)、前記金属とアルミニウム、コバルト、銅、鉛、マグネシウム、錫、亜鉛、アンチモン、ベリリウム、ビスマス、カルシウム、カドミウム、マンガン、セレン、チタン、タングステン、バナジウムなどの合金または混合物などが挙げられる。これらの磁性体は体積平均粒径が0.1〜2μm程度のものが望ましく、トナー中に含有させる量としてはバインダー樹脂分100重量部に対し5〜150部である。
本発明のトナーの製造方法は従来公知のいずれの方法でもよく、少なくともバインダー樹脂、帯電制御剤および着色材のトナー成分を機械的に混合する工程と、溶融混練する工程と、粉砕する工程と、分級する工程とを有するトナーの製造方法が適用できる。また、機械的に混合する工程や溶融混練する工程において、粉砕または分級する工程で得られる製品となる粒子以外の粉末を戻して再利用する製造方法も含まれる。
ここで言う製品となる粒子以外の粉末(副製品)とは、溶融混練する工程後、粉砕工程で得られる所望の粒径の製品となる成分以外の微粒子や粗粒子や、引き続いて行なわれる分級工程で発生する所望の粒径の製品となる成分以外の微粒子や粗粒子を意味する。このような副製品を混合工程や溶融混練する工程で原料と好ましくは主原材料100に対し副製品を1〜20重量部混合するのが好ましい。
少なくともバインダー樹脂、着色材、樹脂帯電制御剤のトナー成分を機械的に混合する混合工程、及びバインダー樹脂、着色材、樹脂帯電制御剤に副製品を含むトナー成分を機械的に混合する混合工程は、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。例えば、神戸製鋼所社製KTK型2軸押出機、東芝機械社製TEM型押出機、ケイ・シー・ケイ社製2軸押出機、池貝鉄工所社製PCM型2軸押出機、ブス社製コニーダー等が好適に用いられる。この溶融混練は、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、ジェット気流中で粒子同士を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の現像剤を製造する。
本発明のトナーを製造するには、現像剤としての流動性や保存性、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母体トナーに先に挙げた疎水性シリカ微粉末などの無機微粒子を添加混合する。外添剤の混合は一般の粉体の混合機が用いられるが、ジャケットなどを装備して、内部の温度を調節できることが好ましい。外添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。
本発明の乾式一成分現像剤を用いて行なう画像形成方法、及び画像形成装置については、従来公知の電子写真方式による方法、装置が使用できる。
基本的には潜像保持体上に潜像を形成する潜像形成工程、該潜像を現像剤担持体上の現像剤を用いて現像する工程、現像されたトナー像を転写体上に転写する転写工程、転写体上のトナー像を加熱定着する定着工程、を経る画像形成方法及び画像形成装置である。
本発明の画像形成方法の前記潜像保持体上の潜像を現像する工程において、交互電界を印加してもよい。
図1に示した本実施例の現像器(20)において、現像時、現像スリーブ(21)には、電源(22)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(23)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(21)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(24)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方が、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。
本発明の画像形成装置において、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を使用してもよい。
図2に本発明の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。
図において、(10)はプロセスカートリッジ全体を示し、(11)は感光体、(12)は帯電手段、(13)は現像手段、(14)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(11)、帯電手段(12)、現像手段(13)及びクリーニング手段(14)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。
