JP5910052B2 - 画像形成装置および画像形成方法 - Google Patents

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本発明は、画像形成装置および画像形成方法に関する。
従来から、電子写真方式を採用した複写機やプリンタ等の画像形成装置の帯電装置として、帯電ロールを像保持体に直接接触させて像保持体の帯電を行う接触帯電方式のものが用いられている。
この接触帯電方式において、帯電ロールの表面に板状のブラシやスポンジを接触させ、帯電ロールの表面汚れを掻き落とす清掃方式や、ロール状の清掃部材を帯電ロールの表面に接触させる清掃方式が提案されている(例えば特許文献1参照)。
また、クリーニング部材(ロール状の清掃部材)が帯電部材に接触する接触圧力が0.05N/cm以上0.6N/cm以下の範囲内である清掃方式が提案されている(例えば特許文献2参照)。
また、発泡性の高分子材料からなる本体と、本体の少なくとも表面部分に含まれた、BET法による比表面積が25m/g以上525m/g以下の無機粒子と、を有するクリーニング部材(ロール状の清掃部材)を用いる清掃方式が提案されている(例えば特許文献3参照)。
更に、現像剤を保持する、回転し得る像保持体と、前記像保持体に対向して配設され、像保持体を帯電する、回転し得る帯電部材と、前記像保持体から前記現像剤を被転写体に転写する転写手段と、を有し、前記像保持体の表面に、平均粒径Dが0.03μm以上0.50μm以下のペロブスカイト型結晶を有する無機粒子を供給する無機粒子供給手段と、前記現像剤を前記被転写体に転写した後の前記像保持体の表面を、前記無機粒子が存在する状態で摺擦する摺擦手段と、前記帯電部材に接触し前記帯電部材の表面を清掃する、回転し得る清掃部材と、を有し、前記清掃部材は、弾性部材であって、表面粗さRzcが、前記平均粒径Dの5倍以上500倍以下である画像形成装置が提案されている(例えば特許文献4参照)。
特開2010−286713号公報 特開2006−330613号公報 特開2008−096823号公報 特開2008−268470号公報
本発明の課題は、出力画像における筋状の白抜けディフェクトの発生を抑制し得る画像形成装置を提供することにある。
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
請求項1に係る発明は、
潜像保持体と、
前記潜像保持体に接触して回転し該潜像保持体を帯電する帯電部材と、
前記帯電部材に接触して従動回転し、前記帯電部材に接触する部分の少なくとも一部が多孔質の弾性体で構成され、前記帯電部材に対する接触圧が0.12N/cm以上0.50N/cm以下であり且つ該帯電部材の表面を清掃する帯電部材用清掃部材と、
前記潜像保持体表面に静電潜像を形成する潜像形成装置と、
体積平均粒径が70nm以上400nm以下且つ円形度が0.5以上0.85以下の外添剤を有するトナー粒子を収容し、該トナー粒子によって前記静電潜像を現像しトナー像とする現像装置と、
該トナー像を記録媒体に転写する転写装置と、
を備える画像形成装置である。
請求項2に係る発明は、
前記帯電部材用清掃部材が、前記帯電部材に対し食い込み量0.15mm以上1.2mm以下の範囲で接触している請求項1に記載の画像形成装置である。
請求項に係る発明は、
潜像保持体に接触して回転する帯電部材により前記潜像保持体を帯電する帯電工程と、
前記帯電部材に接触して従動回転し、前記帯電部材に接触する部分の少なくとも一部が多孔質の弾性体で構成され、前記帯電部材に対する接触圧が0.12N/cm以上0.50N/cm以下である帯電部材用清掃部材により、前記帯電部材の表面を清掃する帯電部材清掃工程と、
前記潜像保持体表面に静電潜像を形成する潜像形成工程と、
体積平均粒径が70nm以上400nm以下且つ円形度が0.5以上0.85以下の外添剤を有するトナー粒子によって前記静電潜像を現像しトナー像とする現像工程と、
該トナー像を記録媒体に転写する転写工程と、
を備える画像形成方法である。
請求項に係る発明は、
前記帯電部材用清掃部材が、前記帯電部材に対し食い込み量0.15mm以上1.2mm以下の範囲で接触している請求項に記載の画像形成方法である。
請求項1に係る発明によれば、帯電部材用清掃部材の帯電部材に対する接触圧が0.12N/cm以上0.50N/cm以下であり且つトナー粒子が体積平均粒径70nm以上400nm以下、円形度0.5以上0.9以下である外添剤を有するとの要件を満たさない場合に比べ、出力画像における筋状の白抜けディフェクトの発生を抑制し得る画像形成装置が提供される。
請求項2に係る発明によれば、帯電部材用清掃部材の帯電部材に対する食い込み量が0.15mm以上1.2mm以下でない場合に比べ、出力画像における筋状の白抜けディフェクトの発生を抑制し得る画像形成装置が提供される。
また、請求項に係る発明によれば、帯電部材用清掃部材の帯電部材に接触する部分の少なくとも一部が多孔質の弾性体で構成されていない場合に比べ、出力画像における筋状の白抜けディフェクトの発生を抑制し得る画像形成装置が提供される。
請求項に係る発明によれば、帯電部材用清掃部材の帯電部材に対する接触圧が0.12N/cm以上0.50N/cm以下であり且つトナー粒子が体積平均粒径70nm以上400nm以下、円形度0.5以上0.9以下である外添剤を有するとの要件を満たさない場合に比べ、出力画像における筋状の白抜けディフェクトの発生を抑制し得る画像形成方法が提供される。
請求項に係る発明によれば、帯電部材用清掃部材の帯電部材に対する食い込み量が0.15mm以上1.2mm以下でない場合に比べ、出力画像における筋状の白抜けディフェクトの発生を抑制し得る画像形成方法が提供される。
また、請求項に係る発明によれば、帯電部材用清掃部材の帯電部材に接触する部分の少なくとも一部が多孔質の弾性体で構成されていない場合に比べ、出力画像における筋状の白抜けディフェクトの発生を抑制し得る画像形成方法が提供される。
本実施形態に係る画像形成装置の基本構成を示す概略断面図である。 本実施形態における帯電部材及び帯電部材用清掃部材を示す模式図である。 本実施形態における現像装置の構成を示す概略構成図である。 本実施形態に係る帯電部材用清掃部材の概略斜視図である。 本実施形態に係る帯電部材用清掃部材の一部を示す拡大図である。
以下に、本発明の実施形態に係る画像形成装置および画像形成方法について詳細に説明する。
<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、潜像保持体と、前記潜像保持体に接触して回転し該潜像保持体を帯電する帯電部材と、前記帯電部材に接触して従動回転し、前記帯電部材に対する接触圧が0.12N/cm以上0.50N/cm以下であり且つ該帯電部材の表面を清掃する帯電部材用清掃部材と、前記潜像保持体表面に静電潜像を形成する潜像形成装置と、体積平均粒径が70nm以上400nm以下且つ円形度が0.5以上0.9以下の外添剤を有するトナー粒子を収容し、該トナー粒子によって前記静電潜像を現像しトナー像とする現像装置と、該トナー像を記録媒体に転写する転写装置と、を備える。
また本実施形態に係る画像形成方法は、潜像保持体に接触して回転する帯電部材により前記潜像保持体を帯電する帯電工程と、前記帯電部材に接触して従動回転し、前記帯電部材に対する接触圧が0.12N/cm以上0.50N/cm以下である帯電部材用清掃部材により、前記帯電部材の表面を清掃する帯電部材清掃工程と、前記潜像保持体表面に静電潜像を形成する潜像形成工程と、体積平均粒径が70nm以上400nm以下且つ円形度が0.5以上0.9以下の外添剤を有するトナー粒子によって前記静電潜像を現像しトナー像とする現像工程と、該トナー像を記録媒体に転写する転写工程と、を備える。
潜像保持体に接触して回転し該潜像保持体を帯電する帯電部材を用いた接触帯電方式をとる画像形成方法においては、記録媒体に転写されずに潜像保持体上に残ったトナー成分が、クリーニングブレード等の潜像保持体表面を清掃する清掃部材を摺り抜けて前記帯電部材との接触部にまで至り、該帯電部材に付着することがある。帯電部材に付着した前記トナー成分を清掃する観点で、該帯電部材に接触して従動回転する帯電部材用清掃部材を設けて帯電部材表面を清掃する態様がとられるが、特にトナー粒子に外添されている外添剤が遊離して前記帯電部材に付着した場合に、上記の帯電部材用清掃部材によっても清掃されずにすり抜けて、前記外添剤が前記帯電部材上に残留し蓄積することがあった。帯電部材上に前記外添剤の残留や蓄積が生じると、潜像保持体における帯電のムラが生じ、その結果出力画像において筋状の白抜けディフェクトが発生することがあった。
これに対し本実施形態における画像形成装置および画像形成方法では、帯電部材用清掃部材の帯電部材に対する接触圧と、前記外添剤の体積平均粒径および円形度と、を特定の範囲に調整することで、これらの相乗効果によって、前記外添剤が帯電部材上に残留し蓄積することを抑制し、その結果出力画像における筋状の白抜けディフェクトの発生が抑制される。
尚、上記帯電部材用清掃部材は、前記帯電部材に接触する部分の少なくとも一部が多孔質の弾性体であることがより好ましい。帯電部材用清掃部材が多孔質であることにより、前記外添剤やその他のトナー成分等が前記帯電部材用清掃部材の孔(セル)に取り込まれてより良好に清掃が行われ、前記外添剤が帯電部材上に残留し蓄積することが抑制される。また、孔(セル)に取り込まれた外添剤やトナー成分等の被清掃物質は孔(セル)中で凝集されてより大きな塊となり、この塊はいずれ孔(セル)から吐き出されて再び帯電部材に移行し、更に潜像保持体に移行して潜像保持体に配置されている別の清掃部材等によって良好に除去される。
−接触圧−
帯電部材用清掃部材の帯電部材への接触圧は、0.12N/cm以上0.50N/cm以下である。
接触圧が上記下限値を下回る場合、帯電部材に付着したトナー粒子の外添剤が帯電部材用清掃部材との接触部分で清掃されずにすり抜けが発生し、帯電部材に外添剤が付着し続け、その結果出力画像における筋状の白抜けディフェクトが発生する。
一方、接触圧が上記上限値を上回る場合、特に帯電部材用清掃部材として多孔質の弾性体を用いた態様では、外添剤やトナー成分等の被清掃物質の孔(セル)への取り込みや、孔(セル)中での凝集、凝集された塊の孔(セル)からの吐き出しが良好に行われず清掃機能の維持性が低下し、その結果出力画像における筋状の白抜けディフェクトが発生する。
尚、上記接触圧は更に0.20N/cm以上0.42N/cm以下であることがより好ましく、0.24N/cm以上0.36N/cm以下であることが特に好ましい。
−食い込み量−
帯電部材用清掃部材の帯電部材との接触部分での食い込み量は、0.15mm以上1.2mm以下であることが好ましく、更には0.25mm以上0.85mm以下であることがより好ましく、0.40mm以上0.60mm以下であることが特に好ましい。
尚、上記の食い込み量とは、帯電部材に接触していない状態の帯電部材用清掃部材に対する、帯電部材に接触した状態での帯電部材用清掃部材の凹み部分の凹んだ厚さを表す。
食い込み量が上記下限値以上であることにより、帯電部材に付着したトナー粒子の外添剤が帯電部材用清掃部材との接触部分で良好に清掃されてすり抜けが抑制され、その結果出力画像における筋状の白抜けディフェクトの発生が抑制される。
