JP2011059595A - 画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】トナー中に使用される離型剤の特性と分散状態を制御し、耐オフセットを向上させ定着性を良好とするとともに、定着部から発生する離型剤の揮発成分を抑え、機内汚染や以上画像を発生させず、長期にわたり安定した画像を提供できる画像形成装置を提供すること。
【解決手段】像担持体と、像担持体表面を帯電させる帯電手段と、像担持体上に露光することによって潜像を書き込む露光手段と、トナーを有し像担持体上に書き込まれた潜像を該トナーで現像して可視像を形成する現像手段と、前記可視像を記録媒体に直接または中間転写体を介して転写する転写手段と、記録媒体に転写された転写像を定着させる定着手段と、転写し切れなかった像担持体上の転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段とを有する画像形成装置において、前記定着手段はニップ時間が30〜70msecであり、前記トナーは少なくとも結着樹脂、着色剤、離型材、添加材を含む電子写真用トナーであって、前記離型材が165℃で10分間放置での加熱減量が0.5〜2.0%でありかつ、前記トナーのFTIR−ATRによる離型材由来の吸収スペクトルピーク(2850cm−1)と結着樹脂由来の吸収スペクトルピーク(828cm−1)との強度比(P2850/P828)が0.03≦P≦0.25で、DSCによる離型剤由来の融解熱量が2〜25mj/mgの範囲である画像形成装置。
【選択図】なし

Description

本発明は、特定粉体トナーと特定定着手段との組合せを選択的に用い、複写機、ファクシミリ、プリンタ等の静電複写プロセスにより記録媒体上に定着画像を形成する画像形成装置に関する。
電子写真方式の画像形成装置では、像担持体である感光体の表面に、放電によって電荷を与える帯電工程と、帯電した感光体表面を露光して静電潜像を形成する露光工程と、感光体表面に形成された静電潜像の極性と逆の極性を有するトナーを供給して現像する現像工程とを経て感光体上にトナー像が形成される。
感光体上に形成されたトナー像は、その後、一旦中間転写体に転写され、中間転写体から紙等の記録部材に転写されるか、あるいは感光体から記録部材に直接転写される転写工程を経て、転写された記録部材上のトナー像に熱と圧をかけて定着させる定着工程によって記録部材上に固定される。
前記定着方式としては、そのエネルギー効率のよさから、現在は加熱ヒートローラ方式が広く一般に用いられている。
熱ヒートローラやフィルムを介した加熱定着方式は、トナーに対して離型性を有する材料で表面を形成した定着部材の表面に、被定着シートのトナー像面を接触させながら定着を行なうものである。
この方法は、定着部材の表面と被定着シートのトナー像とが接触するため、トナー像を被定着シート上に融着する際の熱効率が良好で、迅速に定着を行なうことができる。
しかしながら、上記方法では、熱ローラやフィルム表面とトナー像とが溶融状態で接触するために、トナー像の一部が定着ローラやフィルム表面に転写付着してしまい、次の被定着シートに再転移してオフセット現象を生じてしまうホットオフセット現象が発生することがある。
熱定着ローラやフィルム表面に対してトナーが付着しないようにすることが、加熱定着方式では重要である。
このため、従来は、定着部材表面にシリコーンオイルなどを塗布することが行なわれてきた。
シリコーンオイルを塗布することにより、定着部材の表面温度をある程度高くしても、トナーの離型性が保たれ、定着を充分に行ないながら、オフセットの発生を防止することができる。
しかしながら、定着部材にシリコーンオイルを塗布するためには、オイルタンク、オイル塗布装置が必要であり、定着装置が複雑、大型となる。
また、シリコーンオイルが熱により蒸発し、機内を汚染するなどの課題を有していた。
そこで、シリコーンオイルの供給装置を用いないで、代わりに加熱時にトナー自体から離型性を得るという観点から、トナー中に離型剤を添加する方法が一般的となっている。
例えば、特許文献1の特開平8−278662号公報、特許文献2の特開平8−334920号公報、特許文献3の特開平10−161347号公報、特許文献4の特開2000−321815号公報、特許文献5の特開2004−294997号公報、特許文献6のWO2005/081639号公報等に開示されているように、離型剤を加えることで低温定着、ホットオフセット、耐ブロッキング性に優れたトナーが提案されており、うち、特許文献5及び6には、揮発温度130℃以下の低温揮発成分A、揮発温度130℃以上180℃の高温揮発成分Bの含有量を、共に、100ppm以下の極少量に抑え、さらに低温揮発成分Aの含有量を高温揮発成分高Bの含有量よりも低く抑えたトナーが提案されている。
しかしながら、これらのトナーにおいても、特に高速機などにおいては、例えば、耐高温オフセット性は優れているが低温定着性が今一歩であったり、耐低温オフセット性や低温定着性には優れているが、耐ブロッキング性にやや劣り、現像性が劣化するなどの弊害があったり、低温時と高温時の耐オフセット性が両立できなかったりしていた。
そして、特許文献7の特開平8−44110号公報では、トナー中の揮発分が0.1重量%未満であり、ワックス成分がDSC曲線において昇温時に70〜130℃の領域に最大ピークを持ち、最大ピーク温度に対して±9℃の範囲に降温時の最大発熱ピークを有するトナーにより、定着性と耐オフセット性を向上し、感光体や現像剤端持体に悪影響を及ぼさないトナーが得られるとしている。すなわち、トナー中の残留溶媒や未反応モノマー等の揮発分を0.1重量%未満、好ましくは0.05重量%以下、更に好ましくは0.02重量%以下と可及的に少量とし、ワックス成分がDSC曲線において昇温時に70〜130℃の領域に最大ピークを持つワックス成分を用いることにより、粉砕法トナー製造初期にこの温度範囲で溶融ワックス成分とバインダ樹脂に適度な可塑効果を及ぼして、均一な混練トナー組成物や均一なワックス分散がなされることになり、トナー製造後期に該ワックス成分の成長や相分離も容易となると説明している。また、最大ピーク温度に対して±9℃の範囲に降温時の最大発熱ピークを有する(発熱ピークが吸熱ピークに近い)ことにより、ワックスの熱応答性が迅速になると説明している。
しかしながら、トナーとしての揮発分を規定しこれが少なくても、ワックスが単離し、揮発し、定着部分に堆積し画像形成装置内を汚染する現象についてはワックス単体での揮発性が原因となるため、機内汚染を回避することができず、オイル付着画像異常画像となってしまう課題を解決することはできなかった。
我々は、既に、特許文献8の特開2006−221149号公報にて、高速画像形成装置における定着性、現像性が、共に表面近傍にあるワックス量に相関することを実験データによる検証から発見するに至ったことを踏まえ、従来の問題点であるトナー粒子表面近傍に存在するワックスによって生ずる像担持体、キャリアへの移行を抑えら、定着性を確保するため、感光体(40)の線速度が135〜300mm/secと高速であって、現像装置(4)で使用されるトナーは、少なくともバインダ樹脂、着色剤、ワックスとを含んで構成され、トナー粒子表面近傍におけるワックスの存在量(ワックス)/(ワックス+樹脂量))を0.4〜10重量%とすることを提案している。
また、特許文献9の特許第4255846号公報にて、離型剤の分散状態を制御することで、耐オフセット性を向上させ定着性を良好にするとともに、耐ブロッキング性を向上させて長期の保存性にも優れる画像形成装置を既に提案しているが、この画像液性装置は、感光体と、該感光体を帯電させる帯電手段と、該感光体を露光して静電潜像を形成する露光手段と、トナーが装填され、該静電潜像をトナーを用いて現像してトナー像を形成する現像手段と、感光体上に担持されたトナー像を被記録材に転写する転写手段と、被記録材上のトナー像を定着する定着手段とを有し、該定着装置が、発熱体を具備する加熱体と、前記加熱体と接触するフィルムと、前記フィルムを介して前記加熱体と圧接する加圧部材とを有し、前記フィルムと前記加圧部材の間に未定着画像を形成させた被記録材を通貨させて加熱定着する定着装置であり、また、前記トナーが、少なくともバインダ樹脂、着色剤、及びワックスを含み、前記ワックスの含有量が、DSC(示差走査熱量計)法により求められるワックスの吸熱量を質量換算した値で、全トナー質量の3〜4.8質量%であり、トナー粒子の表面から0.3μmまでの深さ領域に存在する前記ワックスの量を規定する値として、FTIR=ATR(全反射吸収赤外分光)法により求められる前記ワックス由来のピーク(2850cm−1)と前記バインダ樹脂由来のピーク(828cm−1)との強度比(P2850/P828)が0,01〜0.04の範囲にあり、かつ前記ワックスの少なくとも一部がトナー粒子中に内包された複数の独立したワックス分散粒子として存在するトナーであることを特徴とするものである。
しかしながら、上記提案の画像形成装置において、高画像面積率で高枚数の画像通紙を行なったところ、以下のような不具合が発生することを、その後の当該画像形成装置についての更なる検討の過程で、知見した。
定着の際、トナーを離型させるために含有されているワックスが離型の際定着部材に微量に残る。本来これは離型性を出すため必然のこととなり、オフセット防止に役立つものであるが、これが定着部材上で滞留するため、高温状態で保たれてしまい、離型剤が揮発し、定着装置付近に付着、堆積する。
そして、定着の輻射熱により固まりとなって流れ出し、画像状にオイル付着状の画像として発生してしまう不具合となってしまった。
これは高速機においては、連続で出力される機会が多く、定着部がセーブモードにならず常に加温状態で長い期間にわたり熱負荷がかかり続けることが大きいと考えられるが、該画像形成装置におけるこのような課題は、当然のことながら、当該画像形成装置以前から認識されたものではなく、したがって、課題解決のための方策も提案されてなかった。
本発明は上記問題点を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。
すなわち、トナー中に使用される離型剤の特性と分散状態を制御し、耐オフセットを向上させ定着性を良好とするとともに、定着部から発生する離型剤の揮発成分を抑え、機内汚染や以上画像を発生させず、長期にわたり安定した画像を提供できる画像形成装置を提供することを目的とする。
上記課題は、本発明の下記(1)〜(7)によって解決される。
(1)「像担持体と、像担持体表面を帯電させる帯電手段と、像担持体上に露光することによって潜像を書き込む露光手段と、トナーを有し像担持体上に書き込まれた潜像にを該トナーで現像して可視像を形成する現像手段と、前記可視像を記録媒体に直接または中間転写体を介して転写する転写手段と、記録媒体に転写された転写像を定着させる定着手段と、転写し切れなかった像担持体上の転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段とを有する画像形成装置において、前記定着手段はニップ時間が30〜70msecであり、前記トナーは少なくとも結着樹脂、着色剤、離型材、添加材を含む電子写真用トナーであって、前記離型材が165℃で10分間放置での加熱減量が0.5〜2.0%でありかつ、前記トナーのFTIR−ATRによる離型材由来の吸収スペクトルピーク(2850cm−1)と結着樹脂由来の吸収スペクトルピーク(828cm−1)との強度比(P2850/P828)が0.03≦P≦0.25で、DSCによる離型剤由来の融解熱量が2〜25mj/mgの範囲である画像形成装置」、
(2)「前記離型材の融点が70℃以上であることを特徴とする前記第(1)項に記載の画像形成装置」、
(3)「前記定着装置の定着媒体表面は少なくともフッ素樹脂を含有することを特徴とする前記第(1)又は第(2)項に記載の画像形成装置」、
(4)「前記トナーは、少なくともトナー組成物及び/又はトナー組成物前駆体を含む油相及び/又はモノマー相を水系媒体に分散及び/又は乳化して造粒することによって得られたトナーであることを特徴とする前記第(1)項乃至第(3)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(5)「前記トナーは堆積平均粒径(Dv)が4.0〜7.0μmであり、さらに個数平均粒径(Dn)とのDv/Dnが1.00〜1.25であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(4)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(6)「前記トナーは平均円形度が0.93〜0.98であることを特徴とする前記第(1)項乃至第(5)項のいずれかに記載の画像形成装置」、
(7)「少なくとも静電潜像を担持する、像担持体と、像担持体上の潜像を幻像ローラ上のトナーで現像する現像装置とを備え、画像形成装置着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、前記プロセスカートリッジは前記第(1)項乃至第(6)項のいずれかに記載の画像形成装置に備えられることを特徴とするプロセスカートリッジ」。
本発明は、高速画像形成装置における定着性、現像性が、共に表面近傍にあるワックス量に相関することを実験データによる検証から発見するに至った旨の前記特許文献8記載の技術的知見結果を踏まえるだけでなく、さらに離型剤のワックスの定着温度付近での揮発量を適当量に抑制し、また、ワックス由来のピーク(2850cm−1)とバインダ樹脂由来のピーク(828cm−1)との強度比(P2850/P828)についてより厳密に制御し、かつ、そのようなワックスの融解熱量による添加量をも制御することで、従来の問題点であるトナー表面近傍に存在するワックスによって生ずる像担持体、キャリアへの移行を抑えながら、定着性を確保し、さらに定着による発生するワックス揮発による機内汚染を抑制し、安定した画像を供給するものである。
そして、このトナー表面近傍のワックスは、トナーの帯電立ち上がりに影響する。
ワックスの感光体、キャリアへの移行によるスペントを抑え、滑り性を高めることができるワックスの好適範囲にする。
とくに、外添剤を添加したときに、外添剤の遊離、埋没を抑えるワックス量にすることで、さらに、トナーの帯電立ち上がりをよくすることができる。
すなわち、本発明の画像形成装置は、高速画像形成装置で問題となる機内汚染を解決し、定着性における定着トナーの強度確保と、現像性におけるトナーの帯電立ち上がり性確保という別々の工程における高速対応の課題を、離型剤の揮発成分とトナー表面近傍の離型材量を最適化することで、全く異なる視点からの効果発現により、キャリアへのワックス移行によるフィルミング発生という二律背反を抑えながら、高速画像形成を達成することができたものである。
上記課題を解決するための手段によって、本発明の画像形成装置では、定着におけるトナーの剥離がなく、強固に記録媒体上にトナーを定着させ、オフセットによる異常画像の発生がなく、さらに離型材による揮発がないことから機内への汚染がなく、さらに、トナーがワックスを含有していてもキャリアへの移行がなく、キャリアの帯電性を変えることがないので高品位の画像が得られる。
本発明の画像形成装置の構成を示す概略図である。 本発明の画像形成装置に用いられる定着装置の一実施形態の構成を示す概略図である。 本発明の画像形成装置に用いられる定着装置の他の一実施形態の構成を示す概略図である。 現像装置の構成を示す概略図である。 本発明の画像形成装置に用いられる接触式の帯電装置の構成を示す概略図である。 評価使用チャートの例である。
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
なお、いわゆる当業者は特許請求の範囲内における本発明を変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正はこの特許請求の範囲に含まれる。
図1は、本発明の画像形成装置の構成を示す概略図である。
図中、符号(100)は複写装置本体、(200)はそれを載せる給紙テーブル、(300)は複写装置本体(100)上に取り付けるスキャナ、(400)はさらにその上に取り付ける原稿自動搬送装置(ADF)である。
複写装置本体(100)には、潜像担持体としての感光体(40)の周囲に帯電、現像、クリーニング等の電子写真プロセスを実行する各装置を備えた画像形成手段(18)を、4つ並列にしたタンデム型画像形成装置(20)が備えられている。
タンデム型画像形成装置(20)の上部には、画像情報に基づいて感光体(40)をレーザー光により露光し、潜像を形成する露光装置(21)が設けられている。
また、タンデム型画像形成装置(20)の各感光体(40)と対向する位置には、無端状のベルト部材からなる中間転写ベルト(10)が設けられている。
中間転写ベルト(10)を介して感光体(40)と相対する位置には、感光体(40)上に形成された各色のトナー像を中間転写ベルト(10)に転写する一次転写手段(62)が配置されている。
