JP5109584B2 - 静電荷像現像剤、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 - Google Patents

静電荷像現像剤、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 Download PDF

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Description

本発明は、静電荷像現像剤、プロセスカートリッジ及び画像形成装置に関する。
電子写真法では、帯電、露光工程により像保持体(感光体)に静電潜像を形成しトナーで現像し、現像像を転写体上に転写し、加熱等により定着し画像を得る。この様な電子写真法で用いられる現像剤は、結着樹脂中に着色剤を分散させたトナーを単独で用いる一成分現像剤と前記トナーとキャリアとからなる二成分現像剤とに大別することができる。二成分現像剤は、キャリアが現像剤の攪拌・搬送・帯電などの機能を有し、現像剤としての機能は分離されているため制御性が良いなどの特徴があり、現在広く用いられている。
近年、高画質を達成する手段としてデジタル化処理が採用されており、デジタル化処理により複雑な画像の高速処理が可能となった。この場合画像出力としては、光学系で作成された静電潜像を忠実に作像する必要があり、トナーとしても益々小粒径化が進み、忠実再現を狙った活動が加速されている。また、一方では小型化のための部品点数の抑制、低コスト化のための消耗品の延命化も要求され、現像剤への高機能化、高信頼性が命題である。さらに、高生産性を達成するために、像保持体の速度は高速化が進んでおり、安定的な高画質を得るためには、現像、転写、定着、クリーニングの各プロセスの改善が非常に重要となってきている。
例えば、感光体上に残ったトナーをクリーニングブレードでかきとるクリーニング工程においては、小粒径かつ球状のトナーはクリーニングブレードをすり抜けてしまい、次の画像に出てしまうといった課題がある。
上記課題に対して、球状トナーと不定形トナーとを混合したトナーを用いる方法が提案されている(例えば、特許文献1〜4参照)。また、小径かつ球状のトナーの流動性確保及び転写性能補助のために、比較的粒径の大きい無機酸化物粒子をトナーに外添する方法がある(例えば、特許文献5参照)。
また、トナーの小粒径化に伴う帯電特性の改善はさらに重要になる。現像工程においては、トナーの小粒径化により質量当たりの電荷量(q/m)が大きくなるため現像し難くなり、同量の現像量を得るには現像電界を大きくする必要が生じてくる。しかし、現像電界は感光体の表面電位で上限が決まってしまうため、一定電位以上をとることはできない。したがって、トナーの帯電量を調整するためにキャリアの帯電能力を低く調整することで、トナーのq/mを小さくし、一定の現像量を得るようにしなければならない。しかし、一方でトナーの粒径を小さくすると、トナーのq/mは大きくなるが、トナーの1個当たりの電荷量が小さくなる。そのため、トナーとキャリアとの静電付着力、すなわち鏡像力が小さくなり、トナーがキャリアから分離しやすくなるため、現像器中での攪拌による機内飛散や背景部へのカブリが発生しやすくなってしまう。
また転写工程においては、現像電界と逆電界を印加することでトナーを転写しやすくしているが、その場合もトナー1個の電荷が小さすぎると転写し難くなり、転写像のムラや白抜けを生じてしまう。さらに小粒径化により、トナーと感光体との付着力、すなわちトナー感光体間鏡像力とトナー感光体間分子間力との合力は、鏡像力が小さくなる一方で分子間力が大きくなっていくため非静電的付着力の割合が大きくなっていく。したがって、さらに転写電界により転写することが困難になってくる。
上記問題に対しては、例えばトナーの平均表面電荷密度の絶対値を|3〜6|nC/cmにすることでトナー飛散を抑制する方法が提案されている(例えば、特許文献6参照)。また、表面電荷密度の絶対値を45μC/m以上にすることで、帯電量の小さなトナーを極力減らす方法も提案されている(例えば、特許文献7参照)。
さらに、中心粒径D50よりも粒径が小さいトナーの表面電荷密度σSと、中心粒径D50よりも粒径が大きいトナーの表面電荷密度σLとの比σS/σLを0.50以上0.91以下にすることも提案されている(例えば、特許文献8参照)。
以上のように、高画質な画像を長期にわたって得るためには、小粒径化により技術的難易度が向上したトナーの帯電特性をさらに改善し、現像性及び転写性の両立と長期間にわたる機内汚染、カブリ等の発生を抑制することが非常に重要である。
特公平3−22979号公報 特開平6−148941号公報 特開平7−49584号公報 特開2006−293335号公報 特開平3−100661号公報 特開平4−44043号公報 特開2005−99193号公報 特開平9−62025号公報
本発明の課題は、良好なクリーニング性を維持しつつ背景部カブリのない高精細な画像を得ると同時に、画像ムラ、機内汚染や転写ムラの発生を長期にわたって抑制できる静電荷像現像剤、プロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することである。
上記課題は、以下の本発明により達成される。
すなわち請求項1に係る発明は、外添剤を含むトナーと、芯材表面に樹脂被覆層が形成されたキャリアと、を有し、
前記トナーの形状係数SF1が125以上135以下であり、トナー全体に対する形状係数SF1が125未満の粒子数が5個数%以上30個数%以下、形状係数SF1が135を超える粒子数が5個数%以上30個数%以下であり、
かつ、前記樹脂被覆層に用いる樹脂の引っかき強度試験における引っかき線幅が80μm以上200μm以下、引っかき深さが60μm以上150μm以下である静電荷像現像剤である。
請求項2に係る発明は、前記外添剤が、体積平均1次粒径が70nm以上200nm以下の金属酸化物粒子を含む請求項1に記載の静電荷像現像剤である。
請求項3に係る発明は、現像剤として22℃、相対湿度50%の環境に170時間放置後の、前記トナーにおける下記式(1)で示される表面電荷密度分布Dが5dB以上である請求項1または2に記載の静電荷像現像剤である。
D[dB]=10×log(m/σ) ・・・ 式(1)
上記式において、mはトナーの表面電荷密度平均値、σはトナーの表面電荷密度標準偏差を各々表す。
請求項4に係る発明は、前記トナーが、結晶性樹脂を含有する請求項1〜3のいずれか1項に記載の静電荷像現像剤である。
請求項5に係る発明は、前記キャリアにおける樹脂被覆層の厚さが、70nm以上である請求項1〜4のいずれか1項に記載の静電荷像現像剤である。
請求項6に係る発明は、現像剤保持体を少なくとも備え、請求項1〜5のいずれか1項に記載の静電荷像現像剤を収めるプロセスカートリッジである。
請求項7に係る発明は、像保持体と、該像保持体上に形成された静電荷像を現像剤によりトナー像として現像する現像手段と、像保持体上に形成されたトナー像を被転写体上に転写する転写手段と、被転写体上に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を有し、前記現像剤が請求項1〜5のいずれか1項に記載の静電荷像現像剤である画像形成装置である。
本発明の請求項1に係る発明によれば、長期使用においても良好なクリーニング性を維持しつつ背景部カブリのない高精細な画像を得ることが可能な静電荷像現像剤を提供することができる。
請求項2に係る発明によれば、小粒径で球状のトナーを使用した場合のクリーニング性をさらに向上させることができる。
請求項3に係る発明によれば、さらに画像ムラや機内汚染の発生のない静電荷像現像剤を提供することができる。
請求項4に係る発明によれば、さらに低温定着化を可能とすることができる。
請求項5に係る発明によれば、トナー表面における外添剤の偏在化を防止でき、カブリや機内汚染の発生をより低減することができる。
請求項6係る発明によれば、良好なクリーニング性を維持しつつ背景部カブリのない高精細な画像を得ると同時に、機内汚染の発生を長期にわたって抑制できる静電荷像現像剤の取り扱いを容易にし、種々の構成の画像形成装置への適応性を高めることができる。
請求項7に係る発明によれば、長期使用においても機内汚染や転写ムラの発生がなく良好なクリーニング性を維持しつつ画像ムラやカブリのない高精細な画像形成を行うことができる。
以下、本発明を詳細に説明する。
<静電荷像現像剤>
本発明の静電荷像現像剤(以下、単に「現像剤」という場合がある。)は、トナーと、芯材表面に樹脂被覆層が形成されたキャリアと、を含み、前記トナーの形状係数SF1が125以上135以下であり、トナー全体に対する形状係数SF1が125未満の粒子数が5個数%以上30個数%以下、形状係数SF1が135を超える粒子数が5個数%以上30個数%以下であり、かつ、前記樹脂被覆層に用いる樹脂の引っかき強度試験における引っかき線幅が80μm以上200μm以下、引っかき深さが60μm以上150μm以下であることを特徴とする。
前記のように、トナーの小粒径化、球形化に伴うクリーニング工程でのすり抜けを防止するため、球状トナーと不定形トナーとを混合する等の方法によりトナーの形状分布を広くすることは有効な手段である。しかし、上記形状分布の広いトナーに外添剤として大粒径の無機粒子や小粒径の無機粒子の凝集物等の存在により、特に低密度画像を長期間出力した後に高密度画像を出力した場合に、トナーが背景部へ飛散するという問題が生じる場合がある。
すなわち、大粒径の外添剤や凝集物は小粒径の外添剤と比較してトナーへの付着力が弱く動きやすい。このため、現像器内で攪拌ストレスがかかった場合に、不定形トナー(後述する形状係数SF1の比較的大きいトナー)では、凹部に大粒径の外添剤や凝集物が溜まり凸部には大粒径の外添剤や凝集物が少なくなるとともに、球状トナー(形状係数SF1の比較的小さいトナー)では、逃げ場がないために動きやすい大粒径の外添剤や凝集物を多く抱えることになってしまうなど、様々な形で外添剤が偏在したトナーとなってしまうことがある。
この場合、トナーごとの外添剤組成が均一でなくなるために、結果として帯電量の分布が制御できなくなってしまい、画像の背景部に帯電量の低いトナーが飛散することになる。
上記問題に対し、本発明者等が鋭意検討した結果、キャリアを含む2成分現像剤においてキャリアの樹脂被覆層に用いる樹脂をある程度柔らかい(脆い)ものとすることにより、前記大粒径の外添剤粒子のトナーにおける偏在を回避することができることがわかった。
すなわち、大粒径の外添剤はトナーやキャリアへの付着力が大きいことから、現像器内で攪拌されると、トナー同士あるいはキャリアへ移行する。特に動きやすい大粒径の外添剤や凝集物は静電的引力でキャリアへ移行するが、トナーの方が柔らかくまた比重も小さいことから、長期間攪拌されるとその外添剤や凝集物も最終的にはトナーに埋没していく。しかしながら、前記柔らかい樹脂をキャリアの被覆樹脂として用いると、大粒径の外添剤や凝集物をキャリア側へ捕集することができる。したがって、トナーの形状分布が広い場合でも前記大粒径の外添剤や凝集物の粒子ごとの偏在を低減することができる。これにより、前記帯電量のブロード化を抑制することができる。
