JP2021135439A - 画像形成方法 - Google Patents

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【課題】本発明の課題は、常温・常湿環境で発生する雨だれを改善できる画像形成方法を提供することである。【解決手段】本発明の画像形成方法は、2成分静電荷像現像用トナーを用いる電子写真プロセスによる画像形成方法であって、トナー粒子が滑剤を含有し、トナー粒子の帯電量分布(帯電量q/粒径d)について、−0.1[femtoC/μm]以上であるトナー粒子が10個数%以上であり、23℃・50%RHの常温・常湿環境下における現像機の現像条件において、10℃・20%RHの低温・低湿環境下に比較して(i)〜(iii)のいずれかの条件を設定する。(i)現像ローラーに印加する現像電位の交流デューティ比(周期Tに占める交流のマイナス側の幅(時間)T(−)の比率)を下げる(ii)2成分現像剤中における2成分現像剤用トナーの濃度を下げる(iii)かぶりマージン(感光体の非画像部電位V0−現像電位Vdc)を高くする【選択図】図1

Description

本発明は、画像形成方法に関し、特に、常温・常湿環境で発生する雨だれを改善することができる画像形成方法に関する。
電子写真方式の画像形成装置においては、感光体ドラムを帯電器で一様な電位に帯電させ、これを露光走査して静電潜像を形成する。この静電潜像は、現像器からトナーの供給を受けてトナー像となり、これを記録シートに転写することにより画像が形成される。
このような画像形成装置において、トナーが記録シートに転写しきれずに感光体ドラム上に残留すると、それ以降の画像を劣化させてしまうので、当該残留トナーを除去するため、弾性ゴム等より成るクリーナブレードを感光体ドラムの周面に当接して残留トナーを掻き落とすように構成されている。
一方、最近では、高画質化、高解像度化の要請からトナー粒子が小径化する傾向にあるが、当該トナー粒子の小径化によるトナーの流動性や搬送性の低下を防ぐため、トナーにシリカ(二酸化ケイ素)粒子が添加されている。ところが、このシリカ粒子の径は、トナー粒子よりも小さく、通常の画像形成に伴うクリーニング処理だけでは、十分除去しきれずに感光体ドラム周面に付着したまま残留してしまう。これらのシリカ粒子の付着物が重畳して付着し、場合によっては、シリカ付着物を核としてトナーが堆積し、やがて、画像で検出できるほどの大きさに成長する。シリカ堆積物やトナー堆積物を、「雨だれ」と呼んでいる。
また、雨だれの類似物として、現像剤の機械的ストレスにより、トナーに含有されるトナー母体粒子等が感光体やキャリアの表面に付着する「フィルミング」と呼ばれる現象が生じる。そこで、フィルミングの発生抑制のため、トナー母体粒子の表面に凹部及び凸部を形成し、その凸部の平均密度分布や凹部の平均密度分布等を特定範囲に規定した技術が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
さらに、雨だれの類似物として、感光体ドラム表面に生じるシリカ粒子や放電生成物などの堆積物のうち大きく成長したもので、ブラックスポットと呼ばれるものがある。そして、このブラックスポットの発生抑制のため、感光体ドラム表面を清掃するクリーニング部材による処理を所定条件下で制御した技術が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。
しかしながら、前記した雨だれ、フィルミング及びブラックスポットは、使用する現像剤の条件、スコロトロン帯電器、接触帯電ローラー等の帯電器の種類、クリーニングブレードの条件、転写ベルトの条件等、様々な条件によって発生程度、発生しやすい温湿度条件などが変わり、改善方法に困難を要していた。
特開2019−56736号公報 特開2010−243830号公報
本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、常温・常湿環境で発生する雨だれを改善することができる画像形成方法を提供することである。
本発明者は、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討する過程において、トナー粒子が滑剤を含有し、トナー粒子の帯電量分布が特定範囲の現像剤を使用し、かつ、常温・常湿環境における現像機の現像条件を制御することで、常温・常湿環境で発生する雨だれを抑制できる画像形成方法を見いだし本発明に至った。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
1.2成分静電荷像現像用トナーを用いる電子写真プロセスによる画像形成方法であって、
前記2成分静電荷像現像用トナーを構成するトナー粒子が、滑剤を含有し、
前記トナー粒子の帯電量分布(帯電量q/粒径d)について、−0.1[femtoC/μm]以上である前記トナー粒子が10個数%以上であり、
23℃・50%RHの常温・常湿環境下における現像機の現像条件において、10℃・20%RHの低温・低湿環境下に比較して、下記(i)〜(iii)のいずれかの条件を設定することを特徴とする画像形成方法。
(i)前記現像機の現像ローラーに印加する現像電位の交流デューティ比(周期Tに占める交流のマイナス側の幅(時間)T(−)の比率)を下げる
(ii)2成分現像剤中における前記2成分現像剤用トナーの濃度を下げる
(iii)かぶりマージン(感光体の非画像部電位V0−現像電位Vdc)を高くする
2.使用する前記感光体が、硬化表面層を有し、当該硬化表面層中に電荷輸送構造を有する化合物を含有することを特徴とする第1項に記載の画像形成方法。
3.前記電子写真プロセスが、タンデムプロセスであることを特徴とする第1項又は第2項に記載の画像形成方法。
4.前記現像機を前記感光体の回転方向の最下流位置に配置することを特徴とする第1項から第3項までのいずれか一項に記載の画像形成方法。
5.前記滑剤の平均粒径が、1〜5μmの範囲内であることを特徴とする第1項から第4項までのいずれか一項に記載の画像形成方法。
6.帯電ローラーを使用することを特徴とする第1項から第5項までのいずれか一項に記載の画像形成方法。
7.前記トナー粒子が、結晶性ポリエステル樹脂及びスチレン・アクリル樹脂を含有することを特徴とする第1項から第6項までのいずれか一項に記載の画像形成方法。
8.前記結晶性ポリエステル樹脂が、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂であることを特徴とする第7項に記載の画像形成方法。
本発明の上記手段により、常温・常湿環境で発生する雨だれを改善することができる画像形成方法を提供することができる。
本発明の効果の発現機構又は作用機構については、明確にはなっていないが、以下のように推察している。
23℃・50%RHの常温・常湿環境下で、感光体における非画像部電位(以下、「感光体非画像部電位」又は「V0」ともいう。)を上げること(すなわち、V0の絶対値を大きくすること)で、使用しているトナーのうち、プラス帯電側のトナーが、マイナス電位が大きい感光体における非画像部(以下、「感光体非画像部」又は「感光体白紙部」ともいう。)に移動する(図1及び図2参照。)。なお、使用しているトナーのうち大半を占めるマイナス帯電側のトナーは、感光体における画像部(以下、「感光体画像部」ともいう。)に移動する。
一方、トナーを構成するトナー粒子には、クリーニング性を改善し、雨だれ抑制の効果のある滑剤が含有されている。
そのため、感光体非画像部電位(V0)を上げると、前記プラス帯電側のトナーと一緒に滑剤が感光体非画像部に移動するため、感光体上に滑剤が十分に供給され、雨だれが改善する。
ここで、感光体非画像部電位(V0)を上げるための手段として、現像特性を下げることで、現像ローラーに印加される現像電位(Vdc)の絶対値を上げ、結果的にVdc+かぶりマージンで決まる感光体非画像部電位(V0)の絶対値を上げる手段がある。
さらに、前記現像特性を下げるために、具体的に、AC現像方式の交流デューティ比を下げる方法と、現像剤中のトナー濃度を下げる方法とがある。
したがって、本発明では、前記した(i)〜(iii)のいずれかの現像条件を満たすように設定することで、感光体非画像部電位(V0)が上がり、雨だれが改善すると推察される。
なお、10℃・20%RHの低温・低湿環境下に比較して、前記常温・常湿環境では、トナーの帯電量に起因する現像特性が良いので、常温・常湿環境の現像特性は低温・低湿環境よりも悪く設定しても画像濃度の確保は容易であるため、前記した現像条件を制御することは画像濃度の確保という観点からは容易である。
本発明に用いるトナーの帯電量分布の一例を示した図 感光体非画像部電位(V0)、現像電位(Vdc)、感光体画像部電位(Vi)及びかぶりマージン(V0−Vdc)の定義と、トナーの帯電状態による現像の概略図 (a)及び(b)は、交流デューティ比を説明するための図 本発明に用いられる画像形成装置の構成の一例を示す概略図 本発明に用いられる画像形成装置の要部の構成の一例を示す概略図 本発明に用いられる画像形成装置の帯電手段の構成の一例を示す概略図 画像メモリの評価法を説明するための模式図
本発明の画像形成方法は、2成分静電荷像現像用トナーを用いる電子写真プロセスによる画像形成方法であって、前記2成分静電荷像現像用トナーを構成するトナー粒子が、滑剤を含有し、前記トナー粒子の帯電量分布(帯電量q/粒径d)について、−0.1[femtoC/μm]以上である前記トナー粒子が10個数%以上であり、23℃・50%RHの常温・常湿環境下における現像機の現像条件において、10℃・20%RHの低温・低湿環境下に比較して、下記(i)〜(iii)のいずれかの条件を設定することを特徴とする。
(i)前記現像機の現像ローラーに印加する現像電位の交流デューティ比(周期Tに占める交流のマイナス側の幅(時間)T(−)の比率)を下げる
(ii)2成分現像剤中における前記2成分現像剤用トナーの濃度を下げる
(iii)かぶりマージン(感光体の非画像部電位V0−現像電位Vdc)を高くする
この特徴は、下記各実施形態に共通又は対応する技術的特徴である。
本発明の実施態様としては、使用する前記感光体が、硬化表面層を有し、当該硬化表面層中に電荷輸送構造を有する化合物を含有することが、電荷輸送性の点で好ましい。
また、前記電子写真プロセスが、タンデムプロセスであることが、高速印刷可能な点で好ましい。
前記現像機を前記感光体の回転方向の最下流位置に配置することが、雨だれが最下流位置で発生しやすい点で好ましい。
前記滑剤の平均粒径が、1〜5μmの範囲内であることが、雨だれの発生を確実に防止できる点で好ましい。
帯電ローラーを使用することが、本発明の効果を有効に発揮できる点で好ましい。
前記トナー粒子が、結晶性ポリエステル樹脂及びスチレン・アクリル樹脂を含有することが好ましく、特に、前記結晶性ポリエステル樹脂が、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂であることが、製造性の点で好ましい。
以下、本発明とその構成要素及び本発明を実施するための形態・態様について説明をする。なお、本願において、「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。
[本発明の画像形成方法の概要]
本発明の画像形成方法は、2成分静電荷像現像用トナー(以下、単に「トナー」ともいう。)を用いる電子写真プロセスによる画像形成方法であって、前記2成分静電荷像現像用トナーを構成するトナー粒子の帯電量分布(帯電量q/粒径d)について、−0.1[femtoC/μm]以上である前記トナー粒子が10個数%以上であり、23℃・50%RHの常温・常湿環境下における現像機の現像条件において、10℃・20%RHの低温・低湿環境下に比較して、下記(i)〜(iii)のいずれかの条件を設定することを特徴とする。
(i)前記現像機の現像ローラーに印加する現像電位の交流デューティ比(周期Tに占める交流のマイナス側の幅(時間)T(−)の比率)を下げる
(ii)2成分現像剤中におけるトナー粒子の濃度を下げる
(iii)かぶりマージン(感光体の非画像部電位V0−現像電位Vdc)を高くする
<トナー粒子の帯電量分布>
本発明の画像形成方法に用いられるトナーは、当該トナーを構成するトナー粒子の帯電量分布(帯電量q/粒径d)において、図1に示すように、−0.1[femtoC/μm]以上のトナー粒子が10個数%以上である。好ましくは、−0.1[femtoC/μm]以上のトナー粒子が12〜16個数%の範囲内である。すなわち、トナー中にプラス帯電側のトナー粒子が、ある程度存在することが好ましい。
図2に示すように、トナーは、通常、マイナス帯電のため、ほとんどのトナーは感光体画像部に現像されるが(図2中、矢印A)、トナーのうち、プラス側に帯電したトナーは、感光体非画像部に現像される傾向がある(図2中、矢印B)。そこで、本発明では、前記したとおり−0.1[femtoC/μm]以上のトナーを10個数%以上とし、前記条件(i)〜(iii)を満たすことで、プラス側に帯電したトナーとともにプラス側に帯電した滑剤を感光体非画像部に供給し、感光体上に供給された滑剤により雨だれが改善するというものである。
前記トナー粒子の帯電量分布は、帯電量分布測定機「E−SPARTIII」(ホソカワミクロン社製)によって測定することができる。
前記トナー粒子の帯電量分布は、例えば、トナー母体粒子の作製時に、トナーケーキを洗浄する水溶液の35℃におけるpHを2〜10の範囲にすることで前記範囲に調整することができる。また、トナー粒子の製造時における生産ロットの違いによるものであってもよい。
<現像機の現像条件>
23℃・50%RHの常温・常湿環境下における現像機の現像条件において、10℃・20%RHの低温・低湿環境下に比較して、下記(i)〜(iii)のいずれかの条件を設定する。
(i)前記現像機の現像ローラーに印加する現像電位の交流デューティ比(周期Tに占める交流のマイナス側の幅(時間)T(−)の比率)を下げる
(ii)2成分現像剤中におけるトナーの濃度を下げる
(iii)かぶりマージン(感光体の非画像部電位V0−現像電位Vdc)を高くする
(i)交流デューティ比
現像機の現像ローラーには、交流(DC)と直流(AC)が重畳されており、ACのマイナス成分の割合(%)を交流デューティ比とする。すなわち、図3に示すように、現像ローラーには、交流と直流が重畳されて印加されているが、パルス波形における周期Tに占めるACのマイナス側の幅(時間)T(−)の比率とのことで、T(−)/Tで表される。なお、図3では、交流デューティ比が50%となっている例である。
ここで、交流デューティ比が大きいほど、マイナス帯電トナーは感光体画像部に現像されやすい。したがって、交流デューティ比が大きいほど現像特性が良くなり、適切な濃度を確保するためのDC電位(Vdc)が低くてもよくなる。
そこで、本発明では、交流デューティ比を下げることにより、現像特性が下がるため、画像安定化制御実施時に現像ローラーに印加されるDC電位のVdcの絶対値を上げて、適正濃度を確保する制御を行う。したがって、感光体非画像部電位(V0)の絶対値はより高くなる。
