JP4859872B2 - 画像形成方法および画像形成装置 - Google Patents

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本発明は、電子写真、静電記録、静電印刷等における静電荷像を現像する為の現像剤に使用されるトナーに関する。更に詳しくは、直接または間接電子写真現像方式を用いた複写機、レーザープリンター、および普通紙ファックス等に使用される静電荷像現像用トナー現像剤、およびこれらの画像形成装置に関する。
従来より、電子写真装置や静電記録装置等において、電気的または磁気的潜像は、トナーによって現像化されている。例えば、電子写真法では、感光体上に静電荷像(潜像)を形成し、次いで、該潜像をトナーを用いて現像して、トナー画像を形成している。トナー画像は、通常、紙等の記録媒体上に転写され、次いで、加熱等の方法で定着させている。また、トナー像の転写後に、感光体上に残留するトナーをクリーニングブレード等により除去している。
電子写真法における定着方式としては、そのエネルギー効率の良さから、加熱ヒートローラ方式が広く一般に用いられている。また、近年、省エネルギーのための低温定着や高速複写のように、定着時にトナーに与えられる熱エネルギーは小さくなる傾向にある。特に省エネルギーのために、画像形成装置のスイッチをオンしてから画像形成が可能となるまでの待機時間(装置のウォームアップタイム)の短縮とプリント指令後すばやく定着可能温度に達するために定着部をあらかじめ熱しておく(予熱状態)ために使用する電力量を極力小さくすることで、総消費電力とCO排出量の削減が強く要望されている。
1999年度の国際エネルギー機関(IEA)のDSM(Demand−side Management)プログラム中には、次世代複写機の技術調達プロジェクトが存在し、その要求仕様が公表され、30cpm以上の複写機については、前記待機時間が10秒以内、待機時の消費電力が10〜30W以下(複写速度で異なる)とするよう、従来の複写機に比べて飛躍的な総消費電力量とCO排出量の削減が要求されている。特に高速化すると定着時に加熱部材が記録媒体により熱を奪われるため、定着に必要な熱量が不足する状況になり、定着装置およびトナー両面での更なる低温定着性が必要である。
一方、トナー像の転写後に、感光体上に残留するトナーを充分に除去する方式としては従来より幾つかの方式が検討されているが、クリーニングブレードを感光体表面に当接して残留トナーを掻き落とす方式が、低コストで、システム全体も簡単でコンパクトにでき、トナー転写効率も優れているため広く実用化されている。
上述のような残留トナーの除去は、クリーニングブレードが感光体表面に当接されて行われるため、トナー除去効率は感光体とクリーニングブレードの当接圧力や、現像スリーブ、感光体の表面形状などによって大きく左右される。同様にトナー特性に関する点でも、クリーニング時のトナー除去効率はトナー形状やトナー表面性に大きく左右される。トナー除去が不充分である場合は、感光体の表面上に残留トナーによるフィルミングが発生する。また、これが蓄積したフィルミング膜の影響で感光体とクリーニングブレード間にかかる応力が増大することで、発熱によるトナー融着の発生、感光体の疲労摩擦が発生する。かかる問題は、トナー粒子が小径化することでいっそう加速され、感光体への付着力が高まり転写残となり易いことで感光体とクリーニングブレード間をすり抜けるトナー量が増すので、クリーニング不良がより発生してしまう課題がある。
これらの問題点を克服するために、トナー粒子の形状係数SF−1を125〜140とし、さらに粒径やSF−1の含有率を規定する画像形成方法(例えば、特許文献1参照)、ブレードブラシクリーニング方式において、形状係数SF−1が100〜160の範囲にあるトナー粒子が65個数%以上であるよう制御すること(例えば、特許文献2参照)、二成分現像剤中のトナーを正確に検知して現像剤容器内にトナーを補給するために、形状係数SF−1を100以上140以下、SF−2を100以上120以下で、且つ、比抵抗が1×1010Ω・cm以上1×1014Ω・cm以下の磁性キャリアを用いること(例えば、特許文献3参照)、現像スリーブと感光体が同方向の駆動でその周速比が0.5〜1.8である場合に、トナー形状係数SF−1が135以上150以下、SF−2が115以上125以下であるようにすること(例えば、特許文献4参照)、さらには、一定の割合で球形粒子および不定形粒子が混在するトナー(例えば、特許文献5参照)が開示されている。これらの目的はクリーニング性向上に限定されたものではないが、トナー形状に関する提案であり、いずれもトナー粒子の形状係数を範囲設定して、画像品質の課題解決(主にクリーニング性改善、転写性向上)をねらったものとなっている。
特開2000−267331号公報 特開2002−23408号公報 特開2000−29297号公報 特開平9−179411号公報 特開平7−49585号公報
しかしながら、本発明者らによると、従来技術に設定するような形状係数(SF−1)の範囲制御では、ブレードクリーニング方式の諸条件如何ではクリーニング性が不充分である場合があることが分かっている。例えば、トナー粒子側に関しては、特に近年の高画質化によるトナー小粒径化に伴い、トナー粒径がますます小さくなる場合や、トナー表面性が滑らかで凹凸が小さい場合において、一方で、画像形成装置側に関しては、感光体表面とクリーニングブレードの当接圧力が比較的低くクリーニングに不利な場合、等において、かかる従来技術で規定される形状係数の範囲では残留トナーの除去が不充分となり、上述のようなクリーニング不良に伴う課題が発生してしまう。特に小粒径トナー粒子については、感光体との付着力が高まるために、現像後も感光体上に転写残となり易く、クリーニング部材を消耗しやすく機械的ストレスも大きい。また、感光体を接触帯電させる場合、帯電ローラ等を汚染してしまい、本来の帯電能力を発揮できなくなるという問題もある。逆に、大粒径トナー粒子では、クリーニング性は向上するが、転写不良、これが起因する解像度等の画質低下が発生する課題があった。
一方、クリーニング不良はトナー表面性の違いにも大きく依存することが知られているが、このトナー表面性の差異は、粉砕法、重合法、等のトナー製造法によっても大きく影響を受けるものである。
従来の混練粉砕法により得られるトナーは、一般的には、不定形になるためクリーニング性においては有利であるが、その粒径分布はブロードで、流動性が低く、転写性が低く、定着エネルギーが高く、トナー粒子間で帯電量が不均一で、帯電安定性が低いと言う問題点があった。特に定着においては、粉砕法で作製された混練粉砕型のトナーは、粉砕によって離型剤(ワックス)の界面で割れて粒子を形成するため、粒子表面に多く存在するので離型効果が出やすくなる一方、キャリアや感光体、さらにクリーニングブレードへの付着が起こりやすく性能としては不満足のものであった。
一方、混練粉砕法によるトナーの問題点を克服するために、重合法によるトナーの製造方法が提案されている。この方法は、粉砕工程が含まれていないため、そのトナーの製造には練り工程および粉砕工程が必要でなく、エネルギーの節約、生産時間の短縮、製品収率の向上等のコスト削減の寄与が大きい。また、このような重合法により得られる重合トナー粒子における粒度分布も、粉砕法によるトナーの粒度分布に比べてシャープな分布の形成が容易である上、ワックスの内包化も容易で、トナーの流動性を大きく向上させることもできる。また、球形トナーを得ることも容易である。しかし、重合法によるトナーには未だ解消されていない課題も多い。
重合法の内で広く行われている懸濁重合法によるトナーの製造方法では、それに用いるバインダー(結着樹脂)用モノマーは人体に対して有害性のスチレンモノマーやアクリルモノマーに限られ、そして得られるトナーにはこれらの成分が含まれるため、環境上の問題がある。また、得られるトナーは、ワックスを内包化するため、トナーを実機に使用したときに、トナーの感光体への付着は低減されるものの、ワックスが粒子界面に存在する粉砕法に比べて、内包化されている分、ワックスがトナー表面に染み出にくく定着効率の悪いトナーとなる。従って、重合トナーは、消費電力に対しては不利なトナーとなってしまう。
重合トナーの製造法には、懸濁重合法の他、乳化重合法などもある。乳化重合法においても、そのモノマーはスチレンモノマーに限られる。この方法の場合も、その未反応モノマー分のトナー粒子からの完全除去や、乳化剤、分散剤のトナー粒子からの完全除去は難しく、トナーによる環境問題をも生じるようになってきている。
また、トナーの製造法として溶解懸濁法が知られている。この方法の場合、低温定着が可能なポリエステル樹脂を使用できるメリットはあるが、低温定着性樹脂や着色剤を溶剤に溶解又は分散する工程において高分子量成分を加えるため、液粘度が上がり生産性の点で問題が発生するようになる。
さらに、この溶解懸濁法においては、トナーの表面形状に関し、球形で且つ表面を凹凸形状にすることによりトナーのクリーニングの改善を図っている(例えば、特許文献6参照)が、このようなトナーは離型剤としてワックスを組成物に加えた場合、ワックスの均一分散性および分散状態(表面存在)や顔料の均一分散性が、混練粉砕型のトナーに比較し低下すること、およびンダーの高分子設計の自由度が溶剤中で粒子化するため粘度の制約があり、難しくなるので離型性の確保に困難を伴う。
特許文献7によれば、トナーの流動性改良、低温定着性改良、ホットオフセット性改良を目的に、トナーバインダーとしてウレタン変性されたポリエステルの伸長反応物からなる実用球形度が0.90〜1.00の乾式トナーが提案されている。また、小粒径トナーとした場合の粉体流動性、転写性に優れるとともに、耐熱保存性、低温定着性、耐ホットオフセット性のいずれにも優れた乾式トナーが特許文献8および9等に記載されている。これらの公報に記載されたトナーの製造方法は、イソシアネート基含有ポリエステルプレポリマーを水系媒体中でアミンと重付加反応させる高分子量化工程を含むものである。
しかしながら、定着、転写性、流動性は改善されているものの、球形であるためクリーニング性は粉砕トナーの不定形トナーに比べ大きく低下している。また、前記のような工法により得られるトナーの場合、顔料やワックスの分散が悪く、顔料はトナー中に不均一に分散しているために、このトナーにより得られた画像は、透明性が低く、彩度に劣るという問題点を有するものであった。特に、オイルレス定着においては離型剤の分散コントロールがなくオイルレス定着トナーとしての設計ができていないので十分な離型幅がとれない問題がある。
特開平9−15903号公報 特開平11−133665号公報 特開平11−149180号公報 特開2000−292981号公報
上記のように重合法で製造されたトナーは、粉砕トナーに比べて表面形状の凹凸性が少なく球形度が高く大きなバラツキがないので自己潤滑性が高い。そのため感光体とクリーニングブレードの当接部からすり抜けやすい状態となり、クリーニング不良の発生がより顕著になる問題があった。また、一般に感光体表面への付着力が強い傾向があるため、クリーニング不良および画像劣化がより顕著になる問題があった。
そこで、上記問題点に鑑み、本発明は、転写後の感光体上のクリーニング性を維持しつつ、低温定着システムに対応し、耐オフセット性、耐熱保存性が良好で、高品質の画像を形成する静電荷像現像用トナーおよびこれを用いた画像形成装置を提供することを課題とする。また、本発明は、該トナーを充填したトナー容器、該トナーを含有する現像剤、および現像剤を用いる画像形成方法、該現像剤を現像装置に装填した画像形成装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明は、以下のことを特徴とする。
