JP4962019B2 - 画像形成装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真法又は静電記録法等により形成される静電潜像を現像剤により現像する際に用いられる静電荷現像用トナーをクリーニングするブレードを備えた画像形成装置に関する。
一般的に電子写真法の画像形成装置は、感光体上に静電潜像を形成し、その静電潜像をトナーで現像してトナー像を形成し、そのトナー像を記録媒体に転写することにより画像を形成している。このような画像形成装置では、トナー像を転写した後の感光体上に残留したトナーを除去するための、クリーニングブレードを備えている。
また、感光体から一旦中間転写体へ転写する中間転写方式の画像形成装置では、中間転写体をクリーニングするため、あるいは、転写ロールに付着したトナー等をクリーニングするためにも、感光体におけると同様のクリーニングブレードが用いられている。
このように、電子写真プロセスでは、電子写真感光体あるいは転写ベルト等を繰り返し使用するためにトナーを除去するクリーニングブレードが用いられるが、このクリーニングブレード部材にはポリウレタンが広く使用されている(特許文献1等参照)。ポリウレタンは、耐摩耗性が良好で、補強剤などを添加しなくても十分な機械的強度を有し、非汚染性であるからである。
また、クリーニングブレードを感光体などに当接させる場合に、摩擦係数が高すぎるという問題に対応し、低摩擦係数化を図るために、潤滑成分を当接する先端部へ塗布する方法、潤滑成分を添加する方法、潤滑成分を共重合により付加する方法、潤滑性を有するコーティングを行う方法等、種々の手段がとられている(特許文献2及び特許文献3参照)。
特開2003−302802号公報 特開2006−84878号公報 特開2006−91566号公報
しかしながら従来のクレーニングブレードにおいて、潤滑成分を塗布する方法では効果が持続せず、潤滑成分を添加する方法では支持部材との接着が困難となると共にブレードによる汚染の問題が生じ、潤滑成分を共重合する方法では材質自体の特性が低下するため耐摩耗性の低下や低分子成分による汚染の問題があった。また、摩擦係数が何に依存しているか不明なため、好適なクリーニングブレードの設計が困難であった。
さらに、ポリウレタンは、局所的に欠けて、クリーニング不良を生じたり、高温多湿環境でめくれるという問題があった。
本発明は上記課題を解決するものである。即ち、本発明は、クリーニングブレード先端が、均一に磨耗し、欠けやめくれの生じないクリーニングブレードを備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
本発明の上記課題は<1>に記載の手段により解決された。好ましい実施態様である<2>〜<6>と共に以下に記載する。
<1> 像担持体と、前記像担持体表面に当接し、前記像担持体表面をクリーニングするクリーニングブレードを備え、前記クリーニングブレード基材が少なくともカルボジイミド系化合物及び/又はポリカルボジイミドを含有するウレタン樹脂を含有し、前記クリーニングブレードの像担持体表面への当接部に酸を供給する手段を有することを特徴とする画像形成装置、
<2> 酸を供給する手段が前記当接部に静電荷像現像用トナーを供給するものである<1>に記載の画像形成装置、
<3> 前記静電荷像現像用トナーは結着樹脂として重縮合樹脂を含有し、該重縮合樹脂が酸を含有する<2>に記載の画像形成装置、
<4> 前記重縮合樹脂は、酸を触媒として重縮合された重縮合樹脂である<3>に記載の画像形成装置、
<5> 前記静電荷像現像用トナーは、少なくとも、結着樹脂粒子を分散させた分散液中で、当該結着樹脂粒子を凝集して凝集粒子を得る工程と、当該凝集粒子を加熱して融合させる工程と、を有する静電荷像現像用トナーの製造方法により得られた静電荷像現像用トナーである<3>又は<4>に記載の画像形成装置、
<6> 酸を供給する手段が、酸を含有する固形潤滑剤と、該固形潤滑剤を像担持体に塗布する回転ブラシとを有する<1>に記載の画像形成装置、
<7> 酸が界面活性効果を有する酸である<1>〜<6>いずれか1つに記載の画像形成装置。
本発明によれば、クリーニングブレード先端が、均一に磨耗し、欠けやめくれの生じないクリーニングブレードを備えた画像形成装置を提供することができる。
本発明の画像形成装置は、像担持体と、前記像担持体表面に当接し、前記像担持体表面をクリーニングするクリーニングブレードを備え、前記クリーニングブレード基材が少なくともカルボジイミド系化合物及び/又はポリカルボジイミドを含有するウレタン樹脂(本発明において、ポリウレタンともいう。)を含有し、前記クリーニングブレードの像担持体表面への当接部に酸を供給する手段を有することを特徴とする。
ポリウレタンは水の存在下では加水分解を生じやすく物性低下を引き起こしやすい。そのメカニズムは使用されるポリオールによって異なり、以下に示すように、ポリエステルポリオールを使用した場合はエステル結合が、またポリエーテルポリオールを使用した場合はウレタン結合が優先的に切断される。
Figure 0004962019
上記のようなポリウレタンの加水分解に対して、ポリウレタンの耐加水分解性向上策として、カルボジイミド系化合物及び/又はポリカルボジイミド(以下、カルボジイミド系化合物及びポリカルボジイミドを総称してカルボジイミド化合物ともいう。)の添加が有効である。カルボジイミド化合物は以下に示されるように加水分解によって生じる酸を中和し、酸がさらにエステル結合を分解する自動触媒作用を防ぐ働きをする。
Figure 0004962019
一方、このようなカルボジイミド化合物の存在により、耐加水分解性が向上する結果、クリーニングブレードと像担持体表面との当接部では、均一な摩耗が生じ難いという問題を生じていると考えられる。本発明では、このようなカルボジイミド化合物の有する加水分解阻害能をクリーニングブレードと像担持対表面との当接部でのみ抑制することにより、前記当接部において、クリーニングブレードの均一な摩耗を生じさせ、欠けやめくれの生じないクリーニングブレードを備えた画像形成装置を提供するものである。
本発明において、クリーニングブレード先端(クリーニングブレードと像担持体の当接部)に対して、カルボジイミド化合物の加水分解阻害能を抑制可能な酸を供給することにより、常にクリーニングブレード先端が均一に磨耗し、耐摩耗性が低下し、汚染物質が磨耗と共に除去させるため、欠けやめくれの生じないクリーニングブレードを備えた画像形成装置を提供することが可能となる。
以下、本発明について詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態が適用された画像形成装置であるプリンタの主要部を示す概略構成図である。
図1に示すように、プリンタ1には、4つの画像形成部10Y、10M、10C、10Kが備えられており、各画像形成部には、それぞれ、感光体11Y、11M、11C、11K、帯電器12Y、12M、12C、12K、露光器13Y、13M、13C、13K、現像器14Y、14M、14C、14K、一次転写体15Y、15M、15C、15K、クリーニング装置16Y、16M、16C、16K、除電器17Y、17M、17C、17K、中間転写ベルト30、中間転写ベルトクリーナ31、二次転写体32、定着器33、及びテンションローラ34が備えられている。
なお、このプリンタ1は、フルカラーの印刷が可能となっており、上記の各構成要素の末尾に付された符号Y、M、C、及びKは、それぞれイエロー、マゼンタ、シアン、及び黒の画像形成用の構成要素であることを示している。
このプリンタ1の画像形成における基本動作について説明する。
まず、画像を形成するための準備として、各色用の感光体11Y、11M、11C、11Kが矢印A方向に回転され、それら感光体11Y、11M、11C、11Kの表面に、帯電器12Y、12M、12C、12Kによって所定の電荷がそれぞれ付与される。
続いて、画像がイエロー、マゼンタ、シアン、及び黒に色分解された色分解画像を表す画像データが、制御部35によって、対応する画像形成部10Y、10M、10C、10Kに与えられる。
次に、イエローの画像形成部10Yによるトナー像形成が開始され、露光器13Yによって感光体11Y表面にイエローの色分解画像に相当する露光光が照射されて静電的な潜像(静電潜像)が形成される。その静電潜像は、現像器14Yによって循環供給される現像剤に含まれたイエローのトナーで、現像器14Yと感光体11Yとの間の現像位置に印加された現像電圧によって現像されて感光体11Y上にイエローのトナー像が形成される。そのトナー像は一次転写体15Yにより中間転写ベルト30に転写される。
中間転写ベルト30は矢印B方向に循環移動しており、中間転写ベルト30上に転写されたイエローのトナー像が次の色の画像形成部10Mの一次転写体15Mに到達するタイミングに合わせて、次の色のマゼンタのトナー像が一次転写体15Mに到達するように、マゼンタの画像形成部10Mによるトナー像形成が行われる。こうして形成されたマゼンタのトナー像は、一次転写体15Mにおいて中間転写ベルト30上のイエローのトナー像の上に重ねて転写される。
続いて、シアン及び黒の画像形成部10C、10Kによるトナー像形成が上記と同様のタイミングで行われ、一次転写体15C、15Kにおいて中間転写ベルト30のイエロー及びマゼンタのトナー像の上に順次重ねて転写される。
ここで、各感光体11Y、11M、11C、11K上のトナー像が中間転写ベルト30上に転写されると、クリーニング装置16Y、16M、16C、16Kによって、各感光体11Y、11M、11C、11K上に残留する廃トナーが除去される。クリーニング装置16Y、16M、16C、16Kについては後で詳しく説明する。また、制御部35によって、除電器17Y、17M、17C、17Kに除電電圧が印加され、除電器17Y、17M、17C、17Kでは、各感光体11Y、11M、11C、11K上に残存する残電荷が除去される。
こうして、中間転写ベルト30上に転写された多色トナー像は、二次転写体32により用紙2上に二次転写され、多色トナー像は用紙2とともに矢印C方向に搬送され、定着器33により用紙2上に定着されることによりカラー画像が形成される。
基本的には、以上のようにしてカラー画像が形成される。
続いて、本発明の画像形成装置に好適に使用できるクリーニング装置の一実施形態であるクリーニング装置16Y、16M、16C、16Kについて詳しく説明する。なお、クリーニング装置16Y、16M、16C、16Kは同じ構成を有するため、以下では、説明の便宜上、それらをクリーニング装置16としてまとめて説明する。
図2は、本発明に好適に使用できるクリーニング装置16と、そのクリーニング装置16でクリーニングする感光体11との一実施態様を示す概略図である。なお、以下では、クリーニング装置16を構成する各種要素において、感光体11に対向する側の面を表面、感光体11から遠い側の面を裏面と称する。また、感光体11のドラム形状が延びる方向の手前側(図2の手前側)を手前、感光体11のドラム形状が延びる方向の奥側(図2の奥側)を奥と称する。
図2に示すクリーニング装置16は、トナー収容箱110と、クリーニングブレード120と、クリーニングブラシ140と、トナー移送器150とで構成されている。
クリーニングブレード120は、板形状を有し、プリンタ1の本体筐体から繋がる筐体部分111に取り付けられている。クリーニングブレード120の下縁は感光体11に当接しており、その当接部分によって、転写されずに感光体11上に残ったトナー200が掻き取られる。このクリーニングブレード120は、本発明にいうクリーニングブレードの一例に相当し、感光体との当接部を構成するクリーニングブレード部材は、少なくともカルボジイミド系化合物及び/又はポリカルボジイミドを含有するウレタン樹脂を含有する。
図2において、クリーニングブラシ140は、矢印B方向に回転することによって感光体11上のトナーを除去するとともに、固形潤滑剤300を掻き取って、粒状になった潤滑剤310を感光体11の表面に塗布する。
なお、本発明の画像形成装置において、固形潤滑剤は任意に設けられていればよい。
トナー移送器150は、感光体11の回転軸に沿う方向に回転軸を有し、矢印Cの方向に回転して、トナー収容箱110内に回収されたトナー200を奥側に移送する。
クリーニング装置16は、基本的には以上のように構成されている。
ここで、図2では像担持体として感光体を例示したが、本発明はこれに限定されず、中間転写体等であっても良いことは言うまでもない。
ここで、このクリーニング装置16でトナー200が除去される手順について説明する。
転写されずに感光体11上に残ったトナー200は、感光体11が矢印A方向に回転するのに伴って、まずはクリーニングブラシ140に供給される。クリーニングブラシ140では、感光体11上のトナー200が除去される。固形潤滑剤が設けられている場合には、固形潤滑剤300が削り取られて潤滑剤310が感光体11の表面に塗布される。クリーニングブラシ140で除去されたトナー200は、図示しないフリッカブラシでクリーニングブラシ140から取り除かれ、トナー収容箱110に収容される。
また、クリーニングブラシ140で除去しきれなかったトナー200や、感光体11上に塗布された潤滑剤310は、感光体11の回転に伴ってブレード120に供給される。
ブレード120では、トナー200が感光体11の表面から掻き落とされるとともに、過剰な潤滑剤310もトナー200といっしょに除去される。掻き落とされたトナー200や潤滑剤310は、トナー収容箱110に収容される。トナー200にまぶされている外添剤はブレード120と感光体11との間の摩擦を抑える潤滑材の役割を担っており、ブレード120と感光体11との接触部分でトナー200が堰き止められることによって、ブレード120や感光体11の磨耗が確実に軽減され、長期に渡ってクリーニング性能が維持される。また、クリーニングブラシ140によって過剰に塗布されてしまった潤滑剤310は、トナー200が研磨剤となってブレード120で掻き取られる。この結果、感光体11の表面には適量の潤滑剤310が一様な厚さで塗布され、ブレード120と感光体11との間の摩擦がさらに低減される。
クリーニングブレード120の先端は、感光体との接触により徐々に摩耗される。従来、クリーニングブレードは均一に摩耗することが困難であり、このためにクリーニングブレード120のクリーニング能は徐々に低下し、クリーニングブレードにより除去されなかったトナーが感光体に残ったり、不均一に摩耗したクリーニングブレードの一部が感光体に接着することにより、得られる画像に抜けや色点を生じる場合があった。本発明において、クリーニングブレード120に酸を供給することによりクリーニングブレードの磨耗はより均一になり、良好な画像を長期にわたって得ることができる。
(クリーニングブレード)
次にクリーニングブレードについて説明する。本発明において、クリーニングブレードを構成するクリーニングブレード基材は、少なくともカルボジイミド系化合物及び/又はポリカルボジイミドを含有するウレタン樹脂を含有する。
クリーニンブレード基材は弾性体であることが好ましく、これを構成するウレタン樹脂は弾性体であることが好ましい。
ここで、クリーニングブレード基材とは、クリーニングブレードを構成する成分を意味し、少なくともクリーニングブレードの像担持体表面への当接部がカルボジイミド系化合物及び/又はポリカルボジイミドを含有するウレタン樹脂を含有することを意味し、前記当接部がウレタン樹脂よりなることが好ましい。
本発明において、前記ウレタン樹脂は、ポリオールとポリイソシアネートと架橋剤とから製造することができる。
