JP5799970B2 - 液体現像剤、画像形成装置、画像形成方法、液体現像剤カートリッジ、およびプロセスカートリッジ - Google Patents

液体現像剤、画像形成装置、画像形成方法、液体現像剤カートリッジ、およびプロセスカートリッジ Download PDF

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Description

本発明は、液体現像剤、画像形成装置、画像形成方法、液体現像剤カートリッジ、およびプロセスカートリッジに関する。
従来、現像剤としてキャリア液中にトナーが分散された液体現像剤を用いた電子写真方式の画像形成装置、画像形成方法が知られている。
例えば、特許文献1には、「少なくとも結着樹脂、着色剤および離型剤を含有するトナー母粒子とシリコーンオイルで表面を処理してなる無機酸化物とからなる静電荷像現像用黒色トナーであって、離型剤がノルマルパラフィンの含有率が35〜65質量%、融点60〜90℃の炭化水素系ワックスである静電荷像現像用黒色トナー」が開示されている。
また、特許文献2には、「絶縁性の液体中にトナー粒子を分散してなる液体現像剤において、樹脂成分としてゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定による重量平均分子量がスチレン換算で2,000以上20,000以下のポリエステル樹脂および離型剤として融点が50℃以上100℃以下の離型剤を含有せしめた液体現像剤」が開示されている。
特開2008−077026号公報 特開2004−205843号公報
本発明の課題は、トナーの結着樹脂のガラス転移温度未満の環境下において、定着画像が他の記録媒体又は他の記録媒体に形成された定着画像に移行する現象(以下「ドキュメントオフセット」と称する)を抑制する液体現像剤を提供することにある。
上記目的は、以下の発明により達成される。
請求項1に係る発明は、
結着樹脂、及び前記結着樹脂のガラス転移温度未満の温度下において下記キャリア液に溶出しない離型剤を含むトナーと、
前記結着樹脂とのSP値の差(ΔSP(tc))が1.5以上7.0以下であるキャリア液と、
を含有する液体現像剤。
請求項2に係る発明は、
静電潜像保持体と、
前記静電潜像保持体の表面を帯電する帯電装置と、
前記静電潜像保持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成装置と、
請求項1に記載の液体現像剤を貯留し且つ前記静電潜像保持体の表面に形成された静電潜像を前記液体現像剤により現像してトナー像を形成する現像装置と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写装置と、
前記記録媒体上の前記トナー像に加熱および加圧を施して記録媒体に定着させる定着装置と、
を有する画像形成装置。
請求項3に係る発明は、
静電潜像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
前記静電潜像保持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成工程と、
前記静電潜像保持体の表面に形成された静電潜像を請求項1に記載の液体現像剤により現像してトナー像を形成する現像工程と、
前記トナー像を記録媒体に転写する転写工程と、
前記記録媒体上の前記トナー像に加熱および加圧を施して記録媒体に定着させる定着工程と、
を有する画像形成方法。
請求項4に係る発明は、
請求項1に記載の液体現像剤を収納し、且つ画像形成装置に脱着される液体現像剤カートリッジ。
請求項5に係る発明は、
請求項1に記載の液体現像剤を収納し且つ静電潜像保持体の表面に形成された静電潜像を該液体現像剤により現像してトナー像を形成する現像装置を備え、画像形成装置に脱着されるプロセスカートリッジ。
請求項1に係る発明によれば、トナーが結着樹脂のガラス転移温度未満の温度下においてキャリア液に溶出する離型剤を含む、又は結着樹脂とキャリア液とのSP値の差(ΔSP(tc))が上記範囲外の場合に比べ、トナーの結着樹脂のガラス転移温度未満の環境下において、ドキュメントオフセットを抑制する液体現像剤が提供される。
請求項2、3、4、又は5に係る発明によれば、トナーが結着樹脂のガラス転移温度未満の温度下においてキャリア液に溶出する離型剤を含む、又は結着樹脂とキャリア液とのSP値の差(ΔSP(tc))が上記範囲外の液体現像剤を適用した場合に比べ、トナーの結着樹脂のガラス転移温度未満の環境下において、ドキュメントオフセットを抑制する画像形成装置、画像形成方法、液体現像剤カートリッジ、又はプロセスカートリッジが提供される。
本実施形態の画像形成装置の一例を示す概略構成図である。 本実施形態の画像形成装置の別の一例を示す概略構成図である。
以下、本発明の液体現像剤、画像形成装置、画像形成方法、液体現像剤カートリッジ、およびプロセスカートリッジの実施形態について詳細に説明する。
本実施形態に係る液体現像剤は、トナーとキャリア液とを含有する。
トナーは、結着樹脂と離型剤とを含有する。離型剤は、結着樹脂のガラス転移温度未満の温度下においてキャリア液に溶出しない離型剤である。
そして、結着樹脂とキャリア液とのSP値(溶解度パラメータ)の差(ΔSP(tc):絶対値)が1.5以上7.0以下である。
ここで、結着樹脂のガラス転移温度は、DSC測定機(示差操作熱量計DSC−7、パーキンエルマー社製)を用いてASTMD3418−8に準拠して測定される。装置の検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の溶融温度を用い、熱量の補正にはインジウムの融解熱を用いる。サンプルは、アルミニウム製パンを用い、対照用に空パンをセットし、昇温速度10℃/minで測定を行った値である。
本実施形態に係る液体現像剤は、上記構成により、トナーの結着樹脂のガラス転移温度未満の環境下において、ドキュメントオフセット(定着画像が他の記録媒体又は他の記録媒体に形成された定着画像に移行する現象)が抑制される。
この理由は定かではないが、以下に示す理由によるものと考えられる。
まず、液体現像剤はトナーとキャリア液とを含む構成となっていることから、これを用いた定着画像にもキャリア液が残留した状態となる。このため、トナーに含まれる結着樹脂とキャリア液との親和性が高すぎると、結着樹脂のガラス転移温度未満の温度下であっても、定着画像(それを構成する結着樹脂)の軟化が発生することがある。これは、定着画像中において、それを構成する結着樹脂と残留するキャリア液とが相互作用を起こし、結着樹脂の見かけ上のガラス転移温度が低下した状態となるためと考えられる。そして、この相互作用により、トナーの結着樹脂のガラス転移温度未満の環境下においても、ドキュメントオフセットが発生することがある。
これに対して、トナーに含まれる結着樹脂とキャリア液との親和性を低下させると、つまり、結着樹脂とキャリア液とのSP値差を上記範囲内で大きくすると、定着画像中において、それを構成する結着樹脂と残留するキャリア液との相互作用が生じ低くなり、結着樹脂の見かけ上のガラス転移温度の低下が抑制されると考えられる。
なお、トナーに含まれる結着樹脂とキャリア液との親和性を過剰に低下させると、つまり、結着樹脂とキャリア液とのSP値差を、上記範囲を超えて過剰に大きくすると、キャリア液中にトナーが分散されず、分離してしまう。
一方、トナーに離型剤が含まれると、その定着画像の表面には離型剤からなる離型層が形成される。この離型剤が結着樹脂のガラス転移温度未満の温度下においてキャリア液に溶出する性質を有すると、結着樹脂のガラス転移温度未満の温度下であっても、定着画像の離型層の軟化が発生することがある。これは、定着画像に残留するキャリア液が離型層中へ移行し易くなると考えられるためである。この離型層が軟化した状態で、定着画像が重荷を受けると、その表面の離型層が薄膜化してゆき、定着画像が露出することがある。つまり、定着画像が形成された記録媒体が重ねられて、定着画像に重荷が掛かると、部分的に定着画像が他の記録媒体(又はそれに形成される定着画像)と直接接する状態となる。そして、この定着画像の露出により、トナーの結着樹脂のガラス転移温度未満の環境下においても、ドキュメントオフセットが発生することがある。
これに対して、トナーに含まれる離型剤として、結着樹脂のガラス転移温度未満の温度下においてキャリア液に溶出しない離型剤を適用すると、定着画像に残留するキャリア液が離型層中へ移行し難くなり、結着樹脂のガラス転移温度未満の温度下であって、定着画像の離型層の軟化が抑制されると考えられる。
以上から、本実施形態に係る液体現像剤は、トナーの結着樹脂のガラス転移温度未満の環境下において、ドキュメントオフセットが抑制されると考えられる。
ここで、トナーの結着樹脂とキャリア液とのSP値の差(ΔSP(tc))は、1.5以上7.0以下であるが、1.5以上6以下が望ましく、1.7以上5.7以下が更に望ましい。
ΔSP(tc)が1.5未満であると、ドキュメントオフセットが発生する。またΔSP(tc)が7.0を超えると、キャリア液へのトナーの分散性が低下する。
また、ΔSP(tc)は、キャリア液へのトナーの分散性とドキュメントオフセットとの抑制する観点からは、1.5以上3.0以下が望ましい。
一方、ΔSP(tc)は、ドキュメントオフセットをより抑制する観点からは、3.0を超え7.0以下が望ましい。
トナーの結着樹脂のSP値は、結着樹脂の主成分として用いられる非晶性樹脂のSP値である。また、トナーの結着樹脂のSP値は、非晶性樹脂を2種以上併用した場合は、各非晶性樹脂のSP値の平均値とする。
なお、キャリア液を2種以上併用した場合、キャリア液のSP値は、各キャリア液のSP値の平均値とする。
次に、SP値の算出方法について説明する。SP値とは凝集エネルギーの密度の平方根であり、本実施形態において、トナーの結着樹脂のSP値、及びキャリア液のSP値は、以下の方法によって算出される。
SP値算出方法はVan KreverenとHoftyzerの推算法により求める。同方法は、凝集エネルギー密度が置換基の種類および数に依存していると考え、置換基毎に定められた凝集エネルギー値を基に、高分子のSP値をセグメント単位で計算するものである。同方法で計算された凝集エネルギーの値の多くは実験値の範囲内にあり、値として実用性が高いことが特徴である。凝集エネルギーを物質のモル容積で割り、平方根を取ったものがSP値となる(参考文献:SP値 基礎・応用と計算方法、山本秀樹著、株式会社情報機構 2005年出版)。
なお、SP値は、慣行としてその単位がcal1/2/cm3/2となるように求められ、且つ、無次元で表記されるものである。これに加えて、本明細書においては、2つの化合物間におけるSP値の相対的な差が意義を持つため、本明細書においては、上記した慣行に従い求められた値を用い、無次元で表記することとした。
参考までに、SP値をSI単位(J1/2/m3/2)に換算する場合には、2046を乗ずればよい。
結着樹脂のガラス転移温度未満の温度下においてキャリア液に溶出しない離型剤とは、キャリア液に対する離型剤の溶出率が5質量%未満の離型剤である。この離型剤の溶出率の測定については、以下の通りである。
まず、平均粒径3mmの離型剤の粒子10gを90gのキャリア液に浸し、トナーの結着樹脂のガラス転移温度−2℃の環境下に6時間静置する。静置後、この環境から、キャリア液を取り出した直後に、キャリア液中の液分と離型剤の粒子(固形分)を篩により分離する。そして、分離した離型剤の粒子(固形分)の質量を測定し、次式によりキャリア液に対する離型剤の溶出率を算出する。
・式:離型剤の溶出率=(キャリア液から分離した離型剤の粒子/キャリア液に浸す前の離型剤の粒子の質量)×100
なお、離型剤の粒子の平均粒径は、光学顕微鏡(キーエンス社製VHX−1000)を用いて、100個の粒子について最大径を測定し、その平均値により算出される値である。
<液体現像剤>
次いで、本実施形態に係る液体現像剤の構成について詳細に説明する。
[トナー]