1.本発明の画像形成方法は、像担持体上に形成された静電荷像に静電荷像現像用トナーを付着させてトナー像を形成する工程と、そのトナー像を記録媒体上に転写する工程と、対向配置された2つの定着部材の間に前記記録媒体を通過させて、記録媒体上にトナー像を定着させる工程と、トナー像転写後の像担持体上に残留する未転写トナーを該像担持体に当接するクリーニング部材によってクリーニングする工程とを含む画像形成方法において、前記定着工程は、前記2つの定着部材の間に加わる面圧(ローラ荷重/接触面積)を1.5×10 Pa以下にして行われ、前記静電荷像現像用トナーは、少なくともバインダー樹脂と着色剤、離型剤からなり、トナーの重量平均粒径が3.0〜6.0μmで、該トナーの形状係数SF−1:Aと、粒径3μm以下の微粉含有率:B(個数%)とが下記(式1)を満たし、更に、前記バインダー樹脂が未変性ポリエステル及びウレア変性ポリエステルを含有する静電荷像現像用トナーであることを特徴とする。
(式1) 155≦A≦180のとき、8≦B≦14
145<A<155のとき、8≦B≦0.6A−79
2.前記画像形成方法において、前記クリーニング工程は、前記像担持体の回転方向に対してカウンター方向で当接した弾性ゴムブレードでクリーニングすることを特徴とする。
3.本発明の画像形成装置は、像担持体と、像担持体に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、像担持体上に形成された静電荷像トナーを含む現像剤によって現像する現像手段と、像担持体上のトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、対向配置された2つの定着部材の間に該記録媒体を通過させて、記録媒体上にトナー像を定着させる定着手段と、トナー像転写後の像担持体上に残留する未転写トナーを該像担持体に当接するクリーニング部材によってクリーニングするクリーニング手段とを備える画像形成装置において、前記現像手段は、静電荷像現像用トナーを含有する現像剤を装填してなり、前記定着手段による定着は、前記2つの定着部材の間に加わる面圧(ローラ荷重/接触面積)を1.5×10 Pa以下にして行われ、前記静電荷像現像用トナーは、少なくともバインダー樹脂と着色剤、離型剤からなり、トナーの重量平均粒径が3.0〜6.0μmで、該トナーの形状係数SF−1:Aと、粒径3μm以下の微粉含有率:B(個数%)とが下記(式1)を満たし、更に、前記バインダー樹脂が未変性ポリエステル及びウレア変性ポリエステルを含有する静電荷像現像用トナーであることを特徴とする。
(式1) 155≦A≦180のとき、8≦B≦14
145<A<155のとき、8≦B≦0.6A−79
4.前記画像形成装置において、前記クリーニング手段は、前記像担持体の回転方向に対してカウンター方向で当接した弾性ゴムブレードであることを特徴とする。
本発明によれば、転写残トナーのクリーニング性が良好で、クリーニングブレードの劣化、感光体の劣化、あるいはこれが起因した画像品質の劣化を防いで、低温定着性も良好で、耐オフセット性、耐熱保存性にも優れる静電荷像現像用トナーを提供することができる。また、この静電荷像現像用トナーを用いた現像剤、現像装置、画像形成装置により、高品質の画像を形成することができる。
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
本発明者らは、像担持体上に形成された静電荷像にトナーを付着させてトナー像を形成する工程と、そのトナー像を記録媒体上に転写する工程と、対向配置された2つの定着部材の間に該記録媒体を通過させて、記録媒体上にトナー像を定着させる工程と、トナー像転写後の像担持体上に残留する未転写トナーを該像担持体に当接するクリーニング部材によってクリーニングする工程とを含む画像形成方法に用いられる静電荷像現像用トナーであって、少なくともバインダー樹脂と着色剤、離型剤からなるトナーにおいて、トナーの粒径および粒径が3μm以下の微粉含有率がトナーの定着性に大きく関連することを見出し、また同時に該トナーの形状係数SF−1:A、粒径が3μm以下の微粉含有率:B(個数%)が下記(式1)を満たすことにより、十分な定着性とクリーニング性が確保でき、異常画像の発生がなく、さらにこれと両立して、転写不良がなく長期にわたって高品質の画像を提供できることを見出した。
(式1)
155≦A≦180のとき、8≦B≦14
145<A<155のとき、8≦B≦0.6A−79
トナーの粒径および粒径が3μm以下の微粉含有率がトナーの定着性に影響する理由としては、記録媒体上でのトナー層の均一性に影響するためと推定される。
トナーの粒径に着目すると、本発明者らの実験の結果、重量平均粒径が3〜6μmで、3μm以下の微粉含有率が8個数%以上のトナーが良好な定着性を示した。重量平均粒径が3μm未満の場合、および6μmより大の場合、および重量平均粒径が3〜6μmでも3μm以下の微粉含有率が8個数%より少ない場合には、定着性が劣る結果となった。原因としては、粒径および3μm以下の微粉含有率が上記範囲の場合には、記録媒体上のトナー層が均一となり、定着部材から熱の伝導が均一になるためトナーの熱溶融状態が均一化し、記録媒体に定着されるものと推定される。一方、重量平均粒径が3μm未満の場合には、特に記録媒体の表面凹凸が大きい場合には、凹部に入ったトナーに定着部材からの熱、圧力が十分に付与されずに定着性が不十分になる場合がある。また、重量平均粒径が6μmより大きな場合には、トナー層の均一性が不足し、均一な熱が付与されずに、定着性が不十分になる場合がある。
クリーニング性は、トナー形状、表面性に大きく関与することは前述した通りであるが、クリーニングブレードを通過しやすい微粉トナー量もまたクリーニング性に大きく関与する。逆に、大粒径トナーになると転写不良等の画像劣化が発生する。したがって、良好なクリーニング性を確保し、かつ転写不良等の画像劣化の発生を抑制するには、形状係数SF−1と微粉含有率に上記(式1)であらわされる制御範囲があることを本発明において見出した。
本発明者らの実験によれば、トナーの形状係数SF−1が145以下の場合、形状が丸いため微粉量が少なくても多くのトナーが感光体とクリーニングブレードをすり抜けてしまい、クリーニング不良が発生する。また、形状係数SF−1が155以上の場合、SF−1の値が大きくなるほどクリーニング性には有利と考えられるが、微粉量がクリーニングに対して支配因子となるため、3μm以下微粉含有率が14個数%を超えるとクリーニングブレードからのすり抜けが多く、長期にわたってクリーニング性が維持できなくなる。さらに、SF−1の値が145を超え155未満の範囲では、形状係数と微粉含有率との両立がクリーニング性を確保するためには必須であり、3μm以下の微粉含有率は上記(式1)を満足することが必要となる。
尚、先にも述べた通り、3μm以下の微粉含有率が8個数%未満の場合、定着不良が発生するので好ましくない。また、SF−1が180より大きい場合、転写率の低下や長期的な画像通紙時のトナー形状変化、特に粉砕して微粉率上昇などが発生し、画像品質が著しく低下してしまう問題があるため好ましくない。
重合法により製造されたトナーは表面凹凸性がなめらかである粒子が得られやすく、よりクリーニング性の余裕度が低下することが懸念されるが、上記条件を満たすことで、充分にクリーニング性を確保できる。
上記のように制御されたトナー粒子を用いて現像剤を作製することで、あるいは該現像剤を画像形成装置に搭載することで、現像剤、画像形成装置に固有の課題を解決することができる。具体的には、現像剤ならば感光体とクリーニングブレード間にかかる過大な応力での発熱によりトナー融着によるキャリアへのスペントが発生し、経時的に帯電性が低下する課題を解決することができる。また、画像形成装置ならばクリーニング不良によるクリーニングブレードの劣化、および感光体の劣化、あるいはこれが起因した画像品質劣化を解決することができる。
(粒径3μm以下の微粉含有率、体積平均粒径、形状係数SF−1の測定法)
本発明において粒子の測定に用いたコールターカウンターおよびフロー式粒子像装置の概略を示す。体積平均粒径の測定は、米国コールターエレクトロニクス社製のコールターカウンターTA−IIに個数分布、体積分布を出力するインターフェイス(日科機製)およびPC9801パーソナルコンピューター(NEC製)接続して用いた。電解液は、1級塩化ナトリウムを用いて1%NaCl水溶液に調整した。測定方法としては、前記電解液50〜100ml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0.1〜5ml加え、試料を1〜10mg加える。これを、超音波分散機で1分間の分散処理を行い、別のビーカーに電解水溶液100〜200mlを入れ、その中に前記サンプル分散液を所定の濃度になるように加え、前記コールターカウンターTA−II型によりアパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて個数を基準として2〜40μmの粒子の30000個の粒度分布を測定し、2〜40μmの粒子の体積分布と個数分布を算出し、粒径3μm以下の微粉含有率、体積平均粒径(Dv:各チャンネルの中央値をチャンネルの代表値とする)を求めた。
本発明におけるトナーの形状係数SF−1とは、下記(式2)により表されるものであり、トナー粒子の球形の度合いを示すものである。
形状係数(SF−1)=((トナー粒子の絶対最大長)/トナー粒子の投影面積)×(π/4)×100 ・・・(式2)
算出されるSF−1値が、100から大きくなるにつれて球形から不定形へと異形化することを意味する。ここで、(トナー粒子の絶対最大長)はトナー粒子の平面への投影像を2本の平行線で挟んだ時の平行線間隔の絶対最大長を指す。また、(トナー粒子の投影面積)とはトナー粒子の平面への投影像の面積を指している。
トナー形状係数SF−1の測定は、日立製作所製の走査型電子顕微鏡SEM(S-2700)を用いて倍率1000倍に拡大したトナー像を、粒子個数が約100個(以上)となるよう無作為に抽出し、その画像情報をインターフェイスを介してニレコ(株)製の画像解析装置(LuzexAP)に導入して解析を行い、上式より算出された形状係数SF−1を求める手順である。本発明においては、上述の通り、SF−1が小さい場合にはトナーが感光体とクリーニングブレードをすり抜けやすくなるためクリーニング不良が発生しやすい。また、SF−1が比較的大きい180以上の場合にはクリーニング性は良好になるが、一般的に転写効率が低下し転写白抜け等の画質劣化が発生するとされる。
(フローテスター測定)
フローテスターとしては、例えば島津製作所製の高架式フローテスターCFT500型がある。このフローテスターからのデータに基づくフローカーブは、図1(a)および(b)に示されるような状態になり、そこから各々の温度を読み取ることができる。図中、Tsは軟化温度、Tfbは流出開始温度であり、1/2法における溶融温度とあるのはT1/2温度のことである。フローテスターでの条件は5kg、ダイ1.0mm、3℃/分の昇温において得られた90〜110℃の流出開始点の範囲が低温定着に効果があり、好ましい。90℃以下の場合はホットオフセットが低下し、110℃以上では表層の微粒子ポリマーが阻害し定着性を低下させる。
<測定条件>
荷重:5kg/cm、昇温速度:3.0℃/min、
ダイ口径:1.0mm、ダイ長さ:10.0mm
(定着装置)
次に、本発明の静電荷像現像用トナーが使用される画像形成装置の定着装置の構成について説明する。図2は、本発明における定着装置の概略構成図である。この図において、71は定着ローラ、72は加圧ローラ、71aは金属シリンダー、71bはオフセット防止層、71cは加熱ランプ、72aは金属シリンダー、72bはオフセット防止層、72cは加熱ランプ、Tはトナー像、Sは記録媒体を示す。
このような構成の定着装置において、2本のローラ間に加わる面圧(ローラ荷重/接触面積)を1.5×10Pa以下として定着する。従来の面圧は1.5×10Paをえており、そうでないと、十分に定着することができなかった。これに対し、本発明のトナーは低温でも定着できるものであり、面圧が1.5×10Pa以下という低面圧でも定着することが可能になる。また、低面圧にしたことで、記録媒体上のトナー画像を押しつぶし乱さないので、高精細な画像出力が可能となる。
(静電荷像現像用トナー)
本発明の静電荷像現像用トナーを製造する方法としては、粉砕法、重合法、等公知の手段が利用できるが、製造されるトナーが請求項の範囲に入るものであればどのような方法を用いてもよい。ただし、重合法で製造されたトナーの方が表面形状の凹凸性が少なく、クリーニング不良になりやすい。本発明では、ばらつきの少ない粒径分布、および帯電性の安定化、等を狙いとして重合トナーを用いるが、本実施形態に使用される重合トナーについて、その詳細を以下に記載する。