なお、本発明において、現像特性とは、横軸:現像バイアス(現像電位(Vdc))−感光体画像部電位、縦軸:現像量(感光体に現像されるトナー量)の特性のことであり、現像特性がよいとは、現像がしやすいということである。
交流デューティ比を下げるためには、後述する現像機(現像手段)の電圧印加装置が、現像ローラーに重畳するACとDCのうち交流デューティ比を下げるように印加することにより達成することができる。
(ii)トナーの濃度
前記トナーの濃度とは、2成分現像剤中におけるトナーの濃度であり、下記式で表される。
トナーの濃度[質量%]=トナーの質量/(現像剤の質量=トナーの質量+キャリアの質量)
トナーの濃度を下げると、キャリアのまわりに存在するトナー量が少なくなり、トナー粒子同士の接触が少なくなり、キャリアとトナーの接触回数が多くなり、その結果、トナー帯電量が大きくなる。そして、トナー帯電量が大きくなると、感光体の一定量の電荷量に対する付着トナー粒子の個数が少なくなるため、現像特性が下がる。その結果、画像安定化制御実施時に現像ローラーに印加されるDC電位のVdcの絶対値を上げて、適正濃度を確保する制御を行う。したがって、感光体非画像部電位(V0)の絶対値はより高くなる。
トナーの濃度を下げるためには、現像剤を製造する際(トナーとキャリアを混合する工程)にトナー濃度を所望の濃度となるように調整することにより達成することができる。
(iii)かぶりマージン
前記かぶりマージンとは、感光体非画像部電位(V0)と現像ローラー上の現像電位(Vdc)との差であり、V0−Vdcで表される。
したがって、かぶりマージン(V0−Vdc)の絶対値を高くすることにより、感光体非画像部電位V0の絶対値が上がる。
以上のように、感光体非画像部電位(V0)の絶対値が上がると、プラス側に帯電したトナーとともに滑剤が感光体非画像部に移動するため、感光体上に滑剤が十分に供給されて雨だれが改善する。
かぶりマージンの絶対値を高くするためには、以下のように設定することにより達成することができる。
まず、感光体非画像部電位(V0)は、帯電ローラーの芯に印加するVcを可変することで設定することができる。そして、Vcと感光体非画像部電位(V0)はほぼ同じ値であり、Vc=Vdc+かぶりマージンであるため、かぶりマージンの絶対値を高くするということは、Vcを高く(大きく)設定することになる。したがって、Vcの絶対値を高く設定することによって、かぶりマージンの絶対値を高くすることができる。
なお、かぶりマージンの絶対値が低すぎると地肌かぶり(白ベタ部のかぶり)が起こり、高すぎるとキャリア飛びが起こる。
前記(i)〜(iii)の現像条件において、具体的には以下のように設定することが好ましいが、交流デューティ比、トナー濃度及びかぶりマージンの組み合わせによって変わるため一概には決められない。
低温・低湿環境下での交流デューティ比(X)は、25〜45%の範囲内が好ましく、30〜40%の範囲内がより好ましい。一方、常温・常湿環境下での交流デューティ比は、20〜40%の範囲内が好ましく、25〜35%の範囲内が好ましい。
低温・低湿環境下でのトナー濃度(Y)は、5.5〜7.5質量%の範囲内が好ましく、6〜7質量%の範囲内がより好ましい。一方、常温・常湿環境下でのトナー濃度は、5.0〜6.8質量%の範囲内が好ましく、5.4〜6.3質量%の範囲内がより好ましい。
低温・低湿環境下でのかぶりマージン(V0−Vdc)の値(Z)は、50〜250Vの範囲内が好ましく、100〜150Vの範囲内がより好ましい。一方、常温・常湿環境下でのかぶりマージンの値(Z)は、100〜300Vの範囲内が好ましく、150〜200Vの範囲内がより好ましい。
[画像形成装置]
本発明の画像形成方法に用いられる画像形成装置は、一般的な電子写真方式による画像形成装置であることが好ましく、少なくとも電子写真感光体、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、定着手段及びクリーニング手段を具備することが好ましい。特に、本発明の画像形成方法は、タンデムプロセスによる画像形成方法であることが好ましいことから、用いられる画像形成装置はタンデム型の画像形成装置であることが好ましい。
図4は、本発明の画像形成装置の構成の一例を示す説明用断面図、図5は、画像形成装置の要部の構成の一例を示す説明用断面図である。
この画像形成装置100は、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、4組の画像形成ユニット110Y、110M、110C、110Bkと、給紙搬送手段150と、定着手段170とを有する。画像形成装置100の本体の上部には、原稿画像読み取り装置SCが配置されている。
画像形成ユニット110Y、110M、110C、110Bkは、鉛直方向に並んで配置されている。画像形成ユニット110Y、110M、110C、110Bkは、回転されるドラム状の感光体111Y、111M、111C、111Bkと、この外周面領域において感光体の回転方向に沿って順次配置された、滑剤供給手段116Y、116M、116C、116Bkと、帯電手段113Y、113M、113C、113Bkと、露光手段115Y、115M、115C、115Bkと、現像手段117Y、117M、117C、117Bkと、一次転写ローラー(一次転写手段)133Y、133M、133C、133Bkと、クリーニング手段119Y、119M、119C、119Bkと、滑剤除去手段114Y、114M、114C、114Bkとを有する。そして、感光体111Y、111M、111C、111Bk上に、イエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)及びブラック(Bk)のトナー画像がそれぞれ形成される構成とされている。画像形成ユニット110Y、110M、110C、110Bkは、感光体111Y、111M、111C、111Bkに形成するトナー画像の色が異なる以外は同様に構成されるため、以下、画像形成ユニット110Yの例で説明する。
また、以下に、電子写真感光体、帯電手段、露光手段、現像手段、転写手段、定着手段及びクリーニング手段の順に説明する。
<電子写真感光体>
本発明に係る電子写真感光体(以下、感光体ともいう。)は、導電性支持体上に少なくとも硬化表面層(以下、「保護層」ともいう。)と感光層を有することが好ましい。
具体的には、導電性支持体上に、電荷発生物質を含有する電荷発生層及び電荷輸送物質を含有する電荷輸送層がこの順に積層されてなる感光層が形成され、この感光層(電荷輸送層)上に最外層として保護層が形成された層構成を有している。また、導電性支持体と感光層との間に中間層を設けることが好ましい。なお、感光層は、電荷発生物質及び電荷輸送物質を含有する単層構造の層構成を有するものであってもよい。以下、このような構成を有する感光体について詳細に説明する。
(導電性支持体)
導電性支持体は、感光層を支持し、かつ導電性を有する部材である。
導電性支持体の好ましい例としては、金属製のドラム又はシート、ラミネートされた金属箔を有するプラスチックフィルム、蒸着された導電性物質の膜を有するプラスチックフィルム、導電性物質、又は導電性物質とバインダー樹脂とからなる塗料を塗布してなる導電層を有する金属部材やプラスチックフィルム、紙等が挙げられる。
上記金属の好ましい例としては、アルミニウム、銅、クロム、ニッケル、亜鉛及びステンレス鋼等が挙げられ、上記導電性物質の好ましい例としては、上記金属、酸化インジウム及び酸化スズ等が挙げられる。
(感光層)
感光層は、後述する露光手段により、所期の画像の静電潜像を感光体の表面に形成するための層である。当該感光層は、単層でもよいし、積層された複数の層で構成されていてもよい。感光層の好ましい例としては、電荷輸送物質と、電荷発生物質とを含有する単層、及び電荷輸送物質を含有する電荷輸送層と、電荷発生物質を含有する電荷発生層との積層物等が挙げられる。
(保護層)
保護層(硬化表面層)は、感光体表面の機械的強度を向上させ、耐傷性や耐摩耗性を向上させるための層である。本発明の画像形成装置においては、保護層が最外層である。
本発明において、感光体の最外層とは、トナーと接触する側の最外部に配置される層を表し、保護層が最外層である。
本発明に係る保護層は、電荷輸送構造を有する化合物(以下、「電荷輸送物質」ともいう。)を含有することが電荷輸送性の点で好ましい。また、保護層は、熱可塑性樹脂と、表面修飾剤によって表面修飾した無機微粒子を含有することが好ましい。
《電荷輸送物質》
電荷輸送物質としては、特に制限されず、公知のものを用いることができる。その例としては、カルバゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、イミダゾロン誘導体、イミダゾリジン誘導体、ビスイミダゾリジン誘導体、スチリル化合物、ヒドラゾン化合物、ピラゾリン化合物、オキサゾロン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、キナゾリン誘導体、ベンゾフラン誘導体、アクリジン誘導体、フェナジン誘導体、アミノスチルベン誘導体、トリアリールアミン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、スチルベン誘導体、ベンジジン誘導体等が挙げられる。これらの中でも、トリアリールアミン誘導体が好ましい。トリアリールアミン誘導体としては、下記化学式(1)で表されるものが好ましい。
Figure 2021135439
上記化学式(1)中、R、R、R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜7のアルキル基、又は炭素数1〜7のアルコキシ基を表す。k,l及びnは、それぞれ独立して、0〜5の整数を示し、mは0〜4の整数を示す。ただし、k、l、n又はmが2以上である場合においては、複数存在するR、R、R及びRは、互いに同一のものであっても、異なるものであってもよい。これらの中でも、R、R、R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜3のアルキル基であることが好ましい。また、k、l、n及びmは、それぞれ独立して、0〜1の整数であることが好ましい。
上記化学式(1)で表される化合物としては、例えば、特開2015−114454号公報に記載のものを使用でき、また、公知の合成方法、例えば、特開2006−143720号公報で開示されている方法などで合成することができる。
(無機微粒子)
本発明に係る保護層に含有される無機微粒子は、保護層の強度向上及び電気特性向上の目的のため保護層に含有され、表面修飾剤(表面処理剤)によって表面修飾(表面処理)されている。
表面修飾剤で表面修飾された無機微粒子は、表面修飾剤由来の化学種(被覆層)及び無機微粒子を含む被覆粒子となると考えられる。なお、表面修飾された無機微粒子は、その表面上の少なくとも一部に表面修飾剤由来の化学種(被覆層)を有していればよい。
本願において、無機微粒子とは金属元素を含有する微粒子をいうが、少なくともその表面が金属酸化物から構成される金属酸化物粒子であることが好ましい。無機微粒子を構成する金属酸化物の例としては、特に制限されないが、アルミナ、シリカ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化鉛、酸化スズ、酸化タンタル、酸化インジウム、酸化ビスマス、酸化イットリウム、酸化コバルト、酸化銅、酸化マンガン、酸化セレン、酸化鉄、酸化ジルコニウム、酸化ゲルマニウム、酸化スズ、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化バナジウム、銅アルミ酸化物、アンチモンイオンをドープした酸化スズ等が挙げられる。これら無機微粒子は、単独でも又は2種以上を組み合わせても用いることができる。また、金属酸化物粒子は合成品であってもよいし、市販品であってもよい。
これらの無機微粒子の中でも、アルミナ粒子、酸化スズ粒子、酸化チタン粒子、又は二酸化ケイ素粒子のいずれかであることが、保護層の強度が向上する点で好ましい。
また、上記した無機微粒子は、金属酸化物からなる芯(コア)と、表面修飾剤からなる外殻(シェル)と、を有する、コア・シェル構造を有する粒子(複合粒子)であることが好ましい。コア・シェル構造を有する複合粒子とすることで、無機微粒子の粒子径を大きくすることが可能となる。コア・シェル構造にするのは、無機微粒子径を大きくする場合で、無機微粒子径を小径とする場合は、コア・シェル構造にする必要はない。
当該複合粒子の芯材(コア)を構成する材料は、特に制限されないが、硫酸バリウム(BaSO)、アルミナ、酸化ケイ素等が挙げられる。これらの中でも、保護層の光透過性を確保する観点から、硫酸バリウムを芯材とした粒子が好ましい。また、当該複合粒子の外殻(シェル)を構成する材料は、上記無機微粒子を構成する金属酸化物の例として挙げたものと同様である。
コア・シェル構造の複合粒子の好ましい例としては、硫酸バリウムからなる芯材と、酸化スズ、アルミナ、酸化チタ0033ンのうちのいずれかからなる外殻と、を有する複合粒子が挙げられる。なお、芯材の数平均一次粒径と、外殻の厚さとの比率は、使用する芯材及び外殻の種類、ならびにこれらの組み合わせに応じて、適宜設定すればよい。
表面修飾剤による表面修飾前(未修飾)の無機微粒子の数平均一次粒径は、50〜500nmの範囲内であることが好ましく、65〜400nmの範囲内であることがより好ましく、80〜300nmの範囲内であることがさらに好ましい。無機微粒子の数平均一次粒径が50nm以上であると、無機微粒子による凹凸が適度に付与されるため、クリーニングの際にクリーニングブレードの姿勢が安定し、クリーニング性が向上する。また、無機微粒子の数平均一次粒径が500nm以下であると、凸部が大きすぎてクリーニングブレードに引っかかることがないため、ブレードのスティックスリップの発生に伴うクリーニング性の低下を防止することができる。
なお、本明細書において、無機微粒子の数平均一次粒径は、以下の方法で測定される数平均一次粒径と定義する。
まず、走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製)により撮影された10000倍の拡大写真をスキャナーに取り込む。次いで、得られた写真画像から、凝集粒子を除く300個の粒子像を、ランダムに自動画像処理解析システム ルーゼックス(登録商標)AP ソフトウエアVer.1.32(株式会社ニレコ製)を使用して2値化処理して、当該粒子像のそれぞれの水平方向フェレ径を算出する。そして、当該粒子像のそれぞれの水平方向フェレ径の平均値を算出して数平均一次粒径とする。ここで、水平方向フェレ径とは、上記粒子像を2値化処理したときの外接長方形の、x軸に平行な辺の長さをいう。また、無機微粒子の数平均一次粒径の測定は、表面修飾剤由来の化学種(被覆層)を含まない無機微粒子について行うものとする。
(表面修飾剤)
本発明に係る無機微粒子は表面修飾剤によって表面修飾されている。
表面修飾剤は特に制限されないが、シリコーン構造(シリコーン鎖)を有するシリコーン表面修飾剤、重合性官能基を有する表面修飾剤などが挙げられ、シリコーン鎖を有する表面修飾剤(以下、シリコーン表面修飾剤ともいう。)が好ましい。
