JP2009139408A - 静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 Download PDF

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Abstract

【課題】トナーの帯電維持性、耐フィルミング性、耐ブロッキング性を満足しつつ、低温定着性を維持することが可能な静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することである。
【解決手段】被転写体上に形成されたトナー像を、定着像の折り曲げ試験後の画像欠損最大幅が0.30mm以下となる定着条件で前記被転写体に定着したものを定着後トナーとし、トナーを測定試料とした示差走査熱量測定の1回目の昇温工程で得られる吸熱ピークのうち最も低温側の吸熱ピークのピーク温度をT1(℃)としたとき、定着前のトナーの0℃乃至100℃の範囲における吸熱ピークのうち最も低温側の吸熱ピーク温度T1aが40℃以上であり、前記定着後のトナーについて得られる前記ピーク温度T1bが、前記ピーク温度T1aに比較して10℃乃至35℃低い静電荷像現像用トナーである。
【選択図】なし

Description

本発明は、静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。
電子写真法など静電荷像を経て画像情報を可視化する方法は、現在様々な分野で利用されている。電子写真法においては、帯電、露光工程により感光体上に静電荷像を形成し、トナーを含む現像剤で該静電荷像を現像し、転写、定着工程を経て可視化される。
前記トナーは、通常結着樹脂、着色剤、離型剤及び帯電制御剤などを含み、混練粉砕法、懸濁重合法、乳化凝集法、溶解懸濁法などにより粒子化されるトナー母粒子と、そのトナー母粒子の表面に添加されるシリカ、チタニア、アルミナなどの無機金属酸化物粒子や、感光体へのクリーニング性、研磨性を補助するために必要に応じて添加される無機/有機粒子などからなる助剤等とから構成されるのが一般的である。また、白黒、フルカラー用のいずれの用途においても、定着部材である定着ロールにオイルを供給しないオイルレス定着装置に対応可能なトナーが主流となっている。
また前記電子写真プロセスにおいては様々な機械的ストレスが加わるため、トナーの性能を安定して維持させるために、表面への離型剤の露出を抑制したり、さらにはトナー自体の機械的強度を向上させ且つ十分な帯電性を維持するための高い表面硬度と定着性とを両立させることが必要である。これに加えて、近年、高画質化への要求が高まり、画像形成では高精細な画像を実現するためにトナーの小径化の傾向が著しい。
しかし、従来の粒度分布や形状分布のままでの単純な小径化では、微粉側トナーや歪な形状のトナーの存在により、キャリアや感光体への汚染やトナー飛散、定着時に用紙に定着せずに定着ロールに付着してしまうなどの問題が著しくなり、高画質と高信頼性とを同時に実現することは困難である。よって、粒度分布や形状分布を狭くすることができ、かつ小粒径化が可能でことも必要になる。
これに対し、近年、意図的にトナー形状及び表面構造の制御を可能とする手段として乳化重合凝集法によるトナーの製造方法や、更に懸濁重合トナー、懸濁造粒トナー、懸濁乳化凝集合一トナー等の湿式製法によるトナーが提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
これら湿式製法によるトナーは、粒度分布がシャープで小粒径のトナー粒子を製造に適しており、特に凝集工程・融合合一工程を経て得られるトナーは表面形状の制御性において優れており、帯電性、耐久性の改善を図ることができる。
また更なる要求として、複写機、プリンターのエネルギー使用量を少なくする為、より低エネルギーでトナーを定着する技術が望まれており、より低温で定着し得る電子写真用トナーの要求が強い。
トナーの定着温度を低くする手段としては、トナー用樹脂(結着樹脂)のガラス転移点(Tg)を低くする技術が一般的に行われている。しかし、ガラス転移点をあまりに低くし過ぎると、粉体の凝集(ブロッキング)が起こり易くなったり、定着像上のトナーの保存性がなくなる為、実用上50℃程度を下限とする必要であった。
このような状況下、近年の温暖化による外気温上昇傾向がある中、流通途上で直射日光にさらされた場合など、60℃近傍におけるブロッキング防止や画像保存性が必要となりつつある。
そして、前記種々の要求と低温定着性との両立の手段としては、トナーを構成する結着樹脂として結晶性樹脂を用いる技術が考えられるが、これに関しては、ブロッキング発生防止及び低温定着の両立を目的として、結晶性樹脂をトナーとして用いる方法が古くから知られている(例えば、特許文献3参照)。更に低融点結晶性樹脂と非結晶性樹脂とを混合し、相溶化度を制御することで低温定着を獲得する技術が提案されている(例えば、特許文献4及び5参照)。
また、ポリエステル樹脂は低温定着性並びに耐熱保管性に優れていることから、結着樹脂として広く使用されてきたスチレン・アクリル樹脂に代わり、近年その使用が試みられている。しかし上記ポリエステル樹脂は、混練・粉砕法においてもスチレン・アクリル樹脂に比べて離型剤(ワックス)の分散性が悪く、粉砕時に結着樹脂と離型剤との界面で粉砕されやすいことから、トナー表面へ離型剤が露出しトナー粉体特性及び帯電特性の悪化を招くといった課題があった。また、凝集工程・融合合一工程を有する湿式製法においても、加熱により融合合一する際、加熱による離型剤の合一と同時にトナー表面への離型剤の露出またはトナー粒子からの脱離が発生しやすい為、同様にトナー粉体特性及び帯電特性が悪化する等の課題があった。
これに対し、トナー中のポリエステル樹脂とワックスとの分散性を向上させる手段として、結着樹脂及びワックスの溶解度パラメータ並びに結着樹脂及びワックスの溶解度パラメータ差を規定することで分散性の向上を図ることが提案されている(例えば、特許文献6〜10参照)。
また、前記湿式製法によるトナーは、粒度分布が狭く小粒径のトナー粒子を製造に適しており、画像形成では高精細な画像を実現が可能となるだけでなく、前述のように、特にトナー表面形状の制御性に優れることから、上記課題に対しても帯電性、耐久性、クリーニング性の改善を図ることができる。
さらに、前記結晶性樹脂を用いる技術として、低融点結晶性樹脂及び非結晶性樹脂を混合し、相溶化度を制御することで低温定着を獲得する技術や(例えば、特許文献11及び12参照)、結晶性ポリエステルと非晶質樹脂とを混合して用い、示差走査熱量測定(DSC)により測定された示差熱量曲線が、第1の昇温工程において50℃乃至100℃に明確な吸熱ピークを有し、第2の昇温工程においてそのピーク面積が1/3以下に縮小するようにすることで、低温定着と透明性を損なうことなく、排出時の紙同士のブロッキングを防止する技術が紹介されている(例えば、特許文献13参照)。
特開昭63−282752号公報 特開平6−250439号公報 特公昭56−13943号公報 特開2004−206081号公報 特開2004−50478号公報 特開2000−352841号公報 特開2000−35695号公報 特開平11−38677号公報 特開2003−25558号公報 特開2003−28024号公報 特開2004−206081号公報 特開2004−50478号公報 特開2003−50478号公報
しかし、様々な機械的ストレス下でもトナーが安定して性能を維持するため表面への離型剤の露出を抑制する、あるいは定着性を損なわずに表面硬度を高くするといった、個々の改良を行うことができても、トナー自体の機械的強度を向上させ且つ十分な帯電性と定着性とを両立させること、具体的には、低温定着性と耐オフセット性との両立、トナー保存安定性、定着像の保存安定性及びトナー帯電性といった高信頼性の獲得、また高画質化要求に伴うトナーの粒度分布や形状分布の狭小化、小粒径化に適したトナー製法における課題等について、全て満足することは困難であった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、トナーの帯電維持性、耐フィルミング性、耐ブロッキング性を満足しつつ、低温定着性を維持することが可能な静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することを目的とする。
上記課題は、以下の本発明により達成される。
すなわち、本発明の請求項1に係る発明は、被転写体上に形成されたトナー像を、定着像の折り曲げ試験後の画像欠損最大幅が0.30mm以下となる定着条件で前記被転写体に定着したものを定着後トナーとし、該定着後トナーを測定試料とした示差走査熱量測定の1回目の昇温工程で得られる0℃乃至100℃の範囲における吸熱ピークのうち最も低温側の吸熱ピークのピーク温度をT1(℃)としたとき、
定着前トナーの0℃乃至100℃の範囲における吸熱ピークのうち最も低温側の吸熱ピーク温度T1aが40℃以上であり、
前記定着後トナーについて得られる前記ピーク温度T1bが、前記ピーク温度T1aに比較して10℃乃至35℃低い静電荷像現像用トナーである。
請求項2に係る発明は、前記ピーク温度T1bが、前記ピーク温度T1aに比較して20℃乃至30℃低い請求項1に記載の静電荷像現像用トナーである。
請求項3に係る発明は、前記定着前トナーを測定試料とした示差走査熱量測定の2回目の昇温工程で得られる0℃乃至100℃の範囲における吸熱ピークのうち最も低温側の吸熱ピークのピーク温度をT2a(℃)としたとき、
前記ピーク温度T1bが、前記ピーク温度T2aに比較して1℃乃至25℃低い請求項1または2に記載の静電荷像現像用トナーである。
請求項4に係る発明は、体積平均粒径が3μm以上8μm以下である請求項1乃至3のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーである。
請求項5に係る発明は、トナーを含み、該トナーが請求項1乃至4のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーである静電荷像現像剤である。
請求項6に係る発明は、トナーが少なくとも収められ、該トナーが請求項1乃至4のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーであるトナーカートリッジである。
請求項7に係る発明は、現像剤保持体を少なくとも備え、請求項5に記載の静電荷像現像剤を収容するプロセスカートリッジである。
請求項8に係る発明は、像保持体と、該像保持体上に形成された静電荷像を現像剤によりトナー像として現像する現像手段と、像保持体上に形成されたトナー像を被転写体上に転写する転写手段と、被転写体上に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を有し、前記現像剤が請求項5に記載の静電荷像現像剤である画像形成装置である。
請求項9に係る発明は、前記定着手段における定着温度100℃以上135℃以下であり、定着圧力が0.5kg/cm以上1.5kg/cm以下であり、定着時間が10msec以上30msec以下である請求項8に記載の画像形成装置である。
本発明の請求項1に係る発明によれば、トナーの帯電維持性、耐フィルミング性、耐ブロッキング性を満足しつつ、良好な低温定着性が得られる。
請求項2に係る発明によれば、トナーの帯電維持性、耐フィルミング性、耐ブロッキング性を満足しつつ、より優れた低温定着性が得られる。
請求項3に係る発明によれば、さらに長期にわたる安定した画像保存性が得られる。
請求項4に係る発明によれば、さらに画像の解像度が良好となるだけでなく、被転写体としてラフ紙を用いた場合に、定着時のオフセットの発生が防止される。
請求項5に係る発明によれば、帯電維持性、耐フィルミング性、耐ブロッキング性を満足しつつ、低温定着性に優れたトナーを含む静電荷像現像剤が提供される。
請求項6に係る発明によれば、帯電維持性、耐フィルミング性、耐ブロッキング性を満足しつつ、低温定着性に優れた静電荷像現像用トナーの供給を容易にし、上記特性の維持性を高めることができる。
請求項7に係る発明によれば、帯電維持性、耐フィルミング性、耐ブロッキング性を満足しつつ、低温定着性及び画像保存性に優れたトナーを含む静電荷像現像剤の取り扱いを容易にし、種々の構成の画像形成装置への適応性を高めることができる。
請求項8に係る発明によれば、高画質な画像形成が維持されるとともに、低温定着及び定着部材へのトナー付着に起因する離型性不良や紙詰まりによる定着器の短寿命化の防止も達成される。
請求項9に係る発明によれば、さらに高速プロセスでも画質を維持しつつ低温定着を行うことができ、封筒などへのプリント時にも、低圧力定着で定着可能のため、シワ等の問題も回避できる。
以下、本発明を実施形態により詳細に説明する。
<静電荷像現像用トナー>
本発明の静電荷像現像用トナー(以下、「トナー」という場合がある)は、被転写体上に形成されたトナー像を、定着像の折り曲げ試験後の画像欠損最大幅が0.30mm以下となる定着条件で前記被転写体に定着したものを定着後トナーとし、該定着後のトナーを測定試料とした示差走査熱量測定の1回目の昇温工程で得られる0℃乃至100℃の範囲における吸熱ピークのうち最も低温側の吸熱ピークのピーク温度をT1(℃)としたとき、定着前トナーの0℃乃至100℃の範囲における吸熱ピークのうち最も低温側の吸熱ピーク温度T1aが40℃以上であり、前記定着後トナーについて得られる前記ピーク温度T1bが、前記ピーク温度T1aに比較して10℃乃至35℃低いことを特徴とする。
電子写真プロセスにおいて、様々な機械的ストレス下でもトナーが安定して性能を維持するためには、トナーの表面硬度を高くすることが望ましい。この場合、トナーの硬度は主成分である結着樹脂により左右されることから、硬度を高めるためには通常樹脂の強度を高めることとなり、樹脂のガラス転移温度(Tg)や融解温度(Tm)を高める必要がある。一方、トナーの低温定着性を確保するためには、定着時にトナーが一定以上に溶融する必要があることから、結着樹脂のTgやTmを低くすることが有効である。したがって、前記トナー性能維持を確保するための方向性と良好な低温定着性を確保するための方向性とは一般的に相反するものとなる。
なお、前記低温定着とはトナーを135℃程度以下で加熱して定着させることをいう。