トナーは、例えば、結着樹脂及び離型剤を含んで構成される。トナーは、必要に応じて、着色剤、その他の添加成分を含んで構成されていてもよい。
(結着樹脂)
結着樹脂は、キャリア液とのSP値の差(ΔSP(tc))が1.5以上7.0以下である結着樹脂が用いられる。従って、キャリア液のSP値によって、ΔSP(tc)が上記範囲となる結着樹脂を選択して用いる。
結着樹脂は、上記のΔSP(tc)の要件を満たす限り特に制限されないが、重付加反応または重縮合反応により合成されたものであることが、低温定着性、保存安定性の点で望ましい。具体的には、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ポリオール樹脂等が挙げられる。この中では、組み合わせて用いる結晶性樹脂との相溶性、離型剤の内包性の観点からポリエステル樹脂が望ましく用いられる。
結着樹脂としては、非晶性樹脂に加えて結晶性樹脂を用いることが、定着の際のシャープな溶融特性を得る観点から望ましい。
なお、「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いうが、少なくとも重量平均分子量が5000を超える結晶性の樹脂を意味し、通常は、重量平均分子量が10000以上の結晶性の樹脂を意味する。
−結晶性樹脂−
結晶性樹脂は、溶融温度を有するため特定温度における粘度の低下が大きく、定着の際にトナーが加熱された際に、結晶性樹脂分子が熱的に活動を開始してから定着し得る領域までの温度差を小さくし得るため、更に優れた低温定着性を付与し得る。トナー粒子中の結晶性樹脂の望ましい含有量は、1質量%以上10質量%以下の範囲、更に望ましくは2質量%以上8質量%以下の範囲である。
結晶性樹脂は、低温定着性とトナーの保存安定性を確保するために、45℃以上110℃以下の範囲に溶融温度を有するものが適当である。より望ましい溶融温度の範囲は50℃以上100℃以下であり、さらに望ましい範囲は55℃以上90℃以下である。この溶融温度は、ASTMD3418−8に準拠した方法で求めた。
結晶性樹脂の数平均分子量(Mn)は、2000以上であることが望ましく、4000以上であることがより望ましい。
結晶性樹脂としては、重量平均分子量が5000を超え、且つ結晶性を持つ樹脂が望ましく、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、中でも結晶性ポリエステル樹脂が望ましい。また、適度な溶融温度をもつ脂肪族系の結晶性ポリエステル樹脂がより望ましい。
結晶性ビニル系樹脂としては、例えば、(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。なお、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、結晶性ポリエステル樹脂は、例えば、カルボン酸(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る。以下、カルボン酸成分、およびアルコール成分について、さらに詳しく説明する。なお、本実施形態では、結晶性ポリエステル樹脂の主鎖に対して、他成分を50質量%以下の割合で共重合した共重合体も結晶性ポリエステル樹脂とする。
カルボン酸成分は、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。例えば、蓚酸、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、またはその低級アルキルエステルや酸無水物が挙げられるが、これらに限定されない。
カルボン酸成分としては、前述の脂肪族ジカルボン酸成分のほか、二重結合を持つジカルボン酸成分、スルホン酸基を持つジカルボン酸成分等の構成成分が含まれていることが望ましい。なお、二重結合を持つジカルボン酸成分には、二重結合を持つジカルボン酸に由来する構成成分のほか、二重結合を持つジカルボン酸の低級アルキルエステルまたは酸無水物等に由来する構成成分も含まれる。また、スルホン酸基を持つジカルボン酸成分には、スルホン酸基を持つジカルボン酸に由来する構成成分のほか、スルホン酸基を持つジカルボン酸の低級アルキルエステルまたは酸無水物等に由来する構成成分も含まれる。
二重結合を持つジカルボン酸は、その二重結合を利用して樹脂全体を架橋させ得るもので、好適に用いられる。こうしたジカルボン酸としては、例えば、フマル酸、マレイン酸、3−ヘキセンジオイック酸、3−オクテンジオイック酸等が挙げられるが、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、フマル酸、マレイン酸等が望ましい。
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し得る点で有効である。また、樹脂全体を水に乳化または懸濁して、粒子を作製する際にスルホン酸基があれば、後述するごとく、界面活性剤を使用しないで乳化または懸濁し得る。こうしたスルホン酸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望ましい。
これらの脂肪族ジカルボン酸成分以外のカルボン酸成分(二重結合を持つジカルボン酸成分やスルホン酸基を持つジカルボン酸成分)の、カルボン酸成分における含有量としては、1構成モル%以上20構成モル%以下が望ましく、2構成モル%以上10構成モル%以下がより望ましい。
なお、本実施形態において「構成モル%」とは、ポリエステル樹脂における各構成成分(カルボン酸成分、アルコール成分)を1単位(モル)したときの百分率を指す。
一方、アルコール構成成分としては脂肪族ジオールが望ましく、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−ウンデカンジオール、1,12−ドデカンジオール、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等が挙げられるが、この限りではない。
アルコール成分は、脂肪族ジオール成分の含有量が80構成モル%以上であることが望ましく、またその他の成分を含んでもよい。アルコール成分としては、脂肪族ジオール成分の含有量が90構成モル%以上であることがより望ましい。
その他の成分としては、二重結合を持つジオール成分、スルホン酸基を持つジオール成分等の構成成分が挙げられる。
二重結合を持つジオールとしては、2−ブテン−1,4−ジオール、3−ブテン−1,6−ジオール、4−ブテン−1,8−ジオール等が挙げられる。一方、スルホン酸基を持つジオールとしては、1,4−ジヒドロキシ−2−スルホン酸ベンゼンナトリウム塩、1,3−ジヒドロキシメチル−5−スルホン酸ベンゼンナトリウム塩、2−スルホ−1,4−ブタンジオールナトリウム塩等が挙げられる。
これらの直鎖型脂肪族ジオール成分以外のアルコール成分を加える場合(二重結合を持つジオール成分や、スルホン酸基を持つジオール成分)の、アルコール成分における含有量としては、1構成モル%以上20構成モル%以下が望ましく、2構成モル%以上10構成モル%以下がより望ましい。
結晶性ポリエステル樹脂の製造方法としてはとくに制限はなく、カルボン酸成分とアルコール成分とを反応させる一般的なポリエステル重合法で製造され、例えば、直接重縮合、エステル交換法等が挙げられ、モノマーの種類によって使い分けて製造する。酸成分とアルコール成分とを反応させる際のモル比(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、通常1/1である。
結晶性ポリエステル樹脂の製造は、重合温度180℃以上230℃以下の間で行われ、縮合の際に発生する水やアルコールを除去しながら反応させる。なお、反応系内を減圧にして行ってもよい。モノマーが、反応温度下で溶解また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カルボン酸成分またはアルコール成分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。
結晶性ポリエステル樹脂の製造の際に使用し得る触媒としては、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、およびアミン化合物等が挙げられ、具体的には、以下の化合物が挙げられる。
例えば、酢酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、酢酸リチウム、酢酸カルシウム、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。
結晶性樹脂の溶融温度、分子量等の調整の目的で上記の重合性単量体以外に、より短鎖のアルキル基、アルケニル基、芳香環等を有する化合物を使用してもよい。
具体例としては、ジカルボン酸の場合、コハク酸、マロン酸、シュウ酸等のアルキルジカルボン酸類、およびフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ホモフタル酸、4,4’−ビ安息香酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸類、ジピコリン酸、ジニコチン酸、キノリン酸、2,3−ピラジンジカルボン酸等の含窒素芳香族ジカルボン酸類が挙げられ、ジオール類の場合、コハク酸、マロン酸、アセトンジカルボン酸、ジグリコール酸等の短鎖アルキルのジオール類が挙げられ、短鎖アルキルのビニル系重合性単量体の場合、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル等の短鎖アルキル、アルケニルの(メタ)アクリル酸エステル類、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のビニルニトリル類、ビニルメチルエーテル、ビニルイソ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、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトン類、エチレン、プロピレン、ブタジエン、イソプレン等のオレフィン類等が挙げられる。これらの重合性単量体は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
−非晶性樹脂−
非晶性樹脂としては、公知のトナー用の非晶性樹脂が利用され、例えば、スチレン−アクリル樹脂等を利用し得るが、非晶性ポリエステル樹脂を用いることが好適である。
非晶性ポリエステル樹脂のガラス転移温度(Tg)は50℃以上80℃以下の範囲が望ましく、55℃以上65℃以下の範囲がより望ましい。また、重量平均分子量は8000以上30000以下の範囲であることが望ましく、8000以上16000以下の範囲であることがより望ましい。そして、第三成分を共重合してもよい。
非晶性ポリエステル樹脂は、これと組み合わせて用いる結晶性ポリエステル化合物と共通のアルコール成分またはカルボン酸成分を持つことが混和性を高める上で望ましい。
非晶性ポリエステル樹脂の製造方法は、特に制限はなく、前述のごとき一般的なポリエステル重合法で製造し得る。
非晶性ポリエステル樹脂の合成に用いるカルボン酸成分としては、結晶性ポリエステル樹脂に関して挙げた種々のジカルボン酸が用いられる。アルコール成分としても、非晶性ポリエステル樹脂の合成に用いる種々のジオールが用いられるが、結晶性ポリエステル樹脂に関して挙げた脂肪族ジオールに加えて、ビスフェノールA、ビスフェノールAエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールAプロピレンオキサイド付加物や水素添加ビスフェノールA、ビスフェノールS、ビスフェノールSエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールSプロピレンオキサイド付加物等を用いてもよい。