シリコーン表面修飾剤としては、特に制限されないが、高分子主鎖の主鎖にシリコーン鎖を有してもよいし、側鎖にシリコーン鎖を有してもよいし、主鎖及び側鎖の両方にシリコーン鎖を有してもよい。
主鎖及び側鎖の両方にシリコーン鎖を有することによって、主鎖及び側鎖の両方にシリコーン鎖を有する表面修飾剤により表面修飾された無機微粒子が、シリコーン鎖をより多く有することから、保護層中での分散性がより高まり、保護層の耐摩耗性がより向上する。
また、前記シリコーン鎖に加えて、さらに反応性官能基を有するものが好ましい。
反応性官能基としては、カルボン酸基、ヒドロキシ基、−Rd−COOH(Rdは、2価の炭化水素基)、アルキルシリル基、ハロゲン化シリル基、及びアルコキシシリル基等の金属酸化物粒子と結合しうる基が挙げられる。これらの中でもカルボン酸基、ヒドロキ
シ基又はアルコキシシリル基が好ましい。
上記シリコーン表面修飾剤が有する高分子主鎖は、ポリ(メタ)アクリレート主鎖又はシリコーン主鎖であることが好ましく、シリコーン主鎖であることがより好ましい。
側鎖及び主鎖のシリコーン鎖は、ジメチルシロキサン構造を繰り返し単位として有することが好ましく、その繰り返し単位数は3〜100個であるものが好ましく、3〜50個であるものがより好ましく、3〜30個であるものがさらに好ましい。
シリコーン表面修飾剤の重量平均分子量は、特に制限されないが、1000〜50000の範囲内であることが好ましい。なお、シリコーン表面修飾剤の重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定することができる。
シリコーン表面修飾剤は、単独でも又は2種以上組み合わせても用いることができる。また、シリコーン表面修飾剤は、合成品であってもよいし、市販品であってもよい。
ポリ(メタ)アクリレート主鎖の側鎖にシリコーン鎖を有する表面修飾剤の市販品の具体例としては、サイマック(登録商標)US−350(以上、東亞合成株式会社製)、KP−541、KP−574、及びKP−578(以上、信越化学工業株式会社製)等を挙げることができる。
また、シリコーン主鎖及び側鎖にシリコーン鎖を有する表面修飾剤(主鎖及び側鎖にシリコーン鎖を有する表面修飾剤)の市販品の具体例としては、KF−9908及びKF−9909(以上、信越化学工業株式会社製)等を挙げることができる。
また、主鎖のみにシリコーン鎖を有する表面修飾剤の市販品の具体例としては、KF−9901(信越化学工業株式会社製)等を挙げることができる。
・表面修飾剤(シリコーン表面修飾剤)による表面修飾方法
表面修飾剤による表面修飾方法は、特に制限されず、無機微粒子の表面上に表面修飾剤を付着(又は結合)することができる方法であればよい。このような方法としては、一般的に、湿式処理方法と乾式処理方法との二通りに大別されるが、いずれを用いてもよい。
なお、後述する反応性表面修飾後の無機微粒子を表面修飾する場合は、無機微粒子の表面上又は反応性表面修飾剤上に、表面修飾剤が付着(又は結合)する。
湿式処理方法とは、無機微粒子と、表面修飾剤とを溶剤中で分散することによって、表面修飾剤を無機微粒子の表面上に付着(又は結合)させる方法である。
当該方法としては、無機微粒子と、表面修飾剤とを溶剤中で分散させ、得られた分散液を乾燥し溶剤を除去する方法が好ましく、その後さらに加熱処理を行い、表面修飾剤と無機微粒子とを反応させることによって、表面修飾剤を無機微粒子の表面上に付着(又は結合)させる方法がより好ましい。また、表面修飾剤と無機微粒子とを溶剤中で分散した後、得られた分散液を湿式粉砕することにより、無機微粒子を微細化すると同時に表面修飾を進行させてもよい。
無機微粒子及び表面修飾剤を溶剤中で分散させる手段としては、特に制限されず公知の手段を用いることができ、その例としては、ホモジナイザー、ボールミル、サンドミル等の一般的な分散手段を挙げることができる。
溶剤としては、特に制限されず公知の溶剤を用いることができ、その好ましい例としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、sec−ブタノール(2−ブタノール)、tert−ブタノール、ベンジルアルコールなどのアルコール系溶剤や、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤等が挙げられる
。これらは単独でも又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、メタノール、2−ブタノール、トルエン、及び2−ブタノールとトルエンとの混合溶剤がより好ましい。
分散時間は、特に制限されないが、例えば、1〜600分の範囲内であることが好ましく、10〜360分の範囲内であることがより好ましく、30〜120分の範囲内であることがより好ましい。
溶剤の除去方法としては、特に制限されず公知の方法を用いることができ、その例としては、エバポレーターを用いる方法、室温下で溶剤を揮発させる方法等が挙げられる。
加熱温度としては、特に制限されないが、50〜250℃の範囲内であることが好ましく、70〜200℃の範囲内であることがより好ましく、90〜150℃の範囲内であることがさらに好ましい。また、加熱時間としては、特に制限されないが、1〜600分の範囲内であることが好ましく、10〜300分の範囲内であることがより好ましく、30〜90分の範囲内であることがさらに好ましい。なお、加熱方法は、特に制限されず、公知の方法を用いることができる。
乾式処理方法とは、溶剤を用いず、表面修飾剤と無機微粒子とを混合し混練を行うことによって、表面修飾剤を導電性金属酸化物の表面上に付着(又は結合)させる方法である。当該方法としては、表面修飾剤と、無機微粒子とを混合し混練した後、さらに加熱処理を行い、表面修飾剤と無機微粒子とを反応させることによって、表面修飾剤を無機微粒子の表面上に付着(又は結合)させる方法であってもよい。また、無機微粒子と、表面修飾剤とを混合し混練する際に、これらを乾式粉砕することにより、無機微粒子を微細化すると同時に表面修飾を進行させてもよい。
表面修飾剤の使用量は、処理前の無機微粒子(後述する反応性表面修飾後の無機微粒子を表面修飾する場合は、反応性表面修飾後の無機微粒子)100質量部に対して、0.1質量部以上であることが好ましく、1質量部以上であることがより好ましく、2質量部以上であることがさらに好ましい。この範囲であれば、保護層の耐摩耗性及びかぶり抑制効果がより向上する。
また、表面修飾剤の使用量は、表面修飾前の無機微粒子(後述する反応性表面修飾後の無機微粒子を表面修飾する場合は、反応性表面修飾後の無機微粒子)100質量部に対して、100質量部以下であることが好ましく、10質量部以下であることがより好ましく、5質量部以下であることがさらに好ましい。この範囲であると、未反応の表面修飾剤による保護層の膜強度の低下が抑制され、保護層の耐摩耗性が向上する。
未修飾の無機微粒子や反応性表面修飾後の無機微粒子に表面修飾が施されたことは、熱重量・示差熱(TG/DTA)測定、走査型電子顕微鏡(SEM)又は透過電子顕微鏡(TEM)による観察、エネルギー分散型X線分光法(EDX)による分析等によって確認することができる。
表面修飾された無機微粒子は、重合性基由来の基を有することが好ましい。表面修飾された無機微粒子が重合性基由来の基を有することにより、保護層の耐摩耗性が向上する。重合性基の種類は、特に制限されないが、ラジカル重合性基が好ましい。重合性基の導入方法としては、特に制限されないが、無機微粒子に対して重合性基を有する表面修飾剤で表面修飾を行う方法が好ましい。
表面修飾された無機微粒子が重合性基を有することや、保護層中の表面修飾された無機
微粒子が重合性基由来の基を有することは、熱重量・示差熱(TG/DTA)測定、走査型電子顕微鏡(SEM)又は透過電子顕微鏡(TEM)による観察、エネルギー分散型X線分光法(EDX)による分析、質量分析等によって確認することができる。
・重合性基を有する表面修飾剤(反応性表面修飾剤)による表面修飾方法
上述した表面修飾(シリコーン表面修飾)された無機微粒子は、反応性表面修飾剤でさらに表面修飾されることが好ましい。重合性基は、反応性表面修飾によって、無機微粒子の表面に担持され、その結果、表面修飾された無機微粒子は、さらに重合性基を有することとなる。
そして、保護層中で、当該表面修飾された無機微粒子が重合性基を介して重合性モノマーと重合することになり、膜強度がより高い保護層が形成され、保護層の耐摩耗性がさらに向上する。このとき、シリコーン表面修飾粒子は、保護層中で重合性基由来の基を有する構造として存在することとなる。
反応性表面修飾剤は、重合性基及び反応性官能基を有する。重合性基の種類は、特に制限されないが、ラジカル重合性基が好ましい。ここで、ラジカル重合性基は、炭素−炭素二重結合を有するラジカル重合可能な基を表す。ラジカル重合性基の例としては、ビニル基及び(メタ)アクリロイル基等が挙げられ、これらの中でもメタクリロイル基が好ましい。また、反応性官能基とは、無機微粒子の表面に存在するヒドロキシ基などの極性基への反応性を有する基を表す。反応性官能基の例としては、カルボン酸基、ヒドロキシ基、−R′−COOH(R′は、二価の炭化水素基)、アルキルシリル基、ハロゲン化シリル基、アルコキシシリル基等が挙げられ、これらの中でもアルキルシリル基、ハロゲン化シリル基、アルコキシシリル基が好ましい。
反応性表面修飾剤は、ラジカル重合性基を有するシランカップリング剤が好ましく、その例としては、下記式S−1〜S−32で表される化合物等が挙げられる。
S−1: CH=CHSi(CH)(OCH
S−2: CH=CHSi(OCH
S−3: CH=CHSiCl
S−4: CH=CHCOO(CHSi(CH)(OCH
S−5: CH=CHCOO(CHSi(OCH
S−6: CH=CHCOO(CHSi(OC)(OCH
S−7: CH=CHCOO(CHSi(OCH
S−8: CH=CHCOO(CHSi(CH)Cl
S−9: CH=CHCOO(CHSiCl
S−10: CH=CHCOO(CHSi(CH)Cl
S−11: CH=CHCOO(CHSiCl
S−12: CH=C(CH)COO(CHSi(CH)(OCH
S−13: CH=C(CH)COO(CHSi(OCH
S−14: CH=C(CH)COO(CHSi(CH)(OCH
S−15: CH=C(CH)COO(CHSi(OCH
S−16: CH=C(CH)COO(CHSi(CH)Cl
S−17: CH=C(CH)COO(CHSiCl
S−18: CH=C(CH)COO(CHSi(CH)Cl
S−19: CH=C(CH)COO(CHSiCl
S−20: CH=CHSi(C)(OCH
S−21: CH=C(CH)Si(OCH
S−22: CH=C(CH)Si(OC
S−23: CH=CHSi(OCH
S−24: CH=C(CH)Si(CH)(OCH
S−25: CH=CHSi(CH)Cl
S−26: CH=CHCOOSi(OCH
S−27: CH=CHCOOSi(OC
S−28: CH=C(CH)COOSi(OCH
S−29: CH=C(CH)COOSi(OC
S−30: CH=C(CH)COO(CHSi(OC
S−31: CH=CHCOO(CHSi(CH(OCH
S−32: CH=C(CH)COO(CHSi(OCH
反応性表面修飾剤は、単独でも又は2種以上を組み合わせても用いることができる。また、反応性表面修飾剤は、合成品であってもよいし市販品であってもよい。市販品の具体例としては、KBM−502、KBM−503、KBE−502、KBE−503、KBM−5103(以上、信越化学工業株式会社製)等を挙げることができる。
シリコーン表面修飾及び反応性表面修飾の両方を行う場合、反応性表面修飾を行った後にシリコーン表面修飾を行うことが好ましい。この順序で表面修飾を行うことにより、保護層の耐摩耗性がより向上する。この理由は、撥油効果を有するシリコーン鎖によって、反応性表面修飾剤の無機微粒子表面への接触が妨げられることがないため、無機微粒子への重合性基の導入がより効率よく行われるからである。
反応性表面修飾の方法は、特に制限されず、反応性表面修飾剤を用いる以外は、シリコーン表面修飾で説明した方法と同様の方法を採用することができる。また、公知の無機微粒子の表面修飾技術を用いてもよい。
湿式処理方法により反応性表面修飾を用いる場合、溶剤としては、メタノール、エタノール、トルエンが好ましく、メタノール、トルエンがより好ましい。
反応性表面修飾剤の使用量は、反応性表面修飾前の無機微粒子100質量部に対して、0.5質量部以上であることが好ましく、1質量部以上であることがより好ましく、1.5質量部以上であることがさらに好ましい。この範囲であると、保護層の耐摩耗性及びかぶり抑制効果がより向上する。また、反応性表面修飾剤の使用量は、修飾前の無機微粒子100質量部に対して、15質量部以下であることが好ましく、10質量部以下であることがより好ましく、8質量部以下であることがさらに好ましい。この範囲であると、粒子表面のヒドロキシ基数に対して反応性表面修飾剤の量が過剰とはならずより適切な範囲となり、未反応の反応性表面修飾剤による保護層の膜強度の低下が抑制され、保護層の耐摩耗性がより向上する。
(熱可塑性樹脂)
本発明に係る熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。中でも、電気特性及び膜強度の点でポリカーボネート樹脂が好ましい。
(他の成分)
保護層形成用の樹脂組成物は、上記成分以外の他の成分をさらに含んでいてもよい。他の成分の例としては、特に制限されないが、潤滑剤等が挙げられる。潤滑剤は、特に制限されず公知のものを用いることができ、その例としては、重合性シリコーン化合物及び重合性パーフルオロポリエーテル化合物等が挙げられる。
[電子写真感光体の製造方法]
本発明に係る電子写真感光体は、特に制限されず公知の電子写真感光体の製造方法によって製造することができる。
中でも、導電性支持体上に形成された感光層の表面に、保護層形成用の樹脂組成物を含む塗布液を塗布する工程と、塗布された保護層形成用の樹脂組成物を乾燥する又は工程と、を含む方法によって製造することが好ましい。
保護層形成用の樹脂組成物は、少なくとも電荷輸送物質と、熱可塑性樹脂と、表面修飾剤によって表面修飾された無機微粒子を含有することが好ましい。保護層形成用の樹脂組成物は、酸化防止剤などの他の成分を含んでもよく、さらに分散媒を含むことができる。
前記分散媒としては、電荷輸送物質、熱可塑性樹脂、前記表面修飾した無機微粒子、さらに必要に応じて添加される酸化防止剤等を溶解又は分散させることができれば、いずれのものでも使用できる。
具体的には、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、2−ブタノール(sec−ブタノール)、tert−ブタノール、ベンジルアルコール、トルエン、キシレン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ピリジン及びジエチルアミン等が挙げられる。分散媒は、単独でも又は2種以上混合しても用いることができる。
