JP2010286742A - 2成分現像剤、現像装置、画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

2成分現像剤、現像装置、画像形成装置および画像形成方法 Download PDF

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貴則 加本
Nobuyuki Yoshioka
伸之 吉岡
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Tadashi Iwamatsu
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Abstract

【課題】 トナーの寿命が長く、かつ撹拌性が良好で、安定してトナーを帯電させることができる2成分現像剤、前記2成分現像剤を用いる現像装置、画像形成装置および画像形成方法を提供する。
【解決手段】 2成分現像剤1は、トナー3と樹脂被覆キャリア2とを含む。トナー3は、水溶液中に分散したポリエステル樹脂粒子を多価金属塩で凝集させたトナーコア粒子と、該トナーコア粒子表面にカルボン酸塩を有するポリエステル樹脂を凝集被覆させ、該ポリエステル樹脂に含まれるカルボン酸塩をカルボン酸に変換させることで形成される被覆層とを有する。樹脂被覆キャリア2は、見掛密度が2.0g/cm以下であり、残留磁化が10emu/g以下であり、体積平均粒子径が25μm以上50μm以下であるキャリア芯材2aと、該キャリア芯材2a表面に形成される樹脂被覆層2bとを有する。このような2成分現像剤1を用いて画像を形成する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、像担持体上に形成された静電潜像を現像し可視像化する電子写真方式に用いられる2成分現像剤、その2成分現像剤を用いる現像装置および画像形成装置、ならびに画像形成方法に関する。
最近のOA(Office Automation)機器の目覚しい発展に伴って、電子写真方式を利用して画像形成処理を行う複写機、プリンタおよびファクシミリ装置などの画像形成装置が広く普及している。
電子写真方式を利用する画像形成装置では、画像を形成するために、たとえば、帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、定着工程およびクリーニング工程が行われる。帯電工程では、暗所で、像担持体である感光体の表面を均一に帯電させる。露光工程では、帯電された感光体に原稿像の信号光を投射することで、露光部分の帯電を除去し、感光体の表面に静電荷像(静電潜像)を形成する。現像工程では、感光体表面の静電荷像に現像剤に含まれる静電荷像現像用トナー(以後特に断らない限り単に「トナー」と称す)を供給してトナー像(以下「可視像」とも記載する)を形成する。転写工程では、トナーとは逆極性の電荷を記録媒体に与えることによって、感光体表面のトナー像を記録媒体に転写させる。定着工程では、加熱および加圧などの手段により記録媒体上のトナー像を定着させる。クリーニング工程では、記録媒体に転写されずに感光体表面に残ったトナーを回収する。電子写真方式を利用する画像形成装置では、以上の工程を経て記録媒体上に所望の画像が形成される。
電子写真方式を利用する画像形成装置では、トナー像を現像するための現像剤として、トナーのみを含む1成分現像剤、またはトナーとキャリアとを含む2成分現像剤が用いられる。
トナーの種類としては、水媒体を使用しない乾式法トナーや水媒体を用いる湿式法トナーがある。一般に乾式法トナーは粉砕法トナーを指す。粉砕法トナーは、粉末状の結着樹脂と着色剤、電荷制御剤、ワックスをヘンシェルミキサなどの風力混合機で混ぜ合わせ、得られた混合粉末物を二軸混練機などの装置で混練し、混練して冷却した後に得られる樹脂固形物をジェットミルなどの粉砕機で数ミクロンになるまで粉砕する工程を経て製造される。
湿式法トナーの代表的なものとしては、懸濁重合法トナーや乳化重合凝集法トナーがある。懸濁重合法トナーは、たとえば結着樹脂の原料となるビニルモノマーに重合開始剤、着色剤、電荷制御剤およびワックスなどを分散剤とともにホモジナイザーなどの撹拌機を用いて水中に分散させ懸濁重合する工程を経て製造される。乳化重合凝集法トナーは、たとえば結着樹脂の原料となるビニルモノマーを乳化重合して得られるラテックスを、着色剤水性分散液、電荷制御剤水性分散液、ワックス水性分散液と共に凝集させる工程を経て製造される。
近年、電子写真方式を利用する画像形成装置のカラー化が進むにつれて、電子写真方式で得られるカラー画像においてもグラビア印刷や印画紙写真レベルのカラー画像を望む声が高まっている。画像の高画質化のためには、スキャナーの高解像度化や高画質画像処理技術と並んで、色むらや粒状感のない高いドット再現性を有する現像技術が要求される。
その要求に応えるには、トナーの小粒径化が大きな課題となっている。
湿式法トナーは、乾式法トナーに比べて小粒径化がしやすいという点で有効であり、中でも樹脂の設計のしやすさから凝集法トナーが有効である。しかしながら湿式法トナーには、樹脂材料がビニル系樹脂に制限される、モノマーが残存する、界面活性剤等の親水基が残存する、トナーから離型剤が離脱するという湿式法トナー特有の問題がある。
このような問題に対して、特許文献1には、少なくとも着色剤を含有する着色樹脂粒子(A)に、側鎖にカルボン酸塩を有する樹脂を含む樹脂粒子(B)を凝集被覆させ、該樹脂粒子(B)の側鎖にあるカルボン酸塩をカルボン酸に変換させたカプセルトナーが開示されている。特許文献1に開示のカプセルトナーは、生産性が高く、耐湿性に優れ、樹脂材料の選択自由度の高い湿式法トナーである。
特開2006−251074号公報
特許文献1には、2成分現像剤を作製する際に前記カプセルトナーとともに用いるキャリアとして、フェライト粒子や鉄粉粒子を被覆用材料で表面被覆したキャリアや、結着樹脂中に磁性粉を分散させたキャリアなどが挙げられている。
しかしながら、特許文献1に開示のカプセルトナーは、着色樹脂粒子が、側鎖にあるカルボン酸塩をカルボン酸に変換させた樹脂粒子で被覆されたものであるが、フェライト粒子や鉄粉粒子を被覆用材料で表面被覆したキャリアとともに用いると、キャリアの重量によって、現像槽内での撹拌などのストレスに耐え切れなくなり、トナー寿命が短くなる。特に高速機などでは、撹拌スピードを速くした場合や、現像槽を大きくして現像槽内に収容する現像剤量を増加させた場合などに、従来以上のストレスがカプセルトナーにかかるので、トナー寿命がより短くなる。
結着樹脂中に磁性粉を分散させたキャリアは、フェライト粒子や鉄粉粒子を被覆用材料で表面被覆したキャリアと比べて低密度であり、撹拌時にカプセルトナーにかかるストレスは比較的小さくなるが、使用される磁性粉が強磁性体であるため残留磁化が大きい。そのため、キャリア粒子の間に磁力による付着力が発生し、また現像槽の内部でキャリアがマグネットローラー上に滞留しやすくなるので、撹拌性に問題が生じる。
本発明の目的は、トナーの寿命が長く、かつ撹拌性が良好で、安定してトナーを帯電させることができる2成分現像剤、前記2成分現像剤を用いる現像装置、画像形成装置および画像形成方法を提供することである。
本発明は、水溶液中に分散したポリエステル樹脂粒子を多価金属塩で凝集させたトナーコア粒子と、該トナーコア粒子表面にカルボン酸塩を有するポリエステル樹脂を凝集被覆させ、該ポリエステル樹脂に含まれるカルボン酸塩をカルボン酸に変換させることで形成される被覆層とを有するトナーと、
見掛密度が2.0g/cm以下であり、残留磁化が10emu/g以下であり、体積平均粒子径が25μm以上50μm以下であるキャリア芯材と、該キャリア芯材表面に形成される樹脂被覆層とを有する樹脂被覆キャリアとを含むことを特徴とする2成分現像剤である。
また本発明は、前記樹脂被覆層が架橋型シリコーン樹脂で形成されていることを特徴とする。
また本発明は、前記キャリア芯材が、磁性酸化物と、真密度が3.5g/cm以下の非磁性酸化物とを含むことを特徴とする。
また本発明は、前記磁性酸化物がソフトフェライトであることを特徴とする。
また本発明は、前記トナーは、少なくともブラックトナーを含む、色の異なる4色以上のカラートナーから選ばれることを特徴とする。
また本発明は、前記2成分現像剤を用いて、像担持体に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成することを特徴とする現像装置である。
また本発明は、像担持体に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成する前記現像装置と、
像担持体に形成されるトナー像が転写される中間転写体を備える転写手段とを有することを特徴とする画像形成装置である。
また本発明は、前記2成分現像剤を用いて、像担持体に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成し、前記トナー像に基づいた単色画像または多色画像を記録媒体に形成することを特徴とする画像形成方法である。
また本発明は、像担持体に形成されたトナー像を中間転写体上に一次転写した後、中間転写体上に転写されたトナー像を記録媒体に二次転写して、前記トナー像に基づいた単色画像または多色画像を記録媒体に形成することを特徴とする。
本発明によれば、2成分現像剤は、トナーと樹脂被覆キャリアとを含む。トナーは、水溶液中に分散したポリエステル樹脂粒子を多価金属塩で凝集させたトナーコア粒子と、該トナーコア粒子表面にカルボン酸塩を有するポリエステル樹脂を凝集被覆させ、該ポリエステル樹脂に含まれるカルボン酸塩をカルボン酸に変換させることで形成される被覆層とを有する。樹脂被覆キャリアは、キャリア芯材と、キャリア芯材表面に形成される樹脂被覆層とを有する。キャリア芯材は、見掛密度が2.0g/cm以下であり、残留磁化が10emu/g以下であり、体積平均粒子径が25μm以上50μm以下である。
現像時、現像槽内部ではトナーと樹脂被覆キャリアとが常に撹拌されているが、このように見掛密度が充分に小さい樹脂被覆キャリアとトナーとを組み合わせると、トナーにかかる撹拌ストレスを低減することができる。そのため、トナー寿命を向上させることができる。またキャリア芯材の残留磁化が充分に小さいので、現像槽内部における樹脂被覆キャリア同士の付着、および樹脂被覆キャリアのマグネットローラー上での滞留を抑制できる。そのため、撹拌性の良好な2成分現像剤とすることができる。さらに、キャリア芯材の体積平均粒子径が25μm以上50μm以下であるので、現像時における像担持体へのキャリア付着を抑え、2成分現像剤を撹拌する撹拌スクリューの駆動トルクを低減できる樹脂被覆キャリアとすることができる。したがって、長期間にわたって安定してトナーを帯電させることができる2成分現像剤とすることができる。
また本発明によれば、樹脂被覆層が架橋型シリコーン樹脂で形成されている。架橋型樹脂は、架橋構造を有することによって3次元構造となる。このような架橋型樹脂は分子間結合が切れにくく、樹脂被覆層の摩耗を低減することができるとともに、シリコーン樹脂は表面エネルギーが低いので、樹脂被覆キャリアへのトナーの付着を抑制できる。そのため、撹拌性をより良好にすることができ、長期間にわたってトナーをより一層安定して帯電させることができる2成分現像剤とすることができる。
また本発明によれば、キャリア芯材は、磁性酸化物と、真密度が3.5g/cm以下の非磁性酸化物とを含む。これによって、キャリア芯材の見掛密度を小さくできるので、撹拌時のトナーのストレスを低減できる樹脂被覆キャリアとすることができる。そのため、長期間にわたってトナーを安定して帯電させることができる2成分現像剤とすることができる。
また本発明によれば、磁性酸化物がソフトフェライトである。磁性酸化物がソフトフェライトであることによって、キャリア芯材の残留磁化を小さくすることができるので、樹脂被覆キャリア同士の付着、および樹脂被覆キャリアのマグネットローラー上での滞留を抑制できる。そのため、撹拌性が良好で、長期間にわたってトナーを安定して帯電させることができる2成分現像剤とすることができる。
また本発明によれば、トナーは、少なくともブラックトナーを含む、色の異なる4色以上のカラートナーから選ばれる。本発明の2成分現像剤は、どの色のカラートナーを用いても、そのカラートナーを安定して帯電させることができる。そのため、色再現性が良好なカラー画像を形成できる2成分現像剤とすることができる。
また本発明によれば、現像装置は本発明の2成分現像剤を用いて、像担持体に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成するので、帯電量の安定したトナーで静電潜像の現像を行うことができ、高精細で、かぶりのないトナー像を長期間に渡って安定して形成することができる。
また本発明によれば、画像形成装置は、像担持体に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成する本発明の現像装置と、像担持体に形成されるトナー像が転写される中間転写体を備える転写手段とを有する。本発明の現像装置は高精細で、かぶりのないトナー像を長期間に渡って安定して形成することができるので、中間転写体を備えトナー像を2回転写する機構を有する本発明の画像形成装置においても、画像を高精細に再現し、色再現性が良好でかつ画像濃度が高く、かぶりなどの画像欠陥のない高画質画像を長期間に渡って安定して形成することができる。
また本発明によれば、画像形成方法は、本発明の2成分現像剤を用いて、像担持体に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成し、前記トナー像に基づいた単色画像または多色画像を記録媒体に形成する。本発明の2成分現像剤は、安定してトナーを帯電させることができるので、色再現性を含めた画像再現性に優れ、高精細かつ高画像濃度の多色画像を長期間に渡って安定して形成することができる。
また本発明によれば、像担持体に形成されたトナー像を中間転写体上に一次転写した後、中間転写体上に転写されたトナー像を記録媒体に二次転写して、前記トナー像に基づいた単色画像または多色画像を記録媒体に形成する。本発明の2成分現像剤を用いると安定してトナーを帯電させることができるので、中間転写方式を用いトナー像を2回転写する本発明の方法においても、画像を高精細に再現し、色再現性が良好でかつ画像濃度が高く、かぶりなどの画像欠陥のない高画質画像を長期間に渡って安定して形成することができる。
本発明の第1の実施形態である2成分現像剤1の構成を模式的に示す断面図である。 本実施形態の2成分現像剤1に含まれるトナー3の製造方法を示すフローチャートである。 樹脂添加法を用いる樹脂被覆キャリア2の製造方法を示すフローチャートである。 シリカ粒子添加法を用いる樹脂被覆キャリア2の製造方法を示すフローチャートである。 本実施形態の現像装置20の構造を模式的に示す概略断面図である。
1、2成分現像剤
図1は、本発明の第1の実施形態である2成分現像剤1の構成を模式的に示す断面図である。本実施形態の2成分現像剤1は、トナー3と樹脂被覆キャリア2とを含む。
<トナー>
(1)トナー原料
