JP6028681B2 - 画像形成装置、及び画像形成方法 - Google Patents

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Description

本発明は、画像形成装置、及び画像形成方法に関する。
従来、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、一部若しくは全てが不揮発性である溶媒中にトナーを分散させてなる液体現像剤を用いて形成された記録媒体上の未定着画像を加熱定着する画像定着装置であって、上記記録媒体上の未定着画像に対して非接触で該未定着画像の加熱を行う非接触加熱手段と、該非接触加熱手段の加熱により析出せしめられた被析出溶媒を該画像表面から除去する溶媒除去手段とを設けたことを特徴とする画像定着装置が開示されている。
また、例えば、特許文献2には、像担持体上に形成されたトナー像がキャリアと共に転写される中間転写体と、該中間転写体に当接し中間転写体上のトナー像を記録媒体に転写する転写ローラと、該転写ローラの下流に設けられ、該中間転写体に当接し記録媒体上のトナー像を予熱する予熱ローラと、該予熱ローラの下流に設けられ予熱された記録媒体上のトナー像からキャリアを除去するキャリア除去手段と、該キャリア除去手段の下流に設けられ記録媒体上のトナー像を融着する定着手段と、を有することを特徴とする画像形成装置が開示されている。
特開2003−98864号公報 特開2009−93038号公報
本発明の課題は、キャリア液除去手段により未定着トナー像から回収されたキャリア液に混入する離型剤量を低減しうる画像形成装置を提供することにある。
上記課題は、以下に示す手段により達成されるものである。
請求項1に係る発明は、像保持体と、前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電した前記像保持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、結着樹脂及び離型剤を含むトナーとキャリア液とを含有する液体現像剤を収容し、且つ、該液体現像剤により前記静電潜像を現像して前記像保持体の表面にトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、転写された前記トナー像を加熱する加熱手段と、加熱された前記トナー像から前記キャリア液を除去するキャリア液除去手段と、前記キャリア液除去手段によりキャリア液が除去された前記トナー像を加熱して定着する定着手段と、を備え、下記(1)及び(2)の条件を満たす画像形成装置である。
(1)前記トナーにおいて、離型剤の溶融温度Twが結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpよりも高いこと
(2)前記加熱手段による加熱温度T1が、前記結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpよりも高く且つ前記離型剤の溶融温度Twよりも低いこと
請求項2に係る発明は、更に、下記(3)の条件を満たす請求項1に記載の画像形成装置である。
(3)前記定着手段による加熱温度T2が、前記離型剤の溶融温度Twよりも高いこと
請求項3に係る発明は、像保持体の表面を帯電する帯電工程と、帯電した前記像保持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、前記静電潜像を結着樹脂及び離型剤を含むトナーとキャリア液とを含有する液体現像剤により現像して前記像保持体の表面に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、転写された前記トナー像を加熱する加熱工程と、加熱された前記トナー像から前記キャリア液を除去するキャリア液除去工程と、前記キャリア液除去工程によりキャリア液が除去された前記トナー像を加熱して定着する定着工程と、を有し、下記(1’)及び(2’)の条件を満たす画像形成方法である。
(1’)前記トナーにおいて、離型剤の溶融温度Twが結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpよりも高いこと
(2’)前記加熱工程での加熱温度T1が、前記結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpよりも高く且つ前記離型剤の溶融温度Twよりも低いこと
請求項4に係る発明は、更に、下記(3’)の条件を満たす請求項3に記載の画像形成方法である。
(3’)前記定着工程での加熱温度T2が、前記離型剤の溶融温度Twよりも高いこと
請求項1に係る発明によれば、結着樹脂及び離型剤を含むトナーとキャリア液とを含有する液体現像剤を用い、(1)及び(2)の条件を満たさない場合に比べ、キャリア液除去手段により未定着トナー像から回収されたキャリア液に混入する離型剤量を低減しう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、(3)の条件を満たさない場合に比べ、定着画像が他の記録媒体や他の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。)が抑制される画像形成装置が提供される。
請求項3に係る発明によれば、結着樹脂及び離型剤を含むトナーとキャリア液とを含有する液体現像剤を用い、(1’)及び(2’)の条件を満たさない場合に比べ、キャリア液除去工程により未定着トナー像から回収されたキャリア液に混入する離型剤量を低減しうる画像形成方法が提供される。
請求項4に係る発明によれば、(3’)の条件を満たさない場合に比べ、ドキュメントオフセットが抑制される画像形成方法が提供される。
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。
以下、本発明の画像形成装置、及び画像形成方法の実施形態について詳細に説明する。
≪画像形成装置及び画像形成方法≫
本実施形態に係る画像形成装置は、像保持体と、前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、帯電した前記像保持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、結着樹脂及び離型剤を含むトナーとキャリア液とを含有する液体現像剤を収容し、且つ、該液体現像剤により前記静電潜像を現像して前記像保持体の表面にトナー像を形成する現像手段と、前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、転写された前記トナー像を加熱する加熱手段と、加熱された前記トナー像から前記キャリア液を除去するキャリア液除去手段と、前記キャリア液除去手段によりキャリア液が除去された前記トナー像を加熱して定着する定着手段と、を備え、下記(1)及び(2)の条件を満たす画像形成装置である。
(1)前記トナーにおいて、離型剤の溶融温度Twが結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpよりも高いこと
(2)前記加熱手段による加熱温度T1が、前記結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpよりも高く且つ前記離型剤の溶融温度Twよりも低いこと
なお、本実施形態に係る画像形成装置においては、更に、下記(3)の条件を満たすことが好ましい。
(3)前記定着手段による加熱温度T2が、前記離型剤の溶融温度Twよりも高いこと