ここで、トナーを加熱により定着する場合、定着工程は一種の熱処理であることから該熱処理により結着樹脂中で構造変化が起きれば、熱処理前後(詳細には、熱処理前と熱処理以後と)で樹脂のTgやTmを変化させることができる。そして、定着前に比べて定着後の結着樹脂の対応するTg、Tmが低下する場合には、定着前後で結着樹脂(すなわちトナー)が異なる粘弾性特性を有することを示すため、前記トナー性能維持と低温定着性確保とを両立化する一手段として有効であると考えられる。
前記トナーのTgやTmを測定する手段としては、示差走査熱量測定(DSC)が有効であるが、対象トナーを測定試料としてDSC測定を行った場合、1回目の昇温工程(第1昇温工程)における熱特性挙動は、定着器を通過した後などの高温熱履歴を受けない状態のトナー(定着前トナー)の熱特性を表し、固化する前の粉体状態にある通常のトナーの熱特性を表すと考えられる。一方、定着器により用紙などの被転写体に良好に定着された定着像としてのトナーを測定試料として前記DSC測定を行えば、定着後のトナーの熱特性挙動を把握することができる。
前述のように、本実施形態では、トナーを測定試料としたDSCの第1昇温工程で得られる0℃乃至100℃の範囲における吸熱ピークのうち最も低温側の吸熱ピークのピーク温度をT1(℃)としたとき、まず定着前トナーについて得られる前記ピーク温度T1aが40℃以上であることが必要である。
例えば、上記定着前トナーのDSCによる第1昇温工程でのピーク温度T1aが、30℃程度であったとすると、低温定着には有利となるが、35℃程度の環境で長期ランニング(連続画像出力)すれば、実機内の現像剤温度、感光体や中間転写体上の温度、またそれらからの回収トナーの温度は、通常、エアフロー設計やシステム設計により、40乃至45℃程度に収まるように設計すべきであるが、場合により50℃前後となる場合があるため、前記熱特性を有するトナーは、帯電維持性、耐フィルミング、耐ブロッキング性に劣ったものとなる。それゆえ、定着前トナーの前記ピーク温度T1aは、最低40℃以上であることが必要となる。
前記ピーク温度T1aは50℃以上であることが望ましく、55℃以上であることがより好適である。
ここで、前記「DSCの第1昇温工程で得られる0℃乃至100℃の範囲における吸熱ピーク」に関して説明する。トナーが非晶性樹脂や結晶性樹脂を含む場合、該トナーの示差走査熱量曲線(DSC曲線)としては、図3に示すように、階段状の吸熱ピークAや融解ピークBが得られる。本実施形態における吸熱ピークはこれらの吸熱ピークAや融解ピークBのいずれも含むものである。
そして、前記ピーク温度としては、吸熱ピークAの場合には図に示すように吸熱ピークのベースラインと立ち上がり勾配との交点pをピーク温度とし、融解ピークBの場合にはピークの頂点qをピーク温度とした。後述の第2昇温工程における吸熱ピーク等も同様である。
しかしながら、定着前トナーの前記ピーク温度T1aが最低レベルの40℃であっても、それだけでは低温定着と諸特性との両立には限界がある。本発明者等が検討した結果、DSCによる定着前のトナーの前記ピーク温度T1aと比較して、定着後のトナーのピーク温度T1bが10℃乃至35℃低くなるトナーでは、更なる低温定着と帯電維持性、耐フィルミング性及び耐ブロッキング性との両立が可能となることがわかった。
すなわち、詳細は明らかでないが、定着時に定着部材からの加熱、加圧により、トナー中に分子構造の歪、相溶化などが発生し、それが定着後トナーの熱特性挙動に反映されるものであり、前記ピーク温度T1bのピーク温度T1aに対する低下は、分子構造の分岐、金属架橋、可塑化成分などのインタラクションによる相互作用の結果といえる。そして、良好な低温定着性を得るためには定着時に急激に軟化する、すなわちT1aに対してT1bが大きく低下することが望ましいが、定着前後でT1があまりに大きく変化するトナーの設計は帯電性能等のトナーの特性維持の観点からは困難となる場合がある。
以上の検討の結果、前記ピーク温度T1aが40℃以上という条件に加えて、T1aに比較して定着後トナーの前記ピーク温度T1bが10℃乃至35℃低いという条件を満たすことが必要であることが見出された。ピーク温度T1aとT1bとの差が10℃に満たないと、十分な低温定着性を得ることができない。35℃を超えるようなトナーの設計は困難であり定着前トナーの性能を確保することができない。
また、上記ピーク温度T1aに対してピーク温度T1bは20℃乃至30℃低いことが望ましく、25℃乃至30℃低いことがより好適であることも判明した。
また本実施形態のトナーは、定着後の画像の長期保存性確保の観点から、前記定着前のトナーを測定試料とした示差走査熱量測定の2回目の昇温工程で得られる0℃乃至100℃の範囲における吸熱ピークのうち最も低温側の吸熱ピークのピーク温度をT2a(℃)としたとき、前記ピーク温度T1bが、前記ピーク温度T2aに比較して1℃乃至25℃低いことが望ましい。
前記2回目の昇温工程(第2昇温工程)では、一度トナーを完全溶融させ、トナー中に元々ある分子構造の歪をキャンセルした後に冷却し、再結晶化・再架橋・揮発分の除去も促進されるため、得られるDSC曲線は出力画像の長期保管時の熱特性を表すと考えられる。
したがって、前記良好な低温定着性と画像の長期保管性とを両立させるためには、第2昇温工程で得られる前記ピーク温度T2aは定着後トナーのピーク温度T1bより高いことが望ましい。
前記ピーク温度T2aとT1bとの差が1℃に満たないと、画像の長期保管性を確保しようとすると十分な低温定着を行うことができない場合がある。25℃を超えると、通常の定着前トナーのガラス転移温度等を考慮すると定着後の画像にべたつき感が出て画像 前記ピーク温度T2aとT1bとの差は、5℃以上20℃以下であることがより望ましい。
本実施形態における前記示差走査熱量測定は、以下のように行われる。
示差走査熱量計としては、DSC−60A(島津製作所社製)を用いた。測定は、まず第1昇温工程としては室温から150℃まで毎分10℃の速度で昇温することによりを行う。一方、第2昇温工程は、上記第1昇温工程を行った後、そのまま5分間150℃でホールドし、その後液化窒素を用いて0℃まで毎分10℃の速度で降温させ、5分間0℃でホールドした後、第2の昇温工程として0℃から150℃まで毎分10℃の速度で再昇温することにより行う。第1昇温工程、第2昇温工程ともに、得られた示差走査熱量曲線をJIS K−7121:87に準じて解析し、前述のピーク温度T1、T2を得た。
また、本実施形態において前記「定着後トナー」とは、用紙などの被転写体にオフセットの発生がない状態で十分に定着される条件で定着されたトナーを意味する。具体的に前記定着像とは、離型不良による画像欠損のない良好な定着画像の場合に、画像を内側に軽く折り曲げ、その上を重さ860g、直径76mmのロールを150mm/s程度のスピードで水平な机上で転がして折り目をつけ、画像を元とおり広げた時の、その折り曲げ部分の画像欠損の最大幅が0.30mm以下(スケールルーペ、倍率:10倍で観察)になる定着条件で得られた画像である。
この場合、前記DSC測定に用いる定着後トナーとしては、紙媒体やOHPシートなどから掻き取った画像では、媒体成分が混入して吸熱挙動が正確に測定できないことから、本実施形態では以下の方法により得られるものを「定着後トナー」とした。
まず、測定対象のトナーについて用紙上(富士ゼロックス(株)製C2紙)に対象のトナーを3cm×3cmの面積で載り量が15g/mとなるように均一に散布し(通常の現像/転写工程を経てもよいし、目開き20μm程度のメッシュなどを介してトナーを静かに振りかけてもよい)、加熱・加圧方式の定着器(定着条件が可変)を使用して、前記良好な定着性が得られる定着条件を決定する(たとえば、定着温度を100℃から200℃まで5℃刻みに振って定着させ、上記折り曲げ評価法による、その画像の折り曲げ部分の画像欠損の幅が 0.30mm以下となる温度が150℃以上であれば、150℃とする)。
次に、厚さ50μm(20μm乃至70μm程度であれば可。100μm以上の厚いシートは、定着機からの加熱が不十分となるため、不可)のPFA(テトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体)シートを5cm×5cmの面積で用紙上(富士ゼロックス(株)製C2紙)に、トナーが載らない端部の少なくとも1辺をポリイミドテープで貼り付け、その上に測定対象のトナーを3cm×3cmの面積で載り量が5g/mとなるように均一に散布し(通常の現像/転写工程を経てもよいし、目開き20μm程度のメッシュなどを介してトナーを静かに振りかけてもよい)、さらにその上に上記のPFAシートをトナー像をカバーするように貼り付けた(トナーが載らない端部の少なくとも1辺をポリイミドテープで貼り付ける)もの用意する。これを前記定着条件が決定された定着器に通過させ、PFAシートに挟まれたトナー成分のみをサンプリングして、測定試料とした。なお、測定用トナー量が不足する場合は、同様のサンプリングを複数回行えばよい。
また、上記サンプリングした定着後トナーは、前記定着器通過直後から24時間以内にDSC測定に供される。
以下、本実施形態のトナーの構成、特性等を、その製造方法と共に説明する。
(結着樹脂)
本実施形態のトナーに用いられる結着樹脂としては、公知のものを用いることができ、例えば、スチレン、パラクロロスチレン、α−メチルスチレン等のスチレン類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸2−エチルヘキシル等のビニル基を有するエステル類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のビニルニトリル類;ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等のビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類;エチレン、プロピレン、ブタジエン等のポリオレフィン類;などの単量体の重合体、これらを2種以上組み合せて得られる共重合体又はこれらの混合物を挙げることができる。
さらにはエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂等、非ビニル縮合系樹脂、あるいはこれらと前記ビニル系樹脂との混合物やこれらの共存下でビニル系単量体を重合する際に得られるグラフト重合体等も使用できる
結着樹脂として、その全てあるいはその一部に結晶性樹脂を用いると、更に定着性に有利となるため望ましい。結晶性樹脂としては、結晶性を有する樹脂であれば特に制限はなく、具体的には、結晶性ポリエステル樹脂、結晶性ビニル系樹脂などが挙げられるが、定着時の紙への定着性や帯電性、さらには融点調整のし易さの観点から結晶性ポリエステル樹脂が好ましい。また、適度な融点を有する脂肪族系の結晶性ポリエステル樹脂がより好ましい。
なお、本実施形態において、「結晶性ポリエステル樹脂」とは、示差走査熱量測定(DSC)において、階段状の吸熱量変化ではなく、明確な吸熱ピーク(融解ピーク)を有するものを指す。また、結晶性ポリエステル樹脂は、その主鎖に対して他成分を共重合したポリマーの場合、他成分が50質量%以下の場合、この共重合体も結晶性ポリエステル樹脂と呼ぶ。
本実施形態に好適に用いられる結晶性ポリエステル樹脂や、その他すべてのポリエステル樹脂は、多価カルボン酸成分と多価アルコール成分とから合成される。なお、前記ポリエステル樹脂としては市販品を使用してもよいし、適宜合成したものを使用してもよい。以下、前記結晶性樹脂として好ましく用いられる結晶性ポリエステル樹脂について説明する。
前記多価カルボン酸成分としては、例えば、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,9−ノナンジカルボン酸、1,10−デカンジカルボン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸、1,14−テトラデカンジカルボン酸、1,18−オクタデカンジカルボン酸等の脂肪族ジカルボン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸、マロン酸、メサコニン酸等の二塩基酸等の芳香族ジカルボン酸、などが挙げられ、さらに、これらの無水物やこれらの低級アルキルエステルも挙げられるがこの限りではない。
また、3価以上のカルボン酸として、例えば、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸等、及びこれらの無水物やこれらの低級アルキルエステルなども挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
更に、前記多価カルボン酸成分としては、前述の脂肪族ジカルボン酸や芳香族ジカルボン酸の他に、スルホン酸基を有するジカルボン酸成分が含まれていることが好ましい。前記スルホン酸基を有するジカルボン酸は、顔料等の色材の分散を良好にできる点で有効である。また、結晶性ポリエステル樹脂全体を水に乳化或いは懸濁して、粒子を作製する際に、スルホン酸基があれば、後述するように、界面活性剤を使用しないで、乳化或いは懸濁が可能である。
このようなスルホン酸基を持つジカルボン酸としては、例えば、2−スルホテレフタル酸ナトリウム塩、5−スルホイソフタル酸ナトリウム塩、スルホコハク酸ナトリウム塩等が挙げられるが、これらに限定されない。また、これらの低級アルキルエステル、酸無水物等も挙げられる。これらスルホン酸基を有する2価以上のカルボン酸成分は、ポリエステルを構成する全多価カルボン酸成分に対して0モル%乃至20モル%含有されることが好ましく、0.5モル%乃至10モル%含有されることがより好ましい。前記スルホン酸基を有する2価以上のカルボン酸成分の含有量が0.5モル%未満であると、乳化粒子の経時安定性が悪くなる場合があり、10モル%を超えると、ポリエステル樹脂の結晶性が低下するばかりではなく、凝集後、粒子が融合する工程に悪影響を与え、トナー径の調整が難しくなるという不具合を生じる場合がある。
更に、前述の脂肪族ジカルボン酸や芳香族ジカルボン酸の他に、2重結合を持つジカルボン酸成分を含有することがより好ましい。2重結合を持つジカルボン酸は、2重結合を介して、ラジカル的に架橋結合させ得る点で、定着時のホットオフセットを防ぐために好適に用いることができる。このようなジカルボン酸としては、例えばマレイン酸、フマル酸、3−ヘキセンジオイック酸、3−オクテンジオイック酸、及びこれらの低級エステル、酸無水物等が挙げられるがこれらに限定されない。これらの中でもコストの点で、フマル酸、マレイン酸が好ましい。
