JP4458366B2 - 正帯電性現像剤及び画像形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真、及びトナージェットに使用される現像剤及び静電荷像を顕像化するための画像形成方法及び画像形成装置に関する。
従来、画像形成法としては、静電記録法、磁気記録法、トナージェット法など多数の方法が知られている。例えば、電子写真法としては特許文献1〜3に記載されているように多数の方法が知られているが一般には光導電性物質を利用し、種々の手段により感光体上に電気的潜像を形成し、次いで、該潜像をトナーで現像を行って、可視像とし、必要に応じて紙などの転写材料にトナーを転写させた後、熱・圧力等により転写材上にトナー画像を定着して複写物を得るものであり、そして転写せず感光体上に残ったトナーは種々の方法でクリーニングされ、上述の工程が繰り返される。
近年このような複写装置は、より小型化,より軽量化そしてより高速化,より高信頼性が厳しく追及されてきている。例えば、単なる一般に言うオリジナル原稿を複写するための事務処理用複写機ということだけでなく、コンピューターの出力としてのデジタルプリンターあるいはグラフィックデザイン等の高細密画像のコピー用、さらにはより信頼性が要求される軽印刷(パソコンによる文書の編集からコピー、製本までの多品種少量印刷が可能なプリント・オン・デマンド用途)向けに使われはじめた。そのため、画質としてより高精細,高画質が求められており、その結果トナーに要求される性能もより高度になってきた。
例えば、特許文献4、5等では磁性体粉末を外添することで、帯電性を安定させるという提案がなされている。この方法によると、確かに帯電性の安定したトナーだけではなく、クリーニング性の高いトナーが得られるが、近年要求される高速で且つ画質としてより高精細,高画質を求められる用途においては、現像性だけでなく、帯電部材等への付着が起こり、未だ不十分である。又、特許文献6,7では粒度分布を規定した磁性トナーに帯電緩和剤を添加することによりトナーの過剰帯電を抑制しつつ高画質を維持するという提案がなされている。さらに、特許文献8では無機微粒子をトナー母粒子の表面に固着させることで、トナー母粒子表面とトナー表面のゼータ電位差を一定以上にしトナー表面の電荷のばらつきを改善し均一な帯電を得るという提案がなされている。又、特許文献9,10等では特定の無機微粒子のトナー表面への被覆率,トナー表面からの遊離率を制御することで帯電性が良好なトナーを得ることができるという提案がなされている。又、特許文献11乃至17ではトナーに酸化マグネシウム微粉末を添加し流動性を向上させることにより、帯電性が良好でかつ環境依存性を少なくすることが出来る提案がなされている。
これらの提案はいずれも帯電性を改善するという観点では効果があるものの、近年要求される高速で且つ画質としてより高精細,高画質を求められる用途、すなわち高速印刷によりトナー劣化が起こり易いような使用方法に対しても高信頼性で且つ安定した画質を得ることが求められるような用途においては未だ改良の余地が残っている。
米国特許第2297691号明細書 特公昭42−23910号公報 特公昭43−24748号公報 特開平7−230182号公報 特開平8−286421号公報 特公平6−93136号公報 特公平6−93137号公報 特開平8−137125号公報 特開2001−34006号公報 特開2002−207314号公報 特開2003−280253号公報 特開2003−280254号公報 特開平4−83258号公報 特開平4−83259号公報 特開平4−142560号公報 特開平4−269763号公報 特開平4−350665号公報
本発明の目的は上記問題点を解消した現像剤、及びこの現像剤を用いた画像形成方法を提供することにある。
本発明の目的は長期にわたる使用においても画像欠陥を生じることなく、安定した画像品質を得ることができる現像剤、及びこの現像剤を用いた画像形成方法を提供することにある。
本発明は、
結着樹脂、磁性酸化鉄を少なくとも含有する正帯電性トナー粒子と酸化マグネシウム微粉末とを少なくとも有する正帯電性現像剤であって、
該酸化マグネシウム微粉末が、CuKα特性X線回折におけるブラッグ角(2θ±0.2deg)の42.9degにピークを有する結晶系であり、且つ該ブラッグ角(2θ±0.2deg)=42.9degにおけるX線回折ピークの半値幅が0.40deg以下であリ、
該現像剤の最大圧密応力5.0kPa時における単軸崩壊応力(U5kPa)が、
0.1kPa≦U5kPa≦2.5kPa
であり、該現像剤の最大圧密応力20.0kPa時における単軸崩壊応力(U20kPa)が、
2.5kPa≦U20kPa≦5.5kPa
であることを特徴とする。
また、本発明においては、該酸化マグネシウム微粉末の体積平均粒子径(A)が、
0.1μm≦A≦2.0μm
であり、該体積平均粒径の1/2倍径以下の体積分布累積値が10体積%以下、該体積平均粒径の2倍径以上の体積分布累積値が10体積%以下の粒度分布であることが好ましい。
また、本発明においては、該酸化マグネシウム微粉末の等電点(B)が、
8≦B≦14
であることが好ましい。
また、本発明においては、該酸化マグネシウム微粉末の比表面積(C)が、
1.0m/g≦C≦15.0m/g
であることが好ましい。
また、本発明においては、該酸化マグネシウム微粉末中のMgO含有量が98.00%以上であることが好ましい。
さらに、本発明は、潜像保持体上に形成された静電荷潜像を、現像剤担持体上に形成される現像剤層により現像して現像剤画像を形成する現像工程を少なくとも有する画像形成方法であって、
現像剤層が形成された状態における該現像剤担持体にかかるトルク(T)が、
0.1N・m≦T≦50N・m
であり、
該現像剤として、上記の正帯電性現像剤を用いることを特徴とする。
また、本発明の画像形成方法は、潜像保持体は、導電性基体と、該導電性基体上に少なくともアモルファスシリコンを含む光導電層、該光導電層上にアモルファスシリコン及び/またはアモルファスカーボン及び/またはアモルファスシリコンナイトライドを含む表面保護層を備えることが好ましい。
本発明の現像剤を用いることによって、長期にわたる使用においても画像欠陥の発生が抑制され、安定した画像品質を得ることができる。
本発明者らは、現像剤に使用される構成材料に関して検討を進め、正帯電性現像剤の圧密状態下における粉体特性を制御することで、長期にわたる使用においても現像剤が劣化することなく安定した画像品質を得られることを見出した。
さらに、本発明者らは、正帯電性現像剤の圧密状態下における粉体特性は結着樹脂と磁性酸化鉄を少なくとも含有する正帯電性トナー粒子とシリカ及び無機微粉末の関係を制御することにより容易に制御できることを見出した。
本発明者らによる検討によると、圧密状態下における現像剤層の粉体特性が電子写真プロセスにおける画像形成プロセスと密接に関わっていることを見出した。特に高速印刷によりトナー劣化が起こり易いようなシステムにおいて適用した場合、高信頼性で且つ安定した画質を得るためには必要不可欠な物性であることを見出した。以下に画像形成プロセスにおける圧密状態下における現像剤層の粉体特性との関わりを画像形成プロセスと併せて説明する。
図1において、現像剤担持体102の略右半周面は現像剤容器106内の現像剤溜りに常時接触していて、その現像剤担持体表面近傍の現像剤が現像剤担持体表面に現像剤担持体内の磁気発生手段103の磁力及び/又は静電気力により付着保持される。現像剤担持体102が回転駆動されるとその現像剤担持体表面の現像剤層が現像剤規制部材104の位置を通過する過程で各部均一の厚さの薄層T1として整層化される。この層厚を規制するために、強磁性金属からなる現像剤層厚規制部材としての現像剤規制部材104が、現像剤担持体102の表面から約200〜300μmのギャップ幅を持って現像剤担持体102に対向するように垂下されている。磁気発生手段103の磁極N1からの磁力線が現像剤規制部材104に集中することにより、現像剤担持体102上に現像剤の薄層(現像剤層)が形成される。整層化された現像剤層T1としては、現像領域Aにおける現像剤担持体102と潜像保持体(例えば、感光ドラム)101との間の最小間隙よりも更に薄いものであることが好ましい。このような現像剤層T1により静電潜像を現像する方式の現像装置、即ち非接触型現像装置に本発明は特に有効である。又、現像剤の帯電は、主として現像剤担持体102の回転に伴う現像剤担持体表面とその近傍の現像剤溜りの現像剤との摩擦接触によりなされる。次に、現像剤担持体102上の上記現像剤薄層面は現像剤担持体の回転に伴い潜像保持体101側へ回転し、潜像保持体101と現像剤担持体102の最接近部である現像領域Aを通過する。この通過過程で現像剤担持体102表面側の現像剤薄層の現像剤が、潜像保持体101と現像剤担持体102間に印加した直流と交流電圧による電界により飛翔し、現像領域Aの潜像保持体101表面と、現像剤担持体102面との間(間隙α)を往復運動する。最終的には現像剤担持体102側の現像剤が潜像保持体101表面の表面に潜像の電位パターンに応じて選択的に移行付着して現像剤像T2が順次に形成される。
現像領域Aを通過して、現像剤が選択的に消費された現像剤担持体表面は現像剤容器106の現像剤溜りへ再回転することにより現像剤の再供給を受け、現像領域Aへ現像剤担持体102の現像剤薄層T1面が移送され、繰り返し現像工程が行われる。現像された現像剤画像は、中間転写体を介して/又は介さずに転写材に転写され、その後、定着工程において定着される。
尚、図1では、規制部材104として、現像剤担持体102に対向するように垂下させた強磁性金属を用いたが、図2の如く、規制部材104を弾性体として現像剤担持体102に当接させた構造としても良い。
この画像形成プロセスにおいて、現像剤担持体102の略右半周面即ち、現像剤容器106内の現像剤溜りは現像剤容器106内の現像剤を循環させるための攪拌部材105によって常に攪拌されることである程度シェアを受けつづける状態となっている。さらに、現像剤が現像剤担持体102上に現像剤の薄層を形成する過程において、磁極N1からの磁力線が規制部材104に集中するため、現像剤が密集してしまい、この状態で薄層の形成が行われるため、現像剤は非常に大きなシェアを受けることになる。又、高速印刷、高画質化を目指す方向性は、現像剤担持体102の回転速度を上げる方向や規制部材104と現像剤担持体102の表面とのギャップ幅を狭める方向であるため、現像剤にかかるシェアはさらに増大する。
このように、現像容器内において現像剤は常に大きなシェアを受けることになる。その結果、現像剤は現像剤容器でのシェア増加による外添剤の埋め込み等による現像剤劣化が生じやすい。現像剤の劣化が生じた場合、現像剤の帯電量低下による耐久後半の濃度低下が生じやすくなる。さらに、現像剤担持体上に現像剤の薄層を形成する過程においては、規制部材を通過する際にかかるシェアによって現像剤担持体上に形成される現像剤の穂立ちが不均一になるために、画質が悪化しやすく、さらにカブリも悪化しやすい。又、規制部材を通過する際にかかるシェアによって現像剤劣化を引き起こすため、耐久後半において濃度低下を生じやすい。
さらに、感光体への現像過程においても上記のように形成した現像剤担持体上の不均一な穂立ちが原因で現像領域Aにおいて、潜像の電位パターンに必要以上の現像剤が飛翔することで画質の劣化を引き起こしやすい。さらに、潜像の電位パターンに必要以上の現像剤が飛翔することにより現像剤消費量が増加してしまいやすい。
以上のことから、高速印刷、高画質化を目指す画像形成過程において圧密状態下における現像剤層の粉体特性を制御することは極めて重要なことであるといえる。
即ち、本発明の現像剤は、該現像剤の最大圧密応力5.0kPa時における単軸崩壊応力が0.1〜2.5kPaであり且つ該現像剤の最大圧密応力20.0kPa時における単軸崩壊応力が2.5〜5.5kPaであることを特徴とする。