本発明の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、更に除電された後、繰り返し画像形成に使用される。
本発明の画像形成方法の前記定着工程において、定着装置は、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用いてもよい。
本発明の定着装置は、図3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フッ化エチレンパ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3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。
以下に実施例および比較例を挙げて本発明について具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。また以下の例おいて部および%は、特に断りのない限り重量基準である。
(樹脂の合成例)
合成例1
攪拌装置、温度計、窒素導入口、流下式コンデンサー、冷却管付き4つ口セパラブルフラスコに、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740g、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300g、テレフタル酸ジメチル466g、イソドデセニル無水コハク酸80g、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸トリn−ブチル114gをエステル化触媒とともに加えた。窒素雰囲気下で前半210℃まで常圧昇温し、後半210℃減圧にて撹拌しつつ反応させた。これにより分子量5×10以下の含有量3.5%、分子量メインピーク7.5×10、Tg62℃、Mw/Mn比5.1、酸価2.3KOHmg/g、フローテスターによる見掛け粘度10Pa・s温度112℃、のポリエステル樹脂(以下ポリエステル樹脂A)を得た。得られたポリエステル樹脂にTHF不溶分は含まれていなかった。
合成例2
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1225g、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165g、テレフタル酸500g、イソドデセニル無水コハク酸130g、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸トリイソプロピル170gをエステル化触媒とともにフラスコに加えた。これらを合成例1と同様の装置、同様の処方にて反応させ、分子量5×10以下の含有量3.0%、分子量メインピーク8×10、Tg62℃、Mw/Mn比4.7、酸価0.5KOHmg/g、フローテスターによる見掛け粘度10Pa・s温度116℃、のポリエステル樹脂(以下ポリエステル樹脂B)を得た。
合成例3
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650g、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650g、イソフタル酸515g、イソオクテニルコハク酸70g、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸80gをエステル化触媒とともにフラスコに加えた。これらを合成例1と同様の装置、同様の処方にて反応させ、分子量5×10以下の含有量2.1%、分子量メインピーク8.2×10、Tg61℃、Mw/Mn比4.6、酸価10.0KOHmg/g、フローテスターによる見掛け粘度10Pa・s温度117℃、のポリエステル樹脂(以下ポリエステル樹脂C)を得た。
(樹脂帯電制御剤の合成例)
合成例1
3,4−ジクロロフェニルマレイミド350部及び2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸100部をジメチルホルムアルデヒド(DMF)中沸点下、ジ−t−ブチルパーオキサイドを開始剤として8時間共重合した。次いでアクリル酸n−ブチルを500部、スチレンを50部加え、ジ−t−ブチルパーオキサイドを開始剤として4時間グラフト重合した後、DMFを減圧乾燥により瑠去し、体積抵抗10.5LogΩ・cm、重量平均分子量1×10、見掛け粘度が10Pa・sとなる温度が96℃、重量平均分子量1×10以下の含有量6%である樹脂帯電制御剤1を得た。
合成例2
