JP5370640B2 - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電子写真法、静電記録等により画像を形成する画像形成装置、画像形成方法および該画像形成装置に使用する画像形成装置用トナーに関する。
画像形成装置は、像担持体表面の画像形成領域を均一に帯電させる帯電工程、像担持体への書き込みを行う露光工程、像担持体上に摩擦帯電させたトナーにより画像を形成する現像工程、印刷用紙に直接、あるいは中間転写体を介して間接的に像担持体上の画像を転写する転写工程を経た後、画像を印刷用紙に定着させる定着工程を有する。また、像担持体上に転写しきれずに残った転写残トナーは、クリーニング工程により像担持体上から掻き落とされ、次画像形成プロセスに入る。
従来使用される帯電方式は、印加するバイアスの方式により、主に2つに分けられる。接触式帯電部材に印加するバイアスをDCとするDC帯電、DCにACを重畳させるAC帯電である。
AC帯電は帯電均一性に優れ、帯電電位の制御性にも優れていることから、低速から中速域の電子写真装置で広く用いられている。帯電部材としては帯電ローラが主に使用される(以下、ACローラ帯電)。なかでも、帯電ローラと像担持体(以下、感光体とも言う。)の間に微小な隙間を設ける非接触近接帯電方式は帯電ローラの汚れが接触方式よりも少ないことから耐久性を重んじた機械において広く使われている。ACローラ帯電では、帯電の均一性を確保するために、画像の副走査方向の単位長さあたりに一定回数以上の放電を行う必要があり、そのAC周波数は一般的には6.0〜7.3cycle/mm程度に設定される。
その一方で、AC帯電は感光体近傍で正負の放電を何度か繰り返すために感光体に与える放電のハザードがDCローラ帯電やコロナ帯電方式に比べて大きく、感光体の膜厚減少(膜削れ)や感光体表面に付着する異物付着(以下、フィルミングと言う。)を助長しやすいという欠点がある。
これらの欠点は、特に高速機やA3機やA3ノビ対応機などの幅広の機械などで顕著に現れる。このような場合にはローラの機械的精度が必要になり、一般的にローラの外径が低速機に対して大きくなるため、放電可能領域が広がり、特にAC帯電ハザードの影響が無視できなくなる。また、さらなる画質の向上、充分な帯電均一性を確保するためにはさらに高い、7.5〜8.0cycle/mm程度のAC周波数が必要である。
以上のような理由から、線速250mm/s以上の高速機においてACローラ帯電方式を採用する機械は少ない。
そのなかで、高速機でありながらACローラ帯電方式を採用している機械もある。本体の小型化を実現するために非接触方式を採用し、ローラの汚れに対する耐性が高まり、一定の高寿命を達成しているが、その反面ギャップが広がることによりAC帯電ハザードも大きくなり、フィルミングの起こる可能性も高くなっている。これに対しては、感光体保護のための滑剤(ステアリン酸亜鉛等)塗布を充分に行うことにより対応していた。そのため、ある程度のユニット寿命を達成するためには大型の滑剤を搭載せざるを得ず、滑剤の搭載量が律速となっている。
また、使用されるトナーの製造は樹脂、顔料、帯電制御剤、離型剤を溶融混練し、冷却した後に粉砕、分級する混練粉砕法が一般的であるが、粒径、形状が揃わず、これらを制御するのは困難である。
このような状況下で、近年トナー粒子の粒径を意図的に制御し、前述の問題を解消しようとする試みがあり、水系での造粒として乳化重合法や溶解懸濁法といった重合トナー工法が盛んになった。
さらに、トナーの流動特性、帯電特性等を改善する目的でトナー粒子には、平均粒径5〜25nmの微粉末を外添剤として添加・混合して使用して使用することが一般的である。例えば、流動性改善のために、シリカ、二酸化チタン等を外添する発明が知られている。また、表面の疎水性・帯電特性改善のために、シランやシリコーンオイル等の有機ケイ素化合物で表面処理した外添剤を使用する発明が知られており、加えて帯電速度を改善するため、電気抵抗の低い酸化チタン等を使用する発明等も知られている。
しかし、これらの添加剤が外添されたトナーは、例えば二成分現像剤においてキャリアとのストレス等から長時間使用するとトナー表面の外添剤がトナーに埋め込まれてしまい、トナーの流動性の低下をきたし、所望の流動性を維持できなくなるという不具合がある。
この外添剤の埋め込みを低減するためには大粒径の外添剤を併用する方法が有効であるが、大粒径外添剤はトナーから離脱しやすく、大粒径外添剤が現像剤から選択的に外部に排出されて、小粒径外添剤を埋め込み、流動性が低下し、画像濃度低下が発生したり、あるいは、現像剤に大粒径外添剤が蓄積して現像特性が変化し、地汚れが発生しやすくなる等の問題が発生する。
また、外添剤が脱離してキャリアに付着することにより、キャリアの帯電付与性が低下することが知られている。これは外添剤種類が大きく関係しており、抵抗値の低い外添剤ほど、キャリア帯電付与性の阻害傾向が強いことが分かっている。
一方で、大粒径の外添剤は感光体ドラム上にフィルミングしやすく、フィルミングした感光体は高温高湿環境にて画像ボケを引き起こすことが知られている。
このため、大粒径外添剤のトナーからの脱離を防止するため、これまでに各種の改良がされている。例えば大粒径外添剤が樹脂粒子の場合は、ハイブリタイゼーションシステムを使用し12000rpmで2分間処理して物理的な力による固定化方法が提案されている(特許文献1参照)。しかし、この技術には、固定化処理によりトナー母体粒子の帯電性能が劣化する問題がある。
特開2004−246057号公報
本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、高速の画像形成、特に従来の高速機を超える線速を有する超高速の画像形成において、帯電均一性、帯電制御性に優れた非接触方式のACローラ帯電方式を採用し、かつ、フィルミングの発生、キャリアの帯電付与性低下を抑制し、高画質かつ経時で安定した画像が得られる画像形成方法、画像形成装置および該画像形成装置に用いられる画像形成装置用トナーを提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
ACローラ帯電方式において、AC周波数が高いとフィルミングが発生する可能性が高いが、帯電均一性が高くなる。しかしながら、AC周波数が低すぎると、帯電ハザードは少ないものの画質の低下を引き起こしてしまう。したがって、AC周波数を画質の低下が起こらない限界の域まで下げることで、AC周波数低減による画質の低下と帯電ハザードが起因となるフィルミングによる画質の低下をともに抑制し、高画質が得られるようになる。
また、フィルミングの発生はトナー表面に外添された大粒径外添剤(BET比表面積で20〜40m/g)に起因しており、大粒径外添剤の付着強度が影響していると考えられる。すなわち、大粒径外添剤を粒子に最初に付着させることにより強固に付着させ、遊離しにくい状態にすることでAC周波数が高く、帯電ハザードが大きくとも、フィルミングの発生を抑制し、高画質な画像が得られることを可能とした。
さらに、キャリアの帯電付与性低下は主として電気抵抗の低い酸化チタン微粒子がトナーから遊離し、キャリアへ付着することにより発生している。そのため酸化チタンのトナーへの付着強度を高め、遊離した酸化チタンを減らすことが必要であるが、これは流動性発現効果の高い小粒径疎水性シリカ微粒子を添加する前に酸化チタンを添加させることで上記のような状態を達成することができる。
これによりキャリアの帯電付与性低下が無くなり、トナー飛散を防ぐことができ、経時で安定な画像が得られることを可能とした。
またさらに、従来ブレードクリーニングよるクリーニング工程前に行われていた滑剤塗布をクリーニング工程後に行うことで、感光体表層に存在するトナーや外添剤、劣化した滑剤を除去した後に新たな滑剤を塗布でき、また、滑剤塗布後に塗布した滑剤を引き伸ばす工程を有しているため少量の滑剤を効率よく塗布することが可能となり、従来の滑剤消費量の4分の1で従来同等以上のユニット寿命を達成できる。
即ち、上記課題を解決するために本発明に係る画像形成装置、画像形成方法および画像形成装置用トナーは、具体的には下記(1)〜(7)に記載の技術的特徴を有する。
(1):像担持体表面を帯電させる帯電工程と、前記像担持体上に露光することによって潜像を書き込む露光工程と、前記像担持体上に書き込まれた潜像にトナーを現像して可視像を形成する現像工程と、前記可視像を直接または中間転写体を介して記録媒体に転写する転写工程と、記録媒体に転写された転写像を定着させる定着工程と、前記像担持体上の転写残トナーをクリーニングするクリーニング工程と、前記像担持体に滑剤を塗布する滑剤塗布工程と、前記滑剤塗布工程で塗布した滑剤を像担持体表層に一様に引き伸ばす滑剤引き伸ばし工程と、を少なくとも有する二成分現像方式の画像形成方法において、前記帯電工程は、像担持体に対し、非接触でAC帯電により帯電し、前記ACは、6.5〜8.5cycle/mmのAC周波数であって、前記クリーニング工程は、ブレード状のクリーニング部材で行われ、前記滑剤塗布工程は、前記クリーニング工程の後に位置し、前記滑剤引き伸ばし工程は、像担持体にカウンタ方向で当接された滑剤引き伸ばし部材で行われ、前記トナーは、トナー母粒子表面に少なくとも3種の外添剤が付着されていて、前記3種の外添剤は、BET比表面積値が20〜40m2/gの疎水性シリカ微粒子と、BET比表面積値が40〜80m2/gの疎水性酸化チタン微粒子と、BET比表面積値が130〜300m2/gの疎水性シリカ微粒子であることを特徴とする画像形成方法である。
(2):前記像担持体の線速は、300mm/sec以上であることを特徴とする上記(1)に記載の画像形成方法である。
(3):前記トナーは、トナー母粒子表面に前記BET比表面積値が20〜40m2/gの疎水性シリカ微粒子を混合付着させ、その後前記BET比表面積値が40〜80m2/gの疎水性酸化チタン微粒子を混合付着させ、さらにその後前記BET比表面積値が130〜300m2/gの疎水性シリカ微粒子を混合付着させることにより得られることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の画像形成方法である。
(4):前記トナー母粒子は、少なくともトナー組成物及び/又はトナー組成物前駆体を含む油相及び/又はモノマー相を水系媒体に分散及び/又は乳化して造粒してなり、前記トナー組成物は、少なくとも層間のイオンの少なくとも一部を有機物イオンで変性した層状無機鉱物を含有することを特徴とする上記(1)乃至(3)のいずれか1項に記載の画像形成方法である。
(5):前記3種の外添剤のいずれも疎水化度が50〜90%であることを特徴とする上記(1)乃至(4)のいずれか1項に記載の画像形成方法である。
(6):像担持体と、該像担持体表面を帯電させる帯電手段と、前記像担持体上に露光することによって潜像を書き込む露光手段と、前記像担持体上に書き込まれた潜像にトナーを現像して可視像を形成する現像手段と、前記可視像を直接または中間転写体を介して記録媒体に転写する転写手段と、記録媒体に転写された転写像を定着させる定着手段と、転写し切れなかった前記像担持体上の転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段と、前記像担持体に滑剤を塗布する滑剤塗布手段と、該滑剤塗布手段で塗布した滑剤を前記像担持体表層に一様に引き伸ばす滑剤引き伸ばし手段と、を少なくとも有する二成分現像方式の画像形成装置において、前記帯電手段は、前記像担持体に対し、非接触のAC帯電ローラであり、前記クリーニング手段は、ブレード状のクリーニング部材であり、前記像担持体の線速は、300mm/sec以上であり、前記滑剤塗布手段は、前記像担持体の回転方向における前記クリーニング手段の後方に配置され、前記滑剤引き伸ばし手段は、前記像担持体に対してカウンタ方向で当接されていて、前記現像手段は、少なくとも現像ユニットを有し、該現像ユニットは、二成分現像剤を収容し、該二成分現像剤は、キャリアと、トナー母粒子表面に少なくとも3種の外添剤が付着されたトナーと、からなり、前記3種の外添剤は、BET比表面積値が20〜40m2/gの疎水性シリカ微粒子と、BET比表面積値が40〜80m2/gの疎水性酸化チタン微粒子と、BET比表面積値が130〜300m2/gの疎水性シリカ微粒子であることを特徴とする画像形成装置である。
(7):前記像担持体の線速は、300mm/sec以上であることを特徴とする上記(6)に記載の画像形成装置である。
本発明によれば、ACローラ帯電方式を採用した二成分現像方式の画像形成装置において、フィルミングの発生、キャリアの帯電付与性低下を抑制し、高画質かつ経時で安定した画像が得られる画像形成装置用トナーおよび画像形成装置、画像形成方法を提供することができる。
本発明に係る画像形成方法は、像担持体表面を帯電させる帯電工程と、前記像担持体上に露光することによって潜像を書き込む露光工程と、前記像担持体上に書き込まれた潜像にトナーを現像して可視像を形成する現像工程と、前記可視像を直接または中間転写体を介して記録媒体に転写する転写工程と、記録媒体に転写された転写像を定着させる定着工程と、前記像担持体上の転写残トナーをクリーニングするクリーニング工程と、前記像担持体に滑剤を塗布する滑剤塗布工程と、前記滑剤塗布工程で塗布した滑剤を像担持体表層に一様に引き伸ばす滑剤引き伸ばし工程と、を少なくとも有する二成分現像方式の画像形成方法において、前記帯電工程は、像担持体に対し、非接触でAC帯電により帯電し、前記ACは、6.5〜8.5cycle/mmのAC周波数であって、前記クリーニング工程は、ブレード状のクリーニング部材で行われ、前記滑剤塗布工程は、前記クリーニング工程の後に位置し、前記滑剤引き伸ばし工程は、像担持体にカウンタ方向で当接された滑剤引き伸ばし部材で行われ、前記トナーは、水系造粒法により作製されたトナー母粒子表面に少なくとも3種の外添剤が付着されていて、前記3種の外添剤は、BET比表面積値が20〜40m2/gの疎水性シリカ微粒子と、BET比表面積値が40〜80m2/gの疎水性酸化チタン微粒子と、BET比表面積値が130〜300m2/gの疎水性シリカ微粒子であることを特徴とする。
以下、本発明に係る画像形成方法について各構成ごとに詳細に説明する。
(画像形成装置用トナー)
本発明において、画像形成装置用トナー(以下、単にトナーとも称する。)は、水系造粒により作製されるトナー母粒子に少なくとも3種以上の外添剤が付着されてなり、前記3種の外添剤は、BET比表面積値が20〜40m2/gの疎水性シリカ微粒子と、BET比表面積値が40〜80m2/gの疎水性酸化チタン微粒子と、BET比表面積値が130〜300m2/gの疎水性シリカ微粒子である。
水系造粒により作製されるトナー母粒子は、少なくともトナー組成物及び/又はトナー組成物前駆体を含む油相及び/又はモノマー相を水系媒体に分散及び/又は乳化して造粒してなり、前記トナー組成物は、少なくとも層状無機鉱物が有する層間のイオンの少なくとも一部を有機物イオンで変性した層状無機鉱物を有することが好ましい。
以下に、トナーの構成材料及び製造方法について説明する。
(層状無機鉱物)
本発明において用いる層状無機鉱物である層間イオンの少なくとも一部を有機物イオンで変性した変性層状無機鉱物について説明する。