保護層形成用の樹脂組成物の総質量に対する分散媒の含有量は、特に制限されないが、1〜99質量%の範囲内であることが好ましく、40〜90質量%の範囲内であることがより好ましく、50〜80質量%の範囲内であることがさらに好ましい。
保護層形成用の樹脂組成物中の無機微粒子の含有量は、特に制限されないが、20質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることがさらに好ましい。この範囲であると、保護層の架橋密度が増加し、機械的強度がより向上し、保護層の耐摩耗性がより向上する。
保護層形成用の樹脂組成物の調製方法も、特に制限はなく、電荷輸送物質、熱可塑性樹脂、表面修飾された無機微粒子、さらに必要に応じて添加される酸化防止剤などの各種添加剤を分散媒に加えて、溶解又は分散するまで撹拌混合すればよい。
本発明に係る保護層は、上記方法で調製した保護層形成用の樹脂組成物を感光層の上に塗布した後、乾燥及び硬化させることにより形成することができる。
上記塗布、乾燥、及び硬化の過程で、熱可塑性樹脂と表面修飾された無機微粒子との間の反応、表面修飾された無機微粒子同士の反応等が進行し、保護層形成用の樹脂組成物の硬化物を含む保護層が形成される。
保護層形成用の樹脂組成物の塗布方法は、特に制限されず、例えば、浸漬塗布法、スプレーコーティング法、スピンナーコーティング法、ビードコーティング法、ブレードコーティング法、ビームコーティング法、スライドホッパー塗布法、円形スライドホッパー塗布法などの公知の方法を用いることができる。
上記塗布液を塗布した後は、自然乾燥又は熱乾燥を行い、塗膜を形成する。
乾燥の条件は、溶媒の種類、膜厚などによって適宜選択できる。乾燥温度は、好ましくは20〜180℃であり、より好ましくは80〜140℃であり、乾燥時間は、好ましく
は1〜200分であり、より好ましくは5〜100分である。
保護層の厚さは、1〜10μmの範囲内であることが好ましく、1.5〜5μmの範囲内であることがより好ましい。
なお、保護層が上記組成物を含むことは、熱分解GC−MS、核磁気共鳴(NMR)、フーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)、元素分析などの公知の分析方法によって確認することができる。
<帯電手段>
帯電手段113Yは、感光体111Y表面に対して帯電ローラーにより帯電を行う手段である。この例の帯電手段113Yは、感光体111Yの表面に接触して配設された帯電ローラーと、帯電ローラーに電圧を印加する電源とからなる。
本発明において、帯電手段は、帯電ローラーを感光体の表面に接触又は近接した状態で帯電させる近接帯電方式による。
帯電ローラー11は、図6に示されるように、芯金11aの表面上に積層された、帯電音を低減させるとともに弾性を付与して感光体111Yに対する均一な密着性を得るための弾性層11bの表面上に、必要に応じて帯電ローラー11が全体として高い均一性の電気抵抗を得るための抵抗制御層11cが積層され、当該抵抗制御層11c上に表面層11dが積層されたものが、押圧バネ11eによって感光体111Yの方向に付勢されて感光体111Yの表面に対して所定の押圧力で圧接されて帯電ニップ部が形成された状態とされる構成とされており、感光体111Yの回転に従動して回転される。
芯金11aは、例えば、鉄、銅、ステンレス、アルミニウム及びニッケルなどの金属、又はこれらの金属の表面に、防錆性や耐付傷性を得るために導電性を損なわない範囲においてメッキ処理したものからなり、その外径は例えば3〜20mmの範囲内とされる。
弾性層11bは、例えば、ゴムなどの弾性材料中にカーボンブラック、カーボングラファイトなどよりなる導電性微粒子やアルカリ金属塩、アンモニウム塩などよりなる導電性塩微粒子などが添加されたものからなる。
弾性材料の具体例としては、例えば、天然ゴム、エチレンプロピレンジエンメチレンゴム(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、シリコーンゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、ニトリル−ブタジエンゴム(NBR)及びクロロプレンゴム(CR)などの合成ゴムや、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂及びフッ素樹脂などの樹脂、又は発泡スポンジなどの発泡体などを挙げることができる。弾性の大きさは、プロセス油、可塑剤などを弾性材料中に添加することにより調整することができる。
弾性層11bは、その体積抵抗率が1×10〜1×1010Ω・cmの範囲であることが好ましい。また、その層厚は500〜5000μmであることが好ましく、より好ましくは500〜3000μmの範囲内である。
弾性層11bの体積抵抗率は、JIS K 6911に準拠して測定された値である。
抵抗制御層11cは、帯電ローラー11を全体として均一な電気抵抗を有する目的などにより設けられるものであるが、なくてもよい。この抵抗制御層11cは、適度な導電性を有する材料を塗工すること、又は適度な導電性を有するチューブを被覆させることによって設けることができる。
この抵抗制御層11cを構成する具体的な材料としては、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂;エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム及びアクリロニトリル系ゴムなどのゴム類などの基礎材料中に、カーボンブラック、カーボングラファイトなどよりなる導電性微粒子;導電性酸化チタン、導電性酸化亜鉛、導電性酸化スズなどよりなる導電性金属酸化物微粒子;アルカリ金属塩、アンモニウム塩などよりなる導電性塩微粒子などの導電剤が添加されたものが挙げられる。
抵抗制御層11cは、その体積抵抗率が1×10−2〜1×1014Ω・cmの範囲であることが好ましく、より好ましくは1×10〜1×1010Ω・cmである。また、その層厚は0.5〜100μmであることが好ましく、より好ましくは1〜50μm、さらに好ましくは1〜20μmの範囲内である。
抵抗制御層11cの体積抵抗率は、JIS K 6911に準拠して測定された値である。
表面層11dは、弾性層11b中の可塑剤などの得られる帯電ローラーの表面へのブリードアウトを防止する目的や帯電ローラーの表面の滑り性や平滑性を得る目的、又は感光体10上にピンホールなどの欠陥があった場合にもリークの発生を防止する目的などにより設けられるものであって、適度な導電性を有する材料を塗工すること、又は適度な導電性を有するチューブを被覆させることによって設けられる。
表面層11dを材料の塗工により設ける場合は、具体的な材料としては、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂及びシリコーン樹脂などの樹脂、エピクロルヒドリンゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム及びアクリロニトリル系ゴムなどの基礎材料中に、カーボンブラック、カーボングラファイトなどよりなる導電性微粒子;導電性酸化チタン、導電性酸化亜鉛、導電性酸化スズなどよりなる導電性金属酸化物微粒子などの導電剤が添加されたものが挙げられる。
塗工方法としては、浸漬塗工法、ロール塗工法及びスプレー塗工法などが挙げられる。
また、表面層11dをチューブの被覆により設ける場合は、具体的なチューブとしては、ナイロン12、4フッ化エチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂(PFA)、ポリフッ化ビニリデン、4フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合樹脂(FEP);ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリ塩化ビニル系、ポリウレタン系、ポリエステル系及びポリアミド系などの熱可塑性エラストマーなどに上記の導電剤が添加されたものがチューブ状に成形されたものが挙げられる。このチューブは熱収縮性のものでもよく、非熱収縮性のものでもよい。
表面層11dは、その体積抵抗率が1×10〜1×10Ω・cmの範囲であることが好ましく、より好ましくは1×10〜1×10Ω・cmである。また、その層厚は0.5〜100μmであることが好ましく、より好ましく1〜50μm、さらに好ましくは1〜20μmである。
表面層11dの体積抵抗率は、JIS K 6911に準拠して測定された値である。
また、表面層11dは、その表面粗さRzが1〜30μmのものが好ましく、より好ましくは2〜20μm、さらに好ましくは5〜10μmである。
以上のような帯電ローラー11においては、帯電ローラー11の芯金11aに電源S1より帯電バイアス電圧が印加されることにより、感光体111Yの表面が所定の極性の所定の電位に帯電される。ここに、帯電バイアス電圧は、例えば直流電圧のみとしてもよいが、帯電の均一性に優れることから、直流電圧に交流電圧が重畳された振動電圧とすることが好ましい。
帯電バイアス電圧は、例えば−2.5〜−1.5kV程度とすることができる。
図6に示した帯電ローラーによる帯電条件の一例を示すと、帯電バイアス電圧を形成する直流電圧が−500V、交流電圧が周波数1000Hz、ピーク間電圧1300Vの正弦波であり、この帯電バイアス電圧が印加されることにより、感光体の表面が−500Vに一様に帯電される。
<露光手段>
露光手段115Yは、帯電手段113Yによって一様な電位を与えられた感光体111Y表面に、画像信号(イエローの画像信号)に基づいて露光を行い、イエローの画像に対応する静電潜像を形成する手段である。露光手段115Yは、感光体111Yの軸方向にアレイ状に発光素子が配列されたLEDと結像素子とから構成されるもの、又はレーザー光学系などが用いられる。
<現像手段>
現像手段(現像機)117Yは、感光体111Y表面にトナーを供給し、感光体111Y表面に形成された静電潜像を現像し、トナー画像を形成する手段である。この例の現像手段117Yは、具体的には、マグネットを内蔵し現像剤を保持して回転する現像ローラー118Y及び感光体111Yとこの現像ローラー118Yとの間に直流及び/又は交流バイアス電圧を印加する電圧印加装置(図示しない)により構成される。
現像手段117Yは、感光体の回転方向の最下流位置に配置することが、雨だれが最下流位置で発生しやすい点で好ましい。
現像ローラー118Yの回転によって、感光体111Yにトナーを搬送する。そして、現像ローラー118Y上のトナー薄層が、感光体111Yに当接して感光体111Y上の静電潜像を現像する。現像ローラー1118Yは、電圧印加装置に接続されている。
そして、この電圧印加装置により、現像ローラー118Yには直流及び/又は交流バイアス電圧が印加される。現像ローラー11−8Yに印加する電圧を制御することで、現像電位(現像バイアスともいう。)(Vdc)が所望の値に調整できるように構成されている。現像ローラー118Yと感光体111Yにより担持された静電潜像の電位との間の電位差(現像電位差)によって、現像ローラー118Yと感光体111Yが相互に対向している現像部に電界が形成される。
現像ローラー118Yの回転により現像部に搬送された現像剤中のトナーは、電界から受ける力の作用によって移動し、感光体111Y上の静電潜像に吸着する。感光体111Yに担持されていた静電潜像が顕像化されることによって、感光体111Yの表面には、静電潜像の形状に対応したトナー像が形成される。
ここで、感光体上の静電潜像は、非画像部と、画像部とを含んでいる。
非画像部とは、感光体111Yの表面のうちの帯電ローラー118Yによって一様に帯電された部分であり、非画像部電位(V0)とは、この非画像部の電位である。
画像部とは、感光体111Yの表面のうち、非画像部の一部が露光手段によって露光されることにより電位が低下した部分であり、画像部電位(Vi)とは、この画像部の電位である。
また、現像電位(Vdc)は、非画像部電位(V0)と画像部電位(Vi)との間の値に設定される。非画像部では、感光体から現像手段側に向かってトナーを移動させる向きの電界が形成される。画像部では、現像手段側から感光体に向かってトナーを移動させる向きの電界が形成される。
本発明では、23℃・50%RHの常温・常湿環境下における現像機の現像条件において、10℃・20%RHの低温・低湿環境下に比較して、前記(i)〜(iii)のいずれかの条件を設定する。
(i)前記現像機の現像ローラーに印加する現像電位の交流デューティ比(周期Tに占める交流のマイナス側の幅(時間)T(−)の比率)を下げる
(ii)2成分現像剤中における前記2成分現像剤用トナーの濃度を下げる
(iii)かぶりマージン(感光体の非画像部電位V0−現像電位Vdc)を高くする
したがって、例えば、条件(i)に設定する場合には、現像手段の電圧印加装置が、現像ローラーに重畳するACとDCのうち交流デューティ比を下げるように印加する。
また、条件(iii)に設定する場合には、結果的に帯電ローラーの芯に印加するVcの絶対値を高く設定する。
さらに、条件(ii)に設定する場合には、用いる2成分現像剤を、トナー濃度の低い現像剤とする。
<転写手段>
転写手段を構成する一次転写ローラー133Yは、感光体111Y上に形成されたトナー画像を無端ベルト状の中間転写体131に転写する手段である。一次転写ローラー133Yは、中間転写体131と当接して配置されている。
この画像形成装置100においては、感光体111Y、111M、111C、111Bk上に形成されたトナー画像を一次転写ローラー(一次転写手段)133Y、133M、133C、133Bkによって中間転写体131に転写し、中間転写体131上に転写された各トナー画像を二次転写ローラー(二次転写手段)217によって転写材Pに転写する中間転写方式が採用されているが、感光体上に形成されたトナー画像を転写手段によって直接転写材に転写する直接転写方式が採用されてもよい。
<クリーニング手段>
クリーニング手段119Yは、感光体111Y表面に残存したトナーを除去する手段である。この例のクリーニング手段119Yは、クリーニングブレードにより構成される。このクリーニングブレードは、図5に示すように、支持部材31と、この支持部材31上に接着層(図示せず)を介して支持されたブレード部材30とにより構成される。ブレード部材30は、その先端が、感光体111Y表面との当接部分における当該感光体111Yの回転方向と反対方向(カウンター方向)に向く状態で配置されている。
支持部材31としては、特に限定されず、従来公知のものを使用することができ、例えば、剛体の金属、弾性を有する金属、プラスチック、セラミックなどから製造されたものが挙げられる。中でも、剛体の金属が好ましい。
ブレード部材30としては、例えば、ベース層とエッジ層とが積層されてなる多層構造のものを用いることができる。ベース層及びエッジ層は、それぞれポリウレタンにより構成されることが好ましい。ポリウレタンとしては、ポリオール、ポリイソシアネート及び
必要に応じて架橋剤を反応させて得られるものなどが挙げられる。
中間転写体131は、複数のローラー137A、137B、137C、137Dにより巻回され、回動可能に支持されている。
