JP2015052715A - 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
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Abstract
Description
また、例えば、特許文献2〜7には、光輝感が高い画像を得る目的で、顔料に光輝性顔料を用いたり、また扁平な形状のトナーを用いることが開示されている。
即ち、請求項1に係る発明は、
全トナー粒子中に、少なくとも、光輝性顔料及び結着樹脂を含むトナー粒子を含有し、且つ、全トナー粒子に対し、超音波装置により、周波数50kHz、出力120Wにて20分間超音波を付与し、その前後において下記式(1)により算出される樹脂剥がれ率が1%以上5%以下となる静電荷像現像用トナー
式(1) 樹脂剥がれ率=(X−Y)/Z×100
〔式(1)中、Xは超音波付与前の光輝性顔料を含むトナー粒子の個数を表し、Yは超音波付与後の光輝性顔料を含むトナー粒子の個数を表し、Zは超音波付与前の全トナー粒子の個数を表す。〕
請求項1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1に記載の静電荷像現像用トナーを収容し、
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2に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、像保持体の表面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である。
像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電した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2に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面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、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、
を備える画像形成装置である。
像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
帯電した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2に記載の静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面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、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写工程と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着工程と、
を有する画像形成方法である。
本実施形態に係る静電荷像現像用トナー(以下、本実施形態に係るトナーと称することがある。)は、全トナー粒子中に、少なくとも、光輝性顔料及び結着樹脂を含むトナー粒子を含有し、且つ、全トナー粒子に対し、超音波装置により、周波数50kHz、出力120Wにて20分間超音波を付与し、その前後において下記式(1)により算出される樹脂剥がれ率が1%以上5%以下となる静電荷像現像用トナーである。
式(1) 樹脂剥がれ率=(X−Y)/Z×100
〔式(1)中、Xは超音波付与前の光輝性顔料を含むトナー粒子の個数を表し、Yは超音波付与後の光輝性顔料を含むトナー粒子の個数を表し、Zは超音波付与前の全トナー粒子の個数を表す。〕
その理由は明確ではないが、以下のように推察される。
なお、本実施形態において「光輝性」とは、本実施形態に係る静電荷像現像用トナーによって形成された画像を視認した際に金属光沢のごとき輝きを有することを表す。
光輝性顔料は、導電性に優れた金属顔料であることが多く、かかる光輝性顔料がトナー粒子表面に露出してしまうとトナー粒子自体の帯電性が低下し、非画像部に静電荷像現像用トナーが付着する現象、所謂現像カブリが生じてしまうことがあった。
また、トナーは像保持体の表面に付与された後、転写されずに残ったものがクリーニング部材により像保持体の表面から除かれるが、かかるトナーが、トナー粒子表面に光輝性顔料が露出した状態であると、クリーニング部材と接触した際に露出した光輝性顔料が像保持体の表面を傷つけ、結果的に、画像部に白筋が発生する現象が生じてしまうこともあった。
このようなことから、画像形成装置内において機械的負荷が強くかかる状況下に供されても、光輝性顔料がトナー粒子表面に露出してしまうことを効果的に抑制し、その結果として、非画像部に静電荷像現像用トナーが付着する現象、及び画像部に白筋が発生する現象を抑制できるものと考えられる。
本実施形態に係るトナーは、全トナー粒子中に、少なくとも、光輝性顔料及び結着樹脂を含むトナー粒子を含有し、且つ、前記した超音波付与の前後において式(1)により算出される樹脂剥がれ率が1%以上5%以下のトナー粒子を含む構成を有する。
また、本実施形態に係るトナーは、上記のトナー粒子の他、必要に応じて、外添剤を含んでいてもよい。
本実施形態において、全トナー粒子は、超音波装置(beckman社製Ultrasonic Dispension System Tetra150)により、周波数50kHz、出力120Wにて20分間超音波を付与される。本実施形態に係るトナーは、この超音波付与の前後において下記式(1)により算出される樹脂剥がれ率が1%以上5%以下となることを特徴としている。
式(1) 樹脂剥がれ率=(X−Y)/Z×100
〔式(1)中、Xは超音波付与前の光輝性顔料を含むトナー粒子の個数を表し、Yは超音波付与後の光輝性顔料を含むトナー粒子の個数を表し、Zは超音波付与前の全トナー粒子の個数を表す。〕