さらに、トナー製造性・耐熱性・透明性の観点から、ビスフェノールS、ビスフェノールSエチレンオキサイド付加物、ビスフェノールSプロピレンオキサイド付加物等のビスフェノールS誘導体を用いることが特に望ましい。また、カルボン酸成分、アルコール成分とも複数の成分を含んでもよく、特に、ビスフェノールSは耐熱性を高める効果をもつ。
次に、結着樹脂として用いられる非晶性樹脂や、結晶性樹脂の架橋処理や、結着樹脂の合成に際して用い得る共重合成分等について説明する。
結着樹脂の合成に際しては、他の成分を共重合させてもよく、親水性極性基を有する化合物を用いてもよい。
具体例としては、結着樹脂がポリエステル樹脂である場合、スルホニル−テレフタル酸ナトリウム塩、3−スルホニルイソフタル酸ナトリウム塩等の芳香環に直接スルホニル基が置換したジカルボン酸化合物が挙げられる。また結着樹脂がビニル系樹脂の場合は、(メタ)アクリル酸、イタコン酸等の不飽和脂肪族カルボン酸類、グリセリンモノ(メタ)アクリレート、脂肪酸変性グリシジル(メタ)アクリレート、ジンクモノ(メタ)アクリレート、ジンクジ(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコール(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸とアルコール類等とのエステル類、オルト、メタ、パラ位のいずれかにスルホニル基を有するスチレンの誘導体、スルホニル基含有ビニルナフタレン等のスルホニル基置換芳香族ビニル等が挙げられる。
また、結着樹脂には、架橋剤を添加してもよい。
架橋剤の具体例としては、ジビニルベンゼン、ジビニルナフタレン等の芳香族の多ビニル化合物類、フタル酸ジビニル、イソフタル酸ジビニル、テレフタル酸ジビニル、ホモフタル酸ジビニル、トリメシン酸ジビニル/トリビニル、ナフタレンジカルボン酸ジビニル、ビフェニルカルボン酸ジビニル等の芳香族多価カルボン酸の多ビニルエステル類、ピリジンジカルボン酸ジビニル等の含窒素芳香族化合物のジビニルエステル類、ピロール、チオフェン等の不飽和複素環化合物類、ピロムチン酸ビニル、フランカルボン酸ビニル、ピロール−2−カルボン酸ビニル、チオフェンカルボン酸ビニル等の不飽和複素環化合物カルボン酸のビニルエステル類、ブタンジオールメタクリレート、ヘキサンジオールアクリレート、オクタンジオールメタクリレート、デカンジオールアクリレート、ドデカンジオールメタクリレート等の直鎖多価アルコールの(メタ)アクリル酸エステル類、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、2−ヒドロキシ、1,3−ジアクリロキシプロパン等の分枝、置換多価アルコールの(メタ)アクリル酸エステル類、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレンポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート類、コハク酸ジビニル、フマル酸ジビニル、マレイン酸ビニル/ジビニル、ジグリコール酸ジビニル、イタコン酸ビニル/ジビニル、アセトンジカルボン酸ジビニル、グルタル酸ジビニル、3,3’−チオジプロピオン酸ジビニル、trans−アコニット酸ジビニル/トリビニル、アジピン酸ジビニル、ピメリン酸ジビニル、スベリン酸ジビニル、アゼライン酸ジビニル、セバシン酸ジビニル、ドデカン二酸ジビニル、ブラシル酸ジビニル等の多価カルボン酸の多ビニルエステル類等が挙げられる。
また、特に結晶性ポリエステル樹脂においては、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、trans−アコニット酸等の不飽和の多カルボン酸類を、ポリエステル中に共重合させ、その後樹脂中の多重結合部分同士、または他のビニル系化合物を用いて架橋させる方法を用いてもよい。本実施形態において、これらの架橋剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用して用いてもよい。
これら架橋剤により架橋させる方法としては、重合性単量体(モノマー)の重合の際に架橋剤と共に重合し架橋させる方法でもよいし、不飽和部分は結着樹脂中に残留させ、結着樹脂を重合させた後、またはトナー作製の後、不飽和部分を架橋反応により架橋させる方法でもよい。
結着樹脂がポリエステル樹脂である場合、重合性単量体は、縮重合により重合し得る。縮重合用の触媒としては、公知のものが使用され、具体例としては、チタンテトラブトキサイド、ジブチルスズオキサイド、二酸化ゲルマニウム、三酸化アンチモン、酢酸スズ、酢酸亜鉛、二硫化スズ等が挙げられる。結着樹脂が、ビニル系樹脂である場合、重合性単量体は、ラジカル重合により重合し得る。
ラジカル重合用開始剤としては、乳化重合し得るものであれば、特に制限はない。具体的には、過酸化水素、過酸化アセチル、過酸化クミル、過酸化tert−ブチル、過酸化プロピオニル、過酸化ベンゾイル、過酸化クロロベンゾイル、過酸化ジクロロベンゾイル、過酸化ブロモメチルベンゾイル、過酸化ラウロイル、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、ペルオキシ炭酸ジイソプロピルテトラリンヒドロペルオキシド、1−フェニル−2−メチルプロピル−1−ヒドロペルオキシド、過トリフェニル酢酸−tert−ブチルヒドロペルオキシド、過蟻酸tert−ブチル、過酢酸tert−ブチル、過安息香酸tert−ブチル、過フェニル酢酸tert−ブチル、過メトキシ酢酸tert−ブチル、過N−(3−トルイル)カルバミン酸tert−ブチル等の過酸化物類、2,2’−アゾビスプロパン、2,2’−ジクロロ−2,2’−アゾビスプロパン、1,1’−アゾ(メチルエチル)ジアセテート、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)塩酸塩、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)硝酸塩、2,2’−アゾビスイソブタン、2,2’−アゾビスイソブチルアミド、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−2−メチルプロピオン酸メチル、2,2’−ジクロロ−2,2’−アゾビスブタン、2,2’−アゾビス−2−メチルブチロニトリル、2,2’−アゾビスイソ酪酸ジメチル、1,1’−アゾビス(1−メチルブチロニトリル−3−スルホン酸ナトリウム)、2−(4−メチルフェニルアゾ)−2−メチルマロノジニトリル、4,4’−アゾビス−4−シアノ吉草酸、3,5−ジヒドロキシメチルフェニルアゾ−2−メチルマロノジニトリル、2−(4−ブロモフェニルアゾ)−2−アリルマロノジニトリル、2,2’−アゾビス−2−メチルバレロニトリル、4,4’−アゾビス−4−シアノ吉草酸ジメチル、2,2’−アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル、1,1’−アゾビスシクロヘキサンニトリル、2,2’−アゾビス−2−プロピルブチロニトリル、1,1’−アゾビス−1−クロロフェニルエタン、1,1’−アゾビス−1−シクロヘキサンカルボニトリル、1,1’−アゾビス−1−シクロへプタンニトリル、1,1’−アゾビス−1−フェニルエタン、1,1’−アゾビスクメン、4−ニトロフェニルアゾベンジルシアノ酢酸エチル、フェニルアゾジフェニルメタン、フェニルアゾトリフェニルメタン、4−ニトロフェニルアゾトリフェニルメタン、1,1’−アゾビス−1,2−ジフェニルエタン、ポリ(ビスフェノールA−4,4’−アゾビス−4−シアノペンタノエート)、ポリ(テトラエチレングリコール−2,2’−アゾビスイソブチレート)等のアゾ化合物類、1,4−ビス(ペンタエチレン)−2−テトラゼン、1,4−ジメトキシカルボニル−1,4−ジフェニル−2−テトラゼン等が挙げられる。これらの重合開始剤は、架橋反応の際の開始剤としても、使用される。
なお、結着樹脂としては、主に結晶性ポリエステル樹脂および非晶性ポリエステル樹脂を中心に上述したが、その他にも、スチレン、パラクロロスチレン、α−メチルスチレン等のスチレン類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸2−エチルヘキシル等のアクリル系単量体;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸2−エチルヘキシル等のメタクリル系単量体;さらにアクリル酸、メタクリル酸、スチレンスルフォン酸ナトリウム等のエチレン系不飽和酸単量体;さらにアクリロニトリル、メタクリロニトリル等のビニルニトリル類;ビニルメチルエーテル、ビニルイソ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、ビニルエチルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類;エチレン、プロピレン、ブタジエンなどのオレフィン類単量体の単独重合体、それらの単量体を2種以上組み合せた共重合体、またはそれらの混合物、さらには、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、セルロース樹脂、ポリエーテル樹脂等、非ビニル縮合系樹脂、または、それらとビニル系樹脂との混合物、これらの共存下でビニル系単量体を重合して得られるグラフト重合体等を用いてもよい。
なお、後述のごとくトナーを乳化重合凝集法により作製する場合、上記樹脂は樹脂粒子分散液として調製される。該樹脂粒子分散液は、乳化重合法およびそれに類似の不均一分散系における重合法で容易に得られる。また、予め溶液重合法や隗状重合法等でムラなく重合した重合体をその重合体が溶解しない溶媒中へ安定剤とともに添加して機械的に混合分散する方法など方法でも得られる。
例えば、ビニル系単量体を用いる場合は、イオン性界面活性剤などを用い、望ましくはイオン性界面活性剤とノニオン性界面活性剤を併用して乳化重合法やシード重合法により、樹脂粒子分散液を作製し得る。
ここで用いる界面活性剤は、硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、リン酸エステル系、せっけん系等のアニオン界面活性剤;アミン塩型、4級アンモニウム塩型等のカチオン系界面活性剤;ポリエチレングリコール系、アルキルフェノールエチレンオキサイド付加物系、アルキルアルコールエチレンオキサイド付加物系、多価アルコール系等の非イオン性界面活性剤、および、種々のグラフトポリマー等が挙げられるが、特に制限されるものではない。
乳化重合で樹脂粒子分散液を作製する場合は、不飽和酸、例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、スチレンスルフォン酸等を単量体成分の一部として添加することにより、粒子表面に保護コロイド層が形成され、ソープフリー重合を行い得るので特に望ましい。
樹脂粒子の体積平均粒径は、1μm以下であることが望ましく、より望ましくは0.01μm以上1μm以下である。なお、樹脂粒子の平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置(島津製作所製、SALD2000A)を用い測定される。
(離型剤)
離型剤としては、離型剤は、結着樹脂のガラス転移温度未満の温度下においてキャリア液に溶出しない離型剤が用いられる。従って、キャリア液によって、結着樹脂のガラス転移温度未満の温度下においてキャリア液に溶出しない離型剤を選択して用いる。
離型剤としては、結着樹脂のガラス転移温度未満の温度下においてキャリア液に溶出しない限り特に制限はないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等の低分子量ポリオレフィン類;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脂肪酸アミド類;カルナウバワックス、ライスワックス、キャンデリラワックス、木ロウ、ホホバ油等の植物系ワックス;ミツロウのごとき動物系ワックス;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鉱物系、石油系のワックス、およびそれらの変性物などが挙げられる。