中間転写体131上には、当該中間転写体上に残存したトナーを除去するクリーニング手段135が配置されている。
この画像形成装置100において、感光体111Y、現像手段117Y、クリーニング手段119Yなどは、一体的に結合され、装置本体に着脱自在に構成されたプロセスカートリッジ(画像形成ユニット)であってもよい。又は、帯電手段113Y、露光手段115Y、現像手段117Y、一次転写ローラー133Y及びクリーニング手段119Yからなる群から選ばれる一以上の部材と、感光体111Yとが一体的に構成されたプロセスカートリッジ(画像形成ユニット)であってもよい。
プロセスカートリッジ200は、筐体201と、それに収容された感光体111Y、帯電手段113Y、現像手段117Y、クリーニング手段119Yと、一次転写ローラー133Yと、を有する。また、装置本体には、プロセスカートリッジ200を装置本体内にガイドする手段として支持レール203L、203Rが設けられている。それにより、プロセスカートリッジ200を装置本体に着脱可能となっている。これらのプロセスカートリッジ200は、装置本体に着脱自在に構成された単一の画像形成ユニットとなりうる。
給紙搬送手段150は、給紙カセット211内の転写材Pを、複数の中間ローラー213A、213B、213C、213D及びレジストローラー215を経て、二次転写ローラー217に搬送可能に設けられている。
定着手段170は、二次転写ローラー217により転写されたカラー画像を定着処理する。排紙ローラー219は、定着処理された転写材Pを挟持して、排紙トレイ221上に載置可能に設けられている。
このように構成された画像形成装置100では、画像形成ユニット110Y、110M、110C、110Bkによりトナー画像を形成する。具体的には、まず帯電手段113Y、113M、113C、113Bkにより感光体111Y、111M、111C、111Bkの表面に放電して負に帯電させる。次いで、露光手段115Y、115M、115C、115Bkで、感光体111Y、111M、111C、111Bkの表面を画像信号に基づいて露光し、静電潜像を形成する。次いで、現像手段117Y、117M、117C、117Bkで、感光体111Y、111M、111C、111Bkの表面にトナーを付与して現像し、トナー画像を形成する。
次いで、一次転写ローラー(一次転写手段)133Y、133M、133C、133Bkを、回動する中間転写体131と当接させる。それにより、感光体111Y、111M、111C、111Bk上にそれぞれ形成した各色のトナー画像を、回動する中間転写体131上に逐次転写させて、カラー画像を転写する(一次転写する)。画像形成処理中、一次転写ローラー133Bkは、常時、感光体111Bkに当接する。一方、他の一次転写ローラー133Y、133M、133Cは、カラー画像形成時にのみ、それぞれ対応する感光体111Y、111M、111Cに当接する。
そして、一次転写ローラー133Y、133M、133C、133Bkと中間転写体131とを分離させた後、感光体111Y、111M、111C、111Bkの表面に残存したトナーを、クリーニング手段119Y、119M、119C、119Bkで除去する。次いで、必要に応じて感光体111Y、111M、111C、111Bkの表面を除電手段(不図示)によって除電した後、帯電手段113Y、113M、113C、113Bkにより負に帯電させる。
一方、給紙カセット211内に収容された転写材P(例えば普通紙、透明シートなどの最終画像を担持する支持体)を、給紙搬送手段150で給紙し、複数の中間ローラー213A、213B、213C、213D、レジストローラー215を経て二次転写ローラー(二次転写手段)217に搬送する。そして、二次転写ローラー217を回動する中間転写体131と当接させて、転写材P上にカラー画像を一括して転写する(二次転写する)。二次転写ローラー217は、転写材P上に二次転写を行うときのみ、中間転写体131と当接する。その後、カラー画像が一括転写された転写材Pを、中間転写体131の曲率が高い部位で分離する。
このようにしてカラー画像が一括して転写された転写材Pを、定着手段170で定着処理した後、排紙ローラー219で挟持して装置外の排紙トレイ221上に載置する。また、カラー画像が一括転写された転写材Pを中間転写体131から分離した後、クリーニング手段135で中間転写体131上の残存トナーを除去する。
[静電荷像現像用トナー]
本発明の画像形成方法に用いられる静電荷像現像用トナーは、トナー母体粒子と、トナー母体粒子表面に付着される外添剤とを備えるトナー粒子を含む。特に外添剤として、滑剤を含有する。
本明細書において、「トナー母体粒子」とは、「トナー粒子」の母体を構成するものである。「トナー母体粒子」は、少なくとも結着樹脂を含むものであり、その他必要に応じて、着色剤、離型剤(ワックス)、荷電制御剤などの他の構成成分を含有してもよい。「トナー母体粒子」は、外添剤の添加によって「トナー粒子」と称される。そして、「トナー」とは、「トナー粒子」の集合体のことをいう。
<トナー母体粒子>
本発明に係るトナー母体粒子としては、公知のトナー母体粒子を用いることができる。このようなトナー母体粒子は、具体的には少なくとも結着樹脂及び必要に応じて着色剤を含有するトナー母体粒子よりなるものである。また、このトナー母体粒子には、必要に応じて、さらに離型剤及び荷電制御剤などのほかの成分を含有することもできる。
<結着樹脂>
結着樹脂としては、公知のものを使用でき、例えば、非晶性樹脂や結晶性樹脂を好適に使用できる。特に、後述するスチレン・アクリル樹脂及び結晶性ポリエステル樹脂を含有することが好ましい。
(非晶性樹脂)
本発明に使用可能な非晶性樹脂は、特に限定されるものではないが、下記のようなビニル樹脂、ポリエステル樹脂のほか、ウレタン樹脂、ウレア樹脂など、公知の非晶性樹脂を好ましく使用できる。
《ビニル樹脂》
非晶性樹脂としてビニル樹脂を用いる場合、ビニル樹脂としては、ビニル化合物を重合したものであれば特に制限されないが、例えば、アクリル酸エステル樹脂、スチレン−アクリル酸エステル樹脂、エチレン・酢酸ビニル樹脂などが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
上記のビニル樹脂の中でも、熱定着時の可塑性を考慮すると、スチレン−アクリル酸エステル樹脂(スチレン・アクリル樹脂)が好ましい。
よって、詳細な説明を省略するが、スチレン単量体としてはスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、p−フェニルスチレン、p−エチルスチレン;(メタ)アクリル酸エステル単量体としてはメチルアクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート等のアクリル酸エステル単量体;メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、イソブチルメタクリレート等のメタクリル酸エステルを用いると好ましい。これらスチレン単量体及び(メタ)アクリル酸エステル単量体は、単独でも又は2種以上組み合わせても用いることができる。
また、ほかの単量体が重合されていてもよく、その例としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸、フマル酸、マレイン酸モノアルキル
エステル、イタコン酸モノアルキルエステル、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、3−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート等が挙げられる。
スチレン・アクリル樹脂の製造方法は、特に制限されず、乳化重合法等によって製造することができる。
《ポリエステル樹脂》
非晶性樹脂としてポリエステル樹脂を用いる場合、2価以上のカルボン酸(多価カルボン酸)と、2価以上のアルコール(多価アルコール)との重縮合反応によって得られる公知のポリエステル樹脂のうち、示差走査熱量測定(DSC)において、明確な吸熱ピークを示さない樹脂をいう。明確な吸熱ピークとは、具体的には、示差走査熱量測定(DSC)において、昇温速度10℃/minで測定した際に、吸熱ピークの半値幅が15℃以内であるピークのことを意味する。
多価カルボン酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼリン酸、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、1,11−ウンデカンジカルボン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸、1,13−トリデカンジカルボン酸、1,14−テトラデカンジカルボン酸、1,16−ヘキサデカンジカルボン酸、1,18−オクタデカンジカルボン酸などの脂肪族ジカルボン酸;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などの芳香族ジカルボン酸;マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、グルタコン酸、イソドデセニルコハク酸、n−ドデセニルコハク酸、n−オクテニルコハク酸などの脂肪族不飽和ジカルボン酸;トリメリット酸、ピロメリット酸、ナフタレントリカルボン酸、ナフタレンテトラカルボン酸、ピレントリカルボン酸、ピレンテトラカルボン酸などの2価以上のカルボン酸などを挙げることができる。
多価アルコールとしては、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−ドデカンジオール、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、1,20−エイコサンジオールなどの脂肪族ジオール;ビスフェノールA、ビスフェノールFなどのビスフェノール類、及びこれらのエチレンオキサイド付加物、プロピレンオキサイド付加物などのビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物;グリセリン、ペンタエリスリトール、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサエチロールメラミン、テトラメチロールベンゾグアナミン、テトラエチロールベンゾグアナミンなどの3価以上のポリオールなどを挙げることができる。
(結晶性樹脂)
本発明に係るトナー母体粒子は、結晶性樹脂を含有していてもよく、例えば、下記結晶性ポリエステルなどのほか、特開2015−011325号公報の段落0043〜0102等に記載の結晶性樹脂を好適に使用できる。特に、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂を含有することが製造面で好ましい。
《結晶性ポリエステル樹脂》
結晶性ポリエステル樹脂は、2価以上のカルボン酸(多価カルボン酸)と、2価以上のアルコール(多価アルコール)との重縮合反応によって得られる公知のポリエステル樹脂に由来する部分であって、トナーの示差走査熱量測定(DSC)において、階段状の吸熱変化ではなく、明確な吸熱ピークを有する樹脂ユニットをいう。明確な吸熱ピークとは、
具体的には、実施例に記載の示差走査熱量測定(DSC)において、昇温速度10℃/minで測定した際に、吸熱ピークの半値幅が15℃以内であるピークのことを意味する。
結晶性ポリエステル樹脂は、上記定義したとおりであれば特に限定されない。例えば、結晶性ポリエステル樹脂そのものを含有してもよい。又は、結晶性ポリエステル樹脂ユニットを有するハイブリッド樹脂として、結晶性ポリエステル樹脂ユニットによる主鎖に他成分を共重合させた構造を有する樹脂や、結晶性ポリエステル樹脂ユニットを他成分からなる主鎖に共重合させた構造を有する樹脂で、この樹脂を含むトナーが上記のように明確な吸熱ピークを示すものを含有してもよい。
結晶性ポリエステル樹脂は、多価カルボン酸成分及び多価アルコール成分から生成される。この際、結晶性ポリエステル樹脂ユニットを構成する多価カルボン酸成分の炭素数C(acid)及び多価アルコール成分の炭素数C(alcohol)からなり、また、多価カルボン酸成分及び多価アルコール成分の価数としては、好ましくはそれぞれ2〜3であり、特に好ましくはそれぞれ2であるため、特に好ましい形態として価数がそれぞれ2である場合(すなわち、ジカルボン酸成分、ジオール成分)について説明する。
ジカルボン酸成分としては、脂肪族ジカルボン酸を用いることが好ましく、芳香族ジカルボン酸を併用してもよい。脂肪族ジカルボン酸としては、直鎖型のものを用いることが好ましい。直鎖型のものを用いることによって、結晶性が向上するという利点がある。ジカルボン酸成分は、1種のものに限定されるものではなく、2種類以上を混合して用いてもよい。
脂肪族ジカルボン酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、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、1,11−ウンデカンジカルボン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸(ドデカン二酸)、1,13−トリデカンジカルボン酸、1,14−テトラデカンジカルボン酸、1,16−ヘキサデカンジカルボン酸、1,18−オクタデカンジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸などが挙げられ、また、これらの低級アルキルエステルや酸無水物を用いることもできる。
脂肪族ジカルボン酸とともに用いることのできる芳香族ジカルボン酸としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、オルトフタル酸、t−ブチルイソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、4,4′−ビフェニルジカルボン酸などが挙げられる。これらの中でも、入手容易性及び乳化容易性の観点から、テレフタル酸、イソフタル酸、t−ブチルイソフタル酸を用いることが好ましい。
結晶性ポリエステル樹脂を形成するためのジカルボン酸成分としては、脂肪族ジカルボン酸の含有量が50構成モル%以上とされることが好ましく、より好ましくは70構成モル%以上であり、更に好ましくは80構成モル%以上であり、特に好ましくは100構成モル%である。ジカルボン酸成分における脂肪族ジカルボン酸の含有量が50構成モル%以上とされることにより、結晶性ポリエステル樹脂ユニットの結晶性を十分に確保することができる。
また、ジオール成分としては、脂肪族ジオールを用いることが好ましく、必要に応じて脂肪族ジオール以外のジオールを含有させてもよい。脂肪族ジオールとしては、直鎖型のものを用いることが好ましい。直鎖型のものを用いることによって、結晶性が向上するという利点がある。ジオール成分は、1種単独で用いてもよいし、2種以上用いてもよい。