トナー3は、結着樹脂、着色剤およびワックスと、帯電制御剤などのその他のトナー添加成分とを含む。
(結着樹脂)
本実施形態において、結着樹脂としては、たとえば結晶性自己分散型ポリエステル樹脂、非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂が挙げられる。
[結晶性自己分散型ポリエステル樹脂]
結晶性自己分散型ポリエステル樹脂は、たとえば親水基であるカルボキシル基を少なくとも1つ含む。結晶性自己分散型ポリエステル樹脂とは、結晶性を持ち、かつ水中に自己分散するポリエステル樹脂のことである。結晶性を持つとは、融点(Tm)を持つということであり、具体的には示差走査型熱量計(DSC)を用いて、−100℃から300℃まで20℃/minで昇温し、次に−100℃まで50℃/minで降温し、続いて−100℃から300℃まで20℃/minで昇温する二度の昇温過程においてどちらかに融解ピークを示すことをいう。また、結晶性でない樹脂のことを非結晶性樹脂と呼ぶ。自己分散するとは、水中で界面活性剤等の他の物質を添加することなく分散状態になることをいう。結晶性自己分散型ポリエステル樹脂には1つ以上のカルボキシル基が含まれており、カルボキシル基は親水基であるため、親水基を含まない樹脂に比べて、極性を持つ水中へは比較的安定して分散する。
また、結晶性自己分散型ポリエステル樹脂はアルコール成分として下記化学式(1)で示される化合物を含む。
Figure 2010286742
(式中のnは、n=2〜50の整数)
一般に、エステルは酸とアルコールとの縮合(脱水)反応によって生成されるが、本実施形態において、アルコール成分として含むとは、アルコールの脱水によって得られる化合物が樹脂分子中に含まれるということである。
結晶性自己分散型ポリエステル樹脂は、カルボキシル基と、アルコール成分として上記化学式(1)で示される化合物とを含むことによって、安定して水中に分散することができる。本実施形態においては、そのようなポリエステル樹脂であれば特に限定されることなく用いることができ、酸として多価カルボン酸類を用い、アルコールとして多価アルコ−ル類を用いて重縮合したポリエステル樹脂を用いることができる。
多価カルボン酸類としては、たとえば、テレフタル酸、イソフタル酸、オルソフタル酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、アントラセンジプロピオン酸、アントラセンジカルボン酸、ジフェン酸、スルホテレフタル酸、5−スルホイソフタル酸、4−スルホフタル酸、4−スルホナフタレン−2,7ジカルボン酸、5(4−スルホフェノキシ)イソフタル酸などの芳香族ジカルボン酸、p−オキシ安息香酸およびp−(ヒドロキシエトキシ)安息香酸などの芳香族オキシカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸およびドデカンジカルボン酸などの脂肪族ジカルボン酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、メサコン酸およびシトラコン酸などの脂肪族不飽和多価カルボン酸、フェニレンジアクリル酸などの芳香族不飽和多価カルボン酸、ヘキサヒドロフタル酸、テトラヒドロフタル酸などの脂環族ジカルボン酸、トリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸などの三価以上の多価カルボン酸が挙げられ、これらを単独または複数選択的に用いることができる。
重縮合に用いる酸全体の中で、多価カルボン酸類の含有量は70mol%以上、好ましくは80mol%以上、特に好ましくは90mol%以上であり、多価カルボン酸類としては芳香族多価カルボン酸が好ましい。さらに、芳香族多価カルボン酸としては、テレフタル酸とイソフタル酸とが含まれていることが好ましい。テレフタル酸の含有量は、40〜95mol%であることが好ましく、より好ましくは60〜95mol%であり、特に好ましくは、70〜90mol%である。また、イソフタル酸の含有量は、5〜60mol%であることが好ましい。さらに、テレフタル酸およびイソフタル酸の含有量の総和が、80mol%以上が好ましく、90mol%以上がさらに好ましい。また、本発明において、多価カルボン酸類として、上記のトリメリット酸、トリメシン酸およびピロメリット酸などの三価以上の多価カルボン酸が単独または複数選択的に含まれていることが特に好ましく、その含有量は、0.5〜8mol%であることが好ましく、0.5〜6mol%が特に好ましい。
重縮合に用いる酸としては、モノカルボン酸類を含有しているものであってもよい。モノカルボン酸類としては、芳香族モノカルボン酸が好ましい。芳香族モノカルボン酸としては、たとえば安息香酸、クロロ安息香酸、ブロモ安息香酸、パラヒドロキシ安息香酸、ナフタレンカルボン酸、アントラセンカルボン酸、4−メチル安息香酸、3−メチル安息香酸、サリチル酸、チオサリチル酸、フェニル酢酸、これらの低級アルキルエステル、スルホ安息香酸モノアンモニウム塩、スルホ安息香酸モノナトリウム塩、シクロヘキシルアミノカルボニル安息香酸、n−ドデシルアミノカルボニル安息香酸、ターシャルブチル安息香酸およびターシャルブチルナフタレンカルボン酸などを挙げることができる。重縮合に用いる酸にモノカルボン酸類が含まれる場合、その含有量は、酸成分中2〜25mol%が好ましく、より好ましくは5〜20mol%である。
多価アルコール類としては、たとえば、脂肪族多価アルコール、脂環族多価アルコールおよび芳香族多価アルコールなどを挙げることができる。脂肪族多価アルコ−ルとしては、たとえば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−プロパンジオール、2,3−ブタンジオール、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、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールおよびポリテトラメチレングリコールなどの脂肪族ジオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、グリセリンおよびペンタエルスリトールなどのトリオール、テトラオールなどを挙げることができる。脂環族多価アルコールとしては、たとえば、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、スピログリコール、水素化ビスフェノールA、水素化ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物およびプロピレンオキサイド付加物、トリシクロデカンジオール、トリシクロデカンジメタノールなどを挙げることができる。芳香族多価アルコールとしては、たとえば、パラキシレングリコール、メタキシレングリコール、オルトキシレングリコール、1,4−フェニレングリコール、1,4−フェニレングリコールのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールA、ビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物およびプロピレンオキサイド付加物などを挙げることができる。さらに、ポリエステルポリオールとしては、たとえば、ε−カプロラクトンなどのラクトンを開環重合して得られるラクトン系ポリエステルポリオールなどを挙げることができる。
特に重縮合に用いるアルコールとして1,4−ブタンジオールが含まれていることが好ましい。1,4−ブタンジオールは、結晶性を高め、トナー3の軟化粘度を下げる働きがあるため、より容易に定着することができるトナー3を製造できる。また、アルコール成分として1,4−ブタンジオールを含む結晶性ポリエステル樹脂は、1,4−ブタンジオールを含まない樹脂よりも安定して水中に分散する。
重縮合に用いるアルコール全体の中で、多価アルコール類の含有量は50mol%以上、好ましくは70mol%以上、さらには好ましくは80mol%以上、特に好ましくは90mol%以上であり、多価アルコール類としては脂肪族ジオールおよび脂環族ジオールの少なくとも一方が含まれることが好ましい。脂肪族ジオールとしてはエチレングリコール、プロピレングリコール、2,3−ブタンジオールが好ましい。それらの中でも、エチレングリコールおよびプロピレングリコールであることが好ましい。脂環族ジオール類としてはトリシクロデカンジメタノール、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノールが好ましい。特に、本発明においては、エチレングリコールおよびプロピレングリコールの少なくとも一方が50mol%以上、好ましくは60mol%以上、さらに好ましくは70mol%以上で含有することが好ましい。
また、重縮合に用いるアルコールとして、多価アルコール類に、モノアルコール類が含まれてもよい。モノアルコール類としては、脂肪族アルコール、芳香族アルコールおよび脂環族アルコールなどを挙げることができる。
結晶性自己分散型ポリエステル樹脂粒子の数平均分子量は2000〜80000であることが好ましい。また、結晶性自己分散型ポリエステル樹脂の融点は、80℃以上であることが好ましく、より好ましくは90℃以上であり、さらに好ましくは100℃以上である。融点が80℃未満になると、水中への分散を容易にしやすくなるが、トナー保存性が低下するおそれがあり、好ましくない。
本実施形態において用いるポリエステル樹脂は、水分散性、耐水性の双方を満たすために親水基濃度が5〜30mgKOH/gであることが好ましく、さらに好ましくは6〜25mgKOH/gであり、特に好ましくは7〜20mgKOH/gである。親水基濃度が5mgKOH/gを下回ると、分散安定性が低くなり、また30mgKOH/gを超えると、トナー3が吸湿性を帯びるため、環境特性が悪化するおそれがある。
(非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂)
非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂としては、公知のものを使用できるが、酸とアルコールとを重縮合して得られ、酸に主として多価カルボン酸類を用い、アルコールに主として多価アルコ−ル類を用いて重縮合したポリエステル樹脂が好ましい。重縮合に用いる酸、アルコールに関しては結晶性自己分散型ポリエステル樹脂の場合と同じものを用いることができ、同様の条件の酸、アルコールを用いて重縮合することが望ましい。また、非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂は、主鎖に親水基を含み、親水基を含む構成単位が、カルボキシル基を含むことが好ましく、親水基を含む構成単位が、スルホ基を含まないことが環境特性の面からより好ましい。
非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂粒子の数平均分子量は2000〜80000であることが好ましい。また、非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂のガラス転移温度は、40℃以上であることが好ましく、50〜80℃がより好ましい。ガラス転移温度が40℃より低い場合には、非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂粒子を用いて形成したトナー3は、ブロッキングする傾向がみられ、保存安定性に問題を生ずる。また、ガラス転移温度が80℃より高いと、オフセットしやすく、特にカラーのように色を重ねて印刷する場合はその問題はより顕著である。非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂の軟化点は、80〜150℃であることが好ましい。軟化点が80℃より低い場合には、非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂を用いて形成したトナー3は、ブロッキングを起こし、特に長期間の保存安定性において問題が生じる。軟化点が150℃より高い場合には、非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂を用いて形成したトナー3は、定着性に問題をきたすと共に、定着ローラを高温に加熱する必要が生じるために、定着ローラの材質および転写される基材の材質が制限される。
非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂は、原材料である2価以上の多価カルボン酸と2価以上の多価アルコールを主に重縮合して得られるものであるが、その目的は、ポリエステル樹脂の分子量を大きくすることによって製造されるトナー3の保存性を高めるためであり、樹脂をゲル化させることが目的ではない。樹脂のゲル化は、重合装置からの樹脂の取り出しを困難とし、生産性を著しく低下させる。本実施形態において用いられる非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂は、実質的にはゲル化が無く、より具体的には、クロロホルム不溶分が0.5重量%以下、好ましくは0.25重量%以下であり、かつ、酸価が20mgKOH/g以下、好ましくは15mgKOH/g以下である。
結着樹脂としては、結晶性自己分散型ポリエステル樹脂や非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂などの自己分散型樹脂に限定されず、結晶性ポリエステル樹脂や非結晶性ポリエステル樹脂を用いることもできる。結晶性ポリエステル樹脂や非結晶性ポリエステル樹脂を用いる場合は、後述するトナー3の製造方法の混合液調製工程S1において、乳化剤などを用いて結晶性ポリエステル樹脂や非結晶性ポリエステル樹脂を分散させ、結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液や非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液を調製する。
(着色剤)
着色剤としては、染料および顔料が挙げられるが、その中でも顔料を用いることが好ましい。顔料は染料に比べて耐光性および発色性に優れるので、顔料を用いることによって耐光性および発色性に優れるトナー3を得ることができる。
着色剤としては、イエロートナー用着色剤、マゼンタトナー用着色剤、シアントナー用着色剤、およびブラックトナー用着色剤などが挙げられる。
イエロートナー用着色剤としては、カラーインデックスによって分類されるC.I.ピグメントイエロー1、C.I.ピグメントイエロー5、C.I.ピグメントイエロー12、C.I.ピグメントイエロー15、およびC.I.ピグメントイエロー17、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.ピグメントイエロー180、C.I.ピグメントイエロー185などの有機系顔料、黄色酸化鉄および黄土などの無機系顔料、C.I.アシッドイエロー1などのニトロ系染料、C.I.ソルベントイエロー2、C.I.ソルベントイエロー6、C.I.ソルベントイエロー14、C.I.ソルベントイエロー15、C.I.ソルベントイエロー19、およびC.I.ソルベントイエロー21などの油溶性染料などが挙げられる。