層状無機鉱物は厚さ数nmの層が重ね合わさってできている無機鉱物の事を言い、有機物イオンで変性するとはその層間に存在するイオンに有機物イオンを導入することを言う。これを広義にはインターカレーションという。層状無機鉱物としては、スメクタイト族(モンモリロナイト、サポナイトなど)、カオリン族(カオリナイトなど)、マガディアイト、カネマイトが知られている。変性層状無機鉱物はその変性された層状構造により親水性が高い。その為、層状無機鉱物を変性すること無しに水系媒体中に分散して造粒するトナーに用いると、水系媒体中に層状無機鉱物が移行し、トナーを異形化することが出来ない。ところが、層状無機鉱物を変性することにより、親水性が高くなり、かかる変性無機鉱物は、トナーの製造時に微細化すると共に異形化し、トナー粒子の表面部分に特に多く存在し、電荷調節機能を果たすと共に、低温定着にも貢献する。
このとき、トナー材料中の変性層状無機鉱物の含有量は、0.05〜10重量%であることが好ましく、0.05〜5重量%であることがより好ましい。
本発明に用いる変性した層状無機鉱物は、スメクタイト系の基本結晶構造を持つものを有機カチオンで変性したものが望ましい。また、層状無機鉱物の2価金属の一部を3価の金属に置換することにより、金属アニオンを導入することが出来る。しかし、金属アニオンを導入すると親水性が高いため、金属アニオンの少なくとも一部を有機アニオンで変性した層状無機化合物が望ましい。
前記層状無機鉱物が有するイオンの少なくとも一部を有機物イオンで変性した層状無機鉱物の、有機物イオン変性剤としては第4級アルキルアンモニウム塩、フォスフォニウム塩やイミダゾリウム塩などが挙げられるが、第4級アルキルアンモニウム塩が望ましい。前記第4級アルキルアンモニウムとしては、トリメチルステアリルアンモニウム、ジメチルステアリルベンジルアンモニウム、ジメチルオクタデシルアンモニウム、オレイルビス(2−ヒドロキシエチル)メチルアンモニウムなどが挙げられる。
前記有機物イオン変性剤としては、さらに分岐、非分岐または環状アルキル(C1〜C44)、アルケニル(C1〜C22)、アルコキシ(C8〜C32)、ヒドロキシアルキル(C2〜C22)、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド等を有する硫酸塩、スルフォン酸塩、カルボン酸塩、またはリン酸塩が挙げられる。エチレンオキサイド骨格を持ったカルボン酸が望ましい。
層状無機鉱物を少なくとも一部を有機物イオンで変性することにより、適度な疎水性を持ち、トナー組成物及び/又はトナー組成物前駆体を含む油相が非ニュートニアン粘性を持ち、トナーを異形化することが出来る。このとき、トナー材料中の一部を有機物イオンで変性した層状無機鉱物の含有量は、0.05〜10重量%であることが好ましく、0.05〜5重量%であることがより好ましい。
一部を有機物イオンで変性した層状無機鉱物は、適宜選択することができるが、モンモリロナイト、ベントナイト、ヘクトライト、アタパルジャイト、セピオライト及びこれらの混合物等が挙げられる。中でも、トナー特性に影響を与えず、容易に粘度調整ができ、添加量を少量とすることができることから有機変性モンモリロナイト又はベントナイトが好ましい。
一部を有機カチオンで変性した層状無機鉱物の市販品としては、Bentone 3、Bentone 38、Bentone 38V(以上、レオックス社製)、チクソゲルVP(United catalyst社製)、クレイトン34、クレイトン40、クレイトンXL(以上、サザンクレイ社製)等のクオタニウム18ベントナイト;Bentone 27(レオックス社製)、チクソゲルLG(United catalyst社製)、クレイトンAF、クレイトンAPA(以上、サザンクレイ社製)等のステアラルコニウムベントナイト;クレイトンHT、クレイトンPS(以上、サザンクレイ社製)等のクオタニウム18/ベンザルコニウムベントナイトが挙げられる。特に好ましいのはクレイトンAF、クレイトンAPAが挙げられる。また一部を有機アニオンで変性した層状無機鉱物としてはDHT−4A(協和化学工業社製)に下記一般式(1)で表される有機アニオンで変性させたものが特に好ましい。
下記一般式(1)は例えばハイテノール330T(第一工業製薬社製)が挙げられる。
一般式(1)
(OROSO
[式中、Rは炭素数13を有するアルキル基、Rは炭素数2から6を有するアルキレン基を表す。nは2から10の整数を表し、Mは1価の金属元素を表す]
変性層状無機鉱物を用いることにより、適度な疎水性を持ち、これを有するトナーの製造過程においてトナー組成物及び/又はトナー組成物前駆体を含む油相が非ニュートニアン粘性を持ち、トナーを異形化することが出来る。
本発明におけるトナー母粒子は、少なくとも前記変性した変性層状無機鉱物を含むトナー組成物を、水系媒体に分散及び/又は乳化して得られたものであることが好ましく、少なくとも有機溶媒中に第一の結着樹脂、結着樹脂前駆体、前記結着樹脂前駆体と伸長または架橋する化合物、着色剤、離型剤、前記変性した層状無機鉱物を含むトナー組成物を溶解又は分散させ、該溶解液又は分散液を水系媒体中で架橋反応及び/又は伸長反応させ、得られた分散液から溶媒を除去することにより得られたものであることがさらに好ましい。
本発明で用いる結着樹脂前駆体としては、活性水素と反応可能な反応性変性ポリエステル系樹脂(RMPE)が好ましく、例えば、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)などが挙げられる。このプレポリマー(A)としては、ポリオール(PO)とポリカルボン酸(PC)との重縮合物で、かつ活性水素を有するポリエステルをさらにポリイソシアネート(PIC)と反応させたもの等が挙げられる。上記ポリエステルの有する活性水素を含む基としては、水酸基(アルコール性水素基およびフェノール性水酸基)、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基などが挙げられ、これらのうち好ましいものはアルコール性水酸基である。
前記反応性変性ポリエステル系樹脂に対する架橋剤としては、アミン類が用いられ、伸長剤としてはジイソシアネート化合物(ジフェニルメタンジイソシアネート等)が用いられる。後述に詳しく説明するアミン類は、活性水素と反応可能な変性ポリエステルに対する架橋剤や伸長剤として作用する。
前記イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)にアミン類(B)を反応させて得られるウレア変性ポリエステル等の変性ポリエステルはその高分子成分の分子量を調節しやすく、乾式トナー、特にオイルレス低温定着特性(定着用加熱媒体への離型オイル塗布機構のない広範な離型性及び定着性)を確保するのに好都合である。特にポリエステルプレポリマーの末端をウレア変性したものは未変性のポリエステル樹脂自体の定着温度域での高流動性、透明性を維持したまま、定着用加熱媒体への接着性を抑制することができる。
本発明で用いる好ましいポリエステルプレポリマーは、末端に酸基や水酸基等の活性水素基を有するポリエステルに、その活性水素と反応するイソシアネート基等の官能基を導入したものである。このプレポリマーからウレア変性ポリエステル等の変性ポリエステル(MPE)を誘導することができるが、本発明の場合、トナーバインダーとして用いる好ましい変性ポリエステルは、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)に対して、架橋剤及び/又は伸長剤としてアミン類(B)を反応させて得られるウレア変性ポリエステルである。イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)は、ポリオール(PO)とポリカルボン酸(PC)との重縮合物でかつ活性水素基を有するポリエステルをさらにポリイソシアネート(PIC)と反応させることによって得ることができる。上記ポリエステルの有する活性水素基としては、水酸基(アルコール性水酸基およびフェノール性水酸基)、アミノ基、カルボキシル基、メルカプト基などが挙げられ、これらのうち好ましいものはアルコール性水酸基である。
ポリオール(PO)としては、ジオール(DIO)および3価以上のポリオール(TO)が挙げられ、(DIO)単独、または(DIO)と少量の(TO)との混合物が好ましい。ジオール(DIO)としては、アルキレングリコール(エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなど);アルキレンエーテルグリコール(ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコールなど);脂環式ジオール(1,4−シクロヘキサンジメタノール、水素添加ビスフェノールAなど);ビスフェノール類(ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールSなど);上記脂環式ジオールのアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物;上記ビスフェノール類のアルキレンオキサイド(エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなど)付加物などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数2〜12のアルキレングリコールおよびビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物であり、特に好ましいものはビスフェノール類のアルキレンオキサイド付加物、およびこれと炭素数2〜12のアルキレングリコールとの併用である。3価以上のポリオール(TO)としては、3〜8価またはそれ以上の多価脂肪族アルコール(グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトールなど);3価以上のフェノール類(トリスフェノールPA、フェノールノボラック、クレゾールノボラックなど);上記3価以上のポリフェノール類のアルキレンオキサイド付加物などが挙げられる。
ポリカルボン酸(PC)としては、ジカルボン酸(DIC)および3価以上のポリカルボン酸(TC)が挙げられ、DIC単独、およびDICと少量の(TC)との混合物が好ましい。ジカルボン酸(DIC)としては、アルキレンジカルボン酸(コハク酸、アジピン酸、セバシン酸など);アルケニレンジカルボン酸(マレイン酸、フマール酸など);芳香族ジカルボン酸(フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸など)などが挙げられる。これらのうち好ましいものは、炭素数4〜20のアルケニレンジカルボン酸および炭素数8〜20の芳香族ジカルボン酸である。3価以上のポリカルボン酸(TC)としては、炭素数9〜20の芳香族ポリカルボン酸(トリメリット酸、ピロメリット酸など)などが挙げられる。なお、ポリカルボン酸(PC)としては、上述のものの酸無水物または低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステル、イソプロピルエステルなど)を用いてポリオール(PO)と反応させてもよい。ポリオール(PO)とポリカルボン酸(PC)の比率は、水酸基[OH]とカルボキシル基[COOH]の当量比[OH]/[COOH]として、通常2/1〜1/1、好ましくは1.5/1〜1/1、さらに好ましくは1.3/1〜1.02/1である。
ポリイソシアネート(PIC)としては、脂肪族ポリイソシアネート(テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、2,6−ジイソシアナトメチルカプロエートなど);脂環式ポリイソシアネート(イソホロンジイソシアネート、シクロヘキシルメタンジイソシアネートなど);芳香族ジイソシアネート(トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネートなど);芳香脂肪族ジイソシアネート(α,α,α’,α’−テトラメチルキシリレンジイソシアネートなど);イソシアヌレート類;前記ポリイソシアネートをフェノール誘導体、オキシム、カプロラクタムなどでブロックしたもの;およびこれら2種以上の併用が挙げられる。
ポリイソシアネート(PIC)の比率は、イソシアネート基[NCO]と、水酸基を有するポリエステルの水酸基[OH]の当量比[NCO]/[OH]として、通常5/1〜1/1、好ましくは4/1〜1.2/1、さらに好ましくは2.5/1〜1.5/1である。[NCO]/[OH]が5を超えると低温定着性が悪化する。[NCO]のモル比が1未満では、変性ポリエステルを用いる場合、そのエステル中のウレア含量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。末端にイソシアネート基を有するプレポリマー(A)中のポリイソシアネート(PIC)構成成分の含有量は、通常0.5〜40重量%、好ましくは1〜30重量%、さらに好ましくは2〜20重量%である。0.5重量%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。また、40重量%を超えると低温定着性が悪化する。
イソシアネート基を有するプレポリマー(A)中の1分子当たりに含有するイソシアネート基は、通常1個以上、好ましくは、平均1.5〜3個、さらに好ましくは、平均1.8〜2.5個である。1分子当たり1個未満では、ウレア変性ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
アミン類(B)としては、ジアミン(B1)、3価以上のポリアミン(B2)、アミノアルコール(B3)、アミノメルカプタン(B4)、アミノ酸(B5)、およびB1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)などが挙げられる。ジアミン(B1)としては、芳香族ジアミン(フェニレンジアミン、ジエチルトルエンジアミン、4,4’ジアミノジフェニルメタンなど);脂環式ジアミン(4,4’−ジアミノ−3,3’ジメチルジシクロヘキシルメタン、ジアミンシクロヘキサン、イソホロンジアミンなど);および脂肪族ジアミン(エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンなど)などが挙げられる。3価以上のポリアミン(B2)としては、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどが挙げられる。アミノアルコール(B3)としては、エタノールアミン、ヒドロキシエチルアニリンなどが挙げられる。アミノメルカプタン(B4)としては、アミノエチルメルカプタン、アミノプロピルメルカプタンなどが挙げられる。アミノ酸(B5)としては、アミノプロピオン酸、アミノカプロン酸などが挙げられる。B1〜B5のアミノ基をブロックしたもの(B6)としては、前記B1〜B5のアミン類とケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど)から得られるケチミン化合物、オキサゾリジン化合物などが挙げられる。これらアミン類(B)のうち好ましいものは、B1およびB1と少量のB2の混合物である。