より具体的には、引っかき強度試験における引っかき線幅が80μm以上200μm以下、引っかき深さが60μm以上150μm以下である樹脂を樹脂被覆層に用いる。
引っかき線幅が80μmよりも小さい場合、大粒径の外添剤をキャリアで捕集することはできない。一方200μmを超えると、キャリアの被覆樹脂として用いた場合、現像器内の攪拌ストレスで樹脂が剥がれてしまう。また、引っかき深さが60μmよりも小さい場合、大粒径の外添剤はキャリア上においても動きやすい状態となるため、該外添剤を十分に捕集することができない。一方150μmを越えると、必要以上の外添剤を捕集するためキャリア帯電付与能力が低下し、トナーの画像背景部への飛散を抑制することができない。
前記引っかき線幅は90μm以上180μm以下であることが望ましく、100μm以上150μm以下であることがより好適である。
また、前記引っかき深さは70μm以上140μm以下であることが望ましく、80μm以上120μm以下であることがより好適である。
なお、前記引っかき強度試験は以下のようにして行った。
まず、測定対象の樹脂を溶剤に溶解させた後(現像剤の場合はトナーを洗浄分離した後、キャリアを溶剤に浸漬して被覆樹脂を溶解する)、艶消しステンレス基材にキャストし、これを乾燥して評価用試料を作製した(膜厚:300〜800μm程度)。これを、引っかき強度試験機(トライボギア、新東科学(株)製)にセットし、使用針No.7、荷重100gとして針移動速度1500mm/分、移動幅50mmの条件で引っかき試験を行い、引っかき傷の線幅及び深さをレーザー顕微鏡(TK9500、(株)キーエンス社製)を用いて計測した。なお膜厚は300μm以上であれば下層の影響を受けない。800μmまでとしているのは実験条件により差を生じにくくするためである。
本発明に用いるトナーは、前記のように形状分布が広いトナーであり、具体的には形状係数SF1が125以上135以下であり、トナー全体に対する形状係数SF1が125未満の粒子数が5個数%以上30個数%以下、形状係数SF1が135を超える粒子数が5個数%以上30個数%以下である。すなわち、形状係数が一定の範囲であり、その分布を適正な範囲とすることで、転写性とクリーニング性とを両立させることができる。
前記全体の形状係数SF1が125未満では、全体として球状となるため形状分布を広くしても前記ブレードのすり抜けを回避することができない。135を超えると、全体として不定形に近くなるため良好な転写性等を確保することができない。全体の形状係数SF1は126以上134以下であることが望ましく、126以上133以下であることがより好適である。
また、トナー全体に対する形状係数SF1が125未満の粒子数が5個数%以上30個数%以下であると、良好な転写性を確保しつつ、外添剤偏在による帯電量分布を抑制することができる。さらに、トナー全体に対する形状係数SF1が135を超える粒子数が5個数%以上30個数%以下であると、クリーニング性を確保するとともに、外添量偏在による帯電量分布を制御することができる。
前記SF1が125未満の粒子数は5個数%以上25個数%以下であることが望ましく、5個数%以上15個数%以下であることがより好適である。また前記SF1が135を超える粒子数は5個数%以上25個数%以下であることが望ましく、5個数%以上15個数%以下であることがより好適である。
ここで上記形状係数SF1は、下記式(2)により求められる。
SF1=(ML2/A)×(π/4)×100 ・・・ 式(2)
上記式(1)中、MLはトナー粒子の絶対最大長、Aはトナー粒子の投影面積を各々示す。
前記SF1は、主に顕微鏡画像または走査電子顕微鏡(SEM)画像を画像解析装置を用いて解析することによって数値化され、例えば、以下のようにして算出することができる。すなわち、スライドガラス表面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、500個以上のトナー粒子の最大長と投影面積を求め、上記式(2)によって計算し、その平均値を求めることにより得られる。
また、前記SF1が125未満、135を超えるトナー個数の割合は、上記により測定した500個の粒子のSF1値から、各々の形状係数範囲のトナー個数の割合として求めたものである。
一方、近年のトナーは結着樹脂と着色剤以外に離型剤などの他成分が添加されることが多くなってきている。また種々の外添剤も添加されることもあいまってトナー表面の組成分布が非常に複雑になってきている。したがって、前記形状分布の広いトナーに対して、外添剤の偏在化を避けるための工夫のみでは、例えば機内汚染や微細な画像ムラ発生に対しては不十分であることがわかってきた。
そして、本発明者等がさらに検討を進めた結果、背景部カブリ以外に機内汚染や画像ムラのない高画質画像を得るためには、トナー全体の帯電量を制御しトナーすべての粒子一個一個の帯電量を均質化するだけでは不十分であり、トナーを構成する材料組成を考えると、トナー表面においても電荷のばらつきが生じる可能性が高く、トナーの表面電荷も均質化する必要があることがわかった。
すなわち、トナーの平均的な帯電量を一定に保つだけでは近年の高画質化要求に対応することは困難であり、トナー一個一個の表面の電荷をそろえる必要である。本発明者等は、トナー一個一個の表面電荷密度分布Dを下記式(1)により計算し、その値を5dB以上にすることが望ましいことを見出した。
D[dB]=10×log(m/σ) ・・・ 式(1)
上記式において、mはトナーの表面電荷密度平均値、σはトナーの表面電荷密度標準偏差を各々表す。
表面電荷密度分布Dが5dBに満たないと、トナー一個一個における表面電荷の均一性が悪化し、機内汚染や画像ムラが発生する場合がある。
表面電荷密度分布Dは6dB以上であることがより望ましい。ただし、実際のトナー製造上の制限から上限は8dB程度である。
ここで、トナーの表面電荷密度Dは具体的には下記のように算出した。
まず、現像剤として22℃、相対湿度(RH)50%の環境に170時間放置後、トナー一個の粒径d(μm)からトナー粒子を球形とした場合の表面積AをA=πd(μm)として算出する。次に、トナー一個の電荷q(fC)を前記表面積Aで除しトナー一個の表面電荷密度q/A(fC/μm)を算出し、これを少なくとも2000個以上の粒子について算出して、平均値m及び標準偏差σを求め、式(1)によりトナーの表面電荷密度分布Dを求めた。
なお、前記トナー一個の粒径d及び電荷qは同一粒子の数値である必要があるため、粒径と電荷とが同時に測定できるもので計測する必要がある。これらはトナー一個の粒径と電荷とが対応して測定できれば特に規定するものではないが、本発明では、粒度・帯電量分布測定装置(E-Spart Analyser、ホソカワミクロン(株)製)を用いて測定を行った。
また、上記表面電荷密度分布Dに関しては、粒子間の組成の違いやトナー表面における組成の違いによって、帯電能力の違いだけでなく、その電荷漏洩の時定数が異なるために、放置によって上記表面電荷密度の均一性が低下していく傾向にあり、これは特に高温高湿下で著しいことがわかった。この原因は、トナーに用いる助剤など材料種によって高湿下での水分吸着量が異なるため、トナー粒子の表面組成ばらつきや組成の異なる助剤など、水分吸着量の多い部分と少ない部分ができてしまう結果、水分吸着量の大きな部分は電荷漏洩の時定数が早く、逆に水分吸着量が少ない部分は電荷漏洩の時定数が遅くなり、粒子間やトナー表面組成によって表面電荷密度が徐々に異なってくるためと考えられる。
したがって、高温高湿環境下において背景部カブリや機内汚染等のない高画質画像を得るための条件は、前記と若干異なり、現像剤として28℃、85%RHに170時間放置した後の、前記式(1)で示される表面電荷密度分布Dが5dB以上であることが望ましいことも見出された。
以下、実施形態により本発明の静電荷像現像剤を説明する。
(キャリア)
本実施形態におけるキャリアは、二成分現像剤に使用し得る樹脂被覆層を有するキャリアであり、該樹脂被覆層に用いられる樹脂が前記引っかき強度試験における特性を満たせば、特に制限はなく、公知のキャリアを用いることができる。例えば、樹脂被覆層のマトリックス樹脂に磁性粉末などが分散された樹脂分散型キャリアであってもよいし、芯材粒子に空隙を有するような多孔質コアに樹脂を含浸被覆する樹脂含浸型キャリアでも良い。
キャリアに使用される被覆樹脂・マトリックス・含侵樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルエーテル、ポリビニルケトン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、スチレン−アクリル酸共重合体、オルガノシロキサン結合からなるストレートシリコーン樹脂またはその変性品、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ウレア樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。
これらのうち、特に前記引っかき強度特性を満たすためには、スチレンモノマーを含む単量体を重合した樹脂が望ましく、例えばポリスチレン、スチレン−アクリル酸共重合体などを用いることが望ましい。
なお、上記樹脂の分子量、分子量分布は以下の条件で行ったものである。GPCは「HLC−8120GPC、SC−8020(東ソー(株)社製)装置」を用い、カラムは「TSKgel、SuperHM−H(東ソー(株)社製6.0mmID×15cm)」を2本用い、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いた。実験条件としては、試料濃度0.5%、流速0.6ml/min、サンプル注入量10μl、測定温度40℃、IR検出器を用いて実験を行った。また、検量線は東ソー社製「polystylene標準試料TSK standard」:「A−500」、「F−1」、「F−10」、「F−80」、「F−380」、「A−2500」、「F−4」、「F−40」、「F−128」、「F−700」の10サンプルから作製した。
なお、試料解析におけるデータ収集間隔は300msとした。
また、用いる樹脂のガラス転移温度は70℃以上150℃以下とすることが望ましく、80℃以上130℃以下とすることがより望ましい。
上記樹脂等のガラス転移温度(Tg)は、ASTMD3418−8に準拠して、示差走査熱量計(島津製作所製:DSC60、自動接線処理システム付き)を用い、25℃から150℃まで昇温速度10℃/分の条件下で測定し、階段状の吸熱量変化における中間点の温度として求めた。
また、前記表面電荷密度分布Dを5dB以上とするためには、キャリア側も帯電効率を高める必要があり、そのためには、樹脂被覆層が脂環基を有する樹脂を含有することが望ましい。該脂環基としては、シクロアルキル基が特に優れている。