マゼンタトナー用着色剤としては、カラーインデックスによって分類されるC.I.ピグメントレッド49、C.I.ピグメントレッド57、C.I.ピグメントレッド81、C.I.ピグメントレッド122、C.I.ソルベントレッド19、C.I.ソルベントレッド49、C.I.ソルベントレッド52、C.I.ベーシックレッド10、およびC.I.ディスパーズレッド15などが挙げられる。
シアントナー用着色剤としては、カラーインデックスによって分類されるC.I.ピグメントブルー15、C.I.ピグメントブルー16、C.I.ソルベントブルー55、C.I.ソルベントブルー70、C.I.ダイレクトブルー25、およびC.I.ダイレクトブルー86などが挙げられる。
ブラックトナー用着色剤としては、チャンネルブラック、ローラーブラック、ディスクブラック、ガスファーネスブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック、およびアセチレンブラックなどのカーボンブラックが挙げられる。
上記以外にも、紅色顔料、緑色顔料などを使用できる。これらの着色剤は、1種を単独で使用してもよく、また色の異なる2種以上を併用して使用してもよい。また、着色剤を2種以上併用する場合、同系色の着色剤を併用してもよいし、複数系統の色の着色剤を併用してもよい。着色剤の含有量は、要求されるトナー3の特性に応じて、広い範囲から選択することができ、結晶性自己分散型ポリエステル樹脂および非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂の両ポリエステル樹脂の合計100重量部に対して、0.1〜20重量部であることが好ましく、さらに好ましくは、0.1〜15重量部である。0.1重量部を下回ると、形成された画像の画像濃度が優れたものになり難く、20重量部を超えると、形成された画像中において着色剤の分散性が確保しにくくなる。
(ワックス)
ワックスとしては、公知のワックスを用いることができ、たとえば、カルナウバワックスおよびライスワックスなどの天然ワックス、ポリプロピレンワックス、ポリエチレンワックスおよびフィッシャーとロプッシュワックスなどの合成ワックス、モンタンワックスなどの石炭系ワックス、アルコール系ワックスおよびエステル系ワックスなどが挙げられる。ワックスは、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用して使用してもよい。
ワックス粒子は、混合液調製工程S1において混合液に混合するが、この際、予め水中にワックスを混合し乳化して調製したワックス粒子水分散液を混合液に混合することが好ましい。トナー成分にワックスが含まれる場合、その含有量は、結晶性自己分散型ポリエステル樹脂および非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂の両ポリエステル樹脂の合計100重量部に対して0.5〜20重量部が好ましく、1〜10重量部がさらに好ましい。
(トナー添加成分)
トナー添加成分としては、帯電制御剤が挙げられる。帯電制御剤は、トナー3に好ましい帯電性を付与するために添加される。帯電制御剤としては、正電荷制御用または負電荷制御用の帯電制御剤を使用でき、たとえば、ニグロシン染料、塩基性染料、四級アンモニウム塩、四級ホスホニウム塩、アミノピリン、ピリミジン化合物、多核ポリアミノ化合物、アミノシラン、ニグロシン染料およびその誘導体、トリフェニルメタン誘導体、グアニジン塩、およびアミジン塩などの正電荷制御用の帯電制御剤と、たとえば、オイルブラックおよびスピロンブラックなどの油溶性染料、含金属アゾ化合物、アゾ錯体染料、ナフテン酸金属塩、サリチル酸およびその誘導体の金属錯体および金属塩(金属はクロム、亜鉛、ジルコニウムなど)、ホウ素化合物、脂肪酸石鹸、長鎖アルキルカルボン酸塩、ならびに樹脂酸石鹸などの負電荷制御用の帯電制御剤が挙げられる。帯電制御剤は1種を単独で使用でき、または2種以上を併用できる。
帯電制御剤の使用量は、好ましくは結晶性自己分散型ポリエステル樹脂および非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂の両ポリエステル樹脂の合計100重量部に対して0.5重量部以上5重量部以下であり、より好ましくは0.5重量部以上3重量部以下である。帯電制御剤が5重量部よりも多く含まれると、キャリアが汚染されてしまい、トナー飛散が発生し、帯電制御剤の含有量が0.5重量部未満であると、トナー3に充分な帯電特性を付与することができない。
(2)トナーの製造方法
図2は、本実施形態の2成分現像剤1に含まれるトナー3の製造方法を示すフローチャートである。本実施形態の2成分現像剤1に含まれるトナー3の製造方法では、混合液調製工程S1と、凝集物形成工程S2と、粒子形成工程S3と、洗浄工程S4とがこの順に行われる。
混合液調製工程S1では、着色剤、ワックス、結晶性自己分散型ポリエステル樹脂などのトナー成分を水に混合して混合液を調製する。凝集物形成工程S2では、凝集剤を含む水溶液を上記混合液に加えて、水媒体中で凝集物を形成させ、非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂水分散液を加えてさらに凝集させる。粒子形成工程S3では、凝集物を含む水媒体を加熱して、凝集物を粒子状にする。洗浄工程S4では、粒子状にした凝集物を洗浄して乾燥させる。
[混合液調製工程S1]
混合液調製工程S1では、着色剤、ワックス、結晶性自己分散型ポリエステル樹脂を、撹拌機(乳化機または分散機)を用いて個別に水に分散させることによって、着色剤粒子を含有する着色剤粒子水分散液、ワックス粒子を含有するワックス粒子水分散液、結晶性自己分散型ポリエステル樹脂粒子を含有する結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液をそれぞれ調製し、得られた着色剤水分散液とワックス粒子水分散液と結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液とを混合、撹拌することによってトナー成分を含む混合液を得る。好ましくは、固形分濃度で80〜99重量%の結晶性自己分散型ポリエステル樹脂、0.1〜20重量%の着色剤を含むように結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液と着色剤水分散液とを混合し、撹拌機を用いて室温で1〜5時間撹拌することによって、調製した混合液を得る。さらに、水に乳化させた天然および合成ワックス粒子の少なくとも一方を含有するワックス粒子水分散液を上記混合液に混合する。その量は固形分濃度で0.1〜20重量%である。
結晶性自己分散型ポリエステル樹脂粒子を含有する結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液を製造する方法は特に限定されないが、有機溶媒に溶解させて水中に転相する転相乳化法、結晶性ポリエステル樹脂が充分に溶融する温度まで加熱し、アルカリ性の水に混合分散して乳化する方法、界面活性剤等を用いて機械的に分散する方法などが挙げられ、界面活性剤を用いずに有機溶媒で膨潤または溶解させて乳化する転相乳化法を用いることが好ましい。
結晶性自己分散型ポリエステル樹脂を有機溶媒で膨潤または溶解させる際の温度は40〜250℃が好ましく、50〜220℃がより好ましく、60〜220℃がさらに好ましく、70〜200℃が最も好ましい。40℃未満では、結晶性自己分散型ポリエステル樹脂の溶解もしくは膨潤が不充分になることがあるため、分子鎖同士の絡み合いを解くことが充分にできず、また250℃を超えると、結晶性自己分散型ポリエステル樹脂の分解を招く恐れが高まるためである。
40〜250℃の温度範囲で加熱することにより結晶性自己分散型ポリエステル樹脂が溶解もしくは膨潤しうる有機溶媒としては、メチルエチルケトン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、1,2−ヘキサンジオール、メチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチルカルビトールブチルカルビトール、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテルなどが挙げられる。このうち、メチルエチルケトンやブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテルなどが好ましい。
結晶性自己分散型ポリエステル樹脂粒子は親水基としてカルボキシル基を含むため、有機溶媒中における分散安定化のためにカルボキシル基を部分的に、あるいは全面的に塩基性物質で中和する必要がある。中和に使用できる塩基性物質としては、アンモニアやトリエチルアミンなどに代表されるアミン類、あるいは水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどに代表される無機塩基類の使用が可能であるが、トナー中の残存や、環境特性の悪化といった懸念を無くすために、揮発性アミン化合物の使用が好ましい。また、これらの有機塩基性化合物から選ばれる2種以上の併用は決して妨げられるものではない。
このようにしてできあがった結晶性自己分散型ポリエステル樹脂溶液に水を添加して撹拌することにより水系に転相する。水は一度に添加せず、溶液の温度を保ったまま少しずつ添加することが安定な水分散液を製造する上で好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液の調整に用いた有機溶媒は、水分散液が得られた後、必要に応じて除去することができる。ただしその場合、前述した有機溶媒のうち、沸点が100℃未満のものを選択することが好ましい。なお、本実施形態の水分散液とは少量の有機溶媒を含有してもよい。
結晶性自己分散型ポリエステル樹脂粒子水分散液中の分散粒子の体積平均粒子径は、トナー3の製造に大きく影響するので非常に重要であり、0.3μm以下が好ましい。さらに好ましくは0.01〜0.2μmであり、特に好ましくは0.01〜0.1μmである。粒子径が0.3μmを超えると、分散安定性が低くなる。また、凝集粒子が粗大化し、所望とするトナー粒子径に粒子化できなくなる。また、1μm以上の粗大粒子は全粒子中の1%以下、好ましくは0.5%以下、より好ましくは、0.2%以下である。1μm以上の粗大粒子が1%を超えて存在すると、トナー3の粒度分布が広くなるため好ましくない。
着色剤を含有する着色剤粒子水分散液は、分散剤で着色剤を水中に分散させることによって調製できる。分散剤としては、界面活性剤を用いることが好ましい。界面活性剤は、アニオン性、カチオン性、ノニオン性のいずれの界面活性剤でも使用可能であるが、これらのうちアニオン性界面活性剤を用いることが好ましい。これは、ポリエステル樹脂がアニオン性であるため、凝集させる際に用いる界面活性剤が同極性のアニオン性であるほうが分散安定性に優れ、凝集する際に樹脂中に取り込まれ易く凝集がスムーズに進行するためである。なお、不要な分散剤は洗浄工程により除去することが可能である。
着色剤粒子水分散液に含まれる分散粒子の体積平均粒子径は、0.01μm以上0.5μm以下が好ましい。
ワックス粒子を含有するワックス粒子水分散液は、加熱下において、分散剤でワックス粒子を水中に分散させることによって調製できる。分散剤としては、アニオン性界面活性剤を用いることが好ましい。ワックス粒子水分散液に含まれる分散粒子の体積平均粒子径は、0.05μm以上0.5μm以下が好ましい。
なお、着色剤水分散液とワックス粒子水分散液と結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液とともに、非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂粒子を含有する非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液を混合してトナー成分を含む混合液を調製してもよい。非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液を製造する方法は、後述する。
[凝集物形成工程S2]
凝集物形成工程S2では、着色剤粒子、ワックス粒子、結晶性自己分散型ポリエステル樹脂粒子などのトナー成分を含む混合液に、所定量の凝集剤(多価金属塩)を加え撹拌混合することによって、トナー成分を含む凝集物(好ましくは、体積平均粒子径が10μm以下)を形成する。この凝集物がトナーコア粒子となる。凝集物の体積平均粒子径が10μm以下であることにより、高精細かつ高解像の画像を形成できるトナー3を得ることができる。凝集物の体積平均粒子径が10μmを超えると、充分に高精細で高解像度化された画像を形成できるトナー3を得ることができないおそれがある。体積平均粒子径は、加える多価金属塩の濃度または撹拌速度、混合液の温度により調整することができる。
凝集剤として多価金属塩を用いると、トナー成分の凝集速度を速くでき、トナーコア粒子の粒子径のコントロールが容易となる。また、トナー3の製造において、生産性を高くすることができる。多価金属塩としては、公知のものが使用できるが、金属が、マグネシウム、アルミニウムまたはカルシウムのものを用いることが好ましい。
凝集物形成工程S2は、室温で行うことが好ましいが、結晶性自己分散型ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)付近まで加熱してもかまわない。さらに言えば、この工程S2では、撹拌機を用いて機械的な剪断力によって混合液を撹拌することが、粒径および形状の均一な粒子状に凝集物を形成することが容易となる観点から好ましい。撹拌機としては、公知の乳化機および分散機を用いることができるが、トナー成分および水性媒体をバッチ式または連続式で受け入れることができ、加熱手段を有し、トナー成分および水性媒体を加熱下で混合することによって、着色剤を含む結着樹脂粒子であるトナー母粒子3bを生成させ、トナー母粒子3bをバッチ式または連続式で放出することのできる装置が好ましい。また、乳化機および分散機は、トナー母粒子3bと水性媒体との混合物に剪断力を付与できるものであることが、形成された凝集物を粒径および形状の均一な粒子に形成することがより容易となる上で好ましい。さらに乳化機および分散機は、撹拌手段および回転手段の少なくともどちらかを有し、トナー母粒子3bと水性媒体とを撹拌下または回転下で混合できるものであることが好ましい。乳化機および分散機は、トナー母粒子3bと水性媒体とを混合するための混合容器が保温手段を有するものであることが好ましい。
