JP5020756B2 - 画像形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、複写機、プリンター、ファクシミリ、プロッター等の電子写真法の画像形成方法に関する。
複写機、プリンター、ファクシミリの受信装置などに用いられる電子写真装置として、接触現像法を採用した電子写真装置が知られている。接触現像法は非磁性一成分トナーを用い、感光体ドラムの潜像にトナー担持体を介して該トナーを付着させて潜像を可視化する現像方法であり、磁性材料を不要とし小型化、軽量化が容易である。また、カラー化が容易であることから多用されている。
電子写真装置は技術の発展とともに利用者からの要求も年々厳しくなっており、高画質、高速印刷、且つ高耐久性であることが従来以上に要求されるようになっている。上記課題に対して現像部材、トナー両方からのアプローチが数多く行われている。
例えば、現像部材のトナー担持体からの上記問題に対するアプローチとしては、トナー担持体の弾性層および表面層のAsker−C硬度を規定し、トナー粒子のダメージを抑えることが行われている(例えば、特許文献1参照)。
一方、トナーからの上記問題に対するアプローチとしては、トナー粒子の結着樹脂に高分子量体と低分子量体を存在させることによりトナー粒子にある一定の硬度を持たせた、会合法によるトナーが提案されている。会合法によるこのトナーは、非磁性一成分現像方式において、耐久安定性に優れることが開示されている(例えば、特許文献2参照)。
本発明者らが鋭意検討した結果、確かにこのような方策により、トナーダメージの抑制や耐久安定性は向上した。しかし、高速、高耐久印字における部材汚染という点では、いまだ不十分な性能であることがわかり、依然として現像部材、トナーの両面での諸特性の改善を必要としているのが実状である。
特開2003−270926 特開2004−109601
本発明は、上記背景技術を解決した画像形成方法を提供することである。即ち、高速印刷に対応した高寿命、高耐久性が可能となる。
本発明は、静電潜像担持体の表面にトナー担持体上のトナーを接触させ、トナー担持体が担持するトナーによって静電潜像担持体の表面の静電潜像を現像する画像形成方法において、
前記トナー担持体のMD−1硬度が20以上60以下であり、
前記トナーが、結着樹脂、着色剤及び離型剤を少なくとも含有するトナー粒子と樹脂粒子と無機微粉体とを有するトナーであって、
前記樹脂粒子の重量平均径(D4r)が2μm以上40μm以下であり、且つ
微小圧縮試験機における前記樹脂粒子の1粒子に負荷速度9.8×10-5N/secで荷重2.0×10-4Nを負荷したときの変位量をX20(μm)とし、負荷速度9.8×10-5N/secで荷重9.8×10-4Nを負荷した後に除荷した際の弾性変位量をY(μm)としたとき、下記式(1)及び(2)
0.15≦X20≦0.90 (1)
0.20≦Y≦0.85 (2)
であることが、上記課題を解決する必須事項であることを見いだし本発明に至った。
本発明により、高速印刷、高耐久に対応した画像が得られる。即ち、低温低湿環境下で長期に渡る印字においても、トナー担持体へのトナーのフィルミングを抑制し、フィルミングによる画像欠陥を抑制した画像形成方法を得ることができる。
高速印刷と高耐久性の両立は市場ニーズを満足するために必須課題となっている。そこで、本発明者らは該性能について鋭意検討を行った。
その結果、重量平均径(D4r)と微小圧縮試験による変位量を規定した樹脂粒子を添加したトナーとMD−1硬度を規定したトナー担持体とを組み合わせて使用することで前記性能が良好となることが分かった。
具体的には、静電潜像担持体の表面にトナー担持体上のトナーを接触させ、トナー担持体が担持するトナーによって静電潜像担持体表面の静電潜像を現像する画像形成方法において、
前記トナー担持体のMD−1硬度が20以上60以下であり、
前記トナーが、結着樹脂、着色剤、離型剤を少なくとも含有するトナー粒子と樹脂粒子と無機微粉体とを有するトナーであって、
前記樹脂粒子の重量平均径(D4r)が2μm以上40μm以下であり、且つ
微小圧縮試験機における前記樹脂粒子の1粒子に負荷速度9.8×10-5N/secで荷重2.0×10-4Nを負荷したときの変位量をX20(μm)とし、負荷速度9.8×10-5N/secで荷重9.8×10-4Nを負荷した後に除荷した際の弾性変位量をY(μm)としたとき、
0.15≦X20≦0.90
0.20≦Y≦0.85
であることが、上記課題を解決するために必須となる。
その詳細な理由は不明であるが、本発明者らは以下のように推察する。
接触現像法において、トナー担持体とトナー供給部材または静電潜像担持体との摺擦によるトナーへの機械的ダメージが大きく現像部材へのフィルミングが起こり易い。特にプロセススピードが高くなるほどトナーへのダメージが顕著となるため、高速印刷と高耐久性の両立は難しい。しかし、本発明の樹脂粒子を外添したトナーを用いることで、トナー担持体とトナー供給部材、或いはトナー担持体と静電潜像担持体との機械的ストレスを緩和し、トナー担持体へトナーのフィルミングが抑制することが可能となる。
本発明の樹脂粒子は微小圧縮試験で変位量X20が0.15以上0.90以下であり、且つ弾性変位量Yが0.20以上0.85以下であることが必要ある。この範囲の樹脂粒子を外添することで、トナー担持体−トナー供給部材、或いはトナー担持体−静電潜像担持体間でトナーが圧迫される際に、樹脂粒子がスペーサーの役割を果たしトナーのダメージを軽減しているものと思われる。好ましくは変位量X20が0.20以上0.80以下であり、弾性変位量Yが0.30以上0.75以下である。より好ましくは変位量X20が0.30以上0.70以下であり、弾性変位量Yが0.35以上0.70以下であり、本発明の効果がより発揮することができる。
樹脂粒子の微小圧縮の変位量X20が0.15より小さい場合、帯電均一性が得られにくくカブリが発生する。逆にX20が0.90より大きい場合、変位量が大きすぎるため機械的ストレスの緩和効果が得ら難く耐久性に劣る。また、弾性変位量Yが0.20より小さいと機械的ストレスの緩和効果が得ら難く耐久性に劣る。弾性変位量Yが0.85より大きいと樹脂粒子が規制ブレードに体積し現像スジ等が発生し易くなる。さらに、樹脂粒子の重量平均径(D4r)は2μm以上40μm以下であることが必要であり、重量平均径(D4r)が2μmより小さい場合、機械的ストレスの緩和効果が十分に得られず耐久性に劣る。逆に40μmを超えると帯電均一性が得られ難くカブリが発生しやすくなる。より好ましくは3μm乃至30μmであり本発明の効果が発揮し易い。
上記構成のトナーを用いても、トナー担持体のMD−1硬度が適正な値でなければ、高速印字と高耐久性の両立は得られない。
トナー担持体のMD−1硬度が20より小さい場合、トナー担持体上のトナーが不均一と成り易く、画像特性が劣る。一方、トナー担持体のMD−1硬度が60より大きい場合はトナー担持体硬度が高すぎるため、本発明に用いられる樹脂粒子を外添したトナーであってもトナー担持体−トナー供給部材、或いはトナー担持体−静電潜像担持体間の機械的ストレスの抑制効果が得られ難く、フィルミングが発生し易く耐久性に劣る。好ましくはMD−1硬度が30以上50以下である。より好ましくはMD−1硬度が35以上45以下であり、耐久性と現像性が安定して得られる。
上述した条件を満足したトナー担持体及びトナーの組み合わせにより、高速印刷と高耐久性の両立が可能となる。
トナー担持体のMD−1硬度はマイクロゴム硬度計MD−1型、TypeA(高分子設計社製)を用いて行った。
〔トナー担持体〕
本発明の画像形成装置に用いられるトナー担持体は、その断面構造の一例を図1に示すように、良導電性シャフト1の外周に導電性弾性層2を有する構成とすることができる。この導電性弾性層2のMD−1硬度が20以上60以下である必要がある。
また本発明の画像形成装置に用いられるトナー担持体は、その断面構造の一例を図2に示すように、導電性弾性層2の上に更に導電性樹脂層3を有する構成とすることもできる。この導電性樹脂層のMD−1硬度が20以上60以下であることを特徴とする。この構成のトナー担持体は、本発明の効果を最適に促進できるので好ましい。この導電性弾性層2及び導電性樹脂層3はおのおの単層でも多層でもかまわないが、少なくとも表面層となる樹脂層のMD−1硬度が20以上60以下である必要がある。
上記良導電性シャフト1としては、良好な導電性を有するものであればいずれのものも使用し得るが、通常はアルミニウムや鉄、SUSなどで形成された外径4乃至10mmの金属製円筒体が用いられる。
上記良導電性シャフト1の外周に形成する導電性弾性層2は、EPDMまたはウレタン等のエラストマー、あるいはその他の樹脂成型体を基材として用い、それにカーボンブラック、金属、金属酸化物のような電子導電性物質や、過塩素酸ナトリウムのようなイオン導電性物質を配合し、適切な抵抗領域(体積抵抗率)として103乃至1010Ωcm、好ましくは104乃至108Ωcmに調整した材料で形成する。導電性弾性層の厚みは0.3乃至10.0mmの厚さで用いることができ、好ましくは1.0乃至5.0mmの範囲で用いられる。
上記基材としては、具体的には、ポリウレタン、天然ゴム、ブチルゴム、二トリルゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム、シリコーンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリルゴム、及びこれらの混合物が挙げられるが、好ましくはシリコーンゴムまたはエチレン−プロピレン−ジエンゴムが用いられる。
