JP2021051185A - 画像形成装置及びプロセスカートリッジ - Google Patents

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Abstract

【課題】画像かぶりの発生及び機内汚染の発生の両方を抑制する画像形成装置を提供すること。【解決手段】像保持体と、帯電手段と、静電荷像形成手段と、トナー粒子と、個数平均粒子径が110nm以上130nm以下、大径側個数粒度分布指標(上側GSDp)が1.080未満であり、平均円形度が0.94以上0.98以下であり、且つ、円形度が0.92以上の割合が80個数%以上であるシリカ粒子とを含有する静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤を収容する現像手段であって、回転軸と、前記回転軸の外周面に螺旋状に形成され、それぞれ位相が異なって配置された複数の螺旋羽根と、を有し、且つ前記複数の螺旋羽根の少なくとも1つは前記回転軸の軸方向において螺旋羽根が不連続となる領域を介する搬送部材を備え、前記搬送部材により前記静電荷像現像剤が撹拌されつつ搬送される現像手段と、転写手段と、を備える画像形成装置。【選択図】図1

Description

本開示は、画像形成装置及びプロセスカートリッジに関する。
特許文献1には、共通の回転軸周りに螺旋状に巻回形成された複数の螺旋羽根を有する多条螺旋羽根と、前記多条螺旋羽根が軸方向に不連続となるように該多条螺旋羽根を分断する不連続部とを備え、前記不連続部において、前記多条螺旋羽根の上流側端部と下流側端部とは、回転軸周りの位相が異なるように配置形成されていることを特徴とする現像剤撹拌搬送部材が開示されている。
特許文献2には、結着樹脂、着色剤、離型剤及び帯電制御剤を含むトナー親粒子と、一次平均粒径が50ないし150nmであり、平均形状係数(SF1)が100ないし120であり、形状係数が0.96ないし1であり、縦横比が0.89ないし1であって、前記トナー親粒子の表面に添加されるチタン酸バリウム外添剤と、を含む電子写真用トナーが開示されている。
特許文献3には、像担持体に対向配置された現像剤担持体と、該現像剤担持体の軸線とほぼ平行でかつ現像剤担持体に対して近く配置された前側撹拌軸と遠く配置された後側撹拌軸からなり、現像剤を撹拌しながら循環搬送する2本の撹拌軸とを有する現像装置において、前記撹拌軸は2本とも該軸部に形成された螺旋状の羽根状部が一定間隔で複数条有する多条スクリュウであり、該多条スクリュウのリード角を45度としたことを特徴とする現像装置が開示されている。
特開2010−256429号公報 特表2011−507049号公報 特開平09−325609号公報
従来、画像形成装置において、静電荷像現像用トナー(以下、単に「トナー」ともいう。)とキャリアとの撹拌混合機能、及び現像部材への現像剤の供給機能を備える搬送部材が現像手段が配置されている。そして、トナーの撹拌性を上げるために、撹拌羽根を複数有する搬送部材(一例として、Phase Shiftオーガー(「PSオーガー」ともいう。))を備えるものが使用されている。具体的には、像保持体、帯電手段、静電荷像形成手段、静電荷像現像用トナーを含む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電子写真感光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し、かつ撹拌羽根を複数有する搬送部材により静電荷像現像剤が攪拌され搬送される現像手段、及び転写手段を備える画像形成装置(以下、「特定画像形成装置」とも称す)が知られている。
しかしながら、特定画像形成装置において、小粒径のシリカを用いて、高温高湿環境下かつ低画像密度で長期間画像を出力した場合、外添剤の埋没が発生し、トナーの流動性が低下する。トナーの流動性が低下すると、既存のトナーとトナーカートリッジからの新たなトナーとの混合性が低下するため、トナーの帯電分布が広がり、画像かぶりが生じやすくなる。また、大粒径のシリカを用いて、低温低湿環境下かつ高画像密度で長期間画像を出力した場合、トナーの流動性が高くなる。トナーの流動性が高くなると、トナーは帯電し難くなり、浮遊トナー(「クラウドトナー」ともいう。)として現像手段から排出され、機内汚染が発生しやすくなる。
本開示が解決しようとする課題は、特定画像形成装置において、静電荷像現像用トナーにおける外添剤として、個数平均粒子径が110nm以上130nm以下であり、且つ、大径側個数粒度分布指標(上側GSDp)が1.080以上であるシリカ粒子のみを含む場合に比べて、画像かぶりの発生及び機内汚染の発生の両方を抑制する画像形成装置を提供することである。
前記課題を解決するための具体的手段には、下記の態様が含まれる。
<1>
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、トナー粒子と、個数平均粒子径が110nm以上130nm以下、大径側個数粒度分布指標(上側GSDp)が1.080未満であり、平均円形度が0.94以上0.98以下であり、且つ、円形度が0.92以上の割合が80個数%以上であるシリカ粒子とを含有する静電荷像現像用トナーを含む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であって、回転軸と、前記回転軸の外周面に螺旋状に形成され、それぞれ位相が異なって配置された複数の螺旋羽根と、を有し、且つ前記複数の螺旋羽根の少なくとも1つは前記回転軸の軸方向において螺旋羽根が不連続となる領域を介する搬送部材を備え、前記搬送部材により前記静電荷像現像剤が撹拌されつつ搬送される現像手段と、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、を備える画像形成装置。
<2>
前記シリカ粒子は、前記大径側個数粒度分布指標(上側GSDp)が1.075未満である、<1>に記載の画像形成装置。
<3>
前記シリカ粒子は、小径側個数粒度分布指標(下側GSDp)が1.080未満である、<1>又は<2>に記載の画像形成装置。
<4>
前記シリカ粒子は、前記平均円形度が0.95以上0.97以下である、<1>〜<3>のいずれか1つに記載の画像形成装置。
<5>
前記シリカ粒子は、前記円形度が0.92以上の割合が85個数%以上である、<1>〜<4>のいずれか1つに記載の画像形成装置。
<6>
前記静電荷像現像用トナーは、個数平均粒子径が5nm以上50nm以下の無機酸化物粒子をさらに含む、<1>〜<5>のいずれか1つに記載の画像形成装置。
<7>
前記トナー粒子は、結着樹脂として、スチレンアクリル樹脂を含む、<1>〜<6>のいずれか1つに記載の画像形成装置。
<8>
前記トナー粒子は、結着樹脂として、非晶性ポリエステル樹脂を含む、<1>〜<7>のいずれか1つに記載の画像形成装置。
<9>
前記搬送部材は、前記複数の螺旋羽根が前記回転軸の外周面に均等な位相配置で配置される<1>〜<7>のいずれか1つに記載の画像形成装置。
<10>
前記搬送部材は、前記複数の螺旋羽根の少なくとも1つが前記不連続となる領域を2つ以上介する<1>〜<9>のいずれか1つに記載の画像形成装置。
<11>
前記搬送部材は前記不連続となる領域に、径方向に突出する平板状の板羽根を有する<1>〜<10>のいずれか1つに記載の画像形成装置。
<12>
前記回転軸の軸方向での全体の長さに対する前記螺旋羽根が形成された軸方向の区間の割合が40%以上である<1>〜<11>のいずれか1つに記載の画像形成装置。
<13>
トナー粒子と、個数平均粒子径が110nm以上130nm以下、大径側個数粒度分布指標(上側GSDp)が1.080未満であり、平均円形度が0.94以上0.98以下であり、且つ、円形度が0.92以上の割合が80個数%以上であるシリカ粒子とを含有する静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像用トナーにより、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であって、回転軸と、前記回転軸の外周面に螺旋状に形成され、それぞれ位相が異なって配置された複数の螺旋羽根と、を有し、且つ前記複数の螺旋羽根の少なくとも1つは前記回転軸の軸方向において螺旋羽根が不連続となる領域を介する搬送部材を備え、前記搬送部材により前記静電荷像現像剤が撹拌されつつ搬送される現像手段を備える画像形成装置に着脱する、プロセスカートリッジ。
<1>、<6>、<7>、<8>に係る発明によれば、
特定画像形成装置において、静電荷像現像用トナーにおける外添剤として、個数平均粒子径が110nm以上130nm以下であり、且つ、大径側個数粒度分布指標(上側GSDp)が1.080以上であるシリカ粒子のみを含む場合に比べて、画像かぶりの発生及び機内汚染の発生の両方を抑制する画像形成装置が提供される。
<2>に係る発明によれば、
大径側個数粒度分布指標(上側GSDp)が1.075以上である場合に比べて、画像かぶりの発生及び機内汚染の発生の両方を抑制する画像形成装置が提供される。
<3>に係る発明によれば、
小径側個数粒度分布指標(下側GSDp)が1.080以上である場合に比べて、画像かぶりの発生及び機内汚染の発生の両方を抑制する画像形成装置が提供される。
<4>に係る発明によれば、
平均円形度が0.95未満又は0.97超えである場合に比べて、画像かぶりの発生及び機内汚染の発生の両方を抑制する画像形成装置が提供される。
<5>に係る発明によれば、
円形度が0.92以上の割合が85個数%未満である場合に比べて、画像かぶりの発生及び機内汚染の発生の両方を抑制する画像形成装置が提供される。
<9>に係る発明によれば、
搬送部材は、複数の螺旋羽根が前記回転軸の外周面に略同一位相で配置される場合に比べ、画像かぶりの発生及び機内汚染の発生の両方を抑制する画像形成装置が提供される。
<10>に係る発明によれば、
搬送部材は、複数の螺旋羽根の少なくとも1つが不連続となる領域を1つのみ介する場合に比べ、画像かぶりの発生及び機内汚染の発生の両方を抑制する画像形成装置が提供される。
<11>に係る発明によれば、
特定画像形成装置において、静電荷像現像用トナーにおける外添剤として、個数平均粒子径が110nm以上130nm以下であり、且つ、大径側個数粒度分布指標(上側GSDp)が1.080以上であるシリカ粒子のみを含む場合に比べて、搬送部材は不連続となる領域に、径方向に突出する平板状の板羽根を有し、画像かぶりの発生及び機内汚染の発生の両方を抑制する画像形成装置が提供される。
<12>に係る発明によれば、
回転軸の軸方向での全体の長さに対する螺旋羽根が形成された軸方向の区間の割合が40%未満である場合に比べ、画像かぶりの発生及び機内汚染の発生の両方を抑制する画像形成装置が提供される。
<13>に係る発明によれば、
静電荷像現像用トナーにおける外添剤として、個数平均粒子径が110nm以上130nm以下であり、且つ、大径側個数粒度分布指標(上側GSDp)が1.080以上であるシリカ粒子のみを含む場合に比べて、画像かぶりの発生及び機内汚染の発生の両方を抑制するプロセスカートリッジが提供される。
本実施形態に係る画像形成装置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を示す概略構成図である。 本実施形態に用いられる現像手段の模式的側断面図である。 本実施形態に用いられる現像手段の模式的平断面図である。 第1実施形態に用いられる現像手段が備えるアドミックスオーガーの模式図である。 第1実施形態に用いられる現像手段が備えるアドミックスオーガーの模式図であり、(a)はアドミックスオーガーの回転方向及び角度領域を示す模式図、(b)は軸方向に沿った螺旋羽根の存在角度領域を示す模式図である。 第1実施形態に用いられる現像手段が備えるアドミックスオーガーの不連続部の作用を説明するための模式図である。 第2実施形態に用いられる現像手段が備えるアドミックスオーガーの模式図である。
以下に、本開示の実施形態について説明する。これらの説明及び実施例は実施形態を例示するものであり、実施形態の範囲を制限するものではない。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。本開示において組成物中の各成分の量について言及する場合、組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合には、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計量を意味する。
[画像形成装置]
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、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、静電荷像現像用トナーを含む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であって、回転軸と、前記回転軸の外周面に螺旋状に形成され、それぞれ位相が異なって配置された複数の螺旋羽根と、を有し、且つ前記複数の螺旋羽根の少なくとも1つは前記回転軸の軸方向において螺旋羽根が不連続となる領域を介する搬送部材を備え、前記搬送部材により前記静電荷像現像剤が撹拌されつつ搬送される現像手段と、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、を備える画像形成装置である。
本実施形態に係る画像形成装置は、前記静電荷像現像用トナーが、トナー粒子と、個数平均粒子径が110nm以上130nm以下であり、大径側個数粒度分布指標(上側GSDp)が1.080未満であり、平均円形度が0.94以上0.98以下であり、且つ、円形度が0.92以上の割合が80個数%以上であるシリカ粒子と、を含む。
以下、本実施形態に係る画像形成装置を「特定画像形成装置」とも称す。