具体的には、たとえば、ウルトラタラックス(商品名、IKAジャパン株式会社製)、ポリトロンホモジナイザー(商品名、キネマティカ社製)およびTKオートホモミクサー(商品名、特殊機化工業株式会社製)、マックスブレンド(商品名、住友重機株式会社製)などのバッチ式乳化機、エバラマイルダー(商品名、株式会社荏原製作所製)、TKパイプラインホモミクサー(商品名、特殊機化工業株式会社製)、TKホモミックラインフロー(商品名、特殊機化工業株式会社製)、フィルミックス(商品名、特殊機化工業株式会社製)、コロイドミル(商品名、神鋼パンテック株式会社製)、スラッシャー(商品名、三井三池化工機株式会社製)、トリゴナル湿式微粉砕機(商品名、三井三池化工機株式会社製)、キャビトロン(商品名、株式会社ユーロテック製)およびファインフローミル(商品名、太平洋機工株式会社製)などの連続式乳化機、クレアミックス(商品名、エム・テクニック株式会社製)およびフィルミックス(商品名、特殊機化工業株式会社製)などが挙げられる。
さらに、この凝集物形成工程S2において、非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂粒子を含有する非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂粒子水分散液を所定量混合する。これによって、トナーコア粒子を非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂で凝集被覆することができる。結晶性自己分散型ポリエステル樹脂および非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂の両ポリエステル樹脂の合計100重量部に対して、非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂が好ましくは20重量部以上80重量部以下となるように混合する。
トナーコア粒子を凝集被覆する非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂を含有する非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂粒子水分散液には、帯電制御剤を含ませてもよい。これによって、トナーの表面部分に帯電制御剤が分散したトナーを得ることができる。見掛密度の小さいキャリア芯材を含む樹脂被覆キャリアは、比較的トナー帯電性に劣るが、表面部分に帯電制御剤が分散したトナーと組み合わせることによって、トナー表面部分の帯電制御剤が樹脂被覆キャリアによるトナー帯電性を補うので、トナー帯電性を良好にすることができる。また、見掛密度の小さいキャリア芯材を含む樹脂被覆キャリアは、トナーに対して撹拌時のストレスを低減させることができ、トナー表面が摩耗しにくいので、トナーの表面部分に分散された帯電制御剤は、長期間にわたってトナー表面部分に保持される。
この非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂粒子を含有する非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液を製造する方法は特に限定されないが、有機溶媒に溶解させて水中に転相する転相乳化法、非結晶性ポリエステル樹脂が充分に溶融する温度まで加熱し、アルカリ性の水に混合分散して乳化する方法、界面活性剤等を用いて機械的に分散する方法などが挙げられ、界面活性剤を用いずに有機溶媒で膨潤または溶解させて乳化する転相乳化法を用いることが好ましい。
非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂を有機溶媒で膨潤または溶解させる際の温度は40〜250℃が好ましく、50〜220℃がより好ましく、60〜220℃がさらに好ましく、70〜200℃が最も好ましい。40℃未満では、非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂の溶解もしくは膨潤が不充分になることがあるため、分子鎖同士の絡み合いを解くことが充分にできず、また250℃を超えると、非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂の分解を招く恐れが高まるためである。
40〜250℃の温度範囲で加熱することにより非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂が溶解もしくは膨潤しうる有機溶媒としては、メチルエチルケトン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、1,2−ヘキサンジオール、メチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、エチルカルビトールブチルカルビトール、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテルなどが挙げられる。このうち、メチルエチルケトンやブチルセロソルブ、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテルなどが好ましい。
非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂粒子は親水基としてカルボキシル基を含むため、有機溶媒中における分散安定化のためにカルボキシル基を部分的に、あるいは全面的に塩基性物質で中和する必要がある。中和に使用できる塩基性物質としては、アンモニアやトリエチルアミンなどに代表されるアミン類、あるいは水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどに代表される無機塩基類の使用が可能であるが、トナー中の残存や、環境特性の悪化といった懸念を無くすために、揮発性アミン化合物の使用が好ましい。また、これらの有機塩基性化合物から選ばれる2種以上の併用は決して妨げられるものではない。
このようにしてできあがった非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂溶液に水を添加して撹拌することにより水系に転相する。水は一度に添加せず、溶液の温度を保ったまま少しずつ添加することが安定な水分散液を製造する上で好ましい。
非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液の調整に用いた有機溶媒は、水分散液が得られた後、必要に応じて除去することができる。ただしその場合、前述した有機溶媒のうち、沸点が100℃未満のものを選択することが好ましい。なお、本発明の水分散液とは少量の有機溶媒を含有してもよい。
非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂粒子水分散液中の分散粒子の体積平均粒子径は、トナー3の製造に大きく影響するので非常に重要であり、0.3μm以下が好ましい。さらに好ましくは0.01〜0.2μmであり、特に好ましくは0.01〜0.1μmである。粒子径が0.3μmを超えると、分散安定性が低くなる。また、凝集粒子が粗大化し、所望とするトナー粒子径に粒子化できなくなる。また、1μm以上の粗大粒子は全粒子中の1%以下、好ましくは0.5%以下、より好ましくは、0.2%以下である。1μm以上の粗大粒子が1%を超えて存在すると、トナー3の粒度分布が広くなるため好ましくない。
非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂粒子水分散液を混合後、さらに凝集を行う際には、凝集剤として前記多価金属塩を加えてもよい。また、非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂粒子の凝集後には、凝集物同士の再凝集を防ぐために界面活性剤を添加したりpHを8以上に調製すべく水酸化ナトリウム等を添加したりしてもよい。
[粒子形成工程S3]
粒子形成工程S3では、凝集物形成工程S2で得られた凝集物を含む水媒体を加熱することによって、凝集物を粒径および形状がほぼ均一に整った粒子にする。この場合、結晶性自己分散型ポリエステル樹脂のガラス転移温度以上まで加熱し、粒子径が1〜10μmとなるように調節することが好ましく、このようにすることによって、粒径および形状がほぼ均一なトナー3を容易に得ることができる。
[洗浄工程S4]
洗浄工程S4では、トナー母粒子3b(凝集物)を含む混合液を室温まで冷却し、混合液を濾過して上澄み液を除去し、分離したトナー母粒子3bを水で洗浄する。洗浄には、導電率20μS/cm以下の純水を用いることが好ましく、トナー母粒子3bを洗浄した水の上澄み液が導電率50μS/cm以下となるまでトナー母粒子3bを洗浄することが好ましい。このような純水は、たとえば活性炭法、イオン交換法、蒸留法、逆浸透法などの公知の方法によって得ることができ、複数の方法を組み合わせてもよい。洗浄時の純水の温度は、再凝集の観点から樹脂のガラス転移温度以下が好ましい。純水を用いたトナー母粒子3bの洗浄はバッチ式で行ってもよいし、連続式で行ってもよい。純水を用いたトナー母粒子3bの洗浄は、トナー3の帯電性に影響を与えるような不純物および凝集に関与しなかった不要な凝集剤などのトナー成分以外の不要な成分を取り除くために行われ、それによって不要な成分を含まないトナー母粒子3bを容易に製造することができる。
その後、pH6以下の水で洗浄する工程を1回以上行う。これによって、トナーコア粒子表面を凝集被覆した非結晶性自己分散型ポリエステル樹脂に含まれる、塩基性物質で中和されたカルボキシル基、すなわちカルボン酸塩をカルボン酸に変換することができる。カルボン酸塩を含むトナーは、吸湿性があり、環境特性が悪化するが、カルボン酸塩をカルボン酸に変換することによって、環境特性の良好なトナーとすることができる。また、トナー母粒子3bを含む混合液中の不純物の除去をより充分に行うことができる。pH6以下の水としては、塩酸水溶液が挙げられる。
このようにして洗浄されたトナー母粒子3bを濾過によって洗浄水と分離し、たとえば真空乾燥機を用いて乾燥する。
(3)トナー
乾燥して得られたトナー母粒子3bは、結晶性自己分散型ポリエステル樹脂成分および着色剤成分の少なくとも一方が表面付近に少なく、内部に多く存在するものであるものが得られやすく、特に両方の成分が内部に多く存在するトナーが望ましい。着色剤成分を表面付近に少なくすることで、着色剤の相違による帯電量の差を小さくすることができ、結晶性自己分散型ポリエステル樹脂成分を表面付近に少なくすることで、トナー3の保存性を高めることができる。
トナー母粒子3bには、外添剤3aを添加して表面改質を施す。外添剤3aとしては、公知の外添剤を用いることができ、たとえば、導電性微粒子であるシリカおよび酸化チタンなどの水分散性の無機粒子が挙げられる。これらの無機粒子は、平均粒子径が1μm以下、好ましくは0.01〜0.8μmであり、1種または2種以上を併用することができる。さらに、外添剤3aにシリコーン樹脂などを添加して表面改質を施してもよい。外添剤3aの添加量は、100重量部のトナー母粒子3bに対して1〜10重量部が好ましい。見掛密度の小さいキャリア芯材を含む樹脂被覆キャリアは比較的トナー帯電性に劣るが、導電性微粒子である外添剤3aで表面改質を施されたトナーと組み合わせることによって、トナー表面の外添剤3aが樹脂被覆キャリアによるトナー帯電性を補うことができる。
なお、本発明の他の実施形態においては、トナー母粒子3bに外添剤3aで表面改質を施すことなく、トナー母粒子3bをそのままトナー3として用いてもよい。
トナー3の体積平均粒子径は10μm以下が好ましく、2〜9μmがさらに好ましく、3〜8μmが特に好ましい。体積平均粒子径が10μmを越える場合、トナー3の製造方法上、粒度分布が広くなっており、帯電性のばらつきが大きく、画像を乱す原因となる。
<樹脂被覆キャリア>
本発明の第1の実施形態である2成分現像剤1に含まれる樹脂被覆キャリア2は、キャリア芯材2aと、キャリア芯材2a表面に形成される樹脂被覆層2bとを有する。
(1)キャリア芯材
本実施形態の樹脂被覆キャリア2を形成するキャリア芯材2aは、見掛密度が2.0g/cm以下であり、残留磁化が10emu/g以下であり、体積平均粒子径が25μm以上50μm以下である。このように見掛密度および残留磁化が充分に小さいキャリア芯材2aを含む樹脂被覆キャリア2は、その撹拌時において、現像槽内部にあるマグネットローラーなどの駆動トルクを低減できるので省電力化が可能になる。
キャリア芯材2aとしては、この分野で常用されるものを使用でき、たとえば、鉄、銅、ニッケルおよびコバルトなどの磁性金属、ならびにフェライトおよびマグネタイトなどの磁性酸化物などを使用できる。
磁性酸化物であるフェライトは、一般にMO・Feなる組成をもつ一群の鉄酸化物である。Mとしては、たとえば、Fe2+,Mn2+,Mg2+,Co2+,Ni2+,Cu2+,Zn2+などの2価の金属イオンが挙げられる。フェライトは、これらの2価の金属イオンを含む金属酸化物と酸化鉄との粉末を混合し、圧縮成形後、焼成することによって得られるが、前記金属酸化物は、1種類のみでもよく、2種類以上でもよい。金属酸化物が混合組成であることによって、キャリア芯材2aにおける磁気的特性の制御可能範囲が広くなる。
Mの原材料としては、Fe2+を含む金属酸化物であればFeが好適である。Mn2+を含む金属酸化物であればMnCOが好適であるが、Mnなどでもよい。Mg2+を含む金属酸化物であればMgCOおよびMg(OH)などが好適である。
フェライトには、軟磁性を示すソフトフェライトと、硬磁性を示すハードフェライトとがあるが、本実施形態において磁性酸化物はソフトフェライトであることが好ましい。ハードフェライトは磁石であるため残留磁化が大きく、磁性酸化物がハードフェライトであると、樹脂被覆キャリア粒子同士が互いに付着して2成分現像剤1の流動性が低下したり、樹脂被覆キャリア2がマグネットローラーから離れにくくなるおそれがあるが、磁性酸化物がソフトフェライトであることによって、10emu/g以下まで残留磁化を小さくでき、2成分現像剤1の流動性が良好で、マグネットローラーなどから離れやすい樹脂被覆キャリア2とすることができる。
キャリア芯材2aは見掛密度が2.0g/cm以下と比較的密度が小さいが、たとえばキャリア芯材2a内部に空隙を設けることによってキャリア芯材2aを低密度化することができる。このようなキャリア芯材2aは、たとえば樹脂添加法によって得ることができる。樹脂添加法については後で詳しく述べる。
また、上記磁性酸化物とともに、真密度が3.5g/cm以下の非磁性酸化物をキャリア芯材2aに含ませることによっても、キャリア芯材2aを低密度化し、キャリア芯材2aの見掛密度を小さくすることができる。具体的には、キャリア芯材2aに空隙を設ける代わりにキャリア芯材2a内部にシリカを含ませる。このような方法としてシリカ粒子添加法があり、たとえば、真密度が4.9g/cm前後のフェライトとともに、真密度が2g/cm前後のシリカをキャリア芯材2aに含ませる。このシリカ粒子添加法についても後で詳しく述べる。
(2)樹脂被覆層
このようなキャリア芯材2a表面には樹脂被覆層2bが形成されている。樹脂被覆層2bは、キャリア芯材2a表面に樹脂粉体を付着させ、熱および衝撃力を加える乾式法によって形成されてもよく、樹脂を含む溶媒をキャリア芯材2aに付着させる湿式法によって形成されてもよい。乾式法および乾式法での樹脂被覆層2b形成の条件は後で述べる。