シクロアルキル基が優れている理由は明らかではないが、一般にアルキル基はキャリアの芯材との密着性が低く、またシクロアルキル基は立体障害が生じやすい。そのため被覆時にシクロアルキル基は芯材からなるべく離れる位置に存在しやすくなり、結果的にキャリアの表面に集まりやすくなるものと考えられ、さらにシクロアルキル基は疎水性が高いため、優れた帯電性が得られるものと考えられる。
シクロアルキル基を有する樹脂としては、(1)側鎖にシクロアルキル基を含むモノマーの単独重合体や、(2)側鎖にシクロアルキル基を含むモノマーを2種以上重合した共重合体、(3)側鎖にシクロアルキル基を含むモノマーとシクロアルキル基を含まないモノマーとの共重合体、等を挙げることができる。
上記(1)〜(3)の樹脂の中でも、より顕著な帯電性向上の効果が得られる観点から、(2)側鎖にシクロアルキル基を含むモノマーを2種以上重合した共重合体が特に好ましい。
上記シクロアルキル基としては、3〜10員環のものが好ましく、シクロヘキシル基、アダマンチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロノニル基、シクロデシル基、イソボニル基、ノルボニル基、ボロニル基等が挙げられ、帯電量の偏在が生じにくいという観点から、シクロヘキシル基、アダマンチル基が特に好ましい。
前記脂環基を有する樹脂としては、例えば、シクロプロピルアクリレート、シクロプロピルアクリレート、シクロペンチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレートなどの脂環基含有アクリル樹脂;ノルボルネン樹脂;ポリカーボネート樹脂;ポリエステル樹脂;などが挙げられるが、特にシクロヘキシルメタクリレートが構造的に安定であり好ましい。また、これら脂環基含有樹脂に、アクリル樹脂;ポリエチレン及びポリプロピレンなどのオレフィン樹脂;ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル及びポリビニルケトン等のポリビニル系樹脂及びポリビニリデン系樹脂;オルガノシロキサン結合からなるストレートシリコーン樹脂またはその変性品;ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素系樹脂;ポリウレタン、フェノール樹脂、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、ポリアミド樹脂等のアミノ樹脂;エポキシ樹脂;等のそれ自体の公知の樹脂成分を共重合させた重合体を用いてもよい。
特に、ジメチルアミノメタクリレートなどを0.5質量部以上5質量部以下で共重合したものが帯電量付与の観点で好ましい。また、前記引っかき強度特性を満足させるためには、脂環基含有樹脂にスチレンモノマーを共重合させた樹脂を用いることが望ましい。
この場合におけるスチレンモノマーの含有量(スチレン組成)、重合体の重量平均分子量、ガラス転移温度等は、前記脂環基を有する樹脂に限定しない場合と同様である。
一般に、キャリアは適度な電気抵抗値を有することが好ましく、その抵抗調整のために、導電性粉末を前記樹脂中に分散させることが好ましい。前記導電性粉末としては、金、銀、銅といった金属やカーボンブラック、さらに酸化チタン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、ホウ酸アルミニウム、チタン酸カリウム、酸化スズ、カーボンブラック等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。
また、キャリアの芯材としては、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性金属、フェライト、マグネタイト等の磁性酸化物、ガラスビーズ等が挙げられるが、キャリアを磁気ブラシ法に用いるためには、磁性材料であることが好ましい。キャリアの芯材の体積平均粒径としては、10μm以上100μm以下の範囲であることが好ましく、25μm以上50μm以下の範囲であることがより好ましい。
キャリアの芯材の表面に前記樹脂を被覆するには、前記被覆樹脂及び必要に応じて各種添加剤を、適当な溶媒に溶解した被覆層形成用溶液により被覆する方法が採られる。溶媒としては、特に限定されるものではなく、使用する被覆樹脂、塗布適性等を勘案して適宜選択すればよい。
具体的な樹脂被覆方法としては、キャリアの芯材の粉末を被覆層形成用溶液中に浸漬する浸漬法、被覆層形成用溶液をキャリアの芯材表面に噴霧するスプレー法、キャリアの芯材を流動エアーにより浮遊させた状態で被覆層形成用溶液を噴霧する流動床法、ニーダーコーター中でキャリアの芯材と被覆層形成用溶液とを混合し、溶剤を除去するニーダーコーター法が挙げられる。
本実施形態において、樹脂被覆層の平均膜厚は100nm以上であることが望ましく、200nm以上であることがより好適である。樹脂被覆層の平均膜厚が100nmよりも薄いと、前記大粒径の外添剤を効率的に捕集できない場合があり、また長時間使用時に被覆樹脂層剥離による抵抗低下が発生したり、キャリアの粉砕を充分に制御し難くなる場合がある。なお、樹脂被覆層の平均膜厚の上限は2μm程度である。
樹脂被覆層の平均膜厚(μm)は、磁性体粒子の真比重をρ(無次元)、磁性体粒子(芯材)の体積平均粒径をd(μm)、樹脂被覆層の平均比重をρ、磁性体粒子100質量部に対する樹脂被覆層の全含有量をW(質量部)とすると、以下のようにして求めることができる。
平均膜厚(μm)=[キャリア1個当たりの被覆樹脂量(導電剤等の添加物もすべて含む)/キャリア1個当たりの表面積]÷樹脂被覆層の平均比重=[4/3π・(d/2)・ρ・W]/[4π・(d/2)]÷ρ=(1/6)・(d・ρ・W/ρ
本実施形態におけるキャリアの体積抵抗率は、1×10Ω・cm以上1×1015Ω・cm以下の範囲に制御されることが好ましく、1×10Ω・cm以上1×1014Ω・cm以下の範囲であることがより好ましい。
キャリアの体積抵抗率が1×1015Ω・cmを超える場合、高抵抗になり、現像時に現像電極として働きにくくなるため、特にベタ画像部で該エッジ効果が出るなど、ソリッド再現性が低下する場合がある。一方、1×10Ω・cm未満の場合、低抵抗になるため、現像剤中のトナー濃度が低下した時に現像ロールからキャリアへ電荷が注入し、キャリア自体が現像されてしまう不具合が発生しやすくなる場合がある。
上記キャリアの体積抵抗率(Ω・cm)は以下のように測定する。なお、測定環境は、温度20℃、湿度50%RHとする。
20cmの電極板を配した円形の治具の表面に、測定対象物を1〜3mm程度の厚さになるように平坦に載せ、層を形成する。この上に前記同様の20cmの電極板を載せ層を挟み込む。測定対象物間の空隙をなくすため、層上に載置した電極板の上に4kgの荷重をかけてから層の厚み(cm)を測定する。層の上下の両電極には、エレクトロメーターおよび高圧電源発生装置に接続されている。両電極に電界が103.8V/cmとなるように高電圧を印加し、このとき流れた電流値(A)を読み取ることにより、測定対象物の体積抵抗率(Ω・cm)を計算する。測定対象物の体積抵抗率(Ω・cm)の計算式は、下記式(3)に示す通りである。
R=E×20/(I−I0)/L ・・・ 式(3)
上記式中、Rはキャリアの体積抵抗率(Ω・cm)、Eは印加電圧(V)、Iは電流値(A)、I0は印加電圧0Vにおける電流値(A)、Lはキャリア層の厚み(cm)をそれぞれ表す。また、20の係数は、電極板の面積(cm2)を表す。
(トナー)
本実施形態の静電荷像現像剤は、トナー及び既述のキャリアを含んで構成されるいわゆる二成分現像剤である。以下、トナーについて実施形態により説明する。
本実施形態に用いるトナーは、特に制限されないが、少なくとも結着樹脂と着色剤とを含有するトナー粒子に対して外添剤処理を行ったものである。
トナーに含まれる結着樹脂は、トナー粒子に用いうる公知のものを適宜選択することができる。具体的には、例えば、スチレン、クロロスチレン等のスチレン類;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソプレン等のモノオレフィン;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル類;アクリル酸メチル、アクリル酸フェニル、アクリル酸オクチル、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、メタクリル酸ドデシル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン等の単独重合体又は共重合体等が挙げられる。
これらの中でも特に代表的な結着樹脂としては、例えばポリスチレン、スチレン−アクリル酸アルキル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリスチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。さらに、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、変性ロジン等が挙げられる。
また、本実施形態においては、結着樹脂中に結晶性樹脂を含むことが望ましい。ここで、「結晶性樹脂」とは、示差走査熱量測定(DSC)において、階段状の吸熱量変化ではなく、明確な吸熱ピークを有するものを指す
用い得る結晶性樹脂としては、結晶性を持つ樹脂であれば特に制限はなく、具体的には、結晶性ポリエステル樹脂、結晶性ビニル系樹脂が挙げられるが、定着時の紙への接着性や帯電性、及び好ましい範囲での融点調整の観点から結晶性ポリエステル樹脂が好ましい。また、適度な融点をもつ脂肪族系の結晶性ポリエステル樹脂がより好ましい。
前記結晶性ビニル系樹脂としては、(メタ)アクリル酸アミル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸ヘプチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ウンデシル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸ミリスチル、(メタ)アクリル酸セチル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸オレイル、(メタ)アクリル酸ベヘニル等の長鎖アルキル、アルケニルの(メタ)アクリル酸エステルを用いたビニル系樹脂が挙げられる。尚、本明細書において、“(メタ)アクリル”なる記述は、“アクリル”および“メタクリル”のいずれをも含むことを意味するものである。
一方、前記結晶性ポリエステル樹脂は、酸(ジカルボン酸)成分とアルコール(ジオール)成分とから合成されるものであり、以下において、「酸由来構成成分」とは、ポリエステル樹脂の合成前には酸成分であった構成部位を指し、「アルコール由来構成成分」とは、ポリエステル樹脂の合成前にはアルコール成分であった構成部位を指す。