以下、本実施形態に係る静電荷像現像用トナーを、「特定のトナー」又は単に「トナー」とも称す。
以下、上記特性を有する本実施形態に係るシリカ粒子を、「第一シリカ粒子」とも称す。
本実施形態に係る画像形成装置は、上記構成とすることで、画像かぶりの発生及び機内汚染の発生の両方が抑制される。
その理由は定かではないが、以下のように推測される。
まず、本実施形態に用いられる特定のトナーが有する特性について説明する。
本実施形態に係る画像形成装置は、上記構成を有する第一シリカ粒子をトナー粒子に外添したトナーを収容する。第一シリカ粒子は、平均円形度が0.98以下であり、個数平均粒子径が130nm以下であり、且つ、大径側個数粒度分布指標(上側GSDp)が1.080未満である。つまり、第一シリカ粒子は、適度な粒子径を有し、且つ、大径及び真球の粒子が少ないシリカ粒子である。また、第一シリカ粒子は、個数平均粒子径が110nm以上であり、平均円形度が0.94以上であり、且つ、円形度が0.92以上の割合が80個数%以上のシリカ粒子である。つまり、第一シリカ粒子は、適度な粒子径を有し、且つ、小径及び異形の粒子の少ないシリカ粒子である。
上記のような適度な粒子径と適度な形状を有する第一シリカ粒子を用いることで、第一シリカ粒子がトナー粒子間で適度に流動し、かつトナー粒子に埋没することが抑制され、その結果、第一シリカ粒子が外添剤として適度に機能するものと考えられる。
既述のとおり、従来、画像形成装置において、トナーの撹拌性を上げるために、撹拌羽根を複数有するPSオーガーを備えるものが使用されている。しかしながら、特定画像形成装置において、小粒径のシリカを用いて、高温高湿環境下かつ低画像密度で長期間画像を出力した場合、外添剤の埋没が発生し、トナーの流動性が低下すると、既存のトナーとトナーカートリッジからの新たなトナーとの混合性が低下するため、トナーの帯電分布が広がり、画像かぶりが生じやすくなる。また、大粒径のシリカを用いて、低温低湿環境下かつ高画像密度で長期間画像を出力した場合、トナーの流動性が高くなり、トナーは帯電し難くなり、浮遊トナーとして現像手段から排出され、機内汚染が発生しやすくなる。
本実施形態においては、上記の性質を有する特定のトナーを使用しているため、トナーの流動性が適度な範囲となり、画像かぶりの発生及び機内汚染の発生の両方が抑制されると考えられる。
本実施形態に係る画像形成装置の構成を詳しく説明する。
本実施形態に係る画像形成装置では、像保持体の表面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、特定のトナーを含む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工程と、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工程と、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工程と、を有する画像形成方法が実施される。
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体の表面に形成されたトナー画像を直接記録媒体に転写する直接転写方式の装置;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し、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中間転写方式の装置;トナー画像の転写後、帯電前の像保持体の表面をクリーニングするクリーニング手段を備えた装置;トナー画像の転写後、帯電前に像保持体の表面に除電光を照射して除電する除電手段を備える装置;等の公知の画像形成装置が適用される。
本実施形態に係る画像形成装置が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。
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着脱するカートリッジ構造(プロセスカートリッジ)であってもよい。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た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。
以下、本実施形態に係る画像形成装置の一例を説明するが、これに限定されるわけではない。以下の説明においては、図に示す主要部を説明し、その他はその説明を省略する。
図1は、本実施形態に係る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」ともいう)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。これらユニット10Y、10M、10C、10Kは、画像形成装置に対して着脱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の上方には、各ユニットを通して中間転写ベルト(中間転写体の一例)20が延設されている。中間転写ベルト20は、中間転写ベルト20の内面に接する、駆動ロール22及び支持ロール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に向う方向に走行するようになっている。支持ロール24は、図示しないバネ等により駆動ロール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。中間転写ベルト20の像保持面側には、駆動ロール22と対向して中間転写ベルトクリーニング装置30が備えられている。
各ユニット10Y、10M、10C、10Kの現像装置(現像手段の一例)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、ブラックの各トナーの供給がなされる。
第1乃至第4のユニット10Y、10M、10C、10Kは、同等の構成及び動作を有しているため、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の画像を形成する第1のユニット10Yについて代表して説明する。
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ル(帯電手段の一例)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によって露光して静電荷像を形成する露光装置(静電荷像形成手段の一例)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(現像手段の一例)4Y、現像したトナー画像を中間転写ベルト20上に転写する一次転写ロール(一次転写手段の一例)5Y、及び一次転写後に感光体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(クリーニング手段の一例)6Yが順に配置されている。
一次転写ロール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。各ユニットの一次転写ロール5Y、5M、5C、5Kには、一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、各一次転写ロールに印加する転写バイアスの値を変える。
以下、第1のユニット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、帯電ロール2Yによって感光体1Yの表面が−600V乃至−800Vの電位に帯電される。
感光体1Yは、導電性(例えば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(一般の樹脂の抵抗)であるが、レーザ光線が照射されると、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からレーザ光線3Yを照射する。それにより、イエローの画像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。
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する。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によってトナー画像として現像され可視化される。
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の内部で撹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(現像剤保持体の一例)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一次転写位置へ搬送される。
感光体1Y上のイエローのトナー画像が一次転写位置へ搬送されると、一次転写ロール5Yに一次転写バイアスが印加され、感光体1Yから一次転写ロール5Yに向う静電気力がトナー画像に作用し、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、第1のユニット10Yでは制御部(図示せず)によって例えば+10μAに制御されている。感光体1Y上に残留したトナーは、感光体クリーニング装置6Yで除去されて回収される。
第2ユニット10M以降の一次転写ロール5M、5C、5Kに印加される一次転写バイアスも、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にてイエローのトナー画像が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、中間転写ベルトの内面に接する支持ロール24と、中間転写ベルト20の像保持面側に配置された二次転写ロール(二次転写手段の一例)26とから構成された二次転写部へと至る。一方、記録紙(記録媒体の一例)Pが供給機構を介して二次転写ロール26と中間転写ベルト20とが接触した隙間に予め定められたタイミングで給紙され、二次転写バイアスが支持ロール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し、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。この際の二次転写バイアスは二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。
トナー画像が転写された記録紙Pは定着装置(定着手段の一例)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。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。
トナー画像を転写する記録紙P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が挙げられる。記録媒体としては、記録紙P以外にも、OHPシート等も挙げられる。定着後における画像表面の平滑性を更に向上させるには、記録紙Pの表面も平滑であることが好ましく、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。
<プロセスカートリッジ>
本実施形態に係るプロセスカートリッジは、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プロセスカートリッジである。
なお、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。
以下、本実施形態に係るプロセスカートリッジの一例を示すが、これに限定されるわけではない。以下の説明においては、図に示す主要部を説明し、その他はその説明を省略する。
図2は、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。
図2に示すプロセスカートリッジ200は、例えば、取り付けレール116及び露光のための開口部118が備えられた筐体117により、感光体107(像保持体の一例)と、感光体107の周囲に備えられた帯電ロール108(帯電手段の一例)、現像装置111(現像手段の一例)、及び感光体クリーニング装置113(クリーニング手段の一例)を一体的に組み合わせて保持して構成し、カートリッジ化されている。
図2中、109は露光装置(静電荷像形成手段の一例)、112は転写装置(転写手段の一例)、115は定着装置(定着手段の一例)、300は記録紙(記録媒体の一例)を示している。
<トナーカートリッジ>
次に、本実施形態に用いられるトナーカートリッジについて説明する。
本実施形態に用いられるトナーカートリッジは、本実施形態に用いられる特定のトナーを収容し、画像形成装置に着脱されるトナーカートリッジである。トナーカートリッジは、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トナーを収容するものである。
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が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。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。
(要部構成)
次に、本実施形態に用いられる現像手段について詳細に説明する。
本実施形態に用いられる現像手段は、特定のトナーを収容し、特定のトナーにより、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であって、回転軸と、前記回転軸の外周面に螺旋状に形成され、それぞれ位相が異なって配置された複数の螺旋羽根と、を有し、且つ前記複数の螺旋羽根の少なくとも1つは前記回転軸の軸方向において螺旋羽根が不連続となる領域を介する搬送部材を備え、前記搬送部材により特定のトナーが撹拌されつつ搬送される。
