JP3885403B2 - 一成分現像方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子写真法、静電印刷法において電気的潜像を現像するための現像方法、特に、一成分現像剤を用いた一成分現像方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一成分現像方法では、現像スリーブと現像剤規制部材との間を通過させることによりトナーを帯電させることからトナーに対し大きなストレスがかかる。このストレスによって後処理剤の埋没やトナーが解砕されることによる小径成分の発生などによってトナー成分が現像剤規制部材に固着し、トナー薄層形成能力が低下して荷電不良が起こったり、スリーブ上にトナー成分融着によるフィルミングが発生したり、感光体上にカブリが発生したりして良好な現像が行われなかった。
【0003】
このような問題を解決するために、近年トナー形状を球形化する技術が開発されている。トナーを球形化することによって上記ストレスによるトナーの解砕が軽減され小径成分の発生が抑制されるとともに、スリーブフィルミング等の低減が可能となる。
【0004】
具体的には懸濁重合法や乳化重合法などによって湿式中で球形トナーを製造する方法(特開平1−257857号公報)や粉砕トナーを熱処理することによって球形化する技術(特公平4−27897号公報) (特開平6−317928号公報)が提案されている。
【0005】
しかしながら、トナー形状を球形化することにより、現像剤規制部材との接触部においてトナーの粉圧が低下し、現像剤搬送担持体と現像剤規制部材との間にトナーが入り込みにくくなることによって発生するトナーの搬送不良という問題が新たに発生した。
【0006】
そこで、現像剤搬送担持体表面に粗さを設け搬送性を向上させることを試みたが、従来の球形化されたトナーでは十分な耐久性および帯電の安定性が得られず、特に高速システムへ対応するべく現像スリーブの搬送速度をアップさせるに伴い、スリーブ表面にトナー融着によるフィルミングが発生したり、感光体上にカブリが発生したりして、耐久性および帯電安定性が著しく低下した。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の問題点に鑑みて成されたもので、低速領域だけでなく高速領域においても、繰り返し複写によるスリーブフィルミングや感光体カブリが発生しない荷電安定性に優れた一成分現像方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、現像剤担持体と、これに対して当接するように配置された現像剤規制部材との間を、非磁性トナーからなる一成分現像剤を通過させることにより、トナーの荷電を行い、荷電されたトナーにより静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する一成分現像方法において、前記非磁性トナーは、少なくともバインダ樹脂および着色剤を含有してなり、前記トナーの重量平均粒径(d50)が4〜10μm、平均円形度が0.960以上、円形度の標準偏差が0.040以下およびD/d50{但しD=6/(ρ・S)を表し、ρはトナーの真密度(g/cm3)、SはトナーのBET比表面積(m2/g)を表す。}が0.40以上であり、トナーの重量平均粒径(d50)と現像剤担持体の表面粗さ(Ra)との比d50/Raが0.6〜3.0であることを特徴とする一成分現像方法に関する。
【0009】
また本発明は、現像剤担持体と、これに対して当接するように配置された現像剤規制部剤との間を、磁性トナーからなる一成分現像剤を通過させることにより、トナーの荷電を行い、荷電されたトナーにより静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する一成分現像方法において、前記磁性トナーは、少なくともバインダ樹脂、着色剤および磁性粉を含有してなり、前記トナーの重量平均粒径(d50)が4〜10μm、平均円形度が0.950以上、円形度の標準偏差が0.040以下およびD/d50{但しD=6/(ρ・S)を表し、ρはトナーの真密度(g/cm3)、SはトナーのBET比表面積(m2/g)を表す。}が0.20以上であり、トナーの重量平均粒径(d50)と現像剤担持体の表面粗さ(Ra)との比d50/Raが0.6〜3.0であることを特徴とする一成分現像方法に関する。
【0010】
本発明の一成分現像方法は、ーつはトナーに大きな特徴があり、重量平均粒径(d50)が4〜10μm、好ましくは5〜9μm、平均円形度が0.950以上、円形度の標準偏差SDが0.040以下のトナーを用いる。さらに、非磁性トナーの場合には、表面形状性D/d50が0.40以上のものを用い、磁性トナーの場合には、表面形状性D/d50が0.20以上のものを用いる。また、非磁性トナーの場台には、上記平均円形度は0.960以上、好ましくは0.965以上であり、上記円形度の標準偏差SDが0.040以下、好ましくは0.035以下である。磁性トナーの場合には、上記平均円形度は0.950以上、好ましくは0.955以上であり、上記円形度の標準偏差SDが0.040以下、好ましくは0.035以下である。
【0011】
加えて現像剤搬送担持体の表面粗さ(Ra)とトナー重量平均粒径d50の比d50/Raが0.6≦d50/Ra≦3.0、好ましくは0.7≦d50/Ra≦2.5の関係を満たすことに特徴があり、これによりトナーの搬送性を確保することができるとともに、低速領域だけでなく高速領域において、繰り返し使用しても小粒径成分の発生が少なく、スリーブフィルミングや感光体カブリが発生しない荷電安定性に優れた一成分現像方法を提供することができる。
【0012】
本発明は、上記のような球形度が高く、そのばらつきが少ないだけでなく、割れのないトナーを使用しているため高速領域での耐久安定性が図れる。
一方、球形トナーは現像剤規制部材近傍での粉圧がかかりにくいという欠点があるため、本発明では現像剤搬送担持体の外周面の表面粗さRaとトナーの重量平均粒径d50が0.6≦d50/Ra≦3.0の関係を満たすようにすることにより、球形トナーの取り込みを改善したものである。
【0013】
d50/Raが0.6以下の場合は、搬送過多による帯電不良が発生し、3.0以上の場合は現像剤搬送担持体への現像剤取り込みが悪く、搬送不良が起こりベタ追随性が悪くなる。
【0014】
本明細書中、平均円形度、円形度標準偏差SD、トナー表面形状性D/d50および重量平均粒径および現像剤搬送担持体の表面粗さはそれぞれ以下の意味を有する。
平均円形度とは、次式:
【数1】
により算出される値の平均値であり、「粒子の投影面積に等しい円の周囲長」および「粒子投影像の周囲長」から求められるため、当該値はトナー粒子の形状、すなわち粒子表面の凹凸状態を正確に反映する指標となる。即ち1に近い程、真円に近いことを示している。また、平均円形度はトナー粒子(3000個)の平均値として得られる値であるため、本発明における平均円形度の信頼性は極めて高い。本発明において、平均円形度は「粒子の投影面積に等しい円の周囲長」および「粒子投影像の周囲長」はフロー式粒子像分析装置(EPIA−1000またはEPIA−2000;東亞医用電子株式会社製)を用いて水分散系で測定を行って得られる値をもって示している。しかし上記装置によって測定されなければならないというわけでなく、原理的に上式に基づいて求めることができる装置であればいかなる装置によって測定されてもよい。
【0015】
円形度の標準偏差とは円形度分布における標準偏差を指し、当該値は上記フロー式粒子像分析装置によって平均円形度と同時に得られる。当該値が小さいほどトナー粒子形状がそろっていることを意味する。
【0016】
表面形状性とは、次式で表される特性を意味し:
D/d50、 但し D=6/(ρ・S)
〔式中、Dはトナーの形状を球と仮定した時のBET比表面積からの換算粒径(μm);d50は粒径別相対重量分布の50%相当粒径(重量平均粒径)(μm);ρはトナーの真密度(g/cm3);SはトナーのBET比表面積(m2/g)をそれぞれ表す〕
トナー粒子表面あるいは内部に細孔の存否を示す指標である。
【0017】
ここでBET比表面積は、「フローソーブ2300型」(島津製作所社製)で測定された値を用いているが、同様の測定原理、方法で測定されるのであれば前記装置で測定されなければならないということを意味しない。
【0018】
重量平均粒径(d50)は、「コールターマルチサイザー」(コールターカウンタ社製)により測定された値を用いているが、同様の測定原理、方法で測定されるのであれば前記装置で測定されなければならないということを意味しない。
【0019】
真密度(ρ)は、「空気比較式比重計」(ベックマン社製)により測定された値を用いているが、同様の測定原理、方法で測定されるのであれば前記装置で測定されなければならないということを意味しない。
【0020】
まず、本発明の一成分現像方法に用いるトナーについて説明する。
トナーは、少なくともバインダー樹脂、および着色剤から構成されている。
バインダー樹脂としては、トナー構成用バインダー樹脂として使用される熱可塑性樹脂を用いることができるが、本発明においては、ガラス転移温度が50〜75℃、軟化点が80〜160℃、数平均分子量が1000〜30000および重量平均分子量/数平均分子量が2〜100である樹脂を用いることが好ましい。
【0021】
特に、フルカラートナー(黒トナーを含む)を目的とするときは、ガラス転移温度50〜75℃、軟化点80〜120℃、数平均分子量2000〜30000および重量平均分子量/数平均分子量が2〜20である樹脂を使用するのがよい。
【0022】
また、オイルレス定着用トナーまたは磁性トナーを目的とするときは、軟化点80〜125℃およびガラス転移点50〜75℃の第1樹脂と、軟化点125〜160℃およびガラス転移点50〜75℃の第2樹脂とからなるバインダ樹脂を使用するのが良い。
【0023】
トナーバインダ樹脂成分としては、より好ましくは、上記特性を有し、酸価が2〜50KOHmg/g、好ましくは3〜30KOHmg/gのポリエステル系樹脂を使用する。このような酸価を有するポリエステル系樹脂を用いることによって、カーボンブラックを含む各種顔料や荷電制御剤の分散性を向上させるとともに、十分な帯電量を有するトナーとすることができる。酸価が5KOHmg/gより小さくなると上述した効果が小さくなり、また酸価が50KOHmg/gより大きくなると環境変動、特に湿度変動に対するトナー帯電量の安定性が損なわれる。
【0024】
ポリエステル系樹脂としては、多価アルコール成分と多価カルボン酸成分を重縮合させることにより得られたポリエステル樹脂が使用可能である。
【0025】
多価アルコール成分のうち2価アルコール成分としては、例えば、ポリオキシプロピレン(2,2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(3,3)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシプロピレン(6)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン(2,0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン等のビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物、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、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA等が挙げられる。
【0026】
3価以上のアルコール成分としては、例えば、ソルビトール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、1,4−ソルビタン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、グリセロール、2−メチルプロパントリオール、2−メチル−1,2,4−ブタントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,3,5−トリヒドロキシメチルベンゼン等が挙げられる。
【0027】