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−ドデカンジオール、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、1,20−エイコサンジオールなどが挙げられる。
必要に応じて用いられる脂肪族ジオール以外のジオールとしては、二重結合を有するジオール、スルホン酸基を有するジオールなどが挙げられ、具体的には、二重結合を有するジオールとしては、例えば、2−ブテン−1,4−ジオール、3−ブテン−1,6−ジオール、4−ブテン−1,8−ジオールなどが挙げられる。
結晶性ポリエステル樹脂ユニットを形成するためのジオール成分としては、脂肪族ジオールの含有量が50構成モル%以上とされることが好ましく、より好ましくは70構成モル%以上であり、更に好ましくは80構成モル%以上であり、特に好ましくは100構成モル%である。ジオール成分における脂肪族ジオールの含有量が50構成モル%以上とされることにより、結晶性ポリエステル樹脂ユニットの結晶性を確保することができて製造されるトナーに優れた低温定着性が得られるとともに最終的に形成される画像に光沢性が得られる。
結晶性ポリエステル樹脂の形成方法は特に制限されず、公知のエステル化触媒を利用して、上記多価カルボン酸及び多価アルコールを重縮合する(エステル化する)ことにより当該樹脂を形成することができる。
上記の多価アルコール成分と多価カルボン酸成分との使用比率は、ジオール成分のヒドロキシ基[OH]とジカルボン酸成分のカルボキシ基[COOH]との当量比[OH]/[COOH]が、1.5/1〜1/1.5とされることが好ましく、更に好ましくは1.2/1〜1/1.2である。
結晶性ポリエステル樹脂の製造の際に使用可能な触媒としては、ナトリウム、リチウム等のアルカリ金属化合物;マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属化合物;アルミニウム、亜鉛、マンガン、アンチモン、チタン、スズ、ジルコニウム、ゲルマニウム等の金属化合物;亜リン酸化合物;リン酸化合物;及びアミン化合物等が挙げられる。具体的には、スズ化合物としては、酸化ジブチルスズ、オクチル酸スズ、ジオクチル酸スズ、これらの塩等などを挙げることができる。チタン化合物としては、テトラノルマルブチルチタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラメチルチタネート、テトラステアリルチタネートなどのチタンアルコキシド;ポリヒドロキシチタンステアレートなどのチタンアシレート;チタンテトラアセチルアセトナート、チタンラクテート、チタントリエタノールアミネートなどなどのチタンキレートなどを挙げることができる。ゲルマニウム化合物としては、二酸化ゲルマニウムなどを挙げることができる。さらに、アルミニウム化合物としては、ポリ水酸化アルミニウムなどの酸化物、アルミニウムアルコキシドなどが挙げられ、トリブチルアルミネートなどを挙げることができる。これらは1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。
重合温度や重合時間は特に限定されるものではなく、重合中には必要に応じて反応系内を減圧にしてもよい。
さらに、結晶性ポリエステル樹脂ユニットを有するハイブリッド樹脂の場合は、結晶性ポリエステル樹脂ユニットの含有量は、ハイブリッド樹脂の全量に対して50質量%以上98質量%未満であると好ましい。上記範囲とすることにより、ハイブリッド樹脂に十分な結晶性を付与することができる。なお、ハイブリッド樹脂中の各ユニットの構成成分及
び含有割合は、例えばNMR測定、メチル化反応P−GC/MS測定により特定することができる。
ここで、ハイブリッド樹脂は、上記結晶性ポリエステル樹脂ユニットのほかに、以下で詳述するポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットを含む。ハイブリッド樹脂は、上記結晶性ポリエステル樹脂ユニット及びポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットを含むものであれば、ブロック共重合体、グラフト共重合体などいずれの形態であってもよいが、グラフト共重合体であると好ましい。グラフト共重合体とすることにより、結晶性ポリエステル樹脂ユニットの配向を制御しやすくなり、ハイブリッド樹脂に十分な結晶性を付与することができる。
さらに、上記観点からは、結晶性ポリエステル樹脂ユニットが、結晶性ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットを主鎖として、グラフト化されていると好ましい。すなわち、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂は、主鎖としてポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットを有し、側鎖として結晶性ポリエステル樹脂ユニットを有するグラフト共重合体であると好ましい。
上記形態とすることにより、結晶性ポリエステル樹脂ユニットの配向をより高めることができ、ハイブリッド樹脂の結晶性を向上させることができる。
なお、ハイブリッド樹脂には、更にスルホン酸基、カルボキシ基、ウレタン基などの置換基が導入されていてもよい。上記置換基の導入は、結晶性ポリエステル樹脂ユニット中でもよいし、以下で詳説するポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニット中であってもよい。
《ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニット》
ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂ユニットは、上記結晶性ポリエステル樹脂以外の非晶性樹脂に由来する部分である。ハイブリッド樹脂中(更には、トナー中)に非晶性樹脂ユニットを含有することは、その構造により、NMR測定、P−GC/MS測定、メチル化反応P−GC/MS測定等から適した分析法を選択し、化学構造を特性することができる。
また、非晶性樹脂ユニットは、当該ユニットと同じ化学構造及び分子量を有する樹脂について示差走査熱量測定(DSC)を行った時に、融点を有さず、比較的高い第1ガラス転移点(Tg)を有する樹脂ユニットである。
非晶性樹脂ユニットは、上記定義したとおりであれば特に限定されない。例えば、非晶性樹脂ユニットによる主鎖に他成分を共重合させた構造を有する樹脂や、非晶性樹脂ユニットを他成分からなる主鎖に共重合させた構造を有する樹脂について、この樹脂を含むトナーが上記のような非晶性樹脂ユニットを有するものであれば、その樹脂は、非晶性樹脂ユニットを有するハイブリッド樹脂に該当する。
非晶性樹脂ユニットは、結着樹脂に含まれる非晶性樹脂(すなわち、ハイブリッド樹脂以外の樹脂)と同種の樹脂で構成されると好ましい。このような形態とすることにより、ハイブリッド樹脂と非晶性樹脂との親和性がより向上し、ハイブリッド樹脂が非晶性樹脂中に更に取り込まれやすくなり、帯電均一性等がより一層向上する。
ここで、「同種の樹脂」とは、繰り返し単位中に特徴的な化学結合が共通に含まれていることを意味する。また、「特徴的な化学結合」とは、物質・材料研究機構(NIMS)物質・材料データベース(http://polymer.nims.go.jp/Po
LyInfo/guide/jp/term_polymer.html)に記載の「ポリマー分類」に従う。すなわち、ポリアクリル、ポリアミド、ポリ酸無水物、ポリカーボネート、ポリジエン、ポリエステル、ポリハロオレフィン、ポリイミド、ポリイミン、ポリケトン、ポリオレフィン、ポリエーテル、ポリフェニレン、ポリホスファゼン、ポリシロキサン、ポリスチレン、ポリスルフィド、ポリスルホン、ポリウレタン、ポリウレア、ポリビニル及びその他のポリマーの計22種によって分類されたポリマーを構成する化学結合を「特徴的な化学結合」という。
また、樹脂が共重合体である場合における「同種の樹脂」とは、共重合体を構成する複数のモノマー種の化学構造において、上記化学結合を有するモノマー種を構成単位としている場合、特徴的な化学結合を共通に有する樹脂同士を指す。したがって、樹脂自体の示す特性が互いに異なる場合や、共重合体中を構成するモノマー種のモル成分比が互いに異なる場合であっても、特徴的な化学結合を共通に有していれば同種の樹脂とみなす。
例えば、スチレン、ブチルアクリレート及びアクリル酸によって形成される樹脂(又は樹脂ユニット)と、スチレン、ブチルアクリレート及びメタクリル酸によって形成される樹脂(又は樹脂ユニット)とは、少なくともポリアクリルを構成する化学結合を有しているため、これらは同種の樹脂である。更に例示すると、スチレン、ブチルアクリレート及びアクリル酸によって形成される樹脂(又は樹脂ユニット)と、スチレン、ブチルアクリレート、アクリル酸、テレフタル酸及びフマル酸によって形成される樹脂(又は樹脂ユニット)とは、互いに共通する化学結合として、少なくともポリアクリルを構成する化学結合を有している。したがって、これらは同種の樹脂である。
非晶性樹脂ユニットを構成する樹脂成分は特に制限されないが、例えば、ビニル樹脂ユニット、ウレタン樹脂ユニット、ウレア樹脂ユニットなどが挙げられる。中でも、熱可塑性を制御しやすいという理由から、ビニル樹脂ユニットが好ましい。
ビニル樹脂ユニットとしては、ビニル化合物を重合したものであれば特に制限されないが、例えば、アクリル酸エステル樹脂ユニット、スチレン−アクリル酸エステル樹脂ユニット、エチレン・酢酸ビニル樹脂ユニットなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
スチレン・アクリル樹脂ユニットの形成方法は、特に制限されず、公知の油溶性又は水溶性の重合開始剤を使用して単量体を重合する方法が挙げられる。油溶性の重合開始剤としては、具体的には、以下に示すアゾ系又はジアゾ系重合開始剤や過酸化物系重合開始剤がある。
アゾ系又はジアゾ系重合開始剤としては、2,2′−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2′−アゾビスイソブチロニトリル、1,1′−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2′−アゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリル等が挙げられる。
過酸化物系重合開始剤としては、ベンゾイルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、ジイソプロピルペルオキシカーボネート、クメンヒドロパーオキサイド、t−ブチルヒドロパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、2,2−ビス−(4,4−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、トリス−(t−ブチルパーオキシ)トリアジン等が挙げられる。
また、乳化重合法で樹脂粒子を形成する場合は水溶性ラジカル重合開始剤が使用可能である。水溶性重合開始剤としては、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、
アゾビスアミノジプロパン酢酸塩、アゾビスシアノ吉草酸及びその塩、過酸化水素等が挙げられる。
非晶性樹脂ユニットの含有量は、ハイブリッド樹脂の全量に対して、3質量%以上50質量%以下であると好ましい。さらに、上記含有量は、5質量%以上30質量%以下であるとより好ましい。上記範囲とすることにより、ハイブリッド樹脂に十分な結晶性を付与することができる。
《ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(ハイブリッド樹脂)の製造方法》
本発明に係る結着樹脂に含まれるハイブリッド樹脂の製造方法は、上記結晶性ポリエステル樹脂ユニットと非晶性樹脂ユニットとを分子結合させた構造の重合体を形成することが可能な方法であれば、特に制限されるものではない。
ハイブリッド樹脂の具体的な製造方法としては、例えば、以下に示す方法が挙げられる。
(1)非晶性樹脂ユニットをあらかじめ重合しておき、当該非晶性樹脂ユニットの存在下で結晶性ポリエステル樹脂ユニットを形成する重合反応を行ってハイブリッド樹脂を製造する方法
この方法では、先ず、上述した非晶性樹脂ユニットを構成する単量体(好ましくは、スチレン単量体と(メタ)アクリル酸エステル単量体といったビニル単量体)を付加反応させて非晶性樹脂ユニットを形成する。
次に、非晶性樹脂ユニットの存在下で、多価カルボン酸と多価アルコールとを重合反応させて結晶性ポリエステル樹脂ユニットを形成する。このとき、多価カルボン酸と多価アルコールとを縮合反応させると共に、非晶性樹脂ユニットに対し、多価カルボン酸又は多価アルコールを付加反応させることにより、ハイブリッド樹脂が形成される。
上記方法において、結晶性ポリエステル樹脂ユニット又は非晶性樹脂ユニット中に、これらユニットが互いに反応可能な部位を組み込んでおくと好ましい。具体的には、非晶性樹脂ユニットの形成時、非晶性樹脂ユニットを構成する単量体の他に、結晶性ポリエステル樹脂ユニットに残存するカルボキシ基[−COOH]又はヒドロキシ基[−OH]と反応可能な部位及び非晶性樹脂ユニットと反応可能な部位を有する化合物も使用する。
すなわち、この化合物が結晶性ポリエステル樹脂ユニット中のカルボキシ基[−COOH]又はヒドロキシ基[−OH]と反応することにより、結晶性ポリエステル樹脂ユニットは非晶性樹脂ユニットと化学的に結合することができる。
もしくは、結晶性ポリエステル樹脂ユニットの形成時、多価アルコール又は多価カルボン酸と反応可能であり、かつ、非晶性樹脂ユニットと反応可能な部位を有する化合物を使用してもよい。
上記の方法を用いることにより、非晶性樹脂ユニットに結晶性ポリエステル樹脂ユニットが分子結合した構造(グラフト構造)のハイブリッド樹脂を形成することができる。
(2)結晶性ポリエステル樹脂ユニットと非晶性樹脂ユニットとをそれぞれ形成しておき、これらを結合させてハイブリッド樹脂を製造する方法
この方法では、まず、多価カルボン酸と多価アルコールとを縮合反応させて結晶性ポリエステル樹脂ユニットを形成する。また、結晶性ポリエステル樹脂ユニットを形成する反応系とは別に、上述した非晶性樹脂ユニットを構成する単量体を付加重合させて非晶性樹脂ユニットを形成する。このとき、結晶性ポリエステル樹脂ユニットと非晶性樹脂ユニットとが互いに反応可能な部位を組み込んでおくと好ましい。なお、このような反応可能な部位を組み込む方法は、上述の通りであるため、その詳細な説明は省略する。
次に、上記で形成した結晶性ポリエステルユニットと、非晶性樹脂ユニットとを反応させることにより、結晶性ポリエステル樹脂ユニットと非晶性樹脂ユニットとが分子結合した構造のハイブリッド樹脂を形成することができる。