また、回転軸の軸方向での全体の長さに対する螺旋羽根が形成された軸方向の区間(言い換えると、回転軸の外周面において周方向一周に螺旋羽根が形成されていない区間を除く軸方向の区間)の割合が、トナーの搬送性の観点から、40%以上であることが好ましく、50%以上であることがより好ましい。また、上記割合の上限値としては、トナーの撹拌性の観点から、95%以下であることが好ましく、90%以下であることがより好ましい。
以下、図面を参照して好ましい実施形態について詳細に説明する。
ここで、図3は、本実施形態に用いられる現像手段の模式的側断面図であり、図4は、模式的平断面図である。
本実施形態に用いられる現像装置4(「現像手段」の一例)は、いわゆる二成分現像方式を採用したものであって、図3及び図4に示すように、感光体(「像保持体」の一例)に向かって開口する現像ハウジング171を有し、この現像ハウジング171の開口に面して現像剤保持体としての現像ロール172を配設し、現像ハウジング171のうち、現像ロール172に隣接した部位には二成分現像剤が収容される第一現像剤収容部173aと、この第一現像剤収容部173aと仕切壁Wを介して隣接すると共に、その軸方向両端部において、第一現像剤収容部173aと連通している第二現像剤収容部173bとを備えている。
第一現像剤収容部173a及び第二現像剤収容部173bのそれぞれは、二成分現像剤が収容されるスペースを有し、第一現像剤収容部173aには、二成分現像剤を予め定められた軸方向に搬送する螺旋状の第一現像剤撹拌搬送部材177(「搬送部材」の一例)が配設されている。一方、第二現像剤収容部173bには、二成分現像剤を上記第一現像剤撹拌搬送部材177とは反対方向に搬送する螺旋状の第二現像剤撹拌搬送部材178(「搬送部材」の一例)が配設されている。そして、仕切壁Wの軸方向(長手方向)両端部に開設された連通口C1,C2を介して、第一現像剤収容部173aと第二現像剤収容部173bとを循環する現像剤循環路を形成し、一対のスパイラル状の第一現像剤撹拌搬送部材177及び第二現像剤撹拌搬送部材178により、現像剤循環路内の二成分現像剤を撹拌混合しながら循環搬送するようになっている。
ここで、上記第一現像剤撹拌搬送部材177及び第二現像剤撹拌搬送部材178のそれぞれは共に、回転軸と一体に形成された螺旋状の螺旋羽根を、回転軸の外周面に有して回転自在に形成された、いわゆるオーガーであり、現像ロール172側の第一現像剤撹拌搬送部材177はトナーの撹拌混合機能に加えて現像ロール172への現像剤供給機能を担ったサプライオーガーである。一方、第二現像剤撹拌搬送部材178は既存の二成分現像剤に補給されたトナーを撹拌混合することを主眼としたアドミックスオーガーである。なお、本実施形態に用いられる現像剤撹拌搬送部材であるアドミックスオーガー178の詳細については後述する。
なお、本実施形態では、「搬送部材」の一例としてオーガーが挙げられる。例えば、図3及び図4で示される、サプライオーガー及びアドミックスオーガーは、本実施形態に用いられる搬送部材の一例である。
また、第二現像剤収容部173bの上流側には、現像剤補給口(図示しない)が開口されていると共に、下流側には、トナー濃度センサSが配設されている。さらに、第二現像剤収容部173bに隣接した部位には、不図示のディスペンスオーガーが配設されており、現像作用により現像剤収容部173a,173b内のトナー濃度が予め定められた範囲よりも低下した場合には、第二現像剤収容部173bの下流側底部に設けられたトナー濃度センサSの検出結果に基づき、不図示のディスペンスオーガーを介して不図示のトナーカートリッジから現像剤補給口を通して第二現像剤収容部173b内に新たな現像剤が供給されるようになっている。また、本実施形態において、二成分現像剤は、トナーと磁性キャリアからなる現像剤であり、トナーは、例えば非磁性トナーを用いるが、磁性キャリアと帯電特性が異なるものであれば、磁性トナーを用いても差し支えない。
本実施形態において、現像ロール172は、現像時に予め定められた方向(本例では、時計回り方向)に回転する現像スリーブ172sと、この現像スリーブ172sの内部に固設されたマグネットロール172mとを備えている。
ここで、現像スリーブ172sは、予め定められた方向に回転すると共に、現像ハウジング171の開口部であって、感光体と対向している領域(以下、現像領域と称する)において、感光体と予め定められた間隙にて対向するように配置されている。また、現像スリーブ172sには、感光体との間(現像領域)に現像電界を形成するための不図示の現像バイアス電源が接続されている。
また、磁界発生手段としてのマグネットロール172mは、複数の磁石部材を周方向に配置してロール状に形成したものであり、現像領域に対応して配置された現像磁極S1と、現像ロール172の回転方向に沿って、現像磁極S1の下流側に、例えば、予め定められた角度間隔で配置された搬送磁極N1やピックオフ磁極S2を備えると共に、現像磁極S1の上流側に、予め定められた角度間隔で配置されたトリミング磁極N2やピックアップ磁極S3を備えている。そして、このように内部に各磁極が配置されたマグネットロール172mにより、現像ロール172には、各磁極のそれぞれの磁力に対応して予め定められた磁束密度分布が生じるようになっている。なお、マグネットロール172m内の各々の磁極の配置や数は適宜選定して差し支えない。
また、本実施形態では、現像ロール172内のトリミング磁極N2の下方近傍には、現像ロール172(トリミング磁極N2)と対向するように層厚規制部材174が配設されている。この層厚規制部材174は、現像ロール172の軸方向に沿って延在する略く字形状の部材であり、現像ロール172上の二成分現像剤の量を規制するように、予め定められた間隙で現像ロール172と近接配置されている。
そして、現像ロール172が予め定められた方向(本例では、時計回り方向)へ回転する現像時においては、第一現像剤収容部173aにおける二成分現像剤は、サプライオーガー177により撹拌されつつ搬送され、現像ロール172内のピックアップ磁極S3によって捕獲される。この後、捕獲された二成分現像剤は、ピックアップ磁極S3の磁気吸引力と現像ロール172表面との摩擦力により、現像ロール172(現像スリーブ172s)の回転方向に搬送されて、層厚規制部材174の近傍に到達すると、トリミング磁極N2により穂立ちを形成する。この二成分現像剤の穂立ちは、層厚規制部材174にて規制されることにより、予め定められた層厚の現像剤層として現像ロール172上に形成されて現像領域に搬送される。さらに、現像領域に搬送された二成分現像剤の現像剤層は、現像磁極S1の磁気吸引力により、磁気ブラシを形成し、この磁気ブラシを形成する二成分現像剤中のトナーは、感光体と現像ロール172との間に形成される現像電界によって、感光体上の静電潜像を可視像化する。一方、現像領域を通過した余剰のトナーは、現像ロール172の回転に沿って移動し、ピックオフ磁極S2の磁力により、再び、第一現像剤収容部173aに還流される。また、このような現像動作における二成分現像剤の消費に応じて、第二現像剤収容部173bから第一現像剤収容部173aへ適宜新たな二成分現像剤が供給され現像装置17の連続動作が可能なようになっている。
[第1実施形態]
次に、第1実施形態に用いられる搬送部材について説明する。その一例として、現像剤撹拌搬送部材(本例では、アドミックスオーガー)178の構成について、図5を参照して説明する。ここで、図5は、第1実施形態に用いられる現像手段が備えるアドミックスオーガーの模式図である。
図5に模式的に示すように、アドミックスオーガー178は、回転軸周りに螺旋状に形成された2条の螺旋羽根178a(図中、実線部分),178b(図中、点線部分)を有していると共に、その軸方向の複数個所において、螺旋羽根178a,178bが軸方向に不連続となる領域(螺旋羽根178a,178bが欠損する)である不連続部BP(図中、一点鎖線部分)が設けられている。なお、実際の螺旋羽根の178a,178bの稜線は、略正弦波状の曲線形状となるが、本図では、簡明化のため、直線状に近似的に表現している。
上記螺旋羽根178a,178bは、互いに同径、同ピッチに形成されており、回転軸周りの位相が互いに180°異なるように配設されている。
このように本実施形態に用いられる搬送部材は、複数の螺旋羽根が回転軸の外周面に均等な位相配置で配置されることが好ましい。
なお、複数の螺旋羽根において、均等な位相配置とは、軸方向にわたって位相差が変化しないことを意味しており、位相差が±5°以内であれば、位相差が変化しないものとみる。
また、多条(本例では、2条)の螺旋羽根178a,178bを設けることにより、1条の螺旋羽根を設ける構成に比し、二成分現像剤を搬送する搬送面が、軸方向に直交する断面において倍増するため、二成分現像剤の軸方向の搬送能力を増大させることができる。
一方、多条(本例では、2条)の螺旋羽根178a,178bを設けた場合でも、周方向の撹拌混合能力は大幅には増大しないため、トナーとキャリアとの撹拌が不十分な状態の二成分現像剤を直ちに軸方向に搬送してサプライオーガー177に受け渡した場合、濃度ムラ等の画像欠陥の要因となってしまうことがある。
そこで、本実施形態に用いられるアドミックスオーガー178では、螺旋羽根178a,178bに以下のような不連続部BPを設けて、多条の螺旋羽根178a,178bによる軸方向の搬送能力の増大と同時に撹拌混合機能の増大を可能としている。
次に、アドミックスオーガー178における不連続部BPの構成及び作用について図6及び図7を参照してさらに説明する。ここで、図6(a)は、アドミックスオーガー178の回転方向及び角度領域を示す模式図であり、図6(b)は、軸方向に沿った螺旋羽根の存在角度領域を示す模式図である。また、図7は、不連続部BPの作用を説明するための模式図である。
図6(a)に模式的に示すように、螺旋羽根178a,178bの回転方向は、図5のA−Aから見て反時計回り方向に設定されており、螺旋羽根178a,178bの存在領域は、図6(b)に示すように設定されている。ここで、図6(b)の横軸は、軸方向の位置を示し、図6(b)の縦軸は、図6(a)のように角度領域を設定した場合の螺旋羽根178a,178bの存在角度領域を示す。なお、2つの螺旋羽根178a,178bのうち、図6(b)中の実線は、一方の螺旋羽根178aを示し、点線は、螺旋羽根178aと180°取付位相が異なる他方の螺旋羽根178bを示す。
ここで、本実施形態に用いられる搬送部材は、複数の螺旋羽根の少なくとも1つは、回転軸の軸方向において不連続となる領域(その一例として「不連続部BP」)を2つ以上介して形成されてなるものであることが好ましい。
図6(b)に最も良く示されるように、上記不連続部BP(本例では、図中、X(4),X(8),X(12),X(16)の4か所)において、不連続部BPを挟んで互いに対向する螺旋羽根178a,178bの上流側端部178au,178buと下流側端部178ad,178bdとは、互いに位相が90°異なる(90°ずれるように)ように配置されている。例えば、X(4)における不連続部BP(4)では、螺旋羽根178aの上流側端部178auは180°の位置に存在するように配置されているのに対し、下流側端部178adは90°の位置となるように配置されており、両者の取付位相差が90°となるように設定されている。また、螺旋羽根178bの上流側端部178buは0°(360°)の位置に存在するように配置されているのに対し、下流側端部178adは270°の位置となるように配置されており、両者の取付位相差が90°となるように設定されている。他の不連続部BP(8),BP(12),BP(16)においても同様に、不連続部BPを挟んで対向する各螺旋羽根178a,178bの上流側端部178au,178buと下流側端部178ad,178bdとの取付位相が90°異なるように設定配置されている。
すなわち、アドミックスオーガー178は、180°位相が異なる2条の螺旋羽根178a,178bを有し、かつ、不連続部BPにおいて、対向する各螺旋羽根178a,178bの端部の位相が90°異なるように設定配置されている
このように構成したアドミックスオーガー178では、図7に模式的に示すように、主に螺旋羽根178aの搬送面により搬送される二成分現像剤の流れGaは、不連続部BPの上流側端部178auまで搬送されて、この上流側端部178auと90°位相がずれて対向する下流側端部178adに導かれて、2つの流れGa1,Ga2に分流(分割)される。一方、螺旋羽根178aと180°異なる位相に配置され、螺旋羽根178aの搬送面よりも180°遅れた(又は進んだ)搬送面を有する螺旋羽根178bにより搬送される二成分現像剤の流れGbは、不連続部BPの上流側端部178buまで搬送されて、この上流側端部178buと90°位相がずれて対向する下流側端部178bdに導かれて、2つの流れGb1,Gb2に分流(分割)される。
すなわち、図7に模式的に示すように、不連続部BPを境に、上流側の螺旋羽根178a,178bにより搬送された二成分現像剤Ga,Gbは、不連続部BPにおいて、Ga1,Ga2及びGb1,Gb2の2つずつの流れに分流されると共に、分流された各流れGa1,Ga2,Gb1,Gb2は、端部の位相が90°異なるように配置された下流側の螺旋羽根178a,178bにより、新たな別の2つの流れに合流(具体的には、Ga2+Gb1とGa1+Gb2の2つの流れ)され、これにより、不連続部BPにおいて、周方向の二成分現像剤の撹拌混合が促進されることとなる。
ここで、上記不連続部BPは、軸方向のいずれか1か所に設けることにより、二成分現像剤の分流/合流による上述した撹拌混合作用を得ることができるが、かかる分流/合流作用を繰り返して二成分現像剤の撹拌混合を促進するという観点からは、軸方向に複数段に渡って設ける(軸方向の複数個所に設ける)ことが好ましい。