一方、接触圧が上記上限値以下であることにより、特に帯電部材用清掃部材として多孔質の弾性体を用いた態様では、外添剤やトナー成分等の被清掃物質の孔(セル)への取り込みや、孔(セル)中での凝集、凝集された塊の孔(セル)からの吐き出しが良好に行われ、その結果出力画像における筋状の白抜けディフェクトの発生が抑制される。
−体積平均粒径−
本実施形態におけるトナー粒子は、体積平均粒径が70nm以上400nm以下の外添剤を有する。
体積平均粒径が上記下限値を下回る場合、帯電部材に付着した外添剤が帯電部材用清掃部材との接触部分で清掃されずにすり抜けが発生し、帯電部材に外添剤が付着し続け、その結果出力画像における筋状の白抜けディフェクトが発生する。
一方、体積平均粒径が上記上限値を上回る場合、特に帯電部材用清掃部材として多孔質の弾性体を用いた態様では、外添剤やトナー成分等の被清掃物質の孔(セル)への取り込みや、孔(セル)中での凝集、凝集された塊の孔(セル)からの吐き出しが良好に行われず清掃機能の維持性が低下し、その結果出力画像における筋状の白抜けディフェクトが発生する。
尚、上記体積平均粒径は更に90nm以上300nm以下であることがより好ましく、120nm以上180nm以下であることが特に好ましい。
尚、体積平均粒径の測定は、粒径100μmの鉄粉または樹脂粒子(ポリエステル、重量平均分子量Mw=50000)に外添剤を混合分散させ、鉄粉または樹脂粒子上の外添剤の一次粒子100個につきSEM装置で観察し、その画像解析によって得られた円相当径の累積頻度における50%径(D50v)を算出して、体積平均粒径とした。
−円形度−
本実施形態におけるトナー粒子は、円形度が0.5以上0.9以下の外添剤を有する。
円形度が上記上限値を上回る場合、外添剤の形状がより球形状となり、帯電部材に付着した外添剤が帯電部材用清掃部材との接触部分で清掃されずにすり抜けが発生し、帯電部材に外添剤が付着し続け、その結果出力画像における筋状の白抜けディフェクトが発生する。
一方、円形度が上記下限値を下回る場合、外添剤の形状がより異形状となり、特に帯電部材用清掃部材として多孔質の弾性体を用いた態様では、外添剤やトナー成分等の被清掃物質の孔(セル)への取り込みや、孔(セル)中での凝集、凝集された塊の孔(セル)からの吐き出しが良好に行われず清掃機能の維持性が低下し、その結果出力画像における筋状の白抜けディフェクトが発生する。
尚、上記円形度は更に0.55以上0.85以下であることがより好ましく、0.58以上0.82以下であることが特に好ましい。
尚、円形度の測定は、粒径100μmの鉄粉または樹脂粒子(ポリエステル、重量平均分子量Mw=50000)に外添剤を混合分散させ、鉄粉または樹脂粒子上の外添剤の一次粒子100個につきSEM装置で観察し、その画像解析によって得られた円形度の累積頻度における50%円形度を算出した。ここで、円形度は画像解析により得られた投影面積および周囲長により、次式によって求められる。
・式 : 円形度=4π×投影面積/(周囲長)
−画像形成装置の構成−
以下、本実施形態に係る画像形成装置の構成および該画像形成装置を用いた画像形成方法ついて説明する。
図1に示すように、本実施形態の画像形成装置10は、潜像保持体12を含んで構成されている。潜像保持体12は、円柱状に構成され、図示を省略する駆動機構によって回転軸Bを中心に定められた方向(図1中、矢印A方向)に回転駆動する。
潜像保持体12の周辺には、潜像保持体12の回転方向(図1中、矢印A方向)に沿って、帯電ロール14、露光装置18、現像装置20、転写装置22、及び潜像保持体用清掃装置28が設けられている。また、画像形成装置10には、定着装置26及び帯電部材用清掃ロール16が設けられている。
尚、帯電ロール14が本実施形態の画像形成装置の帯電部材に相当し、露光装置18が潜像形成装置に相当する。また、帯電部材用清掃ロール16が本実施形態の画像形成装置の帯電部材用清掃部材に相当する。
帯電ロール14は、潜像保持体12の表面を帯電する。露光装置18は、帯電ロール14によって帯電された潜像保持体12上を露光することで静電潜像を形成する。現像装置20は、予め貯留された現像剤によって潜像保持体12上に形成されている静電潜像を現像し、この静電潜像に応じたトナー像を形成する。転写装置22は、潜像保持体12上に形成されたトナー像を記録媒体24へ転写する。定着装置26は、記録媒体24上に転写されたトナー像を記録媒体24に定着させる。潜像保持体用清掃装置28は、潜像保持体12の表面に接触して設けられたクリーニングブレード28Aを含んで構成されており、このクリーニングブレード28Aによって潜像保持体12上のトナー等の付着物を潜像保持体12から除去する。
尚、図1には潜像保持体12から記録媒体24へトナー像を直接転写する態様を示すが、本実施形態に係る画像形成装置および画像形成方法はこれには限定されない。例えば、潜像保持体12と記録媒体24との間に中間転写体(ベルト状や円筒(ロール)状の誘電体)を介し、潜像保持体12から一旦前記中間転写体へトナー像を転写し、複数色のトナー像の転写を順次繰り返すことで、複数色のトナーが積層された積層画像を前記中間転写体に形成した後、該中間転写体から記録媒体24へ前記積層画像を一括転写する、所謂中間転写方式を用いた画像形成装置や画像形成方法等も本実施形態に属する。
まず、本実施形態の画像形成装置10で用いる現像剤について説明する。
本実施形態で用いる現像剤は、トナー母粒子と、体積平均粒径が70nm以上400nm以下且つ円形度が0.5以上0.9以下の外添剤と、を含むトナー粒子を有する。また、該現像剤は上記トナー粒子のみを含む一成分系現像剤であっても、更にキャリアを有する二成分系現像剤であってもよい。
・外添剤
まず、上記の外添剤について説明する。
本実施形態における体積平均粒径が70nm以上400nm以下且つ円形度が0.5以上0.9以下の外添剤に用いられる材料としては、特に限定されず、例えばSiO、TiO、Al、CuO、ZnO、SnO、CeO、Fe、MgO、BaO、CaO、KO、NaO、ZrO、CaO・SiO、KO・(TiO、Al・2SiO、CaCO、MgCO、BaSO、MgSO等の外添剤が使用される。これらのうち、シリカ粒子、チタニア粒子がより好ましく、特にシリカ粒子が好ましい。
ここで、外添剤の体積平均粒径および円形度を上記の範囲に制御する方法について説明する。尚、以下においては、特に好ましい態様であるシリカ粒子を例にして説明する。但し、本実施形態において用いられる外添剤の製造方法は以下に限定されるものではない。
上記の体積平均粒径および円形度の要件を満たす外添剤の一例としてのシリカ粒子は、アルコールを含む溶媒中に、0.6mol/L以上0.85mol/L以下の濃度でアルカリ触媒が含まれるアルカリ触媒溶液を準備する工程(以下、「アルカリ触媒溶液準備工程」と称することがある)と、前記アルカリ触媒溶液中に、テトラアルコキシシランを供給すると共に、テトラアルコキシシランの1分間当たりに供給される総供給量の1mol当たりに対して0.1mol以上0.4mol以下でアルカリ触媒を供給する工程(以下、「粒子生成工程」と称することがある)と、を有する製造方法によって製造し得る。
つまり、上記製造方法では、上記濃度のアルカリ触媒が含まれるアルコールの存在下に、原料であるテトラアルコキシシランと、別途、触媒であるアルカリ触媒と、をそれぞれ上記関係で供給しつつ、テトラアルコキシシランを反応させて、シラン粒子を生成する方法である。
上記の製造方法では、粗大凝集物の発生が少なく、異型状のシリカ粒子が得られると考えられる。
以下、上記の製造方法における各工程について説明する。
まず、アルカリ触媒溶液準備工程について説明する。
アルカリ触媒溶液準備工程は、アルコールを含む溶媒を準備し、これにアルカリ触媒を添加して、アルカリ触媒溶液を準備する。
アルコールを含む溶媒は、アルコール単独の溶媒であってもよいし、必要に応じて水、ケトン類(例えばアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等)、セロソルブ類(例えばメチルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、酢酸セロソルブ等)、エーテル類(例えばジオキサン、テトラヒドロフラン等)等の他の溶媒との混合溶媒であってもよい。混合溶媒の場合、アルコールの他の溶媒に対する量は80質量%以上(望ましくは90質量%以上)であることがよい。
なお、アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール等の低級アルコールが挙げられる。
一方、アルカリ触媒としては、テトラアルコキシシランの反応(加水分解反応、縮合反応)を促進させるための触媒であり、例えば、アンモニア、尿素、モノアミン、四級アンモニウム塩等の塩基性触媒が挙げられ、特にアンモニアが望ましい。
アルカリ触媒の濃度(含有量)は、0.6mol/L以上0.85mol/Lであることが望ましく、更に望ましくは0.63mol/L以上0.78mol/Lであり、より望ましくは0.66mol/L以上0.75mol/Lである。
なお、アルカリ触媒の濃度は、アルコール触媒溶液(アルカリ触媒+アルコールを含む溶媒)に対する濃度である。
次に、粒子生成工程について説明する。
粒子生成工程は、アルカリ触媒溶液中に、テトラアルコキシシランと、アルカリ触媒と、をそれぞれ供給し、当該アルカリ触媒溶液中で、テトラアルコキシシランを反応(加水分解反応、縮合反応)させて、シリカ粒子を生成する工程である。
この粒子生成工程では、テトラアルコキシシランの供給初期に、テトラアルコキシシランの反応により、核粒子が生成した後(核粒子生成段階)、この核粒子の成長を経て(核粒子成長段階)、シリカ粒子が生成する。
アルカリ触媒溶液中に供給するテトラアルコキシシランとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等が挙げられるが、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシランがよい。
テトラアルコキシシランの供給量は、例えば、アルカリ触媒溶液におけるアルコールのモル数に対して、0.001mol/(mol・min)以上0.01mol/(mol・min)以下がよく、望ましくは、0.002mol/(mol・min)以上0.009mol/(mol・min)以下であり、より望ましくは、0.003mol/(mol・min)以上0.008mol/(mol・min)以下である。
なお、このテトラアルコキシシランの供給量は、アルカリ触媒溶液におけるアルコール1mol当たりに対する、1分間当たりにテトラアルコキシシランを供給するmol数を示している。
一方、アルカリ触媒溶液中に供給するアルカリ触媒は、上記例示したものが挙げられる。この供給するアルカリ触媒は、アルカリ触媒溶液中に予め含まれるアルカリ触媒と同じ種類のものであってもよいし、異なる種類のものであってもよいが、同じ種類のものであることがよい。
アルカリ触媒の供給量は、テトラアルコキシシランの1分間当たりに供給される総供給量の1mol当たりに対して0.1mol以上0.4mol以下とすることが望ましく、更に望ましくは0.14mol以上0.35mol以下であり、より望ましくは0.18mol以上0.3mol以下である。