また、上述の本実施形態に係る画像形成装置によれば、像保持体の表面を帯電する帯電工程と、帯電した前記像保持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、前記静電潜像を結着樹脂及び離型剤を含むトナーとキャリア液とを含有する液体現像剤により現像して前記像保持体の表面に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、転写された前記トナー像を加熱する加熱工程と、加熱された前記トナー像から前記キャリア液を除去するキャリア液除去工程と、前記キャリア液除去手段によりキャリア液が除去された前記トナー像を加熱して定着する定着工程と、を有し、下記(1’)及び(2’)の条件を満たす、本実施形態に係る画像形成方法が実施される。
(1’)前記トナーにおいて、離型剤の溶融温度Twが結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpよりも高いこと
(2’)前記加熱工程での加熱温度T1が、前記結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpよりも高く且つ前記離型剤の溶融温度Twよりも低いこと
なお、本実施形態に係る画像形成方法においては、更に、下記(3’)の条件を満たすことが好ましい。
(3’)前記定着工程での加熱温度T2が、前記離型剤の溶融温度Twよりも高いこと
ここで、本実施形態に係る画像形成方法において、上記の(1’)〜(3’)の各条件は、本実施形態に係る画像形成装置における(1)〜(3)にそれぞれ該当する実質的に同じ条件であるため、以降、画像形成装置における(1)〜(3)についてのみ具体的に説明し、画像形成方法における(1’)〜(3’)の条件については説明を省略する。
上記のような構成を有することで、本実施形態に係る画像形成装置及び画像形成方法では、キャリア液除去手段(工程)により未定着トナー像から回収されたキャリア液に混入する離型剤量を効果的に低減しうる。
このような効果が得られる理由としては、以下のことが考えられる。
液体現像剤を用いて画像形成する際には、キャリア液が加熱定着時にトナー像に印加される圧力や熱を分散させてしまうこと等に起因する画質の低下や定着時間の増大、更には、トナー像と記録媒体との間にキャリア液が入り込み定着画像と記録媒体との密着性を低下させてしまう点などから、キャリア液は、加熱定着前のトナー像(未定着のトナー像)から除去しておくことが望ましい。
上記のように、未定着のトナー像からキャリア液を除去するためには、その除去の前に、トナー像に対し予備的な加熱を行うことが望ましい。この予備的な加熱により、トナーの少なくとも一部が溶融し、その溶融物が記録媒体に密着するとともに、キャリア液はトナー像表面に浮かび上がるため、キャリア液の除去が容易になる。
このように、未定着のトナー像からキャリア液を除去するためには、加熱定着の前に、予備的な加熱とキャリア液の除去とがこの順に行われることが望ましい。このような技術が適用されたのが、例えば、前述の特許文献1や2に記載の画像形成装置である。
上記のような画像形成装置の場合、予備的な加熱によりトナー像中の離型剤までもが溶融し、キャリア液を除去する際にかかるキャリア液に離型剤が混入した状態で除去・回収されてしまうことがある。離型剤が混入したキャリア液は、離型剤が自然冷却により固化することにより流動性が低下し、配管の目詰まりを起こしたり、現像手段における再利用も困難になる。
これに対し、本実施形態に係る画像形成装置では、結着樹脂及び離型剤を含むトナーとキャリア液とを含有する液体現像剤を用い、かかる液体現像剤において条件(1)を満たすトナーを用い、更に、条件(2)を満たす加熱を行うことで、加熱手段による加熱では、トナー像中の結着樹脂の溶融はなされ、トナー像とキャリア液との分離は行われるものの、離型剤は溶融し難くなり、キャリア液への離型剤の混入は抑制される。その結果として、キャリア液除去手段により除去・回収されるキャリア液中の離型剤量は無い又は少ないものとなり、キャリア液の流動性の低下が防止され、その再利用も可能となると考えられる。
本実施形態に係る画像形成装置では、前述のように、条件(3)を満たすことが好ましい態様である。
前述の条件(1)及び(2)に、更にこの条件(3)が加わることで、トナー像中の離型剤の機能を十分に発揮させることができ、定着画像表面に離型層が形成されて、定着画像が他の記録媒体や他の定着画像に移行する現象(ドキュメントオフセット)が効果的に抑制されると考えられる。
<液体現像剤>
本実施形態に適用される液体現像剤は、結着樹脂及び離型剤を含むトナーと、キャリア液としてのキャリア液と、を含有する。
ここで、本実施形態に適用される液体現像剤中のトナーは条件(1)を満たすものである。即ち、本実施形態に適用される液体現像剤中のトナーにおいて、離型剤の溶融温度Twは結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpよりも高い(Tw>Tp)。
この条件を満たすと、条件(2)を満たす加熱手段による加熱により、結着樹脂が溶融しつつも離型剤は溶融し難いといった環境が得られ、その結果として、後段のキャリア液除去手段により未定着トナー像からキャリア液を除去・回収する際に混入する離型剤量を効果的に低減させることができる。この条件を満たさない場合には、結着樹脂の溶融と共に離型剤も溶融してしまい、上記のような効果が得られない。
なお、トナー中に複数の離型剤、複数の結着樹脂が含有されている場合、条件(1)を満たすかどうかの判断は、離型剤の中でも最も溶融温度が低いものと、結着樹脂の中でも最も溶融温度又はガラス転移温度が高いものと、を比較することで行う。
本実施形態においては、離型剤の溶融温度Twと結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpとの差は、結着樹脂は積極的に溶融しつつも、離型剤の溶融は効果的に抑制することが容易に行える点から、5℃以上あることが望ましい。また、上記の点に加え、トナーの安定性や加熱定着の際の温度を考慮すると、離型剤の溶融温度Twと結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpとの差は、10℃以上であることがより望ましく、15℃以上であることが更に望ましい。
ここで、本実施形態において、離型剤の溶融温度Tw及び結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tp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。試料の測定には、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にて測定を行った。
ここで、溶融温度は、上記のような測定を行って得られた吸熱ピーク(主体極大ピーク)の頂点の温度とした。
なお、結着樹脂のガラス転移温度(Tg)は、上記のような測定を行って得られた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た。
次いで、本実施形態に適用される液体現像剤を構成する成分(トナー、キャリア液、その他の成分)について詳細に説明する。
[トナー]
トナーは、結着樹脂及び離型剤を含んで構成される。更に、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、前述のように、離型剤の溶融温度Twとの関係にて条件(1)を満たすようなものであれば特に制限されないが、重付加反応又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、結晶性樹脂と非晶性樹脂とを併用することが、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。
「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。