なお、不連続部BPから見て、螺旋羽根178a,178bの上流側端部178au,178buと、対応する下流側端部178ad,178bdとは、軸方向にオーバーラップ(重なる)するように配置することが好ましい(図7参照)。このように不連続部BPの上流側と下流側とで互いに対向する各端部(上流側端部178au,178bu及び下流側端部178ad,178bd)を軸方向にオーバーラップさせて配置することにより、かかる端部がガイドの役割を担い、不連続部BPにおける分流/合流作用が促進され、より円滑な二成分現像剤の撹拌混合が可能となる。
また、不連続部BPから見て、上流側の流れGa,Gbを均等に分割した後、合流させて、軸方向の流れの円滑化を図るといった観点からは、対向する各端部178au,178bu,178ad,178bdの取付位相差(本例では90°)は、多条(本例では2条)の螺旋羽根178a,178bの取付位相差(本例では180°)の略半分に設定することが好ましい。これにより、上流側端部178au,178buの略中間の位置に、下流側端部178ad,178bdが配置されることとなり、二成分現像剤の流れGa,Gbを略均等に分割(Ga1,Ga2及びGb1,Gb2)した後、これらを再び合流(Ga2+Gb1及びGa1+Gb2)することにより、軸方向の搬送量を安定して均一化させることができる。なお、多条螺旋羽根178を構成する螺旋羽根の条数は任意に設定して差し支えなく、例えば、3条の螺旋羽根178a,178b,178cにて構成した場合には、各螺旋羽根178a,178b,178cの互いの取付位相差を120°に設定すると共に、不連続部BPにおいて対向する上流側端部178au,178bu,178cuと下流側端部178ad,178bd,178cdとの取付位相差を60°に設定することにより、二成分現像剤の軸方向の搬送能力及び撹拌混合能力の一層の増大を実現すると共に、搬送量の一層の安定化に寄与することができる。
また、不連続部BPの設置箇所や設置数は、任意に設定可能であるが、二成分現像剤の混合ムラを効果的に防止するという観点からは、上記不連続部BPは、新たなトナーが補給されて混合ムラが生じ易い、現像剤補給口の下流側に設けることが好ましい。
さらに、二成分現像剤を十分に撹拌混合した後の安定したトナー濃度を検出するという観点からは、上記不連続部BPは、トナー濃度センサSの上流側に設けることが好ましい。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態に用いられる搬送部材について説明する。その一例として、アドミックスオーガー178Aの構成について、図8を参照して説明する。なお、本実施の形態に係るアドミックスオーガー178Aは、第1実施形態に比し、軸方向の一部に撹拌用の板羽根を設けると共に、板羽根の下流側の螺旋羽根の構成を変更したものであり、第1実施形態と同様な機能を有する部材には、同様な符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図8に模式的に示すように、アドミックスオーガー178Aは、トナー濃度センサS(図3及び図4参照)の設置個所に対応する軸方向の位置に、不連続部BPが形成されている。さらに、この不連続部BPには、軸方向に沿って径方向に突出する平板状の板羽根178pが配設されている。具体的には、図8において、X(8)〜X(12)が不連続部BPとして形成されており、かかる不連続部BPの軸方向領域に渡って平板状の板羽根178pが配設されている。
このような板羽根178pを設けることにより、トナー濃度センサSの検出面に安定して二成分現像剤を供給することができ、トナー濃度検出の安定化に寄与することができる。
ところで、上述したような多条螺旋羽根178a,178bにおいて、このような板羽根178pを設けると、板羽根178pの下流側では、1条の螺旋羽根に比し螺旋羽根の占有断面積が増大する(二成分現像剤の軸方向の通過可能断面積が狭まる)ので、二成分現像剤の軸方向への円滑な搬送の支障となる虞が生じる。
そこで、アドミックスオーガー178では、板羽根178pの下流側の螺旋羽根178bの条数を削減している。
具体的には、図8のX(12)〜X(16)の軸方向領域に示されるように、板羽根178pの下流側直近の領域では、螺旋羽根178の条数を1条(本例では、螺旋羽根178aのみ)としている。言い換えれば、X(8)〜X(12)に渡って延在する板羽根178pの下流側における螺旋羽根178bの存在領域をX(16)よりも下流側の軸方向領域に設定している。
これにより、板羽根178pの下流側直後の螺旋羽根の占有断面積を減少させて、板羽根178p通過後の二成分現像剤の螺旋羽根形成領域への流入量(軸方向の搬送量)を増大させ、板羽根178pから螺旋羽根178aへの二成分現像剤の軸方向の円滑な受け渡しを可能としている。
以上のように構成した現像剤撹拌搬送部材178によれば、多条の螺旋羽根178a,178b間に、対向する端部178au,178ad及び178bu,178bdの位相をずらせた不連続部BPを設けることにより、不連続部BPにおける分流/合流作用により二成分現像剤の軸方向の搬送能力及び撹拌混合能力を同時に増大させることができる。
また、不連続部BPに設けた撹拌用の板羽根178pの下流側直近の多条螺旋羽根178の条数を削減することにより、二成分現像剤の不連続部BPにおける過度な滞留を未然に防止することができる。
なお、本開示の技術的範囲は上述した各実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨に逸脱しない範囲において多様な変更もしくは改良を加え得るものである。例えば、上述した実施の形態ではいずれも、不連続部BPを有する多条の螺旋羽根をアドミックスオーガー178に適用した構成を例示したが、軸方向の搬送能力を高めると共に、撹拌混合性能を向上させるという観点では、当然に、サプライオーガー177に適用してもよいし、現像剤を撹拌されつつ搬送するその他の部材(例えば、トナー補給路中のディスペンスオーガー等)に適用してもよい。また、上述した各実施の形態は、それぞれ単独で実施してもよいが、当然に、適宜組み合わせて実施してもよい。
[静電荷像現像剤]
本実施形態に係る静電荷像現像剤は、トナーを少なくとも含む。
本実施形態に係る静電荷像現像剤は、トナーのみを含む一成分現像剤であってもよいし、トナーとキャリアとを含む二成分現像剤であってもよい。
〔トナー〕
本実施形態に係るトナーは、トナー粒子と、個数平均粒子径が110nm以上130nm以下であり、大径側個数粒度分布指標(上側GSDp)が1.080未満であり、平均円形度が0.94以上0.98以下であり、且つ、円形度が0.92以上の割合が80個数%以上であるシリカ粒子と、を含む。本実施形態に係るトナーは、必要に応じて、無機酸化物粒子と、潤滑剤粒子と、無機酸化物粒子及び潤滑剤粒子以外の外添剤と、をさらに含んで構成される。
<トナー粒子>
トナー粒子は、例えば、結着樹脂と、必要に応じて、着色剤と、離型剤と、その他添加剤と、を含んで構成される。
−結着樹脂−
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。
(1)スチレンアクリル樹脂
結着樹脂としては、スチレンアクリル樹脂が好適である。
スチレンアクリル樹脂は、スチレン系単量体(スチレン骨格を有する単量体)と(メタ)アクリル系単量体((メタ)アクリロイル基を有する単量体、好ましくは(メタ)アクリオイルオキシ基を有する単量体)とを少なくとも共重合した共重合体である。スチレンアクリル樹脂は、例えば、スチレン類の単量体と前述の(メタ)アクリル酸エステル類の単量体との共重合体を含む。なお、スチレンアクリル樹脂におけるアクリル樹脂部分は、アクリル系単量体及びメタクリル系単量体のいずれか、又は、それを重合してなる部分構造である。また、「(メタ)アクリル」とは、「アクリル」及び「メタクリル」のいずれをも含む表現である。
スチレン系単量体としては、例えば、具体的には、スチレン、アルキル置換スチレン(例えば、α−メチルスチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2−エチルスチレン、3−エチルスチレン、4−エチルスチレン等)、ハロゲン置換スチレン(例えば、2−クロロスチレン、3−クロロスチレン、4−クロロスチレン等)、ビニルナフタレン等が挙げられる。スチレン系単量体は、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。
これらの中で、スチレン系単量体としては、反応し易さ、反応の制御の容易さ、さらに入手性の点で、スチレンが好ましい。
(メタ)アクリル系単量体としては、例えば、具体的には、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステルが挙げられる。(メタ)アクリル酸エステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸アルキルエステル(例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n−プロピル、(メタ)アクリル酸n−ブチル、(メタ)アクリル酸n−ペンチル、アクリル酸n−ヘキシル、(メタ)アクリル酸n−ヘプチル、(メタ)アクリル酸n−オクチル、(メタ)アクリル酸n−デシル、(メタ)アクリル酸n−ドデシル、(メタ)アクリル酸n−ラウリル、(メタ)アクリル酸n−テトラデシル、(メタ)アクリル酸n−ヘキサデシル、(メタ)アクリル酸n−オクタデシル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t−ブチル、(メタ)アクリル酸イソペンチル、(メタ)アクリル酸アミル、(メタ)アクリル酸ネオペンチル、(メタ)アクリル酸イソヘキシル、(メタ)アクリル酸イソヘプチル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸t−ブチルシクロヘキシル等)、(メタ)アクリル酸アリールエステル(例えば、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ビフェニル、(メタ)アクリル酸ジフェニルエチル、(メタ)アクリル酸t−ブチルフェニル、(メタ)アクリル酸ターフェニル等)、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸メトキシエチル、(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸β−カルボキシエチル、(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。(メタ)アクリル酸系単量体は、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、(メタ)アクリル系単量体のうち、これらの(メタ)アクリルエステルの中でも、トナーの定着性を高める観点から、炭素数2以上14以下(好ましくは炭素数2以上10以下、より好ましくは3以上8以下)のアルキル基を持つ(メタ)アクリル酸エステルが好ましい。中でも、(メタ)アクリル酸n−ブチルが好ましく、アクリル酸n−ブチルが特に好ましい。
スチレン系単量体と(メタ)アクリル系単量体との共重合比(質量基準、スチレン系単量体/(メタ)アクリル系単量体)は、特に制限はないが、90/10乃至60/40であることが好ましい。
スチレンアクリル樹脂は、架橋構造を有していることが好ましい。架橋構造を有するスチレンアクリル樹脂は、例えば、スチレン系単量体と(メタ)アクリル酸系単量体と架橋性単量体とを少なくとも共重合したものが好ましく挙げられる。
架橋性単量体としては、例えば、2官能以上の架橋剤が挙げられる。
2官能の架橋剤としては、例えば,ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン、ジ(メタ)アクリレート化合物(例えば、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、メチレンビス(メタ)アクリルアミド、デカンジオールジアクリレート、グリシジル(メタ)アクリレート等)、ポリエステル型ジ(メタ)アクリレート、メタクリル酸2−([1’−メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ)エチル等が挙げられる。
3官能以上の架橋剤としては、トリ(メタ)アクリレート化合物(例えば、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールエタントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート等)、テトラ(メタ)アクリレート化合物(例えば、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、オリゴエステル(メタ)アクリレート等)、2,2−ビス(4−メタクリロキシ、ポリエトキシフェニル)プロパン、ジアリルフタレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルトリメリテート、ジアリールクロレンデート等が挙げられる。
中でも、架橋性単量体としては、トナーの定着性を高める観点から、2官能以上の(メタ)アクリレート化合物が好ましく、2官能(メタ)アクリレート化合物がより好ましく、炭素数6〜20のアルキレン基を有する2官能(メタ)アクリレート化合物がさらに好ましく、炭素数6〜20の直鎖アルキレン基を有する2官能(メタ)アクリレート化合物が特に好ましい。
全単量体に対する架橋性単量体の共重合比(質量基準、架橋性単量体/全単量体)は、特に制限はないが、2/1,000乃至20/1,000であることが好ましい。
スチレンアクリル樹脂のガラス転移温度(Tg)は、トナーの定着性を高める観点から、40℃以上75℃以下が好ましく、50℃以上65℃以下がより好ましい。
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 K 7121−1987「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。
