JP2013133380A - ポリエステル樹脂、静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法 - Google Patents

ポリエステル樹脂、静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】重縮合反応における残存成分が少ないポリエステル樹脂を提供すること。
【解決手段】ロジングリシジルエーテルと多価カルボン酸との重縮合体からなるポリエステル樹脂である。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポリエステル樹脂、静電荷像現像用トナー、静電荷像現像剤、トナーカートリッジ、プロセスカートリッジ、画像形成装置及び画像形成方法の発明に関する。
特許文献1には、導電性基板上に光導電層を設けた電子写真印刷原版の表面に潜電荷像を形成し、現像し、定着後非画像部をアルカリ溶液で溶出して印刷版を作成するのに用いられる現像剤において、その現像剤の平均粒径が0.01〜5μm、乾燥状態での溶融粘度が120℃で5〜80,000Pa・S、着色剤/樹脂(ロジン変性樹脂)の含有重量比が9/1〜0/10であることを特徴とする電子写真製版用現像剤について開示されている。
特開平01−204062号公報
本発明は、重縮合反応における残存成分が少ないポリエステル樹脂を得ることを目的とする。
請求項1に係る発明は、
ロジングリシジルエーテルと多価カルボン酸との重縮合体からなるポリエステル樹脂である。
請求項2に係る発明は、
請求項1に記載のポリエステル樹脂を含む静電荷像現像用トナーである。
請求項3に係る発明は、
請求項2に記載の静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤である。
請求項4に係る発明は、
請求項2に記載の静電荷像現像用トナーを収納し、画像形成装置に着脱されるトナーカートリッジである。
請求項5に係る発明は、
請求項3に記載の静電荷像現像剤を収納し、像保持体の表面に形成された静電荷像を前記静電荷像現像剤により現像してトナー像を形成する現像手段を備え、
画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジ。
請求項6に係る発明は、
像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
請求項3に記載の静電荷像現像剤を収納し、前記静電荷像現像剤により前記静電荷像を現像してトナー像を形成する現像手段と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
前記記録媒体に前記トナー像を定着する定着手段と、
を備える画像形成装置である。
請求項7に係る発明は、
像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、
請求項3に記載の静電荷像現像剤により前記静電荷像を現像してトナー像を形成する現像工程と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写工程と、
前記記録媒体に前記トナー像を定着する定着工程と、
を有する画像形成方法である。
請求項1に係る発明によれば、ロジン構造を含む多価アルコールと多価カルボン酸とを重縮合反応させて得たポリエステル樹脂に比べて、重縮合反応における残存成分の含有量が抑制されたポリエステル樹脂が得られる。
請求項2に係る発明によれば、ロジン構造を含む多価アルコールと多価カルボン酸とを重縮合反応させて得たポリエステル樹脂を含む静電荷像現像用トナーに比べて、低温定着性及び帯電性が向上した静電荷像現像用トナーが得られる。
請求項3に係る発明によれば、ロジン構造を含む多価アルコールと多価カルボン酸とを重縮合反応させて得たポリエステル樹脂を含む静電荷像現像用トナーを適用した静電荷像現像剤に比べ、低温定着性及び帯電性が向上した静電荷像現像剤が得られる。
請求項4、5、6、7に係る発明によれば、ロジン構造を含む多価アルコールと多価カルボン酸とを重縮合反応させて得たポリエステル樹脂を含む静電荷像現像用トナーを適用した場合に比べ、低温定着性を実現すると共に、静電荷像現像用トナーの帯電性悪化に起因する画像欠陥の抑制を実現する。
本実施形態に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本実施形態に係るプロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である。
以下、本発明の一例である実施形態について詳細に説明する。
[ポリエステル樹脂]
本実施形態に係るポリエステル樹脂は、ロジングリシジルエーテルと多価カルボン酸とを重縮合反応した重縮合体である。
従来、ロジンを単量体成分として用いたポリエステル樹脂を合成する方法としては、例えば、ロジンのカルボキシル基と2官能エポキシ化合物のエポキシ基を開環反応させて合成したアルコールであって、1分子中に2個のロジンエステル基としてロジンを含有する2価アルコール化合物(以下ロジンジオールと称する場合がある)を用いた方法が挙げられる。
ロジンジオールは、例えば、2価カルボン酸と重縮合反応させてポリエステル樹脂を合成する。
なお、ロジンエステル基とは、ロジンに含まれるカルボキシル基から水素原子を除いた残基をいう。
ロジンジオールは、2価カルボン酸と重縮合反応する水酸基と、ロジン構造との間にエステル基を有しているため、水酸基に対するロジンからの立体障害が抑制され、2価カルボン酸との重縮合反応が進みやすい傾向にある。
一方で、ロジンジオールはエステル基を有しているため、エステル交換反応が起こり易い。
その結果、エステル交換反応した化合物が重縮合反応において未反応の単量体となり、ポリエステル樹脂中に残存する傾向となる。
そのため、ポリエステル樹脂合成後には、残存成分を洗浄する洗浄工程が必要になる場合があった。
しかし、本実施形態に係るポリエステル樹脂は、残存成分が少なくなる。
その理由としては、以下のことが考えられる。
まず、ロジングリシジルエーテルとは、ロジンとエポキシ基(グリシジル基)がエーテル基で結合され、エステル基を有さない化合物である(一例として、下記反応スキーム1参照)。