本発明の特徴である最大圧密応力(X)と単軸崩壊応力(U)の関係により、任意の荷重で圧密された粉体層のほぐれやすさ、即ち、密に詰まった現像剤層の粉体特性(現像剤粒子間凝集力)を議論することが可能となる。単軸崩壊応力(U)は、上記画像形成過程において現像剤容器内での攪拌によるほぐれやすさや、現像剤が規制部材によるシェアを受けながら規制部を通過して現像剤担持体上に現像剤の穂立ちが形成される際の穂の状況に関係する。さらに本発明における最大圧密応力(X)とは、現像剤容器内で受けるシェアにより密に詰まった現像剤にかかる応力を表している。従って、最大圧密応力5.0kPa時における単軸崩壊応力によって、現像剤に係るシェアが比較的小さい状態における粉体特性を議論し、最大圧密応力20.0kPa時における単軸崩壊応力によって、現像剤にかかるシェアが大きい状態における粉体特性を議論することができる。そして、それら最大圧密応力間における単軸崩壊応力の推移を評価することで、画像形成過程における圧密状態下の現像剤層の粉体特性を表した。
尚、本発明は最大圧密応力20.0kPa以下での関係に特徴があるわけであるが、最大圧密応力20.0kPaとは粉体が粉体で存在できる上限に近く、それ以上の応力がかかる状態を作ると、現像剤が完全にパッキングしてしまいやすい。従って、現像剤の粉体特性を議論するためには最大圧密応力20.0kPa以下で議論することが好ましい。
該現像剤の最大圧密応力5.0kPa時及び20.0kPa時における単軸崩壊応力が本発明規定の範囲を満たす場合、現像剤が現像器内でシェアを受けても、そのシェアを受け流せるようになり、現像剤の劣化が抑制される。その為、印刷速度を上げ場合においても現像剤劣化が生じることなく安定した画像濃度が得られるようになる。又、圧密された状態の現像剤層が規制部材を通過して磁気穂立ちを形成する際、シェアを受けた現像剤が適度にほぐされながら規制部材を通過するようになるため、均一な穂立ちを安定して形成させることが出来る。その結果、現像領域Aにおいて潜像の電位パターンに必要最小限の現像剤を飛翔させることが可能となるため、印刷初期から耐久後半に渡るまでの間の高画質化が図れるだけでなく、現像剤消費量を低減することも可能となる。
一方、該現像剤の最大圧密応力5.0kPa時における単軸崩壊応力が2.5kPaよりも大きい、或いは、該現像剤の最大圧密応力20.0kPa時における単軸崩壊応力が5.5kPaよりも大きい現像剤は、圧密状態において現像剤がほぐれにくい、即ち粒子間凝集力の大きな現像剤であることを示す。
このような、現像剤を用いた場合、上記で述べたような、画像形成過程において上述したような不具合が生じることになる。
また、該現像剤の最大圧密応力5.0kPa時における単軸崩壊応力が0.1〜2.5kPaであり且つ該現像剤の最大圧密応力20.0kPa時における単軸崩壊応力が2.5kPaよりも小さい現像剤は、粒子間凝集力が非常に小さい現像剤であることを示す。このような現像剤を用いた場合、現像器内でのシェアはかからなくなるが、現像剤担持体の表面と現像剤との摩擦力が小さくなりすぎるために、摩擦によって生じる帯電量を十分に得ることが出来なくなる。従って、現像性の悪化が生じ、さらに画質の低下も生じる。又、このような現像剤を用いた場合、粒子間凝集性が低すぎることで、高速印刷を目的に現像剤担持体の回転速度を上げた場合に現像器内からの現像剤の噴き出しが顕著に見られるようになる。
さらに、このような現像剤を用いた場合、現像剤が嵩高くなることにより、現像剤容器内への充填量が減少し、現像容器の容量当りの印刷可能枚数が減少する。これは現像器の小型化の観点から見ると好ましくない。
以上のように、現像剤の圧密状態下における粒子間凝集性の指標を上記関係式の範囲に制御することで、長期にわたる使用においても現像剤が劣化することなく、高耐久、高信頼、高画質を満足する現像剤を提供することが可能となる。
ここで、得られた最大圧密応力(X)と単軸崩壊応力(U)とはシェアスキャン TS−12(Sci−Tec社製)により測定したものであり、シェアスキャンはProf.Virendra M.Puriによって書かれた‘CHARACTERIZING POWDER FLOWABILITY(2002.01.24発表)’記載のモールクーロンモデルによる原理で測定を行う。
具体的には、断面方向に直線的に剪断力を付加できる直線せん断セル(円柱状,直径80mm,容量140cm)を使用し室温環境(23℃,60%RH)にて測定を行った。このセルの中に現像剤を入れ、2.5kPaになるように垂直荷重をかけ、この垂直荷重における最密な充填状態となるように圧密粉体層を作成する(この圧密状態を圧力を自動で検知し個人差なく作成できる点でシェアスキャンによる測定が本発明においては好ましい。)。同様に、垂直荷重を5.0kPa及び10.0kPaとした圧密粉体層を形成する。そして、各垂直荷重で形成したサンプルに圧密粉体層を形成した際にかけた垂直荷重を継続してかけながら徐々にせん断力を加え、その際のせん断応力の変動を測定する試験を行い、定常点を決定する。定常点に到達したとの判断は、上記試験において、せん断応力の変位と垂直荷重をかけるための荷重印加手段の垂直方向の変位が小さくなり、両者が安定した値を取るようになったとき定常点に到達したものとする。次に、定常点に到達した圧密粉体層から徐々に垂直荷重を除荷し、各荷重における破壊包絡線(垂直荷重応力vsせん断応力のプロット)を作成し、Y切片及び傾きを求める。モールクーロンモデルによる解析において、単軸崩壊応力及び最大圧密応力は下記式で表され、上記Y切片は「凝集力」となり、傾きが「内部摩擦角」になる。
単軸崩壊応力=2c(1+sinφ)/cosφ
最大圧密応力=((A−(Asinφ−τssp cosφ)0.5)/cosφ)×(1+sinφ)−(c/tanφ)
(A=σssp+(c/tanφ)、c=凝集力、φ=内部摩擦角、τssp=c+σssp×tanφ、σssp=定常点における垂直荷重)
各荷重において算出した単軸崩壊応力と最大圧密応力をプロット(Flow Function Plot)し、そのプロットに基づき直線を引く。この直線より、単軸崩壊応力5.0kPa及び20.0kPa時の最大圧密応力を求める。
本発明においては、該現像剤の最大圧密応力5.0kPa時における単軸崩壊応力を0.1kPa〜1.5kPaに制御し、最大圧密応力20.0kPa時における単軸崩壊応力を2.5kPa〜5.5kPaに制御することが重要である。その制御手段には、特にこだわらないが、例えば、以下のようにして、最大圧密応力と単軸崩壊応力とを制御することができる。
本発明者らが、トナーに使用される構成材料に関して検討を進めた結果、例えば、結着樹脂と磁性酸化鉄を少なくとも有するトナー粒子に適当な添加剤を外添することで、圧密状態下における正帯電性現像剤の最大圧密応力(X)と単軸崩壊応力(U)の関係を制御できることがわかった。
具体的には、正帯電性トナー粒子を水中に分散させた時の分散液のpHにおけるゼータ電位に関して、正帯電性トナー粒子のゼータ電位との差が40mV以下であるようなゼータ電位を有する無機微粉末を外添剤として添加することが好ましい。正帯電性トナー粒子を水中に分散させた時の分散液のpHにおける正帯電性トナー粒子のゼータ電位とは、そのpHにおけるトナー粒子の粉体の表面電荷密度を表している。従って、ゼータ電位の差が絶対値で40mV以下である正帯電性トナー粒子と無機微粉末とを用いるということは、トナー粒子表面の表面電荷密度とほとんど等価の表面電荷密度を持つ無機微粉末を使用することを意味する。一般的にトナー粒子に無機微粉末を添加した場合、ファンデルワールス力のような分子間力、静電引力、液架橋力等が発生することが知られている。このような引力が働いているトナー粒子と無機微粉末とのそれぞれの表面の電荷密度を等価に制御することで、トナー粒子と無機微粉末に働く引力を緩和する方向に反発力を作用させることが出来るために現像剤粒子間凝集力を低下させることが出来る。従って、本発明の特徴である該現像剤の最大圧密応力5.0kPa時における単軸崩壊応力が0.1〜2.5kPaであり且つ該現像剤の最大圧密応力20.0kPa時における単軸崩壊応力が2.5〜5.5kPaに制御することが容易となる。
正帯電性トナー粒子と無機微粉末のゼータ電位の差が40mVよりも大きい場合、上記で説明した引力を緩和させる作用が生じないために粒子間凝集力が大きくなる。従って、現像剤は現像剤容器でのシェア増加による外添剤の埋め込み等による現像剤劣化が生じる。その結果、現像剤の帯電量低下による耐久後半の濃度低下が生じる。さらに、現像剤担持体上に現像剤の薄層を形成する過程においては、規制部材を通過する際にかかるシェアによって現像剤担持体上に形成される現像剤の穂立ちが不均一になるため、画質が悪化し、さらにカブリも悪化する。又、規制部材を通過する際にかかるシェアによっても現像剤劣化が生じるために耐久後半の濃度低下を生じる。
さらに、感光体への現像過程においても上記のように形成した現像剤担持体上の不均一な穂立ちが原因で現像領域Aにおいて潜像の電位パターンに必要以上の現像剤が飛翔することで、画質の劣化を引き起こす。さらに、潜像の電位パターンに必要以上の現像剤が飛翔することにより現像剤消費量も悪化する。
以下に本発明で測定したゼータ電位の測定方法を示す。
トナー粒子及び無機微粉末のゼータ電位は、超音波方式ゼータ電位測定装置DT−1200(Dispersion Technology社製)を用いて測定を行った。分散液として純水を用い、トナー粒子或いは無機微粉末の0.5vol%水溶液を調製した。必要に応じてゼータ電位に影響を及ぼさないノニオン系の分散剤を粒子濃度に対して0.4質量%添加する。その後、超音波分散機にて3分間分散させた後、10分間脱泡しながら攪拌しトナー粒子或いは無機微粉末の分散液とした。トナー粒子の測定時には、このトナー分散液を用いて、ゼータ電位の測定を行った。この際、同時に分散液のpHを測定した。無機微粉末のゼータ電位を測定する際には、先ず、無機微粉末分散液を1モル/リットル−HCl水溶液または1モル/リットル−KOH水溶液で滴定した。それから、トナー粒子の分散液のpH値に調整するのに必要な1モル/リットル−HCl水溶液または1モル/リットル−KOH水溶液を無機微粉末の分散液に加えて、トナー粒子の分散液と同じpH値に調整した後、上記装置を用いてゼータ電位を測定した。
また、無機微粉末としては、酸化亜鉛、アルミナ、酸化マグネシウムから選ばれる少なくとも1種の酸化物を使用することが正帯電性トナー粒子表面の表面電荷密度と無機微粉末の表面電荷密度の差を小さくなる方向に制御することが容易であるため、正帯電性トナー粒子表面においてトナー粒子間凝集力を緩和する効果が効果的に発揮できる点で好ましい。
中でも、酸化マグネシウム微粉末がより好ましく、本発明の凝集力の緩和効果を効率良く発現するためには、異種金属の混入や、結晶格子欠陥が少ない酸化マグネシウム結晶、すなわち高純度の酸化マグネシウム微粉末を用いることが特に好ましい。酸化マグネシウム微粉末の純度は、酸化マグネシウム微粉末のX線回折ピークの半値幅を用いて見積ることができる。
酸化マグネシウム微粉末は、CuKα線を用いたX線回折において、ブラッグ角(2θ±0.2deg)の42.9degに、酸化マグネシウム結晶の(200)面による特徴的なピークを有し、且つ該ブラッグ角(2θ±0.2deg)=42.9degにおけるX線回折ピークの半値幅が0.40deg以下であることが好ましい。該X線回折のピーク半値幅が0.40deg以下であることは、酸化マグネシウムの結晶性が高い、すなわち異種金属の混入や、格子欠陥等が少なく、酸化マグネシウム結晶の単一性が強く、高純度であることを示す。
該X線ピーク半値幅が0.40degより大きいことは、結晶性が悪い、すなわち酸化マグネシウム結晶の純度が低いことを示す。つまり、異種金属の混入や結晶格子欠陥により、結晶格子が歪むことにより、X線回折ピークがブロードとなって現れる。このような酸化マグネシウム微粉末の場合、異種金属による帯電のリークが生じ易く、本発明における静電的な凝集力緩和効果を十分に得ることが出来ない。また、結晶格子欠陥により耐水性が弱くなり、吸湿による水和が生じ、上記の凝集力緩和効果が得られない。同時に、形状が不均一になり易く、粒度分布がブロードになる等、物性の制御が困難になる。
本発明におけるX線回折測定はCuKα線を用い次の条件で測定したものである。
[サンプル調製]
1)500mlのビーカーに現像剤3gに対し、200mlのメタノールを加える。