なお、「結晶性ポリエステル樹脂」とは、前記のように示差走査熱量測定(DSC)において、階段状の吸熱量変化ではなく、明確な吸熱ピークを有するものを指すが、前記結晶性ポリエステル主鎖に対して他成分を共重合したポリマーの場合、他成分が50質量%以下の場合、この共重合体も結晶性ポリエステルと呼ぶ。
−酸由来構成成分−
前記酸由来構成成分は、脂肪族ジカルボン酸が望ましく特に直鎖型のカルボン酸が望ましい。直鎖型のカルボン酸としては、例えば、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、スベリン酸、アゼリン酸、セバシン酸、1,9−ノナンジカルボン酸、1,10−デカンジカルボン酸、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、1,13−トリデカンジカルボン酸、1,14−テトラデカンジカルボン酸、1,16−ヘキサデカンジカルボン酸、1,18−オクタデカンジカルボン酸、など、或いはその低級アルキルエステルや酸無水物が挙げられる。中でも、炭素数6から10のものが結晶融点や帯電性の観点から好ましい。結晶性を高めるためには、これら直鎖型のジカルボン酸を、酸構成成分の95mol%以上用いることが好ましく、98mol%以上用いることがより好ましい。
その他のモノマーとしては、特に限定は無く、例えば、高分子データハンドブック:基礎編」(高分子学会編:培風館)に記載されているようなモノマー成分である、従来公知の2価又のカルボン酸と、2価のアルコールが挙げられる。これらのモノマー成分の具体例としては、2価のカルボン酸としては、例えば、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸、ナフタレン−2,7−ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸等の二塩基酸、及びこれらの無水物やこれらの低級アルキルエステルなどが挙げられる。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。
前記酸由来構成成分としては、前述の脂肪族ジカルボン酸由来構成成分のほか、スルホン酸基を持つジカルボン酸由来構成成分等の構成成分が含まれているのが好ましい。
前記スルホン酸基を持つジカルボン酸は、顔料等の色材の分散を良好にできる点で有効である。また樹脂全体を水に乳化或いは懸濁してトナー母粒子を作製する際に、スルホン酸基があれば、後述するように、界面活性剤を使用しないで乳化或いは懸濁が可能である。このようなスルホン基を持つジカルボン酸としては、例えば、2−スルホテレフタル酸ナトリウム塩、5−スルホイソフタル酸ナトリウム塩、スルホコハク酸ナトリウム塩等が挙げられるが、これらに限定されない。また、これらの低級アルキルエステル、酸無水物等も挙げられる。これらの中でも、コストの点で、5−スルホイソフタル酸ナトリウム塩等が好ましい。前記スルホン酸基を持つジカルボン酸の含有量は0.1mol%以上2.0mol%以下であることが好ましく、0.2mol%以上1.0mol%以下であることが好ましい。含有量が2mol%よりも多いと、帯電性が悪化する。尚、上記「構成mol%」とは、ポリエステル樹脂における各構成成分(酸由来構成成分、アルコール由来構成成分)をそれぞれ1単位(mol)したときの百分率を指す。
−アルコール由来構成成分−
アルコール構成成分としては脂肪族ジアルコールが望ましく、例えば、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,11−ドデカンジオール、1,12−ウンデカンジオール、1,13−トリデカンジオール、1,14−テトラデカンジオール、1,18−オクタデカンジオール、1,20−エイコサンジオール、などが挙げられ、中でも炭素数6から10のものが結晶融点や帯電性の観点から好ましい。結晶性を高めるためには、これら直鎖型のジアルコールを、アルコール構成成分の95mol%以上用いることが好ましく、98mol%以上用いることがより好ましい。
その他の2価のジアルコールとしては、例えば、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ビスフェノールAのエチレンオキシド又は(及び)プロピレンオキシド付加物、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、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、ネオペンチルグリコールなどが挙げられる。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。
なお、必要に応じて、酸価や水酸基価の調製等の目的で、酢酸、安息香酸等の1価の酸や、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等の1価のアルコールや、ベンゼントリカルボン酸、ナフタレントリカルボン酸等、及びこれらの無水物やこれらの低級アルキルエステル、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など3価のアルコールも使用することができる。
前記結晶性ポリエステル樹脂は、前記のモノマー成分の中から任意の組合せで、例えば、重縮合(化学同人)、高分子実験学(重縮合と重付加:共立出版)やポリエステル樹脂ハンドブック(日刊工業新聞社編)等に記載の従来公知の方法を用いて合成することができ、エステル交換法や直接重縮合法等を単独で、又は組み合せて用いることができる。前記酸成分とアルコール成分とを反応させる際のmol比(酸成分/アルコール成分)としては、反応条件等によっても異なるため、一概には言えないが、直接重縮合の場合は通常1/1程度、エステル交換法の場合は、エチレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノールなど真空下で脱留可能なモノマー過剰に用いる場合が多い。 前記ポリエステル樹脂の製造は、通常、重合温度180℃以上250℃以下の間で行われ、必要に応じて反応系内を減圧にし、縮合時に発生する水やアルコールを除去しながら反応させる。モノマーが、反応温度下で溶解又は相溶しない場合は、高沸点の溶剤を溶解補助剤として加え溶解させてもよい。重縮合反応においては、溶解補助溶剤を留去しながら行う。共重合反応において相溶性の悪いモノマーが存在する場合は、あらかじめ相溶性の悪いモノマーとそのモノマーと重縮合予定の酸又はアルコールとを縮合させておいてから主成分と共に重縮合させるとよい。
前記結晶性ポリエステル樹脂の製造時に使用可能な触媒としては、ナトリウム、リチウム等のアルカリ金属化合物、マグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属化合物、亜鉛、マンガン、アンチモン、チタン、スズ、ジルコニウム、ゲルマニウム等の金属化合物、亜リン酸化合物、リン酸化合物、及び、アミン化合物等が挙げられ、具体的には、酢酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、酢酸リチウム、炭酸リチウム、酢酸カルシウム、ステアリン酸カルシウム、酢酸マグネシウム、酢酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛、ナフテン酸亜鉛、塩化亜鉛、酢酸マンガン、ナフテン酸マンガン、チタンテトラエトキシド、チタンテトラプロポキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラブトキシド、三酸化アンチモン、トリフェニルアンチモン、トリブチルアンチモン、ギ酸スズ、シュウ酸スズ、テトラフェニルスズ、ジブチルスズジクロライド、ジブチルスズオキシド、ジフェニルスズオキシド、ジルコニウムテトラブトキシド、ナフテン酸ジルコニウム、炭酸ジルコニール、酢酸ジルコニール、ステアリン酸ジルコニール、オクチル酸ジルコニール、酸化ゲルマニウム、トリフェニルホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト、エチルトリフェニルホスホニウムブロマイド、トリエチルアミン、トリフェニルアミン等の化合物が挙げられる。この中で、帯電性の観点からスズ系触媒、チタン系触媒が好ましく、中でも、ジブチルスズオキシドが好ましく用いられる。
本実施形態に用いられる結晶性ポリエステル樹脂の融点は、50℃以上120℃以下であることが望ましく、より好適には好ましく60℃以上110℃以下である。融点が50℃より低いとトナーの保存性や、定着後のトナー画像の保存性が問題となる場合がある。また、120℃より高いと、従来のトナーに比べて十分な低温定着が得られない場合がある。
前記結晶性ポリエステル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。尚、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。
本実施形態において、トナー中における結晶性樹脂の含有量は、3質量%以上20質量%以下であることが望ましく5質量%以上15質量%以下がより望ましい。この範囲とすることにより、定着温度を効果的に低減させることができ、帯電後の電荷を良好に保持させることができる。
トナーに含まれる着色剤については特に制限はないが、例えば、マグネタイト、フェライト等の磁性粉、カーボンブラック、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デユポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、フタロシアニンブルー、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・ブルー15:1、ピグメント・ブルー15:3等が使用できる。
また、本実施形態のトナーには、必要に応じて離型剤や帯電制御剤が添加されていてもよい。
上記離型剤としては、低分子ポリエチレン、低分子ポリプロピレン、フィッシャートロプシュワックス、モンタンワックス、カルナバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス等を代表的なものとして例示することができる。
前記帯電制御剤としては、公知のものを使用することができるが、アゾ系金属錯化合物、サリチル酸の金属錯化合物、極性基を含有するレジンタイプの帯電制御剤を用いることができる。後述する湿式製法でトナーを製造する場合、イオン強度の制御と廃水汚染の低減との点で、水に溶解しにくい素材を使用するのが好ましい。