また、多価カルボン酸成分のうち2価のカルボン酸成分としては、例えば、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、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、マロン酸、n−ドデセニルコハク酸、イソドデセニルコハク酸、n−ドデシルコハク酸、イソドデシルコハク酸、n−オクテニルコハク酸、イソオクテニルコハク酸、n−オクチルコハク酸、イソオクチルコハク酸、これらの酸の無水物あるいは低級アルキルエステルが挙げられる。
【0028】
3価以上のカルボン酸成分としては、例えば、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸(トリメリット酸)、1,2,5−ベンゼントリカルボン酸、2,5,7−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ナフタレントリカルボン酸、1,2,4−ブタントリカルボン酸、1,2,5−ヘキサントリカルボン酸、1,3−ジカルボキシル−2−メチル−2−メチレンカルボキシプロパン、1,2,4−シクロヘキサントリカルボン酸、テトラ(メチレンカルボキシル)メタン、1,2,7,8−オクタンテトラカルボン酸、ピロメリット酸、エンボール二量体酸、これらの酸の無水物、低級アルキルエステル等が挙げられる。
【0029】
また、本発明においてはポリエステル系樹脂として、ポリエステル樹脂の原料モノマーと、ビニル系樹脂の原料モノマーと、これら両方の樹脂の原料モノマーと反応するモノマーとの混合物を用い、同一容器中でポリエステル樹脂を得る縮重合反応およびスチレン系樹脂を得るラジカル重合反応を並行して行わせて得られた樹脂も好適に使用可能である。なお、両方の樹脂の原料モノマーと反応するモノマーとは、換言すれば縮重合反応およびラジカル重合反応の両反応に使用し得るモノマーである。即ち縮重合反応し得るカルボキシ基とラジカル重合反応し得るビニル基を有するモノマーであり、例えばフマル酸、マレイン酸、アクリル酸、メタクリル酸等が挙げられる。
【0030】
ポリエステル樹脂の原料モノマーとしては上述した多価アルコール成分および多価カルボン酸成分が挙げられる。
【0031】
またビニル系樹脂の原料モノマーとしては、例えば、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−エチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、p−クロルスチレン等のスチレンまたはスチレン誘導体;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソブチレン等のエチレン系不飽和モノオレフィン類;メタクリル酸メチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸n−ペンチル、メタクリル酸イソペンチル、メタクリル酸ネオペンチル、メタクリル酸3−(メチル)ブチル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸ノニル、メタクリル酸デシル、メタクリル酸ウンデシル、メタクリル酸ドデシル等のメタクリル酸アルキルエステル類;アクリル酸メチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸n−ペンチル、アクリル酸イソペンチル、アクリル酸ネオペンチル、アクリル酸3−(メチル)ブチル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ノニル、アクリル酸デシル、アクリル酸ウンデシル、アクリル酸ドデシル等のアクリル酸アルキルエステル類;アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸等の不飽和カルボン酸;アクリロニトリル、マレイン酸エステル、イタコン酸エステル、塩化ビニル、酢酸ビニル、安息香酸ビニル、ビニルメチルエチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテルおよびビニルイソブチルエーテル等が挙げられる。ビニル系樹脂の原料モノマーを重合させる際の重合開始剤としては、例えば、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等のアゾ系またはジアゾ系重合開始剤、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、イソプロピルパーオキシカーボネート、ラウロイルパーオキサイド等の過酸化物系重合開始剤等が挙げられる。
【0032】
また、トナー用バインダ樹脂成分として、上述した原料モノマーからなるビニル系樹脂が使用できる。ビニル系樹脂のなかでもスチレンまたはスチレン誘導体と、メタクリル酸アルキルエステル類および/またはアクリル酸アルキルエステル類とを共重合させて得られるスチレンアクリル系樹脂が好ましい。
【0033】
本発明において、特にオイルレス定着用トナーとしての定着性を向上させ且つ耐オフセット性を向上させるため、あるいは、透光性を必要とするフルカラートナーにおいて画像の光沢性を制御する為にバインダ系樹脂として軟化点の異なる2種類のバインダ系樹脂を使用することが好ましい。オイルレス定着性トナーにおいて、定着性を向上させるために軟化点が80〜125℃の第1樹脂を使用し、耐オフセット性を向上させるために軟化点が125〜160℃の第2樹脂を使用する。この場合に第1樹脂の軟化点が80℃より低くなると耐オフセット性が低下したりドットの再現性が低下し、125℃より高いと定着性向上の効果が不十分となる。また第2樹脂の軟化点が125℃より低いと耐オフセット性向上の効果が不十分となり、160℃より高くなると定着性が低下する。このような観点からより好ましい第1樹脂の軟化点は好ましくは95〜120℃、より好ましくは100〜115℃で、第2樹脂の軟化点は好ましくは130〜160℃、より好ましくは135〜155℃である。また第1および第2樹脂のガラス転移点は50〜75℃、好ましくは55〜70℃とすること望ましい。これはガラス転移点が低いとトナーの耐熱性が不十分となり、また高すぎると製造時の粉砕性が低下し生産効率が低くなるためである。また第2樹脂の軟化点は第1樹脂の軟化点より10℃以上、好ましくは15℃以上高いことが好ましい。
【0034】
第1樹脂と第2樹脂との重量比は7:3〜2:8、好ましくは6:4〜3:7とすることが好ましい。第1樹脂と第2樹脂とをこのような範囲で使用することにより、トナーとして定着時のつぶれによる広がりが小さくドット再現性に優れており、さらに低温定着性に優れ低速および高速の画像形成装置においても優れた定着性を確保することができる。また、両面画像形成時(定着機を2度通過時)にも優れたドット再現性を維持することができる。第1樹脂の割合が上記範囲より少ない場合は、低温定着性が不十分となり幅広い定着性を確保できなくなる。また、第2樹脂の割合が上記範囲より少ない場合は、耐オフセット性が低下するとともに定着時のトナーのつぶれが大きくなりドット再現性が低下する傾向がある。
【0035】
透光性が要求されるフルカラーは従来、分子量分布のシャープなシャープメルトタイプの樹脂が使用され、このような樹脂を使用することにより、光沢のあるピクトリアル画像が再現された。しかしながら、近年、通常のオフィスカラー等においては、光沢度を落とした画像が要求されるケースも出てきている。このような要求に対しては、例えば、樹脂の分子量分布を高分子側に広げることにより達成できる。また、その具体的方策の一つとして分子量の異なる2種以上組み合わせて用いることにより達成でき、最終的に組み合わせてなる樹脂物性が、ガラス転移温度50〜75℃、軟化点80〜120℃、数平均分子量2500〜30000および重量平均分子量/数平均分子量が2〜20であれば好適に使用できる。光沢度を落として使用する場合には、重量平均分子量/数平均分子量の値を4以上に設定し、溶解粘度曲線を傾かせることにより、定着温度に対する光沢度制御領域を広げることが可能となる。
【0036】
その他、特にフルカラートナーにおいては、エポキシ系樹脂も好適に使用できる。本発明で使用されるエポキシ樹脂としては、ビスフェノールAとエピクロルヒドリンとの重縮合物などが好適に使用できる。例えば、エポミックR362、R364、R365、R367、R369(以上 三井石油化学工業社製)、エポトートYD−011、YD−012、YD−014、YD−904、YD−017(以上 東都化成社製)、エピコート1002、1004、1007(以上シエル化学社製)等、市販のものも使用できる。
【0037】
さらに、本発明のトナーには耐オフセット性等の特性を向上させるためにワックスを含有させてもよい。このようなワックスとしてはポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、カルナバワックス、ライスワックス、サゾールワックス、モンタン系エステルワックス、フィッシャートロプシュワックス等を挙げることができる。このようにトナーにワックスを含有させる場合は、その含有量をバインダー樹脂100重量部に対して0.5〜5重量部とすることがフィルミング等の問題を生じることなく添加による効果を得る上で好ましい。
【0038】
なお、耐オフセット性向上の観点からはポリプロピレンワックスを含有させることが好ましく、またスミア性(自動原稿送り時あるいは両面複写時に片面に既に画像が形成された用紙の紙送りの際にローラで画像が擦られて画像ににじみや汚れ等の画質低下を起こす現象)を向上させる観点からはポリエチレンワックスを含有させることが好ましい。上述した観点から特に好ましいポリプロピレンワックスは160℃における溶融粘度が50〜300cps、軟化点が130〜160℃および酸価が1〜20KOHmg/gであるポリプロピレンワックスであり、また特に好ましいポリエチレンワックスは、160℃における溶融粘度が1000〜8000cpsおよび軟化点が130〜150℃であるポリエチレンワックスである。即ち、上記溶融粘度、軟化点および酸価を有するポリプロピレンワックスは上記バインダー樹脂に対する分散性が優れており、遊離ワックスによる問題を生じることなく耐オフセット性の向上を達成することができる。特にポリエステル樹脂をバインダ樹脂として使用する場合には、酸化型ワックスを使用することが好ましい。
【0039】
酸化型ワックスとしては、ポリオレフィン系の酸化型ワックス、カルナバワックス、モンタンワックス、ライスワックス、フィッシャー・トロプシュワックスが挙げられる。
【0040】
ポリオレフィン系ワックスであるポリプロピレン系ワックスとしては、低分子量のポリプロピレンは硬度が小さい為、トナーの流動性を低下させる欠点を持っており、この欠点を改良する為に、カルボン酸または酸無水物で変性したものが好ましい。特に、低分子量ポリプロピレン系樹脂を(メタ)アクリル酸、マレイン酸および無水マレイン酸からなる群より選ばれる1種以上の酸モノマーで変成した変成ポリプロピレン樹脂が好適に使用できる。該変性ポリプロピレンは、例えばポリプロピレン系樹脂に(メタ)アクリル酸、マレイン酸および無水マレイン酸からなる群より選ばれる1種以上の酸モノマーを過酸化物触媒存在下もしくは無触媒下でグラフトあるいは付加反応することにより得られる。変性ポリプロピレンを使用する場合には、酸価が0.5〜30KOHmg/g好ましくは1〜20KOHmg/gである。
【0041】
上記酸化型ポリプロピレンワックスとしては、市販されているものでは、三洋化成工業社製のビスコール200TS(軟化点140℃,酸価3.5),ビスコール100TS(軟化点140℃,酸価3.5),ビスコール110TS(軟化点140℃,酸価3.5)等が使用できる。
【0042】
酸化型ポリエチレンとして市販されているものでは、三洋化成工業社製のサンワックスE300(軟化点103.5℃,酸価22),サンワックスE250P(軟化点103.5℃,酸価19.5),三井石油化学工業社製のハイワックス4053E(軟化点145℃,酸価25),405MP(軟化点128℃,酸価1.0),310MP(軟化点122℃,酸価1.0),320MP(軟化点114℃,酸価1.0),210MP(軟化点118℃,酸価1.0),220MP(軟化点113℃,酸価1.0),220MP(軟化点113℃,酸価1.0),4051E(軟化点120℃,酸価12),4052E(軟化点115℃,酸価20),4202E(軟化点107℃,酸価17),2203A(軟化点111℃,酸価30)等が使用できる。