また、中間転写ベルト(10)の下方には、中間転写ベルト(10)上に重ね合わされたトナー像を、給紙テーブル(200)より搬送されてくる転写紙に一括転写する二次転写装置(22)が配置されている。二次転写装置(22)は、2つのローラ(23)間に、無端ベルトである二次転写ベルト(24)を掛け渡して構成され、中間転写ベルト(10)を介して支持ローラ(16)に押し当てて配置し、中間転写ベルト(10)上のトナー像を転写紙に転写する。
二次転写装置(22)の脇には、転写紙上の画像を定着する定着装置(25)が設けられている。定着装置(25)は、定着ベルト(26)に加圧ローラ(27)を押し当てて構成する。
上述した二次転写装置(22)は、画像転写後の転写紙をこの定着装置(25)へと搬送するシート搬送機能も備えている。もちろん、二次転写装置(22)として、転写ローラや非接触のチャージャを配置してもよく、そのような場合は、このシート搬送機能を併せて備えることは難しくなる。
なお、図示例では、二次転写装置(22)及び定着装置(25)の下に、上述したタンデム画像形成装置(20)と平行に、転写紙の両面に画像を記録すべく転写紙を反転する反転装置(28)を備える。
また、感光体(40)と現像装置(4)、共に一体に支持され、画像形成装置本体に対し着脱自在に形成されるプロセスカートリッジとすることができる。
このプロセスカートリッジは、この他に帯電手段、クリーニング手段を含んで構成してもよい。
定着装置は、定着ニップ時間が30〜70msecであることが好ましい。これは必要な熱量を得て定着性が必要があるためである。
30msec以下であると必要な熱量が得られず定着不良が発生してしまう。また、70msec以上であると熱量が多すぎ、ホットオフセットや定着紙のロールや巻きつきなどが発生してしまう。
図2は、本発明の画像形成装置に用いられる定着装置の一実施形態の構成を示す概略図である。
ここでは、定着ローラと加熱ローラとで構成されている定着部材で説明する。
定着装置(25)は、図2に示すように、定着ローラ(251)はステンレス、アルミニウム等の金属製の芯金の外周に、加圧ローラ(252)とニップを形成するために、例えば発泡シリコーンゴムや液状シリコーンゴム等の耐熱弾性材料で環状に成型加工された弾性層を備える。弾性層の表層には、転写紙及びトナーの離型性をよくするために離型層を設ける。
離型層には、耐熱性があり表面エネルギーの小さい材料が使用され、例えばシリコーン樹脂、フッ素樹脂、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、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(PFA)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)などの高分子樹脂からなる耐熱性チューブとして使用される。
定着ローラ(251)の芯金中には定着ローラ(251)の温度上昇を加速させるためのハロゲンヒータ等の熱源が配設される。
加圧ローラ(252)は、ステンレス、アルミニウム等の金属製の芯金の外周にフッ素系ゴム、シリコーンゴム等の耐熱弾性材料からなる弾性層を適度な厚みで備え、定着ローラ(251)と同様に、表層にフッ素系樹脂等からなる離型層を備える。
また、加圧ローラ(252)は、定着ローラ(251)に向けて図示しないバネ等の加圧部材により押圧されており、弾性層を弾性変形させることにより定着ローラ(251)との間で、一定時間トナーを加圧及び/又は加熱できる定着領域であるニップ部を形成する。
また、本発明の画像形成装置では、発熱体を具備する加熱体と、この加熱体と接触するフィルムと、このフィルムを介して加熱体と圧接する加圧部材とを有し、フィルムと加圧部材の間に未定着画像を形成させた記録媒体を通過させて加熱定着する定着装置を用いることができる。
図3は、本発明の画像形成装置に用いられる定着装置の一実施形態の構成を示す概略図である。
定着装置(25)は、図3に示すように、定着フィルム(26)を回転させて定着する、いわゆるサーフ定着装置である。
以下詳説すると、定着フィルム(26)はエンドレスベルト状耐熱フィルムであり、フィルムの支持回転体である駆動ローラ(25c)と、従動ローラ(25b)と、この両ローラ間の下方に設けたヒータ支持体に保持させて固定支持させて配設した加熱体(25f)と、に懸回張設してある。
従動ローラ(25b)は定着フィルム(26)のテンションローラを兼ね、定着フィルム(26)は駆動ローラ(25c)の図中時計回転方向の回転駆動によって、時計回転方向に向かって回転駆動される。この回転駆動速度は、加圧ローラ(27)と定着フィルム(26)が接する定着ニップ領域(L)において、転写材と定着フィルム(26)の速度が等しくなる速度に調節される。
ここで、加圧ローラ(27)はシリコンーゴム等の離型性のよいゴム弾性層を有するローラであり、反時計周りに回転しつつ、前記定着ニップ領域(L)に対して総圧4〜10kgの当接圧をもって圧接させてある。
また、定着フィルム(26)は、耐熱性、離型性、耐久性に優れたものが好ましく、総厚100μm以下、好ましくは40μm以下の薄肉のものを使用する。
例えばポリイミド、ポリエーテルイミド、PES(ポリエーテルサルファイド)、PFA(4フッ化エチレンバーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体樹脂)等の耐熱樹脂の単層フィルム、或いは複合層フィルム、例えば20μm厚フィルムの少なくとも画像当接面側にPTFE(4フッ化エチレン樹脂)、PFA等のフッ素樹脂に導電材を添加した離型性コート層を10μm厚に施したものや、フッ素ゴム、シリコンーゴム等の弾性層を施したものである。
図3において、加熱体(25f)は平面基板(25e)及び定着ヒータ(25a)から構成されており、平面基板(25e)は、アルミナ等の高熱伝導度且つ高電気抵抗率を有する材料からなっており、定着フィルム(26)と接触する表面には抵抗発熱体で構成した定着ヒータ(25a)を長手方向に設置してある。
かかる定着ヒータ(25a)は、例えばAg/Pd、TaN等の電気抵抗材料をスクリーン印刷等により、線状もしくは帯状に塗工したものである。
また、前記定着ヒータ(25a)の両端部には、図示しない電極が形成され、この電極間に通電することで抵抗発熱体が発熱する。
さらに、前記基板の定着ヒータ(25a)が具備させてある面と逆の面には、サーミスタによって構成した定着温度センサ(25d)が設けられている。
定着温度センサ(25d)によって検出された基板の温度情報は、図示しない制御手段に送られ、かかる制御手段により定着ヒータ(25a)に供給される電力量が制御され、加熱体は所定の温度に制御される。
このような、定着装置(25)の線速を有する本発明の画像形成装置では、トナーを、少なくともバインダ樹脂、着色剤、離型剤(ワックス)とを含んで構成され、トナー表面近傍におけるFTIR−ATRによる離型材由来の吸収スペクトルピーク(2850cm−1)と結着樹脂由来の吸収スペクトルピーク(828cm−1)との強度比(P2850/P828)が0.03≦P≦0.25の先行技術におけるものに比しより厳格な範囲に制御し、さらに離型材の165℃で10分間放置での加熱減量が0.5〜2.0重量%以下で、かつ、DSCによる離型剤由来の融解熱量が2〜25mj/mgであることが必要である。
ここで、トナー表面近傍とは、トナー表面から0.3μmの範囲内で、トナー表面に露出・非露出のいずれでもよい。離型材の強度比を0.3〜0.25の範囲にすることで、トナー表面の離型材量が定着におけるオフセットの発生を防止し、かつ、キャリアへの移行を抑え帯電性が変わるのを防止することができる適量となる。
このワックスの存在量が0.3未満では、定着におけるオフセットの発生を防止することができない。また、ワックスの存在量が0.25を越えると、キャリアの帯電性が変わり長期ランでは帯電性が低下しトナー飛散や地肌汚れなどの異常画像が発生する。
さらに定着装置(25)は、通常150℃〜200℃程度で定着温度を制御を行なっている。
これに対してトナーに使用される離型材は、一般的に融点は離型性を発現させるためこれより低い融点を有する。このため定着温度により離型材は溶融し液体となって定着装置との離型性を得、非定着部材に定着するが、この際溶融した離型材は一部定着部材に残留してしまう。
これが定着温度により一部揮発し、定着装置(25)付近に付着、機内汚染となってしまい、長期のランにより堆積し、定着温度の輻射熱により流動し、画像上に落ち付着画像となってしまう。
これらを防ぐため、離型材の定着温度付近の165℃での加熱減量を0.5〜2.0%にすることで、揮発成分を適度の量範囲となし、機内汚染の発生を抑制できる。
加熱減量が0.5%未満は揮発成分は少な過ぎ、機内汚染は押さえられるが、反対に可塑粘着性が弱く、定着性が得られない。2.0%を超えると、離型材の揮発が発生し、機内汚染とつながってしまう。
また、該トナーの離型材由来の融解熱量が2〜25mJ/mgであることが必要である。
融解熱量が2未満であると、トナーの離型性が悪く、定着オフセットの離型性を得ることができない。また25mj/mgを超えると、たとえ加熱減量を前記範囲内に減らしてもワックス成分比率が多くなることから、機内汚染性へ悪影響を与えるとともに、離型材がキャリアへの移行を抑え帯電性が変わるのを防止することができなくなる。
ここで、表面の離型材の存在量は、FTIR−ATR(全反射吸収赤外分光)法で、バインダ樹脂のピーク(828cm−1)とワックス(2850cm−1)強度との強度比(P2850/P828)から算出できる。
FTIR−ATR法は、測定原理から分析深さは0.3μm程度であり、この分析により、トナー粒子の表面から0.3μmの深さ領域における相対的なワックスの含有重量を求めることができる。
測定方法は以下のとおりである。
先ず、試料として、バインダ樹脂とワックスを瑪瑙乳鉢で混合して、3gを取り、自動ペレット成型器(Type M No.50 BRP−E;MAEKAWA TESTING MACHINE CO.製)で、6tの荷重で1分間プレスして40mmφ(厚さ約2mm)ペレットを作製した。
そのトナーペレット表面を、FTIR−ATR法により測定した。
用いた顕微FTIR装置は、PERKIN ELMER社製 Spectrum OneにMultiScope FTIR ユニットを設置したもので、直径100μmのゲルマニウム(Ge)結晶のマイクロATRで測定した。赤外線の入射角41.5°、分解能4cm−1、積算20回で測定した。
このときに、基地になる結着樹脂、測定目的のワックス等のそれぞれの材料を特定でき、重複しない波長を選択する。なお、それぞれの材料に関しては後述する。ここでは、例としてあげるが、得られたワックス由来のピークPwax(例えば、カルナバワックスに対しては2850cm−1)と結着樹脂由来のピークPresin(例えば、ポリエステル樹脂に対して828cm−1)とを選択し、低分子ポリエステル中にカルナバワックスを1、3、5、8、10wt%混合し、瑪瑙乳鉢で充分に均一分散させたものを薄層ペレットにし、ATR法より表面WAX量を測定して検量線を作成しておき、この強度比(Pwax/Presin)からトナー粒子表面近傍の相対的なワックスの重量含有量を測定した。値は測定場所を変えて3回測定した後の平均値を用いた。
また、離型材の加熱減量は、TAインスツルメント製のTGA装置モデルQ5000IR型の高精度TGAを使用し、離型材を0.35mg計量し、25℃から10℃/minの昇温速度で165℃とし、165℃で10分間ホールドしその後300℃まで10℃/minで昇温した。この際165℃のホールド時間で減量した量を測定し、加熱減量を重量%で得た。
また、トナーの融解熱量は、上記同様TAインスツルメント製のTGA装置モデルQ5000IR型の高精度TGAを使用し、トナーを0.35mg計量し25℃から10℃/minの小温速度で200度としその際の融解熱量を測定した。
ワックス量とDSC法によるワックスの吸熱量との関係について、[ワックス量(質量%)=(トナー試料のワックスの吸熱量(J/g)×(100)/(ワックス単体の吸熱量(J/g)]によりワックス量を算出した旨を記載する先行技術(前記特許文献9)では、島津製作所製の示差走査分析器、DSC60を用いていたが、本質的な差異はない。
離型剤は、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができるが、165℃での加熱減量が0.5〜2.0重量%の範囲ものであることが必要である。
離型材としてはカルボニル基を有するワックス、ポリオレフィンワックス、長鎖炭化水素等を用いることができる。これらは、単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
カルボニル基を有するワックスの具体例としては、カルナバワックス、モンタンワックス、トリメチロールプロパントリベヘネート、ペンタエリスリトールテトラベヘネート、ペンタエリスリトールジアセテートジベヘネート、グリセリントリベヘネート、1,18−オクタデカンジオールジステアレート等の複数のアルカン酸残基を有するエステル;トリメリット酸トリステアリル、マレイン酸ジステアリル等の複数のアルカノール残基を有するエステル;ジベヘニルアミド等の複数のアルカン酸残基を有するアミド;トリメリット酸トリステアリルアミド等の複数のモノアミン残基を有するアミド;ジステアリルケトン等のジアルキルケトン等が挙げられるが、複数のアルカン酸残基を有するエステルが特に好ましい。ポリオレフィンワッックスの具体例としては、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等が挙げられる。長鎖炭化水素の具体例としては、パラフィンワッックス、サゾールワックス等が挙げられる。
いずれも加熱減量が上記範囲内にする必要がある。
このため、例えば上記公知の離型材を、高温でエージングすることで揮発成分をあらかじめ揮発さえてしまうことにより、加熱減量の調整を行なったり、離型材の精製の際に精製工程を増やすことにより不純物等を減らすことで、上記範囲の加熱減量にする必要がある。
また、離型材は各々融解熱量が異なるが、上記記載の熱量2〜20mJ・mgとなるようにトナー中への配合量を調整することが必要である。
離型剤の融点は、50〜120℃であることが好ましく、70〜100℃がより好ましく、75〜90℃が特に好ましい。融点が50℃未満であると、加熱減量成分を減らすことは著しく難しくなるとともにワックスが耐熱保存性に悪影響を与えることがある。120℃を超えると、低温定着性が厳しくなり定着時にコールドオフセットを起こすことがある。
画像形成手段(18)の現像装置(4)には、上記のトナーを含んだ現像剤を用いる。 図4は、現像装置の構成を示す概略図である。
現像装置(4)内には、現像剤担持体である現像ローラ(48)が感光体(40)に近接するように配置されていて、双方の対向部分に現像領域が形成される。
現像ローラ(48)では、アルミニウム、真鍮、ステンレス、導電性樹脂などの非磁性体を円筒形に形成してなる現像スリーブ(46)が、回転駆動機構によって回転されるようになっている。また、感光体(40)と現像スリーブ(46)との間隔である現像ギャップが設定されている。
現像剤の搬送方向における現像領域の上流側部分には、現像剤チェーン穂の穂高さ、すなわち、現像スリーブ(46)上の現像剤量を規制するドクタブレード(47)が設置されている。
このドクタブレード(47)と現像スリーブ(46)との間隔であるドクタギャップが設定されている。
現像ローラ(48)の感光体(40)と反対側領域には、現像装置(4)内の現像剤を攪拌しながら現像ローラ(48)へ汲み上げるための混合・撹拌スクリュー(45)が設置されている。
この現像装置(4)は、現像剤担持体が現像剤を担持、搬送して、感光体(40)との対向位置において交互電界を印加して感光体(40)上の潜像を現像するが、その際に、交互電界を印加することで現像剤を活性化させ、トナーの帯電量分布をより狭くすることができ、現像性を向上させることができる。
また、本発明の画像形成装置における現像装置(4)は、現像スリーブの線速が感光体(40)の線速に対して1.1〜5.0、好ましくは、1.1〜3.0、の範囲であって、かつ、現像剤によって形成される現像幅が1〜5mmである。
現像剤担持体である現像スリーブは、現像装置(4)内にあるトナーと混合している現像剤を感光体(40)に供給する。
高速画像形成装置では、画像形成の速度が速いことから、多量のトナーを供給しなければならず、現像スリーブを感光体の線速以上にする。
特に、現像スリーブの線速は、感光体の線速の1.1〜5.0倍にする。さらに、好ましくは、現像スリーブの線速は、感光体の線速の1.1〜3.0倍にする。
高速画像形成装置では、現像領域に多くのトナーを供給しなければならず、補給されたトナーが充分帯電できない場合がある。
本発明においては、このトナーが適正に帯電するように、トナー表面近傍におけるワックスの存在量(ワックス量/(ワックス量+樹脂量))が0.4〜10重量%の範囲にする。これによって、トナー表面からキャリアへのワックスの移行を抑えることができる。
従来、現像装置内の混合・撹拌スクリュー等を速く回転させると、キャリアとトナーとを激しく混合・撹拌することになり、トナー表面に存在するワックスがキャリアに移行して、キャリアの帯電性が変わる。