ポリオールとしては、ジオールと二塩基酸との脱水縮合で得られるポリエステルポリオール、ジオールとアルキルカーボネートの反応により得られるポリカーボネートポリオール、カプロラクトン系のポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリオキシテトラメチレンエーテルグリコール等を挙げることができる。なお、ポリオールの配合割合は、ポリウレタン中に60重量%以上80重量%以下であることが好ましい。
また、ポリオールとしてはジオールを使用することが好ましい。
ポリオールと反応させるポリイソシアネートは、分子構造が比較的剛直でないものであることが好ましく、例えば、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、2,6−トリレンジイソシアネート(TDI)、1,6−ヘキサンジイソシアネート(HDI)、1,5−ナフタレンジイソシアネート(NDI)及び4,4’−トルイジンジイソシアネート(TODI)などを挙げることができる。特に、好適なものはMDIである。ポリイソシアネートの配合割合は、ポリウレタン100重量部に対して30重量部以上80重量部以下であることが好ましい。ポリイソシアネートの配合割合が30重量部以上であると、十分な引張り強度が得られるので好ましい。また、80重量部以下であると、永久伸びが大きくなることがないので好ましい。
ポリイソシアネートとしては、ジイソシアネートを使用することが好ましい。
架橋剤は、ジオールとトリオールとを主成分として併用する。ジオールは特に限定されないが、例えば、プロパンジオール(PD)、ブタンジオール(BD)、3,5−ジエチルチオ−2,4−トルエンジアミン等が挙げられる。また、トリオールも特に限定されないが、分子量が120以上2,500以下のトリオールが好ましく、さらに好ましくは120以上1,000以下のトリオールである。具体的には、トリメチロールエタン(TME)、トリメチロールプロパン(TMP)等の短鎖トリオールや、分子量がそれらよりも大きいカプロラクトン系トリオール(ε−カプロラクトンから合成されるトリオール)等を挙げることができる。なお、トリオールはクリープや応力緩和などの特性を改良するために添加されるものである。この架橋剤の主成分の配合割合は特に限定されないが、ジオール:トリオール=50:50〜95:5であることが好ましく、より好ましくは60:40〜90:10である。ジオール及びトリオールは、それぞれ二種以上混合して用いてもよい。
また、ポリオール、ポリイソシアネート及び架橋剤は、それぞれ1種を用いてもよいし、複数種を使用することもできる。目的に応じて、適宜選択することが好ましい。
<カルボジイミド化合物>
本発明において、ウレタン樹脂はカルボジイミド系化合物及び/又はポリカルボジイミド(カルボジイミド化合物)を含有する。カルボジイミド化合物は、ポリウレタン(ウレタン樹脂)の耐加水分解性を向上させるために使用される。本発明において、カルボジイミド系化合物を単独で使用することもできるし、ポリカルボジイミドを単独で使用することもできる。また、カルボジイミド系化合物とポリカルボジイミドを併用しても良い。
〔カルボジイミド系化合物〕
本発明において、カルボジイミド系化合物は、その分子内に一つのカルボジイミド基を有する化合物である。本発明において、カルボジイミド系化合物は加水分解防止剤として使用することができれば特に限定されず、公知のカルボジイミド系化合物を使用することができる。
具体例としては、ジシクロヘキシルカルボジイミド、ジイソプロピルカルボジイミド、ジメチルカルボジイミド、ジイソブチルカルボジイミド、ジオクチルカルボジイミド、ジフェニルカルボジイミド、ナフチルカルボジイミド、ビス(2,6−ジイソプロピルフェニル)カルボジイミド等を挙げることができる。
また、上市されているカルボジイミド系化合物を使用することもでき、具体的にはスタビライザー7000(ビス(2,6−ジイソプロピルフェニル)カルボジイミド、ラシッヒ社製)を例示することができる。
カルボジイミド系化合物は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その使用量については、得られるポリウレタン樹脂の物性及び経済性のバランスなどの面から、固形分100重量部に対し、カルボジイミド系化合物を固形分として、0.5重量部以上15重量部以下の割合で用いることが好ましく、特に1重量部以上10重量部以下の割合で用いることが好ましい。
<ポリカルボジイミド>
ポリカルボジイミドは、分子内に少なくとも2つのカルボジイミド基を有する化合物である。本発明において、ポリカルボジイミドは加水分解防止剤として使用することができれば特に限定されず、公知のポリカルボジイミドを使用することができる。
ポリカルボジイミドとしては、親水性ポリカルボジイミドを用いることが好ましい。親水性ポリカルボジイミドは、水溶性又は水分散性を有するポリカルボジイミドであればよく、特に制限されず、従来公知のものの中から任意のものを適宜選択することができる。
このような親水性ポリカルボジイミドとしては、末端に親水性基を有するものを挙げることができる。このものは、例えば有機ジイソシアネート化合物の脱二酸化炭素を伴う縮合反応によりイソシアネート末端ポリカルボジイミドを形成した後、さらにイソシアネート基との反応性を有する官能基を持つ親水性セグメントを付加することにより製造することができる。
上記親水性セグメントとしては、下記の親水性有機化合物(1)〜(4)由来のものが例示される。
(1)(R12−N−R2−OH
(式中、R1は低級アルキル基、R2は炭素数1以上10以下のアルキレン、又はポリオキシアルキレン基である。)で示されるジアルキルアミノアルコールの四級アンモニウム塩が使用可能であり、特に2−ジメチルアミノエタノールの四級塩が好適である。この場合、ポリカルボジイミドのイオン性は、カチオンタイプとなる。
(2)(R12−N−R2−NH2
(式中、R1、R2は上記と同様である。)で示されるジアルキルアミノアルキルアミンの四級アンモニウム塩が使用可能であり、特に3−ジメチルアミノ−n−プロピルアミンの四級塩が好適である。この場合、ポリカルボジイミドのイオン性は、カチオンタイプとなる。
(3)HO−R3−SO34
(式中、R3は炭素数1以上10以下のアルキレン基、R4はアルカリ金属である。)で示される反応性ヒドロキシル基を少なくとも1個有するアルキルスルホン酸塩が使用可能であり、特にヒドロキシプロパンスルホン酸ナトリウムが好適である。この場合、ポリカルボジイミドのイオン性は、アニオンタイプとなる。
(4)R5−O−(CH2−CHR6−O−)m−H
(但し、式中R5は炭素数1以上4以下のアルキル基、R6は水素原子又はメチル基であり、mは4以上30以下の整数である。)で示されるアルコキシ基で末端封鎖されたポリ(エチレンオキシド)又はポリ(エチレンオキシド)とポリ(プロピレンオキシド)との混合物が使用可能であり、特にメトキシ基又はエトキシ基で末端封鎖されたポリ(エチレンオキシド)が好適である。この場合、ポリカルボジイミドのイオン性は、ノニオンタイプとなる。
前記のイソシアネート末端ポリカルボジイミドの形成に用いられる有機ジイソシアネート化合物としては、例えば芳香族ジイソシアネート化合物、脂肪族ジイソシアネート化合物、脂環族ジイソシアネート化合物やこれらの混合物が使用でき、具体的には1,5−ナフチレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルジメチルメタンジイソシアネート、1,3−フェニレンジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネートと2,6−トリレンジイソシアネートとの混合物、ヘキサメチレンジイソシアネート、シクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネートなどが例示される。
上記有機ジイソシアネート化合物の脱二酸化炭素を伴う縮合反応は、カルボジイミド化触媒の存在下に進行する。この触媒としては、例えば1−フェニル−2−ホスホレン−1−オキシド、3−メチル−2−ホスホレン−1−オキシド、1−エチル−2−ホスホレン−1−オキシド、3−メチル−1−フェニル−2−ホスホレン−1−オキシドや、これらの3−ホスホレン異性体等のホスホレンオキシドなどを使用することができ、中でも反応性の面から3−メチル−1−フェニル−2−ホスホレン−1−オキシドが好適である。なお、上記触媒の使用量は触媒量とすることができる。
有機ジイソシアネート化合物の縮合反応における反応温度は、好ましくは80℃以上200℃以下程度であり、また縮合度は1以上10以下程度が好ましい。縮合度が上記範囲にあれば、得られる親水性ポリカルボジイミドは、ポリウレタン樹脂に添加する際に良好な分散性を有するものになるので好ましい。
また、イソシアネート末端ポリカルボジイミドに親水性有機化合物を反応させて、親水性セグメントを付加する際の反応温度は、好ましくは60℃以上180℃以下、より好ましくは100℃以上160℃以下である。
このようにして得られた親水性ポリカルボジイミドの中で、親水性ジシクロヘキシルメタンカルボジイミドを好ましく挙げることができる。前記親水性ジシクロヘキシルメタンカルボジイミドは、4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートを、カルボジイミド化触媒の存在下に縮合させて、イソシアネート基末端ジシクロヘキシルメタンカルボジイミドを得、次いでイソシアネート基と反応し得る少なくとも1つの水酸基を有する有機化合物を反応させることにより、製造することができる。
親水性ポリカルボジイミドは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、その使用量については、得られるポリウレタン樹脂の物性及び経済性のバランスなどの面から、固形分100重量部に対し、親水性ポリカルボジイミドを固形分として、0.5重量部以上15重量部以下の割合で用いることが好ましく、特に1重量部以上10重量部以下の割合で用いることが好ましい。
親水性ポリカルボジイミド市販品としては、カルボジライトE−01(日清紡社製)を挙げることができる。
上述したポリオール及び架橋剤に、ポリイソシアネートを配合し、カルボジイミド化合物を添加し反応させることによりポリウレタンを製造することができる。反応はプレポリマー法やワンショット法など、ポリウレタンの一般的な製造方法を用いることができる。プレポリマー法は強度、耐摩耗性に優れるポリウレタンが得られるため本発明には好適であるが、製法により制限されるものではない。
このようにして製造したポリウレタンを切断等して、所定の寸法のクリーニングブレード部材とし、これを接着剤等で支持部材に接着すればクリーニングブレードとなる。
なお、クリーニングブレードの物性としては、硬度(JISAスケール)50以上90以下、ヤング率(kg/cm2)40以上90以下、100%モジュラス(kg/cm2)20以上65以下、300%モジュラス(kg/cm2)70以上150以下、引っ張り強さ(kg/cm2)240以上500以下、伸(%)が290以上500以下、反発弾性(%)30以上70以下、引裂強さ(kg/cm2)25以上75以下、永久伸(%)が4.0以下であること好ましい。またブレードの圧接力(gf/cm)は10以上60以下であることが好ましく、当接セット角度(°)は17以上30以下であることが好ましい。
本発明の画像形成装置は、クリーニングブレードの像担持体表面への当接部に酸を供給する手段(以下、「酸供給手段」ともいう。)を有する。当該酸供給手段としては特に限定されず、いかなる手段を使用してもよい。
ここで、供給される酸としてはカルボジイミド化合物の加水分解阻止能を抑制することができれば特に限定されず、いかなる酸を使用することができ、カルボキシル基、スルホニル基、ホスホニル基等を有する化合物やこれらの塩が例示できる。像担持体及びクリーニングブレードの安定性を考慮すれば、界面活性効果を有する酸であることが好ましい。
界面活性効果を有する酸とは、疎水基と親水基とからなる化学構造を有し、少なくとも親水基の一部がプロトンからなる酸の構造を有するものである。
界面活性効果を有する酸としては、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸、イソプロピルベンゼンスルホン酸、ケリルベンゼンスルホン酸、しょうのうスルホン酸、などのアルキルベンゼンスルホン酸、アルキルスルホン酸、アルキルジスルホン酸、アルキルフェノールスルホン酸、アルキルナフタリンスルホン酸、アルキルテトラリンスルホン酸、アルキルアリルスルホン酸、石油スルホン酸、アルキルベンゾイミダゾールスルホン酸、高級アルコールエーテルスルホン酸、アルキルジフェニルスルホン酸、モノブチルフェニルフェノール硫酸、ジブチルフェニルフェノール硫酸、ドデシル硫酸などの高級脂肪酸硫酸エステル、高級アルコール硫酸エステル、高級アルコールエーテル硫酸エステル、高級脂肪酸アミドアルキロール硫酸エステル、高級脂肪酸アミドアルキル化硫酸エステル、ナフテニルアルコール硫酸、硫酸化脂肪、スルホ琥珀酸エステル、各種脂肪酸、スルホン化高級脂肪酸、高級アルキルリン酸エステル、樹脂酸、樹脂酸アルコール硫酸、ナフテン酸、及びこれらすべての塩化合物などが挙げられ、必要に応じて複数を組み合わせてもよい。
本発明の第一の実施形態では、酸を供給する手段は、酸を含有する固形潤滑剤と、該固形潤滑剤を像担持体に塗布する回転ブラシとを有する。回転ブラシはクリーニングブラシと別個に設けられていても良いし、クリーニングブラシが像担持体に固形潤滑剤を塗布しても良い。
図2を参照すれば、酸は固形潤滑剤300に含有され、クリーニングブラシ140により掻き取られた潤滑剤310に含有して供給される。
ここで、クリーニングブラシの材質は、ポリエステル、アクリル樹脂などが挙げられる。前記クリーニングブラシは、回転支持軸の周面にパイル織り生地をスパイラル状に巻いて形成されていて、回転支持軸と生地の基布部とは導電接着剤などを介して接着されていることが好ましい。基布部の外周は高抵抗のブラシ繊維が設けられており、繊維太さは3デニール以上17デニール以下の範囲とすることが好ましい。ここでいうデニールとは、繊維長さ9,000mあたりの質量(グラム)で表されており、繊維太さを表す単位として用いている。基布部の外周には高抵抗のブラシ繊維が50,000本/(インチ)2以上150,000本/(インチ)2以下の密度で構成されていることが好ましい。
クリーニングブラシにおいて、構成上の限定で基布部分を除いたブラシ繊維の自由長を短くしたとき、高ブラシ繊維の太さ及び高繊維密度では前記先端力のバラツキは大きくなる。よって、自由長の短いクリーニングブラシを使用した場合、ブラシ繊維太さ及び繊維密度は前記先端力バラツキが所望の範囲内になるように適宜選択することができる。ここで、先端力とは、クリーニングブラシが回転しながら感光体に接触したときにクリーニングブラシから感光体に与えるモーメント力を意味する。
<固形潤滑剤>