2)超音波で3分間分散させ、外添剤を遊離させる。
3)ビーカーの裏から磁石を当て、磁性トナー粒子を捕捉した状態で、遊離した外添剤を含むメタノール上澄み液を分離する。
4)上澄み液を分離した後、ビーカー内の磁性トナー粒子に再びメタノールを200ml加え2)、3)の操作を3回繰り返す。
5)分離したメタノール上澄み液を目開き2μmのメンブランフィルターにより真空ろ過を行い固形分を回収し、外添剤サンプルを得た。
[X線回折測定条件]
使用測定機:リガク社製/試料水平型強力X線回折装置(RINT TTRII)
管球:Cu
平行ビーム光学系
電圧:50kV
電流:300mA
開始角度:30°
終了角度:50°
サンプリング幅:0.02°
スキャンスピード:4.00°/min
発散スリット:開放
発散縦スリット:10mm
散乱スリット:開放
受光スリット:1.0mm
得られたX線回折ピークの帰属及び半値幅の算出は、リガク社製解析ソフト「Jade6」を用いて行った。
上記酸化マグネシウム微粉末は、現像剤の酸価が0.5〜20.0mgKOH/g、好ましくは1.0〜10.0mgKOH/g、特に好ましくは3.0〜7.0mgKOH/gである時に特に効果を発揮する。
現像剤の酸価をこの範囲に制御することで、正帯電性トナー粒子表面のカルボキシル基と酸化マグネシウム微粉末表面との親和性が向上し、確実にトナー粒子表面に酸化マグネシウム微粉末を存在させることが可能となる。その結果、トナー粒子からの酸化マグネシウム微粉末の遊離率を最適な範囲に制御することが可能となり、現像剤間の凝集力緩和効果が最も効率的に誘起される。さらに、酸価の範囲を制御することでトナー粒子表面の正帯電性をより均一にすることが出来、その結果、現像剤表面の正帯電性もより均一となり、現像剤間の凝集性をさらに緩和させることが可能となり、高精細な画像を長期間安定的に得る事が出来る。
現像剤の酸価が0.5mgKOH/g未満の場合、トナー粒子表面と酸化マグネシウム微粉末との間の親和性が減少するために、トナー粒子表面からの酸化マグネシウム微粉末の脱離が生じやすくなる。その結果、現像剤間の凝集力を緩和する効果が得られない。又、酸価が20.0mgKOH/gを超える場合、トナー粒子表面と酸化マグネシウム微粉末の間の親和力が大きくなりすぎて、現像剤間の凝集力を緩和する効果が得られなくなる。さらに、酸価が20.0mgKOH/gを超える場合には正帯電性現像剤に適用した場合、トナー粒子中の結着樹脂の負帯電性が強くなり画像濃度が低下しカブリが増加する傾向がある。
上記の如き酸化マグネシウム微粉末を用いた場合には、高速の現像システムにおいても環境に依存することなく尾引きの無い画質を長期間安定して得ることが可能となり、さらに濃度低下、カブリなどが起こりにくくなる。
また、酸化マグネシウム微粉末は体積平均粒径(Dv)が0.1〜2.0μmであることが好ましく、より好ましくは0.9〜2.0μmであり、更に好ましくは1.0〜1.5μmである。又、該体積平均粒径の1/2倍径以下の体積分布累積値が10.0体積%以下が好ましく、より好ましくは7.0体積%以下である。また、該体積平均粒径の2倍径以上の体積分布累積値に関しては、10.0体積%以下が好ましく、より好ましくは7.0%以下である。体積平均粒径が0.1μmよりも小さい酸化マグネシウム微粉末は、トナー粒子への流動性付与の面で不利となり、その結果、現像剤の粒子間凝集性が高まり、耐久後半に濃度が低下する。また体積平均粒径が2.0μm以上の場合、酸化マグネシウム微粉末の粒径が大きくなることでトナー粒子から遊離しやすくなるため、凝集性の緩和効果が十分得られず好ましくない。さらに、該体積平均粒径の1/2倍径以下の体積分布累積値が10体積%以上、該体積平均粒径の2倍径以上の体積分布累積値が10体積%以上であると粒度分布がブロードとなり、上記の弊害が生じ易くなるため、現像剤の凝集性の緩和効果が十分に得られない。
酸化マグネシウム微粉末の体積平均粒径が0.1〜2.0μmであり、該体積平均粒径の1/2倍径以下の体積分布累積値が10体積%以下、該体積平均粒径の2倍径以上の体積分布累積値が10体積%以下の粒度分布を達成する手段ととしては一般的な分級装置を用いることが可能であり、特に制限は無い。
本発明の現像剤における酸化マグネシウム微粉末の粒度分布の測定装置としては、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置LA−920(HORIBA製)を用いた。測定方法としては、分散液となるイオン交換水200mlに、サンプル濃度が透過率80%前後になるようにサンプルを数mg入れる。そして、この分散液を超音波分散機で1分間分散処理し、酸化マグネシウム微粉末と水の相対屈折率を1.32に設定して前記測定装置より、酸化マグネシウム微粉末の体積基準の粒度分布を測定し、体積平均粒径、該体積平均粒径の1/2倍径以下の体積分布累積値及び、該体積平均粒径の2倍径以上の体積分布累積値を求めた。
また、本発明の現像剤における酸化マグネシウム微粉末の等電点は8〜14が好ましく、より好ましくは9〜14、特に好ましくは12〜14である。酸化マグネシウム微粉末の等電点が8より低い場合、酸化マグネシウム微粉末の正帯電能が低下するため、凝集性の緩和効果は減少する。また、現像剤の帯電性が不均一になるためカブリが発生し易くなる。
酸化マグネシウム微粉末の等電点はゼータ電位より求められる。本発明では、酸化マグネシウム微粉末のゼータ電位を超音波方式ゼータ電位測定装置DT−1200(Dispersion Technology社製)を用いて測定を行った。分散液として純水を用い、酸化マグネシウム微粉末の0.5Vol%水溶液を調整し、超音波分散機(Sonic&Materials社製 VCX−750)にて3分間分散させた後、約10分間脱泡しながら撹拌し分散液とした。上記装置を用いてこの分散液のゼータ電位のpH変化のグラフを描き、グラフより等電点を算出する。なお、等電点とは、ゼータ電位が0になるときのpHの値である。
また本発明で用いられる酸化マグネシウム微粉末の比表面積は1.0〜15.0m/gであることが好ましい。
比表面積が15.0m/gよりも大きな場合、酸化マグネシウム微粉末がトナー粒子中に埋め込まれ易くなる、すなわち現像剤劣化が生じ易くなる。さらに、高湿環境下において吸湿量が多くなり、帯電が低下し耐久後半に濃度が低下する。また比表面積が1.0m/gよりも小さい場合、現像剤に十分な流動性が得られず濃度薄などの問題が生じ易くなる。
BET比表面積の測定法としては、BET比表面積法に従って、比表面積測定装置ジェミニ2375(島津製作所)を用いて、試料表面に窒素ガスを吸着させ、BET比表面積多点法を用いて比表面積を計算した。
また本発明で用いられる酸化マグネシウム微粉末粒子中のMgO含有量は98.00%以上が好ましく、より好ましくは99.90%以上である。MgOの含有量が98.00%より低い、すなわちMgOの純度が低いと酸化マグネシウム微粉末による凝集力の緩和効果が十分に得られず好ましくない。
又、粒子間凝集力緩和を効果的に発揮し、且つトナー粒子表面に均一に無機微粉末を存在する上で、無機微粉末の遊離率が0.1〜5.0%の範囲内であることが好ましく、2.0〜4.0%であることより好ましく、2.5〜3.5%であることが特に好ましい。遊離率が5.0%より大きい場合、現像剤が適正な帯電性能を得られなくなり好ましくない。さらに、トナー粒子表面近傍に存在する無機微粉末の量が減少するために、粒子間凝集力を緩和する効果が減少する。
遊離率を適切な範囲に制御するためには、公知の外添方法において、外添条件を調整することによって達成できる。撹拌装置としては、ヘンシェルミキサーやホモジナイザー等を用いることができ、より好ましくは、ヘンシェルミキサーを使用できる。外添強度は回転数、バッフル版の角度及び撹拌時間を制御して調節し、他の外添剤との相互作用も十分に考慮して、無機微粉末の遊離率をコントロールする必要がある。
本発明において無機微粉末のトナー粒子からの遊離率は、パーティクルアナライザー(PT1000:横河電機(株)製)により測定した。パーティクルアナライザーは、トナー等の微粒子を一個ずつプラズマへ導入し、微粒子の発光スペクトルから発光物の元素、粒子数、粒子の粒径を知ることが出来る装置であり、Japan Hardcopy97論文集の65〜68頁に記載の原理で測定を行う。具体的には、温度23℃,湿度60%の環境下で一晩放置することで調湿したトナーサンプルを上記環境下で0.1%酸素含有のヘリウムガスを用いて測定する。即ち、チャンネル1で炭素原子(測定波長247.86nm)、チャンネル3でアルミニウム原子(測定波長396.15nm)を測定し、1回のスキャンで炭素原子の発光数が1000〜1400個となるようにサンプリングを行い、炭素原子の発光数が総数で10000以上となるまでスキャンを繰り返し、発光数を積算する。そして、その時のアルミニウム原子のみの発光数をカウントすることで遊離したアルミナの個数とする。又、このときのノイズカットレベルは1.50Vとする。次に、遊離率の考え方に関し説明する。例えば、無機微粉末としてアルミナを添加したトナー粒子をプラズマに導入した場合を考えるが、プラズマに導入した際に、結着樹脂の構成元素である炭素の発光とアルミナに由来するアルミニウム原子の発光がそれぞれ観察される。その時、炭素原子の発光から、2.6msec以内に発光したアルミニウム原子を同時発光した原子とし、それ以降のアルミニウム原子の発光はアルミニウム原子のみの発光とした。炭素原子とアルミニウム原子が同時に発光するということは、アルミナがトナー粒子表面に付着していることを意味し、アルミニウム原子のみの発光は、アルミナがトナー粒子から遊離していることを意味する。
さらに、前記の無機微粉末は、その含有量が現像剤全体の0.01〜2.0質量%であることが好ましい。2.0質量%を超える場合、現像剤が適正な帯電性能を得られなくなり、粒子間凝集力を緩和する効果が減少する。
また、無機微粉末は、公知の処理剤にて表面処理を施して使用しても良い。
また、本発明の現像剤においては、粒子間凝集性緩和のため無機微粉末を添加することが好ましいが、更に、帯電安定性、現像性、流動性、耐久性向上のためシリカ微粉末を添加することがより好ましい。又、トナー粒子表面への現像剤への流動性付与能が高く、一次粒子の個数平均粒径の小さいシリカ微粉末を無機微粉末と併用することで、無機微粉末をトナー粒子表面に均一に分散させることが可能であることが判明した。無機微粉末が均一に分散していない場合、粒子間凝集力への緩和効果に偏りが生じ、現像剤の高速印刷に対する劣化が進行しやすくなる。その結果、現像剤の帯電量低下による耐久後半の濃度低下が生じる。さらに、現像剤担持体上に現像剤の薄層を形成する過程においては規制部材を通過する際にかかるシェアによって現像剤担持体上に形成される現像剤の穂立ちが不均一になるために画質が悪化し、さらにカブリも悪化する。又、規制部材を通過する際にかかるシェアによって現像剤劣化を引き起こすために耐久後半の濃度低下を生じる。シリカ微粉末としては、BET比表面積が70〜130m/gであることが好ましい。
さらに、無機微粉末が均一に分散していない場合、感光体への現像過程においても現像剤担持体上の不均一な穂立ちが原因となり、現像領域Aにおいて潜像の電位パターンに必要以上の現像剤が飛翔することで、画質の劣化を引き起こす。さらに、潜像の電位パターンに必要以上の現像剤が飛翔することにより現像剤消費量も悪化する。
シリカ微粉末としてはケイ素ハロゲン化物の蒸気相酸化により生成されたいわゆる乾式法又はヒュームドシリカと称される乾式シリカ、及び水ガラス等から製造されるいわゆる湿式シリカの両者が使用可能である。尚、表面及びシリカ微粉末の内部にあるシラノール基が少なく、またNaO、SO 等の製造残滓の少ない乾式シリカの方が好ましい。また乾式シリカにおいては、製造工程において、例えば、塩化アルミニウム、塩化チタン等他の金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と共に用いることによって、シリカ微粉末と他の金属酸化物の複合微粉末を得ることも可能である。本件におけるシリカ微粉末としてはそれらも包含する。