前記多価アルコール成分としては、脂肪族ジオールが好ましく、主鎖部分の炭素数が7乃至20である直鎖型脂肪族ジオールがより好ましい。前記脂肪族ジオールが分岐型では、ポリエステル樹脂の結晶性が低下し、融点が降下してしまう為、耐トナーブロッキング性、画像保存性、及び低温定着性が悪化してしまう場合がある。また、炭素数が7未満であると、芳香族ジカルボン酸と縮重合させる場合、融点が高くなり、低温定着が困難となる場合がある。一方、炭素数が20を超えると、実用上の材料の入手が困難となる場合がある。前記脂肪族ジオールの炭素数としては7乃至14であることがより好ましい。
本実施形態に用いられる結晶性ポリエステル樹脂の合成に好適に用いられる脂肪族ジオールとしては、具体的には、例えば、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,14−エイコサンデカンジオールなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらのうち、入手容易性を考慮すると1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオールが好ましい。
また、3価以上のアルコールとして、例えば、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などが挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記多価アルコール成分のうち、前記脂肪族ジオール成分の含有量が80モル%以上であることが好ましく、90モル%以上であることがより好ましい。前記脂肪族ジオール成分の含有量が80モル%未満であると、ポリエステル樹脂の結晶性が低下してしまう場合がある。また、必要に応じて、酸価や水酸基価の調製等の目的で、酢酸、安息香酸等の1価の酸や、シクロヘキサノールベンジルアルコール等の1価のアルコールも使用することができる。
前記結晶性ポリエステル樹脂の製造方法としては、特に制限はなく、酸成分とアルコール成分とを反応させる一般的なポリエステル重合法で製造することができ、例えば、直接重縮合、エステル交換法等が挙げられ、モノマーの種類によって使い分けて製造する。
結晶性ポリエステル樹脂の製造は、重合温度180℃乃至230℃の間で行うことができ、必要に応じて反応系内を減圧にし、縮合時に発生する水やアルコールを除去しながら反応させる。モノマーが反応温度下で溶解又は相溶しない場合は、高沸点の溶剤を溶解補助剤として加え溶解させてもよい。重縮合反応においては、溶解補助溶剤を留去しながら行う。共重合反応において相溶性の悪いモノマーが存在する場合は、あらかじめ相溶性の悪いモノマーと、そのモノマーと重縮合予定の酸又はアルコールとを縮合させておいてから主成分と共に重縮合させるとよい。
結晶性ポリエステル樹脂の製造時に使用可能な触媒としては、ナトリウム、リチウム等のアルカリ金属化合物;マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属化合物;亜鉛、マンガン、アンチモン、チタン、スズ、ジルコニウム、ゲルマニウム等の金属化合物;亜リン酸化合物、リン酸化合物、及びアミン化合物等が挙げられる。
具体的には、例えば、酢酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、酢酸リチウム、炭酸リチウム、酢酸カルシウム、ステアリン酸カルシウム、酢酸マグネシウム、酢酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛、ナフテン酸亜鉛、塩化亜鉛、酢酸マンガン、ナフテン酸マンガン、チタンテトラエトキシド、チタンテトラプロポキシド、チタンテトライソプロキシド、チタンテトラブトキシド、三酸化アンチモン、トリフェニルアンチモン、トリブチルアンチモン、ギ酸スズ、シュウ酸スズ、テトラフェニルスズ、ジブチルスズジクロライド、ジブチルスズオキシド、ジフェニルスズオキシド、ジルコニウムテトラブトキシド、ナフテン酸ジルコニウム、炭酸ジルコニール、酢酸ジルコニール、ステアリン酸ジルコニール、オクチル酸ジルコニール、酸化ゲルマニウム、トリフェニルホスファイト、トリス(2,4−t−ブチルフェニル)ホスファイト、エチルトリフェニルホスホニウムブロマイド、トリエチルアミン、トリフェニルアミン等の化合物が挙げられる。
一方、前記結晶性ビニル系樹脂としては、(メタ)アクリル酸アミル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸ヘプチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ウンデシル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸ミリスチル、(メタ)アクリル酸セチル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸オレイル、(メタ)アクリル酸ベヘニル等の長鎖アルキル、アルケニルの(メタ)アクリル酸エステルを用いたビニル系樹脂が挙げられる。なお、本明細書において、「(メタ)アクリル」なる記述は、「アクリル」及び「メタクリル」のいずれをも含むことを意味するものである。
本実施形態における結晶性樹脂の融解温度としては、好ましくは50℃以上100℃以下であり、より好ましくは60℃以上80℃以下である。結晶性樹脂の融点が50℃より低いとトナーの保存性や、定着後のトナー画像の保存性が問題となる場合がある。一方、前記結晶性樹脂の融点が100℃より高いと従来のトナーに比べて十分な低温定着が得られない場合がある。
なお、本実施形態のトナーが結晶性樹脂を含む場合には、上記結晶性樹脂のトナー中の融解温度は、前記DSC解析の第1昇温工程において融解ピークとして観察される。
次に、非晶性ポリエステル樹脂について記載する。本実施形態において好ましく用いられる非晶性ポリエステル樹脂とは、主として多価カルボン酸類と多価アルコール類との縮重合により得られるものである。乳化凝集製法で用いる時は、樹脂の酸価の調整やイオン性界面活性剤などを用いて乳化分散することにより、樹脂粒子分散液を容易に調製することができる点で有利である。
前記非晶性ポリエステル樹脂における多価カルボン酸の例としては、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、などの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;が挙げられ、これらの多価カルボン酸を1種又は2種以上用いることができる。これら多価カルボン酸の中でも、芳香族カルボン酸を用いることが好ましく、また良好なる定着性を確保するために架橋構造あるいは分岐構造をとるためにジカルボン酸とともに3価以上のカルボン酸(トリメリット酸やその酸無水物等)を併用することが好ましい。
前記非晶性ポリエステル樹脂における多価アルコールの例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、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、など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など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などの芳香族ジオール類;が挙げられる。これら多価アルコールの1種又は2種以上用いることができる。これら多価アルコールの中でも、芳香族ジオール類、脂環式ジオール類が好ましく、このうち芳香族ジオールがより好ましい。また、より良好なる定着性を確保するため、架橋構造あるいは分岐構造をとるためにジオールとともに3価以上の多価アルコール(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)を併用してもよい。
尚、多価カルボン酸と多価アルコールとの重縮合によって得られたポリエステル樹脂に、さらにモノカルボン酸及びモノアルコールの少なくともいずれかを加えて、重合末端のヒドロキシル基及びカルボキシル基の少なくともいずれかをエステル化し、ポリエステル樹脂の酸価を調整してもよい。モノカルボン酸としては酢酸、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を挙げることができ、モノ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、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、フェノールなどを挙げることができる。
前記非晶性ポリエステル樹脂は、前記多価アルコールと多価カルボン酸を常法に従って縮合反応させることによって製造することができる。例えば、前記多価アルコールと多価カルボン酸、必要に応じて触媒を入れ、温度計、撹拌器、流下式コンデンサを備えた反応容器に配合し、不活性ガス(窒素ガス等)の存在下、150℃乃至250℃で加熱し、副生する低分子化合物を連続的に反応系外に除去し、所定の酸価に達した時点で反応を停止させ、冷却し、目的とする反応物を取得することによって製造することができる。
非晶性ポリエステル樹脂の合成に使用する触媒としては、例えば、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫オキサイド等の有機金属や無機錫、テトラブチルチタネート等の金属アルコキシドなどのエステル化触媒が挙げられる。このような触媒の添加量は、原材料の総量に対して0.01質量%乃至1.00質量%とすることが好ましい。
非晶性ポリエステル樹脂は、テトラヒドロフラン(THF)可溶分のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法による分子量測定で、重量平均分子量(Mw)が5000以上1000000以下であることが好ましく、7000以上500000以下であることがより好ましい。また、数平均分子量(Mn)は2000以上10000以下であることが好ましく、分子量分布Mw/Mnは1.5以上100以下であることが好ましく、2以上60以下であることがより好ましい。重量平均分子量が5000未満、或いは数平均分子量が2000未満であると、低温定着性には効果的ではある一方で、耐ホットオフセット性が悪くなったり、トナーのガラス転移温度が低下することによるトナーのブロッキング等の保存性にも悪影響を及ぼす場合がある。一方、重量平均分子量が1000000を超える、或いは数平均分子量が10000超えると、耐ホットオフセット性は充分付与できるものの、低温定着性は低下する他、トナー中に存在する結晶性ポリエステル相の染み出しを阻害する為、画像保存性に悪影響を及ぼす場合がある。したがって、重量平均分子量を5000以上1000000以下、或いは数平均分子量を2000以上10000以下とすることによって、低温定着性と耐ホットオフセット性、ドキュメント保存性を両立し得ることが容易となる。
なお、上記樹脂の分子量は、THF可溶物を、東ソー製GPC・HLC−8120、東ソー製カラム・TSKgel SuperHM−M(15cm)を使用し、THF溶媒で測定し、単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用して分子量を算出したものである。
また、ポリエステル樹脂の酸価(樹脂1gを中和するに必要なKOHのmg数)は、前記のような分子量分布を得やすいことや、乳化分散法によるトナー粒子の造粒性を確保しやすいこと、更に得られるトナーの環境安定性(温度・湿度が変化した時の帯電性の安定性)を良好なものに保ちやすいことなどから、1mgKOH/g以上30mgKOH/g以下であることが好ましい。ポリエステル樹脂の酸価は、原料の多価カルボン酸と多価アルコールの配合比と反応率により、ポリエステルの末端のカルボキシル基を制御することによって調整することができる。あるいは多価カルボン酸成分として無水トリメリット酸を使用することによってポリエステルの主鎖中にカルボキシル基を有するものが得られる。
(着色剤)
本実施形態のトナーに用いられる着色剤としては、公知の着色剤であれば特に限定されない。
例えば、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック;ベンガラ、紺青、酸化チタン等の無機顔料;ファストイエロー、ジスアゾイエロー、ピラゾロンレッド、キレートレッド、ブリリアントカーミン、パラブラウン等のアゾ顔料;銅フタロシアニン、無金属フタロシアニン等のフタロシアニン顔料;フラバントロンイエロー、ジブロモアントロンオレンジ、ペリレンレッド、キナクリドンレッド、ジオキサジンバイオレット等の縮合多環系顔料;などが挙げられる。
より具体的には、クロムイエロー、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、スレンイエロー、キノリンイエロー、パーマネントオレンジGTR、ピラロゾンオレンジ、バルカンオレンジ、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド、デュポンオイルレッド、リソールレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ローズベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオクサレート、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・レッド238、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー17、C.I.ピグメント・イエロー180、C.I.ピグメント・イエロー74、C.I.ピグメント・イエロー93、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3などの種々の顔料などを例示することができ、これらを1種又は2種以上を併せて使用することができる。