この導電性弾性層2に導電性を付与するために用いられる電子導電性物質としては、ケッチェンブラックEC、アセチレンブラック等の導電性カーボン、SAF、ISAF、HAF、FEF、GPF、SRF、FT、MT等のゴム用カーボン、酸化処理を施したカラー(インク)用カーボン、銅、銀、ゲルマニウム等の金属及び金属酸化物が挙げられる。この中でも、少量で導電性を制御しやすいことからカーボンブラック(導電性カーボン、ゴム用カーボン、カラー(インク)用カーボンなど)が好ましい。これらの導電性粉体は、通常、基材100質量部に対して0.5乃至50質量部、特に1乃至30質量部の範囲で好適に用いられる。
また、導電性弾性層2に導電性を付与するために用いられるイオン導電性物質としては、過塩素酸ナトリウム、過塩素酸リチウム、過塩素酸カルシウム、塩化リチウム等の無機イオン導電性物質、更に変性脂肪族ジメチルアンモニウムエトサルフェート、ステアリルアンモニウムアセテートの有機イオン導電性物質が挙げられる。
これら電子導電性物質やイオン導電性物質のような導電性付与剤は、導電性弾性層を前記のように適切な体積抵抗率にするのに必要な量を用いられるが、通常、基材100質量部に対して0.5乃至50質量部、特に1乃至30質量部の範囲で好適に用いられる。
図2で示す構成の導電性ローラが有する、導電性弾性層2を被覆する導電性樹脂層3の基材としては、ポリアミド樹脂、ウレタン樹脂、尿素樹脂、イミド樹脂、メラニン樹脂、フッ素樹脂、フェノール樹脂、アルキッド樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂等及びこれらの混合物が挙げられる。ウレタン樹脂は摩擦によりトナーを帯電する能力が大きく、且つ耐磨耗性を有しているので、導電性樹脂層3の基材として好ましく用いられる。
このとき、ウレタン樹脂はイソシアネート成分とポリオール成分からなる。このポリオール成分はポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオール、ポリマーポリオールなどが用いられる。
具体的には下記式(1)
Figure 0005020756
(式中lは正の整数を示す。)
で示されるユニット(BO)、
下記式(2)
Figure 0005020756
(式中mは正の整数を示す。)
で示されるユニット(PO)、
及び、下記式(3)
Figure 0005020756
(式中nは正の整数を示す。)
で示されるユニットが、用いられるポリエーテルポリオールに含まれることが好ましい。このとき、式(1)、式(2)、式(3)で示されるユニットが全て1分子中に含まれるポリエーテルポリオール、または式(1)、式(2)、式(3)で示されるユニットが1分子中に少なくとも一種類以上含まれるポリエーテルポリオールのうちいずれでも用いることができるが、ウレタンの原材料として用いるポリエーテルポリオールは必ず式(1)、式(2)、式(3)で示されるユニットを全て含むようになるように調整することが好ましい。
このとき、式(1)で示されるユニットを持つポリエーテルポリオール(BO)は水酸基を2個以上有するタイプのもの、そして式(2)で示されるユニットを持つポリエーテルポリオール(PO)は水酸基を1個有するタイプのもの、そして式(3)で示されるユニットを持つポリエーテルポリオール(EO)は水酸基を1個有するタイプのものをそれぞれ用いることが本発明の効果を促進するので好ましい。更に、式(2)で示されるユニットと式(3)で示されるユニットを同時に有するポリエーテルポリオール(PO−EO)は水酸基を1個有することがより好ましい。
更に詳細に検討を行ったところ、用いるポリエーテルポリオールのBO、PO、EOの質量比がBO:PO:EO=100:3:2乃至100:25:20であるように調整することが本発明の効果を促進するので好ましい。
また、用いるポリエーテルポリオールのBO:(PO−EO)の質量比がBO:(PO−EO)=100:5乃至100:40であるように調整することも好ましい。
ウレタン樹脂のイソシアネート成分としては、具体的にはトリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ナフタレンジイソシアネート(NDI)、トリジンジイソシアネート(TODI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、フェニレンジイソシアネート(PPDI)、キシレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシレンジイソシアネート(TMXDI)、シクロヘキサンジイソシアネートなどを挙げることができる。これらのうち、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ナフタレンジイソシアネート(NDI)、フェニレンジイソシアネート(PPDI)、キシレンジイソシアネート(XDI)、テトラメチルキシレンジイソシアネート(TMXDI)などの芳香族系イソシアネート化合物が好ましく、特に、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)は現像ローラの局部的な負荷後の復元性の向上を図ることができるため好ましい。
このイソシアネート成分は用いる全ポリオールとの質量比がイソシアネート:ポリオール=20:80乃至60:40になるように調整される。
導電性樹脂層3は、上記基材に、電子導電性物質やイオン導電性物質のような導電性付与剤を配合し、適切な抵抗領域(体積抵抗率)として103乃至1011Ωcm、好ましくは104乃至1010Ωcmに調整した材料で形成する。また、導電性樹脂層の厚みは0.5乃至200.0μmの範囲で用いることができるが、好ましくは1.0乃至100.0μmの範囲で用いることができる。
本発明の導電性弾性層や導電性樹脂層の厚さは、導電性弾性層と導電性表面層が形成されたローラを切り取り、その断面を9点測定し、その平均値とした。導電性樹脂層のように厚みが薄い場合は断面をビデオマイクロスコープ(倍率3000倍)などで9点測定し、その平均値とした。
基材になる樹脂と、電子導電性物質やイオン導電性物質のような導電性付与剤との混練りは、ボールミル等を用いて、適時必要に応じトナー担持体表面粗さを形成するための粗し粒子を添加し分散させた後、適時硬化剤もしくは硬化触媒等を添加し、攪拌することにより行なうことができる。そして得られた組成物を、スプレー、ディッピング等の方法で塗布する。または、芯金を予め配した成型金型のキャビティ内に得られた組成物を注入し、加熱して反応硬化または固化させることにより一体的に導電性弾性層又は導電性樹脂層を形成し製造する方法、予め、上記組成物を用いて別途形成したスラブやブロックから、切削加工等により、チューブ状等の所定の形状、寸法に切り出し、これに芯金を圧入して芯金上に導電性弾性層又は導電性樹脂層を被覆して製造する方法またはこれらの方法を適宜組み合わせた方法などを挙げることができる。所望の場合には、さらに、切削や研磨処理などによって所定の外径に調整してもよい。
上記粗し粒子としては、例えば、EPDM、NBR、SBR、CR、シリコーンゴム等のゴム粒子、またはポリスチレン、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド系の熱可塑性エラストマー(TPE)等のエラストマー粒子、またはPMMA粒子、ウレタン樹脂粒子、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ナフタレン樹脂、フラン樹脂、キシレン樹脂、ジビニルベンゼン重合体、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリアクリロニトリル樹脂等の樹脂粒子を単独または組み合わせて用いることができる。このときトナー担持体の表面粗さRzは一般的に1乃至15μmに調整されるが、このとき、ローラの表面粗さは、JIS B0601:2001によるRzとする。
〔トナー〕
本発明に用いられるトナー粒子は、どのような手法を用いて製造されても構わないが、懸濁重合法、乳化重合法、懸濁造粒法の如き、水系媒体中で造粒する製造法によって得ることが好ましい。
以下、本発明に用いられるトナー粒子を得る上で最も好適な懸濁重合法を例示して、該トナー粒子の製造方法を説明する。
結着樹脂、着色剤、ワックス成分及び必要に応じた他の添加物を、ホモジナイザー、ボールミル、コロイドミル、超音波分散機の如き分散機に依って均一に溶解または分散させ、これに重合開始剤を溶解し、重合性単量体組成物を調製する。次に、該重合性単量体組成物を分散安定剤含有の水系媒体中に懸濁して重合を行なうことによってトナー粒子は製造される。上記重合開始剤は、重合性単量体中に他の添加剤を添加する時に同時に加えても良いし、水系媒体中に懸濁する直前に混合しても良い。また、造粒直後、重合反応を開始する前に重合性単量体あるいは溶媒に溶解した重合開始剤を加えることもできる。
本発明に用いられる結着樹脂としては、一般的に用いられているスチレン−アクリル共重合体、スチレン−メタクリル共重合体、エポキシ樹脂、スチレン−ブタジエン共重合体が挙げられる。重合性単量体としては、ラジカル重合が可能なビニル系重合性単量体を用いることが可能である。該ビニル系重合性単量体としては、単官能性重合性単量体或いは多官能性重合性単量体を使用することができる。