m−ニトロフェニルマレイミド600部及びパーフルオロオクタンスルホン酸100部をDMF中沸点下、ジ−t−ブチルパーオキサイドを開始剤として8時間共重合した。次いでアクリル酸2−エチルヘキシルを250部、スチレンを30部加え、ジ−t−ブチルパーオキサイドを開始剤として4時間グラフト重合した後、DMFを減圧乾燥により瑠去し、体積抵抗9.5LogΩ・cm、重量平均分子量5.5×10、見掛け粘度が10Pa・sとなる温度が85℃、重量平均分子量1×10以下の含有量8%である樹脂帯電制御剤2を得た。
合成例3
3,4−ジクロロフェニルマレイミド500部及び2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸150部をDMF中沸点下、ジ−t−ブチルパーオキサイドを開始剤として8時間共重合した。次いでアクリル酸n−ブチルを350部、α−メチルスチレンを250部を加え、ジ−t−ブチルパーオキサイドを開始剤として4時間グラフト重合した後、DMFを減圧乾燥により瑠去し、体積抵抗11.5LogΩ・cm、重量数平均分子量9.6×10、見掛け粘度が10Pa・sとなる温度が110℃、重量平均分子量1×10以下の含有量5%である樹脂帯電制御剤3を得た。
合成例4
3,4−ジクロロフェニルマレイミド400部及びパーフルオロオクタンスルホン酸200部をDMF中沸点下、ジ−t−ブチルパーオキサイドを開始剤として8時間共重合した。次いでアクリル酸n−ブチルを300部加え、ジ−t−ブチルパーオキサイドを開始剤として4時間グラフト重合した後、DMFを減圧乾燥により瑠去し、体積抵抗10.4LogΩ・cm、重量数平均分子量1.5×10、見掛け粘度10Pa・sとなる温度が105℃、重量平均分子量1×10以下の含有量6%である樹脂帯電制御剤4を得た。
合成例5
3,4−ジクロロフェニルマレイミド400部及び2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸100部をDMF中沸点下、ジ−t−ブチルパーオキサイドを開始剤として8時間共重合した。次いでアクリル酸n−ブチルを500部、スチレンを100部加え溶解後、ジ−t−ブチルパーオキサイドを開始剤として4時間グラフト重合した後、DMFを減圧乾燥により瑠去し、体積抵抗9.3LogΩ・cm、重量平均分子量3×10、見掛け粘度が10Pa・sとなる温度が101℃、重量平均分子量1×10以下の含有量6%である樹脂帯電制御剤5を得た。
(添加剤の例)
(I)1次粒子径0.01〜0.03μmの疎水化処理されたシリカ
Figure 2006072199
(II)1次粒子径0.01〜0.03μmで比表面積60〜140m/gの疎水化処理された酸化チタン
合成例1
湿式法で作られた水可溶性成分が0.35%含まれている一次平均粒径が0.015μmの酸化チタン(テイカ社製MT−150A)300gを、イソブチルメトキシシラン35gを溶解したトルエン溶液に添加し攪拌分散した。その後溶媒をドライアップしジェットミル粉砕し、カップリング剤処理酸化チタン(酸化チタンII−1)を得た。
合成例2
湿式法で作られた水可溶性成分が0.35%含まれている一次平均粒径が0.015μmの酸化チタン(テイカ社製MT−150A)300gを、イソブチルメトキシシラン25gを溶解したトルエン溶液に添加し攪拌分散した。その後溶媒をドライアップしジェットミル粉砕し、カップリング剤処理酸化チタン(酸化チタンII−2)を得た。
合成例3
湿式法で作られた水可溶性成分が0.35%含まれている一次平均粒径が0.015μmの酸化チタン(テイカ社製MT−150A)300gを、メチルトリメトキシシラン30gを溶解したトルエン溶液に添加し分散した。その後溶媒をドライアップしジェットミル粉砕し、カップリング剤処理酸化チタン(酸化チタンII−3)を得た。
合成例4
湿式法で作られた水可溶性成分が0.35%含まれている一次平均粒径が0.015μmの酸化チタン(テイカ社製MT−150A)300gを、n−ブチルトリメトキシシラン30gを溶解したトルエン溶液に添加し分散した。その後溶媒をドライアップしジェットミル粉砕し、カップリング剤処理酸化チタン(酸化チタンII−4)を得た。
得られた酸化チタンの特性値は下表の通り。
Figure 2006072199
実施例1
次の処方により着色材の処理を行なった。
黄色系着色材処方:
ポリエステル樹脂A 100重量部
C.I.ピグメントイエロー180 100重量部
赤色系着色材処方:
ポリエステル樹脂A 100重量部
C.I.ピグメントレッド122 100重量部
青色系着色剤処方:
ポリエステル樹脂A 100重量部
C.I.ピグメントブルー15.3 100重量部
黒色系着色剤処方:
ポリエステル樹脂A 100重量部
カーボンブラック 100重量部
各色ごとに上記材料をヘンシェルミキサーに入れ混合した後、混合物を空冷された2本ロールミルに投入し投入後15分溶融混練した。その後混練物を圧延冷却し、ハンマーミルで粗粉砕しポリエステル樹脂処理着色材を得た。