本実施形態のトナーにおいて、前記着色剤の含有量としては、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下が好ましいが、また、必要に応じて表面処理された着色剤を使用したり、顔料分散剤を使用することも有効である。前記着色剤の種類を適宜選択することにより、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナー等を得ることができる。
(その他の成分)
本実施形態のトナーには、必要により離型剤を用いることができる。
前記離型剤としては、公知の離型剤であれば特に限定されないが、例えば、カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス等の天然ワックス;低分子量ポリプロピレン、低分子量ポリエチレン、サゾールワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス、パラフィンワックス、モンタンワックス等の合成或いは鉱物・石油系ワックス;脂肪酸エステル、モンタン酸エステル等のエステル系ワックス;などが挙げられるが、これに限定されるものではない。また、これらの離型剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上併用してもよい。
離型剤の融解温度は、保存性の観点から、50℃以上であることが好ましく、60℃以上であることがより好ましい。また、耐オフセット性の観点から、110℃以下であることが好ましく、100℃以下であることがより好ましい。
前記トナーにおける離型剤の含有量は、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下の範囲内であることが好ましく、2質量部以上20質量部以下の範囲内であることがより好ましい。離型剤の含有量が1質量部未満であると離型剤添加の効果がなく、高温でのホットオフセットを引き起こす場合がある。一方、30質量部を超えると、帯電性に悪影響を及ぼす他、トナーの機械的強度が低下する為、現像機内でのストレスで破壊されやすくなり、キャリア汚染などを引き起こす場合がある。また、カラートナーとして用いた場合、定着画像中にドメインが残留し易くなり、OHP透明性が悪化するという問題が生じる場合がある。
次に、その他の含まれ得る構成材料については説明する。
本実施形態のトナーには、更に必要に応じて内添剤、帯電制御剤、無機粉体(無機粒子)、有機粒子等の種々の成分を添加することができる。
前記内添剤としては、例えば、フェライト、マグネタイト、還元鉄、コバルト、ニッケル、マンガン等の金属、合金、又はこれら金属を含む化合物などの磁性体等が挙げられる。前記帯電制御剤としては、例えば4級アンモニウム塩化合物、ニグロシン系化合物、アルミ、鉄、クロムなどの錯体からなる染料、トリフェニルメタン系顔料、アミノ基含有高分子化合物、フッ素含有高分子化合物などが挙げられる。
また、前記無機粉体は主にトナーの粘弾性調整を目的として添加され、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、燐酸カルシウム、酸化セリウム等の下記に詳細に列挙するような通常、トナー表面の外添剤として使用されるすべての無機粒子が挙げられる。
更に、本実施形態のトナー表面には、粉体流動性や帯電性向上のため無機粒子や有機粒子が外添される。
前記無機粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、メタチタン酸、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、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、塩化セリウム、ベンガラ、酸化クロム、酸化セリウム、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。中でも、シリカ粒子や酸化チタン粒子、アルミナ粒子が好ましく、疎水化処理された粒子が特に好ましい。
前記無機粒子は、一般に流動性を向上させる目的で使用される。前記無機粒子の1次粒子径としては、1nm以上200nm以下が好ましく、その添加量としては、トナー100質量部に対して、0.01質量部以上20質量部以下が好ましい。これらのうちで、1次粒子径が50nm以上200nm以下のものは、クリーニング性や転写性を向上させる目的でも好適に使用される。
前記有機粒子は、一般にクリーニング性や転写性を向上させる目的で使用され、具体的には例えば、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン等の粒子が挙げられる。
(トナーの製造方法)
以上説明した本実施形態のトナーを製造する方法としては、混練粉砕製法や、凝集・合一法、懸濁重合法、溶解懸濁造粒法、溶解懸濁法、溶解乳化凝集合一法などの製法の制限を受けるものではないが、酸性やアルカリ性の水系媒体中でトナー母粒子を生成する湿式製法で製造されることが好適であり、前記凝集・合一法で製造されることが好ましい。
なお、前記凝集・合一法においては、凝集系のイオンバランスが崩れるのを抑制して凝集速度の制御を容易とすることができ、前記懸濁重合法においては、重合阻害の発生を抑制し特に粒子径の制御を容易とすることができ、また溶解懸濁造粒法や溶解乳化凝集合一法においては、造粒や乳化の際の粒子安定化を図ることが可能となる。
前記凝集・合一法を用いる場合、トナー母粒子は、例えば、少なくとも1種以上の結着樹脂粒子を分散した分散液と、離型剤分散液と、着色剤分散液とを混合し、これにポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムなどを含む1種以上の金属塩の重合体等を添加し、液系が酸性の状態で凝集微粒子を形成した後、室温から50℃以下の範囲で温度調節を行い、該凝集微粒子を凝集成長させた凝集粒子分散液を製造する凝集粒子分散液製造工程と、前記凝集粒子分散液に、1種以上の結着樹脂粒子を分散した分散液を添加し混合することにより、前記凝集粒子表面にシェルを付着させる付着工程と、該付着工程を経た凝集粒子分散液のpHを中性乃至塩基性とすることで、前記凝集粒子の成長を停止させ、これを加熱することにより融合・合一する融合・合一工程と、を経て作製される。
前記凝集粒子分散液製造工程において、各分散液の混合の際に添加される少なくとも1種以上の金属塩の重合体等は、該金属塩の重合体が4価のアルミニウム塩の重合体、又は4価のアルミニウム塩重合体と3価のアルミニウム塩重合体との混合物、あるいは3価のアルミニウム塩化合物であることが好適であり、これら重合体等として具体的には、硝酸カルシウム等の無機金属塩、もしくはポリ塩化アルミニウム等の無機金属塩の重合体、硫酸アルミニウムが挙げられる。本実施形態においては、前記金属塩の重合体がポリ塩化アルミニウムあるいは硫酸アルミニウムであることが好ましい。
また、前記金属塩の重合体等は、凝集粒子分散液における濃度が0.11質量%乃至1.25質量%となるように添加することが好ましく、凝集停止工程において、必要に応じてキレート剤等により、トナー中に含まれる残留アルミニウム重合体等の量を調整することが可能である。
前記凝集粒子分散液製造工程では、着色剤及び離型剤を含有させる場合、先ず1つ以上の樹脂分散液、着色剤分散液及び離型剤分散液を準備する。
結着樹脂として結晶性あるいは非晶性ポリエステル樹脂を用いる場合には、結晶性あるいは非晶性ポリエステル樹脂分散液は、公知の転相乳化、或いは融解温度以上に加熱し、機械的せん断力によって乳化させる。この際、樹脂の酸価の調整を行ったり、イオン性界面活性剤を添加もしくは中和アミンを用い自己中和による乳化液の安定性化を図ってもよい。
また、スチレン・アクリル系樹脂などの乳化重合可能な樹脂の場合は、乳化重合などによって作製した樹脂粒子を、イオン性界面活性剤を用いて溶媒中に分散させること等により調製することができる。
上記樹脂分散液は、一次粒径が50nm乃至300nm程度の樹脂粒子が分散された状態で、pH12乃至13で、90℃乃至100℃の範囲、より好ましくは95℃以上で6乃至8時間処理されることが望ましい。また、コア用樹脂として、非晶性ポリエステル樹脂を乳化するために溶剤に溶解する場合、非晶性ポリエステル樹脂よりも低融点であるワックスや結晶性樹脂を同時に溶解されると望ましい。これらにより、樹脂中の分子構造が軟化し、分子構造の分岐、金属架橋、可塑化成分などによるインタラクションが促進されやすくなるため、前記本実施形態のトナーの作用効果が得られると考えられる。
前記着色剤分散液は、樹脂分散液の作製に用いたイオン性界面活性剤と反対極性イオン性の界面活性剤を用いて、青色、赤色、黄色等の所望の色の着色剤粒子を分散させることにより調製することが好ましい。
また、前記離型剤分散液は、離型剤をイオン性界面活性剤や高分子酸や高分子塩基などの高分子電解質とともに、水中に添加分散し、離型剤の融解温度以上に加熱するとともに、強い剪断をかけられるホモジナイザーや圧力吐出型分散機により粒子化することにより調製される。
次に、前記1種以上の樹脂分散液、着色剤分散液及び離型剤分散液を混合して混合分散液を調製し、これにポリ塩化アルミニウムあるいは硫酸アルミニウムを含む少なくとも1種以上の金属塩の重合体あるいは化合物を添加し、混合分散液のpHを酸性(好適にはpH2.5乃至pH5)に調整し、前記混合分散液を攪拌して凝集微粒子を形成した後、該凝集微粒子を凝集成長させ、所望のトナー径にほぼ近い径を持つ凝集粒子(コア凝集粒子)を分散させた凝集粒子分散液を調製する。なお、前記凝集微粒子の形成においては、前記混合分散液の温度を前述の示差走査熱量計で測定したときのトナーの吸熱ピーク温度T1aよりも低い温度(好ましくは室温乃至50℃)とすることが望ましい。
前記付着工程では、前記凝集粒子分散液に、1種以上の樹脂粒子を分散した樹脂分散液を添加し混合することにより、前記凝集粒子(コア凝集粒子)表面に樹脂粒子を付着させ、所望の厚みの表面層(シェル層)を形成することによりコア凝集粒子表面にシェル層が形成されたコア/シェル構造を有する凝集粒子(コア/シェル凝集粒子)を得る。
また、前記凝集粒子分散液製造工程において用いられる、樹脂粒子、着色剤粒子、離型剤粒子の粒子径は、トナー径及び粒度分布を所望の値に調整するのを容易とするために、1μm以下であることが好ましく、20nm以上300nm以下の範囲内であることがより好ましい。
前記凝集粒子分散液製造工程においては、樹脂粒子分散液や着色剤粒子分散液に含まれる2つの極性のイオン性界面活性剤(分散剤)の量のバランスを予めずらしておくことができる。例えば、硝酸カルシウム等の無機金属塩、もしくはポリ塩化アルミニウム等の無機金属塩の重合体を用いてこれをイオン的に中和し、樹脂粒子のガラス転移温度以下で加熱してコア凝集粒子を作製することができる。
なお、前記凝集粒子分散液製造工程、付着工程は、段階的に複数回に分けて繰り返し実施してもよい。
前記融合・合一工程では、まず、例えば前記付着工程を経て得られた凝集粒子分散液(コア/シェル凝集粒子の分散液)のpHを中性乃至塩基性(好ましくはpH7乃至pH8.5)とすること、及び、必要に応じてキレート剤等により、トナー中に含まれる残留アルミニウム重合体や化合物の量を調整することで、前記凝集粒子の成長を停止させる。更に分散液中にて、このコア/シェル凝集粒子中に含まれる結着樹脂のガラス転移温度(樹脂の種類が2種類以上の場合はそれらの樹脂中の最も高いガラス転移温度)、あるいは融解温度以上に加熱することにより融合・合一し、その後冷却(好ましくは40℃以下まで)することによりトナー母粒子が得られる。
更に、任意の洗浄工程、固液分離工程、乾燥工程を経て所望のトナー母粒子を得るが、洗浄工程は、帯電性の点から十分にイオン交換水による置換洗浄を施すことが好ましい。また、固液分離工程は、特に制限はないが、生産性の点から吸引濾過、加圧濾過等が好ましく用いられる。一方、乾燥工程も特に方法に制限はないが、生産性の点から凍結乾燥、フラッシュジェット乾燥、流動乾燥、振動型流動乾燥、等が好ましく用いられる。
特に、粒子構成成分の分子構造を安定化させるため、前記各種の乾燥に追加して、棚段乾燥(好ましくは45℃乃至48℃で20時間乃至24時間)を行うと、前記本実施形態のトナーの作用効果がより発揮される。
その後、前記トナー母粒子と外添剤とを混合し、例えば、ヘンシェルミキサーあるいはVブレンダー等で攪拌することで、トナー母粒子に外添剤を外添することができる。
外添剤として使用される無機酸化物粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、メタチタン酸、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、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、塩化セリウム、ベンガラ、酸化クロム、酸化セリウム、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。通常使用される定着温度においても、溶融・軟化しにくいものである。中でも、シリカ粒子や酸化チタン粒子が好ましく、疎水化処理された粒子が特に好ましい。
前記無機酸化物粒子の粒子径としては、体積平均1次粒径で5nm以上300nm以下が好ましく、体積平均1次粒径が30nm以下の小径外添剤と100nm以上300nm以下の大径外添剤とが少なくとも1種以上ずつ添加されるとより好ましい。前記粒径が30nm以下の小径外添剤によりトナーの流動性が向上し、粒径が100nm以上300nm以下の大径外添剤により、スペーサー効果によって現像剤内やクリーニング回収部におけるトナー外添剤の埋まりこみを抑制し、流動性の悪化を抑制でき、また転写性も向上できる。その添加量としては、トナー100質量部に対して、粒径が30nm以下の小径外添剤は0.5質量部以上5質量部以下、粒径が100nm以上300nm以下の大径外添剤は0.5質量部以上5質量部以下が好ましい。添加量が0.5質量部未満では前記各効果が不十分となり、5質量部を越えると、帯電性や感光体・他部材へのフィルミングによる不具合が発生する場合がある。
次に、本実施形態のトナーの特性について説明する。
本実施形態のトナーの体積平均粒径は3μm以上8μm以下の範囲が好ましく、3.5μm以上6.0μm以下の範囲がより好ましい。体積平均粒径が上記範囲にあると、画像の解像度が良好となるだけでなく、被転写体としてラフ紙を用いた場合に、定着時のオフセットの発生を防止することができる。
また、トナーの粒子径分布指標としては、体積平均粒度分布指標GSDvが1.15以上1.30以下であることが望ましく、1.15以上1.25以下であることがより望ましい。