トナー母粒子の製造は、例えば結着樹脂と、着色剤、及び必要に応じて離型剤、帯電制御剤等とを混練し、粉砕、分級する混練粉砕法;混練粉砕法にて得られた粒子を機械的衝撃力または熱エネルギーにて形状を変化させる方法;結着樹脂の重合性単量体を乳化重合させ、形成された分散液と、着色剤、及び必要に応じて離型剤、帯電制御剤等の分散液とを混合し、凝集、加熱融合させ、トナー粒子を得る乳化重合凝集法;結着樹脂を得るための重合性単量体と、着色剤、及び必要に応じて離型剤、帯電制御剤等の溶液とを水系溶媒に懸濁させて重合する懸濁重合法;結着樹脂と着色剤、及び必要に応じて離型剤、帯電制御剤等の溶液とを水系溶媒に懸濁させて造粒する溶解懸濁法;等が使用できる。また上記方法で得られたトナー母粒子をコアにして、さらに凝集粒子を付着、加熱融合してコアシェル構造を持たせる製造方法を行ってもよい。
以上のようにして製造したトナー母粒子の粒径は、体積平均粒径で2μm以上8μm以下の範囲であることが好ましく、3μm以上7μm以下の範囲であることがより好ましい。体積平均粒径が2μm未満では、トナーの流動性が悪化するばかりでなく、キャリアから十分な帯電能を付与されにくくなるため、背景部へのカブリが生じたり、濃度再現性が低下しやすくなる場合がある。体積平均径が8μmを越えると、微細なドットの再現性、階調性、粒状性の改善効果が乏しくなり高画質画像を得られにくくなる場合がある。
なお、前記トナーの表面電荷密度分布Dを5dB以上とするためのトナー側からの対応としては、粒度分布をなるべく狭くすることが望ましい。このため、トナーの粒子径分布指標としては、体積平均粒度分布指標GSDvが1.30以下であることが好ましく、1.25以下であることがより望ましい。また、数平均粒度分布指標GSDpとの比GSDv/GSDpが0.95以上であることがより好ましく、0.98以上であることがより望ましい。
なお、前記体積平均粒径、粒度分布指標の値は、次のようにして測定し算出した。まず、測定器としてコールターマルチサイザーII(ベックマン−コールター社製)を用いて測定されたトナーの粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、個々のトナー粒子の体積、数について小径側から累積分布を描き、累積16%となる粒径を、体積平均粒子径D16v、数平均粒子径D16pと定義し、累積50%となる粒径を、体積平均粒子径D50v(この値を体積平均粒径とする)、D50pと定義する。同様に、累積84%となる粒径を、体積平均粒子径D84v、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/D16v)1/2として定義され、数平均粒度分布指標GSDpは、(D84p/D16p)1/2として定義される。
測定法としては、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ナトリウムの5質量%水溶液2ml中に、測定試料を0.5〜50mg加え、これを前記電解液100〜150ml中に添加した。この測定試料を懸濁させた電解液を超音波分散器で約1分間分散処理を行い、前記コールターマルチサイザーII型により、アパーチャー径が100μmのアパーチャーを用いて、粒径が2.0〜40μmの範囲の粒子の粒度分布を測定する。測定する粒子数は50,000とした。
前述のように、本実施形態に用いられるトナーの形状係数SF1は125以上135以下であるが、トナー全体としては形状係数の比較的小さい球状トナーと形状係数の比較的大きい不定形トナーとを一定の割合で含み、形状分布がある程度広い構成となっている。
上記構成のトナーとするためには、形状の異なるトナーを混合する方法が挙げられ、具体的には、形状係数SF1の平均値が若干ずれている複数のトナーを混合する方法、形状係数SF1が前記範囲のトナー中により球状のトナー及び不定形のトナーを少量ずつ混合する方法、などが挙げられる。
また、前記トナー母粒子の製造法として例えば乳化凝集法を用いる場合、加熱融合工程において合一時にpHを段階的に制御したり、温度を段階的に制御する方法等をによっても前記構成のトナーを得ることができる。具体的にはトナーの形状は合一時のpHによって左右される傾向があり、小粒径の粒子は温度により、大粒径の粒子はpHにより球形になりやすい。そこで例えばある程度低い合一温度で低いpHを保ち、大粒径の粒子の形状を整え、次にpHを高くしたまま温度を上げることによって小粒径の粒子の形状を整える方法である。
本実施形態においては、転写性、流動性、クリーニング性及び帯電量の制御性、特に流動性を改善するため、トナーに外添剤を含有させる。なお、外添剤とは、前記トナー母粒子の表面に付着させる無機粒子をいう。
上記トナーに添加される外添剤は特に規定はないが、少なくとも1種は、粉体流動性、帯電制御等の機能を担う、体積平均1次粒径が7nm以上40nm以下の小粒径の無機酸化物であることが好ましい。小粒径の無機酸化物としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタン酸化物(酸化チタン、メタチタン酸等)、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、リン酸カルシウム、カーボンブラック等を挙げることができる。
特に、体積平均1次粒径が15nm以上40nm以下の酸化チタンを用いることが、透明性に影響を与えず、良好な帯電性、環境安定性、流動性、耐ケーキング性、安定した負帯電性・画質維持性が得られる点で好ましい。
また、無機酸化物粒子については、表面処理することにより、分散性が高くなり、粉体流動性をあげる効果が大きくなる。表面処理としては公知のものが使用できるが、具体的にはメチルトリクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザン、N,O−(ビストリメチルシリル)アセトアミド、N,N−ビス(トリメチルシリル)ウレア、tert−ブチルジメチルクロロシラン、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシランを代表的なものとして例示することができる。
前記小粒径の無機酸化物の添加量は、トナー母粒子100質量部に対し、0.5質量部以上2.0質量部以下の範囲であることが好ましい。
また、上記トナーには、前記小粒径の外添剤の代わりにあるいは同時に、体積平均1次粒径が70nm以上の大粒径の金属酸化物粒子を添加することが望ましい。前記大粒径の金属酸化物粒子を用いるのは、転写性を確保する点で好適だからである。
この大粒径の金属酸化物粒子の体積平均1次粒径は70nm以上300nm以下であることがより望ましく80nm以上200nm以下であることがさらに好適である。
これらの大粒径の金属酸化物粒子としては、シリカ、酸化チタン、メタチタン酸、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、アルミナ、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、酸化クロム、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム等の粒子が挙げられる。これらの中では、精密な帯電制御を行う観点から、シリカ、酸化チタン、メタチタン酸から選ばれるものを用いること望ましい。
また、特にフルカラー画像などの高転写効率が要求される画像において、上記のシリカとしては、体積平均1次粒径が70nm以上である単分散球形シリカであることが好ましく、さらに好ましくは、体積平均1次粒径が80nm以上200nm以下である。
前記単分散球形シリカの平均粒径が70nm未満であると、トナーと感光体との非静電的付着力低減に有効に働かなくなりやすい。特に、現像器内のストレスにより、単分散球形シリカがトナー母粒子に埋没しやすくなり、現像性、転写性向上効果が著しく低減しやすい。一方、300nmを超えると、トナー母粒子から離脱しやすくなり、前記非静電的付着力低減に有効に働かないと同時に、接触部材に移行しやすくなり、帯電阻害、画質欠陥等の二次障害を引き起こしやすくなる。
前記単分散球形シリカは、単分散かつ球形であるため、トナー母粒子表面に均一に分散し、安定したスペーサー効果を得ることができる。上記単分散の定義としては、凝集体を含め平均粒径に対する標準偏差で議論することができ、標準偏差として体積平均粒径D50×0.22以下であることが好ましい。また、球形の定義としては、Wadellの球形化度で議論することができ、球形化度が0.6以上であることが好ましく、0.8以上であることがより好ましい。
なお、Wadellの球形化度は下記式より求めた。
球形化度=(実際の粒子と同じ体積を有する球の表面積)/(実際の粒子の表面積)
上記式において、分子=(実際の粒子と同じ体積を有する球の表面積)は、平均粒径から計算により求めた。また、分母=(実際の粒子の表面積)は、島津粉体比表面積測定装置SS−100型を用い、BET比表面積より代用させた。
前記大粒径の金属酸化物粒子の添加量は、トナー母粒子100質量部に対し、0.5質量部以上5.0質量部以下であることが好ましく、1.0質量部以上3.0質量部以下であることがより好ましい。
さらに、滑剤粒子としてグラファイト、二硫化モリブデン、滑石、脂肪酸、高級アルコール、脂肪族アルコール、脂肪酸金属塩等の固体潤滑剤や、ポリプロピレン、ポリエチレン、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有するシリコーン類;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族アミド類;カルナバワックス、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、フィッシャートロプシュワックス等のような鉱物、石油系ワックス;及びそれらの変性物を併用してもよいがこれら滑剤粒子の形状係数SF1はクリーニング性を得るために140以上であることがより好ましい。
さらに、研磨剤として公知の無機酸化物材料を併用してもよい。例えば、酸化セリウム、チタン酸ストロンチウム、酸化マグネシウム、アルミナ、炭化ケイ素、酸化亜鉛、シリカ、酸化チタン、窒化ホウ素、ピロリン酸カルシウム、ジルコニア、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、炭酸カルシウム、等が挙げることができる。また、これらの複合材料を用いてもよい。
本実施形態に用いられるトナーは、前記トナー母粒子及び前記外添剤をヘンシェルミキサーあるいはVブレンダー等で混合することによって製造することができる。また、トナー母粒子を湿式にて製造する場合は、前記粒子を湿式にて外添することも可能である。
本実施形態の現像剤におけるトナーと前記キャリアとの混合比(質量比)としては、トナー:キャリア=1:100〜30:100程度の範囲であり、3:100〜20:100程度の範囲がより望ましい。
<画像形成装置>