スチレンアクリル樹脂の重量平均分子量は、トナーの保管安定性の観点から、5,000以上200,000以下が好ましく、10,000以上100,000以下がより好ましく、20,000以上80,000以下が特に好ましい。
スチレンアクリル樹脂の作製方法は、特に制限はなく、種々の重合方法(例えば、溶液重合、沈殿重合、懸濁重合、塊状重合、乳化重合等)が適用される。また、重合反応は、公知の操作(例えば、回分式、半連続式、連続式等)が適用される。
(2)ポリエステル樹脂
結着樹脂としては、ポリエステル樹脂が好適である。
ポリエステル樹脂としては、例えば、公知の非晶性ポリエステル樹脂が挙げられる。ポリエステル樹脂は、非晶性ポリエステル樹脂と共に、結晶性ポリエステル樹脂を併用してもよい。但し、結晶性ポリエステル樹脂は、全結着樹脂に対して、含有量が2質量%以上40質量%以下(好ましくは2質量%以上20質量%以下)の範囲で用いることがよい。
なお、樹脂の「結晶性」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ことを指し、具体的には、昇温速度10(℃/min)で測定した際の吸熱ピークの半値幅が10℃以内であることを指す。
一方、樹脂の「非晶性」とは、半値幅が10℃を超えること、階段状の吸熱量変化を示すこと、又は明確な吸熱ピークが認められないことを指す。
・非晶性ポリエステル樹脂
非晶性ポリエステル樹脂としては、例えば、多価カルボン酸と多価アルコールとの縮重合体が挙げられる。なお、非晶性ポリエステル樹脂としては、市販品を使用してもよいし、合成したものを使用してもよい。
多価カルボン酸としては、例えば、脂肪族ジカルボン酸(例えばシュウ酸、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、アルケニルコハク酸、アジピン酸、セバシン酸等)、脂環式ジカルボン酸(例えばシクロヘキサンジカルボン酸等)、芳香族ジカルボン酸(例えばテレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸等)、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)アルキルエステルが挙げられる。これらの中でも、多価カルボン酸としては、例えば、芳香族ジカルボン酸が好ましい。
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、例えば、脂肪族ジオール(例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール等)、脂環式ジオール(例えばシクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、水添ビスフェノールA等)、芳香族ジオール(例えばビスフェノールAのエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAのプロピレンオキサイド付加物等)が挙げられる。これらの中でも、多価アルコールとしては、例えば、芳香族ジオール、脂環式ジオールが好ましく、より好ましくは芳香族ジオールである。
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。
非晶性ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)は、50℃以上80℃以下が好ましく、50℃以上65℃以下がより好ましい。
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 K 7121−1987「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。
非晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)は、5000以上1000000以下が好ましく、7000以上500000以下がより好ましい。
非晶性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。
非晶性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。
非晶性ポリエステル樹脂は、周知の製造方法により得られる。具体的には、例えば、重合温度を180℃以上230℃以下とし、必要に応じて反応系内を減圧にし、縮合の際に発生する水やアルコールを除去しながら反応させる方法により得られる。
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。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。
・結晶性ポリエステル樹脂
結晶性ポリエステル樹脂は、例えば、多価カルボン酸と多価アルコールとの重縮合体が挙げられる。なお、結晶性ポリエステル樹脂としては、市販品を使用してもよいし、合成したものを使用してもよい。
ここで、結晶性ポリエステル樹脂は、結晶構造を容易に形成するため、芳香族を有する重合性単量体よりも直鎖状脂肪族を有する重合性単量体を用いた重縮合体が好ましい。
多価カルボン酸としては、例えば、脂肪族ジカルボン酸(例えばシュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、1,9−ノナンジカルボン酸、1,10−デカンジカルボン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸、1,14−テトラデカンジカルボン酸、1,18−オクタデカンジカルボン酸等)、芳香族ジカルボン酸(例えばフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸等の二塩基酸等)、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価のカルボン酸としては、例えば、芳香族カルボン酸(例えば1,2,3−ベンゼントリカルボン酸、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸等)、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)アルキルエステルが挙げられる。
多価カルボン酸としては、これらジカルボン酸と共に、スルホン酸基を持つジカルボン酸、エチレン性二重結合を持つジカルボン酸を併用してもよい。
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、例えば、脂肪族ジオール(例えば主鎖部分の炭素数が7以上20以下である直鎖型脂肪族ジオール)が挙げられる。脂肪族ジオールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,14−エイコサンデカンジオールなどが挙げられる。これらの中でも、脂肪族ジオールとしては、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオールが好ましい。
多価アルコールは、ジオールと共に、架橋構造又は分岐構造をとる3価以上のアルコールを併用してもよい。3価以上のアルコールとしては、例えば、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等が挙げられる。
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。
ここで、多価アルコールは、脂肪族ジオールの含有量を80モル%以上とすることがよく、好ましくは90モル%以上である。
結晶性ポリエステル樹脂の融解温度は、50℃以上100℃以下が好ましく、55℃以上90℃以下がより好ましく、60℃以上85℃以下がさらに好ましい。
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。
結晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)は、6,000以上35,000以下が好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂は、例えば、非晶性ポリエステルと同様に、周知の製造方法により得られる。
結着樹脂の含有量としては、例えば、トナー粒子全体に対して、40質量%以上95質量%以下が好ましく、50質量%以上90質量%以下がより好ましく、60質量%以上85質量%以下がさらに好ましい。
−着色剤−
着色剤としては、例えば、カーボンブラック、クロムイエロー、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、スレンイエロー、キノリンイエロー、ピグメントイエロー、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド、ブリリアントカーミン3B、ブリリアントカーミン6B、デュポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、リソールレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ピグメントレッド、ローズベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、ピグメントブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオキサレートなどの種々の顔料、又は、アクリジン系、キサンテン系、アゾ系、ベンゾキノン系、アジン系、アントラキノン系、チオインジコ系、ジオキサジン系、チアジン系、アゾメチン系、インジコ系、フタロシアニン系、アニリンブラック系、ポリメチン系、トリフェニルメタン系、ジフェニルメタン系、チアゾール系などの各種染料等が挙げられる。
着色剤は、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。
着色剤は、必要に応じて表面処理された着色剤を用いてもよく、分散剤と併用してもよい。また、着色剤は、複数種を併用してもよい。
着色剤の含有量としては、例えば、トナー粒子全体に対して、1質量%以上30質量%以下が好ましく、3質量%以上15質量%以下がより好ましい。
−離型剤−
離型剤としては、例えば、炭化水素系ワックス;カルナバワックス、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。
−離型剤−
離型剤としては、例えば、炭化水素系ワックス;カルナバワックス、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。
離型剤の融解温度は、50℃以上110℃以下が好ましく、60℃以上100℃以下がより好ましい。
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 K 7121−1987「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。
離型剤の含有量としては、例えば、トナー粒子全体に対して、1質量%以上20質量%以下が好ましく、5質量%以上15質量%以下がより好ましい。
−その他の添加剤−
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。
−トナー粒子の特性等−
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。
ここで、コア・シェル構造のトナー粒子は、例えば、結着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子径(D50v)としては、2μm以上10μm以下が好ましく、4μm以上8μm以下がより好ましい。
なお、トナー粒子の各種平均粒子径、及び各種粒度分布指標は、コールターマルチサイザーII(ベックマン・コールター社製)を用い、電解液はISOTON−II(ベックマン・コールター社製)を使用して測定される。
測定に際しては、分散剤として、界面活性剤(アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムが好ましい)の5%水溶液2ml中に測定試料を0.5mg以上50mg以下加える。これを電解液100ml以上150ml以下中に添加する。
試料を懸濁した電解液は超音波分散器で1分間分散処理を行い、コールターマルチサイザーIIにより、アパーチャー径として100μmのアパーチャーを用いて2μm以上60μm以下の範囲の粒子径の粒子の粒度分布を測定する。なお、サンプリングする粒子数は50000個である。
測定される粒度分布を基にして分割された粒度範囲(チャンネル)に対して体積、数をそれぞれ小径側から累積分布を描いて、累積16%となる粒子径を体積粒子径D16v、数粒子径D16p、累積50%となる粒子径を体積平均粒子径D50v、累積数平均粒子径D50p、累積84%となる粒子径を体積粒子径D84v、数粒子径D84pと定義する。
これらを用いて、体積粒度分布指標(GSDv)は(D84v/D16v)1/2、数粒度分布指標(GSDp)は(D84p/D16p)1/2として算出される。
トナー粒子の平均円形度としては、0.94以上1.00以下が好ましく、0.95以上0.98以下がより好ましい。
トナー粒子の平均円形度は、(円相当周囲長)/(周囲長)[(粒子像と同じ投影面積をもつ円の周囲長)/(粒子投影像の周囲長)]により求められる。具体的には、次の方法で測定される値である。
まず、測定対象となるトナー粒子を吸引採取し、扁平な流れを形成させ、瞬時にストロボ発光させることにより静止画像として粒子像を取り込み、その粒子像を画像解析するフロー式粒子像解析装置(シスメックス社製のFPIA−3000)によって求める。そして、平均円形度を求める際のサンプリング数は3500個とする。