かかるX、Y、及びZは、いずれもトナー粒子の断面をTEM(透過型電子顕微鏡)により観察することで求められるものである。具体的な方法は後述する。
なお、観察するトナー粒子数は、超音波付与前、超音波付与後、いずれも5000個とした。
この5000個は、たとえ超音波付与前であっても光輝性顔料を含むトナー粒子のみからなるとは限らず、光輝性顔料を含むトナー粒子と光輝性顔料を含まないトナー粒子との総計である場合もある。
即ち、Xは、超音波付与前の5000個のトナー粒子中に含まれる、光輝性顔料を含むトナー粒子の個数を指す。
Yは、超音波付与後の5000個のトナー粒子中に含まれる、光輝性顔料を含むトナー粒子の個数を指す。
Zは、超音波付与前の全トナー粒子の個数を指すことから、5000個となる。
なお、X及びYにおける「光輝性顔料を含むトナー粒子の個数」は、「光輝性顔料を含まないトナー粒子(光輝性顔料を除くトナー粒子の構成成分からなる粒子)の個数」を数え、その残数として求められるものである。
まず、トナー粒子をビスフェノールA型液状エポキシ樹脂と硬化剤とを用いて包埋したのち、切削用サンプルを作製する。次に、ダイヤモンドナイフを用いた切削機、例えば、LEICAウルトラミクロトーム(日立テクノロジーズ社製)を用いて−100℃の下、切削サンプルを切削し、観察用サンプルを作製する。観察サンプルをTEMにより倍率5000倍前後で観察する。
なお、光輝性顔料は結着樹脂との組成の違いや特徴的な扁平形状をしているため、観察した画像の濃淡の違いや形状から判別される。トナー断面内部では棒状に存在し、コントラストの異なる部分を光輝性顔料と判断した。
このようにしてトナー粒子5000個についてトナー断面を観察し、その中で光輝性顔料を含まないトナー粒子の個数の割合を算出した。
そのため、トナーの樹脂剥がれ率が上記範囲を満たすことで、保管時や画像形成装置等の内部において物理的な負荷がかかった場合でも、結着樹脂等の剥がれが起き難く、耐久性に優れたものであることになり、現像カブリ、及び白筋の発生を抑制しうる。
つまり、本実施形態に係るトナーでは、前記式(1)におけるXが上記の範囲であることが好ましい。
この範囲であることで、本実施形態に係るトナーの転写性を高めることができ、また、金属光沢に優れた画像を得ることが容易になる。
この全トナー粒子に占める光輝性顔料を含むトナー粒子の割合は、前述のXから算出される。
即ち、1.光輝性顔料の表面を荒らし、アンカー効果により光輝性顔料と結着樹脂等の他の成分との密着性を上げる方法、2.光輝性顔料表面に樹脂により被覆層を形成し、この被覆層と結着樹脂との良好な親和性を用いて両者の密着性を上げる方法、等が挙げられる。
中でも、顔料表面への処理の均一性の点から、上記1の方法が好適であって、更に、樹脂剥がれ率の制御の容易性等の点から、上記1.の方法と2.の方法との両方を組み合わせてもよい。
上記のような処理後の光輝性顔料の表面粗さは、光輝性顔料としての機能を低下させない程度であることが好ましく、求められるアンカー効果に応じて調整される。
樹脂層の被覆量は上記の範囲にあることで、顔料表面を均一に被覆することが可能である上に、良好な金属光沢を示すトナー粒子を得ることが可能である。
例えば、トナー粒子の表面に樹脂層を形成する方法は、特に限定はされないが、基体粒子(ここでは光輝性顔料粒子)を有機溶媒中に分散したスラリーに重合性モノマーを添加し、不活性ガス雰囲気中で加熱しながらアゾビスイソブチロニトリル、過酸化ベンゾイルなどの重合開始剤を添加することにより、モノマーを重合させ基体粒子表面に重合体を析出させる方法が好ましい。
本実施形態におけるトナー粒子は、光輝性顔料及び結着樹脂に加え、必要に応じて、離型剤等のその他の添加剤を含むものが好ましい。
以下、トナー粒子を構成する各成分について説明する。
本実施形態に用いられる光輝性顔料としては、例えば、アルミニウム、黄銅、青銅、ニッケル、ステンレス、亜鉛などの金属粉末等が用いられる。中でも、金属光沢に優れていることや、比重が小さくハンドリングが容易であって、樹脂剥がれ率を前記した範囲に制御し易いといった点から、アルミニウムが好ましい。
前記金属粉末の表面は、前述のように粗面化されていてもよいし、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂等の樹脂により被覆されていてもよい。また、これとは別に、シリカ等の金属酸化物により被覆されていてもよい。
結着樹脂としては、例えば、スチレン類(例えばスチレン、パラクロロスチレン、α−メチルスチレン等)、(メタ)アクリル酸エステル類(例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸2−エチルヘキシル等)、エチレン性不飽和ニトリル類(例えばアクリロニトリル、メタクリロニトリル等)、ビニルエーテル類(例えばビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル等)、ビニルケトン類(ビニルメチルケトン、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等)、オレフィン類(例えばエチレン、プロピレン、ブタジエン等)等の単量体の単独重合体、又はこれら単量体を2種以上組み合せた共重合体からなるビニル系樹脂が挙げられる。
結着樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂、変性ロジン等の非ビニル系樹脂、これらと前記ビニル系樹脂との混合物、又は、これらの共存下でビニル系単量体を重合して得られるグラフト重合体等も挙げられる。
これらの結着樹脂は、1種類単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
ポリエステル樹脂としては、例えば、公知のポリエステル樹脂が挙げられる。