また、「非晶性樹脂」とは、示差走査熱量測定(DSC)において、ガラス転移に対応した階段状の吸熱点の他に、融点に対応した明確な吸熱ピークを有しないものをいう。
−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、更に望ましい範囲は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”及び“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、及びアルコール成分について、更に詳しく説明する。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、又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又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又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、顔料等の着色剤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又は懸濁して、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又は懸濁し得る。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、反応温度下で溶解又は相溶しない場合は、高沸点の溶剤を溶解補助剤として加え溶解させてもよい。重縮合反応においては、溶解補助溶剤留去しながら行う。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予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又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、及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、及びフタル酸、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。
結晶性樹脂としての結晶性ポリエステル樹脂は、トナーの保管性や低温定着性の観点から、溶融温度が50℃以上100℃以下であることが望ましく、溶融温度が55℃以上90℃以下であることがより望ましく、溶融温度が60℃以上85℃以下であることが更に望ましい。
−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又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。
更に、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、又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、又はトナー作製の後、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及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;更にアクリル酸、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;更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、又はそれらの混合物、更には、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、又は、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、乳化重合法及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共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、及び、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)
トナーに用いられる離型剤としては、前述のように、結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpとの関係にて条件(1)を満たすようなものであれば特に制限はないが、下記に示すような各種のワックスが用いられる。
離型剤として具体的には、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のワックス;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のワックス;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、及びそれらの変性物などが挙げられる。
なお、乳化重合凝集法を利用してトナーを作製する場合、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共に分散し、溶融温度以上に加熱すると共に、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、トナー粒子中に分散含有される離型剤粒子の平均分散径は、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、離型剤粒子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、トナー粒子中に分散含有される離型剤粒子の平均分散径は、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、トナー粒子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種又は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粒子を作製する場合、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、その他の添加成分として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、合金又はこれら金属を含む化合物などが挙げられる。更に、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。
また、トナーには、無機粒子を含有させてもよい。この無機粒子としては、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。
(外添剤)
トナーは、トナー粒子に公知の外添剤を外添したものであってもよい。
ここで、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。
(トナー粒子の製造方法)
次に、トナー粒子の製造方法について説明する。
トナー粒子は、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、所謂、湿式製法、即ち、水若しくは有機溶媒中、又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剤粒子を造粒する造粒工程と、着色剤粒子を洗浄・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共に懸濁させ、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、着色剤(顔料)、離型剤等の分散液と共にヘテロ凝集させ、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、トナー粒子は、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、及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(又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、トナー粒子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。