次いで、以下の処方によりトナーを作成した。
イエロートナー処方:
ポリエステル樹脂A 91重量部
ポリエステル樹脂A処理黄色系着色材 12重量部
樹脂帯電制御剤2 3重量部
マゼンタトナー処方:
ポリエステル樹脂A 92重量部
ポリエステル樹脂A処理赤色系着色材 10重量部
樹脂帯電制御剤2 3重量部
シアントナー処方:
ポリエステル樹脂A 94重量部
ポリエステル樹脂A処理青色系着色材 6重量部
樹脂帯電制御剤2 3重量部
ブラックトナー処方:
ポリエステル樹脂A 90重量部
ポリエステル樹脂A処理黒色系着色材 12重量部
ポリエステル樹脂A処理青色系着色材 2重量部
樹脂帯電制御剤2 3重量部
各色ごとに上記材料をヘンシェルミキサーに入れ混合し、得られた混合物を110℃に加熱されたロールミルに投入し投入後30分溶融混練した。その後混練物を冷却し、ハンマーミルで粗粉砕しエアージェットミル粉砕機で微粉砕した。さらに風力分級機により微粉を除去し各色トナーを得た。なおポリエステル樹脂Aと樹脂帯電制御剤1のT1/T2は1.32であった。
得られた各色トナー100重量部に対し次の添加剤をヘンシェルミキサーで混合し一成分現像剤とした。
I−2疎水性シリカ 2.5重量部
II−1疎水性酸化チタン 0.8重量部
ステアリン酸亜鉛 0.05重量部
得られた一成分現像剤を市販のデジタルフルカラー複写機(リコー社製Imagio Neo C320)にセットし画像を形成した。得られた画像は鮮明であり地汚れなど異常は見られなかった。現像ローラーを目視で観察したところローラー上のトナー薄層は均一であった。現像ローラー上の帯電量を吸引法により測定したところ、イエロー現像剤は−32μC/g、マゼンタ現像剤は−29μC/g、シアン現像剤は−30μC/g、ブラック現像剤は−30μC/gであった。27℃80%RHの高温高湿条件下、10℃15%RHの低温低湿条件下で同様に作像したが、変化は見られず良好な画像が形成された。常温、低温低湿、高温高湿、常温と連続して各環境下でフルカラー画像による合計5万枚までの耐久性試験を行なったところ、定着画像に著しい変化は見られず、5万枚目の画像も地汚れもなく鮮明な画像であった。現像ローラーを目視で観察したところ、ローラー上のトナー薄層に著しい変化は見られず、この時の現像剤の帯電量はイエロー現像剤−30μC/g、マゼンタ現像剤−27μC/g、シアン現像剤−28C/g、ブラック現像剤−28C/gと安定していた。5万枚作像した現像ローラーを現像部より取り外し、表面のトナーをエアーで除去し目視したところ、フィルミング等の異常は見られなかった。この現像ローラーの静摩擦計数の測定値は0.40であった。ブレード、感光体も目視観察したが異常は認められなかった。
実施例2
次の処方により着色材の処理を行なった。
黄色系着色材処方:
ポリエステル樹脂C 100重量部
C.I.ピグメントイエロー180 100重量部
赤色系着色材処方:
ポリエステル樹脂C 100重量部
C.I.ピグメントレッド146 100重量部
青色系着色剤処方:
ポリエステル樹脂C 100重量部
C.I.ピグメントブルー15.3 100重量部
黒色系着色剤処方:
ポリエステル樹脂C 100重量部
カーボンブラック 100重量部
各色ごとに上記材料をヘンシェルミキサーに入れ混合した後、混合物を空冷された2本ロールミルに投入し投入後15分溶融混練した。その後混練物を圧延冷却し、ハンマーミルで粗粉砕しポリエステル樹脂処理着色材を得た。
次いで、以下の処方によりトナーを作成した。
イエロートナー処方:
ポリエステル樹脂C 91重量部
ポリエステル樹脂C処理黄色系着色材 12重量部
樹脂帯電制御剤5 3重量部
マゼンタトナー処方:
ポリエステル樹脂C 92重量部
ポリエステル樹脂C処理赤色系着色材 10重量部
樹脂帯電制御剤5 3重量部
シアントナー処方:
ポリエステル樹脂C 94重量部
ポリエステル樹脂C処理青色系着色材 6重量部
樹脂帯電制御剤5 3重量部
ブラックトナー処方:
ポリエステル樹脂C 90重量部
ポリエステル樹脂C樹脂処理黒色系着色材 12重量部
ポリエステル樹脂C樹脂処理青色系着色材 2重量部
樹脂帯電制御剤5 3重量部
各色ごとに上記材料をヘンシェルミキサーに入れ混合し、得られた混合物を80℃に加熱された2軸連続混練機に投入し溶融混練した。その後混練物を冷却し、ハンマーミルで粗粉砕し気流式粉砕機で微粉砕した。さらに風力分級機により微粉を除去し各色トナーを得た。なおポリエステル樹脂Cと樹脂帯電制御剤4のT1/T2は1.16であった。
得られた各色トナー100重量部に対し次の添加剤をヘンシェルミキサーで混合し、一成分現像剤とした。