ここで、離型剤として、上記性質を持つものは、キャリア液と分子構造が類似しているものが望ましい。具体的には、例えば、パラフィン系のキャリア液を適用する場合、離型剤としてもパラフィン系のワックスを適用することが望ましい。
なお、乳化重合凝集法を利用してトナーを作製する場合、これらの離型剤も、水中にイオン性界面活性剤や高分子酸や高分子塩基などの高分子電解質とともに分散し、溶融温度以上に加熱するとともに、強い剪断力を付与し得るホモジナイザーや圧力吐出型分散機を用いて微粒子化し、平均粒径1μm以下の離型剤粒子を含む離型剤分散液として用いてもよい。
これらの離型剤粒子は、トナーの作製に際して、その他の樹脂粒子成分と共に混合溶媒中に一度に添加してもよいし、分割して多段に添加してもよい。
これらの離型剤の添加量としては、トナー粒子全体に対して0.5質量%以上50質量%以下の範囲が望ましい。より望ましくは1質量%以上30質量%以下の範囲、更に望ましくは5質量%以上15質量%以下の範囲が適当である。
また、トナー中に分散含有される離型剤の平均分散径は、0.3μm以上0.8μm以下の範囲内であることが望ましく、0.4μm以上0.8μm以下の範囲内であることがより望ましい。
また、離型剤の分散径の標準偏差は0.05以下であることが望ましく、0.04以下であることがより望ましい。
なお、トナー中に分散含有される離型剤の平均分散径は、TEM(透過型電子顕微鏡)写真を、画像解析装置(ニレコ社製、Luzex画像解析装置)で解析し、100個のトナー粒子中の離型剤の分散径(=(長径+短径)/2)の平均値を計算することで求められ、標準偏差はこのとき得られた個々の分散径を元に求められる。
また、トナー表面の離型剤の露出率は、5atom%以上12atom%以下の範囲内が望ましく、6atom%以上11atom%以下の範囲内が更に望ましい。
ここで露出率はXPS(X線光電子分光)測定により求められる。XPS測定装置としては、日本電子社製、JPS−9000MXを使用し、測定は、X線源としてMgKα線を用い、加速電圧を10kV、エミッション電流を30mAに設定して実施される。ここで、C1Sスペクトルのピーク分離法によってトナー表面の離型剤量を定量する。ピーク分離法は、測定されたC1Sスペクトルを、最小二乗法によるカーブフィッティングを用いて各成分に分離する。分離のベースとなる成分スペクトルには、トナーの作製に用いた離型剤、結着樹脂、結晶性樹脂を単独に測定して得られたC1Sスペクトルを用いる。
(着色剤)
着色剤としては、例えば、カーボンブラック、クロムイエロー、ハンザイエロー、ベンジジンイエロー、スレンイエロー、キノリンイエロー、パーマネントオレンジGTR、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、ウオッチヤングレッド、パーマネントレッド、ブリリアンカーミン3B、ブリリアンカーミン6B、デュポンオイルレッド、ピラゾロンレッド、リソールレッド、ローダミンBレーキ、レーキレッドC、ローズベンガル、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー、カルコオイルブルー、メチレンブルークロライド、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、マラカイトグリーンオクサレートなどの種々の顔料や、アクリジン系、キサンテン系、アゾ系、ベンゾキノン系、アジン系、アントラキノン系、チオインジコ系、ジオキサジン系、チアジン系、アゾメチン系、インジコ系、フタロシアニン系、アニリンブラック系、ポリメチン系、トリフェニルメタン系、ジフェニルメタン系、チアゾール系などの各種染料などを1種または2種以上を併せて使用し得る。
なお、乳化重合凝集法を利用してトナーを作製する場合、これらの着色剤も、溶媒中に分散させ、着色剤分散液として用いる。この場合の着色剤粒子の体積平均粒径は、0.8μm以下であることが望ましく、より望ましくは0.05μm以上0.5μm以下である。
また、着色剤分散液中の体積平均粒径0.8μm以上の粗大粒子の存在割合は、10個数%未満が望ましく、0個数%が望ましく、着色剤分散液中の平均粒径0.05μm以下の微小粒子の存在割合は、5個数%以下が望ましい。
なお、着色剤粒子の体積平均粒径も、レーザ回折式粒度分布測定装置(島津製作所製、SALD2000A)を用い測定される。着色剤の添加量は、トナー粒子全体に対し、1質量%以上20質量%以下の範囲に設定するのが望ましい。
これらの着色剤の溶媒への分散方法としては、例えば回転せん断型ホモジナイザーや、メディアを有するボールミル、サンドミル、ダイノミルなど、いかなる方法でもよくなんら制限されるものではない。
また、着色剤は、ロジン、ポリマー等により表面改質処理したものも利用し得る。表面改質処理がなされた着色剤は、着色剤分散液中で安定化されており、着色剤が着色剤分散液中で求められる平均粒径に分散された後、樹脂粒子分散液との混合の際、凝集工程等においても着色剤同士が凝集することがなく、良好な分散状態を維持し得る点で有利である。
なお、着色剤の表面処理に用いるポリマーとしては、アクリロニトリル重合体、メチルメタクリレート重合体等が挙げられる。
表面改質の条件としては、一般に、着色剤(顔料)存在下にモノマーを重合させる重合法、ポリマー溶液中に着色剤(顔料)を分散させ、該ポリマーの溶解度を低下させて着色剤(顔料)表面に析出させる相分離法等が用いられる。
(その他の添加成分)
その他の添加成分としては、種々の周知の添加成分が挙げられる。
具体的には、トナーを磁性トナーとして用いる場合は、磁性粉を含有させる。磁性粉としては、フェライトやマグネタイト、還元鉄、コバルト、ニッケル、マンガン等の金属、合金またはこれら金属を含む化合物などが挙げられる。さらに、4級アンモニウム塩、ニグロシン系化合物やトリフェニルメタン系顔料など、通常使用される種々の帯電制御剤を添加してもよい。
トナーには、無機粒子を含有させてもよい。中心粒子が5nm以上30nm以下の無機粒子と、中心粒径が30nm以上100nm以下である無機粒子とが、トナーに対して0.5質量%以上10質量%以下の範囲で含有されることが、耐久性の点でより望ましい。
無機粒子は、シリカ、疎水化処理シリカ、酸化チタン、アルミナ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、リン酸三カルシウム、コロイダルシリカ、カチオン表面処理コロイダルシリカ、アニオン表面処理コロイダルシリカ等が用いられる。これらの無機粒子は、予め超音波分散機などを用いてイオン性界面活性剤の存在下分散処理されるが、この分散処理が不要なコロイダルシリカの使用がより望ましい。
トナーには公知の外添剤を外添してもよい。つまり、トナーは、上記結着樹脂等を含むトナー粒子と外添剤とを有する構成であってもよい。外添剤としてはシリカ、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、リン酸三カルシウムなどの無機粒子が利用される。例えば、流動性助剤やクリーニング助剤としてはシリカ、アルミナ、チタニア、炭酸カルシウムなどの無機粒子や、ビニル系樹脂、ポリエステル、シリコーンなどの樹脂粒子が利用される。外添剤の添加方法は特に限定されないが、乾燥状態で剪断力を加えてトナー粒子表面に添加してもよい。
(トナーの製造方法)
次に、トナーの製造方法について説明する。
トナーは、公知のいかなるトナー製造方法によって作製してもよいが、特にいわゆる湿式製法、すなわち、水若しくは有機溶媒中、またはそれらの混合溶媒中で、結着樹脂と着色剤とを含む着色粒子を造粒する造粒工程と、着色粒子を洗浄・乾燥する洗浄・乾燥工程とを経て製造されることが、前述のトナー粒子表面の元素組成を制御する上で望ましい。
こうした湿式製法としては、着色剤、離型剤、その他の成分等を、非晶性樹脂等の結着樹脂を形成する重合性単量体とともに懸濁させ、重合性単量体を重合する懸濁重合法、イオン性解離基を有する化合物、結着樹脂、着色剤、離型剤等のトナー構成材料を有機溶媒に溶解させ、水系溶媒中に懸濁状態で分散させた後に有機溶媒を除去する溶解懸濁法、非晶性樹脂等の結着樹脂成分を乳化重合により作製し、顔料、離型剤等の分散液とともにヘテロ凝集させ、その後融合し合一する乳化重合凝集法などが挙げられるが、これらに限定されることはない。なお、これらの中で、トナーの粒径制御性、狭粒度分布、形状制御性、狭形状分布、内部分散制御性等が優れていることから乳化重合凝集法が最適である。
乳化重合凝集法を利用する場合、トナーは、例えば非晶性樹脂や結晶性樹脂等の結着樹脂を分散させた樹脂粒子分散液、着色剤を分散させた着色剤分散液、および離型剤を分散させた離型剤分散液を混合した原料分散液中にて、凝集粒子を形成する凝集工程と、凝集粒子が形成された原料分散液中を結着樹脂のガラス転移温度(または結晶性樹脂の溶融温度)以上の温度に加熱して、凝集粒子を融合する融合工程と、を少なくとも経て製造し得る。なお、原料分散液には、無機粒子分散液等のその他の分散液を加えてもよい。特に、表面を疎水化させた無機粒子分散液を添加する場合、疎水化度の程度によりトナー内部の離型剤、結晶性樹脂の分散性を制御し得る。
以下、トナーの製造方法について、乳化重合凝集法を具体例としてより詳細に説明する。
トナーを乳化重合凝集法により作製する場合、凝集工程と、融合工程とを少なくとも経て作製されるものであるが、凝集工程を経て形成された凝集粒子(コア粒子)の表面に樹脂粒子を付着させたコア−シェル構造を有する凝集粒子を形成する付着工程を設けてもよい。
−凝集工程−
凝集工程においては、非晶性樹脂や結晶性樹脂等の結着樹脂を分散させた樹脂粒子分散液(なお、非晶性樹脂や結晶性樹脂等をそれぞれ別々の分散液として準備してもよい)と、着色剤を分散させた着色剤分散液と、離型剤を分散させた離型剤分散液と、を混合した原料分散液中にて、凝集粒子を形成する。
具体的には、各種の分散液を混合して得た原料分散液を加熱し、原料分散液中の粒子を凝集させた凝集粒子を形成する。なお、加熱は、非晶性樹脂のガラス転移温度を下回る温度で実施する。望ましい温度範囲は、5℃から25℃下回る範囲である。
凝集粒子の形成は、回転せん断型ホモジナイザーで攪拌下、室温(23℃)で凝集剤を添加し、原料分散液のpHを酸性にすることによってなされる。
凝集工程に用いられる凝集剤は、原料分散液に添加される分散剤として用いる界面活性剤と逆極性の界面活性剤、すなわち無機金属塩の他、2価以上の金属錯体が好適に用いられる。特に、金属錯体を用いた場合には界面活性剤の使用量が低減され、帯電特性が向上するため特に望ましい。
無機金属塩としては、例えば、塩化カルシウム、硝酸カルシウム、塩化バリウム、塩化マグネシウム、塩化亜鉛、塩化アルミニウム、硫酸アルミニウムなどの金属塩、および、ポリ塩化アルミニウム、ポリ水酸化アルミニウム、多硫化カルシウム等の無機金属塩重合体などが挙げられる。その中でも特に、アルミニウム塩およびその重合体が好適である。よりシャープな粒度分布を得るためには、無機金属塩の価数が1価より2価、2価より3価、3価より4価の方が、また、同じ価数であっても重合タイプの無機金属塩重合体の方が、より適している。
特に、第IIA族元素、第IIIB族元素および第IVB族元素(炭素除く)の存在割合を制御するために、凝集工程においては、無機金属塩を無機粒子分散液としたものを加えると共に凝集させることが望ましい。これにより、結着樹脂の分子鎖末端に有効に作用し、架橋構造の形成に寄与する。
無機粒子分散液は前述の着色剤分散液等における方法で作製され、無機粒子の分散平均粒径は100nm以上500nm以下の範囲とすることが望ましい。
凝集工程では無機粒子分散液を段階的に添加してもよく、また、連続的に投入してもよい。これらの方法は、トナー表面から内部にかけてムラのない存在割合を達成するために有効である。段階的に添加する場合は、3段階以上、連続的に添加する場合は、分散液を0.1g/m以下のゆっくりとした速度で添加していくことが特に望ましい。