【0043】
カルナバワックスを使用する場合は、微結晶のものが良く、酸価が0.5〜10KOHmg/g好ましくは1〜6KOHmg/gのものである。
【0044】
モンタンワックスは、一般的に鉱物より精製されたモンタン系エステルワックスを指しカルナバワックス同様微結晶であり、酸価が1〜20好ましくは3〜15である。
【0045】
ライスワックスは米ぬかワックスを空気酸化したものであり、酸価が5〜30KOHmg/gであることが好ましい。
【0046】
フィッシャー・トロプシュワックスは、石炭より合成石油を炭化水素合成法により製造する際、副生するワックスで例えばサゾール社製の商品名「サゾールワックス」として市販されているものである。またこれとは別に天然ガスを出発原料とするフィッシャー・トロプシュワックスも低分子量成分が少なくトナーに用いた場合の耐熱性に優れる為、好適に使用できる。
【0047】
フィッシャー・トロプシュワックスの酸価としては、0.5〜30KOHmg/gの物が使用でき、サゾールワックスの中では、特に酸価が3〜30KOHmg/gを有する酸化タイプのもの(商品名、サゾールワックスA1、A2等)が好適に使用できる。また、上記溶融粘度および軟化点を有するポリエチレンワックスも上記バインダー樹脂に対する分散性が優れており、遊離ワックスによる問題を生じることなく定着画像表面の摩擦係数を低減させてスミア性の向上を達成することができる。なお、ワックスの溶融粘度はブルックフィールド型粘度計により測定した。
【0048】
また、フルカラートナー用の着色剤としては、公知の顔料及び染料が使用される。例えば、カーボンブラック、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、銅フタロシアニン、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・レッド184、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・イエロー17、C.I.ソルベント・イエロー162、C.I.ピグメント・イエロー180、C.I.ピグメント・イエロー185、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3等を挙げることができる。また、黒トナーには、各種カーボンブラック、活性炭、チタンブラックに加えて、着色剤の一部または全部を磁性体と置き換えることができる。このような磁性体としては、例えば、フェライト、マグネタイト、鉄等、公知の磁性体微粒子が使用可能である。磁性粒子の平均粒径は製造時における分散性を得る意味において、好ましくは1μm以下特に0.5μm以下が好ましい。
【0049】
本発明のトナーには、目的に応じて帯電制御剤や離型剤等の添加剤を結着樹脂中に添加して用いることができる。例えば、帯電制御剤としては、フッ素系界面活性剤、サリチル酸金属錯体、アゾ系金属化合物のような含金属染料、マレイン酸を単量体成分として含む共重合体の如き高分子酸、第4級アンモニウム塩、ニグロシン等のアジン系染料、カーボンブラック等を添加することができる。本発明のトナーには、必要に応じて磁性粉等を添加するようにしてもよい。
【0050】
さらに、本発明のトナーは、表面改質前および/またはトナー粒子を調整した後の流動性調整剤として各種有機/無機微粒子を添加することが好ましい。無機の微粒子としては、炭化けい素、炭化ホウ素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウム、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化タングステン、炭化クロム、炭化モリブデン、炭化カルシウム、ダイヤモンドカーボンラクタム等の各種炭化物、窒化ホウ素、窒化チタン、窒化ジルコニウム等の各種窒化物、ホウ化ジルコニウム等のホウ化物、酸化物、酸化チタン、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化銅、酸化アルミニウム、シリカ、コロイダルシリカ等の各種酸化物、チタン酸カルシウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸ストロンチウム等の各種チタン酸化合物、二硫化モリブデン等の硫化物、フッ化マグネシウム、フッ化炭素等のフッ化物、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム等の各種金属石鹸、滑石、ベントナイト等の各種非磁性無機微粒子を単独であるいは組み合わせて用いることができる。特にシリカ、酸化チタン、アルミナ、酸化亜鉛等の無機微粒子においては、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、シリコーンオイル、シリコーンワニス等の従来から使用されている疎水化処理剤、さらにはフッ素系シランカップリング剤、またはフッ素系シリコーンオイル、さらにアミノ基や第4級アンモニウム塩基を有するカップリング剤、変性シリコーンオイル等の処理剤で公知の方法で表面処理されていることが好ましい。
【0051】
有機微粒子としては乳化重合法、ソープフリー乳化重合法、非水分散重合法等の湿式重合法、気相法等により造粒した、スチレン系、(メタ)アクリル系、ベンゾグアナミン、メラミン、テフロン、シリコン、ポリエチレン、ポリプロピレン等の各種有機微粒子を用いることもできる。この有機微粒子はクリーニング助剤としての機能も有する。
【0052】
チタン酸金属塩等の比較的大径の無機微粒子ならびに各種有機微粒子は、疎水化処理してもしなくても良い。これら流動化剤の添加量は、熱処理前の添加量として、現像剤粒子100重量部に対して、0.1〜6重量部、好ましくは、0.5〜3重量部添加される。また、熱処理後の外添処理は、現像剤粒子100重量部に対して、0.1〜5重量部、好ましくは、0.5〜3重量部添加されるが、熱処理前と熱処理後で適宜添加量を調整して使用することが好ましい。
【0053】
本発明のトナーは、上記したバインダー樹脂、着色剤、その他所望の添加剤を、従来の方法で混合、混練、粉砕、分級し、所望の粒径を有する粒子を得、本発明においては、以上のようにして得られた粒子を瞬間加熱処理する。粒径としては、4〜10μm、好ましくは、5〜9μmである。この段階で得られた粒子は瞬間加熱処理された後でもその粒径分布は、ほとんど変わらない。
【0054】
分級工程は、本発明での瞬間加熱処理を施した後、行っても良い。この際、粉砕工程で使用する粉砕装置として被粉砕粒子を球形化できる粉砕装置を用いることにより、この後で処理する瞬間的熱処理の制御が行いやすくなる為好ましい。このような装置として、イノマイザーシステム(ホソカワミクロン社製)、クリプトロンシステム(川崎重工業社製)等を挙げることができる。また、分級工程で使用する分級装置として被処理粒子を球形化できる分級装置を用いることにより、円形度等の制御が容易になる。このような分級装置としてティープレックス型分級機(ホソカワ社製)等を挙げることができる。
【0055】
また、本発明で示してなる瞬間加熱処理と組み合わせて各種現像剤の表面改質装置における各種処理と組み合わせても良い。これら表面改質装置としては、ハイブリダイゼーションシステム(奈良機械製作所社製)、クリプトロンコスモスシリーズ(川崎重工業社製)、イノマイザーシステム(ホソカワミクロン社製)等の高速気流中衝撃法を応用した表面改質装置、メカノフュージョンシステム(ホソカワミクロン社製)、メカノミル(岡田精工社製)等の乾式メカノケミカル法を応用した表面改質装置、ティスバーコート(日清エンジニアリング社製)、コートマイザー(フロイント産業社製)の湿式コーティング法を応用した表面改質装置を適宜、組み合わせて使用できる。
【0056】
本発明により、瞬間的加熱処理を施すことにより、混練−粉砕法で得られたトナー粒子の形状を球状でかつ均一な形状に制御し、さらには、トナーの表面に有する細孔を低減し、平滑性を上げることができる。このことにより帯電の均一性ならびに画像性能に優れ、また、現像剤中の特定の粒径・形状成分、また、特定の帯電量を有するトナーから先に消費されるといった選択現像が発生せず、長期にわたって安定した画像性能を達成するトナーを提供できる。
【0057】
また、近年要求の高い、高画質、低消費(色材高充填型)、省エネルギー定着方式に適した低軟化点のバインダ樹脂を主成分とし、色材部数を高充填した小粒径トナーにおいても、トナー担持体(現像スリーブ)、感光体、転写部材に対する付着性に対する等からの移動性に優れる為、流動性に優れ、帯電の均一性が向上され、長期に渡って安定した耐久特性を有する。
【0058】
本発明において使用する瞬間的加熱処理は、熱風中にトナー粒子を圧縮空気により分散噴霧することにより、現像剤が熱により表面改質され、従来の方法をもっても達成できなかった球形度とその均一性を達成するものである。
【0059】
瞬間的加熱処理を行なう装置の概略構成図を図1および図2を用いて説明する。
図1に示す如く、熱風発生装置101にて調製された高温高圧エアー(熱風)は導入管102を経て熱風噴射ノズル106より噴射される。一方、トナー粒子105は定量供給器104から所定量の加圧エアーによって導入管102’を経て搬送され、前記熱風噴射ノズル106の周囲に設けられた試料噴射室107へ送り込まれる。
【0060】
試料噴射室107は、図2に示す如く、中空のドーナツ形状をしており、その内壁には複数の試料噴射ノズル103が等間隔に配置されている。試料噴射室107へ送り込まれたトナー粒子は、噴射室107で拡散して均等に分散した状態となり、引き続き送り込まれてくるエアーの圧力によって複数の試料噴射ノズル103から熱風気流中へ噴射される。
【0061】
また、試料噴射ノズル103の噴出流が熱風気流を横切ることがないように試料噴射ノズル103に所要の傾きを設けておくことが好ましい。具体的には、トナー噴出流が熱風気流にある程度沿うように噴射することが好ましく、トナー噴出流と熱風気流の中心領域の流れ方向なす角度が20〜40°、好ましくは25〜35°が好ましい。40°よりも広いとトナー噴出流が熱風気流を横切るように噴射されることになり、他のノズルから噴射されたトナー粒子と衝突してトナー粒子の凝集が発生し、一方、20°よりも狭いと熱風中に取り込まれないトナー粒子が発生し、トナー粒子の形状が不均一となる。
【0062】
また、試料噴射ノズル103は複数本必要であり、少なくとも3本以上、4本以上が好ましい。複数本の試料噴射ノズルを使用することによって熱風気流中へのトナー粒子の均一な分散が可能となり、トナー粒子1つ1つの加熱処理を確実に行うことができる。試料噴射ノズルから噴出された状態としては、噴出時点で広く拡散し、他のトナー粒子と衝突することなく熱風気流全体へ分散されることが望ましい。
【0063】
このようにして噴射されたトナー粒子は高温の熱風と瞬間的に接触して均質に加熱処理される。ここで瞬間的とは、処理温度並びにトナー粒子の熱風気流中での濃度により異なるが、必要なトナー粒子の改質(加熱処理)が達成され、かつトナー粒子同士の凝集が発生しない時間であり、通常2秒以下、好ましくは1秒以下がよい。この瞬間的時間は、トナー粒子が試料噴射ノズルから噴射され、導入管102”に導入されるまでのトナー粒子の滞留時間として表わされる。この滞留時間が2秒を越えると合一粒子が発生しやすくなる。
【0064】
次いで、瞬間加熱されたトナー粒子は直ちに冷却風導入部108から導入される冷風によって冷却され、装置器壁へ付着したり粒子同士凝集したりすることなく導入管102”を経てサイクロン109により捕集され、製品タンク111に貯まる。トナー粒子が捕集された後の搬送エアーはさらにバグフィルター112を通過して微粉が除去された後、ブロアー113を経て大気中へ放出される。なお、サイクロン109は冷却水が流れている冷却ジャケットを設け、トナー粒子の凝集を防止することが好ましい。
【0065】
その他、瞬間的加熱処理を行うに重要な条件としては、熱風風量、分散風量、分散濃度、処理温度、冷却風温度、吸引風量、冷却水温度である。
【0066】
熱風風量とは、熱風発生装置101により供給される熱風の風量である。この熱風風量は、多くする方が熱処理の均一性、処理能力を向上させる意味で好ましい。
【0067】
分散風量とは、加圧エアーによって、導入管102’に送り込まれる風量のことである。。その他の条件にもよるが、この分散風量は、押さえて熱処理した方が、トナー粒子の分散状態が向上、安定する為好ましい。