結着樹脂を生成するための重合性単量体としては、以下のものが挙げられる。スチレン;o−(m−,p−)メチルスチレン、m−(p−)エチルスチレンの如きスチレン系単量体;アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、メタクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸ブチル、アクリル酸オクチル、メタクリル酸オクチル、アクリル酸ドデシル、メタクリル酸ドデシル、アクリル酸ステアリル、メタクリル酸ステアリル、アクリル酸ベヘニル、メタクリル酸ベヘニル、アクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ジメチルアミノエチル、メタクリル酸ジメチルアミノエチル、アクリル酸ジエチルアミノエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチルの如きアクリル酸エステル系単量体或いはメタクリル酸エステル系単量体;ブタジエン、イソプレン、シクロヘキセン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、アクリル酸アミド、メタクリル酸アミドの如きエン系単量体。
これらの重合性単量体は、単独、または、一般的には出版物ポリマーハンドブック第2版III−p139乃至192(John Wiley&Sons社製)に記載の理論ガラス転移温度(Tg)が、40乃至75℃を示すように重合性単量体を適宜混合して用いられる。理論ガラス転移温度が40℃未満の場合にはトナーの保存安定性や耐久安定性の面から問題が生じやすく、一方75℃を超える場合は、定着性が低下する。
また、本発明のトナーに使用するトナー粒子を製造する場合においては、トナーのTHF可溶分を好ましい分子量分布とするために、低分子量ポリマーを添加することが好ましい一例である。低分子量ポリマーは、懸濁重合法によってトナー粒子を製造する場合には、重合性単量体組成物中に添加することができる。該低分子量ポリマーとしては、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定される重量平均分子量(Mw)が2,000乃至5,000の範囲で、且つ、Mw/Mnが4.5未満、好ましくは3.0未満のものが定着性と現像性において好ましい。
低分子量ポリマーの例としては、低分子量ポリスチレン、低分子量スチレン−アクリル酸エステル共重合体、低分子量スチレン−アクリル共重合体が挙げられる。
本発明において、上述の結着樹脂と共にポリエステル樹脂やポリカーボネート樹脂の如きカルボキシル基を有する極性樹脂を併用することが好ましい。
例えば、懸濁重合法により直接トナー粒子を製造する場合には、分散工程から重合工程に至る時に極性樹脂を添加すると、トナー粒子となる重合性単量体組成物と水系分散媒体の呈する極性のバランスに応じて、添加した極性樹脂がトナー粒子の表面に薄層を形成したり、トナー粒子表面から中心に向け傾斜性をもって存在するように、極性樹脂の存在状態を制御することができる。即ち、極性樹脂を添加することは、トナー表面部分を強化することができるので、本発明のトナーの微小圧縮硬度を最適化することが容易となる。
上記極性樹脂の好ましい添加量は、結着樹脂100質量部に対して1乃至25質量部であり、より好ましくは2乃至15質量部である。1質量部未満ではトナー粒子中での極性樹脂の存在状態が不均一となりやすく、一方、25質量部を超えるとトナー粒子の表面に形成される極性樹脂の層が厚くなるために、好ましくない。
本発明に用いられる極性樹脂としては、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、スチレン−アクリル酸共重合体、スチレン−メタクリル酸共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体が挙げられる。特にポリエステル樹脂が好ましく、酸は4乃至20mgKOH/gの範囲が好ましい。酸が4mgKOH/gより小さい場合、シェル構造を形成しにくく微小圧縮硬度のコントロールが困難になる。酸が20mgKOH/gを超える場合、帯電性に影響を及ぼし解像性が悪くなる。また分子量は3,000乃至30,000にメインピークの分子量を有すると、トナー粒子の流動性、負摩擦帯電特性を良好にすることができるため好ましい。
本発明においては、トナー粒子の機械的強度を高めると共に、トナーのTHF可溶成分の分子量を制御するために、結着樹脂を合成する時に架橋剤を用いてもよい。
2官能の架橋剤として、以下のものが挙げられる。ジビニルベンゼン、ビス(4−アクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、エチレングリコールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,5−ペンタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコール#200、#400、#600の各ジアクリレート、ジプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリエステル型ジアクリレート(MANDA日本化薬)、及び上記のジアクリレートをジメタクリレートに代えたもの。
多官能の架橋剤としては、以下のものが挙げられる。ペンタエリスリトールトリアクリレート、トリメチロールエタントリアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、オリゴエステルアクリレート及びそのメタクリレート、2,2−ビス(4−メタクリロキシポリエトキシフェニル)プロパン、ジアリルフタレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート及びトリアリルトリメリテート。これらの架橋剤の添加量は、重合性単量体100質量部に対して、好ましくは0.05乃至10質量部、より好ましくは0.1乃至5質量部である。
本発明のトナーに用いられる重合開始剤としては、以下のものが挙げられる。2,2’−アゾビス−(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、2,2’−アゾビス−4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビスイソブチロニトリルの如きアゾ系又はジアゾ系重合開始剤;ベンゾイルペルオキシド、メチルエチルケトンペルオキシド、ジイソプロピルペルオキシカーボネート、クメンヒドロペルオキシド、2,4−ジクロロベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、tert−ブチル−パーオキシピバレートの如き過酸化物系重合開始剤。
これらの重合開始剤の使用量は、目的とする重合度により変化するが、一般的には、重合性ビニル系単量体100質量部に対して3乃至20質量部である。重合開始剤の種類は、重合法により若干異なるが、10時間半減期温度を参考に、単独又は混合して使用される。
本発明トナーは低温定着性、高グロスの観点から100℃時のフローテスター粘度が10000以上45000Pa・s以下であることが好ましい。10000Pa・sより低い場合、トナー強度が低く耐久性に劣る。45000Pa・sより大きいと定着性が悪く高グロス、低温定着性が得られにくい。耐久性からより好ましくは15000以上40000Pa・s以下である。
本発明のトナーは、着色力を付与するために着色剤を必須成分として含有する。本発明に好ましく使用される着色剤として、以下の有機顔料、有機染料、無機顔料が挙げられる。
シアン系着色剤としての有機顔料又は有機染料としては、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アントラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物が挙げられる。具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントブルー1、C.I.ピグメントブルー7、C.I.ピグメントブルー15、C.I.ピグメントブルー15:1、C.I.ピグメントブルー15:2、C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ピグメントブルー15:4、C.I.ピグメントブルー60、C.I.ピグメントブルー62、C.I.ピグメントブルー。