トナー粒子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、及び、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、アルミニウム塩及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。
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粒子が得られる。
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粒子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粒子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、又は、凝集工程及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。
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。一般的には酸及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及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(又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、又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、トナー粒子の作製に際して、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予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。更には、融合工程、又は、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、又は融合工程の後に導入する場合は、重合開始剤を溶解、又は乳化した液を、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粒子が得られる。
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。更に、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。
上述のようにして得られたトナー粒子に対し、種々の外添剤を添加することでトナーを得ることができる。
(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]
本実施形態に適用されるキャリア液としては、絶縁性であれば公知のキャリア液が選択して用いられるが、中でも絶縁性オイルが好ましい。
ここで、本明細書における「絶縁性オイル」とは、静電潜像を乱さない程度の抵抗値 (10Ω・cm以上1016Ω・cm以下)程度のオイルであるものを指す。
好適な絶縁性オイルとしては、例えば、シリコーンオイル、パラフィンオイル、鉱油又は白油、植物油、合成潤滑油等が挙げられ、これらは単独で用いてもよいし、複数種を混合して用いてもよい。
シリコーンオイルとしては、例えば、信越化学工業社製、KF−96−20cs(不揮発性)、KF−96−10cs(揮発性)、東レ・ダウコーニング社製のSH200、SH344、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製のTSF451が挙げられる。
また、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、MORESCO社製、モレスコホワイトMT−30P、モレスコホワイトP−40、モレスコホワイトP−70、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)が挙げられる。
これらのオイルに対し、効果を損なわない範囲において、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−ブタノール等を混合してもよい。
本実施形態においては、トナー中の離型剤との親和性が低い(溶けにくい)といった観点から、キャリア液としては、不揮発性のオイルであることが望ましく、特に、その中でも、キャリア液としてはトナーのSP値:10に対し、2〜3程度離れたSP値であるオイルシリコーンオイル(SP値:7)やパラフィンオイル(SP値:8)などが望ましく、特にその中でもシリコーンオイルが望ましい。また、シリコーンオイルの中でも不揮発性のものが更に望ましい。
なお、本明細書における「揮発性」とは常温・常圧下で気化する性質を意味し、また、「不揮発性」とは常温・常圧下で気化しない性質を意味する。
キャリア液は、その機能を損なわない範囲において、絶縁性ではないオイル、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。
<画像形成装置及び画像形成方法>
本実施形態に係る画像形成装置は、前述したように、像保持体と、帯電手段と、静電潜像形成手段と、現像手段と、転写手段と、加熱手段と、キャリア液除去手段と、定着手段と、を備えるものである。
また、本実施形態に係る画像形成方法は、上述の本実施形態に係る画像形成装置により実施されるものであって、帯電工程と、静電潜像形成工程と、現像工程と、転写工程と、加熱工程と、キャリア液除去工程と、定着工程と、を有する画像形成方法である。
以下、本実施形態に係る画像形成装置について図面を用いて詳細に説明しつつ、かかる画像形成装置を用いた画像形成方法についても合わせて説明する。
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(像保持体)10、帯電装置(帯電手段)20、露光装置(静電潜像形成手段)30、現像装置(現像手段)40、中間転写体52、感光体クリーナ12、転写ローラ(転写手段)50、非接触型の加熱装置(加熱手段)60、キャリア液除去ロール対(キャリア液除去手段)70、加熱加圧ロール対(定着手段)80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30、現像装置40、中間転写体52、及び感光体クリーナ12が順次に設けられている。
また、中間転写体52に転写されたトナー像92が用紙(記録媒体)94に転写される位置には転写ローラ50が設けられている。
更に、用紙94の進行方向において、転写ローラ50よりも下流側に非接触型の加熱装置60が設けられ、加熱装置60の下流側にキャリア液除去ロール対70が設けられ、キャリア液除去ロール対70の下流側に加熱加圧ロール対80が設けられている。
続いて、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は感光体10の表面を予め定められた電位に帯電させる。
その後、帯電した感光体10の表面に対し、露光装置30が例えばレーザー光線によって画像信号に基づく露光を行い、静電潜像を形成する。