このとき、ワックスの帯電性がトナーの帯電量の絶対値を大きくするものであっても、小さくするものであっても異常画像になる。
画像形成装置では、感光体(40)の帯電電位、トナーの帯電量、現像スリーブの線速、現像スリーブに印加する電位等を含めて決定している。このために、トナーの帯電量の絶対値が大きくなると画像濃度が低下する。
フルカラー画像では、各色の濃度バランスが崩れ、色再現ができなくなる。
また、トナーの帯電量の絶対値が小さくなると、低帯電量・逆帯電量のトナーが増加することから地肌かぶりが生じ、さらに、フルカラー画像では、各色の濃度バランスが崩れ、色再現ができなくなる。
このために、トナー表面近傍のワックス量を規定することで、ワックスによる滑り性によってキャリアとトナーとの混合性が増し、素早く混合されることで帯電立ち上がりを速くすることができる。
さらに、外添剤を添加したときに、外添剤による帯電量制御に影響のない外添剤量が埋没するワックス量にする。
一度埋没した部分には再度外添剤が埋没することが少なく、帯電量を安定させることができる。また、外添剤の埋没が少ないことで、流動性が高く帯電立ち上がりも速いまま維持することができる。
現像スリーブの線速が感光体線速の1.1倍未満では、供給されるトナーが少なく画像濃度が低い。
特に、現像スリーブの線速が同速だと、感光体がうける圧力が最大になり、感光体のスムーズな回転が妨げられ、濃淡が交互に表われる異常画像になる。
また、このときに、現像スリーブの線速が5.0倍を越えると、キャリアが形成する磁気ブラシの摺擦する回数が多くなり、ハーフトーン等の中間濃度の画像にブラシで掃いた跡のようなスジが表われる。
また、縦の細線と横の細線の太さが異なってくるので、高品位の画像が得られない。
このときに、現像スリーブ上での磁気的撹拌でトナーはストレスを受けるために、現像スリーブの回転数が速いほど、キャリアへのワックスの移行、外添剤の埋没が激しくなるために、とくに、3.0倍以下にすることが好ましい。
また、現像剤が感光体(40)と接触して摺擦する幅である現像幅が1〜5mmの範囲にある。
この現像幅が長いほど、トナーが現像電界を受ける時間が長くなり、現像されるトナー量を多くすることができる。
この現像幅を1mm未満にすると、現像されるトナー量が少なくなり、画像濃度が低下する。このときに、現像電界を大きくして現像されるトナー量を増やすと、地肌かぶりが生じ異常画像になる。
また、現像幅が5mmを越えると地肌かぶりが多くなり、さらに、ハーフトーン画像にブラシで掃いた跡のようなスジが表われる。
また、本発明の画像形成装置では、印加する現像バイアスにより生ずる現像電界は、直流と交流を重畳させて発生させる交互電界を用いてもよい。
帯電したトナーは、現像スリーブと感光体(40)との間に印加された交互電界により現像される。
さらに、交互電界が印加されていることにより、現像されて感光体(40)上にあるトナーが振動するように運動し、次第に静電潜像に忠実に揃えられ高品位の画像を得ることができる。
また、感光体(40)に磁気ブラシの穂が近接していると、磁性キャリアによって強調された電界が生ずるために、この部分でトナーが振動するようにより激しく運動し、さらに、潜像Lに忠実に揃えられ高品位の画像を得ることができる。
図5は、本発明の画像形成装置に用いられる接触式の帯電装置の構成を示す概略図である。
感光体は矢印の方向に所定の速度(プロセススピード)で回転駆動される。
この感光体に接触させた帯電部材である帯電ローラ(60a)は芯金(60c)と、この芯金(60c)の外周に同心一体にローラ上に形成した導電ゴム層(60d)を基本構成とし、芯金(60c)の両端を、不図示の軸受け部材などで回転自由に保持させると供に、不図示の加圧手段によって感光体(40)に所定の加圧力で押圧させており、この帯電ローラ(60a)は感光体(40)の回転駆動に従動して回転する。
帯電ローラ(60a)は、直径9mmの芯金(60c)上に100000Ω・cm程度の中抵抗ゴム層を被膜して直径16mmに形成されている。
帯電ローラ(60a)の芯金(60c)と図示の電源(60f)とは、電気的に接続されており、電源(60f)により帯電ローラ(60a)に対して所定のバイアスが印加される。
これにより、感光体(40)の周面が所定の極性、電位に一様に帯電処理される。
帯電部材の形状としては、ローラの他にも、磁気ブラシ、ファーブラシなど、どのような形態をとってもよく、電子写真装置の仕様や形態にあわせて選択可能である。
磁気ブラシを用いる場合、磁気ブラシは例えばZn−Cuフェライト等、各種フェライト粒子を帯電部材として用い、これを支持させるための非磁性の導電スリーブ、これに内包されるマグネットロールによって構成される。
また、ファーブラシを用いる場合、例えばファーブラシの材質としては、カーボン、硫化銅、金属、及び金属酸化物により導電処理されたファーを用い、これを金属や他の導電処理された芯金に巻き付けたり張り付けたりすることで帯電装置とする。
本発明の画像形成装置に用いるトナーは、少なくとも結着樹脂、有彩色の着色剤、離型材とからなり、粉砕法、重合法(懸濁重合、乳化重合分散重合、乳化凝集、乳化会合等)等の製造方法があるが、これらの製造方法に限るものではない。
本発明のトナーは、高画質高精細の画像を出力させるべく、小粒径で球形に近いトナーであることが好ましい。このようなトナーの製造方法としては、水系媒体中で油相を乳化、懸濁又は凝集させトナー母体粒子を形成させる、懸濁重合法、乳化重合法、ポリマー懸濁法等がある。
本発明は、いわゆる粉砕法として用いられるトナーでも可能であるが、水系中で作成されるトナーとして使用されるほうが好ましい。
混練粉砕工程を経る、いわゆる粉砕トナーでは、混練工程である程度添加物は均一に分散され、トナー中に存在することとなる。このため、粉砕界面になる材料が表面に来る場合はあるが、離型材の表面偏在を制御することは難しく、表面離型材のピーク比を規定内に作りこむのは難しい。
一方、水系では水系中でトナーを油相として造粒する上で、トナー粒子内で材料の位置制御を行なうことは比較的可能である。
本発明は、表面の離型材量の制御が規定された状態となるように、水相、油相、層状無機鉱物を適宜選択して達成することが可能となる。
有機溶媒は、目的に応じて適宜選択することができるが、除去が容易であることから、沸点が150℃未満であることが好ましい。
具体的には、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等が挙げられる。
中でも、トルエン、キシレン、ベンゼン、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等が好ましく、酢酸エチルが特に好ましい。これらは、単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
有機溶媒の使用量は、目的に応じて適宜選択することができるが、トナー材料100重量部に対して、40〜300重量部であることが好ましく、60〜140重量部がより好ましく、80〜120重量部がさらに好ましい。
トナー材料は、結着樹脂、離型材、着色剤、以外のものは目的に応じて適宜選択することができるが、通常、結着樹脂として、単量体、重合体、活性水素基を有する化合物及び活性水素基に対する反応性を有する重合体のいずれかを含有し、必要に応じて、その他の成分をさらに含有してもよい。
着色剤は、公知の染料及び顔料の中から、目的に応じて適宜選択することができる。
例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミウムレッド、カドミウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、p−クロロ−o−ニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ピグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン、及びこれらの混合物等が挙げられる。
特に好適に使用することができる着色剤としては、PR122、PR269、PR184、PR57:1、PR238、PR146、PR185等のピグメントレッド;PY93、PY128、PY155、PY180、PY74等のピグメントイエロー;PB15:3等のピグメントブルー等が挙げられる。これらは、単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
着色剤は、結着樹脂等と共に溶媒中に分散させて用いてもよいし、着色剤を溶媒中で分散させることにより得られる着色剤の分散液として用いてもよい。また、着色剤を分散させる際に、適度なせん断力を加えるために、結着樹脂等を一部添加して粘度を調整してもよい。
着色剤の分散粒子径は、1μm以下であることが好ましい。分散粒子径が1μmを超える着色剤を用いて製造されるトナーを用いると、画質が低下しやすくなることがあり、特に、OHPの光透過性が低下しやすくなることがある。
着色剤の分散粒子径は、レーザードップラー法を用いた粒度分布測定装置 マイクロトラック超微粒子粒度分布計UPA−EX150(日機装社製)を用いて測定することができる。
トナー中の着色剤の含有量は、目的に応じて適宜選択することができるが、通常、1〜15重量%であり、3〜10重量%が好ましい。着色剤の含有量が、1重量%未満であると、トナーの着色力が低下し、15重量%を超えると、トナー中での顔料の分散不良が起こり、着色力の低下及びトナーの電気特性の低下を招くことがある。
本発明において、水系媒体は、高分子分散剤を含有することが好ましい。
なお、高分子分散剤は、水溶性高分子であることが好ましい。
水溶性高分子は、公知のものの中から適宜選択することができ、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコール等が挙げられる。これらは、単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
トナー材料を含有する液体を用いて水系媒体中でトナー材料を乳化又は分散させる際には、攪拌しながらトナー材料を含有する液体を水系媒体中に分散させることが好ましい。 分散には、公知の分散機等を適宜用いることができる。
分散機の具体例としては、低速せん断式分散機、高速せん断式分散機、摩擦式分散機、高圧ジェット式分散機、超音波分散機等が挙げられる。
中でも、分散体(油滴)の粒子径を2〜20μmに制御することができることから、高速せん断式分散機が好ましい。
高速せん断式分散機を用いた場合、回転数、分散時間、分散温度等の条件は、目的に応じて適宜選択することができる。
回転数は、1000〜30000rpmであることが好ましく、5000〜20000rpmがより好ましい。
分散時間は、バッチ方式の場合は、0.1〜5分であることが好ましく、分散温度は、加圧下において、0〜150℃であることが好ましく、40〜98℃がより好ましい。なお、一般に、分散温度が高温である。
トナーの母粒子を形成する方法は、公知の方法の中から適宜選択することができる。
具体的には、懸濁重合法、乳化重合凝集法、溶解懸濁法等を用いてトナーの母粒子を形成する方法、接着性基材を生成しながら、トナーの母粒子を形成する方法等が挙げられるが、これらの中でも、接着性基材を生成しながら、トナーの母粒子を形成する方法が好ましい。ここで、接着性基材とは、紙等の記録媒体に対する接着性を有する基材である。
接着性基材を生成しながら、トナーの母粒子を形成する方法は、トナー材料が活性水素基を有する化合物と、活性水素基に対する反応性を有する重合体を含有し、水系媒体中で、活性水素基を有する化合物と、活性水素基に対する反応性を有する重合体を反応させることにより接着性基材を生成しながら、トナーの母粒子を形成する方法である。なお、接着性基材は、この他に公知の結着樹脂をさらに含有してもよい。
このようにして得られるトナーは、着色剤を含有することが好ましく、必要に応じて適宜選択される離型剤、帯電制御剤等のその他の成分をさらに含有してもよい。
接着性基材の重量平均分子量は、3000以上であることが好ましく、5000〜1000000がより好ましく、7000〜500000が特に好ましい。重量平均分子量が、3000未満であると、耐ホットオフセット性が低下することがある。
接着性基材のガラス転移温度は、30〜70℃であることが好ましく、40〜65℃がより好ましい。ガラス転移温度が、30℃未満であると、トナーの耐熱保存性が悪化することがあり、70℃を超えると、低温定着性が充分でないことがある。なお、接着性基材として、架橋反応又は伸長反応したポリエステル樹脂を含有するトナーは、ガラス転移温度が低くても良好な保存性を有する。
ガラス転移温度は、TG−DSCシステムTAS−100(理学電機社製)を用いて、
以下のようにして測定することができる。
まず、トナー約10mgをアルミニウム製の試料容器に入れ、試料容器をホルダーユニットに乗せ、電気炉中にセットする。
室温から昇温速度10℃/分で150℃まで加熱した後、150℃で10分間放置し、室温まで試料を冷却して10分間放置する。
その後、窒素雰囲気下、150℃まで昇温速度10℃/分で加熱して示差走査熱量計(DSC)によりDSC曲線を計測する。
得られたDSC曲線から、TG−DSCシステム中の解析システムを用いて、ガラス転移温度近傍の吸熱曲線の接線とベースラインとの接点からガラス転移温度を算出することができる。
接着性基材は、目的に応じて適宜選択されるが、ポリエステル系樹脂等が好適に用いられる。
ポリエステル系樹脂は、目的に応じて適宜選択されるが、ウレア変性ポリエステル系樹脂等が好適に用いられる。
ウレア変性ポリエステル系樹脂は、活性水素基を有する化合物としてのアミン類と、活性水素基に対する反応性を有する重合体としてのイソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーを水系媒体中で反応させることにより得られる。
なお、ウレア変性ポリエステル系樹脂を合成する際にアミン類の他にアルコール類を添加することにより、ウレタン結合を形成してもよい。
このようにして生成するウレア結合に対するウレタン結合のモル比(イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーが有するウレタン結合と区別するため)は、0〜9であることが好ましく、1/4〜4であることがより好ましく、2/3〜7/3が特に好ましい。この比が9より大きいと、耐ホットオフセット性が低下することがある。
接着性基材の具体例としては、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物及びイソフタル酸の重縮合物をイソホロンジイソシアネートと反応させたポリエステルプレポリマーをイソホロンジアミンでウレア化したものと、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物及びイソフタル酸の重縮合物との混合物;ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物及びイソフタル酸の重縮合物をイソホロンジイソシアネートと反応させたポリエステルプレポリマーをイソホロンジアミンでウレア化したものと、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物及びテレフタル酸の重縮合物との混合物;ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物/ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物及びテレフタル酸の重縮合物をイソホロンジイソシアネートと反応させたポリエステルプレポリマーをイソホロンジアミンでウレア化したものと、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物/ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物及びテレフタル酸の重縮合物との混合物;ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物/ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物及びテレフタル酸の重縮合物をイソホロンジイソシアネートと反応させたポリエステルプレポリマーをイソホロンジアミンでウレア化したものと、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物及びテレフタル酸の重縮合物との混合物;ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物及びテレフタル酸の重縮合物をイソホロンジイソシアネートと反応させたポリエステルプレポリマーを、ヘキサメチレンジアミンでウレア化したものと、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物及びテレフタル酸の重縮合物との混合物;ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物及びテレフタル酸の重縮合物をイソホロンジイソシアネートと反応させたポリエステルプレポリマーをヘキサメチレンジアミンでウレア化したものと、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物/ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物及びテレフタル酸の重縮合物との混合物;ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物及びテレフタル酸の重縮合物をイソホロンジイソシアネートと反応させたポリエステルプレポリマーをエチレンジアミンでウレア化したものと、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物及びテレフタル酸の重縮合物との混合物;ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物及びイソフタル酸の重縮合物をジフェニルメタンジイソシアネートと反応させたポリエステルプレポリマーをヘキサメチレンジアミンでウレア化したものと、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物及びイソフタル酸の重縮合物との混合物;ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物/ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物及びテレフタル酸/ドデセニルコハク酸無水物の重縮合物をジフェニルメタンジイソシアネートと反応させたポリエステルプレポリマーをヘキサメチレンジアミンでウレア化したものと、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物/ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物及びテレフタル酸の重縮合物との混合物;ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物及びイソフタル酸の重縮合物をトルエンジイソシアネートと反応させたポリエステルプレポリマーをヘキサメチレンジアミンでウレア化したものと、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物及びイソフタル酸の重縮合物との混合物等が挙げられる。