また、無機粒子分散液の添加量は、必要とされる金属の種類や架橋構造形成の程度により異なるが、結着樹脂成分100質量部に対して0.5質量部以上10質量部以下の範囲とすることが望ましく、1質量部以上5質量部以下の範囲とすることがより望ましい。
凝集工程を経た後には、付着工程を実施してもよい。付着工程では、上記した凝集工程を経て形成された凝集粒子の表面に、樹脂粒子を付着させることにより被覆層を形成する。これにより、いわゆるコア層とこのコア層を被覆するコア−シェル構造を有するトナーが得られる。
被覆層の形成は、凝集工程において凝集粒子(コア粒子)を形成した分散液中に、通常、非晶性樹脂粒子を含む分散液を追添加することにより行われる。なお、付着工程で利用する非晶性樹脂は、凝集工程で利用するものと同一であっても異なっていてもよい。
なお、一般的に付着工程は、離型剤と共に結着樹脂として結晶性樹脂が主成分として含まれるコア−シェル構造を有するトナーを作製する場合に用いられ、その主たる目的は、コア層に含まれる離型剤や結晶性樹脂のトナー表面への露出の抑制や、トナー粒子の強度を補うことにある。
−融合工程−
凝集工程、または、凝集工程および付着工程を経た後に実施される融合工程は、これらの工程を経て形成された凝集粒子を含む懸濁液のpHを必要な範囲にすることにより、凝集の進行を止めた後、加熱を行うことにより凝集粒子を融合させる。
なお、このときのpH値のねらい目によって、特に第IA族元素(水素除く)の存在割合が望ましい範囲に制御される。
pHの調整は、酸やアルカリを添加することによって行なわれる。酸は特に限定されないが、塩酸、硝酸、硫酸等の無機酸の0.1%以上50%以下の水溶液が望ましい。アルカリは特に限定されないが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物の0.1%以上50%以下の水溶液が望ましい。pHの調整に於いて、局所的なpHの変化が起こると、局所的な凝集粒子自体の破壊や局所的な過剰凝集を引き起こし、また、形状分布の悪化をも招く。特にスケールが大きくなる程、酸やアルカリ量は多くなる。一般的には酸およびアルカリの投入箇所は1箇所であるので、同一時間で処理するならば投入箇所の酸およびアルカリの濃度はスケールが大きくなる程高くなる。
第IA族元素(水素除く)の存在割合を本実施形態の範囲とするためには、pHを6.0以上8.0以下の範囲とすることが望ましく、6.5以上7.5以下の範囲とすることがより望ましい。
上記の組成コントロールを行った後、凝集粒子を加熱して融合合一させる。そして、この加熱の際に各元素と樹脂の分子鎖末端が反応して架橋構造を形成する。
なお、融合は、非晶性樹脂のガラス転移温度(または結晶性樹脂の溶融温度)以上の温度で加熱を行うことにより凝集粒子を融合させる。
融合の際の加熱に際して、または融合が終了した後に、その他の成分により架橋反応を行わせてもよい。また、融合と共に架橋反応を行ってもよい。架橋反応を行わせる場合には、トナーの作製に際して、上述の架橋剤や重合開始剤を用いる。
重合開始剤は、原料分散液を作製する段階であらかじめこの分散液に混合しておいてもよいし、凝集工程で凝集粒子に取り込ませてもよい。さらには、融合工程、または、融合工程の後に導入してもよい。凝集工程、付着工程、融合工程、または融合工程の後に導入する場合は、重合開始剤を溶解、または乳化した液を、分散液に加える。これらの重合開始剤には、重合度を制御する目的で、公知の架橋剤、連鎖移動剤、重合禁止剤等を添加してもよい。
−洗浄、乾燥工程等−
凝集粒子の融合合一工程を終了した後、洗浄工程、固液分離工程、乾燥工程等を行なってもよく、これらの工程を経て求められるトナー(トナー粒子)を得る。洗浄工程は帯電性を考慮すると、イオン交換水で置換洗浄することが望ましい。また、固液分離工程には特に制限はないが、生産性の点から吸引濾過、加圧濾過等が好適である。さらに、乾燥工程も特に制限はないが、生産性の点から凍結乾燥、フラッシュジェット乾燥、流動乾燥、振動型流動乾燥等が望ましく用いられる。また、乾燥後のトナー(トナー粒子)には、種々の外添剤を添加してもよい。
(トナーの物性)
次に、トナーの物性について説明する。
トナーの体積平均粒径D50vは0.1μm以上10μmの範囲が望ましく、更には1.0μm以上4μm以下の範囲がより望ましい。
トナーの体積粒度分布指標GSDvは1.28以下が望ましい。一方、個数粒度分布指標GSDpは1.30以下であることが望ましい。体積粒度分布指標GSDvは1.25以下であること、個数粒度分布指標GSDpは1.25以下であることがより望ましい。
ここで、トナーの体積平均粒径D50vや各種の粒度分布指標は、例えばマルチサイザーII(ベックマン−コールター社製)を用い、電解液はISOTON−II(ベックマン−コールター社製)を使用して測定される。測定に際しては、分散剤として界面活性剤、望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2ml中に測定試料を0.5mg以上50mg以下加え、これを電解液100ml以上150ml以下中に添加する。
試料を懸濁した電解液は超音波分散器で1分間分散処理を行い、マルチサイザーII型により、アパーチャー径として100μmアパーチャーを用いて、粒径が2.0μmから60μmの範囲の粒子の粒度分布を測定する。なお、サンプリングする粒子数は50000個である。
こうして測定される粒度分布を基にして分割された粒度範囲(チャネル)に対して体積、数をそれぞれ小径側から累積分布を描いて、累積16%となる粒径を累積体積粒径D16v、累積数粒径D16p、累積50%となる粒径を累積体積平均粒径D50v、累積数平均粒径D50p、累積84%となる粒径を累積体積粒径D84v、累積数粒径D84pと定義する。
これらを用いて、体積粒度分布指標(GSDv)は(D84v/D16v)1/2、数粒度分布指標(GSDp)は(D84p/D16p)1/2の式によって求められる。
トナーの平均円形度は、0.940以上0.980以下の範囲であることが望ましく、0.950以上0.970以下の範囲であることがより望ましい。
なお、トナーの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)により計測される。具体的な測定方法としては、予め不純固形物を除去した水100mlから150ml中に、分散剤として界面活性剤、望ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を0.1ml以上0.5ml以下加え、更に測定試料を0.1g以上0.5g以下の範囲で加える。測定試料を分散した懸濁液は越音波分散器で1分から3分間分散処理を行ない、分散液濃度を3000万個/μl以上1万個/μl以下として装置によりトナーの平均円形度を測定する。
トナーのガラス転移温度は、特に制限はないが、40℃以上70℃以下の範囲が好適に選択される。
なお、トナーのガラス転移温度は、結着樹脂のガラス転移温度の測定方法と同じ測定方法で測定される値である。
[キャリア液]
キャリア液は、トナーの結着樹脂とのSP値の差(ΔSP(tc))が1.5以上7.0以下であるキャリア液が用いられる。従って、用いるトナーのSP値によって、ΔSP(tc)が上記範囲となるキャリア液を選択して用いる。
キャリア液の種類としては、上記のΔSP(tc)の要件を満たす限り特に限定されるものではなく、例えばシリコーンオイル、ポリオール等が挙げられる。
シリコーンオイルとしては、例えばジメチルシリコーンオイル(市販品では信越化学工業社製、KF−96KF−965、KF−968等)、メチルハイドロジェンシリコーンオイル(同社製、KF−99等)メチルフェニルシリコーンオイル(同社製KF−50、KF−54等)等が挙げられる。
ポリオールとしては、例えばエチレングリコール(市販品では和光純薬工業社製)、ジエチレングリコール(同社製)、プロピレングリコール(同社製)等が挙げられる。
また、上記のほかにパラフィンオイル等の脂肪族系炭化水素溶媒(市販品では、松村石油社製、モレスコホワイトMT−30P、モレスコホワイトP40、モレスコホワイトP70、エクソン化学社製アイソパーL、アイソパーM等)、ナフテン系オイル等の炭化水素系溶媒(市販品では、エクソン化学社製、エクソールD80、エクソールD110、エクソールD130、日本石油化学社製、ナフテゾールL、ナフテゾールM、ナフテゾールH、Newナフテゾール160、Newナフテゾール200、Newナフテゾール220、NewナフテゾールMS−20P等)、トルエン等の芳香族化合物、シクロヘキサン、テトラヒドロフラン、アセトン、2−ブタノール等を用いてもよい。
なお、例えば結晶性ポリエステルを含有するトナーを用いる場合には、ΔSP(tc)を上記範囲に制御する観点から、特にキャリア液としてシリコーンオイルを組み合わせることが有効である。
また、後述の画像形成装置や画像形成方法においては、記録媒体とトナーの結着樹脂とのSP値の差(ΔSP(pt))が、記録媒体とキャリア液とのSP値の差(ΔSP(pc))よりも小さいことが望ましい。
上記のΔSP(pt)およびΔSP(pc)を上記範囲に制御する観点から、特に結晶性ポリエステルを含有するトナーと、キャリア液としてシリコーンオイルと、記録媒体としてセルロース繊維を含む用紙と、を組み合わせることが有効である。
なお、キャリア液の引火点としては150℃以上であることが望ましく、更には200℃以上であることがより望ましい。
上記引火点は、JIS K2265−4(2007年)により測定される。
キャリア液は、各種副資材、例えば、分散剤、乳化剤、界面活性剤、安定化剤、湿潤剤、増粘剤、起泡剤、消泡剤、凝固剤、ゲル化剤、沈降防止剤、帯電制御剤、帯電防止剤、老化防止剤、軟化剤、可塑剤、充填剤、付香剤、粘着防止剤、離型剤等を含んでいてもよい。
<画像形成装置および画像形成方法>
本実施形態に係る画像形成装置は、少なくとも前述の本実施形態に係る液体現像剤を用いていれば特に限定されるものではなく、例えば、静電潜像保持体と、静電潜像保持体の表面を帯電する帯電装置と、静電潜像保持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成装置と、本実施形態に係る液体現像剤を貯留し且つ静電潜像保持体の表面に形成された静電潜像を液体現像剤により現像してトナー像を形成する現像装置と、トナー像を記録媒体に転写する転写装置と、記録媒体上のトナー像に加熱および加圧を施して記録媒体に定着させる定着装置と、を有する画像形成装置が挙げられる。
また本実施形態に係る画像形成方法は、少なくとも前述の本実施形態に係る液体現像剤を用いていれば特に限定されるものではなく、例えば、静電潜像保持体の表面を帯電する帯電工程と、静電潜像保持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成工程と、静電潜像保持体の表面に形成された静電潜像を本実施形態に係る液体現像剤により現像してトナー像を形成する現像工程と、トナー像を記録媒体に転写する転写工程と、記録媒体上のトナー像に加熱および加圧を施して記録媒体に定着させる定着工程と、を有する画像形成方法が挙げられる。
なお、上記画像形成装置(画像形成方法)では、定着装置(定着工程)が2段階での定着を行う態様であることが好ましく、具体的には、トナー像中のトナーの貯蔵弾性率が1×10Paとなる温度(A)以上の温度にまで、トナー像に対し非接触で加熱を施す第1加熱装置(第1加熱工程)と、該第1加熱装置での加熱後(第1加熱工程後)に温度(A)以上の温度で加熱しつつ加圧を施す第2加熱加圧装置(第2加熱加圧工程)と、を有することが望ましい。
なお、第1加熱装置(第1加熱工程)では、トナーの流動性を確保する観点から、非接触で加熱を行う、つまり接触せずに加熱する加熱装置で記録媒体のトナー像が形成されている側から加熱するか、記録媒体の背面側(トナー像が形成されていない側)から加熱するか、またはその両者の併用であることが望ましい。
また、本実施形態に係る画像形成装置および画像形成方法では、記録媒体とトナーの結着樹脂とのSP値の差(ΔSP(pt))が、記録媒体とキャリア液とのSP値の差(ΔSP(pc))よりも小さいことが望ましい。