次いで、感光体10の表面に形成された静電潜像を現像装置40により現像する。この現像について、具体的に説明する。
ここで、現像装置40は、現像ローラ42と現像剤収納容器44とを含んで構成されている。現像ローラ42は、現像剤収納容器44に収納される液体現像剤90に一部が浸るよう設けられる。液体現像剤90中ではトナーは分散されているが、例えば、液体現像剤90を、更に現像剤収納容器44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42表面に供給された液体現像剤90は、現像ローラ42が矢印A方向に回転することで、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42と感光体10とが向かい合う(又は接触する)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92となる。なお、この時、トナー像92の周辺にはキャリア液が存在した状態である。
上記のようにして得られたトナー像92は、キャリア液と共に矢印B方向に回転する感光体10により搬送され、用紙94に転写する前に一旦中間転写体52にトナー像を転写する。このとき、感光体10及び中間転写体52間に周速差を設けてもよい。
次いで、中間転写体52により矢印C方向に搬送されたトナー像92は、キャリア液と共に転写ローラ50との接触位置において用紙94に転写される。
そして、用紙94上に転写されたトナー像92は、以下のような動作を経ることで定着画像となる。
まず、転写ローラ50の用紙94の進行方向下流には、非接触型の加熱装置60が設けており、これによりトナー像92に対し予備的な加熱を行う。
この非接触型の加熱装置60により、トナー像92は加熱される。
非接触型の加熱装置60による加熱温度は条件(2)を満たす。即ち、加熱装置60による加熱温度T1は、液体現像剤90におけるトナー中の結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpよりも高く且つ離型剤の溶融温度Twよりも低いものである。
これにより、このような加熱温度T1により加熱されるトナー像92においては、離型剤は不溶又は溶融し難い状態のまま、結着樹脂の溶融が起き、トナー像とキャリア液との分離が行われる。この際、条件(2)を満たすことで、キャリア液への離型剤の混入は抑制される。
なお、条件(2)を満たさない、つまり、加熱温度T1が離型剤の溶融温度Twよりも高い場合には、溶融した離型剤がキャリア液中へと混入してしまう。また、加熱温度T1が結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpよりも低い場合には、離型剤がキャリア液中へと混入してしまうことは防止しうるものの、結着樹脂の溶融が十分に行われないため、トナーの溶融による記録媒体へのトナー像の密着や抑制され、更にトナー像からのキャリア液の分離が良好に行われないことから、後段の加熱定着の際に、コールドオフセット(トナー像が十分に加熱されなかったことにより生じる、定着部材に定着画像が転移する現象)や画像強度の低下が生じることがある。
ここで、トナー中に複数の離型剤、複数の結着樹脂が含有されている場合、条件(2)を満たすかどうかの判断は、離型剤の中でも最も溶融温度が低いもの、結着樹脂の中でも最も溶融温度が高いもの、を基準に比較することで行う。
加熱装置60による加熱温度T1についてより具体的には、トナー中の結着樹脂を十分に溶融しうる温度で、且つ、離型剤を溶融し難い温度が望ましい。これらの点から、加熱温度T1は、結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpより10度以上高く、且つ、離型剤の溶融温度Twより10度以上低いことが望ましく、結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpより20度以上高く、且つ、離型剤の溶融温度Twより20度以上低いことがより望ましく、結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpより30度以上高く、且つ、離型剤の溶融温度Twより30度以上低いことが更に望ましい。
また、加熱時間は、トナー像とキャリア液との分離状態を考慮し、加熱温度T1、非接触型の加熱装置60の用紙94進行方向長さ、プロセススピードに応じて決定される。
本実施形態では、非接触型の加熱装置60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備えている。
加熱装置60に用いられるヒータとしては、図1に示す態様のように、例えば、加熱対象となるトナー像92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る。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、加熱対象となるトナー像92の背面(つまり、用紙94のトナー像が形成されていない面)から加熱する態様であってもよく、その場合は加熱装置60に用いられるヒータとしては、当該背面に接触する加熱板又は加熱ロール等が挙げられる。
更に、トナー像92の表裏両面側から加熱を行ってもよいし、トナー像92に影響を及ぼさない形態であれば、接触型の加熱装置を用いてもよい。
上記のようにして、予備加熱されたトナー像92は、非接触型の加熱装置60の用紙94の進行方向下流に設けられたキャリア液除去ロール対70に供される。
キャリア液除去ロール対70には、表面に弾性層を備えたロール対が用いられる。
このロール対70は、上部ロールと下部ロールとの間にニップを形成してもよいし、形成していなくともよい。
ロール対70がニップを形成している場合、ロール対における上部ロール70aはトナー像92に接触するように配置されることになるため、かかるトナー像92に影響を及ぼさないように、上部ロール70aの表面の材質や物性等が選択される。
また、ロール対70がニップを形成していない場合、ロール対70における上部ロール70aは、トナー像92から分離したオイルにのみ接触し、そのオイルを回収しうる程度に下部ロールや用紙94に対して離間して配置される。
このようにして、このロール対70の間をトナー像92が通過することで、トナー像92上に分離したキャリア液が除去される。
弾性層としては、オイルの吸着性のため、多孔質材料であることが好ましい。
より具体的には、ロール対70は、ウレタンゴム、ヒドリンゴム、ニトリルゴム、フッ素ゴム、ポリイミドゴムのような溶媒に対して吸収・膨潤性のない弾性体、シリコーンゴムのような溶媒に対して吸収・膨潤性のある弾性体、また、表面がミクロのセルを持ち多孔性の耐熱性の特性を持つ多孔質弾性体(例えば、穴径が0.1μm以上1μm以下程度、厚みが50〜300μm程度のPTFE、セルローズアセテート、ポリカーボネートなどの材料、若しくはウレタン、ヒドリン、ポリイミド、ニトリルなどの弾性体)を弾性層に用いることができる。
本実施形態では、具体的には、PFAチューブを被膜したシリコーンゴムによる弾性層を備えたロール対が用いられる。
なお、キャリア液除去手段としては、ロール対の形態に限定されるものではなく、トナー像上に分離したキャリア液を除去しうるものであればよく、ベルト、ウエブ、不織布のような多孔質材などを用いてもよい。
ベルトの場合では、PET、ポリイミド、ポリカーボネートなどの樹脂フィルムを用いることができる。
キャリア液除去ロール対70中の上部ロール70aには、ブレード72が接触されており、更にこのブレード72に近接してキャリア液回収部74が設けられている。上部ロール70a表面に回収されたキャリア液は、ブレード72により回収されキャリア液回収部74へと入る。