すなわち、下記反応スキーム1に示すような、ロジングリシジルエーテルと多価カルボン酸とを重縮合させて得られる本実施形態に係るポリエステル樹脂は、エステル交換反応が起こらないと考えられる。
したがって、ロジングリシジルエーテルと多価カルボン酸との重縮合反応においては、未反応の単量体から構成された残存成分が発生し難くなるので、合成されたポリエステル樹脂における残存成分は少なくなると考えられる。
加えて、ロジングリシジルエーテルは、多価カルボン酸と重縮合反応するエポキシ基と、ロジンとの間にエーテル基を有しているため、ロジンジオールの場合と同様に、エポキシ基に対するロジンからの立体障害が抑制され、多価カルボン酸との重縮合反応が進みやすくなると考えられる。
Figure 2013133380
つまり、本実施形態に係るポリエステル樹脂は、ロジングリシジルエーテルが、エステル交換反応が起きにくく、かつ、重縮合反応の反応基に対するロジンからの立体障害が抑制されると考えられるため、重縮合反応における反応性が向上し、重縮合反応における残存成分の含有量が少ないと考えられる。
以上から、本実施形態に係るポリエステル樹脂は、重縮合反応における残存成分が少なくなると考えられる。
なお、本実施形態に係るポリエステル樹脂を含んだ静電荷像現像用トナーは、ポリエステル樹脂中の重縮合反応における残存成分が少ないため、低温定着性及び帯電性が向上する。
これは、以下のことが理由として考えられる。
残存成分(例えば、低分子量のモノマー)が存在する場合、樹脂自体が脆くなり、低温定着性が低下すると考えられる。また帯電性に関しても、電荷がリークするポイントが増えると考えられる。よって、重縮合反応における残存成分の残存量を減らすことで、低温定着性及び帯電性の低下が改善すると考えられる。
以下、本実施形態に係るポリエステル樹脂を詳細に説明する。
まず、ロジングリシジルエーテルについて説明する。
(ロジングリシジルエーテル)
ロジングリシジルエーテルは、ロジン還元物とエポキシ基を有する化合物とを反応させて合成したものであり、1分子中にロジン骨格とエポキシ基とエーテル基とを有し、ロジン骨格及びエポキシ基(グリシジル基)がエーテル基で結合された構造の化合物である。
ロジングリシジルエーテルは、例えば、ロジン還元物と、エポキシ基を有する化合物を1:1で混合して加熱(例えば140℃)して反応させて得たものが挙げられる。
下記に、ロジン還元物とエピクロロヒドリン(エポキシ基を有する化合物)とを反応させたロジングリシジルエーテルの反応スキーム2を本実施形態の一例として示す。
ただし、本実施形態におけるロジングリシジルエーテルは、下記反応スキーム2により得られるものに限定されるわけではない。
Figure 2013133380
−ロジン還元物−
ロジン還元物は、ロジンが有するカルボン酸を水酸基に還元したものを示し、本実施形態においては、特に、1価カルボン酸のロジンが有する1つのカルボキシル基を水酸基に還元したものであり、ロジン構造を有する1価アルコールの化合物を示す。
1価カルボン酸のロジンにおけるカルボキシル基を還元するには、例えば、下記のようなロジンを還元する公知の方法が挙げられる。
・重金属触媒の存在下または300度で、高圧下、銅クロム触媒により水素添加する方法
・溶解したロジンをラネーニッケルで直接水素添加する方法
ここで、ロジンとは、樹木から得られる樹脂酸の総称であり、主成分は3環性ジテルペン類の1種であるアビエチン酸とその異性体類を含む天然物由来の物質を示す。ロジンの具体的な成分としては、例えば、アビエチン酸の他にパラストリン酸、ネオアビエチン酸、ピマル酸、デヒドロアビエチン酸、イソピマル酸、サンダラコピマル酸などがあり、本実施形態で用いるロジンはこれらの混合物である。
ロジンは、採取方法による分類では、原料をパルプとするトールロジン、原料を生松脂とするガムロジン、及び原料を松の切り株とするウッドロジンの3種に大別される。
ロジンは入手が容易であることからガムロジン、及びトールロジンの少なくとも一方が望ましい。
ロジンは、精製ロジンであっても未精製のロジンであってもよい。
ここで、精製ロジンとは、未精製のロジン類から樹脂酸の過酸化物から生起したと考えられる高分子量物や、未精製のロジン類に含まれていた不ケン化物を除去することにより得られたものである。
精製方法は特に限定されず、公知の各種精製方法を選択する。具体的には蒸留、再結晶、抽出等の方法が挙げられる。工業的には蒸留による精製を行うことが望ましい。蒸留は、通常、200℃以上300℃以下、6.67kPa以下の圧力で蒸留時間を考慮して選択される。再結晶は、例えば、未精製ロジンを良溶媒に溶解し、ついで溶媒を留去して濃厚な溶液とし、この溶液に貧溶媒を添加することにより行う。良溶媒としてはベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、クロロホルムなどの塩素化炭化水素類、低級アルコール等のアルコール類、アセトンなどのケトン類、酢酸エチルなどの酢酸エステル類等が挙げられ、貧溶媒としてはn−ヘキサン、n−ヘプタン、シクロヘキサン、イソオクタン等の炭化水素系溶媒が挙げられる。抽出は、例えば、アルカリ水を用いて未精製のロジンをアルカリ水溶液となし、これに含まれる不溶性の不ケン化物を、有機溶媒を用いて抽出したのち、水層を中和することで精製ロジンを得る方法である。
ロジンは、不均化ロジンでもよい。不均化ロジンとは、主成分としてアビエチン酸を含むロジンを不均化触媒の存在下で高温加熱することによって、分子内の不安定な共役二重結合を消失させたもので、主成分として、デヒドロアビエチン酸とジヒドロアビエチン酸との混合物である。
不均化触媒としては、パラジウムカーボン、ロジウムカーボン、白金カーボンなどの担持触媒、ニッケル、白金等の金属粉末、ヨウ素、ヨウ化鉄等のヨウ化物等の各種公知のものが挙げられる。
ロジンは、分子内の不安定な共役二重結合を消失させることを目的として、水素化ロジンでもよい。水素化反応については、公知の水素化反応条件を選択する。すなわち、水素化触媒の存在下に水素加圧下で、ロジンを加熱させることにより行う。水素化触媒としては、パラジウムカーボン、ロジウムカーボン、白金カーボンなどの担持触媒、ニッケル、白金等の金属粉末、ヨウ素、ヨウ化鉄等のヨウ化物等の各種公知のものが挙げられる。