ここで、粒子生成工程において、アルカリ触媒溶液中に、テトラアルコキシシランと、アルカリ触媒と、をそれぞれ供給するが、この供給方法は、連続的に供給する方式であってもよいし、間欠的に供給する方式であってもよい。
また、粒子生成工程において、アルカリ触媒溶液中の温度(供給時の温度)は、例えば、5℃以上50℃以下であることがよく、望ましくは15℃以上40℃以下の範囲である。
以上の工程を経て、前述の体積平均粒径および円形度の要件を満たす外添剤の一例としてのシリカ粒子が得られる。この状態で、得られるシリカ粒子は、分散液の状態で得られるが、そのままシリカ粒子分散液として用いてもよいし、溶媒を除去してシリカ粒子の粉体として取り出して用いてもよい。
シリカ粒子分散液として用いる場合は、必要に応じて水やアルコールで希釈したり濃縮することによりシリカ粒子固形分濃度の調整を行ってもよい。また、シリカ粒子分散液は、その他のアルコール類、エステル類、ケトン類などの水溶性有機溶媒などに溶媒置換して用いてもよい。
一方、シリカ粒子の粉体として用いる場合、シリカ粒子分散液からの溶媒を除去する必要があるが、この溶媒除去方法としては、1)濾過、遠心分離、蒸留などにより溶媒を除去した後、真空乾燥機、棚段乾燥機などにより乾燥する方法、2)流動層乾燥機、スプレードライヤーなどによりスラリーを直接乾燥する方法など、公知の方法が挙げられる。乾燥温度は、特に限定されないが、望ましくは200℃以下である。
乾燥されたシリカ粒子は、必要に応じて解砕、篩分により、粗大粒子や凝集物の除去を行うことがよい。解砕方法は、特に限定されないが、例えば、ジェットミル、振動ミル、ボールミル、ピンミルなどの乾式粉砕装置により行う。篩分方法は、例えば、振動篩、風力篩分機など公知のものにより行う。
前述の体積平均粒径および円形度の要件を満たす外添剤(以下において単に「特定の外添剤」とも称す)は、疎水化処理剤により表面を疎水化処理して用いていてもよい。
疎水化処理剤としては、例えば、アルキル基(例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等)を持つ公知の有機珪素化合物が挙げられ、具体例には、例えば、シラザン化合物(例えばメチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、トリメチルクロロシラン、トリメチルメトキシシランなどのシラン化合物、ヘキサメチルジシラザン、テトラメチルジシラザン等)等が挙げられる。疎水化処理剤は、1種で用いてもよいし、複数種用いてもよい。
これら疎水化処理剤の中も、トリメチルメトキシシラン、ヘキサメチルジシラザンなどのトリメチル基を有する有機珪素化合物が好適である。
疎水化処理剤の使用量は、特に限定はされないが、例えば、特定の外添剤に対し、1質量%以上100質量%以下、望ましくは5質量%以上80質量%以下である。
疎水化処理剤による疎水化処理が施された疎水性外添剤分散液を得る方法としては、例えば、外添剤分散液に疎水化処理剤を必要量添加し、攪拌下において30℃以上80℃以下の温度範囲で反応させることで、外添剤に疎水化処理を施し、疎水性外添剤分散液を得る方法が挙げられる。
一方、粉体の疎水性外添剤を得る方法としては、上記方法で疎水性外添剤分散液を得た後、上記方法で乾燥して疎水性外添剤の粉体を得る方法、外添剤分散液を乾燥して親水性外添剤の粉体を得た後、疎水化処理剤を添加して疎水化処理を施し、疎水性外添剤の粉体を得る方法、疎水性外添剤分散液を得た後、乾燥して疎水性外添剤の粉体を得た後、更に疎水化処理剤を添加して疎水化処理を施し、疎水性外添剤の粉体を得る方法等が挙げられる。
ここで、粉体の外添剤を疎水化処理する方法としては、ヘンシェルミキサーや流動床などの処理槽内で粉体の親水性外添剤を攪拌し、そこに疎水化処理剤を加え、処理槽内を加熱することで疎水化処理剤をガス化して粉体の外添剤の表面のシラノール基と反応させる方法が挙げられる。処理温度は、特に限定されないが、例えば、80℃以上300℃以下がよく、望ましくは120℃以上200℃以下である。
前述の特定の外添剤のトナー母粒子表面に対する含有量は、0.3質量%以上3.0質量%以下であることが好ましく、更に好ましくは0.6質量%以上2.5質量%以下、より好ましくは0.9質量%以上2.0質量%以下である。
・他の外添剤
本実施形態においては、前述の特定の外添剤に加え、それよりも小径の外添剤(以下、小径外添剤と称する)を併用してもよい。
この小径外添剤の体積平均粒径は、7nm以上60nm以下の範囲であることが好ましく、10nm以上50nm以下の範囲であることがより好ましい。
・トナー母粒子
本実施形態におけるトナー粒子は、結着樹脂や着色剤等、離型剤、その他の成分等を含有するトナー母粒子に、前述の特定の外添剤や小径外添剤が外添されてなる。
以下、トナー母粒子の構成成分についてより詳細に説明する。
−結着樹脂−
トナー母粒子に用いられる結着樹脂としては、公知のものが使用され、優れた低温定着性が得られる点から、結晶性樹脂や、結晶性樹脂と非晶性樹脂とを併用してもよい。
結着樹脂としては、スチレン、クロロスチレン等のスチレン類;エチレン、プロピレン、ブチレン、イソプレン等のモノオレフィン類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル類;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ドデシル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル類;ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類;等の単独重合体及び共重合体が例示される。
代表的な結着樹脂としては、ポリスチレン、スチレン−アクリル酸アルキル共重合体、スチレン−メタクリル酸アルキル共重合体、スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、ポリエチレン、ポリプロピレン等が挙げられる。更に、ポリエステル、ポリウレタン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド、変性ロジン、パラフィンワックス等が挙げられる。
これらの中では、特に、スチレン−アクリル酸アルキル共重合体、スチレン−メタクリル酸アルキル共重合体が好ましい。
また、結晶性樹脂の具体例としては、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸等の長鎖アルキルのジカルボン酸類、及び、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ヘプタンジオール、オクタンジオール、ノナンジオール、デカンジオール、バチルアルコール等の長鎖アルキル、アルケニルのジオール類を用いたポリエステル樹脂;(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;等が挙げられ、ポリエステル樹脂系の結晶性樹脂が好ましい。
−着色剤−
トナー母粒子を構成する着色剤としては、特に制限はなく、染料及び顔料のどちらでもかまわないが、顔料が好ましい。
好ましい顔料としては、カーボンブラック、アニリンブラック、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロライド、フタロシアンブルー、マラカイトグリーンオキサート、ランプブラック、ローズベンガル、キナクリドン、ベンジジンイエロー、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド185、C.I.ピグメント・イエロー12、C.I.ピグメント・イエロー17、C.I.ピグメント・イエロー180、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・イエロー74、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3等の公知の顔料が使用される。
また、着色剤として磁性粉を使用してもよい。磁性粉としては、コバルト、鉄、ニッケルなどの強磁性金属、コバルト、鉄、ニッケル、アルミニウム、鉛、マグネシウム、亜鉛、マンガンなどの金属の合金や酸化物などの公知の磁性体が使用される。
以上の着色剤は、単独で使用しても、2種類以上組み合わせて使用してもよい。
尚、着色剤の種類を選択することにより、イエロートナー、マゼンタトナー、シアントナー、ブラックトナー等の各色トナーが得られる。
トナー中に含まれる着色剤の含有量としては、トナー母粒子100質量部に対して、0.1質量部以上40質量部以下が好ましく、1質量部以上30質量部以下が更に好ましい。
−その他の内添成分−
本実施形態におけるトナーには、必要に応じて、離型剤や帯電制御剤などのその他の成分が内添されてもよい。
離型剤は、一般に離型性を向上させる目的で使用される。離型剤の具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等の低分子量ポリオレフィン類;加熱により軟化点を有するシリコーン類;オレイン酸アミド、エルカ酸アミド、リシノール酸アミド、ステアリン酸アミド等の脂肪酸アミド類;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;ミツロウ等の動物系ワックス;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・石油系ワックス;脂肪酸エステル、モンタン酸エステル、カルボン酸エステル等のエステル系ワックスなどが挙げられる。これらの離型剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
離型剤の含有量としては、トナー(トナー母粒子)100質量部に対し、1質量部以上20質量部以下が好ましく、2質量部以上15質量部以下がより好ましい。
離型剤の溶融温度としては50℃以上120℃以下が好ましく、60℃以上100℃以下がより好ましい。
また、トナー母粒子には、必要に応じて、帯電制御剤が添加されてもよい。帯電制御剤としては、公知のものが使用されるが、アゾ系金属錯化合物、サリチル酸の金属錯化合物、極性基を含有するレジンタイプの帯電制御剤が用いられる。
湿式製法でトナーを製造する場合、水に溶解しにくい素材を使用するのが好ましい。
トナー母粒子の製造には、公知の湿式法や乾式法が利用され、例えば、結着樹脂と、着色剤、及び必要に応じて離型剤、帯電制御剤等を混練、粉砕、分級する混練粉砕法;混練粉砕法にて得られた粒子を機械的衝撃力又は熱エネルギーにて形状を変化させる方法;結着樹脂の重合性単量体を乳化重合させ、形成された分散液と、着色剤を分散させた分散液、及び、必要に応じて利用される離型剤、帯電制御剤等の分散液と、を混合し、凝集、加熱融着させ、トナーを得る乳化重合凝集法;結着樹脂を得るための重合性単量体と、着色剤、及び必要に応じて離型剤、帯電制御剤等の溶液と、を水系溶媒に懸濁させて重合する懸濁重合法;結着樹脂と、着色剤、及び必要に応じて離型剤、帯電制御剤等の溶液と、を水系溶媒に懸濁させて造粒する溶解懸濁法;等が使用される。
また、上記方法で得られたトナー母粒子をコア粒子にして、更に樹脂粒子を付着させた後、加熱融合してコアシェル構造を有するトナー母粒子を製造してもよい。