I−3疎水性シリカ 2.1重量部
II−4疎水性酸化チタン 1.0重量部
ステアリン酸亜鉛 0.06重量部
得られた一成分現像剤を市販のデジタルフルカラープリンタ(リコー社製IPSiO Color 6500)にセットし画像を形成した。得られた画像は地汚れも無く鮮明であった。高温高湿、低温低湿での画像、帯電共に異常は見られなかった。フルカラー画像による5万枚までの耐久性試験を行なっても異常画像は見られず、試験後機内を観察したが飛散等は見られず、感光体への付着等もなかった。5万枚作像した現像ローラーを現像部より取り外し目視したところ、フィルミング等の異常は見られなかった。静摩擦計数を測定したところ0.38であった。
実施例3
次の処方により着色材の処理を行なった。
黄色系着色材処方:
ポリエステル樹脂B 100重量部
C.I.ピグメントイエロー180 100重量部
赤色系着色材処方:
ポリエステル樹脂B 100重量部
C.I.ピグメントレッド146 100重量部
青色系着色剤処方:
ポリエステル樹脂B 100重量部
C.I.ピグメントブルー15.3 100重量部
各色ごとに上記材料をヘンシェルミキサーに入れ混合した後、混合物を空冷された2本ロールミルに投入し投入後15分溶融混練した。その後混練物を圧延冷却し、ハンマーミルで粗粉砕しポリエステル樹脂処理着色材を得た。
次いで、以下の処方によりトナーを作成した。
イエロートナー処方:
ポリエステル樹脂B 91重量部
ポリエステル樹脂B処理黄色系着色材 12重量部
樹脂帯電制御剤4 3重量部
マゼンタトナー処方:
ポリエステル樹脂B 92重量部
ポリエステル樹脂B処理赤色系着色材 10重量部
樹脂帯電制御剤4 3重量部
シアントナー処方:
ポリエステル樹脂B 94重量部
ポリエステル樹脂B処理青色系着色材 6重量部
樹脂帯電制御剤4 3重量部
ブラックトナー処方:
ポリエステル樹脂B 99重量部
カーボッブラック 6重量部
ポリエステル樹脂B樹脂処理青色系着色材 2重量部
樹脂帯電制御剤4 3重量部
各色ごとに上記材料をヘンシェルミキサーに入れ混合し、得られた混合物を80℃に加熱された2軸連続混練機に投入し溶融混練した。その後混練物を冷却し、ハンマーミルで粗粉砕し気流式粉砕機で微粉砕した。さらに風力分級機により微粉を除去し各色トナーを得た。なおポリエステル樹脂Cと樹脂帯電制御剤4のT1/T2は1.10であった。
得られた各色トナー100重量部に対し次の添加剤をヘンシェルミキサーで混合し、一成分現像剤とした。
I−4疎水性シリカ 2.6重量部
II−2疎水性酸化チタン 0.5重量部
ステアリン酸亜鉛 0.1重量部
得られた一成分現像剤を市販のデジタルフルカラープリンタ(リコー社製IPSiO Color 6500)にセットし画像を形成した。得られた画像は地汚れも無く鮮明であった。高温高湿、低温低湿での画像、帯電共に異常は見られなかった。フルカラー画像による5万枚までの耐久性試験を行なっても異常画像は見られず、試験後機内を観察したが飛散等は見られず、感光体への付着等もなかった。5万枚作像した現像ローラーを現像部より取り外し目視したところ、フィルミング等の異常は見られなかった。静摩擦計数を測定したところ0.35であった。さらに6万枚まで作像を継続したが、異常画像は見られなかった。
比較例1
実施例3で得られた各色トナー100重量部に対し、次の添加剤を混合し一成分現像剤とした。
I−4疎水性シリカ 2.1重量部
II−2疎水性酸化チタン 0.6重量部
ステアリン酸亜鉛 0.25重量部
得られた一成分現像剤を市販のデジタルフルカラープリンタ(リコー社製IPSiO Color 6500)にセットし画像を形成した。得られた初期画像は鮮明であった。高温高湿で地汚れが目立つ画像となった。フルカラー画像による耐久性試験を行なったところ、2万枚を過ぎたところで地汚れ、かすれが目立つ画像となった。その時点で現像ローラー目視観察したところ、トナー薄層にムラがありトナーが汲み上がっていない部分もあった。現像部より現像ローラーを取り外し静摩擦計数を測定したところ0.21になっていた。
静摩擦係数が低いのは、シリカ、チタン、滑剤のすべてが影響している。シリカ量が減ると帯電量が低い方向になり経時での帯電安定性に欠け、チタンは量が増えると帯電が低くなるが、しかしそれ以上に滑剤の絶対量がこの場合は影響し、滑剤が多すぎて摩擦係数が下がる。
比較例2
(酸化チタンの処理)
湿式法で作られた水可溶性成分が0.35%含まれている酸化チタン(テイカ社製MT−150A)を水洗し、水可溶性成分が0.15%の酸化チタンを得た。この酸化チタン300gを、イソブチルトリメトキシシラン35gを溶解したトルエン溶液に添加し分散した。その後溶媒をドライアップしジェットミル微粉砕し更にピンミルにより高分散を行ない、カップリング剤処理酸化チタン(疎水性酸化チタンII−5)を得た。得られた表面処理酸化チタンの吸光度を測定したところ、300nmでの透過率が21%、600nmでの透過率が97%であった。