マゼンタ系着色剤としての有機顔料又は有機染料としては、以下のものが挙げられる。縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アントラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、ペリレン化合物。具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントレッド2、C.I.ピグメントレッド3、C.I.ピグメントレッド5、C.I.ピグメントレッド6、C.I.ピグメントレッド7、C.I.ピグメントバイオレット19、C.I.ピグメントレッド23、C.I.ピグメントレッド48:2、C.I.ピグメントレッド48:3、C.I.ピグメントレッド48:4、C.I.ピグメントレッド57:1、C.I.ピグメントレッド81:1、C.I.ピグメントレッド122、C.I.ピグメントレッド144、C.I.ピグメントレッド146、C.I.ピグメントレッド150、C.I.ピグメントレッド166、C.I.ピグメントレッド169、C.I.ピグメントレッド177、C.I.ピグメントレッド184、C.I.ピグメントレッド185、C.I.ピグメントレッド202、C.I.ピグメントレッド206、C.I.ピグメントレッド220、C.I.ピグメントレッド221、C.I.ピグメントレッド254。
イエロー系着色剤としての有機顔料又は有機染料としては、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アントラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物、アリルアミド化合物に代表される化合物が挙げられる。具体的には、以下のものが挙げられる。C.I.ピグメントイエロー12、C.I.ピグメントイエロー13、C.I.ピグメントイエロー14、C.I.ピグメントイエロー15、C.I.ピグメントイエロー17、C.I.ピグメントイエロー62、C.I.ピグメントイエロー74、C.I.ピグメントイエロー83、C.I.ピグメントイエロー93、C.I.ピグメントイエロー94、C.I.ピグメントイエロー95、C.I.ピグメントイエロー97、C.I.ピグメントイエロー109、C.I.ピグメントイエロー110、C.I.ピグメントイエロー111、C.I.ピグメントイエロー120、C.I.ピグメントイエロー127、C.I.ピグメントイエロー128、C.I.ピグメントイエロー129、C.I.ピグメントイエロー147、C.I.ピグメントイエロー151、C.I.ピグメントイエロー154、C.I.ピグメントイエロー155、C.I.ピグメントイエロー168、C.I.ピグメントイエロー174、C.I.ピグメントイエロー175、C.I.ピグメントイエロー176、C.I.ピグメントイエロー180、C.I.ピグメントイエロー181、C.I.ピグメントイエロー191、C.I.ピグメントイエロー194。
黒色着色剤としては、カーボンブラック、上記イエロー系着色剤/マゼンタ系着色剤/シアン系着色剤を用い黒色に調色されたものが挙げられる。
これらの着色剤は、単独又は混合し更には固溶体の状態で用いることができる。本発明のトナーに用いられる着色剤は、色相角、彩度、明度、耐光性、OHP透明性、トナー中の分散性の点から選択される。
該着色剤は、好ましくは重合性単量体又は結着樹脂100質量部に対し1乃至20質量部添加して用いられる。
本発明においては重合法を用いてトナー粒子を得る場合には、着色剤の持つ重合阻害性や水相移行性に注意を払う必要があり、好ましくは、重合阻害のない物質による疎水化処理を着色剤に施しておいたほうが良い。特に、染料系着色剤やカーボンブラックは、重合阻害性を有しているものが多いので使用の際に注意を要する。染料系着色剤を処理する好ましい方法としては、あらかじめこれら染料の存在下に重合性単量体を重合せしめる方法が挙げられ、得られた着色重合体を重合性単量体組成物に添加する。
また、カーボンブラックについては、上記染料と同様の処理の他、カーボンブラックの表面官能基と反応する物質(例えば、ポリオルガノシロキサン等)で処理を行っても良い。
前記水系媒体調製時に使用する分散安定剤としては、公知の無機系及び有機系の分散安定剤を用いることができる。
具体的には、無機系の分散安定剤の例としては、以下のものが挙げられる。リン酸三カルシウム、リン酸マグネシウム、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、メタケイ酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、ベントナイト、シリカ、アルミナ。また、有機系の分散剤としては、以下のものが挙げられる。ポリビニルアルコール、ゼラチン、メチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩、デンプン。
また、市販のノニオン、アニオン、カチオン型の界面活性剤の利用も可能である。この様な界面活性剤としては、以下のものが挙げられる。ドデシル硫酸ナトリウム、テトラデシル硫酸ナトリウム、ペンタデシル硫酸ナトリウム、オクチル硫酸ナトリウム、オレイン酸ナトリウム、ラウリル酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム、オレイン酸カルシウム。
本発明のトナーに用いられる水系媒体調製時に使用する分散安定剤としては、無機系の難水溶性の分散安定剤が好ましく、しかも酸に可溶性である難水溶性無機分散安定剤を用いることが好ましい。
また、本発明においては、難水溶性無機分散安定剤を用い、水系媒体を調製する場合に、これらの分散安定剤の使用量は重合性単量体100質量部に対して、0.2乃至2.0質量部であることが好ましい。また、本発明においては、重合性単量体組成物100質量部に対して300乃至3,000質量部の水を用いて水系媒体を調製することが好ましい。
本発明において、上記のような難水溶性無機分散安定剤が分散された水系媒体を調製する場合には、市販の分散安定剤をそのまま用いて分散させてもよい。また、細かい均一な粒度を有する分散安定剤の粒子を得るために、水の如き液媒体中で、高速撹拌下、難水溶性無機分散安定剤を生成させて水系媒体を調製してもよい。例えば、リン酸三カルシウムを分散安定剤として使用する場合、高速撹拌下でリン酸ナトリウム水溶液と塩化カルシウム水溶液を混合してリン酸三カルシウムの微粒子を形成することで、好ましい分散安定剤を得ることができる。
本発明のトナーにおいては、必要に応じて荷電制御剤をトナー粒子と混合して用いることも可能である。荷電制御剤を配合することにより、荷電特性を安定化、現像システムに応じた最適の摩擦帯電量のコントロールが可能となる。
荷電制御剤としては、公知のものが利用でき、特に帯電スピードが速く、かつ、一定の帯電量を安定して維持できる荷電制御剤が好ましい。さらに、トナー粒子を直接重合法により製造する場合には、重合阻害性が低く、水系媒体への可溶化物が実質的にない荷電制御剤が特に好ましい。
荷電制御剤として、トナーを負荷電性に制御するものとしては、以下のものが挙げられる。有機金属化合物、キレート化合物が有効であり、モノアゾ金属化合物、アセチルアセトン金属化合物、芳香族オキシカルボン酸、芳香族ダイカルボン酸、オキシカルボン酸及びダイカルボン酸系の金属化合物。他には、芳香族オキシカルボン酸、芳香族モノ及びポリカルボン酸及びその金属塩、無水物、エステル類、ビスフェノールの如きフェノール誘導体類なども含まれる。さらに、尿素誘導体、含金属サリチル酸系化合物、含金属ナフトエ酸系化合物、ホウ素化合物、4級アンモニウム塩、カリックスアレーン、樹脂系帯電制御剤が挙げられる。
また、トナーを正荷電性に制御する荷電制御剤としては、以下のものが挙げられる。ニグロシン及び脂肪酸金属塩の如きによるニグロシン変性物;グアニジン化合物;イミダゾール化合物;トリブチルベンジルアンモニウム−1−ヒドロキシ−4−ナフトスルフォン酸塩、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレートの如き4級アンモニウム塩、及びこれらの類似体であるホスホニウム塩の如きオニウム塩及びこれらのレーキ顔料;トリフェニルメタン染料及びこれらのレーキ顔料(レーキ化剤としては、りんタングステン酸、りんモリブデン酸、りんタングステンモリブデン酸、タンニン酸、ラウリン酸、没食子酸、フェリシアン化物、フェロシアン化物など);高級脂肪酸の金属塩;樹脂系荷電制御剤。
本発明のトナーは、これら荷電制御剤を単独で或いは2種類以上組み合わせて含有することができる。
これら荷電制御剤の中でも、本発明の効果を十分に発揮するためには、含金属サリチル酸系化合物が好ましく、特にその金属がアルミニウムもしくはジルコニウムが好ましい。最も好ましい荷電制御剤としては、3,5−ジ−tert−ブチルサリチル酸アルミニウム化合物である。
荷電制御剤の好ましい配合量は、重合性単量体又は結着樹脂100質量部に対して0.01乃至20質量部、より好ましくは0.5乃至10質量部である。しかしながら、本発明のトナーには、荷電制御剤の添加は必須ではなく、トナーの層厚規制部材やトナー担持体との摩擦帯電を積極的に利用することでトナー中に必ずしも荷電制御剤を含ませる必要はない。
トナーの粒子径を測定する方法としては、市販の粒子径測定装置を用いることができるが、典型的にはベックマン・コールター株式会社製の精密粒度分布測定装置コールター・カウンター マルチサイザー3が用いられる。本発明に用いられるトナーは、体積平均粒径(Dv)が4.0μm以上10μm以下であることが好ましく、4.0μm以上8.0μm以下が更に好ましく、4.0μm以上7.0μm以下が特に好ましい。体積平均粒径が大きすぎると高解像度の画像形成に適さず、小さすぎると粉体としての取り扱いが困難となる。