続いて、このようにして得られたトナー母粒子に、前述の特定の外添剤や、小径外添剤等を添加し、混合することにより本実施形態におけるトナー粒子が得られる。
尚、トナー母粒子と外添剤との混合は、公知の方法、例えば、Vブレンダーやヘンシュルミキサー、レディーゲミキサーミキサーなどによっておこなわれる。
更に、振動篩分機、風力篩分機などを使って、得られたトナー中の粗大粒子を取り除いてもよい。
トナー母粒子の体積平均粒径は2μm以上8μm以下の範囲であることが好ましく、更に3μm以上7μm以下の範囲であることがより好ましい。
また、粒度分布の指標である体積平均粒径/個数平均粒径の値としては、1.6以下が好ましく、1.4以下が更に好ましい。
尚、本実施形態において、トナー母粒子の体積平均粒径(累積体積平均粒径D50)、個数平均粒径(累積数平均粒径D50P)や各種の粒度分布指標は、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(ベックマンーコールター社製)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(アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムが好ましい)の5%水溶液2ml中に測定試料を0.5mg以上50mg以下加える。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、コールターマルチサイザーIIにより、アパーチャー径として100μmのアパーチャーを用いて2μm以上60μm以下の範囲の粒径の粒子の粒度分布を測定する。尚、サンプリングする粒子数は50000個である。
このように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平均粒径D16v、累積数平均粒径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平均粒径D84v、累積数平均粒径D84Pと定義する。
これらを用いて、体積平均粒度分布指標(GSDv)は(D84v/D16V1/2、数平均粒度分布指標(GSDp)は(D84P/D16P1/2として算出される。
・キャリア
次に、キャリアについて説明する。
本実施形態の現像剤にはキャリアが含まれてもよく、該キャリアは、例えば磁性粉が樹脂中に分散された芯材と該芯材を被覆する樹脂被覆層とを含んで構成される。また、鉄、コバルト、ニッケル等の金属、マグネタイト、ヘマタイト、フェライトなどの金属酸化物等を単独/複合で焼結、分級したものをキャリア芯材としてもよい。
まず、本実施形態におけるキャリアの構成について説明する。
−キャリア芯材−
本実施形態におけるキャリア芯材の態様のひとつとして、磁性粉が樹脂中に分散されてなる磁性粉分散型粒子が例示される。
前記磁性粉としては、例えば、鉄、鋼、ニッケル、コバルト等の磁性金属、これらとマンガン、クロム、希土類元素等との合金(例えば、ニッケル−鉄合金、コバルト−鉄合金、アルミニウム−鉄合金等)、及びフェライト、マグネタイト等の磁性酸化物等が用いられる。これらの中でも、酸化鉄が好ましい。
これら磁性粉は、単種で使用してもよく、2種以上併用してもよい。
磁性粉の粒径は、0.01μm以上1μm以下であることが好ましく、0.03μm以上0.5μm以下であることがより好ましく、0.05μm以上0.35μm以下であることが更に好ましい。
また、磁性粉のキャリア芯材中における含有量としては、30質量%以上99質量%以下であることが好ましく、45質量%以上98質量%以下であることがより好ましく、60質量%以上98質量%以下であることが更に好ましい。
キャリアの芯材を構成する樹脂成分としては、架橋されたスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン−アクリル系共重合樹脂、フェノール系樹脂等が挙げられる。
また、キャリアの芯材は、更にその他の成分を含有していてもよい。
その他の成分としては、例えば、帯電制御剤、フッ素含有粒子などが挙げられる。
他のキャリア芯材の製造方法としては、例えば、磁性粉とスチレンアクリル樹脂等の絶縁性樹脂とを、バンバリーミキサー、ニーダなどを用いて溶融混練し、冷却した後に粉砕し、分級する溶融混練法(特公昭59−24416号公報、特公平8−3679号公報等)や、結着樹脂のモノマー単位と磁性粉とを溶媒中に分散して懸濁液を調製し、この懸濁液を重合させる懸濁重合法(特開平5−100493号公報等)や、樹脂溶液中に磁性粉を混合分散した後、噴霧乾燥するスプレードライ法などが知られている。
上記の溶融混練法、懸濁重合法、及びスプレードライ法はいずれも、磁性粉をあらかじめ何らかの手段により調製しておき、この磁性粉と樹脂溶液とを混合し、樹脂溶液中に磁性粉を分散させる工程を含む。
−樹脂被覆層−
本実施形態のキャリアは、前述の芯材を被覆する樹脂被覆層を有していてもよい。
この樹脂被覆層は、キャリア用の樹脂被覆層の材料として用いられているものであれば公知のマトリックス樹脂が利用され、二種類以上の樹脂をブレンドして用いてもよい。
樹脂被覆層を構成するマトリックス樹脂としては大別すると、トナーに帯電性を付与するための帯電付与樹脂と、トナー成分(外添剤等)のキャリアへの移行を防止するために用いられる表面エネルギーの低い樹脂とが挙げられる。
ここで、トナーに負帯電性を付与するための帯電付与樹脂としては、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、尿素樹脂、ポリアミド樹脂、及びエポキシ樹脂等が挙げられ、更にポリビニル及びポリビニリデン系樹脂、アクリル樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、スチレンアクリル共重合樹脂等のポリスチレン系樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリビニルアセテート樹脂、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、エチルセルロース樹脂等のセルロース系樹脂等が挙げられる。
また、トナーに正帯電性を付与するための帯電付与樹脂としては、ポリスチレン樹脂、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、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等が挙げられる。
トナー成分のキャリアへの移行を防止するために用いられる表面エネルギーの低い樹脂としては、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、及びシリコーン樹脂等が挙げられる。
また、樹脂被覆層には、抵抗調整を目的として導電性粒子を添加してもよい。導電性粒子としては、金属粉、カーボンブラック、酸化チタン、酸化錫、酸化亜鉛等が挙げられる。これらの導電性粒子は平均粒径1μm以下のものが好ましい。更に、必要に応じて、複数の導電性粒子を併用してもよい。
樹脂被覆層における導電性粒子の含有量は、樹脂被覆層の強度を保ち、またキャリアの抵抗を調整する観点から、1質量%以上50質量%以下であることが好ましく、3質量%以上20質量%以下であることがより好ましい。
尚、本実施形態において、絶縁性とは、体積抵抗率で1014Ωcm以上の範囲を意味する。一方、導電性とは、体積抵抗率で10Ωcm以下の範囲を意味する。また、半導電性とは例えば体積抵抗率が10Ωcm以上1013Ωcm以下を意味する
尚、体積抵抗率の測定は、JIS−K−6911(1995)に準じて、円形電極(三菱油化(株)製ハイレスターIPのURプローブ:円柱状電極の外径Φ16mm、リング状電極部の内径Φ30mm、外径Φ40mm)を用い、22℃/55%RH環境下、電圧100V印加し、印加後5sec後の電流値をアドバンテスト製、微小電流計 R8340Aを用いることにより測定し、その電流値により、体積抵抗から、体積抵抗率を求める。
更に、樹脂被覆層には、帯電制御を目的として樹脂粒子を含有してもよい。樹脂粒子を構成する樹脂としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂が利用される。
熱可塑性樹脂の場合、ポリオレフィン系樹脂、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン;ポリビニル及びポリビニリデン系樹脂、例えば、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ポリビニルカルバゾール、ポリビニルエーテル及びポリビニルケトン;塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体;スチレン−アクリル酸共重合体;オルガノシロキサン結合から構成されるストレートシリコン樹脂又はその変性品;フッ素樹脂、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン;ポリエステル;ポリカーボネート等が挙げられる。
熱硬化性樹脂の例としては、フェノール樹脂;アミノ樹脂、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;エポキシ樹脂などが挙げられる。
前記樹脂被覆層の平均膜厚は、0.1μm以上5μm以下であることが好ましく、0.3μm以上3.0μm以下であることがより好ましく、0.3μm以上2.0μm以下であることが更に好ましい。
−キャリアの製造方法−
キャリアの製造方法は特に限定されず、従来公知のキャリア製造方法が利用されるが、以下の製造方法が好ましい。
即ち、樹脂被覆層形成用溶液(溶剤中に、樹脂被覆層を形成するマトリックス樹脂の他に、必要に応じて、導電性粒子、帯電制御の樹脂粒子等を含む溶液)を調製し、この樹脂被覆層形成用溶液中に芯材を浸漬する浸漬法、樹脂被覆層形成用溶液を芯材の表面に噴霧するスプレー法、芯材を流動エアーにより浮遊させた状態で樹脂被覆層形成用溶液を噴霧する流動床法、ニーダーコーター中で芯材と樹脂被覆層形成用溶液とを混合し、次いで、溶剤を除去するニーダーコーター法等が挙げられるが、特に、溶液を用いたものに限定されるものではない。例えば、キャリアの芯材の種類によっては、芯材と樹脂粉末とを共に加熱混合するパウダー塗布法などを採用してもよい。更に、樹脂被覆層を形成した後に、電気炉やキルンなどの装置により加熱処理してもよい。
また、樹脂被覆層を形成するための樹脂被覆層形成用溶液に使用する溶剤としては、樹脂を溶解するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、キシレン、トルエン等の芳香族炭化水素類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化物などが使用される。
また、本実施形態におけるキャリアは、球形度が0.980以上1.000以下の範囲であることを要し、0.985以上1.000以下Kの範囲であることが好ましい。
ここで、本実施形態におけるキャリアの球形度は、下記の方法で測定した平均円形度を意味する。