固形潤滑剤としては、例えば乾燥した固体疎水性潤滑剤が用いられ、その代表例としては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸鉄、ステアリン酸ニッケル、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸銅、ステアリン酸ストロンチウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸カドミウム、ステアリン酸マグネシウム、オレイン酸亜鉛、オレイン酸マンガン、オレイン酸鉄、オレイン酸コバルト、オレイン酸鉛、オレイン酸マグネシウム、オレイン酸銅、パルチミン酸、パルチミン酸コバルト、パルチミン酸銅、パルチミン酸マグネシウム、パルチミン酸アルミニウム、パルチミン酸カルシウム、カプリル酸鉛、カプロン酸鉛、リノレン酸亜鉛、リノレン酸コバルト、リノレン酸カルシウム、及びリコリノレン酸カドミウムのような脂肪酸を挙げることができる。また、カルバナウワックスのような天然ワックスをも用いることができる。
固形潤滑剤としては、これら潤滑剤を断面が矩形状の板状態に固めたものであることが好ましい。固形潤滑剤の長さは、クリーニングブラシ及び感光体の画像部よりやや長いものが用いられる。
図2において、固形潤滑剤を支持する潤滑剤支持部材は、前記固形潤滑材を支持し、前記クリーニングブラシに平行な回動軸を介して回転自在に支持され、該回動軸の回りにモーメントを生じさせる支持部を有し、該支持部に支持された前記固形潤滑材を前記モーメントにより前記クリーニングブラシに接触させる構成でも良い。前記支持部材は、回動軸で周方向以外の動きが規制されているので、固形潤滑剤の回転ブラシに対するニップ量(食い込み量)は回転ブラシ軸方向で常に一定を保たれる。また、固形潤滑剤を支持する潤滑剤支持部材は、回動軸の回りにモーメントを生じさせるので、固形潤滑剤をモーメントにより回転ブラシを所定の接触圧で接触させることができると共に、回転ブラシの回転で固形潤滑剤が跳ね上がり等のランダムな動きをすることがなくなり、所定の接触圧で長期にわたり安定した固形潤滑剤の供給ができる。
固形潤滑剤に酸を含有させる方法としては、固形潤滑剤を板状態に固める際に添加する方法が例示でき、例えば上記潤滑剤を溶融させて酸を添加した後、これを冷却して板状体とし、固形潤滑剤とする方法が例示できる。
なお、上記の実施態様では固形潤滑剤に含有させて酸を供給したが、本発明はこれに限定されず、固形潤滑剤の代わりにクリーニングブラシにより掻き取られて感光体に供給される固形の酸含有組成物であればいずれを使用してもよい。
本発明の第二の好ましい実施態様では、酸は静電荷像現像剤に含有されて供給される。第二の実施態様では、感光体に残留する静電荷像現像剤により酸が供給されるため、特別の酸供給部材を必要としないので好ましい。
ここで、酸は静電荷現像剤に含有され、クリーニングブレードと感光体の当接部において、その機能を発揮することができればいずれの態様で含有されていても良い。これらの中でも、酸が静電荷像現像用トナーに含有されており、クリーニングブレードと感光体の当接部に供給されることが好ましい。すなわち、酸を供給する手段が前記当接部に静電荷像現像用トナーを供給するものであることが好ましい。
また、酸は、例えば、静電荷像現像用トナーの外添剤に含有されていても良いし、静電荷像現像用トナーに内部添加されていても良い。
特に、本発明において、静電荷像現像用トナーが酸を含有していることが好ましく、静電荷像現像用トナーの結着樹脂が酸を含有していることがより好ましく、結着樹脂が重縮合樹脂を含有し、該重縮合樹脂が酸を含有することがさらに好ましい。さらに、前記重縮合樹脂は、酸を触媒として重縮合された重縮合樹脂であることが好ましい。
以下に結着樹脂が重縮合樹脂を含み、該重縮合樹脂の重縮合触媒として酸を含有する静電荷像現像用トナーについて説明する。
(静電荷現像用トナーの製造方法)
本発明において、静電荷現像用トナーの製造方法は、少なくとも、結着樹脂粒子を分散させた分散液中で、当該結着樹脂粒子を凝集して凝集粒子を得る工程(凝集工程)と、当該凝集粒子を加熱して融合させる工程(融合工程)と、を有する静電荷像現像用トナーの製造方法により得られた静電荷像現像用トナーであることが好ましい。そして、この乳化重合凝集法と呼ばれる製造方法において、結着樹脂粒子(本発明において、単に樹脂粒子ともいう。)として、重縮合触媒として酸を使用して重合された重縮合樹脂を含む樹脂粒子を適用することが好ましい。
凝集工程では、結着樹脂粒子分散液を、必要に応じて着色剤粒子分散液及び離型剤粒子分散液と混合し、さらに凝集剤を添加し、これら粒子をヘテロ凝集させることによりトナー径の凝集粒子を形成することができる。また、このように凝集して第一の凝集粒子形成後、さらに、樹脂粒子分散液又は別の樹脂粒子分散液を添加し第一の粒子表面に第2のシェル層を形成することも可能である。なお、この例示においては、着色剤粒子分散液を別に調整しているが、重縮合樹脂粒子や他の結着樹脂粒子に予め着色剤が配合されている場合には、着色剤粒子分散液は必要ない。
ここで、凝集剤としては、界面活性剤のほか、無機塩、2価以上の金属塩を好適に用いることができる。特に、金属塩を用いる場合、凝集性制御及びトナー帯電性などの特性において好ましい。また、例えば、樹脂の乳化重合、顔料の分散、樹脂粒子の分散、離型剤の分散、凝集、凝集粒子の安定化などに界面活性剤を用いることができる。具体的には硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン界面活性剤、アミン塩型、4級アンモニウム塩型等のカチオン系界面活性剤、またポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン性界面活性剤を併用することも効果的であり、分散手段としては、回転せん断型ホモジナイザーやメデイアを有するボールミル、サンドミル、ダイノミルなどの一般的なものを使用できる。
そして、凝集工程を経た後、融合工程(融合・合一工程)において、樹脂粒子のガラス転移点以上又は融点以上の温度に加熱して、凝集粒子を融合・合一し、必要に応じて洗浄、乾燥することにより、トナーを得ることができる。
また、融合工程を終了した後、任意の洗浄工程、固液分離工程、乾燥工程を経て所望のトナー粒子を得るが、洗浄工程は帯電性を考慮すると、イオン交換水で十分に置換洗浄することが望ましい。また、固液分離工程には特に制限はないが、生産性の点から吸引濾過、加圧濾過等が好適である。さらに、乾燥工程も特に制限はないが、生産性の点から凍結乾燥、フラッシュジェット乾燥、流動乾燥、振動型流動乾燥等が好ましく用いられる。
以下、本発明において結着樹脂に好適に含有される重縮合樹脂について詳述する。
本発明において、前記重縮合樹脂としては、重縮合性単量体としてポリカルボン酸、ポリオール、ポリアミンを使用して得られるポリエステル及びポリアミドが例示できる。重縮合樹脂としてポリエステルを使用することが好ましく、特にポリカルボン酸とポリオールのエステル化反応(脱水反応)又は、ポリカルボン酸ポルアルキルエステルとポリオールとのエステル交換反応により得られるポリエステルであることが好ましい。重縮合反応として、いずれの反応も使用することができるが、ポリカルボン酸とポリオールを使用し、脱水反応を伴う重縮合反応により得られることが好ましい。
また、前記重縮合反応の重縮合触媒として酸を使用することが好ましく、特に上述した界面活性効果を有する酸を使用することが好ましい。また、重縮合触媒は一種を単独で使用することもできるし、二種以上の重縮合触媒を併用しても良い。
一方、重縮合に用いる重縮合性単量体としては、ポリカルボン酸とポリオールを好適に使用できる。
ポリカルボン酸は、1分子中にカルボキシル基を2個以上含有する化合物である。このうち、2価のカルボン酸は1分子中にカルボキシル基を2個含有する化合物であり、例えば、シュウ酸、コハク酸、マレイン酸、アジピン酸、β−メチルアジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ノナンジカルボン酸、デカンジカルボン酸、ウンデカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、フマール酸、シトラコン酸、ジグリコール酸、シクロヘキサン−3,5−ジエン−1,2−カルボン酸、リンゴ酸、クエン酸、ヘキサヒドロテレフタール酸、マロン酸、ピメリン酸、酒石酸、粘液酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラクロルフタル酸、クロルフタル酸、ニトロフタル酸、p−カルボキシフェニル酢酸、p−フェニレン二酢酸、m−フェニレンジグリコール酸、p−フェニレンジグリコール酸、o−フェニレンジグリコール酸、ジフェニル酢酸、ジフェニル−p,p'−ジカルボン酸、ナフタレン−1,4−ジカルボン酸、ナフタレン−1,5−ジカルボン酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸、アントラセンジカルボン酸等を挙げることができる。また、2価のカルボン酸以外の多価カルボン酸としては、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸、ナフタレントリカルボン酸、ナフタレンテトラカルボン酸、ピレントリカルボン酸、ピレンテトラカルボン酸等を挙げることができる。
特に、多価カルボン酸のうち、アゼライン酸、セバシン酸、1,9−ノナンジカルボン酸、1,10−デカメチレンジカルボン酸、1,11−ウンデカンジカルボン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸、テレフタル酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等を用いることが好ましい。これらの多価カルボン酸は水に難溶あるいは不溶であるため、多価カルボン酸が水に分散した懸濁液中でエステル合成反応が進行する点で好ましい。
ポリオールは、1分子中に水酸基を2個以上含有する化合物である。このうち、2価のポリオールは1分子中に水酸基を2個含有する化合物であり、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ジエチレングリコール、ヘキサンジオール、シクロヘキサンジオール、オクタンジオール、デカンジオール、ドデカンジオール等を挙げることができる。また、2価のポリオール以外のポリオールとしては、例えば、グリセリン、ペンタエリスリトール、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサエチロールメラミン、テトラメチロールベンゾグアナミン、テトラエチロールベンゾグアナミン等を挙げることができる。
特に、ポリオールのうち、1,8−オクタンジオール、1,10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオール等の2価のポリオールを用いることが好ましい。これらのポリオールは水に難溶あるいは不溶であるため、ポリオールが水に分散した懸濁液中でエステル合成反応が進行する点で好ましい。
また、例えば、ポリアミドを得るために使用されるポリアミンとしては、エチレンジアミン、ジエチレンジアミン、トリエチレンジアミン、1,2−プロピレンジアミン、1,3−プロピレンジアミン、1,4−ブタンジアミン、1,4,ブテンジアミン、2,2−ジメチル−1,3−ブタンジアミン、1,5−ペンタンジアミン、1,6−ヘキサンジアミン、1,4−シクロヘキサンジアミン、1,4−シクロヘキサンジメタチルアミン等を挙げることができる。
また、これらの重縮合性単量体の組み合わせにより非結晶樹脂や結晶性樹脂を容易に得ることができる。
例えば、結晶性ポリエステルや結晶性ポリアミドを得るために使用される多価カルボン酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、マレイン酸、フマール酸、シトラコ酸、イタコン酸、グルタコ酸、n−ドデシルコハク酸、n−ドデセニルコハク酸、イソドデシルコハク酸、イソドデセニルコハク酸、n−オクチルコハク酸、n−オクテニルコハク酸、これらの酸無水物あるいは酸塩化物を挙げることができる。
また、例えば、結晶性ポリエステルを得るために使用されるポリオールとしては、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、1,4,ブテンジオール、ネオペンチルグリコール、1,5−ペンタングリコール、1,6−ヘキサングリコール、1,4−シクロヘキサンジオール、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、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ビスフェノールA、ビスフェノールZ、水素添加ビスフェノールA等も挙げることができる。
このような結晶性の重縮合樹脂としては、1,9−ノナンジオールと1,10−デカメチレンカルボン酸、又はシクロヘキサンジオールとアジピン酸とを反応して得られるポリエステル、1,6−ヘキサンジオールとセバシン酸とを反応して得られるポリエステル、エチレングリコールとコハク酸とを反応して得られるポリエステル、エチレングリコールとセバシン酸とを反応して得られるポリエステル、1,4−ブタンジオールとコハク酸とを反応して得られるポリエステルを挙げることができる。これらの中でも特に1、9−ノナンジオールと1,10−デカメチレンカルボン酸及び1,6−ヘキサンジオールとセバシン酸とを反応させて得られるポリエステルがさらに好ましい。
また、本発明において、静電荷像現像用トナーの結着樹脂として、以下の単量体の組合せを使用した非結晶性ポリエステルを使用することも好ましい。
即ち、ポリカルボン酸とポリオールの重縮合反応により得られるトナー用結着樹脂であって、該ポリカルボン酸の50mol%以上100mol%以下が式(1)及び/又は式(2)で表される化合物よりなり、該ポリオールの50mol%以上100mol%以下が式(3)で表される化合物よりなり、重縮合触媒として界面活性効果を有する酸を使用して重合されたポリエステルを使用することが好ましい。また、帯電性の面から、触媒由来の金属元素が100ppm以下であるポリエステルを使用することが好ましい。
1OOCA1 m1 n1 lCOOR1' (1)
(A1:メチレン基、B1:芳香族炭化水素基、R1、R1':水素原子又は1価の炭化水素基、1≦m+l≦12、1≦n≦3)
2OOCA2 p2 q2 rCOOR2' (2)
(A2:メチレン基、B2:脂環式炭化水素基、R2、R2':水素原子又は1価の炭化水素基、0≦p≦6、0≦r≦6、1≦q≦3)
HOXhjkOH (3)
(X:アルキレンオキサイド基、Y:ビスフェノール骨格基、1≦h+k≦10、1≦j≦3)
ここで、1価の炭化水素基とは、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、炭化水素基、又は複素環基を表し、これらの基は任意の置換基を有していても良い。R1、R1'、R2及びR2'としては、水素原子又は低級アルキル基が好ましく、水素原子、メチル基、エチル基がより好ましく、水素原子が最も好ましい。
また、式(1)中の芳香族炭化水素基及び式(2)中の脂環式炭化水素基は、置換されていても良い。
上記のポリエステル樹脂を使用した静電荷像現像用トナーは熱保存性に優れ、凝集しにくいため、クリーナー容器内での流動性に優れるので好ましい。
<式(1)で表されるジカルボン酸>
式(1)で表されるジカルボン酸誘導体(本発明において、単に「式(1)で表されるジカルボン酸」ともいう。)は、少なくとも一つの芳香族炭化水素基B1を有するが、その構造は特に限定されない。芳香族炭化水素基B1としては、例えば、ベンゼン、ナフタレン、アセナフチレン、フルオレン、アントラセン、フェナントレン、テトラセン、フルオランセン、ピレン、ベンゾフルオレン、ベンゾフェナントレン、クリセン、トリフェニレン、ベンゾピレン、ペリレン、アントラスレン、ベンゾナフタセン、ベンゾクリセン、ペンタセン、ペンタフェン、コロネン骨格等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、これらの構造にはさらに置換基が付加していてもよい。