さらに、必要により伸長停止剤を用いてポリエステルの分子量を調整することができる。伸長停止剤としては、モノアミン(ジエチルアミン、ジブチルアミン、ブチルアミン、ラウリルアミンなど)、およびそれらをブロックしたもの(ケチミン化合物)などが挙げられる。
アミン類(B)の比率は、イソシアネート基を有するプレポリマー(A)中のイソシアネート基[NCO]と、アミン類(B)中のアミノ基[NHx]の当量比[NCO]/[NHx]として、通常1/2〜2/1、好ましくは1.5/1〜1/1.5、さらに好ましくは1.2/1〜1/1.2である。[NCO]/[NHx]が2を超えたり1/2未満では、ポリエステルの分子量が低くなり、耐ホットオフセット性が悪化する。
本発明においては、トナーバインダーとして好ましく用いられるポリエステル系樹脂(ポリエステル)は、ウレア変性ポリエステル(UMPE)であるが、このポリエステル中に、ウレア結合と共にウレタン結合を含有していてもよい。ウレア結合含有量とウレタン結合含有量のモル比は、通常100/0〜10/90であり、好ましくは80/20〜20/80、さらに好ましくは、60/40〜30/70である。ウレア結合のモル比が10%未満では、耐ホットオフセット性が悪化する。
ウレア変性ポリエステル(UMPE)等の変性ポリエステルは、ワンショット法、などにより製造される。ウレア変性ポリエステル(UMPE)等の変性ポリエステルの重量平均分子量は、通常1万以上、好ましくは2万〜1000万、さらに好ましくは3万〜100万である。1万未満では耐ホットオフセット性が悪化する。ウレア変性ポリエステル等の変性ポリエステル数平均分子量は、後述の変性されていないポリエステル(PE)を用いる場合は特に限定されるものではなく、前記重量平均分子量とするのに得やすい数平均分子量でよい。UMPE等の変性ポリエステル単独の場合は、その数平均分子量は、通常2000〜15000、好ましくは2000〜10000、さらに好ましくは2000〜8000である。15000を超えると低温定着性およびフルカラー装置に用いた場合の光沢性が悪化する。
本発明においては、前記ウレア結合で変性されたポリエステル(UMPE)等の変性ポリエステルは単独使用だけでなく、このものと共に、変性されていないポリエステル(PE)を結着樹脂成分として含有させることもできる。PEを併用することで、低温定着性およびフルカラー装置に用いた場合の光沢性が向上し、単独使用より好ましい。PEとしては、前記UMPEのポリエステル成分と同様なポリオールPOとポリカルボン酸PCとの重縮合物などが挙げられ、好ましいものもUMPEの場合と同様である。PEの重量平均分子量(Mw)は、10000〜300000、好ましくは14000〜200000である。そのMn(数平均分子量)は、1000〜10000、好ましくは1500〜6000である。また、UMPEに対しては、無変性のポリエステルだけでなく、ウレア結合以外の化学結合で変性されているもの、例えばウレタン結合で変性されているものも併用することができる。UMPEとPEは少なくとも一部が相溶していることが低温定着性、耐ホットオフセット性の面で好ましい。従って、UMPEのポリエステル成分とPEは類似の組成が好ましい。PEを含有させる場合のUMPEとPEの重量比は、通常5/95〜80/20、好ましくは5/95〜30/70、さらに好ましくは5/95〜25/75、特に好ましくは7/93〜20/80である。UMPEの重量比が5%未満では、耐ホットオフセット性が悪化するとともに、耐熱保存性と低温定着性の両立の面で不利になる。
PEの水酸基価(mgKOH/g)は5以上であることが好ましく、PEの酸価(mgKOH/g)は通常1〜30、好ましくは5〜20である。酸価を持たせることで負帯電性となりやすく、さらには紙への定着時紙とトナーの親和性がよく低温定着性が向上する。しかし、酸価が30を超えると帯電の安定性、特に環境変動に対し悪化傾向がある。重合反応においては酸価がふれると造粒工程でのぶれにつながり乳化における制御が難しくなる。酸価の測定方法については後述する。
(水酸基価の測定方法)
測定装置の条件は、後述の酸価の測定と同様とする。
試料0.5gを100mlのメスフラスコに精秤し、これにアセチル化試薬5mlを正しく加える。その後100℃±5℃の浴中に浸して加熱する。1〜2時間後フラスコを浴から取り出し、放冷後水を加えて振り動かして無水酢酸を分解する。更に分解を完全にするため再びフラスコを浴中で10分間以上加熱し放冷後、有機溶剤でフラスコの壁を良く洗う。この液を電極を用いてN/2水酸化カリウムエチルアルコール溶液で電位差滴定を行いOH価を求める(JISK0070−1966に準ずる。)。
本発明において、トナーのガラス転移点(Tg)は、通常40〜70℃、好ましくは40〜60℃である。40℃未満ではトナーの耐熱性が悪化し、70℃を超えると低温定着性が不十分となる。ウレア変性ポリエステル樹脂等の変性ポリエステルの共存により、本発明の乾式トナーにおいては、公知のポリエステル系トナーと比較して、ガラス転移点が低くても耐熱保存性が良好な傾向を示す。
(離型剤)
本発明においてトナーに用いる離型剤(ワックス)としては、融点が50〜120℃の低融点のワックスが、バインダー樹脂との分散の中でより離型剤として効果的に定着ローラとトナー界面との間で働き、これにより定着ローラにオイルの如き離型剤を塗布することなく高温耐オフセットに対し効果を示す。
なお、本発明におけるワックスの融点は、示差走査熱量計(DSC)による最大吸熱ピークとした。
本発明において使用できる離型剤として機能するワックス成分としては、以下の材料が使用できる。即ち、具体例としては、ロウ類及びワックス類としては、カルナバワックス、綿ロウ、木ロウ、ライスワックス等の植物系ワックス、ミツロウ、ラノリン等の動物系ワックス、オゾケライト、セルシン等の鉱物系ワックス、及びパラフィン、マイクロクリスタリン、ペトロラタム等の石油ワックス等が挙げられる。またこれら天然ワックスの外に、フィッシャー・トロプシュワックス、ポリエチレンワックス等の合成炭化水素ワックス、エステル、ケトン、エーテル等の合成ワックス等が挙げられる。さらに、12−ヒドロキシステアリン酸アミド、ステアリン酸アミド、無水フタル酸イミド、塩素化炭化水素等の脂肪酸アミド及び、低分子量の結晶性高分子樹脂である、ポリn−ステアリルメタクリレート、ポリn−ラウリルメタクリレート等のポリアクリレートのホモ重合体あるいは共重合体(例えば、n−ステアリルアクリレート−エチルメタクリレートの共重合体等)等、側鎖に長いアルキル基を有する結晶性高分子等も用いることができる。
(着色剤)
本発明で用いる着色剤としては、公知の染料及び顔料が全て使用でき、例えば、カーボンブラック、ニグロシン染料、鉄黒、ナフトールイエローS、ハンザイエロー(10G、5G、G)、カドミュウムイエロー、黄色酸化鉄、黄土、黄鉛、チタン黄、ポリアゾイエロー、オイルイエロー、ハンザイエロー(GR、A、RN、R)、ピグメントイエローL、ベンジジンイエロー(G、GR)、パーマネントイエロー(NCG)、バルカンファストイエロー(5G、R)、タートラジンレーキ、キノリンイエローレーキ、アンスラザンイエローBGL、イソインドリノンイエロー、ベンガラ、鉛丹、鉛朱、カドミュウムレッド、カドミュウムマーキュリレッド、アンチモン朱、パーマネントレッド4R、パラレッド、ファイセーレッド、パラクロルオルトニトロアニリンレッド、リソールファストスカーレットG、ブリリアントファストスカーレット、ブリリアントカーンミンBS、パーマネントレッド(F2R、F4R、FRL、FRLL、F4RH)、ファストスカーレットVD、ベルカンファストルビンB、ブリリアントスカーレットG、リソールルビンGX、パーマネントレッドF5R、ブリリアントカーミン6B、ポグメントスカーレット3B、ボルドー5B、トルイジンマルーン、パーマネントボルドーF2K、ヘリオボルドーBL、ボルドー10B、ボンマルーンライト、ボンマルーンメジアム、エオシンレーキ、ローダミンレーキB、ローダミンレーキY、アリザリンレーキ、チオインジゴレッドB、チオインジゴマルーン、オイルレッド、キナクリドンレッド、ピラゾロンレッド、ポリアゾレッド、クロームバーミリオン、ベンジジンオレンジ、ペリノンオレンジ、オイルオレンジ、コバルトブルー、セルリアンブルー、アルカリブルーレーキ、ピーコックブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー、ファストスカイブルー、インダンスレンブルー(RS、BC)、インジゴ、群青、紺青、アントラキノンブルー、ファストバイオレットB、メチルバイオレットレーキ、コバルト紫、マンガン紫、ジオキサンバイオレット、アントラキノンバイオレット、クロムグリーン、ジンクグリーン、酸化クロム、ピリジアン、エメラルドグリーン、ピグメントグリーンB、ナフトールグリーンB、グリーンゴールド、アシッドグリーンレーキ、マラカイトグリーンレーキ、フタロシアニングリーン、アントラキノングリーン、酸化チタン、亜鉛華、リトボン及びそれらの混合物が使用できる。着色剤の含有量はトナーに対して通常1〜15重量%、好ましくは3〜10重量%である。
本発明で用いる着色剤は樹脂と複合化されたマスターバッチとして用いることもできる。
マスターバッチの製造またはマスターバッチとともに混練される結着樹脂としては、先にあげた変性、未変性ポリエステル樹脂の他にポリスチレン、ポリp−クロロスチレン、ポリビニルトルエンなどのスチレン及びその置換体の重合体;スチレン−p−クロロスチレン共重合体、スチレン−プロピレン共重合体、スチレン−ビニルトルエン共重合体、スチレン−ビニルナフタリン共重合体、スチレン−アクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリル酸エチル共重合体、スチレン−アクリル酸ブチル共重合体、スチレン−アクリル酸オクチル共重合体、スチレン−メタクリル酸メチル共重合体、スチレン−メタクリル酸エチル共重合体、スチレン−メタクリル酸ブチル共重合体、スチレン−α−クロルメタクリル酸メチル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ビニルメチルケトン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−イソプレン共重合体、スチレン−アクリロニトリル−インデン共重合体、スチレン−マレイン酸共重合体、スチレン−マレイン酸エステル共重合体などのスチレン系共重合体;ポリメチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、エポキシ樹脂、エポキシポリオール樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルブチラール、ポリアクリル酸樹脂、ロジン、変性ロジン、テルペン樹脂、脂肪族又は脂環族炭化水素樹脂、芳香族系石油樹脂、塩素化パラフィン、パラフィンワックスなどが挙げられ、単独あるいは混合して使用できる。
本マスターバッチはマスターバッチ用の樹脂と着色剤とを高せん断力をかけて混合、混練してマスターバッチを得ることができる。この際着色剤と樹脂の相互作用を高めるために、有機溶剤を用いることができる。またいわゆるフラッシング法と呼ばれる着色剤の水を含んだ水性ペーストを樹脂と有機溶剤とともに混合混練し、着色剤を樹脂側に移行させ、水分と有機溶剤成分を除去する方法も着色剤のウエットケーキをそのまま用いることができるため乾燥する必要がなく、好ましく用いられる。混合混練するには3本ロールミル等の高せん断分散装置が好ましく用いられる。
(帯電制御剤)
本発明において、トナーは、必要に応じて帯電制御剤を含有してもよい。帯電制御剤としては公知のものが使用でき、例えばニグロシン系染料、トリフェニルメタン系染料、クロム含有金属錯体染料、モリブデン酸キレート顔料、ローダミン系染料、アルコキシ系アミン、4級アンモニウム塩(フッ素変性4級アンモニウム塩を含む)、アルキルアミド、燐の単体または化合物、タングステンの単体または化合物、フッ素系活性剤、サリチル酸金属塩及び、サリチル酸誘導体の金属塩等である。具体的にはニグロシン系染料のボントロン03、第四級アンモニウム塩のボントロンP−51、含金属アゾ染料のボントロンS−34、オキシナフトエ酸系金属錯体のE−82、サリチル酸系金属錯体のE−84、フェノール系縮合物のE−89(以上、オリエント化学工業社製)、第四級アンモニウム塩モリブデン錯体のTP−302、TP−415(以上、保土谷化学工業社製)、第四級アンモニウム塩のコピーチャージPSY VP2038、トリフェニルメタン誘導体のコピーブルーPR、第四級アンモニウム塩のコピーチャージ NEG VP2036、コピーチャージ NX VP434(以上、ヘキスト社製)、LRA−901、ホウ素錯体であるLR−147(日本カーリット社製)、銅フタロシアニン、ペリレン、キナクリドン、アゾ系顔料、その他スルホン酸基、カルボキシル基、四級アンモニウム塩等の官能基を有する高分子系の化合物が挙げられる。
トナー母粒子表面に帯電制御剤を付着固定化するために、着色剤と樹脂を含むトナー母粒子と少なくとも帯電制御剤粒子からなる粒子同士を容器中で回転体を用いて混合する画像形成装置用トナーの製造方法が知られているが、本発明においては、この方法において、容器内壁より突出した固定部材が存在しない容器中で、回転体の周速が40〜150m/secで混合する工程とすることにより得られるようにしても良い。
本発明において帯電制御剤の使用量は、結着樹脂の種類、必要に応じて使用される添加剤の有無、分散方法を含めたトナー製造方法によって決定されるもので、一義的に限定されるものではないが、好ましくはバインダー樹脂100重量部に対して、0.1〜10重量部の範囲で用いられる。好ましくは、0.2〜5重量部の範囲がよい。10重量部を超える場合にはトナーの帯電性が大きすぎ、主帯電制御剤の効果を減退させ、現像ローラとの静電的吸引力が増大し、現像剤の流動性低下や、画像濃度の低下を招く。これらの帯電制御剤、離型剤はマスターバッチ、樹脂とともに溶融混練する事もできるし、もちろん有機溶剤に溶解、分散する際に加えても良い。
(結着樹脂)
結着樹脂は以下の方法などで製造することができる。ポリオール(PO)とポリカルボン酸(PC)を、テトラブトキシチタネート、ジブチルチンオキサイドなど公知のエステル化触媒の存在下、150〜280℃に加熱し、必要により減圧としながら生成する水を溜去して、水酸基を有するポリエステルを得る。次いで40〜140℃にて、これにポリイソシアネート(PIC)を反応させ、イソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)を得る。さらにこのAにアミン類(B)を0〜140℃にて反応させ、ウレア結合で変性されたポリエステル(UMPE)を得る。この変性ポリエステルの数平均分子量は、1000〜10000、好ましくは1500〜6000である。PICを反応させる際およびAとBを反応させる際には、必要により溶剤を用いることもできる。使用可能な溶剤としては、芳香族溶剤(トルエン、キシレンなど);ケトン類(アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなど);エステル類(酢酸エチルなど);アミド類(ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなど)およびエーテル類(テトラヒドロフランなど)などのイソシアネート(PIC)に対して不活性なものが挙げられる。ウレア結合で変性されていないポリエステル(PE)を併用する場合は、水酸基を有するポリエステルと同様な方法でPEを製造し、これを前記UMPEの反応完了後の溶液に溶解し、混合する。