測定サンプルとして、キャリア200mgをエチレングリコール水溶液30mlに添加・攪拌し、上澄み液を除去した残渣中のキャリアを用いて、以下の方法で測定した。測定は、FPIA−3000(シスメックス社製)を使用し、撮影された少なくとも5000個以上各々のキャリア粒子に対して画像解析を行い、統計処理することによって、平均円形度を求めた。ここで、個々の円形度は下記式(1)に基づいて求めた。
式(1): 円形度=円相当径周囲長/周囲長=[2×(A×π)1/2]/PM
(上記式(1)において、Aはキャリア粒子の投影面積、PMはキャリア粒子の周囲長を表す。)
尚、測定はLPFモード(低分解能モード)、希釈倍率10倍で行った。また、データの解析に当たっては、測定ノイズ除去の目的で、個数粒径解析範囲を3μm以上80μm以下の範囲、円形度解析範囲を0.850以上1.000以下の範囲で実施した。
また、本実施形態におけるキャリアの体積平均粒径は、25μm以上100μm以下の範囲であることが好ましく、25μm以上80μm以下の範囲であることがより好ましく、25μm以上60μm以下の範囲であることが更に好ましい。
ここで、キャリアの体積平均粒径は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(LS Particle Size Analyzer:LS13 320、BECKMAN COULTER社製)を用いて測定された値をいう。得られた粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、小粒径側から体積累積分布を引いて、全核体に対して累積50%となる粒径を体積平均粒径D50vとする。
次に、画像形成装置10の装置各部について説明する。
・帯電ロール
帯電ロール14は、潜像保持体12表面に接触して設けられており、潜像保持体12の回転駆動に伴って回転することによって潜像保持体12表面を帯電する。
帯電ロール14は、高圧電源29からの電圧印加し得るよう構成されており、高圧電源29から帯電ロール14への電圧印加により帯電され、この帯電ロール14の帯電により潜像保持体12表面を帯電させる。
帯電ロール14は、図2に示すように、導電性のシャフト14Aの周囲に、帯電層14Bが形成された構成であり、このシャフト14Aが回転し得るよう支持されている。
帯電ロール14は、潜像保持体12に押し付けられて、潜像保持体12の回転に伴い従動回転させるように、潜像保持体12に圧接して配置されている。尚、帯電ロール14に駆動手段を取り付け、潜像保持体12とは異なる周速度で回転させるように配置してもよい。
帯電ロール14のシャフト14Aとしては、導電性を有するもので、一般には鉄、銅、真鍮、ステンレス、アルミニウム、ニッケル等の成型品が用いられる。また、その他導電性粒子等を分散した樹脂成形品等を用いてもよい。
帯電層14Bとしては、例えば、導電性を有し、一般にはゴム材に導電性粒子あるいは半導電性粒子を分散したものが用いられる。
ゴム材としてはEPDM、ポリブタジエン、天然ゴム、ポリイソブチレン、SBR、CR、NBR、シリコーンゴム、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、SBS、熱可塑性エラストマー、ノルボーネンゴム、フロロシリコーンゴム、エチレンオキシドゴム等が用いられる。
導電性粒子あるいは半導電性粒子としてはカーボンブラック、亜鉛、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、クロム、チタニウム等の金属、ZnO−Al、SnO−Sb、In−SnO、ZnO−TiO、MgO−Al、FeO−TiO、TiO、SnO、Sb、In、ZnO、MgO等の金属酸化物が用いられ、これらの材料は単独あるいは2種以上混合して用いても良い。
この帯電層14B上には、抵抗層及び保護層が積層された構成であってもよい。
抵抗層及び保護層としては、結着樹脂に導電性粒子あるいは半導電性粒子を分散し、その抵抗を制御したもので、体積抵抗率として10Ωcm以上1014Ωcm以下、望ましくは10Ωcm以上1012Ωcm以下さらに望ましくは10Ωcm以上1012Ωcm以下がよい。抵抗層及び保護層の膜厚としては0.01μm以上1000μm以下、望ましくは0.1μm以上500μm以下、さらに望ましくは0.5μm以上100μm以下がよい。
結着樹脂としてはアクリル樹脂、セルロース樹脂、ポリアミド樹脂、メトキシメチル化ナイロン、エトキシメチル化ナイロン、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリビニル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリチオフェン樹脂、PFA、FEP、PET等のポリオレフィン樹脂、スチレンブタジエン 樹脂等が用いられる。
導電性粒子あるいは半導電性粒子としては弾性層と同様のカーボンブラック、金属、金属酸化物が用いられる。また必要に応じてヒンダードフェノール、ヒンダードアミン等の酸化防止剤、クレー、カオリン等の充填剤や、シリコーンオイル等の潤滑剤を添加してもよい。
これらの層を形成する手段としてはブレード塗布法、マイヤーバー塗布法、スプレー塗布法、浸漬塗布法、ビード塗布法、エアーナイフ塗布法、カーテン塗布法等が用いられる。
帯電ロール14を用いて潜像保持体12を帯電させる方法としては、帯電ロール14に直流電圧を印加する方法、あるいは直流電圧及び交流電圧を重畳して印加する方法が挙げられるが、この中でも直流電圧を印加する方法が望ましい。
ここで、電圧の範囲としては、直流電圧は要求される潜像保持体12の帯電電位に応じて正又は負の50V以上2000V以下が好ましく、特に100V以上1500V以下が望ましい。交流電圧を重畳する場合は、ピーク間電圧が400V以上1800V以下、望ましくは800V以上1600V以下、さらに望ましくは1200V以上1600V以下が望ましい。交流電圧の周波数は50Hz以上20,000Hz以下、望ましくは100Hz以上5,000Hz以下である。
・帯電部材用清掃ロール
帯電部材用清掃ロール16は、図1及び図2に示すように、帯電ロール14の外周面に接して配設されており、帯電ロール14上に付着した特定の外添剤を含む付着物を帯電ロール14から除去する。尚、帯電部材用清掃ロール16は帯電ロール14に対して、接触圧が前述の範囲となるよう配置され、また食い込み量が前述の範囲となるよう配置されることが好ましい。
尚、上記帯電部材用清掃ロール16は、帯電ロール14に接触する部分の少なくとも一部が多孔質の弾性体であることがより好ましい。多孔質であることにより、特定の外添剤やその他のトナー成分等が前記帯電部材用清掃ロールの孔(セル)に取り込まれ、孔(セル)に取り込まれた外添剤やトナー成分等の被清掃物質は孔(セル)中で凝集されてより大きな塊(凝集体)となり、この塊はいずれ孔(セル)から吐き出されて再び帯電ロールに移行し、更に潜像保持体に移行して潜像保持体に配置されている別の清掃ロール等によって良好に除去される。
ここで、本実施形態において、特定の外添剤等を凝集させた「凝集体」とは、上記説明した現像剤のトナーに含まれる特定の外添剤がトナーから脱離し、脱離した特定の外添剤同士が凝集し、目視で確認し得る大きさに成長した状態にあることを表している。
帯電部材用清掃ロール16は、その外周が帯電ロール14の外周に押しつけられた状態で配置されており、芯体16Aの外周面上に多孔質層16Bが設けられた構成となっている。
芯体16Aの両端部には、図示しないスプリングが設けられており、このスプリングによって帯電部材用清掃ロール16が帯電ロール14に前述の接触圧で押しつけられている。すなわち、帯電部材用清掃ロール16が帯電ロール14の外周に押しつけられた状態で配置されることで、多孔質層16Bには帯電ロール14の周面に沿って弾性変形して接触領域が形成されている。
ここで、潜像保持体12の支軸には図示しないモータが連結されており、潜像保持体12が定められた方向(図1中の矢印A方向)に回転駆動されると、潜像保持体12の回転に従動して帯電ロール14が回転することにより、潜像保持体12の表面が帯電され、帯電ロール14に従動して回転する帯電部材用清掃ロール16の回転によって帯電ロール14上に付着している特定の外添剤等の付着物が帯電ロール14上から除去される。
芯体16Aとしては、一般には鉄、銅、真鍮、ステンレス、アルミニウム、ニッケル等の成形品が用いられる。また、芯体16Aとしては、その他導電性粒子等を分散した樹脂成形品等を用いてもよい。
多孔質層16Bは、多孔質の3次元構造を有する発泡体からなり、内部や表面に空洞や凹凸部(以下、セルという)が存在し、弾性を有している。
帯電部材用清掃ロール16の外周が、本実施形態の多孔質層16Bで形成されていることによって、帯電部材用清掃ロール16は、帯電ロール14上に付着した特定の外添剤を含む付着物を帯電ロール14から除去すると共に、除去した特定の外添剤を凝集させた凝集体を形成する。
この多孔質層16Bは、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリアミド、オレフィン、メラミン又はポリプロピレン、NBR、EPDM、天然ゴム及びスチレンブタジエンゴム、クロロプレン、シリコーン、ニトリル、等の発泡性の樹脂又はゴムを材質としたものより選択される。
これらの中でも、ポリウレタンが特に好ましく用いられる。
尚、ポリウレタンとしては、特に限定するものではなく、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリエステルやアクリルポリールなどのポリオールと、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネートや4,4−ジフェニルメタンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートなどのイソシアネートの反応を伴っていれば良く、1,4−ブタンジオール、トリメチロールプロパンなど鎖延長剤が混合されていることが好ましい。また、水やアゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物などの発泡剤を用いて発泡させるのが一般的である。さらに発泡助剤、整泡剤、触媒などの助剤を加えればよい。
多孔質層16Bは、詳細には、連続気泡構造を有し且つ硬度150N以上500N以下であることが好ましい。
また、多孔質層16Bの表面のセル(孔)の平均孔径が、上記現像剤に含まれる特定の外添剤の体積平均粒径の1000倍以上8000倍以下の範囲内であることが好ましい。
尚、本実施形態において、「連続気泡構造」とは内部に複数の気泡を有し、隣合う気泡同士が繋がっている状態の構造を意味する。
また、本実施形態において「硬度」は、以下の方法で測定した。多孔質層16Bを構成する素材を縦400mm×横400mm×厚さ50mmでスライスし、スライスしたシートの中央部をφ200mm圧縮冶具により荷重をかけ、厚さを25%圧縮する際に必要な力(N)を本実施形態における「硬さ」と定義する。圧縮に必要な力(N)を測定するために、AIKOH社製荷重測定器(MODEL−1311)を用いた。
多孔質層16Bの硬度は、更に望ましくは170N以上600N以下であり、より望ましくは190N以上500N以下である。
