JP2009122281A - 液体現像剤および画像形成装置 - Google Patents

液体現像剤および画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】正帯電の帯電特性に優れ、トナー粒子の分散安定性に優れた液体現像剤を提供すること、また、このような液体現像剤を用いた画像形成装置を提供すること。
【解決手段】本発明の液体現像剤は、絶縁性液体と、主として樹脂材料で構成されたトナー粒子と、下記構造式(I)で表される分散剤とを含むことを特徴とする。分散剤のアミン価は、20〜300mgKOH/gであるのが好ましい。分散剤の含有量は、前記トナー粒子100重量部に対して1〜10重量部であるのが好ましい。
【化1】
Figure 2009122281

(ただし、Rは、炭素数が14〜18のアルキル基、X+Y+Zは、エチレンオキサイドの付加モル数で、2≦X+Y+Z≦15、かつ、Y、Z≠0である。)
【選択図】なし

Description

本発明は、液体現像剤および画像形成装置に関するものである。
潜像担持体上に形成した静電潜像を現像するために用いられる現像剤として、顔料等の着色剤および結着樹脂を含む材料で構成されるトナーを電気絶縁性の担体液(絶縁性液体)に分散した液体現像剤が知られている。
液体現像剤としては、負帯電性の液体現像剤と正帯電性の液体現像剤とが挙げられるが、負帯電性の液体現像剤を用いた場合、画像形成する際に、画像形成装置内部でオゾンが発生し、環境問題や画像形成装置内の周辺部品への悪影響を来す等の問題があった。
そこで、近年、オゾン等の放電生成物の生成量を少なくして画像形成を行い得ることから、正帯電性の液体現像剤を用いて画像を形成する方法の開発が進められている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の正帯電性の液体現像剤では、帯電制御剤を添加することにより、トナー粒子を正帯電にしている。
ところで、トナー粒子を構成する樹脂材料としては、定着性や帯電特性等の観点から、負帯電性のものが、一般に広く用いられている。しかしながら、このような負帯電性の樹脂材料を用いた場合、トナー粒子(液体現像剤)を正帯電させるのが困難であった。また、負帯電性の樹脂材料を用いたトナー粒子に、帯電制御剤を添加して正帯電させることも考えられるが、十分な帯電量を得るのが困難であった。
また、正帯電性の樹脂材料をトナー粒子の構成材料として用いることも考えられるが、正帯電性の樹脂材料は、樹脂そのものの安定性が低く、トナー粒子を構成する材料として適用するのが困難であった。
特開2002−214849号公報
本発明の目的は、正帯電の帯電特性に優れ、トナー粒子の分散安定性に優れた液体現像剤を提供すること、また、このような液体現像剤を用いた画像形成装置を提供することにある。
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の液体現像剤は、絶縁性液体と、
主として樹脂材料で構成されたトナー粒子と、
下記構造式(I)で表される分散剤とを含むことを特徴とする。
Figure 2009122281
(ただし、Rは、炭素数が14〜18のアルキル基、X+Y+Zは、エチレンオキサイドの付加モル数で、2≦X+Y+Z≦15、かつ、Y、Z≠0である。)
本発明の液体現像剤では、前記分散剤のアミン価は、20〜300mgKOH/gであることが好ましい。
本発明の液体現像剤では、前記分散剤の含有量は、前記トナー粒子100重量部に対して1〜10重量部であることが好ましい。
本発明の液体現像剤では、前記絶縁性液体は、脂肪酸モノエステルを含むものであることが好ましい。
本発明の液体現像剤では、前記絶縁性液体中における前記脂肪酸モノエステルの含有量は、1〜50wt%であることが好ましい。
本発明の液体現像剤では、前記樹脂材料は、エステル結合を有するものであることが好ましい。
本発明の液体現像剤では、前記樹脂材料の酸価は、5〜20mgKOH/gであることが好ましい。
本発明の液体現像剤では、前記樹脂材料を含む分散質が、水系分散媒に分散した分散液を調製する分散液調製工程と、
複数個の前記分散質を合一させ、合一粒子を得る合一工程と、
前記合一粒子に含まれる前記有機溶剤を除去し、トナー粒子を得る脱溶剤工程と、
前記トナー粒子および前記分散剤を前記絶縁性液体に分散させる分散工程とを有する方法により製造されることが好ましい。
本発明の画像形成装置は、色の異なる複数の液体現像剤を用いて、各色に対応した前記単色像を形成する複数の現像部と、
複数の前記現像部で形成された複数の前記単色像が順次転写され、転写された複数の前記単色像を重ね合わせてなる中間転写像を形成する中間転写部と、
前記中間転写像を前記記録媒体に転写し、前記記録媒体上に未定着カラー画像を形成する2次転写部と、
前記未定着カラー画像を前記記録媒体上に定着する定着部とを有し、
前記液体現像剤が、絶縁性液体と、
主として樹脂材料で構成されたトナー粒子と、
下記構造式(I)で表される分散剤とを含むことを特徴とする。
Figure 2009122281
(ただし、Rは、炭素数が14〜18のアルキル基、X+Y+Zは、エチレンオキサイドの付加モル数で、2≦X+Y+Z≦15、かつ、Y、Z≠0である。)
以上の構成を満足することにより、正帯電の帯電特性に優れ、トナー粒子の分散安定性に優れた液体現像剤、およびこのような液体現像剤を用いた画像形成装置を提供することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について、詳細に説明する。
≪液体現像剤≫
まず、本発明の液体現像剤について説明する。本発明の液体現像剤は、絶縁性液体中にトナー粒子が分散したものである。また、本発明の液体現像剤は、所定の構造を有する分散剤を含んでいる。
<分散剤>
まず、分散剤について説明する。
本発明の液体現像剤中には、下記構造式(I)で表される分散剤が含まれている。
Figure 2009122281
(ただし、Rは、炭素数が14〜18のアルキル基、X+Y+Zは、エチレンオキサイドの付加モル数で、2≦X+Y+Z≦15、かつ、Y、Z≠0である。)
ところで、トナー粒子を構成する樹脂材料としては、定着性や帯電特性等の観点から、負帯電性のものが、一般に広く用いられている。しかしながら、このような負帯電性の樹脂材料を用いた場合、トナー粒子(液体現像剤)を正帯電させるのが困難であった。また、負帯電性の樹脂材料を用いたトナー粒子に、帯電制御剤を添加して正帯電させることも考えられるが、十分な帯電量を得るのが困難であった。また、正帯電性の樹脂材料をトナー粒子の構成材料として用いることも考えられるが、正帯電性の樹脂材料は、樹脂そのものの安定性が低く、トナー粒子を構成する材料として適用するのが困難であった。
これに対して、本発明のように、上記のような構造を有する分散剤を用いることにより、以下のような効果が得られる。
トナー粒子を構成する樹脂材料は、通常、その分子内に酸性基(カルボキシル基等)を有している。この酸性基と、上記分散剤のエチレンオキサイド基(−(CHCH0)Hで表される基)が2つ結合した第3級アミン部位とがイオン結合により結合し、上記分散剤が、トナー粒子の表面に化学的に付着または吸着する。このとき、分散剤は、上記2つのエチレンオキサイド基(「−(CHCH0)H」および「−(CHCH0)H」)がトナー粒子の表面を覆うように付着または吸着する。
一方、アルキル基が結合した第3級アミン部位は、アルキル基を有しているため、絶縁性液体(特に、後述するような炭化水素系液体や脂肪酸エステル)との親和性が特に高い。このため、アルキル基が結合した第3級アミン部位は、絶縁性液体側へ向くように配置する。このような状態で上記分散剤がトナー粒子の表面に吸着するため、隣接するトナー粒子間に上記分散剤が確実に介在し、トナー粒子の凝集等を効果的に防止し、トナー粒子の分散性を優れたものとすることができる。また、アルキル基が結合した第3級アミン部位に、エチレンオキサイド基が結合している場合(すなわち、X≠0の場合)、立体障害によりトナー粒子の分散がさらに安定する。
さらに、上記分散剤のアルキル基が結合した第3級アミン部位の窒素原子は、樹脂材料の酸性基等から遊離したプロトン(H)を引きつけるため、トナー粒子を正帯電させることができる。これにより、液体現像剤の正帯電の帯電特性を優れたものとすることができる。また、帯電特性に優れることから、現像効率、転写効率等の特性にも優れたものとなる。
また、トナー粒子表面は、エチレンオキサイド基で網目状に被覆されることとなるため、液体現像剤は、高温保存性にも優れたものとなる。
また、上記のような構造を有する分散剤を用いることにより、後述するような画像形成装置において、以下のような効果を発揮する。
非極性あるいは低極性の絶縁性液体中には、遊離した上記分散剤が存在している。このように、絶縁性液体中に極性を備えたエチレンオキサイド基を有する分散剤が含まれていることにより、後述する画像形成装置の感光体上や、中間転写部上のトナー画像から余剰の絶縁性液体を回収する際に、トナー画像からの絶縁性液体の液離れを向上させることができる。その結果、上記像を記録媒体に定着する際に、絶縁性液体が定着を阻害するのを効果的に防止することができる。また、余剰の絶縁性液体を回収した後にも、上記トナー画像中には若干の絶縁性液体が残存するが、この残存した絶縁性液体は、紙等の記録媒体に上記トナー画像を転写する際に、紙等の記録媒体に素早く浸透するため、定着を阻害することはない。したがって、上記のような分散剤を用いることにより、液体現像剤の定着特性を向上させることができる。
また、分散剤のエチレンオキサイド基は、紙等の記録媒体との親和性が高い。このため、このような分散剤が付着したトナー粒子は、定着した際に、紙等の記録媒体に強固に定着する。
また、後述するような画像形成装置において、現像部等で回収された液体現像剤を再利用する際に、回収された液体現像剤内のトナー粒子を容易に再分散させることができ、容易に再利用することができる。
本発明において、上記構造式(I)中、Rは、炭素数が8〜24のアルキル基であるが、Rは、炭素数が8〜20のアルキル基であるのが好ましい。Rの炭素数が前記下限値未満であると、Rが結合した第3級アミン部位と絶縁性液体との親和性が低下し、十分な分散安定性が得られない場合がある。また、Rの炭素数が前記上限値を超えると、隣接するトナー粒子の表面の分散剤と絡み合って凝集が生じ、十分な分散安定性が得られない場合がある。
また、上記構造式(I)中、エチレンオキサイドの付加モル数であるX+Y+Zは、2〜15、かつ、Y、Z≠0であるが、X+Y+Zは、3〜15、かつ、X、Y、Z≠0であるのが好ましい。これにより、本発明の効果をより顕著なものとすることができる。
なお、本発明で用いる分散剤は、Rの炭素数が異なる複数種の上記構造式(I)で表される化合物を含んだものであってもよい。
また、このような分散剤のアミン価は、20〜300mgKOH/gであるのが好ましく、100〜280mgKOH/gであるのがより好ましい。前記分散剤のアミン価が前記下限値未満であると、十分な正帯電の帯電特性が得られない場合がある。また、前期分散在のアミン価が前記上限値を超えると、分散剤同士が凝集してしまい、十分な分散安定性が得られない場合がある。
上述したような構造を有する分散剤としては、例えば、エソデュオミンT/13、エソデュオミンT/25(「エソデュオミン」はライオン・アクゾー株式会社の商品名)、AgriSperseFA、DFA等のAgriSperseシリーズ(AgriSperseはNew Century Coatings社の商品名)等が挙げられ、これらのうち、1種または2種以上を組みあわせて用いることができる。
上述したような分散剤の液体現像剤中における含有量は、トナー粒子100重量部に対して1〜10重量部であるのが好ましく、1〜8重量部であるのがより好ましく、3.0〜6重量部であるのがさらに好ましい。分散剤の含有量が上記範囲であると、トナー粒子の分散性を効果的に向上させることができるとともに、正帯電の帯電特性をより優れたものとすることができる。
<絶縁性液体>
次に、絶縁性液体について説明する。