次に、本発明の現像剤を用いた本発明の画像形成装置について説明する。
本発明の画像形成装置は、像保持体と、該像保持体上に形成された静電荷像を現像剤によりトナー像として現像する現像手段と、像保持体上に形成されたトナー像を被転写体上に転写する転写手段と、被転写体上に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を有し、前記現像剤として本発明の静電荷像現像剤を用いるものである。
なお、この画像形成装置において、例えば前記現像手段を含む部分が、画像形成装置本体に対して脱着可能なカートリッジ構造(プロセスカートリッジ)であってもよく、該プロセスカートリッジとしては、現像剤保持体を少なくとも備え、本発明の静電荷像現像剤を収容する本発明のプロセスカートリッジが好適に用いられる。
以下、本発明の画像形成装置の一例を示すが、これに限定されるわけではない。なお、図に示す主要部を説明し、その他はその説明を省略する。
図1は、4連タンデム方式のフルカラー画像形成装置を示す概略構成図である。図1に示す画像形成装置は、色分解された画像データに基づくイエロー(Y)、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)の各色の画像を出力する電子写真方式の第1〜第4の画像形成ユニット10Y、10M、10C、10K(画像形成手段)を備えている。これらの画像形成ユニット(以下、単に「ユニット」と称する)10Y、10M、10C、10Kは、水平方向に互いに所定距離離間して並設されている。なお、これらユニット10Y、10M、10C、10Kは、画像形成装置本体に対して脱着可能なプロセスカートリッジであってもよい。
各ユニット10Y、10M、10C、10Kの図面における上方には、各ユニットを通して中間転写体としての中間転写ベルト20が延設されている。中間転写ベルト20は、図における左から右方向に互いに離間して配置された駆動ローラ22および中間転写ベルト20内面に接する支持ローラ24に巻回されて設けられ、第1ユニット10Yから第4ユニット10Kに向う方向に走行されるようになっている。尚、支持ローラ24は、図示しないバネ等により駆動ローラ22から離れる方向に付勢されており、両者に巻回された中間転写ベルト20に所定の張力が与えられている。また、中間転写ベルト20の像保持体側面には、駆動ローラ22と対向して中間転写体クリーニング装置30が備えられている。
また、各ユニット10Y、10M、10C、10Kの現像装置(現像手段)4Y、4M、4C、4Kのそれぞれには、トナーカートリッジ8Y、8M、8C、8Kに収容されたイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの4色のトナーが供給可能である。
上述した第1〜第4ユニット10Y、10M、10C、10Kは、同等の構成を有しているため、ここでは中間転写ベルト走行方向の上流側に配設されたイエロー画像を形成する第1ユニット10Yについて代表して説明する。尚、第1ユニット10Yと同等の部分に、イエロー(Y)の代わりに、マゼンタ(M)、シアン(C)、ブラック(K)を付した参照符号を付すことにより、第2〜第4ユニット10M、10C、10Kの説明を省略する。
第1ユニット10Yは、像保持体として作用する感光体1Yを有している。感光体1Yの周囲には、感光体1Yの表面を所定の電位に帯電させる帯電ローラ2Y、帯電された表面を色分解された画像信号に基づくレーザ光線3Yよって露光して静電荷像を形成する露光装置3、静電荷像に帯電したトナーを供給して静電荷像を現像する現像装置(現像手段)4Y、現像したトナー像を中間転写ベルト20上に転写する1次転写ローラ5Y(1次転写手段)、および1次転写後に感光体1Yの表面に残存するトナーを除去するクリーニングブレードを備えた感光体クリーニング装置(クリーニング手段)6Yが順に配設されている。
尚、1次転写ローラ5Yは、中間転写ベルト20の内側に配置され、感光体1Yに対向した位置に設けられている。更に、各1次転写ローラ5Y、5M、5C、5Kには、1次転写バイアスを印加するバイアス電源(図示せず)がそれぞれ接続されている。各バイアス電源は、図示しない制御部による制御によって、各1次転写ローラに印加する転写バイアスを可変する。
以下、第1ユニット10Yにおいてイエロー画像を形成する動作について説明する。まず、動作に先立って、帯電ローラ2Yによって感光体1Yの表面が−600V〜−800V程度の電位に帯電される。
感光体1Yは、導電性(20℃における体積抵抗率:1×10−6Ωcm以下)の基体上に感光層を積層して形成されている。この感光層は、通常は高抵抗(一般の樹脂程度の抵抗)であるが、レーザ光線3Yが照射されると、レーザ光線が照射された部分の比抵抗が変化する性質を持っている。そこで、帯電した感光体1Yの表面に、図示しない制御部から送られてくるイエロー用の画像データに従って、露光装置3を介してレーザ光線3Yを出力する。レーザ光線3Yは、感光体1Yの表面の感光層に照射され、それにより、イエロー印字パターンの静電荷像が感光体1Yの表面に形成される。
静電荷像とは、帯電によって感光体1Yの表面に形成される像であり、レーザ光線3Yによって、感光層の被照射部分の比抵抗が低下し、感光体1Yの表面の帯電した電荷が流れ、一方、レーザ光線3Yが照射されなかった部分の電荷が残留することによって形成される、いわゆるネガ潜像である。
このようにして感光体1Y上に形成された静電荷像は、感光体1Yの走行に従って所定の現像位置まで回転される。そして、この現像位置で、感光体1Y上の静電荷像が、現像装置4Yによって可視像(現像像)化される。
現像装置4Y内には、例えば、少なくともイエロー着色剤と結晶性樹脂及び非結晶性樹脂とを含む体積平均粒径が7μmのイエロートナーが収容されている。イエロートナーは、現像装置4Yの内部で攪拌されることで摩擦帯電し、感光体1Y上に帯電した帯電荷と同極性(負極性)の電荷を有して現像剤ロール(現像剤保持体)上に保持されている。そして感光体1Yの表面が現像装置4Yを通過していくことにより、感光体1Y表面上の除電された潜像部にイエロートナーが静電的に付着し、潜像がイエロートナーによって現像される。イエローのトナー像が形成された感光体1Yは、引続き所定速度で走行され、感光体1Y上に現像されたトナー像が所定の1次転写位置へ搬送される。
感光体1Y上のイエロートナー像が1次転写へ搬送されると、1次転写ローラ5Yに所定の1次転写バイアスが印加され、感光体1Yから1次転写ローラ5Yに向う静電気力がトナー像に作用され、感光体1Y上のトナー像が中間転写ベルト20上に転写される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と逆極性の(+)極性であり、例えば第1ユニット10Yでは制御部に(図示せず)よって+10μA程度に制御されている。
一方、感光体1Y上に残留したトナーはクリーニング装置6Yで除去されて回収される。
また、第2ユニット10M以降の1次転写ローラ5M、5C、5Kに印加される1次転写バイアスも、第1ユニットに準じて制御されている。
こうして、第1ユニット10Yにてイエロートナー像の転写された中間転写ベルト20は、第2〜第4ユニット10M、10C、10Kを通して順次搬送され、各色のトナー像が重ねられて多重転写される。
第1〜第4ユニットを通して4色のトナー像が多重転写された中間転写ベルト20は、中間転写ベルト20と中間転写ベルト20内面に接する支持ローラ24と中間転写ベルト20の像保持面側に配置された2次転写ローラ(2次転写手段)26とから構成された2次転写部へと至る。一方、記録紙(被転写体)Pが供給機構を介して2次転写ローラ26と中間転写ベルト20とが圧接されている隙間に所定のタイミングで給紙され、所定の2次転写バイアスが支持ローラ24に印加される。このとき印加される転写バイアスは、トナーの極性(−)と同極性の(−)極性であり、中間転写ベルト20から記録紙Pに向う静電気力がトナー像に作用され、中間転写ベルト20上のトナー像が記録紙P上に転写される。尚、この際の2次転写バイアスは2次転写部の抵抗を検出する抵抗検出手段(図示せず)により検出された抵抗に応じて決定されるものであり、電圧制御されている。
この後、記録紙Pは定着装置(定着手段)28へと送り込まれトナー像が加熱され、色重ねしたトナー像が溶融されて、記録紙P上へ定着される。カラー画像の定着が完了した記録紙Pは、排出部へ向けて搬出され、一連のカラー画像形成動作が終了される。
なお、上記例示した画像形成装置は、中間転写ベルト20を介してトナー像を記録紙Pに転写する構成となっているが、この構成に限定されるものではなく、感光体から直接トナー像が記録紙に転写される構造であってもよい。
<プロセスカートリッジ>
図2は、本発明の静電荷像現像剤を収容するプロセスカートリッジの好適な一例を示す概略構成図である。プロセスカートリッジ200は、感光体107とともに、帯電ローラ108、現像装置111、クリーニングブレードを備えた感光体クリーニング装置(クリーニング手段)113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117を取り付けレール116を用いて組み合わせ、そして一体化したものである。
そして、このプロセスカートリッジ200は、転写装置112と、定着装置115と、図示しない他の構成部分とから構成される画像形成装置本体に対して着脱自在としたものであり、画像形成装置本体とともに画像形成装置を構成するものである。なお、300は記録紙である。
図2で示すプロセスカートリッジでは、帯電装置108、現像装置111、クリーニング装置(クリーニング手段)113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117を備えているが、これら装置は選択的に組み合わせることが可能である。本発明のプロセスカートリッジでは、感光体107のほかには、帯電装置108、現像装置111、クリーニング装置(クリーニング手段)113、露光のための開口部118、及び、除電露光のための開口部117から構成される群から選択される少なくとも1種を備える。
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、以下の実施例において、特に断らない限り、「部」「%」は「質量部」「質量%」を意味するものとする。
<各種特性の測定方法>
まず、実施例、比較例で用いたトナー等の物性測定方法(既述の方法は除く)について説明する。
(樹脂粒子、着色剤粒子等の体積平均粒径)
樹脂粒子、着色剤粒子等の体積平均粒子径は、レーザー回析式粒度分布測定装置(堀場製作所製、LA−700)で測定した。
(樹脂のガラス転移温度、融解温度)
結着樹脂等のガラス転移温度(Tg)は、ASTMD3418−8に準拠して、示差走査熱量計(島津製作所製:DSC60、自動接線処理システム付き)を用い、25℃から150℃まで昇温速度10℃/分の条件下で測定することにより求めた。なお、ガラス転移温度は階段状の吸熱量変化における中間点の温度とし、融解温度(は吸熱ピークのピーク温度とした。