式(1)で表されるジカルボン酸中に含まれる芳香族炭化水素基B1の数は、1個以上3個以下である。1個未満であると、製造されるポリエステルの非結晶性が失われ、3個を超えて芳香族炭化水素基を有する場合は、そのようなジカルボン酸の合成が困難であるために費用、製造効率が低下するばかりでなく、式(1)で表されるジカルボン酸の融点や粘度の上昇や、ジカルボン酸の大きさ、嵩高さに起因する反応性の低下が起こることがあるので、B1の数は1個以上3以下であることが好ましい。
式(1)で表されるジカルボン酸が、複数の芳香族炭化水素基を含む場合、その芳香族炭化水素基同士は直接結合していてもよく、間に他の飽和脂肪族炭化水素基等の骨格を有する構造をとることもできる。前者の例としてはビフェニル骨格等、後者の例としてはビスフェノールA骨格、ベンゾフェノン、ジフェニルエテン骨格などを挙げることができるがこれに限定されるものではない。
芳香族炭化水素基B1として好適な基は、その主骨格の炭素数がC6以上C18以下の構造である。この主骨格の炭素数には、主骨格に結合する官能基に含まれる炭素数を含まない。例えば、ベンゼン、ナフタレン、アセナフチレン、フルオレン、アントラセン、フェナントレン、テトラセン、フルオランセン、ピレン、ベンゾフルオレン、ベンゾフェナントレン、クリセン、トリフェニレン、ビスフェノールA骨格等を挙げることができる。これらの中で特に好適な骨格としては、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレンが例示できる。最も好適には、ベンゼン、ナフタレン構造が用いられる。
主骨格の炭素数が6以上であると、モノマーの製造が容易であるので好ましい。また、主骨格の炭素数が18以下であると、モノマー分子の大きさが適当で、分子運動の制限による反応性の低下が生じないので好ましい。さらに、モノマー分子中における反応性官能基の割合が適切であり、反応性が低下することがないので好ましい。
式(1)で表されるジカルボン酸は、少なくとも1個以上のメチレン基A1を含む。メチレン基は、直鎖、分岐のどちらでもよく、例えば、メチレン鎖、分岐メチレン鎖、置換メチレン鎖等を用いることができる。分岐メチレン鎖の場合、分岐部の構造は問わず、不飽和結合や更なる分岐、環状構造等を有していてもよい。
メチレン基A1の数は、分子内の合計m+lとして、少なくとも1個以上12個以下である。好適にはm+lが2個以上6個以下であり、mとlは同数であることがさらに好ましい。m+lが0個である場合、つまり式(1)で表されるジカルボン酸中にメチレン基を有さない場合、芳香族炭化水素と両末端のカルボキシル基が直接結合する構造となる。この場合、触媒と式(1)で表されるジカルボン酸とが形成する反応中間体が共鳴安定化し、反応性が低下することとなるので、m+lは1個以上であることが好ましい。また、m+lが12個より大きい場合、式(1)で表されるジカルボン酸に対し直鎖部分が大きくなりすぎるため、製造されるポリマーが結晶性の特性を有したり、ガラス転移温度Tgが低下することがあるので、m+lは12個以下であることが好ましい。
メチレン基A1又はカルボキシル基と、芳香族炭化水素基B1の結合箇所は特に限定されず、o−位、m−位、p−位のいずれでもよい。
式(1)で表されるジカルボン酸としては、1,4−フェニレンジ酢酸、1,4−フェニレンジプロピオン酸、1,3−フェニレンジ酢酸、1,3−フェニレンジプロピオン酸,1,2−フェニレンジ酢酸、1,2−フェニレンジプロピオン酸等を挙げることができるがこれに限定されるものではない。好適には、1,4−フェニレンジプロピオン酸、1,3−フェニレンジプロピオン酸、1,4−フェニレンジ酢酸、1,3−フェニレンジ酢酸であり、よりトナーに適するものとしては、1,4−フェニレンジ酢酸、1,3−フェニレンジ酢酸を挙げることができる。
式(1)で表されるジカルボン酸には、その構造のいずれかに各種官能基が付加していてもよい。また、重縮合反応性官能基であるカルボン酸基は、酸無水物、酸エステル化物、酸塩化物であってもよい。しかし、酸エステル化物とプロトンとの中間体が安定化しやすく、反応性を抑制する傾向があるため、好適には、カルボン酸、又はカルボン酸無水物、カルボン酸塩化物が使用される。
<式(2)で表されるジカルボン酸>
式(2)で表されるジカルボン酸誘導体(本発明において、単に「式(2)で表されるジカルボン酸」ともいう。)は脂環式炭化水素基B2を含む。脂環式炭化水素構造には特に限定はなく、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン、シクロデカン、シクロウンデカン、シクロドデカン、シクロプロペン、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、ノルボルネン、アダマンタン、ジアマンタン、トリアマンタン、テトラマンタン、アイセアン、ツイスタン、ノルボルネン骨格等を挙げることができるが、これに限定されない。またこれらの物質には置換基が付加していてもよい。その構造の安定性、分子の大きさや嵩高さなどを考慮すると、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ノルボルネン、アダマンタンなどが好ましい。
このモノマー中に含まれる脂環式炭化水素基の数は、少なくとも1個以上3個以下である。1個未満であると、製造されるポリエステルの非結晶性が失われ、3個を超えて脂環式炭化水素基を有する場合は、式(2)で表されるジカルボン酸の融点の上昇や分子の大きさや嵩高さにより、反応性が低下することがあるので、1個以上3個以下であることが好ましい。
複数の脂環式炭化水素基を含む場合は、芳香族炭化水素基同士が直接結合する構造、間に他の飽和脂肪族炭化水素等の骨格を有する構造のどちらもとることができる。前者の例としては、ジシクロヘキシル骨格等であり、後者の例としては、水素添加ビスフェノールA骨格などを挙げることができるがこれに限定されない。
脂環式炭化水素基で好適なものは、炭素数C3以上C12以下の物質である。この主骨格の炭素数には、主骨格に結合する官能基に含まれる炭素数を含まない。例えば、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロナフタレン、アセナフチレン、フルオレン、アントラセン、フェナントレン、テトラセン、フルオランセン、ピレン、ベンゾフルオレン、ベンゾフェナントレン、クリセン、トリフェニレン骨格等を有する物質を挙げることができる。これらの中で特に好適な骨格としては、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ノルボルネン、アダマンタンが例示できる。
式(2)で表されるジカルボン酸は、メチレン基A2をその構造の中に有してもよい。メチレン基は、直鎖、分岐のどちらでもよく、例えば、メチレン鎖、分岐メチレン鎖、置換メチレン鎖等を用いることができる。分岐メチレン鎖の場合、分岐部の構造は問わず、不飽和結合や更なる分岐、環状構造等を有していてもよい。
メチレン基A2数は、p、rがそれぞれ6以下である。p、rのいずれか、又は両方が6より大きい場合、式(2)で表されるジカルボン酸に対し直鎖部分が大きくなりすぎるため、製造されるポリマーが結晶性の特性を有したり、ガラス転移温度Tgが低下することがあるので、メチレン基A2数は、p、rがそれぞれ6以下であることが好ましい。
メチレン基A2又はカルボキシル基と、脂環式炭化水素基B2の結合箇所は特に限定されず、o−位、m−位、p−位のいずれでもよい。
式(2)で表されるジカルボン酸としては、1,1−シクロプロパンジカルボン酸、1,1−シクロブタンジカルボン酸、1,2−シクロブタンジカルボン酸、1,1−シクロペンテンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,2−シクロヘキセンジカルボン酸、ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸、アダマンタンジカルボン酸等を挙げることができるが、これに限定されるものではない。この中で好ましく用いられるのは、シクロブタン、シクロヘキサン、シクロヘキサン骨格を有する物質であり、特に好ましくは、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸である。
また、式(2)で表されるジカルボン酸は、その構造のいずれかに各種官能基が付加していてもよい。また、重縮合反応性官能基であるカルボン酸基は、酸無水物、酸エステル化物、酸塩化物であってもよい。しかし、酸エステル化物とプロトンとの中間体が安定化しやすく、反応性を抑制する傾向があるため、好適には、カルボン酸、又はカルボン酸無水物、カルボン酸塩化物が使用される。
本発明において好適に使用される非結晶性ポリエステルは、ポリカルボン酸成分の全体に対して、上記の式(1)及び/又は式(2)で表される化合物(ジカルボン酸)を50mol%以上、100mol%以下含む。上記式(1)で表される化合物と式(2)で表される化合物は単独で使用することもでき、組み合わせて使用することもできる。
式(1)及び/又は式(2)で表される化合物の割合が50mol%未満であると、低温重縮合での反応性が十分に発揮できないために、分子量が伸長せず、重合度が低いポリエステルとなったり、残留重縮合成分が多数混在することがある。これにより、結着樹脂が常温でべたつく等、粉体の流動性が悪化したり、トナー用結着樹脂に適する粘弾性やガラス転移温度を得られないことがあるので、式(1)及び/又は式(2)で表される化合物の割合が50mol%以上100mol%以下であることが好ましい。上記式(1)及び/又は式(2)で表される化合物を60mol%以上100mol%以下含むことが好ましく、上記式(1)及び/又は式(2)で表される化合物を80mol%以上100mol%以下含むことがより好ましい。
<式(3)で表されるジオール>
本発明において、上記非結晶性ポリエステルは、該ポリオールの50mol%以上100mol%以下が式(3)で表される化合物(ジオール)よりなることが好ましい。
HOXhjkOH (3)
(X:アルキレンオキサイド基、Y:ビスフェノール骨格基、1≦h+k≦10、1≦j≦3)
上記式(3)で表されるジオールは、少なくとも1つのビスフェノール骨格Yを含む。ビスフェノール骨格とは、2つのフェノール基より構成される骨格であれば特に限定はなく、ビスフェノールA、ビスフェノールC、ビスフェノールE、ビスフェノールF、ビスフェノールM、ビスフェノールP、ビスフェノールS、ビスフェノールZ等を挙げることができるがこれに限定されるものではない。好適に使用される骨格としては、ビスフェノールA、ビスフェノールC、ビスフェノールE、ビスフェノールF、ビスフェノールM、ビスフェノールP、ビスフェノールS、ビスフェノールZが例示でき、より好適には、ビスフェノールA、ビスフェノールE、ビスフェノールFである。
式(3)において、ビスフェノール骨格の数jは、1個以上3個以下である。式(3)で表されるジオールがビスフェノール骨格を有さない場合、製造されるポリエステルは結晶性ポリエステルの特性を有することがあり、目的にそぐわないことがあるので、ビスフェノール骨格を有することが好ましい。一方、3個を越えて含有する場合は、そのようなジオールの製造が困難であり、効率・費用の面から実用的ではないだけでなく、分子が大きく、嵩高くなるために、粘度や融点の上昇等により、反応性が低くなることがあるのでビスフェノール骨格の数jは3個以下であることが好ましい。
本発明において、式(3)で表されるジオールは少なくとも一つのアルキレンオキサイド基を有する。アルキレンオキサイド基はエチレンオキサイド基、プロピレンオキサイド基、ブチレンオキサイド等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。好適には、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイドであり、特に好適にはエチレンオキサイドが例示できる。
式(3)において、アルキレンオキサイド基数h+kは1分子中に1個以上10個以下である。アルキレンオキサイドが1個未満、即ちアルキレンオキサイド基が付加されていない場合、水酸基とビスフェノール骨格中の芳香環との共鳴安定化により電子が非局在化し、式(3)で表されるジオールによるポリカルボン酸への求核攻撃性が弱められ、分子量の伸長や重合度の進展が抑制されることがあるのでアルキレンオキサイド基を有することが好ましい。一方、アルキレンオキサイド基が10個を超えて付加されていると、式(3)で表されるジオール中の直鎖部分が長くなりすぎ、製造されるポリエステルが結晶性の性質を有する他、式(3)で表されるジオール中の反応性官能基数が減り、反応確率が減少することがあるので、アルキレンオキサイド基の数は10個以下であることが好ましい。
hとkが同数であることが、均等な反応を促進する上で好ましい。また、アルキレンオキサイド基数h+kが6以下であることが好ましく、より好ましくはアルキレンオキサイド基数h,kが各2、又は各1である場合である。また、2個以上のアルキレンオキサイド基を有する場合は、2種以上のアルキレンオキサイド基を1分子中に有することもできる。
式(3)で表されるジオールとしては、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物において(h+kが1以上10以下)、ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物(h+kが1以上10以下)、エチレンオキサイドプロピレンオキサイド付加物(h+kが2以上10以下)、さらに、ビスフェノールZエチレンオキサイド付加物(h+kが1以上10以下)、ビスフェノールZプロピレンオキサイド付加物(h+kが1以上10以下)、ビスフェノールSエチレンオキサイド付加物(h+kが1以上10以下)、ビスフェノールSプロピレンオキサイド付加物(h+kが1以上10以下)、ビフェノールプロピレンオキサイド付加物(h+kが1以上10以下)、ビスフェノールFエチレンオキサイド付加物(h+kが1以上10以下)、ビスフェノールFプロピレンオキサイド付加物(h+kが1以上10以下)、ビスフェノールEエチレンオキサイド付加物(h+kが1以上10以下)、ビスフェノールEプロピレンオキサイド付加物(h+kが1以上10以下)、ビスフェノールCエチレンオキサイド付加物(h+kが1以上10以下)、ビスフェノールCプロピレンオキサイド付加物(h+kが1以上10以下)、ビスフェノールMエチレンオキサイド付加物(h+kが1以上10以下)、ビスフェノールMプロピレンオキサイド付加物(h+kが1以上10以下)、ビスフェノールPエチレンオキサイド付加物(h+kが1以上10以下)、ビスフェノールPプロピレンオキサイド付加物(h+kが1以上10以下)、等を挙げることが出来るが、これらに限定されない。特に好適には、ビスフェノールAエチレンオキサイド1モル付加物(h、k各1)、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物(h、k各2)、ビスフェノールAプロピレンオキサイド1モル付加物(h、k各1)、ビスフェノールAエチレンキサイド1モルプロピレンオキサイド2モル付加物、ビスフェノールEエチレンオキサイド1モル付加物(h、k各1)、ビスフェノールEプロピレンオキサイド1モル付加物(h、k各1)、ビスフェノールFエチレンオキサイド1モル付加物(h、k各1)、ビスフェノールFプロピレンオキサイド1モル付加物(h、k各1)が挙げられる。