[変性ポリエステル樹脂(i)]
本発明における変性ポリエステル樹脂(i)とは、ポリエステル樹脂中に酸、アルコールのモノマーユニットに含まれる官能基とエステル結合以外の結合基が存在したり、またポリエステル樹脂中に構成の異なる樹脂成分が共有結合、イオン結合などで結合した構造を有するものである。
例えば、ポリエステル末端をエステル結合以外のもので反応させたもの、具体的には末端に酸基、水酸基と反応するイソシアネート基などの官能基を導入し、活性水素含有化合物とさらに反応させ、末端を変性したり伸長反応させたものも含まれる。さらに活性水素基が複数存在する化合物であれば、ポリエステル末端同士を結合させたものも含まれる(ウレア変性ポリエステル、ウレタン変性ポリエステルなど)。
また、ポリエステル主鎖中に二重結合などの反応性基を導入し、そこからラジカル重合を起こして側鎖に炭素−炭素結合のグラフト成分を導入したり、二重結合同士を橋かけしたものも含まれる(スチレン変性、アクリル変性ポリエステルなど)。
また、ポリエステルの主鎖中に構成の異なる樹脂成分を共重合させたり、末端のカルボキシル基や水酸基と反応させたもの、例えば末端がカルボキシル基、水酸基、エポキシ基、メルカプト基によって変性されたシリコーン樹脂と共重合させたものも含まれる(シリコーン変性ポリエステルなど)。以下具体的に説明する。
[ポリスチレン変性ポリエステル樹脂(i)の合成例]
冷却管、攪拌機および窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物724重量部、イソフタル酸200重量部およびフマール酸70重量部、ジブチルチンオキサイド2重量部を入れ、常圧で230℃で8時間反応させ、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応させた後、160℃まで冷却して、これに32重量部の無水フタル酸を加えて2時間反応した。次いで、80℃まで冷却し、酢酸エチル中にてスチレン200重量部、過酸化ベンゾイル1重量部、ジメチルアニリン0.5重量部を加えて2時間反応を行い、酢酸エチルを蒸留除去し、重量平均分子量92000のポリスチレングラフト変性ポリエステル樹脂(i)を得た。
[ウレア変性ポリエステル樹脂(i)]
ウレア変性されたポリエステル(i)としては、例えばイソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)とアミン類(B)との反応物などが挙げられる。イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)としては、ポリオール(1)とポリカルボン酸(2)の重縮合物で、かつ活性水素基を有するポリエステルをさらにポリイソシアネート(3)と反応させた物などが挙げられる。上記ポリエステルの有する活性水素基としては、水酸基(アルコール性水酸基およびフェノール性水酸基)、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基などが挙げられ、これらのうち好ましいものはアルコール性水酸基である。
ポリオール(1)としては、ジオール(1−1)および3価以上のポリオール(1−2)が挙げられ、(1−1)単独、または(1−1)と少量の(1−2)の混合物が好ましい。
ジオール(1−1)としては、アルキレングリコール(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、1,6−ヘキサンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。
3価以上のポリオール(1−2)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
ポリカルボン酸(2)としては、ジカルボン酸(2−1)および3価以上のポリカルボン酸(2−2)が挙げられ、(2−1)単独、および(2−1)と少量の(2−2)の混合物が好ましい。
ジカルボン酸(2−1)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸など);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸など);芳香族ジカルボン酸(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)などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。
3価以上のポリカルボン酸(2−2)としては、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)などが挙げられる。なお、ポリカルボン酸(2)としては、上述のものの酸無水物または低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いてポリオール(1)と反応させてもよい。
ポリオール(1)とポリカルボン酸(2)の比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、通常2/1〜1/1、好ましくは1.5/1〜1/1、さらに好ましくは1.3/1〜1.02/1である。
ポリイソシアネート(3)としては、脂肪族ポリイソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエートなど);脂環式ポリイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネートなど);芳香族ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなど);芳香脂肪族ジイソシアネート(α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなど);イソシアヌレート類;前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの;およびこれら2種以上の併用が挙げられる。
ポリイソシアネート(3)の比率は、イソシアネート基[NCO]と、水酸基を有するポリエステルの水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、通常5/1〜1/1、好ましくは4/1〜1.2/1、さらに好ましくは2.5/1〜1.5/1である。[NCO]/[OH]が5を超えると低温定着性が悪化する。[NCO]のモル比が1未満では、変性ポリエステル中のウレア含量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
末端にイソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中のポリイソシアネート(3)構成成分の含有量は、通常0.5〜40重量%、好ましくは1〜30重量%、さらに好ましくは2〜20重量%である。0.5重量%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。また、40重量%を超えると低温定着性が悪化する。
イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中の1分子当たりに含有するイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、変性ポリエステル樹脂(i)の分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
アミン類(B)としては、ジアミン(B1)、3価以上のポリアミン(B2)、アミノアルコール(B3)、アミノメルカプタン(B4)、アミノ酸(B5)、および(B1)〜(B5)のアミノ基をブロックしたもの(B6)などが挙げられる。
ジアミン(B1)としては、芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタンなど);脂環式ジアミン(4,4’−ジアミノ−3,3’−ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど);および脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)などが挙げられる。
3価以上のポリアミン(B2)としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。アミノアルコール(B3)としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。アミノメルカプタン(B4)としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどが挙げられる。アミノ酸(B5)としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。
(B1)〜(B5)のアミノ基をブロックしたもの(B6)としては、前記(B1)〜(B5)のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリン化合物などが挙げられる。これらアミン類(B)のうち好ましいものは、(B1)および(B1)と少量の(B2)の混合物である。
さらに、必要により伸長停止剤を用いて変性ポリエステル樹脂(i)の分子量を調整することができる。伸長停止剤としては、モノアミン(ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミンなど)、およびそれらをブロックしたもの(ケチミン化合物)などが挙げられる。
アミン類(B)の比率は、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)中のイソシアネート基[NCO]と、アミン類(B)中のアミノ基[NHx]の当量比[NCO]/[NHx]として、通常1/2〜2/1、好ましくは1.5/1〜1/1.5、さらに好ましくは1.2/1〜1/1.2である。[NCO]/[NHx]が2を超えたり1/2未満では、ウレア変性ポリエステル樹脂(i)の分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。本発明においては、変性されたポリエステル樹脂(i)中に、ウレア結合と共にウレタン結合を含有していてもよい。ウレア結合含有量とウレタン結合含有量のモル比は、通常100/0〜10/90であり、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは、60/40〜30/70である。ウレア結合のモル比が10%未満では、耐ホットオフセット性が悪化する。
本発明の変性ポリエステル樹脂(i)は、ワンショット法、プレポリマー法により製造される。変性ポリエステル樹脂(i)の重量平均分子量は、通常1万以上、好ましくは2万〜1000万、さらに好ましくは3万〜100万である。1万未満では耐ホットオフセット性が悪化する。変性ポリエステル樹脂(i)の数平均分子量は、後述の変性されていないポリエステル樹脂(LL)を用いる場合は特に限定されるものではなく、前記重量平均分子量とするのに得やすい数平均分子量でよい。変性ポリエステル樹脂(i)単独の場合は、数平均分子量は、通常20000以下、好ましくは1000〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。20000を超えると低温定着性およびフルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
[変性されていないポリエステル樹脂(LL)]