活性水素基を有する化合物は、活性水素基に対する反応性を有する重合体が水系媒体中で伸長反応、架橋反応等する際の伸長剤、架橋剤等として作用する。
活性水素基の具体例としては、水酸基(アルコール性水酸基及びフェノール性水酸基)、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基等が挙げられる。なお、活性水素基は、単独であってもよいし、二種以上の混合物であってもよい。
活性水素基を有する化合物は、目的に応じて適宜選択することができるが、活性水素基に対する反応性を有する重合体がイソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーである場合には、ポリエステルプレポリマーと伸長反応、架橋反応等により高分子量化できることから、アミン類が好適である。
アミン類は、目的に応じて適宜選択することができるが、具体的には、ジアミン、三価以上のアミン、アミノアルコール、アミノメルカプタン、アミノ酸及びこれらのアミノ基をブロックしたもの等が挙げられるが、ジアミン及びジアミンと少量の三価以上のアミンの混合物が好ましい。これらは、単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
ジアミンとしては、芳香族ジアミン、脂環式ジアミン、脂肪族ジアミン等が挙げられる。芳香族ジアミンの具体例としては、フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン等が挙げられる。
脂環式ジアミンの具体例としては、4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン等が挙げられる。
脂肪族ジアミンの具体例としては、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等が挙げられる。
三価以上のアミンの具体例としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン等が挙げられる。
アミノアルコールの具体例としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリン等が挙げられる。
アミノメルカプタンの具体例としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタン等が挙げられる。
アミノ酸の具体例としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸等が挙げられる。
アミノ基をブロックしたものの具体例としては、アミノ基を、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類でブロックすることにより得られるケチミン化合物、オキサゾリゾン化合物等が挙げられる。
なお、活性水素基を有する化合物と、活性水素基に対する反応性を有する重合体の伸長反応、架橋反応等を停止させるには、反応停止剤を用いることができる。
反応停止剤を用いると、接着性基材の分子量等を所望の範囲に制御することができる。
反応停止剤の具体例としては、ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミン等のモノアミン及びこれらのアミノ基をブロックしたケチミン化合物等が挙げられる。
アミン類のアミノ基の当量に対するポリエステルプレポリマーのイソシアネート基の当量の比は、1/3〜3であることが好ましく、1/2〜2がより好ましく、2/3〜1.5が特に好ましい。この比が、1/3未満であると、低温定着性が低下することがあり、3を超えると、ウレア変性ポリエステル系樹脂の分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が低下することがある。
活性水素基に対する反応性を有する重合体(以下「プレポリマー」と称することがある)は、公知の樹脂等の中から適宜選択することができ、ポリオール樹脂、ポリアクリル樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂及びこれらの誘導体等が挙げられる。
中でも、溶融時の高流動性、透明性の点で、ポリエステル樹脂を用いることが好ましい。これらは、単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
プレポリマーが有する活性水素基と反応可能な官能基としては、イソシアネート基、エポキシ基、カルボンキシル基、下記化学構造式
−COCl
で示される官能基等が挙げられるが、中でも、イソシアネート基が好ましい。プレポリマーは、このような官能基の一つを有してもよいし、二種以上を有してもよい。
プレポリマーとしては、高分子成分の分子量を調節し易く、乾式トナーにおけるオイルレス低温定着特性、特に、定着用加熱媒体への離型オイル塗布機構のない場合でも良好な離型性及び定着性を確保できることから、ウレア結合を生成することが可能なイソシアネート基等を有するポリエステル樹脂を用いることが好ましい。
イソシアネート基を含有するポリエステルプレポリマーは、目的に応じて適宜選択することができる。
具体的には、ポリオールとポリカルボン酸を重縮合することにより得られる活性水素基を有するポリエステル樹脂と、ポリイソシアネートの反応生成物等が挙げられる。
ポリオールは、目的に応じて適宜選択することができ、ジオール、三価以上のアルコール、ジオールと三価以上のアルコールの混合物等を用いることができるが、ジオール又はジオールと少量の三価以上のアルコールの混合物が好ましい。これらは、単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
ジオールの具体例としては、エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール等のアルキレングリコール;ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール等のオキシアルキレン基を有するジオール;1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールA等の脂環式ジオール;脂環式ジオールに、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等のアルキレンオキシドを付加したもの;ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS等のビスフェノール類;ビスフェノール類に、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等のアルキレンオキシドを付加したもの等のビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物等が挙げられる。
なお、アルキレングリコールの炭素数は、2〜12であることが好ましい。これらの中でも、炭素数が2〜12であるアルキレングリコール又はビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物が好ましく、ビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物又はビスフェノール類のアルキレンオキシド付加物と炭素数が2〜12のアルキレングリコールの混合物が特に好ましい。
三価以上のアルコールとしては、三価以上の脂肪族アルコール、三価以上のポリフェノール類、三価以上のポリフェノール類のアルキレンオキシド付加物等を用いることができる。
三価以上の脂肪族アルコールの具体例としては、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール等が挙げられる。
三価以上のポリフェノール類の具体例としては、トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラック等が挙げられる。
三価以上のポリフェノール類のアルキレンオキシド付加物の具体例としては、三価以上のポリフェノール類に、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド等のアルキレンオキシドを付加したもの等が挙げられる。
ジオールと三価以上のアルコールを混合して用いる場合、ジオールに対する三価以上のアルコールの重量比は、0.01〜10%であることが好ましく、0.01〜1%がより好ましい。
ポリカルボン酸は、目的に応じて適宜選択することができ、ジカルボン酸、三価以上のカルボン酸、ジカルボン酸と三価以上のカルボン酸の混合物等を用いることができるが、ジカルボン酸又はジカルボン酸と少量の三価以上のポリカルボン酸の混合物が好ましい。
これらは、単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
ジカルボン酸の具体例としては、二価のアルカン酸、二価のアルケン酸、芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。
二価のアルカン酸の具体例としては、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸等が挙げられる。
二価のアルケン酸の炭素数は、4〜20であることが好ましく、具体的には、マレイン酸、フマル酸等が挙げられる。
芳香族ジカルボン酸の炭素数は、8〜20であることが好ましく、具体的には、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等が挙げられる。これらの中でも、炭素数が4〜20の二価のアルケン酸又は炭素数が8〜20の芳香族ジカルボン酸が好ましい。
三価以上のカルボン酸としては、三価以上の芳香族カルボン酸等を用いることができる。
三価以上の芳香族カルボン酸の炭素数は、9〜20であることが好ましく、具体的には、トリメリット酸、ピロメリット酸等が挙げられる。
ポリカルボン酸としては、ジカルボン酸、三価以上のカルボン酸及びジカルボン酸と三価以上のカルボン酸の混合物のいずれかの酸無水物又は低級アルキルエステルを用いることもできる。
低級アルキルエステルの具体例としては、メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステル等が挙げられる。
ジカルボン酸と三価以上のカルボン酸を混合して用いる場合、ジカルボン酸に対する三価以上のカルボン酸の重量比は、0.01〜10%であることが好ましく、0.01〜1%がより好ましい。
ポリオールとポリカルボン酸を重縮合させる際の混合比は、ポリカルボン酸のカルボキシル基に対するポリオールの水酸基の当量比は、通常、1〜2であることが好ましく、1〜1.5がより好ましく、1.02〜1.3が特に好ましい。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー中のポリオール由来の構成単位の含有量は、0.5〜40重量%であることが好ましく、1〜30重量%がより好ましく、2〜20重量%が特に好ましい。この含有量が、0.5重量%未満であると、耐ホットオフセット性が低下し、トナーの耐熱保存性と低温定着性とを両立させることが困難になることがあり、40重量%を超えると、低温定着性が低下することがある。
ポリイソシアネートは、目的に応じて適宜選択することができるが、脂肪族ジイソシアネート、脂環式ジイソシアネート、芳香族ジイソシアネート、芳香脂肪族ジイソシアネート、イソシアヌレート類、これらをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタム等でブロックしたもの等が挙げられる。
脂肪族ジイソシアネートの具体例としては、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトカプロン酸メチル、オクタメチレンジイソシアネート、デカメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、テトラデカメチレンジイソシアネート、トリメチルヘキサンジイソシアネート、テトラメチルヘキサンジイソシアネート等が挙げられる。
脂環式ジイソシアネートの具体例としては、イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネート等が挙げられる。
芳香族ジイソシアネートの具体例としては、トリレンジイソシアネート、ジイソシアナトジフェニルメタン、1,5−ナフチレンジイソシアネート、4,4’−ジイソシアナトジフェニル、4,4’−ジイソシアナト−3,3’−ジメチルジフェニル、4,4’−ジイソシアナト−3−メチルジフェニルメタン、4,4’−ジイソシアナト−ジフェニルエーテル等が挙げられる。
芳香脂肪族ジイソシアネートの具体例としては、α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネート等が挙げられる。
イソシアヌレート類の具体例としては、トリス(イソシアナトアルキル)イソシアヌレート、トリス(イソシアナトシクロアルキル)イソシアヌレート等が挙げられる。これらは、単独で使用しても、二種以上を併用してもよい。
ポリイソシアネートと、水酸基を有するポリエステル樹脂を反応させる場合、ポリエステル樹脂の水酸基に対するポリイソシアネートのイソシアネート基の当量比は、通常、1〜5であることが好ましく、1.2〜4がより好ましく、1.5〜3が特に好ましい。当量比が5を超えると、低温定着性が低下することがあり、1未満であると、耐オフセット性が低下することがある。
イソシアネート基を含有するポリエステルプレポリマー中のポリイソシアネート由来の構成単位の含有量は、0.5〜40重量%であることが好ましく、1〜30重量%がより好ましく、2〜20重量%がさらに好ましい。この含有量が、0.5重量%未満であると、耐ホットオフセット性が低下することがあり、40重量%を超えると、低温定着性が低下することがある。
ポリエステルプレポリマーが一分子当たりに有するイソシアネート基の平均数は、1以上であることが好ましく、1.2〜5がより好ましく、1.5〜4がさらに好ましい。この平均数が、1未満であると、ウレア変性ポリエステル系樹脂の分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が低下することがある。
活性水素基に対する反応性を有する重合体の重量平均分子量は、1000〜30000が好ましく、1500〜15000がより好ましい。重量平均分子量が1000未満であると、耐熱保存性が低下することがあり、30000を超えると、低温定着性が低下することがある。なお、重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いてテトラヒドロフラン可溶分を測定することにより得られる。