【0068】
分散濃度とは、熱処理領域(具体的にはノズル吐出領域)でのトナー粒子の分散濃度をいう。好適な分散濃度はトナー粒子の比重によって異なり、分散濃度を各トナー粒子の比重で割った値が、50〜300g/m3、好ましくは、50〜200g/m3で処理することが好ましい。
【0069】
処理温度とは、熱処理領域での温度をいう。熱処理領域では中心から外側に向け温度勾配が実状存在するが、この温度分布を低減して処理することが好ましい。装置面からは、スタビライザー等により風を安定化層流状態で供給することが好ましい。分子量分布のシャープなバインダ樹脂、例えば重量平均分子量/数平均分子量が2〜20を有するバインダー樹脂を使用してなる非磁性トナーにおいては、バインダー樹脂のガラス転移点+100℃以上〜ガラス転移点+300℃のピーク温度範囲で処理することが好ましい。より好ましくはバインダー樹脂のガラス転移点+120℃以上〜ガラス転移点+250℃のピーク温度範囲で処理する。なお、ピーク温度範囲とはトナーが熱風と接触する領域での最高温度をいう。
【0070】
分子量分布の比較的広いタイプのバインダー樹脂、例えば重量平均分子量/数平均分子量が30〜100を有するバインダー樹脂を使用してなる非磁性トナーにおいては、バインダー樹脂のガラス転移温度+100℃以上〜ガラス転移温度+300℃のピーク温度範囲で処理することが好ましい。さらに好ましくはバインダー樹脂のガラス転移温度+150℃以上〜ガラス転移温度+280℃のピーク温度範囲で処理する。これは、トナーの形状並びに表面の均一性を向上させる為には、バインダー樹脂の高分子量領域の改質をも達成できるよう高めの処理温度に設定する必要が生じる為である。しかしながら、処理温度を高めに設定すると逆に合一粒子が発生しやすくなる為、熱処理前の流動化処理を多めに設定する、処理時の分散濃度を低めに設定する等のチューニングが必要となる。
【0071】
トナー粒子にワックスを添加すると合一粒子が発生しやすくなる。そのため、熱処理前の流動化処理(特に大粒径成分の流動化剤)を多めに設定する、処理時の分散濃度を低めに設定する等のチューニングが形状並びに形状のバラツキを押さえた均一なトナー粒子を得る上で重要となる。この操作は分子量分布の比較的広いタイプのバインダー樹脂を使用しているときや、球形度を高めようとして、処理温度を高めに設定するときにより重要となる。
【0072】
冷却風温度とは、冷却風導入部108から導入される冷風の温度である。トナー粒子は瞬間的加熱処理後、トナー粒子の凝集あるいは合一が発生しない温度領域まで瞬時に冷却すべく、冷却風によりガラス転移温度以下の雰囲気下に戻すことが好ましい。この為、冷却風の温度は、25℃以下、好ましくは15℃以下、さらに好ましくは、10℃以下で冷却する。しかしながら、必要以上に温度を下げると条件によっては結露が発生する可能性があり、逆に副作用が生じるので注意が必要である。かかる瞬間的加熱処理では、次に示す装置内の冷却水による冷却と併せて、バインダ樹脂が溶融状態にある時間が非常に短い為、粒子相互および熱処理装置の器壁への粒子付着がなくなる。この結果、連続生産時の安定性に優れ、製造装置の清掃頻度も極端に少なくでき、また、収率を高く安定的に制御できる。
【0073】
吸引風量はブロアー113により処理されたトナー粒子をサイクロンに搬送する為のエアーをいう。この吸引風量は、多くする方が、トナー粒子の凝集性を低減させる意味で好ましい。
【0074】
冷却水温度とは、サイクロン109、114ならびに導入管102”に設けられている冷却ジャケット内の冷却水の温度をいう。冷却水温度は、25℃以下、好ましくは15℃以下、さらに好ましくは、10℃以下である。
【0075】
球形度(円形度)が高く、かつ、形状のバラツキを小さく押さえる為には、さらに以下の工夫を施すことが好ましい。
【0076】
▲1▼熱風気流中に供給するトナー粒子量を一定に制御し、脈動等を発生させないこと。このためには;
(i)図1中115で使用されるテーブルフィーダーおよび振動フィーダー等を複数種組み合わせて使用し、定量供給性を高める。テーブルフィーダーおよび振動フィーダーを使用して、精度の高い定量供給を行うことができれば、微粉砕あるいは分級工程を連結し、そのままオンラインで熱処理工程にトナー粒子を供給することも可能となる;
(ii)トナー粒子を圧縮空気で供給後、熱風中に供給する前に、トナー粒子を試料供給室107内で再分散させ、均一性を高める。例えば、二次エアーにより再分散させる、バッファ部を設けてトナー粒子の分散状態を均一化する、または同軸二重管ノズル等で再分散させる等の手段を採用する;
【0077】
▲2▼熱風気流中に噴霧供給した際のトナー粒子の分散濃度を最適化かつ均一に制御すること。このためには;
(i)熱風気流中への供給は、全周方向から均一に、かつ、高分散状態で投入する。より具体的には分散ノズルから供給する場合には、スタビライザ等を有するノズルを使用し、個々のノズルから分散されるトナー粒子の分散均一性を向上させる;
(ii)熱風気流中のトナー粒子の分散濃度を均一化する為、ノズル本数は、前記したように少なくとも3本以上、好ましくは、4本以上とできる限り多くし、かつ、全周方向に対して、対称形で配置する。360度全周領域に設けられたスリット部から均一にトナー粒子を供給してもよい;
【0078】
▲3▼すべての粒子に対して、均一な熱エネルギーがかかる様、トナー粒子が処理される領域での熱風の温度分布がなき様制御され、かつ、熱風が層流状態に制御されていること。このためには;
(i)熱風を供給する熱源の温度バラツキを低減すること;
(ii)熱風供給前の直管部分をできる限り長くしたりする。または、熱風供給口付近に熱風を安定化させる為のスタビライザを設けることも好ましい。さらに、図1に例示した装置構成は、開放系であり、そのため外気と接する方向に熱風が拡散する傾向にある為、熱風の供給口を必要に応じて絞っても良い;
【0079】
▲4▼トナー粒子が熱処理中に均一分散状態が保持できるだけの流動化処理されていること。このためには;
(i)トナー粒子の分散・流動性を確保するため、BET比表面積が100〜350m2/g、好ましくは130〜300m2/gの無機微粒子(第1無機微粒子)を用いる。この無機微粒子は公知の疎水化剤によって疎水化処理されていることが好ましい。無機微粒子の添加量はトナー粒子100重量部に対して0.1〜6重量部、好ましくは0.3〜3重量部である。
(ii)分散・流動性を向上させる為の混合処理は、トナー粒子表面に均一かつ強く固定化されない付着した状態で存在することが好ましい;
【0080】
▲5▼トナー粒子表面が熱を受けた時点でもトナー粒子表面に各トナー粒子間のスペーサ効果が保持でき軟化しない粒子がトナー粒子表面に存在させること。このためには;
(i)上記▲4▼で示した無機微粒子と比較して大き目の粒径を有し、かつ、処理温度で軟化しない微粒子を添加することが好ましい。トナー粒子表面の本粒子の存在により、熱を受け始めた後においても、トナー粒子表面が完全な樹脂成分のみの表面とはならず、トナー粒子間においてスペーサ効果をもたらし、トナー粒子同士の凝集・合一を防止する;
(ii)このような効果を達成するためには、BET比表面積が10〜100m2/g、好ましくは20〜90m2/g、より好ましくは20〜80m2/gの無機微粒子(第2無機微粒子)を用いる。無機微粒子の添加量はトナー粒子100重量部に対して0.05〜5重量部、好ましくは0.3〜3重量部である。
なお、上述した第1無機微粒子と第2無機微粒子とを併用する場合には、両者のBET比表面積の差が30m2/g以上、好ましくは50m2/g以上となるようにすることが好ましい。
【0081】
▲6▼熱処理品の捕収は、熱を発生させないよう制御されてなること。このためには;
(i)熱処理ならびに冷却されてなる粒子は、配管系(特にアール部分)ならびに通常トナー粒子の捕収で使用されているサイクロンで発生する熱を押さえる為、チラーでの冷却をすることが好ましい。
【0082】
▲7▼熱の処理に寄与できる樹脂成分が少なく、また比較的比重の大きい磁性トナーの処理においては、熱処理される空間を円筒状に囲い、実質的に処理される時間を増加させたり、複数回の処理を行うことが好ましい。
以上のようにトナー粒子を熱風中に分散噴霧し、瞬間的加熱処理すると、非磁性のカラートナーおよびオイルレス定着トナーは表面性状が下記式、[I]
D/d50 ≧ 0.40 、但し D=6/(p・s) [I]
(式中、Dはトナーの形状を球と仮定した時の比表面積からの換算粒径(μm);d50は粒径別相対重量分布の50%相当粒径(重量平均粒径)(μm);ρはトナーの真密度(g/cm3);SはトナーのBET比表面積(m2/g)をそれぞれ表す。)
を満たすものが得られる。好ましくはD/d50は0.40〜0.80、より好ましくは0.45〜0.70以上である。
【0083】
磁性トナーの場合には、トナー粒子内部に磁性粉を含有するので、非磁性トナーに比べてD/d50の下限値は小さくなり、0.20以上のものを用いる。磁性トナーの好ましいD/d50は0.20〜0.55、より好ましいD/d50は0.25〜0.50である。
【0084】
このD/d50は、トナー粒子表面あるいは内部に細孔の存否を示す指標であり、上記値を有するトナーであれば、細孔部を中心にしてトナーが割れたり、凹部に外添剤として加えられる流動化剤であるシリカ等が埋め込まれたり、また凸部が削られて微粉が発生するなどの不都合が生じない。
【0085】
また、トナー粒子に無機微粒子を外添するによってトナー表面に適切な凸部を形成しトナーの帯電性を向上させる観点から、非磁性トナーの場合はD/d50が0.80以下であることが好ましく、磁性トナーの場合はD/d50が0.55以下であることが好ましい。
【0086】
上記により得られたトナーを、一成分現像方法、すなわち、現像剤搬送担持体と、これに対して当接するように配置された現像剤規制部材との間を現像剤を通過させる事により該担持体上にトナー薄層を形成し荷電を行い、そのまま静電潜像現像領域まで搬送し静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する一成分現像方法に使用すると、トナーの割れが生じず、高速複写を行なっても、耐久安定性が図れる。しかし、本発明で使用する、形状および性状の均一性に優れた、球形トナーは現像剤規制部近傍での粉圧がかかりにくい現像剤搬送部材と現像剤規制部材との間にトナーが入り込みにくくなるので、本発明においては現像剤搬送担持体の外周面の表面粗さとトナーの重量平均粒径d50が0.6≦(d50/Ra)≦3.0、好ましくは0.7≦(d50/Ra)≦2.5の関係を満たすようにし球形トナーの取り込み性を改善している。
【0087】
(d50/Ra)の関係が0.6以下の場合、搬送過多による帯電不良が発生し、3.0以上の場合、現像剤搬送担持体への現像剤取り込みが悪く、搬送不良がおこりベタ追随性がわるくなる。
【0088】
なお、Raは日本工業規格(JIS)B0601−1982に記載の中心線平均粗さを表わしている。
【0089】
以上のようにして得られたトナー粒子に流動化剤等の後処埋剤を混合することにより外添してトナーを得る。後処理剤としては、無機微粒子あるいは有機微粒子が使用可能である。上記後処理剤としては、BET比表面積が1〜350m2/gの無機微粒子を用いることが好ましい。トナーの流動性を向上させる観点からは、後処理用の無機微粒子としてBET比表面積が100〜350m2/g、好ましくは130〜300m2/gのものを用いる。この無機微粒子は公知の疎水化剤によって疎水化処理されていることが好ましい。無機微粒子の添加量はトナー粒子に対して0.1〜3重量%、好ましくは0.3〜1重量%である。
また、トナーの環境安定性および耐久安定性を向上させる観点からは、後処理用の無機微粒子としてBET比表面積が1〜100m2/g、好ましくは5〜90m2/g、より好ましくは5〜80m2/gのものを用いる。無機微粒子の添加量はトナー粒子に対して0.05〜5重量%、好ましくは0.3〜2重量%である。
なお、上述した流動性向上用の無機微粒子と安定性向上用の無機微粒子とを併用する場合には、両者のBET比表面積の差が30m2/g以上、好ましくは50m2/g以上となるようにすることが好ましい。
【0090】