樹脂被覆層は、導電性材料として導電性微粒子を含んでもよい。導電性微粒子としては、たとえば、導電性カーボンブラック、導電性酸化チタンおよび酸化スズなどの酸化物が用いられる。少ない添加量で導電性を発現させるには、カーボンブラック等が好適であるが、カラートナーに対しては樹脂被覆キャリア2の樹脂被覆層2bからのカーボン脱離が懸念される場合がある。このときはアンチモンをドープさせた導電性酸化チタンなどが用いられる。
(3)樹脂被覆キャリア
キャリア芯材2a表面に樹脂被覆層2bが形成されて成る樹脂被覆キャリア2の体積平均粒子径は25μm以上50μm以下が好ましい。樹脂被覆キャリア2の体積平均粒子径が25μm以上あれば、キャリア付着が少なく、高画質を得ることができる。樹脂被覆キャリア2の体積平均粒子径が50μm以下であれば、キャリア粒子のトナー保持能力が高く、ベタ画像が均一であり、トナー飛散およびかぶりを低減することができる。
本実施形態の樹脂被覆キャリア2において、キャリア芯材2aが空隙を有する場合、その空隙に樹脂は入り込んでいない。そのため、空隙に樹脂が充填された樹脂被覆キャリア2より製造の際に使用する樹脂量を少なくすることができ、製造時に使用する樹脂量が多いことによるキャリア粒子同士の付着を抑制することができる。また、製造コストを安くできる。
(4)樹脂被覆キャリアの製造方法
本実施形態の樹脂被覆キャリア2に含まれるキャリア芯材2aは、たとえば樹脂添加法およびシリカ粒子添加法で作製することができる。図3は、樹脂添加法を用いる樹脂被覆キャリア2の製造方法を示すフローチャートである。図4は、シリカ粒子添加法を用いる樹脂被覆キャリア2の製造方法を示すフローチャートである。図3に示すように、樹脂添加法を用いる樹脂被覆キャリア2の製造方法は、秤量工程S11と、混合工程S12と、粉砕工程S13と、造粒工程S14と、仮焼工程S15と、焼成工程S16と、解砕工程S17と、分級工程S18と、被覆工程S19とを含む。また図4に示すように、シリカ粒子添加法を用いる樹脂被覆キャリア2の製造方法は、秤量工程S21と、混合工程S22と、粉砕工程S23と、造粒工程S24と、焼成工程S25と、解砕工程S26と、分級工程S27と、被覆工程S28とを含む。
まず、樹脂添加法を用いる樹脂被覆キャリア2の製造方法について記載する。
[秤量工程S11、混合工程S12]
本工程では、磁性酸化物などのキャリア芯材2aの原材料を秤量し、混合して金属原料混合物を得る。2種類以上の磁性酸化物を用いる場合には、2種類以上の磁性酸化物の配合比を、磁性酸化物の目的とする組成と一致させて秤量する。
次に、該金属原料混合物中に樹脂粒子を添加する。ここで添加する樹脂粒子としては、ポリエチレンおよびアクリルなどの炭素系の樹脂粒子と、シリコーン樹脂などのシリコーンを含有する樹脂粒子(以下「シリコーン系樹脂粒子」と記載する)とが挙げられる。炭素系樹脂粒子とシリコーン系樹脂粒子とは、後述する仮焼工程にて燃焼し、該燃焼時に発生するガスによって、仮焼粉中に中空構造を生成させる点では、同一である。しかし、該燃焼後に、炭素系樹脂粒子は仮焼粉中に中空構造を生成させるのみであるが、シリコーン系樹脂粒子は、燃焼後にSiOとなり生成した中空構造中に残留する。
該樹脂粒子の体積平均粒子径および添加量は、炭素系樹脂粒子およびシリコーン系樹脂粒子とも、体積平均粒子径2μm以上8μm以下が好ましく、添加量はキャリア芯材の全ての原材量に対して0.1wt%以上、20wt%以下が好ましく、最も好ましくは12wt%である。
[粉砕工程S13]
本工程では、金属原料混合物および樹脂粒子を、振動ミルなどの粉砕機中に導入し、体積平均粒子径0.5〜2.0μm、好ましくは1μmまで粉砕する。次いで、この粉砕物に水と、0.5〜2wt%のバインダと、0.5〜2wt%の分散剤とを加えることで、固形分濃度が50〜90wt%のスラリーとし、該スラリーをボールミルなどで湿式粉砕する。ここで、バインダとしては、ポリビニルアルコールなどが好ましく、分散剤としては、ポリカルボン酸アンモニウムなどが好ましい。
[造粒工程S14]
本工程では、該湿式粉砕されたスラリーを噴霧乾燥機に導入し、100〜300℃の熱風中に噴霧して乾燥させ、体積平均粒子径10〜200μmの造粒粉を得る。得られた造粒粉は、本製造方法で製造される樹脂被覆キャリア2の体積平均粒子径を考慮して、それを外れる粗粒および微粉を、振動ふるいで除外して粒度調整する。具体的には、樹脂被覆キャリア2の体積平均粒子径は25μm以上50μm以下が好ましいことから、当該造粒粉の体積平均粒子径を15〜100μmに調整しておくことが好ましい。
[仮焼工程S15]
本工程では、前記造粒粉を、800℃〜1000℃に加熱した炉に投入し、大気下で仮焼して仮焼品とする。このとき、樹脂粒子が燃焼し発生するガスにより造粒粉中に中空構造が形成される。樹脂粒子としてシリコーン系樹脂粒子を用いた場合には、該中空構造中に非磁性酸化物であるSiOが生成される。
[焼成工程S16]
本工程では、該中空構造が形成された仮焼品を、1100〜1250℃に加熱した炉に投入して焼成し、フェライト化して焼成物とする。焼成時の温度が高いと鉄の酸化が進行し、磁力が低下するため、キャリア芯材2aの残留磁化は、たとえば焼成温度で調整することができる。該焼成時の雰囲気は、キャリア芯材原材料のうち、磁性酸化物などの金属原料の種類によって適宜選択される。たとえば、金属原料がFeおよびMn(モル比100:0〜50:50)である場合は窒素雰囲気が求められる。金属原料がFe,MnおよびMgの場合は窒素雰囲気や酸素分圧調製雰囲気が好ましく、金属原料がFe,MnおよびMgの場合であってMgのモル比が30%を超える場合は大気雰囲気でもよい。
[解砕工程S17、分級工程S18]
本工程では、焼成工程で得られた焼成物をハンマーミル解粒等で粗粉砕し、次に気流分級機で1次分級する。さらに振動ふるいまたは超音波ふるいにて粒度をそろえた後、磁場
選鉱機にかけ、非磁性成分を除去することによってキャリア芯材2aを得る。
[被覆工程S19]
本工程では、分級工程で得られたキャリア芯材2aに対して樹脂コーティングを施し、キャリア芯材2a表面に樹脂被覆層2bを形成して樹脂被覆キャリア2を得る。
キャリア芯材2aに対して樹脂コーティングを施す方法としては、湿式法および乾式法がある。
まず湿式法について記載する。
湿式法では、分級工程で得られたキャリア芯材2aを、架橋型樹脂微粒子が有機溶媒中に分散されてなる架橋型樹脂微粒子分散液に浸漬し、撹拌しながら加熱(温度:80〜100℃)する。その後、有機溶媒を揮発除去し、キャリア芯材2aの表面に架橋型樹脂微粒子を付着させる。これによって、キャリア芯材2a表面の細孔が架橋型樹脂微粒子で塞がれる。
その後、架橋型樹脂微粒子が付着したキャリア芯材2aを、トルエンなどの有機溶媒に樹脂被覆組成物が溶解されてなるコート樹脂液でコーティングし、有機溶媒を揮発除去することによって、キャリア芯材2a表面に樹脂被覆層2bが形成された樹脂被覆キャリア2を製造することができる。
前述のように、キャリア芯材2a表面の細孔は架橋型樹脂微粒子で塞がれるが、これによって、樹脂被覆組成物が多孔質材料のキャリア芯材2a内部の空隙に移行して含浸するのを防止することができる。前記空隙の大きさは0.7μm程度であり、この程度の大きさの空隙を有するキャリア芯材2aに樹脂が入り込むためには、樹脂被覆組成物が毛管現象で浸透する必要があるが、キャリア芯材2a表面の細孔が架橋型樹脂微粒子によって塞がれているので、キャリア芯材2aの内部に形成される空隙に樹脂被覆組成物は入り込まない。したがって、表面に形成される細孔が架橋型樹脂微粒子によって塞がれたキャリア芯材2aの表面に厚みの均一な樹脂被覆層2bが形成されて、低消費電力で、印刷枚数が増加してもトナー3を安定して帯電させることが可能な樹脂被覆キャリア2を得ることができる。
架橋型樹脂微粒子としては、シリコーン樹脂微粒子、メラミン樹脂微粒子、ベンゾグアナミン樹脂微粒子、アモルファスシリカ微粒子などを挙げることができるが、シリコーン樹脂微粒子であることが好ましい。架橋型樹脂微粒子としてシリコーン樹脂微粒子を用いることによって、キャリア芯材2aの表面に形成される樹脂被覆層2bに大きな帯電性能の変化を与えることなく、長期の使用にわたってトナーに対する帯電付与能力が安定した樹脂被覆キャリア2とすることができる。
架橋型樹脂微粒子は、体積平均粒径が0.3〜1.0μm以下であることが好ましい。架橋型樹脂微粒子の体積平均粒径が0.3μm未満である場合、架橋型樹脂微粒子によって充分に表面の細孔が塞がれた樹脂被覆キャリア2とすることができない。また、架橋型樹脂微粒子の体積平均粒径が1.0μmを超える場合、架橋型樹脂微粒子同士での凝集が多くなり、樹脂被覆層2bの均一性が悪化する。
有機溶媒としては、架橋型樹脂微粒子を溶解させない溶媒であれば特に限定されないが、たとえば、トルエンなどを挙げることができる。
樹脂被覆組成物は、架橋型シリコーン樹脂、および必要に応じて導電性粒子、アミノ基含有シランカップリング剤、シリコーン樹脂以外の樹脂、二官能シリコーンオイルなどの添加剤から選ばれる1種または2種以上が混合された混合物であるが、これらの中でも、架橋型シリコーン樹脂が好ましい。架橋型樹脂は、架橋構造を有することによって3次元構造となる。このような架橋型樹脂は分子間結合が切れにくいので、樹脂被覆組成物が架橋型シリコーン樹脂であり、樹脂被覆層2bが架橋型シリコーン樹脂で形成されることによって、樹脂被覆層2bの摩耗を低減することができる。また、シリコーン樹脂は表面エネルギーが低いので、樹脂被覆層2bが架橋型シリコーン樹脂で形成されることによって、樹脂被覆キャリア2へのトナーの付着を抑制できる。そのため、撹拌性をより良好にすることができ、長期間にわたってトナーをより一層安定して帯電させることができる2成分現像剤とすることができる。架橋型シリコーン樹脂の重量平均分子量は、150以上300000以下が好ましい。
また、樹脂被覆組成物には、分子量の異なる2種以上の架橋型シリコーン樹脂を混合して用いてもよい。これらの架橋型シリコーン樹脂の混合割合を適宜調整することによって、樹脂被覆層2bの硬さ(強度)を調整することができ、樹脂被覆キャリア2の耐久性をコントロールすることができる。また、樹脂被覆層2bの厚さを調整することができ、樹脂被覆キャリア2の体積抵抗値をコントロールすることができる。
樹脂被覆組成物に分子量の異なる2種の架橋型シリコーン樹脂を用いる場合、分子量の小さい方の架橋型シリコーン樹脂の重量平均分子量は、150以上20000以下が好ましく、分子量の大きい方の架橋型シリコーン樹脂の重量平均分子量は、20000以上300000以下が好ましい。また、分子量の小さい方の架橋型シリコーン樹脂と、分子量の大きい方の架橋型シリコーン樹脂との混合割合は、1:9〜9:1が好ましい。
次に乾式法について記載する。乾式法では、樹脂被覆層は、キャリア芯材表面に樹脂粉体を付着させ、熱および衝撃力を加えることによって形成される。
樹脂粉体に含まれるコーティング樹脂としては、熱および機械的衝撃力で熱変形し、付着する樹脂が好ましい。たとえばスチレン樹脂、アクリル樹脂、スチレン−アクリル系共
重合体樹脂、ビニル系樹脂、エチレン系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂など任意の樹脂が用いられる。これらをキャリア芯材に対して、20重量%以下、好ましくは10重量%以下で混合し、熱および機械的衝撃力を加えることによってキャリア芯材表面を被覆する。
本工程で用いる樹脂粉体の体積平均粒子径は1μm未満である。これによって、キャリア芯材表面に樹脂粉体を付着させる際に充分な衝撃力を与えることができ、キャリア芯材の露出がない均一な樹脂被覆層を形成できる。樹脂粉体の体積平均粒子径が1μm以上であると、キャリア芯材表面に樹脂粉体を付着させる際に衝撃力が充分に伝わらず、膜化する可能性が低くなる。
前述のように、キャリア芯材2aが空隙を有する場合、その空隙に樹脂は入り込んでいない。すなわち、樹脂粉体は被覆工程においてキャリア芯材2aの空隙に入り込まない。樹脂粉体は、その粒子径が小さくなるほど凝集力が大きくなるので1次粒子として存在できず、2次粒子などの凝集体として存在する。たとえ樹脂粉体の1次粒子径が空隙の直径より小さくても、凝集することで見掛け上、粒子径が大きくなるので、乾式法であれば樹脂粉体はキャリア芯材2aの空隙に入り込むことはない。
コーティング装置としては、粉体を混合しながら、熱および衝撃力を加えるので、ヘンシェルミキサ(三井鉱山株式会社製)、ハイブリタイザー(株式会社奈良機械製作所製)、スパルタンリューザー(ダルトン社製)などが好ましく用いられる。
この樹脂被覆されたキャリア芯材2aを、さらに加熱し、キャリア芯材2a表面の樹脂を被膜化させることによって、キャリア芯材2a表面に樹脂被覆層2bが形成された樹脂被覆キャリア2を製造することができる。このときに用いることができる装置としては、熱風循環式加熱装置およびロータリーキルン炉が挙げられる。被膜化の際の温度は、80℃以上200℃以下が好ましく、被膜化の時間は20分間以上10時間以下が好ましい。
次に、シリカ粒子添加法を用いる樹脂被覆キャリア2の製造方法について記載する。
[秤量工程S21、混合工程S22]
本工程では、樹脂添加法の秤量工程と同様にして金属原料混合物を得て、この金属原料混合物中にシリカ粒子を添加する。シリカ粒子は、樹脂添加法で説明した樹脂粒子とは異なり、燃焼してガスを発生することはないが、後述する焼成工程において、フェライト化する焼成物中に取り込まれる。そのため、該シリカ粒子を取り込んだ焼成物は、樹脂添加法で説明した、「中空構造中にSiOが残留した焼成物」と類似の構造を有する。
該シリカ粒子の体積平均粒子径は1〜10μmが好ましい。シリカ粒子は、添加量がキャリア芯材2aの全原料材に対して1〜50wt%が好ましい。後の工程を経て得られるキャリア芯材2aにおいて、該キャリア芯材2aの見掛密度/真密度=Aとしたとき、0.25≦A≦0.40であり、かつ、該見掛密度が2.0g/cm以下となり、さらに、該キャリア芯材2aを用いて製造した2成分現像剤1による電子写真現像に悪影響を与えないことに想到したものである。
[粉砕工程S23、造粒工程S24]
樹脂添加法の粉砕工程S13および造粒工程S14と同様である。
[仮焼工程]
本製造方法では、樹脂粒子を用いていないため、金属原料混合物とシリカ粒子との混合造粒物は、仮焼することなく次工程S25の焼成を施す。
[焼成工程S25]
金属原料混合物とシリカ粒子との混合造粒物を、1100〜1250℃に加熱した炉に投入して焼成し、フェライト化して焼成物とする。該焼成時の雰囲気は、樹脂添加法と同様である。該焼成により、シリカ粒子を含有する焼成物が得られる。
[解砕工程S26、分級工程S27、被覆工程S28]
樹脂添加法の解砕工程S17、分級工程S18および被覆工程S19と同様である。これらの工程を経ることによって樹脂被覆キャリア2を製造することができる。
(5)2成分現像剤
本実施形態の2成分現像剤1は、前記トナー3と前記樹脂被覆キャリア2とを含む。