なお、トナーが外添剤を有する場合、界面活性剤を含む水中に、測定対象となるトナー(現像剤)を分散させた後、超音波処理をおこなって外添剤を除去したトナー粒子を得る。
<第一シリカ粒子>
本実施形態に係るトナーは、個数平均粒子径が110nm以上130nm以下であり、大径側個数粒度分布指標(上側GSDp)が1.080未満であり、平均円形度が0.94以上0.98以下であり、且つ、円形度が0.92以上の割合が80個数%以上であるシリカ粒子(以下、「第一シリカ粒子」とも称す。)を含む。
本実施形態に係る特定画像形成装置は、第一シリカ粒子を外添剤として含むトナーを収容することにより、筋状の画像欠陥及び画像の濃度ムラが抑制される。
第一シリカ粒子の個数平均粒子径は、110nm以上130nm以下であり、筋状の画像欠陥及び画像の濃度ムラをより抑制する観点から、113nm以上127nm以下であることが好ましく、115nm以上125nm以下であることがより好ましい。
第一シリカ粒子の個数平均粒子径を、上記範囲内とする手法は特に限定されないが、例えば、第一シリカ粒子をゾルゲルシリカ粒子とし、ゾルゲルシリカ粒子の製造において、アルカリ触媒とテトラアルコキシシランとを混合する際の温度又は反応時間を調整する手法;前記アルカリ触媒及びテトラアルコキシシランの濃度を調整する手法;などが挙げられる。
第一シリカ粒子の大径側個数粒度分布指標(上側GSDp)は、1.080未満であり、機内汚染の発生を抑制する観点から、1.077以下であることが好ましく、1.075以下であることがより好ましい。
第一シリカ粒子の小径側個数粒度分布指標(下側GSDp)は、画像かぶりの発生を抑制する観点から、1.080未満であることが好ましく、1.077以下であることがより好ましく、1.075以下であることが更に好ましい。
第一シリカ粒子における上側GSDp及び下側GSDpを、上記範囲内とする手法は特に限定されないが、例えば、第一シリカ粒子をゾルゲルシリカ粒子とし、ゾルゲルシリカ粒子の製造において、アルカリ触媒とテトラアルコキシシランとを混合する際の温度又は反応時間を調整する手法;前記アルカリ触媒及びテトラアルコキシシランの濃度を調整する手法;などが挙げられる。
第一シリカ粒子の個数平均粒子径、上側GSDp及び下側GSDpは、以下のようにして求める。
(1)トナーをメタノールに分散させ、室温(23℃)にて撹拌後、超音波バスにて処理し、トナーから外添剤を分離する。続いて、遠心分離により、トナー粒子を沈降させ、外添剤が分散した分散液を回収する。その後、メタノールを留去し、外添剤を取り出す。
(2)体積平均粒子径100μmの樹脂粒子(ポリエステル、重量平均分子量Mw=50000)に、前記外添剤を分散させる。
(3)前記外添剤が分散された樹脂粒子を、エネルギー分散型X線分析装置(EDX装置)(堀場製作所製、EMAX Evolution X-Max80mm2)を取り付けた走査型電子顕微鏡(SEM)(日立ハイテクノロジーズ製、S-4800)を用いて観察し、倍率4万倍で画像を撮影する。この際、EDX分析によって、Siの存在に基づき、一視野内からシリカの一次粒子を300個以上特定する。SEMは、加速電圧15kV、エミッション電流20μA、WD15mmで観察し、EDX分析は、同条件で検出時間60分とする。
(4)得られた画像を、画像解析装置(LUZEXIII、(株)ニレコ製)に取り込み、画像解析により、各粒子の面積を求める。
(5)この測定された面積値から、シリカの粒子径を円相当径として求める。
(6)円相当径が80nm以上のシリカ粒子を100個選別する。
前記選別されたシリカ粒子について、円相当径の累積分布を小径側から描き、累積50%となる粒子径を、第一シリカ粒子の個数平均粒子径とする。
前記選別されたシリカ粒子について、円相当径の累積分布を小径側から描き、累積16%となる粒子径を個数粒子径D16p、累積50%となる粒子径を個数平均粒子径D50p、累積84%となる粒子径を個数粒子径D84pと定義する。そして、大径側個数粒度分布指標(上側GSDp)は、(D84p/D50p)1/2として、小径側個数粒度分布指標(下側GSDp)は、(D50p/D16p)1/2として算出される。
第一シリカ粒子の平均円形度は、0.94以上0.98以下であり、画像かぶりの発生及び機内汚染の発生の両方を抑制する観点から、0.945以上0.975以下であることが好ましく、0.950以上0.970以下であることがより好ましい。
第一シリカ粒子における平均円形度を、上記範囲内とする手法は特に限定されないが、例えば、第一シリカ粒子をゾルゲルシリカ粒子とし、ゾルゲルシリカ粒子の製造において、アルカリ触媒とテトラアルコキシシランとを混合する際の反応時間を調整する手法;前記アルカリ触媒の濃度を調整する手法;などが挙げられる。
第一シリカ粒子における円形度0.92以上のシリカ粒子の割合は、80個数%以上であり、画像かぶりの発生を抑制する観点から、85個数%以上であることが好ましく、87個数%以上であることがより好ましい。
第一シリカ粒子における円形度0.92以上のシリカ粒子の割合を、上記範囲内とする手法は特に限定されないが、例えば、第一シリカ粒子をゾルゲルシリカ粒子とし、ゾルゲルシリカ粒子の製造において、アルカリ触媒とテトラアルコキシシランとを混合する際の温度又は反応時間を調整する手法;前記アルカリ触媒の濃度を調整する手法;などが挙げられる。
第一シリカ粒子の平均円形度及び第一シリカ粒子における円形度0.92以上のシリカ粒子の割合は、以下のようにして求める。
先述の第一シリカ粒子の個数平均粒子径の求め方において選別された100個について、各円形度を下記式(1)により算出する。得られた円形度の小径側から累積した頻度50%円形度を、第一シリカ粒子の平均円形度とする。
式(1):円形度=4π×(A/I
式(1)中、Iは画像上における一次粒子の周囲長を表し、Aは一次粒子の投影面積を表す。
また、平均円形度を求めた際の、100個の各円形度に占める、円形度0.92以上の個数割合を、第一シリカ粒子における円形度0.92以上のシリカ粒子の個数割合とする。
第一シリカ粒子の疎水化度は、画像かぶりの発生及び機内汚染の発生の両方を抑制する観点から、50%以上80%以下であることが好ましく、50%以上75%以下であることがより好ましく、50%以上70%以下であることがさらに好ましい。
第一シリカ粒子における疎水化度を、上記範囲内とする手法は特に限定されないが、例えば、第一シリカ粒子をゾルゲルシリカ粒子とし、ゾルゲルシリカ粒子の製造において、超臨界二酸化炭素の存在下でシリカ粒子の表面を疎水化処理剤により疎水化処理する手法:などが挙げられる。
第一シリカ粒子の疎水化度は、以下のようにして求める。
イオン交換水50mlに、試料となるシリカ粒子を0.2質量%入れ、マグネティックスターラーで撹拌しながらビュレットからメタノールを滴下していく。このとき、試料全量が溶液中に沈んだ終点におけるメタノール−イオン交換水混合溶液中のメタノール質量分率(%)(=メタノール添加量/(メタノール添加量+イオン交換水の量))を、疎水化度(%)として求める。
第一シリカ粒子は、シリカ、すなわちSiOを主成分とする粒子であればよく、結晶性及び非晶性のいずれであってもよい。第一シリカ粒子は、水ガラス、アルコキシシラン等のケイ素化合物を原料に製造された粒子であってもよいし、石英を粉砕して得られる粒子であってもよい。第一シリカ粒子は、例えば、ゾルゲルシリカ粒子;水性コロイダルシリカ粒子;アルコール性シリカ粒子;気相法等により得られるフュームドシリカ粒子;溶融シリカ粒子;などが挙げられる。上記の中でも、第一シリカ粒子は、ゾルゲルシリカ粒子を含むことが好ましい。
ゾルゲルシリカ粒子は、例えば、次のようにして得られる。アルコール化合物とアンモニア水とを含むアルカリ触媒溶液にテトラアルコキシシラン(TMOS等)を滴下し、テトラアルコキシシランを加水分解及び縮合させゾルゲルシリカ粒子を含む懸濁液を得る。次いで、懸濁液から溶媒を除去し粒状物を得る。次いで、粒状物を乾燥することにより、ゾルゲルシリカ粒子を得る。
第一シリカ粒子は、疎水化処理剤により疎水化処理されたシリカ粒子であってもよい。
疎水化処理剤としては、例えば、アルキル基(例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等)を有する公知の有機珪素化合物が挙げられ、具体例には、アルコキシシラン化合物、シロキサン化合物、シラザン化合物等が挙げられる。上記の中でも、疎水化処理剤は、シロキサン化合物及びシラザン化合物の少なくとも一方を含むことが好ましい。疎水化処理剤は、1種単独で使用してもよいし、2種以上併用してもよい。
シロキサン化合物としては、例えば、シリコーンオイル、シリコーン樹脂等が挙げられる。シリコーンオイルは、ジメチルシリコーンオイルを含むことが好ましい。シロキサン化合物は、1種単独で使用してもよいし、2種以上併用してもよい。
シラザン化合物としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン、テトラメチルジシラザン等が挙げられる。上記の中でも、シラザン化合物は、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)を含むことが好ましい。シラザン化合物は、1種単独で使用してもよいし、2種以上併用してもよい。
第一シリカ粒子の表面に付着するシラザン化合物等の疎水化処理剤の表面付着量は、第一シリカ粒子の疎水化度を向上させる観点から、第一シリカ粒子に対して、0.01質量%以上5質量%以下が好ましく、0.05質量%以上3質量%以下がより好ましく、0.10質量%以上2質量%以下がさらに好ましい。
第一のシリカ粒子を疎水化処理剤による疎水化処理する方法としては、例えば、超臨界二酸化炭素を利用して、超臨界二酸化炭素中に疎水化処理剤を溶解させて、シリカ粒子表面に疎水化処理剤を付着させる方法;大気中において、疎水化処理剤と前記疎水化処理剤を溶解する溶媒とを含む溶液をシリカ粒子表面に付与(例えば噴霧、塗布)して、シリカ粒子表面に疎水化処理剤を付着させる方法;大気中において、シリカ粒子分散液に疎水化処理剤と前記疎水化処理剤を溶解する溶媒とを含む溶液を添加して保持した後、シリカ粒子分散液及び前記溶液の混合溶液を乾燥させる方法;が挙げられる。
<その他の外添剤>
本実施形態に係るトナーは、第一シリカ粒子以外のその他の外添剤(以下、単に「その他の外添剤」とも称す。)をさらに含んでいてもよい。その他の外添剤としては、例えば、無機酸化物粒子が挙げられる。無機酸化物粒子としては、SiO、TiO、Al、CuO、ZnO、SnO、CeO、Fe、MgO、BaO、CaO、KO、NaO、ZrO、CaO・SiO、KO・(TiO)n、Al・2SiO、CaCO、MgCO、BaSO、MgSO等が挙げられる。上記の中でも、無機酸化物粒子としては、TiO、SiO、つまり、チタニア粒子又はシリカ粒子(以下「第二のシリカ粒子」とも称す。)を含むことが好ましい。
無機酸化物粒子の個数平均粒子径は、トナーの流動性を高める観点から、5nm以上50nm以下であることが好ましく、10nm以上40nm以下であることがより好ましく、10nm以上30nm以下であることがさらに好ましい。
無機酸化物粒子の個数平均粒子径は、以下のようにして求める。
(1)トナーをメタノールに分散させ、室温(23℃)にて撹拌後、超音波バスにて処理し、トナーから外添剤を分離する。続いて、遠心分離により、トナー粒子を沈降させ、外添剤が分散した分散液を回収する。その後、メタノールを留去し、外添剤を取り出す。
(2)体積平均粒子径100μmの樹脂粒子(ポリエステル、重量平均分子量Mw=50000)に、前記外添剤を分散させる。
(3)前記外添剤が分散された樹脂粒子を、エネルギー分散型X線分析装置(EDX装置)(堀場製作所製、EMAX Evolution X-Max80mm2)を取り付けた走査型電子顕微鏡(SEM)(日立ハイテクノロジーズ製、S-4800)を用いて観察し、倍率4万倍で画像を撮影する。この際、EDX分析によって、各無機酸化物粒子に含まれる原子(Si、Ti等)の存在に基づき、一視野内から無機酸化物粒子の一次粒子を300個以上特定する。SEMは、加速電圧15kV、エミッション電流20μA、WD15mmで観察し、EDX分析は、同条件で検出時間60分とする。
(4)得られた画像を、画像解析装置(LUZEXIII、(株)ニレコ製)に取り込み、画像解析により、各粒子の面積を求める。
(5)この測定された面積値から、各無機酸化物粒子の粒子径を円相当径として求める。
(6)円相当径が80nm未満の粒子を100個選別する。前記選別された粒子について、円相当径の累積分布を小径側から描き、累積50%となる粒子径を、無機酸化物粒子の個数平均粒子径とする。
トナーに含まれる無機酸化物粒子の含有量は、トナーに含まれる第一シリカ粒子の含有量よりも少ないことが好ましい。より具体的に、無機酸化物粒子の含有量は、トナーに含まれる第一シリカ粒子の含有量100質量部に対して、20質量部以上80質量部以下であることが好ましく、30質量部以上70質量部以下であることがより好ましい。
第一シリカ粒子の個数平均粒子径Da(nm)と無機酸化物粒子の個数平均粒子径Db(nm)との比(Da/Db)は、2.0以上35以下であることが好ましく、2.1以上32以下であることがより好ましく、2.2以上30以下であることがさらに好ましい。
外添剤としての無機酸化物粒子の表面は、疎水化処理が施されていることがよい。疎水化処理は、例えば疎水化処理剤に無機酸化物粒子を浸漬する等して行う。疎水化処理剤は特に限定されないが、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、無機酸化物粒子100質量部に対して、1質量部以上10質量部以下である。
外添剤としては、樹脂粒子(ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、メラミン樹脂等の樹脂粒子)、クリーニング活剤(例えばフッ素系高分子量体の粒子)等も挙げられる。