キャリア液回収部74に回収されたキャリア液は、不図示の配管を通じて、キャリア液の供給部(不図示)へと搬送され、再利用されてもよい。なお、本実施形態に係る画像形成装置は、回収されたキャリア液は、再利用されない態様であってもよい。
なお、このようなキャリア液の回収機構(ブレード72及びキャリア液回収部74)は、この態様に限定されるものではなく、キャリア液除去部材の態様や回収能に応じて適宜選択されればよい。
図1に示す本実施形態では、上記のようなキャリア液除去ロール対70が1つのみ設けられているが、キャリア液の回収能や装置のサイズ等に応じてその数は決定されればよく、複数のキャリア液除去手段を設けてもよい。また、形態の異なるキャリア液除去手段を複数設けてもよい。
上記のようにして、トナー像上に分離したオイルが除去された後、トナー像は加熱加圧ロール対80によって、加熱しつつ加圧が施され、用紙94に定着される。
加熱加圧ロール対80は、用紙94を挟んでニップを形成するよう対向配置される。加熱加圧ロール対80は、金属ロールに弾性ゴム層、及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94を挟み込んでいる。また、少なくとも加熱加圧ロール対80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対80の両方が備えていてもよい。
また、図1に示す本実施形態では、上記のような加熱加圧ロール対80が1つのみ設けられているが、定着性能や装置のサイズ等に応じてその数は決定されればよく、複数の定着手段が設けられていてもよい。
また、定着手段としては、加熱加圧ロール対80の形態でなくともよく、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。
加熱加圧ロール対80による加熱温度T2は、条件(3)を満たすことが好ましい。即ち、加熱加圧ロール対80による加熱温度T2は、離型剤の溶融温度Twよりも高いものであることが好ましい。
これにより、トナー像92は離型剤が十分溶融し、定着画像表面に離型層が形成され、その結果として、ドキュメントオフセットを効果的に抑制されうる。
加熱加圧ロール対80による加熱温度T2についてより具体的には、ドキュメントオフセットの抑制の点から、離型剤の溶融温度Twより5度以上高いことが望ましく、離型剤の溶融温度Twより10度以上高いことがより望ましく、離型剤の溶融温度Twより15度以上高いことが更に望ましい。
なお、トナー中に複数の離型剤が含有されている場合、条件(3)を満たすかどうかの判断は、離型剤の中でも最も溶融温度が高いものを基準に比較することで行う。
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。
加熱加圧ロール対80の位置で用紙94にトナー像が定着されて定着画像96が形成され、その後用紙94は不図示の排出部まで搬送される。
一方、中間転写体52にトナー像92を転写した感光体10では、転写残トナー粒子が感光体クリーナ12との接触位置まで運ばれ、感光体クリーナ12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、感光体クリーナ12は設けなくともよい。
画像形成装置100は、更に、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30、現像装置40、中間転写体52、転写ローラ50、感光体クリーナ12、及び、非接触型の加熱装置60、キャリア液除去ロール対70、加熱加圧ロール80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。
また、図1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44に供給する方式としてもよい。
更に、図1における現像装置40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い。
本実施形態に係る画像形成装置は、上記のような構成に限定されるものではなく、前述した液体現像液を用い、加熱工程と、キャリア液除去工程と、定着工程と、がこの順に行わるような構成の画像形成装置であればよく、例えば、現像色の異なる感光体を並列に配列したタンデム型の画像形成装置であってもよい。
タンデム型の画像形成装置の場合、図1に示される画像形成装置とは異なり、使用されるトナーの種類が多くなるが、そのすべての種類のトナーに対し、条件(1)及び(2)(好ましくは更に条件(3)も)が満たされていることが望ましい。
以下、実施例を挙げて更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」及び「%」は特に断りのない限り質量基準である。
≪各種物性の測定≫
まず、以下に示す実施例における各種物性(分子量、粒径、ガラス転移温度、溶融温度)の測定方法について説明する。
〔樹脂の分子量〕
樹脂の分子量(ポリスチレン換算)の測定は、以下の測定装置及び測定条件にて、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)で行った。
・測定装置:HLC−8120GPC、SC−8020(東ソー社製)
・カラム:TSKgel SuperHM−H (6.0mmID×15cm×2本)(東ソー社製)
・溶離液:THF(テトラヒドロフラン)
・測定条件:試料濃度0.5%、流速0.6mL/分、サンプル注入量10μL、測定温度40℃、RI検出器による検出。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サンプルから作成した。
〔粒子の体積平均粒径〕
粒子の体積平均粒径の測定方法は下記の通りである。
−粒径が2μm以上の場合−
・測定用試料:アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム(界面活性剤)の5%水溶液2mLに粒子を0.5mg以上50mg以下加え、これを電解液(ベックマン−コールター社製アイソトンII)100mL以上150mL以下に添加し、超音波分散器で1分間分散処理を行って調製した。
・測定装置:コールターマルチサイザーII型(ベックマン−コールター社製)、アパーチャー径100μm。
上記の測定用試料及び測定装置を用いて、2μm以上60μm以下の粒子50,000個の粒径を測定して、粒度分布から体積平均粒度分布を求めた。
粒度分布を分割された粒度範囲(チャンネル)に対し、粒度の小さいほうから体積累積分布を描き、累積50%になったところを体積平均粒径とした。
−粒径が2μm未満の場合−
・測定用試料:固形分2gの粒子分散液にイオン交換水を添加して40mLにし、測定用試料とした。
・測定装置:レーザー回析式粒度分布測定装置(堀場製作所製LA−700)
上記の測定用試料をセルに適当な濃度になるまで投入し、2分間待って、セル内の濃度が安定したところで測定した。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、離型剤の溶融温度、及び樹脂のガラス転移温度〕
溶融温度及びガラス転移温度は、前述した、離型剤の溶融温度Tw、結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpの測定方法と同様であり、DSC(示差走査型熱量計)測定法によりASTMD3418−8に準拠して測定された吸熱ピークより求めた。なお、溶融温度は吸熱ピーク(主体極大ピーク)の頂点の温度とし、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た。
これらの測定には、パーキンエルマー社製のDSC−7を用いた。
≪各種トナーの作製≫
続いて、実施例、比較例で用いたトナー(1)〜(4)について説明する。