絶縁性液体は、十分に絶縁性の高い液体であればよいが、具体的には、室温(20℃)での電気抵抗が1011Ωcm以上のものであるのが好ましく、1012Ωcm以上のものであるのがより好ましく、1013Ωcm以上のものであるのがさらに好ましい。
また、絶縁性液体の比誘電率は、3.5以下であるのが好ましい。
このような条件を満足する絶縁性液体としては、例えば、アイソパーE、アイソパーG、アイソパーH、アイソパーL(アイソパー;エクソン化学社の商品名)、シエルゾール70、シエルゾール71(シエルゾール;シエルオイル社の商品名)、アムスコOMS、アムスコ460溶剤(アムスコ;スピリッツ社の商品名)、低粘度・高粘度流動パラフィン(和光純薬工業)等の鉱物油(炭化水素系液体)、脂肪酸グリセリド、脂肪酸モノエステル、中鎖脂肪酸エステル等の脂肪酸エステル、オクタン、イソオクタン、デカン、イソデカン、デカリン、ノナン、ドデカン、イソドデカン、シクロヘキサン、シクロオクタン、シクロデカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。上述した中でも、特に、炭化水素系液体、脂肪酸エステルを用いた場合、トナー粒子の分散安定性がさらに向上する。
上述した中でも、絶縁性液体として、脂肪酸モノエステルを含むものを用いた場合、以下のような効果が得られる。
脂肪酸モノエステルは、定着時にトナー粒子を可塑化させる効果(可塑効果)を有する成分である。したがって、定着時に、記録媒体上で熱、圧力をかけられた際に、トナー粒子を脂肪酸モノエステルによって容易に可塑化させることができる。そして、可塑化したトナー粒子は、容易に記録媒体へ密着することができる。また、脂肪酸モノエステルは、トナー粒子を構成する樹脂材料との親和性が高い成分である。このため、トナー粒子の表面付近に脂肪酸モノエステルを付着させることができるとともに、トナー粒子の分散性を向上させることができる。さらに、脂肪酸モノエステルは、記録媒体に浸透しやすい成分であるため、トナー粒子の表面付近に付着した脂肪酸モノエステルは、定着時にトナー粒子と記録媒体とが接触した際に、記録媒体に速やかに浸透する。そして、この脂肪酸モノエステルの浸透と共に、定着時の熱で溶融したトナー粒子(トナー粒子を構成する樹脂材料)の一部が記録媒体の内部に浸透し、アンカー効果が働き、定着強度が向上する。また、脂肪酸モノエステルは比較的低温であってもトナー粒子を可塑化させることができるため、脂肪酸モノエステルが含まれた絶縁性液体は、低温域での定着性も特に優れたものとなる。さらに、可塑化したトナー粒子同士が接触して溶融し合うことで、目的とする画像の色調をより確実に得ることができ、色再現性が特に優れたものとなる。また、定着時において、可塑化されたトナー粒子が加圧ローラや定着ローラ等によって平滑化され、得られたトナー画像は高い光沢を有する。また、脂肪酸モノエステルは環境に優しい成分であるため、画像形成装置外への絶縁性液体の漏出や、使用済液体現像剤の廃棄等による絶縁性液体の環境への負荷を低減することができる。その結果、環境に優しい液体現像剤を提供することができる。
また、脂肪酸モノエステルは、前述したような分散剤(特に、上記構造式(I)中、3≦X+Y+Z≦15、かつ、X、Y、Z≠0である分散剤)との親和性も高いため、トナー粒子の分散安定性をより高いものとすることができる。
また、脂肪酸モノエステルを含む絶縁性液体を用いることにより、各色に対応した液体現像剤間での、粘度のばらつきを比較的小さいものとすることができ、各色間でバランスのとれた、鮮明な画像を形成することができる。言い換えると、各色に対応した液体現像剤間での粘度のばらつきが小さいので、形成する画像における各色の発色性を現像条件で容易に調整することができる。
脂肪酸モノエステルの粘度は、10mPa・s以下であるのが好ましく、5mPa・s以下であるのがより好ましい。これにより、前述したようなアクリル微粒子の界面張力を低下する効果をより顕著なものとすることができる。その結果、記録媒体に得られる画像が、ムラのない鮮明なものとなる。また、これにより、記録媒体により好適に浸透するとともに、定着時の熱で溶融したトナー粒子の記録媒体への浸透をより確実に促すことができる。また、脂肪酸モノエステルの粘度が十分に小さいと、定着時において、トナー粒子間にある絶縁性液体が染み出して記録媒体へ浸透することが容易になる。このため、得られるトナー画像は、定着時において、トナー粒子同士が容易に密着、溶融しやすくなり、色再現性が特に優れたものとなる。また、例えば、後述するような方法で液体現像剤を製造する際に、粒径の揃ったトナー粒子を好適に得ることができる。なお、本明細書において、粘度は、特に断りのない限り、25℃において、振動式粘度計を用いてJIS Z8809に準拠して測定される粘度である。
液体現像剤に使用できる脂肪酸モノエステルとしては、特に限定されないが、例えば、オレイン酸、パルミトレイン酸、リノール酸、α−リノレン酸、γ−リノレン酸、アラキドン酸、ドコサヘキサエン酸(DHA)、エイコサペンタエン酸(EPA)等に代表される不飽和脂肪酸のアルキル(メチル、エチル、プロピル、ブチル等)モノエステル、酪酸、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミスチリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸等に代表される飽和脂肪酸のアルキル(メチル、エチル、プロピル、ブチル等)モノエステル等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、脂肪酸モノエステルは脂肪酸と一価のアルコールとのエステルであるが、このアルコールは、炭素数が1〜4のアルキルアルコールであるのが好ましい。これにより、液体現像剤の化学的安定性は優れたものとなり、液体現像剤の保存性、長期安定性はさらに優れたものとなる。また、絶縁性液体の粘度を好適なものとし、記録媒体への液体現像剤の浸透をより好適なものとすることができる。このようなアルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソブタノール等が挙げられる。
絶縁性液体中に脂肪酸モノエステルが含まれている場合、絶縁性液体中の脂肪酸モノエステルの含有量は、1〜50wt%であることが好ましく、5〜45wt%であることがより好ましい。絶縁性液体中の脂肪酸モノエステルの含有量が前記範囲内にあると、液体現像剤の粘度が特に適度なものとなり、定着時において、好適にトナー粒子間から絶縁性液体が流出し、トナー粒子同士が特に密着、溶融しやすくなる。また、トナー粒子が特に好適に可塑化し、トナー粒子同士が特に密着しやすくなるとともに、トナー粒子は、記録媒体へも特に密着しやすくなる。このため、液体現像剤は、色再現性が特に優れ、定着特性が特に優れたものとなる。
また、絶縁性液体として、脂肪酸グリセリドを含むものを用いた場合、以下のような効果が得られる。
脂肪酸グリセリドは、脂肪酸モノエステルと同様に、環境に優しい成分である。したがって、定着時等における絶縁性液体の揮発や、液体現像剤の廃棄等による環境への影響を低減することができる。
また、脂肪酸グリセリドとして不飽和脂肪酸グリセリドを含む場合には、以下のような効果も得られる。
不飽和脂肪酸グリセリドを構成する不飽和脂肪酸成分は、トナー粒子の記録媒体への定着強度向上に寄与することができる成分である。より詳しく説明すると、不飽和脂肪酸成分は、酸化されることにより(定着時における定着温度で酸化されることにより)、それ自体が硬化し、トナー粒子の定着強度を向上させる機能を有する成分である。これにより、記録媒体へのトナー粒子の定着強度を優れたものとすることができる。また、不飽和脂肪酸成分が硬化することにより、定着したトナー画像に対して、水性ボールペンでの追記を容易かつ確実に行うことができる。
グリセリドを構成する不飽和脂肪酸としては特に限定されないが、クロトン酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、オレイン酸、エライジン酸、バクセン酸、ガドレイン酸、エルカ酸、ネルボン酸等の一価不飽和脂肪酸、リノール酸、α−リノレン酸、γ−リノレン酸、アラキドン酸、エレオステアリン酸、ステアリドン酸、アラキドン酸、イワシ酸、ドコサヘキサエン酸等(DHA)、エイコサペンタエン酸(EPA)等の多価不飽和脂肪酸の不飽和脂肪酸やこれらの誘導体等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
このような不飽和脂肪酸成分を有する脂肪酸グリセリドは、例えば、紅花油、米油、米ぬか油、菜種油、オリーブ油、カノーラ油、大豆油、アマニ油、ヒマシ油、ヒマワリ油等の植物由来の油脂、牛油等の各種動物由来の油脂等の天然由来の油脂から効率良く得ることができる。
また、脂肪酸グリセリド中に飽和脂肪酸成分が含まれていてもよい。飽和脂肪酸成分を含むことにより、液体現像剤の化学的安定性や絶縁性液体の電気絶縁性をさらに高く保つことが可能になる。
このような飽和脂肪酸成分を構成する飽和脂肪酸としては、例えば、酪酸、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミスチリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。上記のような飽和脂肪酸の中でも、分子内の炭素数が、6〜22のものであるのが好ましく、8〜20のものであるのがより好ましく、10〜18のものであるのがさらに好ましい。このような飽和脂肪酸で構成された飽和脂肪酸成分を含むことにより、前述したような効果はさらに顕著なものとして発揮される。
絶縁性液体として、前述したような脂肪酸グリセリドと脂肪酸モノエステルとを含むものを用いた場合、絶縁性液体中における脂肪酸グリセリドの含有率をX[wt%]、絶縁性液体中における脂肪酸モノエステルの含有率をY[wt%]としたとき、1.0≦X/Y≦17.0の関係を満足することが好ましく、1.2≦X/Y≦5.0の関係を満足することがより好ましい。このような関係を満足することにより、定着時において、脂肪酸グリセリドに含まれる不飽和脂肪酸成分の酸化重合反応を十分に進行させることができる。また、定着時にトナー粒子が可塑化するのに十分な脂肪酸モノエステルがトナー粒子表面に付着し、トナー粒子同士が可塑化、溶融するため、目的とする色調で特に優れた光沢の画像がより確実に得られる。また、可塑効果が十分に働くため、記録媒体へのトナー画像の定着強度は特に優れたものとすることができる。また、脂肪酸モノエステルが絶縁性液体に多量に含まれる場合、画像形成装置の部材に浸透してこれらの部材が膨潤する場合があるが、上記のような関係を満足することで、脂肪酸モノエステルによる部材の膨潤を確実に防止できる。
また、液体現像剤(絶縁性液体)中には、上述した以外の成分が含まれていてもよい。このような成分としては、酸化防止剤、帯電制御剤等があげられる。
酸化防止剤としては、例えば、トコフェロール、d−トコフェロール、dl−α−トコフェロール、酢酸−α−トコフェロール、酢酸dl−α−トコフェロール、酢酸トコフェロール、α−トコフェロール等のビタミンE、ジブチルヒドロキシトルエン、ブチルヒドロキシアニソール等のフェノール系酸化防止剤、アスコルビン酸、アスコルビン酸塩類、アスコルビン酸ステアリン酸エステル等のビタミンC、緑茶抽出物、生コーヒー抽出物、セサモール、セサミノール、アミン系酸化防止剤、ホスファイト系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、帯電制御剤としては、例えば、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム等の金属酸化物、安息香酸の金属塩、サリチル酸の金属塩、アルキルサリチル酸の金属塩、カテコールの金属塩、含金属ビスアゾ染料、ニグロシン染料、テトラフェニルボレート誘導体、第四級アンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、塩素化ポリエステル、ニトロフニン酸、脂肪酸金属塩等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。上述した中でも、帯電制御剤として脂肪酸金属塩を用いた場合、液体現像剤の帯電特性を一層優れたものとすることができる。これは、脂肪酸金属塩から解離した金属イオンと前述したような分散剤のエチレンオキサイド基との配位結合によりトナー粒子表面近傍に正電荷を有する金属イオンを好適に存在させることができるためであると考えられる。