本発明において乾式トナーは以下の方法で製造することができるが勿論これに限定されることはない。
(水系媒体中でのトナー製造法)
本発明で用いる水系媒体としては、水単独でもよいが、水と混和可能な溶剤を併用することもできる。混和可能な溶剤としては、アルコール(メタノール、イソプロパノール、エチレングリコールなど)、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、セルソルブ類(メチルセルソルブなど)、低級ケトン類(アセトン、メチルエチルケトンなど)などが挙げられる。
本発明では、水系媒体中でイソシアネート基を有するポリエステルプレポリマー(A)等の反応性変性ポリエステルをアミン(B)と反応させることにより、ウレア変性ポリエステル(UMPE)等を得ることができる。水系媒体中でウレア変性ポリエステル等の変性ポリエステルやプレポリマー(A)等の反応性変性ポリエステルからなる分散体を安定して形成させる方法としては、水系媒体中にウレア変性ポリエステル等の変性ポリエステルやプレポリマー(A)等の反応性変性ポリエステルからなるトナー原料の組成分を加えて、せん断力により分散させる方法などが挙げられる。プレポリマー(A)等の反応性変性ポリエステルと他のトナー組成分である(以下トナー原料と呼ぶ)着色剤、着色剤マスターバッチ、離型剤、荷電制御剤、未変性ポリエステル樹脂などは、水系媒体中で分散体を形成させる際に混合してもよいが、あらかじめトナー原料を混合した後、水系媒体中にその混合物を加えて分散させたほうがより好ましい。また、本発明においては、着色剤、離型剤、荷電制御剤などの他のトナー原料は、必ずしも、水系媒体中で粒子を形成させる時に混合しておく必要はなく、粒子を形成せしめた後、添加してもよい。たとえば、着色剤を含まない粒子を形成させた後、公知の染着の方法で着色剤を添加することもできる。
分散の方法としては特に限定されるものではないが、低速せん断式、高速せん断式、摩擦式、高圧ジェット式、超音波などの公知の設備が適用できる。分散体の粒径を2〜20μmにするために高速せん断式が好ましい。高速せん断式分散機を使用した場合、回転数は特に限定はないが、通常1000〜30000rpm、好ましくは5000〜20000rpmである。分散時間は特に限定はないが、バッチ方式の場合は、通常0.1〜5分である。分散時の温度としては、通常、0〜150℃(加圧下)、好ましくは40〜98℃である。高温なほうが、ウレア変性ポリエステルやプレポリマー(A)からなる分散体の粘度が低く、分散が容易な点で好ましい。
ウレア変性ポリエステルやプレポリマー(A)等のポリエステルを含むトナー組成分100部に対する水系媒体の使用量は、通常50〜2000重量部、好ましくは100〜1000重量部である。50重量部未満ではトナー組成物の分散状態が悪く、所定の粒径のトナー粒子が得られない。2000重量部を超えると経済的でない。また、必要に応じて、分散剤を用いることもできる。分散剤を用いたほうが、粒度分布がシャープになるとともに分散が安定である点で好ましい。
本発明に使用される水系媒体には、トナー組成物を含有する油相成分を乳化、分散するための各種の分散剤が用いられる。このような分散剤には、界面活性剤、無機微粒子分散剤、ポリマー微粒子分散剤等が包含される。
界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、リン酸エステルなどの陰イオン界面活性剤、アルキルアミン塩、アミノアルコール脂肪酸誘導体、ポリアミン脂肪酸誘導体、イミダゾリンなどのアミン塩型や、アルキルトリメチルアンモニム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルジメチルベンジルアンモニウム塩、ピリジニウム塩、アルキルイソキノリニウム塩、塩化ベンゼトニウムなどの四級アンモニウム塩型の陽イオン界面活性剤、脂肪酸アミド誘導体、多価アルコール誘導体などの非イオン界面活性剤、例えばアラニン、ドデシルジ(アミノエチル)グリシン、ジ(オクチルアミノエチル)グリシンやN−アルキル−N,N−ジメチルアンモニウムベタインなどの両性界面活性剤が挙げられる。
また、フルオロアルキル基を有する界面活性剤を用いることにより、非常に少量でその効果をあげることができる。好ましく用いられるフルオロアルキル基を有するアニオン性界面活性剤としては、炭素数2〜10のフルオロアルキルカルボン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホニルグルタミン酸ジナトリウム、3−[オメガ−フルオロアルキル(C6〜C11)オキシ]−1−アルキル(C3〜C4)スルホン酸ナトリウム、3−[オメガ−フルオロアルカノイル(C6〜C8)−N−エチルアミノ]−1−プロパンスルホン酸ナトリウム、フルオロアルキル(C11〜C20)カルボン酸及び金属塩、パーフルオロアルキルカルボン酸(C7〜C13)及びその金属塩、パーフルオロアルキル(C4〜C12)スルホン酸及びその金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸ジエタノールアミド、N−プロピル−N−(2ヒドロキシエチル)パーフルオロオクタンスルホンアミド、パーフルオロアルキル(C6〜C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩、パーフルオロアルキル(C6〜C10)−N−エチルスルホニルグリシン塩、モノパーフルオロアルキル(C6〜C16)エチルリン酸エステルなどが挙げられる。
商品名としては、サーフロンS−111、S−112、S−113(旭硝子社製)、フロラードFC−93、FC−95、FC−98、FC−129(住友3M社製)、ユニダインDS−101、DS−102、(ダイキン工業社製)、メガファックF−110、F−120、F−113、F−191、F−812、F−833(大日本インキ社製)、エクトップEF−102、103、104、105、112、123A、123B、306A、501、201、204、(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−100、F150(ネオス社製)などが挙げられる。
また、カチオン界面活性剤としては、フルオロアルキル基を有する脂肪族一級、二級もしくは三級アミン酸、パーフルオロアルキル(C6−C10)スルホンアミドプロピルトリメチルアンモニウム塩などの脂肪族4級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、イミダゾリニウム塩、商品名としてはサーフロンS−121(旭硝子社製)、フロラードFC−135(住友3M社製)、ユニダインDS−202(ダイキンエ業杜製)、メガファックF−150、F−824(大日本インキ社製)、エクトップEF−132(トーケムプロダクツ社製)、フタージェントF−300(ネオス社製)などが挙げられる。
また、水に難溶の無機化合物分散剤としてリン酸三カルシウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、コロイダルシリカ、ヒドロキシアパタイト等も用いることができる。
さらに、微粒子ポリマーも無機分散剤と同様な効果が確認された。例えばMMAポリマー微粒子1μm、及び3μm、スチレン微粒子0.5μm及び2μm、スチレン−アクリロニトリル微粒子ポリマー1μm、(PB−200H(花王製)SGP(総研)、テクノポリマーSB(積水化成品工業)、SGP−3G(総研)ミクロパール(積水ファインケミカル))等がある。
また、上記の無機分散剤、微粒子ポリマーと併用して使用可能な分散剤としては、高分子系保護コロイドにより分散液滴を安定化させても良い。例えばアクリル酸、メタクリル酸、α−シアノアクリル酸、α−シアノメタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、フマール酸、マレイン酸または無水マレイン酸などの酸類、あるいは水酸基を含有する(メタ)アクリル系単量体、例えばアクリル酸β−ヒドロキシエチル、メタクリル酸β−ヒドロキシエチル、アクリル酸β−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸β−ヒドロキシプロピル、アクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸γ−ヒドロキシプロピル、アクリル酸3−クロロ2−ヒドロキシプロビル、メタクリル酸3−クロロ−2−ヒドロキシプロピル、ジエチレングリコールモノアクリル酸エステル、ジエチレングリコールモノメタクリル酸エステル、グリセリンモノアクリル酸エステル、グリセリンモノメタクリル酸エステル、N−メチロールアクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミドなど、ビニルアルコールまたはビニルアルコールとのエーテル類、例えばビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルプロピルエーテルなど、またはビニルアルコールとカルボキシル基を含有する化合物のエステル類、例えば酢酸ピニル、プロピオン酸ピニル、酪酸ビニルなど、アクリルアミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドあるいはこれらのメチロール化合物、アクリル酸クロライド、メタクリル酸クロライドなどの酸クロライド類、ピニルビリジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾール、エチレンイミンなどの窒素原子、またはその複素環を有するものなどのホモポリマーまたは共重合体、ポリオキシエチレン、ポリオキシプロピレン、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシプロピレンアルキルアミン、ポリオキシエチレンアルキルアミド、ポリオキシプロピレンアルキルアミド、ポリオキシエチレンノニルフエニルエーテル、ポリオキシエチレンラウリルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルフェニルエステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエステルなどのポリオキシエチレン系、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース類などが使用できる。
得られた乳化分散体(反応物)を樹脂ガラス転移温度より低い一定の温度域、有機溶剤濃度域で攪拌収斂させることで合着粒子を作製し、有機溶媒を除去するために、系全体を徐々に層流の攪拌状態で昇温し、脱溶剤を行うことで異形化トナー粒子が作製できる。なお、分散安定剤としてリン酸カルシウム塩などの酸、アルカリに溶解可能な物を用いた場合は、塩酸等の酸により、リン酸カルシウム塩を溶解した後、水洗するなどの方法によって、微粒子からリン酸カルシウム塩を除去する。その他酵素による分解などの操作によっても除去できる。
分散剤を使用した場合には、該分散剤がトナー母粒子表面に残存したままとすることもできる。
さらに、トナー組成分を含む分散媒体の粘度を低くするために、ウレア変性ポリエステルやプレポリマー(A)等のポリエステルが可溶の溶剤を使用することもできる。溶剤を用いたほうが粒度分布がシャープになる点で好ましい。
該溶剤は沸点が100℃未満の揮発性であることが除去が容易である点から好ましい。該溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロエチリデン、酢酸メチル、酢酸エチル、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどを単独あるいは2種以上組合せて用いることができる。特に、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒および塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素が好ましい。プレポリマー(A)100部に対する溶剤の使用量は、通常0〜300部、好ましくは0〜100部、さらに好ましくは25〜70部である。溶剤を使用した場合は、変性ポリエステル(プレポリマー)のアミンによる伸長および/または架橋反応後、得られた反応物から、溶媒(溶剤)を常圧または減圧下で除去する。
伸長および/または架橋反応時間は、例えば、プレポリマー(A)の有するイソシアネート基構造とアミン類(B)の組み合わせによる反応性により選択されるが、通常10分〜40時間、好ましくは2〜24時間である。反応温度は、通常、0〜150℃、好ましくは40〜98℃である。また、必要に応じて公知の触媒を使用することができる。具体的にはジブチルチンラウレート、ジオクチルチンラウレートなどが挙げられる。なお、伸長剤及び/又は架橋剤としては、前記したアミン類(B)が用いられる。
本発明においては、伸長及び/又は架橋反応後の分散液(反応液)からの脱溶媒に先立ち、該分散液を、樹脂ガラス転移温度より低い一定の温度域、有機溶剤濃度域で攪拌収斂させることで合着粒子を作製し、形状を確認後、10〜50℃で脱溶剤を行うのが好ましい。この溶剤除去前の液攪拌によりトナーが異形化する。本条件は絶対的な条件ではないので条件を適宜選択する必要がある。造粒中に含有される有機溶剤濃度が高い場合には、乳化液の粘度を下げることになり、液滴が合一した際、粒子形状が球形化しやすい。また造粒中に含有される有機溶剤濃度が低い場合、液滴が合一した際、液滴粘度が高く、完全な一粒子とはならず、外れてしまう。このため、最適な条件を設定する必要があり、また条件選択でトナー形状を適宜調整することができる。さらに有機変性無機鉱物の含有量によっても形状を調整することが可能である。該有機変性無機鉱物は、該溶解液または分散液中の固形分中に0.05〜10重量%含有されることが好ましい。0.05重量%未満では目標の油相粘度が得られず、目標の形状が得られない。液滴粘度が低いため、攪拌収斂中に液滴が合着しても、目標の合着粒子が得られず、球形状になってしまう。10重量%を超えると、製造性が悪化し、液滴粘度が高くなりすぎで、合着粒子とならなく、さらには定着性能が悪化する。
一方、トナーの体積平均粒径Dvと個数平均粒径Dnとの比Dv/Dnは、主に、例えば、水層粘度、油層粘度、樹脂微粒子の特性、添加量等を調整することによりコントロールすることができる。また、DvおよびDnは、それぞれ例えば樹脂微粒子の特性、添加量、等を調整することによりコントロールすることができる。
(二成分現像剤)