次に、実施例1で得られた各色トナー100重量部に対し、次の添加剤を混合し一成分現像剤とした。
I−2疎水性シリカ 2.1重量部
II−5疎水性酸化チタン 0.6重量部
得られた一成分現像剤を市販のデジタルフルカラー複写機(リコー社製Imagio Neo C320)にセットし画像を形成した。得られた初期画像は鮮明であった。現像ローラーを目視で観察したところローラー上のトナー薄層は均一であった。しかし高温高湿条件下で画像を形成したところ、ぼそつきのある画像になってしまった。また10℃15%RHの低温低湿条件下で同様に作像したところ、IDの低いかすれた画像が得られた。常温、低温低湿、高温高湿、常温と連続して各環境下でフルカラー画像により耐久性試験を行なったところ、1万枚目を過ぎたあたりで地汚れ、チリ、画像上にスジなどの異常が発生した。この時点で現像ローラーを目視で観察したところ、ローラー上のトナー薄層に周方向にスジ状のフィルミングが発生していた。
摩擦係数は0.56まで上昇していた。比較例2の系では、現像ローラーにトナー成分が固着(フィルミング)してしまい、容易に取れなくなり、このため摩擦係数が大きくなる。
本発明の現像器を示した図である。 本発明の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。 本発明の定着装置を示す図である。
符号の説明
10 プロセスカートリッジ
11 感光体
12 帯電手段
13 現像手段
14 クリーニング手段
20 現像器
21 現像スリーブ
22 電源
23 現像部
24 感光体ドラム

Claims (20)

  1. 潜像保持体上に潜像を形成する潜像形成工程、該潜像を現像剤担持体上の現像剤を用いて現像する工程、現像されたトナー像を転写体上に転写する転写工程、転写体上のトナー像を加熱定着する定着工程を有する画像形成方法に用いられる乾式電子写真用トナーであって、少なくともバインダー樹脂、着色材、帯電制御剤、滑剤及びその他の添加剤を主成分とし、該バインダー樹脂が1種類以上のポリエステル樹脂からなり、該ポリエステル樹脂はTHF不溶成分を含まず、かつゲルパーミエーションクロマトグラフィーによる分子量分布における分子量5×10以下の成分の含有割合が4重量%以下であり、重量分子量3×10〜9×10の領域にメインのピークを有し、該帯電制御剤が樹脂帯電制御剤からなり、該樹脂帯電制御剤が単量体として少なくとも(A)スルホン酸塩基含有モノマー、(B)スルホン基以外の電子吸引基を有する芳香族モノマー、(C)アクリル酸エステルモノマー及び/またはメタアクリル酸エステルモノマー、(D)前記(B)芳香族モノマー以外の芳香族ビニルモノマーのうち、(A)〜(C)または(A)〜(D)を構成単位とし、該樹脂帯電制御剤の体積抵抗が9.5〜11.5LogΩ・cmであり、該樹脂帯電制御剤において重量平均分子量1×10以下の成分の含有割合が10重量%以下であり、該添加剤が1次粒子径0.01〜0.03μmの疎水化処理されたシリカと、1次粒子径0.01〜0.03μmで比表面積60〜140m/gの疎水化処理された酸化チタンとを含み、該酸化チタンが湿式法により製造された水可溶性成分量が0.2重量%以上ある酸化チタン微粒子を表面処理したものであり、UV吸光法において300nmの透過率が35%以上、かつ600nmの透過率が80%以上であり、画像形成過程で現像剤を担持する担持体表面の静摩擦係数を0.25〜0.45に保持することを特徴とする乾式電子写真用トナー。
  2. 前記バインダー樹脂のDSCにおける吸熱ピークが60〜70℃の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の乾式電子写真用トナー。
  3. 前記バインダー樹脂の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が2≦Mw/Mn≦10であることを特徴とする請求項1又は2に記載の乾式電子写真用トナー。
  4. 前記バインダー樹脂の酸価が10KOHmg/g以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー。
  5. 前記バインダー樹脂のフローテスターによる見掛け粘度が10Pa・sとなる温度が95〜120℃であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー。