絶縁性液体の粘度は、特に限定されないが、5〜1000mPa・sであるのが好ましく、50〜800mPa・sであるのがより好ましく、100〜500mPa・sであるのがさらに好ましい。絶縁性液体の粘度が前記範囲内の値であると、液体現像剤が現像剤容器から塗布ローラにくみ出された場合において、適量の絶縁性液体がトナー粒子に付着し、トナー画像の現像性、転写性を特に優れたものにできる。また、トナー粒子の分散性をより高いものとすることができるとともに、後述するような画像形成装置において、塗布ローラに液体現像剤をより均一に供給することができ、また、塗布ローラ等からの液体現像剤の液だれ等をより効果的に防止することができる。加えて、トナー粒子の凝集、沈降を防止でき、絶縁性液体中におけるトナー粒子の分散性をより高いものとすることができる。これに対し、絶縁性液体の粘度が前記下限値未満であると、後述するような画像形成装置において、塗布ローラ等からの液体現像剤の液だれ等の問題が起こる可能性がある。一方、絶縁性液体の粘度が前記上限値を超えると、トナー粒子の分散性を十分高くできず、後述するような画像形成装置において、塗布ローラに液体現像剤をより均一に供給することができない場合がある。ただし、本明細書における粘度とは25℃において測定した値を指すものとする。
上述したような絶縁性液体の室温(20℃)での電気抵抗は、1×10Ωcm以上であるのが好ましく、1×1011Ωcm以上であるのがより好ましく、1×1013Ωcm以上であるのがさらに好ましい。
また、絶縁性液体の誘電率は、3.5以下であるのが好ましい。
<トナー粒子>
次に、トナー粒子について説明する。
[トナー粒子の構成材料]
トナー粒子は、少なくとも、結着樹脂(樹脂材料)と着色剤とを含むものである。
1.樹脂材料(結着樹脂)
トナー粒子は、主成分としての樹脂材料を含む材料で構成されている。
本発明においては、樹脂(バインダー樹脂)は、特に限定されず、例えば、公知の樹脂を用いることができる。
特に、樹脂材料としては、エステル結合を有するものを用いるのが好ましい。このような結合を有する樹脂材料は、酸性基であるカルボキシル基を比較的多く有しているため、トナー粒子表面により多くの上記分散剤を付着あるいは吸着させることができ、トナー粒子の正の帯電特性をより高いものとすることができるとともに、トナー粒子の分散安定性をより高いものとすることができる。また、液体現像剤の高温保存性をより高いものとすることができる。
エステル結合を有する樹脂材料としては、例えば、ポリエステル樹脂、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、メタクリル樹脂等が挙げられる。これらの中でも、特に、ポリエステル樹脂を用いるのが好ましい。ポリエステル樹脂は、透明性が高く、結着樹脂として用いた場合、得られる画像の発色性を高いものとすることができる。
ところで、ポリエステル樹脂は、通常、それ自体が負帯電性もしくは低帯電性(酸価が低い場合)のものであるため、正帯電性のトナー粒子(液体現像剤)に適用した場合、十分な帯電特性を得るのが困難であった。これに対して、本発明では、上記のような分散剤を用いることにより、ポリエステル樹脂を用いることによる上記のような効果を効果的に発揮させつつ、正帯電性に優れた液体現像剤とすることができる。また、ポリエステル樹脂で構成されたトナー粒子には、上述したような分散剤(特に、上記構造式(I)中、3≦X+Y+Z≦15、かつ、X、Y、Z≠0である分散剤)が付着しやすく、液体現像剤の分散安定性および高温保存性を特に高いものとすることができる。
ポリエステル樹脂は、多塩基酸と多価アルコールとが脱水縮合されることによって合成される樹脂である。
多塩基酸としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸、無水トリメリット酸、ピロメリット酸、ナフタレンジカルボン酸のごとき芳香族カルボン酸類;無水マレイン酸、フマール酸、コハク酸、アルケニル無水コハク酸、アジピン酸などの脂肪族カルボン酸類;シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環式カルボン酸類などが挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組みあわせて用いることができる。これらの多塩基酸の中でも、芳香族カルボン酸を用いるのが好ましい。
また、多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等の脂肪族ジオール類、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、水添ビスフェノールA等の脂環式ジオール類、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物等の芳香族ジオール類等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組みあわせて用いることができる。これらの多価アルコールは、単独で用いることもでき、2種以上を併用して用いることもできる。これらの多価アルコールの中でも、芳香族ジオール類、脂環式ジオール類を用いるのが好ましく、芳香族ジオール類を用いるのがより好ましい。
なお、得られるポリエステル樹脂に対して、さらにモノカルボン酸および/またはモノアルコールを加えて、重合末端のヒドロキシル基および/またはカルボキシル基をエステル化することにより、ポリエステル樹脂の酸価を調整することができる。このようなモノカルボン酸としては、例えば、酢酸、無水酢酸、安息香酸、トリクロル酢酸、トリフルオロ酢酸、無水プロピオン酸等が挙げられる。また、モノアルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、オクタノール、2−エチルヘキサノール、トリフルオロエタノール、トリクロロエタノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、フェノール等が挙げられる。
本発明で用いる樹脂材料の酸価は、5〜20mgKOH/gであるのが好ましく、5〜15mgKOH/gであるのがより好ましい。これにより、上述したような分散剤を、より効果的にトナー粒子表面に付着または吸着させることができる。これに対して、樹脂材料の酸価が前記下限値未満であると、トナー粒子の表面に分散剤が付着しにくくなり、トナー粒子同士の凝集を十分に防止することができない場合がある。また、トナー粒子中における顔料の分散性が低下する場合がある。また、後述するような乳化合一法によってトナー粒子を形成しようとした場合、十分に粒径のそろったトナー粒子を形成するのが困難となる場合がある。一方、樹脂材料の酸価が前記上限値を超えると、樹脂材料の負帯電性が強くなり、所望の正帯電の帯電特性が十分に得られない場合がある。
また、樹脂材料のガラス転移温度Tgは、15〜70℃であるのが好ましく、20〜55℃であるのがより好ましい。これにより、製造されるトナー粒子を含んだ液体現像剤は、保存時において、トナー粒子同士の凝集、融着がより確実に抑制され、液体現像剤の保存性はより優れたものとなる。さらに、トナー粒子を記録媒体に低温でより好適に定着させることができる。なお、本明細書で、ガラス転移温度Tgとは、示差走査熱量測定機DSC−220C(SII製)における測定条件:サンプル量10mg、昇温速度10℃/min、測定温度範囲10〜150℃で測定した際に、ガラス転移点以下のベースラインの延長線とピークの立ち上がり部分からピークの頂点までの間での最大傾斜を示す接線との交点の温度をいう。
樹脂材料の軟化温度(T1/2)は、特に限定されないが、50〜130℃であるのが好ましく、50〜120℃であるのがより好ましく、60〜115℃であるのがさらに好ましい。なお、本明細書で、軟化温度とは、高化式フローテスター(島津製作所製)における測定条件:昇温速度:5℃/min、ダイ穴径1.0mmで規定される軟化開始温度のことを指す。
2.着色剤
また、トナーは、着色剤を含んでいてもよい。着色剤としては、特に限定されず、例えば、公知の顔料、染料等を使用することができる。
3.その他の成分
また、トナーは、上記以外の成分を含んでいてもよい。このような成分としては、例えば、公知のワックス、磁性粉末等が挙げられる。
また、トナー粒子の構成材料(成分)としては、上記のような材料のほかに、例えば、ステアリン酸亜鉛、酸化亜鉛、酸化セリウム、シリカ、酸化チタン、酸化鉄、脂肪酸、脂肪酸金属塩等を用いてもよい。
[トナー粒子の形状]
上記のような材料で構成されたトナー粒子の平均粒径は、0.5〜3μmであるのが好ましく、1〜2.5μmであるのがより好ましく、1〜2μmであるのがさらに好ましい。トナー粒子の平均粒径が前記範囲内の値であると、各トナー粒子間での特性のばらつきを小さいものとし、液体現像剤全体としての信頼性を高いものとしつつ、液体現像剤により形成されるトナー画像の解像度を十分に高いものとすることができる。また、トナー粒子の絶縁性液体への分散を良好にし、液体現像剤の保存性を高いものとできる。なお、本明細書では、「平均粒径」とは、体積基準の平均粒径のことを指すものとする。
液体現像剤中におけるトナー粒子の含有率は、10〜60wt%であるのが好ましく、20〜50wt%であるのがより好ましい。
≪液体現像剤の製造方法≫
次に、本発明の液体現像剤の製造方法の好適な実施形態について説明する。
本実施形態の液体現像剤の製造方法は、樹脂材料、着色剤が水系分散媒に分散した分散液を調製する分散液調製工程と、複数個の分散質を合一させ、合一粒子を得る合一工程と、合一粒子に含まれる有機溶剤を除去し、樹脂材料と着色剤とを含むトナー粒子を得る脱溶剤工程と、トナー粒子および上述したような分散剤を絶縁性液体に分散させる分散工程とを有する。
以下、液体現像剤の製造方法を構成する各工程について詳細に説明する。
[分散液調製工程(水系分散液調製工程)]
まず、分散液(水系分散液)を調製する。
水系分散液は、いかなる方法で調製されるものであってもよいが、例えば、樹脂材料、着色剤等のトナー粒子の構成材料(トナー材料)を有機溶剤中に溶解、分散させて樹脂液を得(樹脂液調製処理)、水系液体で構成された水系分散媒を樹脂液に添加することにより、トナー材料を含む分散質(液状の分散質)を水系液体中に形成し、分散質が分散した分散液(水系分散液)を得る(分散質形成処理)。
(樹脂液調製処理)
まず、樹脂材料、加水分解抑制剤を有機溶剤に溶解または分散させた樹脂液を調製する。
調製された樹脂液は、前述したようなトナー粒子の構成材料、および、次に述べるような有機溶剤を含むものである。
有機溶剤としては、樹脂材料の少なくとも一部を溶解するものであればいかなるものであってもよいが、後述する水系液体よりも沸点が低いものを用いるのが好ましい。これにより、有機溶剤を容易に除去することができる。
また、有機溶剤は、後述する水系分散媒(水系液体)との相溶性が低いもの(例えば、25℃における水系分散媒100gに対する溶解度が30g以下のもの)であるのが好ましい。これにより、水系乳化液中において、トナー材料を安定した状態で微分散させることができる。
また、有機溶剤の組成は、例えば、前述したような樹脂材料、着色剤の組成や、水系分散媒の組成等に応じて適宜選択することができる。
このような有機溶剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、MEK等のケトン系溶媒、トルエン等の芳香族炭化水素系溶媒等が挙げられる。
樹脂液は、例えば、樹脂材料、着色剤、有機溶剤等を、攪拌機等により混合することにより得ることができる。樹脂液の調製に用いることのできる攪拌機としては、例えば、DESPA(浅田鉄工社製)、T.K.ロボミクス/T.K.ホモディスパー2.5型翼(プライミクス社製)等の高速攪拌機が挙げられる。
また、攪拌時における材料温度は、20〜60℃であるのが好ましく、30〜50℃であるのがより好ましい。