記録媒体としては、特に限定されず公知の記録媒体が適用され、例えばセルロース繊維を含む用紙、セルロース繊維上に各種コート層が形成された用紙(塗工紙)、ラベル、フィルム(ポリエチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリビニルアルコールなど)等が挙げられる。
なお、ΔSP(pt)およびΔSP(pc)を上記範囲に制御する観点から、特に結晶性ポリエステルを含有するトナーと、キャリア液としてシリコーンオイルと、記録媒体としてセルロース繊維を含む用紙と、を組み合わせることが有効である。
以下、本実施形態に係る画像形成方法および画像形成装置の構成について、図面を用いて詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る画像形成装置の一例を示す概略構成図である。
画像形成装置100は、感光体(静電潜像保持体)10、帯電装置20、露光装置(潜像形成装置)12、現像装置14、中間転写体16、クリーナ18、転写ローラ(転写装置)28、非接触加熱装置(第1加熱装置)32、加熱加圧ロール(第2加熱加圧装置)34Aおよび34Bを含んで構成される。
感光体10は円柱形状を有し、感光体10の外周に、帯電装置20、露光装置12、現像装置14、中間転写体16、およびクリーナ18が順次に設けられ、中間転写体16に転写されたトナー像26が用紙(記録媒体)30に転写され位置に転写ローラ28が設けられ、更に用紙30の進行方向の転写ローラ28よりも下流側に非接触加熱装置(第1加熱装置)32が設けられ、更に用紙30の進行方向の非接触加熱装置32よりも下流側に加熱加圧ロール(第2加熱加圧装置)34Aおよび34Bが対を成して設けられる。本実施形態では、この非接触加熱装置(第1加熱装置)32と加熱加圧ロール(第2加熱加圧装置)34Aおよび34Bとで定着装置を構成している。
以下、この画像形成装置100の動作について簡単に説明する。
帯電装置20が感光体10の表面を予め定められた電位に帯電させ、帯電された表面を画像信号に基づき、露光装置12が、例えばレーザ光線によって露光して静電潜像を形成する。
現像装置14は、現像ローラ14aと現像剤収納容器14bとを含んで構成される。現像ローラ14aは、現像剤収納容器14bに収納される液体現像剤24に一部が浸るよう設けられる。液体現像剤24中では、トナー粒子は分散されているが、例えば液体現像剤24を、さらに現像剤収納容器14b内に設けられる攪拌部材によって攪拌してもよい。
現像ローラ14aに供給された液体現像剤24は、規制部材によって定められた供給量に制限された状態で感光体10に搬送され、現像ローラ14aと感光体10とが向かい合う(または接触する)位置で静電潜像に供給される。これによって静電潜像は顕像化されてトナー像26となる。
現像されたトナー像26は、図の矢印B方向に回転する感光体10に搬送され、用紙(記録媒体)30に転写されるが、本実施形態では、用紙30に転写する前に一旦中間転写体16にトナー像を転写する。このとき、感光体10および中間転写体16間に周速差を設けてもよい。
次いで、中間転写体16により矢印C方向に搬送されたトナー像は、転写ローラ28との接触位置において用紙30に転写される。
転写ローラ28の用紙30進行方向下流には非接触加熱装置(第1加熱装置)32が設けてある。非接触加熱装置32は、板状の加熱装置であり表面が金属でなる板状体の内部にはヒータが設けてある。非接触加熱装置32の位置でトナー像はトナーの貯蔵弾性率が1×10Paとなる温度(A)以上の温度にまで加熱される。
加熱装置32に用いられるヒータとしては、例えば、加熱対象となるトナー像側から当該トナー像に非接触で加熱する場合はハロゲンヒータ又は熱風乾燥機等が挙げられ、加熱対象となるトナー像の背面から加熱する場合は当該背面に接触する加熱板または加熱ロール等が挙げられる。
なお、非接触加熱装置32での加熱の温度は、90℃以上であることが望ましく、更には100℃以上125℃以下であることがより望ましい。また、加熱の時間は非接触加熱装置32の用紙30進行方向長さとプロセススピードとによって決まる。
非接触加熱装置(第1加熱装置)32の用紙30進行方向下流には加熱加圧ロール(第2加熱加圧装置)34Aおよび34Bが設けてある。非接触加熱装置32で加熱が施されたトナー像は、さらに加熱加圧ロール34Aおよび34Bにて温度(A)以上の温度で加熱しつつ加圧が施されることで、用紙30に定着される。
加熱加圧ロール34Aおよび34Bは、用紙30を挟んでニップを形成するよう対向配置される。加熱加圧ロール34Aおよび34Bは、金属ロールに弾性ゴム層、およびトナー離型のための離型層を形成し、定められた圧力とニップ幅が得られるよう図示しない加圧機構によって用紙30を挟み込んでいる。また、少なくとも加熱加圧ロール34Aおよび34Bの一方にヒータを備えているが、該ヒータは加熱加圧ロール34Aおよび34Bの両方が備えていてもよい。
加熱加圧ロール(第2加熱加圧装置)34Aおよび34Bでの加熱の温度は、120℃以上150℃以下であることが望ましく、更には130℃以上140℃以下であることがより望ましい。また、印加される圧力は、1.5Kg/cm以上5Kg/cm以下であることが望ましく、更には2Kg/cm以上3.5Kg/cm以下であることがより望ましい。
加熱加圧ロール34Aおよび34Bの位置で用紙30にトナー像が定着されて定着画像29が形成され、その後用紙30は図示しない排出部まで搬送される。
一方、中間転写体16にトナー像26を転写した感光体10では、転写残トナー粒子クリーナ18との接触位置まで運ばれ、クリーナ18によって回収される。なお、転写効率が100%に近く、残留トナーの発生が低減されている場合は、クリーナ18は設けなくともよい。
画像形成装置100は、さらに、転写後かつ次の帯電までに感光体10の表面を除電する除電装置(図示せず)を備えていてもよい。
画像形成装置100に備えられる帯電装置20、露光装置12、現像装置14、中間転写体16、転写ローラ28、クリーナ18、および、非接触加熱装置(第1加熱装置)32、加熱加圧ロール(第2加熱加圧装置)34Aおよび34Bは、すべて感光体10の回転速度と同期をとって動作されている。
次いで、本実施形態に係る別の態様の画像形成装置について、図を用いて詳述する。
図2は、本実施形態に係る別の態様の画像形成装置の一例を示す概略構成図であり、タンデム方式の画像形成装置を示す図である。
図2に示す画像形成装置は、シアン現像ユニット101−C、マゼンタ現像ユニット101−M、イエロー現像ユニット101−Y、黒現像ユニット101−Kを有する。各現像ユニットは、現像剤タンク102、現像剤供給ロール103、供給量規制手段104、現像ロール(現像装置)105、現像ロールクリーナ106、感光体(静電潜像保持体)107、帯電装置108、露光装置(潜像形成装置)109、一次転写装置110、および感光体クリーナ111を有する。また、4つの各現像ユニットの感光体107それぞれに接するよう中間転写体125が設けられ、更に中間転写体125に転写されたトナー像を用紙(記録媒体)127に転写する二次転写装置124、126が設けられる。用紙127の進行方向の二次転写装置124、126よりも下流側には定着ユニット(定着装置)131が設けられ、更に定着ユニット131の下流側には排出ロール135が設けられる。
定着ユニット131には、用紙127進行方向の上流側から順に非接触加熱装置(第1加熱装置)136および138と、ヒートロール132およびプレッシャーロール133(第2加熱加圧装置)と、が設けられる。
液体現像剤112は、図示しない現像剤循環手段により現像剤タンク102中において定められた量が維持され、現像剤供給ロール103によって現像剤タンク102から現像ロール105まで搬送される。現像剤供給ロール103は、表面を帯電させ静電的な力で現像剤を付着させる方式や、ロールに溝や凹みを設けて液体をくみ出すよう搬送する方式等があり、供給量規制手段104によって搬送量を定められた値になるよう規制する。感光体107は、表面が定められた帯電バイアス量になるよう帯電装置108で帯電され、図示しないホストコンピュータから送られた画像信号に伴い露光装置109からの光ビームにより表面に静電潜像が形成される。現像ロール105上の液体現像剤は、静電潜像に従い感光体107に転移してトナー像が形成され、不要な現像剤は、現像ロールクリーナ106と図示しない現像剤循環手段によって現像剤タンク102に戻される。
感光体107上に形成されたトナー像は、一次転写装置110によって中間転写体125に転写される。なお、中間転写体125は、駆動ロール121と支持ロール122、123、二次転写装置124によって支持され、駆動ロール121は図示しない駆動モータと動力伝達機構によって矢印方向に中間転写体125を駆動し、さらに図示しないバネ機構によって定められた張力を中間転写体125に与える。一次転写装置110は、静電力、圧力によってシアン・マゼンタ・イエロー・黒のトナー像を順次中間転写体125に転写していく。各色の一次転写装置110では設定電位に差をつけてもよい。感光体107上に残った液体現像剤は感光体クリーナ111で除去される。
中間転写体125に転写されたトナー像は、二次転写装置124、126によって用紙(記録媒体)127に転写され、さらに定着ユニット131にて定着される。
定着ユニット131は、用紙127進行方向の上流側から順に第1加熱装置および第2加熱加圧装置を有し、第1加熱装置として非接触加熱装置136および138を有する。非接触加熱装置136および138は、板状の加熱装置であり表面が金属でなる板状体の内部にはヒータが設けてある。非接触加熱装置136および138の位置でトナー像はトナーの貯蔵弾性率が1×10Paとなる温度(A)以上の温度にまで加熱される。
非接触加熱装置136および138での加熱の温度は、90℃以上であることが望ましく、更には100℃以上125℃以下であることがより望ましい。また、加熱の時間は非接触加熱装置136および138の用紙30進行方向長さとプロセススピードとによって決まる。
また、定着ユニット131は第2加熱加圧装置として、ヒートロール132、プレッシャーロール133のロール対と各ロール内部に設けたヒータ134を備える。非接触加熱装置136および138で加熱が施されたトナー像は、さらにヒートロール132、プレッシャーロール133のロール対にて温度(A)以上の温度で加熱しつつ加圧が施されることで、用紙127に定着される。
ヒートロール132およびプレッシャーロール133は、用紙127を挟んでニップを形成するよう対向配置される。ヒートロール132およびプレッシャーロール133のそれぞれは、金属ロールに弾性ゴム層、およびトナー離型のための離型層を形成し、定められた圧力とニップ幅が得られるよう図示しない加圧機構によって用紙127を挟み込んでいる。また、ヒートロール132およびプレッシャーロール133の両方にヒータを備えているが、該ヒータはヒートロール132およびプレッシャーロール133の一方のみに備えていてもよい。
ヒートロール132およびプレッシャーロール133での加熱の温度は、120℃以上150℃以下であることが望ましく、更には130℃以上140℃以下であることがより望ましい。また、印加される圧力は、1.5Kg/cm以上5Kg/cm以下であることが望ましく、更には2Kg/cm以上3.5Kg/cm以下であることがより望ましい。
更に定着ユニット131の下流側には排出ロール135が設けられ、トナー像が定着された用紙127は排出ロール135によって図示しない排出部まで搬送される。
なお、第1加熱装置として、図1では記録媒体の裏側(トナー像の反対側)から加熱する、内部にヒータが設けてある板状の加熱装置を示し、図2では内部にヒータが設けてある板状の加熱装置によって記録媒体の表裏両面側から非接触で加熱する方式を説明したが、第1加熱装置の方式はこれには限られず、記録媒体の表側(トナー像側)に非接触で加熱できればよい。例えば、内部にヒータが設けてある板状の加熱装置によって記録媒体の表側(トナー像側)のみから加熱を行なってもよい。また、熱風を吹き付ける送風装置や、赤外光を照射する照射装置等を適用してもよい。