<トナー(1)の作製>
〔非晶性ポリエステル樹脂(1)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
上記の材料と、ジブチル錫オキサイド(上記の酸成分の合計量100モル部に対して0.05モル部)と、を加熱乾燥した二口フラスコに入れ、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)を得た。
非晶性ポリエステル樹脂(1)の重量平均分子量は15000であり、数平均分子量は6800であった。
非晶性ポリエステル樹脂(1)について示差走査熱量計(DSC)を用いて分析したところ、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から求めたガラス転移温度は62℃であった。
〔非晶性樹脂粒子分散液(1)の調製〕
乳化装置(キャビトロンCD1010、スリット0.4mm)の乳化タンクに、非晶性ポリエステル樹脂(1)3000部、イオン交換水10000部、界面活性剤として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、130℃にて加熱溶融後、110℃にて10000回転で30分間分散させ、流量3L/分で冷却タンクを通過させて樹脂粒子分散液を回収し、非晶性樹脂粒子分散液(1)を得た。
非晶性樹脂粒子分散液(1)に含まれる樹脂粒子の体積平均粒径は0.3μm、標準偏差1.2であった。
〔結晶性ポリエステル樹脂(2)の調製〕
・1,4−ブタンジオール 293部
・ドデカンジカルボン酸 750部
・触媒(ジブチル錫オキサイド) 0.3部
上記の材料を加熱乾燥した3口フラスコに入れ、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)を得た。
結晶性ポリエステル樹脂(2)の重量平均分子量は18000であった。
結晶性ポリエステル樹脂(2)の溶融温度を、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定したところ、明確なピークを示し、ピークトップの温度は70℃(Tp)であった。
〔結晶性樹脂粒子分散液(2)の調製〕
結晶性ポリエステル樹脂(2)を用いた以外は、非晶性樹脂粒子分散液(1)における条件にて結晶性樹脂粒子分散液(2)を作製した。
結晶性樹脂粒子分散液(2)に含まれる粒子の体積平均粒径は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
上記の材料を混合し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックス)で分散処理して着色剤分散液(1)を得た。
〔離型剤粒子分散液(1)の調製〕
・POLYWAX(登録商標)1000 100部
(ベーカー・ヒューズ社製エチレンホモポリマーワックス)
・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
上記の材料を混合し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックス)で分散処理し、更に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。
上記POLYWAX(登録商標)1000の溶融温度Twは、113℃であった。
〔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
上記の材料を混合し、ホモジナイザー(IKA社製、ウルトラタラックス)で分散処理し、更に超音波ホモジナイザー(RUS−600CCVP、日本精機製作所)にて200パス、分散処理し、無機粒子分散液(1)を得た。
〔トナー粒子(1)の調製〕
・非晶性樹脂粒子分散液(1) 145部
・結晶性樹脂粒子分散液(2) 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 0.5部
・イオン交換水 300部
上記の材料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、更に30分48℃で加熱攪拌を保持した。この時点の分散液の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、反応生成物を濾過し、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)の体積平均粒径は6.5μmであった。
〔トナーの作製〕
このトナー粒子(1)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。
<トナー(2)の作製>
トナー(1)の作製において、離型剤としてPOLYWAX(登録商標)1000の代わりにPOLYWAX(登録商標)2000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。
なお、上記POLYWAX(登録商標)2000の溶融温度Twは、126℃であった。
<トナー(3)の作製>
トナー(1)の作製において、離型剤としてPOLYWAX(登録商標)1000の代わりにPOLYWAX(登録商標)500を使用した以外は、トナー(1)と同様にして、トナー(3)を製造した。
なお、上記POLYWAX(登録商標)500の溶融温度Twは、88℃であった。
<トナー(4)の作製>
トナー(1)の作製において、離型剤としてPOLYWAX(登録商標)1000の代わりにPOLYWAX(登録商標)655を使用した以外は、トナー(1)と同様にして、トナー(4)を製造した。
なお、上記POLYWAX(登録商標)655の溶融温度Twは、99℃であった。
≪各種液体現像液の作製≫
続いて、前述の方法にて得られた各種のトナー(1)〜(4)を用いて、以下のようにして、液体現像剤を得た。
<液体現像剤(A)の作製>
ガラス瓶中で、前述のようにして得られたトナー(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、をトナーの固形分濃度が30質量%となる割合で混合し、液体現像剤(A)を得た。
なお、上記KF−96−20csは、常温・常圧下で気化しない性質を有し、不揮発性のオイルである。
<液体現像剤(B)の作製>
前述のようにして得られたトナー(2)を用いた以外は、液体現像剤(A)と同様にして液体現像剤(B)を得た。
<液体現像剤(C)の作製>
ジメチルシリコーンオイル(信越化学工業社製、KF−96−20cs)の代わりにジメチルシリコーンオイル(信越化学工業社製、KF−96−10cs)を用いた以外は、液体現像剤(A)と同様にして液体現像剤(C)を得た。
なお、上記KF−96−10csは、常温・常圧下で気化する性質を有し、揮発性のオイルである。
<液体現像剤(D)の作製>
ジメチルシリコーンオイル(信越化学工業社製、KF−96−20cs)の代わりにパラフォンオイル(MORESCO社製、モレスコホワイトP−40)を用いた以外は、液体現像剤(A)と同様にして液体現像剤(D)を得た。
なお、上記モレスコホワイトP−40は、常温・常圧下で気化する性質を有し、揮発性のオイルである。
<液体現像剤(E)の作製>
前述のようにして得られたトナー(3)を用いた以外は、液体現像剤(A)と同様にして液体現像剤(E)を得た。
<液体現像剤(F)の作製>
前述のようにして得られたトナー(4)を用いた以外は、液体現像剤(A)と同様にして液体現像剤(F)を得た。
〔実施例1〜4、比較例1、2〕
上記のようにして得られた液体現像液(A)〜(F)のそれぞれを、図1に示す構成の画像形成装置の試験機中の現像装置に供給・充填し、また、記録媒体として、OKトップコート〔坪量が85gsm〕を収容部に装填し、各評価を行った。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。