また、水素化ロジンとしては、例えば、高温(例えば300℃)高圧下で、重金属触媒(例えば銅クロム)により水素添加する方法や、溶解したロジンに対してラネーニッケル触媒を用いて直接水素を添加する方法により得たものも挙げられる。
なお、不均化ロジン、水素化ロジンは、不均化処理、又は水素化処理の前後において、上記精製工程を設けてもよい。
−エポキシ基を有する化合物−
エポキシ基を有する化合物としては、ロジン還元物の水酸基をエポキシ基に置換するものであればいずれの化合物でもよく、例えば、以下の一般式(1)で表される化合物が挙げられる。
Figure 2013133380
上記一般式(1)中、Rとしては、−(CH−Rが挙げられる。
は、水酸基、ハロゲン基(例えば、F、Cl、Br又はI)で表される。
nは、1以上3以下で表される。
エポキシ基を有する化合物として、具体的には、エピクロロヒドリン、グリシドールが望ましい
(多価カルボン酸)
多価カルボン酸としては、例えば、ジカルボン酸が代表的なものとして挙げられる。
ジカルボン酸としては、例えば、芳香族ジカルボン酸及び脂肪族ジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1種が挙げられる。例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸;シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、イタコン酸、グルタコン酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、ダイマー酸、分岐鎖を有する炭素数1以上20以下のアルキルコハク酸、分岐鎖を有する炭素数1以上20以下のアルケニル基を有するアルケニルコハク酸等の脂肪族ジカルボン酸;それらの酸の無水物及び、それらの酸のアルキル(炭素数1以上3以下)エステル等が挙げられる。これらの中では、トナーの耐久性、定着性及び着色剤の分散性の観点から芳香族ジカルボン酸が望ましい。
多価カルボン酸としては、3価以上の多価カルボン酸も挙げられる。3価以上の多価カルボン酸としては、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸、クエン酸等が挙げられる。
これらの多価カルボン酸は、単独で用いてもよいし、併用してもよい。
(ポリエステル樹脂の製造方法)
本実施形態に係るポリエステル樹脂は、ロジングリシジルエーテル及び多価カルボン酸を原料として製造される。
その製造方法としては、ロジングリシジルエーテルのエポキシ基が開環し、多価カルボン酸のカルボキシル基と重縮合反応する方法が挙げられる。
重縮合反応は、加圧して反応温度を高くする方法、減圧法又は常圧下で不活性ガスを流す方法によって促進してもよい。上記反応によっては、アンチモン、チタン、スズ、亜鉛、アルミニウム及びマンガンより選ばれる少なくとも1種の金属化合物等の反応触媒が用いられ、反応が促進されてもよい。これら反応触媒の添加量は多価カルボン酸と多価アルコールの総量100質量部に対して、0.01質量部以上1.5質量部以下が望ましく、0.05質量部以上1.0質量部以下がより望ましい。
反応温度は、例えば180℃以上260℃以下の温度で行う。
(ポリエステル樹脂の特性)
本実施形態に係るポリエステル樹脂は、ロジングリシジルエーテルと多価カルボン酸との重縮合反応における残存成分が少ない。
ここで、残存成分とは、ロジングリシジルエーテル又は多価カルボン酸の未反応の単量体をいう。
本実施形態に係るポリエステル樹脂の残存成分の含有量は、合成後のポリエステル樹脂を試料とし、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)(島津製作所(株)製)により測定する。溶離液としてアセトニトリル/リン酸ナトリウム緩衝溶液を用い、検出波長210nmで測定を行う。
本実施形態に係るポリエステル樹脂の重量平均分子量は、トナーの耐久性、耐オフセット性の観点から、4000以上1000000以下が望ましく、7000以上300000以下がより望ましい。
ポリエステル樹脂の重量平均分子量の測定は、次の手法により行う。
「HLC−8120GPC、SC−8020(東ソー(株)製6.0mmID×15cm)」を2本用い、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いた。実験条件としては、試料濃度0.5%、流速0.6ml/min、サンプル注入量10μl、測定温度40℃、RI検出器を用いて測定する。また、検量線は東ソー(株)製「Polystyrene標準試料TSK standard」:「A−500」、「F−1」、「F−10」、「F−80」、「F−380」、「A−2500」、「F−4」、「F−40」、「F−128」、「F−700」の10サンプルから作成する。
本実施形態に係るポリエステル樹脂の軟化温度は、トナーの定着性、保存性、及び耐久性の観点から、80℃以上160℃以下が望ましく、90℃以上150℃以下がより望ましい。
軟化温度の測定は、高化式フローテスターCFT−500(島津製作所社製)を用い、ダイスの細孔の径を0.5mm、加圧荷重を0.98MPa(10Kg/cm2)、昇温速度を1℃/分とした条件下で、1cm3の試料を溶融流出させたときの流出開始点から終了点の高さの1/2に相当する温度として求める。
本実施形態に係るポリエステル樹脂のガラス転移温度は、定着性、保存性、及び耐久性の観点から35℃以上80℃以下が望ましく、40℃以上70℃以下がより望ましい。軟化温度及びガラス転移温度は、原料モノマー組成、重合開始剤、分子量、触媒量等の調整、又は反応条件の選択により容易に調整する。
ガラス転移温度の測定は、「DSC−20」(セイコー電子工業(株)製)を使用し、試料10mgを一定の昇温速度(10℃/min)で加熱して行う。
本実施形態に係るポリエステル樹脂の酸価は、トナーの帯電性の観点から1mgKOH/g以上50mgKOH/g以下が望ましく、3mgKOH/g以上30mgKOH/g以下がより望ましい。
酸価の測定は、JIS K0070に従って行い、中和滴定法を用いた測定方法で行う。即ち、適当量の試料を分取し、溶剤(ジエチルエーテル/エタノール混合液)100ml、及び、指示薬(フェノールフタレイン溶液)数滴を加え、水浴上で試料が溶けるまで充分に振り混ぜる。これに、0.1mol/l水酸化カリウムエタノール溶液で滴定し、指示薬の薄い紅色が30秒間続いた時を終点とした。酸価をA、試料量をS(g)、滴定に用いた0.1mol/l水酸化カリウムエタノール溶液をB(ml)、fを0.1mol/l水酸化カリウムエタノール溶液のファクターとした時、A=(B×f×5.611)/Sとして算出する。