尚、硬度の測定はJIS K 6400−2に準じるものであり、50×380×380mmの試験片を切り出して、垂直方向に始めの厚さの75%まで押し込んだ後に荷重を除き、再び始めの厚さの25%まで押し込み、静止後20秒経過した時の荷重を読み取る。
多孔質層16Bは、その連続気泡構造における気泡数(発泡セル数)が40個/25mm以上80個/25mm以下範囲にあることが好ましく、より望ましくは45個/25mm以上75個/25mm以下範囲にあり、さらに望ましくは48個/25mm以上70個/25mm以下範囲にある。
気泡数は、炭酸ガス、フッ素系化合物などの公知の発泡剤の添加量によって制御される。
ここで、気泡数の測定は、光学顕微鏡を用い目視観察にて、100×100×10mmの試験片表面の任意の箇所に長さ50mmのラインを引き、そのラインに乗った気泡を数えることで25mm当たりの気泡数を求めることで行う。そして、当該ラインを試験片の任意の3箇所で引き、この3箇所での値の平均値を気泡数とする。
また、多孔質層16Bの表面のセル(孔)の平均孔径が、上記現像剤に含まれる特定の外添剤の体積平均粒径の1000倍以上8000倍以下の範囲内であることが好ましく、1500倍以上7000倍以下の範囲内であることが更に好ましく、2000倍以上6000倍以下の範囲内であることが特に好ましい。
この帯電部材用清掃ロール16は、絶縁性であっても導電性であってもよい。即ち、導電層が絶縁性であってもよいし、導電性であってもよい。
尚、帯電部材用清掃ロール16に導電性を付与させる方法としては、弾性層に導電材を練り込む方法や導電性の粉体を吹き付ける方法等、特に制限されるものではないが、電気抵抗を10Ω・cm以上1010Ω・cm以下(望ましくは10Ω・cm以上10Ω・cm以下)に調整した導電性塗料中に帯電部材用清掃ロール16を含浸する含浸法を適用することが望ましい。この導電性塗料としては、ウレタン、シリコン、スチレン等にカーボンを分散させ溶剤(例えば、酢酸エチル、トルエン、メチルエチルケトン等)に溶解させたもの等が挙げられる。
上記の帯電部材用清掃ロール16の製造方法としては、例えば、金型に原料を注入して発泡させて、所望の形状のウレタン発泡体を芯材に被覆する方法、ウレタン発泡体をスラブ成型して、所望の形状に研削等により加工して多孔質層16Bを作製した後、この多孔質層16Bを芯体16Aに被覆する方法などが挙げられる。
・その他の帯電部材用清掃ロールの態様
また上述した態様以外にも、帯電部材用清掃ロール16として、軸体(シャフト)の外周面に螺旋状に設けられた弾性層100Bを備えたロール状の部材(以下「螺旋状ロール」とも称す)を用いてもよい。
図4は、上記螺旋状ロールを示す概略斜視図であり、図5は図4の一部を示す概略平面図である。
尚、該螺旋状ロールは帯電ロールに対して、接触圧が前述の範囲となるよう配置され、また食い込み量が前述の範囲となるよう配置されることが好ましい。更に、上記螺旋状ロールは、帯電ロールに接触する部分の少なくとも一部が多孔質の弾性体であることがより好ましい。
本実施形態における上記螺旋状ロール100は、図4に示すごとく、軸体(シャフト)100Aと、該軸体100Aの外周面に螺旋状に設けられた弾性層100Bと、を備えたロール状の部材である。弾性層100Bは、軸体100Aの表面に螺旋状に巻かれた状態で配置され、弾性層100Bは、例えば軸体100Aの一端から他端にかけて、軸体100Aの軸を螺旋軸とし、間隔を持って螺旋状に巻き回された状態で配置されている。
尚、特に限定されるものではないが、弾性層100Bは固定部材120によって軸体100Aに固定されていることが好ましい。
ここで、図5に示す弾性層100Bの短手方向における中心部分を通る線Pと軸体100Aの軸方向の線Qとが交わる鋭角側の角度(本明細書においては「螺旋角度θ」と称す)は、45°以下であることが好ましく、更には40°以下であることがより好ましく、30°以下であることが特に好ましい。
次いで、上記螺旋状ロールを構成する各部材について説明する。
−軸体−
軸体100Aに用いる材質としては、金属(例えば、アルミ、ステンレス、真鍮等)、または樹脂(例えば、ポリアセタール樹脂(POM)等)が挙げられる。尚、材質および表面処理方法等は必要に応じて選択するのが望ましい。
特に、軸体100Aが金属で構成される場合メッキ処理を施すのが望ましい。また、樹脂等で導電性を有さない材質の場合、メッキ処理等の一般的な処理により加工して導電化処理を行ってもよいし、そのまま使用してもよい。
−弾性層−
図4に示される弾性層100Bは螺旋状に配置されており、その態様は具体的には、図5に示す螺旋角度θが前述の範囲、螺旋幅R1が3mm以上25mm以下であることがよい。また、螺旋ピッチR2は、例えば、3mm以上40mm以下であることがよい。
ここで、図5に示すように、螺旋幅R1とは、弾性層100Bの長手方向P(螺旋方向)に対して直交する方向に沿った長さを意味する。螺旋ピッチR2とは、弾性層100Bの長手方向P(螺旋方向)に対して直交する方向に沿った、隣合う弾性層100B間の長さを意味する。
弾性層100Bの材料としては、ポリウレタン、ポリエチレン、ポリアミド、またはポリプロピレン等の発泡性の樹脂、或いは、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム(EPDM)、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム(NBR)、クロロプレンゴム(CR)、スチレン−ブタジエン共重合ゴム(SBR)、塩素化ポリイソプレンゴム、イソプレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、水素添加ポリブタジエンゴム、ブチルゴム等のゴム材料を1種類、または2種類以上をブレンドしてなる材料が挙げられる。尚、これらには必要に応じて、発泡助剤、整泡剤、触媒、硬化剤、可塑剤、または加硫促進剤等の助剤を加えてもよい。
これらの中でも、気泡を有する材料(いわゆる発泡体)がよく、特に発泡ポリウレタンであることが望ましい。
ポリウレタンとしては、例えば、ポリオール(例えばポリエステルポリオール、ポリエーテルポリエステルやアクリルポリール等)と、イソシアネート(例えば、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4−ジフェニルメタンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート等)と、の反応物が挙げられ、鎖延長剤(例えば1,4−ブタンジオール、トリメチロールプロパン等)が含まれたものであってもよい。そして、ポリウレタンの発泡は、例えば、水やアゾ化合物(例えばアゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリル等)等の発泡剤を用いて行われるのが一般的である。また、発泡ポリウレタンには、必要に応じて発泡助剤、整泡剤、触媒などの助剤を加えてもよい。
尚、弾性層100Bには、100Paの外力印加により変形しても元の形状に復元する材料を用いることがより好ましい。
弾性層100Bの構成としては、1層構成でも積層構成でも構わない。具体的には、弾性層100Bの構成としては、例えば、発泡体1層からなる構成でも、ソリッド層と発泡層との2層の構成でも構わない。
弾性層100Bの幅は、前記螺旋幅R1としても示した通り、3mm以上25mm以下が好ましく、更には5mm以上7mm以下がより好ましい。
また、弾性層100Bの厚さ(軸体100Aに巻かれた状態での厚さ)は、0.5mm以上5mm以下が好ましく、1.5mm以上3mm以下がより好ましい。
−接着層−
図4に示される弾性層100Bは、例えば接着層によって軸体100Aに接着されている。接着層は軸体100Aと弾性層100Bとを接着する目的で設けられる層である。
接着層を簡便に形成する方法として、例えば接着テープを用いる方法が挙げられる。該接着テープとしては、基材と接着剤層とを備えた接着テープや基材を有しない接着テープ等が挙げられる。上記接着テープにおける基材としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリイミド(PI)等の樹脂、金属、不織布、紙等が挙げられる。
接着層として用いられる接着テープには市販品のものを用いてもよく、例えば日東電工社製の両面テープNo5605(基材:0.05mm厚のPET樹脂)、日東電工社製の片面テープNo360A(基材:0.025mm厚のPI樹脂)、日東電工社製の片面テープNo513(基材:和紙)、3M社製の片面テープ7108AAD(基材:不織布)等が挙げられる。また、基材を有しない接着テープとして、例えば日東電工社製の基材レス両面テープ(No.591)等が挙げられる。
また上記においては帯電部材用清掃ロール16として2つの態様を示したが、こられ以外にも、帯電部材用清掃ロール16として、ブラシ状のロール部材や、帯電部材より低硬度のゴム材からなるロール部材等を用いてもよい。
・画像形成装置におけるその他の構成
露光装置18は、帯電ロール14によって帯電された潜像保持体12表面に画像データに応じて変調したレーザー光を露光することによって潜像保持体12表面に静電潜像を形成する。
露光装置18としては、例えば、レーザー光学系やLEDレンズアレイなどを用いる。
現像装置20は、本実施形態で用いる上記現像剤を潜像保持体12表面に供給することで、潜像保持体12表面に形成された静電潜像を現像してトナー像を形成する。
現像装置20としては、図3に示すように、潜像保持体12に隣接して配設され、現像剤を収容する現像剤ハウジング36と、現像剤ハウジング36の内部において、潜像保持体12に隣接するように軸線の周りに回転し得るよう配設された現像ロール46とを備えている。現像ハウジング38内には、上記トナーとキャリアとで構成される上記現像剤Dが充填されており、攪拌パドル40、攪拌スクリュー42が回転駆動されることで、トナーとキャリアとが攪拌されてトナーがキャリアに静電吸着する。そして、キャリアにトナーが付着した現像剤Dは、磁性を有する現像剤搬送ロール44に磁力で吸着されて現像ロール46へ搬送され、マグネットロールである現像ロール46に磁力で吸着される。そして潜像保持体12に面した現像ロール46に現像バイアスが印加されて、現像剤D中のトナーが、現像ロール46から潜像保持体12上の静電潜像の形成された領域に転移する。これによって、潜像保持体12上の静電潜像が現像剤によって現像されて、静電潜像に応じたトナー像が形成される。
転写装置22は、記録媒体24を潜像保持体12との間で挟み込み搬送するとともに、潜像保持体12上に形成されたトナー像を記録媒体24に転写する。トナー像を転写された記録媒体24は、図示を省略する各種搬送ロールによって定着装置26の設置位置まで搬送されると、定着装置によって熱または圧力が加えられることによりトナー像を記録媒体24上に定着される。これによって、記録媒体24上にトナー像が形成される。トナー像の形成された記録媒体24は、図示を省略する搬送ロール等によって画像形成装置10の外部へと搬送される。
潜像保持体12上の転写装置22によって転写されずに潜像保持体12上に保持されたままのトナーや、紙粉等の付着物は、潜像保持体用清掃装置28によって除去される。
上記転写装置22、定着装置26、及び潜像保持体用清掃装置28としては、従来公知の部材及び装置が用いられる。