また、上記反応可能な部位が結晶性ポリエステル樹脂ユニットおよび非晶性樹脂ユニットに組み込まれていない場合は、結晶性ポリエステル樹脂ユニットと非晶性樹脂ユニットとが共存する系を形成しておき、そこへ結晶性ポリエステル樹脂ユニット及び非晶性樹脂ユニットと結合可能な部位を有する化合物を投入する方法を採用してもよい。そして、当該化合物を介して、結晶性ポリエステル樹脂ユニットと非晶性樹脂ユニットとが分子結合した構造のハイブリッド樹脂を形成することができる。
(3)結晶性ポリエステル樹脂ユニットをあらかじめ形成しておき、当該結晶性ポリエステル樹脂ユニットの存在下で非晶性樹脂ユニットを形成する重合反応を行ってハイブリッド樹脂を製造する方法
この方法では、まず、多価カルボン酸と多価アルコールとを縮合反応させて重合を行い、結晶性ポリエステル樹脂ユニットを形成しておく。次に、結晶性ポリエステル樹脂ユニットの存在下で、非晶性樹脂ユニットを構成する単量体を重合反応させて非晶性樹脂ユニットを形成する。
このとき、上記(1)と同様に、結晶性ポリエステル樹脂ユニットまたは非晶性樹脂ユニット中に、これらユニットが互いに反応可能な部位を組み込んでおくと好ましい。なお、このような反応可能な部位を組み込む方法は、上述の通りであるため、その詳細な説明は省略する。
上記の方法を用いることにより、結晶性ポリエステル樹脂ユニットに非晶性樹脂ユニットが分子結合した構造(グラフト構造)のハイブリッド樹脂を形成することができる。
上記(1)〜(3)の形成方法の中でも、(1)の方法は非晶性樹脂鎖に結晶性ポリエステル樹脂鎖をグラフト化した構造のハイブリッド樹脂を形成し易いことや生産工程を簡素化できるため好ましい。(1)の方法は、非晶性樹脂ユニットを予め形成してから結晶性ポリエステル樹脂ユニットを結合させるため、結晶性ポリエステル樹脂ユニットの配向が均一になりやすい。したがって、本発明で規定するトナーに適したハイブリッド樹脂を確実に形成することができるので好ましい。
<着色剤>
トナー母体粒子を構成しうる着色剤としては、カーボンブラック、磁性体、染料、顔料などを任意に使用することができ、カーボンブラックとしてはチャンネルブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、ランプブラックなどが使用される。磁性体としては鉄、ニッケル、コバルトなどの強磁性金属、これらの金属を含む合金、フェライト、マグネタイトなどの強磁性金属の化合物、強磁性金属を含まないが熱処理することにより強磁性を示す合金、例えばマンガン−銅−アルミニウム、マンガン−銅−スズなどのホイスラー合金と呼ばれる種類の合金、二酸化クロムなどを用いることができる。
マゼンタ又はレッド用の着色剤としては、C.I.ピグメントレッド2、同3、同5、同6、同7、同15、同16、同48:1、同48:3、同53:1、同57:1、同60、同63、同64、同68、同81、同81:4、同83、同87、同88、同89、同90、同112、同114、同122、同123、同139、同144、同149、同150、同163、同166、同170、同177、同178、同184、同202、同206、同207、同209、同222、同238、同269等が挙げられる。
また、オレンジ又はイエロー用の着色剤としては、C.I.ピグメントオレンジ31、同43、C.I.ピグメントイエロー12、同14、同15、同17、同74、同83、同93、同94、同138、同139、同155、同162、同180、同185、C.I.ソルベントイエロー93等が挙げられる。
さらに、グリーン又はシアン用の着色剤としては、C.I.ピグメントブルー2、同3、同15、同15:2、同15:3、同15:4、同16、同17、同60、同62、同66、C.I.ピグメントグリーン7等が挙げられる。
これらの着色剤は必要に応じて単独又は二つ以上を選択併用することも可能である。
着色剤の添加量はトナー母体粒子全体に対して好ましくは1〜30質量%、より好ましくは2〜20質量%の範囲で、これらの混合物も用いることができる。このような範囲であると画像の色再現性を確保できる。
また、トナー中の着色剤分散径としては、体積平均粒径で、10〜1000nm、50〜500nmが好ましく、さらには80〜300nmが特に好ましい。
<離型剤>
トナー母体粒子を構成する離型剤としては、特に限定されるものではなく、公知のものを使用することができる。具体的には、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなどのポリオレフィンワックス、マイクロクリスタリンワックスなどの分枝鎖状炭化水素ワックス、パラフィンワックス、サゾールワックスなどの長鎖炭化水素系ワックス、ジス
テアリルケトンなどのジアルキルケトン系ワックス、カルナウバワックス、モンタンワックス、ベヘン酸ベヘネート、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、トリメリット酸トリステアリル、ジステアリルマレエートなどのエステル系ワックス、エチレンジアミンベヘニルアミド、トリメリット酸トリステアリルアミドなどのアミド系ワックスなどが挙げられる。
離型剤の融点は、好ましくは40〜160℃であり、より好ましくは50〜120℃である。融点を上記範囲内にすることにより、トナーの耐熱保存性が確保されるとともに、低温で定着を行う場合でもコールドオフセット等を起こさずに安定したトナー画像形成が行える。また、トナー母体粒子中の離型剤の含有量は、1〜30質量%が好ましく、より好ましくは5〜20質量%である。
<荷電制御剤>
また、本発明に係るトナー母体粒子には、必要に応じて荷電制御剤を添加することができる。荷電制御剤としては、種々の公知のものを使用することができる。
荷電制御剤としては、水系媒体中に分散することができる公知の種々の化合物を用いることができ、具体的には、ニグロシン系染料、ナフテン酸又は高級脂肪酸の金属塩、アルコキシル化アミン、第四級アンモニウム塩化合物、アゾ系金属錯体、サリチル酸金属塩又はその金属錯体などが挙げられる。
荷電制御剤の含有割合は、結着樹脂全量に対して0.1〜10質量%であることが好ましく、より好ましくは0.5〜5質量%とされる。
<外添剤>
トナーとしての帯電性能や流動性又はクリーニング性を向上させる観点から、トナー母体粒子の表面に公知の無機微粒子や有機微粒子などの粒子、滑剤を外添剤として添加することできる。
無機微粒子としては、シリカ、チタニア、アルミナ、チタン酸ストロンチウムなどによる無機微粒子を好ましいものとして挙げられる。特に、耐ストレス性の観点から、数平均一次粒径が80〜500nm程度の大粒子径シリカが添加されていることが好ましい。
必要に応じてこれらの無機微粒子は疎水化処理されていてもよい。
有機微粒子としては、数平均一次粒径が10〜2000nm程度の球形の有機微粒子を使用することができる。具体的には、スチレンやメチルメタクリレートなどの単独重合体やこれらの共重合体による有機微粒子を使用することができる。
滑剤は、クリーニング性や転写性をさらに向上させ、特に本発明の効果を得るために使用されるものであって、滑剤としては、例えば、ステアリン酸の亜鉛、アルミニウム、銅、マグネシウム、カルシウムなどの塩、オレイン酸の亜鉛、マンガン、鉄、銅、マグネシウムなどの塩、パルミチン酸の亜鉛、銅、マグネシウム、カルシウムなどの塩、リノール酸の亜鉛、カルシウムなどの塩、リシノール酸の亜鉛、カルシウムなどの塩などの高級脂肪酸の金属塩が挙げられる。これらの外添剤としては種々のものを組み合わせて使用してもよい。
また、本発明で用いられる滑剤の平均粒径は1〜5μmの範囲内であることが、雨だれの発生を確実に防止できる点で好ましい。
外添剤の添加量は、トナー母体粒子100質量%に対して0.1〜10.0質量%であることが好ましい。
[トナーの製造方法]
本発明に用いられるトナーを製造する方法としては、特に限定されず、混練粉砕法、懸濁重合法、乳化凝集法、溶解懸濁法、ポリエステル伸長法、分散重合法など公知の方法が挙げられる。トナーを製造する方法には、下記外添剤処理工程が含まれることが好ましい。
(外添剤処理工程)
この工程は、トナー母体粒子表面へ必要に応じて外添剤を添加、混合してトナーを作製する工程である。外添剤の添加方法としては、タービュラーミキサー、ヘンシェルミキサー、ナウターミキサー、V型混合機などの公知の種々の混合装置を使用して添加する方法が挙げられる。外添剤の添加により、トナーの流動性や帯電性が改良され、また、クリーニング性の向上等が実現される。
[現像剤の製造]
以上のようなトナーは、例えばいわゆるキャリアと混合して二成分現像剤として使用する場合、非磁性トナーを単独で使用する場合などが考えられ、いずれも好適に使用することができる。
二成分現像剤を構成するキャリアは特に限定されるものではないが、以下のものが挙げられる。
磁性体としては、鉄、フェライト、マグネタイトなどの金属、それらの金属とアルミニウム、鉛などの金属との合金などの従来公知の材料からなる磁性粒子を用いることができ、特にフェライト粒子を用いることが好ましい。
キャリア表面被覆用の樹脂組成としては、特に限定はないが、例えば、オレフィン樹脂、シクロヘキシルメタクリレート−メチルメタクリレート共重合体、スチレン樹脂、スチレン・アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エステル樹脂又はフッ素樹脂などが用いられる。また、樹脂分散型キャリアを構成するための樹脂としては、特に限定されず公知のものを使用することができ、例えば、アクリル樹脂、スチレン・アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂など使用することができる。
また、樹脂中に上記磁性粒子を分散させたいわゆる樹脂分散型キャリアを用いることも可能で、この樹脂分散型キャリアに被覆層を設けることもできる。
キャリアの体積平均粒径としては15〜100μmの範囲内が好ましく、20〜60μmの範囲内がより好ましい。
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、下記実施例において、特記しない限り、操作は室温(25℃)で行われた。また、特記しない限り、「%」及び「部」は、それぞれ、「質量%」及び「質量部」を意味する。
[感光体1の作製]
<導電性支持体の準備>
円筒形アルミニウム支持体の表面を切削加工し、導電性支持体を準備した。
<中間層の形成>
下記成分を下記の分量で混合し、分散機としてサンドミルを用いて、バッチ式で10時間の分散を行い、中間層形成用塗布液を調製した。当該塗布液を浸漬塗布法によって導電性支持体の表面に塗布し、110℃で20分間乾燥し、膜厚2μmの中間層を導電性支持体上に形成した。なお、ポリアミド樹脂としてX1010(ダイセル・エボニック株式会社製)を使用し、酸化チタン粒子としてSMT−500SAS(テイカ株式会社製、数平均一次粒径:0.035μm)を使用した。
ポリアミド樹脂 10質量部
酸化チタン粒子 11質量部
エタノール 200質量部
<電荷発生層の形成>
下記成分を下記分量で混合し、循環式超音波ホモジナイザー(RUS−600TCVP、株式会社日本精機製作所製)を用いて、19.5kHz、600Wにて循環流量40L/時間で0.5時間にわたって分散することにより、電荷発生層形成用塗布液を調製した。得られた塗布液を浸漬塗布法によって中間層の表面に塗布し、風乾することにより、膜厚0.3μmの電荷発生層を中間層上に形成した。なお、電荷発生物質は、Cu−Kα特性X線回折スペクトル測定で8.3°、24.7°、25.1°、及び26.5°に明確なピークを有するチタニルフタロシアニン、並びに(2R,3R)−2,3−ブタンジオールの1:1付加体と、未付加のチタニルフタロシアニンとの混晶を使用した。また、ポリビニルブチラール樹脂としてエスレック(登録商標)BL−1(積水化学工業株式会社製)を使用した。また、混合溶媒として、3−メチル−2−ブタノン/シクロヘキサノン=4/1(体積比)を使用した。
電荷発生物質 24質量部
ポリビニルブチラール樹脂 12質量部
混合溶媒 400質量部
<電荷輸送層の形成>
下記成分を下記分量で混合した電荷輸送層用の塗布液を、浸漬塗布法によって電荷発生層の表面に塗布し、120℃で70分間乾燥することにより、膜厚24μmの電荷輸送層を電荷発生層上に形成した。なお、ポリカーボネート樹脂としてユーピロン(登録商標)Z300(三菱ガス化学株式会社製、ビスフェノールZ型ポリカーボネート)を使用した。また、酸化防止剤として、IRGANOX(登録商標)1010(BASFジャパン株式会社製)を使用した。
下記化学式(2)で表される電荷輸送物質 60質量部
ポリカーボネート樹脂 100質量部
酸化防止剤 4質量部
Figure 2021135439
<硬化表面層の形成>
下記成分を下記分量で混合、分散した硬化表面層用の塗布液を、浸漬塗布法によって電荷発生層の表面に塗布し、120℃で70分間乾燥することにより、膜厚24μmの硬化表面層(保護層)を電荷輸送層上に形成した。
金属酸化物粒子:α―アルミナ 60質量部
電荷輸送物質(4,4′−ジメチル−4″−(α−フェニルスチリル)トリフェニルアミン) 150質量部
ポリカーボネート(Z300:三菱ガス化学社製)300質量部
酸化防止剤(Irganox1010:日本チバガイギー社製)
12質量部
THF(テトラヒドロフラン) 2800質量部
シリコンオイル(KF−54:信越化学社製) 4質量部
BYK−P105(BYKケミー社製) 1質量部
[感光体2の作製]
前記感光体1の作製において、硬化表面層の形成で用いる電荷輸送物質(4,4′−ジメチル−4″−(α−フェニルスチリル)トリフェニルアミン)を用いない他は同様にして感光体2を作製した。
[トナーの製造]
<ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c1)の合成>
両反応性モノマーを含む、下記の付加重合系樹脂(スチレン・アクリル樹脂:StAc)ユニットの原料モノマー及びラジカル重合開始剤を滴下ロートに入れた。
スチレン 34質量部
n−ブチルアクリレート 12質量部
アクリル酸 2質量部
重合開始剤(ジ−t−ブチルパーオキサイド) 7質量部
また、下記の重縮合系樹脂(結晶性ポリエステル樹脂:CPEs)ユニットの原料モノマーを、窒素導入管、脱水管、攪拌器および熱電対を装備した四つ口フラスコに入れ、170℃に加熱し溶解させた。
セバシン酸 369質量部
1,10−デカンジオール 318質量部
次いで、撹拌下で付加重合系樹脂(StAc)の原料モノマーを90分かけて滴下し、60分間熟成を行ったのち、減圧下(8kPa)にて未反応の付加重合モノマーを除去した。なお、このとき除去されたモノマー量は、上記の樹脂の原料モノマー比に対してごく微量であった。
その後、エステル化触媒としてTi(OBu)を0.8質量部投入し、235℃まで昇温、常圧下(101.3kPa)にて5時間、さらに減圧下(8kPa)にて1時間反応を行った。