現像時、現像槽内部ではトナー3と樹脂被覆キャリア2とが常に撹拌されているが、このように見掛密度が充分に小さい樹脂被覆キャリア2と前記トナー3とを組み合わせると、トナー3にかかる撹拌ストレスを低減することができる。そのため、トナー3の寿命を向上させることができる。また残留磁化が充分に小さいので、現像槽内部における樹脂被覆キャリア2同士の付着、および樹脂被覆キャリア2のマグネットローラー上での滞留を抑制できる。そのため、撹拌性の良好な2成分現像剤1とすることができる。さらに、キャリア芯材2aの体積平均粒子径が25μm以上50μm以下であるので、現像時において、後述する像担持体へのキャリア付着を抑え、2成分現像剤を撹拌する撹拌スクリューの駆動トルクを低減できる樹脂被覆キャリア2とすることができる。したがって、長期間にわたって安定してトナーを帯電させることができる2成分現像剤1とすることができる。
2成分現像剤1は、トナー3と樹脂被覆キャリア2とを混合することによって製造される。トナー3と樹脂被覆キャリア2との混合割合は、特に制限はないが、高速画像形成装置(A4サイズの画像で40枚/分以上)に用いることを考慮すると、樹脂被覆キャリア2の体積平均粒子径/トナー3の体積平均粒子径が5以上の状態で、樹脂被覆キャリア2の総表面積(全樹脂被覆キャリア粒子の表面積の総和)に対するトナー3の総投影面積(全トナー粒子の投影面積の総和)の割合((トナー3の総投影面積/樹脂被覆キャリア2の総表面積)×100)が30〜70%になればよい。これによって、トナー3の帯電性が充分良好な状態で安定的に維持され、高速画像形成装置においても高画質画像を安定的に、かつ長期的に形成できる好適な2成分現像剤1として使用できる。
たとえば、トナー3の体積平均粒子径が6.5μm、樹脂被覆キャリア2の体積平均粒子径が50μm、樹脂被覆キャリア2の総表面積に対するトナー3の総投影面積の割合を30〜70%にすると、2成分現像剤において樹脂被覆キャリア100重量部に対してトナー2.2〜5.3重量部程度を含むようになる。このような2成分現像剤1で高速現像すると、トナー消費量とトナー3の消費に応じて現像装置の現像槽に供給されるトナー供給量とがそれぞれ最大になり、それでも需給バランスが損なわれることがない。そして、2成分現像剤1における樹脂被覆キャリア2の量が2.2〜5.3重量部程度よりも多くなると、帯電量がより低くなる傾向があり所望の現像特性が得られないばかりか、トナー供給量よりもトナー消費量の方が多くなり、トナー3に充分な電荷を付与できなくなり、画質の劣化を招く。反対に、樹脂被覆キャリア2の量が少ない場合は帯電量が高くなる傾向があり、樹脂被覆キャリア2からトナー3が電界によって分離しにくくなり、結果として画質の劣化を招く。
本実施形態において、トナー3の総投影面積は、以下のように算出する。トナー3の比重を1.0とし、コールターカウンタ(商品名:コールターカウンタ・マルチサイザーII、ベックマン・コールター社製)で得られた体積平均粒子径を基に算出する。すなわち、混合するトナー重量に対するトナー個数を算出し、トナー個数×トナー面積(円と仮定して算出)をトナー総投影面積とする。同様に、樹脂被覆キャリア2の表面積はマイクロトラック(商品名:マイクロトラックMT3000、日機装株式会社製)より得られた粒子径を元に混合する樹脂被覆キャリア重量から総表面積を算出する。このときの樹脂被覆キャリア2の比重は3.7とする。上記で得られた、(トナー3の総投影総面積/樹脂被覆キャリア2の総表面積)×100で混合比を算出する。
本実施形態において、トナー3は、少なくともブラックトナーを含む、色の異なる4色以上のカラートナーから選ばれる。本実施形態の2成分現像剤1は、どの色のカラートナーを用いても、そのカラートナーを安定して帯電させることができる。そのため、色再現性が良好なカラー画像を形成できる2成分現像剤1とすることができる。
2、現像装置
本発明の第1の実施形態である現像装置20は、前述の2成分現像剤1を用いて現像を行う。図5は、本実施形態の現像装置20の構造を模式的に示す概略断面図である。図5に示すように、現像装置20は、2成分現像剤1を格納する現像ユニット10と、2成分現像剤1を像担持体(像形成体、感光体)15に搬送する現像剤担持体(現像剤搬送担持体)13とを備える。
現像ユニット10の内部に予め投入された2成分現像剤1が撹拌スクリュー12により撹拌されることによって、2成分現像剤1が帯電する。そして、2成分現像剤1は、図示しない磁界発生手段を内部に配設した現像剤担持体13に搬送され、現像剤担持体13表面に保持される。現像剤担持体13表面に保持された2成分現像剤1は、現像剤規制部材14により一定層厚に調整され、現像剤担持体13と像担持体15との近接領域に形成される現像領域に搬送される。現像領域まで搬送された2成分現像剤に交流バイアスが印加されることによって、像担持体15上の静電荷像が反転現像法で顕像化され、像担持体15上に可視像が形成される。
可視像形成によるトナー消費は、トナー濃度センサ16により、2成分現像剤重量に対するトナー重量比であるトナー濃度の変化として検知される。消費された分は、予め定められた規定トナー濃度に達したことをトナー濃度センサ16が検知するまでトナーホッパー17から補給されるので、現像ユニット10内部の2成分現像剤1におけるトナー濃度は略一定に保たれる。本実施形態において、現像剤担持体13と現像剤規制部材14とのギャップ、および現像領域における現像剤担持体13と像担持体15とのギャップは、たとえば、0.4mmに設定されるが、これは単なる例示でありこの数値に限定されることはない。このように本発明の現像装置20は本発明の2成分現像剤1を用いて、像担持体に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成するので、帯電量の安定したトナーで静電潜像の現像を行うことができ、高精細で、かぶりのないトナー像を長期間に渡って安定して形成することができる。
3、画像形成装置
本発明の第1の実施形態である画像形成装置は、上記現像装置20を備える。他構成は、公知の電子写真方式の画像形成装置と同様の構成を用いることができ、たとえば、像担持体と、帯電手段と、露光手段と、転写手段と、定着手段と、像担持体クリーニング手段と、中間転写体クリーニング手段とを含む。
像担持体は、表面に静電荷像を形成し得る感光層を有する。帯電手段は、像担持体表面を所定電位に帯電させる。露光手段は、表面が帯電状態にある像担持体に画像情報に応じた信号光を照射して像担持体の表面に静電荷像(静電潜像)を形成する。転写手段は、像担持体に形成されるトナー像が一次転写される中間転写体を含む。転写手段は、現像装置20からトナー3が供給されて現像された像担持体表面のトナー像を中間転写体に一次転写した後、記録媒体に二次転写する。定着手段は、記録媒体表面のトナー像を記録媒体に定着させる。これによって、トナー像に基づいた単色画像または多色画像が記録媒体に形成される。像担持体クリーニング手段は、トナー像の記録媒体への転写後において、像担持体表面に残留するトナーおよび紙粉などを除去する。中間転写体クリーニング手段は、上記中間転写体に付着した余分なトナーなどを除去する。
このように本実施形態の画像形成装置は、前述の現像装置20と、中間転写体を備える転写手段とを有する。現像装置20は高精細で、かぶりのないトナー像を長期間に渡って安定して形成することができるので、中間転写体を備えトナー像を2回転写する機構を有する本発明の画像形成装置においても、画像を高精細に再現し、色再現性が良好でかつ画像濃度が高く、かぶりなどの画像欠陥のない高画質画像を長期間に渡って安定して形成することができる。
4、画像形成方法
本発明の第1の実施形態である画像形成方法は、前述の現像装置20を備える画像形成装置を用いて画像形成を行う。
静電荷像を現像する際には、像担持体15上の静電荷像を反転現像法で顕像化する現像工程がトナーの各色で実行され、色の異なる複数のトナー像を重ね合わせることで中間転写体上に多色トナー像が形成される。前述の2成分現像剤1は、長期間にわたってトナーの帯電量が安定するので、色再現性を含めた画像再現性に優れ、高精細かつ高画像濃度の多色画像を長期間に渡って安定して形成することができる。
本実施形態では、中間転写体を用いた中間転写方式を採用しているが、像担持体から直接記録媒体にトナー像を転写する構成が用いられてもよい。前述の2成分現像剤1を用いると長期間にわたってトナーの帯電量が安定するので、中間転写方式を用いトナー像を2回転写する本実施形態の画像形成方法においても、画像を高精細に再現し、色再現性が良好でかつ画像濃度が高く、かぶりなどの画像欠陥のない高画質画像を長期間にわたって安定して形成することができる。
以下に本発明に係る実施例および比較例を記載する。本発明はその要旨を超えない限り、本実施例に限定されるものではない。以下において、「部」は「重量部」を示す。また、特に断らない限り「%」は「重量%」を示す。
なお、実施例および比較例で用いた、キャリア芯材の見掛密度、キャリア芯材の残留磁化、非磁性酸化物の真密度、樹脂被覆キャリアの体積平均粒子径、トナーの体積平均粒子径、樹脂被覆キャリアの表面積、トナーの投影面積、キャリア芯材の細孔の平均面積径、着色剤粒子水分散液中の分散粒子の平均粒子径およびワックス粒子水分散液中の分散粒子の平均粒子径は、以下のようにして測定した。
[キャリア芯材の見掛密度]
キャリア芯材の見掛密度は、JIS Z2504 2000に準拠して測定した。
[キャリア芯材の残留磁化]
キャリア芯材の残留磁化には、振動試料型磁力計(商品名:VSM、東英工業株式会社製)を用いた。キャリア芯材を直径6mmのプラスチック容器(円形)に隙間がないように充填し、外部磁場を変更することによって測定した。
[非磁性酸化物の真密度]
非磁性酸化物の真密度は、ピクノメータ1000(商品名、QUANTA CHROME社製)を用いて気相置換法で測定した。
[樹脂被覆キャリアの体積平均粒子径]
エマルゲン109P(花王社製、ポリオキシエチレンラウリルエーテルHLB13.6)5% 10mLに測定試料約10〜15mgを添加し、超音波分散機にて1分間分散した。このうち約1mLをマイクロトラックMT3000(日機装株式会社)の所定箇所に加えた後、1分間撹拌し散乱光強度が安定したのを確認して測定を行った。
[キャリア芯材の体積平均粒子径]
樹脂被覆層の厚さはキャリア芯材の粒子径と比較しても圧倒的に薄いため、樹脂被覆キャリアの体積平均粒子径をキャリア芯材の体積平均粒子径とした。
[トナーの体積平均粒子径]
100mLビーカーに、塩化ナトリウム(1級)の1%水溶液(電解液)を20mL入れ、これにアルキルベンゼンスルホン酸塩(分散剤)0.5mLおよびトナー試料3mgを順次添加し、5分間超音波分散した。これに全量が100mLになるように塩化ナトリウム(1級)の1%水溶液を添加し、再度5分間超音波分散したものを測定用試料とした。この測定用試料について、コールターカウンタ TA−III(商品名、コールター社製)を用い、アパーチャー径100μm、測定対象粒径が個数基準で2〜40μmの条件下で測定を行い、体積平均粒子径を算出した。
[樹脂被覆キャリアの総表面積]
樹脂被覆キャリアの比重を4.7とし、マイクロトラック(商品名:マイクロトラックMT3000、日機装株式会社製)より得られた体積平均粒子径をもとに、混合する樹脂被覆キャリアの重量から樹脂被覆キャリアの総表面積を算出した。
[トナーの総投影面積]
トナーの比重を1.2とし、コールターカウンタ(商品名:コールターカウンタ・マルチサイザーII、ベックマン・コールター社製)で得られた体積平均粒子径をもとに、混合するトナー重量に対するトナー個数を算出し、トナー個数×トナー面積(円と仮定して算出)でトナー総投影面積とした。
[キャリア芯材の細孔の平均面積径]
電子顕微鏡(商品名:VE−9500、株式会社キーエンス製)を用い、1,000倍の倍率でキャリア芯材を写真撮影した。画像解析ソフト(商品名:A像くん、旭化成エンジニアリング株式会社製)によって、キャリア芯材表面の細孔輪郭を抽出し解析することによって、キャリア芯材の細孔の円相当径を算出し、面積細孔分布から細孔の平均面積径を算出した。50個のキャリア芯材について同様の手順にて細孔の平均面積径を算出し、その平均値をキャリア芯材の細孔の平均面積径とした。
[着色剤粒子水分散液中の分散粒子の平均粒子径]
着色剤粒子水分散液中の分散粒子の平均粒子径の測定は、マイクロトラックUPA−ST150(日機装社製)にて行なった。
[ワックス粒子水分散液中の分散粒子の平均粒子径]
ワックス粒子水分散液中の分散粒子の平均粒子径の測定は、マイクロトラックUPA−ST150(日機装社製)にて行なった。
実施例および比較例の2成分現像剤に含まれるトナーおよび樹脂被覆キャリアの作製方法について説明する。
<トナーの作製>
7種類のトナー(トナー(1)〜(7))を以下のように作製した。
[非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液の調整]
(非結晶性ポリエステル樹脂a1の合成)
温度計および撹拌機を備えるオートクレーブ中に、1,5‐ナフタレンジカルボン酸メチルエステル38重量部、ジメチルテレフタレート96重量部、ジメチルイソフタレート58重量部、エチレングリコール136重量部および触媒としてテトラブトキシチタネート0.1重量部を仕込み、150〜220℃で180分間加熱してエステル交換反応を行った。次いで、240℃に昇温した後、反応系の圧力を徐々に減じて30分後に10mmHgとし、70分間反応を続けた。その後、オートクレ−ブ中を窒素ガスで置換し、大気圧とした。温度を200℃に保ち無水トリメリット酸10重量部を加え、70分間反応を行い、非結晶性ポリエステル樹脂a1を得た。
非結晶性ポリエステル樹脂a1の酸成分は1,5−ナフタレンジカルボン酸メチルエステル、ジメチルテレフタレート、ジメチルイソフタレート、無水トリメリット酸であるため、非結晶性ポリエステル樹脂a1はカルボキシル基を含み、スルホ基を含まない。非結晶性ポリエステル樹脂a1の酸価を測定したところ14KOHmgであった。
(非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液A1)
温度計、コンデンサおよび撹拌羽根を備える四つ口の10リットルのセパブルフラスコに、上記非結晶性ポリエステル樹脂a1を34重量部およびブタノール10重量部を投入し、90℃で撹拌して溶解させた後、80℃まで冷却した。さらに非結晶性ポリエステル樹脂a1の酸価に等量となるように1Nのアンモニア水溶液を1.5重量部加え、80℃を保持し30分間撹拌した後、撹拌しながら80℃の水56重量部を添加し非結晶性ポリエステル樹脂a2の水分散液を得た。さらに、得られた水分散液1000重量部を蒸留用フラスコに入れ、留分温度100℃に達するまで蒸留した後冷却し、最終的に脱溶剤された固形分濃度33%の非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液A1を得た。非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液A1中の分散粒子の平均粒子径は0.05μmであった。
(非結晶性ポリエステル樹脂a2の合成)
温度計および撹拌機を備えるオートクレーブ中に、ジメチルテレフタレート112重量部、ジメチルイソフタレート76重量部、5ナトリウムスルホジメチルイソフタレート6重量部、エチレングリコール96重量部、プロピレングリコール50重量部、テトラブトキシチタネート0.1重量部を仕込み、180〜230℃で120分間加熱してエステル交換反応を行った。次いで反応系を250℃まで昇温し、系の圧力1〜10mmHgとして60分間反応を行い、非結晶性ポリエステル樹脂a2を得た。非結晶性ポリエステル樹脂a2は、スルホ基を含む。非結晶性ポリエステル樹脂a2の酸価を測定したところ0.1KOHmgであった。