また本発明においてシリカ微粉末は、疎水化処理されたものであることが好ましい。シリカ微粉末を疎水化処理することによって、シリカ微粉末の高湿環境における帯電性の低下を防止し、シリカ微粉末が表面に付着したトナー粒子の摩擦帯電量の環境安定性を向上させることができる。その結果、現像剤としての画像濃度、カブリ等の現像特性の環境安定性をより高めることができる。本発明においてシリカ微粉末は、メタノール/水混合溶媒に対する濡れ性を780nmの波長光の透過率で測定した場合、透過率が80%の時のメタノール濃度が65〜80体積%の範囲内であることが好ましい。
透過率が80%のときのメタノール濃度が80体積%を超えるような場合、含有するトナーがチャージアップしやすくなり好ましくない。又、透過率が80%のときのメタノール濃度が65体積%よりも低いような場合、空気中の水分の影響を受けやすくなり、トナーとしての良好な現像性が得られにくい。
本発明においては、前記透過率及びメタノール濃度の関係、すなわちシリカ微粉末の濡れ性、すなわちシリカ微粉末の疎水特性は、メタノール滴下透過率曲線を用いて測定する。具体的には、その測定装置として、例えば(株)レスカ社製の粉体濡れ性試験機WET−100Pが挙げられ、具体的な測定操作としては、以下に例示する方法が挙げられる。
まずメタノール60体積%と水40体積%とからなる含水メタノール液70mlを容器中に入れ、その測定用サンプル中の気泡等を除去するために超音波分散器で5分間分散を行う。この中に検体であるシリカを0.5g精秤して添加し、現像剤の疎水特性を測定するためのサンプル液を調製する。
次に、この測定用サンプル液を6.67s−1の速度で攪拌しながら、メタノールを1.3ml/min.の滴下速度で連続的に添加し、波長780nmの光で透過率を測定し、メタノール滴下透過率曲線を作製する。尚、この測定において、フラスコとしては、直径5cmの円形で、厚さ1.75mmのガラス製のものを用い、マグネティックスターラーとしては、長さ25mm、最大径8mmの紡錘形でありフッ素樹脂コーティングを施されたものを用いた。
疎水化処理の処理剤としては、シリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、未変性のシリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シラン化合物、シランカップリング剤、その他有機ケイ素化合物、有機チタン化合物の如き処理剤を単独で用いても、併用しても良い。その中でも、窒素元素を有する置換基(特には、アミノ基)を有するシラン化合物、シリコーンオイルで処理することが、帯電性の面から好ましい。
但し、アミノ基を有するシラン化合物は、シリカに正帯電性を付与することに大きく寄与しており、処理量が多いと正帯電性が強くなるが、アミノ基の親水性により吸湿性が増大する。そのため、シラン化合物を使用する場合は、シリコーンオイルと併用して処理する方が好ましい。尚、処理は公知の方法に従って行うことができる。
また、本発明の最大圧密応力と単軸崩壊応力の関係を満足させる現像剤を製造するためには、現像剤のコールターカウンターによって256チャンネルで測定された個数基準の粒度分布において、ピーク粒度Xと半値幅Yの関係が、
2.06×X−9.0≦Y≦2.06×X−7.5
を満足することがよい。
尚、ピーク粒度Xは、頻度が最大となるチャンネルの中心値であり、半値幅Yは、最大頻度の半分である頻度を含む2つのチャンネルの中心値の差である。
コールターカウンターによって256チャンネルで測定された個数基準の粒度分布において、ピーク粒度Xに対する半値幅Yの関係がY>2.06×X−7.5の場合、この現像剤はピーク粒度Xの累積個数に比べ他の粒度の累積個数が多い、いわゆる粒度分布のブロードな現像剤であることを意味する。このような現像剤の場合、現像剤の帯電分布にばらつきが生じ粒子間凝集性が高まる傾向にある。その結果、現像剤は現像剤容器でのシェア増加による外添剤の埋め込み等による現像剤劣化が生じやすくなり、耐久後において濃度低下が生じやすくなる。さらに、現像剤担持体上に現像剤の薄層を形成する過程においては規制部材を通過する際にかかるシェアによって現像剤担持体上に形成される現像剤の穂立ちが不均一になりやすく、画質が低下し、さらにカブリも生じ易くなる傾向にある。又、規制部材を通過する際にかかるシェアによって現像剤劣化が生じやすく、耐久後において濃度低下を生じやすくなる。
さらに、現像剤担持体上の不均一な穂立ちが原因で現像領域Aにおいて潜像の電位パターンに必要以上の現像剤が飛翔することで、画質の低下が生じる場合があり、さらに、潜像の電位パターンに必要以上の現像剤が飛翔することにより現像剤消費量が増加する場合もある。又、コールターカウンターによって256チャンネルで測定された個数基準の粒度分布において、ピーク粒度Xに対する半値幅Yの関係がY<2.06×X−9.0の場合、この現像剤は粒度分布が非常にシャープであることを意味する。粒度分布のシャープな現像剤は帯電が均一であるため粒子間凝集性が低下し、このような現像剤を用いた場合、現像器内でのシェアは弱くなる。しかしながら、現像剤担持体の表面と現像剤との摩擦力が小さくなりすぎるために、摩擦によって生じる帯電量を十分に得ることが出来にくくなる。従って、現像性の悪化が生じ、さらに画質の低下も生じやすい。又、このような現像剤を用いた場合、粒子間凝集性が低すぎることで、高速印刷を目的に現像剤担持体の回転速度を上げた場合に現像器内からの現像剤の噴き出しが生じやすくなる。
さらに、粒度分布のシャープな現像剤を得る場合には分級工程で微粉体と粗粉体を大幅にカットすれば製造することは可能ではあるが、所望の粒度分布をもつトナー粒子の収率が低くなり製造上現実的とはいえない。
さらに、本発明の現像剤は酸価が0.5〜20.0mgKOH/gであることが好ましく、1.0〜10.0mgKOH/gであることがより好ましく、3.0〜7.0mgKOH/gであることが特に好ましい。現像剤の酸価をこの範囲に制御することで、正帯電性トナー粒子表面のカルボキシル基と無機微粉末表面との親和性が向上し、確実にトナー粒子表面に無機微粉末を存在させることが可能となる。その結果、現像剤粒子間凝集力を緩和するための反発力が効率良く発現し、現像剤の圧密状態でのほぐれやすさが向上する。現像剤の0.5mgKOH/g未満の場合、トナー粒子表面と無機微粉末との間の親和性が減少するために、トナー粒子表面からの無機微粉末の脱離が生じやすくなる。その結果、粒子間凝集力を緩和する効果が減少し、圧密状態下の現像剤のほぐれやすさが悪化する。又、酸価が20.0mgKOH/gを超える場合、トナー粒子表面と無機微粉末の間の親和力が大きくなりすぎて、粒子間凝集力を緩和する効果が小さくなる。さらに、酸価が20.0mgKOH/gを超える場合には正帯電性トナーに適用した場合、トナー粒子中の結着樹脂の負帯電性が強くなり画像濃度が低下しカブリが増加する傾向がある。
また、本発明の現像剤は、16時間ソックスレー抽出した時の結着樹脂成分のテトラヒドロフラン(THF)不溶分量が0.1〜50.0質量%であることが好ましい。より好ましくは10.0〜50.0質量%であり、さらに好ましくは20.0〜50.0質量%である。
THF不溶分は現像剤の耐久強度を維持する役目があり、高速機に適用した場合に現像剤劣化(外添剤の埋め込みなど)を防止するためには重要である。さらに、THF不溶分は定着ローラーなどの加熱部材からの良好な離型性を発現するために有効な成分であるため高速機に適用された場合、定着ローラーなどの加熱部材への現像剤のオフセット量が低減する効果がある。50.0質量%を超える場合には、定着性が悪化するだけでなく、現像剤中に原材料の分散性が悪化し帯電性が不均一になる傾向があり、現像剤粒子間凝集力を悪化させる原因となる。
また、本発明の現像剤はTHF可溶分のGPCによる分子量分布で分子量3000〜30000の領域にメインピークを有し、分子量10万以下のピーク面積が全体のピーク面積に対して70〜100質量%であるものが良い。
分子量3,000〜30,000の領域にメインピークを持つことにより、現像剤中の原材料の分散性が良好となる。その結果、帯電性が均一になり、現像剤粒子間凝集力が緩和される。さらに分子量3,000〜30,000の領域にメインピークを持つことにより良好な低温定着性及び耐ブロッキング性を達成できる。さらに、高速印刷時の現像剤の耐久性に優れるため、現像剤劣化が生じない。メインピークが分子量3,000未満の場合には、耐ブロッキング性が悪化するだけではなく、高速印刷時の現像剤劣化が生じ画像濃度の低下、画質の低下が見られる。メインピークが分子量30,000を超える場合には十分な定着性を得ることが出来ない。さらに、トナー粒子製造時に現在量分散性が悪化し、帯電が不均一になり現像剤粒子間凝集力が悪化する。又、分子量10万以下のピーク面積が全体のピーク面積に対して70%未満の場合、十分な定着性を達成することができない。
本発明における結着樹脂の種類としては、スチレン系単重合樹脂、スチレン系共重合樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオール樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、天然変性フェノール樹脂、天然樹脂変性マレイン酸樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリ酢酸ビニル、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ポリビニルブチラール、テルペン樹脂、クマロンインデン樹脂、石油系樹脂が挙げられる。
本発明の結着樹脂は、正帯電性トナー粒子に使用される点、無機微粉末との親和性を容易に制御できるという点からもスチレン系共重合樹脂であることが好ましい。さらに、スチレン系共重合樹脂は、カルボキシル基含有樹脂とグリシジル基含有樹脂の混合物あるいは反応物であっても良い。
スチレン系共重合樹脂のスチレンモノマーに対するコモノマーとしては、ビニルトルエンの如きスチレン誘導体;アクリル酸;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸フェニルの如きアクリル酸エステル;メタクリル酸;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸オクチルの如きメタクリル酸エステル;マレイン酸;マレイン酸ブチル、マレイン酸メチル、マレイン酸ジメチルの如き二重結合を有するジカルボン酸エステル;アクリルアミド;アクリロニトリル;メタクリロニトリル;ブタジエン;塩化ビニル;酢酸ビニル、安息香酸ビニルの如きビニルエステル;エチレン、プロピレン、ブチレンの如きエチレン系オレフィン;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトンの如きビニルケトン;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルの如きビニルエーテルが挙げられる。これらのビニル系単量体が単独もしくは2つ以上用いられる。
本発明における結着樹脂は、0.5〜20.0mgKOH/gの範囲で酸価を有することが好ましい。とくに好ましくは、0.5〜15.0mgKOH/gの酸価を有する樹脂である。20.0mgKOH/gより大きくなると、正帯電性トナーに適用した場合、トナー粒子中の結着樹脂の負帯電性が強くなり、0.5mgKOH/gより小さいと、トナー粒子表面と無機微粉末との間の親和性が減少するために、トナー粒子表面からの無機微粉末の脱離が生じやすくなる。その結果、粒子間凝集力を緩和する効果が減少し、圧密状態下の現像剤のほぐれやすさが悪化する。
結着樹脂の酸価を調整するモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、α−エチルアクリル酸、クロトン酸、ケイヒ酸、ビニル酢酸、イソクロトン酸、アンゲリカ酸などのアクリル酸及びそのα−或いはβ−アルキル誘導体;フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、アルケニルコハク酸、イタコン酸、メサコン酸、ジメチルマレイン酸、ジメチルフマル酸などの不飽和ジカルボン酸及びそのモノエステル又は無水物などが挙げられる。この中でも、特に不飽和ジカルボン酸のモノエステル誘導体を用いることが酸価をコントロールする上で好ましい。