上述のように構成された画像形成装置10において、帯電ロール14によって潜像保持体12が帯電された後に露光装置18によって静電潜像が形成されて、潜像保持体12の回転によってこの潜像保持体12の静電潜像の形成された領域が、潜像保持体12と現像装置20の現像ロール46との向かい合う領域に到ると、現像ロール46から静電潜像へトナー粒子が供されて、この静電潜像に対応するトナー像が形成される。
さらに、この潜像保持体12の回転によって、この潜像保持体12のトナー像の形成された領域が、潜像保持体12と転写装置22との向かい合う領域に達すると、潜像保持体12上のトナー像は転写装置22によって記録媒体24に転写される。
さらに、潜像保持体12上の、転写装置22によって記録媒体24にトナー像の転写された領域が、潜像保持体12の回転によってクリーニングブレード28Aの設置位置に達すると、潜像保持体12上の転写に関与しなかった残留トナー等の付着物が、クリーニングブレード28Aによって除去されて、この付着物の除去された領域が潜像保持体12の回転によって帯電ロール14の設置位置に到ると、帯電ロール14によって帯電された上記処理が繰り返される。
ここで、理想的な状態では、潜像保持体用清掃装置28によって潜像保持体12上の残留トナーは潜像保持体12表面から全て除去されるが、実際には、潜像保持体用清掃装置28と潜像保持体12との間を通り抜けて一部のトナー成分、すなわち本実施形態では特定の外添剤が帯電ロール14に到る場合がある。
潜像保持体12上の特定の外添剤等の付着物は、潜像保持体12の回転によって帯電ロール14の設置位置に達すると、帯電ロール14は潜像保持体12表面に接触して設けられていることから、帯電ロール14の表面に付着する。この帯電ロール14表面に付着した特定の外添剤等の付着物は、帯電部材用清掃ロール16によって帯電ロール14表面から除去される。
また、この帯電ロール14には、上記構成の帯電部材用清掃ロール16が接触して設けられ帯電ロール14の回転に従動して回転するように設けられている。
以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。尚、以下において特に断りのない限り「部」および「%」は質量基準である。ここで、以下に示す実施例3は、本発明に対する参考例として示すものである。
〔実施例1〕
−トナー粒子−
・外添剤(シリカ粒子A)の製造
攪拌機、滴下ノズル、温度計を具備した1.5Lのガラス製反応容器に、メタノール300g、10%アンモニア水(NHOH)49.6gを添加して混合して、アルカリ触媒溶液を得た。この時のアルカリ触媒溶液における触媒量:NH量(NH/(NH+メタノール+水))は、0.75mol/Lであった。
このアルカリ触媒溶液を25℃に調整した後、攪拌しながら、テトラメトキシシラン(TMOS)450gと4.44%アンモニア水(NHOH)270gとを、テトラメトキシシランの1分間当たりに供給される総供給量の1mol当たりに対してNH量が0.24molになるように流量を調整し、同時に添加を開始し、60分かけて滴下を行いシリカ粒子の懸濁液を得た。但し、テトラメトキシシランの供給量は、アルカリ触媒溶液におけるアルコールのモル数に対して、0.0050mol/(mol・min)とした。
その後、溶媒を加熱蒸留により225g留去し、純水を225g加えた後、凍結乾燥機により乾燥を行い、体積平均粒径150nm、円形度0.75の異型状の親水性シリカ粒子を得た。
さらに、異型状の親水性シリカ粒子35gにヘキサメチルジシラザン7gを添加し、150℃で2時間反応させ、シリカ粒子の疎水化処理を行うことにより、疎水性シリカ粒子を得た。
・トナー粒子の作製
<樹脂粒子分散液の調製>
・スチレン・・・・・・・・・・・・・・・296部
・アクリル酸n−ブチル・・・・・・・・・104部
・アクリル酸・・・・・・・・・・・・・・・・6部
・ドデカンチオール・・・・・・・・・・・・10部
・アジピン酸ジビニル・・・・・・・・・・1.6部
(以上、和光純薬(株)製)
以上の成分を混合し溶解した混合物を、非イオン性界面活性剤(三洋化成(株)製:ノニポール400)12部及びアニオン性界面活性剤(第一工業製薬(株)製:ネオゲンSC)8部をイオン交換水610部に溶解した溶液に加えて、フラスコ中で分散し、乳化し、10分間ゆっくりと混合しながら、過硫酸アンモニウム(和光純薬(株)製)8部を溶解したイオン交換水50部を投入し、窒素置換を0.1リットル/分で20分行った。その後、フラスコ内を撹拌しながら内容物が70℃になるまでオイルバスで加熱し、5時間そのまま乳化重合を継続し、平均粒径が200nm、固形分濃度が40%となる樹脂粒子分散液を調製した。その分散液の一部を100℃のオーブン上に放置して水分を除去したものをDSC(示差走査型熱量計)測定を実施したところ、ガラス転移温度は53℃、重量平均分子量は32,000であった。
<着色剤分散液の調製>
C.I.ピグメントブルー15:3(フタロシアニン系顔料:大日精化社製:シアニンブルー4937) ・・・・・・・100部
(大日精化社製:セイカファーストイエロー2054)
アニオン性界面活性剤(ネオゲンRK:第一工業製薬社製)・・・・・10部
イオン交換水・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・490部
以上の成分を混合溶解し、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックス)を用いて10分間分散し、着色剤分散剤(Y)を調製した。
<離型剤粒子分散液の調製>
・パラフィンワックス(日本精蝋社製:HNP−9)・・・・・・・・・100部
・アニオン界面活性剤(ライオン(株)社製:リパール860K)・・・・10部
・イオン交換水・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・390部
上記成分を混合して溶解した後、ホモジナイザー(IKA社製:ウルトラタラックス)を用いて分散し、圧力吐出型ホモジナイザーで分散処理して、平均粒径が220nmである離型剤粒子(パラフィンワックス)を分散してなる離型剤粒子分散液を調製した。
(トナー母粒子の製造)
・樹脂粒子分散液・・・・・・・・・・・・・・・・320部
・着色剤分散液 ・・・・・・・・・・・・・・・80部
・離型剤粒子分散液・・・・・・・・・・・・・・・96部
・硫酸アルミニウム(和光純薬(株)製)・・・・・1.5部
・イオン交換水・・・・・・・・・・・・・・・・・1270部
以上の成分を温度調節用ジャケット付き丸型ステンレス製フラスコ中に収容し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックスT50)を用いて5,000rpmで5分間分散させた後、フラスコに移動し、25℃、20分間4枚パドルで撹拌しながら放置した。その後撹拌しながらマントルヒーターで加熱し1℃/分の昇温速度で内部が48℃になるまで加熱し、48℃で20分間保持した。次に追加で樹脂粒子分散液80部を投入し、48℃で30分間保持したのち、1Nの水酸化ナトリウム水溶液を添加し、pHを6.5に調整した。
その後1℃/分の昇温速度で95℃まで昇温し、30分間保持した。0.1N硝酸水溶液を添加してpHを4.8に調整し、95℃で2時間放置した。その後更に前記1N水酸化ナトリウム水溶液を添加し、pHを6.5に調整し95℃で5時間放置した。その後5℃/分で30℃まで冷却した。
出来上がったトナー粒子分散液をろ過し、(A)得られたトナー粒子に35℃のイオン交換水2,000部を添加し、(B)20分攪拌放置し、(C)その後ろ過した。(A)から(C)までの操作を5回繰り返した後、ろ紙上のトナー粒子を真空乾燥機に移し、45℃、1,000Pa以下で10時間乾燥した。なお1,000Pa以下としたのは前述のトナー粒子は含水状態であり、乾燥初期においては45℃でおいても水分が凍結し、その後該水分が昇華するため、減圧時の乾燥機の内部圧力が一定にならないためである。ただし乾燥終了時には100Paで安定した。乾燥機内部を常圧に戻した後、これを取り出して、体積平均粒径5.7μm、円形度0.966のトナー母粒子を得た。
(トナー粒子の調製)
上記トナー母粒子(体積平均粒径6μm、ML2/A:135、Cyan色)100部に、前述の外添剤(シリカ粒子)を1.2部、ルチル型酸化チタン(体積平均粒径20nm)1部を加え、ヘンシェルミキサーを用い周速32m/sで10分間ブレンドをおこなった後、目開き45μmのシーブを用いて粗大粒子を除去し、トナー粒子を得た。
・キャリアの作製
(コア粒子の調製)
フェノール40部、ホルマリン60部、マグネタイト(平均粒径0.20μm,球形、2質量%、メチルトリメトキシシラン処理品)400部、アンモニア水12部、イオン交換水60部を加え、混合攪拌しながら、85℃まで徐々に昇温させ、4時間反応、硬化させた後、冷却、ろ過、洗浄、乾燥し、粒径37.3μmの球状コア粒子を得た。
(キャリアの調製)
・コア粒子 100部
・被覆層形成用溶液
・トルエン 120部
・スチレン−メチルメタクリレート共重合体
(質量比60:40、重量平均分子量8万) 2.0部
・カーボンブラック(Regal330;キャボット社製) 0.4部
コア粒子を除く上記成分を60分間スターラーにて攪拌/分散し、被覆層形成用溶液を調製した。更に、次にこの溶液とコア粒子とを真空脱気型ニーダ(井上製作所社製、商品名:KHO−5)に入れ、60℃で20分攪拌した後、更に加温しながら、減圧して脱気、乾燥し、目開き106μmのメッシュを通すことによりキャリアを作製した。
このキャリアの体積平均粒径は39.1μmであり、球形度は0.989であった。
(現像剤の調製)
上記調製したキャリア100部、トナー粒子8部、をVブレンダーで混合し、500μm網目で篩分して現像剤を作製した。
−帯電部材用清掃ロール−
芯体16Aに、直径Φ4mmの材料SUMにNiメッキをした円柱状部材を用いた。この芯体16A表面を覆う多孔質層16Bとして、厚み2.5mm(芯体16Aを含む帯電部材用清掃ロール16の直径Φ9mm)の発泡ウレタンフォームから構成される多孔質層16Bを用いた。
この多孔質層16Bの表面のセル(孔)の平均孔径が、前記現像剤に含まれる外添剤(シリカ粒子)の体積平均粒径の3500倍である。
また、多孔質層16Bの硬度は300Nであり、連続気泡構造における気泡数(発泡セル数)が60個/25mmであった。
〔評価〕
・筋状白抜け評価
画像形成装置(700Digital Color Press/富士ゼロックス)において、上記調製した現像剤を現像装置およびトナーカートリッジに充填し、更に前記帯電部材用清掃ロール16を設け、接触圧および食い込み量が下記表1に記載の数値となるよう調整した。
上記構成の画像形成装置において、20℃50%RH環境下にて、画像面積が5%となるテキスト画像を5枚連続で出力することを繰り返し、合計50000枚A4用紙に画像形成した。尚、連続出力を5枚ごとに行ったのは、5枚ごとに出力が停止する結果、クリーニングブレードにかかる歪が大きくなり、その結果評価が促進されるためである。また、この50000枚の出力の途中、10000枚、30000枚、50000枚の段階で全面ハーフトーン画像(画像濃度30%)の画像をA4用紙(富士ゼロックス社製 J紙)10枚形成した。