GPC測定は、例えば、以下のようにして行なうことができる。
まず、40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定させる。この温度でカラム溶媒として、テトラヒドロフランを毎分1mlの流速で流し、試料濃度を0.05〜0.6重量%に調整したテトラヒドロフラン溶液を50〜200μl注入して測定する。
なお、分子量の測定に当たっては、数種の標準試料により作成された検量線の対数値とカウント数との関係から算出する。
検量線作成用の標準試料としては、分子量が6×10、2.1×10、4×10、1.75×10、1.1×10、3.9×10、8.6×10、2×10及び4.48×10の単分散ポリスチレン(Pressure Chemical社製又は東洋ソーダ工業社製)を用いることができる。このとき、10種類程度の標準試料を用いることが好ましい。なお、検出器としては、屈折率検出器を用いることができる。
本発明において、結着樹脂は、目的に応じて適宜選択することができ、ポリエステル樹脂等を用いることができるが、変性されていない未変性ポリエステル樹脂が好ましい。
これにより、低温定着性及び光沢性を向上させることができる。
未変性ポリエステル樹脂としては、ポリオールとポリカルボン酸の重縮合物等が挙げられる。
未変性ポリエステル樹脂は、その一部がウレア変性ポリエステル系樹脂と相溶していること、すなわち、互いに相溶可能な類似の構造であることが、低温定着性及び耐ホットオフセット性の点で好ましい。
未変性ポリエステル樹脂の重量平均分子量は、1000〜30000であることが好ましく、1500〜15000がより好ましい。重量平均分子量が、1000未満であると、耐熱保存性が低下することがある。このため、重量平均分子量が1000未満である成分の含有量は、8〜28重量%であることが好ましい。一方、重量平均分子量が30000を超えると、低温定着性が低下することがある。
未変性ポリエステル樹脂のガラス転移温度は、通常、30〜70℃であり、35〜60℃がより好ましく、35〜55℃がさらに好ましい。ガラス転移温度が30℃未満であると、トナーの耐熱保存性が低下することがあり、70℃を超えると、低温定着性が低下することがある。
未変性ポリエステル樹脂の水酸基価は、5mgKOH/g以上であることが好ましく、10〜120mgKOH/gがより好ましく、20〜80mgKOH/gがさらに好ましい。水酸基価が、5mgKOH/g未満であると、耐熱保存性と低温定着性とが両立しにくくなることがある。
未変性ポリエステル樹脂の酸価は、1.0〜50.0mgKOH/gであることが好ましく、1.0〜30.0mgKOH/gがより好ましい。これにより、トナーは、負帯電しやすくなる。
トナーが未変性ポリエステル樹脂を含有する場合、未変性ポリエステル樹脂に対するイソシアネート基を有するポリエステルプレポリマーの重量比は、5/95〜25/75であることが好ましく、10/90〜25/75がより好ましい。重量比が、5/95未満であると、耐ホットオフセット性が低下することがあり、25/75を超えると、低温定着性や画像の光沢性が低下することがある。
本発明において、トナーは、離型剤、荷電制御剤、樹脂微粒子、無機微粒子、流動性向上剤、クリーニング性向上剤、磁性材料、金属石鹸等をさらに含有することができる。
<荷電制御剤>
荷電制御剤としては公知のものが使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。
具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、4級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、4級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。このうち、特にトナーを負極性に制御する物質が好ましく使用される。
荷電制御剤の使用量は、バインダ樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダ樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5重量部の範囲がよい。10重量部を超える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、荷電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
<樹脂粒子>
樹脂粒子は、水系媒体中で水性分散液を形成しうる樹脂であれば特に制限はなく、公知の樹脂の中から目的に応じて適宜選択することができ、熱可塑性樹脂であってもよいし、熱硬化性樹脂であってもよい。
具体的には、ビニル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ケイ素樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。
中でも、微細な球状の樹脂粒子の水性分散液が得られやすいことから、ビニル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂及びポリエステル樹脂からなる群より選択される一種以上の樹脂であることが好ましい。これらは、単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
なお、ビニル樹脂は、ビニルモノマーを単独重合又は共重合することにより得られる樹脂であり、具体的には、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、(メタ)アクリル酸−アクリル酸エステル重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体等が挙げられる。
また、樹脂粒子としては、複数の不飽和基を有するモノマーを重合することにより得られる共重合体を用いることもできる。
複数の不飽和基を有するモノマーは、目的に応じて適宜選択することができ、具体的には、メタクリル酸エチレンオキシド付加物硫酸エステルのナトリウム塩エレミノールRS−30(三洋化成工業社製)、ジビニルベンゼン、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート等が挙げられる
樹脂粒子は、公知の方法を用いて重合することにより得ることができるが、樹脂粒子の水性分散液として用いることが好ましい。
樹脂粒子の水性分散液の調製方法としては、ビニル樹脂の場合、懸濁重合法、乳化重合法、シード重合法又は分散重合法を用いてビニルモノマーを重合することにより、樹脂粒子の水性分散液を製造する方法;ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の重付加又は縮合系樹脂の場合、モノマー、オリゴマー等の前駆体又はその溶液を適当な分散剤の存在下、水性媒体中に分散させた後、加熱又は硬化剤を添加して硬化させて、樹脂粒子の水性分散液を製造する方法、モノマー、オリゴマー等の前駆体又はその溶液中に適当な乳化剤を溶解させた後、水を加えて転相乳化する方法;樹脂を機械回転式、ジェット式等の微粉砕機を用いて粉砕、分級することにより、樹脂粒子を得た後、適当な分散剤の存在下で水中に分散させる方法、樹脂の溶液を霧状に噴霧することにより樹脂粒子を得た後、樹脂粒子を適当な分散剤の存在下で水中に分散させる方法、樹脂の溶液に貧溶剤を添加するか、溶剤に加熱溶解した樹脂溶液を冷却することにより、樹脂粒子を析出させ、溶媒を除去して樹脂粒子を得た後、樹脂粒子を適当な分散剤の存在下で水中に分散させる方法、樹脂の溶液を、適当な分散剤の存在下で水性媒体中に分散させた後、加熱、減圧等により溶剤を除去する方法、樹脂の溶液中に適当な乳化剤を溶解させた後、水を加えて転相乳化する方法等が挙げられる。
<無機粒子>
無機粒子は、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができ、具体的には、シリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等が挙げられる。これらは、単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
本発明に用いられるトナーは、トナー母体粒子表面に平均一次粒径が50〜500nmで、嵩密度が0.3g/cm以上の微粒子(以下、単に微粒子という)を外添加して得られたトナーであることが好ましい。
外添加剤として平均一次粒径が50〜500nmで、嵩密度が0.3g/cm以上の微粒子を用いることにより、クリーニング性の補助材としてなり、特に高画質を達成する小粒径トナーを用いた場合に、現像性及び転写性の低下の改善が図られる。
なお、通常の流動性向上剤にシリカ等がよく用いられるが、例えば、このシリカの平均一次粒径は通常10〜30nm、嵩密度が0.1〜0.2g/cmである。
本発明において、トナーの表面に適切な特性の微粒子が存在することで、クリーニングの補助材となる。
また、微粒子は、トナー粒子、感光体、帯電付与部材との接触面積が非常に小さく、均等に接触するので付着力低減効果が大きく、現像・転写効率の向上に有効である。
また、トナーの表面から適度に脱離し、クリーニングブレードの先端部に蓄積し、いわゆるダム効果によって、ブレードからトナーが通過する現象を防止する効果がある。
これらの特性は、トナー粒子の受けるシェアを低減させる作用を示すので、高速定着(低エネルギー定着)のためトナーに含有されている低レオロジー成分によるトナーのフィルミングの低減効果を発揮する。
しかも、微粒子として、平均一次粒径が50〜500μmの範囲のものを用いると、充分にその優れたクリーニング性能を活かすことができる上、きわめて小粒径であるため、トナーの粉体流動性を低下させることがない。
さらに、詳細は明らかでないが、表面処理された微粒子はトナーに外部添加されても、仮にキャリアを汚染した場合においても現像剤劣化の度合いが少ない。
微粒子の平均一次粒径(以下、平均粒径という)は、50〜500nmのものが用いられ、特に100〜400nmのものが好ましい。50nm未満であると、微粒子がトナー表面の凹凸の凹部分に埋没してコロの役割を低下する場合が生じる。
一方、500μmよりも大きいと、微粒子がブレードと感光体表面の間に位置した場合、トナー自身の接触面積と同レベルのオーダーとなり、クリーニングされるべきトナー粒子を通過させる、すなわち、クリーニング不良を発生させやすくなる。
嵩密度が0.3g/cm未満では、流動性向上への寄与はあるものの、トナー及び微粒子の飛散性及び付着性が高くなるために、トナーとコロとしての効果や、クリーニング部で蓄積して、トナーのクリーニング不良を防止するいわゆるダム効果といった働きが低下してしまう。
本発明の微粒子において、無機化合物としては、SiO、TiO、AlO、MgO、CuO、ZnO、SnO、CeO、Fe、BaO、CaO、KO、NaO、ZrO、CaO・SiO、KO(TiO)n、Al・2SiO、CaCO、MgCO、BaSO、MgSO、SrTiO等を例示することができ、好ましくは、SiO、TiO、Alがあげられる。
特にこれら無機化合物は各種のカップリング剤、ヘキサメチルジシラザン、ジメチルジクロロシラン、オクチルトリメトキシシラン等で疎水化処理が施されていてもよい。
また、有機化合物の微粒子としては、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよく、例えばビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ケイ素系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。
樹脂微粒子としては、上記の樹脂を2種以上併用しても差し支えない。
このうち好ましいのは、微細球状樹脂粒子の水性分散体が得られやすい点から、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂及びそれらの併用が好ましい。
ビニル系樹脂の具体的な例としては、ビニル系モノマーを単独重合また共重合したポリマーで、例えば、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、(メタ)アクリル酸−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体等が挙げられる。
なお、微粒子の嵩密度は下記の方法により測定した。
100mlのメスシリンダーを用いて、微粒子を徐々に加え100mlにした。
その際、振動は与えなかった。このメスシリンダーの微粒子を入れる前後の重量差により嵩密度を測定した。
嵩密度(g/cm)=微粒子量(g/100ml)÷100
本発明の微粒子を、トナー表面に外添加し付着させる方法としては、トナー母体粒子と微粒子を各種の公知の混合装置を用いて、機械的に混合して付着させる方法や、液相中でトナー母体粒子と微粒子を界面活性剤などで均一に分散させ、付着処理後、乾燥させる方法などがある。
<トナーの製造方法>
トナーの製造方法の一例として、接着性基材を生成しながら、トナー母粒子を形成する方法を以下に示す。このような方法においては、水系媒体相の調製、トナー材料を含有する液体の調製、トナー材料の乳化又は分散、接着性基材の生成、溶媒の除去、活性水素基に対する反応性を有する重合体の合成、活性水素基を有する化合物の合成等を行なう。
水系媒体の調製は、樹脂粒子を水系媒体に分散させることにより行なうことができる。
樹脂粒子の水系媒体中の添加量は、0.5〜10重量%が好ましい。
トナー材料を含有する液体の調製は、溶媒中に、活性水素基を有する化合物、活性水素基に対する反応性を有する重合体、レオロジー添加剤、着色剤、離型剤、帯電制御剤、未変性ポリエステル樹脂等のトナー材料を、溶解又は分散させることにより行なうことができる。
なお、トナー材料の中で、活性水素基に対する反応性を有する重合体以外の成分は、樹脂粒子を水系媒体に分散させる際に水系媒体中に添加混合してもよいし、トナー材料を含有する液体を水系媒体に添加する際に、水系媒体に添加してもよい。
トナー材料の乳化又は分散は、トナー材料を含有する液体を、水系媒体中に分散させることにより行なうことができる。そして、トナー材料を乳化又は分散させる際に、活性水素基を有する化合物と活性水素基に対する反応性を有する重合体を伸長反応及び/又は架橋反応させることにより、接着性基材が生成する。
ウレア変性ポリエステル系樹脂等の接着性基材は、例えば、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー等の活性水素基に対する反応性を有する重合体を含有する液体を、アミン類等の活性水素基を含有する化合物と共に、水系媒体中で乳化又は分散させ、水系媒体中で両者を伸長反応及び/又は架橋反応させることにより生成させてもよく、トナー材料を含有する液体を、予め活性水素基を有する化合物を添加した水系媒体中で乳化又は分散させ、水系媒体中で両者を伸長反応及び/又は架橋反応させることにより生成させてもよく、トナー材料を含有する液体を水系媒体中で乳化又は分散させた後で、活性水素基を有する化合物を添加し、水系媒体中で粒子界面から両者を伸長反応及び/又は架橋反応させることにより生成させてもよい。
なお、粒子界面から両者を伸長反応及び/又は架橋反応させる場合、生成するトナーの表面に優先的にウレア変性ポリエステル樹脂が形成され、トナー中にウレア変性ポリエステル樹脂の濃度勾配を設けることもできる。
接着性基材を生成させるための反応条件は、活性水素基に対する反応性を有する重合体と活性水素基を有する化合物の組み合わせに応じて適宜選択することができる。
反応時間は、10分間〜40時間であることが好ましく、2時間〜24時間がより好ましい。反応温度は、0〜150℃であることが好ましく、40〜98℃がより好ましい。
水系媒体中において、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー等の活性水素基と反応可能な重合体を含有する分散液を安定に形成する方法としては、水系媒体相中に、活性水素基に対する反応性を有する重合体、着色剤、離型剤、帯電制御剤、未変性ポリエステル樹脂等のトナー材料を溶媒に溶解又は分散させて調製した液体を添加し、せん断力により分散させる方法等が挙げられる。
分散は、公知の分散機等を用いて行なうことができ、分散機としては、低速せん断式分散機、高速せん断式分散機、摩擦式分散機、高圧ジェット式分散機、超音波分散機等が挙げられるが、分散体の粒子径を2〜20μmに制御することができることから、高速せん断式分散機が好ましい。
高速せん断式分散機を用いた場合、回転数、分散時間、分散温度等の条件は、目的に応じて適宜選択することができる。回転数は、1000〜30000rpmであることが好ましく、5000〜20000rpmがより好ましい。分散時間は、バッチ方式の場合、0.1〜5分であることが好ましく、分散温度は、加圧下において、0〜150℃であることが好ましく、40〜98℃がより好ましい。なお、分散温度は、高温である方が一般に分散が容易である。