特に好ましい化合物としては、例えば、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、マレイン酸モノn−ブチル、マレイン酸モノn−オクチル、マレイン酸モノアリル、マレイン酸モノフェニル、フマル酸モノメチル、フマル酸モノエチル、フマル酸モノn−ブチル、フマル酸モノフェニルなどのようなα,β−不飽和ジカルボン酸のモノエステル類;n−ブテニルコハク酸モノn−ブチル、n−オクテニルコハク酸モノメチル、n−ブテニルマロン酸モノエチル、n−ドデセニルグルタル酸モノメチル、n−ブテニルアジピン酸モノn−ブチルなどのようなアルケニルジカルボン酸のモノエステル類などが挙げられる。
以上のようなカルボキシル基含有モノマーは、結着樹脂を構成している全モノマー100質量部に対し0.1〜20.0質量部、好ましくは0.2〜15.0質量部添加すればよい。
結着樹脂の合成方法としては、溶液重合法、乳化重合法や懸濁重合法が挙げられる。
このうち、乳化重合法は、水にほとんど不溶の単量体(モノマー)を乳化剤で小さい粒子として水相中に分散させ、水溶性の重合開始剤を用いて重合を行う方法である。この方法では反応熱の調節が容易であり、重合の行われる相(重合体と単量体からなる油相)と水相とが別であるから停止反応速度が小さく、その結果重合速度が大きく、高重合度のものが得られる。更に、重合プロセスが比較的簡単であること、及び重合生成物が微細粒子であるために、トナーの製造において、着色剤及び荷電制御剤その他の添加物との混合が容易であること等の理由から、トナー用バインダー樹脂の製造方法として有利な点がある。
しかし、添加した乳化剤のため生成重合体が不純になり易く、重合体を取り出すには塩析などの操作が必要で、この不便を避けるためには懸濁重合が好都合である。
懸濁重合においては、水系溶媒100質量部に対して、モノマー100質量部以下(好ましくは10〜90質量部)で行うのが良い。使用可能な分散剤としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコール部分ケン化物、リン酸カルシウム等が用いられ、一般に水系溶媒100質量部に対して0.05〜1質量部で用いられる。重合温度は50〜95℃が適当であるが、使用する開始剤、目的とするポリマーによって適宜選択される。
本発明に用いられる結着樹脂は、以下に例示する様な多官能性重合開始剤を用いて合成することが好ましい。
多官能構造を有する多官能性重合開始剤の具体例としては、1,1−ジ−t−ブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,3−ビス−(t−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、2,5−ジメチル−2,5−(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ−(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、トリス−(t−ブチルパーオキシ)トリアジン、1,1−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキサン、2,2−ジ−t−ブチルパーオキシブタン、4,4−ジ−t−ブチルパーオキシバレリックアシッド−n−ブチルエステル、ジ−t−ブチルパーオキシヘキサハイドロテレフタレート、ジ−t−ブチルパーオキシアゼレート、ジ−t−ブチルパーオキシトリメチルアジペート、2,2−ビス−(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、2,2−t−ブチルパーオキシオクタン及び各種ポリマーオキサイド等の1分子内に2つ以上のパーオキサイド基などの重合開始機能を有する官能基を有する多官能性重合開始剤、及びジアリルパーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシマレイン酸、t−ブチルパーオキシアリルカーボネート及びt−ブチルパーオキシイソプロピルフマレート等の1分子内に、パーオキサイド基などの重合開始機能を有する官能基と重合性不飽和基の両方を有する多官能性重合開始剤から選択される。
これらの内、より好ましいものは、1,1−ジ−t−ブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキサン、ジ−t−ブチルパーオキシヘキサハイドロテレフタレート、ジ−t−ブチルパーオキシアゼレート及び2,2−ビス−(4,4−ジ−t−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン、及びt−ブチルパーオキシアリルカーボネートである。
これらの多官能性重合開始剤は、結着樹脂として要求される種々の性能を満足する為には、単官能性重合開始剤と併用されることが好ましい。特に、10時間半減期温度が、該多官能性重合開始剤よりも低い重合開始剤と併用することが好ましい。
具体的には、ベンゾイルパーオキシド、1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、n−ブチル−4,4−ジ(t−ブチルパーオキシ)バレレート、ジクミルパーオキシド、α,α’−ビス(t−ブチルパーオキシジイソプロピル)ベンゼン、t−ブチルパーオキシクメン、ジ−t−ブチルパーオキシド等の有機過酸化物、アゾビスイソブチロニトリル、ジアゾアミノアゾベンゼン等のアゾおよびジアゾ化合物等が挙げられる。
これらの単官能性重合開始剤は、前記多官能性重合開始剤と同時にモノマー中に添加しても良いが、該多官能性重合開始剤の効率を適正に保つためには、重合工程において該多官能性重合開始剤の示す半減期を経過した後に添加するのが好ましい。
これらの重合開始剤は、効率の点からモノマー100質量部に対し0.05〜2質量部で用いるのが好ましい。
結着樹脂は、架橋性モノマーで架橋されていることが好ましい。
架橋性モノマーとしては主として2個以上の重合可能な二重結合を有するモノマーが用いられる。具体例としては、芳香族ジビニル化合物(例えば、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン等);アルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類(例えば、エチレングリコールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,5−ペンタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたもの);エーテル結合を含むアルキル鎖で結ばれたジアクリレート化合物類(例えば、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール#400ジアクリレート、ポリエチレングリコール#600ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたもの);芳香族基及びエーテル結合を含む鎖で結ばれたジアクリレート化合物類(例えば、ポリオキシエチレン(2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンジアクリレート、ポリオキシエチレン(4)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンジアクリレート、及び、以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたもの);更には、ポリエステル型ジアクリレート化合物類(例えば、商品名MANDA(日本化薬))が挙げられる。多官能の架橋剤としては、ペンタエリスリトールアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、オリゴエステルアクリレート、及び以上の化合物のアクリレートをメタクリレートに代えたもの;トリアリルシアヌレート、トリアリルトリメリテート;等が挙げられる。
これらの架橋剤は、他のモノマー成分100質量部に対して、0.00001〜1質量部、好ましくは0.001〜0.05質量部の範囲で用いることが好ましい。
これらの架橋性モノマーのうち、トナーの定着性,耐オフセット性の点から好適に用いられるものとして、芳香族ジビニル化合物(特にジビニルベンゼン)、芳香族基及びエーテル結合を含む鎖で結ばれたジアクリレート化合物類が挙げられる。
結着樹脂のその他の合成方法としては、塊状重合方法、溶液重合方法を用いることができる。しかし、塊状重合法では、高温で重合させて停止反応速度を速めることで、低分子量の重合体を得ることができるが、反応をコントロールしにくい問題点がある。その点、溶液重合法は、溶媒によるラジカルの連鎖移動の差を利用して、また、開始剤量や反応温度を調整することで、所望の分子量の重合体を温和な条件で容易に得ることができるので好ましい。特に、開始剤使用量を最小限に抑え、開始剤が残留することによる影響を極力抑えるという点で、加圧条件下での溶液重合法も好ましい。
結着樹脂としてポリエステル樹脂を用いる場合には、モノマーとして以下のような酸成分及びアルコール成分を用いることができる。
2価のアルコール成分としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、2−エチル−1,3−ヘキサンジオール、水素化ビスフェノールA、また(E)式で表わされるビスフェノール及びその誘導体;
Figure 0004458366
(式中Rはエチレンまたはプロピレン基であり、x,yはそれぞれ0以上の整数であり、かつ、x+yの平均値は0〜10である。)
また(F)式で示されるジオール類;
Figure 0004458366
2価の酸成分としては、例えばフタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、無水フタル酸などのベンゼンジカルボン酸類又はその無水物、低級アルキルエステル;こはく酸、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸などのアルキルジカルボン酸類又はその無水物、低級アルキルエステル;n−ドデセニルコハク酸、n−ドデシルコハク酸などのアルケニルコハク酸類もしくはアルキルコハク酸類、又はその無水物、低級アルキルエステル;フマル酸、マレイン酸、シトラコン酸、イタコン酸などの不飽和ジカルボン酸類又はその無水物、低級アルキルエステル;等のジカルボン酸類及びその誘導体が挙げられる。
また架橋成分として働く3価以上のアルコール成分と3価以上の酸成分を併用することが好ましい。
3価以上の多価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−トリヒドロキシベンゼン等が挙げられる。
また、本発明における三価以上の多価カルボン酸成分としては、例えばトリメリット酸、ピロメリット酸、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸、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、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、エンポール三量体酸、及びこれらの無水物、低級アルキルエステル;次式
Figure 0004458366
(式中Xは、炭素数3以上の側鎖を1個以上有する炭素数5〜30のアルキレン基又はアルケニレン基)で表わされるテトラカルボン酸等、及びこれらの無水物、低級アルキルエステル等の多価カルボン酸類及びその誘導体が挙げられる。