一成分接触現像方法を以下の図3に示すフルカラー画像形成装置を例にあげて説明する。なお、以下のフルカラー画像形成装置においては、像担持体として感光体が、中間転写体として無端状の中間転写ベルトが、記録部材としてシート状記録紙が使用されている。
【0091】
図3において、フルカラー画像形成装置は、概略、矢印a方向に回転駆動される感光体ドラム(像担持体)10と、レーザ走査光学系20と、フルカラー現像装置30と、矢印b方向に回転駆動される無端状の中間転写ベルト40と、給紙部60とで構成されている。感光体ドラム10の周囲には、さらに、感光体ドラム10の表面を所定の電位に帯電させる帯電ブラシ11、および感光体ドラム10上に残留したトナーを除去するクリーナーブレード12aを備えたクリーナー12が設置されている。
【0092】
レーザ走査光学系20はレーザダイオード、ポリゴンミラー、fθ光学素子を内蔵した周知のもので、その制御部にはC(シアン)、M(マゼンタ)、Y(イエロー)、Bk(ブラック)ごとの印字データがホストコンピュータから転送される。レーザ走査光学系20は各色ごとの印字データを順次レーザビームとして出力し、感光体ドラム10上を走査露光する。これにより、感光体ドラム10上に各色ごとの静電潜像が順次形成される。
【0093】
フルカラー現像装置30はY、M、C、Bkの非磁性トナーからなる一成分系トナーを収容した4つの色別現像装置31Y、31M、31C、31Bkを一体化したもので、支軸81を支点として時計回り方向に回転可能である。各現像装置は現像スリーブ32、トナー規制ブレード34を備えている。現像スリーブ32の回転により搬送されるトナーは、ブレード34と現像スリーブ32との圧接部(間隙)を通過させることにより帯電される。
【0094】
イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナーおよびブラックトナー、それぞれを収容させる現像装置の設置位置については、当該フルカラー画像形成装置が文字等の線図画像の複写を目的としたものか、あるいは写真画等のような各色の濃淡のある画像の複写を目的としたものかによって異なるが、例えば、文字等の線図画像の複写を目的とする場合には、ブラックトナーとして光沢性(艶性)を有しないものを使用するとき、当該ブラックトナー層がフルカラー複写画像上において最上位に形成されると違和感が生じるため、フルカラー複写画像上、最上位にブラックトナー層が形成されないようブラックトナーを現像装置に装填させることが好ましい。この場合において、最も好ましくは、ブラックトナーは複写画像上において当該ブラックトナー層が最上位に形成されるべく、1次転写時においては中間転写体上にブラックトナー層が最上位に形成されるよう装填される。このとき、イエロートナー、マゼンタトナーおよびシアントナー(カラートナー)には、1次転写におけるそれぞれの層の形成順序が1〜3番目のいずれかになるよう任意の現像装置に装填されればよい。
【0095】
一方、フルカラー画像形成装置が写真画等のような各色の濃淡のある画像の複写を目的とする場合には、ブラックトナーとしては光沢性(艶性)を有するものが使用され、当該ブラックトナー層は複写画像上において最上位に形成されても他のカラートナー層との違和感が生じない。
【0096】
中間転写ベルト40は支持ローラ41、42およびテンションローラ43、44に無端状に張り渡され感光体ドラム10と同期して矢印b方向に回転駆動される。中間転写ベルト40の側部には図示しない突起が設けられ、この突起をマイクロスイッチ45が検出することにより、露光、現像、転写等の作像処理が制御される。中間転写ベルト40は回転自在な1次転写ローラ46に押圧されて感光体ドラム10に接触している。この接触部が1次転写部T1である。また、中間転写ベルト40は支持ローラ42に支持された部分で回転自在な2次転写ローラ47が接触している。この接触部が2次転写部T2である。
【0097】
さらに、前記現像装置30と中間転写ベルト40の間のスペースにはクリーナー50が設置されている。クリーナー50は中間転写ベルト40上の残留トナーを除去するためのブレード51を有している。このブレード51及び前記2次転写ローラ47は中間転写ベルト40に対して接離可能である。
【0098】
給紙部60は、画像形成装置本体1の正面側に開放可能な給紙トレイ61と、給紙ローラ62と、タイミングローラ63とから構成されている。記録シートSは給紙トレイ61上に積載され、給紙ローラ62の回転によって1枚ずつ図中右方へ給紙され、タイミングローラ63で中間転写ベルト40上に形成された画像と同期をとって2次転写部へ送り出される。記録シートの水平搬送路65は前記給紙部を含んでエアーサクションベルト66等で構成され、定着器70からは搬送ローラ72、73、74を備えた垂直搬送路71が設けられている。記録シートSはこの垂直搬送路71から画像形成装置本体1の上面へ排出される。
【0099】
ここで、上記フルカラー画像形成装置のプリント動作について説明する。
プリント動作が開始されると、感光体ドラム10および中間転写ベルト40が同じ周速度で回転駆動され、感光体ドラム10は帯電ブラシ11によって所定の電位に帯電される。
【0100】
続いてレーザ走査光学系20によってシアン画像の露光が行われ、感光体ドラム10上にシアン画像の静電潜像が形成される。この静電潜像は直ちに現像装置31Cで現像されると共に、トナー画像は1次転写部で中間転写ベルト40上に転写される。1次転写終了直後に現像装置31Mが現像部Dへ切り換えられ、続いてマゼンタ画像の露光、現像、1次転写が行われる。さらに、現像装置31Yへの切換え、イエロー画像の露光、現像、1次転写が行われる。さらに、現像装置31Bkへの切換え、ブラック画像の露光、現像、1次転写が行われ、1次転写ごとに中間転写ベルト40上にはトナー画像が重ねられていく。
【0101】
最終の1次転写が終了すると、記録シートSが2次転写部へ送り込まれ、中間転写ベルト40上に形成されたフルカラートナー画像が記録シートS上に転写される。この2次転写が終了すると、記録シートSはベルト型接触加熱定着器70へ搬送され、フルカラートナー画像が記録シートS上に定着されてプリンタ本体1の上面に排出される。
【0102】
図3におけるフルカラー画像形成装置における感光体ドラム10とフルカラー現像装置30との位置関係ならびに現像装置の概略構成を図4にさらに詳しく示した。
【0103】
図中現像装置(30)は矢印(a)方向に回転駆動する感光体ドラム(10)の側部に配置されるようになっている。
【0104】
現像装置(30)において、現像槽(302)は、底部及び背面部を覆うフレーム(303)と、両サイドの側板(404),((404)(図5参照))と、カバー(305)と、カバー(305)の前部に取り付けた支持部(306)とで構成されている。
【0105】
現像ローラ(310)は、金属ローラの外周部に導電性の弾性材(シリコンゴム)を設けたものが使用され、現像バイアス電圧(Vb)が印加されている。
【0106】
薄膜部材(311)は、現像ローラ(310)の外周長よりもやや長目の周長を有する筒状のもので、図6に示すように、現像ローラ(310)に外装されている。前記薄膜部材(311)としては、ナイロンからなる軟質の樹脂にカーボンを添加したシートが使用される。
【0107】
本発明においてはこの薄膜部材が0.6≦(d50/Ra)≦3.0の関係を満たすように表面が粗面化されている。粗面は薄膜部材を形成する金型の面を所望の粗さに予め荒らしておくことによって形成され、金型の荒らし量を調整することによって調整することができ、現像器に充填するトナーの重量平均粒径を考慮して、上記関係を満たすようにすればよい。
【0108】
薄膜部材(311)を装着された現像ローラ(310)は図5に示すように、支軸(310a)を側板(404),(404)の軸受孔(407),(407)(一方は図示せず)に挿通して回転可能に支持されるとともに、図示しない駆動源に駆動連結されている。また、現像ローラ(310)の両端部は側板(404),(404)に形成した凹所(408)に位置させてあり、凹所(408)と現像ローラ(310)に外装されている薄膜部材(311)との間には、両端ガイド弾性パッド(309)が薄膜部材(311)を現像ローラ(310)の外周面に密着させるように介在させてある。前記弾性パッドとしては、発泡材の表面に前記ポリエステルフィルムを設けたものが使用される。
【0109】
しかし、凹所(408)の感光体ドラム(10)側は、側板(404)の前面(404a)に開放されており、この部分には弾性パッド(309)は存在しない。
【0110】
したがって、薄膜部材(311)の弾性パッド(309)と接触する部分は現像ローラ(310)の外周面に密接し、それ以外の部分、即ち、側板(404)の前面(404a)に位置する部分には、現像ローラ(310)の周長よりもやや長目に形成されている薄膜部材(311)の余長部分が集中し、薄膜部材(311)と現像ローラ(310)との間に空間部(S)が形成され、該空間部(S)を覆う薄膜部材(311)の外周面が感光体ドラム(10)の周面に接触している。
【0111】
なお、弾性パッド(309)、現像ローラ(310)、薄膜部材(311)としては、現像ローラ(310)の外周面と薄膜部材の内周面との動摩擦係数をν1、薄膜部材(311)の外周面と弾性パッド(309)との動摩擦係数をν2としたとき、ν1>ν2の関係を満足するものが選択されている。
【0112】
このため、現像ローラ(310)が矢印(b)方向に回転すると、薄膜部材(311)は現像ローラ(310)との間にスリップを生じることなくこれに従動回転し、空間部(S)を覆う薄膜部材(311)の外面が適当なニップ幅をもって感光体ドラム(10)の表面を摺擦する。
【0113】
現像ローラ(310)の上部に設けた支持部材(306)の背面側には、ブレード(312)が取り付けてあり、該ブレード(312)は現像ローラ(310)の背面側斜め上部に薄膜部材(311)を介して圧接している。なお、ブレード(312)としては、SUSからなるバネ性の金属薄板が使用されている。
【0114】
また、フレーム(303)の現像ローラ(310)と対向する部分には、発泡ウレタンからなる弾性層の表面にシリコンゴムシートを設けたトナー均しパッド(313)が取り付けてあり、該トナー均しパッド(313)は薄膜部材(311)を介して現像ローラ(310)の外周面に接触している。
【0115】
現像槽(302)の後部にはトナー収容槽(315)が形成され、このトナー収容槽(315)にはアジテータ(314)が矢印(c)方向に回転駆動可能に設けてあり、アジテータ(314)はトナー収容槽(315)内に収容されているトナー(To)を矢印(c)方向に移動させつつそのブロッキング等を防止するようにしてある。
【0116】
以下、前記構成からなる現像装置(30)の動作について説明する。
図示しない駆動源にて現像ローラ(310)、アジテータ(314)がそれぞれ矢印(b),(c)方向に回転している状態において、トナー収容槽(315)内のトナー(To)はアジテータ(314)の撹拌作用を受けて矢印(c)方向に強制移動される。
【0117】
一方、薄膜部材(311)は現像ローラ(310)との摩擦力により矢印(b)方向に従動しており、薄膜部材(311)と接するトナー(To)は薄膜部材(311)との接触及び静電気的な力によって矢印(b)方向への搬送力を受ける。そして、トナー(To)は、薄膜部材(311)とブレード(312)の先端部とで形成されるくさび状の取込部(313)に取り込まれ、ブレード(312)の圧接部に達すると、薄膜部材(311)の表面に薄層状に均一に塗布されると共に、摩擦帯電される。
【0118】
薄膜部材(311)上に保持されたトナー(To)は、現像ローラ(310)に従動する薄膜部材(311)の動作に従って感光体ドラム(10)との対向部(現像領域(X))に運ばれると、感光体ドラム(10)の表面電位と現像ローラ(310)に印加されているバイアス電圧との電圧差に基づき、感光体ドラム(10)の表面に形成されている静電潜像に付着してトナー像を形成する。
【0119】
ここで、感光体ドラム(10)と接する薄膜部材(311)は、空間部(S)を介して現像ローラ(310)と非接触状態にあるため、薄膜部材(311)は感光体ドラム(10)にソフトに、しかも適当なニップ幅をもってむらなく接触し、感光体ドラム(10)の静電潜像に均一なトナー像を形成する。また、感光体ドラム(10)の周速度を薄膜部材(311)の速度との間に速度差をつけた場合には、非画像部のカブリ除去に効果があり、その際にもいったん感光体ドラム(10)上に形成されたトナー像は破壊されることはない。