本発明においては、前記変性されたポリエステル樹脂(i)単独使用だけでなく、この(i)と共に、未変性のポリエステル樹脂(LL)をトナーバインダー樹脂成分として含有させることもできる。(LL)を併用することで、低温定着性およびフルカラー装置に用いた場合の光沢性が向上し、単独使用より好ましい。(LL)としては、前記(i)のポリエステル成分と同様なポリオール(1)とポリカルボン酸(2)との重縮合物などが挙げられ、好ましいものも(i)と同様である。また、(i)と(LL)は少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。従って、(i)のポリエステル成分と(LL)のポリエステル成分とは類似の組成が好ましい。(LL)を含有させる場合の(i)と(LL)の重量比は、通常5/95〜80/20、好ましくは5/95〜30/70、さらに好ましくは5/95〜25/75、特に好ましくは7/93〜20/80である。(i)の重量比が5%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。
未変性ポリエステル樹脂(LL)のピーク分子量は、通常1000〜20000、好ましくは1500〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。1000未満では耐熱保存性が悪化し、10000を超えると低温定着性が悪化する。
(LL)の水酸基価は5mgKOH/g以上であることが好ましく、さらに好ましくは10〜120mgKOH/g、特に好ましくは20〜80mgKOH/gである。5未満では耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。(LL)の酸価は好ましくは10〜30mgKOH/gである。酸価を持たせることで負帯電性となりやすく、さらに定着性が良好になる傾向がある。
本発明において、未変性ポリエステル樹脂(LL)のガラス転移点(Tg)は通常35〜55℃、好ましくは40〜55℃である。これは、トナーの耐熱保存性と低温定着性の両立が可能となる。変性ポリエステル樹脂(i)の共存により、本発明の乾式トナーにおいては、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。
本発明において、トナーバインダー樹脂の貯蔵弾性率としては、測定周波数20Hzにおいて10000dyne/cm
となる温度(TG’)が、通常100℃以上、好ましくは110〜200℃である。100℃未満では耐ホットオフセット性が悪化する。トナーバインダー樹脂の粘性としては、測定周波数20Hzにおいて1000ポイズとなる温度(Tη)が、通常180℃以下、好ましくは90〜160℃である。180℃を超えると低温定着性が悪化する。すなわち、低温定着性と耐ホットオフセット性の両立の観点から、TG’はTηより高いことが好ましい。言い換えるとTG’とTηの差(TG’−Tη)は0℃以上が好ましい。さらに好ましくは10℃以上であり、特に好ましくは20℃以上である。差の上限は特に限定されない。また、耐熱保存性と低温定着性の両立の観点から、TηとTgの差は0〜100℃が好ましい。さらに好ましくは10〜90℃であり、特に好ましくは20〜80℃である。
(着色剤)
本発明のトナーの着色剤としては公知の染料および顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミウムレッド、カドミウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ポグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボンおよびそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15重量%、好ましくは3〜10重量%である。
本発明で用いる着色剤は樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。マスターバッチの製造またはマスターバッチとともに混練されるバインダー樹脂としては、先にげた変性、或いは未変性ポリエステル樹脂の他に、ポリスチレン、ポリp−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレンおよびその置換体の重合体;スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族叉は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが挙げられ、単独あるいは混合して使用できる。
上記マスターバッチは、マスターバッチ用の樹脂と着色剤とを高せん断力をかけて混合、混練して得ることができる。この際着色剤と樹脂の相互作用を高めるために、有機溶剤を用いることができる。またいわゆるフラッシング法と呼ばれる、着色剤の水を含んだ水性ペーストを樹脂と有機溶剤とともに混合混練し、着色剤を樹脂側に移行させ、水分と有機溶剤成分を除去する方法も好ましく用いられる。着色剤のウェットケーキをそのまま用いることができるため乾燥する必要がない。混合混練するには3本ロールミル等の高せん断分散装置が好ましく用いられる。
(ワックス)
また、本発明のトナーは、トナーバインダー樹脂、着色剤とともにワックスを含有させることもできる。本発明者らが検討の結果、トナー中でのワックス存在状態が定着時におけるトナーの離型性に大きく影響することが明らかになり、ワックスがトナー中で微分散し、かつトナーの内部にあって表面近傍に多く存在することで、良好な定着離型性が得られることが明らかになった。特に、ワックスは長径で1μm以下に分散されている状態が好ましい。ただし、ワックスがトナー表面に多く露出した状態では、現像装置内部での長期攪拌により、ワックスがトナー表面から外れやすくなることによるキャリア表面への付着や、現像装置内の部材表面に付着し、現像剤の帯電量を低下させる場合があるため好ましくない。なお、これらワックスの分散は、透過型電子顕微鏡を用いて得られた拡大写真から判断する。
ワックスとしては公知のものが使用でき、例えばポリオレフィンワックス(ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックスなど);長鎖炭化水素(パラフィンワックス、サゾールワックスなど);カルボニル基含有ワックスなどが挙げられる。これらのうち好ましいものは、カルボニル基含有ワックスである。カルボニル基含有ワックスとしては、ポリアルカン酸エステル(カルナバワックス、モンタンワックス、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など);ポリアルカノールエステル(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);ポリアルカン酸アミド(エチレンジアミンジベヘニルアミドなど);ポリアルキルアミド(トリメリット酸トリステアリルアミドなど);およびジアルキルケトン(ジステアリルケトンなど)などが挙げられる。これらカルボニル基含有ワックスのうち好ましいものは、ポリアルカン酸エステルである。
本発明で用いるワックスの融点は、通常40〜160℃であり、好ましくは50〜120℃、さらに好ましくは60〜90℃である。融点が40℃未満のワックスは耐熱保存性に悪影響を与え、160℃を超えるワックスは低温での定着時にコールドオフセットを起こしやすい。また、ワックスの溶融粘度は、融点より20℃高い温度での測定値として、5〜1000cpsが好ましく、さらに好ましくは10〜100cpsである。1000cpsを超えるワックスは、耐ホットオフセット性、低温定着性への向上効果に乏しい。トナー中のワックスの含有量は通常0〜40重量%であり、好ましくは3〜30重量%である。
(帯電制御剤)
本発明のトナーは、必要に応じて帯電制御物質を含有してもよい。特に、帯電制御物質をトナーの表面に固着させることで、高い帯電量を付与することが可能となる。すなわち、トナーの表面に固着させることで、トナー表面での存在量や存在状態が安定し、帯電量を安定化することができる。特に、本発明の構成からなるトナーにおいては帯電量の安定性が高まる。
帯電制御物質としては公知のものが全て使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩、およびサリチル酸誘導体の金属塩等である。
具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、第4級アンモニウム塩のボントロンP −51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、第4級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、第4級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、第4級アンモニウム塩のコピーチャージNEG VP2036、コピーチャージNX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、4級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。
本発明において帯電制御剤の使用量は、バインダー樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダー樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5重量部の範囲がよい。10重量部を越える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、主帯電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。
これらの帯電制御剤、離型剤はマスターバッチ、樹脂とともに溶融混練することもできるし、もちろん有機溶剤に溶解、分散する際に加えてもよい。
(樹脂微粒子)
本発明で使用される樹脂微粒子は、水性分散体を形成しうる樹脂であればいかなる樹脂も使用でき、熱可塑性樹脂でも熱硬化性樹脂でもよい。このようなものとしては、例えば、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ケイ素系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、アニリン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリカーボネート樹脂等が挙げられる。樹脂微粒子としては、上記の樹脂を2種以上併用したものであっても差し支えない。これらのうち好ましいのは、微細球状樹脂粒子の水性分散体が得られやすい点から、ビニル系樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂およびそれらを併用した樹脂からなるものが好ましい。
ビニル系樹脂としては、ビニル系モノマーを単独重合また共重合したポリマーで、例えば、スチレン−(メタ)アクリル酸エステル樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体、(メタ)アクリル酸−アクリル酸エステル重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−(メタ)アクリル酸共重合体等が挙げられる。樹脂微粒子の平均粒径は5〜2000nm、好ましくは20〜300nmである。
(外添剤)
本発明で得られた着色粒子の流動性や現像性、帯電性を補助するための外添剤としては、無機微粒子を好ましく用いることができる。この無機微粒子の一次粒子径は、5nm〜2μmであることが好ましく、特に5500nmであることが好ましい。また、BET法による比表面積は、20〜500m/gであることが好ましい。この無機微粒子の使用割合は、トナーの0.01〜5重量%であることが好ましく、特に0.01〜2.0重量%であることが好ましい。無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。
この他、高分子系微粒子、例えばソープフリー乳化重合や懸濁重合、分散重合によって得られるポリスチレン、メタクリル酸エステルやアクリル酸エステル共重合体やシリコーン、ベンゾグアナミン、ナイロンなどの重縮合系、熱硬化性樹脂による重合体粒子が挙げられる。