本発明に用いられるアルコール成分としては40〜60mol%、好ましくは45〜55mol%、酸成分としては60〜40mol%、好ましくは55〜45mol%であることが好ましい。また三価以上の多価の成分は、全成分中の5〜60mol%であることが好ましい。
該ポリエステル樹脂も通常一般に知られている縮重合によって得られる。
以下に、本発明に係る物性の測定方法を示す。
[THF不溶分の測定]
樹脂約1.0gを秤量(W1g)し、円筒ろ紙(例えばNo.86Rサイズ28×100mm東洋ろ紙社製)に入れてソックスレー抽出器にかけ、溶媒としてTHF200mlを用いて、16時間抽出する。このとき、溶媒の抽出サイクルが約4分〜5分に一回になるような還流速度で抽出を行う。抽出終了後、円筒ろ紙を取り出し、40℃で8時間真空乾燥し、抽出残分を秤量する(W2g)。次にトナー中の焼却残灰分の重さを求める(W3g)。焼却残灰分は以下の手順で求める。予め精秤した30mlの磁性るつぼに約2gの試料を入れ精秤し、そして、るつぼの質量を差し引くことにより試料であるトナーの質量(Wag)を求める。るつぼを電気炉に入れ約900℃で約3時間加熱し、電気炉中で放冷し常温下でデシケーター中に1時間以上放冷しるつぼの質量を精秤する。ここからるつぼの質量を差し引くことにより焼却残灰分(Wbg)を求める。
(Wb/Wa)×100=焼却残灰分含有率(質量%)
この含有率から試料W1g中の焼却残灰分の質量(W3g)が求められる。
THF不溶分は下記式から求められる。
THF不溶分(質量%)={(W2−W3)/(W1−W3)}×100
尚、結着樹脂等の樹脂以外の成分を含まない試料のTHF不溶分の測定は、所定量(W1g)を秤量した樹脂を上記と同じ工程で抽出残分(W2g)を求め、下記式より求められる。
THF不溶分(質量%)=(W2/W1)×100
[GPCによる分子量分布の測定]
40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定化させ、この温度におけるカラムに溶媒としてTHFを毎分1mlの流速で流し、THF試料溶液を約100μl注入して測定する。試料の分子量測定にあたっては試料の有する分子量分布を数種の単分散ポリスチレン標準試料により作成された検量線の対数値とカウント値との関係から算出した。検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては例えば、東ソー社製あるいは昭和電工社製の分子量が10〜10程度のものを用い、少なくとも10点程度の標準ポリスチレン試料を用いるのが適当である。又、検出器はRI(屈折率)検出器を用いる。尚、カラムとしては市販のポリスチレンジェルカラムを複数本組み合わせるのが良く、例えば昭和電工社製のshodex GPC KF−801,802,803,804,805,806,807,800Pの組み合せや、東ソー社製のTSKgel G1000H(HXL)、G2000H(HXL)、G3000H(HXL)、G4000H(HXL)、G5000H(HXL)、G6000H(HXL)、G7000H(HXL)、TSK guard columnの組み合せを挙げることができる。
また、試料は以下のようにして作製する。
試料をTHF中に入れ、数時間放置した後、十分振とうしTHFとよく混ぜ(試料の合一体が無くなるまで)、更に12時間以上静置する。その時THF中への放置時間が24時間以上となるようにする。その後、サンプル処理フィルター(ポアサイズ0.2〜0.5μm、例えばマイショリディスクH−25−2(東ソー社製)など使用できる。)を通過させたものをGPCの試料とする。又、試料濃度は、樹脂成分が0.5〜5.0mg/mlとなるように調整する。
[酸価の測定]
基本操作はJIS K−0070に準ずる。
1)試料0.5〜2.0gを精秤し、試料の質量W(g)とする。
2)300mlのビーカーに試料を入れ、トルエン/エタノール(4/1)の混合液150mlを加え溶解する。
3)0.1モル/リットルのKOHのメタノール溶液を用いて、電位差滴定装置を用いて滴定する(例えば、京都電子株式会社製の電位差滴定装置AT−400(win workstation)とABP−410電動ビュレットを用いての自動滴定が利用できる。)
4)この時のKOH溶液の使用量S(ml)とし、同時にブランクを測定しこの時のKOH溶液の使用量をB(ml)とする。
5)次式により酸価を計算する。fはKOHのファクターである。
酸価(mgKOH/g)={(S−B)×f×5.61}/W
尚、試料として、現像剤を用いる場合には、THF不溶分の測定と同様にして焼却残灰分を求め、焼却残灰分の質量を差し引いたものを試料の質量W(g)とする。
[現像剤の粒度分布]
現像剤の粒度分布は種々の方法によって測定できるが、本発明においてはコールターカウンターを用いて行う。測定装置としては、コールターマルチサイザーIIE(コールター社製)を用いる。電解液は、1級塩化ナトリウムを用いて、約1%NaCl水溶液を調整する。例えば、ISOTON(R)−II(コールターサイエンティフィックジャパン社製)が使用できる。測定方法としては、前記電解水溶液100〜150ml中に分散剤として、界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩)を、0.1〜5.0ml加え、さらに測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子の体積、個数を測定して体積分布と個数分布とを算出する。このとき、測定されたデータは粒径1.59〜64.0μmを256分割したチャンネルで得られる。その256チャンネルで得られたデータを用いて、重量平均粒径(D4)(各チャンネルの中央値をチャンネル毎の代表値とする)、個数平均粒径(D1)、及び体積分布から求めた粗粉量(10.1μm以上)、個数分布から求めた微粉個数(4.00μm以下)を求める。
[現像剤の個数粒度分布におけるピーク粒度Xに対する半値幅Y]
上記現像剤の粒度分布で測定したコールターマルチサイザーIIE(コールター社製)において得られた256チャンネルの粒度分布(図4参照)からピーク粒度Xの時の頻度A(個数%)を算出する。
ピーク粒度Xにおける頻度をAとしたとき、頻度が半値(即ち、A/2)をとる粒度を粒度分布から算出し、それらを小粒径側からX1,X2とする。
このとき半値幅Y=X2−X1 で求めることが出来る。
本発明の現像剤においては、現像剤に離型性を与えるために次のようなワックス類を含有させることが好ましい。本発明に用いられるワックスには次のようなものがある。例えば、低分子量ポリエチレン、低分子量ポリプロピレン、ポリオレフィン共重合物、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、パラフィンワックス、フィッシャートロプシュワックスの如き脂肪族炭化水素系ワックス;酸化ポリエチレンワックスの如き脂肪族炭化水素系ワックスの酸化物;または、それらのブロック共重合物;キャンデリラワックス、カルナバワックス、木ろう、ホホバろうの如き植物系ワックス;みつろう、ラノリン、鯨ろうの如き動物系ワックス;オゾケライト、セレシン、ペトロラクタムの如き鉱物系ワックス;モンタン酸エステルワックス、カスターワックスの如き脂肪酸エステルを主成分とするワックス類;脱酸カルナバワックスの如き脂肪酸エステルを一部又は全部脱酸化したものが挙げられる。さらに、パルミチン酸、ステアリン酸、モンタン酸、あるいは更に長鎖のアルキル基を有する長鎖アルキルカルボン酸の如き飽和直鎖;ブラシジン酸、エレオステアリン酸、バリナリン酸の如き不飽和脂肪酸;ステアリルアルコール、エイコシルアルコール、ベヘニルアルコール、カルナウビルアルコール、セリルアルコール、メリシルアルコール、あるいは更に長鎖のアルキル基を有する長鎖アルキルアルコールの如き飽和アルコール;ソルビトールの如き多価アルコール;リノール酸アミド、オレイン酸アミド、ラウリン酸アミドの如き脂肪族アミド;メチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスラウリン酸アミド、ヘキサメチレンビスステアリン酸アミドの如き飽和脂肪酸ビスアミド;エチレンビスオレイン酸アミド、ヘキサメチレンビスオレイン酸アミド、N,N’−ジオレイルアジピン酸アミド、N,N’−ジオレイルセバシン酸アミドの如き不飽和脂肪酸アミド類;m−キシレンビスステアリン酸アミド、N,N’−ジステアリルイソフタル酸アミドの如き芳香族系ビスアミド;ステアリン酸カルシウム、ラウリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウムの如き脂肪酸金属塩(一般に金属石けんといわれているもの);脂肪族炭化水素系ワックスにスチレンやアクリル酸の如きビニル系モノマーを用いてグラフト化させたワックス;ベヘニン酸モノグリセリドの如き脂肪酸と多価アルコールの部分エステル化物;植物性油脂を水素添加することによって得られるヒドロキシル基を有するメチルエステル化合物が挙げられる。
好ましく用いられるワックスとしては、オレフィンを高圧下でラジカル重合したポリオレフィン;高分子量ポリオレフィン重合時に得られる低分子量副生成物を精製したポリオレフィン;低圧下でチーグラー触媒、メタロセン触媒の如き触媒を用いて重合したポリオレフィン;放射線、電磁波又は光を利用して重合したポリオレフィン;高分子ポリオレフィンを熱分解して得られる低分子量ポリオレフィン;パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス;アーゲ法、ジンドール法、ヒドロコール法等により合成される合成炭化水素ワックス(例えば、フィッシャートロプシュワックス);炭素数1個の化合物をモノマーとする合成ワックス、水酸基又はカルボキシル基の如き官能基を有する炭化水素系ワックス;炭化水素系ワックスと官能基を有するワックスとの混合物;これらのワックスを母体としてスチレン、マレイン酸エステル、アクリレート、メタクリレート、無水マレイン酸の如きビニルモノマーをグラフト変性したワックスが挙げられる。
また、これらのワックスをプレス発汗法、溶剤法、再結晶法、真空蒸留法、超臨界ガス抽出法又は融液晶法を用いて分子量分布をシャープにしたものや、低分子量固形脂肪酸、低分子量固形アルコール、低分子量固形化合物、その他の不純物を除去したものも好ましく用いられる。
また、上記ワックスの添加量は、結着樹脂100質量部に対して0.1〜20質量部であることが好ましく、1〜10質量部であることがより好ましい。尚、2種類以上のワックスを併用して添加しても良い。
これらのワックスを添加した現像剤のDSCにより測定される吸熱曲線において、60〜120℃の領域に最大ピークを有することが好ましい。
これらの範囲に最大ピークを有する場合、定着性、耐オフセット性が良好である。最大ピーク温度が60℃未満の場合、ワックスの可塑効果のために、現像剤自身の保存性が悪化する。最大ピーク温度が120℃を超える場合には、定着性が悪化する。
本発明の現像剤は、磁性酸化鉄を含有することを特徴としている。磁性酸化鉄をトナー粒子中に含有させることで、トナー粒子の表面抵抗を無機微粉末の表面抵抗と同等にすることが可能となる。その結果、トナー粒子表面と無機微粉末の間の電荷の授受が行い易くなり粒子間凝集性の緩和効果をより効果的に発現させることが可能となる。
本発明の磁性酸化鉄の個数平均粒子径としては、0.05〜1.00μmが好ましく、更に好ましくは0.10〜0.60μmが良い。
また、本発明に用いられる磁性酸化鉄はトナー粒子中への微分散性の観点から八面体形状あるいは複核形状が好ましい。さらに、本発明の磁性酸化鉄はトナー粒子中への微分散性を向上させる目的で、製造時のスラリーにせん断をかけ、生成した磁性酸化鉄を一旦ほぐす処理を施すことが好ましい。
本発明においてトナー粒子に含有させる磁性酸化鉄の量は、結着樹脂100質量部に対して10乃至200質量部、好ましくは20乃至170質量部、更に好ましくは30乃至150質量部が好ましい。
本発明で用いる現像剤に正帯電性を保持させるためには、荷電制御剤を含有させる制御させることが好ましい。その中でも、荷電制御剤が少なくともトリフェニルメタン化合物、四級アンモニウム塩のうちの一種であることが好ましい。これらの荷電制御剤を使用することで、高速印刷時においても現像剤の帯電を迅速に付与が可能となる。さらに、これらの荷電制御剤を使用することでより効果的に現像剤粒子間凝集力を緩和することが可能となる。