多価カルボン酸は、ジカルボン酸と共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上のカルボン酸を併用してもよい。3価以上の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、これらの無水物、又はこれらの低級(例えば炭素数1以上5以下)アルキルエステル等が挙げられる。
多価カルボン酸は、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。
多価アルコールとしては、ジオールと共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上の多価アルコールを併用してもよい。3価以上の多価アルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールが挙げられる。
多価アルコールは、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。
なお、ガラス転移温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線より求め、より具体的にはJIS K7121−1987「プラスチックの転移温度測定方法」のガラス転移温度の求め方に記載の「補外ガラス転移開始温度」により求められる。
ポリエステル樹脂の数平均分子量(Mn)は、2000以上100000以下が好ましい。
ポリエステル樹脂の分子量分布Mw/Mnは、1.5以上100以下が好ましく、2以上60以下がより好ましい。
なお、重量平均分子量及び数平均分子量は、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィ(GPC)により測定する。GPCによる分子量測定は、測定装置として東ソー製GPC・HLC−8120GPCを用い、東ソー製カラム・TSKgel SuperHM−M(15cm)を使用し、THF溶媒で行う。重量平均分子量及び数平均分子量は、この測定結果から単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用して算出する。
なお、原料の単量体が、反応温度下で溶解又は相溶しない場合は、高沸点の溶剤を溶解補助剤として加え溶解させてもよい。この場合、重縮合反応は溶解補助剤を留去しながら行う。共重合反応において相溶性の悪い単量体が存在する場合は、あらかじめ相溶性の悪い単量体とその単量体と重縮合予定の酸又はアルコールとを縮合させておいてから主成分と共に重縮合させるとよい。
離型剤としては、例えば、炭化水素系ワックス;カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス等の天然ワックス;モンタンワックス等の合成又は鉱物・石油系ワックス;脂肪酸エステル、モンタン酸エステル等のエステル系ワックス;などが挙げられる。離型剤は、これに限定されるものではない。
なお、融解温度は、示差走査熱量測定(DSC)により得られたDSC曲線から、JIS K7121−1987「プラスチックの転移温度測定方法」の融解温度の求め方に記載の「融解ピーク温度」により求める。
その他の添加剤としては、例えば、磁性体、帯電制御剤、無機粉体等の周知の添加剤が挙げられる。これらの添加剤は、内添剤としてトナー粒子に含まれる。
(比(A/B)について)
本実施形態に係るトナーは、ベタ画像を形成した場合に、該画像に対し変角光度計により入射角−45°の入射光を照射した際に測定される受光角+30°での反射率Aと受光角−30°での反射率Bとの比(A/B)が2以上100以下であることが好ましい。
一方、比(A/B)が100を超えると、反射光を視認し得る視野角が狭くなり過ぎ、正反射光成分が大きいために見る角度によって黒っぽく見えてしまう場合がある。また、比(A/B)が100を超えるトナーは、製造も困難である。
ここで、まず入射角及び受光角について説明する。本実施形態において変角光度計による測定の際には、入射角を−45°とするが、これは光沢度の広い範囲の画像に対して測定感度が高いためである。
また、受光角を−30°及び+30°とするのは、光輝感のある画像と光輝感のない画像を評価するのに最も測定感度が高いためである。
本実施形態においては、比(A/B)を測定するに際し、まず「ベタ画像」を以下の方法により形成する。試料となる静電荷像現像剤を、富士ゼロックス(株)社製DocuCentre−III C7600の現像器に充填し、記録紙(OKトップコート+紙、王子製紙(株)社製)上に、定着温度190℃、定着圧力4.0kg/cm2にて、トナー載り量が4.5g/cm2のベタ画像を形成する。なお、前記「ベタ画像」とは印字率100%の画像を指す。
形成したベタ画像の画像部に対し、変角光度計として日本電色工業社製の分光式変角色差計GC5000Lを用いて、ベタ画像への入射角−45°の入射光を入射し、受光角+30°における反射率Aと受光角−30°における反射率Bを測定する。なお、反射率A及び反射率Bは、400nmから700nmの範囲の波長の光について20nm間隔で測定を行い、各波長における反射率の平均値とした。これらの測定結果から比(A/B)が算出される。
本実施形態に係るトナーは、前述の比(A/B)を満たす観点から下記(1)乃至(2)の要件を満たすトナー粒子を含んで構成されることが望ましい。
(1)トナー粒子が扁平である、即ち、トナー粒子の平均最大厚さCよりも平均円相当径Dが長い
(2)トナー粒子の厚さ方向への断面を観察した場合に、トナー粒子の該断面における長軸方向と顔料粒子の長軸方向との角度が−30°乃至+30°の範囲となる顔料粒子の数が、観察される全顔料粒子のうち60%以上である
図1に示すトナー粒子2は、厚さLよりも円相当径が長い扁平状のトナー粒子であり、鱗片状の顔料粒子4(光輝性顔料に相当)を含有している。