このような外添剤は表面処理を行って、疎水性を上げ、高湿度下においても流動特性や帯電特性の悪化を防止することができる。例えばシランカップリング剤、シリル化剤、フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤、有機チタネート系カップリング剤、アルミニウム系のカップリング剤、シリコーンオイル、変性シリコーンオイルなどが好ましい表面処理剤として挙げられる。
また、感光体や一次転写媒体に残存する転写後の現像剤を除去するためのクリーニング性向上剤としては、例えばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムなど脂肪酸金属塩、例えばポリメチルメタクリレート微粒子、ポリスチレン微粒子などのソープフリー乳化重合などによって製造された、ポリマー微粒子などを挙げることかできる。ポリマー微粒子は比較的粒度分布が狭く、体積平均粒径が0.011μmのものが好ましい。
(製造方法)
以下に、本発明の静電荷像現像用トナーの製法を例示するが、勿論これらに限定されることはない。
トナーバインダー樹脂は以下の方法などで製造することができる。
ポリオール(1)とポリカルボン酸(2)を、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150〜280℃に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を溜去して、水酸基を有するポリエステルを得る。次いで40〜140℃にて、これにポリイソシアネート(3)を反応させ、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)を得る。さらに該ポリエステルプレポリマー(A)にアミン類(B)を0〜140℃にて反応させ、変性されたポリエステル樹脂(i)を得る。
(3)を反応させる際、および(A)と(B)を反応させる際には、必要により溶剤を用いることもできる。使用可能な溶剤としては、芳香族溶剤(トルエン、キシレンなど);ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど);エステル類(酢酸エチルなど);アミド類(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなど)およびエーテル類(テトラヒドロフランなど)などのイソシアネート(3)に対して不活性なものが挙げられる。
未変性ポリエステル樹脂(LL)を併用する場合は、水酸基を有するポリエステルと同様な方法で(LL)を製造し、これを前記(i)の反応完了後の溶液に溶解し、混合する。
(溶融混練粉砕法)
変性ポリエステル樹脂(i)を含むトナーバインダー樹脂、帯電制御剤および顔料などのトナー成分を機械的に混合する。この混合工程は、回転させる羽による通常の混合機などを用いて通常の条件で行えばよく、特に制限はない。
以上の混合工程が終了したら、次いで混合物を混練機に仕込んで溶融混練する。溶融混練機としては、一軸、二軸の連続混練機や、ロールミルによるバッチ式混練機を用いることができる。この溶融混練は、トナーバインダー樹脂の分子鎖の切断を招来しないような適正な条件で行うことが重要である。具体的には、溶融混練温度は、トナーバインダー樹脂の軟化点を参考に行うべきであり、軟化点より低温過ぎると切断が激しく、高温過ぎると分散が進まない。
以上の溶融混練工程が終了したら、次いで混練物を粉砕する。この粉砕工程においては、まず粗粉砕し、次いで微粉砕することが好ましい。この際ジェット気流中で衝突板に衝突させて粉砕したり、機械的に回転するローターとステーターの狭いギャップで粉砕する方式が好ましく用いられる。
この粉砕工程が終了した後に、粉砕物を遠心力などで気流中で分級し、もって所定の粒径例えば平均粒径が5〜20μmのトナーを製造する。
また、トナーを調製する際には、トナーの流動性や保存性、現像性、転写性を高めるために、以上のようにして製造されたトナーにさらに先に挙げた疎水性シリカ微粉末等の無機微粒子を添加混合する。外添加剤の混合は一般の粉体の混合機が用いられるがジャケット等装備して、内部の温度を調節できることが好ましい。外添加剤に与える負荷の履歴を変えるには、途中または漸次外添加剤を加えていけばよい。もちろん混合機の回転数、転動速度、時間、温度などを変化させてもよい。はじめに強い負荷を、次に比較的弱い負荷を与えてもよいし、その逆でもよい。
使用できる混合設備の例としては、V型混合機、ロッキングミキサー、レーディゲミキサー、ナウターミキサー、ヘンシェルミキサーなどが挙げられる。
得られたトナーを球形化するにはトナーバインダー樹脂、着色剤からなるトナー材料を溶融混練後、微粉砕したものをハイブリタイザー、メカノフュージョンなどを用いて機械的に球形化する方法や、いわゆるスプレードライ法と呼ばれるトナー材料をトナーバインダーが可溶な溶剤に溶解分散後、スプレードライ装置を用いて脱溶剤して球形トナーを得る方法などが挙げられる。また、水系媒体中で加熱することにより球形化する方法などが挙げられるがこれに限定されるものではない。
(水系媒体中でのトナー製造法)
本発明に用いる水系媒体としては、水単独でもよいが、水と混和可能な溶剤を併用することもできる。混和可能な溶剤としては、アルコール(メタノール、イソプロパノール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などが挙げられる。
トナー粒子は、水系媒体中でイソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)からなる分散体を、(B)と反応させて形成してもよいし、あらかじめ製造した変性ポリエステル樹脂(i)を用いてもよい。
水系媒体中で変性ポリエステル樹脂(i)やポリエステルプレポリマー(A)からなる分散体を安定して形成させる方法としては、水系媒体中に変性ポリエステル樹脂(i)やポリエステルプレポリマー(A)からなるトナー原料の組成物を加えて、せん断力により分散させる方法などが挙げられる。ポリエステルプレポリマー(A)と他のトナー組成物(以下トナー原料と呼ぶ)である着色剤、着色剤マスターバッチ、ワックス、帯電制御剤、未変性ポリエステル樹脂(LL)などは、水系媒体中で分散体を形成させる際に混合してもよいが、あらかじめトナー原料を混合した後、水系媒体中にその混合物を加えて分散させたほうがより好ましい。また、本発明においては、着色剤、ワックス、帯電制御剤などの他のトナー原料は、必ずしも、水系媒体中で粒子を形成させる時に混合しておく必要はなく、粒子を形成せしめた後、添加してもよい。たとえば、着色剤を含まない粒子を形成させた後、公知の染着の方法で着色剤を添加することもできる。
(固体微粒子分散剤)
また、水系媒体中に予め固体の微粒子分散剤を添加しておくことで、水相中での油滴の分散が均一化する。これは、分散時に油滴の表面に固体微粒子分散剤が配置するようになり、油滴の分散が均一化するものであり、それと共に油滴同士の合一が防止され、粒度分布のシャープなトナーが得られるようになる。
固体微粒子分散剤は、水系媒体中で水に難溶の固体状で存在するものであり、平均粒径が0.01〜1μmの無機微粒子が好ましい。無機微粒子の具体例としては、例えばシリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ベンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素などを挙げることができる。更に好ましくはリン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、コロイド状酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイトなども用いることが出来る。特に水中でリン酸ナトリウムと塩化カルシウムを塩基性条件下で反応させて合成したヒドロキシアパタイトが好ましい。
分散の方法としては特に限定されるものではないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波などの公知の設備が適用できる。分散体の粒径を2〜20μmにするために高速せん断式が好ましい。高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は特に限定はないが、通常1000〜30000rpm、好ましくは5000〜20000rpmである。分散時間は特に限定はないが、バッチ方式の場合は、通常0.1〜5分である。分散時の温度としては、通常、0〜150℃(加圧下)、好ましくは40〜98℃である。高温ほうが、変性ポリエステル樹脂(i)やプレポリマー(A)からなる分散体の粘度が低く、分散が容易な点で好ましい。
変性ポリエステル樹脂(i)やプレポリマー(A)を含むトナー組成物100重量部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。50重量部未満ではトナー組成物の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。20000重量部を超えると経済的でない。また、必要に応じて、分散剤を用いることもできる。分散剤を用いたほうが、粒度分布がシャープになるとともに分散が安定である点で好ましい。
トナー組成物が分散された油性相を水系媒体中に乳化、分散するための分散剤としてアルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルなどの陰イオン界面活性剤、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウムなどの4級アンモニウム塩型の陽イオン界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやN−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムベタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
また、フルオロアルキル基を有する界面活性剤を用いることにより、非常に少量でその効果をげることができる。好ましく用いられるフルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤としては、炭素数2〜10のフルオロアルキルカルボン酸およびその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[オメガ−フルオロアルキル(C6〜C11)オキシ]−1−アルキル(C3〜C4)スルホン酸ナトリウム、3−[オメガ−フルオロアルカノイル(C6〜C8)−N−エチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜C20)カルボン酸およびその金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜C13)およびその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜C12)スルホン酸およびその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、N−プロピル−N−(2−ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜C10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜C16)エチルリン酸エステルなどが挙げられる。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−l29(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−l02、(タイキン工業社製)、メガファックF−ll0、F−l20、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、l03、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などが挙げられる。