本発明の現像剤には、必要に応じて他の外部添加剤を添加しても良い。
例えば、帯電補助剤、導電性付与剤、流動性付与剤、ケーキング防止剤、熱ローラー定着時の離型剤、滑剤、研磨剤等の働きをする樹脂微粒子や無機微粒子などである。
例えば滑剤としては、ポリ弗化エチレン粉末、ステアリン酸亜鉛粉末、ポリフッ化ビニリデン粉末等が挙げられ、中でもポリフッ化ビニリデン粉末が好ましい。また研磨剤としては、酸化セリウム粉末、炭化ケイ素粉末、チタン酸ストロンチウム粉末等が挙げられ、中でもチタン酸ストロンチウム粉末が好ましい。
以上述べてきたように、少なくとも結着樹脂と磁性酸化鉄を含有する正帯電性トナー粒子を有する正帯電性現像剤において、現像剤粒子間凝集力をコントロールすることで、容易に特定の最大圧密応力における単軸崩壊応力のコントロールが可能となる。そして、本発明で規定の単軸崩壊応力を満たさせることにより、高速印刷時においてもトナー劣化のない耐久安定性のある画質の優れた現像剤を得ることが出来る。
本発明において、トナー粒子を作製するには、以下のような方法を用いることができる。結着樹脂、着色剤、その他の添加剤等を、ヘンシェルミキサー、ボールミル等の混合機により十分混合してから、加熱ロール、ニーダー、エクストルーダーのような熱混練機を用いて溶融混練し、冷却固化後、粉砕及び分級を行い、更に必要に応じて所望の添加剤をヘンシェルミキサー等の混合機により十分混合し、本発明のトナーを得ることができる。
例えば混合機としては、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製);スーパーミキサー(カワタ社製);リボコーン(大川原製作所社製);ナウターミキサー、タービュライザー、サイクロミックス(ホソカワミクロン社製);スパイラルピンミキサ一(太平洋機工社製);レーディゲミキサー(マツボー社製)が挙げられ、混練機としては、KRCニーダー(栗本鉄工所社製);ブス・コ・ニーダー(Buss社製);TEM型押し出し機(東芝機械社製);TEX二軸混練機(日本製鋼所社製);PCM混練機(池貝鉄工所社製);三本ロールミル、ミキシングロールミル、ニーダー(井上製作所社製);ニーデックス(三井鉱山社製);MS式加圧ニーダー、ニダールーダー(森山製作所社製);バンバリーミキサー(神戸製鋼所社製)が挙げられ、粉砕機としては、カウンタージェットミル、ミクロンジェット、イノマイザ(ホソカワミクロン社製);IDS型ミル、PJMジェット粉砕機(日本ニューマチック工業社製);クロスジェットミル(栗本鉄工所社製);ウルマックス(日曹エンジニアリング社製);SKジェット・オー・ミル(セイシン企業社製);クリプトロン(川崎重工業社製);ターボミル(ターボエ業社製);スーパーローター(日清エンジニアリング社製)が挙げられ、分級機としては、クラッシール、マイクロンクラッシファイアー、スペディッククラシファイアー(セイシン企業社製);ターボクラッシファイアー(日清エンジニアリング社製);ミクロンセパレータ、ターボプレックス(ATP)、TSPセパレータ(ホソカワミクロン社製);エルボージェット(日鉄鉱業社製)、ディスパージョンセパレータ(日本ニューマチックエ業社製);YMマイクロカット(安川商事社製)が挙げられ、粗粒などをふるい分けるために用いられる篩い装置としては、ウルトラソニック(晃栄産業社製);レゾナシーブ、ジャイロシフター(徳寿工作所社);バイブラソニックシステム(ダルトン社製);ソニクリーン(新東工業社製);ターボスクリーナー(ターボエ業社製);ミクロシフター(槙野産業社製);円形振動篩い等が挙げられる。
本発明の現像剤は、潜像保持体上に形成された静電荷潜像を、現像剤担持体上に形成される現像剤層により現像して現像剤画像を形成する現像工程を少なくとも有し、現像剤層が形成された状態における該現像剤担持体にかかるトルク(T)が、0.1N・m≦T≦50N・mであるような画像形成方法において、更に好適に用いることができる。
また、本発明の現像剤は、該現像剤画像をトナーの帯電極性と逆極性の電圧を印加した無端状転写搬送手段上に搬送させた転写材に当接させて転写する画像形成方法であって、該無端状転写搬送手段は、転写ベルトであり、該転写ベルトは、該潜像保持体と当接する部位の搬送方向上流側及び下流側に設置された少なくとも2本以上のローラーにより支張され、該潜像保持体との当接部位において、該転写ベルトの該感光体表面に対する侵入量iが、該潜像保持体直径dに対して、0%<i≦5%であるような画像形成方法において、更に好適に用いることができる。本発明の現像剤をこのような画像形成方法に適用した場合には、転写ベルトを用いて高速且つ長期継続的にプリント画像を得る場合においても、転写中抜け防止効果及び転写ベルト汚染抑制効果を長期安定的に維持することができる。
上記の如き、画像形成方法においては、該潜像保持体として、導電性基体と、該導電性基体上に少なくともアモルファスシリコンを含む光導電層、該光導電層上にアモルファスシリコン及び/またはアモルファスカーボン及び/またはアモルファスシリコンナイトライドを含む表面保護層を備える潜像保持体を用いることができる。
以下実施例にもとづいて具体的に本発明について説明する。しかしながら、これによって本発明の実施の態様がなんら限定されるものではない。
<低分子量成分(E−1)の製造例>
四つ口フラスコ内にキシレン300質量部を投入し、撹拌しながら容器内を充分に窒素で置換した後、昇温して還流させる。
この還流下で、スチレン75.0質量部、アクリル酸−n−ブチル25.0質量部及びジ−tert−ブチルパーオキサイド(開始剤1)2.0質量部の混合液を4時間かけて滴下した後、2時間保持し重合を完了し、低分子量重合体溶液(E−1)を得た。
<低分子量成分(E−2)の製造例>
スチレン79.0質量部、アクリル酸−n−ブチル21.0質量部、開始剤1を1.0質量部用いて低分子量成分E−1の製造例と同様に重合を行い、低分子量重合体溶液E−2を得た。
<低分子量成分(E−3)の製造例>
スチレン77.0質量部、アクリル酸−n−ブチル23.0質量部、開始剤1を2.0質量部用いて低分子量成分E−1の製造例と同様に重合を行い、低分子量重合体溶液E−3を得た。
<低分子量成分(E−4)の製造例>
スチレン72.0質量部、アクリル酸−n−ブチル24.0質量部、アクリル酸4.0質量部、開始剤1を2.0質量部用いて低分子量成分E−1の製造例と同様に重合を行い、低分子量重合体溶液E−4を得た。
<低分子量成分(E−5)の製造例>
スチレン74.0質量部、アクリル酸−n−ブチル24.0質量部、開始剤1を1.5質量部用いて低分子量成分E−1の製造例と同様に重合を行い、低分子量重合体溶液E−5を得た。
<高分子量成分(D−1)の製造例>
四つ口フラスコ内にキシレン300質量部を投入し、撹拌しながら容器内を充分に窒素で置換した後、昇温して還流させる。
この還流下で、まず、スチレン80.0量部、アクリル酸−n−ブチル16.0質量部及び2,2−ビス(4,4−ジ−tert−ブチルパーオキシシクロヘキシル)プロパン(開始剤2)2.0質量部、メタクリル酸5.0質量部の混合液を4時間かけて滴下する。全てを滴下した後、2時間保持し重合を完了し、高分子量成分(D−1)溶液を得た。
<高分子量成分(D−2)の製造例>
スチレン81.0質量部、アクリル酸−n−ブチル16.0質量部、開始剤2を2.0質量部及びメタクリル酸4.0質量部の混合液を用いて高分子量成分D−1の製造例と同様に重合を行い、高分子量成分(D−2)溶液を得た。
<高分子量成分(D−3)の製造例>
スチレン79.0質量部、アクリル酸−n−ブチル16.0質量部、開始剤2を2.0質量部及びメタクリル酸6.0質量部の混合液を用いて高分子量成分D−1の製造例と同様に重合を行い、高分子量成分(D−3)溶液を得た。
<高分子量成分(D−4)の製造例>
スチレン82.0質量部、アクリル酸−n−ブチル17.5質量部、ジビニルベンゼン0.6質量部、開始剤2を0.4質量部及びマレイン酸モノn−ブチル2.0質量部の混合液を用いて高分子量成分D−1の製造例と同様に重合を行い、高分子量成分(D−4)溶液を得た。
<高分子量成分(D−5)の製造例>
四つ口フラスコ内に脱気水180質量部とポリビニルアルコールの2質量%水溶液20質量部を投入した後、スチレン73.0質量部、アクリル酸−n−ブチル23.0質量部、マレイン酸モノn−ブチル7.0質量部、ジビニルベンゼン0.005質量部及び開始剤2を0.8質量部の混合液を加え、撹拌し懸濁液とした。
フラスコ内を充分に窒素で置換した後、85℃まで昇温して、重合を開始した。同温度に24時間保持した後、ベンゾイルパーオキサイド(半減期10時間温度;72℃)0.1質量部を追加した。さらに、12時間保持して重合を完了した。その後、該高分子量重合体を濾別し、水洗,乾燥し高分子量成分(D−5)を得た。
<高分子量成分(D−6)の製造例>
スチレン76.0質量部、アクリル酸−n−ブチル26.0質量部、ジビニルベンゼン0.005質量部、開始剤2を1.0質量部及びメタクリル酸7.0質量部の混合液を用いて高分子量成分D−1の製造例と同様に重合を行い、高分子量成分(D−6)溶液を得た。
<高分子量成分(D−7)の製造例>
高分子量成分(D−5)の製造例と同様にスチレン70.0質量部、アクリル酸−n−ブチル24.0質量部、マレイン酸モノn−ブチル4.0質量部、ジビニルベンゼン0.005質量部及び開始剤2を1.5質量部用いて高分子量成分(D−7)を得た。
<結着樹脂(F−1)の製造>
四つ口フラスコ内に、上記低分子量成分(E−1)のキシレン溶液200質量部(低分子量成分60質量部相当)を投入し、昇温して還流下で撹拌する。一方、別容器に上記高分子量成分(D−1)溶液200質量部(高分子量成分40質量部相当)を投入し、還流させる。上記低分子量成分(E−1)溶液と高分子量成分(D−1)溶液を還流下で混合した後、有機溶剤を留去し、得られた樹脂を冷却、固化後粉砕する。この低分子量成分と高分子量成分の混合物95質量部とグリシジル基含有ビニル樹脂(スチレン−アクリル酸グリシジル共重合体、重量平均分子量:14000、エポキシ価:0.1eq/kg)5質量部をヘンシェルミキサーにて混合後、2軸押出機にて200℃で架橋反応後、1℃/minの冷却速度で冷却し、その後粉砕して結着樹脂(F−1)を得た。
<結着樹脂(F−2)、(F−3)の製造>
上記高分子量成分(D−2)、(D−3)を用い、結着樹脂(F−1)の製造例と同様にして結着樹脂(F−2)、(F−3)を得た。
<結着樹脂(F−4)の製造>
四つ口フラスコ内に、上記低分子量成分(E−2)のキシレン溶液200質量部(低分子量成分70質量部相当)を投入し、昇温して還流下で撹拌する。そのフラスコ内に上記高分子量成分(D−4)30質量部を投入し、還流させる。上記低分子量成分(E−2)溶液と高分子量成分(D−4)を還流下で混合した後、有機溶剤を留去し、得られた樹脂を冷却、固化後粉砕して結着樹脂(F−4)を得た。
<結着樹脂(F−5)の製造>
上記低分子量成分(E−3)のキシレン溶液200質量部(低分子量成分80質量部相当)及び上記高分子量成分(D−5)20質量部を用い結着樹脂(F−4)の製造例と同様にして結着樹脂(F−5)を得た。
<結着樹脂(F−6)の製造>
上記低分子量成分(E−4)のキシレン溶液200質量部(低分子量成分80質量部相当)及び上記高分子量成分(D−6)20質量部を用い結着樹脂(F−4)の製造例と同様にして結着樹脂(F−6)を得た。
<結着樹脂(F−7)の製造>
上記低分子量成分(E−5)のキシレン溶液200質量部(低分子量成分70質量部相当)及び上記高分子量成分(D−7)30質量部を用い結着樹脂(F−4)の製造例と同様にして結着樹脂(F−7)を得た。
上記結着樹脂(F−1)〜(F−7)の酸価、ピーク分子量等の物性を表に示す。
<酸化マグネシウム微粉末1の製造例>