本発明のトナーには重量平均径(D4r)が2μm以上40μm以下であり、且つ微小圧縮試験機における前記樹脂粒子の1粒子に負荷速度9.8×10-5N/secで荷重2.0×10-4Nを負荷したときの変位量をX20(μm)とし、負荷速度9.8×10-5N/secで荷重9.8×10-4Nを負荷した後、除荷した際の弾性変位量をY(μm)としたとき、0.15≦X20≦0.90、0.20≦Y≦0.85を満たす樹脂粒子を外添することが必須であることは上述した通りである。上記条件を満たせば使用される樹脂粒子の成分としては特に限定されるものではない。
好ましい樹脂粒子を形成する樹脂として、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、アミノ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂が挙げられる。この中でもウレタン架橋樹脂であると、微小圧縮試験機において本発明の範囲を得ることが比較容易なため好ましい。
樹脂粒子の含有量は、トナー粒子100質量部に対し0.1質量部以上5.0質量部以下が好ましい。含有量が0.1質量部より小さい場合、本発明の効果が十分に得られ難い。逆に5.0質量部より多いとトナーの摩擦帯電が均一に得られずカブリが発生しやすい。
樹脂粒子の重量平均粒径(D4r)と個数平均粒径(D1r)の比(D4r/D1r)が1.7以下であることが好ましい。D4r/D1rが1.7より大きいと摩擦帯電が均一に得られずカブリが発生しやすい。本発明の効果をより発揮するには、トナー粒子の重量平均粒径(D4t)と樹脂粒子の重量平均粒径(D4r)の比D4t/D4rが0.5以上3.0以下であることが好ましい。
本発明のトナーには樹脂粒子の他に既存の外添剤が外添されていてもよい。外添剤としては、シリカ微粉体、酸化チタン微粉体、アルミナ微粉体またはそれらの複酸化物微粉体の如き微粉体が挙げられる。該無機微粉体の中でもシリカ微粉体及び酸化チタン微粉体が好ましい。
シリカ微粉体としては、ケイ素ハロゲン化物の蒸気相酸化により生成された乾式シリカ又はヒュームドシリカ、及び水ガラスから製造される湿式シリカが挙げられる。無機微粉体としては、表面及びシリカ微粉体の内部にあるシラノール基が少なく、またNa2O、SO3 2-の少ない乾式シリカの方が好ましい。また乾式シリカは、製造工程において、塩化アルミニウム、塩化チタン他の如き金属ハロゲン化合物をケイ素ハロゲン化合物と共に用いることによって、シリカと他の金属酸化物の複合微粉体であっても良い。
無機微粉体は、トナーの流動性改良及びトナー粒子の帯電均一化のためにトナー粒子に外添される。無機微粉体を疎水化処理することによって、トナーの帯電量の調整、環境安定性の向上、高湿環境下での特性の向上を達成することができるので、疎水化処理された無機微粉体を用いることが好ましい。トナーに添加された無機微粉体が吸湿すると、トナーとしての帯電量が低下し、現像性や転写性の低下が生じ易くなる。
無機微粉体を疎水化するための処理剤としては、未変性のシリコーンワニス、各種変性シリコーンワニス、未変性のシリコーンオイル、各種変性シリコーンオイル、シラン化合物、シランカップリング剤、その他有機ケイ素化合物、有機チタン化合物が挙げられる。これらの処理剤は単独で或いは併用して用いられても良い。
その中でも、シリコーンオイルにより処理された無機微粉体が好ましい。より好ましくは、無機微粉体をカップリング剤で疎水化処理すると同時或いは処理した後に、シリコーンオイルにより処理した疎水化処理無機微粉体が高湿環境下でもトナー粒子の帯電量を高く維持し、選択現像性を低減する上でよい。
有機および無機微粒子の総量は、トナー粒子100質量部に対して1.5乃至5.0質量部であることが好ましい。
外添工程に用いる混合機としてはヘンシェルミキサー、スーパーミキサーといった既存の高速攪拌型の混合機を用いることができる。
〔トナー供給ローラ〕
本発明の画像形成方法に用いられるトナー供給ローラを詳しく説明する。トナー供給ローラとしては、芯金としての良導電性シャフトと、その外周に形成された発泡弾性層を備え、該発泡弾性層が、シリコーンとポリエーテルの共重合体を含有するトナー供給ローラを好適に用いることができる。
発泡弾性層の材料(基材)としては、例えば、ポリウレタン、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、天然ゴム、シリコーンゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エピクロルヒドリンゴムなどのゴム原料、または、これらゴム原料の製造原料である単量体等(これら単量体等をもゴム原料と表すことがある)を用いて得られる発泡弾性体のなかから選択して用いればよい。前記ゴム原料単独でまたはこれらのゴム原料の二種以上を組み合わせたゴム原料を用いて得られる発泡弾性体であってもよい。これらの発泡弾性体の中ではポリウレタンフォームが好ましく用いられる。
ポリウレタンフォームを形成するための原料を構成するポリオール成分としては、一般に軟質ポリウレタンフォームの製造に用いられている、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリマーポリオール等の公知のポリオール類の何れもが用いられ得る。またポリウレタンフォームを形成するための原料を構成するポリイソシアネート成分としては、公知の、少なくとも2官能以上のポリイソシアネートが用いられる。例えば、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、オルトトルイジンジイソシアネート、ナフチレンジイソシアネート、キシリ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、カルボジイミド変成MDI、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、ポリメリックポリイソシアネート等が、単独で、または併用される。
これらポリオール成分とポリイソシアネート成分とが配合されてなるポリウレタンフォーム原料には、シリコーンとポリエーテルの共重合体が含有されることが好ましい。この成分は整泡剤として役割を果たすが、特にシリコーン部、ポリエーテル部共に大きな制約はなく、公知の材料で好適に用いられる。
更に、架橋剤、発泡剤(水、低沸点物、ガス体等)、界面活性剤、触媒、所望の導電性を付与するための導電性付与剤や、帯電防止剤等も添加せしめることができる。
本発明のトナー供給ローラの製造方法は、特に限定されず、公知の製造方法の中から適した方法を選択しこれによって製造すればよい。具体的には、鉄やステンレス鋼等の金属材料等からなる、通常直径が4乃至10mm、長さが200乃至400mmの芯金を発泡弾性体で被覆して発泡弾性層を形成することにより製造することができる。トナー供給ローラの外径は、特に限定されず、その目的によりさまざまの外径を有するものとすることができるが、一般的には10乃至20mmの外径とすることができる。
例えば、ポリウレタン原料、シリコーンとポリエーテルの共重合体、発泡剤、所望により用いられる触媒、架橋剤、鎖延長剤、その他の助剤等を均質に混合してポリウレタン原料組成物を調製した後、芯金を予め配した成型金型のキャビティ内に前記原料組成物を注入し、加熱して反応硬化または固化させることにより一体的に発泡弾性層を形成し製造する方法、予め、上記ポリウレタン原料組成物を用いて別途形成した発泡弾性体のスラブやブロックから、切削加工等により、チューブ状等の所定の形状、寸法に切り出し、これに芯金を圧入して芯金上に発泡弾性層を被覆して製造する方法またはこれらの方法を適宜組み合わせた方法などを挙げることができる。所望の場合には、さらに、切削や研磨処理などによって所定の外径に調整してもよい。
本発明の画像形成方法に用いられる画像形成装置の一例を挙げる。
画像形成装置の構成を図4に示す。本例の画像形成装置は転写方式電子写真プロセスを用いたレーザービームプリンターである。
図4は本発明に係る画像形成方法に用いられる画像形成装置の一例としてタンデム型のカラーLBP(カラーレーザープリンタ)の断面図を示す。
図4において、1(1a〜1d)は図示矢印方向(反時計方向)に所定のプロセススピードで回転する潜像担持体としてのドラム型の電子写真感光体(以下、感光ドラムと称する)であり、感光ドラム1a,1b,1c,1dは順にカラー画像のイエロー(Y)成分、マゼンタ(M)成分、シアン(C)成分、ブラック(Bk)成分のそれぞれを分担するものである。これらの感光ドラム1a〜1dは、不図示のドラムモータ(直流サーボモータ)によって回転駆動されるが、各感光ドラム1a〜1dにそれぞれ独立した駆動源を設けても良い。尚、ドラムモータの回転駆動は不図示のDSP(デジタルシグナルプロセッサ)によって制御され、その他の制御は不図示のCPUによって行われる。
また、静電吸着搬送ベルト9aは、駆動ローラ9bと固定ローラ9c,9e及びテンションローラ9dに張架されており、駆動ローラ9bによって図示矢印方向に回転駆動され、記録媒体Sを吸着して搬送する。
以下、4色のうち、イエロー(Y)を例として説明する。
感光ドラム1aはその回転過程で1次帯電手段2aにより所定の極性及び電位に一様に1次帯電処理される。そして、感光ドラム1aに対してレーザービーム露光手段(以下、スキャナーと称する)3aにより光像露光がなされ、該感光ドラム1a上に画像情報の静電潜像が形成される。
次に、現像部4aによってトナー像が感光ドラム1a上に形成され、静電潜像が可視化される。同様な工程が他の3色(マゼンタ(B)、シアン(C)及びブラック(Bk))についてもそれぞれ実施される。