また、カチオン界面活性剤としては、フルオロアルキル基を有する脂肪族1級、2級もしくは3級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩などの脂肪族4級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩、商品名としてはサーフロンS−l21(旭硝子社製)、フロラードFC−135(住友3M社製)、ユニダインDS−202
(ダイキンエ業杜製)、メガファックF−150、F−824(大日本インキ社製)、エクトップEF−l32(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−300(ネオス社製)などが挙げられる。
また、高分子系保護コロイドにより分散液滴を安定化させてもよい。例えばアクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマール酸、マレイン酸または無水マレイン酸などの酸類、あるいは水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体、例えばアクリル酸β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸β−ヒドロキシエチル、アクリル酸β−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸3−クロロ2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドなど、ビニルアルコールまたはビニルアルコールとのエーテル類、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテルなど、またはビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニルなど、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドあるいはこれらのメチロール化合物、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどの酸クロライド類、ビニルビリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミンなどの窒素原子、またはその複素環を有するものなどのホモポリマーまたは共重合体、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフエニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステルなどのポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類などが使用できる。
なお、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能な物質を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩等を溶解した後、水洗するなどの方法によって、微粒子からリン酸カルシウム塩等を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
分散剤を使用した場合には、該分散剤がトナー粒子表面に残存したままとすることもできるが、伸長および/または架橋反応後、洗浄除去するほうがトナーの帯電面から好ましい。
さらに、トナー組成物の粘度を低くするために、変性ポリエステル樹脂(i)やポリエステルプレポリマー(A)が可溶の溶剤を使用することもできる。溶剤を用いたほうが粒度分布がシャープになる点で好ましい。該溶剤は沸点が100℃未満の揮発性であることが除去が容易である点から好ましい。該溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。
ポリエステルプレポリマー(A)100重量部に対する溶剤の使用量は、通常0〜300重量部、好ましくは0〜100重量部、さらに好ましくは25〜70重量部である。溶剤を使用した場合は、伸長および/または架橋反応後、常圧または減圧下にて加温し除去する。
伸長および/または架橋反応時間は、ポリエステルプレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)の組み合わせによる反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは2〜24時間である。反応温度は、通常、0〜150℃、好ましくは40〜98℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどが挙げられる。
トナーの所望の形状を得るためには、得られた伸長および/または架橋反応後の分散液から脱溶剤に先立ち、この分散液にホモミキサー、エバラマイルダー、攪拌機を備えた攪拌槽などのせん断力を与える装置を使用して、実質球形状を有する粒子を紡錘形状に変形させ、その後該分散液から溶媒をバインダー樹脂のTg以下で除去する工程を設けることにより粒子を固定化させて、所望の形状トナーの作製が可能となる。
せん断力を調整する方法は、装置の処理時間や処理回数、分散液の温度、粘度、粒子中の有機溶媒の濃度等が挙げられる。また、粒子自身も、粒子表面の樹脂微粒子の被覆率、活性水素基を有する化合物との反応度等の違いにより、せん断力による変形の度合いも異なり得られる形状に差が出る。
得られた乳化分散体から有機溶媒を除去するためには、系全体を徐々に昇温し、液滴中の有機溶媒を完全に蒸発除去する方法を採用することができる。あるいはまた、乳化分散体を乾燥雰囲気中に噴霧して、液滴中の非水溶性有機溶媒を完全に除去してトナー微粒子を形成し、合せて水系分散剤を蒸発除去することも可能である。乳化分散体が噴霧される乾燥雰囲気としては、空気、窒素、炭酸ガス、燃焼ガス等を加熱した気体、特に使用される最高沸点溶媒の沸点以上の温度に加熱された各種気流が一般に用いられる。スプレイドライアー、ベルトドライアー、ロータリーキルンなどにより短時間の処理で十分目的とする品質が得られる。
また、トナー形状を制御するために、水系媒体中で体積収縮率が10〜90%の体積収縮工程を有する製造法において、固体の微粒子分散剤を用いることが重要である。ここで体積収縮率は、水系媒体中に乳化分散する前のトナー組成物が分散された油相(分散相)の容積をVo、乳化分散し揮発成分を除去した後の分散相の体積をVtとして、体積収縮率=(1−Vt/Vo)×100で表わされ、乳化前と乳化分散を経て粒子化された後の特性変化を測定する。
具体的には、次に例示するような方法によって求めることができる。
(1)乳化前の油相と得られたトナーの重量と真比重を測定する方法。
(2)水系媒体中に乳化分散した後の液滴と揮発成分を除去した粒子の平均粒径を測定し、体積換算する方法。
体積収縮率が10〜90%の範囲を外れると、粒子形状が不定形となるため好ましくない。また、より好ましい範囲は30〜70%である。
乳化分散時の粒度分布が広く、その粒度分布を保って洗浄、乾燥処理が行われた場合、所望の粒度分布に分級して粒度分布を整えることができる。分級操作は液中でサイクロン、デカンター、遠心分離等により、微粒子部分を取り除くことができる。もちろん乾燥後に粉体として取得した後に分級操作を行ってもよいが、液体中で行うことが効率の面で好ましい。得られた不要の微粒子、または粗粒子は再び混練工程に戻して粒子の形成に用いることができる。その際微粒子、または粗粒子はウェットの状態でも構わない。
用いた分散剤は得られた分散液からできるだけ取り除くことが好ましいが、先に述べた分級操作と同時に行うのが好ましい。
得られた乾燥後のトナーの粉体と離型剤としてのワックス、帯電制御剤、流動化剤、着色剤などの異種粒子とともに混合したり、混合粉体に機械的衝撃力を与えることによって表面で固定化、融合化させ、得られる複合体粒子の表面からの異種粒子の脱離を防止することができる。
具体的手段としては、高速で回転する羽根によって混合物に衝撃力を加える方法、高速気流中に混合物を投入し、加速させ、粒子同士または複合化した粒子を適当な衝突板に衝突させる方法などがある。装置としては、オングミル(ホソカワミクロン社製)、I式ミル(日本ニューマチック社製)を改造して、粉砕エアー圧カを下げた装置、ハイブリダイゼイションシステム(奈良機械製作所社製)、クリプトロンシステム(川崎重工業社製)、自動乳鉢などがげられる。
(現像剤)
本発明のトナーを二成分系現像剤に用いる場合には、磁性キャリアと混合して用いれば良く、現像剤中のキャリアとトナーの含有比は、キャリア100重量部に対してトナー1
〜10重量部が好ましい。磁性キャリアとしては、粒子径20〜200μm程度の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリアなど従来から公知のものが使用できる。
また、キャリアは樹脂等で被覆してもよく、該被覆材料としては、アミノ系樹脂、例えば尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等がげられる。またポリビニルおよびポリビニリデン系樹脂、例えばアクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリスチレン樹脂およびスチレン−アクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル等のハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂およびポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリフッ化ビニル樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、フッ化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体、フッ化ビニリデンとフッ化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンとフッ化ビニリデンと非フッ化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、およびシリコーン樹脂等が使用できる。
また、必要に応じて、導電粉等を被覆樹脂中に含有させてもよい。導電粉としては、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛等が使用できる。これらの導電粉は、平均粒子径1μm以下のものが好ましい。平均粒子径が1μmよりも大きくなると、電気抵抗の制御が困難になる。
また、本発明のトナーはキャリアを使用しない一成分系の磁性トナー或いは、非磁性トナーとしても用いることができる。
本発明に係る現像装置を備えた画像形成装置の実施の形態を図3を参照して以下に説明する。図3は画像形成装置の断面を示しており、像担持体である感光体ドラム1の周囲に近接あるいは接触して、感光体ドラム1上に一様な電荷を帯電させる帯電ローラ2、感光体ドラム1上に静電潜像を形成するための露光手段である露光装置3、静電潜像を顕像化してトナー像とする現像装置4、トナー像を用紙に転写する転写ベルト6、感光体ドラム1上の残留トナーを除去するクリーニングブレード8、感光体ドラム1上の残電荷を除電する除電ランプ9、帯電ローラ印加電圧および現像剤のトナー濃度を制御するための光センサ10が配置されている。
感光体ドラム1は、好ましくはアモルファスシリコン感光体が用いられる。アモルファスシリコン感光体は、導電性支持体を50〜400℃に加熱し、該支持体上に真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、熱CVD法、光CVD法、プラズマCVD法等の成膜法によりアモルファスシリコン(以下、「a−Si」と記す。)からなる光導電層を形成して作製することができる。中でもプラズマCVD法、すなわち、原料ガスを直流または高周波あるいはマイクロ波グロー放電によって分解し、支持体上にa−Si堆積膜を形成する方法が好適なものとして用いられている。