予め精製処理を施した水溶性マグネシウム塩1当量に対しアルカリ性物質を0.90当量を、30℃で混合して反応させ、その後反応物を反応母液とともに約60kg/cmの加圧下で100℃で約4時間加熱させて水酸化マグネシウムを得た。この水酸化マグネシウムをカンタル炉で1450℃で3時間焼成した。焼成物を気流分級機構のついた粉砕機を用いて粉砕、分級を行い酸化マグネシウム微粉末1を得た。得られた酸化マグネシウム微粉末1の物性値を表に示す。
<酸化マグネシウム微粉末2の製造例>
酸化マグネシウム微粉末の製造例1において、焼成時間を2時間とする以外は製造例1と同様にして酸化マグネシウム微粉末2を得た。得られた酸化マグネシウム微粉末2の物性値を表に示す。
<酸化マグネシウム微粉末3の製造例>
酸化マグネシウム微粉末の製造例1において、焼成温度を1150℃とする以外は製造例1と同様にして酸化マグネシウム微粉末3を得た。得られた酸化マグネシウム微粉末3の物性値を表に示す。
<酸化マグネシウム微粉末4の製造例>
酸化マグネシウム微粉末の製造例1において、焼成温度を1750℃とする以外は製造例1と同様にして酸化マグネシウム微粉末4を得た。得られた酸化マグネシウム微粉末4の物性値を表に示す。
<酸化マグネシウム微粉末5の製造例>
酸化マグネシウム微粉末の製造例1において、アルカリ性物質を0.70当量添加する以外は製造例1と同様にして酸化マグネシウム微粉末5を得た。得られた酸化マグネシウム微粉末5の物性値を表に示す。
<酸化マグネシウム微粉末6の製造例>
酸化マグネシウム微粉末の製造例1において、焼成温度を1750℃とし、焼成時間を2時間とする以外は製造例1と同様にして酸化マグネシウム微粉末6を得た。得られた酸化マグネシウム微粉末6の物性値を表に示す。
<酸化マグネシウム微粉末7の製造例>
酸化マグネシウム微粉末の製造例6において、アルカリ性物質を0.60当量添加する以外は製造例6と同様にして酸化マグネシウム微粉末7を得た。得られた酸化マグネシウム微粉末7の物性値を表に示す。
<酸化マグネシウム微粉末8の製造例>
酸化マグネシウム微粉末の製造例3において、マグネシウム源として海水、アルカリ源として生石灰を用いた以外は同様にして海水法酸化マグネシウム微粉末8を得た。得られた物性値を表に示す。
<酸化マグネシウム微粉末9の製造例>
酸化マグネシウム微粉末9として気相酸化法マグネシア(宇部マテリアルズ社製500A)を用いた。
本発明で用いた酸化マグネシウム微粉末1〜9は、いずれもCuKα特性X線回折におけるブラッグ角(2θ±0.2deg)の42.9degにピークを有するものであった。酸化マグネシウム微粉末1〜9の物性値を表に示す。
[実施例
・結着樹脂F−1 100質量部
・磁性酸化鉄粒子(八面体,個数平均粒径:0.20μm) 90質量部
表1に示すワックスb(フィッシャートロプシュワックス) 4質量部
下記荷電制御剤A(トリフェニルメタンレーキ顔料) 2質量部
Figure 0004458366
上記材料をヘンシェルミキサーで前混合した後、二軸混練押し出し機によって、溶融混練した。得られた混練物を冷却し、ハンマーミルで粗粉砕した後、ジェット気流を用いた微粉砕機で粉砕し、得られた微粉砕粉末をコアンダ効果を利用した多分割分級機を用いて分級し、トナー粒子を得た。このトナー粒子のゼータ電位を測定したところ、分散液のpHは4であり、ゼータ電位の値は41.0mVであった。
このトナー粒子100質量部に対して、下記外添剤をヘンシェルミキサーを用いて条件1(1700rpm、5分)で外添混合し、目開き150μmのメッシュで篩い現像剤13を得た。現像剤の内添処方及び物性を表に記す。
・酸化マグネシウム微粉末1を0.2質量部
シリカ微粉末の母体(BET比表面積200m /g)100質量部に対して、アミノ変性シリコーンオイル(ジメチルシリコーンオイルを主骨格とするシリコーンオイル、アミノ当量=830、25℃における粘度=70mm /s)17質量部で処理した疎水性シリカ微粉末a(透過率80%の時のメタノール濃度が75%、BET比表面積が110m /g)を0.8質量部
・チタン酸ストロンチウム(個数平均1次粒径1.5μm)を3.0質量部
この現像剤13を市販の複写機(iR−105、キヤノン製)を1.3倍のプリントスピードに改造し、23℃,5%RHの環境と23℃,60%RHの環境と30℃,80%RHの環境で印字比率4%のテストチャートを用いて25万枚の連続プリントを行った。
(画像濃度の評価)
画像濃度はマクベス濃度計(マクベス社製)でSPIフィルターを使用して、反射濃度測定を行い、5mm角の画像を測定した。この評価を、初期、25万枚時に行った。その評価結果を表に示す。
(カブリの評価)
カブリは反射濃度計(リフレクトメーター、モデルTC−6DS、東京電色社製)を用いて行い、画像形成後の白地部反射濃度最悪値をDs、画像形成前の転写材の反射平均濃度をDrとし、Ds−Drをカブリ量としてカブリの評価を行った。この評価を、初期、25万枚時に行った。その評価結果を表に示す。
(尾引きの評価)
尾引きの評価は各環境において、初期と25万枚画出し後、上記画出し試験機を用いてライン幅を170μmに合わせた条件で4ドットの横ラインを15ドットのスペースに印字したパターンを画出しした。その画像を光学顕微鏡で100倍に拡大し、拡大された像において2.5mm四方に観察される3本の横ライン上で尾引きが生じた数を数えた。
A:発生なし
B:3個未満
C:3〜7個未満
D:7〜15個未満
E:15個以上
[実施例
に記載の処方(結着樹脂に関しては表、ワックスに関しては表、酸化マグネシウムに関しては表参照)とした以外は実施例と同様に現像剤14,15を作製した。現像剤14、15に含有されるトナー粒子を水に分散させ、分散液のpHを測定したところpH=4であった。このようにして得られた現像剤の物性を表に示す。また実施例と同様の試験をした結果を表に示す。
尚、以降の実施例10、比較例にかかるトナー粒子を水に分散させた際の分散液のpHはいずれも4であった。
[実施例
に記載の処方(結着樹脂に関しては表、ワックスに関しては表、酸化マグネシウムに関しては表参照)とした以外は実施例と同様に現像剤16を作製した。尚、複核形状の磁性酸化鉄粒子は、個数平均粒径が0.19μmのものである。このようにして得られた現像剤の物性を表に示す。また実施例と同様の試験をした結果を表に示す。
[実施例
に記載の処方(結着樹脂に関しては表、ワックスに関しては表、酸化マグネシウムに関しては表参照)とし、ヘンシェルミキサーによる外添条件を条件2(1300rpm、1分)にした以外は実施例と同様に現像剤17を作製した。尚、複核形状の磁性酸化鉄粒子は、実施例で用いたものである。このようにして得られた現像剤の物性を表に示す。また実施例と同様の試験をした結果を表に示す。
[実施例
に記載の処方(結着樹脂に関しては表、ワックスに関しては表、酸化マグネシウムに関しては表参照)とし、ヘンシェルミキサーによる外添条件を条件3(2000rpm、8分)にした以外は実施例と同様に現像剤18を作製した。尚、複核形状の磁性酸化鉄粒子は、実施例で用いたものである。このようにして得られた現像剤の物性を表に示す。また実施例と同様の試験をした結果を表に示す。
[実施例
に記載の処方(結着樹脂に関しては表、ワックスに関しては表、酸化マグネシウムに関しては表参照)とし、ワックスaを4部とワックスbを2部用いた以外は実施例と同様に現像剤19を作製した。このようにして得られた現像剤の物性を表に示す。また実施例と同様の試験をした結果を表に示す。
[実施例
に記載の処方(結着樹脂に関しては表、ワックスに関しては表、酸化マグネシウムに関しては表参照)とした以外は実施例と同様に現像剤20を作製した。尚、複核形状の磁性酸化鉄粒子は、実施例で用いたものである。このようにして得られた現像剤の物性を表に示す。また実施例と同様の試験をした結果を表に示す。
[実施例
に記載の処方(結着樹脂に関しては表、ワックスに関しては表、酸化マグネシウムに関しては表参照)とした以外は実施例と同様に現像剤21を作製した。尚、複核形状の磁性酸化鉄粒子は、実施例で用いたものである。このようにして得られた現像剤の物性を表に示す。また実施例と同様の試験をした結果を表に示す。
[実施例10
に記載の処方(結着樹脂に関しては表、ワックスに関しては表、酸化マグネシウムに関しては表参照)とした以外は実施例と同様に現像剤22を作製した。尚、複核形状の磁性酸化鉄粒子は、実施例で用いたものである。このようにして得られた現像剤の物性を表に示す。また実施例と同様の試験をした結果を表に示す。
[比較例
に記載の処方(結着樹脂に関しては表、ワックスに関しては表、酸化マグネシウムに関しては表参照)とした以外は、実施例と同様に現像剤23〜26を作製した。このようにして得られた現像剤の物性を表に示す。また実施例と同様の試験をした結果を表に示す。尚、球形の磁性体としては、個数平均粒径が0.20μmのものを用いた。酸化錫微粉末としては、粒径が0.30μm、等電点が6.6、pH=4の時のゼータ電位が−12.1mVであり、BET比表面積が35.0m/gのものを用いた。酸化チタン微粉末としては、粒径が0.27μm、等電点が5.0、pH=4の時のゼータ電位が1.5mVであり、BET比表面積が7.1m/gのものを用いた。
Figure 0004458366
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本発明の現像剤を用いて画像形成を行うのに好適な画像形成装置の一例を示す該略図である。 本発明の現像剤を用いて画像形成を行うのに好適な画像形成装置の一例を示す該略図である。 最大圧密応力と単軸崩壊応力の関係を示す図である。 コールターマルチサイザーIIE(コールター社製)において得られた256チャンネルの粒度分布を示す一例である。 定着装置の概略説明図である。

Claims (7)

  1. 結着樹脂、磁性酸化鉄を少なくとも含有する正帯電性トナー粒子と酸化マグネシウム微粉末とを少なくとも有する正帯電性現像剤であって、
    該酸化マグネシウム微粉末が、CuKα特性X線回折におけるブラッグ角(2θ±0.2deg)の42.9degにピークを有する結晶系であり、且つ該ブラッグ角(2θ±0.2deg)=42.9degにおけるX線回折ピークの半値幅が0.40deg以下であリ、
    該現像剤の最大圧密応力5.0kPa時における単軸崩壊応力(U5kPa)が、
    0.1kPa≦U5kPa≦2.5kPa
    であり、該現像剤の最大圧密応力20.0kPa時における単軸崩壊応力(U20kPa)が、
    2.5kPa≦U20kPa≦5.5kPa
    であることを特徴とする正帯電性現像剤。
  2. 該酸化マグネシウム微粉末の体積平均粒径(A)が、
    0.1μm≦A≦2.0μm
    であり、該体積平均粒径の1/2倍径以下の体積分布累積値が10体積%以下、該体積平均粒径の2倍径以上の体積分布累積値が10体積%以下の粒度分布であることを特徴とする請求項に記載の正帯電性現像剤。
  3. 該酸化マグネシウム微粉末の等電点(B)が、
    8≦B≦14
    であることを特徴とする請求項又はに記載の正帯電性現像剤。
  4. 該酸化マグネシウム微粉末の比表面積(C)が、
    1.0m/g≦C≦15.0m/g
    であることを特徴とする請求項のいずれかに記載の正帯電性現像剤。
  5. 該酸化マグネシウム微粉末中のMgO含有量が98.00%以上であることを特徴とする請求項のいずれかに記載の正帯電性現像剤。
  6. 潜像保持体上に形成された静電荷潜像を、現像剤担持体上に形成される現像剤層により現像して現像剤画像を形成する現像工程を少なくとも有する画像形成方法であって、
    現像剤層が形成された状態における該現像剤担持体にかかるトルク(T)が、
    0.1N・m≦T≦50N・m
    であり、
    該現像剤が、請求項1乃至5のいずれか一項に記載された正帯電性現像剤であることを特徴とする画像形成方法。
  7. 該潜像保持体は、導電性基体と、該導電性基体上に少なくともアモルファスシリコンを含む光導電層、該光導電層上にアモルファスシリコン及び/またはアモルファスカーボン及び/またはアモルファスシリコンナイトライドを含む表面保護層を備えることを特徴とする請求項に記載の画像形成方法。
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