そのため、このトナー粒子中に含有される鱗片状の顔料粒子のうち上記(2)に示される「トナーの該断面における長軸方向と顔料粒子の長軸方向との角度が−30°乃至+30°の範囲にある」との要件を満たす顔料粒子は、面積が最大となる面側が記録媒体表面と相対するよう並ぶと考えられる。こうして形成された画像に対し光を照射した場合には、入射光に対して乱反射する顔料粒子の割合が抑制されるため、前述の比(A/B)の範囲が達成されるものと考えられる。また、入射光に対して乱反射する顔料粒子の割合が抑制されると、見る角度により反射光強度が大きく変化するため、より理想的な光輝性が得られる。
前記(1)に示すとおり、本実施形態に係るトナーにおいて、トナー粒子の平均最大厚さCよりも平均円相当径Dが長いことが望ましい。
また、平均最大厚さCと平均円相当径Dの比(C/D)が0.001以上0.500以下の範囲にあることがより望ましく、0.010以上0.200以下の範囲が更に望ましく、0.050以上0.100以下の範囲が特に望ましい。
比(C/D)が0.001以上であることにより、トナー粒子の強度が確保され、画像形成の際における応力による破断が抑制され、顔料が露出することによる帯電の低下、その結果発生するカブリが抑制される。一方0.500以下であることにより、優れた光輝性が得られる。
トナー粒子を平滑面にのせ、振動を掛けてムラのないように分散する。1000個のトナー粒子について、カラーレーザ顕微鏡「VK−9700」(キーエンス社製)により1000倍に拡大して最大の厚さCと上から見た面の円相当径Dを測定し、それらの算術平均値を求めることにより算出する。
前記(2)に示すとおり、トナー粒子の厚さ方向への断面を観察した場合に、トナー粒子の該断面における長軸方向と顔料粒子の長軸方向との角度が−30°乃至+30°の範囲となる顔料粒子の数が、観察される全顔料粒子のうち60%以上であることが望ましい。更には、上記数が70%以上95%以上であることがより望ましく、80%以上90%以下であることが特に望ましい。
上記の数が60%以上であることにより優れた光輝性が得られる。
トナー粒子をビスフェノールA型液状エポキシ樹脂と硬化剤を用いて包埋したのち、切削用サンプルを作製する。次にダイヤモンドナイフを用いた切削機(本実施形態においては、LEICAウルトラミクロトーム(日立テクノロジーズ社製)を使用)を用いて−100℃の下、切削サンプルを切削し、観察用サンプルを作製する。この観察サンプルを透過型電子顕微鏡(TEM)により倍率5000倍前後でトナー粒子の断面を観察する。観察された1000個のトナー粒子について、トナー粒子の断面における長軸方向と顔料粒子の長軸方向との角度が−30°乃至+30°の範囲となる顔料粒子の数を、画像解析ソフトを用いて数えその割合を計算する。
また、本実施形態に係るトナーにおいて、トナー粒子の体積平均粒子径は1μm以上30μm以下であることが望ましく、より望ましくは3μm以上20μm以下である。
本実施形態に係るトナーは、トナー粒子を製造後、必要に応じて、トナー粒子に対して外添剤を外添することで得られる。
トナー粒子の製造方法は特に限定されないが、金属顔料のトナー表面への露出を防止し易い点から、乳化凝集法や溶解懸濁法等の湿式法等によって作製されることが望ましい。
本実施形態においては、トナー粒子の形状やトナー粒子の粒子径を制御しやすく、コアシェル構造などトナー粒子構造の制御範囲も広い乳化凝集法を用いてもよい。
以下、乳化凝集法によるトナー粒子の製造方法について詳しく説明する。
この乳化凝集法の各工程については、以下に説明する。
樹脂粒子分散液の作製は、一般的な重合法により樹脂粒子の分散液の作製する方法、例えば、乳化重合法や懸濁重合法、分散重合法などを用いる方法、更には、水系媒体と結着樹脂とを混合した溶液に、分散機により剪断力を与えることにより乳化する方法が適用される。その際、加熱して樹脂成分の粘性を下げて粒子を形成してもよい。また、分散した樹脂粒子の安定化のため、分散剤を使用してもよい。更に、樹脂が油性で水への溶解度の比較的低い溶剤に溶解するものであれば、該樹脂をそれらの溶剤に解かして水中に分散剤や高分子電解質と共に粒子分散し、その後、加熱又は減圧して溶剤を蒸散することにより、樹脂粒子分散液が作製される。
また、乳化工程に使用される分散剤としては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリメタクリル酸ナトリウム等の水溶性高分子;ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、オクタデシル硫酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリル酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム等のアニオン性界面活性剤、ラウリルアミンアセテート、ステアリルアミンアセテート、ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド等のカチオン性界面活性剤、ラウリルジメチルアミンオキサイド等の両性イオン性界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアミン等のノニオン性界面活性剤等の界面活性剤;リン酸三カルシウム、水酸化アルミニウム、硫酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム等の無機塩;等が挙げられる。
分散液中の樹脂粒子の大きさとしては、その平均粒子径(体積平均粒子径)は1.0μm以下が望ましく、60nm以上300nm以下の範囲であることがより望ましく、更に望ましくは150nm以上250nm以下の範囲である。
60nm以上では、樹脂粒子が分散液中で不安定な粒子となりやすいため、該樹脂粒子の凝集が容易となる場合がある。また、1.0μm以下であると、トナーの粒子径分布が狭くなる場合がある。
離型剤分散液は乳化凝集法に用いられるが、トナー粒子を懸濁重合法により製造する際にも離型剤分散液を用いてもよい。