アモルファスシリコン感光体の層構成は例えば以下のようなものである。図4は、層構成を説明するための模式図である。図4(a)に示す感光体500は、支持体501の上にa−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層502が設けられている。図4(b)に示す感光体500は、支持体501の上に、a−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層502と、a−Si系表面層503とから構成されている。図4(c)に示す感光体500は、支持体501の上に、a−Si:H,Xからなり光導電性を有する光導電層502と、a−Si系表面層503と、a−Si系電荷注入阻止層504とから構成されている。図4(d)に示す感光体500は、支持体501の上に、光導電層502が設けられている。該光導電層502はa−Si:H,Xからなる電荷発生層505ならびに電荷輸送層506とからなり、その上にa−Si系表面層503が設けられている。
感光体500の支持体501としては、導電性でも電気絶縁性であってもよい。導電性支持体としては、Al、Cr、Mo、Au、In、Nb、Te、V、Ti、Pt、Pd、Fe等の金属、およびこれらの合金、例えばステンレス等が挙げられる。また、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアミド等の合成樹脂のフィルムまたはシート、ガラス、セラミック等の電気絶縁性支持体の少なくとも感光層を形成する側の表面を導電処理した支持体も用いることができる。
支持体501の形状は平滑表面あるいは凹凸表面の円筒状または板状、無端ベルト状であることができ、その厚さは、所望通りの画像形成装置用感光体を形成し得るように適宜決定するが、画像形成装置用感光体としての可撓性が要求される場合には、支持体としての機能が充分発揮できる範囲内で可能な限り薄くすることができる。しかしながら、支持体は製造上および取り扱い上、機械的強度等の点から通常は10μm以上とされる。
アモルファスシリコン感光体には必要に応じて導電性支持体501と光導電層502との間に、導電性支持体側からの電荷の注入を阻止する働きのある電荷注入阻止層504を設けるのが一層効果的である(図4(c))。すなわち、電荷注入阻止層504は感光層が一定極性の帯電処理をその自由表面に受けた際、支持体501側より光導電層502側に電荷が注入されるのを阻止する機能を有し、逆の極性の帯電処理を受けた際にはそのような機能が発揮されない、いわゆる極性依存性を有している。そのような機能を付与するために、電荷注入阻止層504には伝導性を制御する原子を光導電層502に比べ比較的多く含有させる。
電荷注入阻止層504の層厚は所望の電子写真特性が得られること、および経済的効果等の点から好ましくは0.1〜5μm、より好ましくは0.3〜4μm、最適には0.5〜3μmとされるのが望ましい。
光導電層502は必要に応じて下引き層上に形成され、光導電層502の層厚は所望の電子写真特性が得られることおよび経済的効果等の点から適宜所望にしたがって決定され、好ましくは1〜100μm、より好ましくは20〜50μm、最適には23〜45μmとされるのが望ましい。
電荷輸送層506は、光導電層502を機能分離した場合の電荷を輸送する機能を主として奏する層である。この電荷輸送層506は、その構成要素として少なくともシリコン原子と炭素原子とフッ素原子とを含み、必要であれば水素原子、酸素原子を含むa−SiC(H、F、O)からなり、所望の光導電特性、特に電荷保持特性,電荷発生特性および電荷輸送特性を有する。本発明においては酸素原子を含有することが特に好ましい。
電荷輸送層506の層厚は所望の電子写真特性が得られることおよび経済的効果などの点から適宜所望にしたがって決定され、電荷輸送層については、好ましくは5〜50μm、より好ましくは10〜40μm、最適には20〜30μmとされるのが望ましい。
電荷発生層505は、光導電層502を機能分離した場合の電荷を発生する機能を主として奏する層である。この電荷発生層505は、構成要素として少なくともシリコン原子を含み、実質的に炭素原子を含まず、必要であれば水素原子を含むa−Si:Hから成り、所望の光導電特性、特に電荷発生特性,電荷輸送特性を有する。
電荷発生層505の層厚は所望の電子写真特性が得られることおよび経済的効果等の点から適宜所望にしたがって決定され、好ましくは0.5〜15μm、より好ましくは1〜10μm、最適には1〜5μmとされる。
アモルファスシリコン感光体500には、必要に応じて、上述のようにして支持体501上に形成された光導電層502の上に、更に表面層503を設けることが出来、a−Si系の表面層を形成することが好ましい。この表面層503は自由表面を有し、主に耐湿性、連続繰り返し使用特性、電気的耐圧性、使用環境特性、耐久性において本発明の目的を達成するために設けられる。
本発明における表面層503の層厚としては、通常0.01〜3μm、好適には0.05〜2μm、最適には0.1〜1μmとされるのが望ましいものである。層厚が0.01μmよりも薄いと感光体500を使用中に摩耗等の理由により表面層が失われてしまい、3μmを超えると残留電位の増加等の電子写真特性低下がみられる。
上記アモルファスシリコン感光体は、表面硬度が高く、半導体レーザ(770〜800nm)などの長波長光に高い感度を示し、しかも繰返し使用による劣化もほとんど認められないことから、高速複写機やレーザービームプリンタ(LBP)などの電子写真用感光体に好適に使用することができる。
次に、現像装置4について説明する。
現像装置4には、本発明の現像剤が装填されている。また、この現像装置4にはここには図示していないトナー補給装置よりトナー補給口を介してトナーが補給される。
現像装置4において、現像時、現像スリーブ4aには、図示しない電源より現像バイアスとして、直流電圧に交流電圧を重畳した振動バイアス電圧が印加される。背景部電位と画像部電位は、上記振動バイアス電位の最大値と最小値の間に位置している。これによって現像部に向きが交互に変化する交互電界が形成される。この交互電界中で現像剤のトナーとキャリアが激しく振動し、トナーが現像スリーブ4aおよびキャリアへの静電的拘束力を振り切って感光体ドラム1に飛翔し、感光体ドラム1の潜像に対応して付着する。
振動バイアス電圧の最大値と最小値の差(ピーク間電圧)は、0.5〜5kVが好ましく、周波数は1〜10kHzが好ましい。振動バイアス電圧の波形は、矩形波、サイン波、三角波等が使用できる。振動バイアスの直流電圧成分は、上記したように背景部電位と画像部電位の間の値であるが、画像部電位よりも背景部電位に近い値である方が、背景部電位領域へのかぶりトナーの付着を防止する上で好ましい。
振動バイアス電圧の波形が矩形波の場合、デューティ比を50%以下とすることが望ましい。ここでデューティ比とは、振動バイアスの1周期中でトナーが感光体ドラム1に向かおうとする時間の割合である。このようにすることにより、トナーが感光体ドラム1に向かおうとするピーク値とバイアスの時間平均値との差を大きくすることができるので、トナーの運動がさらに活発化し、トナーが潜像面の電位分布に忠実に付着してざらつき感や解像力を向上させることができる。またトナーとは逆極性の電荷を有するキャリアが感光体ドラム1に向かおうとするピーク値とバイアスの時間平均値との差を小さくすることができるので、キャリアの運動を沈静化し、潜像の背景部にキャリアが付着する確率を大幅に低減することができる。
次に、クリーニング装置8について説明する。
本発明では、感光体ドラム1の回転方向に対してカウンター方向で当接する弾性ゴムブレードからなるクリーニングブレード8によりクリーニングを行う工程を設ければ、感光体ドラム1上の紙粉やフィルミングをより有効に除去することが可能なことから好ましい。また、弾性ゴムブレードは、支持部材上に自由端をもつように設けた構成であることが好ましいが、これに限定されるものではない。弾性ゴムブレードの硬度はJIS A60〜70°、反発弾性は30〜70%、ヤング率は30〜60kgf/cm、厚さは1.5〜3.0mm、自由長は7〜12mm、感光体ドラム1への押圧力は15g/cm以下、感光体ドラム1への弾性ゴムブレードの当接角は5°〜50°、好ましくは、10°〜30°のものが好ましい。
作像動作は次のように行われる。
感光体ドラム1は反時計回転方向に回転する。感光体ドラム1は除電光9により除電され、表面電位が0〜−150Vの基準電位に平均化される。次に帯電ローラ2により帯電され、表面電位が−1000V前後となる。次に露光装置3で露光され、光が照射された部分(画像部)は表面電位が0〜−200Vとなる。現像装置4によりスリーブ4a上のトナーが上記画像部分に付着する。トナー像が作られた感光体ドラム1は回転移動し、給紙部5より用紙先端部と画像先端部とが転写ベルト6で一致するようなタイミングで用紙が送られ、転写ベルト6で感光体ドラム1表面のトナー像が用紙に転写される。その後用紙は定着部7へ送られ、熱と圧力によりトナーが用紙に融着されてコピーとして排出される。尚、定着部7には、前述にたような定着ローラと加圧ローラからなる定着装置を使用することができる。
感光体ドラム1上に残った残留トナーはクリーニングブレード8により掻き落とされ、トナー補給口を介してトナーがリサイクルされる構成を有する(図示していない)。その後感光体ドラム1は除電光9により残留電荷が除電されてトナーの無い初期状態となり、再び次の作像工程へ移る。
また、図5は、本発明に係るプロセスカートリッジの概略構成を示す図である。
図5において、100はプロセスカートリッジ全体を示し、101は感光体、102は帯電手段、103は現像手段、104はクリーニング手段を示す。現像手段103には、本発明の現像剤が装填されている。本発明において、プロセスカートリッジ100は、感光体101と現像手段103とを少なくとも含んで一体に支持され、複写機やプリンター等の画像形成装置本体に対して着脱可能に形成されたものである。図5のように、帯電装置手段102、クリーニング手段104等の構成要素を含んでもよい。
本プロセスカートリッジは、感光体101上のクリーニング性を維持しながら、低温定着システムにも対応し、耐オフセット性、耐熱保存性も良好なプロセスカートリッジである。
以下実施例により本発明を更に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。尚、部は重量部を示す。
<実施例1>
(有機微粒子エマルションの合成)
撹拌棒および温度計をセットした反応容器に、水683部、メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩(エレミノールRS−30、三洋化成工業製)11部、スチレン83部、メタクリル酸83部、アクリル酸ブチル110部、過硫酸アンモニウム1部を仕込み、400回転/分で15分間撹拌したところ、白色の乳濁液が得られた。加熱して、系内温度75℃まで昇温し5時間反応させた。さらに、1%過硫酸アンモニウム水溶液30部加え、75℃で5時間熟成してビニル系樹脂(スチレン−メタクリル酸−アクリル酸ブチル−メタクリル酸エチレンオキサイド付加物硫酸エステルのナトリウム塩の共重合体)の水性分散液[微粒子分散液1]を得た。[微粒子分散液1]をLA−920で測定した体積平均粒径は、0.10μmであった。[微粒子分散液1]の一部を乾燥して樹脂分を単離した。該樹脂分のTgは57℃であった。
(水相の調製)
水990部、[微粒子分散液1]80部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5%水溶液(エレミノールMON−7:三洋化成工業製)40部、酢酸エチル90部を混合撹拌し、乳白色の液体を得た。これを[水相1]とする。
(低分子ポリエステルの合成)