本発明におけるトナーは、二成分系現像剤として用いることができる。この場合には、磁性キャリアと混合して用いれば良く、現像剤中のキャリアとトナーの含有比は、キャリア100重量部に対してトナー1〜10重量部が好ましい。磁性キャリアとしては、粒子径20〜200μm程度の鉄粉、フェライト粉、マグネタイト粉、磁性樹脂キャリアなど従来から公知のものが使用できる。また、被覆材料としては、アミノ系樹脂、例えば尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、ユリア樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等があげられる。またポリビニルおよびポリビニリデン系樹脂、例えばアクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリスチレン樹脂およびスチレンアクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル等のハロゲン化オレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂およびポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリ弗化ビニル樹脂、ポリ弗化ビニリデン樹脂、ポリトリフルオロエチレン樹脂、ポリヘキサフルオロプロピレン樹脂、弗化ビニリデンとアクリル単量体との共重合体、弗化ビニリデンと弗化ビニルとの共重合体、テトラフルオロエチレンと弗化ビニリデンと非弗化単量体とのターポリマー等のフルオロターポリマー、およびシリコーン樹脂等が使用できるものとして挙げられる。また必要に応じて、導電粉等を被覆樹脂中に含有させてもよい。導電粉としては、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛等が使用できる。これらの導電粉は、平均粒子径1μm以下のものが好ましい。平均粒子径が1μmよりも大きくなると、電気抵抗の制御が困難になる。
(平均円形度)
本発明におけるトナーの平均円形度は、0.925〜0.970が好ましく、0.945〜0.965がより好ましい。なお、円形度は、試料の投影面積と等しい面積を有する円の周囲長を試料の周囲長で除した値である。トナー中の円形度が0.925未満である粒子の含有量は、15個数%以下であることが好ましい。平均円形度が0.925未満であると、満足できる転写性やチリのない高画質画像が得られないことがあり、0.970を超えると、ブレードクリーニング等を採用している画像形成装置では、感光体上、転写ベルト上等でクリーニング不良が発生し、画像上の汚れが発生することがある。例えば、写真画像等の画像面積率の高い画像を形成する場合、給紙不良等で未転写画像を形成したトナーが感光体上に蓄積して画像の地汚れが発生したり、感光体を接触帯電させる帯電ローラ等を汚染して、本来の帯電能力を発揮できなくしたりすることがある。
また詳細は後述するが、小粒径で粒子径の揃ったトナーではクリーニング性に関しては困難を生じるため、円形度が0.950以下の粒子が全トナー粒子の20〜80個数%あることが好ましい。
平均円形度の計測は、平板上の撮像部検知帯にトナーを含有する懸濁液を通過させ、CCDカメラで光学的に粒子画像を検知し、解析する光学的検知帯の手法等により計測することができ、例えばフロー式粒子像分析装置FPIA−2100(シスメックス社製)等を用いて計測することができる。
(体積平均粒径Dv、個数平均粒径Dn)
本発明におけるトナーは、体積平均粒径(Dv)と個数平均粒径(Dn)との比(Dv/Dn)は、1.00〜1.30が好ましく、このことが高解像度、高画質のトナーを得ることを可能とする。更に、二成分現像剤においては、長期にわたるトナーの収支が行われても、現像剤中のトナーの粒子径の変動を少なくするとともに、現像装置における長期の攪拌においても、良好で安定した現像性を可能とする。Dv/Dnが1.30を超えてしまうと、個々のトナー粒子の粒径のバラツキが大きく、現像の際などでトナーの挙動にバラツキが発生し、微小ドットの再現性を損なってしまうことになり、高品位な画像は得られなくなる。さらに好ましくは、Dv/Dnは1.00〜1.20の範囲であり、より良好な画像が得られる。
本発明におけるトナーは、その体積平均粒径Dvは3.0〜7.0μmであることが好ましい。一般的には、トナーの粒子径は小さければ小さい程、高解像で高画質の画像を得る為に有利であると言われているが、逆に転写性やクリーニング性に対しては不利である。また、前記の範囲よりも体積平均粒子径が小さい場合、二成分現像剤では現像装置における長期の攪拌においてキャリアの表面にトナーが融着し、キャリアの帯電能力を低下させる。また、この現象は、微粉の含有率が大きく関係し、特に粒径2μm以下の粒子が20個数%を超えるとキャリアへの付着や高いレベルで帯電の安定性を図る場合支障となる。逆に、トナーの粒子径が前記範囲よりも大きい場合には、高解像で高画質の画像を得ることが難しくなると共に、現像剤中のトナーの収支が行われた場合にトナーの粒子径の変動が大きくなる場合が多い。また、体積平均粒子径/個数平均粒子径(Dv/Dn)が1.30よりも大きい場合も同様であることが明らかとなった。
次にトナー形状とクリーニング性との関係について述べるに先立ち、トナー形状と転写性の関係について述べる。
多色現像で転写せしめるフルカラー複写機を用いた場合においては、白黒複写機に用いられる一色の黒トナーの場合と比較し感光体上のトナー量が増加し、従来の不定形トナーを用いただけでは転写効率を向上させることが困難であるため、転写効率を向上させる目的で球形に近いトナーが用いられる。更に通常の不定形トナーを用いた場合には、感光体とクリーニング部材との間や中間転写体とクリーニング部材との間、及び/又は、感光体と中間転写体間でのズリ力や摺擦力のために感光体表面や中間転写体表面にトナーの融着やフィルミングが発生して転写効率が悪化しやすい。フルカラー画像の生成においては4色のトナー像が均一に転写されにくく、さらに、中間転写体を用いる場合には、色ムラやカラーバランスの面で問題が生じやすく、高画質のフルカラー画像を安定して出力することは容易ではない。
しかし、ブレードクリーニングを行うためには球形に近いトナーを用いただけでは良好なクリーニング性が確保されず、クリーニング不良の問題が生じる。
かかる問題に対して、ブレードクリーニングによるクリーニング性と転写効率のバランスの観点から、トナーの円形度が0.950以下の粒子が全トナー粒子の20〜80%あることでクリーニング性と転写効率の両立が図られる。クリーニング性はブレードの材質やブレードの当て方にも大きく関係し、また、転写もプロセス条件で異なるので、上記した範囲の中でクリーニングブレードの条件やプロセス条件に応じた設計が可能となる。
トナー円形度が0.950以下の粒子が全トナー粒子の20%より低下するとブレードではクリーニングが困難になる。また円形度が0.950以下の粒子が全トナー粒子の80%を超えると、前述した転写性の悪化が見られる。この現象は、トナー形状が異形化し過ぎているため、転写の際のトナーの移動(感光体表面〜転写紙、感光体表面〜中間転写ベルト、第一の中間転写ベルト〜第二の中間転写ベルト、等)がスムースでなくなり、更にトナー粒子間でその挙動にバラツキを生じるため、均一かつ高い転写効率が得られなくなる。その他、帯電の不安定や粒子のもろさが発現しはじめる。さらに現像剤中での微粉化現象となり現像剤の耐久性低下の要因となってくる。
(粒径2μm以下の粒子率、円形度の測定方法)
本発明では、トナーの2μm以下粒子率及び円形度、平均円形度はフロー式粒子像分析装置FPIA−2000(東亜医用電子株式会社製)により計測できる。具体的な測定方法としては、容器中の予め不純固形物を除去した水100〜150ml中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスフォン酸塩を0.1〜0.5ml加え、更に測定試料を0.1〜0.5g程度加える。試料を分散した懸濁液は超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行い、分散液濃度を3000〜1万個/μlとして前記装置によりトナーの形状及び分布を測定することによって得られる。
(トナー粒径の測定方法)
トナーの平均粒径及び粒度分布はカーコールターカウンター法による。トナー粒子の粒度分布の測定装置としては、コールターカウンターTA−IIやコールターマルチサイザーII(いずれもコールター社製)が挙げられる。本発明においてはコールターカウンターTA−II型を用いて、個数分布、体積分布を出力するインターフェイス(日科技研)及びPC9801パーソナルコンピューター(NEC製)を接続し測定した。
その測定手順は、まず、電解水溶液100〜150ml中に分散剤として界面活性剤(好ましくはアルキルベンゼンスルフォン酸塩)を0.1〜5ml加える。ここで、電解液とは1級塩化ナトリウムを用いて約1%NaCl水溶液を調製したもので、例えばISOTON−II(コールター社製)が使用できる。ここで、更に測定試料を2〜20mg加える。試料を懸濁した電解液は、超音波分散器で約1〜3分間分散処理を行ない、前記測定装置により、アパーチャーとして100μmアパーチャーを用いて、トナー粒子又はトナーの体積、個数を測定して、体積分布と個数分布を算出する。
チャンネルとしては、2.00〜2.52μm未満;2.52〜3.17μm未満;3.17〜4.00μm未満;4.00〜5.04μm未満;5.04〜6.35μm未満;6.35〜8.00μm未満;8.00〜10.08μm未満;10.08〜12.70μm未満;12.70〜16.00μm未満;16.00〜20.20μm未満;20.20〜25.40μm未満;25.40〜32.00μm未満;32.00〜40.30μm未満の13チャンネルを使用し、粒径2.00μm以上40.30μm未満の粒子を対象とする。そして、体積分布から求めた体積基準の体積平均粒径(Dv)及び個数分布から求めた個数平均粒径(Dn)とその比Dv/Dnを求めた。
(重量平均分子量)
本発明のさらなる検討によれば、耐熱保存性を維持しつつ、より低温定着性を効果的に発揮し、プレポリマーによる変性後の耐オフセット性を付与するには、プレポリマーのTHF可溶分の重量平均分子量が1,000〜30,000であることが好ましい。これは、1,000未満ではオリゴマー成分が増加するため耐熱保存性が悪化し、30,000を超えると立体障害によりプレポリマーによる変性が不十分となり耐オフセット性が悪化するためである。
また、本発明においてポリエステル樹脂を変性するプレポリマーは低温定着性、耐高温オフセット性を実現するために重要な結着樹脂成分であり、その重量平均分子量は3,000〜20,000が好ましい。すなわち、重量平均分子量が3,000未満では反応速度の制御が困難となり、製造安定性に問題が生じ始める。また、重量平均分子量が20,000を超えた場合には十分な変性ポリエステルが得られずに、耐オフセット性に影響を及ぼし始める。
(分子量の測定方法)
本発明による分子量はGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により次のように測定される。40℃のヒートチャンバー中でカラムを安定させ、この温度におけるカラムに、溶媒としてTHFを毎分1mlの流速で流し、試料濃度として0.05〜0.6重量%に調製した樹脂のTHF試料溶液を50〜200μl注入して測定する。試料の分子量測定に当たっては、試料の有する分子量分布を、数種の単分散ポリスチレン標準試料により、作成された検量線の対数値とカウント数との関係から算出した。検量線作成用の標準ポリスチレン試料としては、例えば、Pressure Chemical Co.あるいは東洋ソーダ工業社製の分子量が6×102、2.1×103、4×103、1.75×104、5.1×104、1.1×105、3.9×105、8.6×105、2×106、4.48×106のものを用い、少なくとも10点程度の標準ポリスチレン試料を用いるのが適当である。また、検出器にはRI(屈折率)検出器を用いる。
(樹脂の酸価)
また、第一の結着樹脂であるポリエステル樹脂の酸価を1.0〜50.0(KOHmg/g)にすることにより、塩基化合物添加による粒径コントロール、低温定着性、耐高温オフセット性、耐熱保存性、帯電安定性などのトナー特性をより高品位にすることが可能である。つまり、酸価が50.0(KOHmg/g)を超えると結着樹脂前駆体の伸長または架橋反応が不十分となり、耐高温オフセット性に影響が見られ、また、1.0(KOHmg/g)未満では、製造時の塩基化合物による分散安定効果が得られず、また変性ポリエステルの伸長または架橋反応が進みやすく、製造安定性に問題が生じるためである。
(樹脂の酸価の測定方法)
JIS K0070−1992に記載の測定方法に準拠して以下の条件で測定を行う。 試料調整は、ポリエステル0.5gをTHF120mlに添加して室温(23℃)で約10時間撹拌して溶解した後、更にエタノール30mlを添加して試料溶液とする。
測定は下記記載の装置にて計算することが出来るが、具体的には次のように計算する。
あらかじめ標定されたN/10苛性カリ〜アルコール溶液で滴定し、アルコールカリ液の消費量から次の計算で酸価を求める。
酸価=KOH(ml数)×N×56.1/試料重量
(ただしNはN/10KOHのファクター)
本発明におけるポリエステル樹脂の酸価の測定方法の詳細は、JIS K0070に準拠した以下の方法による。溶媒にTHFを用いる。
測定装置 :電位差自動滴定装置 DL-53 Titrator(メトラー・トレド社製)
使用電極 :DG113−SC(メトラー・トレド社製)
解析ソフト:LabX Light Version 1.00.000
装置の校正:トルエン120mlとエタノール30mlの混合溶媒を使用する。
測定温度 :23℃
測定条件は以下のとおりである。
Stir
Speed[%]25
Time[s]15
EQP titration
Titrant/Sensor
TitrantCH3ONa
Concentration[mol/L]0.1
Sensor DG115
Unit of measurement mV
Predispensing to volume
Volume [mL]1.0
Wait time [s] 0
Titrant addition Dynamic
dE(set) [mV] 8.0
dV(min) [mL] 0.03
dV(max) [mL] 0.5
Measure mode Equilibrium controlled
dE [mV] 0.5
dt [s] 1.0
t(min) [s] 2.0
t(max) [s] 20.0
Recognition
Threshold 100.0
Steepest jump onlyNo
Range No
Tendency None
Termination
at maximum volume [mL] 10.0
at potential No
at slope No
after number EQPs Yes
n = 1
comb. termination conditions No
Evaluation
Procedure Standard
Potential 1 No
Potential 2 No
Stop for reevaluation No
(耐熱保存性;ガラス転移点Tg)
また、本発明においては、変性後のポリエステル樹脂すなわち結着樹脂の主成分の耐熱保存性能は、変性前のポリエステル樹脂のガラス転移点に依存するため、第一のポリエステル樹脂のガラス転移点を35℃〜65℃に設計することが好ましい。つまり、35℃未満では、耐熱保存性が不足し、65℃を超えると低温定着に悪影響を及ぼす。