(非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液A2)
温度計、コンデンサおよび撹拌羽根を備える四つ口の10リットルのセパブルフラスコに、非結晶性ポリエステル樹脂a2を100重量部、ブタノール48重量部、メチルエチルケトン12重量部およびイソプロパノール20重量部を投入し、70℃で撹拌して溶解させた。さらに、非結晶性ポリエステル樹脂a2の酸価に等量となるように1Nのアンモニア水溶液を270重量部加え、70℃を保持し30分間撹拌した後、撹拌しながら70℃の水300重量部を添加し非結晶性ポリエステル樹脂a2の水微分散体を得た。さらに、得られた水微分散体を蒸留用フラスコに入れ、温度70℃で真空ポンプにて減圧して有機溶剤を除去した。脱イオン水にて固形分を調整し最終的に脱溶剤された固形分濃度30%の非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液A2を得た。非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液A2中の分散粒子の平均粒子径は0.095μmであった。
[結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液の調整]
(結晶性ポリエステル樹脂b1の合成)
テレフタル酸963重量部、アジピン酸146重量部、セバシン酸627重量部、5スルホナイトイソフタル酸ナトリウム30重量部、エチレングリコール248重量部、1,4−ブタンジオール495重量部、イルガノックス1330(Ciba−Geigy社製)3重量部およびテトラブチルチタネート1重量部を仕込み、230℃まで昇温しつつ4時間かけてエステル化反応を行った。エステル化反応終了後、反応缶内にn=14の場合の前記化学式(1)の化合物(商品名:PTMG1000、三菱化学社製)500重量部を加え、その後、系内を240℃まで昇温しながら60分かけて10mmHgまで減圧し、さらに1mmHg以下の真空下まで減圧して240℃で60分間重縮合反応を行った。その後、系内に窒素を流し、真空破壊することで重縮合反応を終了させた。その後、系内に窒素を充填したまま内温が220℃になるまで冷却した。冷却後、トリメリット酸39重量部、エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテート45重量部を投入し、再度窒素を充填して220℃で30分間酸付加反応を行った。反応終了後、ポリエステル樹脂を取り出し、冷却することにより結晶性ポリエステル樹脂b2を得た。
結晶性ポリエステル樹脂b2の酸成分はテレフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、5スルホナイトイソフタル酸ナトリウム、トリメリット酸、エチレングリコールビスアンヒドロトリメリテートであり、アルコール成分はエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、前記化学式(1)の化合物であるため、結晶性ポリエステル樹脂b2は、カルボキシル基およびスルホ基を含み、アルコール成分として前記化学式(1)の化合物および1,4−ブタンジオールを含む。結晶性ポリエステル樹脂b2は、数平均分子量が25000であり、融点(Tm)が105℃であった。
(結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液B1)
温度計、コンデンサおよび撹拌羽根を備える三つ口のセパラブルフラスコに結晶性ポリエステル樹脂b1を270重量部、メチルエチルケトン180重量部、イソプロピルアルコール60重量部を仕込み70℃にて溶解した。次いで塩基としてアンモニアを5重量部加えた後、70℃のイオン交換水630重量部を加えて分散させた。蒸留用フラスコにて留分温度が100℃に達するまで蒸留し、冷却後に水を加えて固形分濃度30%の結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液B1とした。得られた結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液B1中の分散粒子の平均粒子径は0.1μmであった。
(結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液B2)
温度計、コンデンサおよび撹拌羽根を備える三つ口のセパラブルフラスコに結晶性ポリエステル樹脂b1を270重量部、メチルエチルケトン180重量部、イソプロピルアルコール60重量部を仕込み70℃にて溶解した。次いで界面活性剤としてネオゲンR−K(商品名、第一工業製薬株式会社製)を7.5重量部加えた後、70℃のイオン交換水630重量部を加えて分散させた。蒸留用フラスコにて留分温度が100℃に達するまで蒸留し、冷却後に水を加えて固形分濃度30%の結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液B2とした。得られた結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液B2中の分散粒子の平均粒子径は0.09μmであった。
[着色剤粒子水分散液の調整]
(シアン着色剤粒子水分散液)
シアン着色剤(C.I.Pigment Blue 15:1、商品名:Eupolen Blue 69−1501、BASF社製)50重量部、アニオン性界面活性剤(商品名:ネオゲンR、第一工業製薬株式会社製)5重量部およびイオン交換水223重量部をホモジナイザー(商品名:PT3000、ポリトロン社製)に投入し室温で20分間撹拌して着色剤を分散し、加えて超音波ホモジナイザー(日本精機社製)で20分間分散して、分散粒子の平均粒子径が0.2μmのシアン着色剤粒子水分散液を得た。
(マゼンタ着色剤粒子水分散液)
マゼンタ着色剤(商品名:Eupolen Red 47−9001、BASF社製)50重量部、アニオン性界面活性剤(商品名:ネオゲンR、第一工業製薬株式会社製)5重量部およびイオン交換水223重量部をホモジナイザー(商品名:PT3000、ポリトロン社製)に投入し室温で20分間撹拌して着色剤を分散し、加えて超音波ホモジナイザーで20分間分散して、分散粒子の平均粒子径が0.2μmのマゼンタ着色剤粒子水分散液を得た。
(イエロー着色剤粒子水分散液)
イエロー着色剤(商品名:Eupolen Yellow 09−6101、BASF社製)50重量部、アニオン性界面活性剤(商品名:ネオゲンR、第一工業製薬株式会社製)5重量部およびイオン交換水223重量部をホモジナイザー(商品名:PT3000、ポリトロン社製)に投入し室温で20分間撹拌して着色剤を分散し、加えて超音波ホモジナイザーで20分間分散して、分散粒子の平均粒子径が0.1μmのイエロー着色剤粒子水分散液を得た。
(ブラック着色剤粒子水分散液)
カーボンブラック(商品名:モーガルL、キャボット社製)50重量部、非イオン性界面活性剤(商品名:ノニポール400、株式会社三洋化成社製)5重量部およびイオン交換水223重量部をホモジナイザー(商品名:PT3000、ポリトロン社製)に投入し室温で20分間撹拌して着色剤を分散して、分散粒子の平均粒子径が0.15μmのブラック着色剤粒子水分散液を得た。
[ワックス粒子水分散液の調整]
パラフィンワックス(商品名:HNP10、融点72℃、日本精蝋社製)50重量部、アニオン性界面活性剤(商品名:ネオゲンR、第一工業製薬株式会社製)5重量部およびイオン交換水161重量部をジャケットつきステンレスビーカーに投入し、ホモジナイザー(商品名:PT3000、ポリトロン社製)にて95℃で加熱しながら30分間分散した後、圧力吐出型ホモジナイザー(日本精機社製)に移して90℃で20分間分散処理を行い、分散粒子の平均粒子径が0.4μmのワックス粒子水分散液を得た。
(トナー1)
[混合液調製工程S1]
トナー固形分を100%とした場合で、シアン着色剤成分が5%、結晶性ポリエステル樹脂b1成分が20%、ワックス成分が5%、非結晶性ポリエステル樹脂a1成分が40%となるようにシアン着色剤粒子水分散液、結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液B1、ワックス粒子水分散体、非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液A1の添加量を調整し、これらを合せた固形成分が10%となるように水を混合して混合液を得た。
[凝集物形成工程S2]
得られた混合液100重量部に、ホモジナイザーを用いて8000rpmで撹拌しながら、1重量%の塩化マグネシウム水溶液20重量部を少量ずつ滴下し、その後、この混合液を30分間撹拌した。これによって、水媒体中に凝集物(トナーコア粒子)が形成された。
この後、非結晶性ポリエステル樹脂a1成分が30%となるように非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液A1をさらに加え、前記塩化マグネシウム水溶液4重量部を加えた。3分間撹拌した後、ホモジナイザーをプロペラ撹拌機にかえて400rpmで40分間撹拌した。このとき、40℃まで加温し、光学顕微鏡で、粒子形状がブドウの房状の凝集物を確認した。このようにして、先の凝集物(トナーコア粒子)の表面に、さらに樹脂を析出させ、カプセル化を行った。さらに、目的とする粒子径まで凝集物の粒子径が成長していることを確認した。凝集物の粒子径は、多価金属塩の添加量で調整した。
その後、水酸化ナトリウム1%溶液を加えてpHを10にし、界面活性剤を1%加えてから、温度を75℃まで上昇させ、この混合液を1時間撹拌した。そうすることによって、水媒体中に凝集物が形成された。
[粒子形成工程S3]
凝集物形成工程S2を経た凝集物を含む水媒体を95℃まで加熱して、さらに1時間撹拌を継続し、凝集物の粒径および形状の均一化を行った。このように、粒子形成工程S3の温度と時間とを調整することで凝集物の形状を調整した。
[洗浄工程S4]
凝集物を含む水媒体の上澄み液を除去し、凝集物を純水にて3回洗浄(上澄み液を3回交換)した後、pH2に調整したHCl水溶液で洗浄し、さらに純水にて3回洗浄した。その後、ろ過し、真空乾燥機を用いて乾燥させることによってトナー母粒子を得た。トナー母体粒子の体積平均粒子径は6.5μmである。なお、洗浄に用いる純水は、超純水製造装置(商品名:Ultra Pure Water System CPW−102、ADVANTEC社製)を用いて水道水から調製した0.5μS/cmの水を使用した。水のpHおよび導電率はラコムテスター(商品名:EC−PHCON10、井内盛栄堂製)を用いて測定した。
[トナー化]
トナー母体粒子97.8重量%に、i‐ブチルトリメトキシシランで疎水化処理した体積平均粒子径が0.1μmのシリカ粒子1.2重量%と、HMDSで疎水化処理した体積平均粒子径が12nmのシリカ微粒子1.0重量%とを加え、ヘンシェルミキサにて混合し、外添処理を行うことによってトナー1を作製した。
(トナー2)
混合液調製工程S1で、シアン着色剤粒子水分散液の代わりにマゼンタ着色剤粒子水分散液を用い、凝集剤として塩化カルシウムを用いたこと以外はトナー1と同様にしてトナー2を作製した。
(トナー3)
混合液調製工程S1で、シアン着色剤粒子水分散液の代わりにイエロー着色剤粒子水分散液を用い、非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液A1の代わりに非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液A2を用い、凝集剤として硝酸アルミニウムを用いたこと以外はトナー1と同様にしてトナー3を作製した。
(トナー4)
混合液調製工程S1で、シアン着色剤粒子水分散液の代わりにブラック着色剤粒子水分散液を用い、結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液B1の代わりに結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液B2を用いたこと以外はトナー1と同様にしてトナー4を作製した。
(トナー5)
洗浄工程S4で、HCl水溶液を用いた洗浄を行わなかったこと以外はトナー1と同様にしてトナー5を作製した。HCl水溶液を用いた洗浄を行わなかったため、トナー5のカルボン酸はカルボン酸ナトリウム塩として残っている。これは、洗浄したときのトナー5の水に対する濡れ性がまったく異なるので、一目でわかる。
(トナー6)
凝集物形成工程S2で、トナーコア粒子をカプセル化する樹脂を含む水分散体として、非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液A1の代わりに非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液A2を用いたこと以外はトナー1と同様にしてトナー6を作製した。
(トナー7)
混合液調製工程S1で、結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液B1の代わりに非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液A1を用い(非結晶性ポリエステル樹脂a1成分が60%となるようにした)、凝集物形成工程で、コア粒子をカプセル化する樹脂を含む水分散体として、非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液A1の代わりに非結晶性ポリエステル樹脂粒子水分散液A2を用いたこと以外はトナー1と同様にしてトナー7を作製した。
<樹脂被覆キャリアの作製>
9種類の樹脂被覆キャリア(樹脂被覆キャリア1〜9)を以下のようにして作製した。
(樹脂被覆キャリア1)
[秤量工程S11、混合工程S12]
キャリア芯材の原材料として、微粉砕したFeとMgCOとを準備した。モル比でFe:MgCO=80:20となるように秤量し、混合して金属原料混合物を得た。キャリア芯材の全原材料に対して10wt%に相当する体積平均粒子径5μmのポリエチレン樹脂粒子(商品名:LE−1080、住友精化株式会社製)と、1.5wt%に相当するポリカルボン酸アンモニウム系分散剤と、0.05wt%に相当するSNウェット980(湿潤剤、サンノプコ株式会社製)と、0.02wt%に相当するポリビニルアルコール(バインダ)とを水に添加した水溶液を調製した。
[粉砕工程S13]
前記水溶液に金属原料混合物を投入して撹拌し、濃度75wt%のスラリーを得た。このスラリーを湿式ボールミルにて湿式粉砕し、体積平均粒子径が1μmとなるまでしばらく撹拌した。
[造粒工程S14]
スプレードライヤーで前記スラリーを噴霧し、体積平均粒子径10〜200μmの乾燥した造粒品を得た。この乾燥造粒品から網目61μmの篩網を用いて粗粒を分離した。
[仮焼工程S15]