トナー材料を乳化又は分散させる際の、水系媒体の使用量は、トナー材料100重量部に対して、50〜2000重量部であることが好ましく、100〜1000重量部がより好ましい。この使用量が、50重量部未満であると、トナー材料の分散状態が悪くなって、所定の粒子径のトナー母粒子が得られないことがあり、2000重量部を超えると、生産コストが高くなることがある。
トナー材料を含有する液体を乳化又は分散する工程においては、油滴等の分散体を安定化させ、所望の形状にする共に粒度分布をシャープにする観点から、分散剤を用いることが好ましい。
分散剤は、目的に応じて適宜選択することができ、界面活性剤、難水溶性の無機化合物分散剤、高分子系保護コロイド等が挙げられるが、界面活性剤が好ましい。これらは、単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
界面活性剤としては、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、両性界面活性剤等を用いることができる。
陰イオン界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステル等が挙げられ、フルオロアルキル基を有するものが好適に用いられる。
フルオロアルキル基を有する陰イオン界面活性剤としては、炭素数が2〜10のフルオロアルキルカルボン酸又はその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[ω−フルオロアルキル(C6〜C11)オキシ]−1−アルキル(C3〜C4)スルホン酸ナトリウム、3−[ω−フルオロアルカノイル(C6〜C8)−N−エチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜C20)カルボン酸又はその金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜C13)又はその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜C12)スルホン酸又はその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、N−プロピル−N−(2−ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜C10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜C16)エチルリン酸エステル等が挙げられる。
フルオロアルキル基を有する界面活性剤の市販品としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(以上、旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(以上、住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102(以上、ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(以上、大日本インキ社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204(以上、トーケムプロダクツ社製)、フタージェント100、150(以上、ネオス社製)等が挙げられる。
陽イオン界面活性剤としては、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリン等のアミン塩型界面活性剤;アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウム等の四級アンモニウム塩型界面活性剤等が挙げられる。
中でも、フルオロアルキル基を有する脂肪族一級、二級又は三級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩等の脂肪族四級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩等が挙げられる。陽イオン界面活性剤の市販品としては、サーフロンS−121(旭硝子社製);フロラードFC−135(住友3M社製);ユニダインDS−202(ダイキン工業杜製)、メガファックF−150、F−824(大日本インキ社製);エクトップEF−132(ト−ケムプロダクツ社製);フタージェントF−300(ネオス社製)等を用いることが好ましい。
非イオン界面活性剤としては、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体等が挙げられる。
両性界面活性剤の具体例としては、アラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシン、N−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムべタイン等が挙げられる。
難水溶性の無機化合物分散剤の具体例としては、リン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等が挙げられる。
高分子系保護コロイドとしては、カルボキシル基を有するモノマー、水酸基を有する(メタ)アクリル酸アルキル、ビニルエーテル、カルボン酸ビニル、アミドモノマー、酸塩化物のモノマー、窒素原子又はその複素環を有するモノマー等を重合することにより得られるホモポリマー又はコポリマー、ポリオキシエチレン系樹脂、セルロース類等が挙げられる。なお、上記のモノマーを重合することにより得られるホモポリマー又はコポリマーは、ビニルアルコール由来の構成単位を有するものも含む。
カルボキシル基を有するモノマーの具体例としては、アクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマル酸、マレイン酸、無水マレイン酸等が挙げられる。
水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体の具体例としては、アクリル酸β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸β−ヒドロキシエチル、アクリル酸β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリレート、ジエチレングリコールモノメタクリレート、グリセリンモノアクリレート、グリセリンモノメタクリレート等が挙げられる。
ビニルエーテルの具体例としては、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテル等が挙げられる。
カルボン酸ビニルの具体例としては、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル等が挙げられる。
アミドモノマーの具体例としては、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド等が挙げられる。
酸塩化物のモノマーの具体例としては、アクリル酸クロリド、メタクリル酸クロリド等が挙げられる。
窒素原子又はその複素環を有するモノマーの具体例としては、ビニルビリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミン等が挙げられる。
ポリオキシエチレン系樹脂の具体例としては、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリン酸フェニル、ポリオキシエチレンペラルゴン酸フェニル等が挙げられる。
セルロース類の具体例としては、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等が挙げられる。
トナー材料を乳化又は分散させる際に、必要に応じて分散剤を用いることができる。
分散剤の具体例としては、リン酸カルシウム塩等の酸、アルカリに溶解可能なもの等が挙げられる。
分散剤として、リン酸カルシウムを用いた場合は、塩酸等でカルシウム塩を溶解させて、水洗する方法、酵素で分解する方法等を用いて、リン酸カルシウム塩を除去することができる。
接着性基材を生成させる際の伸長反応及び/又は架橋反応には、触媒を用いることができる。触媒の具体例としては、ジブチルスズラウレート、ジオクチルスズラウレート等が挙げられる。
乳化スラリー等の分散液から有機溶媒を除去する方法としては、反応系全体を徐々に昇温させて、油滴中の有機溶媒を蒸発させる方法、分散液を乾燥雰囲気中に噴霧して、油滴中の有機溶媒を除去する方法等が挙げられる。
有機溶媒が除去されると、トナー母粒子が形成される。
得られたトナー母粒子は、シリカ微粒子、酸化チタン微粒子などの無機微粒子を外添させ、トナーを得る。
本発明のトナーは、本発明のトナーの製造方法を用いて製造されてもよい。
本発明のトナーは、表面が平滑であるため、転写性、帯電性等の諸特性に優れ、高品質な画像を形成することができる。
また、本発明のトナーが、活性水素基を有する化合物と、活性水素基に対する反応性を有する重合体を水系媒体中で反応させることにより得られる接着性基材を含有すると、転写性、定着性等の諸特性にさらに優れる。このため、本発明のトナーは、各種分野において使用することができ、電子写真法による画像形成に、好適に使用することができる。
本発明のトナーの体積平均粒子径(Dv)は、3〜8μmであることが好ましく、4〜7μmであることがより好ましい。体積平均粒子径が3μm未満であると、二成分現像剤では、現像装置における長期の撹拌においてキャリアの表面にトナーが融着し、キャリアの帯電能力を低下させることがある。
また、一成分現像剤では、現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化するブレード等の部材へのトナー融着が発生することがある。体積平均粒子径が8μmを超えると、高解像で高画質の画像を得ることが難しくなり、現像剤中のトナーの収支が行なわれた場合にトナーの粒子径の変動が大きくなることがある。
本発明のトナーの個数平均粒子径(Dn)に対する体積平均粒子径(Dv)の比(Dv/Dn)は1.00〜1.30であることが好ましく、1.00〜1.25であることがより好ましく、1.05〜1.25が更に好ましい。これにより、二成分現像剤では、長期にわたるトナーの収支が行なわれても、現像剤中のトナー粒子径の変動が少なく、現像装置における長期の攪拌においても、良好で安定した現像性が得られる。
また、一成分現像剤では、トナーの収支が行なわれても、トナーの粒子径の変動が少なくなると共に、現像ローラへのトナーのフィルミングやトナーを薄層化するブレード等の部材へのトナーの融着を抑制し、現像装置の長期使用(攪拌)においても、良好で安定した現像性が得られるため、高画質の画像を得ることができる。この比が1.30を超えると、高解像で高画質の画像を得ることが難しくなり、現像剤中のトナーの収支が行なわれた場合に、トナーの粒子径の変動が大きくなることがある。
体積平均粒子径及び個数平均粒子径に対する体積平均粒子径の比は、粒度測定器マルチサイザーIII(ベックマン・コールター社製)を用いて、以下のようにして測定することができる。
まず、約1重量%塩化ナトリウム水溶液等の電解質水溶液100〜150ml中に、分散剤として、アルキルベンゼンスルホン酸塩等の界面活性剤を0.1〜5ml添加する。
次に、測定試料を約2〜20mg添加する。試料が懸濁した電解質水溶液に、超音波分散機を用いて約1〜3分間分散処理を行なった後、100μmのアパーチャーを用いて、トナーの体積及び個数を測定し、体積分布及び個数分布を算出する。
得られた分布から、トナーの体積平均粒子径及び個数平均粒子径を求めることができる。
本発明のトナーの平均円形度は、0.94〜0.97であることが好ましく、0.945〜0.965がより好ましい。
なお、円形度は、試料の投影面積と等しい面積を有する円の周囲長を試料の周囲長で除した値である。トナー中の円形度が0.94未満である粒子の含有量は、15%以下であることが好ましい。平均円形度が0.94未満であると、満足できる転写性やチリのない高画質画像が得られないことがあり、0.97を超えると、ブレードクリーニング等を採用している画像形成装置では、感光体上及び転写ベルト等のクリーニング不良が発生し、画像上の汚れが発生することがある。
例えば、写真画像等の画像面積率の高い画像を形成する場合、給紙不良等で未転写画像を形成したトナーが感光体上に蓄積して画像の地汚れが発生したり、感光体を接触帯電させる帯電ローラ等を汚染して、本来の帯電能力を発揮できなくしたりすることがある。
平均円形度は、平板上の撮像部検知帯にトナーを含有する懸濁液を通過させ、CCDカメラで光学的に粒子画像を検知し、解析する光学的検知帯の手法等により計測することができ、フロー式粒子像分析装置FPIA−2100(シスメックス社製)等を用いて計測することができる。
本発明の現像剤は、本発明のトナーを含有し、キャリア等の適宜選択されるその他の成分をさらに含有してもよい。このため、転写性、帯電性等に優れ、高画質な画像を安定に形成することができる。
なお、現像剤は、一成分現像剤であってもよいし、二成分現像剤であってもよいが、近年の情報処理速度の向上に対応した高速プリンタ等に使用する場合には、寿命が向上することから、二成分現像剤が好ましい。
本発明の現像剤を一成分現像剤として用いる場合、トナーの収支が行なわれても、トナーの粒子径の変動が少なく、現像ローラへのトナーのフィルミングや、トナーを薄層化するブレード等の部材へのトナーの融着が少なく、現像装置における長期の攪拌においても、良好で安定した現像性及び画像が得られる。
本発明の現像剤を二成分現像剤として用いる場合、長期にわたるトナーの収支が行なわれても、トナーの粒子径の変動が少なく、現像装置における長期の撹拌においても、良好で安定した現像性及び画像が得られる。
キャリアは、目的に応じて適宜選択することができるが、芯材と、芯材を被覆する樹脂層を有するものが好ましい。
芯材の材料は、公知のものの中から適宜選択することができ、50〜90emu/gのマンガン−ストロンチウム系材料、マンガン−マグネシウム系材料等が挙げられる。
また、画像濃度を確保するためには、100emu/g以上の鉄粉、75〜120emu/gのマグネタイト等の高磁化材料を用いることが好ましい。
また、穂立ち状態となっている現像剤の感光体に対する衝撃を緩和でき、高画質化に有利であることから、30〜80emu/gの銅−亜鉛系等の低磁化材料を用いることが好ましい。これらは、単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
芯材の体積平均粒子径は、10〜150μmであることが好ましく、40〜100μmがより好ましい。体積平均粒子径が10μm未満であると、キャリア中に微粉が多くなり、一粒子当たりの磁化が低下してキャリアの飛散が生じることがあり、150μmを超えると、比表面積が低下し、トナーの飛散が生じることがあり、ベタ部分の多いフルカラーでは、特に、ベタ部の再現が悪くなることがある。
樹脂層の材料は、公知の樹脂の中から目的に応じて適宜選択することができるが、アミノ系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリハロゲン化オレフィン、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリトリフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、フッ化ビニリデンとアクリルモノマーの共重合体、フッ化ビニリデンとフッ化ビニルの共重合体、テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンとフルオロ基を有さないモノマーの共重合体等のフルオロターポリマー、シリコーン樹脂等が挙げられる。これらは、単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。
アミノ系樹脂の具体例としては、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、尿素樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
ポリビニル系樹脂の具体例としては、アクリル樹脂、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等が挙げられる。
ポリスチレン系樹脂の具体例としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル共重合体等が挙げられる。
ポリハロゲン化オレフィンの具体例としては、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。
ポリエステル系樹脂の具体例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等が挙げられる。
樹脂層は、必要に応じて、導電粉等を含有してもよい。