上記体積平均粒径及び粒度分布指標は、コールターマルチサイザーII(ベックマン−コールター社製)を用いて測定される粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、体積を小粒径側から累積分布を引いて、累積16%となる粒径を体積D16v、累積50%となる粒径を体積D50v、累積84%となる粒径を体積D84vと定義する。前記体積平均粒径は体積D50vであり、そして、前記体積粒度分布指数GSDvは、(D84v/D16v)1/2として算出される。
また、本実施形態のトナーは、平均円形度が0.93以上1.00以下であり、かつ円形度0.85未満の粒子が3個数%以下であることが望ましい。平均円形度等が上記範囲にあると、丸みがあって形状分布が狭いトナーであるため、同一濃度を得るためのトナー量が少なく定着に有利であり、また定着器からの熱による変形・定着にも有利である。更に、低温定着トナーでありながら、円形度0.85未満の粒子が3個数%以下であることにより、表面に凹凸のあるトナーが少なく、トナーの一部が溶融し、用紙などの記録媒体に定着せずに定着ロールへ付着してしまうなどの問題の発生を抑制できる。
なお、上記平均円形度は、(円相当周囲長)/(周囲長)[(粒子像と同じ投影面積をもつ円の周囲長)/(粒子投影像の周囲長)]により求められ、測定対象となるトナーを吸引採取し、非常に扁平な流れを形成させ、瞬時にストロボ発光させることにより静止画像として粒子像を取り込み、その粒子像を画像解析するフロー式粒子像解析装置(例えばシスメックス社製のFPIA−2100)によって求めることができる。
本実施形態のトナーの帯電量は、絶対値で20μC/g以上65μC/g以下が好ましく、25μC/g以上55μC/g以下がより好ましい。トナーの帯電量が20μC/g未満であると、背景汚れ(カブリ)が発生しやすくなる場合があり、65μC/gを超えると画像濃度が低下し易くなる場合がある。
<静電荷像現像剤>
次に、本発明の静電荷像現像剤について実施形態により説明する。
本実施形態の静電荷像現像剤は、前記本実施形態のトナーを一成分現像剤として適用してもよいし、あるいは前記トナーとキャリアとを含む二成分現像剤としても適用することができる。
上記二成分現像剤に使用し得るキャリアとしては、特に制限はなく、公知のキャリアを用いることができる。例えば芯材表面に樹脂被覆層を有する樹脂コートキャリアを挙げることができる。また、マトリックス樹脂に導電材料などが分散された樹脂分散型キャリアであってもよい。
キャリアに使用される被覆樹脂・マトリックス樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、オルガノシロキサン結合からなるストレートシリコーン樹脂又はその変性品、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。
導電材料としては、金、銀、銅といった金属やカーボンブラック、さらに酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム、酸化スズ、カーボンブラック等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。
またキャリアの芯材としては、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性金属、フェライト、マグネタイト等の磁性酸化物、ガラスビーズ等が挙げられるが、キャリアを磁気ブラシ法に用いるためには、磁性材料であることが好ましい。
キャリアの芯材の体積平均粒径としては、10μm以上500μm以下の範囲が好ましく、30μm以上100μm以下の範囲がより好ましい。
またキャリアの芯材の表面に樹脂被覆するには、前記被覆樹脂、及び必要に応じて各種添加剤を適当な溶媒に溶解した被覆層形成用溶液により被覆する方法が挙げられる。溶媒としては、特に限定されるものではなく、使用する被覆樹脂、塗布適性等を勘案して適宜選択すればよい。
具体的な樹脂被覆方法としては、キャリアの芯材を被覆層形成用溶液中に浸漬する浸漬法、被覆層形成用溶液をキャリアの芯材表面に噴霧するスプレー法、キャリアの芯材を流動エアーにより浮遊させた状態で被覆層形成用溶液を噴霧する流動床法、ニーダーコーター中でキャリアの芯材と被覆層形成溶液とを混合し、溶剤を除去するニーダーコーター法が挙げられる。
前記二成分現像剤における、本実施形態の静電荷像現像用トナーと上記キャリアとの混合比(質量比)としては、トナー:キャリア=1:100乃至30:100程度の範囲が好ましく、3:100乃至20:100程度の範囲がより好ましい。
<画像形成装置>
次に、前記の静電荷像現像用トナーを用いた本実施形態の画像形成装置について説明する。
本実施形態の画像形成装置は、像保持体と、該像保持体上に形成された静電荷像を現像剤によりトナー像として現像する現像手段と、像保持体上に形成されたトナー像を被転写体上に転写する転写手段と、被転写体上に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を有し、前記現像剤として前記本実施形態の静電荷像現像剤を用いるものである。
なお、この画像形成装置において、例えば前記現像手段を含む部分が、画像形成装置本体に対して脱着可能なカートリッジ構造(プロセスカートリッジ)であってもよく、該プロセスカートリッジとしては、現像剤保持体を少なくとも備え、前記の静電荷像現像剤を収容する本実施形態のプロセスカートリッジが好適に用いられる。
以下、本実施形態の画像形成装置の一例を示すが、これに限定されるわけではない。なお、図に示す主要部を説明し、その他はその説明を省略する。
図1は、4連タンデム方式のフルカラー画像形成装置を示す概略構成図である。図1に示す画像形成装置は、色分解された画像データに基づくイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像を出力する電子写真方式の第1〜第4の画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K(画像形成手段)を備えている。これらの画像形成ユニット(以下、単に「ユニット」と称する)10Y、10M、10C、10Kは、水平方向に互いに所定距離離間して並設されている。なお、これらユニット10Y、10M、10C、10Kは、画像形成装置本体に対して脱着可能なプロセスカートリッジであってもよい。
各ユニット10Y、10M、10C、10Kの図面における上方には、各ユニットを通して中間転写体としての中間転写ベルト20が延設されている。中間転写ベルト20は、図における左から右方向に互いに離間して配置された駆動ローラ22および中間転写ベルト20内面に接する支持ローラ24に巻回されて設けられ、第1ユニット10Yから第4ユニット10Kに向う方向に走行されるようになっている。尚、支持ローラ24は、図示しないバネ等により駆動ローラ22から離れる方向に付勢されており、両者に巻回された中間転写ベルト20に所定の張力が与えられている。また、中間転写ベルト20の像保持体側面には、駆動ローラ22と対向して中間転写体クリーニング装置30が備えられている。
また、各ユニット10Y、10M、10C、10Kの現像装置(現像手段)4Y、4M、4C、4Kのそれぞれには、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kに収容されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のトナーが供給可能である。
上述した第1〜第4ユニット10Y、10M、10C、10Kは、同等の構成を有しているため、ここでは中間転写ベルト走行方向の上流側に配設されたイエロー画像を形成する第1ユニット10Yについて代表して説明する。尚、第1ユニット10Yと同等の部分に、イエロー(Y)の代わりに、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)を付した参照符号を付すことにより、第2〜第4ユニット10M、10C、10Kの説明を省略する。
第1ユニット10Yは、像保持体として作用する感光体1Yを有している。感光体1Yの周囲には、感光体1Yの表面を所定の電位に帯電させる帯電ローラ2Y、帯電された表面を色分解された画像信号に基づくレーザ光線3Yよって露光して静電荷像を形成する露光装置3、静電荷像に帯電したトナーを供給して静電荷像を現像する現像装置(現像手段)4Y、現像したトナー像を中間転写ベルト20上に転写する1次転写ローラ5Y(1次転写手段)、および1次転写後に感光体1Yの表面に残存するトナーを除去する感光体クリーニング装置(クリーニング手段)6Yが順に配設されている。
尚、1次転写ローラ5Yは、中間転写ベルト20の内側に配置され、感光体1Yに対向した位置に設けられている。更に、各1次転写ローラ5Y、5M、5C、5Kには、1次転写バイアスを印加するバイアス電源(図示せず)がそれぞれ接続されている。各バイアス電源は、図示しない制御部による制御によって、各1次転写ローラに印加する転写バイアスを可変する。
以下、第1ユニット10Yにおいてイエロー画像を形成する動作について説明する。まず、動作に先立って、帯電ローラ2Yによって感光体1Yの表面が−600V〜−800V程度の電位に帯電される。
感光体1Yは、導電性の基体上に感光層を積層して形成されている。この感光層は、通常は高抵抗(一般の樹脂程度の抵抗)であるが、レーザ光線3Yが照射されると、レーザ光線が照射された部分の比抵抗が変化する性質を持っている。そこで、帯電した感光体1Yの表面に、図示しない制御部から送られてくるイエロー用の画像データに従って、露光装置3を介してレーザ光線3Yを出力する。レーザ光線3Yは、感光体1Yの表面の感光層に照射され、それにより、イエロー印字パターンの静電荷像が感光体1Yの表面に形成される。
静電荷像とは、帯電によって感光体1Yの表面に形成される像であり、レーザ光線3Yによって、感光層の被照射部分の比抵抗が低下し、感光体1Yの表面の帯電した電荷が流れ、一方、レーザ光線3Yが照射されなかった部分の電荷が残留することによって形成される、いわゆるネガ潜像である。
このようにして感光体1Y上に形成された静電荷像は、感光体1Yの走行に従って所定の現像位置まで回転される。そして、この現像位置で、感光体1Y上の静電荷像が、現像装置4Yによって可視像(現像像)化される。
現像装置4Y内には、例えば、少なくともイエロー着色剤と結晶性樹脂及び非結晶性樹脂とを含む体積平均粒径が7μmのイエロートナーが収容されている。イエロートナーは、現像装置4Yの内部で攪拌されることで摩擦帯電し、感光体1Y上に帯電した帯電荷と同極性(負極性)の電荷を有して現像剤ロール(現像剤保持体)上に保持されている。そして感光体1Yの表面が現像装置4Yを通過していくことにより、感光体1Y表面上の除電された潜像部にイエロートナーが静電的に付着し、潜像がイエロートナーによって現像される。イエローのトナー像が形成された感光体1Yは、引続き所定速度で走行され、感光体1Y上に現像されたトナー像が所定の1次転写位置へ搬送される。
感光体1Y上のイエロートナー像が1次転写へ搬送されると、1次転写ローラ5Yに所定の1次転写バイアスが印加され、感光体1Yから1次転写ローラ5Yに向う静電気力がトナー像に作用され、感光体1Y上のトナー像が中間転写ベルト20上に転写される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と逆極性の(+)極性であり、例えば第1ユニット10Yでは制御部に(図示せず)よって+10μA程度に制御されている。
一方、感光体1Y上に残留したトナーはクリーニング装置6Yで除去されて回収される。
また、第2ユニット10M以降の1次転写ローラ5M、5C、5Kに印加される1次転写バイアスも、第1ユニットに準じて制御されている。
こうして、第1ユニット10Yにてイエロートナー像の転写された中間転写ベルト20は、第2〜第4ユニット10M、10C、10Kを通して順次搬送され、各色のトナー像が重ねられて多重転写される。
第1〜第4ユニットを通して4色のトナー像が多重転写された中間転写ベルト20は、中間転写ベルト20と中間転写ベルト20内面に接する支持ローラ24と中間転写ベルト20の像保持面側に配置された2次転写ローラ(2次転写手段)26とから構成された2次転写部へと至る。一方、記録紙(被転写体)Pが供給機構を介して2次転写ローラ26と中間転写ベルト20とが圧接されている隙間に所定のタイミングで給紙され、所定の2次転写バイアスが支持ローラ24に印加される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と同極性の(−)極性であり、中間転写ベルト20から記録紙Pに向う静電気力がトナー像に作用され、中間転写ベルト20上のトナー像が記録紙P上に転写される。尚、この際の2次転写バイアスは2次転写部の抵抗を検出する抵抗検出手段(図示せず)により検出された抵抗に応じて決定されるものであり、電圧制御されている。
この後、記録紙Pは定着装置(定着手段)28へと送り込まれトナー像が加熱され、色重ねしたトナー像が溶融されて、記録紙P上へ定着される。カラー画像の定着が完了した記録紙Pは、排出部へ向けて搬出され、一連のカラー画像形成動作が終了される。
本実施形態の画像形成装置では、トナーとして前記特性を有する本実施形態のトナーを用いているため、比較的高速のプロセス速度で、しかも定着装置における定着圧力を大きくしなくても十分な定着性を得ることができる。
具体的には、定着装置28における定着温度(定着部材の表面温度)を100℃以上135℃以下(より好適には100℃以上120℃以下)と設定したとき、定着圧力(定着2ロールシステムの場合には2つのロール間ニップ圧のこと。定着ロール間(あるいは定着ロールと定着ベルト間)にかかる総荷重を定着ニップ面積で除した値)が0.5kg/cm以上1.5kg/cm以下、定着時間(前記の場合ニップ通過時間)が10msec以上30msec以下の条件としても、十分な画像定着性を得ることができる。
上記定着圧力は、0.5kg/cm以上0.75kg/cm以下であることがより望ましく、定着時間は10msec以上19msec以下
なお、上記例示した画像形成装置は、中間転写ベルト20を介してトナー像を記録紙Pに転写する構成となっているが、この構成に限定されるものではなく、感光体から直接トナー像が記録紙に転写される構造であってもよい。