(外添剤の体積平均一次粒子径)
レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置(マスターサイザー2000、マルバーン社製)を用いて行った。
測定法としては分散液となっている状態の試料を固形分で約2gになるように調整し、これにイオン交換水を添加して、約40mlにする。これをセルに適当な濃度になるまで投入し、約2分待って、セル内の濃度がほぼ安定になったところで測定する。得られたチャンネルごとの体積粒度分布に関し、粒径の小さい方から累積して累積50%になったところを体積平均粒径とし、これを外添剤粒子の体積平均一次粒子径とした。
なお、外添剤粒子などの各粒子を測定する場合は、界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムの5%水溶液50ml中に測定試料を2g加え、超音波分散機(1000Hz)にて2分分散して、試料を作製し、前述の分散液と同様の方法で測定した。
(トナーの表面電荷密度分布)
前記式(1)により表面電荷密度分布Dを求めるため、22℃、50%RH環境に170時間放置した現像器のスリーブ(現像剤保持体)表面の現像剤を0.3〜0.7g程度採取し、粒度・帯電量分布測定装置(E-Spart Analyzer、ホソカワミクロン(株)製)を用い、トナーごとの粒径と電荷を同時に測定した。
具体的な測定条件としては、まず測定前に22℃±3℃、50%RH±10%RHの環境下に前記測定装置を24時間以上放置し、調温調湿を行った。十分に測定装置が調温調湿したことを確認した後、前記採取した現像剤の一部を磁石で保持し、それを測定装置の吸引口付近に配置し、窒素ガスにより現像剤中のトナーのみをブローオフした。これによりキャリアから分離されたトナーは、前記吸引口より吸引され、電荷と粒径が測定される。これをトナー2000個がカウントされるまで繰り返し、それぞれのデータを出力して、平均値m及び標準偏差σを求め、前記式(1)から表面電荷密度分布Dを算出した。
なお、高温高湿環境下に放置後の表面電荷密度分布については、まず、28℃、85%RHに調温調湿された恒温恒湿槽や環境室などに、24時間以上後述する画像形成装置を放置し、十分に調温調湿されたことを確認した後20枚プリントし、前記同様、現像器のスリーブ表面の現像剤を3〜10g程度採取した。その後、そのまま当該現像剤をこの環境に170時間放置し、同様に粒径と帯電量を測定して、表面電荷密度分布Dを求めた。
<トナーの作製>
(非晶性ポリエステル樹脂分散液の調製)
・エチレングリコール(和光純薬工業(株)製):37部
・ネオペンチルグリコール(和光純薬工業(株)製):65部
・1,9−ノナンジオール(和光純薬工業(株)製):32部
・テレフタル酸(和光純薬工業(株)製):96部
上記モノマーをフラスコに仕込み、1時間をかけて温度200℃まで上げ、反応系内が均一に攪拌されていることを確認したのち、ジブチル錫オキサイドを1.2部投入した。更に、生成する水を留去しながら同温度から6時間をかけて240℃まで温度を上げ、240℃で更に4時間脱水縮合反応を継続し、酸価が9.4mgKOH/g、重量平均分子量13,000、ガラス転移点62℃である非晶性ポリエステル樹脂を得た。
次いで、これを溶融状態のまま、キャビトロンCD1010((株)ユーロテック製)に毎分100部の速度で移送した。別途準備した水性媒体タンクに試薬アンモニア水をイオン交換水で希釈した0.37%濃度の希アンモニア水を入れ、熱交換器で120℃に加熱しながら毎分0.1リットルの速度で上記ポリエステル樹脂溶融体と同時に上記キャビトロンに移送した。回転子の回転速度が60Hz、圧力が5kg/cmの条件でキャビトロンを運転し、平均粒径160nm、固形分30%、ガラス転移点62℃、重量平均分子量Mwが13,000の樹脂粒子が分散された非晶性ポリエステル樹脂分散液を得た。
(結晶性ポリエステル樹脂分散液の調製)
・ドデカン二酸(東京化成(株)製):92部
・ヘキサンジオール(和光純薬(株)製):58部
上記のモノマーをフラスコに仕込み、1時間をかけて温度160℃まで上げ、反応系内が均一に攪拌されていることを確認したのち、ジブチル錫オキサイドを0.03部投入した。更に、生成する水を留去しながら同温度から6時間をかけて200℃まで温度を上げ、200℃で更に4時間脱水縮合反応を継続し、反応を終了させた。反応液を冷却後、固液分離を行い得られた固形物を40℃、真空状態の下乾燥を行い結晶性ポリエステル樹脂を得た。
得られた結晶性ポリエステル樹脂の融点は、パーキンエルマー社製の示差熱走査熱量計DSC−7を用いて測定した結果、70℃であった。重量平均分子量は東ソー社製の分子量測定器HLC−8020を用い、テトラヒドロフラン(THF)を溶媒として、測定したところ、15000であった。
結晶性ポリエステル樹脂50部、アニオン性界面活性剤(ネオゲンSC、第一工業製薬(株)製)2部、及びイオン交換水200部を120℃に加熱して、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で分散処理し、体積平均粒径が180nmになったところで回収した。このようにして固形分20%の結晶性ポリエステル樹脂分散液を得た。
(着色剤分散液の調製)
・シアン顔料(PigmentBlue15:3、大日精化工業(株)製):10部
・アニオン性界面活性剤(ネオゲンSC、第一工業製薬(株)製):2部
・イオン交換水:80部
上記の成分を混合し、高圧衝撃式分散機アルティマイザー(HJP30006、(株)スギノマシン製)により1時間分散し、体積平均粒径180nm、固形分20%の着色剤分散液を得た。
(離型剤分散液の調製)
・パラフィンワックス(HNP−9、日本精鑞製):50部
・アニオン性界面活性剤(ネオゲンSC、第一工業製薬製):2部
・イオン交換水:200部
上記成分を120℃に加熱して、IKA社製、ウルトラタラックスT50で十分に混合・分散した後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、体積平均粒径が200nm、固形分20%の離型剤分散液を得た。
(トナー粒子の製造)
−トナー粒子1−
・非晶性ポリエステル樹脂分散液:150部
・結晶性ポリエステル樹脂分散液:50部
・着色剤分散液:25部
・ポリ塩化アルミニウム: 0.4部
・イオン交換水:100部
上記の成分をステンレス製フラスコに投入し、IKA社製のウルトラタラックスを用い十分に混合、分散した後、加熱用オイルバスでフラスコを攪拌しながら48℃まで加熱した。48℃で60分保持した後、ここに上記と同じ非晶性ポリエステル樹脂分散液を緩やかに70部追加した。
その後、濃度0.5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を用いて系内のpHを8.0 に調整した後、ステンレス製フラスコを密閉し、攪拌軸のシールを磁力シールして攪拌を継続しながら90℃まで加熱して3時間保持した。反応終了後、降温速度を2℃/分で冷却し、濾過、イオン交換水で十分に洗浄した後、ヌッチェ式吸引濾過により固液分離を行った。これをさらに30℃のイオン交換水3Lを用いて再分散し、15分間300rpmで攪拌・洗浄した。この洗浄操作をさらに6回繰り返し、濾液のpHが7.54、電気伝導度6.5μS/cmとなったところで、ヌッチェ式吸引濾過によりNo.5A ろ紙を用いて固液分離を行った。次いで真空乾燥を12時間継続してトナー粒子1を得た。
トナー粒子1の体積平均粒径D50vをコールターカウンターで測定したところ5.7μmであり、形状係数SF1は124、形状係数SF1が125未満の粒子数が45個数%、形状係数SF1が135を超える粒子数が10個数%であった。
−トナー粒子2−
トナー粒子1の製造において、pHを8.5、温度を77℃、3時間保持とした以外は、トナー粒子1の作製と同様にしてトナー粒子2を得た。
トナー粒子2の体積平均粒径D50vをコールターカウンターで測定したところ5.8μmであり、形状係数SF1は132、形状係数SF1が125未満の粒子数が20個数%、形状係数SF1が135を超える粒子数が35個数%であった。
−トナー粒子3−
トナー粒子1の製造において、pHを6.5、温度を75℃で1時間保持し、その後pHを8.0、温度を82℃とした以外は、トナー粒子1の作製と同様にしてトナー粒子3を得た。
トナー粒子3の体積平均粒径D50vをコールターカウンターで測定したところ5.7μmであり、形状係数SF1は130、形状係数SF1が125未満の粒子数が7個数%、形状係数SF1が135を超える粒子数が8個数%であった。
−トナー粒子4−
トナー粒子1の製造において、pHを9.0、温度を75℃とした以外は、トナー粒子1の作製と同様にしてトナー粒子4を得た。
トナー粒子4の体積平均粒径D50vをコールターカウンターで測定したところ5.8μmであり、形状係数SF1は139、形状係数SF1が125未満の粒子数が5個数%、形状係数SF1が135を超える粒子数が75個数%であった。
(トナーの作製)
−トナーA−
トナー粒子1(形状係数:124)とトナー粒子2(形状係数:132)とを、質量比2:8の割合でブレンドし母粒子Aとした。母粒子Aの体積平均粒径は5.8μm、形状係数SF1は131、形状係数SF1が125未満の粒子が25個数%、135を超える粒子が30個数%であった。母粒子A:100部に、体積平均1次粒径が20nmの酸化チタン1部と、体積平均1次粒径が150nmの酸化ケイ素2部とを加え、ヘンシェルミキサーを用いて3600rpmで10分間混合し、外添トナーAを作製した。
−トナーB−
トナー粒子1(形状係数:124)とトナー粒子2(形状係数:132)とを、質量比3:7とした以外は外添トナーAと同様にして外添トナーBを作製した。形状係数SF1は130、形状係数SF1が125未満の粒子が28個数%、135を超える粒子が28個数%であった。
−トナーC−
トナー粒子1(形状係数:124)とトナー粒子2(形状係数:132)とを、質量比4:6とした以外は外添トナーAと同様にして外添トナーCを作製した。形状係数SF1は129、形状係数SF1が125未満の粒子が30個数%、135を超える粒子が25個数%であった。
−トナーD−
トナーAの作製において、トナー粒子1及びトナー粒子2の代わりにトナー粒子3をそのまま用いる以外は外添トナーAと同様にして外添トナーDを作製した。
−トナーE−
トナーAの作製において、トナー粒子1及びトナー粒子2の代わりにトナー粒子3を用い、体積平均1次粒径が150nmの酸化ケイ素の代わりに体積平均1次粒径が50nmの酸化ケイ素を用いた以外は、トナーAの作製と同様にしてトナーEを得た。
−トナーF−
トナーAの作製において、トナー粒子1及びトナー粒子2の代わりにトナー粒子3を用い、体積平均1次粒径が150nmの酸化ケイ素の代わりに体積平均1次粒径が230nmの酸化ケイ素を用いた以外は、トナーAの作製と同様にしてトナーFを得た。