本実施形態に係るポリエステル樹脂は、変性されたポリエステルであってもよい。変性されたポリエステルとしては、例えば、特開平11−133668号公報、特開平10−239903号公報、特開平8−20636号公報等に記載の方法によりフェノール、ウレタン、エポキシ等によりグラフト化やブロック化したポリエステルを包含する。
[静電荷像現像トナー]
本実施形態に係る静電荷像現像トナー(以下、「トナー」と称することがある)は、上記本実施形態に係るポリエステル樹脂を含んで構成されている。
以下、本実施形態に係るトナーの詳細について説明する。
本実施形態に係るトナーは、例えば、トナー粒子と、必要に応じて、外添剤と、を有して構成される。
(トナー粒子)
トナー粒子について説明する。
トナー粒子は、結着樹脂と、必要に応じて、着色剤、離型剤及びその他添加剤と、を含んで構成される。
そして、結着樹脂としては、非晶性樹脂が挙げられ、非晶性樹脂として上記本実施形態に係るポリエステル樹脂が適用される。
結着樹脂としては、非晶性樹脂と共に結晶性樹脂を併用してもよい。
結着樹脂としては、上記本実施形態に係るポリエステル樹脂と共に、当該本実施形態に係るポリエステル樹脂以外のその他非晶性樹脂を併用してもよい。
但し、本実施形態に係るポリエステルの含有量は、全結着樹脂100質量部に対して、70質量部以上が望ましく、90質量部以上がより望ましい。
ここで、非晶性樹脂とは、示差走査熱量測定(DSC)を用いた熱分析測定において、明確な吸熱ピークではなく、階段状の吸熱変化のみを有するものであり、常温(例えば25℃)固体で、ガラス転移温度以上の温度において熱可塑化するものを指す。
一方、結晶性樹脂とは、示差走査熱量測定(DSC)において、階段状の吸熱量変化ではなく、明確な吸熱ピークを有するものをいう。
具体的には、例えば、結晶性樹脂とは、昇温速度10℃/minで測定した際の吸熱ピークの半値幅が10℃以内であることを意味し、非晶性樹脂とは、半値幅が10℃を超える樹脂や、明確な吸熱ピークが認められない樹脂を意味する。
結晶性樹脂としては、結晶性ポリエステル樹脂、ポリアルキレン樹脂、長鎖アルキル(メタ)アクリレート樹脂等が挙げられるが、加熱による粘度の急激な変化がより現れる点、さらに機械的強度と低温定着性との両立の観点から、結晶性ポリエステル樹脂が望ましい。
結晶性ポリエステル樹脂としては、例えば、低温定着性を実現する観点から、脂肪族ジカルボン酸(その酸無水物および酸塩化物を含む)と脂肪族ジオールとの縮重合体であることがよい。
結晶性樹脂の含有量としては、全結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上20質量部以下であることが望ましく、5質量部以上15質量部以下であることがより望ましい。
なお、本実施形態において低温定着とは、トナーを120℃程度以下で加熱して定着させることをいう。
その他非晶性樹脂としては、公知の結着樹脂、例えば、スチレン−アクリル樹脂等のビニル系樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリウレタン等の他の樹脂が挙げられる。
−着色剤−
着色剤としては、例えば、染料であっても顔料であってもかまわないが、耐光性や耐水性の観点から顔料が望ましい。
着色剤としては、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、キナクリドン、ベンジシンイエロー、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド185、C.I.ピグメント・レッド238、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・イエロー17、C.I.ピグメント・イエロー180、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー74、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3等の公知の顔料を使用してもよい。
着色剤としては、必要に応じて表面処理された着色剤を使用したり、顔料分散剤を使用したりしてもよい。
着色剤の種類を選択することにより、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナー等が得られる。
着色剤の含有量としては、結着樹脂100質量部に対して、1質量部以上30質量部以下の範囲が望ましい。
−離型剤−
離型剤としては、例えば、低分子量ポリプロピレン、低分子量ポリエチレン等のパラフィンワックス;シリコーン樹脂;ロジン類;ライスワックス;カルナバワックス;等が挙げられる。これらの離型剤の融解温度は、50℃以上100℃以下が望ましく、60℃以上95℃以下がより望ましい。
離型剤の含有量は、結着樹脂100質量部に対して、0.5質量部以上15質量部以下が望ましく、1.0質量部以上12質量部以下がより望ましい。
離型剤の含有量が0.5質量%以上であれば、特にオイルレス定着において剥離不良の発生が防止される。離型剤の含有量が15質量%以下であれば、トナーの流動性が悪化することがなく、画質および画像形成の信頼性が向上する。
−その他添加剤−
帯電制御剤としては、公知のものを使用してもよいが、アゾ系金属錯化合物、サリチル酸の金属錯化合物、極性基を含有するレジンタイプの帯電制御剤を用いてもよい。
−トナー粒子の特性−
トナー粒子は、単層構造のトナー粒子であってもよいし、芯部(コア粒子)と芯部を被覆する被覆層(シェル層)とで構成された所謂コア・シェル構造のトナー粒子であってもよい。
コア・シェル構造のトナー粒子は、例えば、結着樹脂(本実施形態に係るポリエステル樹脂及び結晶性ポリエステル樹脂)と必要に応じて着色剤及び離型剤等のその他添加剤とを含んで構成された芯部と、結着樹脂(本実施形態に係るポリエステル樹脂)を含んで構成された被覆層と、で構成されていることがよい。
トナー粒子の体積平均粒径は、例えば2.0μm以上10μm以下であることがよく、望ましくは3.5μm以上7.0μm以下μm以下である。