さらに、本発明のトナーのガラス転移点は低温定着性、耐熱保存性、高耐久性を得るために40〜70℃が好ましい。つまり、ガラス転移点が40℃未満では現像機内でのブロッキングや感光体へのフィルミングが発生し易くなり、また、70℃を超えた場合には低温定着性が悪化しやすくなる。
(ガラス転移点Tgの測定方法)
本発明におけるガラス転移点Tgの測定は、理学電機社製のRigaku THRMOFLEX TG8110により、昇温速度10℃/minの条件にて理学電機社製TG−DSCシステムTAS−100を使用して測定される。
まず試料約10mgをアルミ製試料容器に入れ、それをホルダユニットにのせ、電気炉中にセットする。まず、室温から昇温速度10℃/minで150℃まで加熱した後、150℃で10min間放置、室温まで試料を冷却して10min放置、窒素雰囲気下で再度150℃まで昇温速度10℃/minで加熱してDSC測定を行った。Tgは、TAS−100システム中の解析システムを用いて、Tg近傍の吸熱カーブの接線とベースラインとの接点から算出した。
(トナー酸価)
本発明のさらなる検討によれば、トナー酸価は低温定着性、耐高温オフセット性に対して、結着樹脂酸価より重要な指標であることが判明した。本発明では、トナー酸価は未変性ポリエステルの末端カルボキシル基に由来する。トナーとしての低温定着性(定着下限温度、ホットオフセット発生温度など)を制御するために、トナーの酸価を0.5〜40.0(KOHmg/g)にすることが好ましい。つまり、トナー酸価が40.0(KOHmg/g)を超えると変性ポリエステルの伸長または架橋反応が不十分となり、耐高温オフセット性に影響が見られ、また、0.5(KOHmg/g)未満では、製造時の塩基化合物による分散安定効果が得られず、変性ポリエステルの伸長または架橋反応が進みやすく、製造安定性に問題が生じるためである。
(トナーの酸価の測定方法)
トナーの酸価は具体的には上記ポリエステル樹脂の酸価の測定方法に準拠して決定される。THF不溶分がある場合、前記トナーの酸価は、THFを溶媒として酸価を測定した時の酸価の値を言う。
JIS K0070−1992に記載の測定方法に準拠して以下の条件で測定を行う。試料調整:トナー0.5g(酢酸エチル可溶成分では0.3g)を前記ポリエステルの代わりに用いて行った。
(外添剤)
次に、本発明に用いられる外添剤について説明する。
本発明に用いられる外添剤は、トナー母粒子に付着せしめることで、トナーの流動性、現像性、帯電性等を付与することができる。
前記外添剤としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、シリカ、アルミナ、酸化チタン、チタン酸バリウム、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ケイ砂、クレー、雲母、ケイ灰石、ケイソウ土、酸化クロム、酸化セリウム、ペンガラ、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、硫酸バリウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、等が挙げられる。
本発明では3種以上の外添剤を添加することが好ましく、3種の外添剤はBET比表面積値が20〜40m2/gの第1の疎水性シリカ微粒子と、BET比表面積値が40〜80m2/gの疎水性酸化チタン微粒子と、BET比表面積値が130〜300m2/gの第2の疎水性シリカ微粒子とであることが好ましい。さらに機能付与として上記3種以外の外添剤をさらに含有させてもよい。
また本発明において、前記第1の疎水性シリカ微粒子は、BET比表面積値が25〜35m2/gであることがより好ましく、前記疎水性酸化チタン微粒子は、BET比表面積値が50〜75m2/gであることがより好ましく、前記第2の疎水性シリカ微粒子は、BET比表面積値が140〜250m2/gであることがより好ましい。
前記外添剤の前記トナーにおける含有量としては、0.01〜5.0重量%が好ましく、0.01〜2.0重量%がより好ましい。
前記外添剤の流動性を向上させるために用いられる流動性向上剤とは、表面処理を行って、疎水性を上げ、高湿度下においても流動特性や帯電特性の悪化を防止可能なものを意味し、例えば、シランカップリング剤、シリル化剤、フッ化アルキル基を有するシランカップリング剤、有機チタネート系カップリング剤、アルミニウム系のカップリング剤、シリコーンオイル、変性シリコーンオイル、等が挙げられる。前記シリカ、前記酸化チタンは、このような流動性向上剤により表面処理行い、疎水性シリカ、疎水性酸化チタンとして使用するのが特に好ましい。
また、本発明では前記3種の外添剤のいずれも疎水化度が50〜90%であることが好ましい。疎水化度が50%より小さい場合、高温高湿度下でのトナーの電荷のリークが大きくなり、トナー飛散や感光体カブリを引き起こしやすくなる。また疎水化度が90%より大きい場合は低温低湿度下でのトナーの帯電が過剰にチャージアップしやすくなり、画像の濃度不良が発生したりすることがある。また余剰の疎水化剤が存在することによりトナーの流動性が悪くなるなどの悪影響を及ぼす。
(疎水化度の測定方法)
200mlのビーカーに水50mlを入れ、さらに0.2gの外添剤微粒子を添加する。そして、マグネットスターラーで緩やかに攪拌しつつ、滴下時に先端が水中に浸漬されたビューレットからメタノールを加え、浮かんでいる外添剤微粒子が沈み始め、完全に沈んだ時の滴下メタノールのml数を読み、次式から求める。
疎水化度(%)=(滴下メタノールのml数/(50+滴下メタノールのml数))×100
メタノールはこの場合、界面活性剤の役割をし、メタノールの滴下に伴って、浮いている外添剤微粒子がメタノールを介して水中に分散するので、疎水化度の値が大きいほど外添剤微粒子疎水化度は高い。
前記外添剤の添加工程は、BET比表面積値が20〜40m2/gの疎水性シリカ微粒子を混合付着させ、その後BET比表面積値が40〜80m2/gの疎水性酸化チタン微粒子を混合付着させ、さらにその後BET比表面積値が130〜300m2/gの疎水性シリカ微粒子を混合付着させることにより成り、400メッシュ以上の篩を通過させ、粗大粒子、凝集粒子を除去し、トナーが得られる。
BET比表面積で20〜40m/gの疎水性シリカ微粒子をトナー母粒子表面に最初に付着させることにより強固に付着させ、遊離しにくい状態にすることでAC周波数が高く、帯電ハザードが大きくとも、フィルミングの発生を抑制し、高画質な画像が得られる。
さらに本発明では、流動性発現効果の高い小粒径疎水性シリカ微粒子を添加した後に酸化チタンを添加させることで酸化チタンのトナーへの付着強度を高め、酸化チタンの遊離を減らすことによりキャリアの帯電低下が無くなり、トナー飛散を防ぐことができ、経時で安定な画像が得られるようになる。
(BET比表面積の測定方法)
BET比表面積測定は例えばTriStar3000(島津製作所株式会社製)を用いてBET法(相対圧と吸着した窒素量の関係を求めBET理論に基づき、1g中の表面積を求める方法)により算出される。なお、これらの測定は試料表面の不純物、特に水分を取り除くため前処理脱ガス専用ユニットバキュプレップ061(島津製作所株式会社製)として真空脱気を24時間行い、不純物を取り除く工程を要する。
(滑剤)
前記滑剤は、感光体や一次転写媒体に残存する転写後の現像剤を除去するために前記トナーに添加され、あるいは、感光体表面に塗布されて用いられるもので、例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸等の脂肪酸金属塩、ポリメチルメタクリレート微粒子、ポリスチレン微粒子等のソープフリー乳化重合により製造されたポリマー微粒子、などが挙げられる。該ポリマー微粒子は、比較的粒度分布が狭いものが好ましく、体積平均粒径が0.01〜1μmのものが好適である。塗布して用いる場合は、円柱状、角柱状等の形状で、さらには感光体に対して充分な長さを有した形状が好ましい。
(画像形成装置、画像形成方法)
本発明において、画像形成装置は、帯電工程と、露光工程と、現像工程と、転写工程と、定着工程と、クリーニング工程と、滑剤塗布工程と、滑剤引き伸ばし工程とを有し、必要に応じて、除電工程、リサイクル工程、制御工程等の工程をさらに有してもよい。
像担持体の材質、形状、構造、大きさ等は、公知のものの中から適宜選択することができる。材質は、アモルファスシリコン、セレン等の無機物質、ポリシラン、フタロポリメチン等の有機物質等が挙げられるが、長寿命であることからアモルファスシリコンが好ましい。また、形状は、ドラム状であることが好ましい。静電潜像は、像担持体の表面を一様に帯電させた後、像様に露光することにより形成することができる。この静電潜像の形成は、いずれも後述する像担持体の表面を一様に帯電させる帯電器(帯電手段)と、像担持体の表面を露光する露光器(露光手段)とをもって行う。
本発明において像担持体の線速は300mm/sec以上が好ましい。
帯電は、帯電器を用いて像担持体の表面に電圧を印加することにより行うことができる。本発明では、帯電手段であるAC帯電ローラを用いたACローラ帯電方式を採用し、像担持体を非接触で帯電せしめる。その際、AC周波数が7.5〜8.5cycle/mm程度だと放電回数が多く、帯電ハザードを受け、フィルミングが発生する可能性が高いが、帯電均一性が高くなる。しかしながら、AC周波数が6.0〜6.5cycle/mm程度だと、帯電ハザードは少ないものの画質の低下を引き起こしてしまう。したがって、AC周波数を画質の低下が起こらない限界の域、6.5〜8.5cycle/mmまで下げることで、AC周波数低減による画質の低下と帯電ハザードから起因されるフィルミングによる画質の低下をともに抑制し、高画質が得られるようになる。
露光は、露光器を用いて像担持体の表面を露光することにより行うことができる。露光器は、目的に応じて適宜選択することができるが、複写光学系、ロッドレンズアレイ系、レーザー光学系、液晶シャッタ光学系等の各種露光器を用いることができる。なお、像担持体の裏面側から露光を行う光背面方式を採用してもよい。
現像工程は、静電潜像を、画像形成装置用トナーを用いて現像することにより、可視像を形成する工程である。可視像は、現像手段を用いて形成することができる。現像手段は、公知のものの中から適宜選択することができ、画像形成装置用トナーを収容し、静電潜像に画像形成装置用トナーを接触又は非接触的に付与可能な現像器を有することが好ましい。現像器は、乾式現像方式であってもよいし、湿式現像方式であってもよい。また、単色用現像器であってもよいし、複数の現像ユニットからなる多色用現像器であってもよい。具体的には、現像剤を摩擦攪拌することにより帯電させる攪拌器と、回転可能なマグネットローラを有する現像器等が挙げられる。現像器に収容される現像剤は、画像形成装置用トナーと、キャリアとを含有した二成分現像剤である。
二成分現像剤を有する現像器内では、トナーとキャリアとが混合攪拌され、その際の摩擦によりトナーが帯電し、回転するマグネットローラの表面に穂立ち状態で保持され、磁気ブラシが形成される。マグネットローラは、像担持体の近傍に配置されているため、マグネットローラの表面に形成された磁気ブラシを構成するトナーの一部は、電気的な吸引力によって像担持体の表面に移動する。その結果、静電潜像がトナーにより現像されて像担持体の表面にトナーによる可視像が形成される。
転写工程は、可視像を記録媒体に転写する工程であるが、中間転写体を用い、中間転写体上に可視像を一次転写した後、可視像を記録媒体上に二次転写することが好ましい。このとき、用いられるトナーは、通常、二色以上であり、フルカラートナーを用いることが好ましい。このため、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写工程と、複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写工程を有することがより好ましい。
転写は、転写手段を用いて像担持体(または中間転写体)と被転写体との間に転写バイアスをかけることより行うことができる。転写手段は、可視像を中間転写体上に転写して複合転写像を形成する第一次転写手段と、複合転写像を記録媒体上に転写する第二次転写手段を有することが好ましい。なお、中間転写体は、目的に応じて公知の転写体の中から適宜選択することができ、転写ベルト等を用いることができる。
転写手段は、像担持体上に形成された可視像を記録媒体側へ剥離帯電させる転写器を有することが好ましい。転写手段は、一つであってもよいし、複数であってもよい。転写器の具体例としては、コロナ放電によるコロナ転写器、転写ベルト、転写ローラ、圧力転写ローラ、粘着転写器等が挙げられる。なお、記録媒体は、公知の記録媒体の中から適宜選択することができ、記録紙等を用いることができる
定着工程は、定着手段を用いて記録媒体に転写された可視像を定着させる工程であり、各色のトナーが記録媒体に転写される毎に定着してもよいし、各色のトナーを積層した状態で一度に定着してもよい。定着手段は、目的に応じて適宜選択することができるが、公知の加熱加圧手段を用いることができる。加熱加圧手段としては、加熱ローラと加圧ローラの組み合わせ、加熱ローラと加圧ローラと無端ベルトの組み合わせ等が挙げられる。加熱加圧手段における加熱は、通常、80℃〜200℃であることが好ましい。なお、目的に応じて、定着手段と共に、又は、これらに代えて、公知の光定着器を用いてもよい。
除電工程は、像担持体に除電バイアスを印加することにより除電する工程であり、除電手段を用いて行うことができる。除電手段は、公知の除電器の中から適宜選択することができ、除電ランプ等を用いることができる。
クリーニング工程は、像担持体上に残留するトナーを除去する工程であり、クリーニング手段を用いて行うことができる。本発明に用いられるクリーニング手段は、ブレード状のクリーニング部材が用いられる。
滑剤塗布工程は、上述したステアリン酸亜鉛等の滑剤を感光体上に塗布する工程であり、滑剤塗布手段を用いて行うことができる。滑剤塗布手段は、公知の滑剤塗布手段を用いることができるが、滑剤に押圧しながら回転させることで滑剤の表面を削り取り、感光体上に塗布するような、ブラシ状の形状が好ましい。
ここで、本発明において滑剤塗布工程は、クリーニング工程の後に位置し、クリーニング後の感光体の表面に滑剤を塗布し、後述する滑剤引き伸ばし工程で表面に塗布された滑剤を引き伸ばす。
滑剤引き伸ばし工程は、上記滑剤塗布工程で感光体表層に付着した滑剤を、感光体表層に均一に塗付させるための工程であり、滑剤引き伸ばし手段を用いて行うことができる。滑剤引き伸ばし手段は、公知の滑剤引き伸ばし手段を用いることができるが、ブレード状の滑剤引き伸ばし部材が好ましい。また、滑剤引き伸ばし手段は、像担持体にカウンタ方向で当接された状態で設けられることが滑剤の均一塗付性の面から好ましい。
リサイクル工程は、クリーニング工程により除去したトナーを現像手段に戻してリサイクルする工程であり、リサイクル手段を用いて行うことができる。リサイクル手段は、目的に応じて適宜選択することができ、公知の搬送手段等を用いることができる。