次に、200℃まで冷却したのち、減圧下(20kPa)にて1時間反応させることによりハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c1)を得た。ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c1)は、その全量に対してCPEs(結晶性ポリエステル樹脂)以外の樹脂(StAc)ユニットを8質量%含み、また、StAcにCPEsがグラフト化した形態の樹脂であった。また、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂(c1)の数平均分子量(Mn)は9000、融点(Tc)は76℃であった。
<ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂粒子の水系分散液(C1)の調製>
上記結晶性ポリエステル樹脂30質量部を溶融させて溶融状態のまま、乳化分散機「キャビトロンCD1010」(株式会社ユーロテック製)に対して毎分100質量部の移送速度で移送した。また、この溶融状態の結晶性ポリエステル樹脂の移送と同時に、当該乳化分散機「キャビトロンCD1010」(株式会社ユーロテック製)に対して、水性溶媒タンクにおいて試薬アンモニア水70質量部をイオン交換水で希釈した、濃度0.37質量%の希アンモニア水を、熱交換機で100℃に加熱しながら毎分0.1リットルの移送速度で移送した。そして、この乳化分散機「キャビトロンCD1010」(株式会社ユーロテック製)を、回転子の回転速度60Hz、圧力5kg/cmの条件で運転することにより、固形分量が30質量部である結晶性ポリエステル樹脂の微粒子分散液を調製した。このとき、上記結晶性ポリエステル樹脂の微粒子分散液に含まれる粒子は、体積基準のメジアン径が200nmであった。
<非晶性樹脂粒子の水系分散液(X1)の調製>
(第1段重合)
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、ドデシル硫酸ナトリウム8質量部及びイオン交換水3000質量部を仕込み、窒素気流下230rpmの攪拌速度で撹拌しながら、内温を80℃に昇温させた。昇温後、過硫酸カリウム10質量部をイオン交換水200質量部に溶解させたものを添加し、再度液温80℃とし、
スチレン 480質量部
n−ブチルアクリレート 250質量部
メタクリル酸 68.0質量部
からなる単量体混合液を1時間かけて滴下後、80℃にて2時間加熱、撹拌することにより重合を行い、樹脂微粒子の分散液(x1)を調製した。
(第2段重合)
撹拌装置、温度センサー、冷却管、窒素導入装置を取り付けた5Lの反応容器に、ポリオキシエチレン(2)ドデシルエーテル硫酸ナトリウム7質量部をイオン交換水3000質量部に溶解させた溶液を仕込み、98℃に加熱後、樹脂微粒子の分散液(x1)260質量部と、
スチレン(St) 284質量部
n−ブチルアクリレート(BA) 92質量部
メタクリル酸(MAA) 13質量部
n−オクチル−3−メルカプトプロピオネート 1.5質量部
離型剤:ベヘン酸ベヘネート(融点73℃) 190質量部
からなる単量体及び離型剤を90℃にて溶解させた溶液を添加し、循環経路を有する機械式分散機「CLEARMIX」(エム・テクニック社製)により、1時間混合分散させ、乳化粒子(油滴)を含む分散液を調製した。
次いで、この分散液に、過硫酸カリウム6質量部をイオン交換水200質量部に溶解させた開始剤溶液を添加し、この系を84℃にて1時間にわたり加熱撹拌することにより重合を行い、樹脂微粒子の分散液(x2)を調製した。
(第3段重合)
さらに、樹脂微粒子の分散液(x2)にイオン交換水400質量部を添加し、よく混合したのち、過硫酸カリウム11質量部をイオン交換水400質量部に溶解させた溶液を添加し、82℃の温度条件下で、
スチレン(St) 350質量部
n−ブチルアクリレート(BA) 215質量部
アクリル酸(AA) 30質量部
n−オクチル−3−メルカプトプロピオネート 8質量部
からなる単量体混合液を1時間かけて滴下した。滴下終了後、2時間にわたり加熱撹拌することにより重合を行った後、28℃まで冷却し、ビニル樹脂からなる非晶性樹脂微粒子の水系分散液(X1)を調製した。
得られた非晶性樹脂微粒子の水系分散液(X1)について、非晶性樹脂微粒子の体積基準のメジアン径が220nm、ガラス転移温度(Tg)が55℃、重量平均分子量(Mw)が32000であった。
<着色剤粒子の水系分散液(Cy1)の調製>
ドデシル硫酸ナトリウム90質量部をイオン交換水1600質量部に添加した。この溶液を撹拌しながら、銅フタロシアニン(C.I.Pigment Blue 15:3)420質量部を徐々に添加した。次いで、撹拌装置「クレアミックス」(エム・テクニック社製)を用いて分散処理することにより、着色剤粒子の水系分散液(Cy1)を調製した。
得られた着色剤粒子の水系分散液(Cy1)について、着色剤粒子の体積基準のメジアン径は110nmであった。
<シアントナー1の製造>
撹拌装置、温度センサー、冷却管を取り付けた反応容器に、非晶性樹脂微粒子の水系分散液(X1)288質量部(固形分換算)、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂微粒子の水系分散液(C1)70質量部(固形分換算)、イオン交換水2000質量部を投入した後、5モル/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を添加してpHを10に調整した。
その後、着色剤粒子の水系分散液(Cy1)30質量部(固形分換算)を投入し、次いで、塩化マグネシウム60質量部をイオン交換水60質量部に溶解した水溶液を、撹拌下、30℃において10分間かけて添加した。その後、3分間放置した後に昇温を開始し、この系を60分間かけて80℃まで昇温し、80℃を保持したまま粒子成長反応を継続した。この状態で「コールターマルチサイザー3」(コールター・ベックマン社製)にて会合粒子の粒径を測定し、体積基準のメジアン径が6.0μmになった時点で、塩化ナトリウム190質量部をイオン交換水760質量部に溶解した水溶液を添加して粒子成長を停止させた。さらに、昇温を行い、90℃の状態で加熱撹拌することにより、粒子の融着を進行させ、トナーの平均円形度の測定装置「FPIA−2100」(Sysmex社製)を用いて(HPF検出数を4000個)平均円形度が0.945になった時点で2.5℃/minの冷却速度で30℃に冷却した。
次いで、固液分離し、脱水したトナーケーキをイオン交換水に再分散し固液分離する操作を3回繰り返して洗浄したのち、40℃で24時間乾燥させることにより、トナー母体粒子1を得た。
得られたトナー母体粒子1を100質量部に、疎水性シリカ(数平均一次粒径=12nm、疎水化度=68)0.6質量部及び疎水性酸化チタン(数平均一次粒径=20nm、疎水化度=63)1.0質量部を添加し、「ヘンシェルミキサー」(三井三池化工機社製)により回転翼周速35mm/sec、32℃で20分間混合した後、45μmの目開きの篩を用いて粗大粒子を除去する外添剤処理を施すことにより、体積平均粒径が6.1μmである、シアントナー1を得た。
<シアントナー2の製造>
前記シアントナー1の製造において、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂微粒子の水系分散液(C1)を添加しないこと以外は同様に製造することでトナー母体粒子2を得た。
得られたトナー母体粒子2を100質量部に、疎水性シリカ(数平均一次粒径=12nm、疎水化度=68)0.6質量部及び疎水性酸化チタン(数平均一次粒径=20nm、疎水化度=63)1.0質量部を添加し、「ヘンシェルミキサー」(三井三池化工機社製)により回転翼周速35mm/sec、32℃で20分間混合した後、45μmの目開きの篩を用いて粗大粒子を除去する外添剤処理を施すことにより、体積平均粒径が6.1μmである、シアントナー2を得た。
[現像剤の製造]
シアントナー1及び2に対して、それぞれアクリル樹脂を被覆した体積平均粒径60μmのフェライトキャリアを、トナー濃度が現像剤中において6.5質量%となるように添加して混合することにより、現像剤LL−1及びLL−2をそれぞれ製造した。
[実施例1]
前記で得られた感光体1と、下記に示す現像剤NN−1と、評価機としてbizhub C658(コニカミノルタ社製)を用いて、下記現像条件で下記に示す評価を行った。
<現像条件>
(i)常温・常湿環境下における現像機の現像ローラーに印加する現像電位の交流デューティ比を、低温・低湿環境下における交流デューティ比(X)よりも下げた。
具体的には、常温・常湿環境下における交流デューティ比を低温・低湿環境下における交流デューティ比よりも5%下げた(表中、「X−5[%]」と表記)。
(ii)2成分現像剤中におけるトナー粒子の濃度を下げた。
具体的には、前記現像剤LL−1のトナー粒子濃度をY質量%としたとき、Yの0.86倍(表中、「Y×0.86[質量%]」と表記)となるようなトナー粒子濃度の現像剤NN−1を製造し、この現像剤NN−1を用いた。
(iii)かぶりマージン(感光体の非画像部電位V0−現像電位Vdc)を高く設定した。
具体的には、低温・低湿環境下におけるかぶりマージンを(Z)としたとき、常温・常湿環境下におけるかぶりマージンを、低温低湿環境におけるかぶりマージン(Z)に50V(ボルト)を加算した値(表中、「Z+50[V]」と表記)とした。
ここで、低温・低湿環境下における、交流デューティ比(X)は35%、トナー粒子濃度(Y)は6.5質量%、かぶりマージン(Z)は150Vとした。
なお、現像ローラー上のトナーの帯電特性について、帯電量分布測定機「E−SPARTIII」(ホソカワミクロン社製)を使用して、帯電量分布を測定したところ、下記表Iに示すとおりであった。
また、表Iにおいて、同じトナー番号で、帯電量分布の異なるトナーは、生産ロットの違いによるものである。
[実施例2〜実施例21及び比較例1〜6]
実施例1において、現像条件(i)〜(iii)を下記表に示すとおりにそれぞれ変更した以外は同様にして、評価を行った。
[実施例22〜実施例42及び比較例7〜12]
実施例1において、用いる感光体1を感光体2に変更し、現像条件(i)〜(iii)を下記表に示すとおりにそれぞれ変更した以外は同様にして、評価を行った。
[実施例43]
実施例1において、用いるトナー1をトナー2に変更し、現像条件(i)〜(iii)を下記表に示すとおりに変更した以外は同様にして、評価を行った。
[評価]
<雨だれ特性>
評価機はbizhub C658(コニカミノルタ社製)を用い、常温・常湿環境(NN環境;23℃、50%RH)でBk位置に前記で作製した感光体を搭載し、5%の印字チャートにて5000枚プリントの耐久試験を実施した。
耐久試験後、顕微鏡で感光体表面を観察し、奥、中央、手前3か所の20mm×40mmの視野における現像剤由来の付着物の合計個数を測定した。測定した結果、下記の基準で評価し、○及び△を品質上問題ないと判断した。
○:付着物5個未満
△:付着物が5個以上〜11個未満
×:付着物が11個以上
<転写メモリ>
常温・常湿環境(23℃、50%RH)で、A3サイズのCFペーパーにBk色の図7に示す画像を画出したときの、感光体ドラムの回転周期で現れる転写メモリ(画像部と非画像部との間の濃度差)を目視で観察して下記基準でランク付けを行って評価した。
転写メモリ(濃度差)に応じて◎から×までの4段階のランクに設定した。△、〇及び◎を合格とした。なお、×は、転写メモリがはっきり見えるランクである。
◎:転写メモリが見えないランク
○:転写メモリがほとんど見えないランク
△:転写メモリがうっすら見えるランク
×:転写メモリがはっきり見えるランク
Figure 2021135439
Figure 2021135439
上記結果に示されるように、本発明の画像形成方法は、比較例に比べて、雨だれ及び転写メモリの発生を防止できることが分かる。
11 帯電ローラー
11a 芯金
11b 弾性層
11c 抵抗制御層
11d 表面層
11e 押圧バネ
100 画像形成装置
110Y、110M、110C、110Bk 画像形成ユニット
111Y、111M、111C、111Bk 感光体
113Y、113M、113C、113Bk 帯電手段
115Y、115M、115C、115Bk 露光手段
117Y、117M、117C、117Bk 現像手段
118Y、118M、118C、118Bk 現像ローラー
119Y、119M、119C、119Bk クリーニング手段
131 中間転写体
133Y、133M、133C、133Bk 一次転写ローラー(転写手段)
135 クリーニング手段
137A、137B、137C、137D ローラー
150 給紙搬送手段
170 定着手段
200 プロセスカートリッジ
201 筐体
203R、203L 支持レール
211 給紙カセット
213A、213B、213C、213D 中間ローラー
215 レジストローラー
217 二次転写ローラー(転写手段)
219 排紙ローラー
221 排紙トレイ

Claims (8)

  1. 2成分静電荷像現像用トナーを用いる電子写真プロセスによる画像形成方法であって、
    前記2成分静電荷像現像用トナーを構成するトナー粒子が、滑剤を含有し、
    前記トナー粒子の帯電量分布(帯電量q/粒径d)について、−0.1[femtoC/μm]以上である前記トナー粒子が10個数%以上であり、
    23℃・50%RHの常温・常湿環境下における現像機の現像条件において、10℃・20%RHの低温・低湿環境下に比較して、下記(i)〜(iii)のいずれかの条件を設定することを特徴とする画像形成方法。
    (i)前記現像機の現像ローラーに印加する現像電位の交流デューティ比(周期Tに占める交流のマイナス側の幅(時間)T(−)の比率)を下げる
    (ii)2成分現像剤中における前記2成分現像剤用トナーの濃度を下げる
    (iii)かぶりマージン(感光体の非画像部電位V0−現像電位Vdc)を高くする
  2. 使用する前記感光体が、硬化表面層を有し、当該硬化表面層中に電荷輸送構造を有する化合物を含有することを特徴とする請求項1に記載の画像形成方法。
  3. 前記電子写真プロセスが、タンデムプロセスであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の画像形成方法。
  4. 前記現像機を前記感光体の回転方向の最下流位置に配置することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の画像形成方法。
  5. 前記滑剤の平均粒径が、1〜5μmの範囲内であることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の画像形成方法。
  6. 帯電ローラーを使用することを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の画像形成方法。
  7. 前記トナー粒子が、結晶性ポリエステル樹脂及びスチレン・アクリル樹脂を含有することを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の画像形成方法。
  8. 前記結晶性ポリエステル樹脂が、ハイブリッド結晶性ポリエステル樹脂であることを特徴とする請求項7に記載の画像形成方法。
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