而して、4色のトナー像は、所定のタイミングで給紙ローラ8bにより搬送されてきた記録媒体Sを停止、再搬送するレジストローラ8cにより同期され、感光ドラム1a〜1dと静電吸着搬送ベルト9aとのニップ部において記録媒体Sにトナー像が順次転写される。また、これと同時に記録媒体Sへのトナー像転写後の感光ドラム1a〜1dはクリーニング手段6a,6b,6c,6dによって転写残トナー等の残存付着物が除去され、繰り返し作像に供される。
4つの感光ドラム1a〜1dからトナー像が転写された記録媒体Sは、駆動ローラ9b部において静電吸着搬送ベルト9a面から分離されて定着器10に送り込まれ、定着器10においてトナー像が定着された後、排出ローラ10cによって排出トレー13に排出される。
次に現像部の拡大図(図3)を用いて、本発明として適用される非磁性一成分接触現像方式での画像形成方法の具体例を説明する。図3において、現像ユニット13は、一成分現像剤としての非磁性トナー17を収容した現像剤容器23と、現像剤容器23内の長手方向に延在する開口部に位置し潜像担持体(感光ドラム)10と、対向設置されたトナー担持体14とを備え、潜像担持体10上の静電潜像を現像して可視化するようになっている。潜像担持体接触帯電部材11は潜像担持体10に当接している。潜像担持体接触帯電部材11のバイアスは電源12により印加されている。
トナー担持体14は、上記開口部にて図に示す右略半周面を現像剤容器23内に突入し、左略半周面を現像剤容器23外に露出して横設されている。この現像剤容器23外へ露出した面は、図3のように現像ユニット13の図中左方に位置する潜像担持体10に当接している。
トナー担持体14は、矢印B方向に回転駆動され、潜像担持体10の周速は50乃至170mm/s、トナー担持体14の周速は潜像担持体10の周速に対して1乃至2倍の周速で回転させている。
トナー担持体14の上方位置には、SUS等の金属板や、ウレタン、シリコーン等のゴム材料、バネ弾性を有するSUS又はリン青銅の金属薄板を基体とし、トナー担持体14への当接面側にゴム材料を接着したもの等からなる規制部材16が、規制部材支持板金24に支持され、自由端側の先端近傍をトナー担持体14の外周面に面接触にて当接するように設けられている。その当接方向としては、当接部に対して先端側がトナー担持体14の回転方向上流側に位置するいわゆるカウンター方向になっている。規制部材16の一例としては、厚さ1.0mmの板状のウレタンゴムを規制部材支持板金24に接着した構成で、トナー担持体14に対する当接圧(線圧)を、適宜設定したものである。当接圧は、好ましくは20乃至300N/mである。なお、当接圧の測定は、摩擦係数が既知の金属薄板を3枚当接部に挿入し、中央の1枚をばねばかりで引き抜いた値から換算する。
なお、規制部材16は当接面側にゴム材料などを接着したものの方がトナーとの付着性の面で、長期使用において規制部材へのトナーの融着、固着を抑制できるため望ましい。また規制部材16は、トナー担持体14に対する当接状態を先端に当接させるエッジ当接とすることも可能である。エッジ当接とする場合は、トナー担持体との接点におけるトナー担持体の接線に対する規制部材の当接角を40度以下になるよう設定するとトナーの層規制の点で更に望ましい。
トナー供給ローラ15は、規制部材16のトナー担持体14表面との当接部に対しトナー担持体14の回転方向上流側に当接され、かつ回転可能に支持されている。このトナー供給ローラ15のトナー担持体14に対する当接幅としては、1乃至8mmが有効で、またトナー担持体14に対してその当接部において相対速度を持たせることが好ましい。
帯電ローラ29は本発明の画像形成方法に必須のものではないが、設置されているとより好ましい。帯電ローラ29はNBR、シリコーンゴム等の弾性体であり、抑圧部材30に取り付けられている。そしてこの抑圧部材30による帯電ローラ29のトナー担持体14への当接荷重は0.49乃至4.9Nに設定する。帯電ローラ29の当接により、トナー担持体14上のトナー層は細密充填され均一コートされる。規制部材16と帯電ローラ29の長手位置関係は、帯電ローラ29がトナー担持体14上の規制部材16当接全域を確実に覆うことができるように配置されるのが好ましい。
また、帯電ローラ29の駆動については、トナー担持体14との間は従動又は同周速が必須であり、帯電ローラ29とトナー担持体14間に周速差が生じるとトナーコートが不均一になり、画像上にムラが発生するため好ましくない。
帯電ローラ29のバイアスは、電源27によってトナー担持体14と潜像担持体10の両者間に直流で(図3の27)印加されており、トナー担持体14上の非磁性トナー17は帯電ローラ29より、放電によって電荷付与を受ける。
帯電ローラ29のバイアスは、非磁性トナーと同極性の放電開始電圧以上のバイアスであり、トナー担持体14に対して1000乃至2000Vの電位差が生じるように設定される。
帯電ローラ29による帯電付与を受けた後、トナー担持体14上に薄層形成されたトナー層は、一様に潜像担持体10との対向部である現像部へ搬送される。
この現像部において、トナー担持体14上に薄層形成されたトナー層は、図3に示す電源27によってトナー担持体14と潜像担持体10の両者間に印加された直流バイアスによって、潜像担持体10上の静電潜像にトナー像として現像される。
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例中の及び比較例の部数及び%は特に断りが無い場合、すべて質量基準である。
本発明におけるトナー物性については、下記の方法を用いて測定を行った。
<樹脂粒子の微小圧縮測定>
本発明における樹脂粒子の微小圧縮の測定は超微小硬度計ENT1100(エリオニクス社製)を用いて行った。具体的な測定方法としては、セラミックセル上にトナーを塗布し、樹脂粒子がセル上に分散するように微小なエアーを吹き付ける。そのセルを装置にセットして測定した。
測定は、装置付帯の顕微鏡を覗きながら測定用画面(横幅:160μm 縦幅:120μm)に無機微粉体を有する樹脂粒子が1粒子で存在しているもの選択した。変位量の誤差を極力無くすため、樹脂粒子径が個数平均粒径(D1r)の±0.0μmのものを選択して測定した。
測定データに関しては任意の樹脂粒子100個を選んで測定し、測定結果として得られた最大変位量X100(μm)の最大値、及び最小値からそれぞれ10個を除いた残り80個をデータとして使用し、その80個について、X20、Yを求めた。
<トナーの100℃時の粘度測定>
本発明におけるトナーの100℃時の測定は、高架式フローテスター(島津製作所製 フローテスターCFT−500型)を用いて行った。具体的な測定方法としては、荷重9.807×105Pa、ダイ径1.0mmを用い、昇温速度3.0℃/minで連続的に加熱したときのプランジャーの降下量を測定した。得られたデータより100℃時の粘度を求めた。
測定に用いた試料は、粉体をΦ10mm、10mm厚となるように20×105Paの力で加圧成型したものを使用した。
<トナー担持体の硬度測定>
本発明におけるトナー担持体のMD−1硬度はマイクロゴム硬度計MD−1型、TypeA(高分子設計社製)を用いて常温常湿(23℃、55%RH)の環境中に5時間放置したトナー担持体に対して、中心部分付近を5点に渡って測定し、その平均値により求めた。
次に本発明の画像形成方法で用いるトナーの製造例について述べる。
〈トナー粒子1の製造〉
スチレン単量体100部に対して、C.I.Pigment Blue15:3を16.5部、ジ−ターシャリーブチルサリチル酸のアルミ化合物〔ボントロンE88(オリエント化学工業社製)〕を3.0部用意した。これらを、アトライター(三井鉱山社製)に導入し、半径1.25mmのジルコニアビーズ(140部)を用いて200rpmにて25℃で180分間撹拌を行い、マスターバッチ分散液1を調製した。
一方、イオン交換水710部に0.1M−Na3PO4水溶液450部を投入し60℃に加温した後、1.0M−CaCl2水溶液67.7部を徐々に添加してリン酸カルシウム化合物を含む水系媒体を得た。
・マスターバッチ分散液1 40部
・スチレン単量体 28部
・n−ブチルアクリレート単量体 18部
・低分子量ポリスチレン 20部
(Mw=3,000、Mn=1,050、Tg=55℃)
・炭化水素系ワックス 9部
(フィッシャートロプシュワックス、最大吸熱ピーク=78℃、Mw=750)
・ポリエステル樹脂 5部
(テレフタル酸:イソフタル酸:プロピレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物):エチレンオキサイド変性ビスフェノールA(2モル付加物)=30:30:30:10の重縮合物、酸価11、Tg=74℃、Mw=11,000、Mn=4,000)
上記材料を65℃に加温し、TK式ホモミキサー(特殊機化工業製)を用いて、5,000rpmにて均一に溶解し分散した。これに、重合開始剤1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエートの70%トルエン溶液7.0部を溶解し、重合性単量体組成物を調製した。