【0120】
現像領域(X)を通過したトナー(To)は引き続き薄膜部材(311)とともに矢印(b)方向に搬送され、トナー均しパッド(313)との間を通過する際に、先程現像領域(X)で消費されたトナー(To)の消費パターンが消去されて、表面トナー層の均一化が図られる。
【0121】
そして、再びブレード(312)の圧接部にて薄膜部材(311)の表面には均一な帯電トナー薄層が形成され、以下、前述の動作を繰り返す。
【0122】
次に、非磁性トナーを用いた一成分非接触現像方法を図7に示す現像装置を例にあげて説明する。
【0123】
図7に示すように、円筒状になった導電性支持体201aの表面に感光層201bが形成された感光体ドラムからなる像担持体10を用い、この像担持体10の表面を帯電装置(図示せず)によって帯電させた後、この像担持体10の表面に適当な露光装置(図示せず)から光を照射させて、この像担持体10の表面に画像情報に応じた静電潜像を形成するように構成されている。
【0124】
そして、現像剤担持体211として、導電性の回転軸211aの周囲に導電性の弾性層211bが設けられてなる導電性基体211cの表面に高抵抗層211dが形成されたものを用い、この現像剤担持体211を像担持体10と所要間隔を介して対向するように設け、この現像剤担持体211における導電性基体211cと像担持体10とが適当な間隔Dsで対向するようにしている。
【0125】
ここで、上記の回転軸211aの周囲に設ける導電層211bを構成する材料としては、例えば、エチレン−プロピレン−ジエン−メチレン共重合ゴム(EPDM)、シリコンゴム、ウレタンゴム等のゴム材料が用いられ、これにケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック等のカーボンブラックを分散させて体積固有抵抗値を106Ω・cm以下にしたものが一般に用いられる。
【0126】
一方、この導電層211bの表面に設ける高抵抗層211dを構成する材料としては、一般にナイロンやウレタン等の樹脂材料で、体積固有抵抗値が1010Ω/cm以上のものが用いられ、またこの高抵抗層211dの層厚を10〜150μm、好ましくは50〜100μmの範囲になるようにする。
【0127】
本発明においてはこの表面層211dが
0.6≦(d50/Ra)≦3.0
の関係を満たすように表面が粗面化されている。粗面化は、微粒子を添加することにより所望の粗さに調整することができ、現像器に充填するトナーの重量平均粒径を考慮して、上記関係を満たすようにすればよい。
【0128】
そして、この現像剤担持体211が設けられた現像装置における装置本体210の収容部210a内に現像剤(トナー)212を収容させ、この現像剤212を回転する送り羽根213によって現像剤担持体211に送り、この現像剤212を現像剤担持体211の表面に保持させ、この現像剤担持体211の回転により現像剤212を像担持体10と対向する現像領域に搬送する。
【0129】
そして、このように現像剤担持体211により現像剤212を像担持体10と対向する現像領域に搬送する途中において、この現像剤担持体211の表面に装置本体210内に設けられた規制部材214を圧接させ、この規制部材214により現像剤担持体211によって搬送される現像剤212の量を規制すると共に、この現像剤212を摩擦帯電させるようにしている。
【0130】
ここで、上記の規制部材214としては、例えば、ステンレスやリン青銅で構成され、厚さ0.08〜0.2mmの範囲になった板ばねが用いられる。
【0131】
そして、上記にように規制部材214により規制されて摩擦帯電された現像剤212を現像剤担持体211によって像担持体10と対向する現像領域に搬送させると共に、この現像剤担持体211に電源215から直流電圧に交流電圧を重畳させた現像バイアス電圧を印加させて、この現像剤担持体211における導電性基体211cと像担持体10との間に直流電界に交番電界が重畳された電界を作用させ、これにより現像剤担持体211の表面に保持された現像剤212を像担持体10に形成された静電潜像に供給して現像を行なうようになっている。
【0132】
ここで、上記のように電源215から直流電圧と共に交流電圧を印加させるにあたり、この交流電圧のピークピーク値Vppを、この現像剤担持体211における導電性基体211cと像担持体10とが対向する間隔Dsで割った値、すなわち現像剤担持体211における導電性基体211cと像担持体10との間に作用する交番電界の強さ(Vpp/Ds)が4〜9kV/mmの範囲になるようにしている。
【0133】
以下の具体的実施例では現像剤担持体211としては、ステンレス製の回転軸211aの周囲に体積固有抵抗が105Ω・cmのEPDMからなる導電層211bが設けられた導電性基体211cの上に、体積固有抵抗が7×1010Ω・cmのウレタンで構成された高抵抗層211dを設け、この高抵抗層211dの層厚が30μmとになった種々のRa粗さを有する現像剤担持体211を用いるようにした。
【0134】
次に、磁性トナーを用いた一成分非接触現像方法を図8に示す現像装置を例にあげて説明する。
図8に示すように、現像剤を搬送させる現像剤搬送部材(511)として複数のN1、S1、N2、S2を有するマグネットローラ(511a)が固定して内周側に設けられ、表面に厚さ30μm、体積抵抗7×1010Ω・cmのウレタン層を設けた円筒状のアルミニウムからなる現像スリーブ(511b)を用い、この現像スリーブ(511b)を現像領域において像担持体である感光体(501)と適切な間隔(Ds)を介して対向するようにして回転可能に保持されている。
【0135】
そして、この現像剤担持体511が像担持体501と対向する現像領域と反対側における装置本体510内に現像剤512を収容させると共にアジテーター513を設け、このアジテーター513を回転させて装置本体510内に収容された現像剤512を上記の現像剤担持体511の表面に供給するようにしている。そして、この現像剤担持体511を回転させ、上記のように表面に供給された現像剤512をこの現像剤担持体511により像担持体501と対向する現像領域に搬送させる途中において、装置本体510内に設けられた規制部材515をこの現像剤担持体511の表面に圧接させ、この現像剤担持体511によって現像領域に搬送される現像剤512の量を規制すると共に、この現像剤担持体511の表面における現像剤512を摩擦帯電させるようにしている。
【0136】
そして、このように規制部材515により搬送量が規制されて摩擦帯電された現像剤512を上記の現像剤担持体511によって像担持体501と対向する現像領域に搬送し、この現像剤担持体511に電源515から現像バイアス電圧を印加して、現像剤担持体511の表面に保持された現像剤512を像担持体501に形成された静電潜像に供給して現像をおこなうようになっている。
【0137】
像担持体501と所要間隔を介して対向する現像剤担持体511の表面に現像剤512を保持させて像担持体と対向する現像領域に導くと共に、現像剤担持体に交番電圧を印加させて現像を行なう現像装置において、現像剤担持体に印加させる交番電圧のピークピーク値Vppと、この現像剤担持体における導電性基体と上記の像担持体とが対向する間隔Dsとが、4kV/mm≦Vpp/Ds≦9kV/mmの関係を満たすようにした。
【0138】
【実施例】
(ポリエステル樹脂Aの製造例)
温度計、ステンレス製撹拌棒、流下式コンデンサーおよび窒素導入管を取り付けたガラス製4つ口フラスコに、ポリオキシプロピレン(2,2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン(2,0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンおよびテレフタル酸をモル比4:6:9に調整して重合開始剤(ジブチル錫オキシド)とともに入れた。これをマントルヒーター中において窒素雰囲気下にて、撹拌加熱しながら加熱することにより反応させた。そして、この反応の進行は、酸価を測定することにより追跡した。所定の酸価に達した時点で反応を終了させて室温まで冷却し、ポリエステル樹脂を得た。得られたポリエステル樹脂を1mm以下に粗砕したものを以下のトナーの製造で用いた。なお、ここで得られたポリエステル樹脂Aの軟化点(Tm)は110.3℃、ガラス転移点(Tg)は68.5℃、酸価は3.3KOHmg/g、水酸価は28.1KOHmg/g、数平均分子量(Mn)は3300、重量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn)は4.2であった。
【0139】
(ポリエステル系樹脂B及びCの製造例)
ポリエステル樹脂Aの製造例において表1のモル比でアルコール成分及び酸成分に変更する以外は同等に樹脂B、Cを得た。
【0140】
【表1】
【0141】
樹脂のガラス転移点Tgの測定は示差走査熱量計(DSC−200:セイコー電子社製)を用いて、リファレンスをアルミナとし、10mgの試料を昇温速度10C/minの条件で20〜160℃の間で測定し、メイン吸熱ピークのショルダー値をガラス転移点とした。
【0142】
樹脂の軟化点Tmの測定はフローテスター(CFT−500:島津製作所社製)を用い、ダイスの細孔(径1mm、長さ1mm)、加圧20kg/cm2、昇温速度6℃/minの条件下で1cm3の試料を溶融流出させたときの流出開始点から流出終了点の高さの1/2に相当する温度を軟化点とした。
【0143】
数平均分子量、重量平均分子量についてはゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(807−IT型:日本分光工業社製)を用いて測定を行い、カラムを40℃に保ち、キャリア溶媒としてテトラヒドロフランを10kg/cm3で流し、測定する試料30mgをテトラヒドロフラン20mlに溶解させ、この溶液0.5mgを上記キャリア溶媒とともに導入して、ポリスチレン換算により求めた。
【0144】
(ポリエステル樹脂Dの製造例)
温度計、撹拌器、流下式コンデンサーおよび窒素導入管を取り付けたガラス製4つ口フラスコに、ポリオキシプロピレン(2,2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン(2,2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、イソドデセニル無水コハク酸、テレフタル酸およびフマル酸を重量比82:77:16:32:30に調整して重合開始剤であるジブチル錫オキサイドとともに入れた。これをマントルヒーター中で窒素雰囲気下にて、220℃で撹拌しつつ反応させた。得られたポリエステル系樹脂Dの軟化点は110℃、ガラス転移点は60℃、酸価は17.5KOHmg/gであった。
【0145】
(ポリエステル樹脂Eの製造例)
スチレンおよび2−エチルヘキシルアクリレートを重量比17:3.2に調整し、重合開始剤であるジグミルパーオキサイドとともに滴下ロートに入れた。一方、温度計、撹拌器、流下式コンデンサーおよび窒素導入管を取り付けたガラス製4つ口フラスコに、ポリオキシプロピレン(2,2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、ポリオキシエチレン(2,2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、イソドデセニル無水コハク酸、テレフタル酸、無水1,2,4−ベンゼントリカルボン酸およびアクリル酸を重量比42:11:11:11:8:1に調整して重合開始剤であるジブチル錫オキサイドとともに入れた。これをマントルヒーター中で窒素雰囲気下にて、135℃で撹拌しつつ、滴下ロートよりスチレン等を滴下した後、昇温して230℃で反応させた。得られたポリエステル系樹脂Eの軟化点は150℃、ガラス転移点は62℃、酸価は24.5KOHmg/gであった。
【0146】
上記組成よりなる混合物を加圧ニーダーに仕込み混練りした。得られた混練物を冷却後フェザーミルにより粉砕し顔料マスターバッチを得た。
【0147】
上記よりなる材料をヘンシェルミキサーで十分混合した後、混合物を2軸押出混練機(PCM−30;池貝鉄工社製)の排出部ノズルの口径を大きくしたもので溶融混練し得られた混練を迅速に冷却した後、フェザーミルで粗粉砕した。その粗粉砕物をジェット粉砕機(IDS;日本ニューマチック工業社製)で粉砕粗分分級したのち、DS分級機(日本ニューマチック工業社製)で微粉分級することにより重量平均粒径7.1μmのトナー粒子を得た。