樹脂液中における固形分の含有率は、特に限定されないが、40〜75wt%であるのが好ましく、50〜73wt%であるのがより好ましく、50〜70wt%であるのがさらに好ましい。固形分の含有率が前記範囲内の値であると、後述する分散液(乳化懸濁液)を構成する分散質を、より球形度の高いもの(真球に近い形状もの)とすることができ、最終的に得られるトナー粒子の形状を、より確実に好適なものとすることができる。
また、樹脂液の調製においては、調製すべき樹脂液の構成成分をすべて同時に混合してもよいし、予め、調製すべき樹脂液の構成成分のうち一部を混合して混合物(マスター)を得、その後、当該混合物(マスター)を、他の成分と混合してもよい。
(分散質形成処理)
次に、水系分散液(分散液)を調製する。
水系液体で構成された水系分散媒を樹脂液に添加することにより、トナー材料を含む分散質(液状の分散質)を水系液体中に形成し、分散質が分散した分散液(水系分散液)を得る。
水系分散媒は、水系液体で構成されたものである。
水系液体としては、主として水で構成されたものを用いることができる。
水系液体中には、例えば、水との相溶性に優れる溶媒(例えば、25℃での100重量部の水に対する溶解度が、50重量部以上である溶媒)を含むものであってもよい。
また、水系分散媒には、必要に応じて乳化分散剤を添加してもよい。乳化分散剤を添加することにより、より容易に水系乳化液を調製することができる。
乳化分散剤としては、特に限定されず、例えば、公知の乳化分散剤を用いることができる。
また、水系分散液の調製に際して、例えば、中和剤を用いてもよい。これにより、例えば、樹脂材料が有する官能基(例えば、カルボキシル基等)を中和することができ、調製される水系分散液中における分散質の形状、大きさの均一性、分散質の分散性を特に優れたものとすることができ。このため、得られるトナー粒子は、粒度分布が特に狭いものとなる。
中和剤は、例えば、樹脂液に添加されるものであってもよいし、水系液体に添加されるものであってもよい。
また、中和剤は、水系分散液の調製において、複数回に分けて添加されるものであってもよい。
中和剤としては、塩基性化合物を用いることができ、より具体的には、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等の無機塩基や、ジエチルアミン、トリエチルアミン、イソプロピルアミン等の有機塩基等が挙げられ、これらから選択される1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。また、中和剤は、上記のような化合物を含む水溶液であってもよい。
また、塩基性化合物の使用量は、樹脂材料が有する全カルボキシル基を中和するために必要な量の1〜3倍に相当する量(1〜3当量)が好ましく、1〜2倍に相当する量(1〜2当量)がより好ましい。これにより、異形の分散質が形成されるのを効果的に防止することができ、また、後に詳述する合一工程において得られる粒子の粒度分布を、よりシャープなものとすることができる。
樹脂液への水系液体の添加は、いかなる方法で行うものであってもよいが、樹脂液を撹拌しつつ、樹脂液に水を含む水系液体を添加することが好ましい。すなわち、攪拌機等により樹脂液に剪断を加えつつ、樹脂液中に水系液体を徐々に添加(滴下)することにより行い、W/O型の乳化液からO/W型の乳化液に転相させて、最終的に、水系液体中に、樹脂液由来の分散質が分散した水系分散液を得るのが好ましい。
水系分散液の調製に用いることのできる攪拌機としては、例えば、DESPA(浅田鉄工社製)、T.K.ロボミクス/T.K.ホモディスパー2.5型翼(プライミクス社製)、スラッシャ(三井鉱山社製)、キャビトロン(ユーロテック社製)等の高速攪拌機、あるいは高速分散機等が挙げられる。
また、樹脂液への水系液体の添加時には、翼先端速度が10〜20m/秒となるように撹拌を行うことが好ましく、12〜18m/秒となるように撹拌を行うことがより好ましい。翼先端速度が前記範囲内の値であると、水系分散液を効率良く得ることができるとともに、水系分散液中における分散質の形状、大きさのばらつきを特に小さいものとすることができ、過剰に微細な分散質、粗大粒子の発生を防止しつつ、分散質の均一分散性を特に優れたものとすることができる。
水系分散液中における固形分の含有率は、特に限定されないが、5〜55wt%であるのが好ましく、10〜50wt%であるのがより好ましい。これにより、水系分散液中における分散質同士の不本意な凝集をより確実に防止しつつ、トナー粒子の生産性を特に優れたものとすることができる。
また、本処理における材料温度は、20〜60℃であるのが好ましく、20〜50℃であるのがより好ましい。
[合一工程]
次に、複数個の分散質を合一させ、合一粒子を得る(合一工程)。分散質の合一は、通常、有機溶剤を含む分散質が衝突することにより、これらが一体化して進行する。
複数個の分散質の合一は、分散液を撹拌しながら、分散液に電解質を添加することにより行う。これにより、容易かつ確実に合一粒子を得ることができる。また、電解質の添加量を調節することにより、容易かつ確実に、合一粒子の粒径、粒度分布を制御することができる。
電解質としては、特に限定されず、公知の有機、無機の水溶性の塩等を1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、電解質は、1価のカチオンの塩であることが好ましい。これにより、得られる合一粒子の粒度分布を狭いものとできる。また、1価のカチオンの塩を用いることで、本工程において、粗大粒子が発生することを確実に防止することができる。
また、上述した中でも、電解質は、硫酸塩(例えば、硫酸ナトリウム、硫酸アンモニウム)または炭酸塩であることが好ましく、硫酸塩であることが特に好ましい。これにより、特に容易に合一粒子の粒径を制御できる。
本工程で添加される電解質の量は、電解質が添加される分散液に含まれる固形分:100重量部に対し、0.5〜3重量部であるのが好ましく、1〜2重量部であるのがより好ましい。これにより、特に容易かつ確実に合一粒子の粒径を制御できるとともに、粗大粒子の発生を確実に防止することができる。
また、電解質は、水溶液の状態で添加されるのが好ましい。これにより、速やかに分散液全体に、電解質を拡散させることができるとともに、電解質の添加量を容易かつ確実に制御することができる。この結果、所望の粒径で、粒度分布の特に狭い合一粒子を得ることができる。
また、電解質を水溶液の状態で添加する場合、水溶液中における電解質の濃度は、2〜10wt%であることが好ましく、2.5〜6wt%であることがより好ましい。これにより、特に速やかに分散液全体に、電解質を拡散させることができ、電解質の添加量を容易かつ確実に制御することができる。また、このような水溶液を加えることにより、電解質を加え終えた際における分散液中の水の含有量が、好適なものとなる。このため、電解質添加後における合一粒子の成長速度を、生産性が落ちない程度に、適度に遅いものとすることができる。結果として、粒径をより確実に制御できる。また、不本意な合一粒子の合一を確実に防止することができる。
また、電解質を水溶液で添加する場合、電解質水溶液の添加の速度は、電解質水溶液が添加される分散液に含まれる固形分:100重量部に対し、0.5〜10重量部/分であるのが好ましく、1.5〜5重量部/分であるのがより好ましい。これにより、分散液中で、電解質の濃度のむらが発生することを防止することができ、粗大粒子が発生することを確実に防ぐことができる。また、合一粒子の粒度分布は特に狭いものとなる。さらに、このような速度で電解質を添加することで、合一の速度を特に容易に制御でき、合一粒子の平均粒径を制御することが特に容易になるとともに、トナーの生産性を特に優れたものとすることができる。
電解質の添加は、複数回に分けて行ってもよい。これにより、容易かつ確実に、所望の大きさの合一粒子を得ることができるとともに、得られる合一粒子の円形度を確実に、十分に大きいものとすることができる。
また、本工程は、分散液を攪拌した状態で行う。これにより、粒子間での形状、大きさのばらつきが特に小さい合一粒子を得ることができる。
分散液の撹拌には、例えば、アンカー翼、タービン翼、ファウドラー翼、フルゾーン翼、マックスブレンド翼、半月翼等の攪拌翼を用いることができるが、中でも、マックスブレンド翼、フルゾーン翼が好ましい。これにより、添加した電解質をすばやく均一に分散、溶解させて、電解質の濃度むらが発生することを確実に防止することができる。また、分散質を効率良く合一させつつ、一旦形成された合一粒子が崩壊するのをより確実に防止することができる。その結果、粒子間での形状、粒径のばらつきの小さい合一粒子を効率良く得ることができる。
攪拌翼の翼先端速度は、0.1〜10m/秒であるのが好ましく、0.2〜8m/秒であるのがより好ましく、0.2〜6m/秒であるのがさらに好ましい。翼先端速度が前記範囲内の値であると、添加した電解質を均一に分散、溶解させて、電解質の濃度むらが発生することを確実に防止することができる。また、分散質をより効率良く合一させつつ、一旦形成された合一粒子が崩壊するのをさらに確実に防止することができる。
得られる合一粒子の平均粒径は、0.5〜5μmであるのが好ましく、1.5〜3μmであるのがより好ましい。これにより、最終的に得られるトナー粒子の粒径を適度なものとすることができる。
[脱溶剤(脱溶媒)工程]
その後、分散液中に含まれる有機溶剤を除去する。これにより、分散液中に分散した樹脂微粒子(トナー粒子)が得られる。
有機溶剤の除去は、いかなる方法で行ってもよいが、例えば、減圧により行うことができる。これにより、樹脂材料等の構成材料の変性等を十分に防止しつつ、効率良く有機溶剤を除去することができる。
また、本工程での処理温度は、合一粒子を構成する樹脂材料のガラス転移点(Tg)よりも低い温度であるのが好ましい。
また、本工程は、分散液に、消泡剤を添加した状態で行ってもよい。これにより、効率良く有機溶剤を除去することができる。
消泡剤としては、例えば、鉱物油系消泡剤、ポリエーテル系消泡剤、シリコーン系消泡剤のほか、低級アルコール類、高級アルコール類、油脂類、脂肪酸類、脂肪酸エステル類、リン酸エステル類等を用いることができる。
消泡剤の使用量は、特に限定されないが、分散液中に含まれる固形分に対して、重量比で、20〜300ppmであるのが好ましく、30〜100ppmであるのがより好ましい。
また、本工程においては、有機溶剤とともに、少なくとも一部の水系液体が除去されてもよい。
なお、本工程においては、必ずしも全ての有機溶剤(分散液中に含まれる有機溶剤の全量)が除去されなくてもよい。このような場合であっても、後述する他の工程において、残存する有機溶剤を十分に除去することができる。
[洗浄工程]
次に、上記のようにして得られた樹脂微粒子(トナー粒子)の洗浄を行う(洗浄工程)。
本工程を行うことにより、不純物として、有機溶剤等が含まれる場合であっても、これらを効率良く除去することができる。その結果、最終的に得られる樹脂微粒子における、揮発性有機化合物(TVOC)量を特に少ないものとすることができる。
本工程は、例えば、固液分離(水系液体からの分離)により樹脂微粒子を分離し、さらにその後、固形分(樹脂微粒子)の水中への再分散および固液分離(水系液体からの樹脂微粒子の分離)をすることにより行うことができる。固形分の水中への再分散および固液分離は、複数回、繰り返し行ってもよい。
[乾燥工程]
その後、乾燥処理を施すことにより、トナー粒子を得ることができる(乾燥工程)。
乾燥工程は、例えば、真空乾燥機(例えば、リボコーン(大川原製作所社製)、ナウター(ホソカワミクロン社製)等)、流動層乾燥機(大川原製作所社製)等を用いて行うことができる。
[分散工程]
次に、上記のようにして得られたトナー粒子と上述したような分散剤とを、絶縁性液体中に分散する。これにより、液体現像剤を得る。
トナー粒子および前記分散剤の絶縁性液体への分散は、いかなる方法を用いてもよく、例えば、絶縁性液体とトナー粒子と前記分散剤とをビーズミル、ボールミル等で混合することにより行うことができる。このような方法で混合することにより、分散剤をトナー粒子の表面により確実に付着または吸着させることができる。