前記水系媒体中に上記重合性単量体組成物を投入し、温度65℃、N2雰囲気下において、TK式ホモミキサーにて10,000rpmで10分間撹拌し重合性単量体組成物を造粒した。その後、パドル撹拌翼で撹拌しつつ温度67℃に昇温し、重合性ビニル系単量体の重合転化率が90%に達したところで、0.1mol/リットルの水酸化ナトリウム水溶液を添加して水系分散媒体のpHを9に調整した。更に昇温速度40℃/hで80℃に昇温し4時間反応させた。重合反応終了後、減圧下でトナー粒子の残存モノマーを留去した。水系媒体を冷却後、塩酸を加えpHを1.4にし、6時間撹拌することでリン酸カルシウム塩を溶解した。トナー粒子を濾別し水洗を行った後、温度40℃にて48時間乾燥し、シアン色のトナー粒子(1)を得た。
〈トナー粒子2・3の製造〉
トナー粒子1において重合開始剤1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエートの70%トルエン溶液を11.4部(トナー粒子2)、5.8部(トナー粒子3)に変更する以外は同様にして、トナー粒子(2)、(3)を得た。
〈トナー粒子4の製造〉
下記材料を予め混合物し、二軸エクストルーダーで溶融混練し、冷却した混練物をハンマーミルで粗粉砕し、得られた微粉砕物を分級してトナー粒子(4)を得た。
・結着樹脂 100部
[スチレン−n−ブチルアクリレート共重合樹脂(Mw=30,000、Tg=62℃)]
・C.I.Pigment Blue15:3 5部
・ジ−ターシャリーブチルサリチル酸のアルミ化合物 3部
〔オリエント化学工業社製:ボントロンE88〕
・エステルワックス 6.0部
(ベヘン酸ベヘニル:最大吸熱ピーク=72℃、Mw=700)
Figure 0005020756
<トナー製造例1>
得られたトナー粒子(1)100部に対し、ヘキサメチルジシラザンで表面処理された疎水性シリカ微粉体1.0部(数平均一次粒子径:7nm)及びウレタン粒子(アートパールC800)0.5部をヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)で5分間乾式混合して、トナーAを得た。得られたトナーAの物性を表2に示す。
<トナー製造例2>
トナー製造例1において、ウレタン粒子(アートパールC800)をウレタン粒子(アートパールC400)に変更すること以外はトナー製造例1と同様にして、トナーBを得た。得られたトナーBの物性を表2に示す。
<トナー製造例3>
トナー製造例1において、ウレタン粒子(アートパールC800)をアクリル粒子(MX1000)に変更すること以外はトナー製造例1と同様にして、トナーCを得た。得られたトナーCの物性を表2に示す。
<トナー製造例4>
トナー製造例1において、ウレタン粒子(アートパールC800)をウレタン粒子(アートパールCF600T)に変更すること以外はトナー製造例1と同様にして、トナーDを得た。得られたトナーDの物性を表2に示す。
<トナー製造例5>
トナー製造例1において、ウレタン粒子(アートパールC800)をウレタン粒子(アートパールC200)に変更すること以外はトナー製造例1と同様にして、トナーEを得た。得られたトナーEの物性を表2に示す。
<トナー製造例6>
トナー製造例1において、ウレタン粒子(アートパールC800)を分級してD4rが3.2μmとした樹脂粒子に変更すること以外はトナー製造例1と同様にして、トナーFを得た。得られたトナーFの物性を表2に示す。
<トナー製造例7>
トナー製造例1において、ウレタン粒子(アートパールC800)をウレタン粒子(アートパールC800)0.25部、ウレタン粒子(アートパールC400)0.25部、に変更すること以外はトナー製造例1と同様にして、トナーGを得た。得られたトナーGの物性を表2に示す。
<トナー製造例8>
トナー製造例1において、ウレタン粒子(アートパールC800)の添加量を0.05部に変更すること以外はトナー製造例1と同様にして、トナーHを得た。得られたトナーHの物性を表2に示す。
<トナー製造例9>
トナー製造例1において、ウレタン粒子(アートパールC800)の添加量を5.5部に変更すること以外はトナー製造例1と同様にして、トナーIを得た。得られたトナーIの物性を表2に示す。
<トナー製造例10>
トナー製造例1において、トナー粒子(1)をトナー粒子(4)に変更すること以外はトナー製造例1と同様にして、トナーJを得た。得られたトナーJの物性を表2に示す。
<トナー製造例11>
トナー製造例1において、トナー粒子(1)をトナー粒子(2)に変更すること以外はトナー製造例1と同様にして、トナーKを得た。得られたトナーKの物性を表2に示す。
<トナー製造例12>
トナー製造例1において、トナー粒子(1)をトナー粒子(3)に変更すること以外はトナー製造例1と同様にして、トナーLを得た。得られたトナーLの物性を表2に示す。
<比較例用トナー製造例1>
トナー製造例1において、ウレタン粒子(アートパールC800)をウレタン粒子(アートパールC100)に変更すること以外はトナー製造例1と同様にして、トナーIを得た。得られたトナーIの物性を表2に示す。
<比較例用トナー製造例2>
トナー製造例1において、ウレタン粒子(アートパールC800)をアクリル粒子(CX1000)に変更すること以外はトナー製造例1と同様にして、トナーIIを得た。得られたトナーIIの物性を表2に示す。
<比較例用トナー製造例3>
トナー製造例1において、ウレタン粒子(アートパールC800)をアクリル−ウレタン粒子(EBA100B)に変更すること以外はトナー製造例1と同様にして、トナーIIIを得た。得られたトナーIIIの物性を表2に示す。
Figure 0005020756
次に本発明の画像形成方法で用いるトナー担持体の製造例について述べる。
<トナー担持体製造例1>
(弾性層の製造)
ビニル末端を有するポリジメチルシロキサン100部、カーボンブラック10部及び珪素原子結合水素原子を有するポリジメチルシロキサン100部をロールにより均一分散するまで混練りし、接着剤が塗布された軸芯体がセットされたパイプ形状の金型中にこの混合材料を注入した。その後この金型を熱盤で挟みながら120℃、30分、200kg/cm2にて架橋し、冷却した後パイプ金型から脱型し、次いで、200℃で4時間熱風乾燥炉中、2次硬化して弾性体ローラを得た。なお、軸芯体としては予め表面に厚さ2μmの無電解ニッケルメッキを施したSUS製棒を用いた。
(樹脂層の形成)
ウレタン樹脂を固形分4質量%(NCO/OH=1.0)となるよう調整したメチルエチルケトン溶液に、カーボンブラックを、樹脂成分100部に対し15部を攪拌分散して塗工液(液体粘度20m・pa・s)を得た。この溶液中に上記で得た弾性体ローラを浸漬し、ついで引き上げて乾燥させて塗工液を塗布し、次いで160℃にて2時間加熱処理して、導電化された樹脂層が弾性層の外周に設けられたトナー担持体Aを得た。得られたトナー担持体Aの物性を表3に示す。
<トナー担持体製造例2>
トナー担持体製造例1において、ウレタン固形分を5%に変更すること以外はトナー担持体製造例1と同様にして、トナー担持体Bを得た。得られたトナー担持体Bの物性を表3に示す。
<トナー担持体製造例3>
トナー担持体製造例1において、ウレタン固形分を10%に変更すること以外はトナー担持体製造例1と同様にして、トナー担持体Cを得た。得られたトナー担持体Cの物性を表3に示す。
<トナー担持体製造例4>
トナー担持体製造例1において、ウレタン固形分を1%に変更すること以外はトナー担持体製造例1と同様にして、トナー担持体Dを得た。得られたトナー担持体Dの物性を表3に示す。
<比較例用トナー担体製造例1>
トナー担持体製造例1において、ウレタン固形分を20%に変更すること以外はトナー担持体製造例1と同様にして、トナー担持体αを得た。得られたトナー担持体αの物性を表3に示す。
<比較例用トナー担体製造例2>
トナー担持体製造例1において、ウレタン樹脂のNCO/OHを0.8に変更すること以外はトナー担持体製造例1と同様にして、トナー担持体βを得た。得られたトナー担持体βの物性を表3に示す。
Figure 0005020756
本発明の画像形成方法で用いるトナー供給ローラの製造例について述べる。
<トナー供給ローラの製造>
次に、本発明に用いることのできるトナー供給ローラの作製例を以下に示す。ポリオール(商品名:FA908、三洋化成工業社製)90部、ポリオール(商品名:POP34−28、三洋化成工業社製)10部、TOYOCAT−ET(東ソー株式会社製商品名、第3級アミン触媒)0.1部、TOYOCAT−L33(東ソー株式会社製商品名、第3級アミン触媒)0.5部、水(発泡剤)2.5部、シリコーンとポリエーテル共重合体としてSH190(東レダウコーニングシリコーン社製商品名)1部を予め混合した。その後、この混合物にポリイソシアネートとしてコロネート1021(日本ポリウレタン工業)を24部加えて、混合攪拌し、次いで、上記成形型にて発泡成形することにより外径5mm芯金の周りに、厚さ4.5mmのポリウレタンスポンジからなる発泡弾性層を一体的に形成せしめてなるトナー供給ローラを作製した。
◎(画像評価)
画像評価は、市販のカラーレーザープリンタ HP Color LaserJet 4700dn(HP社製)を一部改造して評価を行った。改造はプロセススピードを200mm/secに変更し、定着温度を任意の温度に設定できるようにした。さらに、一色のプロセスカートリッジだけの装着でも作動するよう改良した。