【0148】
このトナー粒子100重量部に対してBET比表面積225m2/g疎水性シリカ(TS−500:キャボジル社製)0.5重量部と、疎水性シリカ(AEROSIL90G:日本アエロジル社製)のヘキサメチレンジシラザン処理品:BET比表面積65m2/g、PH6.0(疎水化度65%以上)1.0重量部を添加し、ヘンシェルミキサーで(周速40sec、60秒間)混合した後、図1に示す構成を有する瞬間的加熱装置により以下の条件で熱による表面改質を行いトナー1(重量平均粒径7.0μm)を得た。
【0149】
なお、下記表2でトナー1を実施例2に使用した場合をトナー2、実施例3に使用した場合をトナー3ということにする。
(表面改質処理の条件)
現像剤供給部 ; テーブルフィーダー+振動フィーダー
分散ノズル ; 4本(全周に対して、各90度の対称形配置)
噴出角度 ; 30度
熱風風量 ; 800L/min
分散風量 ; 55L/min
吸引風量 ; −1200L/min
分散濃度 ; 100g/m3
処理温度 ; 250℃
滞留時間 ; 0.5秒
冷却風温度 ; 15℃
冷却水温度 ; 10℃
【0150】
トナー4〜7
トナー1の製法において微粉、分級条件を変え、トナー粒子の重量平均粒径を違える以外、トナー1の製法と同様にしてトナー4〜7を得た。
トナー4: 重量平均粒径 9.0μm
トナー5: 重量平均粒径 5.1μm
トナー6: 重量平均粒径 8.8μm
トナー7: 重量平均粒径 6.0μm
【0151】
トナー8および9
トナー1の製造例において、重量平均粒径7.1μm、処理温度200℃、300℃に変更する以外は、同様の方法、組成によりトナー8、9を得た。
【0152】
トナー10
ポリエステル樹脂Aの量を100重量部に変更し、顔料マスターバッチをカーボンブラック(モーガルL;キャボット社製)4重量部に変更する以外はトナー1の製造例と同様の組成方法により、トナー10を得た。
【0153】
トナー11(オイルレス定着用黒トナー)
ポリエステル樹脂Dを40重量部、ポリエステル樹脂Eを60重量部、ポリエチレンワックス(800P;三井石油化学工業社製;160℃における溶融粘度5400cps;軟化点140℃)2重量部、ポリプロピレンワックス(TS−200;三井化成工業社製;160℃における溶融粘度120cps;軟化点145℃;酸価3.5KOHmg/g)2重量部、酸性カーボンブラック(モーガルL;キャボット社製;pH2.5;平均1次粒径24nm)8重量部および下記式で示される負荷電制御剤2重量部;
【化1】
をヘンシェルミキサーで充分混合し、二軸押出混練機で溶融混練後、冷却しその後、ハンマーミルで粗粉砕しジェット粉砕機で微粉砕した後、分級して重量平均粒径7.1μmのトナー粒子を得た。
【0154】
トナー1の製造例において、熱処理前の流動化処理の量を疎水性シリカ(TS−500:キャボジル社製)0.6重量部と、疎水性シリカ(AEROSIL 90G;日本アエロジル社製)のヘキサメチレンジシラザン処理品;BET比表面積65m2/g,pH6.0,疎水化度65%以上)1.2重量部と増量し、表面改質処理の条件として、処理温度を270℃とする以外はトナー1の製造と同様にしてトナー11(重量平均粒径7.2μm)を得た。
【0155】
トナー12
トナー1の製法においてポリエステル樹脂Bと樹脂Cを20:80の割合でブレンドしたものに変更する以外は同様の組成によりトナー12(重量平均粒径7.2μm)を得た。
【0156】
トナー13
トナー12の製法においてポリエステル樹脂Bの量を20重量部、ポリエステル樹脂Cの量を80重量部に変更し、顔料マスターバッチをカーボンブラック(モーガルL;キャボット社製)4重量部に変更する以外は同様の組成によりトナー13(重量平均粒径7.2μm)を得た。
【0157】
トナー14(以下、比較例のトナー)
トナー1の製法において微粉分級条件を変え、トナー粒子の重量平均粒径7.1μmのトナー粒子を得た。このトナー粒子100重量部に対して疎水性シリカ(RX200:日本アエロジル社製:BET比表面積140m2/g、PH7.0)1.0重量部を添加し、以下の条件で熱による表面改質を行い重量平均粒径8.4μmのトナー粒子14を得た。
(表面改質処理の条件)
現像剤供給部 ; テーブルフィーダー
分散ノズル ; 2本(全周に対して、対称形配置)
噴出角度 ; 45度
熱風風量 ; 620L/min
分散風量 ; 68L/min
吸引風量 ; −900L/min
分散濃度 ; 150g/m3
処理温度 ; 300℃
滞留時間 ; 0.5秒
冷却風温度 ; 30℃
冷却水温度 ; 20℃
【0158】
トナー15
トナー9の製造例において、処理温度150℃(重量平均粒径7.1μm)に変更する以外は同様の方法、組成によりトナー15を得た。
【0159】
トナー16
ポリエステル樹脂A100重量部に対し、マゼンタ顔料(C.I.ピクメントレッド184)部数が15重量部並びに化合物化1で示されるホウ素化合物1重量部およびトルエン400重量部を超音波ホモジナイザー(出力400μA)を用いて30分間混合して溶解・分散させることにより着色樹脂溶液を調整した。
【0160】
一方、分散安定剤として4重量%の水酸化りん酸カルシウムを含有する水溶液1000重量部にラウリル硫酸ナトリウム(和光純薬社製)0.1重量部を溶解させることにより水性分散液を調整した。上記水性分散液100重量部をTKオートホモミクサー(特殊機化工業社製)により、4000rpmで撹拌している中に上記着色樹脂溶液50重量部を滴下し、着色樹脂溶液の液滴を水性分散液中に懸濁させた。この懸濁液を60℃、100mmHgの条件下で5時間放置することにより、液滴からトルエンを除去し、着色樹脂粒子を析出させた。次いで濃硫酸により、水酸化リン酸カルシウムを溶解した後、濾過と水洗を繰り返し行った。この後、スラリー乾燥装置(ディスパーコート:日清エンジニアリング社製)により、80℃で着色剤粒子の乾燥を行い、マゼンタトナー16(重量平均粒径:7.2μm)を得た。
【0161】
トナー17
トナー1の熱処理前の粒子をトナー17とした。
【0162】
トナー18
熱処理条件を250℃にする以外、トナー13の製造と同様にして、重量平均粒径7.9μmのトナー18を得た。
【0163】
トナー19
スチレン60重量部、n−ブチルメタクリレート35重量部、メタクリル酸5重量部、2−2アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)0.5重量部、低分子量ポリプロピレン(ビスコール660P;三洋化成工業社製)3重量部、カーボンブラック(MA♯8;三菱化学社製)8重量部およびクロム錯体(アイゼンスピロンブラックTRH;保土ケ谷化学工業社製)をサンドスターラーにより混合して重合組成物を調整した。この重合組成物を濃度3重量%のアラビアゴム水溶液中で撹拌機TKオートホモミクサー(特殊機化工業社製)を用いて回転数4000rpmで撹拌しながら、60℃で6時間重合反応させ、平均粒径6.8μmの球状粒子を得た。球状粒子の濾過/水洗を3回繰り返した後、濾過物を35℃、30%RHの環境下にて風乾し、トナー19を得た。
【0164】
以上のようにして得られたトナー1〜トナー17について、トナー重量平均粒径(d50)(μm)、重量平均粒径の2倍以上の粒子の含有割合(>2d50(wt%))、重量平均粒径の1/3以下の粒子の含有割合(<1/3d50(pop%))円形度(平均円形度)、円形度標準偏差(SD)、トナー表面性状性(D/d50)を表2中にまとめた。
【0165】
【表2】
【0166】
なお、平均粒径、その分布については、コールクマチサイザー(コールタカウンタ社製)を用い、アパチャーチューブ径50μmで測定した。
平均円形度、SD値については、フロー式粒子像分析装置(EPIA−1000:東亜医用電子社製)を用いて測定した。
【0167】
また、D/d50を計算するに必要なS(BET比表面積)は、フローソーブ2300型(島津製作所社製)を用いて測定した。
【0168】
以上の各トナー100重量部に対して、BET比表面積110m2/gの疎水性シリカR972(日本アエロジル社製)0.5部およびBET比表面積9m2/gチタン酸ストロンチウム粒子0.3部を添加し、ヘンシェルミキサーを用い30m/secで180秒間混合処理を行った。その後円形振動篩器(目開き77μm)にてふるいした。
【0169】
評価機としては図4の構成を有する現像器を備え図3の構成を有するフルカラープリンター Color PagePro TM PS (カラーページプロPS):ミノルタ社製)(改造)を用いた。
プリンター条件:
現像バイアス :−300V
システムスピード :140mm/sec
d50/Ra、(表2中)
【0170】
上記で調整したトナーを評価機に充填し、マゼンダ画像を単色でコピーし、搬送性、スリーブ上小径成分量、感光体カブリ(P/Cカブリ)、スリーブフィルミング、荷電安定性、について下記のように評価し、ランク付した。結果を表3に示す。
【0171】
(搬送性)
搬送性については、搬送過多かどうか、または搬送不良かどうかで判断した。搬送過多については(帯電不良)
B/W0%(白)で10枚通紙後の画像を確認しカブリを確認し、以下のようにランク付した。なおB/Wは画像部/非画像部を表す。
○:カブリなし
△:若干カブリは発生したが実用上問題なし
×:カブリ発生
搬送不良については
B/W30%で5〜10枚通紙後B/W100%の画像を確認し濃度を確認し、以下のようにランク付した。
○:濃度ムラなし
△:若干濃度ムラは発生したが実用上問題なし
×:濃度ムラ発生
【0172】
(スリーブフィルミング)
スリーブフィルミングとはトナー粒子の融着等によってスリーブ表面に形成されたトナー粒子成分によるスリーブ上の皮膜をいう。B/W5%で5000枚通紙後確認し、以下のようにランク付した。
○: フィルミングは発生していなかった
△: フィルミングは僅かに発生していたものの、実用上問題無し
×: フィルミングが顕著に発生していた
【0173】
(スリーブ上トナー小径成分量)
スリーブ上に形成されたトナー薄層に占める粒径5μm以下のトナー粒子の割合(個数%)を求めた。具体的には、B/W5%で3000枚通紙後、スリーブ上に形成されたトナー薄層を吸い取り、その吸いとったトナーサンプルの個数基準粒径分布を測定し、その時の粒径5μm以下のトナーの個数含有率を確認し、以下のようにランク付した。
○: 25%以下
△: 25〜35%
×: 35%以上
【0174】
(感光体カブリ)
イメージングカートリッジの現像装置にトナーをセットしプリンターに装着した後、B/W5%で5〜10枚印字した後(初期)と10K後に白現像(白紙モード)で1枚通紙を行ない、その通紙途中で止める。
止めた後イメージングカートリツジをプリンターからとり出し、感光体カブリを観察する。
○: カブリがほとんど発生していない;
△: 若干カブリは発生したが実用上問題なし;
×: カブリ発生
【0175】
(荷電安定性)
B/W比5%の文字パターンを複写し、初期および5K枚複写後において白現像(白紙モード)で1枚通紙を行い、スリーブ上トナーの吸引法による帯電量測定を行い、それらの差に基いて以下の通りランク付けした。
荷電安定性は初期と5K枚複写後の帯電量差の絶対値が5μC/g以下のものを○、これより大きなものを×とした。
【0176】
【表3】
【0177】
評価機としては図7の構成を有する現像器に改造したフルカラープリンター(Color Page Pro TM PS:ミノルタ社製)を用い以下の設定条件で評価した。
【0178】
プリンター条件
システムスピード :200mm/sec
直流バイアス :−450V
振動電界(Vp−p/Ds):7.5KV/mm
d50/Ra、Dsは表4中に示した。
【0179】
上記で調整したトナーを評価機に充填し、搬送性、スリーブ上小径成分量、感光体カブリ(P/Cカブリ)、移動性、スリーブフィルミング、荷電安定性、キメについて下記のように評価し、ランク付した。結果を表5に示す。
【0180】
【表4】
【0181】
【表5】
【0182】
(搬送性)
搬送性については、実施例1と同様の評価を行った。
【0183】
(移動性)
B/W5%で5〜10枚通紙後、現像バイアスを低バイアス〜高バイアス数段階にわけて印加する、画像パータンはφ5のべた画像で印加途中で停止し、PC(感光体)上の付着量を測定し、以下のようにランク付した。