その他の外添剤の外添量としては、例えば、トナー粒子に対して、0.01質量%以上5質量%以下が好ましく、0.01質量%以上2.0質量%以下がより好ましい。
<トナーの製造方法>
次に、本実施形態に係るトナーの製造方法について説明する。
本実施形態に係るトナーは、トナー粒子を製造後、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、溶解懸濁法等)のいずれにより製造してもよい。トナー粒子の製法は、これらの製法に特に限定はなく、周知の製法が採用される。
そして、本実施形態におけるトナーは、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、ヘンシェルミキサー、レーディゲミキサー等によって行うことがよい。さらに、必要に応じて、振動篩分機、風力篩分機等を使ってトナーの粗大粒子を取り除いてもよい。
〔キャリア〕
キャリアは、特に限定されず、公知のキャリアが挙げられる。キャリアとしては、例えば、磁性粉からなる芯材の表面に被覆樹脂を被覆した被覆キャリア;マトリックス樹脂中に磁性粉が分散・配合された磁性粉分散型キャリア;多孔質の磁性粉に樹脂を含浸させた樹脂含浸型キャリア;等が挙げられる。
なお、磁性粉分散型キャリアおよ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。
磁性粉としては、例えば、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性金属、フェライト、マグネタイト等の磁性酸化物等が挙げられる。
被覆樹脂、及びマトリックス樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、オルガノシロキサン結合を含んで構成されるストレートシリコーン樹脂又はその変性品、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。なお、被覆樹脂、及びマトリックス樹脂には、導電性粒子等、その他添加剤を含ませてもよい。
導電性粒子としては、金、銀、銅等の金属、カーボンブラック、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム等の粒子が挙げられる。
芯材の表面に被覆樹脂を被覆するには、被覆樹脂、及び必要に応じて各種添加剤を適当な溶媒に溶解した被覆層形成用溶液により被覆する方法等が挙げられる。溶媒としては、特に限定されるものではなく、使用する被覆樹脂、塗布適性等を勘案して選択すればよい。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。
二成分現像剤における、トナーと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が好ましく、3:100乃至20:100がより好ましい。
以下、本開示の実施例について説明するが、本開示は以下の実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明において、特に断りのない限り、「部」及び「%」はすべて質量基準である。
−第一シリカ粒子の作製−
(シリカ粒子分散液(1)の調製)
撹拌機、滴下ノズル、温度計を具備したガラス製反応容器にメタノール300部、10%アンモニア水70部を添加して混合し、アルカリ触媒溶液を得た。このアルカリ触媒溶液を30℃(滴下開始温度)に調整した後、撹拌しながら、テトラメトキシシラン185部と8%アンモニア水50部とを同時に滴下を行い、親水性のシリカ粒子分散液(固形分量12%)を得た。ここで、滴下時間は30分とした。その後、得られたシリカ粒子分散液をロータリーフィルターR−ファイン(寿工業社製)で固形分量40%まで濃縮した。この濃縮したものをシリカ粒子分散液(1)とした。
(シリカ粒子分散液(2)〜(8)及び(c1)〜(c6)の調製)
シリカ粒子分散液(1)の調製において、表1に従って、アルカリ触媒溶液の条件(メタノール量、アンモニア水の濃度及び量)、シリカ粒子の生成条件(アルカリ触媒溶液へのテトラメトキシシラン(TMOS)の量、アンモニア水の濃度及び総滴下量、TMOS及びアンモニア水の滴下時間及び滴下開始温度)を変更した以外は、シリカ粒子分散液(1)と同様にして、シリカ粒子分散液(2)〜(8)及び(c1)〜(c6)を調製した。
(表面処理シリカ粒子(S1)の調製)
シリカ粒子分散液(1)を用いて、以下に示すようにして、シリカ粒子に対し超臨界二酸化炭素雰囲気下でシロキサン化合物による表面処理を行った。なお、表面処理には、二酸化炭素ボンベ、二酸化炭素ポンプ、エントレーナポンプ、撹拌機付きオートクレーブ(容量500ml)、圧力弁を具備した装置を用いた。
まず、撹拌機付きオートクレーブ(容量500ml)へ、シリカ粒子分散液(1)を300部投入し、撹拌機を100rpmで回転させた。その後、オートクレーブ内に液化二酸化炭素を注入し、ヒーターにより昇温しながら二酸化炭素ポンプにより昇圧し、オートクレーブ内を150℃、15MPaの超臨界状態とした。圧力弁でオートクレーブ内を15MPaに保ちながら二酸化炭素ポンプより超臨界二酸化炭素を流通させ、シリカ粒子分散液(1)からメタノールと水を除去し(溶媒除去工程)、シリカ粒子(未処理のシリカ粒子)を得た。
次に、流通した超臨界二酸化炭素の流通量(積算量:標準状態の二酸化炭素の流通量として測定)が900部となった時点で、超臨界二酸化炭素の流通を停止した。
その後、ヒーターにより温度150℃、二酸化炭素ポンプにより圧力15MPaを維持し、オートクレーブ内で二酸化炭素の超臨界状態を維持させた状態で、上記シリカ粒子(未処理のシリカ粒子)100部に対して、予め疎水化処理剤としてヘキサメチルジシラザン(HMDS:有機合成薬品工業社製)20部に、シロキサン化合物として、粘度10000cStであるジメチルシリコーンオイル(DSO:商品名「KF-96(信越化学工業社製)」)0.3部を溶解した処理剤溶液をエントレーナポンプにてオートクレーブ内に注入した後、撹拌しながら、180℃で20分間反応させた。その後、再度超臨界二酸化炭素を流通させ、余剰の処理剤溶液を除去した。その後、撹拌を停止し、圧力弁を開けてオートクレーブ内の圧力を大気圧まで開放し温度を室温(25℃)まで下げた。
このように、溶媒除去工程、HMDS及びDSOによる表面処理を順次行い、表面処理シリカ粒子(S1)を得た。
(表面処理シリカ粒子(S2)〜(S8)及び(cS1)〜(cS6)の調製)
表面処理シリカ粒子(S1)の調製と同様にして、表面処理シリカ粒子(S2)〜(S10)及び(cS1)〜(cS6)を得た。
(表面処理シリカ粒子(cS7)〜(cS8)の調製)
特開2008−174430号公報の段落0051〜0053と同様にして、表面処理シリカ粒子(cS7)を得た。また、特開2001−194824号公報の段落0019と同様にして、表面処理シリカ粒子(cS8)を得た。
Figure 2021051185
−ポリエステル系樹脂粒子分散液の準備−
(非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(A1)の調製)
・テレフタル酸:70部
・フマル酸:30部
・エチレングリコール:45部
・1,5−ペンタンジオール:46部
撹拌装置、窒素導入管、温度センサ、及び精留塔を備えたフラスコに、上記の材料を仕込み窒素ガス気流下、1時間を要して温度を220℃まで上げ、上記材料の合計100部に対してチタンテトラエトキシド1部を投入した。生成する水を留去しながら0.5時間を要して240℃まで温度を上げ、該温度で1時間脱水縮合反応を継続した後、反応物を冷却した。こうして、重量平均分子量9500、ガラス転移温度62℃のポリエステル樹脂を合成した。
温度調節手段及び窒素置換手段を備えた容器に、酢酸エチル40部及び2−ブタノール25部を投入し、混合溶剤とした後、ポリエステル樹脂100部を徐々に投入し溶解させ、ここに、10%アンモニア水溶液(樹脂の酸価に対してモル比で3倍量相当量)を入れて30分間撹拌した。次いで、容器内を乾燥窒素で置換し、温度を40℃に保持して、混合液を撹拌しながらイオン交換水400部を2部/分の速度で滴下し、乳化を行った。滴下終了後、乳化液を25℃に戻し、体積平均粒径200nmの樹脂粒子が分散した樹脂粒子分散液を得た。該樹脂粒子分散液にイオン交換水を加え、固形分量を20%に調整して、非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(A1)とした。
(結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(C1)の調製)
・1,10−デカンジカルボン酸:98部
・イソフタル酸ジメチル−5−スルホン酸ナトリウム:24部
・1,9−ノナンジオール:100部
・ジブチル錫オキサイド(触媒):0.3部
加熱乾燥した三口フラスコに、上記の成分を入れた後、減圧操作により容器内の空気を窒素ガスにより不活性雰囲気下とし、機械撹拌にて180℃で5時間撹拌及び還流を行った。その後、減圧下にて230℃まで徐々に昇温を行い2時間撹拌し、粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させ、結晶性ポリエステル樹脂を得た。分子量測定(ポリスチレン換算)で、結晶性ポリエステル樹脂の重量平均分子量(Mw)は9700であり、融解温度は78℃であった。
得られた結晶性ポリエステル樹脂を90部、アニオン性界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬)を1.8部、イオン交換水を210部用い、100℃に加熱して、IKA製ウルトラタラックスT50にて分散後、圧力吐出型ゴーリンホモジナイザーで分散処理を1時間行い、体積平均粒径が200nmであり、固形分量が20%である結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(C1)とした。
−スチレンアクリル系樹脂粒子分散液の準備−
(スチレンアクリル樹脂粒子分散液(B1)の調製)
スチレン:200部
n−ブチルアクリレート:50部
アクリル酸:1部
β−カルボキシエチルアクリレート:3部
プロパンジオールジアクリレート:1部
2−ヒドロキシエチルアクリレート:0.5部
ドデカンチオール:1部
フラスコに、アニオン性界面活性剤(ダウケミカル社製ダウファックス)4部をイオン交換水550部に溶解した溶液を入れ、そこに上記の原料を混合した混合液を入れて乳化した。乳化液を10分間ゆっくりと撹拌しながら、過硫酸アンモニウム6部を溶解したイオン交換水50部を投入した。次いで、系内の窒素置換を充分に行い、オイルバスで系内が75℃になるまで加熱し、30分間重合した。
次に、
スチレン:110部
n−ブチルアクリレート:50部
β−カルボキシエチルアクリレート:5部
1,10−デカンジオールジアクリレート:2.5部
ドデカンチオール:2部
上記の原料を混合した混合液を入れて乳化し、乳化液を上記フラスコに120分間添加し、そのまま4時間乳化重合を継続した。これにより、重量平均分子量32,000、ガラス転移温度53℃、体積平均粒径240nmの樹脂粒子が分散した樹脂粒子分散液を得た。前記樹脂粒子分散液にイオン交換水を加え、固形分量を20%に調整して、スチレンアクリル樹脂粒子分散液(B1)とした。
(離型剤粒子分散液の調製)
・パラフィンワックス(日本精蝋(株)製 HNP−9) :100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部
・イオン交換水 :350部
上記材料を混合して100℃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ー(ゴーリン社製)で分散処理し、体積平均粒径200nmの離型剤粒子が分散された離型剤粒子分散液(固形分量20%)を得た。
(クロ着色粒子分散液の調製)
・カーボンブラック(キャボット社製、Regal330): 50部
・アニオン系界面活性剤ネオゲンRK(第一工業製薬): 5部
・イオン交換水: 192.9部
上記成分を混合し、アルティマイザ(スギノマシン社製)により240MPaで10分処理し、クロ着色粒子分散液(固形分量:20%)を調製した。
(トナー粒子(A1)の調製)
・イオン交換水:200部
・非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(A1):150部
・結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(C1):10部
・クロ着色粒子分散液:15部
・離型剤粒子分散液:10部
・アニオン性界面活性剤(TaycaPower):2.8部
上記材料を丸型ステンレス製フラスコに入れ、0.1Nの硝酸を添加してpHを3.5に調整した後、ポリ塩化アルミニウム(PAC、王子製紙(株)製:30%粉末品)2.0部をイオン交換水30部に溶解させたPAC水溶液を添加した。ホモジナイザー(IKA社製ウルトラタラックスT50)を用いて30℃において分散した後、加熱用オイルバス中で45℃まで加熱し体積平均粒径が4.8μmとなるまで保持した。その後、非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(A1)60部を追加し30分保持した。その後、体積平均粒径が5.2μmとなったところで、さらに非晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(A1)60部を追加し30分保持した。続いて、10%のNTA(ニトリロ三酢酸)金属塩水溶液(キレスト70:キレスト株式会社製)を20部加えた後、1Nの水酸化ナトリウム水溶液を用いてpHを9.0にした。その後、アニオン活性剤(TaycaPower):1.0部投入して撹拌を継続しながら85℃まで加熱し、5時間保持した。その後、20℃/分の速度で20℃まで冷却後濾過し、イオン交換水で充分に洗浄し、乾燥させることにより、体積平均粒径6.0μmのトナー粒子(A1)を得た。