  6. 前記樹脂帯電制御剤の(A)前記スルホン酸塩基含有モノマーの繰り返し単位が樹脂帯電制御剤重量に対して1〜30重量%、前記樹脂帯電制御剤の前記(B)電子吸引基を有する芳香族モノマーの繰り返し単位が樹脂帯電制御剤重量に対して1〜80重量%、前記樹脂帯電制御剤の前記(C)アクリル酸エステルモノマー及び/またはメタアクリル酸エステルモノマーの繰り返し単位が樹脂帯電制御剤重量に対して10〜80重量%、前記樹脂帯電制御剤の前記(D)芳香族ビニルモノマーの繰り返し単位が樹脂帯電制御剤重量に対して0〜30重量%の割合で含まれることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー。
  7. 前記樹脂帯電制御剤の前記(B)電子吸引基を有する芳香族モノマーが、塩素原子または、ニトロ基により置換されたフェニルマレイミド置換体またはフェニルイタコンイミド置換体であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー。
  8. 前記樹脂帯電制御剤のフローテスターによる見掛け粘度が10Pa・sとなる温度が85〜110℃であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー。
  9. 前記樹脂帯電制御剤の重量平均分子量が5×10〜1×10であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー。
  10. 前記樹脂帯電制御剤をトナー粒子に対して、0.1〜20重量%含有することを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー。
  11. 前記バインダー樹脂のフローテスターによる見掛け粘度が10Pa・sとなる温度をT1(℃)、前記樹脂帯電制御剤のフローテスターによる見掛け粘度が10Pa・sとなる温度をT2(℃)としたとき、T1、T2の比(T1/T2)が0.9<T1/T2<1.4であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー。
  12. 前記滑剤を1種類以上含みそのうち少なくとも1つは炭素数16以上の脂肪酸金属塩であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー。
  13. 前記添加剤が母体トナー100重量部に対し、1次粒子径0.01〜0.03μmの疎水化処理されたシリカを2.1重量部以上、1次粒子径0.01〜0.03μmで比表面積60〜140m/gの疎水化処理された酸化チタンを0.4〜1.0重量部含むことを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の乾式電子写真用トナー。
  14. 請求項1に記載の乾式電子写真用トナーからなることを特徴とする乾式一成分現像剤。
  15. 潜像保持体上に潜像を形成する潜像形成工程、該潜像を乾式電子写真用トナー又は該トナーを含む現像剤を担持する現像剤担持体上の該現像剤で現像する工程、現像されたトナー像を転写体上に転写する転写工程、転写体上のトナー像を加熱定着する定着工程を有する画像形成方法において、前記トナー又は現像剤が請求項1乃至13のいずれかに記載のトナー又は請求項14に記載の現像剤であることを特徴とする電子写真画像形成方法。
  16. 前記潜像保持体上の潜像を現像する現像工程が、交互電界を印加する工程であることを特徴とする請求項15に記載の画像形成方法。
  17. 請求項1乃至13のいずれかに記載のトナー又は請求項14に記載の一成分現像剤を保持する容器、該トナー又は現像剤を補給する容器、潜像保持体上に潜像を形成する潜像形成手段、該潜像を前記トナー又は現像剤で現像するための現像手段、現像されたトナー像を被転写部材に転写するための転写手段、転写像を定着するための定着手段を持つことを特徴とする画像形成装置。
  18. 前記現像装置が、前記潜像に交互電界を印加するための交互電界印加手段を有することを特徴とする請求項17に記載の画像形成装置。
  19. 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において、前記現像手段は、トナーまたは現像剤を保持し、該トナーまたは現像剤は、請求項1乃至13のいずれかに記載のトナー又は請求項14に記載の乾式一成分現像剤であることを特徴とするプロセスカートリッジ。
  20. 前記定着手段は、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手段であることを特徴とする請求項17若しくは18に記載の画像形成装置又は請求項19に記載のプロセスカートリッジ。

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