トナー粒子の体積平均粒径の測定法としては、分散剤として界面活性剤、望ましくはアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの5質量%水溶液2ml中に、測定試料を0.5mg以上50mg以下加え、これを前記電解液100ml以上150ml以下中に添加した。この測定試料を懸濁させた電解液を超音波分散器で1分間分散処理を行い、前記コールターマルチサイザーII型(ベックマン−コールター社製)により、アパーチャー径が100μmのアパーチャーを用いて、粒径が2.0μm以上60μm以下の範囲の粒子の粒度分布を測定する。測定する粒子数は50,000とする。
得られた粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、小粒径側から体積累積分布を引いて、累積50%となる粒径を体積平均粒径D50vとする。
トナー粒子の形状係数SF1は、例えば、110以上150以下であることがよく、望ましくは120以上140以下である。
ここで上記形状係数SF1は、下記式(1)により求められる。
SF1=(ML/A)×(π/4)×100 ・・・ 式(1)
上記式(1)中、MLはトナーの絶対最大長、Aはトナーの投影面積を各々示す。
なお、SF1は、主に顕微鏡画像または走査型電子顕微鏡(SEM)画像を画像解析装置を用いて解析することによって数値化され、例えば、以下のようにして算出される。すなわち、スライドガラス表面に散布した粒子の光学顕微鏡像をビデオカメラを通じてルーゼックス画像解析装置に取り込み、100個の粒子の最大長と投影面積を求め、上記式(1)によって計算し、その平均値を求めることにより得られる。
(外添剤)
外添剤としては、例えば、無機粒子が挙げられ、該無機粒子として、SiO、TiO、Al、CuO、ZnO、SnO、CeO、Fe、MgO、BaO、CaO、KO、NaO、ZrO、CaO・SiO、KO・(TiO、Al・2SiO、CaCO、MgCO、BaSO、MgSO等が挙げられる。
外添剤としての無機粒子の表面は、予め疎水化処理をしてもよい。疎水化処理は、例えば疎水化処理剤に無機粒子を浸漬する等して行う。疎水化処理剤は特に制限されないが、例えば、シラン系カップリング剤、シリコーンオイル、チタネート系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤等が挙げられる。これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
疎水化処理剤の量としては、通常、例えば、無機粒子100質量部に対して、1質量部以上10質量部程度である。
外添剤としては、樹脂粒子(ポリスチレン、PMMA、メラミン樹脂等の樹脂粒子)、クリーニング活剤(例えば、ステアリン酸亜鉛に代表される高級脂肪酸の金属塩、フッ素系高分子量体の粒子粉末)等も挙げられる。
外添剤の外添量としては、例えば、トナー粒子100質量部に対して0.01質量部以上5質量部以下であることがよく、望ましくは0.01質量部以上2.0質量部以下である。
(トナーの製造方法)
以下、本実施形態に係るトナーの製造方法について説明する。
トナーは、例えば、トナー粒子を得た後、必要に応じて外添剤と混合することにより得られる。
トナー粒子の製造方法としては、乾式製法(例えば、混練粉砕法等)、湿式製法(例えば凝集合一法、懸濁重合法、溶解懸濁造粒法、溶解懸濁法、溶解乳化凝集合一法等)のいずれにより製造してもよいが、中でも、例えば、結着樹脂、必要に応じて着色剤、離型剤その他内添剤等を加えて混練、粉砕、分級する混練粉砕法;混練粉砕法にて得られた粒子を機械的衝撃力又は熱エネルギーにて形状を変化させる方法;により、トナー粒子を得ることがよい。
そして、本実施形態に係るトナーは、例えば、得られた乾燥状態のトナー粒子に、外添剤を添加し、混合することにより製造される。混合は、例えばVブレンダーやヘンシェルミキサー、レディーゲミキサーなどによっておこなうことがよい。更に、必要に応じて、振動師分機、風力師分機などを使ってトナーの粗大粒子を取り除いてもよい。
[静電荷像現像剤]
本実施形態に係る静電荷像現像剤は、本実施形態に係るトナーを少なくとも含むものである。
本実施形態に係る静電荷像現像剤は、本実施形態に係るトナーのみを含む一成分現像剤であってもよいし、当該トナーとキャリアと混合した二成分現像剤であってもよい。
キャリアとしては、特に制限はなく、公知のキャリアが挙げられる。キャリアとしては、例えば、樹脂コートキャリア、磁性分散型キャリア、樹脂分散型キャリア等が挙げられる。
二成分現像剤における、本実施形態に係るトナーと上記キャリアとの混合比(質量比)は、トナー:キャリア=1:100乃至30:100程度の範囲が望ましく、3:100乃至20:100程度の範囲がより望ましい。
[画像形成装置/画像形成方法]
次に、本実施形態に係る画像形成装置/画像形成方法について説明する。
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、像保持体を帯電する帯電手段と、帯電した像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、静電荷像現像剤を収容し、静電荷像現像剤により、像保持体上に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像手段と、像保持体上に形成されたトナー画像を被転写体上に転写する転写手段と、被転写体上に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、を有する。そして、静電荷像現像剤として、上記本実施形態に係る静電荷像現像剤を適用する。
なお、本実施形態に係る画像形成装置において、例えば、現像手段を含む部分が、画像形成装置に対して脱着されるカートリッジ構造(プロセスカートリッジ)であってもよく、該プロセスカートリッジとしては、例えば、本実施形態に係る静電荷像現像剤を収容し、現像手段を備えるプロセスカートリッジが好適に用いられる。