体積平均粒子径が100nm以上では、使用される結着樹脂の特性にも影響されるが、一般的に離型剤成分がトナー粒子中に取り込まれやすくなる。また、500nm以下の場合には、トナー粒子中の離型剤の分散状態が良好となる。
光輝性顔料は、水中にイオン性界面活性剤や高分子酸や高分子塩基などの高分子電解質と共に分散される。分散させた光輝性顔料の体積平均粒子径は20μm以下であればよいが、3μm以上16μm以下の範囲であれば、凝集性を損なうことなく且つトナー中の光輝性顔料の分散が良好で望ましい。
また、光輝性顔料と結着樹脂とを溶剤に分散・溶解して混合し、転相乳化やせん断乳化により水中へ分散することにより、結着樹脂で被覆された光輝性顔料の分散液を調製してもよい。
凝集工程においては、樹脂粒子分散液、光輝性顔料分散液、離型剤分散液等を混合して混合液とし、樹脂粒子のガラス転移温度以下の温度で加熱して凝集させ、凝集粒子を形成する。凝集粒子の形成は、攪拌下、混合液のpHを酸性にすることによってなされる場合が多い。この際、撹拌条件により比(C/D)を好ましい範囲にすることが可能となる。より具体的には凝集粒子を形成する段階で撹拌を高速に、かつ加熱することによって比(C/D)を小さくすることができ、撹拌をより低速に、且つ、より低温で加熱することによって比(C/D)を大きくすることができる。なおpHとしては、2以上7以下の範囲が望ましく、この際、凝集剤を使用することも有効である。
また、凝集工程において、離型剤分散液は、樹脂粒子分散液等の各種分散液とともに一度に添加・混合してもよいし、複数回に分割して添加してもよい。
本実施形態においては、アルミニウムを含む4価の無機金属塩の重合体を用いることが、狭い粒度分布を得るためには望ましい。
融合工程においては、前述の凝集工程に準じた攪拌条件下で、凝集粒子の懸濁液のpHを3以上9以下の範囲に上昇させることにより凝集の進行を止め、樹脂のガラス転移温度以上の温度で加熱を行うことにより凝集粒子を融合させる。
また、凝集工程においてコア凝集粒子の表面を樹脂で被覆した場合には、かかる樹脂も融合しコア凝集粒子を被覆する。前記加熱の時間としては、融合がされる程度行えばよく、0.5時間以上10時間以下程度行えばよい。
融合して得た融合粒子は、ろ過などの固液分離工程や、必要に応じて洗浄工程、乾燥工程を経てトナー粒子とされる。
次いで、溶解懸濁法によるトナー粒子の製造方法について詳しく説明する。
溶解懸濁法は、結着樹脂、光輝性顔料、及び必要に応じて用いられる離型剤等のその他の成分を含む材料を、結着樹脂が溶解可能な溶媒中に溶解又は分散させた液を、無機分散剤を含有する水媒体中に添加して、分散懸濁することで造粒した後、溶媒を除去することでトナー粒子を得る方法である。
溶解懸濁法に用いられるその他の成分としては、離型剤の他、帯電制御剤、有機粒子等の種々の成分が挙げられる。
結着樹脂が溶解可能か否かは、結着樹脂の構成成分、分子鎖長、三次元化の度合いなどに依存するので一概に言い切れないが、一般的にはトルエン、キシレン、ヘキサン等の炭化水素、塩化メチレン、クロロホルム、ジクロロエタン、ジクロロエチレン等のハロゲン化炭化水素、エタノール、ブタノール、ベンジルアルコールエチルエーテル、ベンジルアルコールイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等のアルコール又はエーテル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソプロピル等のエステル、アセトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトン、ジメチルオキシド、ジアセトンアルコール、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等のケトン又はアセタールなどが使用される。
溶媒の使用量には制限がないが、水媒体中にて造粒できる粘度であればよい。結着樹脂、光輝性顔料、及びその他の成分を含む材料(前者)と溶媒(後者)との比で、10/90乃至50/50(前者/後者の質量比)が造粒し易さ及び最終的なトナー粒子の収率の点で好ましい。
無機分散剤としては、リン酸三カルシウム、ヒドロキシアパタイト、炭酸カルシウム、酸化チタン及びシリカ粉末から選択されるものが好ましい。
無機分散剤の使用量は造粒される粒子の粒子径に応じて決定されるが、一般的にはトナー母液に対して0.1質量%以上15質量%以下の範囲で用いられるのが好ましい。0.1質量%以上であれば造粒が良好に行われやすく、15質量%以下であれば不必要な微細粒子が発生しづらく目的の粒子が高収率で得られやすい。
助剤としては、公知の陽イオンタイプ、陰イオンタイプ及びノニオンタイプの界面活性剤があり、特に、陰イオンタイプのものが好ましい。例えば、アルキルベンゼンスルフォン酸ナトリウム、α−オレフィンスルフォン酸ナトリウム、アルキルスルフォン酸ナトリウム等があり、これらはトナー母液に対して1×10−4質量%以上0.1質量%以下の範囲で用いられるのが好ましい。
この際、平均粒子径が20μm以下に造粒されることが望ましく、特に3μm以上15μm以下に造粒されることが望ましい。
剪断機構を備えた装置としては各種の分散機があり、中でも、ホモジナイザーが好ましい。ホモジナイザーを用いることで、互いには相溶しない物質(本実施形態では無機分散剤を含有する水媒体とトナー母液)をケーシングと回転するロータとの間隙を通過させることで、ある液体中にその液体とは相溶しない物質を粒子状に分散させられる。
ホモジナイザーとして具体的には、TKホモミキサー、ラインフローホモミキサー、オートホモミキサー(以上、特殊機化工業株式会社製)、シルバーソンホモジナイザー(シルバーソン社製)、ポリトロンホモジナイザー(キネマチカ(KINEMATICA)AG社製)などがある。
ホモジナイザーを用いた撹拌条件は、ロータの羽根の周速で2m/秒以上が好ましい。周速が2m/秒以上であれば粒子化が良好となる傾向にある。