導電粉の具体例としては、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛等が挙げられる。導電粉の平均粒子径は、1μm以下であることが好ましい。平均粒子径が1μmを超えると、電気抵抗の制御が困難になることがある。
樹脂層は、シリコーン樹脂等を溶媒に溶解させて塗布液を調製した後、塗布液を芯材の表面に公知の塗布方法を用いて塗布、乾燥した後、焼き付けを行なうことにより形成することができる。
塗布方法としては、浸漬塗工法、スプレー法、ハケ塗り法等を用いることができる。
溶媒は、目的に応じて適宜選択することができ、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸ブチルセロソルブ等が挙げられる。
焼き付けは、外部加熱方式であってもよいし、内部加熱方式であってもよく、固定式電気炉、流動式電気炉、ロータリー式電気炉、バーナー炉等を用いる方法、マイクロ波を用いる方法等が挙げられる。
キャリア中の樹脂層の含有量は、0.01〜5.0重量%であることが好ましい。この含有量が0.01重量%未満であると、芯材の表面に均一な樹脂層を形成することができないことがあり、5.0重量%を超えると、樹脂層が厚いためにキャリア同士の融着が起こり、キャリアの均一性が低下することがある。
二成分現像剤中のキャリアの含有量は、90〜98重量%であることが好ましく、93〜97重量%がより好ましい。
本発明の現像剤は、磁性一成分現像方法、非磁性一成分現像方法、二成分現像方法等の公知の各種電子写真法による画像形成に用いることができる。
本発明の画像形成装置では、このトナーを、磁性キャリアと混合して二成分現像剤として用いることができる。この場合、現像剤中のキャリアとトナーの含有比は、キャリア100重量部に対してトナー1〜10重量部が好ましい。
磁性キャリアとしては、粒子径20〜200μm程度の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリアなど従来から公知のものが使用できる。
また、被覆材料としては、アミノ系樹脂、例えば尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
またポリビニル及びポリビニリデン系樹脂、例えばアクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリスチレン樹脂及びスチレンアクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル等のハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂及びポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ弗化ビニル樹脂、ポリ弗化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、弗化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体、弗化ビニリデンと弗化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンと弗化ビニリデンと非弗化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、及びシリコーン樹脂等が使用できる。
また必要に応じて、導電粉等を被覆樹脂中に含有させてもよい。導電粉としては、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛等が使用できる。これらの導電粉は、平均粒子径1μm以下のものが好ましい。平均粒子径が1μmよりも大きくなると、電気抵抗の制御が困難になる。
また、本発明の画像形成装置では、トナーはキャリアを使用しない一成分系の磁性トナー、または、非磁性トナーを用いることができる。
また、現像剤を調製する際には、現像剤の流動性や保存性、現像性、転写性を高めるために、以上のようにして製造された現像剤にさらに先に挙げた疎水性シリカ微粉末等の無機微粒子を添加混合してもよい。
外添剤の混合は、一般の粉体の混合機が用いられるが、ジャケット等を装備して、内部の温度を調節できることが好ましい。
外添剤に与える負荷の履歴を変えるには、途中又は漸次外添剤を加えていけばよい。もちろん混合機の回転数、転動速度、時間、温度などを変化させてもよい。はじめに強い負荷を、次に比較的弱い負荷を与えてもよいし、その逆でもよい。
使用できる混合設備の例としては、V型混合機、ロッキングミキサー、レーディゲミキサー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサーなどが挙げられる。
上記の画像形成装置の動作は以下のとおりである。
初めに、原稿自動搬送装置(400)の原稿台(30)上に原稿をセットする、または、原稿自動搬送装置(400)を開いてスキャナ(300)のコンタクトガラス(32)上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置(400)を閉じてそれで押さえる。
そして、不図示のスタートスイッチを押すと、原稿自動搬送装置(400)に原稿をセットしたときは、原稿を搬送してコンタクトガラス(32)上へと移動して後、他方コンタクトガラス(32)上に原稿をセットしたときは、直ちにスキャナ(300)を駆動し、第一走行体(33)及び第二走行体(34)を走行する。
そして、第一走行体(33)で光源から光を発射するとともに原稿面からの反射光をさらに反射して第二走行体(34)に向け、第二走行体(34)のミラーで反射して結像レンズ(35)を通して読み取りセンサ(36)に入れ、原稿内容を読み取る。
また、不図示のスタートスイッチを押すと、不図示の駆動モータで支持ローラ(14)、(15)、(16)の1つを回転駆動して他の2つの支持ローラを従動回転し、中間転写ベルト(10)を回転搬送する。
同時に、個々の画像形成手段(18)でその感光体(40)を回転して各感光体(40)上にそれぞれ、ブラック・イエロー・マゼンタ・シアンの単色画像を形成する。
そして、中間転写ベルト(10)の搬送とともに、それらの単色画像を順次転写して中間転写ベルト(10)上に合成カラー画像を形成する。
一方、不図示のスタートスイッチを押すと、給紙テーブル(200)の給紙ローラ(42)の1つを選択回転し、ペーパーバンク(43)に多段に備える給紙カセット(44)の1つからシートを繰り出し、分離ローラ(45)で1枚ずつ分離して給紙路(46)に入れ、搬送ローラ(47)で搬送して複写機本体(100)内の給紙路(48)に導き、レジストローラ(49)に突き当てて止める。
または、給紙ローラ(50)を回転して手差しトレイ(51)上のシートを繰り出し、分離ローラ(52)で1枚ずつ分離して手差し給紙路(53)に入れ、同じくレジストローラ(49)に突き当てて止める。
そして、中間転写ベルト(10)上の合成カラー画像にタイミングを合わせて、レジストローラ(49)を回転し、中間転写ベルト(10)と二次転写装置(22)との間にシートを送り込み、二次転写装置(22)で転写してシート上にカラー画像を記録する。
画像転写後のシートは、二次転写装置(22)で搬送して、定着装置(25)へと送り込み、定着装置(25)で熱と圧力とを加えて転写画像を定着した後、切換爪(55)で切り換えて排出ローラ(56)で排出し、排紙トレイ(57)上にスタックする。
または、切換爪(55)で切り換えてシート反転装置(28)に入れ、そこで反転して再び転写位置へと導き、裏面にも画像を記録した後、排出ローラ(56)で排紙トレイ(57)上に排出する。
一方、画像転写後の中間転写ベルト(10)は、中間転写ベルトクリーニング装置(17)で、画像転写後に中間転写ベルト(10)上に残留する残留トナーを除去し、タンデム画像形成装置(20)による再度の画像形成に備える。
以下実施例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
なお、下記において部は重量部を「%」は重量%を意味する。
[離型材の作成]
[離型材1]
離型材1は、原油から得られたスラックワックスを溶剤法により精製することで得られたものである。
離型材1は、溶剤にトルエンとメチルエチルケトンの混合溶剤を用い、75℃にてスラックワックスを溶解し、0.2℃/minで65℃まで冷却したあと、30min放置しろ過を行なう。
ろ別したワックスを、再度、新しい混合溶剤にて洗浄後、ワックスを取り出し、溶剤回収装置にて分離し、水素化精製を行なって離型材1を得た。
[離型材2]
離型材1を、さらに精製を行なった。
離型材1を、溶剤にトルエンとメチルエチルケトンの混合溶剤を用い、77℃にて離型材1を溶解し、0.1℃/minで65℃まで冷却したあと、30min放置しろ過を行なう。
ろ別したワックスを洗浄後、再度、混合溶剤を用い80℃にて溶解し、0.1℃/minで70℃まで冷却したあと、30min放置しろ過を行なう。
そしてろ別したワックスを、再度、新しい混合溶剤にて洗浄後、ワックスを取り出し、溶剤回収装置にて分離し、水素化精製を行なって離型材2を得た。
[離型材3]
離型材1を、減圧下120℃にて溶解し、投入量の5%が揮発するまで保持し、揮発成分を分離し離型材3を得た。
[離型材4]
新日本石油製マイクロワックス 155を使用して離型材4を得た。
[離型材5]
離型材4を、減圧下120℃で溶解し、投入量の10%が揮発するまで保持し、揮発成分を分離し、離型材5を得た。
[離型材6]
市販のカルナバワックス WA−03(セラリカ野田)を使用して離型材6を得た。
[離型材7]
離型材1の製造方法において、溶解後の冷却温度を60℃とした以外は、離型材1と同様にして離型材7を得た。
[離型材8]
市販のマイクロクリスタリンワックス BE SQUARE185WAX(東洋アドレ社製)を使用して離型材8を得た。
離型剤1〜8の165℃、10分での加熱減量と、DSCでのピークトップ温度を表1に示す。
Figure 2011059595
[トナーの作成]
[トナー1]
<未変性ポリエステル樹脂1の合成>
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物 229部、ビスフェノールAプロピオンオキサイド3モル付加物 529部、テレフタル酸 208部、アジピン酸 46部、及び、ジブチルスズオキシド 2部を投入し、常圧下、230℃で8時間反応させた。
次に、10〜15mmHgの減圧下で5時間反応させた後、反応槽中に無水トリメリット酸 44部を添加し、常圧下、180℃で2時間反応させて、(未変性ポリエステル樹脂1)を合成した。
<マスターバッチ1の調製>
得られた(未変性ポリエステル樹脂1)は、数平均分子量が2700、重量平均分子量が6900、ガラス転移温度が45.1℃、酸価が22mgKOH/gであった。
水 1200部、カーボンブラック Printex35(デクサ社製;DBP吸油量=42ml/100mg、pH=9.5) 540部、及び、未変性ポリエステル樹脂 1200部を、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)を用いて混合した。
二本ロールを用いて、得られた混合物を150℃で30分混練した後、圧延冷却し、パルペライザー(ホソカワミクロン社製)で粉砕して、(マスターバッチ1)を調製した。
<原料溶解液の調製>
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、未変性ポリエステル樹脂1 378部、(離型材2)を110部、及び酢酸エチル 947部を仕込み、撹拌下、80℃まで昇温し、80℃で5時間保持した後、1時間かけて30℃まで冷却した。
次に、反応容器中に、マスターバッチ 500部、及び、酢酸エチル 500部を仕込み、1時間混合して原料溶解液を得た。
<ワックス分散液の調製>
得られた原料溶解液 1324部を反応容器に移し、ビーズミルのウルトラビスコミル(アイメックス社製)を用いて、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填し、送液速度が1kg/時、ディスク周速度が6m/秒の条件で3パスして、分散させ、ワックス分散液を得た。
<トナー材料の分散液の調製>
次に、ワックス分散液に未変性ポリエステル樹脂の65重量%酢酸エチル溶液 1324部を添加した。
上記と同様の条件でウルトラビスコミルを用いて1パスして得られた分散液 200部を添加し、T.K.ホモディスパー(特殊機化工業社製)を用いて、7000rpmにて60分間攪拌し、トナー材料の分散液を得た。
<中間体ポリエステル樹脂の合成>
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物 682部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物 81部、テレフタル酸 283部、無水トリメリット酸 22部、及び、ジブチルスズオキシド 2部を仕込み、常圧下、230℃で8時間反応させた。
次に、10〜15mHgの減圧下で、5時間反応させて、中間体ポリエステル樹脂を合成した。
得られた中間体ポリエステル樹脂は、数平均分子量が2100、重量平均分子量が9500、ガラス転移温度が55℃、酸価が0.5mgKOH/g、水酸基価が51mgKOH/gであった。
<ケチミン化合物の合成>
次に、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、中間体ポリエステル樹脂 410部、イソホロンジイソシアネート 89部、及び、酢酸エチル 500部を仕込み、100℃で5時間反応させて、プレポリマーを合成した。
得られたプレポリマーの遊離イソシアネート含有量は、1.53重量%であった。
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、イソホロンジアミン 170部及びメチルエチルケトン 75部を仕込み、50℃で5時間反応させ、ケチミン化合物を合成した。
得られたケチミン化合物のアミン価は、418mgKOH/gであった。
<樹脂粒子分散液の調製>
反応容器中に、トナー材料の分散液 749部、プレポリマー 115部及びケチミン化合物 2.9部を仕込み、TK式ホモミキサー(特殊機化製)を用いて5000rpmで1分間混合して、油相混合液を得た。
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、水 683部、反応性乳化剤(メタクリル酸のエチレンオキシド付加物の硫酸エステルのナトリウム塩)エレミノールRS−30(三洋化成工業社製) 11部、スチレン 83部、メタクリル酸 83部、アクリル酸ブチル 110部、及び、過硫酸アンモニウム 1部を仕込み、400rpmで15分間撹拌し、乳濁液を得た。
乳濁液を加熱して、75℃まで昇温して5時間反応させた。
次に、1重量%過硫酸アンモニウム水溶液 30部を添加し、75℃で5時間熟成して、樹脂粒子分散液を調製した。
得られた樹脂粒子分散液に含まれる樹脂粒子の体積平均粒子径を、レーザードップラー法を用いた粒子径分布測定装置 マイクロトラック超微粒子粒度分布計UPA−EX150(日機装社製)を用いて測定したところ、105nmであった。
また、樹脂粒子分散液の一部を乾燥して樹脂分を単離し、樹脂分のガラス転移温度を測定したところ、59℃であり、重量平均分子量を測定したところ、150000であった。
<乳化スラリーの作成>
水 990部、樹脂粒子分散液 83部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5重量%水溶液エレミノールMON−7(三洋化成工業社製) 37部、高分子分散剤カルボキシメチルセルロースナトリウムの1重量%水溶液セロゲンBS−H−3(第一工業製薬社製) 135部、及び、酢酸エチル 90部を混合撹拌し、水系媒体を得た。
水系媒体 1200部に、油相混合液 867部を加え、TK式ホモミキサーを用いて、13000rpmで20分間混合して、分散液(乳化スラリー)を調製した。
<トナー母粒子1の作成>
次に、撹拌機及び温度計をセットした反応容器中に、乳化スラリーを仕込み、30℃で8時間脱溶剤した後、45℃で4時間熟成を行ない、分散スラリーを得た。
得られた分散スラリーは、マルチサイザーIII(ベックマン・コールター社製)を用いて測定したところ、体積平均粒子径が5.1μm、個数平均粒子径が4.9μmであった。
分散スラリー 100重量部を減圧濾過した後、濾過ケーキにイオン交換水 100部を添加し、TK式ホモミキサーを用いて12000rpmで10分間混合した後、濾過した。
得られた濾過ケーキに10重量%リン酸を加えて、pHを3.7に調整し、TK式ホモミキサーを用いて12000rpmで10分間混合した後、濾過した。
さらに、得られた濾過ケーキにイオン交換水 300部を添加し、TK式ホモミキサーを用いて12000rpmで10分間混合した後、濾過する操作を2回行ない、最終濾過ケーキを得た。
得られた最終濾過ケーキを、循風乾燥機を用いて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、(トナー母粒子1)を得た。