−トナーG−
トナーAの作製において、トナー粒子1及びトナー粒子2の代わりにトナー粒子4のみを用いた以外は、トナーAの作製と同様にしてトナーGを得た。
−トナーH−
トナー粒子1とトナー粒子2とを、質量比5:5の割合でブレンドし母粒子Hとした。母粒子Hの体積平均粒径は5.8μm、形状係数SF1は129、形状係数SF1が125未満の粒子が33個数%、135を超える粒子が23個数%であった。母粒子H:100部に、体積平均1次粒径が20nmの酸化チタン1部と、体積平均1次粒径が150nmの酸化ケイ素2部とを加え、ヘンシェルミキサーを用いて3600rpmで10分間混合し、外添トナーHを作製した。
−トナーI−
トナー粒子1とトナー粒子2とを、質量比1:9の割合でブレンドし母粒子Iとした。母粒子Iの体積平均粒径は5.8μm、形状係数SF1は131、形状係数SF1が125未満の粒子が23個数%、135を超える粒子が33個数%であった。母粒子I:100部に、体積平均1次粒径が20nmの酸化チタン1部と、体積平均1次粒径が150nmの酸化ケイ素2部とを加え、ヘンシェルミキサーを用いて3600rpmで10分間混合し、外添トナーIを作製した。
<キャリアの作製>
−キャリア1−
・Mn−Mgフェライト粒子(密度:4.6、体積平均粒径:35μm):100部
・トルエン:10部
・スチレン/メチルメタクリレート共重合樹脂(共重合比:90/10、Mw:100000、引っかき線幅:120μm、引っかき深さ:105μm):2.5部
・カーボンブラック(VXC−72、キャボット社製):0.5部
上記材料のうち、樹脂をトルエンにて希釈したのち、カーボンブラックを加え、ホモジナイザーで5分間攪拌し樹脂溶液を調製した。この樹脂溶液とフェライト粒子とを真空脱気型ニーダーに入れ、90℃で20分間攪拌した後、減圧してトルエンを除去した。品温が60℃になるまで冷却攪拌を行い、樹脂被覆キャリアを取り出した後、これを75μmの篩分網で篩分してキャリア1を得た。
キャリア1における樹脂被覆層の厚さは0.35μmであった。
−キャリア2−
キャリア1の作製において、被覆樹脂としてスチレン/メチルメタクリレート共重合樹脂の代わりにスチレン/シクロヘキシルメタクリレート共重合樹脂(共重合比:70/30、Mw:150000、引っかき線幅:90μm、引っかき深さ:82μm)とした以外は、キャリア1の作製と同様にしてキャリア2を得た。
キャリア2における樹脂被覆層の厚さは0.32μmであった。
−キャリア3−
・Mn−Mgフェライト粒子(密度:4.6、体積平均粒径:35μm):100部
・トルエン:20部
・シクロヘキシルメタクリレート/ビニルピロリドン共重合樹脂(共重合比:97/3、Mw:150000、Tg:108℃、引っかき線幅:73μm、引っかき深さ:55μm):2.5部
・カーボンブラック(VXC−72、キャボット社製):0.5部
・メラミンホルムアルデヒド樹脂粒子(エポスターS、日本触媒製):0.3部
上記成分のうちシクロヘキシルメタクリレート/ビニルピロリドン共重合樹脂をトルエンにて希釈したのち、カーボンブラック及びメラミンホルムアルデヒド樹脂粒子を加え、ホモジナイザーで5分間攪拌し樹脂溶液を調製した。この樹脂溶液とフェライト粒子とを真空脱気型ニーダーに入れ、80℃で30分間攪拌した後、減圧してトルエンを除去した。その後、さらに80℃の恒温槽に7時間放置して、該フェライト粒子表面上に被膜を形成してキャリア3を得た。
キャリア3における樹脂被覆層の厚さは0.41μmであった。
−キャリア4−
キャリア3の作製において、被覆樹脂としてシクロヘキシルメタクリレート/ビニルピロリドン共重合樹脂の代わりにポリメチルメタクリレート樹脂(Mw:120000、Tg:102℃、引っかき線幅:50μm、引っかき深さ:48μm)とした以外は、キャリア1の作製と同様にしてキャリア4を得た。
キャリア4における樹脂被覆層の厚さは0.38μmであった。
<現像剤の作製>
前記各トナーと各キャリアとを表1に示すように組み合わせ、各々においてトナー7部とキャリア93部とを混合し、V型ブレンダーにより40rpmで20分間攪拌し各現像剤を作製した。
<実施例1>
Docu Centre Color a450(富士ゼロックス社製)の現像器に、表1に示すようにキャリア1とトナーAとを組み合わせた現像剤(1)を仕込み、複写テストを行った。まず、22℃、50%RH環境下で2cm×5cmのソリッド画像の複写を行った後に、スリーブ上から現像剤を採取し、E-Spart Analyzerにて粒径と帯電量を測定し、前記式(1)で示す表面電荷密度分布Dを算出した。
次に、以下の画像を連続プリントにて10万枚まで画像出力を行った。そのときの背景部かぶり、機内汚染が発生する枚数の確認を行った。なお、背景部かぶり、機内汚染については、以下の評価により基準を定めた。
(背景部かぶり)
2cm×5cmのソリッド画像を2箇所有する画像をコピーし、用紙への転写前に装置を強制停止させて、感光体表面のソリッド画像からおよそ10mm離れた箇所の背景部についてテープに粘着性を利用してかぶりトナーを転写した。該テープにおける1cm当たりのトナー個数をカウントし、10個以上となったところで不良と判断した。通算枚数で150000枚以上を目標とした。
(機内汚染)
前記現像器の上部にOHPシートを貼り付け、一定のプリント枚数ごとにそこに堆積したトナーの濃度を画像濃度はX−reite社製の反射濃度計X−rite404を用いて測定した。OHP上のトナー濃度が0.02以上となったところで不良と判断した。通算枚数で150000枚以上を目標とした。
(現像性)
背景部かぶりに用いた画像と同じ画像を用い、未定着画像を作製し、トナーの載り量をし、以下の基準により現像性を評価した。なおトナー載り量は以下の方法で測定した。前記2cm×5cmの未定着トナーが載っている画像を用紙ごと切り取って、その重量を測定しこれをXとした。次に、この切り取った画像を、エアガンを用いトナーを吹き飛ばし残った用紙の重量をYとし、トナー載り量は(X−Y)/10(mg/cm)で表わした。△までを許容範囲とした。
◎:トナー載り量が初期に対し95%以上。
○:トナー載り量が初期に対し90%以上95%未満。
△:トナー載り量が初期に対し85%以上90%未満。
×:トナー載り量が初期に対し85%未満。
(画像ムラ)
10万枚後に背景部かぶりに用いた画像を出力し、以下の基準によりソリッド部分の画像ムラを目視で評価した。△までを許容範囲とした。
◎:ソリッド部分の画像ムラは認められない。
○:ソリッド部分の画像ムラが僅かに認められる。
△:ソリッド部分の画像ムラは認められるが許容できる範囲である。 ×:ソリッド部分の画像ムラが認められ、許容できない。
また、上記の試験を、画像形成装置を28℃、85%RHの環境室に24時間放置後、その環境でも同様に試験を行った。結果をまとめて表1に示す。なお表中、実機評価については上段が22℃、50%RH環境、下段が28℃、85%RHの結果を示す。なお、22℃、50%RH環境下で問題の発生したものは28℃、85%RH環境下での試験は行わなかった。
<実施例2〜7、比較例1〜5>
実施例1において、現像剤(1)の代わりに表1に示したキャリア及びトナーを組み合わせた各現像剤を各々用いた以外は、同様にして評価を行った。結果をまとめて表1に示す。
Figure 0005109584
表1に示すように、実施例では、常温常湿環境、高温高湿環境いずれでも背景部カブリ、機内汚染ともに大きな問題はなく安定で、画質も問題はなかった。一方、比較例では、前記複数の評価項目のいずれかにおいて問題が発生した。
本発明の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本発明のプロセスカートリッジの一例を示す概略構成図である。
符号の説明
1Y、1M、1C、1K、107 感光体(像保持体)
2Y、2M、2C、2K、108 帯電ローラ
3Y、3M、3C、3K レーザ光線
3 露光装置
4Y、4M、4C、4K、111 現像装置(現像手段)
5Y、5M、5C、5K 1次転写ローラ
6Y、6M、6C、6K、113 感光体クリーニング装置(クリーニング手段)
8Y、8M、8C、8K トナーカートリッジ
10Y、10M、10C、10K ユニット
20 中間転写ベルト
22 駆動ローラ
24 支持ローラ
26 2次転写ローラ(転写手段)
28、115 定着装置(定着手段)
30 中間転写体クリーニング装置
112 転写装置
116 取り付けレール
117 除電露光のための開口部
118 露光のための開口部
200 プロセスカートリッジ、
P、300 記録紙(被転写体)

Claims (7)

  1. 外添剤を含むトナーと、芯材表面に樹脂被覆層が形成されたキャリアと、を有し、
    前記トナーの形状係数SF1が125以上135以下であり、トナー全体に対する形状係数SF1が125未満の粒子数が5個数%以上30個数%以下、形状係数SF1が135を超える粒子数が5個数%以上30個数%以下であり、
    かつ、前記樹脂被覆層に用いる樹脂の引っかき強度試験における引っかき線幅が80μm以上200μm以下、引っかき深さが60μm以上150μm以下であることを特徴とする静電荷像現像剤。
  2. 前記外添剤が、体積平均1次粒径が70nm以上200nm以下の金属酸化物粒子を含むことを特徴とする請求項1に記載の静電荷像現像剤。
  3. 現像剤として22℃、相対湿度50%の環境に170時間放置後の、前記トナーにおける下記式(1)で示される表面電荷密度分布Dが5dB以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の静電荷像現像剤。
    D[dB]=10×log(m/σ) ・・・ 式(1)
    (上記式において、mはトナーの表面電荷密度平均値、σはトナーの表面電荷密度標準偏差を各々表す。)
  4. 前記トナーが、結晶性樹脂を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の静電荷像現像剤。
  5. 前記キャリアにおける樹脂被覆層の厚さが、70nm以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の静電荷像現像剤。
  6. 現像剤保持体を少なくとも備え、請求項1〜5のいずれか1項に記載の静電荷像現像剤を収めることを特徴とするプロセスカートリッジ。
  7. 像保持体と、該像保持体上に形成された静電荷像を現像剤によりトナー像として現像する現像手段と、像保持体上に形成されたトナー像を被転写体上に転写する転写手段と、被転写体上に転写されたトナー像を定着する定着手段と、を有し、前記現像剤が請求項1〜5のいずれか1項に記載の静電荷像現像剤であることを特徴とする画像形成装置。
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