溶媒の除去は、常温(25℃)、常圧で行ってもよいが、除去までに長い時間を要するため、溶媒の沸点より低く、且つ、沸点との差が80℃以下の範囲の温度条件で行うのが好ましい。圧力は常圧でも減圧でもよいが、減圧する際は20mmHg以上150mmHg以下で行うのが好ましい。
次いで、脱水、乾燥すれば粉体のトナー粒子を得ることができる。
−外添工程−
前述の方法により得られたトナー粒子には、帯電調整、流動性付与、電荷交換性付与等を目的として、シリカ、チタニア、酸化アルミに代表される無機酸化物等が外添剤として添加付着されてもよい。
これらは、例えば、V型ブレンダーやヘンシェルミキサー、レディゲミキサー等によって行うことができ、段階を分けて付着させてもよい。
外添剤の添加量は、質量換算で、トナー粒子100部に対して、0.1部以上5部以下の範囲が望ましく、0.3部以上2部以下の範囲がより望ましい。
滑剤としては、例えば、エチレンビスステアリル酸アミド、オレイン酸アミド等の脂肪酸アミド、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムなどの脂肪酸金属塩等が挙げられる。
研磨剤としては、例えば、前述のシリカ、アルミナ、酸化セリウムなどが挙げられる。
また、外添工程の後に、必要に応じて篩分工程を設けてもよい。篩分方法としては、具体的には、例えば、ジャイロシフター、振動篩分機、風力篩分機等が挙げられる。
篩分することにより、外添剤の粗粉等が取り除かれ、感光体上の筋の発生、装置内のぼた汚れなどが抑制される。
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。
なお、磁性粉分散型キャリア、及び樹脂含浸型キャリアは、当該キャリアの構成粒子を芯材とし、これに被覆樹脂により被覆したキャリアであってもよい。
なお、被覆樹脂、及びマトリックス樹脂には、導電材料等、その他添加剤を含ませてもよい。
具体的な樹脂被覆方法としては、芯材を被覆層形成用溶液中に浸漬する浸漬法、被覆層形成用溶液を芯材表面に噴霧するスプレー法、芯材を流動エアーにより浮遊させた状態で被覆層形成用溶液を噴霧する流動床法、ニーダーコーター中でキャリアの芯材と被覆層形成用溶液とを混合し、溶剤を除去するニーダーコーター法等が挙げられる。
続いて、本実施形態に係る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、及び画像形成方法について、まとめて説明する。
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、像保持体の表面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、像保持体の表面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、像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、を備える。そして、静電荷像現像剤として、本実施形態に係る静電荷像現像剤が適用される。
中間転写方式の装置の場合、転写手段は、例えば、表面にトナー画像が転写される中間転写体と、像保持体の表面に形成されたトナー画像を中間転写体の表面に一次転写する一次転写手段と、中間転写体の表面に転写されたトナー画像を記録媒体の表面に二次転写する二次転写手段と、を有する構成が適用される。
かかる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、静電荷像現像剤により、像保持体の表面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を備え、画像形成装置に着脱される、本実施形態に係るプロセスカートリッジが好適に用いられる。
また、本実施形態に係るプロセスカートリッジは、上記構成に限られず、現像装置と、その他、必要に応じて、例えば、像保持体、帯電手段、静電荷像形成手段、及び転写手段等のその他手段から選択される少なくとも一つと、を備える構成であってもよい。
かかるプロセスカートリッジとしては、例えば、本実施形態に係るトナーを収容し、画像形成装置に着脱される、本実施形態に係るトナーカートリッジが好適に用いられる。
図2は、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。本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体としての感光体が複数、即ち画像形成ユニット(画像形成手段)が複数設けられたタンデム型の構成に係るものである。
ここで、各画像形成ユニット50Y、50M、50C、50K、50Bは、収納されている現像剤中のトナーの色を除き同様の構成を有しているため、ここではイエロー画像を形成する画像形成ユニット50Yについて代表して説明する。なお、画像形成ユニット50Yと同様の部分に、イエロー(Y)の代わりに、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)、銀(B)を付した参照符号を付すことにより、各画像形成ユニット50M、50C、50K、50Bの説明を省略する。
〈アルミニウム顔料1の作製〉
(顔料表面粗面化処理)
アルミニウム顔料(昭和アルミニウム(株)品番2173、固形分65%)154部(アルミ分として100部)に、粉体研磨材(昭和電工(株)ショウロックスA)を10部加えボールミルにて2時間撹拌した後に分級処理を施し、表面が粗面化処理されたアルミニウム顔料1を得た。
アルミニウム顔料1に対し、ミネラルスピリット500部を加えて攪拌し、窒素ガスを流入しながら、温度を80℃に昇温した。次いで、エチレンオキサイド2モル変性ビスフェノールAジアクリレート(日立化成(株)品番FA−324A)12.2部、アクリル酸0.5部、エポキシ化ポリブタジエン9.8部、ジビニルベンゼン4.4部、及びアゾビスイソブチロニトリル1.8部を添加し、80℃で5時間重合した。