また、この分散時において、絶縁性液体、トナー粒子および前記分散剤以外の成分を混合するものであってもよい。
また、トナー粒子および前記分散剤の絶縁性液体への分散は、最終的に得られる液体現像剤を構成する絶縁性液体の全量を用いて行うものであってもよく、絶縁性液体の一部を用いて行うものであってもよい。
また、絶縁性液体の一部を用いてトナー粒子および前記分散剤を分散する場合、分散した後に、分散に用いた液体と同じ液体を絶縁性液体として添加するものであってもよいし、また、分散した後に、分散に用いた液体とは異なる液体を絶縁性液体として添加するものであってもよい。後者の場合、最終的に得られる液体現像剤の粘度等の特性を容易に調整することができる。また、分散に用いる液体が脂肪酸モノエステルである場合、トナー粒子をより確実に可塑化することができる。
以上説明したような方法により液体現像剤を製造した場合、含まれるトナー粒子は、その構成材料が均一に分散したものとなるとともに、トナー粒子間での形状のばらつきが小さいものとなる。それにより、粒子表面の表面積が粒子間によって異なることがなくなり、前述したような分散剤をトナー粒子の表面により均一に付着または吸着させることができる。その結果、トナー粒子間での帯電特性のばらつきを効果的に抑制することができるとともに、現像、転写プロセスにおいても構成が容易となる。
≪画像形成装置≫
次に、本発明の画像形成装置の好適な実施形態について説明する。本発明の画像形成装置は、上述したような本発明の液体現像剤を用いて記録媒体上にカラー画像を形成するものである。
図1は、本発明の液体現像剤が適用される画像形成装置の第2実施形態を示す模式図、図2は、図1に示す画像形成装置の一部を拡大した拡大図である。
画像形成装置1000は、図1、図2に示すように、4つの現像部30Y、30M、30C、30Kと、中間転写部40と、2次転写ユニット(2次転写部)60と、定着部(定着装置)F40と、4つの液体現像剤補給部80Y、80M、80C、80Kとを有している。
現像部30Y、30M、30Cは、それぞれ、イエロー系液体現像剤(Y)、マゼンダ系液体現像剤(M)、シアン系の液体現像剤(C)で、潜像を現像し、各色に対応したカラーの単色像を形成する機能を有している。また、現像部30Kは、ブラック系液体現像剤(K)で、潜像を現像し、ブラック(黒)の単色像を形成する機能を有している。
現像部30Y、30M、30C、30Kの構成は同様であるので、以下、現像部30Yについて説明する。
現像部30Yは、図2に示すように、像担持体の一例としての感光体10Yと、感光体10Yの回転方向に沿って、帯電ローラ11Yと、露光ユニット12Yと、現像ユニット100Yと、感光体スクイーズ装置101Yと、1次転写バックアップローラ51Yと、除電ユニット16Yと、感光体クリーニングブレード17Yと、現像剤回収部18Yとを有している。
感光体10Yは、円筒状の基材とその外周面に形成され、例えばアモルファスシリコン等の材料で構成された感光層を有し、中心軸を中心に回転可能であり、本実施の形態においては、図2中の矢印で示すように時計回りに回転する。
感光体10Yは、後述する現像ユニット100Yにより液体現像剤が供給され、表面に液体現像剤の層が形成されるものである。
帯電ローラ11Yは、感光体10Yを帯電するための装置であり、露光ユニット12Yは、レーザを照射することによって帯電された感光体10Y上に潜像を形成する装置である。この露光ユニット12Yは、半導体レーザ、ポリゴンミラー、F−θレンズ等を有しており、パーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ等の不図示のホストコンピュータから入力された画像信号に基づいて、変調されたレーザを帯電された感光体10Y上に照射する。
現像ユニット100Yは、感光体10Y上に形成された潜像を、本発明の液体現像剤を用いて現像するための装置である。なお、現像ユニット100Yの詳細については後述する。
感光体スクイーズ装置101Yは、現像ユニット100Yより回転方向下流側に、感光体10Yに対向して配置されており、感光体スクイーズローラ13Yと、該感光体スクイーズローラ13Yに押圧摺接して表面に付着した液体現像剤を除去するクリーニングブレード14Yと、除去された液体現像剤を回収する現像剤回収部15Yとで構成される。この感光体スクイーズ装置101Yは、感光体10Yに現像された現像剤から余剰なキャリア(絶縁性液体)および本来不要なカブリトナーを回収し、顕像内のトナー粒子比率を上げる機能を有する。
1次転写バックアップローラ51Yは、感光体10Yに形成された単色像を、後述する中間転写部40に転写するための装置である。
除電ユニット16Yは、1次転写バックアップローラ51Yによって中間転写部40上に中間転写像が転写された後に、感光体10Y上の残留電荷を除去する装置である。
感光体クリーニングブレード17Yは、感光体10Yの表面に当接されたゴム製の部材で、1次転写バックアップローラ51Yによって中間転写部40上に像が転写された後に、感光体10Y上に残存する液体現像剤を掻き落として除去する機能を有している。
現像剤回収部18Yは、感光体クリーニングブレード17Yにより除去された液体現像剤を回収する機能を有している。
中間転写部40は、エンドレスの弾性ベルト部材であり、図示しないモータの駆動力が伝達されるベルト駆動ローラ41および一対の従動ローラ42、43に張架されている。また、中間転写部40は、1次転写バックアップローラ51Y、51M、51C、51Kで感光体10Y、10M、10C、10Kと当接しながらベルト駆動ローラ41により反時計回りに回転駆動される。
さらに、中間転写部40は、テンションローラ44によって所定のテンションが付与されて、たるみが除去されるようになっている。このテンションローラ44は、一方の従動ローラ42より中間転写部40の回転(移動)方向下流側でかつ他方の従動ローラ43より中間転写部40の回転(移動)方向上流側に配設されている。
この中間転写部40に、1次転写バックアップローラ51Y、51M、51C、51Kにより、現像部30Y、30M、30C、30Kで形成された各色に対応した単色像が順次転写され、各色に対応した単色像が重ね合わされる。これにより、中間転写部40にフルカラー現像剤像(中間転写像)が形成される。
中間転写部40には、このように複数の感光体10Y、10M、10C、10Kに形成した単色像を順次2次転写して重ね合わせて担持し、後述する2次転写ユニット60において一括して紙、フィルム、布等の記録媒体F5に2次転写する。そのため、2次転写行程において記録媒体F5にトナー像を転写するに当たって、記録媒体F5表面が繊維質などによって平滑でないシート材であっても、この非平滑なシート材表面に倣って2次転写特性を向上させる手段として、弾性ベルト部材を採用している。
また、中間転写部40には、中間転写部クリーニングブレード46、現像剤回収部47、非接触式バイアス印加部材48からなるクリーニング装置が配置されている。
中間転写部クリーニングブレード46および現像剤回収部47は、従動ローラ43側に配されている。
中間転写部クリーニングブレード46は、2次転写ユニット(2次転写部)60によって記録媒体F5上に像が転写された後に、中間転写部40上に付着した液体現像剤を掻き落として除去する機能を有している。
現像剤回収部47は、中間転写部クリーニングブレード46により除去された液体現像剤を回収する機能を有している。
非接触式バイアス印加部材48はテンションローラ44に対向する位置に中間転写部40から離間して配設されている。この非接触式バイアス印加部材48は、二次転写後に中間転写部40上に残留する液体現像剤のトナー(固形分)に、このトナーと逆極性のバイアス電圧を印加するものである。これにより、トナーが除電されて中間転写部40へのトナーの静電付着力が低減されるようにしている。この例では、非接触式バイアス印加部材48として、コロナ帯電器が用いられている。
なお、非接触式バイアス印加部材48は、必ずしもテンションローラ44に対向する位置に配設する必要はなく、例えば従動ローラ42とテンションローラ44との間の位置等、従動ローラ42より中間転写部の移動方向下流側で、かつ、従動ローラ43より中間転写部の移動方向上流側の任意の位置に配設することができる。また、非接触式バイアス印加部材48はコロナ帯電器以外の公知の非接触式帯電器を用いることもできる。
また、1次転写バックアップローラ51Yより中間転写部40の移動方向下流側に、中間転写部スクイーズ装置52Yが配されている。
この中間転写部スクイーズ装置52Yは、中間転写部40上に転写された液体現像剤が望ましい分散状態に至っていない場合に、転写された液体現像剤から余剰の絶縁性液体を除去する手段として設けられている。
中間転写部スクイーズ装置52Yは、中間転写部スクイーズローラ53Yと、中間転写部スクイーズローラ53Yに押圧摺接して表面をクリーニングする中間転写部スクイーズクリーニングブレード55Yと、中間転写部スクイーズクリーニングブレード55Yで除去された液体現像剤を回収する現像剤回収部56Yとから構成される。
中間転写部スクイーズ装置52Yは、中間転写部40に1次転写された現像剤から余剰な絶縁性液体を回収し、像内のトナー粒子比率を上げると共に、本来不要なカブリトナーを回収する機能を有する。
2次転写ユニット60は、互いに転写材移動方向に沿って所定間隔離間して配置された一対の2次転写ローラを備えている。これらの一対の2次転写ローラのうち、中間転写部40の移動方向の上流側に配置される2次転写ローラが上流側2次転写ローラ61である。この上流側2次転写ローラ61は、ベルト駆動ローラ41に中間転写部40を介して圧接可能となっている。
また、一対の2次転写ローラのうち、転写材の移動方向の下流側に配置される2次転写ローラが下流側2次転写ローラ62である。この下流側2次転写ローラ62は、従動ローラ42に中間転写部40を介して圧接可能となっている。
すなわち、上流側2次転写ローラ61、下流側2次転写ローラ62は、それぞれ、ベルト駆動ローラ41および従動ローラ42に掛けられた中間転写部40に記録媒体F5を当接させて、中間転写部40上に色重ねして形成された中間転写像を記録媒体F5に2次転写する。
この場合、ベルト駆動ローラ41および従動ローラ42は、それぞれ上流側2次転写ローラ61、下流側2次転写ローラ62のバックアップローラとしても機能する。すなわち、ベルト駆動ローラ41は、2次転写ユニット60において従動ローラ42より記録媒体F5の移動方向上流側に配置される上流側バックアップローラとして兼用される。また、従動ローラ42は、2次転写ユニット60においてベルト駆動ローラ41より記録媒体F5の移動方向下流側に配置される下流側バックアップローラとして兼用される。
したがって、2次転写ユニット60に搬送されてきた記録媒体F5は、上流側2次転写ローラ61とベルト駆動ローラ41との圧接開始位置(ニップ開始位置)から下流側2次転写ローラ62と従動ローラ42との圧接終了位置(ニップ終了位置)までの転写材の所定の移動領域で中間転写部40に密着される。これにより、中間転写部40上のフルカラーの中間転写像が、中間転写部40に密着した状態の記録媒体F5に所定時間にわたって2次転写されるので、良好な2次転写が行われる。
また、2次転写ユニット60は、2次転写ローラ61に対して、2次転写ローラクリーニングブレード63と、現像剤回収部64とを備えている。また、2次転写ユニット60は、2次転写ローラ62に対して、2次転写ローラクリーニングブレード65と、現像剤回収部66とを備えている。各2次転写ローラクリーニングブレード63、65は、それぞれ2次転写ローラ61、62に当接されて2次転写後に各2次転写ローラ61、62の表面に残留する液体現像剤を掻き落として除去する。また、各現像剤回収部64、66は、それぞれ各2次転写ローラクリーニングブレード63、65によって各2次転写ローラ61、62から掻き落とされた液体現像剤を回収して貯留する。
2次転写ユニット60により記録媒体F5上に転写されたトナー画像(転写像)F5aは、後述する定着部(定着装置)F40に送られ、定着が行われる。
次に、現像ユニット100Y、100M、100C、100Kについて、詳細に説明する。なお、以下の説明では、代表的に、現像ユニット100Yについて説明する。