市販のブラックカートリッジから中に入っているトナーを抜き取り、エアーブローにて内部を清掃した後、上記試験トナー(350g)とトナー担持体をカートリッジに装着し、このカートリッジを低温低湿環境下(15℃、10%RH)の環境で現像性と耐久性の評価を行なった。なお、画像評価項目は下記の通りであり、低温低湿環境下での画像評価は初期と横線で1%の印字率の画像を4万枚印字した後に行った。転写材は、LETTERサイズのXEROX 4024用紙(XEROX社製、75g/m2)を用いた。
〔解像性〕
解像性は、潜像電界によって電界が閉じやすく、再現しにくい600dpiにおける小径孤立1ドットの再現性によって評価した。
A:100個中の欠損が5個未満
B:100個中の欠損が5個以上10個未満
C:100個中の欠損が10個以上20個未満
D:100個中の欠損が20個以上
〔画像濃度〕
初期、4万枚のプリントアウト試験終了後、ベタ部分の画像濃度により評価した。尚、画像濃度の測定は「マクベス反射濃度計 RD918」(マクベス社製)を用いて、原稿濃度が0.00の白地部分のプリントアウト画像に対する相対濃度を測定した。転写材としては、A4サイズのCLC用紙(キヤノン社製、80g/m2)を用いた。
A:1.40以上
B:1.35以上、1.40未満
C:1.00以上、1.35未満
D:1.00未満
〔現像スジ〕
初期、4万枚のプリントアウト試験終了後、転写紙(75g/m2、A4サイズ紙)にHT画像(トナーの載り量:0.6mg/cm2)の画像をプリントアウトし、現像スジの数で評価した。
A:未発生
B:1個所以上、3個所以下
C:4個所以上、6個所以下
D:7個所以上、あるいは幅0.5mm以上のスジ
〔カブリ〕
「REFLECTOMETER MODEL TC−6DS」(東京電色社製)で、プリントアウト画像の非画像部の反射率(%)を測定する。得られた反射率を、同様にして測定した未使用のプリントアウト用紙(標準紙)の反射率(%)から差し引いた数値(%)を用いて評価した。数値が小さい程、画像カブリが抑制されていることになる。転写材としては、LETTERサイズのXEROX 4024用紙(XEROX社製、75g/m2)を用いた。
A:0.5未満
B:0.5以上、1.0未満
C:1.0以上、3.0未満
D:3.0以上
[グロス評価]
定着温度170℃でベタ画像(トナーの載り量:0.6mg/cm2)をPG−3D(日本電色工業製)を用いてグロス値の測定を行った。
A:グロス30以上40未満
B:グロス20以上30未満
C:グロス15から20未満
D:グロス15未満
〔フィルミング〕
4万枚のプリントアウト試験終了後、トナー担持体を取り外しエアーでトナーを吹き飛ばした後、メンディングテープ(住友スリーエム社製)でトナー担持体をテーピングし融着物を引き剥がし、「マクベス反射濃度計 RD918」(マクベス社製)を用いて測定、未使用のメンディングテープの値から差し引いた数値(%)を用いて評価した。
A:0.0%未満
B:0.02%以上、0.04%未満
C:0.04%以上、0.06%未満
D:0.06%以上
<実施例1>
トナー担持体AとトナーAを用いて評価を行なった。その結果、各項目において良好な結果が得られた。評価結果を表4に示す。
<実施例2>
トナー担持体BとトナーAを用いて評価を行なった。その結果、各項目において良好な結果が得られた。評価結果を表4に示す。
<実施例3>
トナー担持体CとトナーAを用いて評価を行なった。その結果、フィルミングが若干悪くなったものの問題となるレベルではなかった。評価結果を表4に示す。
<実施例4>
トナー担持体DとトナーAを用いて評価を行なった。その結果、各項目において概ね良好な結果が得られた。評価結果を表4に示す。
<実施例5>
トナー担持体AとトナーBを用いて評価を行なった。その結果、各項目において概ね良好な結果が得られた。評価結果を表4に示す。
<実施例6>
トナー担持体AとトナーCを用いて評価を行なった。その結果、各項目において概ね良好な結果が得られた。評価結果を表4に示す。
<実施例7>
トナー担持体AとトナーDを用いて評価を行なった。その結果、各項目において概ね良好な結果が得られた。評価結果を表4に示す。
<実施例8>
トナー担持体AとトナーEを用いて評価を行なった。その結果、カブリが若干悪くなったものの問題となるレベルではなかった。評価結果を表4に示す。
<実施例9>
トナー担持体AとトナーFを用いて評価を行なった。その結果、フィルミングが若干悪くなったものの問題となるレベルではなかった。評価結果を表4に示す。
<実施例10>
トナー担持体AとトナーGを用いて評価を行なった。その結果、カブリが若干悪くなったものの問題となるレベルではなかった。評価結果を表4に示す。
<実施例11>
トナー担持体AとトナーHを用いて評価を行なった。その結果、フィルミングが若干悪くなったものの問題となるレベルではなかった。評価結果を表4に示す。
<実施例12>
トナー担持体AとトナーIを用いて評価を行なった。その結果、カブリが若干悪くなったものの問題となるレベルではなかった。評価結果を表4に示す。
<実施例13>
トナー担持体AとトナーJを用いて評価を行なった。その結果、各項目において概ね良好な結果が得られた。評価結果を表4に示す。
<実施例14>
トナー担持体AとトナーKを用いて評価を行なった。その結果、現像スジが若干悪くなったものの問題となるレベルではなかった。評価結果を表4に示す。
<実施例15>
トナー担持体AとトナーLを用いて評価を行なった。その結果、定着グロスが若干悪くなったものの問題となるレベルではなかった。評価結果を表4に示す。
<比較例1>
トナー担持体αとトナーAを用いて評価を行なった。その結果、フィルミングが著しく悪化した。評価結果を表4示す。
<比較例2>
トナー担持体βとトナーAを用いて評価を行なった。その結果、現像性が著しく悪化した。評価結果を表4示す。
<比較例3>
トナー担持体AトナーI用いて評価を行なった。その結果、フィルミング、カブリが著しく悪化した。評価結果を表4に示す。
<比較例4>
トナー担持体AとトナーIIを用いて評価を行なった。その結果、現像スジが著しく悪化した。評価結果を表4に示す。
<比較例5>
トナー担持体AとトナーIIIを用いて評価を行なった。その結果、解像性が著しく悪化した。評価結果を表4に示す。
Figure 0005020756
本発明の現像ローラの一例を示す軸方向の断面図である。 本発明の現像ローラの一例を示す軸方向の断面図である。 本発明の画像形成方法を用いた現像装置及び該現像装置の周辺の装置の断面図である。 本発明の画像形成方法を用いた画像形成装置の断面図である。 本発明に用いたアートパールC800の微小圧縮試験における荷重−変位曲線である。
符号の説明
1:良導電性シャフト(軸体)
2:導電性弾性層
3:導電性樹脂層
21:感光ドラム
22:帯電部材
23:レーザー光
24:現像装置
25:現像ローラ
26:現像剤供給ローラ
27:現像ブレード
28:現像剤
29:転写ローラ
30:クリーニングブレード
31:廃現像剤容器
32:定着装置
33:紙
34:現像容器

Claims (7)

  1. 静電潜像担持体の表面にトナー担持体上のトナーを接触させ、トナー担持体が担持するトナーによって静電潜像担持体の表面の静電潜像を現像する画像形成方法において、
    前記トナー担持体のMD−1硬度が20以上60以下であり、
    前記トナーが、結着樹脂、着色剤及び離型剤を少なくとも含有するトナー粒子と樹脂粒子と無機微粉体とを有するトナーであって、
    前記樹脂粒子の重量平均径(D4r)が2μm以上40μm以下であり、且つ
    微小圧縮試験機における前記樹脂粒子の1粒子に負荷速度9.8×10-5N/secで荷重2.0×10-4Nを負荷したときの変位量をX20(μm)とし、負荷速度9.8×10-5N/secで荷重9.8×10-4Nを負荷した後、除荷した際の弾性変位量をY(μm)としたとき、下記式(1)及び(2)
    0.15≦X20≦0.90 (1)
    0.20≦Y≦0.85 (2)
    を満たすことを特徴とする画像形成方法。
  2. 前記トナーのフローテスターにおける100℃時の粘度が10000以上45000Pa・s以下であることを特徴とする請求項1に記載の画像形成方法。
  3. 前記トナー粒子の重量平均径(D4t)と、前記樹脂粒子の重量平均径(D4r)の比、D4t/D4rが0.5以上3.0以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の画像形成方法。
  4. 前記トナーが、前記樹脂粒子をトナー粒子100質量部あたり0.1質量部以上5.0質量部以下で有していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の画像形成方法。
  5. 前記樹脂粒子の重量平均粒径(D4r)と個数平均粒径(D1r)の比(D4r/D1r)が1.7以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の画像形成方法。
  6. 前記樹脂粒子がウレタン架橋樹脂で形成されている粒子であることを特徴とする請求項1乃至5のずれか1項に記載の画像形成方法。
  7. 前記X20(μm)と前記Y(μm)が、下記式(3)及び(4)
    0.20≦X20≦0.80 (3)
    0.30≦Y<0.75 (4)
    を満たすことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の画像形成方法。
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