その後、スラリーをろ過し、得られた被覆されたアルミニウム顔料を含むスラリーを150℃で3時間乾燥した。
このようにして、光輝性顔料(1)を得た。
(樹脂被覆層の形成)
アルミニウム顔料(昭和アルミニウム(株)品番2173、固形分65%)に対し、ミネラルスピリット500部を加えて攪拌し、窒素ガスを流入しながら、温度を80℃に昇温した。次いで、エチレンオキサイド2モル変性ビスフェノールAジアクリレート(日立化成(株)品番FA−324A)12.2部、アクリル酸0.5部、エポキシ化ポリブタジエン9.8部、ジビニルベンゼン4.4部、及びアゾビスイソブチロニトリル1.8部を添加し、80℃で5時間重合した。
その後、スラリーをろ過し、得られた被覆されたアルミニウム顔料を含むスラリーを150℃で3時間乾燥した。
このようにして、光輝性顔料(2)を得た。
光輝性顔料(1)の作製において、エチレンオキサイド2モル変性ビスフェノールAジアクリレート(日立化成(株)品番FA−324A)の添加量を6.1部に変更した以外は光輝性顔料(1)と同様にして光輝性顔料(3)を作製した。
光輝性顔料(2)の作製において、エチレンオキサイド2モル変性ビスフェノールAジアクリレート(日立化成(株)品番FA−324A)の添加量を6.1部に変更した以外は光輝性顔料(2)と同様にして光輝性顔料(4)を作製した。
光輝性顔料(1)の作製において、エチレンオキサイド2モル変性ビスフェノールAジアクリレート(日立化成(株)品番FA−324A)の添加量を0部(添加なし)に変更した以外は光輝性顔料(1)と同様にして光輝性顔料(5)を作製した。
アルミニウム顔料(昭和アルミニウム(株)品番2173、固形分65%)に対し、ミネラルスピリット500部を加えて攪拌し、窒素ガスを流入しながら、温度を80℃に昇温した。次いで、トリメチロールプロパントリアクリレート12.2部、アクリル酸0.5部、エポキシ化ポリブタジエン9.8部、ジビニルベンゼン4.4部、及びアゾビスイソブチロニトリル1.8部を添加し、80℃で5時間重合した。
その後、スラリーをろ過し、得られた被覆されたアルミニウム顔料を含むスラリーを150℃で3時間乾燥した。
このようにして、光輝性顔料(a)を得た。
<結着樹脂の合成>
・アジピン酸ジメチル:74部
・テレフタル酸ジメチル:192部
・ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物:216部
・エチレングリコール:38部
・テトラブトキシチタネート(触媒):0.037部、
上記成分を加熱乾燥した二口フラスコに入れ、容器内に窒素ガスを導入して不活性雰囲気に保ち攪拌しながら昇温した後、160℃で7時間共縮重合反応させ、その後、10Torrまで徐々に減圧しながら220℃まで昇温し4時間保持した。一旦常圧に戻し、無水トリメリット酸9部を加え、再度10Torrまで徐々に減圧し220℃で1時間保持することにより結着樹脂を合成した。
結着樹脂のガラス転移温度(Tg)は、ASTMD3418−8に準拠して、示差走査熱量計(島津社製:DSC−50)を用い、室温(25℃)から150℃まで昇温速度10℃/分の条件下で測定することにより求めた。なお、ガラス転移温度は吸熱部におけるベースラインと立ち上がりラインとの延長線の交点の温度とした。結着樹脂のガラス転移温度は63.5℃であった。
・結着樹脂:160部
・酢酸エチル:233部
・水酸化ナトリウム水溶液(0.3N):0.1部
上記成分を1000mlのセパラブルフラスコに入れ、70℃で加熱し、スリーワンモーター(新東科学(株)製)により撹拌して樹脂混合液を調製した。この樹脂混合液を更に90rpmで撹拌しながら、徐々にイオン交換水373部を加え、転相乳化させ、脱溶剤することにより樹脂粒子分散液(固形分濃度:30%)を得た。
・カルナウバワックス(東亜化成(株)製、RC−160):50部
・アニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製、ネオゲンRK):1.0部
・イオン交換水:200部
以上を混合して95℃に加熱し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて分散した後、マントンゴーリン高圧ホモジナイザ(ゴーリン社)で360分間の分散処理をして、離型剤粒子を分散させてなる離型剤分散液(固形分濃度:20%)を調製した。
・光輝性顔料(1):100部
・アニオン界面活性剤(第一工業製薬社製、ネオゲンR):1.5部
・イオン交換水:900部
以上を混合し、乳化分散機キャビトロン(太平洋機工(株)製、CR1010)を用いて1時間分散して、光輝性顔料(1)を分散させてなる光輝性顔料分散液(固形分濃度:10%)を調製した。
・光輝性顔料分散液:400部
・樹脂粒子分散液:375部
・離型剤分散液:50部
上記成分を2Lの円筒ステンレス容器に入れ、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラララックスT50)により4000rpmでせん断力を加えながら10分間分散して混合した。次いで、凝集剤としてポリ塩化アルミニウムの10%硝酸水溶液1.75部を徐々に滴下して、ホモジナイザーの回転数を5000rpmにして15分間分散して混合し、原料分散液とした。
次に、樹脂粒子分散液:125部を追添加し、前記凝集粒子の表面に結着樹脂の樹脂粒子を付着させた。更に56℃に昇温し、光学顕微鏡及びマルチサイザーIIで粒子の大きさ及び形態を確認しながら凝集粒子を整えた。その後、pHを8.0に上げた後、攪拌回転数を1000rpmにして、67.5℃まで昇温させた。光学顕微鏡で凝集粒子が融合したのを確認した後、67℃で保持したままpHを6.0まで下げ、1時間後に加熱を止め、1.0℃/分の降温速度で冷却した。その後40μmメッシュで篩分し、水洗を繰り返した後、真空乾燥機で乾燥してトナー粒子を得た。得られたトナー粒子の体積平均粒子径は12.2μmであった。
測定結果を表1に示す。
・フェライト粒子(体積平均粒子径:35μm):100部