現像ユニット100Yは、図2に示すように、液体現像剤貯留部31Yと、塗布ローラ32Yと、規制ブレード33Yと、現像剤攪拌ローラ34Yと、現像ローラ20Yと、現像ローラクリーニングブレード21Yと、コロナ放電器(圧縮手段)23Yとを有している。
液体現像剤貯留部31Yは、感光体10Yに形成された潜像を現像するための液体現像剤を貯留する機能を備えたものである。
塗布ローラ32Yは、液体現像剤を現像ローラ20Yへ供給する機能を備えたものである。
この塗布ローラ32Yは、鉄等金属性のローラの表面に溝が均一かつ螺旋状に形成されニッケルメッキが施された、いわゆるアニロクスローラを呼称されるものであり、その直径は約25mmである。本実施形態では、塗布ローラ32Yの回転方向に対して斜めに複数の溝が、いわゆる切削加工や転造加工等によって形成されている。この塗布ローラ32Yは、反時計回りに回転しながら液体現像剤に接触することによって、溝に、液体現像剤貯留部31Y内の液体現像剤を担持して、該担持した液体現像剤を現像ローラ20Yへ搬送する。
規制ブレード33Yは、塗布ローラ32Yの表面に当接して、塗布ローラ32Y上の液体現像剤の量を規制する。すなわち、当該規制ブレード33Yは、塗布ローラ32Y上の余剰液体現像剤を掻き取って、現像ローラ20Yに供給する塗布ローラ32Y上の液体現像剤を計量する役割を果たす。この規制ブレード33Yは、弾性体としてのウレタンゴムからなり、鉄等金属製の規制ブレード支持部材より支持されている。また、規制ブレード33Yは、塗布ローラ32Yが回転して液体現像剤から進出する側(すなわち、図2中右側)に設けられている。なお、規制ブレード33Yのゴム硬度は、JIS−Aで約77度であり、規制ブレード33Yの、塗布ローラ32Y表面への当接部の硬度(約77度)は、後述する現像ローラ20Yの弾性体の層の塗布ローラ32Y表面への圧接部の硬度(約85度)よりも低くなっている。また、掻き取られた余剰の液体現像剤は、液体現像剤貯留部31Yに回収され、再利用される。
現像剤攪拌ローラ34Yは、液体現像剤を一様分散状態に攪拌する機能を備えたものである。これにより、複数個のトナー粒子1が凝集した場合であっても、トナー粒子1同士を好適に分散させることができる。特に、本発明の液体現像剤は、トナー粒子の分散性が高いため、より好適に分散することができる。また、再利用した液体現像剤であっても、容易に分散させることができる。
液体現像剤貯留部31Y内において、液体現像剤の中のトナー粒子1はプラスの電荷を有し、液体現像剤は、現像剤撹拌ローラ34Yにより撹拌されて一様分散状態になり、塗布ローラ32Yが回転することによって、液体現像剤貯留部31Yから汲み上げられ、規制ブレード33Yによって液体現像剤量が規制されて現像ローラ20Yに供給される。
現像ローラ20Yは、感光体10Yに担持された潜像を液体現像剤により現像するために、液体現像剤を担持して感光体10Yと対向する現像位置に搬送する。
現像ローラ20Yは、その表面に、前述した塗布ローラ32Yから液体現像剤を供給することにより、液体現像剤層201Yを形成するものである。
この現像ローラ20Yは、鉄等金属製の内芯の外周部に、導電性を有する弾性体の層を備えたものであり、その直径は約20mmである。また、弾性体の層は、二層構造になっており、その内層として、ゴム硬度がJIS−A約30度で、厚み約5mmのウレタンゴムが、その表層(外層)として、ゴム硬度がJIS−A約85度で、厚み約30μmのウレタンゴムが備えられている。そして、現像ローラ20Yは、前記表層が圧接部となって、弾性変形された状態で塗布ローラ32Yおよび感光体10Yのそれぞれに圧接している。
また、現像ローラ20Yは、その中心軸を中心として回転可能であり、当該中心軸は、感光体10Yの回転中心軸よりも下方にある。また、現像ローラ20Yは、感光体10Yの回転方向(図2において時計方向)と逆の方向(図2において反時計方向)に回転する。なお、感光体10Y上に形成された潜像を現像する際には、現像ローラ20Yと感光体10Yとの間に電界が形成される。
コロナ放電器(圧縮手段)23Yは、現像ローラ20Yに担持された液体現像剤のトナーを圧縮状態にする機能を備えた装置である。言い換えると、コロナ放電器23Yは、前述した液体現像剤層201Yに対してトナー粒子1と同極性の電界を印加することにより、図3に示すように、液体現像剤層201Y中において、現像ローラ20Yの表面近傍にトナー粒子1を偏在させる機能を備えた装置である。このようにトナー粒子を偏在させることにより、現像濃度(現像効率)を向上させることができ、その結果、品質の高い鮮明な画像を得ることができる。特に、本発明の液体現像剤は、帯電特性に優れているため、トナー粒子1の帯電量は高いものとなっている。したがって、コロナ放電器23Yから印加される電界を比較的弱くした場合であっても、液体現像剤中のトナー粒子1を確実に圧縮状態にすることができる。すなわち、コロナ放電器23Yにかける電圧を低くすることができ、省電力化を図ることができる。
なお、現像ユニット100Yにおいて、塗布ローラ32Yと現像ローラ20Yとは、異なる動力源(図示せず)によって、別駆動している。そして、塗布ローラ32Yと現像ローラ20Yと回転速度(線速度)比を変えることで、現像ローラ20Y上に供給される液体現像剤の量を調整することができる。
また、現像ユニット100Yは、現像ローラ20Yの表面に当接されたゴム製の現像ローラクリーニングブレード21Yと、現像剤回収部22Yとを有している。この現像ローラクリーニングブレード21Yは、前記現像位置で現像が行われた後に、現像ローラ20Y上に残存する液体現像剤を掻き落として除去するための装置である。現像ローラクリーニングブレード21Yにより除去された液体現像剤は、現像剤回収部22Y内に回収される。
また、図1、図2に示すように、画像形成装置1000は、液体現像剤を現像部30Y、30M、30C、30Kに補給する液体現像剤補給部80Y、80M、80C、80Kを備えている。これらの液体現像剤補給部80Y、80M、80C、80Kは、それぞれ、液体現像剤タンク81Y、81M、81C、81Kと、絶縁性液体タンク82Y、82M、82C、82Kと、撹拌装置83Y、83M、83C、83Kとを備えている。
各液体現像剤タンク81Y、81M、81C、81Kには、それぞれ各色に対応した高濃度の液体現像剤が収納されている。また、各絶縁性液体タンク82Y、82M、82C、82Kには、それぞれ絶縁性液体が収納されている。さらに、各撹拌装置83Y、83M、83C、83Kには、各液体現像剤タンク81Y、81M、81C、81Kからの所定量の各高濃度液体現像剤と、各絶縁性液体タンク82Y、82M、82C、82Kからの所定量の各絶縁性液体とが供給されるようになっている。
そして、各撹拌装置83Y、83M、83C、83Kは、それぞれ、供給された各高濃度液体現像剤および各絶縁性液体をそれぞれ混合撹拌して、各液体現像剤貯留部31Y、31M、31C、31Kで使用する各色に対応した液体現像剤を作製する。各撹拌装置83Y、83M、83C、83Kでそれぞれ作製された各液体現像剤は、それぞれ各液体現像剤貯留部31Y、31M、31C、31Kに供給されるようになっている。
また、図1、図2に示すように、液体現像剤補給部80Y、80M、80C、80Kには、それぞれ、現像剤回収部15Y、15M、15C、15Kで回収された各液体現像剤、各現像剤回収部22Y、22M、22C、22Kで回収された各液体現像剤が回収され、再利用される。特に、本発明の液体現像剤は、再分散性が高く、容易に再利用することができる。
次に、定着部について説明する。
定着部F40は、前述した現像部、転写部等において形成された未定着のトナー画像F5aを、記録媒体F5上に定着させるものである。
定着部F40は、図4に示すように、熱定着ローラF1と、加圧ローラF2と、耐熱ベルトF3と、ベルト張架部材F4と、クリーニング部材F6と、フレームF7と、スプリングF9とを有している。
熱定着ローラ(定着ローラ)F1は、パイプ材で構成されたローラ基材F1bと、その外周を被覆する弾性体F1cと、ローラ基材F1bの内部に、加熱源としての柱状ハロゲンランプF1aとを有しており、図に矢印で示す反時計方向に回転可能になっている。
熱定着ローラF1の内部には、加熱源を構成する2本の柱状ハロゲンランプF1a、F1aが内蔵されており、これらの柱状ハロゲンランプF1a、F1aの発熱エレメントは、それぞれ異なった位置に配置されている。そして、各柱状ハロゲンランプF1a、F1aが選択的に点灯されることにより、後述する耐熱ベルトF3が熱定着ローラF1に巻き付いた定着ニップ部位と、後述するベルト張架部材F4が熱定着ローラF1に摺接する部位との異なる条件下や、幅の広い記録媒体と幅の狭い記録媒体との異なる条件下等での温度コントローラが容易に行われるようになっている。
加圧ローラF2は、熱定着ローラF1と対向するように配されており、後述する耐熱ベルトF3を介して、未定着のトナー画像F5aが形成された記録媒体F5に対して圧力を加えるよう構成されている。
また、加圧ローラF2は、パイプ材で構成されたローラ基材F2bと、その外周を被覆する弾性体F2cとを有し、図に矢印で示す時計方向に回転可能になっている。
また、熱定着ローラF1の弾性体F1cの表層にはPFA層が設けられている。これにより、各弾性体F1c、2cの厚みは異なるが、両弾性体F1c、2cは略均一な弾性変形をして、いわゆる水平ニップが形成され、また、熱定着ローラF1の周速に対して、後述する耐熱ベルトF3または記録媒体F5の搬送速度に差異が生じることもないので、極めて安定した画像定着が可能となる。
耐熱ベルトF3は、加圧ローラF2とベルト張架部材F4の外周に張架されて移動可能とされ、熱定着ローラF1と加圧ローラF2との間に挟圧されるエンドレスの環状のベルトである。
この耐熱ベルトF3は、0.03mm以上の厚みを有し、その表面(記録媒体F5が接触する側の面)をPFAで形成し、裏面(加圧ローラF2およびベルト張架部材F4と接触する側の面)をポリイミドで形成した2層構成のシームレスチューブで形成されている。なお、耐熱ベルトF3は、これに限定されず、ステンレス管やニッケル電鋳管等の金属管、シリコーン等の耐熱樹脂管等の他の材料で形成することもできる。
ベルト張架部材F4は、熱定着ローラF1と加圧ローラF2との定着ニップ部よりも記録媒体F5搬送方向上流側に配設されるとともに、加圧ローラF2の回転軸F2aを中心として矢印P方向に揺動可能に配設されている。
ベルト張架部材F4は、記録媒体F5が定着ニップ部を通過しない状態において、耐熱ベルトF3を熱定着ローラF1の接線方向に張架するように構成されている。記録媒体F5が定着ニップ部に進入する初期位置で定着圧力が大きいと進入がスムーズに行われなくて、記録媒体F5の先端が折れた状態で定着される場合があるが、このように耐熱ベルトF3を熱定着ローラF1の接線方向に張架する構成にすることで、記録媒体F5の進入がスムーズに行われる記録媒体F5の導入口部が形成でき、安定した記録媒体F5の定着ニップ部への進入が可能となる。
ベルト張架部材F4は、耐熱ベルトF3の内周に嵌挿されて加圧ローラF2と協働して耐熱ベルトF3に張力fを付与する略半月状のベルト摺動部材(耐熱ベルトF3はベルト張架部材F4上を摺動する)である。このベルト張架部材F4は、耐熱ベルトF3が熱定着ローラF1と加圧ローラF2との押圧部接線Lより熱定着ローラF1側に巻き付けてニップを形成する位置に配置される。突壁F4aはベルト張架部材F4の軸方向一端または両端に突設されており、この突壁F4aは、耐熱ベルトF3が軸方向端の一方に寄った場合に、この耐熱ベルトF3がこの突壁F4aに当接することで耐熱ベルトF3の端への寄りを規制するものである。突壁F4aの熱定着ローラF1と反対側の端部とフレームとの間にスプリングF9が縮設されていて、ベルト張架部材F4の突壁F4aが熱定着ローラF1に軽く押圧され、ベルト張架部材F4が熱定着ローラF1に摺接して位置決めされる。
ベルト張架部材F4が熱定着ローラF1に軽く押圧される位置がニップ初期位置とされ、また、熱定着ローラF1に加圧ローラF2が押圧する位置がニップ終了位置とされる。