<プロセスカートリッジ、トナーカートリッジ>
図2は、本実施形態の静電荷像現像剤を収容するプロセスカートリッジの好適な一例を示す概略構成図である。プロセスカートリッジ200は、感光体107とともに、帯電ローラ108、現像装置111、感光体クリーニング装置(クリーニング手段)113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117を取り付けレール116を用いて組み合わせ、そして一体化したものである。
そして、このプロセスカートリッジ200は、転写装置112と、定着装置115と、図示しない他の構成部分とから構成される画像形成装置本体に対して着脱自在としたものであり、画像形成装置本体とともに画像形成装置を構成するものである。なお、300は記録紙である。
図2で示すプロセスカートリッジでは、帯電装置108、現像装置111、クリーニング装置(クリーニング手段)113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117を備えているが、これら装置は選択的に組み合わせることが可能である。本発明のプロセスカートリッジでは、感光体107のほかには、帯電装置108、現像装置111、クリーニング装置(クリーニング手段)113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117から構成される群から選択される少なくとも1種を備える。
次に、本実施形態のトナーカートリッジについて説明する。本実施形態のトナーカートリッジは、画像形成装置に着脱可能に装着され、少なくとも、前記画像形成装置内に設けられた現像手段に供給するためのトナーを収めるトナーカートリッジにおいて、前記トナーが既述した本実施形態のトナーであることを特徴とする。なお、本発明のトナーカートリッジには少なくともトナーが収容されればよく、画像形成装置の機構によっては、例えば現像剤が収められてもよい。
従って、トナーカートリッジの着脱が可能な構成を有する画像形成装置においては、本発明のトナーを収めたトナーカートリッジを利用することにより、特に容器が小型化されたトナーカートリッジにおいても保存性を保つことができ、高画質を維持しつつ低温定着化を図ることが可能となる。
なお、図1に示す画像形成装置は、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kの着脱が可能な構成を有する画像形成装置であり、現像装置4Y、4M、4C、4Kは、各々の現像装置(色)に対応したトナーカートリッジと、図示しないトナー供給管で接続されている。また、トナーカートリッジ内に収納されているトナーが少なくなった場合には、このトナーカートリッジを交換することができる。
以下、実施例により具体的に本発明を説明するが、これらは何ら本発明を限定するものではない。なお、以下において特に断りのない限り「部」は「質量部」を、「%」は「質量%」を表す。
<各種特性の測定方法>
まず、実施例、比較例で測定したトナー等の物性測定方法(既述の測定方法は除く)について説明する。
(粒径、粒度分布)
測定する粒子直径が2μm以上の場合、測定装置としてはコールターマルチサイザーII(ベックマン−コールター社製)、電解液はISOTON−II(ベックマン−コールター社製)を使用した。
測定法としては、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ホン酸ナトリウムの5%水溶液2ml中に、測定試料を0.5mg乃至50mg加え、これを前記電解液100ml乃至150ml中に添加した。この測定試料を懸濁させた電解液を超音波分散器で約1分間分散処理を行い、前記コールターマルチサイザーIIにより、アパーチャー径が100μmのアパーチャーを用いて、粒径が2.0μm以上60μm以下の範囲の粒子の粒度分布を測定した。測定する粒子数は50,000であった。
一方、測定する粒子直径が2μm未満の場合、レーザー回析式粒度分布測定装置(LA−700、堀場製作所製)を用いて測定した。測定法としては分散液となっている状態の試料を固形分で約2gになるように調整し、これにイオン交換水を添加して、約40mlにする。これをセルに適当な濃度になるまで投入し、約2分待って、セル内の濃度がほぼ安定になったところで測定する。得られたチャンネルごとの体積平均粒径を、体積平均粒径の小さい方から累積し、累積50%になったところを体積平均粒径とした。
なお、外添剤などの粉体を測定する場合は、界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの5%水溶液50ml中に測定試料を2g加え、超音波分散機(1,000Hz)にて2分間分散して、試料を作製し、前述の分散液と同様の方法で、測定した。
(トナー平均円形度)
トナーの平均円形度の測定は、Sysmex社製FPIA−2100で測定した。本装置では、水などに分散させた粒子をフロー式画像解析法によって測定する方式が採用されており、吸引された粒子懸濁液はフラットシースフローセルに導かれ、シース液によって偏平な試料流に形成される。その試料流にストロボ光を照射することにより、通過中の粒子は対物レンズを通してCCDカメラで、静止画像として撮像し、撮像された粒子像を、2次元画像処理して、投影面積と周囲長から円相当径および円形度を算出した。
円相当径は、撮影された各々の粒子に対して、2次元画像の面積から同一の面積を有する円の直径を円相当径として算出した。このように撮影した粒子を、少なくとも5,000個以上各々画像解析を行い、統計処理することによって、個数平均粒子径と個数平均粒子径変動を求めた。また、円形度に関しては、撮影された各々の粒子に対して、下式(1)によって円形度を求めた。また、円形度についても、撮影した5,000個以上の粒子について画像解析を行い、統計処理することによって、平均円形度を求めた。
円形度=円相当径周囲長/周囲長=[2×(Aπ)1/2]/PM ・・・ 式(1)
上式においてAは投影面積、PMは周囲長を表す。なお、測定にはHPFモード(高分解能モード)を使用し、希釈倍率は1.0倍とした。また、データの解析に当たっては、測定ノイズ除去の目的で、個数粒径解析範囲を2.0μm乃至30.1μmとし、円形度解析範囲を0.40乃至1.00の範囲に選択した。
(酸価)
樹脂の酸価(AV)は以下のようにして測定した。基本操作はJIS K−0070−1992に準ずる。
試料は予め結着樹脂のTHF不溶成分を除去して使用するか、上記のTHF不溶分の測定で得られるソックスレー抽出器によるTHF溶媒によって抽出された可溶成分を試料として使用した。試料の粉砕品1.5gを精秤し、300mlのビーカーに試料を入れ、トルエン/エタノール(4/1)の混合液100mlを加え溶解させた。自動滴定装置GT−100(ダイアインスツルメンツ社製)を用いて、0.1mol/lのKOHのエタノール溶液により電位差滴定を行った。この時のKOH溶液の使用量をA(ml)とし、同時にブランクを測定し、この時のKOH溶液の使用量をB(ml)とする。これらの値から、下記式(2)により酸価を計算した。式中、wは精秤した試料量、fはKOHのファクターである。
酸価(mgKOH/g)={(A−B)×f×5.61}/w ・・・ 式(2)
<各分散液の調製>
(結晶性ポリエステル樹脂分散液(A)の調製)
加熱乾燥した三口フラスコに、セバシン酸ジメチル98mol%及びイソフタル酸ジメチル−5−スルホン酸ナトリウム2mol%からなる酸成分と、エチレングリコールからなるアルコール成分と、を1:1のmol比で入れ、これらの合計100部に対して、触媒としてジブチル錫オキサイド0.3部を入れた後、減圧操作により容器内の空気を窒素ガスにより不活性雰囲気下とし、機械攪拌にて180℃で5時間攪拌・還流を行った。その後、減圧下にて230℃まで徐々に昇温を行い2時間攪拌し、粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させ、結晶性ポリエステル樹脂(a)を合成した。
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測定(ポリスチレン換算)で、得られた結晶性ポリエステル樹脂(a)の重量平均分子量(Mw)は9700であった。また、結晶性ポリエステル樹脂(a)の融解温度(Tm)を、前述の示差走査熱量計(DSC)を用いた第1昇温工程の測定と同様にして測定したところ、明確な吸熱ピークを示し、吸熱ピーク温度は76.1℃であった。
・結晶性ポリエステル樹脂(a):90部
・イオン性界面活性剤(ネオゲンRK、第一工業製薬):1.8部
・イオン交換水:210部
以上の成分を混合し混合物を100℃に加熱して、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理を1時間行い、その後、0.5mol/lの水酸化ナトリウム水溶液で系内のpHを12.5に調整し96℃で6時間処理した後、硝酸水溶液でpHを7.0に調整し、さらに固形分量を調整して、体積平均粒径200nm、固形分量が30%の結晶性ポリエステル樹脂分散液(A)を得た。
(結晶性ポリエステル樹脂分散液(B)の調製)
加熱乾燥した三口フラスコに、1,10−ドデカン二酸90.5mol%、イソフタル酸ジメチル−5−スルホン酸ナトリウム2mol%及び5−t−ブチルイソフタル酸7.5mol%からなる酸成分と、1,9−ノナンジオールからなるアルコール成分と、を1:1のmol比で入れ、これらの合計100部に対して、触媒としてジブチル錫オキサイド0.3部を入れた後、減圧操作により容器内の空気を窒素ガスにより不活性雰囲気下とし、機械攪拌にて180℃で5時間攪拌・還流を行った。その後、減圧下にて230℃まで徐々に昇温を行い4時間攪拌し、粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させ、結晶性ポリエステル樹脂(b)を合成した。
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測定(ポリスチレン換算)で、得られた結晶性ポリエステル樹脂(b)の重量平均分子量(Mw)は28000であった。また、結晶性ポリエステル樹脂(b)の融解温度(Tm)を、前述の測定方法により、示差走査熱量計(DSC)を用いて同様に測定したところ、明確な吸熱ピークを示し、吸熱ピーク温度は72℃であった。
・結晶性ポリエステル樹脂(b):90部
・イオン性界面活性剤(ネオゲンRK、第一工業製薬):1.8部
・イオン交換水:210部
以上の成分を混合し混合物を100℃に加熱して、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理を1時間行い、その後、0.5mol/lの水酸化ナトリウム水溶液で系内のpHを13.0に調整し96℃で8時間処理した後、硝酸水溶液でpHを7.0に調整し、さらに固形分量を調整して、体積平均粒径300nm、固形分量が30%の結晶性ポリエステル樹脂分散液(B)を得た。
(非晶性ポリエステル樹脂分散液(C)の調製)
テレフタル酸30mol%及びフマル酸70mol%からなる酸成分と、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物20mol%及びビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物80mol%からなるアルコール成分と、を1:1のmol比で、攪拌装置、窒素導入管、温度センサー、精留塔を備えた内容量5リットルのフラスコに仕込み、1時間を要して190℃まで上げ、反応系内が均一に攪拌されていることを確認した。その後、前記混合物100部に対しジブチル錫オキサイド1.2部を投入し、さらに生成する水を留去しながら同温度から6時間を要して240℃まで温度を上げ、240℃でさらに3時間脱水縮合反応を継続して、酸価が12.0mgKOH/g、重量平均分子量が9700である非晶性ポリエステル樹脂(c)を得た。
次いで、得られた非晶性ポリエステル樹脂(c)を溶融状態のまま、キャビトロンCD1010(株式会社ユーロテック製)に毎分100gの速度で移送した。別途準備した水性媒体タンクには試薬アンモニア水をイオン交換水で希釈した0.37%濃度の希アンモニア水を入れ、熱交換器で120℃に加熱しながら毎分0.1リットルの速度で、上記非晶性ポリエステル樹脂(c)溶融体と同時にキャビトロンCD1010(株式会社ユーロテック製)に移送した。回転子の回転速度が60Hz、圧力が5kg/cmの条件でキャビトロンを運転した。その後、0.5mol/lの水酸化ナトリウム水溶液で系内のpHを13.0に調整し96℃で8時間処理した後、硝酸水溶液でpHを7.0に調整し、さらに固形分量を調整して、体積平均粒径160nm、固形分量が30%の非晶性ポリエステル樹脂分散液(C)を得た。
(非晶性ポリエステル樹脂分散液(D)の調製)
テレフタル酸60mol%、無水トリメリット酸10mol%及びドデセニルコハク酸30mol%からなる酸成分と、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物50mol%及びビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物50mol%からなるアルコール成分と、を1:1のmol比で仕込み、前記非晶性ポリエステル樹脂(c)と同様にして、酸価が17.0mgKOH/g、重量平均分子量が16000である非晶性ポリエステル樹脂(d)を得た。
次いで、得られた非晶性ポリエステル樹脂(d)を用いて前記非晶性ポリエステル樹脂分散液(C)と同様にして、体積平均粒径が150nm、固形分量が30%の非晶性ポリエステル樹脂分散液(D)を得た。
(スチレン・アクリル樹脂分散液(E1)の調製)
・スチレン:370部
・nブチルアクリレート:30部
・アクリル酸:8部
・ドデカンチオール:24部
・四臭化炭素:4部
以上を混合し溶解したものを、非イオン性界面活性剤(三洋化成(株)製、ノニポール400)6部及びアニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製、ネオゲンSC)10部をイオン交換水550部に溶解したものにフラスコ中で加えて分散させ、乳化した。10分間ゆっくりと混合しながら、これに過硫酸アンモニウム4部を溶解したイオン交換水50部を投入し、窒素置換を行った後、前記フラスコ内を攪拌しながら内容物が70℃になるまでオイルバスで加熱し、5時間そのまま乳化重合を継続した。その後、0.5mol/lの水酸化ナトリウム水溶液で系内のpHを12.5に調整し96℃で6時間処理した後、硝酸水溶液でpHを3.0に調整し、さらに固形分量を調整して、体積平均粒径が155nm、ガラス転移温度が59℃、重量平均分子量(Mw)が12,000、固形分量が40%であるスチレン・アクリル樹脂分散液(E1)を調製した。