本実施形態に係る画像形成方法は、像保持体を帯電する帯電工程と、帯電した像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、静電荷像現像剤を収容し、静電荷像現像剤により、像保持体上に形成された静電荷像をトナー画像として現像する現像工程と、像保持体上に形成されたトナー画像を被転写体上に転写する転写工程と、被転写体上に転写されたトナー画像を定着する定着工程と、を有する。そして、静電荷像現像剤として、上記本実施形態に係る静電荷像現像剤を適用する。
以下、本実施形態に係る画像形成装置の一例を示すが、これに限定されるわけではない。なお、図に示す主用部を説明し、その他はその説明を省略する。
図1は、4連タンデム方式のカラー画像形成装置を示す概略構成図である。図1に示す画像形成装置は、色分解された画像データに基づくイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像を出力する電子写真方式の第1乃至第4の画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K(画像形成手段)を備えている。これらの画像形成ユニット(以下、単に「ユニット」と称する場合がある)10Y、10M、10C、10Kは、水平方向に互いに予め定められた距離離間して並設されている。なお、これらユニット10Y、10M、10C、10Kは、画像形成装置本体に対して脱着するプロセスカートリッジであってもよい。
各ユニット10Y、10M、10C、10Kの図面における上方には、各ユニットを通して中間転写体としての中間転写ベルト20が延設されている。中間転写ベルト20は、図における左から右方向に互いに離間して配置された駆動ローラ22及び中間転写ベルト20内面に接する支持ローラ24に巻きつけて設けられ、第1のユニット10Yから第4のユニット10Kに向う方向に走行されるようになっている。尚、支持ローラ24は、図示しないバネ等により駆動ローラ22から離れる方向に力が加えられており、両者に巻きつけられた中間転写ベルト20に張力が与えられている。また、中間転写ベルト20の像保持体側面には、駆動ローラ22と対向して中間転写体クリーニング装置30が備えられている。
また、各ユニット10Y、10M、10C、10Kの現像装置(現像手段)4Y、4M、4C、4Kのそれぞれには、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kに収められたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のトナーを含むトナーの供給がなされる。
上述した第1乃至第4のユニット10Y、10M、10C、10Kは、同等の構成を有しているため、ここでは中間転写ベルト走行方向の上流側に配設されたイエロー画像を形成する第1のユニット10Yについて代表して説明する。尚、第1のユニット10Yと同等の部分に、イエロー(Y)の代わりに、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)を付した参照符号を付すことにより、第2乃至第4のユニット10M、10C、10Kの説明を省略する。
第1のユニット10Yは、像保持体として作用する感光体1Yを有している。感光体1Yの周囲には、感光体1Yの表面を予め定められた電位に帯電させる帯電ローラ2Y、帯電された表面を色分解された画像信号に基づくレーザ光線3Yよって露光して静電荷像を形成する露光装置(静電荷像形成手段)3、静電荷像に帯電したトナーを供給して静電荷像を現像する現像装置(現像手段)4Y、現像したトナー画像を中間転写ベルト20上に転写する1次転写ローラ5Y(1次転写手段)、及び1次転写後に感光体1Yの表面に残存するトナーを除去する感光体クリーニング装置(クリーニング手段)6Yが順に配置されている。
尚、1次転写ローラ5Yは、中間転写ベルト20の内側に配置され、感光体1Yに対向した位置に設けられている。更に、各1次転写ローラ5Y、5M、5C、5Kには、1次転写バイアスを印加するバイアス電源(図示せず)がそれぞれ接続されている。各バイアス電源は、図示しない制御部による制御によって、各1次転写ローラに印加する転写バイアスを可変する。
以下、第1ユニット10Yにおいてイエロー画像を形成する動作について説明する。まず、動作に先立って、帯電ローラ2Yによって感光体1Yの表面が−600V乃至−800V程度の電位に帯電される。
感光体1Yは、導電性(20℃における体積抵抗率:1×10−6Ωcm以下)の基体上に感光層を積層して形成されている。この感光層は、通常は高抵抗(一般の樹脂程度の抵抗)であるが、レーザ光線3Yが照射されると、レーザ光線が照射された部分の比抵抗が変化する性質を持っている。そこで、帯電した感光体1Yの表面に、図示しない制御部から送られてくるイエロー用の画像データに従って、露光装置3を介してレーザ光線3Yを出力する。レーザ光線3Yは、感光体1Yの表面の感光層に照射され、それにより、イエロー印字パターンの静電荷像が感光体1Yの表面に形成される。
静電荷像とは、帯電によって感光体1Yの表面に形成される像であり、レーザ光線3Yによって、感光層の被照射部分の比抵抗が低下し、感光体1Yの表面の帯電した電荷が流れ、一方、レーザ光線3Yが照射されなかった部分の電荷が残留することによって形成される、いわゆるネガ潜像である。
このようにして感光体1Y上に形成された静電荷像は、感光体1Yの走行に従って予め定められた現像位置まで回転される。そして、この現像位置で、感光体1Y上の静電荷像が、現像装置4Yによって可視像(現像像)化される。
現像装置4Y内には、例えば、少なくともイエロートナーとキャリアとを含む本実施形態に係る静電荷像現像剤が収容されている。イエロートナーは、現像装置4Yの内部で攪拌されることで摩擦帯電し、感光体1Y上に帯電した帯電荷と同極性(負極性)の電荷を有して現像剤ロール(現像剤保持体)上に保持されている。そして感光体1Yの表面が現像装置4Yを通過していくことにより、感光体1Y表面上の除電された潜像部にイエロートナーが静電的に付着し、潜像がイエロートナーによって現像される。イエローのトナー画像が形成された感光体1Yは、引続き予め定められた速度で走行され、感光体1Y上に現像されたトナー画像が予め定められた1次転写位置へ搬送される。