◎: PC上付着量 きわめてよいレベル
○: PC上付着量 適切なレベル
△: PC上付着量 実用上問題のないレベル
×: PC上付着量 少ない
【0184】
(スリーブフィルミング)
スリーブフィルミングとはトナー粒子の融着等によってスリーブ表面に形成されたトナー粒子成分によるスリーブ上の皮膜をいい、C/W5%で10000枚通紙後、確認し、以下のようにランク付した。
○: フィルミングは発生していなかった
△: フィルミングは僅かに発生していたものの、実用上問題無し
×: フィルミングが顕著に発生していた
【0185】
(スリーブ上トナー小径成分量)
実施例1と同様の評価を行った。
【0186】
(感光体カブリ)
実施例1と同様の評価を行った。
【0187】
(荷電安定性)
B/W比5%の文字パターンを複写し、初期および10K枚複写後において白現像(白紙モード)で1枚通紙を行い、スリーブ上トナーの吸引法による帯電量測定を行い、それらの差に基いて以下の通りランク付けした。
荷電安定性は初期と10K枚複写後の帯電量差の絶対値が5μC/g以下のものを○、これより大きなものを×とした。
【0188】
(画像のキメ)
ハーフトーン画像で確認し、以下のようにランク付した。
○: 画像のキメが細かい
△: 若干キメが粗くなっているものの実用上問題なし
×: 画像のキメが粗い
【0189】
〔トナー(磁性黒トナー)の調製〕
(1)トナー20の調製
ポリエステル系樹脂D(L体)を40重量部、ポリエステル系樹脂E(H体)を60重量部、ポリエチレンワックス(800P;三井石油化学工業社製;160℃における溶融粘度5400cps;軟化点140℃)2重量部、ポリプロピレンワックス(TS−200;三洋化成工業社製;160℃における溶融粘度120cps;軟化点145℃;酸価3.5KOHmg/g)2重量部、磁性粒子(マグネタイト;「EPT−1000」;戸田工業社製)50重量部および負荷電制御剤としてクロム錯体(アイゼンスピロブラックTRH;保土ケ谷化学工業社製)2重量部をヘンシェルミキサーで十分混合し、二軸押出混練機で溶融混練後、冷却し、その後ハンマーミルで粗粉砕し、ジェット粉砕機で微粉砕した後、分級して重量平均粒径7.0μmのトナー粒子Aを得た。
【0190】
このトナー粒子100重量部に対して、BET比表面積225m2/gの疎水性シリカ(「TS−500」;キャボジル社製)0.6重量部と疎水性シリカ(「AEROSIL 90G」(日本アエロジル社製)のヘキサメチレンジシラザン処理品;BET比表面積 65m2/g、pH6.0、疎水化度65%以上)1.2重量部を添加し、ヘンシェルミキサーで混合(周速40m/secで60秒間)した後、図3に示す装置により、以下の条件で、300℃で熱処理して重量平均粒径7.1μmのトナー粒子20を得た。
【0191】
〔表面改質処理の条件〕
現像剤供給部; テーブルフィーダー+振動フィーダー
分散ノズル ; 4本(全周に対して、各90度の対称形配置)
噴出角度 ; 30度
熱風風量 ; 800L/min
分散風量 ; 55L/min
吸引風量 ; −1200L/min
分散濃度 ; 100g/m3
処理温度 ; 300℃
滞留時間 ; 0.5秒
冷却風温度 ; 15℃
冷却水温度 ; 10℃
【0192】
尚、上記トナー20を実施例30に使用した場合をトナー21、実施例31に使用した場合をトナー22と呼ぶ。
【0193】
(2)トナー23の調製
表面改質処理前の、分級された重量平均粒径を9.0μmに調整した以外はトナー20と同様に流動化処理および表面改質処理して、トナー23を得た。
【0194】
(3)トナー24の調製
表面改質処理前の、分級された重量平均粒径を5.1μmに調整した以外はトナー20と同様に流動化処理および表面改質処理して、トナー24を得た。
【0195】
(4)トナー25の調製
表面改質処理前の、分級された重量平均粒径を8.8μmに調整した以外はトナー20と同様に流動化処理および表面改質処理して、トナー25を得た。
【0196】
(5)トナー26の調製
表面改質処理前の、分級された重量平均粒径を6.0μmに調整した以外はトナー20と同様に流動化処理および表面改質処理して、トナー26を得た。
【0197】
(6)トナー27の調製
表面改質処理の熱処理温度を250℃に変更した以外はトナー20と同様に流動化処理および表面改質処理して、トナー27(重量平均粒径7.2μm)を得た。
【0198】
(7)トナー28の調製
表面改質処理の熱処理温度を350℃に変更した以外はトナー20と同様に流動化処理および表面改質処理して、トナー28(重量平均粒径7.3μm)を得た。
【0199】
(8)トナー29の調製
トナー20の調整で得られたトナー粒子A100重量部に対して、添加する疎水性シリカ(「RX200」:日本アエロジル社製;BET比表面積140m2/g、pH7.0)1重量部を添加し、ヘンシェルミキサーで混合処理(周速40m/sec、180秒間)した後、図1に示す装置により以下の条件で熱による表面改質処理を行ってトナー29(重量平均粒径7.8μm)を得た。
【0200】
〔表面改質処理条件〕
現像剤供給部; テーブルフィーダー
分散ノズル ; 2本(全周に対して、対称形配置)
噴出角度 ; 45度
熱風風量 ; 620L/min
分散風量 ; 68L/min
吸引風量 ; −900L/min
分散濃度 ; 150g/m3
処理温度 ; 300℃
滞留時間 ; 0.5秒
冷却風温度 ; 30℃
冷却水温度 ; 20℃
【0201】
(9)トナー30の調製
表面改質処理の熱処理温度を170℃に変更した以外はトナー29と同様に流動化処理および表面改質処理して、トナー30(重量平均粒径7.3μm)を得た。
【0202】
(10)トナー31の調製
スチレン60重量部、n−ブチルメタクリレート35重量部、メタクリル酸5重量部、2−2アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)0.5重量部、低分子量ポリプロピレン(ビスコール660P;三洋化成工業社製)3重量部、磁性粒子(フェライト粒子;「MFP−2」;TDK社製)35重量部およびクロム錯体(「アイゼンスピロブラックTRH」;保土ケ谷化学工業社製)重量部をサンドスターラーにより混合して重合組成物を調製した。この重合組成物を濃度3重量%のアラビアゴム水溶液中で撹拌機TKオートホモミクサー(特殊機化工業社製)を用いて回転数5,000rpmで撹拌しながら、60℃で6時間重合反応させ、重量平均粒径6.8μmの球状粒子を得た。球状粒子の濾過/水洗を3回繰り返した後、濾過物を35℃、30%RHの環境下にて風乾し、トナー31を得た。
【0203】
(11)トナー32の調製
トナー20の調整で得られたトナー粒子Aをトナー32とした。
【0204】
各トナー粒子100重量部に対して、BET比表面積110m2/gの疎水性シリカR972(日本アエロジル社製)0.5重量部およびBET比表面積9m2/gのチタン酸ストロンチウム粒子0.3重量部を添加し、ヘンシェルミキサーを用い、周速度30m/secで180秒間混合処理を行った。その後、円形振動篩器(目開き77μm)にてふるいした。
【0205】
得られたトナー20〜32についてトナーの、重量平均粒径d50>2d50(wt%)、<1/3d50(pop%)、円形度、SD値およびD/d50を表6に示した。
【表6】
ここで、>2d50(wt%)は重量平均粒径の2倍以上の粒径を有するものの含有割合、<1/3d50(pop%)は重量平均粒径の1/3以下の粒径を有するものの含有割合をそれぞれ表す。
【0206】
実施例29〜39
表7に示す磁性トナーを用い、表7に示すd50/Ra比となるように現像剤搬送担持体の表面粗さを調整して非接触一成分現像試験を行った。現像は図8に示す現像装置〔システム300mm/sec対応機であるDi33改造機(ミノルタ社製)〕を用いて行った。(直流現像バイアス:−450V、Vp-p/Ds:7KV/mm)
各実施例の現像状態を、搬送性、スリーブ上小径成分量、初期P/C(感光体)かぶり、移動性、スリーブフィルミング、帯電安定性およびキメについて評価し、その結果を表7に示した。
【0207】
比較例17〜22
表7に示す磁性トナーを用い、表7に示すd50/Ra比で、実施例と同様に一成分現像試験を実施した。現像結果を実施例とともに表7に記載した。
【0208】
【表7】
【0209】
表7に於ける搬送性、スリーブ上小径成分量、初期P/Cカブリ、移動性、スリーブフィルミング、荷電安定性およびキメの評価方法および評価基準はそれぞれ次の通りである。
〔搬送性〕
搬送過多については、実施例1と同様にして評価した。
【0210】
〔スリーブ上小径成分量〕
実施例1と同様にして評価した。
【0211】
〔初期P/Cカブリ〕
カブリは耐環境性を加味して行った。
環境条件:
H/H環境:30℃、85%RH、
L/L環境:10℃、15%RH。
B/W30%の文字パターンを複写し、10〜20枚印字後、白紙途中で止め、止めた後、イメージングユニットを複写機Di33改造機から取り出し、感光体のカブリを観察した。
評価基準
○:カブリがほとんど発生していない;、
△:若干カブリは発生したが実用上問題なし、
×:カブリ発生。
【0212】
〔移動性〕
実施例14と同様の評価を行った。
【0213】
〔スリーブフィルミング〕
スリーブフィルミングとはトナー粒子の融着等によってスリーブ表面に形成されたトナー粒子成分によるスリーブ上の皮膜をいう。
B/W30%で30,000枚印刷後、スリーブ表面を目視観察した。
評価基準
○:フィルミングは発生していなかった、
△:フィルミングはわずかに発生していたものの、実用上問題なし、
×:フィルミングが顕著に発生していた。
【0214】
〔荷電安定性〕
B/W比30%画像を複写し、初期および30,000枚複写後において、帯電量の測定を行い(NN環境)、両者の差に基づいて評価した。
評価基準
○:初期と30,000枚複写後の帯電量差の絶対値が5μC/g以下、
×: 〃 が5μC/gより大。
【0215】
〔キメ〕
実施例14と同様の評価を行った。
【図面の簡単な説明】
【図1】 瞬間的加熱処理を行なうための装置の概略構成図。
【図2】 図1の装置における試料噴射室の概略水平断面図。
【図3】 一成分フルカラー画像形成装置の概略構成図。
【図4】 現像装置の概略構成図。
【図5】 薄膜部材を装着された現像ローラの構成関係を示す概略構成図。
【図6】 現像ローラと感光体ドラムの構成関係を示す概略構成図。
【図7】 非磁性トナー用一成分非接触現像装置の概略構成図。
【図8】 磁性トナー用一成分非接触現像装置の概略構成図。
Claims (2)
- 現像剤担持体と、これに対して当接するように配置された現像剤規制部材との間を、非磁性トナーからなる一成分現像剤を通過させることにより、トナーの荷電を行い、荷電されたトナーにより静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する一成分現像方法において、前記非磁性トナーは、少なくともバインダ樹脂および着色剤を含有してなり、前記トナーの重量平均粒径(d50)が4〜10μm、平均円形度が0.960以上、円形度の標準偏差が0.040以下およびD/d50{但しD=6/(ρ・S)を表し、ρはトナーの真密度(g/cm3)、SはトナーのBET比表面積(m2/g)を表す。}が0.40以上であり、トナーの重量平均粒径(d50)と現像剤担持体の表面粗さ(Ra)との比d50/Raが0.6〜3.0であることを特徴とする一成分現像方法。
- 現像剤担持体と、これに対して当接するように配置された現像剤規制部剤との間を、磁性トナーからなる一成分現像剤を通過させることにより、トナーの荷電を行い、荷電されたトナーにより静電潜像担持体上に形成された静電潜像を現像する一成分現像方法において、前記磁性トナーは、少なくともバインダ樹脂、着色剤および磁性粉を含有してなり、前記トナーの重量平均粒径(d50)が4〜10μm、平均円形度が0.950以上、円形度の標準偏差が0.040以下およびD/d50{但しD=6/(ρ・S)を表し、ρはトナーの真密度(g/cm3)、SはトナーのBET比表面積(m2/g)を表す。}が0.20以上であり、トナーの重量平均粒径(d50)と現像剤担持体の表面粗さ(Ra)との比d50/Raが0.6〜3.0であることを特徴とする一成分現像方法。
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