(スチレン・アクリル樹脂分散液(E2)の調製)
・スチレン:280部
・nブチルアクリレート:120部
・アクリル酸:8部
以上を混合し溶解したものを、非イオン性界面活性剤(三洋化成(株)製、ノニポール400)6部及びアニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製、ネオゲンSC)12部をイオン交換水550部に溶解したものにフラスコ中で加え分散させ、乳化した。10分間ゆっくりと混合しながら、これに過硫酸アンモニウム3部を溶解したイオン交換水50部を投入し、窒素置換を行った後、前記フラスコ内を攪拌しながら内容物が70℃になるまでオイルバスで加熱し、5時間そのまま乳化重合を継続した。その後、0.5mol/lの水酸化ナトリウム水溶液で系内のpHを12.5に調整し96℃で6時間処理した後、硝酸水溶液でpHを3.0に調整し、さらに固形分量を調整して、体積平均粒径が105nm、ガラス転移温度が53℃、重量平均分子量(Mw)が550,000、固形分量が40%であるスチレン・アクリル樹脂分散液(E2)を調製した。
(着色剤分散液の調製)
・シアン顔料(C.I.Pigment Blue 15:3(銅フタロシアニン)、大日精化製):45部
・イオン性界面活性剤(ネオゲンRK、第一工業製薬):5部
・イオン交換水:200部
以上を混合溶解し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)により10分間分散し、体積平均粒径が168nm、固形分量が23.0%の着色剤分散液を得た。
(離型剤分散液(F)の調製)
・カルナバワックス(融点:81℃):45部
・カチオン性界面活性剤(ネオゲンRK、第一工業製薬):5部
・イオン交換水:200部
以上を混合し95℃に加熱して、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理し、体積平均粒径が200nm、固形分量が20%の離型剤分散液(F)を得た。
(離型剤分散液(G)の調製)
・ペンタエリスリトールベヘン酸エステルワックス(融点:84.5℃):5部
・カチオン性界面活性剤(ネオゲンRK、第一工業製薬):5部
・イオン交換水:200部
以上を混合し95℃に加熱して、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理し、体積平均粒径が220nm、固形分量が20%の離型剤分散液(G)を得た。
(離型剤分散液(H)の調製)
・パラフィンワックス(HNP−9、日本精鑞製、融点:75℃):45部
・カチオン性界面活性剤(ネオゲンRK、第一工業製薬):5部
・イオン交換水:200部
以上を混合し95℃に加熱して、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)にて十分に分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理し、体積平均粒径が190nm、固形分量が20%の離型剤分散液(H)を得た。
<実施例1>
(トナーの作製)
−トナー母粒子(1)の作製−
・非晶性ポリエステル樹脂分散液(C):95.0部
・非晶性ポリエステル樹脂分散液(D):95.0部
・結晶性ポリエステル樹脂分散液(B):18.0部
・着色剤分散液:22.0部
・離型剤分散液(H):50.0部
以上を丸型ステンレス製フラスコ中に投入し、硝酸水溶液にてpHを2.5に調整し、ホモジナイザー(ウルトラタラックスT50)で十分に混合・分散した。次いで、これにポリ塩化アルミニウム0.35部を加え、ウルトラタラックスT50で分散操作を継続した。その後、加熱用オイルバスでフラスコを攪拌しながら48℃まで加熱し、48℃で60分保持した後、ここに非晶性ポリエステル樹脂分散液(C)及び(D)を緩やかに33.3部ずつ追加した。その後、0.5mol/lの水酸化ナトリウム水溶液で系内のpHを7.8にした後、ステンレス製フラスコを密閉し、磁力シールを用いて攪拌を継続しながら89℃まで加熱し、3時間保持した。
反応終了後、冷却し、濾過、イオン交換水で十分に洗浄した後、ヌッチェ式吸引濾過により固液分離を施した。これを更に40℃のイオン交換水1Lに再分散し、300rpmで15分間攪拌・洗浄した。これを更に5回繰り返し、濾液のpHが7.5、電気伝導度が7.0μS/cmtとなったところで、ヌッチェ式吸引濾過によりNo5Aろ紙を用いて固液分離を行った。分離物を12時間真空乾燥した後、棚段乾燥で、トナー厚みを5mm乃至1cmにバットにならして、通風しながら雰囲気温度48℃で24時間乾燥し、篩分してトナー母粒子(1)を得た。
次いで、前記トナー母粒子(1)100部に、ルチル型酸化チタン(体積平均粒径:20nm、n−デシルトリメトキシシラン処理)1.0部、シリカ(気相酸化法により作製、体積平均粒径:40nm、シリコーンオイル処理)2.0部、シリカ(ゾルゲル法により作製、体積平均粒径:140nm、シリコーンオイル処理)2.0部を加え、5リットルヘンシェルミキサーを用い、周速30m/sで15分間ブレンドを行った後、45μmの目開きのシーブを用いて粗大粒子を除去し、外添トナー(1)を作製した。
(トナーの評価)
−粒度分布−
外添トナー(1)の体積平均粒径D50vは7.7μm、粒度分布係数GSDvは1.23、平均円形度は0.93、円形度0.85未満の粒子が2.8個数%であった。
−熱的特性−
外添トナー(1)について、前述の条件によりDSC測定を行ったところ、第1昇温工程で56℃にピーク温度を有する階段状のピークと、68℃にピーク温度を有する融解ピークが得られたことから、定着前トナーのピーク温度T1aを56℃とした。また、第2昇温工程では同様にピーク温度40℃、70℃の2つのピークが得られたことから、定着前トナーのピーク温度T2aを40℃とした。
一方、前述の条件で定着を行い採取した定着後トナーについて同様にDSC測定をところ、第1昇温工程で30℃にピーク温度を有する階段状のピークと、40℃にピーク温度を有する融解ピークが得られたことから、定着後トナーのピーク温度T1bを30℃とした。以上より、外添トナー(1)のT1a−T1bは26℃、T2a−T1bは10℃となった。
なお、DSC測定用の上記定着後トナーの作製は、前述の良好な定着性が得られる温度を定着温度としたとき、定着加熱ロールの表面温度を該定着温度+0℃から+10℃の温度幅に設定し、これにPFAシートで挟んだサンプルを通過させて得られたものを用い、DSCの測定は、上記定着後6時間から12時間の間に行った。
−耐ブロッキング性−
トナー10gをプロピレン製カップの上に秤量し、50℃、50%RHの環境に17時間放置し、ブロッキング(凝集)状態を以下の基準で評価した。
◎:カップを傾けるとトナーがさらさら流れる。
○:カップを動かしているとトナーが徐々に崩れ、流れ出す。
△:ブロック体が発生しており、先のとがったもので突付くと崩れる。
×:ブロック体が発生しており、先のとがったもので突付いても崩れにくい。
結果を表1に示す。
−実機特性評価−
・定着性
外添トナー(1)9部と、スチレン・メチルメタクリレート樹脂で被覆されたフェライト粒子(体積平均粒子径:35μm)100部と、を混合して二成分現像剤を調製し、これを市販の電子写真複写機(Docu Center Color 450(富士ゼロックス社製)改造機)を用いて、トナー載り量を15g/mとなるようにソリッド画像(3cm×3cm)出しを行い、未定着画像を得た。また、50%ハーフトーン画像もオフセット評価用として未定着画像を得た。評価用紙は、最低定着温度測定用には富士ゼロックス(株)製C2紙、オフセット評価用には、用紙表面が比較的ラフである4200用紙(201b、ゼロックス社製)を使用した。
次に、Docu Center Color 450に使用されているベルトニップ方式の定着器を取り出し、外部駆動・温度制御可能なオフライン定着器(条件を以下のように設定:定着圧力:0.75kg/cm、定着時間:30msec)として使用し、定着温度を100℃から200℃の間で段階的に上昇させながら画像の最低定着温度及びホットオフセット発生温度を評価した。なお、最低定着温度は、未定着のソリッド画像(3cm×3cm)を定着した後、画像を内側に軽く折り曲げ、その上を重さ860g、直径76mmのロールを150mm/s程度のスピードで水平な机上で転がして折り目をつけ、画像を元とおり広げた時の、その折り曲げ部分の画像欠損の最大幅が0.30mm以下(スケールルーペ、倍率:10倍で観察)になる定着温度を最低定着温度として、低温定着性の指標とした。一方、ホットオフセット発生温度は、トナー定着画像の定着ロール径に対応した周期の2周目位置にオフセットした画像の有無を目視で判断し、オフセットした画像が発生した温度をホットオフセット発生温度とした。
・ 画像保持性
前記定着性評価において得られた定着性が良好な条件で得られたソリッド(3cm×3cm、トナー載り量15g/cm)定着画像を2枚用意する。ソリッド画像よりも1cmづつ大き目の余白部分をもつように、5cm×5cmに切り取り、10cm×10cm以上の大きさのガラス板上に互いにソリッド面同士が接するように重ねて置き、その上に厚み1mmの5cm×5cmのガラス板を載せ、さらに5cm×5cmの底面積をもつ、250gの重りをその上に載せる。これを、高温環境(50℃、50%RH)に1週間保管し、2つの定着画像を離したときの画像欠損を評価した。以下の基準により放置後の画像保持性を評価した。
◎:まったく画像欠損がなく、画像を離したときも何ら音も発生しない。
○:画像欠損はないが、画像を離した時にパリパリと音が発生。
△:0.5mm径以下の白抜け、グロスムラが発生。
×:0.5mm径以上の白抜け、グロスムラが発生。
・トナー帯電性
前記画像形成装置(現像器を装填)を使用し、A4サイズのC2紙(富士ゼロックス社製)を使用して、画像面積率5%の画像を形成した。25℃50%RH環境にて、この画像を10万枚までプリントし、初期のマグロール上現像剤及び10万枚後のマグロール上現像剤を採取し、帯電量測定を実施した。
帯電量測定は、帯電量測定器TB−200(東芝製)を用いブローオフ法により行った。このときの測定条件は、ブローオフの気体は空気を1.0kg/cmの圧力で行い、測定試料の量は0.2gで行なった。
・耐フィルミング性
前記10万枚プリント後、A3全面ハーフトーン画像(Cin(入力画像データの1ドット当たりの画像面積率を表す画像濃度カバレッジ)=30%)を採取し、画質への影響と、感光体及び現像ロール上のトナーフィルミングを目視により観察し、下記評価基準にて評価を行った。なお、評価基準において◎、○は許容レベルであるが、△、×は許容できないレベルである。
◎:感光体あるいは現像ロール上のフィルミングなし。画質上問題ない。
○:感光体上あるいは現像ロール上に軽微なフィルミングは見られるが、画質上は問題ない。
△:感光体上あるいは現像ロール上にフィルミングが見られ、画質上にも影響が見られる。
×:感光体上あるいは現像ロール上にフィルミングが見られ、画質上にも顕著な影響が見られる。
以上の結果をまとめて表2に示す。
<実施例2>
実施例1のトナーの作製において、同一の原料を用い次のように製造条件を変更してトナーの作製を行った。
まず、前記丸型ステンレス製フラスコ中の混合物のpHを硝酸水溶液にて2.8に調整し、ウルトラタラックスT50で十分に混合・分散した。次いで、これにポリ塩化アルミニウム0.30部を加え、ウルトラタラックスT50で分散操作を継続した。その後、同様に43℃まで加熱し、43℃で60分保持した後、ここに非結晶性ポリエステル樹脂分散液(C)及び(D)を緩やかに33.3部ずつ追加した。そして、0.5mol/lの水酸化ナトリウム水溶液で系内のpHを8.3にした後、同様に93℃まで加熱し、5時間保持した。その他は実施例1と同様にして外添トナー(2)を作製した。
上記外添トナー(2)の体積平均粒径D50vは5.7μm、粒度分布係数GSDvは1.23、平均円形度は0.96、円形度0.85未満の粒子が0.4個数%であった。外添トナー(2)について、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。結果をまとめて表1、2に示す。
<実施例3>
実施例1のトナーの製造において、ポリ塩化アルミニウムの添加量を0.35部から0.40部に、加熱用オイルバスによる加熱温度を48℃から50℃に変更した以外は、実施例1と同様にして外添トナー(3)を作製した。
上記外添トナー(3)の体積平均粒径D50vは8.0μm、粒度分布係数GSDvは1.27、平均円形度は0.93、円形度0.85未満の粒子が3.0個数%であった。外添トナー(2)について、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。結果をまとめて表1、2に示す。
<実施例4>
実施例2のトナーの作製において、93℃まで加熱した後の保持時間を5時間から9時間に変更した以外は、実施例1と同様にして外添トナー(4)を作製した。
上記外添トナー(4)の体積平均粒径D50vは5.9μm、粒度分布係数GSDvは1.23、平均円形度は0.99、円形度0.85未満の粒子が0.1個数%であった。外添トナー(4)について、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。結果をまとめて表1、2に示す。
<実施例5>
実施例2のトナーの作製において、ポリ塩化アルミニウムの添加量を0.30部から0.20部に、加熱用オイルバスによる加熱温度を43℃から41℃に、その後の保持時間を60分から15分に変更した以外は、実施例1と同様にして外添トナー(5)を作製した。
上記外添トナー(5)の体積平均粒径D50vは3.3μm、粒度分布係数GSDvは1.3、平均円形度は0.96、円形度0.85未満の粒子が0.8個数%であった。外添トナー(5)について、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。結果をまとめて表1、2に示す。