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物220部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド3モル付加物561部、テレフタル酸218部、アジピン酸48部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時聞反応した後、反応容器に無水トリメリット酸45部を入れ、180℃、常圧で2時間反応し、[低分子ポリエステル1]を得た。[低分子ポリエステル1]は、数平均分子量2500、重量平均分子量6700、Tg43℃、酸価25mgKOH/gであった。
(ポリエステルプレポリマーの合成)
冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物682部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物81部、テレフタル酸283部、無水トリメリット酸22部およびジブチルチンオキサイド2部を入れ、常圧230℃で8時間反応し、さらに10〜15mmHgの減圧で5時間反応した[中間体ポリエステル1]を得た。[中間体ポリエステル1]は、数平均分子量2100、重量平均分子量9500、Tg55℃、酸価0.5、水酸基価49であった。
次に、冷却管、撹拌機および窒素導入管の付いた反応容器中に、[中間体ポリエステル1]411部、イソホロンジイソシアネート89部、酢酸エチル500部を入れ100℃で5時間反応させ、[プレポリマー1]を得た。[プレポリマー1]の遊離イソシアネート重量%は、1.53%であった。
(ケチミンの合成)
撹拌棒および温度計をセットした反応容器に、イソホロンジアミン170部とメチルエチルケトン75部を仕込み、50℃で5時間反応を行い、[ケチミン化合物1]を得た。[ケチミン化合物1]のアミン価は418であった。
(マスターバッチの合成)
カーボンブラック(キャボット社製リーガル400R):40部、結着樹脂:ポリエステル樹脂(三洋化成RS−801;酸価10、Mw20000、Tg64℃):60部、水:30部をヘンシェルミキサーにて混合し、顔料凝集体中に水が染み込んだ混合物を得た。これをロール表面温度130℃に設定した2本ロールにより45分間混練を行い、パルベライザーで1mmφの大きさに粉砕し、[マスターバッチ1]を得た。
(油相の作製)
撹拌棒および温度計をセットした容器に、[低分子ポリエステル1]378部、カルナバWAX110部、帯電制御剤(サリチル酸金属錯体E−84:オリエント化学工業製)22部、酢酸エチル947部を仕込み、撹拌下80℃に昇温し、80℃のまま5時間保持した後、1時間で30℃に冷却した。次いで容器に[マスターバッチ1]500部、酢酸エチル500部を仕込み、1時間混合し[原料溶解液1]を得た。
[原料溶解液1]1324部を容器に移し、ビーズミル(ウルトラビスコミル;アイメックス社製)を用いて、送液速度1kg/hr、ディスク周速度6m/秒、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填、3パスの条件で、カーボンブラック、WAXの分散を行った。次いで、[低分子ポリエステル1]の65%酢酸エチル溶液1324部加え、上記条件のビーズミルで1パスし、[顔料・WAX分散液1]を得た。[顔料・WAX分散液1]の固形分濃度(130℃、30分)は50%であった。
(乳化)
[顔料・WAX分散液1]648部、[プレポリマー1]を154部、[ケチミン化合物1]6.6部を容器に入れ、TKホモミキサー(特殊機化製)で5,000rpmで1分間混合した後、容器に[水相1]1200部を加え、TKホモミキサーで、回転数13,000rpmで20分間混合し[乳化スラリー1]を得た。
(異形化)
イオン交換水1365部、カルボキシメチルセルロース(CMC ダイセル−1280:ダイセル化学工業(株)製)35部容器に入れて攪拌した水溶液に、[乳化スラリー1]1000部を混合し、TKホモミキサー(特殊機化製)で2,000rpmで1時間混合し[異形化スラリー1]を得た。
(脱溶剤)
撹拌機および温度計をセットした容器に、[異形化スラリー1]を投入し、30℃で8時間脱溶剤した後、45℃で4時間熟成を行い、[分散スラリー1]を得た。
(洗浄、乾燥)
[分散スラリー1]100部を減圧濾過した後、
(i)濾過ケーキにイオン交換水100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(ii)(i)の濾過ケーキに10%水酸化ナトリウム水溶液100部を加え、超音波振動を付与してTKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで30分間)した後、減圧濾過した。この超音波アルカリ洗浄を再度行った(超音波アルカリ洗浄2回)。
(iii)(ii)の濾過ケーキに10%塩酸100部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12,000rpmで10分間)した後濾過した。
(iv)(iii)の濾過ケーキにイオン交換水300部を加え、TKホモミキサーで混合(回転数12
,000rpmで10分間)した後濾過する操作を2回行い[濾過ケーキ1]を得た。[濾過ケーキ1]を循風乾燥機にて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、トナー母体1を得た。
<実施例1〜、比較例1〜8>
上記トナーの製造方法において、異形化、脱溶剤工程における諸条件を変更することでトナー形状の異形化の度合いを何水準かに振り、トナーを製造した。具体的には異形化工程時のイオン交換水、活性剤、増粘剤、の混合割合や、TKホモミキサーの回転数等の条件、脱溶剤工程時の脱溶剤にかける時間、脱溶剤方法の詳細な条件、等を逐次変更することで、形状係数SF−1の異なるトナーを得た。得られたトナーの物性を表1に示す。
また、上記トナーを用いて画像評価を行った結果を表1に併せて示す。尚、評価項目は以下の通りである。
(評価項目)
(1)定着性
(株)リコー製複写機imagio NEO
450を用いて、普通紙および厚紙の転写紙(リコー製タイプ6200およびNBSリコー製複写印刷用紙<135>)にベタ画像で、1.0±0.1
mg/cmのトナーが現像されるように調整を行い、定着ベルトの温度が可変となるように調整を行って、普通紙でオフセットの発生しない温度を、厚紙で定着下限温度を測定した。
定着下限温度は、得られた定着画像をパットで擦った後の画像濃度の残存率が70%以上となる定着ロール温度をもって定着下限温度とした。定着下限温度が170℃以下を「○」、170℃を超え180℃未満を「△」、180℃以上を「×」として示した。
(2)クリーニング性
(株)リコー製複写機imagio NEO450を用いて、複写テストを行った。白紙画像を通紙中に停止させ、クリーニング工程を通過した感光体上の転写残トナーをスコッチテープ(住友スリーエム(株)製)で白紙に移し、それをマクベス反射濃度計RD514型で測定しID:0.2以上が発生する枚数を評価した。10万枚以上で発生したものを「○」、7.5万枚以上10万枚未満で発生したものを「△」、7.5万枚未満で発生したものを「×」として示した。
(3)画像品質
画像品質は転写不良、画質劣化(具体的には地汚れ画像発生)を総合的に判断した。転写不良は、(株)リコー製複写機imagio NEO450にて5万枚の通紙を行い、その後、黒ベタ画像を通紙させて、その画像の転写不良レベルを目視判断した。
また、地肌汚れ画像については、(株)リコー製複写機imagio NEO450にて5万枚の通紙を行い、その後、白紙画像を現像中に停止させ、現像後の感光体上の現像剤をテープ転写し、未転写のテープの画像濃度との差をスペクトロデンシトメーター(X−Rite社製)により測定して定量評価した。画像品質良好なものを「○」、画像品質不良なものを「×」として示した。
Figure 0004859872
表1より、トナーの重量平均粒径が3.0〜6.0μmで、該トナーの形状係数SF−1:Aと、粒径3μm以下の微粉含有率:B(個数%)が、以下の(式1)、
(式1) 155≦A≦180のとき、8≦B≦14
145<A<155のとき、8≦B≦0.6A−79
を満たす実施例1〜については、定着性、クリーニング性、画像品質共に優れた結果であった。一方、比較例1〜8では、上記の範囲から外れており、定着性、クリーニング性、または画像品質のいずれかが劣る結果が得られた。
フローテスターのフローカーブを示す図である。 本発明に係る定着装置の概略構成を示す図である。 本発明に係る画像形成装置の概略構成を示す図である。 アモルファスシリコン感光体の構成を示す図である。 本発明に係るプロセスカートリッジの概略構成を示す図である。
1 感光体ドラム(像担持体)
2 帯電ローラ
3 露光装置
4 現像装置
6 転写ベルト
7 定着装置
71 定着ローラ
72 加圧ローラ
8 クリーニングブレー
11 転写電源
00 アモルファスシリコン感光体
100 プロセスカートリッジ
101 感光体
102 帯電手段
103 現像手段
104 クリーニング手段

Claims (4)

  1. 像担持体上に形成された静電荷像に静電荷像現像用トナーを付着させてトナー像を形成する工程と、そのトナー像を記録媒体上に転写する工程と、対向配置された2つの定着部材の間に前記記録媒体を通過させて、記録媒体上にトナー像を定着させる工程と、トナー像転写後の像担持体上に残留する未転写トナーを該像担持体に当接するクリーニング部材によってクリーニングする工程とを含む画像形成方法において、
    前記定着工程は、前記2つの定着部材の間に加わる面圧(ローラ荷重/接触面積)を1.5×10 Pa以下にして行われ、
    前記静電荷像現像用トナーは、
    なくともバインダー樹脂と着色剤、離型剤からなり、トナーの重量平均粒径が3.0〜6.0μmで、該トナーの形状係数SF−1:Aと、粒径3μm以下の微粉含有率:B(個数%)とが下記(式1)を満たし、更に、前記バインダー樹脂が未変性ポリエステル及びウレア変性ポリエステルを含有する静電荷像現像用トナーである
    ことを特徴とする画像形成方法。
    (式1) 155≦A≦180のとき、8≦B≦14
    145<A<155のとき、8≦B≦0.6A−79
  2. 前記クリーニング工程は、前記像担持体の回転方向に対してカウンター方向で当接した弾性ゴムブレードでクリーニングする
    ことを特徴とする請求項1に記載の画像形成方法。
  3. 像担持体と、像担持体に静電荷像を形成する静電荷像形成手段と、像担持体上に形成された静電荷像トナーを含む現像剤によって現像する現像手段と、像担持体上のトナー像を記録媒体上に転写する転写手段と、対向配置された2つの定着部材の間に該記録媒体を通過させて、記録媒体上にトナー像を定着させる定着手段と、トナー像転写後の像担持体上に残留する未転写トナーを該像担持体に当接するクリーニング部材によってクリーニングするクリーニング手段とを備える画像形成装置において、
    前記現像手段は、静電荷像現像用トナーを含有する現像剤を装填してなり、
    前記定着手段による定着は、前記2つの定着部材の間に加わる面圧(ローラ荷重/接触面積)を1.5×10 Pa以下にして行われ、
    前記静電荷像現像用トナーは、
    少なくともバインダー樹脂と着色剤、離型剤からなり、トナーの重量平均粒径が3.0〜6.0μmで、該トナーの形状係数SF−1:Aと、粒径3μm以下の微粉含有率:B(個数%)とが下記(式1)を満たし、更に、前記バインダー樹脂が未変性ポリエステル及びウレア変性ポリエステルを含有する静電荷像現像用トナーである
    ことを特徴とする画像形成装置。
    (式1) 155≦A≦180のとき、8≦B≦14
    145<A<155のとき、8≦B≦0.6A−79
  4. 前記クリーニング手段は、前記像担持体の回転方向に対してカウンター方向で当接した弾性ゴムブレードである
    ことを特徴とする請求項3に記載の画像形成装置。
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