制御工程は、各工程を制御する工程であり、制御手段を用いて行うことができる。制御手段は、目的に応じて適宜選択することができ、シークエンサー、コンピュータ等の機器を用いることができる。
本発明では、プロセスカートリッジは、画像形成装置に用いるものであり、像担持体と、少なくとも帯電手段、現像手段、クリーニング手段、滑剤塗布手段、滑剤引き伸ばし手段より選ばれる一つの手段を一体に支持し、画像形成装置本体に着脱自在である。
(第1の実施の形態)
図1に、本発明で用いられる画像形成装置の一例を示す。画像形成装置100Aは、像担持体としてのドラム状の感光体10と、帯電手段としての帯電ローラ20と、露光手段としての露光装置30と、現像手段としての現像装置40と、中間転写体50と、クリーニング手段としてのクリーニング装置60と、除電手段としての除電ランプ70とを備え、さらに後述する不図示の滑剤塗布手段と、滑剤引き伸ばし手段とを備える。
中間転写体50は、無端ベルトであり、矢印方向に移動することができるように3個のローラ51で張架されている。3個のローラ51の一部は、中間転写体50へ所定の転写バイアス(一次転写バイアス)を印加することができる転写バイアスローラとしても機能する。中間転写体50の近傍には、クリーニングブレードを有するクリーニング装置90が配置されている。また、記録媒体としての記録紙95に可視像(トナー像)を転写(二次転写)するための転写バイアスを印加することができる転写手段としての転写ローラ80が対向して配置されている。中間転写体50の周囲には、中間転写体50上のトナー像に電荷を付与するためのコロナ帯電器58が、中間転写体50の回転方向において、感光体10と中間転写体50との接触部と、中間転写体50と転写紙95との接触部の間に配置されている。
現像装置40は、現像剤担持体としての現像ベルト41と、現像ベルト41の周囲に併設したブラック現像器45K、イエロー現像器45Y、マゼンタ現像器45M及びシアン現像器45Cとから構成されている。なお、ブラック現像器45Kは、現像剤収容部42Kと現像剤供給ローラ43Kと現像ローラ44Kを備えており、イエロー現像器45Yは、現像剤収容部42Yと現像剤供給ローラ43Yと現像ローラ44Yとを備えており、マゼンタ現像器45Mは、現像剤収容部42Mと現像剤供給ローラ43Mと現像ローラ44Mを備えており、シアン現像器45Cは、現像剤収容部42Cと現像剤供給ローラ43Cと現像ローラ44Cを備えている。また、現像ベルト41は、無端ベルトであり、矢印方向に移動することができるように複数のベルトローラで張架され、一部が感光体10と接触している。
画像形成装置100Aにおいて、帯電ローラ20は、感光体10を一様に帯電させた後、露光装置30を用いて感光体10に露光を行い、静電潜像を形成する。次に、感光体10上に形成された静電潜像に、現像装置40から現像剤を供給することにより現像し、トナー像を形成する。さらに、トナー像がローラ51により印加された電圧により中間転写体50上に転写(一次転写)され、さらに記録紙95上に転写(二次転写)される。この結果、記録紙95上に転写像が形成される。なお、感光体10上に残存したトナーは、クリーニングブレードを有するクリーニング装置60により除去され、感光体10の帯電電荷は、除電ランプ70により除去される。
(第2の実施の形態)
図2に、本発明で用いられる画像形成装置の他の例を示す。画像形成装置100Bは、現像ベルト41を備えず、感光体10の周囲に、ブラック現像ユニット45K、イエロー現像ユニット45Y、マゼンタ現像ユニット45M及びシアン現像ユニット45Cが対向して配置されている以外は、画像形成装置100Aと同様の構成を有し、同様の作用効果を示す。なお、図3において、図2におけるものと同じものは、同符号で示した。また、本実施の形態では、後述する不図示の滑剤塗布手段と、滑剤引き伸ばし手段とを備える。
(第3の実施の形態)
図3に、本発明で用いられる画像形成装置の他の例を示す。画像形成装置100Cは、タンデム型カラー画像形成装置である。画像形成装置100Cは、複写装置本体150と、給紙テーブル200と、スキャナ300と、原稿自動搬送装置400とを備えている。複写装置本体150には、無端ベルト状の中間転写体50が中央部に設けられている。そして、中間転写体50は、図中、時計回りに移動することができるように、支持ローラ14、15及び16に張架されている。支持ローラ15の近傍には、中間転写体50上に残留したトナーを除去するための中間転写体クリーニング装置17が配置されている。支持ローラ14及び15により張架された中間転写体50には、その搬送方向に沿って、イエロー、シアン、マゼンタ、ブラックの4色の画像形成手段18が対向して並置されたタンデム型現像器120が配置されている。タンデム型現像器120の近傍には、露光装置21が配置されている。中間転写体50のタンデム型現像器120が配置された側と反対側には、二次転写装置22が配置されている。二次転写装置22は、無端ベルトである二次転写ベルト24が一対のローラ23に張架されていて、二次転写ベルト24上を搬送される記録紙と中間転写体50は、互いに接触可能である。二次転写装置22の近傍には定着装置25が配置されている。定着装置25は、無端ベルトである定着ベルト26と、定着ベルト26に押圧して配置された加圧ローラ27を備えている。
なお、画像形成装置100Cにおいては、二次転写装置22及び定着装置25の近傍に、転写紙を反転させるシート反転装置28が配置されている。これにより、記録紙の両面に画像を形成することができる。
次に、タンデム型現像器120を用いたフルカラー画像の形成(カラーコピー)について説明する。まず、原稿自動搬送装置400の原稿台130上に原稿をセットするか、原稿自動搬送装置400を開いてスキャナ300のコンタクトガラス32上に原稿をセットし、原稿自動搬送装置400を閉じる。
スタートスイッチ(不図示)を押すと、原稿自動搬送装置400に原稿をセットした時は、原稿がコンタクトガラス32上へ搬送された後で、一方、コンタクトガラス32上に原稿をセットした時は、直ちに、スキャナ300が駆動し、第1走行体33及び第2走行体34が走行する。このとき、第1走行体33により照射された光の原稿面からの反射光は、第2走行体34におけるミラーで反射され、結像レンズ35を通して読み取りセンサ36に受光される。これにより、カラー原稿(カラー画像)が読み取られ、ブラック、イエロー、マゼンタ及びシアンの各色の画像情報とされる。各色の画像情報は、タンデム型現像器120における各色の画像形成手段18にそれぞれ伝達され、各色のトナー像が形成される。
ブラック用感光体10K上のトナー像、イエロー用感光体10Y上のトナー像、マゼンタ用感光体10M上のトナー像及びシアン用感光体10C上のトナー像は、中間転写体50上に、順次転写(一次転写)される。そして、中間転写体50上で各色のトナー像が重ね合わされて合成カラー画像(カラー転写像)が形成される。
図4に示すように、タンデム型現像器120における各色の画像形成手段18は、それぞれ、感光体10と、感光体10を一様に帯電させる帯電器59と、各色の画像情報に基づいて感光体10を露光(図中、L)することにより、感光体10上に静電潜像を形成する露光装置21と、各色のトナーを用いて静電潜像を現像することにより、感光体10上に各色のトナー像を形成する現像器61と、各色のトナー像を中間転写体50上に転写する転写帯電器62と、感光体クリーニング装置63と、除電器64を備えている。
一方、給紙テーブル200においては、給紙ローラ142aの一つを選択的に回転させ、ペーパーバンク143に多段に備える給紙カセット144の一つから記録紙を繰り出し、分離ローラ145aで1枚ずつ分離して給紙路146に送り出し、搬送ローラ147で搬送して複写機本体150内の給紙路148に導き、レジストローラ49に突き当てて止める。または、給紙ローラ142bを回転させて手差しトレイ52上の記録紙を繰り出し、分離ローラ145bで1枚ずつ分離して手差し給紙路53に入れ、同じくレジストローラ49に突き当てて止める。なお、レジストローラ49は、一般には接地されて使用されるが、シートの紙粉除去のためにバイアスが印加された状態で使用してもよい。
そして、中間転写体50上に形成されたカラー転写像にタイミングを合わせてレジストローラ49を回転させ、中間転写体50と二次転写装置22との間に記録紙を送り出すことにより、記録紙上にカラー転写像が形成される。なお、転写後の中間転写体50上に残留するトナーは、中間転写体クリーニング装置17によりクリーニングされる。
カラー転写像が形成され記録紙は、二次転写装置22により定着装置25に搬送されて、熱と圧力によりカラー転写像が記録紙上に定着される。その後、記録紙は、切り換え爪55で切り換えて排出ローラ56により排出され、排紙トレイ57上にスタックされる。または、切り換え爪55で切り換えてシート反転装置28により反転されて再び転写位置へと導き、裏面にも画像を形成した後、排出ローラ56により排出され、排紙トレイ57上にスタックされる。また、本実施の形態では、後述する不図示の滑剤塗布手段と、滑剤引き伸ばし手段とを備える。
図5は本発明に用いられる画像形成装置の一部である滑剤塗布手段及び滑剤引き伸ばし手段の構成を示す概略図である。
ここで、滑剤塗布手段及び滑剤引き伸ばし手段の構成について説明する。
上記した画像形成装置の第1〜3の実施の形態には、上述のとおり感光体10の回転方向から順に、帯電ローラ20、転写帯電器62が設けられている。さらに、転写帯電器62から感光体10回転方向下流には、クリーニングブレード60、滑剤塗布手段12、滑剤引き伸ばし手段13が順に設けられている。
転写帯電器62と感光体10との圧接部においてトナーによる可視像が記録媒体または中間転写ベルトに転写されるが、転写されずに残った転写残トナーや、その他感光体10に付着した異物がクリーニングブレード60によりクリーニングされる。
次いで、不図示の駆動手段により回転される滑剤塗布手段12が、該滑剤付与手段に圧接して設けられた滑剤12を削り取る。削り取られた滑剤の一部は、回転する滑剤塗布手段12の表面に付着した状態で連れまわり、感光体10表面まで運ばれて付着する。
感光体10の表面に付着した滑剤は、感光体10に圧接して設けられた滑剤引き伸ばし手段13により引き伸ばされて感光体10の表面に均一に塗布される。
これにより、感光体10とトナーとの付着力を低減させることができる。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
尚、実施例1〜4および比較例1〜6に用いる外添剤には、下記外添剤A〜Gを使用した。
外添剤A:BET比表面積140m2/g、疎水化度71%の疎水性シリカ微粒子
外添剤B:BET比表面積 90m2/g、疎水化度65%の疎水性シリカ微粒子
外添剤C:BET比表面積140m2/g、疎水化度45%の疎水性シリカ微粒子
外添剤D:BET比表面積 68m2/g、疎水化度61%の疎水性酸化チタン微粒子
外添剤E:BET比表面積 30m2/g、疎水化度60%の疎水性酸化チタン微粒子
外添剤F:BET比表面積 35m2/g、疎水化度76%の疎水性シリカ微粒子
外添剤G:BET比表面積 12m2/g、疎水化度67%の疎水性シリカ微粒子
外添剤H:BET比表面積 28m2/g、疎水化度69%の疎水性シリカ微粒子
〔実施例1〕
本実施例にて使用したトナーの製造方法を示す。
(未変性ポリエステル樹脂の合成)
冷却管、攪拌機及び窒素導入管の付いた反応槽中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物229部、ビスフェノールAプロピオンオキサイド3モル付加物529部、テレフタル酸208部、アジピン酸46部及びジブチルスズオキシド2部を投入し、常圧下、230℃で8時間反応させた。次に、10〜15mmHgの減圧下で5時間反応させた後、反応槽中に無水トリメリット酸44部を添加し、常圧下、180℃で2時間反応させて、未変性ポリエステル樹脂(1)を合成した。
得られた未変性ポリエステル樹脂(1)は、数平均分子量が2500、重量平均分子量が6700、ガラス転移温度が43℃、酸価が25mgKOH/gであった。
(マスターバッチ製造法)
水1200部、カーボンブラックPrintex35(デクサ社製;DBP吸油量=42ml/100mg、pH=9.5)540部及び未変性ポリエステル樹脂(1)1200部を、ヘンシェルミキサー(三井鉱山社製)を用いて混合した。二本ロールを用いて、得られた混合物を150℃で30分混練した後、圧延冷却し、パルペライザー(ホソカワミクロン社製)で粉砕して、マスターバッチ(1)を調製した。
(ワックス分散液の作製)
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、未変性ポリエステル樹脂(1)378部、カルナバワックス110部、サリチル酸金属錯体E−84(オリエント化学工業社製)22部及び酢酸エチル947部を仕込み、撹拌下、80℃まで昇温し、80℃で5時間保持した後、1時間かけて30℃まで冷却した。次に、反応容器中に、マスターバッチ(1)500部及び酢酸エチル500部を仕込み、1時間混合して原料溶解液(1)を得た。
得られた原料溶解液(1)1324部を反応容器に移し、ビーズミルのウルトラビスコミル(アイメックス社製)を用いて、0.5mmジルコニアビーズを80体積%充填し、送液速度が1kg/時、ディスク周速度が6m/秒の条件で3パスして、C.I.ピグメントレッド及びカルナバワックスを分散させ、ワックス分散液(1)を得た。
(トナー材料の分散液の作製)
次に、ワックス分散液(1)に未変性ポリエステル樹脂(1)の65重量%酢酸エチル溶液1324部を添加した。上記と同様の条件でウルトラビスコミルを用いて1パスして得られた分散液200部に、少なくとも一部にベンジル基を有する第4級アンモニウム塩で変性した層状無機鉱物モンモリロナイト(クレイトンAPA Southern Clay Products社製)1.0部を添加し、T.K.ホモディスパー(特殊機化工業社製)を用いて、30分間攪拌し、トナー材料の分散液(1)を得た。
得られたトナー材料の分散液の粘度を、以下のようにして測定した。
直径20mmのパラレルプレートを備えたパラレルプレート型レオメータAR2000(ディー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製)を用いて、ギャップを30μmにセットし、トナー材料の分散液に対して、25℃において、せん断速度30000秒−1で30秒間せん断力を加えた後、せん断速度を0秒−1から70秒−1まで20秒間で変化させた時の粘度(粘度A)を測定した。また、パラレルプレート型レオメータAR2000を用いて、トナー材料の分散液に対して、25℃において、せん断速度30000秒−1で30秒間せん断力を加えた時の粘度(粘度B)を測定した。
(中間体ポリエステル樹脂の合成)
冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、ビスフェノールAエチレンオキサイド2モル付加物682部、ビスフェノールAプロピレンオキサイド2モル付加物81部、テレフタル酸283部、無水トリメリット酸22部及びジブチルスズオキシド2部を仕込み、常圧下、230℃で8時間反応させた。次に、10〜15mHgの減圧下で、5時間反応させて、中間体ポリエステル樹脂を合成した。