感光体1Y上のイエロートナー画像が1次転写へ搬送されると、1次転写ローラ5Yに1次転写バイアスが印加され、感光体1Yから1次転写ローラ5Yに向う静電気力がトナー画像に作用され、感光体1Y上のトナー画像が中間転写ベルト20上に転写される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と逆極性の(+)極性であり、例えば第1ユニット10Yでは制御部に(図示せず)よって+10μA程度に制御されている。
一方、感光体1Y上に残留したトナーはクリーニング装置6Yで除去されて回収される。
また、第2のユニット10M以降の1次転写ローラ5M、5C、5Kに印加される1次転写バイアスも、第1のユニットに準じて制御されている。
こうして、第1のユニット10Yにてイエロートナー画像の転写された中間転写ベルト20は、第2乃至第4のユニット10M、10C、10Kを通して順次搬送され、各色のトナー画像が重ねられて多重転写される。
第1乃至第4のユニットを通して4色のトナー画像が多重転写された中間転写ベルト20は、中間転写ベルト20と中間転写ベルト内面に接する支持ローラ24と中間転写ベルト20の像保持面側に配置された2次転写ローラ(2次転写手段)26とから構成された2次転写部へと至る。一方、記録紙(被転写体)Pが供給機構を介して2次転写ローラ26と中間転写ベルト20とが圧接されている隙間に予め定められたタイミングで給紙され、2次転写バイアスが支持ローラ24に印加される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と同極性の(−)極性であり、中間転写ベルト20から記録紙Pに向う静電気力がトナー画像に作用され、中間転写ベルト20上のトナー画像が記録紙P上に転写される。尚、この際の2次転写バイアスは2次転写部の抵抗を検出する抵抗検出手段(図示せず)により検出された抵抗に応じて決定されるものであり、電圧制御されている。
この後、記録紙Pは定着装置(ロール状定着手段)28における一対の定着ロールの圧接部(ニップ部)へと送り込まれトナー画像が記録紙P上へ定着され、定着画像が形成される。
トナー画像を転写する被転写体としては、例えば、電子写真方式の複写機、プリンター等に使用される普通紙、OHPシート等が挙げられる。
定着後における画像表面の平滑性をさらに向上させるには、被転写体の表面も平滑であることが望ましく、例えば、普通紙の表面を樹脂等でコーティングしたコート紙、印刷用のアート紙等が好適に使用される。
カラー画像の定着が完了した記録紙Pは、排出部へ向けて搬出され、一連のカラー画像形成動作が終了される。
なお、上記例示した画像形成装置は、中間転写ベルト20を介してトナー画像を記録紙Pに転写する構成となっているが、この構成に限定されるものではなく、感光体から直接トナー画像が記録紙に転写される構造であってもよい。
(プロセスカートリッジ、トナーカートリッジ)
図2は、本実施形態に係る静電荷像現像剤を収容するプロセスカートリッジの好適な一例の実施形態を示す概略構成図である。プロセスカートリッジ200は、感光体107とともに、帯電ローラ108、現像装置111、感光体クリーニング装置113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117を取り付けレール116を用いて組み合わせ、そして一体化したものである。なお、図2において符号300は被転写体を示す。
そして、このプロセスカートリッジ200は、転写装置112と、定着装置115と、図示しない他の構成部分とから構成される画像形成装置に対して着脱自在としたものである。
図2で示すプロセスカートリッジ200では、帯電装置108、現像装置111、クリーニング装置113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117を備えているが、これら装置は選択的に組み合わせてもよい。本実施形態のプロセスカートリッジでは、感光体107のほかには、帯電装置108、現像装置111、クリーニング装置(クリーニング手段)113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117から構成される群から選択される少なくとも1種を備える。
次に、本実施形態に係るトナーカートリッジについて説明する。本実施形態に係るトナーカートリッジは、画像形成装置に脱着され、少なくとも、画像形成装置内に設けられた現像手段に供給するための補給用の静電荷像現像トナーを収容するトナーカートリッジである。
なお、図1に示す画像形成装置は、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kの着脱される構成を有する画像形成装置であり、現像装置4Y、4M、4C、4Kは、各々の現像装置(色)に対応したトナーカートリッジと、図示しないトナー供給管で接続されている。また、トナーカートリッジ内に収容されているトナーが少なくなった場合には、このトナーカートリッジが交換される。
以下、実施例を挙げて本実施形態を具体的に説明するが、本実施形態は以下に示す実施例にのみ限定されるものではない。なお、実施例中において「部」及び「%」は、特に断りのない限り「質量部」及び「質量%」を意味する。
(ロジンの準備)
−ロジン1−
ロジン1は、不均化ロジン[製品名「荒川化学工業製」(KR−614社製)]を用いた。
−ロジン2−
ロジン2は、トールロジン[製品名「ハートール」(ハリマ化成株式会社製)]を用いた。
(ロジン還元物の合成)
−ロジン還元物1−
ロジン還元物1は、溶解したロジン1をラネーニッケルで直接水素添加して得た。
−ロジン還元物2−
ロジン還元物2は、溶解したロジン2をラネーニッケルで直接水素添加して得た。
(ロジングリシジルエーテルの合成)
−ロジングリシジルエーテル1−
・ロジン還元物1 286質量部
・エピクロロヒドリン 93質量部
上記の成分を110度で8時間反応し、ロジングリシジルエーテル1を得た。
−ロジングリシジルエーテル2−
・ロジン還元物2 286質量部
・エピクロロヒドリン 93質量部
上記の成分を110度で8時間反応し、ロジングリシジルエーテル2を得た。
[ポリエステル樹脂の合成]
(ポリエステル樹脂1)
・ロジングリシジルエーテル1 105質量部
・テレフタル酸 100質量部
・ジブチルスズオキサイド 1質量部
ポリエステル樹脂1は、上記の成分を以下のようにして得た。