本発明において、式(3)で表されるジオールは、ポリオール中に50mol%以上100mol%以下含まれることが好ましい。含有量が50mol%未満であると、低温重縮合での反応性が十分に発揮できないために、分子量が伸長せず、重合度が低いポリエステルとなったり、残留重縮合成分が多数混在することがある。これにより、結着樹脂が常温でべたつく等、粉体の流動性が悪化したり、トナー用結着樹脂に適する粘弾性やガラス転移温度を得られないことがある。上記式(3)で表されるジオールを60mol%以上100mol%以下含むことがより好ましく、上記式(3)で表されるジオールを80mol%以上100mol%以下含むことがさらに好ましい。
ここで、結晶性ポリエステルの場合の結晶融点Tmは50℃以上120℃以下であることが好ましく、より好ましくは55℃以上90℃以下の範囲である。Tmが50℃を下回ると、高温度域での結着樹脂自体の凝集力が低下するため、定着の際に剥離性の悪化やホットオフセットが生じやすくなり、120℃を超えると十分な溶融が得られず、最低定着温度が上昇することがあるためのである。
一方、重縮合樹脂粒子が非晶性の場合、ガラス転移点Tgは50℃以上80℃以下であることが好ましく、より好ましくは50℃以上65℃℃以下の範囲である。Tgが50℃を下回ると、高温度域での結着樹脂自体の凝集力が低下するため、定着の際にホットオフセットが生じやすくなり、80℃を超えると十分な溶融が得られず、最低定着温度が上昇することがあるためである。
ここで、結晶性樹脂の融点の測定には、示差走査熱量計(DSC)を用い、室温から150℃まで毎分10℃の昇温速度で測定を行った時のJIS K−7121に示す入力補償示差走査熱量測定の融解ピーク温度として求めることができる。なお、結晶性の樹脂には、複数の融解ピークを示す場合があるが、本発明においては、最大のピークをもって融点とみなす。
また、非結晶樹脂のガラス転移点は、ASTM D3418−82に規定された方法(DSC法)で測定した値をいう。
また、重縮合性単量体を重縮合して得られる重縮合樹脂粒子の重量平均分子量は、1,500以上60,000以下であることが好ましく、より好ましくは3,000以上40,000の範囲が適当である。重量平均分子量が1,500を下回ると、バインダー樹脂の凝集力が低下しやすくなり、ホットオフセット性が低下する場合があり、60,000を超えると、ホットオフセット性は良いものの最低定着温度が上昇する場合があるためである。
また、重縮合性単量体のカルボン酸価数、アルコール価数の選択などによって一部枝分かれや架橋などを有していても良い。
(重縮合反応)
前記重縮合反応は、バルク重合、乳化重合、懸濁重合等の水中重合、溶液重合、界面重合等一般の重縮合法で実施することが可能であるが、好適にはバルク重合又は水中重合が用いられる。界面活性効果を有する酸の添加量は重縮合性単量体に対して0.05重量%以上20重量%以下であることが好ましい。
バルク重合で重縮合する場合、大気圧下で反応が可能であるが、得られるポリエステル分子の高分子量化等を目的とした場合、減圧、窒素気流下等の一般的な条件を用いることができる。重縮合反応は、酸触媒の存在下で行うことが好ましく、上述の界面活性効果を有する酸の存在下で行うことがより好ましい。重縮合反応は、150℃以下にて行うことが好ましく、70℃以上150℃以下で行うことがより好ましく、さらに好ましくは、80℃以上140℃以下である。反応温度が70℃以上であると、モノマーの溶解性、触媒活性度の低下に起因する反応性の低下が生じず、分子量の伸長が抑制されることがないので好ましい。また、反応温度が150℃以下であると、低エネルギーで製造することができるので好ましい。また、樹脂の着色や、生成したポリエステルの分解等を生じることがないので好ましい。
次に、バルク重合で重縮合した重縮合樹脂を水系媒体中に分散させる方法としては、分散効率の上昇や樹脂粒子分散液の安定性向上のため、界面活性剤等を添加し、分散を行うことが例示できる。
本発明において、結着樹脂を水系媒体中に分散する方法としては、例えば、強制乳化法、自己乳化法、転相乳化法など、既知の方法からも選択することができる。これらのうち、乳化に要するエネルギー、得られる乳化物の粒径制御性、安定性等を考慮すると、自己乳化法、転相乳化法が好ましく適用されるが、これに限定されるものではない。
自己乳化法、転相乳化法に関しては、「超微粒子ポリマーの応用技術(シーエムシー出版)」に記載されている。自己乳化に用いる極性基としては、カルボキシル基、スルホン基等を用いることができるが、本発明の結着樹脂(特に非結晶性ポリエステル)に適用する場合、カルボキシル基が好ましく用いられる。
次に、酸触媒、特に好ましくは界面活性効果を有する酸を触媒として使用する水中重合について詳述する。ここで、水中重合とは、水系媒体中で行う重縮合反応であり、水系媒体とは、水又は水を50重量%以上含み、水に水混和性の有機溶媒が混合されていても良い混合溶媒を意味する。混合溶媒における水の混合割合は、好ましくは60重量%以上100重量%以下であり、より好ましくは、70重量%以上100重量%以下である。水混和性の有機溶媒としては、エチルアルコール、メチルアルコール、アセトン、酢酸が例示でき、エチルアルコールが好ましい。水性媒体として、最も好ましくは、水であり、軟水又はイオン交換水が好ましい。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
水中重合では例えば、まず、目的とする樹脂粒子原料として重縮合性単量体を水系媒体中に例えば機械的シェアや超音波などにより乳化分散させることも例示できる。この際、必要に応じて、重縮合触媒、界面活性剤などの添加剤も水溶性媒体に添加する。そして、この溶液に対して例えば加熱などを施すことで、重縮合を進行させる。
通常、重縮合樹脂は重合時に脱水を伴うために原理的に水系媒体中では進行しない。しかしながら、例えば、水系媒体中にミセルを形成せしめるような界面活性剤とともに重縮合性単量体を水系媒体中に乳化せしめた場合、単量体がミセル中のミクロな疎水場に置かれることによって、脱水作用が生じ、生成した水はミセル外の水系媒体中に排出せしめ重合を進行させることができる。このようにして、低エネルギーで、水系媒体に重縮合樹脂粒子が乳化分散した分散液が得られる。
ここで、得られる重縮合樹脂粒子のメジアン径を所望の範囲に制御したり、大粒径及び小粒径の重縮合樹脂粒子の比率を低く制御するためには、例えば、以下の処理を施すことが好適である。
1)重縮合性単量体を直接水系媒体に添加せず、一旦、重縮合性単量体をその他添加剤(例えば、重縮合触媒(界面活性効果を有する酸)や界面活性剤)と共に混合融解させる。この油系の溶液を水系媒体に添加し第1の撹拌(例えばホモジナイザーによる撹拌)を施し、さらに第2の撹拌(例えば超音波による撹拌)を施して乳化分散する方法、
2)重合性単量体をその他添加剤(例えば、重縮合触媒や界面活性剤)と共に混合融解し、この油系溶液を例えば100℃前後に加熱した水系媒体中に撹拌乳化(例えばホモジナイザーによる撹拌乳化)し、さらに微粒乳化分散(例えば吉田機械興業製ナノマイザーなどによる微粒乳化分散)する方法、
3)重合性単量体をその他添加剤(例えば、重縮合触媒(界面活性効果を有する酸)や界面活性剤)と共に混合融解し、さらに溶剤(例えば酢酸エチルなど)を少量添加した後、水系媒体中に撹拌乳化(例えばホモジナイザーによる撹拌乳化)し、さらに微粒乳化分散(例えば吉田機械興業製ナノマイザーなどによる微粒乳化分散)し、その後、例えば60℃程度に加熱をしながら撹拌し脱溶剤する方法、
4)重合性単量体をその他添加剤(例えば、重縮合触媒(界面活性効果を有する酸)や界面活性剤)と共に混合融解し、その油系溶液に例えば100℃前後に加熱した水系媒体を徐々に添加しながら撹拌乳化(例えばホモジナイザーによる撹拌乳化)し、さらに水系媒体また必要に応じて界面活性剤を加えて転相乳化を実現する方法、など。
また、重縮合性単量体を低温で重縮合するためには、通常、重縮合触媒が用いられる。
重縮合触媒として界面活性効果を有する酸を使用することにより、例えば、100℃以下の常温水系媒体中で重縮合を生じさせることができる。なお、より重縮合を早く進行させたり、より広範な単量体を用いるためには、100℃以上の加熱下の水系媒体中で重縮合を進行させることもできる。
なお、重縮合樹脂粒子を水系媒体中で重縮合する際に、予め着色剤やワックスなどの定着助剤、その他帯電助剤など通常トナーに必要な成分を水系媒体中に予め混合し、重縮合と共に重縮合樹脂粒子中に配合させることも可能である。
また、重縮合触媒として、界面活性効果を有する酸と併用して、他の重縮合触媒を使用することもできる。特に、低温での重縮合反応に適する重縮合触媒としては希土類含有触媒、加水分解酵素が好適に例示できる。
希土類含有触媒としては、ランタノイド元素としてランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジウム(Pr)、ネオジウム(Nd)、プロメチウム(Pm)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)などを含むものが有効であり、特にアルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキル硫酸エステル塩、又はトリフラート構造を有するものなどが有効である。前記金属トリフラートとしては、構造式としてX(OSO2CF33Xで示される化合物であることが好ましい。なお、式中、Xは、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、イッテルビウム(Yb)、サマリウム(Sm)などである。
また、希土類含有触媒としては、ランタノイドトリフラートなども好ましい。ランタノイドトリフラートについては、有機合成化学協会誌、第53巻第5号、p44−54)に詳しい。
加水分解酵素としては、エステル合成反応を触媒するものであれば特に制限はない。加水分解酵素としては、例えば、カルボキシエステラーゼ、リパーゼ、ホスホリパーゼ、アセチルエステラーゼ、ペクチンエステラーゼ、コレステロールエステラーゼ、タンナーゼ、モノアシルグリセロールリパーゼ、ラクトナーゼ、リポプロテインリパーゼ等のEC(酵素番号)3.1群(丸尾・田宮監修「酵素ハンドブック」朝倉書店(1982)等参照)に分類されるエステラーゼ、グルコシダーゼ、ガラクトシダーゼ、グルクロニダーゼ、キシロシダーゼ等のグリコシル化合物に作用するEC3.2群に分類される加水分解酵素、エポキシドヒドラーゼ等のEC3.3群に分類される加水分解酵素、アミノペプチダーゼ、キモトリプシン、トリプシン、プラスミン、ズブチリシン等のペプチド結合に作用するEC3.4群に分類される加水分解酵素、フロレチンヒドラーゼ等のEC3.7群に分類される加水分解酵素等を挙げることができる。
これらエステラーゼのうち、グリセロールエステルを加水分解し脂肪酸を遊離する酵素を特にリパーゼと呼ぶが、リパーゼは有機溶媒中での安定性が高く、収率良くエステル合成反応を触媒し、さらに安価に入手できることなどの利点がある。したがって、本発明のポリエステルの製造方法においても、収率やコストの面からリパーゼを用いることが望ましい。
リパーゼには種々の起源のものを使用できるが、好ましいものとして、シュードモナス(Pseudomonas)属、アルカリゲネス(Alcaligenes)属、アクロモバクター(Achromobacter)属、カンジダ(Candida)属、アスペルギルス(Aspergillus)属、リゾプス(Rhizopus)属、ムコール(Mucor)属等の微生物から得られるリパーゼ、植物種子から得られるリパーゼ、動物組織から得られるリパーゼ、さらに、パンクレアチン、ステアプシン等を挙げることができる。このうち、シュードモナス属、カンジダ属、アスペルギルス属の微生物由来のリパーゼを用いることが望ましい。
これら重縮合触媒は、単独でも、複数を組み合わせて使用してもよい。
(樹脂粒子分散液)
本発明において、樹脂粒子分散液は、重縮合樹脂粒子が水系媒体中にメジアン径0.05μm以上2.0μm以下で乳化分散していることが好ましい。
ここで、重縮合樹脂粒子のメジアン径(中心径)は0.05μm以上2.0μm以下であることが好ましく、より好ましくは0.1μm以上1.5μm以下、さらに好ましくは0.1μm以上1.0μm以下である。このメジアン径が上記範囲となることで、水系媒体中媒体における重縮合樹脂粒子の分散状態が安定するので好ましい。静電荷像現像用トナーの作製の際には、メジアン径が0.05μm以上であると粒子化の際の凝集性が良好であるので好ましい。また、2.0μm以下であると粗粉の発生が少なく、良好な粒度分布を得ることができ、さらにワックスなどの離型剤の遊離が抑制され、定着時の剥離性が良好であり、良好なオフセット発生温度を得ることができるので好ましい。
なお、重縮合樹脂粒子のメジアン径は、例えばレーザー回析式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920)で測定することができる。
また、重縮合樹脂粒子は、そのメジアン径だけでなく、超微粉や超粗粉の発生がないことも好適でり、メジアン径が0.03μm以下又は5.0μm以上の重縮合樹脂粒子の比率が全体の10%以下であることが好ましく、より好ましくは5%以下であることがさらに好ましい。なお、この比率はLA920における測定結果において粒子径と頻度積算の関係をプロットし、0.03μm以下、又は5.0μm以上の頻度積算量から求めることができる。
また、本発明において、上記の樹脂粒子分散液以外も、従来から知られる乳化重合などを用いて作製された付加重合系樹脂粒子分散液を合わせて用いることができる。
これらの樹脂粒子分散液を作製するための付加重合系単量体の例としては、スチレン、パラクロルスチレンなどのスチレン類、ビニルナフタレン、塩化ビニル、臭化ビニル、弗化ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ベンゾエ酸ビニル、酪酸ビニルなどのビニルエステル類、例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸n−オクチル、アクリル酸2−クロルエチル、アクリル酸フェニル、α−クロルアクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチルなどのメチレン脂肪族カルボン酸エステル類、アクリロニトリル、メタクリルロニトリル、アクリルアミド、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテルなどのビニルエーテル類、例えばN−ビニルピロール、N−ビニルカルバゾール、N−ビニルインドール、N−ビニルピロリドンなどのN−ビニル化合物などの含N極性基を有する単量体やメタクリル酸、アクリル酸、桂皮酸、カルボキシエチルアクリレートなどのビニルカルボン酸類などビニル系モノマーの単独重合体及び共重合体など、さらには各種ワックス類もあわせて使用可能である。