得られた中間体ポリエステル樹脂は、数平均分子量が2100、重量平均分子量が9500、ガラス転移温度が55℃、酸価が0.5mgKOH/g、水酸基価が51mgKOH/gであった。
(プレポリマーの合成)
次に、冷却管、撹拌機及び窒素導入管の付いた反応容器中に、中間体ポリエステル樹脂410部、イソホロンジイソシアネート89部及び酢酸エチル500部を仕込み、100℃で5時間反応させて、プレポリマー(1)を合成した。得られたプレポリマーの遊離イソシアネート含有量は、1.53重量%であった。
(油相混合液の調製)
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、イソホロンジアミン170部及びメチルエチルケトン75部を仕込み、50℃で5時間反応させ、ケチミン化合物を合成した。得られたケチミン化合物のアミン価は、418mgKOH/gであった。
反応容器中に、トナー材料の分散液(1)749部、プレポリマー(1)115部及びケチミン化合物2.9部を仕込み、TK式ホモミキサー(特殊機化製)を用いて5000rpmで1分間混合して、油相混合液(1)を得た。
(樹脂粒子分散液の重合)
撹拌棒及び温度計をセットした反応容器中に、水683部、反応性乳化剤(メタクリル酸のエチレンオキシド付加物の硫酸エステルのナトリウム塩)エレミノールRS−30(三洋化成工業社製)11部、スチレン83部、メタクリル酸83部、アクリル酸ブチル110部及び過硫酸アンモニウム1部を仕込み、400rpmで15分間撹拌し、乳濁液を得た。乳濁液を加熱して、75℃まで昇温して5時間反応させた。次に、1重量%過硫酸アンモニウム水溶液30部を添加し、75℃で5時間熟成して、樹脂粒子分散液を調製した。
(トナー材料液の分散質粒子の粒径及び分散粒子径の分布)
本発明においては、トナー材料液の分散質粒径、分散粒径分布の測定に「マイクロトラックUPA−150」(日機装社製)を用いて測定し、解析ソフト「マイクロトラック パーティクルサイズ アナライザ−Ver.10.1.2−016EE」(日機装社製)を用いて解析を行った。具体的にはガラス製30mlサンプル瓶にトナー材料液、次いでトナー材料液作製に用いた溶媒を添加し、10重量%の分散液を調製した。得られた分散液を「超音波分散器W−113MK−II」(本多電子社製)で2分間分散処理した。
測定するトナー材料液に用いた溶媒でバックグラウンドを測定した後、前記分散液を滴下し、測定器のサンプルローディングの値が1〜10の範囲となる条件で分散粒子径を測定した。本測定法は分散粒子径の測定再現性の点から測定器のサンプルローディングの値が1〜10の範囲となる条件で測定することが重要である。前記サンプルローディングの値を得るために前記分散液の滴下量を調節する必要がある。
測定・解析条件は以下のように設定した。
分布表示:体積、粒径区分選択:標準、チャンネル数:44、測定時間:60sec、測定回数:1回、粒子透過性:透過、粒子屈折率:1.5、粒子形状:非球形、密度:1g/cm3、溶媒屈折率の値は日機装社発行の「測定時の入力条件に関するガイドライン」に記載されている値のうちトナー材料液に用いた溶媒の値を用いた。
(乳化スラリーの調製)
水990部、樹脂粒子分散液83部、ドデシルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムの48.5重量%水溶液エレミノールMON−7(三洋化成工業社製)37部、高分子分散剤カルボキシメチルセルロースナトリウムの1重量%水溶液セロゲンBS−H−3(第一工業製薬社製) 135部及び酢酸エチル90部を混合撹拌し、水系媒体を得た。
水系媒体1200部に、油相混合液867部を加え、TK式ホモミキサーを用いて、13000rpmで20分間混合して、分散液(乳化スラリー)を調製した。
次に、撹拌機及び温度計をセットした反応容器中に、乳化スラリー(1)を仕込み、30℃で8時間脱溶剤した後、45℃で4時間熟成を行い、分散スラリー(1)を得た。
分散スラリー100重量部を減圧濾過した後、濾過ケーキにイオン交換水100部を添加し、TK式ホモミキサーを用いて12000rpmで10分間混合した後、濾過した。
得られた濾過ケーキに10重量%塩酸を加えて、pHを2.8に調整し、TK式ホモミキサーを用いて12000rpmで10分間混合した後、濾過した。
さらに、得られた濾過ケーキにイオン交換水300部を添加し、TK式ホモミキサーを用いて12000rpmで10分間混合した後、濾過する操作を2回行い、最終濾過ケーキを得た。
得られた最終濾過ケーキを、循風乾燥機を用いて45℃で48時間乾燥し、目開き75μmメッシュで篩い、トナー母粒子を得た。
上記トナー母粒子に対して外添剤Fを母粒子100部に対して1.5部、外添剤Dを0.8部、外添剤A0.9部添加し、20Lヘンシェルミキサ(三井鉱山株式会社製)にて周速33m/sにて7分間混合した。上記を500メッシュの篩により風篩し、トナーを得た。
(画像評価方法)
作製したトナーを下記操作1〜9を順に行い画像評価した。
操作1.評価に用いるトナー、装置を全て25℃、50%環境室に1日放置。
操作2.画像形成装置A(帯電AC周波数7.3cycle/mm、感光体線速300mm/sec、クリーニング工程の後に滑剤塗布工程を行う、滑剤引き伸ばし工程有り)のPCUのトナーを全て除去し、現像装置中にキャリアのみを残す。
操作3.キャリアのみになった現像装置中に、サンプルとなるブラックトナーを28g投入し、トナー濃度7%の現像剤を400g作成する。
操作4.画像形成装置本体に、現像装置を装着し、現像スリーブ線速300mm/sで、現像装置のみを5分間空回しさせる。
操作5.現像スリーブ、感光体ともに狙いの線速でトレーリングで回転させ、感光体上のトナー0.6±0.05mg/cmとなるように帯電電位、現像バイアスを調整した。
操作6.クリーニングブレードは、Imagio neo C600市販品PCU搭載のクリーニングブレード1枚のみとし、その弾性率は70%、厚さは2mm、カウンタで像担持体に対する当接角度は20°とした。
操作7.上記現像条件において、転写率が96±2%となるよう、転写電流を調整。
操作8.上記設定値を用いて、通紙方向に4cm、通紙幅方向に25cmの帯を入れたチャート(図6)を1000枚出力した。
操作9.10枚目、1000枚目の画像を目視評価によりランク付けした。
〔実施例2〕
実施例1において外添剤Fを外添剤Hに変更し、画像形成装置を画像形成装置B(帯電AC周波数6.9cycle/mm、感光体線速350mm/sec、クリーニング工程の後に滑剤塗布工程を行う、滑剤引き伸ばし工程有り)に変更した以外は、実施例1と同様に行った。
〔実施例3〕
実施例1における外添剤の混合工程を変更した。具体的には、外添剤Fを母粒子100部に対して1.5部添加し、20Lヘンシェルミキサ(三井鉱山株式会社製)にて周速33m/sにて5分間混合した。ついで外添剤Dを0.8部投入して同様に周速33m/sで4分間混合した。さらに外添剤A0.9部を投入し、同様に周速28m/sにて4分間混合とし、画像形成装置Aの帯電AC周波数7.3cycle/mmを8.3cycle/mmとした以外は実施例1と同様に行った。
〔実施例4〕
画像形成装置を画像形成装置E(帯電AC周波数7.5cycle/mm、感光体線速260mm/sec、滑剤塗布工程の後にクリーニング工程を行う、滑剤引き伸ばし工程有り)に変更した以外は、実施例1と同様に行った。
〔比較例1〕
実施例1において外添剤Fを添加しない以外は、実施例1と同様に行った。
〔比較例2〕
実施例1において外添剤Aを外添剤Bに変更した以外は、実施例1と同様に行った。
〔比較例3〕
実施例1において外添剤Dを外添剤Eに変更した以外は、実施例1と同様に行った。
〔比較例4〕
実施例1において外添剤Fを外添剤Gに変更した以外は、実施例1と同様に行った。
〔比較例5〕
画像形成装置を画像形成装置C(帯電AC周波数9.1cycle/mm、感光体線速230mm/sec、滑剤塗布工程の後にクリーニング工程を行う、滑剤引き伸ばし工程無し)に変更した以外は、実施例1と同様に行った。
〔比較例6〕
画像形成装置を画像形成装置D(帯電AC周波数6.1cycle/mm、感光体線速260mm/sec、滑剤塗布工程の後にクリーニング工程を行う、滑剤引き伸ばし工程無し)に変更した以外は、実施例1と同様に行った。
画像評価から得られた結果を表1に示す。
尚、評価結果は◎、○、△、×の順で画質の良さを表している。(◎が最も良く、×が最も悪い)
Figure 0005370640
上記表1の結果から、本発明によれば、フィルミングの発生、キャリアの帯電低下を抑制し、高画質かつ経時で安定した画像が得られることがわかる。
本発明に用いられる画像形成装置の構成を示す概略図である。 本発明に用いられる画像形成装置の他の一例の構成を示す概略図である。 本発明に用いられる画像形成装置の他の一例の構成を示す概略図である。 本発明に用いられる画像形成装置の要部の構成を示す概略図である。 本発明に用いられる画像形成装置の一部である滑剤塗布手段及び滑剤引き伸ばし手段周辺の構成を示す概略図である。
符号の説明
10 感光体(像担持体)
10K ブラック用感光体
10Y イエロー用感光体
10M マゼンタ用感光体
10C シアン用感光体
11 滑剤
12 滑剤塗布手段
13 滑剤引き伸ばし手段
14、15、16 支持ローラ
17 中間転写体クリーニング装置
18 画像形成手段
20 帯電ローラ
21 露光装置
22 二次転写装置
23 ローラ
24 二次転写ベルト
25 定着装置
26 定着ベルト
27 加圧ベルト
28 シート反転装置
30 露光装置
32 コンタクトガラス
33 第1走行体
34 第2走行体
35 結像レンズ
36 読み取りセンサ
40 現像装置
41 現像ベルト
42K、42Y、42M、42C 現像剤収容部
43K、43Y、43M、43C 現像剤供給ローラ
44K、44Y、44M、44C 現像ローラ
45K ブラック用現像器
45Y イエロー用現像器
45M マゼンタ用現像器
45C シアン用現像器
49 レジストローラ
50 中間転写体
51 ローラ
52 手差しトレイ
53 手差し給紙路
55 切り換え爪
56 排出ローラ
57 排出トレイ
58 コロナ帯電器
59 帯電器
60 クリーニング装置(クリーニングブレード)
61 現像器
62 転写帯電器
63 感光体クリーニング装置
64 除電器
70 除電ランプ
80 転写ローラ
90 クリーニング装置
95 記録紙
100A、100B、100C 画像形成装置
110 ベルト式定着装置
120 タンデム型現像器
130 原稿台
142a、142b 給紙ローラ
143 ペーパーバンク
144 給紙カセット
145a、145b 分離ローラ
146 給紙路
147 搬送ローラ
148 給紙路
150 複写装置本体
200 給紙テーブル
300 スキャナ
400 原稿自動搬送装置

Claims (7)

  1. 像担持体表面を帯電させる帯電工程と、前記像担持体上に露光することによって潜像を書き込む露光工程と、前記像担持体上に書き込まれた潜像にトナーを現像して可視像を形成する現像工程と、前記可視像を直接または中間転写体を介して記録媒体に転写する転写工程と、記録媒体に転写された転写像を定着させる定着工程と、前記像担持体上の転写残トナーをクリーニングするクリーニング工程と、前記像担持体に滑剤を塗布する滑剤塗布工程と、前記滑剤塗布工程で塗布した滑剤を像担持体表層に一様に引き伸ばす滑剤引き伸ばし工程と、を少なくとも有する二成分現像方式の画像形成方法において、
    前記帯電工程は、像担持体に対し、非接触でAC帯電により帯電し、
    前記ACは、6.5〜8.5cycle/mmのAC周波数であって、
    前記クリーニング工程は、ブレード状のクリーニング部材で行われ、
    前記滑剤塗布工程は、前記クリーニング工程の後に位置し、
    前記滑剤引き伸ばし工程は、像担持体にカウンタ方向で当接された滑剤引き伸ばし部材で行われ、
    前記トナーは、トナー母粒子表面に少なくとも3種の外添剤が付着されていて、
    前記3種の外添剤は、BET比表面積値が20〜40m2/gの疎水性シリカ微粒子と、BET比表面積値が40〜80m2/gの疎水性酸化チタン微粒子と、BET比表面積値が130〜300m2/gの疎水性シリカ微粒子であることを特徴とする画像形成方法。
  2. 前記像担持体の線速は、300mm/sec以上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. 前記トナーは、トナー母粒子表面に前記BET比表面積値が20〜40m2/gの疎水性シリカ微粒子を混合付着させ、その後前記BET比表面積値が40〜80m2/gの疎水性酸化チタン微粒子を混合付着させ、さらにその後前記BET比表面積値が130〜300m2/gの疎水性シリカ微粒子を混合付着させることにより得られ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. 前記トナー母粒子は、少なくともトナー組成物及び/又はトナー組成物前駆体を含む油相及び/又はモノマー相を水系媒体に分散及び/又は乳化して造粒してなり、前記トナー組成物は、少なくとも層間のイオンの少なくとも一部を有機物イオンで変性した層状無機鉱物を含有す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3種の外添剤のいずれも疎水化度が50〜90%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. 像担持体と、該像担持体表面を帯電させる帯電手段と、前記像担持体上に露光することによって潜像を書き込む露光手段と、前記像担持体上に書き込まれた潜像にトナーを現像して可視像を形成する現像手段と、前記可視像を直接または中間転写体を介して記録媒体に転写する転写手段と、記録媒体に転写された転写像を定着させる定着手段と、転写し切れなかった前記像担持体上の転写残トナーをクリーニングするクリーニング手段と、前記像担持体に滑剤を塗布する滑剤塗布手段と、該滑剤塗布手段で塗布した滑剤を前記像担持体表層に一様に引き伸ばす滑剤引き伸ばし手段と、を少なくとも有する二成分現像方式の画像形成装置において、
    前記帯電手段は、前記像担持体に対し、非接触のAC帯電ローラであり、
    前記クリーニング手段は、ブレード状のクリーニング部材であり、
    前記滑剤塗布手段は、前記像担持体の回転方向における前記クリーニング手段の後方に配置され、
    前記滑剤引き伸ばし手段は、前記像担持体に対してカウンタ方向で当接されていて、
    前記現像手段は、少なくとも現像ユニットを有し、
    該現像ユニットは、二成分現像剤を収容し、
    該二成分現像剤は、キャリアと、トナー母粒子表面に少なくとも3種の外添剤が付着されたトナーと、からなり、
    前記3種の外添剤は、BET比表面積値が20〜40m2/gの疎水性シリカ微粒子と、BET比表面積値が40〜80m2/gの疎水性酸化チタン微粒子と、BET比表面積値が130〜300m2/gの疎水性シリカ微粒子であることを特徴とする画像形成装置。
  7. 前記像担持体の線速は、300mm/sec以上であることを特徴とする請求項6に記載の画像形成装置。
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