定着部F40において、未定着のトナー画像F5aが形成された記録媒体F5は、上記ニップ初期位置から定着ニップ部に進入して耐熱ベルトF3と熱定着ローラF1との間を通過し、ニップ終了位置から抜け出ることで、記録媒体F5上に形成された未定着のトナー画像F5aが定着され、その後、熱定着ローラF1への加圧ローラF2の押圧部の接線方向Lに排出される。
クリーニング部材F6は、加圧ローラF2とベルト張架部材F4との間に配置されている。
このクリーニング部材F6は耐熱ベルトF3の内周面に摺接して耐熱ベルトF3の内周面の異物や摩耗粉等をクリーニングするものである。このように異物や摩耗粉等をクリーニングすることで、耐熱ベルトF3をリフレッシュし、後述するような摩擦係数の不安定要因を除去している。また、ベルト張架部材F4に凹部F4fが設けられており、耐熱ベルトF3から除去した異物や摩耗粉等を収納するよう構成されている。
また、定着部F40は、記録媒体F5にトナー画像F5aを定着させた後に、熱定着ローラF1の表面に付着(残存)した絶縁性液体を除去する除去ブレード(除去手段)F12を有している。なお、この除去ブレードF12は、絶縁性液体を除去するとともに、定着の際に熱定着ローラF1上に移行したトナー等も同時に除去することができる。
なお、耐熱ベルトF3を加圧ローラF2とベルト張架部材F4とにより張架して加圧ローラF2で安定して駆動するには、加圧ローラF2と耐熱ベルトF3との摩擦係数をベルト張架部材F4と耐熱ベルトF3との摩擦係数より大きく設定するとよい。しかし、摩擦係数は、耐熱ベルトF3と加圧ローラF2との間あるいは耐熱ベルトF3とベルト張架部材F4との間への異物の侵入や、耐熱ベルトF3と加圧ローラF2およびベルト張架部材F4との接触部の摩耗などによって不安定になる場合がある。
そこで、加圧ローラF2と耐熱ベルトF3の巻き付け角よりベルト張架部材F4と耐熱ベルトF3の巻き付け角が小さくなるように、また、加圧ローラF2の径よりベルト張架部材F4の径が小さくなるように設定する。これにより、耐熱ベルトF3がベルト張架部材F4を摺動する長さが短くなり、経時変化や外乱などに対する不安定要因から回避でき、耐熱ベルトF3を加圧ローラF2で安定して駆動することができるようになる。
熱定着ローラF1により加える熱(定着温度)は、具体的には、80〜160℃であるのが好ましく、100〜150℃であるのがより好ましく、100〜140℃であることがさらに好ましい。
以上、本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
例えば、本発明の液体現像剤は、前述したような画像形成装置に適用されるものに限定されない。
また、本発明の液体現像剤は、前述したような製造方法により製造されたものに限定されない。
また、前述した実施形態では、水系乳化液を得、該水系乳化液に電解質を添加することにより合一粒子を得るものとして説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、合一粒子は、水系液体に、着色剤とモノマーと界面活性剤と重合開始剤とを分散させ、乳化重合により、水系乳化液を調製し、該水系乳化液に電解質を添加して会合させる乳化重合会合法を用いて調製されたものであってもよいし、得られた水系乳化液を噴霧乾燥することにより合一粒子を得るものであってもよい。
また、前述した実施形態では、画像形成装置として、コロナ放電器を有する構成について説明したが、コロナ放電器は無くてもよい。
[1]樹脂の合成
(直鎖型ポリエステル樹脂 PES1)
50リットルの反応釜に、下記の組成の酸、アルコール成分、触媒等の原材料を入れて、常圧窒素気流下にて210℃で12時間反応を行った。その後、順次減圧し、10mmHgで反応を続行した。反応はASTM E28−517に基づいて軟化点により追跡し、該軟化温度が95℃に達した時点で反応を終了した。
テレフタル酸 79.7重量部
イソフタル酸 53.1重量部
エチレングリコール 28.6重量部
ネオペンチルグリコール 48.0重量部
テトラブチルチタネート 1.0重量部
得られた重合体(PES1)は、無色の固体であり、酸価が10mgKOH/g、ガラス転移点(Tg)が55℃、軟化温度(T1/2)が107℃であった。
また、また、重量平均分子量をGPC測定装置(東ソー製HLC−8120GPC)によって、分離カラムとして東ソー製TSK−GEL G5000HXL・G4000HXL・G3000HXL・G2000HXLを組み合わせて使用し、カラム温度:40℃・溶媒:テトラヒドロフラン・溶媒濃度0.5質量%、フィルター:0.2μm・流量:1ml/minにて測定し標準ポリスチレンを用いて換算し分子量を求めたところ、重量平均分子量7740であった。
(直鎖型ポリエステル樹脂 PES2)
50リットルの反応釜に、下記の組成の酸、アルコール成分、触媒等の原材料を入れて、常圧窒素気流下にて210℃で11時間反応を行った。その後、順次減圧し、10mmHgで反応を続行した。反応はASTM E28−517に基づいて軟化点により追跡し、該軟化温度が87℃に達した時点で反応を終了した。
テレフタル酸 53.1重量部
イソフタル酸 79.7重量部
エチレングリコール 26.0重量部
ネオペンチルグリコール 43.7重量部
テトラブチルチタネート 1.0重量部
得られた重合体(PES2)は、無色の固体であり、酸価10.0、ガラス転移点(Tg)46℃、軟化温度(T1/2)が95℃であった。また、重量平均分子量5200であった。
(分岐型ポリエステル樹脂 PES3)
50リットルの反応釜に、下記の組成の酸、アルコール成分、触媒等の原材料を入れて、常圧窒素気流下にて240℃で12時間反応を行った。その後、順次減圧し、10mmHgで反応を続行した。反応はASTM E28−517に基づいて軟化点により追跡し、該軟化温度が159℃に達した時点で反応を終了した。
テレフタル酸 19.4重量部
イソフタル酸 90.7重量部
アジピン酸 17.1重量部
エチレングリコール 25.4重量部
ネオペンチルグリコール 42.6重量部
テトラブチルチタネート 1.0重量部
エピクロン830 3.0重量部
(大日本インキ化学工業製ビスフェノールF型エポキシ樹脂エポキシ当量170(g/eq)
カージュラE 1.0重量部
(シェルジャパン製アルキルグリシジルエステル)エポキシ当量250(g/eq)
得られた重合体(PES3)は、無色の固体であり、酸価9.8、ガラス転移点(Tg)40℃、軟化温度(T1/2)が176℃であった。また、重量平均分子量176000であった。
[2]液体現像剤の製造
(実施例1)
まず、トナー粒子の製造を行った。なお、温度が記載されていない工程については、室温(25℃)で行った。
<分散液調整工程>
(着色剤マスター溶液の調製)
まず、上記ポリエステル樹脂PES1と、着色剤としてのシアン系顔料(大日精化社製、ピグメントブルー15:3)との混合物(質量比50:50)を用意した。これらの各成分を20L型のヘンシェルミキサーを用いて混合し、トナー製造用の原料を得た。
次に、この原料(混合物)を2軸混練押出機を用いて混練した。2軸混練押出機の押出口から押し出された混練物を冷却した。
上記のようにして冷却された混練物を粗粉砕し、平均粒径:1.0mm以下の粉末とした。混練物の粗粉砕にはハンマーミルを用いた。
得られた混練物の粉末に固形分含有量が30wt%となるようにメチルエチルケトンを加え、アイガーモーターミル(米国アイガー社製:M−1000)で湿式分散して着色剤マスター溶液を調製した。
(樹脂液調製処理)
上記着色剤マスター溶液:132重量部にメチルエチルケトン:42.6重量部、前記ポリエステル樹脂:124.3重量部および乳化剤としてのネオゲンSC−F(第一工業製薬社製):1.1重量部を加えて、高速分散機(プライミクス社製、T.K.ロボミクス/T.K.ホモディスパー2.5型翼)で混合し、樹脂液を作製した。なお、この溶液中において、顔料は均一に微分散していた。
(分散質形成処理)
次いで容器内の樹脂液に1規定アンモニア水:50重量部を加えて、高速分散機(プライミクス社製、T.K.ロボミクス/T.K.ホモディスパー2.5型翼)により、攪拌翼の翼先端速度を7.5m/sとして十分に攪拌し、フラスコ内の溶液の温度を25℃に調整し、その後攪拌翼の翼先端速度を14.7m/sとして攪拌を行いつつ、170重量部の脱イオン水を滴下して転相乳化を起こした。攪拌を継続しながら、上記樹脂液に対して、さらに脱イオン水:70重量部を加えた。これにより、樹脂材料を含む分散質が分散した水系分散液を得た。
<合一工程>
次に、水系分散液をマックスブレンド翼を有した攪拌容器に移し、攪拌翼の翼先端速度を1.0m/sとして攪拌を行いながら水系分散液の温度を25℃とした。
次に、同様の温度、攪拌条件を保ちつつ、5.0%の硫酸アンモニウム水溶液:300重量部を滴下し、分散質の合一を行い、合一粒子の形成を行った。滴下後、合一粒子のトナー粒子についての50%体積粒径Dv(50)[μm]が3μmに成長するまで攪拌を続けた。合一粒子のDv(50)が2.5μmになったら、脱イオン水:120.6重量部を添加し、合一を終了した。
<脱溶剤工程>
得られた合一粒子分散液に対して、減圧下で、固形分含有量が23wt%となるまで有機溶剤を留去を行い、樹脂微粒子のスラリーを得た。
<洗浄工程>
次に、スラリーに対し、固液分離を行い、さらに水中への再分散(リスラリー)、固液分離を繰り返し行うことによる洗浄処理を施した。その後、吸引ろ過法により、着色樹脂微粒子のウェットケーキ(樹脂微粒子ケーキ)を得た。なお、ウェットケーキの含水率は35wt%であった。
<乾燥工程>
その後、真空乾燥機を用いて、得られたウェットケーキを乾燥することにより、トナー粒子を得た。
<分散工程>
上記の方法で得られたトナー粒子:37.5重量部、分散剤としてのN,N’,N”−ポリオキシエチレン−N−アルキル(C14〜C18)−1,3−ジアミノプロパン(上記構造式(I)中、R:C14〜C18の直鎖のアルキル基、X+Y+Z=15、X=1、Y,Z=7;ライオン・アクゾー社製:商品名「エソデュオミンT/25」、アミン価:268):1.88重量部、大豆油脂肪酸メチル(日清オイリオ社製):60重量部、帯電制御剤としてのステアリン酸アルミニウム(日本油脂製):0.5重量部をセラミック製ポット(内容積600ml)に入れ、さらにジルコニアボール(ボール直径:1mm)を体積充填率85%になるようにセラミック製ポットに入れ、卓上ポットミルにて回転速度230rpmで24時間分散を行った。
その後、さらに、菜種油(日清オイリオ社製、商品名「ハイオレイック菜種油」):90重量部を加え、引き続き、卓上ポットミルにて回転速度230rpmで24時間分散を行った。これにより、液体現像剤が得られた。
得られた液体現像剤中における、トナー粒子のDv(50)は、1.85μmであった。なお、得られたトナー粒子の50%体積粒径Dv(50)[μm]は、Mastersizer 2000粒子解析装置(Malvern Instruments Ltd.製)にて測定を行った。また、以下に説明する各実施例、各比較例で得られた粒子についても同様にして、粒径を求めた。
また、得られた液体現像剤の25℃における粘度は、145mPa・sであった。
また、シアン系顔料の代わりに、マゼンダ系顔料:ピグメントレッド122、イエロー系顔料:ピグメントイエロー180、ブラック系顔料:カーボンブラック(デグサ社製、Printex L)に、それぞれ変更した以外は、上記と同様にして、マゼンダ系液体現像剤、イエロー系液体現像剤、ブラック系液体現像剤を製造した。
(実施例2)
分散剤として、N,N’,N”−トリス(2−ヒドロキシエチル)−N−アルキル(C14〜C18)−1,3−ジアミノプロパン(上記構造式(I)中、R:C14〜C18の直鎖のアルキル基、X+Y+Z=3、X,Y,Z=1;ライオン・アクゾー社製:商品名「エソデュオミンT/13」、アミン価:110)を用いた以外は、前記実施例1と同様にして各色に対応する液体現像剤を製造した。
(実施例3〜5)
分散剤として、表1に示すような値のものを用いた以外は、前記実施例1と同様にして各色に対応する液体現像剤を製造した。
(実施例6)
ポリエステル樹脂として、上記のようにして合成されたPES2を用いた以外は、前記実施例1と同様にして各色に対応する液体現像剤を製造した。
(実施例7)