(トナー粒子(B1)の調製)
イオン交換水:400部
スチレンアクリル樹脂粒子分散液(B1):200部
クロ着色粒子分散液:40部
離型剤粒子分散液:12部
上記成分を、温度計、pH計、撹拌機を具備した反応容器に入れ、外部からマントルヒーターで温度制御しながら、温度30℃、撹拌回転数150rpmにて、30分間保持した。ホモジナイザー(IKAジャパン(株)製:ウルトラタラクスT50)で分散しながら、ポリ塩化アルミニウム(PAC、王子製紙(株)製:30%粉末品)2.1部をイオン交換水100部に溶解させたPAC水溶液を添加した。その後、50℃まで昇温し、コールターマルチサイザーII(アパーチャー径:50μm、コールター社製)にて粒径を測定し、体積平均粒径を5.0μmとした。その後樹脂粒子分散液(1)115部を追添加し、凝集粒子の表面に樹脂粒子を付着(シェル構造)させた。続いて、10%のNTA(ニトリロ三酢酸)金属塩水溶液(キレスト70:キレスト(株)製)を20部加えた後、1Nの水酸化ナトリウム水溶液を用いてpHを9.0にした。その後、昇温速度を0.05℃/分にして91℃まで昇温し、91℃で3時間保持した後、得られたトナースラリーを85℃まで冷却し、1時間保持した。その後25℃まで冷却してマゼンタトナーを得た。これをさらにイオン交換水にて再分散し、ろ過することを繰り返して、ろ液の電気伝導度が20μS/cm以下となるまで洗浄を行った後、40℃のオーブン中で5時間真空乾燥して、トナー粒子(B1)を得た。
(トナー(A1)の調製)
トナー粒子(A1)100部と、第一シリカ粒子(S1)1.5部と、無機酸化物粒子である個数平均粒子径40nmのチタニア粒子(テイカ社製)0.5部と、を混合し、サンプルミルを用いて回転速度13000rpmで30秒間混合した。目開き45μmの振動篩で篩分して、トナー(A1)を得た。
(トナー(B1)の調製)
トナー粒子(B1)100部と、第一シリカ粒子(S1)1.5部と、無機酸化物粒子である個数平均粒子径40nmのチタニア粒子(テイカ社製)0.5部と、を混合し、サンプルミルを用いて回転速度13000rpmで30秒間混合した。目開き45μmの振動篩で篩分して、トナー(B1)を得た。
(トナー(A2)〜(A12)、及び(cA1)〜(cA8)の調製)
トナー粒子、第一シリカ粒子及び無機酸化物粒子の種類を、表2に示す仕様とした以外は、トナー(A1)と同様にして、各トナーを得た。
(トナー(B2)〜(B12)の調製)
トナー粒子、第一シリカ粒子及び無機酸化物粒子の種類を、表2に示す仕様とした以外は、トナー(B1)と同様にして、各トナーを得た。
なお、表2に記載のトナーで使用した無機酸化物粒子の詳細は、以下の通りである。表2中、「−」は、無機酸化物粒子を有しないことを表す。
・個数平均粒子径40nmのシリカ粒子(日本アエロジル社製)
・個数平均粒子径55nmのチタニア粒子(チタン工業社製)
・個数平均粒子径7nmのチタニア粒子(チタン工業社製)
(現像剤(A1)〜(A12)、(B1)〜(B12)及び(cA1)〜(cA8)の調製)
各トナー10部と下記の樹脂被覆キャリア100部とをV型ブレンダーに入れ20分間撹拌し、次いで、目開き212μmの振動篩で篩分して現像剤を得た。
・Mn−Mg−Sr系フェライト粒子(平均粒径40μm):100部
・トルエン : 14部
・ポリメタクリル酸メチル : 2部
・カーボンブラック(VXC72:キャボット製) :0.12部
フェライト粒子を除く上記材料とガラスビーズ(直径1mm、トルエンと同量)とを混合し、関西ペイント社製サンドミルを用いて回転速度1200rpmで30分間撹拌し、分散液を得た。この分散液とフェライト粒子とを真空脱気型ニーダーに入れ、撹拌しながら減圧し乾燥させることにより、樹脂被覆キャリアを得た。
Figure 2021051185
−搬送部材PS1、PS0の準備−
<搬送部材PS1の準備>
トナーを撹拌されつつ搬送される搬送部材PS1として、取付位相差が180°である2条の螺旋羽根を有する搬送部材(いわゆる、PSオーガー)を準備した。搬送部材PS1は、螺旋羽根が軸方向に不連続となる領域を3箇所介して形成されており、その不連続となる領域の一部(下流側の2つ)には、軸方向に沿って、径方向に突出する平板状の板羽根が配設されている。また、回転軸の軸方向での全体の長さに対する前記螺旋羽根が形成された軸方向の区間の割合は、80%である。
また、平板状の板羽根が設けられている箇所について、その下流側の螺旋羽根の構成は、図8で示すものと同様、下流側直後の螺旋羽根の占有断面積を減少させた構成としている。
なお、搬送部材PS1において、回転軸は樹脂製のものであり、螺旋羽根は硬化性樹脂を使用した樹脂製のものであり、板羽根は樹脂製のものである。
<搬送部材PS2の準備>
トナーを撹拌されつつ搬送される搬送部材PS2として、取付位相差が180°である2条の螺旋羽根を有する搬送部材を準備した。搬送部材PS2は、螺旋羽根が軸方向に不連続となる領域を4箇所介して形成されており、その不連続となる領域の一部(下流側の2つ)には、軸方向に沿って、径方向に突出する平板状の板羽根が配設されている。また、回転軸の軸方向での全体の長さに対する前記螺旋羽根が形成された軸方向の区間の割合は、70%である。
<搬送部材PS0の準備>
トナーを撹拌搬送する搬送部材PS0として、1条の螺旋羽根を有する搬送部材を準備した。また、搬送部材PS0の螺旋羽根は、軸方向に不連続となる領域を介することなく形成されているため、回転軸の軸方向での全体の長さに対する前記螺旋羽根が形成された軸方向の区間の割合は100%である。
なお、搬送部材PS0は、螺旋羽根の条数が1条であること、螺旋羽根が軸方向に不連続となる領域を介して形成されていないこと、及び径方向に突出する平板状の板羽根が配設されていないこと以外は、搬送部材PS1と同様である。
[実施例1〜26及び比較例1〜9]
表3に従って、市販の電子写真複写機(Docu Centre Color450、富士ゼロックス(株)製)に対し、表2に示す現像剤を現像器に充填し、且つ上記の搬送部材を装着し、評価機とした。
(評価)
−画像におけるかぶりの評価−
かぶりの評価は、以下のようにして行った。
上記の評価機を用いて、高温高湿(28℃85%RH)の環境下で、印字率2%(画像密度2%)の画像サンプルを、P紙で2000枚印字する。その後、同じ環境下で、印字率10%の画像サンプルを1000枚印字し、その後、画像サンプルにて下記の基準で評価を行った。
A(◎):目視判定にて、かぶりが全く認識されない。
B(○):目視判定にて、かぶりがごくわずかに認識されるが許容できるレベルである。
C(×):目視判定にて、軽微、又は許容できないと判断されるレベルである。
−機内汚染の評価−
機内汚染の評価は、以下のようにして行った。
上記の評価機を用い、低温低湿(10℃15%RH)の環境下において、印字率30%(画像密度30%)の画像サンプルを2000枚印字し、印字後の現像器に付着したトナーを以下の基準で評価した。
A(◎):目視判定にて、現像器のトナー汚れが全く認識されない。
B(○):目視判定にて、現像器のトナー汚れがごくわずかに認識されるが許容できるレベルである。
C(×):目視判定にて、軽微、又は許容できないと判断されるレベルである。
Figure 2021051185
表3に示すように、実施例の画像形成装置は、比較例の画像形成装置に比べて、画像かぶりの発生及び機内汚染の発生の両方が抑制されることがわかった。
1Y、1M、1C、1K 感光体(像保持体の一例)
2Y、2M、2C、2K 帯電ロール(帯電手段の一例)
3 露光装置(静電荷像形成手段の一例)
3Y、3M、3C、3K レーザ光線
4Y、4M、4C、4K 現像装置(現像手段の一例)
5Y、5M、5C、5K 一次転写ロール(一次転写手段の一例)
6Y、6M、6C、6K 感光体クリーニング装置(クリーニング手段の一例)
8Y、8M、8C、8K トナーカートリッジ
10Y、10M、10C、10K 画像形成ユニット
20 中間転写ベルト(被転写体の一例)
22 駆動ロール
24 支持ロール
26 二次転写ロール(二次転写手段の一例)
30 中間転写体クリーニング装置
107 感光体(像保持体の一例)
108 帯電ロール(帯電手段の一例)
109 露光装置(静電荷像形成手段の一例)
111 現像装置(現像手段の一例)
112 転写装置(転写手段の一例)
113 感光体クリーニング装置(クリーニング手段の一例)
115 定着装置(定着手段の一例)
116 取り付けレール
117 筐体
118 露光のための開口部
171 現像ハウジング
172 現像ロール
172m マグネットロール
172s 現像スリーブ
173a 第一現像剤収容部
173b 第二現像剤収容部
174 層厚規制部材
177 サプライオーガー(搬送部材の一例)
178,178A アドミックスオーガー(搬送部材の一例)
178a,178b 螺旋羽根、
178au,178bu 上流側端部
178ad,178bd 下流側端部
178p 板羽根
BP 不連続部(不連続となる領域の一例)
C1,C2 連通口
Ga,Gb,Ga1,Ga2,Gb1,Gb2 二成分現像剤
S トナー濃度センサ
W 仕切壁
200 プロセスカートリッジ
300 記録紙(記録媒体の一例)
P 記録紙(記録媒体の一例)

Claims (13)

  1. 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、
    トナー粒子と、個数平均粒子径が110nm以上130nm以下、大径側個数粒度分布指標(上側GSDp)が1.080未満であり、平均円形度が0.94以上0.98以下であり、且つ、円形度が0.92以上の割合が80個数%以上であるシリカ粒子とを含有する静電荷像現像用トナーを含む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であって、回転軸と、前記回転軸の外周面に螺旋状に形成され、それぞれ位相が異なって配置された複数の螺旋羽根と、を有し、且つ前記複数の螺旋羽根の少なくとも1つは前記回転軸の軸方向において螺旋羽根が不連続となる領域を介する搬送部材を備え、前記搬送部材により前記静電荷像現像剤が撹拌されつつ搬送される現像手段と、
    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、
    を備える画像形成装置。
  2. 前記シリカ粒子は、前記大径側個数粒度分布指標(上側GSDp)が1.075未満である、請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記シリカ粒子は、小径側個数粒度分布指標(下側GSDp)が1.080未満である、請求項1又は請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 前記シリカ粒子は、前記平均円形度が0.95以上0.97以下である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  5. 前記シリカ粒子は、前記円形度が0.92以上の割合が85個数%以上である、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  6. 前記静電荷像現像用トナーは、個数平均粒子径が5nm以上50nm以下の無機酸化物粒子をさらに含む、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  7. 前記トナー粒子は、結着樹脂として、スチレンアクリル樹脂を含む、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  8. 前記トナー粒子は、結着樹脂として、非晶性ポリエステル樹脂を含む、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  9. 前記搬送部材は、前記複数の螺旋羽根が前記回転軸の外周面に均等な位相配置で配置される請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  10. 前記搬送部材は、前記複数の螺旋羽根の少なくとも1つが前記不連続となる領域を2つ以上介する請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  11. 前記搬送部材は前記不連続となる領域に、径方向に突出する平板状の板羽根を有する請求項1〜請求項10のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  12. 前記回転軸の軸方向での全体の長さに対する前記螺旋羽根が形成された軸方向の区間の割合が40%以上である請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の画像形成装置。
  13. トナー粒子と、個数平均粒子径が110nm以上130nm以下、大径側個数粒度分布指標(上側GSDp)が1.080未満であり、平均円形度が0.94以上0.98以下であり、且つ、円形度が0.92以上の割合が80個数%以上であるシリカ粒子とを含有する静電荷像現像用トナーを含む静電荷像現像剤を収容し、前記静電荷像現像用トナーにより、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であって、回転軸と、前記回転軸の外周面に螺旋状に形成され、それぞれ位相が異なって配置された複数の螺旋羽根と、を有し、且つ前記複数の螺旋羽根の少なくとも1つは前記回転軸の軸方向において螺旋羽根が不連続となる領域を介する搬送部材を備え、前記搬送部材により前記静電荷像現像剤が撹拌されつつ搬送される現像手段を備える画像形成装置に着脱する、プロセスカートリッジ。
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