付加重合系単量体の場合は、イオン性界面活性剤などを用いて乳化重合を実施して樹脂粒子分散液を作製することができ、その他の樹脂の場合は油性で水への溶解度の比較的低い溶剤に溶解するものであれば、樹脂をそれらの溶剤に解かし、イオン性の界面活性剤や高分子電解質とともにホモジナイザーなどの分散機により水系媒体中に粒子状に分散し、その後加熱又は減圧して溶剤を蒸散することにより樹脂粒子分散液を得ることができる。
以下、トナーの構成成分(その製法に使用される原料)について説明する。
まず、着色剤としては次のようなものを使用することができる。黒色顔料としては、カーボンブラック、酸化銅、二酸化マンガン、アニリンブラック、活性炭、非磁性フェライト、マグネタイト等を挙げることができる。
黄色顔料としては、黄鉛、亜鉛黄、黄色酸化鉄、カドミウムイエロー、クロムイエロー、ハンザイエロー、ハンザイエロー10G、ベンジジンイエローG、ベンジジンイエローGR、スレンイエロー、キノリンイエロー、パーメネントイエローNCG等を挙げることができる。
橙色顔料としては、赤色黄鉛、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、ベンジジンオレンジG、インダスレンブリリアントオレンジRK、インダスレンブリリアントオレンジGK等を挙げることができる。
赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド4R、リソールレッド、ブリリアンカーミン3B、ブリリアンカーミン6B、デイポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、ローダミンB レーキ、レーキレッドC、ローズベンガル、エオキシンレッド、アリザリンレーキ等を挙げることができる。
青色顔料としては、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、ファストスカイブルー、インダスレンブルーBC、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオクサレレートなどを挙げることができる。
紫色顔料としては、マンガン紫、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ等を挙げることができる。
緑色顔料としては、酸化クロム、クロムグリーン、ピグメントグリーン、マラカイトグリーンレーキ、ファイナルイエローグリーンG等を挙げることができる。
白色顔料としては、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛等をあげることができる。
体質顔料としては、バライト粉、炭酸バリウム、クレー、シリカ、ホワイトカーボン、タルク、アルミナホワイト等を挙げることができる。
また、染料としては、塩基性、酸性、分散、直接染料等の各種染料、例えば、ニグロシン、メチレンブルー、ローズベンガル、キノリンイエロー、ウルトラマリンブルー等があげられる。
また、これらの着色剤は単独もしくは混合して使用される。これらの着色剤は、例えば、回転せん断型ホモジナイザーやボールミル、サンドミル、アトライター等のメディア式分散機、高圧対向衝突式の分散機等を用いて着色剤粒子の分散液を調製することができる。また、これらの着色剤は極性を有する界面活性剤を用いて、ホモジナイザーによって水系に分散することもできる。
着色剤は、色相角、彩度、明度、耐候性、OHP透過性、トナー中での分散性の観点から選択される。
着色剤は、トナー構成固体分総重量に対して4重量%以上15重量%以下の範囲で添加することが好ましい。黒色着色剤として磁性体を用いる場合は、他の着色剤とは異なり、12重量%以上240重量%以下添加することができる。着色剤の配合量は、定着時の発色性を確保するための必要量とすることが好ましい。
また、トナー中の着色剤粒子の中心径(メジアン径)は100nm以上330nm以下とすることが好ましく、これによりOHP透明性及び発色性を確保することができるので好ましい。
なお、着色剤粒子の中心径(メジアン径)は、例えばレーザー回析式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920)で測定した。
また、磁性トナーとして用いる場合は、磁性粉を含有させても良い。具体的には、磁場中で磁化される物質を用いるが、鉄、コバルト、ニッケルなどの強磁性の粉末、もしくはフェライト、マグネタイト等の化合物が使用される。水相中でトナーを得るときには、磁性体の水相移行性に注意を払う必要があり、好ましくは予め磁性体の表面を改質し、例えば疎水化処理等を施しておくことが好ましい。
また、内添剤としてフェライト、マグネタイト、還元鉄、コバルト、ニッケル、マンガン等の金属、合金、又はこれら金属を含む化合物などの磁性体を使用したり、帯電制御剤として4級アンモニウム塩化合物、ニグロシン系化合物、アルミ、鉄、クロムなどの錯体からなる染料やトリフェニルメタン系顔料など通常使用される種々の帯電制御剤を使用することが出来るが、凝集や合一時の安定性に影響するイオン強度の制御と廃水汚染減少の点から水に溶解しにくい材料が好適である。
離型剤の具体例としては、例えば、各種エステルワックス、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等の低分子量ポリオレフィン類、加熱により軟化点を示すシリコーン類、オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミド等のような脂肪酸アミド類や、カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油等のような植物系ワックス、ミツロウのような動物系ワックス、モンタンワックス、オゾケライト、セレシン、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、マイクロクリスタリンワックス、フィッシャートロプシュワックス等のような鉱物系・石油系ワックス、及びそれらの変性物などを挙げることができる。
これらのワックス類は、室温付近では、トルエンなど溶剤にはほとんど溶解しないか、溶解しても極めて微量である。
これらのワックス類は、水系媒体中にイオン性界面活性剤や高分子酸や高分子塩基などの高分子電解質とともに分散し、融点以上に加熱するとともに、強い剪断付与能力を有するホモジナイザーや圧力吐出型分散機(ゴーリンホモジナイザー、ゴーリン社製)で粒子状に分散させ、1μm以下の粒子の分散液を作製することができる。
離型剤は、トナー構成固体分総重量に対して5重量%以上25重量%以下の範囲で添加することがオイルレス定着システムにおける定着画像の剥離性を確保する上で望ましい。
なお、離形剤粒子分散液の粒子径は、例えばレーザー回析式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−920)で測定した。また、離型剤を使用するときには、樹脂粒子、着色剤粒子及び離型剤粒子を凝集した後に、さらに樹脂粒子分散液を追加して凝集粒子表面に樹脂粒子を付着することが帯電性、耐久性を確保する観点から望ましい。
本発明において、静電荷像現像用トナーのトナーの累積体積平均粒径D50は3.0μm以上9.0μm以下の範囲とすることが好ましく、より好ましくは3.0μm以上5.0μm以下の範囲である。D50が3.0μmを下回ると、トナーとキャリアの付着力が高くなり、現像性が低下することがある。また、9.0μmを超えると画像の細線部分の解像性が低下することがある。
また、得られるトナーの体積平均粒度分布指標GSDvは1.30以下であることが好ましい。GSDvが1.30を超えると解像性が低下し、トナー飛散やカブリ等の画像欠陥の原因となることがある。
ここで、累積体積平均粒径D50や平均粒度分布指標は、例えばコールターカウンターTA II(日科機社製)、マルチサイザー II(日科機社製)等の測定器で測定される粒度分布を基にして分割された粒度範囲(チャネル)に対して体積、数をそれぞれ小径側から累積分布を描いて、累積16%となる粒径を体積D16v、数D16P、累積50%となる粒径を体積D50v、数D50P、累積84%となる粒径を体積D84v、数D84Pと定義する。これらを用いて、体積平均粒度分布指標(GSDv)は(D84v/D16V1/2、数平均粒度分布指標(GSDp)は(D84P/D16P1/2として算出される。
静電荷像現像用トナーの形状係数SF1は、画像形成性の点より100以上140以下であることが好ましく、より好ましくは110以上135以下の範囲である。形状係数SF1は次のようにして求められる。まず、スライドグラス上に散布したトナーの光学顕微鏡像をビデオカメラを通じてルーゼックス画像解析装置に取り込み、50個以上のトナーについて周囲長(ML)と投影面積(A)を測定し、(周囲長の2乗/投影面積=ML2/A)をトナーの形状係数SF1とした。
得られたトナーには、流動性付与やクリーニング性向上の目的で通常のトナーと同様に乾燥した後、シリカ、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウムなどの無機粒子やビニル系樹脂、ポリエステル、シリコーンなどの樹脂粒子を乾燥状態でせん断をかけながらトナー粒子表面に添加して使用することができる。
また、水系媒体中にてトナー表面に付着せしめる場合、無機粒子の例としては、シリカ、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、リン酸三カルシウムなど通常トナー表面の外添剤として使うすべてのものをイオン性界面活性剤や高分子酸、高分子塩基で分散することにより使用することができる。
静電荷像現像用トナーは、静電荷現像剤として使用される。この現像剤は、この酸を含有する静電荷像現像用トナーを含有することの外は特に制限はなく、目的に応じて適宜の成分組成をとることができる。静電荷像現像用トナーを、単独で用いると一成分系の静電荷像現像剤として調製され、また、キャリアと組み合わせて用いると二成分系の静電荷像現像剤として調製される。
以下、本発明を実施例で詳しく説明するが、本発明を何ら限定するものではない。
なお、本実施例のトナーは、下記の樹脂粒子分散液、着色剤粒子分散液、離形剤粒子分散液をそれぞれ調製し、これを所定の割合で混合し撹拌しながら、金属塩の重合体を添加し、イオン的に中和させて凝集粒子を形成した。次いで、無機水酸化物を添加して系内のpHを弱酸性から中性に調整した後、前記樹脂粒子のガラス転移点以上又は融点の温度に加熱して融合・合一した。反応終了後、十分な洗浄、固液分離、乾燥の工程を経て所望のトナーを得た。以下、それぞれの調製方法を説明する。
(樹脂粒子分散液(1)の調製)
・ドデシルベンゼンスルホン酸:36重量部
・1,9−ノナンジオール:80重量部
・1,10−デカメチレンジカルボン酸:115重量部
・イオン交換水:1,000重量部
上記配合に従って、まず、ドデシルベンゼンスルホン酸、1,9−ノナンジオール、及び1,10−デカメチレンジカルボン酸を混合し、120℃に加熱し融解した後、この油系の溶液を95℃に加熱したイオン交換水へ投入し、直後にホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックス)で5分間乳化した。その後、さらに超音波バス中で5分乳化後、乳化物を撹拌しながらフラスコ中で70℃に維持し、15時間保持した。
これにより粒子の中心径(メジアン径)が400nm、融点が70℃、重量平均分子量が5,500、固形分量が18%の結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(1)を得た。
また、樹脂粒子分散液(1)の粒子は、メジアン径が0.03μm以下又は5.0μm以上の粒子の全体比率(以下、大小粒子全体比率と記載)が、1.2%であった。
(樹脂粒子分散液(2)の調製)
・ドデシルベンゼンスルホン酸:36重量部
・1,6−ヘキサンジオール:59重量部
・セバシン酸:101重量部
・イオン交換水:1,000重量部
上記配合に従って、まず、ドデシルベンゼンスルホン酸、1,6−ヘキサンジオール、及びセバシン酸を混合し、140℃に加熱し融解した後、この油系の溶液を95℃に加熱したイオン交換水に投入し、直後ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックス)で5分間乳化した。その後、さらに超音波バス中で5分乳化後、乳化物を撹拌しながらフラスコ中で70℃に維持し、15時間保持した。
これにより粒子の中心径(メジアン径)が720nm、融点が69℃、重量平均分子量が4,500、固形分量が16%の結晶性ポリエステル樹脂粒子分散液(2)を得た。
また、樹脂粒子分散液(2)の粒子は、大小粒子全体比率が4.4%であった。
(樹脂粒子分散液(3)の調製)
・ドデシル硫酸:30重量部
・1,9−ノナンジオール:80重量部
・アゼライン酸:94重量部
・イオン交換水:1,000重量部
上記配合に従って、まず、ドデシル硫酸、1,9−ノナンジオール、及びアゼライン酸を混合し、110℃に加熱し融解した後、この油系の溶液を95℃に加熱したイオン交換水に投入し、直後ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックス)で5分間乳化した。その後、さらに超音波バス中で5分乳化後、乳化物を撹拌しながらフラスコ中で70℃に維持し、15時間保持した。
これにより粒子の中心径(メジアン径)が220nm、融点が55℃、重量平均分子量が7,500、固形分量が17%の結晶ポリエステル樹脂粒子分散液(3)を得た。
また、樹脂粒子分散液(3)の粒子は、大小粒子全体比率が0.5%であった。
(樹脂粒子分散液(4)の調製)
・イソプロピルベンゼンスルホン酸:25重量部
・テレフタル酸:46重量部
・ポリオキシエチレン(2,4)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン:34重量部
・エチレングリコール:20重量部
・イオン交換水:500重量部
上記配合に従って、イソプロピルベンゼンスルホン酸、テレフタル酸、ポリオキシエチレン(2,4)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、及びエチレングリコールを混合し、110℃に加熱し融解した後、この油系の溶液をイオン交換水に投入し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックス)で5分間乳化した。その後、さらに超音波バス中で5分乳化後、乳化物を撹拌しながらフラスコ中で90℃に維持し、20時間保持した。
これにより粒子の中心径(メジアン径)が520nm、ガラス転移点が55℃、重量平均分子量が4,500、固形分量が14%の非晶ポリエステル樹脂粒子分散液(4)を得た。
また、樹脂粒子分散液(4)の粒子は、大小粒子全体比率が2.3%であった。
(樹脂粒子分散液(5)の調製)
・ドデシルベンゼンスルホン酸スカンジウム(希土類含有触媒):36重量部
・1,9−ノナンジオール:80重量部
・1,10−デカメチレンジカルボン酸:115重量部
・イオン交換水:1,000重量部
上記配合に従って、ドデシルベンゼンスルホン酸スカンジウム(希土類含有触媒)、1,9−ノナンジオール、及び1,10−デカメチレンジカルボン酸を混合し、120℃に加熱し融解した後、この油系の溶液を95℃に加熱した水系媒体に投入し、直後ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックス)で5分間乳化した。その後、さらに超音波バス中で5分乳化後、乳化物を撹拌しながらフラスコ中で80℃に維持し、15時間保持した。