ポリエステル樹脂として、PES1とPES3とを重量比1:4の割合で混合したものを用いた以外は、前記実施例1と同様にして各色に対応する液体現像剤を製造した。
(実施例8)
ポリエステル樹脂として、PES2とPES3とを重量比1:6の割合で混合したものを用いた以外は、前記実施例1と同様にして各色に対応する液体現像剤を製造した。
(実施例9)
ポリエステル樹脂の代わりに、エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン社製、商品名「エピコート1004」、軟化温度:80.5℃、ガラス転移点:50℃)を用いた以外は、前記実施例1と同様にして各色に対応する液体現像剤を製造した。
(実施例10)
ポリエステル樹脂の代わりに、スチレンとアクリル酸ブチルエステルとを4:1の割合で共重合させたスチレン−アクリル酸エステル共重合体(酸価:6.0、軟化温度:116℃、ガラス転移点:61.6℃)を用いた以外は、前記実施例1と同様にして各色に対応する液体現像剤を製造した。
(実施例11、12)
分散剤の添加量を表1に示すようにした以外は、前記実施例1と同様にして各色に対応する液体現像剤を製造した。
(実施例13)
帯電制御剤を添加しなかった以外は、前記実施例1と同様にして各色に対応する液体現像剤を製造した。
(比較例)
上記構造式(I)で表される分散剤を添加しなかった以外は、前記実施例1と同様にして各色に対応する液体現像剤を製造した。
以上の各実施例および比較例について、液体現像剤の組成、物性、分散剤の組成等を表1に示した。なお、表中、ポリエステル樹脂をそれぞれ、PES1、PES2、PES3と示し、エポキシ樹脂をEP、スチレン−アクリル酸エステル共重合体をST−ACと示した。
Figure 2009122281
[3]評価
上記のようにして得られた各液体現像剤について、以下のような評価を行った。
[3.1]現像効率
図1、図2に示すような画像形成装置を用いて、画像形成装置の現像ローラ上に前記各実施例および比較例で得られた液体現像剤による液体現像剤層を形成した。次に、現像ローラの表面電位を300Vとし、感光体の表面電位を500Vで均一に帯電させ、感光体に露光を行い、感光体表面の帯電を減衰させ、表面電位を50Vとした。液体現像剤層が感光体と現像ローラとの間を通過した後の、現像ローラ上のトナー粒子と、感光体上のトナー粒子とをテープで採取した。採取に用いた各テープを記録紙上に貼り付け、それぞれのトナー粒子の濃度を測定した。測定後、感光体上で採取されたトナー粒子の濃度を、感光体上で採取されたトナー粒子の濃度と現像ローラ上で採取されたトナー粒子の濃度との総和で除した数値に100を掛けた値を現像効率として求め、以下の4段階の基準に従い評価した。
A :現像効率が95%以上であり、現像効率に特に優れる。
B :現像効率が90%以上、95%未満であり、現像効率に優れる。
C :現像効率が80%以上、90%未満であり、実用上問題のない。
D :現像効率が80%よりも小さく、現像効率に劣る。
[3.2]転写効率
図1、図2に示すような画像形成装置を用いて、画像形成装置の感光体上に前記各実施例および比較例で得られた液体現像剤による液体現像剤層を形成した。次に、液体現像剤層が感光体と中間転写部との間を通過した後の、感光体上のトナー粒子と、中間転写部上のトナー粒子とをテープで採取した。採取に用いた各テープを記録紙上に貼り付け、それぞれのトナー粒子の濃度を測定した。測定後、中間転写部上で採取されたトナー粒子の濃度を、感光体上で採取されたトナー粒子の濃度と中間転写部上で採取されたトナー粒子の濃度との総和で除した数値に100を掛けた値を転写効率として求め、以下の4段階の基準に従い評価した。
A :転写効率が95%以上であり、転写効率に特に優れる。
B :転写効率が90%以上、95%未満であり、転写効率に優れる。
C :転写効率が80%以上、90%未満であり、実用上問題のない。
D :転写効率が80%よりも小さく、転写効率に劣る。
[3.3]正帯電の帯電特性
各実施例および比較例で得られた液体現像剤について、マイクロチック・ニチオン社製の「顕微鏡式レーザーゼータ電位計」ZC−2000を用いて電位差を測定し、以下の5段階の基準に従い評価した。
測定は、液体現像剤を希釈溶媒で希釈して、□10mmの透明セルに入れ、電極間9mmで300Vの電圧をかけると同時に顕微鏡でセル内の粒子の移動速度を観察することで、移動速度を算出して、その値からゼータ電位を求めることにより行った。
A :電位差が+100mV以上(非常に良い)。
B :電位差が+85mV以上、+100mV未満(良い)。
C :電位差が+70mV以上、+85mV未満(普通)。
D :電位差が+50mV以上、+70mV未満(やや悪い)。
E :電位差が+50mV未満(非常に悪い)。
[3.4]分散安定性試験
各実施例および比較例で得られた液体現像剤10mLを試験管(口径12mm、長さ120mm)に入れ、1週間静置後の沈降した深さを測定し、以下の4段階の基準に従って評価した。
A :沈降した深さが0mm。
B :沈降した深さが0mmよりも大きく、2mm以下。
C :沈降した深さが2mmよりも大きく、5mm以下。
D :沈降した深さが5mmよりも大きい。
[3.5]高温保存性
各実施例および比較例で得られた液体現像剤:6gを、ガラス製サンプル瓶(20ml)に入れ密栓した。これを、55℃、30%RHの環境下に24時間静置保存した。各サンプル瓶において、保存前の体積平均粒子径Dbと、保存後の体積平均径Daを粒度分布計(マスターサイザー3000)にて測定し、変化率(%)=(Db−Da)×100/Dbを求め、以下の4段階の基準に従って評価した。
A :変化率が2%以下であった。
B :変化率が2%よりも大きく、10%以下であった。
C :変化率が10%よりも大きく、50%以下であった。
D :変化率が50%よりも大きかった。
[3.6]定着強度
図1、図2に示すような画像形成装置を用いて、各実施例および比較例で得られた液体現像剤による所定パターンの画像を記録紙(セイコーエプソン社製、上質紙 LPCPPA4)上に形成した。その後、図4に示すような定着装置を用いて、熱定着ローラの設定温度を100℃として、熱定着を行った。
その後、非オフセット領域を確認した後、記録紙上の定着像を消しゴム(ライオン事務機社製、砂字消し「LION 261−11」)を押圧荷重1.5kgfで2回擦り、画像濃度の残存率をX−Rite Inc社製「X−Rite model 404」により測定し、以下の5段階の基準に従い評価した。
A :画像濃度残存率が95%以上(非常に良い)。
B :画像濃度残存率が90%以上95%未満(良い)。
C :画像濃度残存率が80%以上90%未満(普通)。
D :画像濃度残存率が70%以上80%未満(やや悪い)。
E :画像濃度残存率が70%未満(非常に悪い)。
これらの結果を表2に示す。
Figure 2009122281
表2から明らかなように、本発明の液体現像剤は、帯電特性(正帯電の帯電特性)および、トナー粒子の分散性に優れていた。また、本発明の液体現像剤は、現像効率、転写効率、高温保存性、定着強度にも優れていた。また、帯電制御剤としての脂肪酸金属塩を添加した実施例では、添加しない実施例と比較して、帯電特性が優れていた。これに対し、比較例の液体現像剤では、満足な結果が得られなかった。
本発明の液体現像剤が適用される画像形成装置の一例を示す模式図である。 図1に示す画像形成装置の一部を拡大した拡大図である。 現像ローラ上の液体現像剤層内におけるトナー粒子の状態を示す模式図である。 図1に示す画像形成装置に適用される定着装置の一例を示す断面図である。
符号の説明
1…トナー粒子 1000…画像形成装置 10Y、10M、10C、10K…感光体 11Y…帯電ローラ 12Y…露光ユニット 13M、13Y…感光体スクイーズローラ 14Y、14M…クリーニングブレード 15M、15Y…現像剤回収部 16Y…除電ユニット 17Y…感光体クリーニングブレード 18Y…現像剤回収部 20Y、20M、20C、20K…現像ローラ 201Y…液体現像剤層 21Y…現像ローラクリーニングブレード 22Y…現像剤回収部 23Y…コロナ放電器(圧縮手段) 30Y、30M、30C、30K…現像部 31Y…液体現像剤貯留部 32Y…塗布ローラ 33Y…規制ブレード 34Y…現像剤撹拌ローラ 40…中間転写部 41…ベルト駆動ローラ 42、43…従動ローラ 44…テンションローラ 46…中間転写部クリーニングブレード 47…現像剤回収部 48…非接触式バイアス印加部材 51Y、51M、51C、51K…1次転写バックアップローラ 52Y、52M、52C、52K…中間転写部スクイーズ装置 53Y…中間転写部スクイーズローラ 55Y…中間転写部スクイーズクリーニングブレード 56Y…現像剤回収部 60…2次転写ユニット 61…上流側2次転写ローラ 62…下流側2次転写ローラ 63、65…2次転写ローラクリーニングブレード 64、66…現像剤回収部 80Y、80M、80C、80K…液体現像剤補給部 81Y、81M、81C、81K…液体現像剤タンク 82Y、82M、82C、82K…絶縁性液体タンク 83Y、83M、83C、83K…撹拌装置 100Y…現像ユニット 101Y…感光体スクイーズ装置 F40…定着部(定着装置) F1…熱定着ローラ(加熱ローラ) F1a…柱状ハロゲンランプ F1b…ローラ基材 F1c…弾性体 F12…除去ブレード F2…加圧ローラ F2a…回転軸 F2b…ローラ基材 F2c…弾性体 F3…耐熱ベルト F4…ベルト張架部材 F4a…突壁 F4f…凹部 F5…記録媒体 F5a…トナー画像 F6…クリーニング部材 F7…フレーム F9…スプリング

Claims (9)

  1. 絶縁性液体と、
    主として樹脂材料で構成されたトナー粒子と、
    下記構造式(I)で表される分散剤とを含むことを特徴とする液体現像剤。
    Figure 2009122281
    (ただし、Rは、炭素数が14〜18のアルキル基、X+Y+Zは、エチレンオキサイドの付加モル数で、2≦X+Y+Z≦15、かつ、Y、Z≠0である。)
  2. 前記分散剤のアミン価は、20〜300mgKOH/gである請求項1に記載の液体現像剤。
  3. 前記分散剤の含有量は、前記トナー粒子100重量部に対して1〜10重量部である請求項1または2に記載の液体現像剤。
  4. 前記絶縁性液体は、脂肪酸モノエステルを含むものである請求項1ないし3のいずれかに記載の液体現像剤。
  5. 前記絶縁性液体中における前記脂肪酸モノエステルの含有量は、1〜50wt%である請求項4に記載の液体現像剤。
  6. 前記樹脂材料は、エステル結合を有するものである請求項1ないし5のいずれかに記載の液体現像剤。
  7. 前記樹脂材料の酸価は、5〜20mgKOH/gである請求項1ないし6のいずれかに記載の液体現像剤。
  8. 前記樹脂材料を含む分散質が、水系分散媒に分散した分散液を調製する分散液調製工程と、
    複数個の前記分散質を合一させ、合一粒子を得る合一工程と、
    前記合一粒子に含まれる前記有機溶剤を除去し、トナー粒子を得る脱溶剤工程と、
    前記トナー粒子および前記分散剤を前記絶縁性液体に分散させる分散工程とを有する方法により製造される請求項1ないし7のいずれかに記載の液体現像剤。
  9. 色の異なる複数の液体現像剤を用いて、各色に対応した前記単色像を形成する複数の現像部と、
    複数の前記現像部で形成された複数の前記単色像が順次転写され、転写された複数の前記単色像を重ね合わせてなる中間転写像を形成する中間転写部と、
    前記中間転写像を前記記録媒体に転写し、前記記録媒体上に未定着カラー画像を形成する2次転写部と、
    前記未定着カラー画像を前記記録媒体上に定着する定着部とを有し、
    前記液体現像剤が、絶縁性液体と、
    主として樹脂材料で構成されたトナー粒子と、
    下記構造式(I)で表される分散剤とを含むことを特徴とする画像形成装置。
    Figure 2009122281
    (ただし、Rは、炭素数が14〜18のアルキル基、X+Y+Zは、エチレンオキサイドの付加モル数で、2≦X+Y+Z≦15、かつ、Y、Z≠0である。)
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