そして、この全面ハーフトーン30%の画像形成について、画像欠陥(筋状画像白抜け)の有無を目視にて確認し、以下の評価基準に従って評価した。
○:10枚全てにおいて画像欠陥(筋状画像白抜け)未発生
△:筋状の濃度ムラが確認された
×:画像欠陥(筋状画像白抜け)が確認された
・すり抜け評価
外添剤のすり抜けの発生について、以下の方法により評価を行なった。前記筋状白抜け評価での画像形成において、30000枚出力時点でシャットダウンを行い、感光体表面の帯電部材に相対する位置より下流側であって現像装置に相対する位置より上流側の領域について、粘着テープを用いてすり抜けた外添剤の転写を実施し、外添剤のすり抜け状態を以下の評価基準に従って評価した。
○:外添剤のすり抜けが視認されない
△:外添剤の筋状すり抜けが部分的に視認された
×:外添剤の筋状すり抜けが全面的に視認された
〔実施例2〕
接触圧および食い込み量が下記表1に記載の数値となるよう調整した以外は、実施例1に記載の方法により評価を行なった。
〔実施例3〕
外添剤の調製において、製造条件を以下のように変更し、粒径および円形度が下記表1に記載の数値の外添剤を得た。
・外添剤(シリカ粒子B)の製造
攪拌機、滴下ノズル、温度計を具備した1.5Lのガラス製反応容器に、メタノール300g、10%アンモニア水(NHOH)47.8gを添加して混合して、アルカリ触媒溶液を得た。この時のアルカリ触媒溶液における触媒量:NH量(NH/(NH+メタノール+水))は、0.72mol/Lであった。
このアルカリ触媒溶液を25℃に調整した後、攪拌しながら、テトラメトキシシラン(TMOS)450gと4.44%アンモニア水(NHOH)270gとを、テトラメトキシシランの1分間当たりに供給される総供給量の1mol当たりに対してNH量が0.24molになるように流量を調整し、同時に添加を開始し、60分かけて滴下を行いシリカ粒子の懸濁液を得た。但し、テトラメトキシシランの供給量は、アルカリ触媒溶液におけるアルコールのモル数に対して、0.0028mol/(mol・min)とした。
その後、溶媒を加熱蒸留により225g留去し、純水を225g加えた後、凍結乾燥機により乾燥を行い、体積平均粒径72nm、円形度0.88の異型状の親水性シリカ粒子を得た。
さらに、異型状の親水性シリカ粒子35gにヘキサメチルジシラザン12gを添加し、150℃で2時間反応させ、シリカ粒子の疎水化処理を行うことにより、疎水性シリカ粒子を得た。
外添剤を上記シリカ粒子Bに変更し、且つ接触圧および食い込み量が下記表1に記載の数値となるよう調整した以外は、実施例1に記載の方法により評価を行なった。
〔実施例4〕
接触圧および食い込み量が下記表1に記載の数値となるよう調整した以外は、実施例1に記載の方法により評価を行なった。
〔実施例5〕
外添剤の調製において、製造条件を以下のように変更し、粒径および円形度が下記表1に記載の数値の外添剤を得た。
・外添剤(シリカ粒子C)の製造
攪拌機、滴下ノズル、温度計を具備した1.5Lのガラス製反応容器に、メタノール300g、10%アンモニア水(NHOH)55.2gを添加して混合して、アルカリ触媒溶液を得た。この時のアルカリ触媒溶液における触媒量:NH量(NH/(NH+メタノール+水))は、0.82mol/Lであった。
このアルカリ触媒溶液を25℃に調整した後、攪拌しながら、テトラメトキシシラン(TMOS)450gと4.44%アンモニア水(NHOH)270gとを、テトラメトキシシランの1分間当たりに供給される総供給量の1mol当たりに対してNH量が0.24molになるように流量を調整し、同時に添加を開始し、60分かけて滴下を行いシリカ粒子の懸濁液を得た。但し、テトラメトキシシランの供給量は、アルカリ触媒溶液におけるアルコールのモル数に対して、0.0066mol/(mol・min)とした。
その後、溶媒を加熱蒸留により225g留去し、純水を225g加えた後、凍結乾燥機により乾燥を行い、体積平均粒径389nm、円形度0.53の異型状の親水性シリカ粒子を得た。
さらに、異型状の親水性シリカ粒子35gにヘキサメチルジシラザン4gを添加し、150℃で2時間反応させ、シリカ粒子の疎水化処理を行うことにより、疎水性シリカ粒子を得た。
外添剤を上記シリカ粒子Cに変更し、且つ接触圧および食い込み量が下記表1に記載の数値となるよう調整した以外は、実施例1に記載の方法により評価を行なった。
〔実施例6〕
帯電部材用清掃ロールの発泡ウレタンフォームとして硬度が580Nである清掃ロールを用い、接触圧および食い込み量が下記表1に記載の数値となるよう調整した以外は、実施例1に記載の方法により評価を行なった。
〔実施例7〕
帯電部材用清掃ロールの発泡ウレタンフォームとして硬度が170Nである清掃ロールを用い、接触圧および食い込み量が下記表1に記載の数値となるよう調整した以外は、実施例1に記載の方法により評価を行なった。
〔実施例8〕
帯電部材用清掃ロールとして下記に示す螺旋状ロールを用い、接触圧および食い込み量が下記表1に記載の数値となるよう調整した以外は、実施例1に記載の方法により評価を行なった。
−帯電部材用清掃ロール(螺旋状ロール)−
図4および図5に示す螺旋状ロールとして、芯体100Aに直径Φ4mmの材料SUMにNiメッキをした円柱状部材を用いた。この芯体100A表面に対して、厚み3.0mm、硬度320Nの発泡ウレタンフォーム材を、螺旋幅R1が8mm、螺旋ピッチR2が12mm、螺旋角度θが28°となるよう接着して弾性層100Bを形成し、螺旋状ロールとした。
〔比較例1〕
外添剤の調製において、製造条件を以下のように変更し、粒径および円形度が下記表1に記載の数値の外添剤を得た。
・外添剤(シリカ粒子D)の製造
攪拌機、滴下ノズル、温度計を具備した1.5Lのガラス製反応容器に、メタノール300g、10%アンモニア水(NHOH)47.7gを添加して混合して、アルカリ触媒溶液を得た。この時のアルカリ触媒溶液における触媒量:NH量(NH/(NH+メタノール+水))は、0.72mol/Lであった。
このアルカリ触媒溶液を25℃に調整した後、攪拌しながら、テトラメトキシシラン(TMOS)450gと4.44%アンモニア水(NHOH)270gとを、テトラメトキシシランの1分間当たりに供給される総供給量の1mol当たりに対してNH量が0.24molになるように流量を調整し、同時に添加を開始し、60分かけて滴下を行いシリカ粒子の懸濁液を得た。但し、テトラメトキシシランの供給量は、アルカリ触媒溶液におけるアルコールのモル数に対して、0.0021mol/(mol・min)とした。
その後、溶媒を加熱蒸留により225g留去し、純水を225g加えた後、凍結乾燥機により乾燥を行い、体積平均粒径67nm、円形度0.92の異型状の親水性シリカ粒子を得た。
さらに、異型状の親水性シリカ粒子35gにヘキサメチルジシラザン12gを添加し、150℃で2時間反応させ、シリカ粒子の疎水化処理を行うことにより、疎水性シリカ粒子を得た。
外添剤を上記シリカ粒子Dに変更した以外は、実施例1に記載の方法により評価を行なった。
〔比較例2〕
外添剤の調製において、製造条件を以下のように変更し、粒径および円形度が下記表1に記載の数値の外添剤を得た。
・外添剤(シリカ粒子E)の製造
攪拌機、滴下ノズル、温度計を具備した1.5Lのガラス製反応容器に、メタノール300g、10%アンモニア水(NHOH)55.8gを添加して混合して、アルカリ触媒溶液を得た。この時のアルカリ触媒溶液における触媒量:NH量(NH/(NH+メタノール+水))は、0.82mol/Lであった。
このアルカリ触媒溶液を25℃に調整した後、攪拌しながら、テトラメトキシシラン(TMOS)450gと4.44%アンモニア水(NHOH)270gとを、テトラメトキシシランの1分間当たりに供給される総供給量の1mol当たりに対してNH量が0.24molになるように流量を調整し、同時に添加を開始し、60分かけて滴下を行いシリカ粒子の懸濁液を得た。但し、テトラメトキシシランの供給量は、アルカリ触媒溶液におけるアルコールのモル数に対して、0.0098mol/(mol・min)とした。
その後、溶媒を加熱蒸留により225g留去し、純水を225g加えた後、凍結乾燥機により乾燥を行い、体積平均粒径415nm、円形度0.46の異型状の親水性シリカ粒子を得た。
さらに、異型状の親水性シリカ粒子35gにヘキサメチルジシラザン4gを添加し、150℃で2時間反応させ、シリカ粒子の疎水化処理を行うことにより、疎水性シリカ粒子を得た。
外添剤を上記シリカ粒子Eに変更した以外は、実施例1に記載の方法により評価を行なった。
〔比較例3〕
帯電部材用清掃ロールの発泡ウレタンフォームとして硬度が200Nである清掃ロールを用い、接触圧および食い込み量が下記表1に記載の数値となるよう調整した以外は、実施例1に記載の方法により評価を行なった。
〔比較例4〕
帯電部材用清掃ロールの発泡ウレタンフォームとして硬度が410Nである清掃ロールを用い、接触圧および食い込み量が下記表1に記載の数値となるよう調整した以外は、実施例1に記載の方法により評価を行なった。
10 画像形成装置
12 潜像保持体
14 帯電ロール
16 クリーニングロール
16A 芯体
16B 多孔質層
18 露光装置
20 現像装置
22 転写装置
28A クリーニングブレード
28 クリーニング装置
100 清掃部材
100A 軸体
100B 弾性層
120 固定部材

Claims (4)

  1. 潜像保持体と、
    前記潜像保持体に接触して回転し該潜像保持体を帯電する帯電部材と、
    前記帯電部材に接触して従動回転し、前記帯電部材に接触する部分の少なくとも一部が多孔質の弾性体で構成され、前記帯電部材に対する接触圧が0.12N/cm以上0.50N/cm以下であり且つ該帯電部材の表面を清掃する帯電部材用清掃部材と、
    前記潜像保持体表面に静電潜像を形成する潜像形成装置と、
    体積平均粒径が70nm以上400nm以下且つ円形度が0.5以上0.85以下の外添剤を有するトナー粒子を収容し、該トナー粒子によって前記静電潜像を現像しトナー像とする現像装置と、
    該トナー像を記録媒体に転写する転写装置と、
    を備える画像形成装置。
  2. 前記帯電部材用清掃部材が、前記帯電部材に対し食い込み量0.15mm以上1.2mm以下の範囲で接触している請求項1に記載の画像形成装置。
  3. 潜像保持体に接触して回転する帯電部材により前記潜像保持体を帯電する帯電工程と、
    前記帯電部材に接触して従動回転し、前記帯電部材に接触する部分の少なくとも一部が多孔質の弾性体で構成され、前記帯電部材に対する接触圧が0.12N/cm以上0.50N/cm以下である帯電部材用清掃部材により、前記帯電部材の表面を清掃する帯電部材清掃工程と、
    前記潜像保持体表面に静電潜像を形成する潜像形成工程と、
    体積平均粒径が70nm以上400nm以下且つ円形度が0.5以上0.85以下の外添剤を有するトナー粒子によって前記静電潜像を現像しトナー像とする現像工程と、
    該トナー像を記録媒体に転写する転写工程と、
    を備える画像形成方法。
  4. 前記帯電部材用清掃部材が、前記帯電部材に対し食い込み量0.15mm以上1.2mm以下の範囲で接触している請求項に記載の画像形成方法。
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