・トルエン:14部
・パーフルオロアクリレート共重合体(臨界表面張力:24dyn/cm):1.6部
・カーボンブラック(商品名:VXC−72、キャボット社製、体積抵抗率:100Ωcm以下):0.12部
・架橋メラミン樹脂粒子(平均粒子径:0.3μm、トルエン不溶):0.3部
前記トナー:36部と前記キャリア:414部とを、2リットルのVブレンダーに入れ、20分間撹拌し、その後212μmで篩分して現像剤を作製した。
実施例1における光輝性顔料分散液中の光輝性顔料(1)を、それぞれ、下記表1に記載の光輝性顔料に代えた以外は、実施例1と同様にして、トナー及び現像剤を作製した。
得られたトナーについて、「樹脂剥がれ率」、「比(A/B)」、「トナー粒子の平均最大厚さCと平均円相当径Dの比(C/D)」、及び、「トナー粒子の厚さ方向への断面を観察した場合に、観察される全顔料粒子のうち、トナー粒子の該断面における長軸方向と顔料粒子の長軸方向との角度が−30°乃至+30°の範囲となる顔料粒子の数(以下、「±30°範囲の顔料粒子の数」と称する)」を、前述の方法により測定した。
結果を表1に示す。
試料となる現像剤を、富士ゼロックス(株)社製700 Digital color press 改造機の現像器に充填し、高温高湿度環境(気温28℃、湿度85%)、画像密度20%、308mm/sのプロセススピードにて、光輝性画像を記録紙(OKトップコート+紙、王子製紙(株)社製)上に連続出力した。
連続出力の500枚ごとに白紙画像を出力し、この白紙画像の非画像部を目視にて観察することで現像カブリの評価を行った。
評価基準は以下の通りである。得られた結果を表1に示す。
G4:10,000枚を超えても現像カブリは確認されず。
G3:5,000枚を超え10,000枚以下にて現像カブリ発生。
G2:2,000枚を超え5,000枚以下にて現像カブリ発生。
G1:2,000枚以下にて現像カブリ発生。
試料となる現像剤を、富士ゼロックス(株)社製700 Digital color press 改造機の現像器に充填し、低温低湿度環境(気温10℃、湿度15%)、画像密度1%、308mm/sのプロセススピードにて、プロセス方向に対し帯状の光輝性画像を記録紙(OKトップコート+紙、王子製紙(株)社製)上に連続出力した。
連続出力の1000枚ごとに全面ハーフトーン画像を出力し、このハーフトーン画像を目視にて観察することで白筋の評価を行った。
評価基準は以下の通りである。得られた結果を表1に示す。
G4:30,000枚を超えても白筋は確認されず。
G3:10,000枚を超え30,000枚以下にて白筋発生。
G2:5,000枚を超え10,000枚以下にて白筋発生。
G1:5,000枚以下にて白筋発生。
4 顔料粒子
15 クリーニング装置
17 一次転写ロール((一次)転写手段の一例)
19 露光装置(静電荷像形成手段の一例)
20 現像装置(現像手段の一例)
21 感光体(像保持体の一例)
22 駆動ロール
23 支持ロール
24 バイアスロール
26 ベルトクリーナ
28 帯電ロール(帯電手段の一例)
33 中間転写ベルト
34 二次転写ロール((二次)転写手段の一例)
35 定着器(定着手段の一例)
40 トナーカートリッジ
50 画像形成ユニット
Claims (6)
- 全トナー粒子中に、少なくとも、光輝性顔料及び結着樹脂を含むトナー粒子を含有し、且つ、全トナー粒子に対し、超音波装置により、周波数50kHz、出力120Wにて20分間超音波を付与し、その前後において下記式(1)により算出される樹脂剥がれ率が1%以上5%以下となる静電荷像現像用トナー
式(1) 樹脂剥がれ率=(X−Y)/Z×100
〔式(1)中、Xは超音波付与前の光輝性顔料を含むトナー粒子の個数を表し、Yは超音波付与後の光輝性顔料を含むトナー粒子の個数を表し、Zは超音波付与前の全トナー粒子の個数を表す。〕 - 請求項1に記載の静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤。
- 請求項1に記載の静電荷像現像用トナーを収容し、
画像形成装置に着脱されるトナーカートリッジ。 - 請求項2に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、像保持体の表面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。 - 像保持体と、
前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
帯電した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2に記載の静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面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、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写手段と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着手段と、
を備える画像形成装置。 - 像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
帯電した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2に記載の静電荷像現像剤により、前記像保持体の表面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、
前記像保持体の表面に形成されたトナー画像を記録媒体の表面に転写する転写工程と、
前記記録媒体の表面に転写されたトナー画像を定着する定着工程と、
を有する画像形成方法。
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