これにより粒子の中心径(メジアン径)が370nm、融点が70℃、重量平均分子量が4,900、固形分量が18%の結晶ポリエステル樹脂粒子分散液(5)を得た。
また、樹脂粒子分散液(5)の粒子は、大小粒子全体比率が1.8%であった。
(樹脂粒子分散液(6)の調製)
・ドデシルベンゼンスルホン酸:12重量部
・リパーゼ(シュードモナス属由来:酵素触媒):50重量部
・1,9−ノナンジオール:80重量部
・1,10−デカメチレンジカルボン酸:115重量部
・イオン交換水:1,000重量部
上記配合に従って、まず、ドデシルベンゼンスルホン酸、リパーゼ、1,9−ノナンジオール、及び1,10−デカメチレンジカルボン酸を混合し、120℃に加熱し融解した後、この油系の溶液を85℃に加熱したイオン交換水に投入し、直後ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックス)で5分間乳化した。その後、さらに超音波バス中で5分乳化後、乳化物を撹拌しながらフラスコ中で80℃に維持し、15時間保持した。
これにより粒子の中心径(メジアン径)が1,070nm、融点が69℃、重量平均分子量が4,500、固形分量が20%の結晶ポリエステル樹脂粒子分散液(6)を得た。
また、樹脂粒子分散液(6)の粒子は、大小粒子全体比率が8.8%であった。
(樹脂粒子分散液(7)の調製)
・スチレン:460重量部
・n−ブチルアクリレート:140重量部
・アクリル酸:12重量部
・ドデカンチオール:9重量部
上記配合に従って、各成分を混合溶解して溶液を調製した。他方、アニオン性界面活性剤(ダウケミカル社製、ダウファックス)12重量部をイオン交換水250重量部に溶解し、前記溶液を加えてフラスコ中で分散し乳化した(単量体乳化液A)。さらに、同じくアニオン性界面活性剤(ダウケミカル社製、ダウファックス)1重量部を555重量部のイオン交換水に溶解し、重合用フラスコに仕込んだ。重合用フラスコを密栓し、還流管を設置し、窒素を注入しながら、ゆっくりと撹拌しながら、75℃まで重合用フラスコをウオーターバスで加熱し、保持した。
次に、過硫酸アンモニウム9重量部をイオン交換水43重量部に溶解し、重合用フラスコ中に定量ポンプを介して、20分かけて滴下した後、単量体乳化液Aをやはり定量ポンプを介して200分かけて滴下した。
その後、ゆっくりと撹拌を続けながら重合用フラスコを75℃に、3時間保持して重合を終了した。
これにより粒子の中心径(メジアン径)が210nm、ガラス転移点が53.5℃、重量平均分子量が31,000、固形分量が42%のアニオン性樹脂粒子分散液(7)を得た。
また、樹脂粒子分散液(7)の粒子は、大小粒子全体比率が0.2%であった。
(樹脂粒子分散液(8)の調製)
・1,4−シクロヘキサンジカルボン酸:17.5重量部
・ビスフェノールA−エチレンオキサイド1モル付加物(両末端換算2モル付加物):31.0重量部
・n−ドデシルベンゼンスルホン酸:0.06重量部(全モノマーに対し0.1mol%)
・分岐型ドデシルベンゼンスルホン酸(テイカ株式会社製テイカパワーB120):0.06重量部(全モノマーに対し0.1mol%)
上記材料を混合し、撹拌機を備えたリアクターに投入し、120℃で24時間重縮合を実施したところ、均一透明なポリエステル樹脂を得た。
この樹脂を撹拌機及び冷却管に付いた三口フラスコに投入し、95℃に保ちながら1N NaOH水溶液を徐々に添加しながら撹拌を続けた。NaOH水溶液を総量で50重量部投入すると、樹脂はスラリー状を呈した。85℃に調整したイオン交換水180重量部の入ったフラスコ中に本スラリーを投入し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックス)で10分間乳化した後、さらに超高圧ホモジナイザー(吉田機械興業社製、ナノマイザー)にて、10パス乳化し、その後分散液を氷冷することにより非結晶性のポリエステル樹脂粒子分散液(8)を得た。
これにより粒子の中心径(メジアン径)が380nm、ガラス転移点55℃、重量平均分子量が1,200、固形分量が20%の非結晶ポリエステル樹脂粒子分散液(8)を得た。
また、樹脂粒子分散液(8)の粒子は、大小粒子全体比率が8.2%であった。
(樹脂粒子分散液(9)の調製)
・1,4−シクロヘキサンジカルボン酸:17.5重量部
・ビスフェノールA−エチレンオキサイド1モル付加物(両末端換算2モル付加物):31.0重量部
・過塩素酸:0.25重量部
・ポリオキシエチレン(10)−ノニルフェニルエーテル(三洋化成社製、ノニポール):0.1重量部
上記材料を混合し、撹拌機を備えたリアクターに投入し、140℃で24時間重縮合を実施したところ、ポリエステル樹脂を得た。
この樹脂を撹拌機及び冷却管に付いた三口フラスコに投入し、95℃に保ちながら1N NaOH水溶液を徐々に添加しながら撹拌を続けた。これにより、残留する酸は、完全に中和され、塩の状態となったと考えられる。NaOH水溶液を総量で50重量部投入すると、樹脂はスラリー状を呈した。85℃に調整したイオン交換水180重量部の入ったフラスコ中に本スラリーを投入し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックス)で10分間乳化した後、さらに超高圧ホモジナイザー(吉田機械興業社製ナノマイザー)にて、10パス乳化し、その後分散液を氷冷することにより樹脂粒子分散液を得た。
これにより粒子の中心径(メジアン径)が510nm、ガラス転移点が55℃、重量平均分子量が16,000、固形分量が20%の非結晶ポリエステル樹脂粒子分散液(9)を得た。
また、樹脂粒子分散液(9)の粒子は、大小粒子全体比率が7.5%であった。
(樹脂粒子分散液(10)の調製)
・1,4−シクロヘキサンジカルボン酸:17.5重量部
・ビスフェノールA−エチレンオキサイド1モル付加物(両末端換算2モル付加物):31.0重量部
・ジブチルスズオキシド:0.2重量部
・ポリオキシエチレン(10)−ノニルフェニルエーテル(三洋化成社製、ノニポール):0.1重量部
上記材料を混合し、撹拌機を備えたリアクターに投入し、140℃で24時間重縮合を実施したところ、ポリエステル樹脂を得た。
この樹脂を撹拌機及び冷却管に付いた三口フラスコに投入し、95℃に保ちながら1N NaOH水溶液を徐々に添加しながら撹拌を続けた。NaOH水溶液を総量で50重量部投入すると、樹脂はスラリー状を呈した。85℃に調整したイオン交換水180重量部の入ったフラスコ中に本スラリーを投入し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックス)で10分間乳化した後、さらに超高圧ホモジナイザー(吉田機械興業社製ナノマイザー)にて、10パス乳化し、その後分散液を氷冷することにより樹脂粒子分散液(10)を得た。
これにより粒子の中心径(メジアン径)が480nm、ガラス転移点が55℃、重量平均分子量が13,000、固形分量が20%の非結晶ポリエステル樹脂粒子分散液(10)を得た。
また、樹脂粒子分散液(10)の粒子は、大小粒子全体比率が8.8%であった。
(着色剤粒子分散液(1)の調製)
・黄色顔料(大日精化社製、Pigment Yellow74):50重量部
・アニオン性界面活性剤(第一工業製薬製、ネオゲンR):5重量部
・イオン交換水200重量部
上記配合に従って、成分を混合溶解し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックス)5分と超音波バスにより10分間分散し、中心径(メジアン径)240nm、固形分量21.5%のYellow着色剤粒子分散液(1)を得た。
(着色剤粒子分散液(2)の調製)
着色剤粒子分散液(1)の調製において、黄色顔料の代わりにシアン顔料(大日精化社製、銅フタロシアニン、Pigment Blue15:3)を用いた以外は着色剤粒子分散液(1)と同様に調製して、中心径(メジアン径)190nm、固形分量21.5%のCyan着色剤粒子分散液(2)を得た。
(着色剤粒子分散液(3)の調製)
着色剤粒子分散液(1)の調製において、黄色顔料の代わりにマゼンタ顔料(大日インキ化学社製、Pigment Red122)を用いた以外は、着色剤粒子分散液(1)と同様に調製して、中心径(メジアン径)165nm、固形分量21.5%のMagenta着色剤粒子分散液(3)を得た。
(着色剤粒子分散液(4)の調製)
・シアン顔料(大日精化工業社製、Pigment Blue15:3):20重量部
・アニオン系界面活性剤(第一工業製薬社製、ネオゲンR):2重量部
・イオン交換水:78重量部
上記成分を、混合溶解し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックス)5分と超音波バスにより10分間分散し、Cyan着色剤粒子分散液(4)を得た。分散液中の着色剤粒子の数平均粒子径D50nは121nmであった。その後イオン交換水を加えて分散液の固形分濃度を20%に調整した。
(離型剤粒子分散液(1)の調製)
・パラフィンワックス(日本精蝋社製、HNP9;融点70℃):50重量部
・アニオン性界面活性剤(ダウケミカル社製、ダウファクス):5重量部
・イオン交換水:200重量部
上記配合に従って、成分を95℃に加熱して、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)で十分に分散した後、圧力吐出型ホモジナイザー(ゴーリンホモジナイザー、ゴーリン社製)で分散処理し、中心径(メジアン径)180nm、固形分量21.5%の離型剤粒子分散液を得た。
(離型剤粒子分散液(2)の調製)
・ポリエチレンワックス:30重量部
(東洋ペトロライト社製、Polywax725、融点103℃)
・カチオン性界面活性剤(花王社製、サニゾールB50):3重量部
・イオン交換水:67重量部
上記成分をホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)で120℃に加熱しながら十分に分散した後、圧力吐出型ホモジナイザー(ゴーリン社製、ゴーリンホモジナイザー)で分散処理し、離型剤粒子分散液(W3)を調製した。得られた分散液中の離型剤粒子のメジアン径は580nm、融点は103℃であった。
〔実施例1〕
(トナー粒子の調製)
・樹脂粒子分散液(1):233重量部(樹脂42重量部)
・樹脂粒子分散液(7):50重量部(樹脂21重量部)
・着色剤粒子分散液(1):40重量部(顔料8.6重量部)
・離型剤粒子分散液(1):40重量部(離型剤8.6重量部)
・ポリ塩化アルミニウム:0.15重量部
・イオン交換水:300重量部
上記配合に従って、成分(樹脂粒子分散液(7)を除く)を丸型ステンレス製フラスコ中でホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)で十分に混合・分散した後、加熱用オイルバスでフラスコを撹拌しながら42℃まで加熱し、42℃で60分間保持した後、樹脂粒子分散液(7)を50重量部(樹脂21重量部)追加して緩やかに撹拌した。
その後、0.5モル/リットルの水酸化ナトリウム水溶液で系内のpHを6.0に調整した後、撹拌を継続しながら95℃まで加熱した。95℃までの昇温の間、通常の場合、系内のpHは、5.0以下まで低下するが、ここでは水酸化ナトリウム水溶液を追加滴下し、pHが5.5以下とならない様に保持した。
反応終了後、冷却し、濾過し、イオン交換水で十分に洗浄した後、ヌッチェ式吸引濾過で固液分離した。そして、40℃のイオン交換水3リットル中に再分散し、15分、300rpmで撹拌、洗浄した。この洗浄操作を5回繰り返し、ヌッチェ式吸引濾過で固液分離し、次いで、真空乾燥を12時間行いトナー粒子を得た。
このトナー粒子の粒径をコールターカウンターで測定したところ、累積体積平均粒径D50が4.6μm、体積平均粒度分布指標GSDvが1.20であった。また、ルーゼックスによる形状観察より求めたトナー粒子の形状係数SF1は130のポテト形状であった。
上記トナー粒子50重量部に対し、疎水性シリカ(キャボット社製、TS720)1.2重量部を添加し、サンプルミルで混合して外添トナーを得た。
そして、ポリメチルメタアクリレート(総研化学社製)を1%被覆した平均粒径50μmのフェライトキャリアを用い、トナー濃度が5%になるように前記の外添トナーを秤量し、両者をボールミルで5分間撹拌・混合して現像剤を調製した。
クリーニングブレードは、ポリオールとして分子量2,000のポリε−カプロラクトン系ジオール100重量部と、MDI50重量部及び架橋剤として1,4−ブタンジオール/トリメチロールプロパン混合液(70/30)とをα値が0.95となるように配合し、加硫遅延剤として大八化学工業社製のMP−4(モノブチルホスフェート)0.05重量部を添加して、反応させてポリウレタンとし、製造した。なお、ポリウレタン中のポリオールは約60重量%とした。加水分解防止剤は、5重量部を加硫遅延剤と共に添加した。
(評価)
上記現像剤を使用し、富士ゼロックス社製のDocuCenterColor500の改造機において、転写用紙として富士ゼロックス社製Jコート紙を使用し、プロセススピードを180mm/secに調整して、A4縦送り、進行方向から得られたトナーを出力し、30℃80RH%の環境中で、ハーフトーン濃度にて50,000枚出力した。その結果、クリーニング不良やブレードのめくれ等は発生しなかった。ブレードの先端を電子顕微鏡SEMで、1,000倍程度拡大したところ、クリーニングの接触面が均一に磨耗していることが観察された。
〔実施例2〕
実施例1において、表1の配合量に従って、樹脂粒子分散液(1)から樹脂粒子分散液(2)に変更し、着色剤粒子分散液(1)から着色剤粒子分散液(2)に変更し、95℃加熱時のPHを5.0に維持した以外は、実施例1と同様にしてトナー粒子を得た。
このトナー粒子の累積体積平均粒径D50は4.40μm、体積平均粒度分布指標GSDvが1.19であった。形状係数SF1は124とやや球状となった。
このトナー粒子を用いて実施例1と同様に外添トナーを得てさらに現像剤を調製し、実施例1と同様にして評価を実施した。
クリーニングブレードは、ポリオールとして1,9−ノナンジオール(ND)/2−メチル−1,8−オクタンジオール(MOD)混合物(65/35)とアジピン酸とから得た分子量2,000のポリエステルジオール100重量部を、架橋剤として1,3−プロパンジオール/トリメチロールエタン混合液(70/30)を用いた以外は、実施例1と同様にして、製造した。
30℃80RH%の環境中で、ハーフトーン濃度にて50,000枚出力し、クリーニング不良やブレードのめくれ等は発生しなかった。ブレードの先端を電子顕微鏡SEMで、1,000倍程度拡大したところ、クリーニングの接触面が均一に磨耗していることが観察された。
〔実施例3〕
実施例1において、表1の配合量に従って、樹脂粒子分散液(1)から樹脂粒子分散液(3)に変更し、樹脂粒子分散液(7)から樹脂粒子分散液(4)に変更し、着色剤粒子分散液(2)から着色剤粒子分散液(3)に変更し、かつポリ塩化アルミ量を0.12重量部とした以外は、実施例1と同様にしてトナー粒子を得た。
このトナー粒子の累積体積平均粒径D50は4.20μm、体積平均粒度分布指標GSDvが1.22、形状係数SF1は119で球状であった。
このトナー粒子を用いて実施例1と同様に外添トナーを得てさらに現像剤を調製し、実施例1と同様にして評価した。