ロジングリシジルエーテル1を105質量部、多価カルボン酸成分として、テレフタル酸(TPA)100質量部、反応触媒としてジブチルスズオキサイド1質量部を攪拌装置、加熱装置、温度計、分留装置、窒素ガス導入管を備えたステンレス製反応容器に仕込み、窒素雰囲気下、攪拌しながら220℃で18時間重縮合反応させ、分子量及び酸価を確認し、ポリエステル樹脂1を合成した。
(ポリエステル樹脂2〜6)
表1の組成に従って変更した以外はポリエステル樹脂1と同様にして反応させて、ポリエステル樹脂2〜6を得た。
[実施例1]
(トナー粒子1の作製)
−配合量−
ポリエステル樹脂1 100質量部
マゼンタ顔料(C.I.ピグメントレッド57) 3質量部
上記組成物をエクストルーダーで混練し、表面粉砕方式の粉砕機で粉砕した。その後、風力式分級機(ターボクラシファイアー(TC−15N)、日清エンジニアリング社製)で細粒、粗粒を分級し、その中間サイズの粒子を得る過程を3回繰り返し、体積平均粒径=8μmのマゼンタトナー粒子1を得た。
(静電荷像現像剤1の作製)
−トナーの製造−
トナー粒子1の100質量部にシリカ(商品名:R812(日本エアロジル社製))0.5質量部を加え、高速混合機によって混合し、トナー1を得た。
上記トナー1とメチルメタクリレート−スチレン共重合体で被覆した粒径50μmのフェライトよりなるキャリアを用い、キャリア100質量部に対して、トナー1を7質量部添加し、タンブラーシェーカーミキサーで混合して静電荷像現像剤1を得た。
(評価)
−ポリエステル樹脂中の残存成分−
ポリエステル樹脂中の残存成分の含有量は、合成後のポリエステル樹脂20gを試料とし、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)(島津製作所(株)製)により測定した。溶離液としてアセトニトリル/リン酸ナトリウム緩衝溶液を用い、検出波長210nmで測定を行った。
測定結果は、表2に表す。
−トナーの帯電性評価−
作製した各トナーとキャリアとを混合した現像剤をフタ付きのガラス瓶に秤量し、高温高湿下(温度28℃、湿度85%)で24時間シーズニングした後、ターブラミキサーで5分間攪拌震盪した。撹拌振盪したトナーの帯電量(μC)をブローオフ帯電量測定装置で測定して高温高湿下の帯電量を得た。
評価の結果は、表2に表す。
−トナーの低温定着性評価−
定着温度を125℃から200℃まで5℃刻みに変化させ、それぞれの定着温度において、現像機の空回しを60分行った後に、25mm×25mm、トナー載り量4.5g/mの画像を枚形成した。そして、形成された画像を、トナー画像面を内側にして折って、その折り目上をステンレス製の円筒状のクリース測定用治具(長さ5cm、内径3.8cm、外径2.9cm、重さ869g)により長辺側に3秒かけて回転させた。画像面の折り目部分を走査型電子顕微鏡(日立社製、型番:S−4100、倍率:500倍)で観察して、画像欠損部が観察されなくなる温度を定着温度(飽和クリース温度)と判定した。
評価の結果は、表2に示す。
[実施例2〜5、比較例1]
表1に従ってポリエステル樹脂の種類を変更した以外は実施例1と同様にして、トナーを作製し、実施例1と同様にして評価した。
評価の結果は、表2に示す。
Figure 2013133380
Figure 2013133380
上記の結果から、本実施例に係るポリエステル樹脂は、比較例に比べ、ポリエステル樹脂中の残存成分が少ない。
また、本実施例に係るトナーの帯電性及び低温定着性は、比較例に比べ、向上している。
1Y、1M、1C、1K、107 感光体(像保持体の一例)
2Y、2M、2C、2K、108 帯電ローラ(帯電手段の一例)
3Y、3M、3C、3K レーザ光線
3、110 露光装置(静電荷像形成手段の一例)
4Y、4M、4C、4K、111 現像装置(現像手段の一例)
5Y、5M、5C、5K 1次転写ローラ
6Y、6M、6C、6K、113 感光体クリーニング装置
8Y、8M、8C、8K 現像剤カートリッジ
10Y、10M、10C、10K 画像形成ユニット
20 中間転写ベルト
22 駆動ローラ
24 支持ローラ
26 2次転写ローラ(転写手段の一例)
28、115 定着装置(定着手段の一例)
30 中間転写体クリーニング装置
112 転写装置
116 取り付けレール
117 除電露光のための開口部
118 露光のための開口部
200 プロセスカートリッジ、
P、300 記録紙(被転写体)

Claims (7)

  1. ロジングリシジルエーテルと多価カルボン酸との重縮合体からなるポリエステル樹脂。
  2. 請求項1に記載のポリエステル樹脂を含む静電荷像現像用トナー。
  3. 請求項2に記載の静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤。
  4. 請求項2に記載の静電荷像現像用トナーを収納し、
    画像形成装置に着脱されるトナーカートリッジ。
  5. 請求項3に記載の静電荷像現像剤を収納し、像保持体の表面に形成された静電荷像を前記静電荷像現像剤により現像してトナー像を形成する現像手段を備え、
    画像形成装置に着脱されるプロセスカートリッジ。
  6. 像保持体と、
    前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
    前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、
    請求項3に記載の静電荷像現像剤を収納し、前記静電荷像現像剤により前記静電荷像を現像してトナー像を形成する現像手段と、
    前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
    前記記録媒体に前記トナー像を定着する定着手段と、
    を備える画像形成装置。
  7. 像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
    前記像保持体の表面に静電荷像を形成する静電荷像形成工程と、
    請求項3に記載の静電荷像現像剤により前記静電荷像を現像してトナー像を形成する現像工程と、
    前記トナー像を記録媒体に転写する転写工程と、
    前記記録媒体に前記トナー像を定着する定着工程と、
    を有する画像形成方法。
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