大気下において900℃で乾燥造粒品を加熱することによって仮焼を行い、ポリエチレン樹脂粒子成分を分解させて仮焼品とした。
[焼成工程S16]
1160℃の窒素雰囲気下で仮焼品を5時間焼成してフェライト化させ、焼成品とした。
[解砕工程S17、分級工程S18]
焼成品をハンマーミルで解砕して、風力分級機を用いて微粉を除去し、網目54μmの振動ふるいで粒度調整することによってキャリア芯材を得た。キャリア芯材の細孔の平均面積径は、0.60μmであった。
[被覆工程S19]
シリコーン樹脂微粒子(商品名:トスパール、体積平均粒径:0.70μm、モメンティブ合同会社製)をトルエン15部に超音波分散させた。シリコーン樹脂微粒子の重量は、シリコーン樹脂微粒子の総投影面積がキャリア芯材の総表面積の20%となるように調整した。そこに前記キャリア芯材100部を浸し、撹拌しながら加熱することによって、トルエンを揮発除去させ、キャリア芯材表面にシリコーン樹脂微粒子を付着させた。
架橋型シリコーン樹脂A(重量平均分子量500、商品名:KR240、信越化学工業株式会社製)2.0重量部および架橋型シリコーン樹脂B(重量平均分子量20万、商品名:KR251、信越化学工業株式会社製)2.0重量部をトルエン15重量部に溶解し、そこに導電性粒子(商品名:VULCAN XC−72、キャボット株式会社製)0.20重量部、およびカップリング剤(商品名:AY43−059、東レ・ダウコーニング株式会社製)0.20重量部を内添または分散させることでコート樹脂液を調製した。
このコート樹脂液19.4重量部を用い、前記シリコーン樹脂微粒子を付着させたキャリア芯材の表面を浸漬法で被覆した。その後、キュア温度200℃、キュア時間1時間の硬化過程を経て、目開き150μmのふるいにかけることによって樹脂被覆キャリア1を得た。得られた樹脂被覆キャリア1の体積平均粒径は45μmであった。
(樹脂被覆キャリア2)
混合工程S12で、ポリエチレン樹脂粒子の代わりに、シリコーンを含有する樹脂である平均粒子径2.4μmのシリコーン樹脂粒子(商品名:トスパール120、GE東芝シリコーン株式会社製)を用いたこと、焼成工程S16で、焼成を1180℃の温度で行なったこと、また、シリコーン樹脂微粒子をキャリア芯材に付着させなかったこと以外は樹脂被覆キャリア1と同様にして樹脂被覆キャリア2を得た。
(樹脂被覆キャリア3)
[秤量工程S21、混合工程S22]
キャリア芯材の原材料として、微粉砕したFeとMg(OH)とを準備した。モル比でFe:Mg(OH)=80:20となるように秤量し、混合して金属原料混合物を得た。キャリア芯材の全原材料に対して20wt%に相当する体積平均粒子径4μmのシリカ粒子(商品名:SIKRON M500、SIBELCO社製)と、1.5wt%に相当するポリカルボン酸アンモニウム系分散剤と、0.05wt%に相当するSNウェット980(湿潤剤、サンノプコ株式会社製)と、0.02wt%に相当するポリビニルアルコール(バインダ)とを水に添加した水溶液を調製した。
[粉砕工程S23]
前記水溶液に金属原料混合物を投入して撹拌し、濃度75wt%のスラリーを得た。このスラリーを湿式ボールミルにて湿式粉砕し、体積平均粒子径が1μmとなるまでしばらく撹拌した。
[造粒工程S24]
スプレードライヤーにて前記スラリーを噴霧し、粒径10μm〜200μmの乾燥した造粒品を得た。網目61μmの篩網を用いてこの乾燥造粒品から粗粒を分離した。
[焼成工程S25]
1150℃の窒素雰囲気下で乾燥造粒品を5時間焼成してフェライト化させ、焼成品とした。
[解砕工程S26、分級工程S27]
焼成品をハンマーミルで解砕して、風力分級機を用いて微粉を除去し、網目54μmの振動ふるいで粒度調整することによってキャリア芯材を得た。
[被覆工程S28]
樹脂被覆キャリア1のキャリア芯材の代わりに樹脂被覆キャリア3のキャリア芯材を用い、架橋型シリコーン樹脂A(商品名:KR240、信越化学工業株式会社製)および架橋型シリコーン樹脂B(商品名:KR251、信越化学工業株式会社製)の代わりにシリコーン樹脂C(商品名:SR2431、東レダウコーニング社製)を6.0重量部用いたこと以外は樹脂被覆キャリア1の被覆工程と同様にして樹脂被覆キャリア3を得た。
(樹脂被覆キャリア4)
被覆工程S19で、架橋型シリコーン樹脂A,Bの代わりにシリコーン樹脂D(商品名:SR6018、東レダウコーニング社製)を6重量部用い、スパルタンリューザーで攪拌しながら樹脂を被覆した。この時、攪拌の終盤で、エタノールを噴霧した。その後、200℃で1時間加熱して、樹脂被覆キャリア4を得た。
(樹脂被覆キャリア5)
混合工程S12においてポリエチレン樹脂粒子を添加せず、また仮焼工程S15を行わなかったこと以外は樹脂被覆キャリア1のキャリア芯材と同様にしてキャリア芯材を製造した。
このキャリア芯材と、シリコーン樹脂(商品名:SR2411、東レダウコーニング株式会社製)をトルエンで溶解させた樹脂溶液とを万能混合撹拌機(ダルトン社製)に投入し、撹拌しながらトルエンを蒸発させることによってキャリア芯材表面を樹脂で被覆した。この樹脂被覆されたキャリア芯材を200℃の熱風循環式加熱装置で1時間焼成することによって、樹脂被覆キャリア5を得た。
(樹脂被覆キャリア6)
焼成工程S16で、焼成の際の温度を変更することでキャリア芯材の残留磁化量を11emu/gに調整したこと以外は樹脂被覆キャリア1と同様にして樹脂被覆キャリア6を得た。
(樹脂被覆キャリア7)
解砕工程S17および分級工程S18で、ハンマーミル、風力分級機、および振動ふるいの使用条件を変更して、体積平均粒子径が55μmとなるようにキャリア芯材の粒子径を調整したこと以外は樹脂被覆キャリア1と同様にして樹脂被覆キャリア7を得た。
(樹脂被覆キャリア8)
解砕工程S17および分級工程S18で、ハンマーミル、風力分級機、および振動ふるいの使用条件を変更して、体積平均粒子径が22μmとなるようにキャリア芯材の粒子径を調整したこと以外は樹脂被覆キャリア1と同様にして樹脂被覆キャリア8を得た。
(樹脂被覆キャリア9)
混合工程S12において、ポリエチレン樹脂粒子の変わりに、キャリア芯材の全原材料に対して10wt%に相当する真比重3.6のアルミナ粒子を添加し、また仮焼工程を行わなかったこと以外は樹脂被覆キャリア1と同様にして樹脂被覆キャリア9を得た。
樹脂被覆キャリア1〜9の製造に用いられたキャリア芯材の物性、および樹脂被覆層の状態を表1に示す。樹脂被覆層の状態は、樹脂被覆層がキャリア芯材表面に充分に形成されているかどうかをSEMで観察した。
Figure 2010286742
<2成分現像剤の作製>
実施例1〜4、比較例1〜8の2成分現像剤を以下のようにして得た。
(実施例1)
樹脂被覆キャリア1表面に対して、トナー1の占有面積が70%となるように計算して、重量比で樹脂被覆キャリア1とトナー1とを混合した。樹脂被覆キャリア1およびトナー1の総重量300gをポリエチレン製のビンにて混合し、ロールミルで1時間撹拌混合した。これを実施例1の2成分現像剤とした。
(実施例2〜4、比較例1〜8)
表2に示す組合せでトナーと樹脂被覆キャリアとを混合したこと以外は実施例1と同様にして実施例2〜4、比較例1〜8の2成分現像剤を得た。
トナーと樹脂被覆キャリアとの組合せを表2に示す。
Figure 2010286742
<評価>
実施例1〜4および比較例1〜8の2成分現像剤を用いて以下の評価を行った。
[初期の帯電性]
2成分現像装置を有する複写機(商品名がMX−6200Nの改造機、シャープ株式会社製)に前記2成分現像剤をセットし、常温常湿下において3分間空転させてから採取した前記2成分現像剤の帯電量を吸引式帯電量測定装置(商品名:210H−2A Q/M Meter、TREK社製)で測定した。
初期の帯電性の評価基準は以下のとおりである。
○:良好。帯電量が−25μC/g以上である。
△:可。帯電量が−20μC/g以上−25μC/g未満である。
×:不良。帯電量が−20μC/g未満である。
[画像特性]
画像特性を評価するために、画像の欠けおよびキャリア付着を評価した。
(画像の欠け)
複写機(商品名:MX−6200N、シャープ株式会社製)の現像装置を改造した装置と前記2成分現像剤とを用い、ライン幅が400μmになるように調整して細線を印字させ、感光体上の画像をセロハンテープに転写した。その転写画像の欠けの有無を光学顕微鏡で観察した。
画像の欠けの評価基準は以下のとおりである。
◎:非常に良好。画像に欠けが確認されない。
○:良好。画像の欠けが3箇所以下である。
△:可。画像の欠けが4個所以上6箇所以下である。
×:不良。画像の欠けが7箇所以上である。
(キャリア付着)
上記2成分現像剤を複写機(商品名がMX−6200Nの改造機、シャープ株式会社製)にセットし、感光体上の非画像部における一定面積(297mm×24mm)中のキャリア付着個数を求めた。キャリアの付着個数を求める際、現像剤担持体に印加する直流バイアス電圧は200Vとし、交流バイアス電圧は400Vとし、周波数9kHzとし、像担持体の表面は帯電させないでおく。
キャリア付着の評価基準は以下のとおりである。
○:良好。キャリア付着の個数が14個以下である。
△:可。キャリア付着の個数が15個以上20個以下である。
×:不良。キャリア付着の個数が21個以上である。
[帯電量の環境特性]
樹脂被覆キャリア表面に対してトナーの占有面積が70%となるように計算して、重量比で樹脂被覆キャリアとトナーとを混合した現像剤がそれぞれ入った100mlのポリエチレン容器を150rpmのボールミルで60分間撹拌した後、2成分現像剤の帯電量を測定し、高温高湿下に曝露した。1日放置した後の2成分現像剤を同様の条件で撹拌し、2成分現像剤の帯電量を測定した。
帯電量の環境特性の評価基準は以下のとおりである。
○:良好。現像剤の初日の帯電量と、1日後の帯電量との差(以下「帯電量差」と記載する)が絶対値で10μC/g以下である。
△:可。帯電量差が絶対値で10μC/gを超えて15μC/g以下である。
×:不良。帯電量差が絶対値で15μC/gを超える。
[ライフ特性]
ライフ特性を評価するために、画像濃度、白色度およびライフ帯電性を評価した。2成分現像装置を有する複写機(商品名:MX−6000N、シャープ株式会社製)に前記2成分現像剤を充填し、常温常湿下においてベタ画像を100000枚実写した後、画像部の画像濃度、非画像部の白色度、および2成分現像剤の初期およびライフの帯電量を測定した。画像濃度は、X−Rite938分光測色濃度計により測定した。白色度は、日本電色工業株式会社製SZ90型分光式色差計を用いて三刺激値X、Y、Zを求めた。2成分現像剤の初期およびライフの帯電量は吸引式帯電量測定装置を用いて測定した。
画像濃度の評価基準は以下のとおりである。
○:良好。画像濃度が1.4以上である。
×:不良。画像濃度が1.4未満である。
白色度の評価基準は以下のとおりである。
○:良好。Zの値が0.5以下である。
△:可。Zの値が0.5を超えて0.7以下である。
×:不良。Zの値が0.7を超える。
ライフ帯電性の評価基準は以下のとおりである。
○:良好。初期とライフとの帯電量の差(以下「ライフ帯電量差」とも記載する)が絶対値で5μC/g以下である。
△:可。ライフ帯電量差が絶対値で5μC/gを超えて10μC/g以下である。
×:不良。ライフ帯電量差が絶対値で10μC/gを超える。
[トルク測定]
複写機(商品名:MX−6200N、シャープ株式会社製)の現像装置を用いて、トルクの測定を行った。
トルク測定の評価基準は以下のとおりである。
○:良好。トルクの値が12.5g・cm以下である。
×:不良。トルクの値が12.5g・cmを超える。
[総合評価]
上記評価結果を用いて総合評価を行った。
総合評価基準は以下のとおりである。
○:良好。上記評価の評価結果が◎、○または△である。
×:不良。上記評価の評価結果に×が含まれる。
実施例1〜4、比較例1〜8の評価結果および総合評価結果を表3に示す。
Figure 2010286742
表3から、水溶液中に分散したポリエステル樹脂粒子を多価金属塩で凝集させたトナーコア粒子に、カルボン酸塩を有するポリエステル樹脂を凝集被覆させ、該ポリエステル樹脂に含まれるカルボン酸塩をカルボン酸に変換させたトナーと、見掛け密度が2.0以下g/cmであり、残留磁化が10emu/g以下であり、体積平均粒子径が25μm以上50μm以下であるキャリア芯材と、該キャリア芯材表面に形成された樹脂被覆層とを有する樹脂被覆キャリアとを含む実施例1〜4の2成分現像剤は、結果が良好であることがわかる。
1 2成分現像剤
2 樹脂被覆キャリア
2a キャリア芯材
2b 樹脂被覆層
3 トナー
3a 外添剤
3b トナー母粒子

Claims (9)

  1. 水溶液中に分散したポリエステル樹脂粒子を多価金属塩で凝集させたトナーコア粒子と、該トナーコア粒子表面にカルボン酸塩を有するポリエステル樹脂を凝集被覆させ、該ポリエステル樹脂に含まれるカルボン酸塩をカルボン酸に変換させることで形成される被覆層とを有するトナーと、
    見掛密度が2.0g/cm以下であり、残留磁化が10emu/g以下であり、体積平均粒子径が25μm以上50μm以下であるキャリア芯材と、該キャリア芯材表面に形成される樹脂被覆層とを有する樹脂被覆キャリアとを含むことを特徴とする2成分現像剤。
  2. 前記樹脂被覆層が架橋型シリコーン樹脂で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の2成分現像剤。
  3. 前記キャリア芯材が、磁性酸化物と、真密度が3.5g/cm以下の非磁性酸化物とを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の2成分現像剤。
  4. 前記磁性酸化物がソフトフェライトであることを特徴とする請求項3に記載の2成分現像剤。
  5. 前記トナーは、少なくともブラックトナーを含む、色の異なる4色以上のカラートナーから選ばれることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の2成分現像剤。
  6. 請求項1〜5のいずれか1つに記載の2成分現像剤を用いて、像担持体に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成することを特徴とする現像装置。
  7. 像担持体に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成する請求項6に記載の現像装置と、
    像担持体に形成されるトナー像が転写される中間転写体を備える転写手段とを有することを特徴とする画像形成装置。
  8. 請求項1〜5のいずれか1つに記載の2成分現像剤を用いて、像担持体に形成される静電潜像を現像してトナー像を形成し、前記トナー像に基づいた単色画像または多色画像を記録媒体に形成することを特徴とする画像形成方法。
  9. 像担持体に形成されたトナー像を中間転写体上に一次転写した後、中間転写体上に転写されたトナー像を記録媒体に二次転写して、前記トナー像に基づいた単色画像または多色画像を記録媒体に形成することを特徴とする請求項8に記載の画像形成方法。
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