また、第2加熱加圧装置として、図1では加熱加圧ロール34Aおよび34Bのロール対を、図2ではヒートロール132およびプレッシャーロール133のローラ対を示したが、これに限定されるものではない。例えば、加熱加圧ロールと加圧ベルトとを組合せた装置や、加圧ロールと加熱加圧ベルトとの組合せた装置等であってもよい。
また、上記図1および図2に示す画像形成装置においては、画像形成装置に脱着される液体現像剤カートリッジ(不図示)から液体現像剤を現像剤収納容器14bまたは現像剤タンク102に供給する方式としてもよい。
更に、上記図1における現像装置14は画像形成装置100に脱着されるプロセスカートリッジの方式としてもよく、更に図2における現像剤タンク102、現像剤供給ロール103、供給量規制手段104、現像ロール105、現像ロールクリーナ106を一体化して、画像形成装置に脱着されるプロセスカートリッジの方式としてもよい。
以下、実施例を挙げてさらに具体的に説明するが、下記の実施例は、本発明を制限するものではない。なお、以下において「部」および「%」は特に断りのない限り質量基準である。
<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について説明する。
(樹脂の分子量)
以下の条件により樹脂の分子量を測定した。GPCとして「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℃、RI(Refractive Index)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。
(トナー、樹脂粒子、着色剤粒子等の体積平均粒径)
トナー、樹脂粒子、着色剤粒子等の体積平均粒径は、以下の方法により測定した。
測定する粒子直径が2μm以上の場合、測定装置としては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、電解液はISOTON−II(ベックマン−コールター社製)を使用して、粒径を測定した。
測定法としては、分散剤として界面活性剤、望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2ml中に、測定試料を0.5mg以上50mg以下加え、これを電解液100ml以上150ml以下中に添加した。この測定試料を懸濁させた電解液を超音波分散器で1分間分散処理を行い、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2.0μmから60μmの範囲の粒子の粒度分布を測定した。測定する粒子数は50,000であった。
測定された粒度分布を、分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、体積、数それぞれについて小径側から累積分布を描き、体積で累積16%となる粒径を累積体積粒子径D16v、数で累積16%となる累積数粒径をD16pと定義する。また、体積で累積50%となる粒径を体積平均粒子径D50v、数で累積50%となる粒径を個数平均粒子径D50pと定義し、体積で累積84%となる粒径を累積体積粒子径D84v、数で累積84%となる累積数粒径をD84pと定義する。体積平均粒径は上記D50vである。
これらを用いて、体積粒度分布指標(GSDv)は(D84v/D16v)1/2より算出され、数粒度指標(GSDp)は(D84p/D16p)1/2より算出され、小径側個数粒度指標(下GSDp)は{(D50p)/(D16p)}により算出される。
一方、測定する粒子直径が2μm未満の場合、レーザー回析式粒度分布測定装置(LA−700:堀場製作所製)を用いて測定した。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2gになるように調整し、これにイオン交換水を添加して、40mlにする。これをセルに適当な濃度になるまで投入し、2分待って、セル内の濃度が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平均粒径を、体積平均粒径の小さい方から累積し、累積50%になったところを体積平均粒径とした。
(樹脂のガラス転移温度、溶融温度)
ガラス転移温度(Tg)および溶融温度(Tm)は、ASTMD3418−8に準拠して測定された各極大ピークより求めた。なお、ガラス転移温度は吸熱部におけるベースラインと立ち上がりラインとの延長線の交点の温度とし、溶融温度は吸熱ピークの頂点の温度とした。測定には示差走査熱量計(DSC−7、パーキンエルマー社製)を用いた。
<トナーの製造>
(トナー(1)の製造)
−非晶性ポリエステル樹脂(1)・非晶性樹脂粒子分散液(1a)の調製−
・ポリオキシエチレン(2,0)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン
35モル部
・ポリオキシプロピレン(2,2)−2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン
65モル部
・テレフタル酸 80モル部
・n−ドデセニルコハク酸 15モル部
・トリメリット酸 10モル部
加熱乾燥した二口フラスコに、これらの酸成分(テレフタル酸、n−ドデセニルコハク酸、トリメリット酸の合計モル数)に対して0.05モル部のジブチル錫オキサイドと、を入れ、容器内に窒素ガスを導入して不活性雰囲気に保ち昇温した後、150℃以上230℃以下で12時間共縮重合反応させ、その後、210℃以上250℃以下で徐々に減圧して、非晶性ポリエステル樹脂(1)を合成した。
GPC(ゲルパーミエ−ションクロマトグラフィー)による分子量測定(ポリスチレン換算)で得られた非晶性ポリエステル樹脂(1)の重量平均分子量(Mw)は15000であり、数平均分子量(Mn)は6800であった。
また、非晶性ポリエステル樹脂(1)を示差走査熱量計(DSC)により測定したところ、明確なピークを示さず、階段状の吸熱量変化が観察された。階段状の吸熱量変化の中間点をとったガラス転移温度は62℃であった。
高温高圧乳化装置(キャビトロンCD1010、スリット:0.4mm)の乳化タンクに、得られた非晶性ポリエステル樹脂(1)3000部、イオン交換水10000部、界面活性剤ドデシルベンゼンスルフォン酸ナトリウム90部を投入した後、130℃に加熱溶融後、110℃で流量3L/mにて10000回転で30分間分散させ、冷却タンクを通過させて非晶性樹脂粒子分散液(高温高圧乳化装置(キャビトロンCD1010 スリット0.4mm))を回収し、非晶性樹脂粒子分散液(1a)を得た。
得られた非晶性樹脂粒子分散液(1a)に含まれる樹脂粒子の体積平均粒径D50vは0.3μm、標準偏差1.2であった。
−結晶性ポリエステル樹脂(2)・結晶性樹脂粒子分散液(2a)の調製−
・1,4−ブタンジオール(和光純薬社製) 293部
・ドデカンジカルボン酸(和光純薬社製) 750部
・触媒(ジブチル錫オキサイド) 0.3部
加熱乾燥した3口フラスコに、上記の成分を入れた後、減圧操作により容器内の空気を窒素ガスにより不活性雰囲気下とし、機械攪拌にて180℃で2時間攪拌を行った。その後、減圧下にて230℃まで徐々に昇温を行い5時間攪拌し、粘稠な状態となったところで空冷し、反応を停止させ、結晶性ポリエステル樹脂(2)を合成した。
GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ−)による分子量測定(ポリスチレン換算)で得られた結晶性ポリエステル樹脂(2)の重量平均分子量(Mw)は18000であった。
また、結晶性ポリエステル樹脂(2)の溶融温度(Tm)を、前述の測定方法により示差走査熱量計(DSC)を用いて測定したところ、明確なピークを有し、ピークトップの温度は70℃であった。
更に結晶性ポリエステル樹脂(2)を用いた以外は、樹脂粒子分散液(1a)における条件にて結晶性樹脂粒子分散液(2a)を作製した。得られた分散液に含まれる粒子の体積平均粒径D50vは0.25μm、標準偏差1.3であった。
−着色剤分散液(1)の調製−
・フタロシアニン顔料(大日精化社製、PVFASTBLUE) 25部
・アニオン界面活性剤(第一工業製薬社製、ネオゲンRK) 2部
・イオン交換水 125部
上記成分を混合し溶解した後、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックス)で分散して着色剤分散液(1)を得た。
−離型剤粒子分散液(1)の調製−
・フィッシャートロプシュワックス(重量平均分子量=800) 100部
・アニオン界面活性剤(日油社製、ニューレックスR) 2部
・イオン交換水 300部
上記成分を混合し溶解した後、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックス)で分散した後、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理し、離型剤粒子分散液(1)を得た。
−無機粒子分散液(1)の調製−
・疎水性シリカ(日本アエロジル製、RX200) 100部
・アニオン界面活性剤(日油社製、ニューレックスR) 2部
・イオン交換水 1000部
上記成分を混合し、溶解した後、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックス)で分散した後、超音波ホモジナイザー(RUS−600CCVP、日本精機製作所)にて200パス分散させ、無機粒子分散液(1)を得た。
−トナー(1)の作製−
・非晶性樹脂粒子分散液(1a) 145部
・結晶性樹脂粒子分散液(2a) 30部
・着色剤分散液(1) 42部
・離型剤粒子分散液(1) 36部
・無機粒子分散液(1) 10部
・硫酸アルミニウム(和光純薬社製) 0.5部
・イオン交換水 300部
上記成分を丸型ステンレス製フラスコ中に収容してpH2.7に調整し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて分散した後、加熱用オイルバス中で45℃まで攪拌しながら加熱した。48℃で120分間保持した後、光学顕微鏡にて観察すると、平均粒径が5.6μmである凝集粒子が形成されていることが確認された。
更に30分48℃で加熱攪拌を保持した後、光学顕微鏡にて観察すると、平均粒径が6.5μmである凝集粒子が形成されていることが確認された。この凝集粒子分散液のpHは3.2であった。続いて、1Nの水酸化ナトリウム水溶液を穏やかに添加してpHを8.0に調整した後、攪拌を継続しながら90℃まで加熱し、3時間保持した。その後、反応生成物をろ過し、イオン交換水で洗浄した後、真空乾燥機を用いて乾燥してトナー粒子(1)を得た。
得られたトナー粒子(1)の体積平均粒径D50vは6.5μmであった。このトナー粒子100部に対して、気相法シリカ(日本アエロジル社製、R972)1部をヘンシェルミキサーで混合して外添し、トナー(1)を得た。
前述の方法によりトナー(1)の非晶性ポリエステル樹脂のSP値を求めたところ、SP値は9.0であった。
(トナー(2)の製造)
離型剤として、パラフィンワックス(重量平均分子量=800)を使用した以外は、トナー(1)と同様にして、トナー(2)を製造した。
<液体現像剤の調製>
−液体現像剤(A1−1)の調製−
上記より得たトナー(1)と、ジメチルシリコーンオイル(信越化学工業社製、KF−96L−2cs)と、をガラス瓶中で混合しトナー濃度10%の液体現像剤(A1−1)を得た。
−液体現像剤(A1−2)の調製−
上記より得たトナー(1)と、ジメチルシリコーンオイル(信越化学工業社製、KF−96−10cs)と、をガラス瓶中で混合しトナー濃度10%の液体現像剤(A1−2)を得た。
−液体現像剤(A1−3)の調製−
上記より得たトナー(1)と、ジメチルシリコーンオイル(信越化学工業社製、KF−96−20cs)と、をガラス瓶中で混合しトナー濃度10%の液体現像剤(A1−3)を得た。