<トナー1の製造>
得られたトナー母粒子 100部に対し、外添剤としての疎水性シリカ 1.0部と、疎水化酸化チタン 0.5部を添加し、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)を用いて混合処理し、(トナー1)を製造した。
得られたトナー物性については表2に示す。
[トナー2]
(トナー1)の離型材を、(離型材2)から(離型材3)に変えた以外は(トナー1)と同様に作成し(トナー2)を得た。
[トナー3]
<ポリエステル樹脂2の合成>
攪拌装置、温度計、窒素導入口、流下式コンデンサー、冷却管付き4つ口セパラブルフラスコに、ポリオキシプロピレン(2,2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン 740g、ポリオキシエチレン(2,2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン 300g、テレフタル酸ジメチル 466g、イソドデセニル無水コハク酸 80g、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸トリn−ブチル 114gをエステル化触媒とともに加えた。
窒素雰囲気下で前半210℃で8時間反応し、後半210℃減圧にて撹拌しつつ、5時間反応させた。
これにより分子量500以下の含有量3.5%、分子量ピーク7500、Tg62℃、Mw/Mn比5.1、酸価2.3KOHmg/g、フローテスターによる見掛け粘度10Pa・s温度112℃、のポリエステル樹脂2を得た。
<トナー3の製造>
・ポリエステル樹脂2 100部
・カーボンブラックPrintex35(デクサ社製;DBP吸油量=42ml/100mg、pH=9.5) 8部
・PBE−84(オリエント化学社製) 3部
・離型材3 4部
上記材料を、ヘンシェルミキサーで混合後、ロール表面を100℃に設定した2本ロールにより30分間混練を行ない、圧延冷却、粗粉砕後、ジェットミル方式の粉砕器(I−2式ミル:日本ニューマチック工業社製)と、旋回流による風力分級(DS分級機:日本ニューマチック工業社製)を行ない、重量平均粒径7.3μm、個数平均粒径6.1μmブラックの着色粒子を得た。
得られた着色粒子100部に対し、外添剤としての疎水性シリカ1.0部と、疎水化酸化チタン0.5部を添加し、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)を用いて混合処理し、(トナー3)を製造した。
[トナー4]
<離型剤分散液(1)(ワックス成分A)の調製>
・離型材3 30部
・酢酸エチル(和光純薬(株)製:特級) 270部
以上を、ウルトラビスコミル(アイメックス社製)を用いてで湿式粉砕し、離型剤分散液(1)を調製した。
<分散液Aの調製>
−ポリエステル(1)−
・ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物、テレフタル酸誘導体からなるポリエステル樹脂(Mw50,000 Mn3,000 酸価15mgKOH/g 水酸基価27mgKOH/g Tg55℃ 軟化点112℃) 350部
・着色剤分散液(1) 237部
・離型剤分散液 72部
・疎水性酸化珪素微粒子(アエロジル社製R972) 17.8部
以上を混合し、均一になるまでよく撹拌した(この液をA液とした)。
<分散液B>
一方、炭酸カルシウム微粒子 40部を水 60部に分散した炭酸カルシウム分散液 100部と、セロゲンBS−H(第一工業製薬(株)製)の1%水溶液 200部と、水 157部をT.K.ホモディスパーfmodel(プライミックス社製)を用いて3分間撹拌した(この液をB液とした)。
<トナー4の調製>
さらに、T.K.ホモミキサーmark2 fmodel(プライミックス社製)を用いて、前記B液 345部と、前記A液 250部を10,000rpmで2分間攪拌し、混合液を懸濁した後、室温、常圧で48時間プロペラ型攪拌機で撹拌し、溶媒を除去した。
次に、塩酸を加えて、炭酸カルシウムを除去した後、水洗、乾燥、分級して着色粒子を得た。
さらに着色粒子 100部に対し、外添剤としての疎水性シリカ 1.0部と、疎水化酸化チタン 0.5部を添加し、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)を用いて混合処理し、(トナー4)を製造した。
トナーの体積平均粒径は6.2μm個数平均粒径は5.3μmであった。
[トナー5]
(トナー1)の離型材を(離型材2)から(離型材5)に変えた以外は(トナー1と同様に作成し(トナー5)を得た
[トナー6]
(トナー2)の、乳化スラリー作成時のTK式ホモミキサーの条件を、15000rpmで20分間混合に変えた以外は(トナー2)と同様に作成し(トナー6)を得た。
[トナー7]
(トナー2)の(離型材3)の量を85部とした以外は(トナー2)と同様に作成し(トナー7)を得た。
[トナー8]
(トナー2)の(離型材3)の量を135部とした以外は(トナー2)と同様に作成し(トナー7)を得た。
[トナー9]
(トナー2)の、(トナー2)の乳化スラリー作成時のTK式ホモミキサーの条件を、13000rpmで10分間混合に変えた以外は(トナー2)と同様に作成し(トナー9)を得た。
[トナー10]
(トナー1)の離型材を(離型材2)から(離型材1)に変えた以外は(トナー1)と同様に作成し(トナー10)を得た。
[トナー11]
(トナー1)の離型材を(離型材2)から(離型材4)に変えた以外は(トナー1)と同様に作成し(トナー11)を得た。
[トナー12]
(トナー1)の離型材を(離型材2)から(離型材6)に変えた以外は(トナー1)と同様に作成し(トナー12)を得た。
[トナー13]
(トナー2)の乳化スラリー作成時のTK式ホモミキサーの条件を18000rpmで10分間混合以外は(トナー2)と同様に作成し(トナー13)を得た。
[トナー14]
(トナー2)の乳化スラリー作成時のTK式ホモミキサーを条件を6000rpmで40分間混合に変えた以外は(トナー2)と同様に作成し(トナー14)を得た。
[トナー15]
(トナー7)の(離型材3)の量を85部から40部に変えた以外は(トナー7)と同様に作成し(トナー15)を得た。
[トナー16]
(トナー2)の(離型材3)の量を230部とした以外は(トナー2)と同様に作成し(トナー16)を得た。
[トナー17]
(トナー1)の離型材を(離型材2)から(離型材7)に変えた以外は(トナー2)と同様に作成し(トナー17)を得た。
[トナー18]
(トナー1)の離型材を(離型材2)から(離型材8)に変えた以外は(トナー2)と同様に作成し(トナー18)を得た。
[トナー粒径の測定]
体積平均粒径(Dv)及び個数平均粒径(Dn)は、コールターカウンター法により測定することができる。コールターカウンター法によるトナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−IIやコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)があげられる。以下に測定方法について述べる。まず、電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩)を0.1〜5ml加える。ここで、電解液とは1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。ここで、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行ない、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。得られた分布から、トナーの重量平均粒径(D4)、個数平均粒径を求めることができる。
チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満;2.52〜3.17μm未満;3.17〜4.00μm未満;4.00〜5.04μm未満;5.04〜6.35μm未満;6.35〜8.00μm未満;8.00〜10.08μm未満;10.08〜12.70μm未満;12.70〜16.00μm未満;16.00〜20.20μm未満;20.20〜25.40μm未満;25.40〜32.00μm未満;32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上乃至40.30μm未満の粒子を対象とする。
[ピーク強度比]
トナー粒子表面近傍のワックス量は、FTIR−ATR(全反射吸収赤外分光)法で得られる。
測定原理から分析深さは0.3μm程度であり、この分析により、トナー粒子の表面から0.3μmの深さ領域における相対的なワックス量を求めることができる。
測定方法は以下のとおりである。
先ず、試料として、トナー3gを自動ペレット成型器(Type M No.50 BRP−E;MAEKAWA TESTING MACHINE CO.製)で6tの荷重で1分間プレスして40mmφ(厚さ約2mm)ペレットを作製した。
そのトナーペレット表面をFTIR−ATR法により測定した。
用いた顕微FTIR装置は、PERKIN ELMER社製Spectrum OneにMultiScope FTIR ユニットを設置したもので、直径100μmのゲルマニウム(Ge)結晶のマイクロATRで測定した。赤外線の入射角41.5°、分解能4cm−1、積算20回で測定した。
得られたワックス由来のピーク(2850cm−1)とバインダ樹脂由来のピーク(828cm−1)との強度比(P2850/P828)を、トナー粒子表面近傍の相対的なワックス量とした。
値は測定場所を変えて4回測定した後の平均値を用いた。
[加熱減量の測定]
離型材の加熱減量は、TAインスツルメント製のTGA装置モデルQ5000IR型の高精度TGAを使用し、離型材を0.35mg計量し、25℃から10℃/minの昇温速度で165℃とし、165℃で10分間ホールドし、その後300℃まで10℃/minで昇温した。この際165℃のホールド時間で減量した量を測定し、加熱減量を重量%で得た。
Figure 2011059595
[評価]
リコー製のImagio MP 9001を改造し、機械(及び定着)線速とニップ幅を変更できるように改造し、ニップ時間を調整した。
定着線速は320mm/sec、及び800mm/secを行なったがニップ時間と相関があり、下記結果は320mm/secでのデータを提示する。
サンプル画像は、下記に示す20%の帯状画像(付着量0.85mg/cm)を使用し、いずれも25℃/70%RH環境下、30000枚の連続ランを実施した。
(定着下限)
得られたサンプル画像を、10000枚ごとに画像はがれがないこと、かつ定着パットですった後の画像濃度残存率が85%以上であるものを○、画像濃度残存率が70〜85%のものを△、画像は枯れがあったり、画像濃度残存率が70%以下のものを×とした。
(ホットオフセット)
ラン画像を確認し、定着周長後に画像写りがないかを確認した。
発生しなかったものは○、発生したものは×とした。
(機内汚染)
ラン画像をすべて確認し、離型材が固まって落ち、オイル上の付着物があるものについては×、画像には出ていないものの定着周辺部に明らかに離型材の付着があるものについては△、付着がないものについては○とした。
(耐熱保存性)
トナーを50℃で24hr放置した前後のトナー凝集度を測定した。
測定条件はパウダーテスター PN−T(ホソカワミクロン社製)を用い、目開き75μm(篩S1)、45μm(篩S2)及び22μm(篩S3)をこの順に上から並べ、目開き75μmの篩S1に2gのトナーを投入して、振幅1mmで10秒間振動を与え、振動後、篩S1、S2、S3上に残留したトナーの重量W1、W2、W3を測定する。
W1、W2、W3にそれぞれ1.0、0.6及び0.2の重みを乗じ、それらを加算して下記式により百分率を算出した値を凝集度(%)とした。
AG=[(1.0×(W1)+0.6×(W2)+0.2×(W3))/2]×100
これより得られる凝集度を、50℃ 24hrの放置前後で測定し、変動率30%以下を○、30〜50%を△、50%以上を×と判断した。
変動率は以下の式となる
変動率=(保管後凝集度―保管前凝集度)/(保管前凝集度)×100
Figure 2011059595
[図1について]
4 現像装置
10 中間転写ベルト(中間転写体)
14 支持ローラ
15 支持ローラ
16 支持ローラ
17 中間転写ベルトクリーニング装置
18 画像形成手段
20 タンデム型画像形成装置
21 露光装置
22 二次転写装置
23 ローラ
24 二次転写ベルト
25 定着装置
26 定着ベルト
27 加圧ベルト
28 反転装置
30 原稿台
32 コンタクトガラス
33 第一走行体
34 第二走行体
35 結像レンズ
36 読み取りセンサ
40 感光体(潜像担持体)
42 給紙ローラ
43 ペーパーバンク
44 給紙カセット
45 分離ローラ
46 給紙路
47 搬送ローラ
48 給紙路
49 レジストローラ
50 給紙ローラ
51 手差しトレイ
52 分離ローラ
53 手差し給紙路
55 切換爪
56 排出ローラ
57 排出トレイ
62 一次転写手段
100 複写装置本体
200 給紙テーブル
300 スキャナ
400 原稿自動搬送装置
[図2について]
25 定着装置
251 定着ローラ
252 加圧ローラ
256 定着ローラクリーニングローラ
257 加圧ローラクリーニングローラ
258 温度センサ
259 供給ローラ
260 成形体
[図3について]
25 定着装置
25a 定着ヒータ
25b 従動ローラ
25c 駆動ローラ
25d 定着温度センサ
25e 平面基盤
25f 加熱体
26 定着ベルト(定着フィルム)
27 加圧ローラ
[図4について]
4 現像装置
45 混合・撹拌スクリュー
46 現像スリーブ
47 ドクタブレード
48 現像ローラ
[図5について]
40 感光体
60a 帯電ローラ
60b 帯電手段
60c 芯金又はブラシ毛
60d 導電ゴム層
60e 芯金
60f 電源
特開平8−278662号公報 特開平8−334920号公報 特開平10−161347号公報 特開2000−321815号公報 特開2004−294997号公報 WO2005/081639号公報 特開平8−44110号公報 特開2006−221149号公報 特許第4255846号公報

Claims (7)

  1. 像担持体と、像担持体表面を帯電させる帯電手段と、像担持体上に露光することによって潜像を書き込む露光手段と、トナーを有し像担持体上に書き込まれた潜像を該トナーで現像して可視像を形成する現像手段と、前記可視像を記録媒体に直接または中間転写体を介して転写する転写手段と、記録媒体に転写された転写像を定着させる定着手段と、転写し切れなかった像担持体上の転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段とを有する画像形成装置において、
    前記定着手段はニップ時間が30〜70msecであり、
    前記トナーは少なくとも結着樹脂、着色剤、離型材、添加材を含む電子写真用トナーであって、前記離型材が165℃で10分間放置での加熱減量が0.5〜2.0%でありかつ、
    前記トナーのFTIR−ATRによる離型材由来の吸収スペクトルピーク(2850cm−1)と結着樹脂由来の吸収スペクトルピーク(828cm−1)との強度比(P2850/P828)が0.03≦P≦0.25で、DSCによる離型剤由来の融解熱量が2〜25mj/mgの範囲である画像形成装置。
  2. 前記離型材の融点が70℃以上であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記定着装置の定着媒体表面は少なくともフッ素樹脂を含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像形成装置。
  4. 前記トナーは、少なくともトナー組成物及び/又はトナー組成物前駆体を含む油相及び/又はモノマー相を水系媒体に分散及び/又は乳化して造粒することによって得られたトナーであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の画像形成装置。
  5. 前記トナーは堆積平均粒径(Dv)が4.0〜7.0μmであり、さらに個数平均粒径(Dn)とのDv/Dnが1.00〜1.25であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の画像形成装置。
  6. 前記トナーは平均円形度が0.93〜0.98であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の画像形成装置。
  7. 少なくとも静電潜像を担持する、像担持体と、像担持体上の潜像を幻像ローラ上のトナーで現像する現像装置とを備え、画像形成装置着脱可能なプロセスカートリッジにおいて、前記プロセスカートリッジは請求項1乃至6のいずれかに記載の画像形成装置に備えられることを特徴とするプロセスカートリッジ。
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