クリーニングブレードは、ポリオールとして、1,6−ヘキサンジオールを使用した分子量2,000のポリカーボネートジオールと、1,9−ノナンジオール/2−メチル−1,8−オクタンジオール混合物(65/35)とアジピン酸とから得た分子量2,000のポリエステルジオールを等量混合したもの100重量部を、架橋剤として1,3−プロパンジオール/トリメチロールプロパン混合液(80/20)を用い、MDIを40重量部にした以外は、実施例1と同様にして製造した。
30℃80RH%の環境中で、ハーフトーン濃度にて50,000枚出力し、クリーニング不良やブレードのめくれ等は発生しなかった。ブレードの先端を電子顕微鏡SEMで、1,000倍程度拡大したところ、クリーニングの接触面が均一に磨耗していることが観察された。
〔実施例4〕
実施例1において、表1の配合量に従って、樹脂粒子分散液(1)から樹脂粒子分散液(5)に変更した以外は、実施例1と同様にしてトナー粒子を得た。
このトナー粒子の累積体積平均粒径D50は3.92μm、体積平均粒度分布指標GSDvが1.22、形状係数SF1は135のポテト形状であった。
このトナー粒子を用いて実施例1と同様に外添トナーを得てさらに現像剤を調製し、評価した。
クリーニングブレードは、1,9−ノナンジオール/2−メチル−1,8−オクタンジオール混合物とアジピン酸とから得た分子量2,000のポリエステルジオールのかわりに分子量2,000のポリε−カプロラクトン系ジオールを用い、架橋剤の比率をジオール/トリオール=70/30とした以外は、実施例3と同様にして、クリーニングブレードを製造した。
30℃80RH%の環境中で、ハーフトーン濃度にて50,000枚出力した。その結果、クリーニング不良やブレードのめくれ等は発生しなかった。ブレードの先端を電子顕微鏡SEMで、1,000倍程度拡大したところ、クリーニングの接触面が均一に磨耗していることが観察された。
〔実施例5〕
実施例2において、表1の配合量に従って、樹脂粒子分散液(2)から樹脂粒子分散液(6)に変更し、すべての樹脂粒子分散液を樹脂粒子分散液(6)とし樹脂粒子分散液(7)を用いなかった以外は、実施例2と同様にしてトナー粒子を得た。
このトナー粒子の累積体積平均粒径D50は3.50μm、体積平均粒度分布指標GSDvが1.25、形状係数SF1は120の球形状であった。
このトナー粒子を用いて実施例1と同様に外添トナーを得てさらに現像剤を調製し、評価した。
クリーニングブレードは、ポリオールとして分子量2,000のポリε−カプロラクトン系ジオール100重量部と、MDIを15重量部、TODIを25重量部、及び架橋剤として3,5−ジエチルチオ−2,4−トルエンジアミン(商品名:エタキュア、アルベルマール社製)/トリメチロールプロパン混合液(60/40)を用い、α値が0.95となるように配合し、加硫遅延剤として大八化学工業社製のMP−4(モノブチルホスフェート)0.05重量部を添加して、反応させてポリウレタンとし、テストサンプル及びクリーニングブレードを製造した。なお、ポリウレタン中のポリオールは約60重量%とした。
30℃80RH%の環境中で、ハーフトーン濃度にて50,000枚出力し、クリーニング不良やブレードのめくれ等は発生しなかった。ブレードの先端を電子顕微鏡SEMで、1,000倍程度拡大したところ、クリーニングの接触面が均一に磨耗していることが観察された。
〔実施例6〕
<トナーの作製>
・樹脂粒子分散液(8):160重量部
・離型剤粒子分散液(2):38重量部
・着色剤粒子分散液(4):60重量部
・ポリ塩化アルミニウム10w%水溶液:15重量部
(浅田化学社製、PAC100W)
・1%硝酸水溶液:3重量部
上記成分を、丸型ステンレス鋼製フラスコ中で、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて5,000rpmで3分間分散した後、前記フラスコに磁力シールを有した撹拌装置、温度計とpH計を具備した蓋をしてから、加熱用マントルヒーターをセットし、フラスコ中の分散液全体が撹拌される最低の回転数に適宜調節して撹拌しながら62℃まで1℃/1minで加熱し、62℃で30分間保持し、凝集粒子の粒径を確認した。昇温停止後ただちに樹脂微粒子分散液を50重量部追加し、30分間保持したのち、系内のpHが6.5になるまで水酸化ナトリウム水溶液を加えてから、1℃/1minで97℃まで加熱した。昇温後、硝酸水溶液を加えて系内のpHを5.0にして、10時間保持して凝集粒子を加熱融合した。この後系内を50℃まで降温、水酸化ナトリウム水溶液を加えてpHを12.0に調節して10分間保持した。その後フラスコから取り出し、イオン交換水を用いて充分にろ過、通水洗浄した後、さらに固形分量が10重量%となるようにイオン交換水中に分散し、硝酸を加えてpH3.0で10分間撹拌した後、再びイオン交換水を用いて充分にろ過、通水洗浄して得られたスラリーを凍結乾燥してシアントナーを得た。
前記シアン着色粒子に、ヘキサメチルジシラザン(以下、「HMDS」と略す場合がある)で表面疎水化処理した一次粒子平均粒径40nmのシリカ(SiO2)粒子と、メタチタン酸とイソブチルトリメトキシシランの反応生成物である一次粒子平均粒径20nmのメタチタン酸化合物粒子とを、それぞれ1重量%づつ添加し、ヘンシェルミキサーで混合し、シアン外添トナーを作製した。
このようにして作製したトナーの累積体積平均粒径D50は、5.8μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.24、トナー粒子の形状係数は128であった。また粒子中の離型剤、着色剤等の分散状態をTEMにて観察したところ、分散は凝集などが見られず良好であった。
実施例1と同様にして評価を行った。ブレードの先端を電子顕微鏡SEMで1,000倍程度拡大したところ、クリーニングの接触面が均一に磨耗していることが観察された。
〔比較例1〕
樹脂粒子分散液(8)の代わりに樹脂粒子分散液(9)を用いた以外は実施例6のトナー作製と同様の方法で比較例1のトナーを作製した。トナーの累積体積平均粒径D50は、5.2μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.31、トナー粒子の形状係数は133であった。また粒子中の離型剤、着色剤等の分散状態をTEMにて観察したところ、分散はやや凝集が見らたものの問題のない状態であった。
実施例1と同様にして評価を行った。ブレードの先端を電子顕微鏡SEMで、1,000倍程度拡大したところ、クリーニングの接触面に不均一な磨耗が観察された。
〔比較例2〕
樹脂粒子分散液(8)の代わりに樹脂粒子分散液(10)を用いた以外は実施例6のトナー作製と同様の方法で比較例2のトナーを作製した。トナーの累積体積平均粒径D50は5.1μm、体積平均粒度分布指標GSDvは1.29、トナー粒子の形状係数は135であった。また粒子中の離型剤、着色剤等の分散状態をTEMにて観察したところ、分散はやや凝集が見らたものの問題のない状態であった。
実施例1と同様にして評価を行った。ブレードの先端を電子顕微鏡SEMで、1,000倍程度拡大したところ、クリーニングの接触面に不均一な磨耗が観察された。
なお、実施例において、トナーの累積体積平均粒径D50と体積平均粒度分布指標GSDvはレーザー回折式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−700)、また形状係数はルーゼックスによる形状観察でそれぞれ求めた。
以下の表1に実施例の結果を示す。
Figure 0004962019
ブレードめくれ及び均一摩耗の評価は以下のように行った。
(ブレードめくれ)
◎ ・・・ 50,000枚を超えてもブレードめくれが観察されなかった。
○ ・・・ 10,000枚以上50,000枚以下でブレードめくれが観察された。
△ ・・・ 1,0000枚より前にブレードめくれが観察された。
× ・・・ 立ち上げ時にブレードめくれが発生した。
(均一摩耗)
◎ ・・・ 50,000枚を超えてもブレードが均一に摩耗する。
○ ・・・ 25,000枚以上50,000枚以下でブレードエッジの欠けが発生した。
△ ・・・ 5,000枚以上25,000枚より前にブレードエッジの欠けが発生した。
× ・・・ 5000枚までにブレードエッジの欠けが発生した。
ここで、均一に摩耗しない場合には、クリーニング不良が発生した。
〔実施例7〕
図3に実施例7で使用したプロセスカートリッジの構成を示す。本実施例で使用したプロセスカートリッジは、表面に感光層が形成されると共に回動する像担持体としての感光体ドラム402と、この感光体ドラム402を一様な背景部電位に帯電させるスコロトロン帯電器403と、画像データに応じて変調された光ビームで感光体ドラム402の表面を露光する光学系走査ユニット(不図示)、露光によって感光体ドラム402上に形成された静電潜像をトナーで現像する現像器404と、トナー像の転写が終了した感光体ドラム402の表面を清掃するクリーニング装置405と、感光体ドラム402上の残留電荷を除去する除電装置406、トナー像を転写する用紙を搬送する搬送ベルト407などを順次配設したものである。これらの機器により、感光体ドラム402の周囲では、かかる感光体ドラム402の回転に伴って帯電、露光、現像、転写、クリーニングの各工程が順に行われ、記録シートに転写するトナー像を連続的に形成することができるように構成されている。
スコロトロン帯電器403にて感光体ドラム402を帯電した後、光学系走査ユニットからのレーザ光にて感光体ドラム402上に静電潜像を書込み、しかる後、現像器404にて静電潜像をトナー像として可視像化し、所定のタイミングで転写部位へと移動させる。一方、用紙は搬送ベルト407にて所定のタイミングで転写部位へと搬送され、転写ロール(不図示)に転写バイアスを印加することで、感光体ドラム402上のトナー像が用紙に転写される。
なお、上述した感光体ドラム402と、スコロトロン帯電器403と、現像器404と、クリーニング装置405と、徐電装置406等と、露光のための開口409とはプロセスカートリッジ410として一体形成されている。このプロセスカートリッジは、転写ローラ408と、定着装置412と、図示しない他の構成部分とからなる電子写真装置本体に対して着脱自在としたものであり、取り付けレール411を用いて電子写真装置本体に一体化される。
図4に実施例7で使用したクリーニング装置405の構成を示す。クリーニング装置405としては、ステアリン酸亜鉛等の潤滑剤を固形状にした固形潤滑剤451と、この固形潤滑剤451と像担持体としての感光体ドラム402とに同時に当接して一方向に回転する回転ブラシ452と、回転ブラシ452の回転方向において固形潤滑剤451よりも下流側に設けられたフリッカ(フリッキング部材)453と、合成ゴム等からなり、その自由端部が感光体ドラム402の表面に当接するような状態で取付けられたクリーニングブレード454等を有している。
なお、固形潤滑剤451と、回転ブラシ452と、フリッカ453とを潤滑剤塗布装置と呼ぶ。
また固形潤滑剤451は、保持部材455によって保持され、保持部材455の角度を変えることで、回転ブラシ452が固形潤滑剤451に接触する長さを調整することができる。
このクリーニング装置405によれば、回転ブラシ452が矢印方向に回転駆動することにより、その固形潤滑剤451が回転ブラシ452の摺擦により削られて粉体となって回転ブラシ452(のブラシ繊維)に付着し、さらに回転ブラシがフリッカ453に接触することで付着した固形潤滑剤451が均一にならされる。その後、回転ブラシ452に付着した固形潤滑剤451が回転ブラシ452の回転によって感光体ドラム402の表面に塗布されるようになっている。
固形潤滑剤は以下の方法で作製した。
すなわちステアリン酸亜鉛粒子(日本油脂社製)98.5重量部、ドデシルベンゼンスルホン酸1.5重量部、エタノール50重量部を60℃でニーダーを用いて混合撹拌し、そのまま40℃にてエタノール臭が消えるまで減圧乾燥した。その後、この混合物をさらにニーダーを125℃に加熱して混練した。冷却後、固形潤滑剤451に合う大きさに成型した。
固形潤滑剤として上記の固形潤滑剤を使用した以外は、比較例2と同様にブレードめくれ、均一磨耗の評価を行った。均一磨耗については40,000枚でクリーニング不良が発生し、評価は○であり、ブレードめくれについては30,000枚までブレードめくれが発生せず、評価は○であった。
界面活性効果を有する酸であるドデシルベンゼンスルホン酸を含有する固形潤滑剤を使用することにより、クリーニングブレードと感光体の当接部に酸を供給することができ、均一摩耗性及びブレードめくれについて、顕著な改善が認められた。
本発明に好適に使用できる画像形成装置の主要部を示す概略構成図である。 本発明に好適に使用できるクリーニング装置16と、そのクリーニング装置16でクリーニングする感光体11との一実施態様を示す概略図である。 プロセスカートリッジの構成を示す図である。 クリーニング装置405の構成を示す図である。
符号の説明
1 プリンタ
2 用紙
10Y、10M、10C、10K 画像形成部
11Y、11M、11C、11K 感光体
12Y、12M、12C、12K 帯電器
13Y、13M、13C、13K 露光器
14Y、14M、14C、14K 現像器
15Y、15M、15C、15K 一次転写体
16Y、16M、16C、16K クリーニング装置
17Y、17M、17C、17K 除電器
30 中間転写ベルト
31 中間転写ベルトクリーナ
32 二次転写体
33 定着器
34 テンションローラ
35 制御部
110 トナー収容箱
111 筐体部分
120 クリーニングブレード
140 クリーニングブラシ
150 トナー移送器
200 トナー
300 固形潤滑剤
310 潤滑剤
402 感光体ドラム
403 スコロトロン帯電器
404 現像器
405 クリーニング装置
406 除電装置
407 搬送ベルト
408 転写ローラ
409 露光のための開口
410 プロセスカートリッジ
411 取り付けレール
412 定着装置
451 固形潤滑剤
452 回転ブラシ
453 フリッカ(フリッキング部材)
454 クリーニングブレード
455 保持部材

Claims (7)

  1. 像担持体と、
    前記像担持体表面に当接し、前記像担持体表面をクリーニングするクリーニングブレードを備え、
    前記クリーニングブレード基材が少なくともカルボジイミド系化合物及び/又はポリカルボジイミドを含有するウレタン樹脂を含有し、
    前記クリーニングブレードの像担持体表面への当接部に酸を供給する手段を有することを特徴とする
    画像形成装置。
  2. 酸を供給する手段が前記当接部に静電荷像現像用トナーを供給するものである請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 前記静電荷像現像用トナーは結着樹脂として重縮合樹脂を含有し、
    該重縮合樹脂が酸を含有する請求項2に記載の画像形成装置。
  4. 前記重縮合樹脂は、酸を触媒として重縮合された重縮合樹脂である請求項3に記載の画像形成装置。
  5. 前記静電荷像現像用トナーは、少なくとも、結着樹脂粒子を分散させた分散液中で、当該結着樹脂粒子を凝集して凝集粒子を得る工程と、当該凝集粒子を加熱して融合させる工程と、を有する静電荷像現像用トナーの製造方法により得られた静電荷像現像用トナーである請求項3又は4に記載の画像形成装置。
  6. 酸を供給する手段が、酸を含有する固形潤滑剤と、該固形潤滑剤を像担持体に塗布する回転ブラシとを有する請求項1に記載の画像形成装置。
  7. 酸が界面活性効果を有する酸である請求項1〜6いずれか1つに記載の画像形成装置。
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