<実施例6>
実施例2のトナーの作製において、用いた離型剤分散液(H)を離型剤分散液(G)に変更した以外は、実施例2と同様にして外添トナー(6)を作製した。
上記外添トナー(6)の体積平均粒径D50vは5.7μm、粒度分布係数GSDvは1.23、平均円形度は0.96、円形度0.85未満の粒子が0.4個数%であった。外添トナー(6)について、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。結果をまとめて表1、2に示す。
<実施例7>
実施例2のトナーの作製において、用いた離型剤分散液(H)を離型剤分散液(F)に変更した以外は、実施例2と同様にして外添トナー(7)を作製した。
上記外添トナー(7)の体積平均粒径D50vは5.7μm、粒度分布係数GSDvは1.23、平均円形度は0.96、円形度0.85未満の粒子が0.4個数%であった。外添トナー(7)について、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。結果をまとめて表1、2に示す。
<実施例8>
(トナーの作製)
・スチレン・アクリル樹脂分散液(E1):120部
・スチレン・アクリル樹脂分散液(E2):80部
・着色剤分散液:30部
・離型剤分散液(H):40部
・ポリ水酸化アルミニウム(浅田化学社製、Paho2S):0.3部
以上の成分を丸型ステンレス鋼製フラスコ中で混合し、ホモジナイザー(ウルトラタラックスT50、IKA社製)で混合分散した後、加熱用オイルバスでフラスコを撹拌しながら55℃まで加熱した。55℃で30分保持した後、コールターマルチサイザーII(ベックマンコールター社製)で粒子サイズを測定したところ、体積平均粒径が約4.5μmの凝集粒子が生成していることが確認された。さらにここに、スチレン・アクリル樹脂分散液(E1)及び(E2)を緩やかに30部ずつ追加し、加熱用オイルバスの温度を上げて65℃で1時間保持した。粒子サイズを測定したところ約5.3μmの凝集粒子が生成していることが確認された。
その後、この凝集粒子を含む分散液に、アニオン性界面活性剤(ネオゲンRK、第一工業製薬)3部を追加した後、ステンレス製フラスコを密閉し、磁力シールを用いて撹拌を継続しながら97℃まで加熱し、4時間保持した。冷却後、前記同様に粒径を測定したところ、体積平均粒径が5.4μmであることが確認された。トナー粒子含有液よりトナー粒子を濾別し、pH10.0の水酸化ナトリウム溶液で洗浄した後、イオン交換水による洗浄を3回実施した。その後、トナー粒子を6時間凍結乾燥した後、24時間真空乾燥を実施し、次いで棚段乾燥で、トナー厚みを5mmから1cmにバットにならして通風しながら、雰囲気温度48℃で24時間乾燥し、篩分してトナー粒子(8)を得た。
(トナーの評価)
上記トナー粒子(8)を用いて、実施例1と同様にして外添トナー(8)を作製した。 上記外添トナー(8)の体積平均粒径D50vは5.7μm、粒度分布係数GSDvは1.23、平均円形度は0.96、円形度0.85未満の粒子が0.2個数%であった。外添トナー(8)について、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。結果をまとめて表1、2に示す。
<実施例9>
(トナーの作製)
・非晶性ポリエステル樹脂分散液(C)の乾燥物(水分率:1%乃至2%):41部
・非晶性ポリエステル樹脂分散液(D)の乾燥物(水分率:1%乃至2%):41部
・結晶性ポリエステル樹脂分散液(B)の乾燥物(水分率:1%乃至2%):6部
・シアン顔料(C.I.Pigment Blue 15:3(銅フタロシアニン)、大日精化製):5部
・パラフィンワックスHNP−9(日本精鑞 融点:75℃):7部
以上の成分を混合し、エクストルーダーで、排出樹脂温度が100℃乃至120℃となるように設定して混練し、この混練物について粗粉砕、微粉砕を行い、風力式分級機で分級し、熱風球形化処理(日本ニューマチック工業(株)、SFS-3、熱風温度:280℃)を行った後、更に風力式分級機で分級し、次いで棚段乾燥で、トナー厚みを5mmから1cmにバットにならして通風しながら、雰囲気温度48℃で24時間乾燥し、トナー粒子(9)を得た。
(トナーの評価)
上記トナー粒子(9)を用いて、実施例1と同様にして外添トナー(9)を作製した。 上記外添トナー(9)の体積平均粒径D50vは6.4μm、粒度分布係数GSDvは1.3、平均円形度は0.95、円形度0.85未満の粒子が3.0個数%であった。外添トナー(9)について、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。結果をまとめて表1、2に示す。
<実施例10>
実施例1のトナーの作製において、ポリ塩化アルミニウムの添加量を0.35部から0.40部に、加熱用オイルバスによる加熱温度を48℃から53℃に変更した以外は、実施例1と同様にして外添トナー(10)を作製した。
上記外添トナー(10)の体積平均粒径D50vは9.0μm、粒度分布係数GSDvは1.35、平均円形度は0.93、円形度0.85未満の粒子が3.0個数%であった。外添トナー(10)について、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。結果をまとめて表1、2に示す。
<実施例11>
実施例2のトナーの作製において、ポリ塩化アルミニウムの添加量を0.30部から0.15部に、加熱用オイルバスによる加熱温度を43℃から40℃に、その後の保持時間を60分から12分に変更した以外は、実施例2と同様にして外添トナー(11)を作製した。
上記外添トナー(11)の体積平均粒径D50vは2.1μm、粒度分布係数GSDvは1.32、平均円形度は0.96、円形度0.85未満の粒子が0.8個数%であった。外添トナー(10)について、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。結果をまとめて表1、2に示す。
<実施例12>
(トナーの作製)
非晶性ポリエステル樹脂分散液(C)を調製する際に、非晶性ポリエステル樹脂(c)28.5部に対し、結晶性ポリエステル樹脂(b)5.4部を溶融状態で混合したのち、キャビトロンCD1010に毎分100gの速度で移送した他は、非晶性ポリエステル樹脂分散液(C)の調整と同様にして、固形分30%の非晶性結晶性混合ポリエステル樹脂分散液(I)を得た。非晶性ポリエステル樹脂分散液(C)と結晶性ポリエステル樹脂分散液(B)を、非晶性結晶性混合ポリエステル樹脂分散液(I)113.0部に変更した他は、実施例2と同様にして、外添トナー(12)を作製した。
上記外添トナー(12)の体積平均粒径D50vは5.9μm、粒度分布係数GSDvは1.30、平均円形度は0.96、円形度0.85未満の粒子が0.9個数%であった。外添トナー(12)について、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。結果をまとめて表1、2に示す。
<実施例13>
(トナーの作製)
非晶性ポリエステル樹脂(c)23.5部に対し、結晶性ポリエステル樹脂(b)10.4部とした他は、実施例12と同様にして外添トナー(13)を作製した。
上記外添トナー(13)の体積平均粒径D50vは6.3μm、粒度分布係数GSDvは1.33、平均円形度は0.96、円形度0.85未満の粒子が0.3個数%であった。外添トナー(13)について、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。結果をまとめて表1、2に示す。
<実施例14>
(トナーの作製)
棚段乾燥をしない他は、実施例2と同様にして外添トナー(14)を作製した。
上記外添トナー(14)の体積平均粒径D50vは5.6μm、粒度分布係数GSDvは1.23、平均円形度は0.96、円形度0.85未満の粒子が0.3個数%であった。外添トナー(14)について、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。結果をまとめて表1、2に示す。
<比較例1>
・非晶性ポリエステル樹脂(c):41部
・非晶性ポリエステル樹脂(d):41部
・結晶性ポリエステル樹脂(b):6部
・シアン顔料(C.I.Pigment Blue 15:3(銅フタロシアニン)、大日精化製):5部
・パラフィンワックスHNP−9(日本精鑞、融点:75℃):7部
以上の成分を混合し、エクストルーダーで排出樹脂温度が130℃から150℃となるように設定して混練し、この混練物について粗粉砕、微粉砕を行い、風力式分級機で分級し、熱風球形化処理を行い、さらに風力分級機で分級し、トナー粒子(15)を得た。
次いで、トナー粒子(15)を用いて実施例1と同様にして外添トナー(15)を作製した。
上記外添トナー(15)の体積平均粒径D50vは6.8μm、粒度分布係数GSDvは1.33、平均円形度は0.92、円形度0.85未満の粒子が5.0個数%であった。外添トナー(15)について、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。結果をまとめて表1、2に示す。
<比較例2>
(トナーの作製)
非晶性ポリエステル樹脂分散液(C)を調製する際に、非晶性ポリエステル樹脂(c)28.5部に対し、結晶性ポリエステル樹脂(b)10.8部を溶融状態で混合したのち、キャビトロンCD1010に毎分100gの速度で移送した他は、非晶性ポリエステル樹脂分散液(C)の調整と同様にして、固形分30%の非晶性結晶性混合ポリエステル樹脂分散液(J)を得た。非晶性ポリエステル樹脂分散液(C)と結晶性ポリエステル樹脂分散液(B)を 非晶性結晶性混合ポリエステル樹脂分散液(J)113.0部に変えた他は、実施例2と同様にして、外添トナー(16)を作製した。
上記外添トナー(16)の体積平均粒径D50vは6.1μm、粒度分布係数GSDvは1.33、平均円形度は0.96、円形度0.85未満の粒子が0.6個数%であった。外添トナー(16)について、実施例1と同様にしてトナーの評価を行った。結果をまとめて表1、2に示す
Figure 2009139408
Figure 2009139408
表1、2に示すように、実施例の静電荷像現像用トナーを用いることにより、優れた低温定着性、耐オフセット性及び画像保存性を有し、さらに定着前の特性として必要な帯電維持性、耐ブロッキング性等を両立することが可能であることがわかる。
本発明の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明のプロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である。 示差走査熱量測定における吸熱・発熱曲線の一例を示す模式図である。
符号の説明
1Y、1M、1C、1K、107 感光体(像保持体)
2Y、2M、2C、2K、108 帯電ローラ
3Y、3M、3C、3K レーザ光線
3、110 露光装置
4Y、4M、4C、4K、111 現像装置(現像手段)
5Y、5M、5C、5K 1次転写ローラ
6Y、6M、6C、6K、113 感光体クリーニング装置(クリーニング手段)
8Y、8M、8C、8K トナーカートリッジ
10Y、10M、10C、10K ユニット
20 中間転写ベルト
22 駆動ローラ
24 支持ローラ
26 2次転写ローラ(転写手段)
28、115 定着装置(定着手段)
30 中間転写体クリーニング装置
112 転写装置
116 取り付けレール
117 除電露光のための開口部
118 露光のための開口部
200 プロセスカートリッジ
P、300 記録紙(被転写体)

Claims (9)

  1. 被転写体上に形成されたトナー像を、定着像の折り曲げ試験後の画像欠損最大幅が0.30mm以下となる定着条件で前記被転写体に定着したものを定着後トナーとし、該定着後トナーを測定試料とした示差走査熱量測定の1回目の昇温工程で得られる0℃乃至100℃の範囲における吸熱ピークのうち最も低温側の吸熱ピークのピーク温度をT1(℃)としたとき、
    定着前トナーの0℃乃至100℃の範囲における吸熱ピークのうち最も低温側の吸熱ピーク温度T1aが40℃以上であり、
    前記定着後トナーについて得られる前記ピーク温度T1bが、前記ピーク温度T1aに比較して10℃乃至35℃低いことを特徴とする静電荷像現像用トナー。
  2. 前記ピーク温度T1bが、前記ピーク温度T1aに比較して20℃乃至30℃低いことを特徴とする請求項1に記載の静電荷像現像用トナー。
  3. 前記定着前トナーを測定試料とした示差走査熱量測定の2回目の昇温工程で得られる0℃乃至100℃の範囲における吸熱ピークのうち最も低温側の吸熱ピークのピーク温度をT2a(℃)としたとき、
    前記ピーク温度T1bが、前記ピーク温度T2aに比較して1℃乃至25℃低い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. 体積平均粒径が3μm以上8μm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1項に記載の静電荷像現像用トナー。
  5. トナーを含み、該トナーが請求項1乃至4のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーであることを特徴とする静電荷像現像剤。
  6. トナーが少なくとも収められ、該トナーが請求項1乃至4のいずれか1項に記載の静電荷像現像用トナーであることを特徴とするトナーカートリッジ。
  7. 現像剤保持体を少なくとも備え、請求項5に記載の静電荷像現像剤を収容することを特徴とするプロセスカートリッジ。
  8. 像保持体と、該像保持体上に形成された静電荷像を現像剤によりトナー像として現像する現像手段と、像保持体上に形成されたトナー像を被転写体上に転写する転写手段と、被転写体上に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を有し、前記現像剤が請求項5に記載の静電荷像現像剤であることを特徴とする画像形成装置。
  9. 前記定着手段における定着温度100℃以上135℃以下であり、定着圧力が0.5kg/cm以上1.5kg/cm以下であり、定着時間が10msec以上30msec以下であることを特徴とする請求項8に記載の画像形成装置。
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