ここで、試験機中、非接触型の加熱装置60は、IRヒータであって、用紙94とは10cm離間している。また、加熱温度T1は100℃であった。
また、キャリア液除去ロール対70は、全て、PFAチューブを被膜したシリコーンゴムからなる弾性層を備えたロール対であって、用紙94とは接触している。印加される圧力は、2kg/cmであった。
更に、加熱加圧ロール対80は、全て、厚さ30μmのPFAチューブを被膜したシリコーン系ゴムからなる弾性層を備えたロール対である。また、加熱温度T2は140℃であり、印加される圧力は4kg/cmであった。
なお、この試験機において、記録媒体への液体現像剤転写時のトナー質量(TMA)は2g/m、キャリア液質量(CMA)が5g/mとなるよう調整して現像を行い、また、プロセススピード100m/minであった。
ここで、液体現像剤(A)〜(D)を用いたものが実施例1〜4の画像形成装置(画像形成方法)となり、また、液体現像剤(E)、(F)を用いたものが比較例1、2の画像形成装置(画像形成方法)となる。
<評価試験(A):回収物の流動性評価>
上記の試験機により、4kmのロール紙を10本分印字出力を行った後、キャリア液回収部74に回収された回収物の流動性を、目視により、キャリア液と比較し、評価した。結果を下記表1に示す。
・A+:流動性に全く変化が見られない。
・A :流動性にわずかに変化が見られる。
・B :流動性に変化が見られるが、問題ないレベルである。
・C :流動性にはっきりと変化が見られる又は固化した。
<評価試験(B):回収物中の離型剤量評価>
上記のようにして流動性を評価された回収物についてIR分析(日立製作所製FT−IR)を行い、測定された赤外吸収ピーク強度の値を以下の式(1)に導入することで求めた。結果を下記表1に示す。
式(1)・・・(離型剤固有の赤外吸収ピーク強度値)/(オイル固有の赤外吸収ピーク強度値)×100
<評価試験(C):ドキュメントオフセット発生の評価>
前述した試験機により、各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。結果を下記表1に示す。
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/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及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、又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、又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、又は記録媒体が定着画像部に明らかに転移している。
Figure 0006028681
上記表1に示されるように、本実施例は、比較例に比べ、回収物の流動性が高く、回収物中の離型剤量も少ないことがわかる。また、本実施例では、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。
〔参考例1〜3、参考比較例1〕
液体現像剤(A)を用い、前記した画像形成装置の試験機における加熱温度T1を、80℃、90℃、110℃、120℃にそれぞれ変えた以外は、実施例や比較例と同様の画像形成装置を用い、前述の方法で回収物の流動性評価、及びドキュメントオフセットの発生の評価について評価を行った。
加熱温度T1が80℃、90℃、110℃であるものを参考例1〜3の画像形成装置とし、加熱温度T1が120℃であるものを参考比較例1の画像形成装置とした。
液体現像液(A)の組成、加熱温度T1及びT2、更には、評価結果を表2に示す。
Figure 0006028681
上記表2に示されるように、参考例は、参考比較例に比べ、回収物の流動性が高く、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。
このように、加熱温度T1を変化させた場合であっても、条件(1)及び(2)を満たす参考例1〜3であれば、条件(1)を満たすものの条件(2)を満たさない参考比較例1に比べ、回収物の流動性が高いことがわかる。この比較により、条件(1)及び条件(2)を満たすことで、回収物中の離型剤量が低減されることが推測される。
10 感光体(静電潜像保持体)
12 感光体クリーナ
20 帯電装置(帯電手段)
30 露光装置(静電潜像形成手段)
40 現像装置(現像手段)
50 転写ローラ(転写手段)
52 中間転写体
60 非接触型の加熱装置(加熱手段)
70 キャリア液除去ロール対(キャリア液除去手段)
80 加熱加圧ロール対(定着手段)
90 液体現像剤
92 トナー像
94 用紙(記録媒体)
96 定着画像
100 画像形成装置

Claims (4)

  1. 像保持体と、
    前記像保持体の表面を帯電する帯電手段と、
    帯電した前記像保持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成手段と、
    結着樹脂及び離型剤を含むトナーとキャリア液とを含有する液体現像剤を収容し、且つ、該液体現像剤により前記静電潜像を現像して前記像保持体の表面にトナー像を形成する現像手段と、
    前記トナー像を記録媒体に転写する転写手段と、
    転写された前記トナー像を加熱する加熱手段と、
    加熱された前記トナー像から前記キャリア液を除去するキャリア液除去手段と、
    前記キャリア液除去手段によりキャリア液が除去された前記トナー像を加熱して定着する定着手段と、
    を備え、下記(1)及び(2)の条件を満たす画像形成装置。
    (1)前記トナーにおいて、離型剤の溶融温度Twが結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpよりも高いこと
    (2)前記加熱手段による加熱温度T1が、前記結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpよりも高く且つ前記離型剤の溶融温度Twよりも低いこと
  2. 更に、下記(3)の条件を満たす請求項1に記載の画像形成装置。
    (3)前記定着手段による加熱温度T2が、前記離型剤の溶融温度Twよりも高いこと
  3. 像保持体の表面を帯電する帯電工程と、
    帯電した前記像保持体の表面に静電潜像を形成する静電潜像形成工程と、
    前記静電潜像を結着樹脂及び離型剤を含むトナーとキャリア液とを含有する液体現像剤により現像して前記像保持体の表面に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、
    転写された前記トナー像を加熱する加熱工程と、
    加熱された前記トナー像から前記キャリア液を除去するキャリア液除去工程と、
    前記キャリア液除去工程によりキャリア液が除去された前記トナー像を加熱して定着する定着工程と、
    を有し、下記(1’)及び(2’)の条件を満たす画像形成方法。
    (1’)前記トナーにおいて、離型剤の溶融温度Twが結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpよりも高いこと
    (2’)前記加熱工程での加熱温度T1が、前記結着樹脂の溶融温度又はガラス転移温度Tpよりも高く且つ前記離型剤の溶融温度Twよりも低いこと
  4. 更に、下記(3’)の条件を満たす請求項3に記載の画像形成方法。
    (3’)前記定着工程での加熱温度T2が、前記離型剤の溶融温度Twよりも高いこと
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