−液体現像剤(A2)の調製−
上記より得たトナー(1)と、エチレングリコール(和光純薬工業社製)と、をガラス瓶中で混合しトナー濃度10%の液体現像剤(A2)を得た。
−液体現像剤(A3)の調製−
上記より得たトナー(2)と、ジメチルシリコーンオイル(信越化学工業社製、KF−96−20cs)と、をガラス瓶中で混合しトナー濃度10%の液体現像剤(A1−3)を得た。
−液体現像剤(B0)の調製−
上記より得たトナー(1)と、アマニ油(和光純薬工業社製)と、をガラス瓶中で混合しトナー濃度10%の液体現像剤(B0)を得た。
−液体現像剤(B1−1)の調製−
上記より得たトナー(1)と、流動パラフィンオイル(松村石油(株)製、モレスコホワイトP40、引火点:130℃)と、をガラス瓶中で混合しトナー濃度10%の液体現像剤(B1−1)を得た。
−液体現像剤(B1−2)の調製−
上記より得たトナー(1)と、流動パラフィンオイル(松村石油(株)製、モレスコホワイトMT−30P、引火点:130℃)と、をガラス瓶中で混合しトナー濃度10%の液体現像剤(B1−2)を得た。
−比較用液体現像剤(B2)の調製−
上記より得たトナー(1)と、シクロヘキサン(和光純薬工業社製)と、をガラス瓶中で混合しトナー濃度10%の比較用の液体現像剤(B2)を得た。
−比較用液体現像剤(B3)の調製−
上記より得たトナー(1)と、トルエン(和光純薬工業社製)と、をガラス瓶中で混合しトナー濃度10%の比較用の液体現像剤(B3)を得た。
−比較用液体現像剤(B4)の調製−
上記より得たトナー(1)と、テトラヒドロフラン(和光純薬工業社製)と、をガラス瓶中で混合しトナー濃度10%の比較用の液体現像剤(B4)を得た。
−比較用液体現像剤(B5)の調製−
上記より得たトナー(1)と、アセトン(和光純薬工業社製)と、をガラス瓶中で混合しトナー濃度10%の比較用の液体現像剤(B5)を得た。
−比較用液体現像剤(B6)の調製−
上記より得たトナー(1)と、水とをガラス瓶中で混合しトナー濃度10%の比較用の液体現像剤(B6)を得た。
なお、上記液体現像剤および比較用液体現像剤に用いた各キャリア液のSP値を前述の方法により求めた。求められたSP値、およびトナー(1)の非晶性ポリエステル樹脂と該キャリア液とのSP値の差(ΔSP(tc))を下記表1に示す。
<評価試験(I):キャリア液へのトナー分散性評価>
(試験例I−1〜I−4、比較試験例I−1〜I−8)
上記より得た液体現像剤および比較用液体現像剤のそれぞれについて、トナー(1)の分散性を目視評価し、以下の評価基準に従って評価した。本評価は、トナーと液を混合して、室温(23℃)1時間放置した後に行った。結果を下記表1に示す。
・分散:目視および拡大観察下でトナー粒子が均一に分散している状態
・完全溶融:目視および拡大観察下でトナー粒子が観測されない状態
・凝集:目視観察下で粗大粒子が観測される状態
・分離:目視観察下で液とトナー粒子が完全分離している状態
そして、トナー(1)の分散性の評価後、60℃(非晶性ポリエステル樹脂(1)のガラス転移温度62℃−2℃)の環境下に2時間保管した後、トナー(1)の分散性を目視評価し、以下の評価基準に従って評価した。
・変化無:保管前の分散性と変化がない場合
・凝集:目視観察下で粗大粒子が観測された場合
・凝集増大::目視観察下で粗大粒子の大きさが増加した場合
Figure 0005799970
上記結果から、本試験例では、ΔSP(tc)が小さい比較試験例I−1〜I−7に比べ、加熱・撹拌後のトナー分散性の変化がなく、トナーの結着樹脂のガラス転移温度未満の環境下において、ドキュメントオフセットが発生し難いことがわかる。
また、本試験例では、トナー(1)の非晶性ポリエステル樹脂と該キャリア液とのSP値の差(ΔSP(tc))が大きい比較試験例I−8に比べ、トナーの分散性が確保され、液体現像剤として機能することがわかる。
<評価試験(II):キャリア液への離型剤の溶出率評価>
(試験例II−1〜II−2、比較試験例II−1〜II−6)
トナー(1)〜(2)で使用した離型剤のキャリア液への溶出率について調べた。その結果を表2に示す。なお、キャリア液の詳細は、上述した液体現像剤の製造で記載のものと同様である。
具体的には、表2に従った種類のキャリア液に、平均粒径3mmの各離型剤の粒子10gを90gのキャリア液に浸し、60℃(非晶性ポリエステル樹脂(1)のガラス転移温度62℃−2℃)の環境下に6時間静置した。静置後、この環境から、キャリア液を取り出した直後に、キャリア液中の液分と離型剤の粒子(固形分)を篩により分離した。そして、分離した離型剤の粒子(固形分)の質量を測定し、次式によりキャリア液に対する離型剤の溶出率を算出した。
・式:離型剤の溶出率=(キャリア液から分離した離型剤の粒子/キャリア液に浸す前の離型剤の粒子の質量)×100
Figure 0005799970
上記結果から、試験例IIA−1〜IIA−2は、比較試験例に比べ、離型剤の溶出率が5%未満となっており、定着画像の離型層の軟化が生じ難く、トナーの結着樹脂のガラス転移温度未満の環境下において、ドキュメントオフセットが発生し難いことがわかる。
試験例IIB−1〜IIB−2も同様な結果が得られたことがわかる。
<評価試験(III):ドキュメントオフセット評価>
(実施例III−1、比較例III−1〜III〜3
表3に記載の液体現像剤を用いて、定着画像を形成し、以下の評価を行った。但し、液体現像剤は、トナー濃度を30%に調整したものを使用した。
具体的には、液体現像用の画像形成装置の試作機(定着装置を2段階定着とし、1段階目ではハロゲンヒーターによりトナー像に非接触で加熱を施し、2段階目では定着ロール対により加熱および加圧を施すよう改造した改造機)を準備し、各液体現像剤をその現像器に充填すると共に、記録媒体としてフォームグロスN85gsm(王子製紙社製)を収容部に装填した。
そして、この試作機により、記録媒体への液体現像剤転写時のトナー質量(TMA)が3.5g/m、キャリア液質量(CMA)が3.5g/mとなるよう調整して現像を行い、プロセススピード80m/minの速度で、更に定着条件を1段階目の定着温度80℃(記録媒体表面温度が80℃)で非接触加熱を施し、2段階目の定着温度150℃、重荷2.7kg/cm、時間7msで直接加熱加圧を6回施す条件とし、記録媒体上に定着画像を形成した。
(定着性評価)
−定着強度(クリース)評価−
定着強度(クリース)評価は、次のようにして行った。
画像部を折り、折り目の部分に沿うように円柱のブロックを転がし、300g/cmの線圧をかける。そのあと折りを開き、折り目の部分に現れる筋状の画像の抜けた部分の線幅を光学顕微鏡(キーエンス社製VHX−1000)を用いて測定し、下記基準で評価する。
評価基準は以下の通りである。
A+: 抜けの部分の線幅が0.5mm未満
A : 抜けの部分の線幅が0.5mm以上1mm未満
B : 抜けの部分の線幅が1mm以上
−消しゴム擦り評価−
消しゴム擦り評価は、次のようにして行った。
消しゴム(トンボ鉛筆社製MONO)を画像部に面圧50g/cmで押し当て、画像を2回擦った後の消しゴムの状態を下記基準で評価する。
評価基準は以下の通りである。
A+: 消しゴムに画像の色が転移しない。
A : 消しゴムに画像の色がわずかに転移する。
B : 消しゴムに画像の色が明らかに転移する。
(ドキュメントオフセット)
ドキュメントオフセットは、次のようにして行った。
定着画像に対するドキュメントオフセット(対定着画像と表記)については、定着画像部を対向させ重ね合わせたものに面圧80g/cmの荷重をかけて温度60度及び湿度50%の環境下に1日静置する。そして、上記環境下から重ね合わせた画像を取り出し、開いたあとの定着画像部の「状態を下記基準で評価する。
記録媒体に対するドキュメントオフセット(対記録媒体と表記)については、定着画像と記録媒体を対向させ重ね合わせたものに面圧80g/cm2の荷重をかけて温度60度及び湿度50%の環境下に1日静置する。そして、上記環境下から重ね合わせた画像を取り出し、開いたあとの定着画像部および記録媒体の状態を下記基準で評価する。
評価基準は以下の通りである。
−対定着画像のドキュメントオフセット評価機基準−
A+: 定着画像部がもう一方の定着画像に転移していない。
A : 定着画像部がもう一方の定着画像にわずかに転移している。
B : 定着画像部がもう一方の定着画像に明らかに転移している。
−対記録媒体のドキュメントオフセット評価機基準−
A+: 定着画像部が記録媒体に、または記録媒体が定着画像部に転移していない。
A : 定着画像部が記録媒体に、または記録媒体が定着画像部にわずかに転移している。
B : 定着画像部が記録媒体に、または記録媒体が定着画像部に明らかに転移している。
Figure 0005799970
上記結果から、本実施例では、比較例に比べ、定着性の評価が良好な上で、ドキュメントオフセットの評価についても良好であることがわかる。
10 感光体(静電潜像保持体)
12 露光装置(潜像形成装置)
14 現像装置
16 中間転写体
18 クリーナ
20 帯電装置
24 液体現像剤
26 トナー像
28 転写ローラ
29 定着画像
30 用紙(記録媒体)
32 非接触加熱装置(第1加熱装置)
34A,34B 加熱加圧ロール(第2加熱加圧装置)
100 画像形成装置
101−C シアン現像ユニット
101−M マゼンタ現像ユニット
101−Y イエロー現像ユニット
101−K 黒現像ユニット
102 現像剤タンク
103 現像剤供給ロール
104 供給量規制手段
105 現像ロール
106 現像ロールクリーナ
107 感光体(静電潜像保持体)
108 帯電装置
109 露光装置(潜像形成装置)
110 一次転写装置
111 感光体クリーナ
112 液体現像剤
121 駆動ロール
122 支持ロール
124,126 二次転写装置
125 中間転写体
127 用紙(記録媒体)
131 定着ユニット(定着装置)
132 ヒートロール(第2加熱加圧装置)
133 プレッシャーロール(第2加熱加圧装置)
134 ヒータ
135 排出ロール
136,138 非接触加熱装置(第1加熱装置)

Claims (5)

  1. 結着樹脂、及び前記結着樹脂のガラス転移温度未満の温度下において下記キャリア液に溶出しない離型剤を含むトナーと、
    前記結着樹脂とのSP値の差(ΔSP(tc))が1.5以上7.0以下であるキャリア液と、
    を含有する液体現像剤。
  2. 静電潜像保持体と、
    前記静電潜像保持体の表面を帯電する帯電装置と、
    前記静電潜像保持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成装置と、
    請求項1に記載の液体現像剤を貯留し且つ前記静電潜像保持体の表面に形成された静電潜像を前記液体現像剤により現像してトナー像を形成する現像装置と、
    前記トナー像を記録媒体に転写する転写装置と、
    前記記録媒体上の前記トナー像に加熱および加圧を施して記録媒体に定着させる定着装置と、
    を有する画像形成装置。
  3. 静電潜像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
    前記静電潜像保持体の表面に静電潜像を形成する潜像形成工程と、
    前記静電潜像保持体の表面に形成された静電潜像を請求項1に記載の液体現像剤により現像してトナー像を形成する現像工程と、
    前記トナー像を記録媒体に転写する転写工程と、
    前記記録媒体上の前記トナー像に加熱および加圧を施して記録媒体に定着させる定着工程と、
    を有する画像形成方法。
  4. 請求項1に記載の液体現像剤を収納し、且つ画像形成装置に脱着される液体現像剤カートリッジ。
  5. 請求項1に記載の液体現像剤を収納し且つ静電潜像保持体の表面に形成された静電潜像を該液体現像剤により現像してトナー像を形成する現像装置を備え、画像形成装置に脱着されるプロセスカートリッジ。
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